(57)【要約】【課題】簡易な構造で液体と液体或いは気体と気体を均一に混合することができる流体混合装置を提供すること。【解決手段】円筒状内面３ａと円形状内面５ａ，７ａとによって円柱状の内部空間が形成される装置本体９と、円筒状内面３ａから離間して内部空間内に配置される少なくとも１つの内部円筒部材２１と、円筒状内面３ａと内部円筒部材２１との間の管状空間に円周方向に向かって第１液体を注入する第１液体導入部３１と、円形状内面５ａ，７ａに設けられる第２液体導入部４１及び混合流体排出口５１とからなること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体混合装置であって、
円筒状内面と円形状内面とによって円柱状の内部空間が形成される装置本体と、
前記円筒状内面から離間して前記内部空間内に配置される少なくとも１つの内部円筒部材と、
前記円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円周方向に向かって第１流体を注入する第１流体導入部と、
前記円形状内面に設けられ、第２の流体を導入する第２流体導入部及び混合流体排出口とを備え、
前記第１流体導入部からは液体と気体とから選択されるいずれか一方の流体が導入され、前記第２流体導入部からは第１流体導入部から導入される流体と同相（液相−液相叉は気相−気相）の流体が導入されることを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
前記内部円筒部材は、前記円柱状の内部空間の中心軸と同心状で前記円形状内面に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
直径の異なる少なくとも２つの前記内部円筒部材が配置され、直径の大きさに応じて順に一方の円形状内面及び他方の円形状内面に交互に固定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離および各内部円筒部材間の離間距離は全て等しいことを特徴とする、請求項３に記載の流体混合装置。
【請求項５】
前記離間距離は、円筒状内面の半径を２の倍数又は３の倍数で徐した値であることを特長とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項６】
前記第２流体導入部は、前記円形状内面の中心領域に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項７】
前記混合流体排出口は、前記円形状内面の中心領域に形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項８】
前記第２流体導入部と混合流体排出口とは、それぞれ異なる前記円形状内面に形成されていることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項９】
前記混合流体排出口は第２流体導入部を兼ねて一方の前記円形状内面に形成され、前記混合流体排出口の近傍に第２流体を導入するための第２流体導入管の端部を配置したことを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１０】
前記混合流体排出口は、装置本体の円形状内面側に形成された円柱状開口と、装置本体の外部側に向かって拡がる円錐台状開口の組合せからなることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１１】
前記装置本体の外側であって前記混合流体排出口の周囲には管状の混合流体排出管が備えられていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１２】
前記第１流体導入部は、前記円筒状内面若しくは円形状内面の何れか一方に設けられていることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１３】
前記第１流体導入部は円形断面であり、その内径は前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離に等しいことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１４】
前記装置本体内には、前記第２流体導入部から前記混合流体排出口の近傍まで延びる管状の補助管を備えていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１５】
前記混合流体排出管には、超音波振動子が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合装置。
【請求項１６】
前記混合流体排出口の周辺に超音波振動子を配置したことを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１７】
前記混合流体排出口が形成される端面壁を超音波振動子で形成することを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項１８】
前記混合流体排出管を超音波振動子で形成し、この超音波振動子は、金属磁性体からなる管状部材と、この管状部材の表面に巻き付けられる電導コイルとを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合装置。
【請求項１９】
前記超音波振動子は、緩衝部材を介して前記装置本体に装着されることを特徴とする請求項１６〜１８の何れか一項に記載の流体混合装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９の何れか一項に記載の流体混合装置と、前記第１流体導入部に装着される第１加熱手段および第１温度検出手段と、前記第２流体導入部に装着される第２加熱手段および第２温度検出手段と、前記装置本体に装着される第３加熱手段および第３温度検出手段と、前記各温度検出手段からの温度に関する信号に基づいて前記各加熱手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする流体混合システム。
【請求項２１】
前記制御手段は、前記第１流体導入部に第１流体を供給するためのポンプの動作も制御することを特徴とする、請求項２０に記載の流体混合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体混合装置に係り、特に簡易な構造で異なる特性または性質の流体を混合することができる流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体混合装置として、例えば、液体内に微細な気泡を発生させる気泡発生装置は様々な分野における利用が期待されている。具体的には、例えば、水（水道水、海水、河川水、湖沼水、浄化用水など）やその他の液体に、大気やその他の気体（酸素、二酸化炭素、窒素など）を効率良く溶解させ、液体の特性変化、水質浄化、水環境の蘇生などに利用される。この他、養殖産業や一般家庭（風呂、キッチン、トイレなど）での利用も予想される。
【０００３】
このような微細な気泡を発生させる気泡発生装置としては様々なものが提案されている。具体的には、有底円筒形又はメガホン形状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（特許文献１参照。）。
【０００４】
上記従来の気泡発生装置では、以下のように説明されている。即ち、加圧液体導入口から加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流が発生し、円筒管軸上付近に負圧部分が形成される。この負圧によって気体導入孔から気体が吸込まれ、圧力が最も低い管軸上付近を気体が通過することによって、細い紐状の旋回気体空洞部が形成される。そして、旋回気体空洞部は加圧液体導入口からの加圧液体によってちぎられ、そのときに微細な気泡が発生するようになっている。
