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JP2002001077A - 配管のフランジ移行部用の混合要素 - Google Patents

配管のフランジ移行部用の混合要素

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JP2002001077A
JP2002001077A JP2001135676A JP2001135676A JP2002001077A JP 2002001077 A JP2002001077 A JP 2002001077A JP 2001135676 A JP2001135676 A JP 2001135676A JP 2001135676 A JP2001135676 A JP 2001135676A JP 2002001077 A JP2002001077 A JP 2002001077A
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ring
blades
pipe
element according
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マチス ペテル
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フロホフェル シュテファン
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Sulzer Chemtech AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は配管のフランジ移行部分における混
合要素であって、圧力損失が低くて、混合作用が改善さ
れた、配管の２個のフランジの間に装着可能な混合要素
を提供する。 【解決手段】 リング内の１個あるいは２個の羽根によ
って形成される混合能動構造体を含む。２個の相互に傾
斜した面が画成され、羽根が前記面に配置される。面は
交差軸線において交差する。羽根の閉じた副表面と開放
部分とが交差軸線に対して非対称に形成された面パター
ンを形成する。配管を貫流する流体が前記非対称面によ
って偏向され、一方の面の副表面を通して一方の管半体
から他方の管半体へ偏向される仕方で偏向され非偏向の
部分流れと出会って混合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は特許請求の範囲請求
項１の前文による配管のフランジ移行部の混合要素に関
し、かつこの種の混合要素を有する配管に関する。
【０００２】
【従来の技術】配管の管部分に配置された固定混合装置
は周知である。この種の管部分を配管に設置するには、
一般に２個のフランジ対、すなわち配管部分における２
個のフランジと配管における２個の関連のフランジとが
存在する必要がある。この種の固定混合装置は、一般の
実情であるが、管部分の断面を大きく狭めるのでなけれ
ば小さい圧力損失を生じさせ、渦の発散を小さい程度に
しか生じさせ、このことは結果として流れエネルギを激
しく拡散させる。
【０００３】１対のみのフランジの設置が必要であるフ
ランジミキサが米国特許第５８３９８２８号から知られ
ている。このフランジミキサは停止部の仕方で形成され
ている。その混合能動構造体は２個の鏡映の面領域を含
み、その間に流れの通る開口が位置している。該開口は
中央の狭い部分と、該狭い部分に対して横方向に延びる
２個のレンズ状の領域を有する。面領域は相互に対して
傾斜した２個の面に位置することが可能で、前記面の交
差線が、管の断面に垂直に投影されると狭い部分の中心
線を形成する。中央の狭い部分を通って流れる流体にお
いて、一方では混合された添加物に対して混合作用を行
い、他方では比較的大きな圧力降下を発生させる前記狭
い部分の停止作用の結果として渦が発生する。鏡映の結
果として、前記交差線と中心線とによって提供される管
半体の間に少ない材料交換が行われる。
【０００４】フランジミキサは管部分に配置された固定
混合装置に対して、小さい容量を有するという利点を有
する。ある計算規則によれば、それらは小さい体積のた
め圧力容器とは見なされず、従って認可のための入念な
検査手続きを必要としない。欠点は、フランジミキサが
１個の混合要素のみから構成されており、従って混合作
用が限定されることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、圧力
損失が低くて混合作用が改良された、周知のフランジミ
キサに対する代案を作ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は請求項１に定
義され、それがフランジミキサである混合要素によって
満たされる。本発明による混合要素を利用して添加物を
混合する場合、添加物は多数の送入個所を経由して供給
