(57)【要約】【課題】液体に混合された気体、液体又は固体を効率よく微細化でき、また、洗浄や補修を容易に行うことができる微細化混合装置を提供すること。【解決手段】微細化混合装置１は、円筒形状のケーシング２と、ケーシング２内に収容された円筒形状の微細化ユニット３を備える。微細化ユニット３は、入口開口３ａが端面に形成された入口ブロック３２０と、整流体６が内蔵された整流ブロック３２１と、オリフィス振動部材５が内蔵された振動ブロック３２２と、出口管３２４が端面に形成された出口ブロック３２３とが順次連結されて形成されている。気泡を含んだ水である混合流体が、ケーシング２と微細化ユニット３との間を満たすと共に、微細化ユニット３内に流入する。微細化ユニット３において、整流ブロック３２１の整流体６で整流された混合流体が、振動ブロック３２２のオリフィス振動部材５で気泡が微細化される。【選択図】図１
2011041880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に気体、液体又は固体が混合された混合流体が供給され、この混合流体に含まれる少なくとも１つの気体、液体又は固体を微細化して微細化混合流体を生成する微細化混合装置であって、
混合流体の入口と出口を有するケーシングと、このケーシング内に着脱可能に取り付けられた微細化ユニットとを備え、
上記微細化ユニットは、
上記ケーシングの入口から流入した混合流体を出口に向かって流す流路と、
上記流路の途中に設置され、上記流路の断面積よりも小さい断面積を有する流通孔と、この流通孔に隣接して形成され、混合流体の流れによって振動する振動部とを有する有孔振動体と、
上記流路に連通し、混合流体から分離した気体が溜まる気体溜りと
を有することを特徴とする微細化混合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微細化混合装置において、
上記微細化ユニットは、上記有孔振動体及び気体溜りの少なくとも一方が形成された複数のブロックで形成されていることを特徴とする微細化混合装置。
【請求項３】
請求項１に記載の微細化混合装置において、
上記微細化ユニットは、上記流路に配置され、この流路の中心軸に関して回転体の形状に形成された整流体を有することを特徴とする微細化混合装置。
【請求項４】
請求項１に記載の微細化混合装置において、
上記ケーシングの内側面と、上記微細化ユニットの外側面との間が、上記ケーシングの入口から流入した混合流体で満たされるように形成されていることを特徴とする微細化混合装置。
【請求項５】
請求項２に記載の微細化混合装置において、
上記ブロックは、
大略円筒形状のブロック本体と、
上記ブロック本体の中心軸と平行に延在して上記流路を形成する貫通孔と、
上記貫通孔を横断するように配置された板状体で形成され、この板状体に形成された上記流通孔の縁から放射状に延びるスリットを有し、このスリットと流通孔の縁とで規定される部分が振動部となる上記有孔振動体とを有することを特徴とする微細化混合装置。
【請求項６】
請求項２に記載の微細化混合装置において、
上記ブロックは、
大略円筒形状のブロック本体と、
上記ブロック本体の中心軸と平行に延在して上記流路を形成する貫通孔と、
上記ブロック本体の一方の端面に形成されて上記貫通孔と平行に延在する有底孔と、この有抵抗と上記貫通孔とを連通するバイパス路とを含んで形成された上記気体溜りとを有することを特徴とする微細化混合装置。
【請求項７】
請求項３に記載の微細化混合装置において、
上記整流体の形状は、球、双円錐及び半球ドームのうちの１つであることを特徴とする微細化混合装置。
【請求項８】
請求項５に記載の微細化混合装置において、
上記貫通孔の一部が、気体溜りを兼ねることを特徴とする微細化混合装置。
【請求項９】
請求項７に記載の微細化混合装置において、
上記整流体としての半球ドーム体の内側が、気体溜りとして機能することを特徴とする微細化混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体に混合された気体、液体に混合された他の液体、及び、液体に混合された固体を微細化して液体に混合する微細化混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、気体や液体を微細化して他の液体に分散させてなる混合流体は、微細化された粒子がバルク状態の場合と異なる物性を示すことから、多くの技術分野で活用されている。
【０００３】
例えば、直径が約１０ｎｍ〜数１００ｎｍの気泡（以下、ナノバブルという）を分散させた水を、汚水の浄化や、養殖における成長促進や、植物の栽培促進に利用することが研究されている。ナノバブルの生成方法としては、水に空気を混合してなる混合流体にせん断力を作用させ、空気を微細化してナノバブルを生成する気液せん断法が知られている。気液せん断法を行うナノバブル生成装置としては、筒状のケーシング内に、螺旋状に形成された流路を有する上流側のスクリュー部と、流路壁に突起が配置された下流側のカッター部とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このナノバブル生成装置は、ケーシング内に圧送した空気と水の混合流体に、スクリュー部で旋回力と遠心力とを付与した後、カッター部で混合流体中の気泡の分断、微細化を行ない、直径が０．５〜３μｍ程度の微細気泡を含有する気液混合流体を生成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０８５９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のナノバブル生成装置は、スクリュー部による旋回力及び遠心力の付与と、カッター部による気泡の分断では、ナノバブルの生成効率が低いという問題がある。
【０００７】
また、上記ナノバブル生成装置は、スクリュー部に、ケーシングの内側面に螺旋状の仕切壁が接して配置され、カッター部に、ケーシングの内側面に複数の突起が固定されている。このように、ケーシングに種々の部品が固定されているので、構造が複雑であり、洗浄や補修に手間がかかるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、液体に混合された気体、液体又は固体を効率よく微細化でき、また、洗浄や補修を容易に行うことができる微細化混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の微細化混合装置は、液体に気体、液体又は固体が混合された混合流体が供給され、この混合流体に含まれる少なくとも１つの気体、液体又は固体を微細化して微細化混合流体を生成する微細化混合装置であって、
混合流体の入口と出口を有するケーシングと、このケーシング内に着脱可能に取り付けられた微細化ユニットとを備え、
上記微細化ユニットは、
上記ケーシングの入口から流入した混合流体を出口に向かって流す流路と、
上記流路の途中に設置され、上記流路の断面積よりも小さい断面積を有する流通孔と、この流通孔に隣接して形成され、混合流体の流れによって振動する振動部とを有する有孔振動体と、
上記流路に連通し、混合流体から分離した気体が溜まる気体溜りと
を有することを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、ケーシングの入口から流入した混合流体が、微細化ユニットの流路に流入する。流路に流入した混合流体は、有孔振動体の流通孔を通過する際、振動部の作用と気体溜りの作用により、混合流体を形成する気体、液体又は固体が微細化される。微細化された気体、液体又は固体は、媒体の液体と混合されて微細化混合流体が生成され、この微細化混合流体は、ケーシングの出口から排出される。この微細化混合装置によれば、有孔振動体と気体溜りを有する微細化ユニットを備えるので、効率良く微細化混合流体を生成することができる。また、気体、液体又は固体の微細化を行う部分であって、多くの場合に洗浄や補修の対象となる微細化ユニットが、ケーシング内に着脱可能に取り付けられている。したがって、微細化ユニットをケーシングから取り外すことにより、洗浄や補修を容易に行うことができる。