【０００５】
また、上記のような気泡発生装置に類似した構造で霧発生装置を構成することも可能である。霧発生装置は、以下のような様々な用途が考えられる。例えば、海水の淡水化及びそれに伴う塩の精製が挙げられる。これは、海水を微細に霧化し、加熱して瞬間的に蒸発させることによって、水成分と塩分他を分離するものである。蒸発した水分を冷却することによって淡水が得られ、同時に塩も生成できる。
【０００６】
また、微細粉体の精製にも利用することができる。これは、金属、塗料材料、化粧品材料等を混合した溶剤を微細霧化し、この微細霧化した液滴に熱風等を接触させ瞬時に乾燥することによって、微細粉体を生成するものである。
【０００７】
また、温室栽培施設等の環境制御にも利用することができる。これは、栽培植物等に対する、加湿、温度調節、水分補給などが具体的作用である。
また、施設環境衛生制御（空間中の除菌、脱臭、消臭、洗浄除菌、温度湿度、粉塵対策などにも利用できる。これは、対象環境施設（食品・医薬品工場、医療施設、流通、牧舎、乗り物内等)の空間除菌・洗浄・消臭・温度湿度の制御を薬液の併用使用により可能にするものである。
【０００８】
また、空間環境制御（イベント会場、作業場)の環境制御にも利用することができる。これは、ヒートアイランド現象による高温状態のクールダウン、熱中症対策、ディスプレーによる高温状態の制御に有効である。具体的には、夏場において、微細な霧を空間中に放出することにより、多数の人間が集まる場所・空間の環境を制御（クールダウン、鎮塵)するものである。
また、訪災・消火設備などにも利用することができる。これは、粉塵爆発の防止用としての鎮塵機器として利用したり、スプリンクラーヘッドの代替装置（少量水での同等効果を発揮）として利用できる。
【０００９】
また、健康設備機器、例えば、浴室内の温度湿度制御や温水使用によるミストシャワーなどにも利用可能である。
加えて、環境問題の観点からのリサイクル事業にも利用可能である。具体的には、化学プラント、産業廃棄物消却場、汚泥焼却場などから大気中に排出される有害排出ガスに、微細霧を噴霧して水成分に吸着させ、回収処理するものである。
また、上記のような気泡発生装置や霧発生装置の他、異なる特性や性質の複数（例えば、２種類）の液体同士を混合する液体−液体混合装置や、同様に異なる特性や性質の複数（例えば、２種類）の気体同士を混合する気体−気体混合装置も考えられる。ここで、液体−液体混合装置の場合には、例えば単純に二つの液体同士を均一に混合する場合のほか、一方の液体に他方の液体を均一に分散させる場合や、２つの液体によって乳化状態を作り出すような場合がある。液体−液体混合装置に使用される液体の例としては、（１）工業用の鉱物性油、植物性油、化粧品用香料・顔料、（２）食品用の食用油、乳製品、原材料、染料、顔料、（３）医学用の薬品基材と薬品類、（４）化粧品用の油脂類、香料、顔料、染料などがある。更に、気体−気体混合装置の場合にも、単純に二つの気体同士を均一に混合する場合のほか、一方の気体に他方の気体を均一に分散させる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／６９５５０号パンフレット（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来例には以下のようの問題点があった。すなわち、流体混合装置としての気泡発生装置で微細な気泡を発生させるためには、容器本体のスペース内の液体の流れを安定化させる必要がある。このため、容器本体の各部の寸法、加圧液体の導入圧力、更には気泡発生装置が設置される液体内の背圧などの条件を全て整えなければならない。これに対して、従来の気泡発生装置においては、容器本体内のスペースが単純な円筒形状或いはメガホン形状であるため、何れかの条件が満たされない場合には、スペース内の液体の流れが安定せず、気泡が発生しないか或いは発生したとしても微細な気泡が発生しないという事態が起こり得る。このように、従来の気泡発生装置では、微細な気泡が発生するための条件の許容範囲が狭く、気泡発生装置の設置や条件設定が煩雑であるという問題があった。
【００１２】
また、容器本体内のスペースが単純な円筒形状やメガホン形状の場合には、気泡発生装置を大型化するに従って微細な気泡が発生しなくなる。このため、従来の気泡発生装置の構造では大型の装置を実現することができない。更に、スペースが単純な形状であるがゆえ、加圧液体導入口と気体導入孔及び旋回気液混合体導出口のそれぞれの位置関係も固定されてしまい、設計の自由度も低いという問題がある。
【００１３】
また、上記のような気泡発生装置に関する問題点は、流体混合装置としての霧発生装置についても当てはまる。すなわち、微細な霧を発生させるためには容器中の気体の流れを安定化させなければならない。また、大型の霧発生装置を形成するためには、従来型の装置では限度があった。
更に、上記の問題点は、液体−液体混合装置や気体−気体混合装置にも当てはまる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記各問題点を解消する流体混合装置を提供することを目的とし、円筒状内面と円形状内面とによって円柱状の内部空間が形成される装置本体と、前記円筒状内面から離間して前記内部空間内に配置される少なくとも１つの内部円筒部材と、前記円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円周方向に向かって第１流体を注入する第１流体導入部と、前記円形状内面に設けられ第２流体を導入する第２流体導入部及び混合流体排出口とを備え、前記第１流体導入部からは液体と気体から選択される何れか一方の流体が導入され、前記第２流体導入部からは第１流体導入部から導入される流体と同相（液体−液体または気体−気体）の流体が導入される、という構成を採っている。
【００１５】
また、前記内部円筒部材は、前記円柱状の内部空間の中心軸と同心状で前記円形状内面に固定されている、という構成を採っている。
また、直径の異なる少なくとも２つの前記内部円筒部材が配置され、直径の大きさに応じて順に一方の円形状内面及び他方の円形状内面に交互に固定される、という構成を採っている。
【００１６】
また、前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離および各内部円筒部材間の離間距離は全て等しい、という構成を採っている。
また、前記離間距離は、円筒状内面の半径を２の倍数又は３の倍数で徐した値である、という構成を採っている。
【００１７】
また、前記第２流体導入部は、前記円形状内面の中心領域に形成されている、という構成を採っている。
また、前記混合流体排出口は、前記円形状内面の中心領域に形成されている、という構成を採っている。
【００１８】
また、前記第２流体導入部と混合流体排出口とは、それぞれ異なる前記円形状内面に形成されている、という構成を採っている。
また、前記混合流体排出口は第２流体導入部を兼ねて一方の前記円形状内面に形成され、前記混合流体排出口の近傍に第２流体を導入するための第２流体導入管の端部を配置する、という構成を採っている。
【００１９】
また、前記混合流体排出口は、装置本体の円形状内面側に形成された円柱状開口と、装置本体の外部側に向かって拡がる円錐台状開口の組合せからなる、という構成を採っている。
また、前記装置本体の外側であって前記混合流体排出口の周囲には管状の混合流体排出管が備えられている、という構成を採っている。
【００２０】
また、前記第１流体導入部は、前記円筒状内面若しくは円形状内面の何れか一方に設けられている、という構成を採っている。
また、前記第１流体導入部は円形断面であり、その内径は前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離に等しい、という構成を採っている。
