(57)【要約】流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合でき、コンパクトで配管施工が容易な渦巻き式流体混合器を提供する。この渦巻き式流体混合器は、流体入口と、該流体入口に接続する第一流路と、該第一流路に接続する第一渦巻き流路と、該第一渦巻き流路から分岐する複数の分岐流路と、該複数の分岐流路が各々接続する第二渦巻き流路と、該第二渦巻き流路に接続する第二流路と、該第二流路に接続する流体出口と、を具備し、前記複数の分岐流路は、前記第一渦巻き流路の異なる位置から各々分岐し、前記第二渦巻き流路の異なる位置において前記第二渦巻き流路と各々接続することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口と、該流体入口に接続する第一流路と、該第一流路に接続する第一渦巻き流路と、該第一渦巻き流路から分岐する複数の分岐流路と、該複数の分岐流路が各々接続する第二渦巻き流路と、該第二渦巻き流路に接続する第二流路と、該第二流路に接続する流体出口と、を具備し、
前記複数の分岐流路は、前記第一渦巻き流路の異なる位置から各々分岐し、前記第二渦巻き流路の異なる位置において第二渦巻き流路と各々接続することを特徴とする渦巻き式流体混合器。
【請求項２】
前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路は、相互に同方向の渦が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項３】
前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路は、相互に逆方向の渦が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項４】
前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路が、前記第一流路及び前記第二流路に各々接続された一端部から他端部に向かって流路断面積が漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項５】
前記第一流路及び前記第二流路が、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路の渦の中心端部に各々接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項６】
前記第一流路及び前記第二流路が、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路の渦の外周端部に各々接続していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項７】
一端面に第一渦巻き溝、他端面に第二渦巻き溝が形成され、複数の連通孔が前記第一渦巻き溝と前記第二渦巻き溝とを各々連通するように形成された本体部と、
該本体部両端面にそれぞれ密着した状態で接合された第一側板及び第二側板と、を具備し、
該第一側板及び該第二側板に、前記溝の外周端部に各々接続する前記第一流路及び前記第二流路が形成されるかまたは前記溝の中心端部に各々接続する前記第一流路及び前記第二流路が形成され、
前記第一側板及び前記第二側板の表面に前記流体入口及び前記流体出口が配置され、前記第一渦巻き溝及び前記第一側板内面により前記第一渦巻き流路が、前記第二渦巻き溝及び前記第二側板内面により前記第二渦巻き流路が形成され、前記連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項８】
一端面に第一渦巻き溝、他端面に第二渦巻き溝が形成され、該第一渦巻き溝及び該第二渦巻き溝の各外周端部に前記第一流路及び前記第二流路が各々接続して設けられ、その側面に前記流体入口及び前記流体出口が配置され、複数の連通孔が前記第一渦巻き溝と前記第二渦巻き溝とを各々連通するように形成された本体部と、
該本体部両端面にそれぞれ密着した状態で接合された第一側板及び第二側板と、を具備し、
前記第一渦巻き溝及び前記第一側板内面により前記第一渦巻き流路が、前記第二渦巻き溝及び前記第二側板内面により前記第二渦巻き流路が形成され、前記連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項６に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項９】
内面に第一渦巻き溝が形成され、該第一渦巻き溝の外周端部または中心端部に前記第一流路が接続して設けられ、側面または表面に前記流体入口が配置された第一側板と、
内面に第二渦巻き溝が形成され、該第二渦巻き溝の外周端部または中心端部に前記第二流路が接続して設けられ、側面または表面に前記流体出口が配置された第二側板と、
両端面に前記第一側板及び前記第二側板がそれぞれ密着した状態で接合される本体部と、を具備し、
前記第一渦巻き溝及び前記本体部一端面により前記第一渦巻き流路が、前記第二渦巻き溝及び前記本体部他端面により前記第二渦巻き流路が形成され、前記本体部に前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路を各々連通させる複数の連通孔が形成され、該連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項６記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項１０】
前記連通孔の各々の流路断面積が同一に形成されていることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の渦巻き式流体混合器。
【請求項１１】
流れる物質の温度または濃度が経時的に変化するラインにおいて、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の渦巻き式流体混合器によって該物質の温度または濃度を均一化することを特徴とする渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１２】
前記物質が、気体または液体であることを特徴とする請求項１１記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１３】
少なくとも２つの物質の混合比率が経時的に変化するラインにおいて、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の渦巻き式流体混合器によって該物質の混合比率を均一化することを特徴とする渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１４】
少なくとも２つの物質が各々流れるラインの合流部の下流側に前記渦巻き式流体混合器が配置されてなることを特徴とする請求項１３記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１５】
前記物質が、気体、液体、固体、粉体のいずれかであることを特徴とする請求項１２または請求項１４に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１６】
前記物質が、少なくとも水と、ｐＨ調整剤、液体肥料、漂白剤、殺菌剤、界面活性剤または液体薬品のいずれかであることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１７】
前記物質が、少なくとも第一の液体薬品と、第二の液体薬品または金属であることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１８】
前記物質が、少なくとも廃液と、ｐＨ調整剤、凝集剤または微生物であることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項１９】
前記物質が、少なくとも第一の石油類と、第二の石油類、添加剤または水であることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２０】
前記物質が、少なくとも接着剤と、硬化剤であることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２１】
前記物質が、少なくとも第一の樹脂と、第二の樹脂、溶剤、硬化剤または着色剤のいずれかであることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２２】
前記物質が、少なくとも第一の食品原料と、第二の食品原料、食品添加剤、調味料、微生物または不燃性ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２３】
前記物質が、少なくとも空気と、可燃性ガスであることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２４】
前記物質が、少なくとも第一の不燃性ガスと、第二の不燃性ガスまたは蒸気であることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２５】