され、そのため唯一の混合要素から構成されるフランジ
ミキサの混合作用で十分である。
【０００７】混合要素は、配管のフランジ移行部に設け
られ、配管の２個のフランジの間に装着しうる。混合要
素はリング内の１個または２個の羽根によって形成され
た混合能動構造体からなる。２個の相互に傾斜した面が
画成され、一方の羽根が一方の面に配置され、あるいは
２個の羽根が２個の面に配置される。２個の面は交差軸
線において交差する。羽根の閉じた副表面並びに羽根の
面の開放部分が交差軸に対して対称形に形成される面パ
ターンを形成する。非対称形のため、配管を通って流れ
る流体は、部分的な流れが一方の面の副表面を通して一
方の管半体から他方の管半体内へ偏向し、かつそこで非
偏向の部分的な流れと大きく出会い、このことが他方の
面に構造要素を有する第２の羽根があるとすれば、他方
の面に関して逆もまた同じであるような仕方で偏向され
うる。
【０００８】従属請求項２から９までは本発明による混
合要素の有利な実施例に関する。この種の混合要素を含
む配管は請求項１０の主題である。
【０００９】以下本発明を図面を参照して説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はフランジ１１と１２との間
でリング２０が挿入されているフランジ移行部１０の位
置における配管１の長手方向断面の一部を示す。リング
２０の内側領域に構造体２５が配設され、この構造体は
図では単にその位置２５′のみが示され、面パターンと
して構成輪郭２５″で図２に示されている。構造体２５
は矢印９で指示され、かつ配管１を貫流する流体９に対
する固定混合装置として作用する。構造体２５は例えば
打ち抜きおよび曲げによって金属シートから作ることが
できる。リング２０と混合能動構造体２５とから組み立
てられた混合要素２はフランジ移行部１０において装着
可能であり、フランジ１１および１２の図示していない
ねじによって固定される。構造体２５は、交差軸線２３
において交差する２個の相互に傾斜した面２１および２
２にそれぞれ１個の羽根２５ａあるいは２５ｂがある状
態で配置されている。交差軸線２３はリング２０に対し
て下流に配置されている。混合要素２ａの反転配置にお
いて、混合作用が生じ、それは圧力降下および混合性能
に関して良好ではない。羽根２５ａおよび２５ｂは、そ
れらの一部が交差軸線２３を越えてそれぞれ他方の羽根
２５ｂあるいは２５ａの側(図１２参照)へ突出するよう
な仕方で形成しうる。
【００１１】個々のリング２０を使用することは有利で
はあるが、必要ではない。混合能動構造体２５は、適当
に形成された場合フランジ１１、１２の間に締結可能で
ある。
【００１２】構造体２５の閉じた副表面と開放した表面
部分とが面パターン５を形成し、該面パターンは図４に
示す具体的な実施例において閉じた副表面５２、５
１′、５５、５６および開放した表面部分５１、５２
０、５２１、５２２を備え、面パターン５が図面の面に
広げられた状態で示されている。図２および図３におい
て、面パターン５の特性について基準システム４として
紹介された面パターンが示されている。図３に示す基準
システム４は図２において斜めから見て示されている面
パターン２５″を平坦に広げたものである。
【００１３】２個の羽根２５ａおよび２５ｂは以下の点
で大体は補完的な非対称形を有する。１）基準面４１，
４１′，４２，４２′の境界線４０，４０′，４０″に
よって形成され、交差軸線２３あるいは対称軸線４３に
関して鏡映である基準システム４が画成可能である。
２）面パターン５の副表面５２，５１′，５５，５６と
開放した表面部分５１，５２０，５２１，５２２並びに
基準システム４の基準面４１，４１′，４２，４２′が
面の被覆部分４１，４１′，４２，４２′のそれより小
さいか、あるいは等しい共通の領域５２，５１′，５
１，５２０，５２１を被覆する。これらの領域は面パタ
ーン５に従って閉じた部分面５２、５１′あるいは開放
した部分面５１，５２０，５２１，５２２である。３）
閉じた部分面と開放した部分面が交差軸線２３に関して
非対称の配置を形成し、そのため交差軸線２３あるいは
対称軸線４３において映した場合、閉じた部分面５２，
５１′が開放した部分面５１，５２０，５２１，５２２
に大体位置するようになり、また逆も成り立つ。この非
対称により、２個の羽根の開放面と閉鎖面との間の関連
性が得られる。一緒に取られると、羽根２５ｂに配置さ
れた３個の開放した部分面５２０，５２１，５２２は他
方の羽根２５ａの関連した閉じた部分面５２に事実上合
致する（同じ形状および同じ面積である）。羽根２５ａ
の開放した部分面５１は他方の羽根２５ｂの閉じた部分
面５１′と合致する。
【００１４】混合能動構造体２５の特定の非対称は、本
発明によると望ましく、かつ図２を参照して説明する効
果を有する。混合すべき流体の流れ挙動は矢印９ａおよ
び９ｂによって概略指示されている。実際には良好な混
合作用に必須の渦も発生する。混合作用の別な局面を以