【００２１】
また、前記装置本体内には、前記第２流体導入部から前記混合流体排出口の近傍まで延びる管状の補助管を備えている、という構成を採っている。
また、前記混合流体排出管には、超音波振動子が設けられている、という構成を採っている。
また、前記混合流体排出口の周辺に超音波振動子を配置した、という構成を採っている。
また、前記混合流体排出口が形成される端面壁を超音波振動子で形成する、という構成を採っている。
【００２２】
また、前記混合流体排出管を超音波振動子で形成し、この超音波振動子は、金属磁性体からなる管状部材と、この管状部材の表面に巻き付けられる電導コイルとを備えている、という構成を採っている。
更に、前記超音波振動子は、緩衝部材を介して前記装置本体に装着される、という構成を採っている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、流体混合装置は多重管構造となっているため、装置本体の円筒状内面と内部円筒部材との間で安定した旋回エネルギを得ることができ、導入する液体や気体の圧力や流速が低くても安定して微細な気泡や霧を発生させることが可能である。同時に、小型から大型の流体混合装置としての気泡発生装置（10リットル／分〜300リットル／分）や気体−気体混合装置を容易に構成することができる。また、気泡発生装置においては、液体の旋回によって気体を吸い込む構造であるため、気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。このことは、気体の旋回によって液体を吸い込む構造の気体−気体混合装置にも同様に当てはまる。更に、微細気泡や微細霧を発生する条件の許容範囲が広いので、構成する材料の公差が大きくても十分に気泡や霧を発生させることができる。このため、大量生産も可能である。
加えて、液体−液体混合装置の場合には、効率よく液体同士の均一な混合、分散、乳化が可能となると共に、気体−気体混合装置の場合にも効率よく気体同士の均一な混合、分散が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）であり、図１（Ａ）は上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、図１（Ｃ）は左側面図、そして図１（Ｄ）は右側面図を示す。
【図２】図２（Ａ）は流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）の断面図を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）における領域Ｐの拡大図であって混合流体排出口を示す。
【図３】本発明の作用原理を説明する図であり、図３（Ａ）は図３（Ｂ）のＡ−Ａ線における断面図を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図を示す。
【図４】側面壁と内部円筒部材の直径比Ｄｂ／Ｄａと気泡（霧）発生特性、或いは流体同士の混合、分散、乳化特性の関係を説明する断面図であり、図４（Ａ）及び（Ｂ）はＤｂ／Ｄａ＝3/4、図４（Ｃ）及び（Ｄ）はＤｂ／Ｄａ＝2/3、図４（Ｅ）及び（Ｆ）はＤｂ／Ｄａ＝1/2の場合の軸方向断面図及び横断方向断面図をそれぞれ示す。
【図５】側面壁と内部円筒部材の直径比Ｄｂ／Ｄａと気泡（霧）発生特性、或いは流体同士の混合、分散、乳化特性の関係を説明する断面図であり、図５（Ａ）及び（Ｂ）はＤｂ／Ｄａ＝1/4の場合であり、図５（Ｃ）及び（Ｄ）は内部円筒部材が左方の端面壁に固定されておりＤｂ／Ｄａ＝1/2の場合、図５（Ｅ）及び（Ｆ）はＤｂ／Ｄａ＝1/3の場合の軸方向断面図及び横断方向断面図をそれぞれ示す。
【図６】内部円筒部材の直径の変化と気液体或いは混合流体の排出方向との関係を説明する図であり、図６（Ａ）は軸方向断面図であり、図６（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図７】内部円筒部材が二重の場合の内部円筒部材の直径の変化と気液体或いは混合流体の排出方向との関係を説明する図であり、図７（Ａ）は軸方向断面図であり、図７（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図８】内部円筒部材が三重の場合の内部円筒部材の直径の変化と気液体或いは混合流体の排出方向との関係を説明する図であり、図８（Ａ）は軸方向断面図であり、図８（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図９】図１に開示した流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）に対して液体注入部の位置を変化させた変形例を示す図であり、図９（Ａ）は軸方向断面図であり、図９（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１０（Ａ）は軸方向断面図であり、図１０（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１１（Ａ）は軸方向断面図であり、図１１（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１２（Ａ）は軸方向断面図であり、図１２（Ｂ）は横断方向断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１３（Ａ）は図１３（Ｂ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図１３（Ｂ）は図１３ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１４（Ａ）は図１４（Ｂ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図１４（Ｂ）は図１４ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１５（Ａ）は左側面図であり、図１５（Ｂ）は正面図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１６（Ａ）は左側面図であり、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１７】本発明の第９の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１７（Ａ）は左側面図であり、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１８】本発明の第１０の実施形態に係る流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）を示す図であり、図１８（Ａ）は左側面図であり、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１９】図１に開示した液体−液体混合装置を用いた流体混合システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［全体概要］
次に、本発明の一実施形態に係る流体混合装置について図面を参照しながら説明する。ここで、本実施形態に係る流体混合装置では、特性や性質が異なる２つの流体を混合する場合について説明する。特性や性質が異なる流体とは、異なる種類の２つの液体や、異なる種類の２つの気体の組合わせの他、同じ種類の液体でも例えば温度が異なる液体同士の組み合わせも広く含む趣旨である。このことは、気体同士の組合わせも同様である。また、「混合」という場合には、一般的な混合の他、一方の流体に対する他方の流体の分散や乳化なども広く含む趣旨である。そこで、最初に、流体混合装置の一例として、液体−液体混合装置を説明する。