前記物質が、少なくとも水、液体薬品または食品原料のいずれかと、空気、不燃性ガスまたは蒸気のいずれかであることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【請求項２６】
前記物質が、第一の合成中間体と、第二の合成中間体、添加剤、液体薬品または金属のいずれかであることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の渦巻き式流体混合器を用いた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、医療分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管に用いられる渦巻き式流体混合器に関するものであり、特に流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合させることのできる渦巻き式流体混合器及び渦巻き式流体混合器を用いた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内に装着して管内を流れる流体を均一に混合する方法として、図１８に示すように捻り羽根状のスタティックミキサーエレメント１０１を用いたものが一般的であった（例えば、特開２００１−２０５０６２号公報参照）。通常、スタティックミキサーエレメント１０１は、矩形板をその長手軸線周りに１８０度捻ったものを最小単位部材として、複数の最小単位部材を、捻り方向が交互に異なる方向になるように一体的に直列に結合した構造を有している。このスタティックミキサーエレメント１０１を管１０２内に配置し、管１０２の両端部にメールコネクター１０３を取り付け、フレアー１０５を装着して締付ナット１０４を締め付けることによりスタティックミキサーが形成される。このとき、スタティックミキサーエレメント１０１の外径が管１０２の内径にほぼ等しく設計されて、流体が効果的に撹拌されるようになっている。【０００３】
しかしながら、前記従来のスタティックミキサーを用いた流体の混合方法は、流れてくる流体を流れに沿って撹拌する構成であるため図１９（ａ）に示すように配管の径方向の濃度分布をムラなく均一化することはできるが、図１９（ｂ）に示すように軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく均一化することはできない。そのため、例えばスタティックミキサーの上流側で水と薬液を混合させて流す時、薬液の混合比が一時的に増加した場合には流路内で部分的に濃度が濃くなった状態でスタティックミキサーを通過する。このとき、径方向で均一化されて水と薬液は撹拌されても、軸方向（流れ方向）においては流路内で部分的に濃度が濃くなった箇所はほとんど希釈されることなく濃くなった状態のまま下流側へ流れてしまう（図１９（ｂ）参照）。これにより、半導体洗浄装置、特に半導体ウェハの表面に直接薬液を塗布して各種の処理を行うような装置に接続された場合、濃度の異なる薬液が半導体ウエハの表面に塗布されて不良品の原因となる問題があった。【０００４】
この軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する方法としては、流路の途中でタンクを設置してタンク内に流体を一旦貯めてタンク内の濃度を均一化させた後で流体を流す方法（図示せず）などが挙げられる。しかしながら、タンクを設置するには広いスペースが必要となり装置が大きくなる問題や、タンクから再び流体を輸送するにはポンプ、配管などが必要となるため、使用する部材の点数が多くなるという問題や、配管ラインを施工するためのコストが発生するという問題があった。また、この方法ではタンク内で流体が滞留する。流体が滞留するとバクテリアの発生原因となり、タンク内で発生したバクテリアが配管ラインに流れ込み、半導体製造ラインにおいては半導体ウエハに付着して不良品の原因となる問題があった。【０００５】
軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する他の方法としては、図２０に示すように流路を分岐して流体の希釈を行う分岐希釈装置があった（例えば、特開平８−１４６００８号公報参照）。この装置は、細管１１１の中を一定の速度で流れている試料溶液を分析する装置において、流れている試料を複数の流路に分岐する分岐部１１２を流路の途中に設けることにより試料溶液を分割し、各分岐流路の細管１１３、１１４の内径や長さを変化させて検出器１１５の手前の合流部１１６で再度合流させ、試料溶液が検出される時間差を利用して希釈するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０５０６２号公報
【特許文献２】特開平８−１４６００８号公報
【発明の概要】
【０００７】
しかしながら、図２０の従来の分岐希釈装置の技術を流体輸送配管に用いる場合、管路の途中で分岐された長さの異なる管路を設けて再び合流させる配管ラインを設ける必要がある。このため、軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく流路内で均一化するには分岐した流路を多く設けなくてはならず、その場合には分岐した配管ラインを設けるスペースが大きくなってしまうという問題があった。また、このような配管ラインを施工するには部品点数が多く必要であり煩雑で時間がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合でき、コンパクトで配管施工が容易な渦巻き式流体混合器及び渦巻き式流体混合器を用いた装置を提供することである。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の構成を説明すると、渦巻き式流体混合器は、流体入口と、該流体入口に接続する第一流路と、該第一流路に接続する第一渦巻き流路と、該第一渦巻き流路から分岐する複数の分岐流路と、該複数の分岐流路が各々接続する第二渦巻き流路と、該第二渦巻き流路に接続する第二流路と、該第二流路に接続する流体出口と、を具備し、前記複数の分岐流路は、前記第一渦巻き流路の異なる位置から各々分岐し、前記第二渦巻き流路の異なる位置において第二渦巻き流路と各々接続することを第１の特徴とする。
【００１０】
渦巻き式流体混合器は、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路が、相互に同方向の渦が形成されていることを第２の特徴とする。
【００１１】
渦巻き式流体混合器は、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路が、相互に逆方向の渦が形成されていることを第３の特徴とする。
【００１２】
渦巻き式流体混合器は、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路が、前記第一流路及び前記第二流路に各々接続された一端部から他端部に向かって流路断面積が漸次小さくなるように形成されていることを第４の特徴とする。
【００１３】
渦巻き式流体混合器は、前記第一流路及び前記第二流路が、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路の渦の中心端部に各々接続されていることを第５の特徴とする。
【００１４】
渦巻き式流体混合器は、前記第一流路及び前記第二流路が、前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路の渦の外周端部に各々接続していることを第６の特徴とする。
【００１５】
渦巻き式流体混合器は、一端面に第一渦巻き溝、他端面に第二渦巻き溝が形成され、複数の連通孔が前記第一渦巻き溝と前記第二渦巻き溝とを各々連通するように形成された本体部と、該本体部両端面にそれぞれ密着した状態で接合された第一側板及び第二側板と、を具備し、該第一側板及び該第二側板に、前記溝の外周端部に各々接続する前記第一流路及び前記第二流路が形成されるかまたは前記溝の中心端部に各々接続する前記第一流路及び前記第二流路が形成され、前記第一側板及び前記第二側板の表面に前記流体入口及び前記流体出口が配置され、前記第一渦巻き溝及び前記第一側板内面により前記第一渦巻き流路が、前記第二渦巻き溝及び前記第二側板内面により前記第二渦巻き流路が形成され、前記連通孔が前記分岐流路となることを第７の特徴とする。
【００１６】
渦巻き式流体混合器は、一端面に第一渦巻き溝、他端面に第二渦巻き溝が形成され、該第一渦巻き溝及び該第二渦巻き溝の各外周端部に前記第一流路及び前記第二流路が各々接続して設けられ、その側面に前記流体入口及び前記流体出口が配置され、複数の連通孔が前記第一渦巻き溝と前記第二渦巻き溝とを各々連通するように形成された本体部と、該本体部両端面にそれぞれ密着した状態で接合された第一側板及び第二側板と、を具備し、前記第一渦巻き溝及び前記第一側板内面により前記第一渦巻き流路が、前記第二渦巻き溝及び前記第二側板内面により前記第二渦巻き流路が形成され、前記連通孔が前記分岐流路となることを第８の特徴とする。
【００１７】
渦巻き式流体混合器は、内面に第一渦巻き溝が形成され、該第一渦巻き溝の外周端部または中心端部に前記第一流路が接続して設けられ、側面または表面に前記流体入口が配置された第一側板と、内面に第二渦巻き溝が形成され、該第二渦巻き溝の外周端部または中心端部に前記第二流路が接続して設けられ、側面または表面に前記流体出口が配置された第二側板と、両端面に前記第一側板及び前記第二側板がそれぞれ密着した状態で接合される本体部と、を具備し、前記第一渦巻き溝及び前記本体部一端面により前記第一渦巻き流路が、前記第二渦巻き溝及び前記本体部他端面により前記第二渦巻き流路が形成され、前記本体部に前記第一渦巻き流路及び前記第二渦巻き流路を各々連通させる複数の連通孔が形成され、該連通孔が前記分岐流路となることを第９の特徴とする。