【００１１】
本発明において、混合流体は、媒体である液体に、気体、液体及び固体のいずれが混合してもよい。例えば、液体に気体が混合した混合流体の一例は、水に空気の気泡が混合したバブル水である。液体に液体が混合した混合流体の一例は、水に油の粒子が混合した水油エマルションである。液体に固体が混合した混合流体の一例は、水に有機固形物の粒子が混合した有機汚泥である。
【００１２】
また、本発明において、微細化とは、気体、液体及び固体の粒径を１０ｎｍ〜数１０μｍの範囲に小さくすることをいう。好ましくは、粒径を１０ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲に小さくすることをいう。例えば、微細化の対象が気体である場合、微細化とは、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下のマイクロナノバブルを生成することをいう。ここで、マイクロナノバブルとは、マイクロバブルとマイクロナノバブルとの総称であり、マイクロバブルとは、直径が５００ｎｍ以上５０μｍ以下の泡をいい、ナノバブルとは、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の泡をいう。
【００１３】
一実施形態の微細化混合装置は、上記微細化ユニットは、上記有孔振動体及び気体溜りの少なくとも一方が形成された複数のブロックで形成されている。
【００１４】
上記実施形態によれば、有孔振動体が形成されたブロックの個数と、気体溜りが形成されたブロックの個数と、有孔振動体及び気体溜りが形成されたブロックの個数とを調整することにより、気体、液体又は固体に対する微細化の効果を調整することができる。したがって、微細化を行う対象と、生成すべき微細化混合流体の量に応じて、微細化の性能をきめ細かに設定することができる。また、微細化ユニットをブロック単位に分解することにより、微細化ユニットの洗浄や補修を容易に行うことができる。なお、ブロックには、有孔振動体と気体溜りとの両方が形成されてもよい。
【００１５】
一実施形態の微細化混合装置は、上記微細化ユニットは、上記流路に配置され、この流路の中心軸に関して回転体の形状に形成された整流体を有する。
【００１６】
上記実施形態によれば、流路の中心軸に関して回転体の形状に形成された整流体により、流路を流れる混合流体を整流するので、混合流体に対する振動部の作用と気体溜りの作用を高めることができる。したがって、混合流体に含まれる気体、液体又は固体を、効果的に微細化することができる。
【００１７】
一実施形態の微細化混合装置は、上記ケーシングの内側面と、上記微細化ユニットの外側面との間が、上記ケーシングの入口から流入した混合流体で満たされるように形成されている。
【００１８】
上記実施形態によれば、上記ケーシングの内側面と、上記微細化ユニットの外側面との間を混合流体で満たすことにより、微細化ユニットの内外の圧力差を少なくして、耐圧性を高めることができる。また、微細化ユニットの内部から混合流体が漏れても、ケーシング内で混合流体を回収することができるので、ケーシング外への混合流体の漏れを防止できる。特に、微細化ユニットを複数のブロックで構成した場合、ブロックの間から混合流体が漏れても、漏れた混合流体を効果的に回収でき、また、ケーシング外への混合流体の漏れを防止できる。
【００１９】
一実施形態の微細化混合装置は、上記ブロックは、
大略円筒形状のブロック本体と、
上記ブロック本体の中心軸と平行に延在して上記流路を形成する貫通孔と、
上記貫通孔を横断するように配置された板状体で形成され、この板状体に形成された上記流通孔の縁から放射状に延びるスリットを有し、このスリットと流通孔の縁とで規定される部分が振動部となる上記有孔振動体とを有する。
【００２０】
上記実施形態によれば、ブロック本体に貫通孔と有孔振動体が設けられたブロックは、構造が簡易であるので取り扱いが容易であり、したがって、容易に洗浄と補修を行うことができる。また、流通孔とスリットを有して形成された有孔振動体により、簡単な構造で効率的に微細化混合流体を生成することができる。
【００２１】
一実施形態の微細化混合装置は、上記ブロックは、
大略円筒形状のブロック本体と、
上記ブロック本体の中心軸と平行に延在して上記流路を形成する貫通孔と、
上記ブロック本体の一方の端面に形成されて上記貫通孔と平行に延在する有底孔と、この有抵抗と上記貫通孔とを連通するバイパス路とを含んで形成された上記気体溜りとを有する。
【００２２】
上記実施形態によれば、ブロック本体に貫通孔と気体溜りが設けられたブロックは、構造が簡易であるので取り扱いが容易であり、したがって、容易に洗浄と補修を行うことができる。また、このブロック本体の一方の端面に、他のブロックのブロック本体の端面や、板状体の表面を配置することにより、気体溜りの有底孔の開口を閉じて、気体溜りとして機能させることができる。したがって、少ない部品点数により、微細化ユニットを形成することができるので、微細化混合装置の組み立て作業の容易化と、コスト削減を行うことができる。さらに、微細化ユニットの分解時には、ブロック本体の一方の端面に配置された他のブロック本体や板状体を除去すれば、有底孔が露出するので、気体溜りを容易に洗浄することができる。
【００２３】
一実施形態の微細化混合装置は、上記整流体の形状は、球、双円錐及び半球ドームのうちの１つである。
【００２４】
上記実施形態によれば、整流体の形状を、球、双円錐及び半球ドームのうちの１つに形成することにより、簡易な構造で混合流体を整流することができる。したがって、洗浄と補修が容易な微細化混合装置が得られる。
【００２５】
一実施形態の微細化混合装置は、上記貫通孔の一部が、気体溜りを兼ねる。
【００２６】
上記実施形態によれば、貫通孔の一部が、混合流体の流路と気体溜りとを兼ねることにより、ブロックの構造を簡易にできて、微細化混合装置の構造を簡易にできる。また、ブロックを小型化でき、微細化混合装置の小型化を行うことができる。
【００２７】
一実施形態の微細化混合装置は、上記整流体としての半球ドーム体の内側が、気体溜りとして機能する。
【００２８】
上記実施形態によれば、整流体としての半球ドーム対の内側が、気体溜りとして機能することにより、ブロックの構造を簡易にできて、微細化混合装置の構造を簡易にできる。また、ブロックを小型化でき、微細化混合装置の小型化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態の微細化混合装置を示す縦断面図である。
【図２】オリフィス振動部材を示す平面図である。
【図３】第２実施形態の微細化混合装置を示す縦断面図である。
【図４】微細化ユニットの振動ブロックの一部を除去して示した斜視図である。
【図５】微細化ユニットの入口側の端面板を示す斜視図である。
【図６】第３実施形態の微細化混合装置の微細化ユニットを示す縦断面図である。
【図７】振動ブロックを示す断面図である。
【図８Ａ】第１整流ブロックを示す正面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの整流ブロックの縦断面図である。
【図９】第２の整流ブロックを示す縦断面図である。
【図１０】第３の整流ブロックを示す縦断面図である。
【図１１】第４実施形態の微細化混合装置を示す縦断面図である。
【図１２】リングブロックを示す斜視図である。
【図１３】振動ダイヤフラムを示す斜視図である。
【図１４】第５実施形態の微細化混合装置を示す縦断面図である。
【図１５】振動ダイヤフラムを示す斜視図である。
【図１６】第６実施形態の微細化混合装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の微細化混合装置を模式的に示す縦断面図である。この微細化混合装置１は、液体としての水の中に分散された気体としての空気を微細化し、マイクロナノバブルを生成する微細化混合装置である。
【００３２】