本発明に係る液体−液体混合装置は、円筒状内面と円形状内面とによって円柱状の内部空間が形成される装置本体と、円筒状内面から離間して内部空間内に配置される少なくとも１つの内部円筒部材と、円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円周方向に向かって第１流体である第１液体を注入する第１流体導入部（以下、「第１液体注入部」という）と、円形状内面に設けられて第２流体である第２液体を導入する第２流体導入部（以下、「第２液体導入口」という）及び混合流体排出口とから構成されている。以下、図面を参照しながら本発明に係る各実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
［第１の実施形態］
先ず、本発明の第１の実施形態及びその変形例について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
［装置本体］
本実施形態に係る液体−液体混合装置１は、円筒状内面３ａを有する側面壁３と、円形状内面５ａ，７ａを有する端面壁５，７によって円柱状の内部空間が形成される装置本体９を備えている。装置本体９の端面はそれぞれ円形の端面壁５，７によって概ね閉鎖されている。しかし、各円形状内面５ａ，７ａには、それぞれ第２液体導入口４１と混合流体排出口５１が形成されている。これら第２液体導入口４１と混合流体排出口５１についての詳細は後述する。
【００２８】
本実施形態に係る装置本体９は有底円筒状の部材から構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、単に内部空間が実質的に円柱状であれば良いので、外形は立方体形状やその他の形状であってもよい。また、各端面壁５，７も必ずしも円形である必要はなく、装置本体９の外形に合わせて矩形形状やその他の形状であってもよい。
【００２９】
また、本実施形態に係る装置本体９は、円筒状の側面壁３と円形状の各端面壁５，７とが一体的に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それぞれを別個の部材として製造し、その後接合するようにしてもよい。あるいは、側面壁３と一方の端面壁５とを一体的に構成し、他方の端面壁７を事後的に接合するようにしてもよい。
【００３０】
装置本体９の材質は様々なものが考えられるが、例えば、アクリル樹脂や金属など、液体との接触によって強度や特性が変化しないものであれば、どのようなものも使用することができる。具体的に、透明なアクリル樹脂などを用いることで、装置本体９内での混合状況を観察することができる。一方、装置本体９を金属で構成した場合でも、所定箇所に透明な窓を設けることで、アクリル樹脂の場合と同様に内部を観察できるようになる。
【００３１】
また、装置本体９の強度については、後述する第１液体注入部３１から注入される第１液体の圧力に耐えるものであればよく、この圧力に基づいて装置本体９の側面壁３や各端面壁５，７の厚さが設定される。尚、図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る装置本体９では、各部の厚さが実質的に同等に示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、側面壁３の厚さを各端面壁５，７の厚さより薄くしたり、またその逆にしてもよい。さらに、各端面壁５，７の厚さを相互に異なるように設定してもよい。尚、装置本体９について「円柱状」の内部空間という表現を採っているが、これは厳密な意味での円柱を意味するものではなく、実質的に円柱と同一視できるものも含む趣旨である。
【００３２】
本実施形態の装置本体９の寸法の一例について説明すると、側面壁３の外径が56ｍｍ程度であり、円筒状内面３ａの直径が50ｍｍ程度である。このため、側面壁３の厚さは３ｍｍ程度である、また、各端面壁５，７の厚さも３ｍｍ程度に設定されている。また、装置本体９の外形の長さは81ｍｍ程度であり、内部空間の長さは75ｍｍ程度である。但し、これらの寸法はあくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。
【００３３】
［内部円筒部材］
次に、内部円筒部材２１について説明する。内部円筒部材２１は、円柱状の内部空間と略同心状に配置されている。換言すると、装置本体９の内部空間を円柱と見なした場合の円形断面の中心を通る中心軸Ｘ（図１（Ｂ）参照）の位置と、内部円筒部材２１の中心軸の位置とが一致しているということである。そして、内部円筒部材２１の一端２３は一方の端面壁５の内壁面５ａに固定され、内部円筒部材２１の他端２５が他方の端面壁７に向かって延びている。但し、内部円筒部材２１の他端２５は装置本体９の他方の端面壁７までは到達していない。このため、他方の端面壁７の円形状内面７ａと内部円筒部材２１の他端２５との間には所定の隙間が設けられている。
【００３４】
本実施形態に係る内部円筒部材２１は装置本体９と別個の部材で作られ、その後相互に結合されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、装置本体９と一体的に構成してもよい。また、装置本体９と同じ材質で構成しても良いし、別の材質で構成してもよい。尚、内部円筒部材２１について「円筒状」という表現を使用しているが、これは厳密な意味での円筒を意味するものではなく、実質的に円筒と同一視できるものも含む趣旨であることは言うまでもない。
【００３５】
以上のように、装置本体９の内部に同心状に内部円筒部材２１を配置することで、装置本体９の円筒状内面３ａと内部円筒部材２１の外周面との間に管状空間が形成され、内部円筒部材２１の内部に円柱状空間が形成される。そして、これら管状空間と円柱状空間とが端面壁７の円形状内面７ａの近傍において連通することとなる。
【００３６】
内部円筒部材２１の寸法の一例について説明すると、外径が30ｍｍ程度であり、内径が26ｍｍ程度である。このため、円筒状内壁２１の厚さは２ｍｍ程度である、また、内部円筒部材２１の長さは65ｍｍ程度である。このため、内部円筒部材２１の他端部２５から他方の端面壁７までは10ｍｍ程度離間している。但し、これらの寸法はあくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。
【００３７】
［第１液体注入部］
次に、第１液体注入部３１について説明する。第１液体注入部３１は装置本体９の内部空間に加圧された第１液体を注入するためのものである。本実施形態に係る第１液体注入部３１は装置本体９の側面壁３の所定箇所に形成された開口部である。この開口部には第１液体注入管３３が装着されており、この第１液体注入管３３に図示しない加圧液体供給源（例えば、加圧ポンプなど）が接続されている。
【００３８】
第１液体注入部３１の位置は、装置本体９の側面壁３と内部円筒部材２１との間の管状空間内に第１液体が注入された場合に、この管状空間の円周方向に沿って一方向の流れができるように設定されている。本実施形態の場合には、第１液体注入部３１が装置本体９の側面壁３及び内部円筒部材２１の接線方向に沿って方向付けられている。但し、完全な接線方向に限定されるものではなく、少なくとも第１液体が装置本体９の内部で一定の円周方向に回転する方向であればよい。また、液体−液体混合装置１を側面から見た場合の第１液体注入部３１及び第１液体注入管３３の位置は、図１（Ｃ）に示すように円形断面の左方に偏っているが、これは、第１液体注入部３１の中心が管状空間の中心に位置するように設定されているからである。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第１液体注入部３１からの第１液体の流れが、装置本体９の中心軸Ｘから見て何れかの側に偏っていればよい。