【００１８】
渦巻き式流体混合器は、前記連通孔の各々の流路断面積が同一に形成されていることを第１０の特徴とする。
流れる物質の温度または濃度が経時的に変化するラインにおいて、前記渦巻き式流体混合器によって該物質の温度または濃度を均一化することを第１１の特徴とする。
前記物質が、気体または液体であることを第１２の特徴とする。
少なくとも２つの物質の混合比率が経時的に変化するラインにおいて、前記渦巻き式流体混合器によって該物質の混合比率を均一化することを第１３の特徴とする。
少なくとも２つの物質が各々流れるラインの合流部の下流側に前記渦巻き式流体混合器が配置されてなることを第１４の特徴とする。
前記物質が、気体、液体、固体、粉体のいずれかであることを第１５の特徴とする。
前記物質が、少なくとも水と、ｐＨ調整剤、液体肥料、漂白剤、殺菌剤、界面活性剤または液体薬品のいずれかであることを第１６の特徴とする。
前記物質が、少なくとも第一の液体薬品と、第二の液体薬品または金属であることを第１７の特徴とする。
前記物質が、少なくとも廃液と、ｐＨ調整剤、凝集剤または微生物であることを第１８の特徴とする。
前記物質が、少なくとも第一の石油類と、第二の石油類、添加剤または水であることを第１９の特徴とする。
前記物質が、少なくとも接着剤と、硬化剤であることを第２０の特徴とする。
前記物質が、少なくとも第一の樹脂と、第二の樹脂、溶剤、硬化剤または着色剤のいずれかであることを第２１の特徴とする。
前記物質が、少なくとも第一の食品原料と、第二の食品原料、食品添加剤、調味料、微生物または不燃性ガスのいずれかであることを第２２の特徴とする。
前記物質が、少なくとも空気と、可燃性ガスであることを第２３の特徴とする。
前記物質が、少なくとも第一の不燃性ガスと、第二の不燃性ガスまたは蒸気であることを第２４の特徴とする。
前記物質が、少なくとも水、液体薬品または食品原料のいずれかと、空気、不燃性ガスまたは蒸気のいずれかであることを第２５の特徴とする。
前記物質が、第一の合成中間体と、第二の合成中間体、添加剤、液体薬品または金属のいずれかであることを第２６の特徴とする。
【００１９】
本発明の渦巻き式流体混合器の本体部３１、第一側板３５、第二側板３８等の各部品の材質は、樹脂製であればポリ塩化ビニル、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリエチレンなどいずれでも良い。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）、ポリビニリデンフルオロライド、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、また腐食性ガスが透過しても配管部材の腐食の心配がなくなるため好適である。また、本体部３１、第一側板３５、第二側板３８の材質が透明または半透明な部材で用いても良く、流体の混合の状態を目視で確認できるため好適である。また、渦巻き式流体混合器に流す物質によっては各部品の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属や合金であっても良い。
【００２０】
本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）流路内で一時的に薬液の濃度が濃くなったり薄くなったりした状態でも、流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化して混合でき、濃度の安定した薬液の供給が可能であり、各種分野における薬液濃度の変化による不良の発生を防止できる。
（２）流路内で一時的に流体の温度が高くなったり低くなったりした状態でも、流体の流れ方向の温度分布をムラなく均一化して混合でき、温度の安定した流体の供給が可能であり、給湯器などにおいて温度をより安定させると共に火傷などを防止できる。
（３）渦巻き式流体混合器を小型化することができ、その設置スペースも必要最小限にすることができる。
（４）小口径サイズにおいて加工し易い形状であり、設置スペースに応じてある程度渦巻き式流体混合器の形状を合わせて形成することが可能である。
（５）配管施工が容易で短時間で行うことができる。
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から、本発明を一層十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図１は、本発明の第一の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す配管流路の模式図である。
図２は、図１の渦巻き式流体混合器を用いて流体の濃度を測定する装置を示す模式図である。
図３は、図２の渦巻き式流体混合器の上流側の濃度を測定したグラフである。
図４は、図２の渦巻き式流体混合器の下流側の濃度を測定したグラフである。
図５は、本発明の第二の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す配管流路の模式図である。
図６は、本発明の第三の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す配管流路の模式図である。
図７は、本発明の第四の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す分解斜視図である。
図８は、図７の渦巻き式流体混合器を示すＡ−Ａ縦断面図である。
図９は、本発明の第五の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す分解斜視図である。
図１０は、図９の渦巻き式流体混合器を示すＢ−Ｂ縦断面図である。
図１１は、本発明の第六の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す分解斜視図である。
図１２は、図１１の本体部の平面図である。
図１３は、図１１の渦巻き式流体混合器を示すＣ−Ｃ縦断面図である。
図１４は、本発明の第七の実施形態の渦巻き式流体混合器を示す分解斜視図である。
図１５は、図１４の渦巻き式流体混合器を示すＤ−Ｄ縦断面図である。
図１６は、本発明の渦巻き式流体混合器を用いた装置の実施形態を示す模式図である。
図１７は、本発明の渦巻き式流体混合器を用いた装置の他の実施形態を示す模式図である。
図１８は、従来のスタティックミキサーを示す縦断面図である。
図１９は、図１２のスタティックミキサーの流体の撹拌状態を示す模式図である。
図２０は、従来の分岐希釈装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施例を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。
以下、図１を参照して、本発明の第一の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００２３】
渦巻き式流体混合器は、流体の流入する流体入口１と流体入口１に接続する第一流路２と、流体の流出する流体出口３と流体出口３に接続する第二流路４が配置され、同じ方向の渦を形成した第一渦巻き流路５と第二渦巻き流路６が各々の渦の中心が第一、第二流路２、４と同じ同一軸線上になるように一定間隔を開けて配置されている。また、第一渦巻き流路５の渦の中心端部と第一流路２が接続され、第二渦巻き流路６の渦の中心端部と第二流路４が接続されている。第一渦巻き流路５上には第二渦巻き流路６上の任意の位置に各々接続する分岐流路７ａ〜７ｊが等間隔の距離毎に設けられている。また第一渦巻き流路５と第二渦巻き流路６の各々の外周端部にも分岐流路７ｊが接続して設けられている。すなわち、複数の分岐流路７ａ〜７ｊは、第一渦巻き流路５上の異なる位置から各々分岐し、第二渦巻き流路６上の異なる位置において第二渦巻き流路６と各々接続している。本実施形態は例えばチューブなどによって配管接続されたものである。
【００２４】
次に、本発明の第一の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００２５】
渦巻き式流体混合器の上流側で水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口１から第一流路２に流入して第一渦巻き流路５に流れていく。濃度が濃くなった薬液の部分が第一渦巻き流路５の分岐流路７ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路７ａを流れて第二渦巻き流路６を通って第二流路４から流体出口３へと流れる。残りの薬液は第一渦巻き流路５の下流側へ流れて行き、また、濃度が濃くなった残りの薬液の部分が分岐流路７ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路７ｂを流れて第二渦巻き流路６を通って第二流路４から流体出口３へと流れる。残りの薬液は第一渦巻き流路５の下流側へ流れて行き、さらに、濃度が濃くなった残りの薬液の部分は、分岐流路７ｂを流れた薬液と同様に分岐流路７ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路７ｃを流れて第二渦巻き流路６を通って第二流路４から流体出口３へと流れる。以下、７ａ、７ｂ、７ｃと同様に濃度が濃くなった残りの薬液の部分は７ｄ〜７ｊを流れて第二渦巻き流路６を通って第二流路４から流体出口３へと流れていく。
