(57)【要約】【課題】異なる流体を適切に混合することができる流体混合器を提供すること。【解決手段】少なくとも一部が円錐台形状である内部空間を有する混合器本体３と、混合器本体３との間に旋回流空間Ｓを形成するように、円錐台形状に対応して内部空間内に配置される、少なくとも一部が円錐台形状の整流体１１とを備え、旋回流空間Ｓの大径部側端部Ｓａには、旋回流空間Ｓの接線方向に外部から第１流体を導入するための少なくとも１つの第１流体導入路５が形成され、整流体１１の内部には、外部から旋回流空間Ｓ内に第２流体を導入するための第２流体導入路７が形成され、旋回流空間Ｓの小径部側端部Ｓｂには、混合された流体を外部へ排出するための流体排出口９が形成されていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が円錐台形状である内部空間を有する混合器本体と、
前記混合器本体との間に旋回流空間を形成するように、前記円錐台形状に対応して前記内部空間内に配置される、少なくとも一部が円錐台形状の整流体とを備え、
前記旋回流空間の大径部側端部には、前記旋回流空間の接線方向に外部から第１流体を導入するための少なくとも１つの第１流体導入路が形成され、
前記整流体の内部には、外部から前記旋回流空間内に第２流体を導入するための第２流体導入路が形成され、
前記旋回流空間の小径部側端部には、混合された流体を外部へ排出するための流体排出口が形成されていることを特徴とする、流体混合器。
【請求項２】
前記混合器本体の前記大径部側の端部は大径部側壁部で構成されており、この大径部側壁部と前記整流体とが一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流体混合器。
【請求項３】
前記混合器本体の前記小径部側の端部は小径部側壁部で構成されており、この小径部側壁部に前記流体排出口が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の流体混合器。
【請求項４】
前記第２流体導入路は、外部から第２流体を取り込むための第２流体取込口と、前記旋回流空間に第２流体を注入するための第２流体注入口とを備え、この第２流体注入口は前記流体排出口の近傍に位置していることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記流体排出口の少なくとも一部は、流体の排出方向に向かって断面積が拡張していることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記整流体が一体形成された大径部側壁部は、前記混合器本体から分離可能であることを特徴とする、請求項２に記載の流体混合器。
【請求項７】
前記流体排出口が形成された小径部側壁部は、前記混合器本体から分離可能であることを特徴とする、請求項３に記載の流体混合器。
【請求項８】
前記大径部壁部および小径部側壁部の少なくとも何れか一方は、流体特性の異なる少なくとも２種類の整流体若しくは流体排出口を具備するものと交換可能であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の流体混合器。
【請求項９】
前記第１流体導入路は、４つ設けられていることを特徴する、請求項１〜８の何れか一項に記載の流体混合器。
【請求項１０】
前記第２流体導入路の第２流体取込口は閉鎖可能であることを特徴とする、請求項４に記載の流体混合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体混合器に係り、特に、異なる物質同士を適切に混合することができる流体混合器に関するものである。ここで、混合の対象となる物資としては、気体、液体、固体のすべてが含まれる。また、「混合」という時には、狭義の「混合」の他に「分散」、「乳化」、「溶解」などの概念も含む趣旨である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異なる流体同士を混合するための流体混合器として、いくつかのタイプのものが提案されている。そのうちの１つとしては、例えば水の浄化などを目的として、水に空気を混合して水中に微細な気泡を発生させる気泡発生装置がある（特許文献１参照）。具体的には、図８（Ａ）に示すような、有底円筒形のスペースを有する容器本体と、この容器本体の内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口と、容器本体の底部に開設された気体導入孔と、容器本体の先部に開設された旋回気液混合体導出口とから構成された旋回式微細気泡発生装置である。
【０００３】