下説明するので、この概略図示においてはこれらの渦は
無視している。矢印９ａは主要な流れ方向（図１におけ
る矢印９０）に向けられている。矢印９ｂは構造体２５
の閉じた副表面によって偏向された流体の部分流れを指
示する。補完的な非対称のため、矢印９ｂは各々の場合
に矢印９ａに反対である。これらの状態は２個の羽根２
５ａおよび２５ｂの領域の間で流体交換が行われ、かく
して配管１の断面全体に亘り混合が行われるものと表現
される。
【００１５】本発明による混合要素２は以下の通りより
一般的に特徴付けることができる。混合能動構造体２５
の面パターン５は交差軸線２３に関して非対称に形成さ
れている。非対称の形状のため、配管１を貫流する流体
９は一方の羽根２５ａの副表面によって他方の羽根２５
ｂの側方に偏向された部分流れ９ｂが、非偏向の部分流
れ９ａとそこで出会うような仕方で偏向しうる。このこ
とはまた、他方の羽根２５ｂの偏向した部分流れ９ｂに
関しても逆がいえる。
【００１６】図４に示す構造体２５に関して以下のこと
が認められる。配管１の内部に配置された構造体２５は
リング２０とフランジ１１との間にある２個のリング片
６および６′に接続される。図１参照。構造体２５は対
称軸線５３において曲げられ、かくして図４の右方にお
いて一点鎖線で描いた角度が形成される。またリング片
６、６′および２個の羽根２５ａ，２５ｂの間でも曲げ
が行われ、実際にはリング片６、６′が同じ面に来る。
曲げの後リング片６および６′はそれぞれそれの端部６
１および６２、あるいは６１′および６２′において継
ぎ目を形成する。
【００１７】本発明の更に別な２個の実施例が図５から
図８までに示されている。一実施例において面の開放部
分の数は一方の羽根２５ａにおいては１個、他方の羽根
２５ｂにおいては２個であり、他の実施例においてこの
数はそれぞれ２個と３個である。これらの実施例におい
て、面パターン５は基準システム４のパターンとは比較
的顕著に相違する。
【００１８】図３の第１の実施例と同じ基準システムは
（図４の第１の例と同じように対応する面５１、５２、
５２１、５２２および５１′）図５よる面パターン５と
関連させることができる。図６は面パターン５と基準シ
ステム４とを重ねたものを示す。面パターン５のそれぞ
れ面５１、５２１、５２２あるいは副表面５１′、５２
よりせいぜい３０％小さいこの重なり部の共通領域は羽
根２５ａの閉じた部分面７２と開放した部分面７１並び
に羽根２５ａの閉じた部分面７１′および開放した部分
面７２１、７２２である。これらの部分面については、
構造体２５が本発明によって有する面パターン５の画定
と合致した補完的な非対称性がある。この画定において
は、図６において空白にされた小さい副表面７５は無視
されている。
【００１９】若干より複雑な面パターン５を備えた他の
混合能動構造体５が図７に示されている。この実施例に
おいては、対応する複雑な基準システム４、すなわち図
８に示すものは基準として使用する必要がある。図８の
基準システムと図７のパターンの重なりは、図６の重な
りと類似して、ここでも補完的な非対称性が存在する共
通領域に帰着する。この重なりを明瞭に実行したものは
省略している。
【００２０】本発明による混合要素２は可能な限り少な
い圧力降下と関係する混合降下をもたらすものと考えら
れる。それゆえ、羽根２５ａと２５ｂの面の開放部分は
全体的に配管１の自由断面積より実質的に小さくあって
はならない。この条件は、面の前述の開放部分が全体的
に閉じた副表面と少なくとも同じ面積を有し、かつ面２
１および２２の傾斜が比較的大きいときに、満たされ、
かくして交差軸線２３において前記面によって囲まれる
角度が１２０度以下である。
【００２１】適当に形成される場合、フランジ混合装置
２はそのために配管１の一部を取り外す必要なく配管１
に装着したり、外したりすることができる。このために
は、羽根２５ａと２５ｂとはリング２０の２個の端部断
面部１３、１４の間の領域に概ね配置させることが必要
である（図１参照）。混合能動構造体２５ａの面パター
ン５のために、交差軸線２３に対して垂直な軸線４４
（図３または図８参照）に関して鏡映を提供しうる。
【００２２】本発明による混合要素２はフランジ位置１
０において配管１内へ添加物を送るのに十分適してい
る。図９において、リング２０と一体化されている添加
物９５用の供給個所が示されている。それらは複数の、
あるいは多数の均等に配置され、同等の大きさの出口開
口３１によって形成されている。添加物９５は入口チュ
ーブ３０を介してリング溝３′内へ運ばれ、そこから添
加物は出口開口３１を介して一点鎖線２５′によって指
示されている混合能動構造体２５の作用領域内へ入る。
また、複数の添加物あるいは混合すべきその他の流体に
対しても入口チューブ３０を設けうることは明らかであ
る。リング間隙またはリング２０あるいは挿入されたシ
ール(図示せず)内のリング片６および６′にフライス加