【００２６】
このとき、分岐流路７ａを流れる濃度が濃くなった薬液の一部は、他の濃度が濃くなった薬液よりも早く流体出口３から流出し、時間差で分岐流路７ｂ、分岐流路７ｃ、分岐流路７ｄ〜分岐流路７ｊの順で濃度が濃くなった薬液の一部ずつが流体出口３から流出していく。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は渦巻き式流体混合器よって時間差で１０に分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化して混合することができる。このとき各々の分岐流路の内径が略同一だと、濃度の濃くなった薬液の部分はほぼ１０等分に分割されるので、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより均一化して混合することができる。
【００２７】
なお、図１の本実施形態では分岐流路７ａ〜７ｊは第一、第二渦巻き流路５、６の中心から等間隔の距離毎に設けられているが、各々の分岐流路７ａ〜７ｊを流れる流体に付与する時間差を調節するため、接続される位置を自由に設定したり、第一、第二渦巻き流路５、６が、第一流路２及び第二流路４に各々接続された一端部から他端部に向かって流路断面積が漸次小さくなるように形成したりしても良い。分岐流路７ａ〜７ｊの数も特に限定されない。分岐流路７ａ〜７ｊの数は多く設ける方が流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。
【００２８】
ここで、濃度の濃くなった薬液の部分を渦巻き式流体混合器で分割して流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用について説明する。図２に示すように、２つの物質である純水と薬液が各々流れるラインの合流部の下流側に図１の渦巻き式流体混合器を配置させたラインにおいて、図１の渦巻き式流体混合器の上流側と下流側に濃度計９１、９２を各々設置して、上流側から純水と薬液を混合して流す装置を作成し、純水と薬液を一定の比率で流している途中で瞬間的に薬液の濃度を濃くした状態（純水に対して薬液の比率を大きくする）にした後で、元の一定の比率で流して濃度分布のムラを生じさせた時の上流側と下流側の濃度を測定すると図３及び図４のようになる。
【００２９】
図３は渦巻き式流体混合器の上流側に設置した濃度計９１のグラフを示すが、ここで横軸は経過時間、縦軸は濃度であり、ある一定時間に濃度が濃くなるような場合では、図のようなピーク（ｈ１）が現れることとなる。図４は渦巻き式流体混合器の下流側に設置した濃度計９２のグラフを示すが、濃度のピークが１０個に分散されて、ピーク（ｈ２）の高さは約１０分の１になっている。濃度のピーク間の間隔ｔ１は、流体が第一渦巻き流路５内において分岐流路７ａの位置を通過してから分岐流路７ｂに至るまでの時間に対応しており、同様にｔ２は分岐流路７ｂから分岐流路７ｃまで、ｔ３は分岐流路７ｃから分岐流路７ｄまで、ｔ４は分岐流路７ｄから分岐流路７ｅまで、ｔ５は分岐流路７ｅから分岐流路７ｆまで、ｔ６は分岐流路７ｆから分岐流路７ｇまで、ｔ７は分岐流路７ｇから分岐流路７ｈまで、ｔ８は分岐流路７ｈから分岐流路７ｉまで、ｔ９は分岐流路７ｉから分岐流路７ｊに至るまでの時間に対応している。このとき、第一渦巻き流路５の各々の分岐流路７ａ〜７ｊに至るまでの長さを変えることでピーク（ｈ２）の出る間隔ｔ１〜ｔ９を変化させることができ、分岐流路７ａ〜７ｊの数をさらに増やすとピーク（ｈ２）の高さは上流側のピーク（ｈ１）に対して分岐流路の数で分割した程度の高さまで抑えることができる。なお、仮に渦巻き式流体混合器を設置しない場合、図３に示される濃度のピークは流体の流れによって若干低下することはあるがピーク（ｈ１）はほぼ変わらずに流れることになる。
【００３０】
なお、本実施形態では濃度分布のムラについて説明しているが、熱湯と冷水を混合した時の温度分布の流れ方向の均一化についても同様の効果を得ることができる。温度分布の均一化を目的として、給湯器などへの利用も可能となり、流路内で部分的に高温となった流体の温度の流れ方向の均一化を行うことでより温度を安定させ、熱湯が流れることによる火傷の防止を行うことができる。また、廃液処理などにおいて、急激な濃度変化があると処理に支障をきたす場合や、ある一定以上の濃度を超えると不具合が発生する場合において、この配管ラインに本発明の渦巻き式流体混合器を用いることで流れ方向の濃度の均一化を行うことができ、安定した排液処理を行うことができる。また、流れる流体は気体でも良く、例えば自動車の排気ガスの浄化において、エンジンのスタート時や加速時に急激に排ガス濃度が濃くなる場合、浄化のための触媒の負荷が大きくなって浄化能力の低下が考えられるが、排気ガスの配管ラインに本発明の渦巻き式流体混合器を用いることで流れ方向の濃度の均一化を行うことができ、常に安定した排ガス浄化を行うことができる。また、渦巻き式流体混合器の流路が分岐と合流を繰り返すことで流れ方向だけではなく、径方向に対しても混合が行われる。本発明においては作用の説明の便宜上、流体入口と流体出口と記載しているが、流体を逆方向に流しても同様の効果を得ることができ、この場合には流体出口は流体が流入する入口になり、流体入口は流体が流出する出口になる。
【００３１】
次に、図５を参照して、本発明の第二の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００３２】
渦巻き式流体混合器は、流体の流入する流体入口１１と流体入口１１に接続する第一流路１２と、流体の流出する流体出口１３と流体出口１３に接続する第二流路１４が配置され、相互に同じ方向の渦を形成した第一渦巻き流路１５と第二渦巻き流路１６が各々の渦の中心が同一軸線上になるように一定間隔を開けて配置されている。また、第一渦巻き流路１５の渦の外周端部と第一流路１２が接続され、第二渦巻き流路１６の渦の外周端部と第二流路１４が接続されている。第一渦巻き流路１５上には第二渦巻き流路１６上の任意の位置に各々接続する複数の分岐流路１７が等間隔の距離毎に設けられている。また第一渦巻き流路１５と第二渦巻き流路１６の各々の中心端部にも分岐流路１７が接続して設けられている。すなわち、複数の分岐流路１７は、第一渦巻き流路１５上の異なる位置から各々分岐し、第二渦巻き流路１６上の異なる位置において第二渦巻き流路１６と各々接続している。本実施形態は例えばチューブなどによって配管接続されたものである。
【００３３】
次に、本発明の第二の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００３４】
渦巻き式流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口１１から流入して第一流路１２を通って第一渦巻き流路１５に流れて行く。第一渦巻き流路１５を流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は各々の分岐流路１７によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で第二渦巻き流路１６を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合され、第二流路１４を通って流体出口１３から流出することができる。第二の実施形態の流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。第二の実施形態は、第一の実施形態では第一渦巻き流路５に流入した流体は、第一渦巻き流路５の中心端部から外周側へと流れながら分岐するのに対し、第二の実施形態では第一渦巻き流路５に流入した流体は、第一渦巻き流路１５の外周端部から中心側へと流れながら分岐するという違いがあるだけで、作用や効果は第一の実施形態と同様なので詳細な説明は省略する。
【００３５】
次に、図６を参照して、本発明の第三の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００３６】
渦巻き式流体混合器は、相互に逆方向の渦を形成した第一渦巻き流路２５と第二渦巻き流路２６が各々の渦の中心が第一、第二流路２２、２４と同じ同一軸線上になるように一定間隔を開けて配置され、流体の流入する流体入口２１と流体入口２１に接続する第一流路２２が第一渦巻き流路２５の渦の外周端部と接続され、流体の流出する流体出口２３と流体出口２３に接続する第二流路２４が第二渦巻き流路２６の渦の外周端部と接続されている。また、第一渦巻き流路２５上には第二渦巻き流路２６上の任意の位置に各々接続する複数の分岐流路２７が等間隔の距離毎に設けられている。また第一渦巻き流路２５と第二渦巻き流路２６の各々の中心端部にも分岐流路２７が接続して設けられている。すなわち、複数の分岐流路２７は、第一渦巻き流路２５上の異なる位置から各々分岐し、第二渦巻き流路２６上の異なる位置において第二渦巻き流路２６と各々接続している。本実施形態は例えばチューブなどによって配管接続されたものである。