【００３９】
また、第１液体注入部３１及び第１液体注入管３３の内径は様々な設定が可能であるが、本実施形態の場合は、側面壁３の円筒状内面３ａと内部円筒部材２１の外周面との間の隙間と略等しい直径となっている。これは、装置本体９の内部において第１液体に円周方向の流れを付与するのに必要十分な寸法だからである。但し、完全に一致する必要はなく、隙間より小さな直径であっても良いし、隙間より大きな直径であってもよい。
【００４０】
本実施形態の第１液体注入管３３は、装置本体９と別個に作られた管状の部材であり、この第１液体注入管３３が装置本体９の側面壁３に接合されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、装置本体９と一体的に構成してもよい。また、第１液体注入管３３の材質は装置本体９の材質と同じ物でも良いし、異なる材質でもよい。第１液体注入部３１の内径寸法は、一例として10ｍｍ程度に設定されている。但し、この寸法はあくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。
【００４１】
［第２液体導入口］
次に、第２液体導入口４１について説明する。第２液体導入口４１は上記したように装置本体９の一方の端面壁５における円形状内面５ａに形成されている。そして、本実施形態においては、円形状内面５ａの中心領域に配置されている。第２液体導入口４１は装置本体９の中心軸Ｘと同心状に配置されているため、円形状内面５ａから端面壁５を貫通して装置本体９の内部空間と外部とを連通している。但し、装置本体９の中心軸Ｘと同心状に形成する必要は無く、中心軸Ｘと所定の角度を持つような方向に形成してもよい。尚、本実施形態の第２液体導入口４１の直径は１ｍｍ程度に設定されているが、必要に応じてそれよりも小さな直径にしても良いし、或いは１ｍｍより大きな直径としてもよい。
【００４２】
また、一方の端面壁５の外側であって第２液体導入口４１の周囲には、所定の長さを有する管状アダプタ４３が設けられている。この管状アダプタ４３には第２液体を導入するための配管（図示略）が接続される。但し、液体−液体混合装置１を液体内で使用する場合には管状アダプタ４３も配管も不要となる。
【００４３】
［混合流体排出口］
次に、混合流体排出口５１について、図２に基づいて説明する。図２（Ａ）は液体−液体混合装置１の全体を示す断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）における領域Ｐの拡大図である。混合流体排出口５１は装置本体９の他方の端面壁７の円形状内面７ａにおける中心領域に形成され、装置本体９の内部と外部とを連通させている。混合流体排出口５１の具体的な形状は、図２（Ｂ）に示すように、他方の端面壁７の円形状内面７ａから所定の範囲（例えば、端面壁７の厚さの半分程度）までは一定の直径の円柱状の開口で、そこから外に向かって円錐台状に拡がる円錐台形状の開口を有している。円錐台状の傾斜の角度は約30°程度に設定されている。混合流体排出口５１における内部空間側の内径は５ｍｍ程度に設定されている。但し、この寸法はあくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。例えば、装置本体９の側面壁３の直径に応じて大きさを変化させてもよく、本実施形態では直径の1/12程度の大きさに設定している。その他、第１液体導入管３３の内径の1/2程度にしてもよい。
【００４４】
また、他方の端面壁７の外側であって混合流体排出口５１の周囲には、所定の長さを有する混合流体排出管５３が設けられている。この混合流体排出管５３は、後述するように気泡を更に微細にするために取り付けられている。しかし、この混合流体排出管５３が無くても液体同士の混合は可能であるので、本発明に必須のものではない。
【００４５】
［作用］
次に、本実施形態に係る液体−液体混合装置１の具体的作用について図３に基づいて説明する。先ず、第１液体注入管３３を介して第１液体注入部３１から所定の第１液体が注入される。そして、装置本体９の内部空間が第１液体で満たされると、内部空間の管状空間では図３（Ｂ）に示すように、一方の端面壁５の側から見て時計周りに第１液体が旋回する。このとき、第１液体には旋回による遠心力Ｆが働く。そして、第１液体は旋回しながら他方の端面壁７の方向に向かって流れる。他方の端面壁７の側に流れてきた第１液体は、旋回運動を維持したまま内部円筒部材２１の内部に流れ込む。内部円筒部材２１の内部に流れ込んだ第１液体にも旋回による遠心力Ｆが働き、第１液体は内部円筒部材２１の内周面に沿って一方の端面壁５の側に戻る。更に、一方の端面壁５の近傍に到達した第１液体は、内部円筒部材２１の中心領域に沿って他方の端面壁７に向かって流れる。このとき、旋回により第１液体には遠心力Ｆが働いており、内部円筒部材の中心部が圧力の低い状態となり、第２液体導入口４１内の圧力よりも低ければ第２液体導入口４１から第２液体が導入される。そして、導入された第２液体は第１液体内で第２液体の渦流６１となって、旋回しながら他方の端面壁７に向かって流れる液体によって、他方の端面壁７の側に到達する。
【００４６】
このとき、第１液体と第２液体の渦流６１は混合流体排出口５１において急激に不安定となり、第２液体の渦流６１が強制的に切断されて各液体同士が均一に混合されることとなる。更に、混合流体が混合流体排出管５３から外部に出る際に、外部環境（大気など）との質量差により、更に混合を促進させることができるようになる。
【００４７】
［各部寸法による気泡発生特性の変化］
次に、液体−液体混合装置１の各部の寸法の変化に起因する混合特性の変化について、図４及び図５に基づいて説明する。出願人は、以下に説明するような様々な寸法の液体−液体混合装置１を作成した上で、適切に液体同士を混合させることができる条件を見出した。
【００４８】
先ず、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す液体−液体混合装置１ａでは、装置本体９の内部空間の長さをＬａ、内部円筒部材２１の長さをＬｂ、装置本体９の直径をＤａ、そして内部円筒部材２１の直径をＤｂとしている。また、液体注入部３１の内径をＣとしている。ここで、装置本体９の直径Ｄａ及び内部円筒部材２１の直径Ｄｂについては、それぞれの厚さの中心位置を基準に測定しているので、必ずしもそれぞれの内径もしくは外径と一致しない。しかし、装置本体９の側面壁３及び内部円筒部材２１の厚さはそれぞれの直径に比べて薄いので、液体−液体混合装置１ａの特性の変化に大きな影響を及ぼすものではない。
【００４９】
当該具体例では、直径の比については、Ｄｂ／Ｄａ＝0.70〜0.80の範囲内で、特に0.75（＝3/4)が最適との実験結果を得た。また、長さの比については、Ｌｂ／Ｌａ＝0.80〜0.90の範囲内で、特に0.875が最適との実験結果を得た。尚、液体注入部３１は右方の円形状内面５ａの側に設け、その内径はＣ＝1/8・Ｄａに設定した。また、内部円筒部材２１は右方の円形状内面５ａに固定した。この具体例では、混合流体は右方から排出される。
【００５０】
図４（Ｃ）及び（Ｄ）は、内部円筒部材２１の直径Ｄｂを小さくした場合の液体−液体混合装置１ｂの例である。この具体例では、直径の比については、Ｄｂ／Ｄａ＝0.56〜0.83の範囲内で、特に0.67(＝2/3)が最適との実験結果を得た。長さの比については、Ｌｂ／Ｌａ＝0.66〜0.88の範囲内で、特に0.833が最適との実験結果を得た。尚、第１液体注入部３１は右方の円形状内面５ａの側に設け、その内径は1/6・Ｄａに設定した。また、内部円筒部材２１は右方の円形状内面５ａに固定した。この具体例では、混合流体は左方から排出される。
【００５１】