この微細化混合装置１は、円筒形状のケーシング２と、このケーシング２内に収容された円筒形状の微細化ユニット３を備える。ケーシング２の一端面と他端面には、混合流体が流入する入口開口２ａが先端に形成された入口管２４と、微細化混合流体を排出する出口開口２ｂが先端に形成された出口管２５が設けられている。この出口管２５の内側には、微細化ユニット３の他端面から延出する出口管３２４が嵌合されている。これにより、微細化ユニット３は、ケーシング２に対して着脱可能に取り付けられている。
【００３３】
微細化ユニット３は、入口開口３ａが端面に形成された入口ブロック３２０と、整流体６が内蔵された整流ブロック３２１と、有孔振動体としてのオリフィス振動部材５が内蔵された振動ブロック３２２と、出口管３２４が端面に形成された出口ブロック３２３とが順次連結されて形成されている。これらの入口ブロック３２０、整流ブロック３２１、振動ブロック３２２及び出口ブロック３２３は、各々の縁端部に螺旋溝が形成されており、各縁端部の螺旋溝が互いに螺合して、互いに分離可能に連結されている。なお、入口ブロック３２０、整流ブロック３２１、振動ブロック３２２及び出口ブロック３２３は、軸方向に延びるロッド等によって、互いに分離可能に連結されてもよい。入口ブロック３２０、整流ブロック３２１、振動ブロック３２２及び出口ブロック３２３の内部には、入口開口３ａから流入した混合流体を出口管３２４に導く流路４が形成されている。
【００３４】
有孔振動体としてのオリフィス振動部材５は、図２の平面図に示すように、円盤状の板状体５０と、この板状体５０に偏心して形成された円形の流通孔５１と、この流通孔５１の縁から板状体５０の縁に向かって放射状に形成された複数のスリット５２，５２，・・・を有する。スリット５２，５２，・・・は、流通孔５１の縁の略等角度間隔をおいた位置から延在している。板状体５０の縁と流通孔５１の縁との間の距離が短い部分に位置するスリット５２は短く形成され、板状体５０の縁と流通孔５１の縁との間の距離が長い部分に位置するスリット５２は長く形成されている。また、板状体５０の中心と流通孔５１の中心とを結ぶ線に関して対象位置にあるスリット５２が、互いに同じ長さに形成されている。板状体５０の流通孔５１に隣接する部分であって、流通孔５１の縁と、スリット５２，５２とで規定される略台形の部分は、流通孔５１を混合流体が流れる際に振動する振動部５３になっている。
【００３５】
整流体６は、球形状を有し、表面から整流ブロック３２１の径方向に延びる棒状の４つのアーム６１により、整流体６の表面と整流ブロック３２１の内側面との間隔が周方向において概ね均一に保持された状態で、整流ブロック３２１内に固定されている。
【００３６】
ケーシング２の内側面と、微細化ユニット３の外側面との間は、ケーシング２の入口開口２ａから流入した混合流体で満たされるように形成されている。
【００３７】
ケーシング２の入口管２４には、空気と水を混合する前混合装置が接続されている。前混合装置としては、例えば、水を加圧するポンプと、ポンプの吐出側に配置されて空気を吐出するエジェクタノズルとを備え、ポンプが吐出する圧力水にエジェクタノズルで空気を混合させるものを用いることができる。なお、前混合装置としては、公知の気液混合ポンプを用いてもよい。
【００３８】
上記微細化混合装置１は、次のように作動する。まず、前混合装置が起動し、気泡を含んだ水である混合流体が、図示しない供給管を経て入口開口２ａに供給される。前混合装置から供給される混合流体の気泡は、直径が約１００μｍ〜数ミリ程度であるのが好ましい。また、供給される混合流体は、入口管２４の入口開口２ａにおいて、流速が約１〜５０Ｌ／ｍｉｎ、かつ、圧力が約０．１〜５ＭＰａであるのが好ましい。この混合流体は、水が０．８〜４０Ｌ／ｍｉｎ、空気が０．２〜１０Ｌ／ｍｉｎの割合で混合されている。
【００３９】
入口開口２ａから入口管２４を通ってケーシング２内に流入した混合流体は、ケーシング２の内側面と微細化ユニット３の外側面との間を満たした後、入口開口３ａから微細化ユニット３の内部に流入する。
【００４０】
微細化ユニット３内に流入した混合流体は、流路４を通過する過程で、気泡が微細化される。すなわち、まず、混合流体が、整流ブロック３２１の内側面と、球状の整流体６の表面との間を通過して整流される。整流された混合流体は、振動ブロック３２２に導かれ、オリフィス振動部材５の流通孔５１を通過するに伴って流速が上昇すると共に、オリフィス振動部材５の下流側の圧力が低下する。この圧力の変化と流れの力により、オリフィス振動部材５の振動部５３が振動する。この混合流体が流通孔５１を通過する際の圧力及び流れの作用と、オリフィス振動部材５の振動部５３の振動作用により、混合流体の気泡が微細化され、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下のマイクロナノバブルが生成される。こうしてオリフィス振動部材５で生成されたマイクロナノバブルを含む微細化混合流体は、微細化ユニット３の出口管３２４とケーシング２の出口管２５を通って外部へ排出される。
【００４１】
この微細化混合装置１は、オリフィス振動部材５と整流体６を有する微細化ユニット３を備えるので、ナノバブルを含んだ微細化混合流体を、効率良く生成することができる。また、気泡の微細化を行う部分であって、洗浄や補修の対象となる微細化ユニット３が、ケーシング２内に着脱可能に取り付けられている。したがって、微細化ユニット３をケーシング２から取り外すことにより、微細化ユニット３の洗浄や補修を容易に行うことができる。
【００４２】
さらに、微細化ユニット３は、入口ブロック３２０、整流ブロック３２１、振動ブロック３２２及び出口ブロック３２３が、互いに分離可能に連結されて形成されている。したがって、互いのブロックを分離することにより、整流ブロック３２１の整流体６や、振動ブロック３２２のオリフィス振動部材５に対して、容易に洗浄や補修を行うことができる。
【００４３】
さらに、微細化ユニット３には、オリフィス振動部材５の動作によって振動が生じるが、ケーシング２の内側面と、微細化ユニット３の外側面との間を、気泡の微細化を行う前の混合流体で満たすので、微細化ユニット３からケーシング２に伝わる振動を緩和することができる。また、微細化ユニット３の内外の圧力差を少なくして、耐圧性を高めることができる。また、微細化ユニット３の内部から混合流体が漏れても、ケーシング２内で混合流体を回収することができるので、ケーシング２外への混合流体の漏れを防止できる。
【００４４】
また、本実施形態の微細化混合装置１は、ケーシング２内に、オリフィス振動部材５と整流体６を有する微細化ユニット３を備えるという比較的簡易な構成により、マイクロナノバブルを生成することができる。したがって、この微細化混合装置１は小型化が容易であり、また、少ない部品点数で作成できて、コスト削減を容易に行うことができる。また、本実施形態の微細化混合装置１は、従来の旋回状の流路と突起が設けられた流路とを備えるナノバブル生成装置よりも、混合流体に生じる圧力損失が小さい。したがって、従来よりも低圧及び低流速で動作できるので、耐圧対策を簡素にでき、コスト削減を行うことができる。
【００４５】
この微細化混合装置１により生成したマイクロナノバブルを含む微細化混合流体は、ミクロンレベルの気泡を含む水と比較して特有の物理化学特性を有し、例えば、水質浄化や、魚介類の養殖における成長促進や、植物の栽培促進に利用することができる。なお、本実施形態の微細化混合装置１は、微細化混合流体の使用目的に応じて、空気に替えて酸素や他の気体を混合することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の微細化混合装置を示す縦断面図である。この微細化混合装置１１は、液体としての水の中に分散された気体としての空気を微細化し、マイクロナノバブル生成する微細化混合装置である。
【００４７】