また、微小な気泡を発生させる他の装置も開示されている（特許文献２参照）。このマイクロバブル発生装置は、図８（Ｂ）に示すような、円筒状の旋回流発生筒の底部近傍に加圧液体を中心軸線に対して偏倚して導入する加圧液体導入孔と、底部を貫通して中心軸線と同軸に設けられた乱流防止筒を備えた気柱生成空間と、旋回流発生筒の頂部中心軸を貫通して設けられた気体導入量を調整する調整弁を設けた気体導入管と、その下端に接続され、吐出される加圧液体を導入する加圧気液導入孔と、吐出側において導入孔面積よりも断面積を大きくしたキャビテーションノズルを備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／６９５５０号パンフレット（第１図）
【特許文献２】特開２００３−１２６６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記各従来例には以下のような解決すべき課題があった。すなわち、特許文献１の装置で微細な気泡を発生させるためには、水流の剪断によって空気を微細に断ち切る必要があるため、水の旋回速度が高い方が望ましい。しかし、容器本体内の空間が単純な円筒形状であるため、容器本体の底部と先部とで水の旋回速度は基本的に同じである。従って、水の旋回速度を高めるためには、注入する水の圧力を高めて大量の水を注入しなければならない。このことは、大容量の加圧ポンプが必要となることを意味する。
【０００６】
また、特許文献２に係る発明では、旋回流発生筒の底部に加圧液体が導入される。この旋回流発生筒の底部（下流側に相当）に導入された液体は、一担乱流防止筒の回りを旋回しながら旋回流発生筒の頂部側（上流側に相当）に流れる。そして、旋回流発生筒の頂部でＵターンして、気柱生成空間および加圧気液導入孔側に流れて、その過程で微小な気泡を生成するようになっている。すなわち、当該発明では、液体が旋回流生成筒内でＵターンする構造であるために、液体の旋回エネルギが減衰してしまうことが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明では、(1)少なくとも一部が円錐台形状である内部空間を有する混合器本体と、(2)混合器本体との間に旋回流空間を形成するように、円錐台形状に対応して内部空間内に配置される、少なくとも一部が円錐台形状の整流体とを備え、(3)旋回流空間の大径部側端部には、旋回流空間の接線方向に外部から第１流体を導入するための少なくとも１つの第１流体導入路が形成され、(4)整流体の内部には、外部から旋回流空間内に第２流体を導入するための第２流体導入路が形成され、(5)旋回流空間の小径部側端部には、混合された流体を外部へ排出するための流体排出口が形成されている、(6)ことを特徴とする流体混合器、という構成を採っている。
【０００８】
かかる流体混合器は、混合器本体の内部空間と、これに対応する整流体が共に円錐台形状を少なくとも一部に含んでいる。このため、旋回流が形成される旋回流空間の直径が、流体の排出側に向かって除々に小さくなる。従って、第１流体導入路から導入される第１流体の周方向の流速が、流体排出側に向かうに従って増大する。例えば、大径部側端部の直径が小径部側端部の直径の２倍であれば、小径部側端部の円周長は大径部側端部の１／２となる。したがって、流体が定常状態で流れている場合には、小径部側端部における流体の周方向の流速は、大径部側端部における周方向の流速の約２倍となる。このことは、小径部側端部の近傍において、第１流体と第２流体とが混合される際に、第１流体の速い周方向の流速によって、第２流体が第１流体に対して適切に混合されることを意味する。
【０００９】
また、第１流体導入路から導入される第１流体は、旋回流空間を旋回しながら小径部側に移動する。このとき、第１流体には旋回による遠心力が働くため、流体は半径方向外方に移動しようとする。この遠心力は、周方向の流速が高い程大きいが、本発明では小径部側端部の近傍における流速が、大径部側端部における流速よりも高められている。このため、旋回流の中心軸近傍において負圧状態が生じる。この負圧状態によって、第２流体導入路を通して外部から第２流体が取り込まれて旋回流空間に注入される。このため、第２流体を導入するための複雑な機構等を省略することができる。もちろん、第２流体を加圧した状態で旋回流空間に導入するようにしてもよい。
【００１０】
また、第２の発明では、混合器本体の大径部側の端部は大径部側壁部で構成されており、この大径部側壁部と整流体とが一体的に形成されている、という構成を採っている。
【００１１】
また、第３の発明では、混合器本体の小径部側の端部は小径部側壁部で構成されており、この小径部側壁部に流体排出口が形成されている、という構成を採っている。
【００１２】