図４（Ｅ）及び（Ｆ）は、内部円筒部材２１の直径Ｄｂを更に小さくした場合の液体−液体混合装置１ｃの例である。この具体例では、直径の比については、Ｄｂ／Ｄａ＝0.40〜0.55の範囲内で、特に0.50(＝2/4)が最適との実験結果を得た。長さの比については、Ｌｂ／Ｌａ＝0.66〜0.88の範囲内で、特に0.75が最適との実験結果を得た。尚、第１液体注入部３１の内径は1/4・Ｄａに設定した。また、内部円筒部材２１は右方の円形状内面５ａに固定した。この具体例では、混合流体は右方から排出される。
【００５２】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、内部円筒部材２１の直径Ｄｂを更に小さくした場合の液体−液体混合装置１ｄの例である。この具体例では、直径の比については、Ｄｂ／Ｄａ＝0.22〜0.28の範囲内で、特に0.25(＝1/4)が最適との実験結果を得た。長さの比については、Ｌｂ／Ｌａ＝0.80〜0.90の範囲内で、特に0.875が最適との実験結果を得た。尚、第１液体注入部３１の内径は1/8・Ｄａに設定した。また、内部円筒部材２１は右方の円形状内面５ａに固定した。この具体例では、混合流体は右方から排出される。
【００５３】
図５（Ｃ）及び（Ｄ）は、内部円筒部材２１を左方の円形状内面７ａに固定した場合の液体−液体混合装置１ｅの例である。この具体例では、直径の比については、Ｄｂ／Ｄａ＝0.40〜0.55の範囲内で、特に0.50(＝2/4)が最適との実験結果を得た。長さの比については、Ｌｂ／Ｌａ＝0.80〜0.90の範囲内で、特に0.875が最適との実験結果を得た。尚、第１液体注入部３１の内径は1/8・Ｄａに設定した。この具体例では、混合流体は右方から排出される。
【００５４】
図５（Ｅ）及び（Ｆ）は、図５（Ｃ）及び（Ｄ）の具体例に対して、内部円筒部材２１の直径Ｄｂを小さくした場合の液体−液体混合装置１ｆの例である。この具体例では、直径の比については、Ｄｂ／Ｄａ＝0.30〜0.37の範囲内で、特に0.33(＝1/3)が最適との実験結果を得た。長さの比については、Ｌｂ／Ｌａ＝0.66〜0.88の範囲内で、特に0.833が最適との実験結果を得た。尚、第１液体注入部３１の内径は1/6・Ｄａに設定した。この具体例では、混合流体は左方から排出される。
【００５５】
以上説明したように直径の比率に着目した場合、例えば、2/3，1/3，1/6，1/12，1/24，1/48．．．．や3/4，2/4，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64．．．．となる直径比の場合に適切に液体同士の均一な混合がなされることが確認された。
【００５６】
［各部寸法による混合流体の排出方向の変化］
次に、図６〜図８に基づいて、装置本体９の内部空間の直径に対する内部円筒部材２１の直径の変化に起因する、混合流体の排出方向の変化について説明する。
【００５７】
図６は、第１液体注入部３１が右方に設けられると共に、内部円筒部材２１が右方の円形状内面５ａに固定されている場合を示している。この具体例において、装置本体９の直径Ｄａに対して、内部円筒部材２１の直径は2/4Ｄａとなっている。即ち、装置本体９の側面壁３と内部円筒部材２１との間の距離が1/4Ｄａであり、内部円筒部材２１から装置本体９および内部円筒部材２１の中心軸Ｘまでの距離も1/4Ｄａである。このような条件の下では混合流体は右方から排出されることが実験で確認された。
【００５８】
次に、図７は、第１液体注入部３１が右方に設けられると共に、内部円筒部材２１が２重に設けられている具体例を示している。この具体例では、外側の内部円筒部材２１ａが右方の円形状内面５ａに固定され、内側の内部円筒部材２１ｂが左方の円形状内面７ａに固定されている。この具体例において、装置本体９の直径Ｄａに対して、外側の内部円筒部材２１ａの直径は4/6Ｄａとなっており、内側の内部円筒部材２１ｂの直径は2/6Ｄａとなっている。即ち、装置本体９の側面壁３と外側の内部円筒部材２１ａとの間の距離が1/6Ｄａであり、外側の内部円筒部材２１ａと内側の内部円筒部材２１ｂとの距離も1/6Ｄａであり、更に内側の内部円筒部材２１ｂと装置本体および内部円筒部材の中心軸Ｘまでの距離も1/6Ｄａである。このような条件の下で混合流体は左方から排出されることが実験で確認された。
【００５９】
更に、図８は、第１液体注入部が右方に設けられると共に、内部円筒部材２１が３重に設けられている具体例を示している。この具体例では、外側の内部円筒部材２１ａが右方の円形状内面５ａに固定され、中間の内部円筒部材２１ｂが左方の円形状内面７ａに固定され、更に内側の内部円筒部材２１ｃが右方の円形状内面５ａに固定されている。この具体例において、装置本体９の直径Ｄａに対して、外側の内部円筒部材２１ａの直径は6/8Ｄａとなっており、中間の内部円筒部材２１ｂの直径は4/8Ｄａとなっており、更に内側の内部円筒部材２１ｃの直径は2/8Ｄａとなっている。即ち、装置本体９の側面壁３から各内部円筒部材２１を介して装置本体９の中心軸Ｘまで、それぞれ1/8Ｄａの距離となっている。このような条件の下では混合流体は右方から排出されることが実験で確認された。
【００６０】
以上説明したように、装置本体９並びに各内部円筒部材２１の相互間距離を、装置本体９の側面壁３の直径に関して２の倍数又は３の倍数で除した値に設定することで、混合流体の排出方向を自由に切替えられることが実験で確認された。このことは、第１液体注入部３１の位置を装置本体９の右方に設ける場合のみならず、左方に設ける場合も同様である、このことに関連し、図１の液体−液体混合装置１に変形を加えた場合を図９に示しており、具体的には第１液体注入部３１及び第１液体注入管３３を装置本体９の長手方向の中央部に配置した例である。内部空間内に内部円筒部材２１を設けることで、第１液体注入部３１を設置する位置の自由度が向上し、結果として液体−液体混合装置の応用に際して自由度の高い設計が可能となる。即ち、浴室のシャワーヘッドなどに応用する際に、シャワーヘッドの持手との関係で第１液体注入部３１及び第１液体注入管３３を配置できるので、従来のシャワーヘッドに対して違和感の無い設計が可能である。
【００６１】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る液体−液体混合装置１０１について図１０に基づいて説明する。当該実施形態は、図１に示した第1の実施形態と多くの部分が共通している。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第１の実施形態と異なるのは、第１液体注入部１３１の構造である。本実施形態の第１液体注入部１３１は、Ｌ字状に曲げられた管状部材が用いられている点である。
【００６２】
第１液体注入部１３１は、装置本体９の内部空間に開口している第１の管状部１３１ａと、外部の加圧流体源に接続される第２の管状部１３１ｂとからなる。第１の管状部１３１ａは側面壁３と内部円筒部材２１の間の管状空間の円周方向に向かって開口している。また、第２の管状部１３１ｂは装置本体９の側面壁３の表面に対して概ね垂直に挿入されており、内部空間に入った位置で直角に曲げられている。第１液体注入部１３１をこのように構成することで、液体を装置本体９の円周方向に注入する目的は維持したまま、第１液体注入部１３１の設置位置の自由度が向上することとなる。
【００６３】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る液体−液体混合装置２０１について図１１に基づいて説明する。当該実施形態は、図１に示した第1の実施形態と多くの部分が共通している。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第１の実施形態と異なるのは、第１液体注入部２３１の構造である、本実施形態の第１液体注入部２３１は、Ｌ字状に曲げられた管状部材が用いられている点である。また、本実施形態は第２の実施形態とも一部共通しているが、第１液体注入部２３１の設置位置が異なっている。