この微細化混合装置１は、円筒形状のケーシング２０内に、複数のブロック３０２，３０３，・・・で形成された微細化ユニット３０が収容されて構成されている。この微細化ユニット３０は大略円筒形状を有し、ケーシング２と同心に配置されている。微細化ユニット３０は、軸方向に連ねた５個の振動ブロック３０３，３０３，・・・と、これら振動ブロック３０３，３０３，・・・の両端に配置された環状の端部ブロック３０２，３０２と、これら端部ブロック３０２，３０２の両端に配置された端面板３０１，３０４と、端面板３０１，３０４を互いに対向する側に圧迫するロッド３０６及びボルト３０７を備える。なお、微細化ユニット３０を構成する振動ブロック３０３の数は、５個以外であってもよい。
【００４８】
ケーシング２０は、筒状の胴部２１の両端に設けられたフランジに、円盤状の端面板２２，２３が固定されて形成されている。一方の端面板２２の中央には、先端に入口開口２０ａを有する筒状の入口管２４が貫通して固定されており、他方の端面板２３の中央には、先端に出口開口２０ｂを有する筒状の出口管２５が貫通して固定されている。
【００４９】
図４は、微細化ユニット３０を形成する振動ブロック３０３の一部を除去して示した斜視図である。振動ブロック３０３は、概ね円筒形状のプラスチック製のブロック本体３３０と、このブロック本体３３０の一端側に開口して軸方向に延在する有底孔で形成された気体溜り７と、この気体溜り７と平行に形成された貫通孔４１で概ね形成されている。貫通孔４１の軸方向の略中央には、第１実施形態と同様のオリフィス振動部材５が、貫通孔４１の横断方向に延在するように内蔵されている。ブロック本体３３０の一方の端面には、気体溜り７の開口の縁部と、貫通孔４１の一端面側の縁部との間を接続する溝で形成された連通路３３１が設けられている。振動ブロック３０３には、端面側から見て気体溜り７と貫通孔４１とを結ぶ線の両側に、ロッド３０６が挿通される２つのロッド孔３３２，３３２が貫通して形成されている。
【００５０】
図５は、微細化ユニット３０の入口側の端面板３０４を示す斜視図である。入口側の端面板３０４は円盤状をなし、中央部寄りの部分に複数の小径の貫通孔３４１，３４１，・・・が形成されている。これら貫通孔３４１，３４１，・・・は微細化ユニット３０の入口開口として機能し、これら貫通孔３４１，３４１，・・・を有する端面板３０４は、微細化ユニット３０の流路４への異物の流入を防止するフィルタとして機能する。端面板３０４の線対称位置には、２つのロッド孔３４２，３４２が形成されている。
【００５１】
微細化ユニット３０の出口側の端面板３０１は、中央に出口管３０５が貫通して設けられており、この出口管３０５は、ケーシング２０の出口管２５の内側に嵌合している。この出口管３０５により、微細化ユニット３０がケーシング２０に着脱可能に連結されている。出口側の端面板３０１には、出口管３０５の両側にロッド孔が形成されている。入口側の端面板３０４、端部ブロック３０２、５個の振動ブロック３０３，３０３，・・・、端部ブロック３０２及び出口側の端面板３０１の各々のロッド孔にロッド３０６，３０６が挿通されている。これらロッド３０６，３０６の両端に螺着したボルト３０７，３０７で出入口側の端面板３０１，３０４を対向方向に互いに圧迫して、微細化ユニット３０の構成部材を互いに連結して固定している。
【００５２】
微細化ユニット３０内には、５個の振動ブロック３０３，３０３，・・・と端部ブロック３０２が互いに連結されることにより、振動ブロック３０３，３０３，・・・の貫通孔４１，４１，・・・と端部ブロック３０２の内部が連通して、混合流体の流路４が形成されている。振動ブロック３０３の一端面に形成された有底孔の開口が、隣接する振動ブロック３０３又は入口側の端面板３０４で閉鎖されて、各振動ブロック３０３，３０３，・・・毎に気体溜り７，７，・・・が形成されている。これら気体溜り７，７，・・・は、各振動ブロック３０３，３０３，・・・毎に形成された連通路３３１，３３１，・・・を通して流路４に連通している。
【００５３】
流路４を横断して各振動ブロック３０３，３０３，・・・毎に設けられたオリフィス振動部材５，５，・・・は、隣接するオリフィス振動部材５，５の間で、流通孔５１の位置が軸方向視において異なるように配置されている。これにより、流路４に形成する混合流体の流れを適切に乱して、混合流体に含まれる気泡の微細化を促進するようになっている。
【００５４】
ケーシング２０の内側面と、微細化ユニット３０の外側面との間は、ケーシング２０の入口開口２０ａから流入した混合流体で満たされるように形成されている。
【００５５】
ケーシング２０の入口管２４には、第１実施形態と同様に、空気と水を混合する前混合装置が接続されている。
【００５６】
上記微細化混合装置１１は、次のように作動する。まず、前混合装置が起動し、気泡を含んだ水である混合流体が、図示しない供給管を経て入口開口２０ａに供給される。入口開口２０ａから入口管２４を通ってケーシング２０内に流入した混合流体は、ケーシング２０の内側面と微細化ユニット３０の外側面との間を満たした後、端面板３０４の貫通孔３４１，３４１，・・・から微細化ユニット３０の内部に流入する。
【００５７】
微細化ユニット３０内に流入した混合流体は、流路４を通過する過程で、気泡が微細化される。すなわち、混合流体が端部ブロック３０２内を通って振動ブロック３０３の貫通孔４１に流入し、貫通孔４１内に配置されたオリフィス振動部材５の流通孔５１を通過する。このとき、オリフィス振動部材５の上下流の間に生成される圧力変化と流れの力により、オリフィス振動部材５の振動部５３が振動し、この振動が混合流体に付与される。ここで、混合流体から分離した空気や作動当初に流路４に存在した空気が、流路４に連通する気体溜り７に溜まった状態で、流路４を混合流体が流れる。これにより、流路４を流れる混合流体の流れと圧力の変動に緩衝作用が付与される。上記オリフィス振動部材５の流通孔５１を混合流体が通過する際の圧力及び流れの作用と、オリフィス振動部材５の振動部５３の振動作用と、気体溜り７の緩衝作用が、５個の振動ブロック３０３，３０３，・・・によって混合流体に付与され、混合流体に含まれる気泡が効果的に微細化される。こうして微細化された気泡は、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下のマイクロナノバブルとなり、このマイクロナノバブルを含む微細化混合流体は、微細化ユニット３０の出口管３０５とケーシング２０の出口管２５を通って外部へ排出される。この微細化混合装置１０は、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下の空気のマイクロナノバブルを含んだ水を、約１〜５０Ｌ／ｍｉｎの割合で生成する能力を有する。
【００５８】
本実施形態の微細化混合装置１０は、オリフィス振動部材５と気体溜り７を有する振動ブロック３０３が５個連なって形成された微細化ユニット３０を備えるので、ナノバブルを含んだ微細化混合流体を効率良く生成することができる。また、気泡の微細化を行う部分であって、洗浄や補修の対象となる微細化ユニット３０が、ケーシング２０に対して着脱可能に形成されている。したがって、微細化ユニット３０をケーシング２０から取り外すことにより、微細化ユニット３０の洗浄や補修を容易に行うことができる。
【００５９】
さらに、微細化ユニット３０は、端面板３０１，３０４、端部ブロック３０２及び振動ブロック３０３が、互いに分離可能に連結されて形成されている。したがって、端面板３０１，３０４及びブロック３０２，３０３を分離することにより、振動ブロック３０３のオリフィス振動部材５や気体溜り７に対して、容易に洗浄や補修を行うことができる。
【００６０】
さらに、ケーシング２の内側面と微細化ユニット３０の外側面との間が混合流体で満たされるので、動作時に微細化ユニット３０からケーシング２０に伝わる振動を緩和することができる。また、ケーシング２の内側面と微細化ユニット３０の外側面との間の混合流体により、微細化ユニット３０の内外の圧力差を少なくして、耐圧性を高めることができる。また、微細化ユニット３０の内部から混合流体が漏れても、ケーシング２内で混合流体を回収することができるので、ケーシング２外への混合流体の漏れを防止できる。特に、微細化ユニット３０を形成する端面板３０１，３０４やブロック３０２，３０３の連結部から混合流体が漏れても、漏れた混合流体を効果的に回収でき、また、ケーシング２外への混合流体の漏れを防止できる。