【００３７】
次に、本発明の第三の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００３８】
渦巻き式流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口２１から流入して第一流路２２を通って第一渦巻き流路２５に流れて行く。第一渦巻き流路２５を流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は各々の分岐流路２７によって分割して流れ、第二渦巻き流路２６に流入する。このとき、第一、第二渦巻き流路２５、２６の渦は互いに逆方向のため、渦が同じ方向の場合と異なり第一渦巻き流路２５から分岐流路２７を通って第二渦巻き流路２６に流入する位置が異なっているが、第二渦巻き流路２６を流れている時点で部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で流れるため、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合され、第二流路２４を通って流体出口２３から流出することができる。第三の実施形態である渦巻き式流体混合器の詳細な作用と効果についは第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００３９】
次に、図７、図８を参照して、本発明の第四の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００４０】
ＰＴＦＥ製の本体部３１は板状に形成されている。本体部３１の一端面には第一渦巻き溝３２が設けられ本体部３１の他端面には第二渦巻き溝３３が設けられている。第一渦巻き溝３２と第二渦巻き溝３３は板の両面に並列して設けられ、各々の渦の中心が同一軸線上になるように位置し、軸線に対して相互に同じ方向の渦を形成している。また、第一渦巻き溝３２底面には第二渦巻き溝３３底面に連通する複数の分岐流路となる連通孔３４が渦の中心部分から等角度で４方向へ放射状となる位置に設けられている。
【００４１】
ＰＰ製の第一側板３５は本体部３１と同形状の板状に形成され、第一側板３５の表面には流体入口３６が設けられ、流体入口３６から第一側板３５の内面（本体部３１との当接面）に連通する第一流路３７が設けられている。ＰＰ製の第二側板３８は本体部３１と同形状の板状に形成され、第二側板３８の表面には流体出口３９が設けられ、流体出口３９から第二側板３８の内面（本体部３１との当接面）に連通する第二流路４０が設けられている。第一側板３５及び第二側板３８は本体部３１両面に密着した状態で接合され、ボルト・ナットにて固定されている。このとき第一流路３７は本体部３１の第一渦巻き溝３２の中心端部に接続され、第二流路４０は本体部３１の第二渦巻き溝３３の中心端部に接続される。本体部３１を第一側板３５及び第二側板３８で挟持したことにより、本体部３１の第一渦巻き溝３２と第一側板３５の本体部３１との当接面とで第一渦巻き流路４１が、本体部３１の第二渦巻き溝３３と第二側板３８の本体部３１との当接面とで第二渦巻き流路４２が形成される。
【００４２】
なお、第一側板３５及び第二側板３８は本体部３１と密着した状態で接合されているのであればどのような方法で嵌合させても良く、シール方法としてはＯリングを用いたり、第一側板３５及び第二側板３８を本体部３１が嵌合されるような筐体に形成して本体部３１を嵌合させたりしても良い。また、固定方法はボルト・ナット以外でも焼きばめや溶接や接着でも良い。
【００４３】
次に、本発明の第四の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００４４】
渦巻き式流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口３６から流入して第一流路３７を通って第一渦巻き流路４１に流れて行く。第一渦巻き流路４１を流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は各々の分岐流路となる連通孔３４によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で第二渦巻き流路４２を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合され、第二流路４０を通って流体出口３９から流出することができる。第四の実施形態の流路の構成は第一の実施形態と同じであり、流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４５】
次に、図９、図１０を参照して、本発明の第五の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００４６】
ＰＴＦＥ製の本体部４６は板状に形成されている。本体部４６の一端面には第一渦巻き溝４７が設けられ本体部４６の他端面には第二渦巻き溝４８が設けられている。第一渦巻き溝４７と第二渦巻き溝４８は板の両面に並列して設けられ、各々の渦の中心が同一軸線上になるように位置し、軸線に対して相互に同じ方向の渦を形成している。また、第一渦巻き溝４７底面には第二渦巻き溝４８底面に連通する複数の分岐流路となる連通孔４９が渦の中心部分から等角度で４方向へ放射状となる位置に設けられている。本体部４６の側面には流体入口５０及び流体出口５１が設けられ、流体入口５０から第一渦巻き溝４７の外周端部に連通する第一流路５２が設けられ、流体出口５１から第二渦巻き溝４８の外周端部に連通する第二流路５３が設けられている。
【００４７】
ＰＰ製の第一側板５４及び第二側板５５は本体部４６と同形状の板状に形成されている。第一側板５４及び第二側板５５は本体部４６両面に密着した状態で接合され、ボルト・ナットにて固定されている。本体部４６を第一側板５４及び第二側板５５で挟持したことにより、本体部４６の第一渦巻き溝４７と第一側板５４の内面とで第一渦巻き流路５６が、本体部４６の第二渦巻き溝４８と第二側板５５の内面とで第二渦巻き流路５７が形成される。
【００４８】
次に、本発明の第五の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００４９】
渦巻き式流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口５０から流入して第一流路５２を通って第一渦巻き流路５６に流れて行く。第一渦巻き流路５６を流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は各々の分岐流路となる連通孔４９によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で第二渦巻き流路５７を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合され、第二流路５３を通って流体出口５１から流出することができる。第五の実施形態の流路の構成は第二の実施形態と同じであり、流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第二の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００５０】
なお、本実施形態では流体入口５０及び流体出口５１は本体部４６の側面に設けられているが、第四の実施形態と同様に第一側板５４及び第二側板５５の表面に流体入口５０及び流体出口５１を設けて第一、第二流路５２、５３に連通させても良い（図示せず）。
【００５１】
次に、図１１乃至図１３を参照して、本発明の第六の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００５２】
ＰＴＦＥ製の本体部６１は板状に形成されている。本体部６１の一端面には第一渦巻き溝６２が設けられ本体部６１の他端面には第二渦巻き溝６３が設けられている。第一渦巻き溝６２と第二渦巻き溝６３は板の両面に並列して設けられ、各々の渦の中心が同一軸線上になるように位置し、軸線に対して相互に逆方向の渦を形成している。また、第一渦巻き溝６２底面には第二渦巻き溝６３底面に連通する複数の分岐流路となる連通孔６４が渦の中心部分から等角度で４方向へ放射状となる位置に設けられている。このとき、第一渦巻き溝６２と第二渦巻き溝６３は相互に逆方向の渦を形成しており、図１２に示すように流路が完全に重なり合うことがないため、互いの渦が重なり合う位置に連通孔６４が形成されている。本体部６１の一側面には流体入口６５、他側面には流体出口６６が設けられ、流体入口６５から第一渦巻き溝６２の外周端部に連通する第一流路６７が設けられ、流体出口６６から第一渦巻き溝６２の外周端部に連通する第二流路６８が設けられている。
【００５３】
ＰＰ製の第一側板６９及び第二側板７０は本体部６１と同形状の板状に形成されている。第一側板６９及び第二側板７０は本体部６１両面に密着した状態で接合され、ボルト・ナットにて固定されている。本体部６１を第一側板６９及び第二側板７０で挟持したことにより、本体部６１の第一渦巻き溝６２と第一側板６９の内面とで第一渦巻き流路７１が、本体部６１の第二渦巻き溝６３と第二側板７０の内面とで第二渦巻き流路７２が形成される。
【００５４】
次に、本発明の第六の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００５５】