【００６４】
具体的には、第１液体注入部２３１は、装置本体９の内部空間に開口している第１の管状部２３１ａと、外部の加圧流体源（図示略）に接続される第２の管状部２３１ｂとからなる。第２の管状部２３１ｂは、第２の実施形態と異なり、装置本体９の端面壁５の表面から円形状内面５ａに対して概ね垂直に挿入されており、内部空間に入った位置で円周方向に向けて直角に曲げられている。このため、第２の管状部２３１ａは装置本体９と内部円筒部材２１の間の管状空間の円周方向に向かって開口することとなる。第１液体注入部２３１をこのように構成することで、液体を装置本体９の円周方向に注入する目的は維持したまま、第１液体注入部２３１の設置位置の自由度が向上することとなる。特に、第１液体注入部２３１を装置本体９の側面壁３に設置できない場合などに好都合となる。
［第４の実施形態］
【００６５】
次に、本発明の第４の実施形態に係る液体−液体混合装置３０１ついて図１２に基づいて説明する。当該実施形態は、図１に示した第1の実施形態と多くの部分が共通している。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第１の実施形態と異なるのは、第２液体導入口と混合流体排出口の構造である。本実施形態の混合流体排出口は第２液体導入口を兼ねており、それぞれ別個には設けられていない。このため、以下の説明では便宜上、混合流体排出口として説明する。
【００６６】
混合流体排出口３５１の形状は図１に示したものと同様であり、特に異なる構造は有していない。しかし、当該実施形態では、混合流体排出口３５１の近傍に第２液体導入管３４１が設置されている。具体的には、混合流体排出管３５３を貫通して、先端が混合流体排出口３５１の中心部まで到達している。第２液体導入管３２１の他端は第２液体供給源（図示略）に連通している。
【００６７】
次に、本実施形態に係る液体−液体混合装置３０１の具体的作用について説明する。先ず、第１液体注入管３３を介して第１液体注入部３１から所定の第１液体が注入される。そして、装置本体３０９の内部空間が第１液体で満たされると、内部空間の管状部分では図３（Ｂ）の場合と同様に、一方の端面壁３０５の側から見て時計周りに第１液体が旋回する。このとき、第１液体には旋回による遠心力が働く。そして、第１液体は旋回しながら他方の端面壁７の方向に向かって流れる。他方の端面壁７の側に流れてきた第１液体は、旋回運動を維持したまま内部円筒部材２１の内部に流れ込む。内部円筒部材２１の内部に流れ込んだ第１液体にも旋回による遠心力が働き、第１液体は内部円筒部材２１の内周面に沿って一方の端面壁３０５の側に戻る。更に、一方の端面壁３０５の近傍に到達した第１液体は、内部円筒部材２１の中心部に沿って他方の端面壁７に向かって流れる。このとき、旋回により第１液体には遠心力が働いており、内部円筒部材２１の中心部が圧力の低い状態となり、第２液体導入管３２１内の圧力の方が高ければ第２液体導入管３２１から第２液体が導入される。そして、導入された第２液体は第１液体内で第２液体の渦流３６１となって、一方の端面壁３０５に到達する。
【００６８】
このとき、第１液体と第２液体渦流３６１は混合流体排出口３５１において急激に不安定となり、第２液体渦流が強制的に切断されて均一に混合されることとなる。更に、混合流体が混合流体排出管３５３から外部に出る際に、外部環境（大気、液体など）との質量差により、２つの液体が更に均一に混合され、結果として混合流体を大量に発生させることができるようになる。
【００６９】
以上のような構成によれば、装置本体の構造を簡略化することができ、液体−液体混合装置の設計の自由度が向上することとなる。尚、本実施形態では第２液体導入管３２１を混合流体排出口３５１の中心軸に対して垂直の方向から挿入しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、混合流体排出口３５１の中心軸に沿って第２液体導入管３２１を設置するようにしてもよい。
【００７０】
［第５の実施形態］
次に、図１３に基づいて、本発明の第５の実施形態について説明する。この実施形態に係る液体−液体混合装置４０１においては、装置本体４０９の中心部に細い補助管４１１を設けるようにしている。この補助管４１１は、外部からの第２液体の導入に際し、混合流体排出口４５１の近傍まで第２液体を誘導する役割を有する。このように第２液体を混合流体排出口４５１の近傍まで誘導することで、より安定した態様で液体の混合をすることができるようになる。
【００７１】
［第６の実施形態］
次に、図１４に基づいて、本発明の第６の実施形態について説明する。この実施形態に係る液体−液体混合装置５０１においても、図１３で示した液体−液体混合装置４０１と同様に、装置本体５０９の中心部に細い補助管５１１を設けるようにしている。このため、図１３の液体−液体混合装置４０１と同様に機能する。しかし、当該実施形態においては、内部円筒部材５２１の直径が太くなっている。これに伴い、装置本体５０９の内周面と内部円筒部材５２１の外周面との相互間距離が狭まっているので、これに対応して第１液体注入管５３３の直径も小さくなっている。以上のような変更により、混合流体排出口５５１の位置は第１液体注入管５３３と反対側となる。このように、内部円筒部材５２１の直径の変更により混合流体の排出方向が制御できる。
【００７２】
［第７の実施形態］
次に、図１５に基づいて、第７の実施形態について説明する。当該実施形態では、混合流体排出管６５３の外周面に圧電型の超音波振動子６５５を設置している点が上記各実施形態と異なっている。この超音波振動子６５５は、混合流体排出管６５３に超音波振動を印加し、更に均一な混合にするためのものである。本実施形態の超音波振動子６５５は円柱状のものであり、３つの超音波振動子が１２０°の角度間隔で配置され、その端面が混合流体排出管の外周面の法線方向を向いている。但し、超音波振動子の数は３つに限定されるものではなく、１つ或いは２つ、更には４つ以上であってもよい。
【００７３】
［第８の実施形態］
次に、図１６に基づいて、第８の実施形態について説明する。この実施形態に係る液体−液体混合装置７０１は、圧電型の超音波振動子７５５を有する点では第７の実施形態と同様であるが、その形状が異なっている。すなわち、本実施形態では超音波振動子７５５が混合流体排出口７５１の回りに円形に配置されている。このように、混合流体排出口７５１を取り囲む部分に超音波振動子７５５を配置することで、更に均一な混合をすることができる。但し、超音波振動子７５５の振動が装置全体に伝わらないように、超音波振動子７５５の周囲には環状の緩衝部材７５７が設けられている。
【００７４】
［第９の実施形態］
次に、図１７に基づいて、第９の実施形態について説明する。この実施形態に係る液体−液体混合装置８０１は、混合流体排出口８５１が形成された端面壁の全体が圧電型の超音波振動子８５５となっている。このように構成しても、図１６に示す実施形態と同様に均一な混合に貢献する。また、本実施形態では、端面壁を単純な円盤状の超音波振動子８５５で形成するので、図１６に示す構造の端面壁よりも製造が容易である。尚、超音波振動子８５５の振動が装置全体に伝わらないように、超音波振動子８５５の周囲には環状の緩衝部材８５７が設けられている。
【００７５】
［第１０の実施形態］
次に、図１８に基づいて、第１０の実施形態について説明する。この実施形態に係る液体−液体混合装置９０１は、混合流体排出管が磁歪型の超音波振動子と９５５なっている点で、上記各実施形態と異なっている。この超音波振動子９５５は、金属磁性体からなる管状部材９５７と、この管状部材９５７の外周面に巻き付けられる電導コイル９５９と、この電導コイル９５９を両側から狭持するフランジ９６１とからなる。このような構造の超音波振動子９５５においては、電導コイル９５９に高周波の交流電圧を印加することで、金属磁性体の管状部材９５７が伸縮して、超音波振動が発生する。これにより、混合流体の排出工程において液体の混合を促進することができる。但し、超音波振動子９５５の振動が装置全体に伝わらないように、管状部材９５７の端部に設けられた環状の緩衝部材９６３を介して装置本体の端面壁に取り付けられている。