【００６１】
また、微細化ユニット３０を、オリフィス振動部材５及び気体溜り７を有する複数の振動ブロック３０３で構成するので、この振動ブロック３０３の個数を適宜変更することにより、混合流体の種類や、生成すべき気泡の寸法及び濃度に対応することができる。したがって、共通の部品を用いることにより、安価でありながら汎用性の高い微細化混合装置が得られる。
【００６２】
なお、ケーシング２０の内側面と微細化ユニット３０の外側面との間には、混合流体と共に、混合流体から分離した気体が溜まってもよい。すなわち、ケーシング２０と微細化ユニット３０との間には、気体溜りが形成されてもよい。
【００６３】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の微細化混合装置が備える微細化ユニット３１を示す縦断面図である。この微細化ユニット３１は、図示しないが、第２実施形態の微細化混合装置１１のケーシング２０と同じケーシングに装着されて微細化混合装置を形成する。本実施形態において、第２実施形態と同様の構成部分には同じ参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００６４】
この微細化ユニット３１は、２つの振動ブロック３０３，３１３と、３つの整流ブロック３０８，３０９，３１０を備える。２つの振動ブロック３０３，３１３と、２つの整流ブロック３０８，３０９は、気体溜り７と貫通孔４１を有する同じ形状のブロック本体３３０を用いて形成されている。一方、１つの整流ブロック３１０は、他の整流ブロック３０８，３０９及び振動ブロック３０３，３１３と比較して、気体溜り７を有さないが、外径寸法が略同じに形成されている。
【００６５】
微細化ユニット３１が備える一方の振動ブロック３０３は、第２実施形態の微細化ユニット３０が備えるものと同様の構造を有し、ブロック本体３３０の貫通孔４１に、１つのオリフィス振動部材５が配置されている。他方の振動ブロック３１３は、ブロック本体３３０の貫通孔４１に、３つのオリフィス振動部材５が設けられている。図７は、他方の振動ブロック３１３を示す断面図であり、ブロック本体３３０の貫通孔４１に、この貫通孔４１の横断方向に延在するオリフィス振動部材５が、貫通孔４１の軸方向に３つ配列されている。
【００６６】
図８Ａは、微細化ユニット３１の第１の整流ブロック３０８を示す正面図であり、図８Ｂは、整流ブロック３０８の縦断面図である。この整流ブロック３０８は、ブロック本体３３０の貫通孔４１に、双円錐形状の整流体６２が配置されている。整流体６２は、２つの同じ形状の円錐を底面同士で結合したような双円錐形状を有し、２つの尖端の間を結ぶ中心軸が、貫通孔４１の軸と一致するように配置されている。整流体６２は、軸方向の中央に形成された環状の峰から、貫通孔４１の内側面に向かって径方向に延在する４つのアーム６３，６３，・・・により、貫通孔４１内に固定されている。これにより、整流体６２の外周面と、貫通孔４１の内周面との間隔が、周方向において概ね均一に保持されている。
【００６７】
図９は、微細化ユニット３１の第２の整流ブロック３０９を示す縦断面図である。この整流ブロック３０９は、ブロック本体３３０の貫通孔４１に、第１実施形態と同様の球状の整流体６が配置されている。この整流体６は、表面から貫通孔４１の径方向に延びる棒状の４つのアーム６１，６１，・・・により、整流体６の表面と貫通孔４１の内側面との間隔が周方向において概ね均一に保持された状態で、貫通孔４１内に固定されている。
【００６８】
図１０は、微細化ユニット３１の第３の整流ブロック３１０を示す縦断面図である。この整流ブロック３１０は、有底孔による気体溜りを有しなくて、貫通孔４１のみを有する大略円筒形状のブロック本体３４０を用いて形成されている。このブロック本体３４０の貫通孔４１に、半球ドーム形状の整流体６４が配置されている。この整流体６４は、貫通孔４１に形成される混合流体の流れの上流側に、半球ドームの頂点を向けた状態で、貫通孔内に固定されている。整流体６４は、下流側の環状の縁から貫通孔４１の径方向に延びる棒状の４つのアーム６５，６５，・・・により、整流体６４の表面と貫通孔４１の内側面との間隔が周方向において概ね均一に保持された状態で、貫通孔４１内に固定されている。半球ドーム形状の整流体６４は、貫通孔４１内の流れの下流側に内部を開放している。この半球ドーム形状の整流体６４の内部が、気体溜りを兼ねるようになっている。
【００６９】
微細化ユニット３１は、図６に示すように、入口側の端面板３０４から出口側の端面板３０１に向かって順に、環状の端部ブロック３０２と、第１の整流ブロック３０８と、第２の整流ブロック３０９と、３つのオリフィス振動部材５を有する振動ブロック３１３と、第３の整流ブロック３１０と、１つのオリフィス振動部材５を有する振動ブロック３０３と、環状の端部ブロック３０２とが配列されて形成されている。これらのブロックに形成されたロッド孔にロッド３０６が挿通され、ロッド３０６の両端に螺着したボルト３０７によって出入口側の端面板３０１，３０４が対向方向に圧迫されて、微細化ユニット３１の構成部材が互いに連結固定されている。この微細化ユニット３１内には、上記入口側及び出口側の端部ブロック３０２，３０２の内部と、各ブロック３０８，３０９，３１３，３１０，３０３の貫通孔４１が連通して、混合流体の流路４が形成されている。この流路４には、第３の整流ブロック３１０以外のブロック３０８，３０９，３１３，３０３に形成された気体溜り７が、各ブロックに形成された連通路３３１，３３１，・・・を介して連なっている。
【００７０】
本実施形態の微細化ユニット３１を有する微細化混合装置が作動すると、ケーシング２０の入口開口２０ａからケーシング２０内に、空気の泡が水に混合されてなる混合流体が供給され、この混合流体は、ケーシング２０の内側面と微細化ユニット３１の外側面との間を満たした後、端面板３０４の貫通孔３４１，３４１，・・・から微細化ユニット３１の内部に流入する。
【００７１】
微細化ユニット３１内に流入した混合流体は、流路４を通過する過程で、気泡が微細化される。すなわち、まず、混合流体が端部ブロック３０２内を通って第１の整流ブロック３０８に流入し、貫通孔４１の内側面と、双円錐形状の整流体６２の外側面との間を流れる際に整流される。ここで、整流ブロック３０８の気体溜り７の緩衝作用により、混合流体が効果的に整流される。第１の整流ブロック３０８で整流された混合流体は、第２の整流ブロック３０９で更に整流され、振動ブロック３１３に流入する。振動ブロック３１３では、貫通孔４１に設けられた３つのオリフィス振動部材５の流通孔５１を混合流体が通過する際の圧力及び流れの作用と、オリフィス振動部材５の振動部５３の振動作用と、気体溜り７の緩衝作用により、気泡が微細化される。気泡が微細化された混合流体は、第３の整流ブロック３１０で整流される。第３の整流ブロック３１０では、混合流体が半球ドーム形状の整流体６４の外側面と、貫通孔４１の内側面との間を流れる際に整流される。ここで、気体溜りを兼ねる半球ドーム形状の整流体６４の内部に、混合流体から分離した気体が溜まり、これにより、流れと圧力の緩衝作用が混合流体へ与えられる。第３の整流ブロック３１０で整流された混合流体は、振動ブロック３０３で気泡が更に微細化され、微細化ユニット３１の出口管３０５とケーシング２０の出口管２５を通って外部へ排出される。この微細化ユニット３１を備える微細化混合装置は、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下の空気のマイクロナノバブルを含んだ水を、約１〜５０Ｌ／ｍｉｎの割合で生成する能力を有する。
【００７２】
本実施形態の微細化混合装置の微細化ユニット３１は、双円錐形状の整流体６２と気体溜り７を有する整流ブロック３０８と、球形状の整流体６と気体溜り７を有する整流ブロック３０９とで整流を行った後、３つのオリフィス振動部材５と気体溜り７を有する振動ブロック３１３で微細化を行い、更に、内部が気体溜り７を兼ねる整流体６４を有する整流ブロック３１０で整流を行った後、１つのオリフィス振動部材５と気体溜り７を有する振動ブロック３０３で微細化を行うので、水中の気泡を効果的に微細化して、ナノバブルを生成することができる。