また、第４の発明では、第２流体導入路は、外部から第２流体を取り込むための第２流体取込口と、旋回流空間に第２流体を注入するための第２流体注入口とを備え、この第２流体注入口は流体排出口の近傍に位置している、という構成を採っている。
【００１３】
また、第５の発明では、流体排出口の少なくとも一部は、流体の排出方向に向かって断面積が拡張している、という構成を採っている。
【００１４】
また、第６の発明では、整流体が一体形成された大径部側壁部は、混合器本体から分離可能である、という構成を採っている。
【００１５】
また、第７の発明では、流体排出口が形成された小径部側壁部は、混合器本体から分離可能である、という構成を採っている。
【００１６】
また、第８の発明では、大径部壁部および小径部側壁部の少なくとも何れか一方は、流体特性の異なる少なくとも２種類の整流体若しくは流体排出口を具備するものと交換可能である、という構成を採っている。
【００１７】
また、第９の発明では、第１流体導入路は、４つ設けられている、という構成を採っている。
【００１８】
更に、第１０の発明では、第２流体導入路の第２流体取込口は閉鎖可能である、という構成を採っている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流体混合器の図であり、図１（Ａ）は平面図を示し、図１（Ｂ）は正面図を示し、図１（Ｃ）は側面図を示す。
【図２】図１に開示した流体混合器の内部構造を説明する図であり、図２（Ａ）は図１（Ｂ）に対応する図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図３】図１に開示した流体混合器の内部構造を説明する図であり、図３（Ａ）は図１（Ｂ）に対応する図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４】図１に開示した流体混合器の内部構造を説明する図であり、図４（Ａ）は図１（Ｂ）に対応する図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図５】図１に開示した流体混合器の分解斜視図である。
【図６】図１に開示した流体混合器の変形例を示す図であり、図６（Ａ）は旋回流空間の直径が中心軸線Ｃに沿って曲線状に変化する場合を示し、図６（Ｂ）は第１流体導入路が接線方向に対して僅かに傾いている場合を示し、図６（Ｃ）は第１流体導入路が小径部側端部に向かって僅かに傾いている場合を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る流体混合器を示す図であり、図７（Ａ）は正面図を示し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図を示し、図７（Ｃ）は平面図を示す。
【図８】従来の発明を示す図であり、図８（Ａ）は特許文献１の気泡発生装置を示し、図８（Ｂ）は特許文献２のマイクロバブル発生装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
次に、添付図面に基づいて、本願発明の第１の実施形態について説明する。以後の説明では、後述する内部空間における円錐台形状の直径の大きな側を大径部側と称し、直径の小さな側を小径部側と称する（それぞれ、図１（Ａ）における上方側と下方側が対応する）。また、内部空間および整流体の中心軸を中心軸線Ｃと称し、大径部側から小径部側に向かう方向（或いは、その逆方向）を中心軸線方向と称する。
【００２１】
［全体概要］
図１から図４に示すように、本実施形態に係る流体混合器１は、(1)少なくとも一部が円錐台形状である内部空間を有する混合器本体３と、(2)混合器本体３との間に旋回流空間Ｓを形成するように、円錐台形状に対応して内部空間内に配置される、少なくとも一部が円錐台形状の整流体１１とを備え、(3)旋回流空間Ｓの大径部側端部Ｓａには、旋回流空間Ｓの接線方向に外部から第１流体を導入するための第１流体導入路５が形成され、(4)整流体１１の内部には、外部から旋回流空間Ｓ内に第２流体を導入するための第２流体導入路７が形成され、(5)旋回流空間Ｓの小径部側端部Ｓｂには、混合された流体を外部へ排出するための流体排出口９が形成されている。
【００２２】
ここで、本実施形態で扱う「流体」には、気体や液体等の一般的な意味での流体の他に、流動性を有する粉体なども含む趣旨である。そして、流体混合器１は、導入する流体を変更することで、液体−液体混合、液体−気体混合、気体−気体混合、液体−固体混合、気体−固体混合、固体−固体混合などの組み合わせが可能である。但し、固体−固体混合の場合には、実際には粉体などの固体物質を混合する場合が多いが、液体や気体と比べて流動性が低い。このため、固体−固体混合は、限られた条件下で実施可能である。