渦巻き式流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口６５から流入して第一流路６７を通って第一渦巻き流路７１に流れて行く。第一渦巻き流路７１を流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は各々の分岐流路となる連通孔６４によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で第二渦巻き流路７２を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合され、第二流路６８を通って流体出口６６から流出することができる。第六の実施形態の流路の構成は第三の実施形態と同じであり、流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第三の実施形態と同様なので説明を省略する。
本実施形態で構成される流路の形状は、流体の流れ方向を急激に変化させない構造であるため、流路内を流れる流体の圧力損失を低減できる構成であり、第一、第二渦巻き流路７１、７２が配管ラインと平行に配置されているので配管ラインへの設置が容易である。
【００５６】
次に、図１４、図１５を参照して、本発明の第七の実施形態である渦巻き式流体混合器について説明する。
【００５７】
ＰＴＦＥ製の第一側板８１は板状に形成されている。第一側板８１の内面には第一渦巻き溝８２が設けられている。また第一側板８１の一側面には流体入口８３が設けられ、流体入口８３から第一渦巻き溝８２の外周端部に連通する第一流路が形成されている。
【００５８】
ＰＴＦＥ製の第二側板８４は板状に形成されている。第二側板８４の内面には第二渦巻き溝８５が設けられている。また第二側板８４の一側面には流体出口８６が設けられ、流体出口８６から第二渦巻き溝８５の外周端部に連通する第二流路が形成されている。
【００５９】
ＰＰ製の本体部８７は第一、第二側板８１、８４と同形状の板状に形成されている。本体部８７はその両面に第一側板８１及び第二側板８４を密着させた状態で接合し、ボルト・ナット（図示せず）にて固定されている。本体部８７を第一側板８１及び第二側板８４で挟持したことにより、第一側板８１の第一渦巻き溝８２と本体部８７の当接面とで第一渦巻き流路８９が、第二側板８４の第二渦巻き溝８５と本体部８７の当接面とで第二渦巻き流路９０が形成される。このとき、本体部８７には第一渦巻き流路８９と第二渦巻き流路９０の位置に設けられた複数の分岐流路となる連通孔８８が渦の中心部分から等角度で４方向へ放射状となる位置に設けられている。ここで、第一渦巻き溝８２と第二渦巻き溝８５は本体部８７を介して並列して設けられ、各々の渦の中心が同一軸線上になるように位置し、軸線に対して相互に逆方向の渦を形成している。
【００６０】
次に、本発明の第七の実施形態である渦巻き式流体混合器の作用について説明する。
【００６１】
渦巻き式流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口８３から流入して第一流路を通って第一渦巻き流路８９に流れて行く。第一渦巻き流路８９を流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は各々の分岐流路となる連通孔８８によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で第二渦巻き流路９０を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合され、第二流路を通って流体出口８６から流出することができる。第七の実施形態の流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第三の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の場合、第一渦巻き溝８２は第一側板８１に、第二渦巻き溝８５は第二側板８４に形成され、これらに連通する連通孔８８は本体部８７に設けられた構成であるため、連通孔８８の個数や配置を変えた本体部８７を交換することで、用途によって流体の流れ方向の均一化を変化させて調整を行うことができる。なお、本実施形態では第一、第二渦巻き流路８９、９０は軸線に対して相互に逆方向の渦を形成しているが、同じ方向の渦を形成しても良い。
【００６３】
本発明において、第一、第二渦巻き流路は円形状の渦を形成しているが、楕円形状や四角形状の渦巻き流路を形成しても良く、本体の形状に合わせて渦巻き流路を形成しても良い。これは設置スペースに合わせて第一、第二渦巻き流路を形成することで、設置箇所の状況に柔軟に対応が可能である。また、本発明の構成は、切削加工において渦巻き溝は小さいサイズでも切削加工し易い形状であるため、小口径のサイズでの製造が容易である。
【００６４】
次に、本発明の渦巻き式流体混合器を用いた装置について説明する。
【００６５】
本発明の渦巻き式流体混合器を用いた装置として、まず流れる物質の温度または濃度が経時的に変化するライン内に渦巻き式流体混合器が設置された装置がある。これは例えばライン内にヒーターが設置されており、該ヒーターで加熱される時間軸に対する流体の温度にバラツキが生じることで流れる流体の温度が経時的に変化している場合（図示せず）や、槽内に浸した固形物を流体内へ溶け出させて流体を流すラインで溶け出した濃度が経時的に変化している場合（図示せず）などにおいて、渦巻き式流体混合器内を流れることで流体の温度または濃度を均一化することができる。このときに流体として流す物質は気体または流体であれば特に限定されない。
【００６６】
また、図１４に示すように２つの物質が各々流れるライン１２１、１２２の合流部１２３の下流側に本発明の渦巻き式流体混合器を配置させた装置がある。この装置は例えば２つの物質を供給するポンプ１２４、１２５が脈動するなどで合流したときの混合比率が経時的に変化する場合や、高温の流体と低温の流体がそれぞれ合流するラインにおいて高温の流体が不均一に流れて時間軸に対する流体の温度にバラツキが生じることで流れる流体の温度が経時的に変化している場合や、既定濃度の流体を無垢の流体と混合させるラインにおいて、混合流体の濃度が経時的に変化している場合などに渦巻き式流体混合器１２６によって物質の混合比率を均一化することで時間軸に対して温度や濃度を一定にすることができる。このときの流体として流す物体は気体、液体、固体、粉体のいずれかであれば良く、固体、粉体はライン内を流れることができる必要があり、あらかじめ気体または液体と混合されているものでも良い。なお、３つ以上の物質が流れるラインを合流させた装置にして３つ以上の物質が渦巻き式流体混合器によって混合されるようにしても良い。
【００６７】
また、図１５に示すように２つの物質が各々流れるライン１２７、１２８の合流部１２９の下流側に本発明の渦巻き式流体混合器１３０を配置させ、渦巻き式流体混合器１３０の下流側に他の物質が流れるライン１３１が合流する合流部１３２の下流側に他の渦巻き式流体混合器１３３を配置させた装置でも良い。これは３つ以上の物質を同時に混合すると混合ムラが生じる場合などにおいて、最初に混合した２つの物質を均一化した後に他の物質を混合して均一化させることで効率よく混合ムラのない均一な混合を行うことができるものである。例えば水と油と界面活性剤とを混合する場合において一度に全部を混ぜるとうまく混ざらずに混合ムラが生じるので、あらかじめ水と界面活性剤を混合した後で油と混合することによりムラなく均一に混合したり、水と硫酸を混合して希釈した後、その混合物とアンモニアガスを混合させてアンモニアガスを吸収させたり、水と硫酸を混合して希釈した後、その混合物と珪酸ソーダを混合してｐＨ調整させるなど好適に混合を行うことができる。なお、最初に３つ以上の物質を流して合流させても良く、途中で２つ以上の物質を合流させても良い。また、同様に渦巻き式流体混合器を３つ以上連結させて段階的に他の物質を混合させるようにしても良い。
【００６８】
次に本装置によって混合させる物質の組み合わせの実施形態について説明する。
【００６９】
図１４の装置において、一方の物質が流れるライン１２１には水、他方の物質の流れるライン１２２にはｐＨ調整剤、液体肥料、漂白剤、殺菌剤、界面活性剤または液体薬品のいずれかを流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されて均一化される。
【００７０】
このときの水は、純水、蒸留水、水道水、工業用水など混合させる物質の条件に合う水であれば特に限定されない。また水の温度も特に限定されず、温水や冷水であっても良い。
【００７１】
ｐＨ調整剤は混合する液体のｐＨ調整に用いられる酸、アルカリであれば良く、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、カルボン酸、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム水溶液などが挙げられる。
【００７２】
液体肥料は農業用の液状の肥料であれば良く、糞尿や化学肥料などが挙げられる。
【００７３】
漂白剤は化学物質の酸化、還元反応を利用して色素を分解するものであれば良く、次亜塩素酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、過酸化水素、オゾン水、二酸化チオ尿素、亜二チオン酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００７４】