工された半径方向内方に延びる溝が前記多数の出口開口
３１の代わりとなりうる。
【００２３】混合すべき流体の供給個所３０′はまた図
１０に示すように混合要素の前方の上流側に配置可能で
ある。流体はノズル３１′を介して混合要素２の前方で
供給される。
【００２４】フランジ混合装置２の領域における配管１
の流体の流れに渦を増すために、混合構造体２５と共に
フランジ位置１０に設置された停止部８によって前記停
止手段の開口８０の背後において流体の流れ９１に追加
の渦９２を発生させることができる（図１１参照）。前
記停止部８はまた混合能動構造体２５の一部とすること
も可能で、該構造体２５はリング停止部として作用する
ように周囲に形成することができる。
【００２５】図１２は別な混合能動構造体２５を示す。
構造体は配管フランジ１１、１２(図１)の間に設置しう
る閉じたリング６と、中間ウェブから形成される第１の
羽根２５ａと、２個の横方向ウェブ２５b′および２５
ｂ″から組み立てられた第２の羽根２５ｂとから構成さ
れる。羽根２５ａおよび２５ｂはそれらの一部が交差軸
線２３を越えて他方の羽根２５ｂまたは２５ａの側部ま
で突出するような仕方で形成されている。中間のウェブ
あるいは２個の横方向ウェブを無くし、混合能動構造体
２５が１個のみの羽根２５ａを有するようにしてもよ
い。この種の縮小した構造体２５を有する構造要素２も
本発明による混合要素と同様である。１個のみの羽根を
有するこの種の構造体２５の例が図１３に示されてお
り、図１２に示す実施例と比較すれば、横方向ウェブ２
５ｂ′および２５ｂ″を備えた羽根が欠如している。
【００２６】混合作業構造体２５は例えば薄い板ばね金
属あるいはプラスチックのような可撓性材料から作るこ
とができる。処理量が相違すると、ウェブの曲げも異な
る。処理量が増大しても、ウェブが剛性である場合より
も流れ抵抗はそれ程急速には増大しない。
【００２７】前述の混合要素は混合能動構造体２５の一
方あるいは双方の羽根２１、２２の部分が羽根に関連し
た面２１、２２から外へ曲げられるような仕方で修正す
ることが可能である。このように、図１２に示す例にお
いて、２個の横方向のウェブ２５ｂ′および２５ｂ″が
異なる角度で面２２から折り曲げることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】挿入リングを備えた、フランジ位置における配
管の長手方向断面の一部を示す図である。
【図２】本発明による混合要素の流れ挙動に関する概略
図である。
【図３】本発明による混合要素の混合能動構造体の画成
用のする基準システムを示す図である。
【図４】第１の実施例による図３の混合要素に関する面
パターンを示す図である。
【図５】第２の実施例に関する面パターンを示す図であ
る。
【図６】混合能動構造体の画成用の補助的な図である。
【図７】第３の実施例についての面パターンを示す図で
ある。
【図８】図７の面パターンに関連しうる基準システムを
示す図である。
【図９】添加物の挿入個所を備えた混合要素の縁部の長
手方向断面の一部を示す図である。
【図１０】混合要素の前方の上流側に配置された、添加
物挿入個所を備えた配管の側面図である。
【図１１】別な停止部を備えた混合要素の縁部の長手方
向断面の一部を示す図である。
【図１２】別な混合能動構造体を示す図である。
【図１３】本発明による混合要素の一部である、１個の
みの羽根を備えた図１２の構造体の修正形態を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ 配管 ２ 混合要素 ３ リングの溝 ４ 基準システム ５ 面パターン ６、６′ リング片 ８ リング停止手段 １１、１２ フランジ ２０ リング ２１、２２ 面 ２３、４３ 交差軸線 ２５ 混合能動構造体 ２５ａ，２５ｂ 羽根 ３０ 送入個所 ３１ 出口開口 ４０、４０′、４０″ 境界線 ４１、４２、４１′、４２′ 基準面 ４４ 軸線 ５２、５１′ 副表面 ５１、２０、５２１、５２２ 面の開放部分 ７１、７２、７１′、７２１、７２２ 共通領域 ９５ 流体

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 配管（１）のフランジ移行部（１０）用
    の混合要素（２）であって、配管の２個のフランジ（１
    １，１２）の間で装着可能で、リング（２０）内で１個
    または２個の羽根（２５）によって形成される混合能動
    構造体（２５）を含み、２個の相互に対して傾斜した面
    （２１，２２）を画成可能であり、その一方の面に一方
    の羽根が配置され、または２個の羽根が前記面に配置さ
    れ、前記２個の面は交差軸線（２３）において交差して
    おり、前記羽根の閉じた副表面（５２，５１′）並びに
    面の開放した部分（５１，５２０，５２１，５２２）が
    面パターン（５）を形成している混合要素（２）におい