【００２３】
図１においては、流体混合器１が１つのブロック状の部材で構成されているように示されているが、これは説明の便宜上のものに過ぎず、実際には複数の部材を組み合わせて構成するようにしてもよい。特に、流体混合器１を、樹脂や塩化ビニル或は金属などの材料で構成する場合は、内部空間及び旋回流空間Ｓを形成するために、２つ以上の部材で構成する必要が生じる場合があることは当然である。図２は、図１（Ｂ）に対応する図２（Ａ）と、この図２（Ａ）における各部の断面図を示しており、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００２４】
また、図３は、図１（Ａ）に対応する図３（Ａ）と、この図３（Ａ）における各部の断面図を示しており、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。同様に、図４は、図１（Ｂ）に対応する図４（Ａ）を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。更に、図５は、本実施形態に係る流体混合器１を示す斜視図であり、流体混合器３の主要部を分解する場合の一例を表したものである。
【００２５】
次に、流体混合器の各構成要素について個別に説明する。
【００２６】
［混合器本体］
本実施形態に係る混合器本体３は、ブロック状の部材から構成されている。但し、混合器本体３の基本形状はブロック形状に限定されるものではなく、たとえば円柱状（あるいは円筒状）のものであってもよい。混合器本体３に使用している材料は塩化ビニルである。但し、材料は塩化ビニルの他、樹脂や、アルミ、ステンレスなどの金属であってもよい。混合器本体３の製造方法もさまざまなものが考えられ、たとえばブロック状の部材に対する切削加工や、樹脂を用いた射出成型等がある。
【００２７】
［内部空間］
上述したように、内部空間は大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって、略円錐台形状となっている。ただし、本実施形態においては、内部空間の大径部側端部Ｓａは、一部が略円柱状となっている。すなわち、内部空間を形成する内壁は中心軸線Ｃに対して傾斜していない。この円柱状部には、後述する第１流体導入路５が連通している。本実施形態の内部空間を形成する内壁４は、中心軸線Ｃに対して傾斜面となっているが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって、内壁４の直径が階段状に徐々に減少してゆくような構成であってもよい。また、円柱状部を形成せずに、内部空間のすべての部分を円錐台形状にしてもよい。
【００２８】
また、本実施形態では、図１（Ａ）、（Ｃ）に示されるように、内部空間の円錐台形状の各部における直径は、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって直線状に減少しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６（Ａ)に示すように、各部における直径が曲線状に減少してゆくような形状の内部空間であってもよい。この場合、後述する整流体１１は、円錐台形状のままでもよいし、内部空間を形成する内壁に合わせて、直径が曲線状に変化するような形状のものを用いてもよい。また、内部空間の中心軸線Ｃ方向の両端部はそれぞれ壁部で閉じられており、これらが大径部側壁部３ａと小径部側壁部３ｂとなる。なお、大径部側壁部３ａと小径部側壁部３ｂには、それぞれ第２流体取込口７ａと流体排出口９が形成されているが、それらについては後述する。
【００２９】
［第１流体導入路］
次に、第１流体導入路５について説明する。第１流体導入路５は、流体混合器１の外部から旋回流空間Ｓに第１流体を導入するための流路である。第１流体導入路５は、旋回流空間Ｓの大径部側端部Ｓａと外部とを連通するように形成されている。そして、第１流体導入路５は、旋回流空間Ｓの大径部側端部Ｓａの接線方向に向かって形成されている。このため、第１流体導入路５から第１流体が導入されると、旋回流空間Ｓを形成する内壁４に沿って旋回流が形成されるようになっている。なお、第１流体導入路５は、少なくとも旋回流空間Ｓに連通する部分が接線方向に向いていればよいので、他の部分が接線方向を向いていることは本発明に必須の条件ではない。
【００３０】
第１流体導入路５の外側の端部には、雌ネジが形成されている。これは、第１流体を供給するための供給管（図示略）の端部をネジ接続するためのものである。このため、供給管の端部には、上記雌ネジに対応する雄ネジを形成しておく必要がある。ただし、ネジ構造を用いた接続構造は一例であって、その他の接続構造を用いることも可能である。たとえば、第１流体導入路５の外側の端部に接続パイプ（図示略）を取り付け、この接続パイプにゴム製などの柔軟性のある供給管を接続するような構造であってもよい。