殺菌剤は病原性あるいは有害性を有する微生物を殺すための薬剤であり、ヨードチンキ、ポビドンヨード、次亜塩素酸ナトリウム、クロル石灰、マーキュロクロム液、グルコン酸クロルヘキシジン、アクリノール、エタノール、イソプロパノール、過酸化水素水、塩化ベンザルコニウム、塩化セチルピリジニウム、クレゾール石鹸液、亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸水、オゾン水などが挙げられる。
【００７５】
界面活性剤は分子内に水になじみやすい部分（親水基）と、油になじみやすい部分（親油基・疎水基）を持つ物質であり、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタイン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステルアルキルポリグルコシド脂肪酸ジエタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテル、アルファスルホ脂肪酸エステルナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸エステルナトリウム、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム、しょ糖脂肪酸エステルソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、アルキルアミノ脂肪酸ナトリウム、アルキルベタイン、アルキルアミンオキシド、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩などが挙げられる。
【００７６】
また、液体薬品の範疇に入るのであれば上記のカテゴリに入らない液体薬品を用いても良く、塩酸、硫酸、酢酸、硝酸、蟻酸、フッ酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化アンモニウム珪酸ソーダ、油などが挙げられる。なお、ここに挙げた液体薬品は上記のカテゴリに該当するものとして使用されることもある。また、一方の物質が流れるライン１２１には水、他方の物質の流れるライン１２２にもお湯を流しても良く、水とお湯を混ぜて均一で一定の温度となるように混合される。
【００７７】
また、一方の物質が流れるライン１２１には第一の液体薬品、他方の物質の流れるライン６１には第二の液体薬品または金属を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。ここで混合される第一、第二液体薬品は混ぜることが可能である液体薬品であれば良く、上記の液体薬品やそれ以外の液体薬品でも良い。例えばフォトレジストとシンナーなどが挙げられる。また、液体薬品は化粧品であっても良い。化粧品は、洗顔料、クレンジング、化粧水、美容液、乳液、クリーム、ジェルといった肌質自体を整えることを目的とする基礎化粧品や、口臭、体臭、あせも、ただれ、脱毛などの防止、育毛又は除毛、ねずみや害虫駆除などの医薬部外品に当たる薬用化粧品などが挙げられる。
【００７８】
金属は主に有機金属化合物であり、微小な粒状、粉体または有機溶剤等に溶解させた液体で使用される。有機金属化合物は、クロロ（エトキシカルボニルメチル）亜鉛のような有機亜鉛化合物、ジメチル銅リチウムのような有機銅化合物、グリニャール試薬、ヨウ化メチルマグネシウム、ジエチルマグネシウムのような有機マグネシウム化合物、ｎ−ブチルリチウムのような有機リチウム化合物、金属カルボニル、カルベン錯体、フェロセンをはじめとするメタロセンなどの有機金属化合物、パラフィンオイルに溶解させた単元素や多元素混合標準液などが挙げられる。また、ケイ素、ヒ素、ホウ素などの半金属の化合物やアルミニウムのような卑金属も含まれる。有機金属化合物は石油化学製品の製造や有機重合体の製造において触媒として好適に使用される。
【００７９】
また、一方の物質が流れるライン１２１には廃液、他方の物質の流れるライン１２２にはｐＨ調整剤または凝集剤を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。ｐＨ調整剤は上記のｐＨ調整剤が用いられ、凝集剤は廃液の凝集を行うことができるものなら特に限定されず、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリシリカ鉄、硫酸カルシウム、塩化第二鉄、消石灰などが挙げられる。微生物は廃液の発酵や分解を促すものであれば良く、カビ、酵母など菌類や、バクテリアなどの細菌類などが挙げられる。
【００８０】
また、一方の物質が流れるライン１２１には第一の石油類、他方の物質の流れるライン１２２には第二の石油類、添加剤、または水を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。ここで第一、第二の石油類とは、炭化水素を主成分として他に少量の硫黄、酸素、窒素などさまざまな物質を含む液状の油のことであり、ナフサ（ガソリン）、灯油、軽油、重油、潤滑油、アスファルトなどが挙げられる。ここで言う添加剤は石油類の品質向上や保持のために添加されるものを指し、潤滑油添加剤として洗浄分散剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤・流動点降下剤、油性向上剤・極圧添加剤、摩耗防止剤、防錆・防食剤など、グリース添加剤として構造安定剤、充填剤など、燃料油添加剤などが挙げられる。ここで言う水は、純水、蒸留水、水道水、工業用水など混合させる物質の条件に合う水であれば特に限定されない。また水の温度も特に限定されず、温水や冷水であっても良い。
【００８１】
また、一方の物質が流れるライン１２１には第一の樹脂、他方の物質の流れるライン１２２には第二の樹脂、溶剤、硬化剤、着色剤を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。ここで言う樹脂とは、溶融樹脂、液体樹脂などの接着剤の主成分、塗料の塗膜形成成分のことである。溶融樹脂は射出成形や押し出し成形可能な樹脂なら特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。
【００８２】
液体樹脂などの接着剤の主成分はアクリル樹脂系接着剤、α−オレフィン系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エーテル系セルロース、エチレン−酢酸ビニル樹脂接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、塩化ビニル樹脂溶剤系接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、酢酸ビニル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、シリコーン系接着剤、水性高分子−イソシアネート系接着剤、スチレン−ブタジエンゴム溶液系接着剤、スチレン−ブタジエンゴム系ラテックス接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ニトロセルロース接着剤、反応性ホットメルト接着剤、フェノール樹脂系接着剤、変成シリコーン系接着剤、ポリアミド樹脂ホットメルト接着剤、ポリイミド系接着剤、ポリウレタン樹脂ホットメルト接着剤、ポリオレフィン樹脂ホットメルト接着剤、ポリ酢酸ビニル樹脂溶液系接着剤、ポリスチレン樹脂溶剤系接着剤、ポリビニルアルコール系接着剤、ポリビニルピロリドン樹脂系接着剤、ポリビニルブチラール樹脂系接着剤、ポリベンズイミダソール接着剤、ポリメタクリレート樹脂溶液系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、レゾルシノール系接着剤などが挙げられる。塗料の塗膜形成成分としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。
【００８３】
溶剤としてはヘキサン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。硬化剤としてはポリアミン、酸無水物、アミン類、過酸化物、サッカリンなどが挙げられる。着色剤としては、亜鉛華、鉛白、リトポン、二酸化チタン、沈降性硫酸バリウム、バライト粉、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄、ウルトラマリン青、フェロシアン化鉄カリ、カーボンブラックなどの顔料が挙げられる。
【００８４】
ここで上記樹脂が溶融樹脂の場合、成形機や押出機から渦巻き式流体混合器１２６に溶融樹脂を流す装置を形成しても良く（図示せず）、例えば成形機の場合は成形機のノズルと金型の間に渦巻き式流体混合器１２６を配置させて射出成形を行ったり、押出機の場合は押出機とダイの間に渦巻き式流体混合器１２６を配置させて押出成形を行う。この場合、樹脂内の温度を均一化させ樹脂の粘土を安定させて厚みムラや内部応力の発生を抑えることができ、色ムラをなくすことができる。
【００８５】