    て、前記面パターンが交差軸線に対して非対称に形成さ
    れ、非対称形状によって、配管を通って流れる流体
    （９）は、部分的な流れ（９ｂ）が一方の面（２１）の
    副表面を介して一方の管半体から他方の管半体に偏向さ
    れ、そこで非偏向の部分的な流れと多いに出会い、この
    ことが混合能動構造体要素を有する第２の羽根（２５
    ｂ）が他方の面にある場合には他方の面に対して逆もま
    た同じであるような仕方で偏向されうることを特徴とす
    る混合要素（２）。
  2. 【請求項２】 ２個の羽根（２５ａ，２５ｂ）が混合能
    動構造体（２５）を形成し、閉じた副表面（５２，５
    １′）の全体が接続面に設置され、２個の羽根が以下の
    意味で概ね補完する非対称形を有し、すなわち１）基準
    面（４１，４２，４１′，４２′）の閉じた境界線(４
    ０，４０′，４０″)によって形成され、かつ交差軸線
    （２３）に対して鏡映である基準システム（４）が画成
    可能であり、２）羽根の面部分（５１，５２１，５２
    ２）および副表面（５１′，５２）と基準システムの基
    準面とが、面パターン（５）のそれぞれ面被覆部分（５
    １，５２１，５２２）あるいは副表面（５１′，５２）
    よりせいぜい３０％小さい共通の領域（７１，７２，７
    １′，７２１，７２２）を覆い、これらの領域が面パタ
    ーンに従って閉鎖あるいは開放した面部分であり、３）
    これらの閉鎖および開放した部分面が交差軸線に関して
    概ね非対称配置を形成し，鏡映の場合閉じた部分面（７
    ２，７１′）が開放した部分面（７２１、７２２、７
    １）上に位置し、そしてその逆もまた同じであることを
    特徴とする請求項１に記載の混合要素。
  3. 【請求項３】 混合能動構造体（５）の開放した面部分
    （５１，５２１，５２２）が全体的に閉じた面（５２，
    ５１′）と少なくとも同じ面積を有することを特徴とす
    る請求項１または２に記載の混合要素。
  4. 【請求項４】 交差軸線（２３）がリング（２０）に対
    して下流に配置されていることを特徴とする請求項１か
    ら３までのいずれか１項に記載の混合要素。
  5. 【請求項５】 前記羽根（２５ａ，２５ｂ）がリング
    （２０）の２個の端部断面（１３，１４）の間の領域に
    主として配置されていることを特徴とする請求項１から
    ３までのいずれか１項に記載の混合要素。
  6. 【請求項６】 前記面パターン（５）と基準システム
    （４）とが交差軸線（２３，４３）に対して垂直の軸線
    （４４）に関して鏡映であることを特徴とする請求項１
    から５までのいずれか１項に記載の混合要素。
  7. 【請求項７】 前記羽根（２５ａ，２６ｂ）が配管
    （１）の一方のフランジ（１１）とリング（２０）との
    間、あるいは２個のフランジ（１１、１２）の間のリン
    グ溝（３）に設置しうる１個のリング片（６）または２
    個のリング片（６，６′）に曲げ可能に接続され、更に
    前記リング片に設置可能なリング停止部（８）を設ける
    ことが可能で、あるいは混合能動構造体（２５）がリン
    グ停止部として作用するように周囲に形成されることを
    特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の
    混合要素。
  8. 【請求項８】 混合すべき少なくとも１つの流体（９
    ５）、特に添加物のための供給個所（３０）がリング
    （２０）に一体にされ、前記供給個所がリング間隙
    （３）により、あるいは複数の、あるいは多数の均等に
    配置され、かつ均等な大きさの出口開口（３１）によっ
    て、好ましくはリング（２）の端部断面の一方に形成さ
    れることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１
    項に記載の混合要素。
  9. 【請求項９】 混合能動構造体（２５）の一方あるいは
    双方の羽根（２５ａ，２５ｂ）の一部が羽根と関連した
    面（２１，２２）から外方に曲げられている変更を特徴
    とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の混合
    要素。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９までのいずれか１項に
    記載のフランジ移行部と混合要素とを含む配管におい
    て、混合すべき流体、特に添加物用の少なくとも１個の
    供給個所（３０′）が前記リング（２０）の前方で上流
    に配置されていることを特徴とする配管。
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