【００３１】
なお、本実施形態において「接線方向」とは、厳密な意味での接線方向に限定する趣旨ではない。すなわち、第１流体導入路５の方向が内部空間に対して、僅かでも接線方向成分を有するものであれば、本願発明は成立するという意味である。したがって、図６（Ｂ）に示すように、第１流体導入路５の中心線が、内部空間の接線方向に対して傾斜していてもよい。また、図６（Ｃ）に示すように、第１流体導入路５の中心線が、僅かに小径部側端部Ｓｂに向かって傾斜しているような構成も可能である。
【００３２】
［整流体］
次に、整流体１１について説明する。本実施形態の整流体１１は、大径部側壁部３ａから突出して、小径部側端部Ｓｂに向かって中心軸線Ｃ方向に沿って設けられている。整流体１１は、大径部側端部Ｓａが円筒形状であり、小径部側が円錐台形状となっている。整流体１１のこれらの円筒形状および円錐台形状は、混合器本体３の内部空間を形成する内壁４の形状に対応する形状である。具体的には、内壁４と整流体１１の外壁１２との相互間距離が、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって常に略一定となるように、整流体１１の形状が定められている。
【００３３】
［第２流体導入路］
整流体１１の内部には、その中心軸線Ｃに沿って第２流体導入路７が形成されている。この第２流体導入路７は、混合器本体３の外部から第２流体を導入するためのものである。具体的には、混合器本体３の大径部側壁部３ａから整流体１１の小径部側の末端まで貫通した流路となっている。そして、整流体１１の小径部側の末端は、混合器本体３の小径部側壁部３ｂまでは到達していない。このため、第２流体導入路７の小径部側の末端は、小径部側壁部３ｂの近傍の旋回流空間Ｓに開口している。
【００３４】
なお、以下の説明の便宜上、第２流体導入路７の大径部側の末端を「第２流体取込口７ａ」と称する。これは、第２流体取込口７ａが、第２流体を外部から取り込むための口として作用するからである。一方、第２流体導入路７の小径部側の末端を「第２流体注入口７ｂ」と称する。これは、第２流体注入口７ｂが、第２流体を旋回流空間Ｓ内に注入する口として作用するからである。
【００３５】
第２流体取込口７ａには、雌ネジが形成されている。これは、第１流体導入路５の場合と同様に、第２流体を供給するための供給管（図示略）をネジ接続するためのものである。ただし、本実施形態の流体混合器１では、雌ネジは必須の構成要素ではない。なぜなら、第２流体が空気である場合には、後述するように、第１流体の旋回流に起因して第２流体導入路７に負圧状態が生じ、この負圧によって空気が吸い込まれるからである。
【００３６】
［旋回流空間］
次に、旋回流空間Ｓについて説明する。旋回流空間Ｓは、混合器本体３の内部空間を形成する内壁４と、整流体１１の外壁１２との間に形成される空間である。すなわち、混合器本体３の内部空間のうち、整流体１１によって占められる空間を除いた部分が、旋回流空間Ｓと定義される。本実施形態では、混合器本体３の内壁４と整流体１１の外壁１２とは、ほとんどの部分で概ね平行となっている。このため、旋回流空間Ｓは、略一定幅の環状断面が、中心軸線Ｃに沿って連続している空間となっている。ただし、図３に示すように、環状断面の直径は大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって徐々に減少するものである。そして、整流体１１の小径部側の末端を超えた領域では、旋回流空間Ｓは円形断面となって小径部側壁部３ｂで終端する。
【００３７】
上述のように、本実施形態の旋回流空間Ｓは、略一定幅の環状断面が連続するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、内部空間を形成する内壁４の直径をより大きな角度で減少させ、整流体は変更しないことも考えられる。このような構成を採った場合、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かう場合の、旋回流空間Ｓの外径の減少度合いが上述の実施形態よりも大きくなる。換言すると、旋回流空間Ｓを構成する環状断面の幅は、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって徐々に狭いものとなる。
【００３８】