【００７３】
なお、本実施形態の微細化混合装置は、ケーシング２０と微細化ユニット３１との間に、気体溜りが形成されてもよい。
【００７４】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態の微細化混合装置１２を示す縦断面図である。この微細化混合装置１２は、液体としての水の中に分散された気体としての空気を微細化し、マイクロナノバブルを生成するものである。この微細化混合装置１２は、第２実施形態の微細化混合装置１１と同様のケーシング２０内に、円筒形状の微細化ユニット３５が着脱可能に取り付けられている。本実施形態において、第２実施形態と同様の構成部分には同じ参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００７５】
この微細化混合装置１２の微細化ユニット３５は、入口側の端面板３０４と、出口側の端面板３０１との間に、複数のリングブロック３５０と振動ダイヤフラム３５２とで形成された複数の室３５７，３５７，・・・を備える。
【００７６】
図１２は、リングブロック３５０を示す斜視図である。リングブロック３５０は、軸方向断面が矩形のリングで形成され、軸方向に延在するロッド孔３５１，３５１，・・・が周方向に等間隔をおいて４つ形成されている。
【００７７】
図１３は、有孔振動体としての振動ダイヤフラム３５２を示す斜視図である。振動ダイヤフラム３５２は、円盤状のダイヤフラム本体３５２に、偏心した位置に形成された円形の流通孔３５３と、この流通孔３５３の縁から放射状に形成された複数のスリット３５４，３５４，・・・を有する。これらスリット３５４，３５４，・・・は、流通孔３５３に関する点対称位置にあるものが、互いに長さが異なるように形成されている。ダイヤフラム本体３５２の流通孔３５３に隣接する部分であって、流通孔３５３の縁と、スリット３５４，３５４とで規定される略台形の部分は、流通孔３５３を混合流体が流れる際に振動する振動部３５５になっている。ダイヤフラム本体３５２には、法線方向に延在するロッド孔３５６，３５６，・・・が周方向に等間隔をおいて４つ形成されている。
【００７８】
微細化ユニット３５内の室３５７，３５７，・・・は、円筒形状を有し、周面がリングブロック３５０で区画され、端面が振動ダイヤフラム３５２又は端面板３０１，３０４で区画されている。室３５７，３５７，・・・は、入口側から出口側に向かって、３つの室毎に軸方向の長さが短く形成されている。すなわち、入口側の端面板３０４に近い３つの室３５７，３５７，３５７は３つのリングブロック３５０，３５０，３５０で形成され、これらより出口側に位置する３つの室３５７，３５７，３５７は２つのリングブロック３５０，３５０で形成され、これらより出口側に位置して端面板３０１に近い３つの室３５７，３５７，３５７は１つのリングブロック３５０で形成されている。これにより、入口側の端面板３０４から出口側の端面板３０１に向かうにつれて、３つの室３５７，３５７，３５７毎に容積が小さくなっている。
【００７９】
各室３５７，３５７，・・・の間の振動ダイヤフラム３５２の流通孔３５３は、微細化ユニット３５の軸方向視において、隣接する振動ダイヤフラム３５２の間で異なる位置に配置されている。
【００８０】
上記室３５７，３５７，・・・には、各振動ダイヤフラム３５２の流通孔３５３を通して互いに連通し、入口側の端面板３０４の貫通孔３４１，３４１，・・・から出口側の端面板３０１に設けられた出口管３０５に至る流路４が形成される。また、上記室３５７，３５７，・・・の内部には、流路４を流れる混合流体から分離した空気が上部に溜まるようになっている。すなわち、上記室３５７，３５７，・・・は、流路４と気体溜りを兼ねている。
【００８１】
本実施形態の微細化混合装置１２が作動すると、ケーシング２０の入口開口２０ａからケーシング２０内に、空気の泡が水に混合されてなる混合流体が供給され、この混合流体は、ケーシング２０の内側面と微細化ユニット３５の外側面との間を満たした後、端面板３０４の貫通孔３４１，３４１，・・・から微細化ユニット３５の内部に流入する。
【００８２】
微細化ユニット３５内に流入した混合流体は、流路４を通過する過程で、気泡が微細化される。すなわち、まず、端面板３０４に隣接する室３５７に流入した混合流体が、振動ダイヤフラム３５２の流通孔３５３を通り、出口側に隣接する室３５７に流入する。このとき、振動ダイヤフラム３５２の上下流の間に生成される圧力変化と流れの力により、振動ダイヤフラム３５２の振動部３５５が振動し、この振動が混合流体に付与される。ここで、混合流体から分離した空気や作動当初に流路４に存在した空気が、室３５７内の一部に溜まった状態で、流路４を混合流体が流れる。これにより、流路４を流れる混合流体の流れと圧力の変動に緩衝作用が付与される。上記振動ダイヤフラム３５２の流通孔３５３を混合流体が通過する際の圧力及び流れの作用と、振動ダイヤフラム３５２の振動部３５５の振動作用と、室３５７内の気体の緩衝作用が混合流体に付与され、混合流体の気泡が効果的に微細化される。混合流体は、入口側の端面板３０４から出口側の端面板３０１までの間の９つの室３５７，３５７，・・・を流れる間に微細化され、直径が１０ｎｍ〜数１０μｍのマイクロナノバブルが生成される。こうして生成されたマイクロナノバブルを含む微細化混合流体は、微細化ユニット３５の出口管３０５とケーシング２の出口管２５を通って外部へ排出される。この微細化混合装置１２は、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下の空気のマイクロナノバブルを含んだ水を、約１〜５０Ｌ／ｍｉｎの割合で生成する能力を有する。
【００８３】
本実施形態の微細化混合装置１２によれば、リングブロック３５０とダイヤフラム３５２を用いて、少ない種類の部品で微細化ユニット３５を構成するので、コストダウンを行うことができる。また、微細化ユニット３５の構造が簡単であるので、故障を少なくできる。また、微細化ユニット３５は、リングブロック３５０とダイヤフラム３５２に分離できるので、洗浄や補修を容易に行うことができる。また、所定の室３５７を形成するリングブロック３５０の個数を調整することにより、微細化ユニット３５に設ける室３５７の数や容量を適宜設定することができる。したがって、微細化混合装置１２の性能を、混合流体の種類や、微細化すべき流体の量に応じて設定することができ、高い汎用性の微細化混合装置１２が得られる。
【００８４】
なお、本実施形態の微細化混合装置１２は、ケーシング２０と微細化ユニット３５との間に、気体溜りが形成されてもよい。
【００８５】
（第５実施形態）
図１４は、本発明の第５実施形態の微細化混合装置１３を示す縦断面図である。この微細化混合装置１３は、液体としての水の中に分散された気体としての空気を微細化し、マイクロナノバブルを生成するものである。この微細化混合装置１３は、第２実施形態の微細化混合装置１１と同様のケーシング２０内に、円筒形状の微細化ユニット３６が着脱可能に取り付けられている。本実施形態において、第２実施形態と同様の構成部分には同じ参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００８６】
この微細化混合装置１３の微細化ユニット３６は、入口側の端面板３０４と、出口側の端面板３０１との間に、整流体３６１と振動ダイヤフラム３６２を有する整流振動ブロック３６０が５個配列されて形成されている。なお、微細化ユニット３６を構成する整流振動ブロック３６０の数は、５個以外であってもよい。整流振動ブロック３６０は、筒状のブロック本体内に、整流体３６１と振動ダイヤフラム３６２が同軸に配置されている。配列された整流振動ブロック３６０のブロック本体内に、混合流体の流路４が形成される。
【００８７】
整流体３６１は半球ドーム形状を有し、ブロック本体内に軸方向に形成される混合流体の流れの上流側に、半球ドームの頂点を向けた状態で配置されている。整流体３６１は、半球ドームの内側に、軸方向に延びるスリーブが形成されており、このスリーブに挿通されるロッド３０６によって、ブロック本体内に保持されている。半球ドーム形状の整流体３６１は、ブロック本体内に形成される混合流体の流れの下流側に、内部を開放している。この半球ドーム形状の整流体３６１の内部が、気体溜りを兼ねるようになっている。