また、一方の物質が流れるライン１２１には第一の食品原料、他方の物質の流れるライン１２２には第二の食品原料、食品添加剤、調味料、不燃性ガスを流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。
【００８６】
第一、第二の食品原料とは配管内を流動可能な飲料または食品であれば良く、日本酒、焼酎、ビール、ウイスキー、ワイン、ウォッカなどのアルコール飲料、牛乳、ヨーグルト、バター、クリーム、チーズ、練乳、乳脂などの乳製品、ジュース、お茶、コーヒー、豆乳、水などの飲料、出汁、味噌汁、コンソメスープ、コーンスープ、豚骨スープなどの飲料食品、その他にもゼリー、こんにゃく、プリン、チョコレート、アイスクリーム、キャンディ、豆腐、練り製品、解き卵、ゼラチンなどの各種食品原料などが挙げられる。また流動可能なら個体や粉体でも良く、小麦粉、片栗粉、強力粉、薄力粉、そば粉、粉ミルク、コーヒー、ココアなどの粉原料や、果肉、ワカメ、ゴマ、青海苔、削り節、パン粉、細かく刻む又はすりおろした食品などの小さい固形食品などが挙げられる。
【００８７】
食品添加剤は、黒糖、三温糖、果糖、麦芽糖、蜂蜜、糖蜜、メープルシロップ、水飴、エリスリトール、トレハロース、マルチトール、パラチノース、キシリトール、ソルビトール、ソーマチン、サッカリンナトリウム、サイクラミン酸、ズルチン、アスパルテーム、アセスルファムカリウム、スクラロース、ネオテームなどの甘味料、カラメル色素、クチナシ色素、アントシアニン色素、アナトー色素、パプリカ色素、紅花色素、紅麹色素、フラボノイド色素、コチニール色素、アマランス、エリスロシン、アルラレッドＡＣ、ニューコクシン、フロキシン、ローズベンガル、アシッドレッド、タートラジン、サンセットイエローＦＣＦ、ファストグリーンＦＣＦ、ブリリアントブルーＦＣＦ、インジゴカルミンなどの着色料、安息香酸ナトリウム、ε−ポリリジン、しらこたん白抽出物（プロタミン）、ソルビン酸カリウム、ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、ツヤプリシン（ヒノキチオール）などの保存料、アスコルビン酸、トコフェロール、ジブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール、エリソルビン酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、二酸化硫黄、クロロゲン酸、カテキンなどの酸化防止剤、香料などが挙げられる。
【００８８】
調味料は、醤油、ソース、酢、油、ラー油、味噌、ケチャップ、マヨネーズ、ドレッシング、みりんなどの液体のものや、砂糖、塩、胡椒、山椒、粉唐辛子などの粉体のものなどが挙げられる。微生物は食品の発酵や分解を促すものであり、キノコ、カビ、酵母など菌類や、バクテリアなどの細菌類である。菌類としては各種キノコや麹カビ菌などが挙げられ、細菌類として例えばビフィズス菌、乳酸菌、納豆菌などが挙げられる。不燃性ガスとしては炭酸ガスなどが挙げられ、例えば麦汁と炭酸ガスとを混合させてビールを生成するなどに用いられる。
【００８９】
また、一方の物質が流れるライン１２１には空気、他方の物質の流れるライン１２２には可燃性ガスを流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。可燃性ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、アセチレン、水素、一酸化炭素、アンモニア、ジメチルエーテルなどが挙げられる。
【００９０】
また、一方の物質が流れるライン１２１には第一の不燃性ガス、他方の物質の流れるライン１２２には第二の不燃性ガスまたは蒸気を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。不燃性ガスとしては、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンガス、ヘリウムガス、硫化水素ガス、亜硫酸ガス、硫黄酸化物ガスなどが挙げられる。また、上記の他の組み合わせとして、一方の物質が流れるライン１２１には水、液体薬品、食品原料、他方の物質の流れるライン１２２には空気、不燃性ガス、蒸気を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。
【００９１】
また、一方の物質が流れるライン１２１には第一の合成中間体、他方の物質が流れるライン１２２には第二の合成中間体、添加剤、液体薬品または金属を流すことで渦巻き式流体混合器１２６を用いた装置によって混合されても良い。第一、第二の合成中間体とは、目標化合物までの多段階の合成経路の中で現れる合成が途中の段階の化合物のことを言い、複数の薬品を混合させた合成途中のものや、樹脂の精製途中のものや医薬中間体などが挙げられる。
【００９２】
なお、上記の図１４の渦巻き式流体混合器を用いた装置で混合させる物質の組み合わせは、さらに図１５の装置などを用いて各々組み合わせても良い。また、図１４、図１５の渦巻き式流体混合器を用いた装置において、合流する前の物質の流れる各々のラインにヒーターまたは気化器を設けても良く（図示せず）、渦巻き式流体混合器の下流側に熱交換器を設けても良い（図示せず）。また、合流する前の一方の物質の流れるラインに計測器を配置し、計測器で計測されたパラメーターに応じて他方の物質の流れるラインのポンプの出力を調整する制御部を有しても良く（図示せず）、他方の物質の流れるラインに制御弁を設置して計測器のパラメーターに応じて制御弁の開度を調整する制御弁を有しても良い（図示せず）。このとき、計測器は必要な流体のパラメーターを計測できれば流量計、流速計、濃度計、ｐＨ測定器でも良い。また、ラインの合流部の下流側の流路にスタティックミキサーを設置しても良く、渦巻き式流体混合器で流路の軸方向の均一化を行い、スタティックミキサーで流路の径方向均一化を行うのでより均一な流体の混合を行うことができる。
【００９３】
なお、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば、本発明の請求の範囲および思想から逸脱することなく、様々の変更、修正等が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１    流体入口
２    第一流路
３    流体出口
４    第二流路
５    第一渦巻き流路
６    第二渦巻き流路
７ａ〜７ｊ    分岐流路
１１    流体入口
１２    第一流路
１３    流体出口
１４    第二流路
１５    第一渦巻き流路
１６    第二渦巻き流路
１７    分岐流路
２１    流体入口
２２    第一流路
２３    流体出口
２４    第二流路
２５    第一渦巻き流路
２６    第二渦巻き流路
２７    分岐流路
３１    本体部
３２    第一渦巻き溝
３３    第二渦巻き溝
３４    連通孔
３５    第一側板
３６    流体入口
３７    第一流路
３８    第二流路
３９    流体出口
４０    第二流路
４１    第一渦巻き流路
４２    第二渦巻き流路
４６    本体部
４７    第一渦巻き溝
４８    第二渦巻き溝
４９    連通孔
５０    流体入口
５１    流体出口
５２    第一流路
５３    第二流路
５４    第一側板
５５    第二側板
５６    第一渦巻き流路
５７    第二渦巻き流路
６１    本体部
６２    第一渦巻き溝
６３    第二渦巻き溝
６４    連通孔
６５    流体入口
６６    流体出口
６７    第一流路
６８    第二流路
６９    第一側板
７０    第二側板
７１    第一渦巻き流路
７２    第二渦巻き流路
８１    第一側板
８２    第一渦巻き溝
８３    流体入口
８４    第二側板
８５    第二渦巻き溝
８６    流体出口
８７    本体部
８８    連通孔
８９    第一渦巻き流路
９０    第二渦巻き流路
【図１】
2010047168.tif 000003
【図２】
2010047168.tif 000004
【図３】
2010047168.tif 000005
【図４】
2010047168.tif 000006
【図５】
2010047168.tif 000007
【図６】
2010047168.tif 000008
【図７】
2010047168.tif 000009
【図８】
2010047168.tif 000010
【図９】
2010047168.tif 000011
【図１０】
2010047168.tif 000012
【図１１】
2010047168.tif 000013
【図１２】
2010047168.tif 000014
【図１３】
2010047168.tif 000015
【図１４】
2010047168.tif 000016
【図１５】
2010047168.tif 000017
【図１６】
2010047168.tif 000018
【図１７】
2010047168.tif 000019
【図１８】
2010047168.tif 000020
【図１９】
2010047168.tif 000021
【図２０】
2010047168.tif 000022
【国際調査報告】
2010047168.tif 000023
2010047168.tif 000024
2010047168.tif 000025
2010047168.tif 000026