逆に、整流体１１の外壁１２の傾斜をより大きくすることも考えられる。すなわち、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かう場合の、混合器本体３における内壁４の直径の減少度合いよりも、整流体１１の外壁１２における直径の減少度合いを大きくするということである。このような構成を採ると、旋回流空間Ｓを形成する環状断面の幅は、大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって僅かずつ広くはなるが、環状断面の直径自体は減少してゆくので、上述したものと同様の混合作用を発揮することは可能である。
【００３９】
［流体排出口］
次に、流体排出口９について説明する。流体排出口９は、小径部側壁部３ｂに形成された貫通穴である。この流体排出口３ｂは、流体混合器１内で第１流体と第２流体とが混合された後、この混合された流体を外部に排出するためのものである。本実施形態の流体排出口９は、図２（Ｃ）に示すように、大径部側から小径部側に向かって順に、第１平行部９ａ、拡大部９ｂ、第２平行部９ｃによって形成されている。ここで、第１平行部９ａと拡大部９ｂとの境界におけるそれぞれの直径は同一であるが、拡大部９ｂと第２平行部９ｃの境界におけるそれぞれの直径は異なっている。このため、拡大部９ｂと第２平行部９ｃとの境界には段差が形成されている。
【００４０】
ただし、上述の流体排出口９の構成はあくまでも一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、単純に全体が平行な穴であってもよいし、全体がラッパ状に拡張するような形状であってもよい。逆に、大径部側から小径部側に向かって直径が減少するような先細り形状の流体排出口９であってもよい。
【００４１】
また、図５に示すように、流体混合器１は、混合器本体３と、整流体１１および大径部側壁部３ａの組合せ体と、小径部側壁部３ｂとをそれぞれ別個に製造し、これらを組立てるような構造であってもよい。大径部側壁部３ａと小径部側壁部３ｂは、例えば、接着剤やネジ構造によって混合器本体３に取り付けられるようになっている。
【００４２】
［各部の具体的寸法の一例］
図１に開示した流体混合器１の、具体的寸法の一例について説明する。以下の説明では、図１において、図１（Ｂ）を正面図、図１（Ａ）を平面図、図１（Ｃ）を側面図とする。先ず、図１（Ｂ）において、混合器本体３の幅Ｗは約５０ｍｍであり、高さＨは約６０ｍｍである。また、図１（Ｃ）において、混合器本体３の奥行きＤは約６０ｍｍである。このように、本実施形態の混合器本体３は、約５０×６０×６０ｍｍの立方体形状を有している。
【００４３】
また、混合器本体３の旋回流空間Ｓの大径部側端部Ｓａの直径は約４０ｍｍであり、小径部側端部Ｓｂの直径は約２０ｍｍである。また、旋回流空間Ｓの中心軸線Ｃに沿った長さは約５０ｍｍとなっている。また、整流体１１の大径部側の末端の直径は約２０ｍｍであり、小径部側の末端の直径は約５ｍｍである。更に、整流体１１の旋回流空間Ｓに露出している部分の長さは、約４５mmである。このため、小径部側壁部３ｂと整流体１１の末端との間には約５ｍｍ程度の距離がある。なお、以上の寸法はあくまでも一例であって、相似形に拡大或いは縮小しても良いし、各部の寸法を他の寸法と無関係に変更することも可能である。
【００４４】
［作用］
本実施形態の流体混合器１では、加圧された第１流体が、第１流体導入路５を通して旋回流空間Ｓに導入される。第１流体導入路５は、旋回流空間Ｓの接線方向に向かって開口しているので、旋回流空間Ｓを周方向に旋回しながら小径部側端部Ｓｂに向かって流れる。第１流体には旋回による遠心力が働いて半径方向外方に移動しようとするため、第２流体注入口７ｂの近傍の中心軸線Ｃで負圧状態が発生する。このため、第２流体注入口７ｂから第２流体が旋回流空間Ｓに引き込まれる。これによって、旋回する第１流体内で、第２流体が渦流となりながら、流体排出口９に向かって移動する。このとき、第１流体と第２流体の渦流とは、整流体１１の第２流体注入口７ｂの付近で急激に不安定となり、第２流体が強制的に切断されて、各流体同士が均一に混合される。
【００４５】
この流体混合器１において、旋回流空間Ｓの直径は、第１流体の導入側である大径部側端部Ｓａから、流体排出側である小径部側端部Ｓｂに向かうに従って減少する。したがって、第１流体の周方向の流速が流体排出側に向かうに従って増大し、第１流体に加わる遠心力も増大する。その結果、第２流体注入口７ｂからの第２流体の引き込み力が増大する。それと同時に、第１流体の速い流速によって、第１流体と第２流体との混合特性が向上する。
【００４６】
また、本実施形態では、図５に示すように、大径部側壁部３ａと小径部側壁部３ｂとが、混合器本体３から取り外し可能に構成される。このため、流体に接触する第１流体導入路５、旋回流空間Ｓおよび流体排出口９の洗浄が行いやすい。しかも、大径部側壁部３ａと小径部側壁部３ｂには、それぞれ整流体１１と流体排出口９が設けられているが、流体特性の異なる整流体および流体排出口を備える大径部側壁部と小径部側壁部に交換することで、取り扱う流体に応じて、混合特性を積極的に変更することが可能である。