【００８８】
図１５は、有孔振動体としての振動ダイヤフラム３６２を示す斜視図である。振動ダイヤフラム３６２は、円盤状のダイヤフラム本体３６２に、このダイヤフラム本体３６２と同心の円形の貫通孔３６３が形成されている。この貫通孔３６３の縁から、複数のスリット３６４，３６４，・・・が放射状に形成されている。これらスリット３６４，３６４，・・・は、貫通孔３６３に関する点対称位置にあるものが、互いに長さが異なるように形成されている。ダイヤフラム本体３６２の貫通孔３６３に隣接する部分であって、貫通孔３６３の縁と、スリット３６４，３６４とで規定される略台形の部分は、貫通孔３６３を混合流体が流れる際に振動する振動部３６５になっている。この貫通孔３６３内に、整流体３６１を保持するロッド３０６とスペーサ３６３が、貫通孔３６３の内周面と隙間をおいた状態で挿通されて配置される。
【００８９】
微細化ユニット３６の入口側の端面板３０４には、中央にロッド孔が形成され、このロッド孔の回りに、微細化ユニット３６の入口開口である複数の貫通孔３４１，３４１，・・・が形成されている。
【００９０】
微細化ユニット３６の出口側の端面板３０１には、中央にロッド孔が形成され、このロッド孔の回りに複数の貫通孔３４３，３４３，・・・が形成されていると共に、これら貫通孔３４３，３４３，・・・を取り囲むように出口管３０５が連結されている。出口管３０５は、ケーシング２０の出口管２５の内側に嵌合しており、この出口管３０５により、微細化ユニット３６がケーシング２０に着脱可能に連結されている。
【００９１】
入口側の端面板３０４と、出口側の端面板３０１との間に５つの整流振動ブロック３６０が配列され、入口側の端面板３０４の中央と出口側の端面板３０１のロッド孔に、ロッド３０６が挿通されている。ロッド３０６には、整流振動ブロック３６０毎に、整流体３６１と、スリーブ状のスペーサ３６３とが装着される。このスペーサ３６３により、隣り合う整流体３６１を軸方向の所定位置に保持するようになっている。上記ロッド３０６の両端に螺着したボルト３０７，３０７で出入口側の端面板３０１，３０４を対向方向に互いに圧迫して、ブロック本体を互いに連結して固定している。
【００９２】
本実施形態の微細化混合装置１３が作動すると、ケーシング２０の入口開口２０ａからケーシング２０内に、空気の泡が水に混合されてなる混合流体が供給され、この混合流体は、ケーシング２０の内側面と微細化ユニット３６の外側面との間を満たした後、端面板３０４の貫通孔３４１，３４１，・・・から微細化ユニット３６の内部に流入する。
【００９３】
微細化ユニット３６内に流入した混合流体は、流路４を通過する過程で、気泡が微細化される。すなわち、まず、端面板３０４に隣接する整流振動ブロック３６０内に流入した混合流体が、半球ドーム形状の整流体３６１の外側面と、ブロック本体の内側面との間を流れる際に整流される。ここで、半球ドーム形状の整流体３６１の内部に、混合流体から分離した気体が溜まり、これにより、流れと圧力の緩衝作用が混合流体へ与えられて、混合流体が効果的に整流される。整流体３６１で整流された混合流体は、振動ダイヤフラム３６２の貫通孔３６３の縁と、スペーサ３６３の外周面との間を流れ、このときに振動ダイヤフラム３６２の上下流の間に生成される圧力変化と流れの力により、振動ダイヤフラム３６２の振動部３６５が振動し、この振動が混合流体に付与される。この混合流体の圧力及び流れの作用と、振動ダイヤフラム３６２の振動部３６５の振動作用と、整流体３６１の内部の気体による緩衝作用により、気泡が微細化され、直径が１０ｎｍ〜数１０μｍのマイクロナノバブルが生成される。こうして生成されたマイクロナノバブルを含む微細化混合流体は、出口側の端面板３０１の貫通孔３４３，３４３，・・・から出口管３０５に流出し、この出口管３０５とケーシング２の出口管２５を通って外部へ排出される。この微細化混合装置１３は、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下の空気のマイクロナノバブルを含んだ水を、約１〜５０Ｌ／ｍｉｎの割合で生成する能力を有する。
【００９４】
本実施形態の微細化混合装置１３によれば、整流体３６１と振動ダイヤフラム３６２を有する整流振動ブロック３６０を複数個用いて微細化ユニット３６を構成するので、同一の構造の整流振動ブロック３６０を用いて比較的安価に、しかも、効果的にマイクロナノバブルを生成することができる。また、整流振動ブロック３６０は、中心軸まわりに回転対称の形状を有するので、微細化混合装置１３の設置姿勢を中心軸まわりの任意の方向に設定することができる。したがって、微細化混合装置１３を容易に設置でき、また、車両等のような重力の作用方向が変動する環境に設置しても、安定して作動することができる。このため、本実施形態の微細化混合装置１３は、車両に搭載され、例えば水と軽油を混合して水又は軽油を微細化して燃料を生成する用途に用いることができる。
【００９５】
本実施形態の微細化混合装置１３は、入口開口２０ａを上側に向けると共に出口開口２０ｂを下側に向けて、ケーシング２０の中心軸が概ね鉛直方向に延在する姿勢で用いられるのが好ましい。これにより、半球ドーム形状の整流体３６１の内部に効果的に気体を溜めることができ、混合流体の流れと圧力の緩衝作用を効果的に発揮することができる。なお、微細化混合装置１３が重力の作用方向が変動する環境に設置される場合、ケーシング２０の中心軸が概ね鉛直方向に一定の割合で保持されればよく、常に鉛直方向に保持されなくてもよい。
【００９６】
また、本実施形態の微細化混合装置１３によれば、微細化ユニット３６が、個々の整流振動ブロック３６０に分離できるので、洗浄や補修を容易に行うことができる。また、微細化ユニット３６を構成する整流振動ブロック３６０の個数を調整することにより、微細化混合装置１３の性能を、混合流体の種類や、微細化すべき流体の量に応じて設定することができ、高い汎用性の微細化混合装置１３が得られる。
【００９７】
なお、本実施形態の微細化混合装置１３は、ケーシング２０と微細化ユニット３６との間に、気体溜りが形成されてもよい。
【００９８】
（第６実施形態）
図１６は、本発明の第６実施形態の微細化混合装置１４を示す縦断面図である。この微細化混合装置１４は、液体としての水の中に分散された気体としての空気を微細化し、マイクロナノバブルを生成するものである。この微細化混合装置１４は、第２実施形態の微細化混合装置１１と同様のケーシング２０内に、微細化ユニット３７が着脱可能に取り付けられている。本実施形態において、第２実施形態と同様の構成部分には同じ参照番号を引用して、詳細な説明を省略する。
【００９９】
この微細化混合装置１４の微細化ユニット３７は、入口側の端面仕切板３７７と、出口側の端面連結板３７６との間に、両端の接続管３７８，３７８を介して５個の緩衝ブロック３７０，３７０，・・・が配列されて固定されている。なお、微細化ユニット３７を構成する緩衝ブロック３７０の数は、５個以外であってもよい。接続管３７８と緩衝ブロック３７０との間と、緩衝ブロック３７０，３７０の相互の間には、有孔振動体としての振動ダイヤフラム３７５，３７５，・・・が挟持されている。
【０１００】
入口側の端面仕切板３７７は、ケーシング２０の端面板２２に対向して、ケーシング２０の内部を軸直角方向に横断するように配置されている。端面仕切板３７７は、概ね中央に形成されたロッド孔と、このロッド孔のまわりに形成された複数の内周側貫通孔３７７ａ，３７７ａ，・・・と、内周側貫通孔３７７ａ，３７７ａ，・・・の外側を取り囲むように形成された外周側貫通孔３７７ｂ，３７７ｂ，・・・を有する。端面仕切板３７７のケーシング２の対面板２２と反対側の面に、微細化ユニット３７の接続管３７８が連なっており、この接続管３７８の内側に、内周側貫通孔３７７ａ，３７７ａ，・・・が開口している。
【０１０１】