【００７６】
［第１１の実施形態］
次に、図１９に基づいて、第１１の実施形態について説明する。この実施形態は、上記した各液体−液体混合装置を構成要素として含んだ上で、更に加熱手段と温度検出手段と制御手段とを備えた流体混合システムである。図１９は、図１に開示した流体−流体混合装置１を用いた流体混合システムＳである。この図１９に示すように、流体混合システムは、第１液体導入部（第１流体導入部）３３の外周部に装着される第１加熱手段７１ａと第１温度検出手段７３ａとを備えている。また、第２液体導入部（第２流体導入部）４３の外周部に装着される第２加熱手段７１ｂと第２温度検出手段７３ｂとを備えている。また、装置本体９の外周部に装着される第３加熱手段７１ｃと第３温度検出手段７３ｃとを備えている。さらに、流体混合システムＳは制御手段７５を備えており、この制御手段７５は、各温度検出手段７１ａ，７１ｂ，７１ｃからの温度に関する信号に基づいて、各加熱手段７３ａ，７３ｂ，７３ｃの動作を制御するものである。また、制御手段７５は、必要に応じて第１液体導入部３３に第１液体を供給するポンプ７７の動作を制御するようにしてもよい。具体的には第１液体の供給量や供給圧力を制御することになる。
【００７７】
以上のように、加熱手段や温度検出手段を設けるのは以下のような理由に基づく。すなわち、流体、特に液体は温度によって粘性、流動性が大きく変化し、また、物性も変化する場合が多い。第１液体の粘性が大きく流動性が悪い場合には、第１液体導入部３３に設置された第１温度検出手段７３ａで温度を検知しながら、第１液体導入部３３の第１加熱手段７１ａで加熱して第１液体の粘性を下げて、装置本体９に導入することによって液体の旋回が低下することを防止できる。第２液体導入部４３に関しても同様に監視し制御する。また、目的とする液体混合体を生成する際に、ある特定温度のみで２つの液体が反応合成する場合があるので、装置本体９を第３加熱手段７３ｃによって目標温度に設定し、内部での分散および混合を促進できるような構成にしている。以上のように、３つの全ての加熱手段７１ａ，７１ｂ，７１ｃを同時に動作させても良いし、要求される条件によって何れか１つの加熱手段のみを動作させたり、３つの加熱手段のうちの２つを種々組み合わせて動作させるようにしてもよい。これは、導入する液体の種類や特性に応じて適切に選択される。尚、温度の検出は、各液体導入部３３，３４や装置本体９の温度を検出して各液体の実際の温度を推測しても良いし、より正確に制御するのであれば、各液体導入部３３，３４や装置本体９の流路内に温度検出部を露出させ、直接液体の温度を検出するようにしてもよい。
【００７８】
また、制御手段７５は、第１液体を第１液体導入部３３に供給するためのポンプ７７の動作を制御するようにしてもよい。すなわち、各温度検出手段からの温度に関する信号に基づいて、第１液体の供給量や供給圧力を変化させるのである。これによっても、装置本体９内での混合状態を制御することが可能である。但し、ポンプの動作を温度に応じて制御することは本発明においては必須という訳ではない。
【００７９】
［気体−気体混合装置の構造］
次に、流体混合装置としての気体−気体混合装置について説明する。気体−気体混合装置の構造は、図１〜図９で示した第１の実施形態に係る液体−液体混合装置と類似しているが、異なる２つの気体を入れる点で異なっている。すなわち、第１流体導入部（以下、「第１気体注入部」という）から第１の流体である第１気体を導入し、第２の流体導入部（以下「第２気体導入口」という）から第２の流体である第２気体を導入する。例えば、第１気体は空気であり、第２気体は酸素である。これにより、混合流体排出口から酸素濃度が均一に制御された空気が発生する。このため、各実施形態の説明において、液体−液体混合装置の説明を気体−気体混合装置の説明として理解する場合には、第１液体を第１気体と読み替え、逆に第２液体を第２気体と読み替え、更に混合液体を混合気体と読み替えることで実質的に気体−気体混合装置の説明となる。
【００８０】
［気体−気体混合装置の作用］
次に、本実施形態に係る気体−気体混合装置１の具体的作用について図３を利用して説明する。先ず、第１流体導入部である第１気体注入管３３を介して第１気体注入部３１から所定の第１気体が注入される。そして、装置本体９の内部空間が第１気体で満たされると、内部空間の管状空間では図３（Ｂ）に示すように、一方の端面壁５の側から見て時計周りに第１気体が旋回する。このとき、第１気体には旋回による遠心力Ｆが働く。そして、第１気体は旋回しながら他方の端面壁７の方向に向かって流れる。他方の端面壁７の側に流れてきた第１気体は、旋回運動を維持したまま内部円筒部材２１の内部に流れ込む。内部円筒部材２１の内部に流れ込んだ第１気体にも旋回による遠心力Ｆが働き、第１気体は内部円筒部材２１の内周面に沿って一方の端面壁５の側に戻る。更に、一方の端面壁５の近傍に到達した第１気体は、内部円筒部材２１の中心領域に沿って他方の端面壁７に向かって流れる。このとき、旋回により第１気体には遠心力Ｆが働いており、内部円筒部材の中心部が圧力の低い状態となり、外部がその圧力よりも高ければ第２の流体導入部である第２気体導入口４１から第２気体が導入される。そして、導入された第２気体は第１気体内で第２気体渦流６１となって、旋回しながら他方の端面壁７に向かって流れる第１気体によって、他方の端面壁７の側に到達する。
【００８１】
このとき、第１気体と第２気体渦流６１は混合流体排出口５１において急激に不安定となり、第２気体渦流６１が強制的に切断されて両気体が均一に混合されることとなる。加えて、混合流体は混合流体排出管５３内においてより均一に混合される。更に、混合流体が混合流体排出管５３から外部に出る際に、外部環境（大気、液体など）との質量差により、結果として２つの気体を更に均一に混合することができるようになる。
【００８２】
以上説明したように、本発明の気体−気体混合装置は液体−液体混合装置と同様に機能する。また、各部寸法による気体混合特性の変化や、各部寸法による混合流体の排出方向の変化についても、液体−液体混合装置と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る流体混合装置は、例えば気泡発生装置の場合、海、河川、湖沼の水及び汚染土壌の浄化や液体の特性変化を行う産業分野、更には漁業、医療、美容健康機器産業などの産業分野において利用可能である。また、霧発生装置の場合は、海水の淡水化及びそれに伴う塩の精製、微細粉体の精製、温室栽培施設等の環境制御、施設環境衛生制御、空間環境制御、防災・消火設備、健康設備機器、リサイクル事業などに利用可能である。
また、液体−液体混合装置の場合には、塗料の混合や飲料の混合、水と油脂との乳化などの利用することができる。更に、気体−気体混合装置の場合には、例えば酸素の濃度を調製した空気などを製造する装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  流体混合装置（気泡発生装置、霧発生装置、液体−液体混合装置、気体−気体混合装置）
３  側面壁
５，７  端面壁
５ａ，７ａ  円形状内壁
９  装置本体
２１  内部円筒部材
３１  第１流体導入部（第１液体注入部、第１気体注入部）
４１  第２流体導入部（第２気体導入口、第２気体導入口）
５１  混合流体排出口
５３  混合流体排出管
Ｘ  中心軸
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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