【００４７】
また、流体混合器１には、旋回流空間Ｓおよび流体排出口９の少なくとも一方に超音波振動を伝播する超音波振動子を備えていてもよい。かかる超音波振動子は、例えば、流体排出口９の周囲に設けられてもよいし、旋回流空間Ｓの小径部側端部Ｓｂに設けてもよい。超音波振動子としては、圧電型、磁歪型など、種々のタイプを採用可能である。かかる構成とすれば、混合性能を一層向上できる。
【００４８】
［第２の実施形態］
次に、図７に基づいて、第２の実施形態に係る流体混合器１０１について説明する。この流体混合器１０１の基本構成は第１の実施形態と同様であるが、第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄが４つ設けられている点が異なっている。以下では、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明し、共通する点については、説明を省略する。
【００４９】
図７（Ａ）に示すように、混合器本体１３０には、４つの第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄが形成されており、これらは相互に独立した流路である。但し、第１流体導入路の数は、４つに限らず、２以上の任意の数で設定可能である。この第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄには、接続パイプ１３７ａ〜１３７ｄがそれぞれ設けられている。この接続パイプ１３７ａ〜１３７ｄは、混合器本体１３０の外部から第１流体を供給する供給管（図示略）を接続するためのものである。第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄは、図７（Ａ）から分かるように、周方向に沿って等角度間隔で配置されている。
【００５０】
この流体混合器１０１によれば、第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄの各々から異なる種類の流体を供給することによって、第２流体導入路１５３から導入される流体を含めた５種類の流体を均一に混合できる。第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄから供給される各々の流体は、十分な旋回エネルギによって、旋回流空間Ｓ内を旋回する。なお、第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄのうちの２以上の流路から、同一の種類の流体を供給してもよい。
【００５１】
この第２実施形態において、流体混合器１０１は、第２流体導入路１５３における第２流体取込口１５５を閉鎖する閉鎖機構を備えていてもよい。かかる閉鎖機構は、例えば、第２流体取込口１５５に押し込むゴム製の蓋部材１５５ｂである。こうすれば、第２流体導入路１５３の流通を閉鎖した状態で、第１流体導入路１３４ａ〜１３４ｄから２種類以上の流体を供給して、これらの流体を混合できる。
【００５２】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏する範囲で適宜、組合せ、または、省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本願発明は、流体の混合器に利用することが可能であり、具体的には、水と空気を混合する気泡発生装置や霧発生装置に利用可能である。また、２つの液体同士を混合して乳化させるような流体混合器としても利用可能である。更には、液体に粉体を混合して分散させるような場合にも利用可能である。これらのことから、本発明は、例えば水の浄化、海水の淡水化、化粧品製造、医薬品の製造、複写機のトナー製造、カーボンナノチューブの溶剤への分散などの様々な産業分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  流体混合器
３  混合器本体
３ａ  大径部側壁部
３ｂ  小径部側壁部
５  第１流体導入路
７  第２流体導入路
７ａ  第２流体取込口
７ｂ  第２流体注入口
９  流体排出口
１１  整流体
Ｃ  中心軸線
Ｓａ  大径部側端部
Ｓｂ  小径部側端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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