出口側の端面連結板３７６は、ケーシング２０の出口管２５の内側の先端に連結されており、出口管２５の内部に臨む位置に、ロッド孔と、複数の貫通孔３７６ａ，３７６ａ，・・・が形成されている。端面連結板３７６の出口管２５と反対側の面に、微細化ユニット３７の接続管３７８が連なっており、この接続管３７８の内側に、貫通孔３７６ａ，３７６ａ，・・・が開口している。
【０１０２】
微細化ユニット３７の接続管３７８は、径方向よりも軸方向の寸法が短い短管で形成され、軸方向の両端にフランジが形成されている。緩衝ブロック３７０は、ケーシング２０の軸方向に延在する流路管部３７１と、流路管部３７１の側面から径方向に突出する緩衝管部３７２を有する。緩衝環部３７２は、中心軸が流路管部３７１の中心軸と直角に延在する短管で形成され、先端が閉鎖されている。緩衝ブロック３７０内には、流路管部３７１の中心軸の延長線と、緩衝環部３７２の中心軸との交点に中心が位置するように、球状の整流体３７３が配置されている。整流体３７３は、径方向に延びる貫通孔を有し、この貫通孔に挿通されたロッド３０６によって保持されている。
【０１０３】
振動ダイヤフラム３７５は、第５実施形態の振動ダイヤフラム３６２と同様に、円盤状のダイヤフラム本体に同心の円形の貫通孔を有し、この貫通孔の縁から、複数のスリットが放射状に形成されている。これらスリットは、貫通孔に関する点対称位置にあるものが、互いに長さが異なるように形成されている。ダイヤフラム本体の貫通孔に隣接する部分であって、貫通孔の縁と、スリットとで規定される略台形の部分が、貫通孔を混合流体が流れる際に振動する振動部になっている。この貫通孔内に、整流体３７３を保持するロッド３０６と図示しないスリーブ状のスペーサ３７９が、貫通孔の内周面と隙間をおいた状態で挿通されて配置される。
【０１０４】
入口側の端面仕切板３７７と出口側の端面連結板３７６との間に接続管３７８と緩衝ブロック３７０と振動ダイヤフラム３７５を配列し、各緩衝ブロック３７０内に整流体３７３を配置した状態で、端面仕切板３７７のロッド孔と、整流体３７３の貫通孔と、スペーサ３７９の内部と、端面連結板３７６のロッド孔とにロッド３０６が挿通される。このロッド３０６の両端に螺着したボルト３０７，３０７で端面仕切板３７７と端面連結板３７６を対向方向に互いに圧迫して、接続管３７８と緩衝ブロック３７０と振動ダイヤフラム３７５を互いに連結して固定している。互いに固定された接続管３７８の内部と、緩衝ブロック３７０の流通管部３７１の内部に、混合流体の流路４が形成される。
【０１０５】
本実施形態の微細化混合装置１４が作動すると、ケーシング２０の入口開口２０ａから入口管２４に、空気の泡が水に混合されてなる混合流体が供給される。入口管２４に供給された混合流体は、端面仕切板３７７の内周側貫通孔３７７ａを通って微細化ユニット３７に流入すると共に、端面仕切板３７７の外周側貫通孔３７７ｂを通って微細化ユニット３７の外側面とケーシング２０の胴部２１の内側面との間に流入する。
【０１０６】
微細化ユニット３７に流入した混合流体は、流路４を通過する過程で、気泡が微細化される。すなわち、まず、端面仕切板３７７から接続管３７８に流入した混合流体は、接続管３７８に隣接する振動ダイヤフラム３７５の貫通孔の縁と、スペーサ３７９の外周面との間を流れ、このときに振動ダイヤフラム３７５の上下流の間に生成される圧力変化と流れの力により、振動ダイヤフラム３７５の振動部３６５が振動し、この振動が混合流体に付与される。この混合流体の圧力及び流れの作用と、振動ダイヤフラム３７５の振動部の振動作用により、気泡が微細化される。振動ダイヤフラム３７５で微細化された混合流体は、緩衝ブロック３７０内に流入する。ここで、混合流体から分離した空気や作動当初に流路４に存在した空気が、緩衝管部３７２に溜まることにより、混合流体の流れと圧力の変動に緩衝作用が付与される。緩衝ブロック３７０内に流入した混合流体は、球状の整流体３７３の外周側を流れる際に整流され、この後、下流側の振動ダイヤフラム３７５に導かれて微細化される。緩衝ブロック３７０において、整流体３７３による整流効果と、振動ダイヤフラム３７５による微細化が、緩衝管部３７２の空気の緩衝作用によって促進される。混合流体が５つの緩衝ブロック３７０を流れるに伴い、気泡の直径が１０ｎｍ〜数１０μｍに微細化されてマイクロナノバブルが生成される。こうして生成されたマイクロナノバブルを含む微細化混合流体は、出口側の端面連結板３７６の貫通孔３７６ａ，３７６ａ，・・・からケーシング２の出口管２５に流出して外部へ排出される。この微細化混合装置１４は、直径が１０ｎｍ以上５０μｍ以下の空気のマイクロナノバブルを含んだ水を、約１〜５０Ｌ／ｍｉｎの割合で生成する能力を有する。
【０１０７】
本実施形態の微細化混合装置１４によれば、整流体３７３を有する緩衝ブロック３７０と振動ダイヤフラム３７５を交互に連ねて微細化ユニット３７を構成するので、同一の構造の緩衝ブロック３７０及び振動ダイヤフラム３７５を複数個用いて比較的安価に、しかも、効果的にマイクロナノバブルを生成することができる。
【０１０８】
また、本実施形態の微細化混合装置１４によれば、微細化ユニット３７が、個々の緩衝ブロック３７０と振動ダイヤフラム３７５に分離できるので、洗浄や補修を容易に行うことができる。また、微細化ユニット３７を構成する緩衝ブロック３７０と振動ダイヤフラム３７５の個数を調整することにより、微細化混合装置１４の性能を、混合流体の種類や、微細化すべき流体の量に応じて設定することができ、高い汎用性の微細化混合装置１４が得られる。
【０１０９】
なお、本実施形態の微細化混合装置１４は、ケーシング２０と微細化ユニット３７との間に、気体溜りが形成されてもよい。
【０１１０】
上記第１乃至第６実施形態の微細化混合装置は、混合流体として、媒体の液体としての水の中に混合された気体としての空気を微細化し、マイクロナノバブルを生成したが、他の液体に他の気体が混合された混合流体に対し、気体を微細化してもよい。また、媒体の液体に、他の液体が混合された混合流体に対し、いずれかの液体を微細化してもよい。
【０１１１】
媒体の液体に他の液体が混合された混合流体としては、水に油が混合された混合流体を例示することができ、この混合流体の水又は油を微細化して、水と油のエマルションを形成することができる。本発明の微細化混合装置で形成された水と油のエマルションは、ディーゼルエンジン、タービンエンジン又はボイラー等の燃料として用いることができる。本発明の微細化混合装置は、動力により駆動される部分が無いので、故障が少なく、また、分解が容易であり、清浄や補修が容易である。したがって、エンジンやボイラ等の燃料供給機構のコスト削減と、メンテナンス性の向上を図ることができる。
【０１１２】
また、本発明の微細化混合装置によって生成され、マイクロナノバブルを含む混合流体は、微細化された気体に応じて種々の処理用途に供することができる。例えば、微細化された空気を含む混合液は、処理対象に添加することにより、湖沼や河川の水質浄化や、下水処理や、水産業の養殖の促進や、農業の水耕栽培や、農業用水の浄化に用いることができる。また、微細化されたオゾンを含む混合液は、工業排水処理や、部品洗浄や、食品廃液の浄化等に用いることができる。
【０１１３】
また、本発明の微細化混合装置は、媒体の液体に固体が混合された混合流体に対し、固体を微細化して微細化混合流体を生成することもできる。このような混合流体として、媒体の水に有機固形物が混合された有機汚泥がある。本発明の微細化混合装置によれば、有機汚泥の有機固形物を微細化して水中に分散させ、有機固形物の凝集を促進することができる。この種の混合流体の他の例としては、うどん等の食品の煮汁のような、食品廃水を挙げることができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  微細化混合装置
２  ケーシング
３  微細化ユニット
４  流路
５  オリフィス振動部材
６  整流体
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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