(57)【要約】【課題】異なる流体同士を効率的に混合できる混合装置および流体混合システムを提供する。【解決手段】気体と液体とが混合された混合液が供給されて、その混合液中の気体と液体との混合を促進させる混合装置２を具備する。この混合装置２は、混合液が流入する流入口19および混合液が流出する流出口20を有するケーシング11を有する。このケーシング11に対して回転可能にシャフト12を設ける。また、ケーシング11内に、シャフト12に固定されてそのシャフトとともに回転可能なロータ13を設ける。さらに、ステータ14をケーシング11に固定して取り付ける。そして、ロータ13とステータ14との隙間によって、流入口19と流出口20とを連通させて、流入口19から流入した混合液が流出口20へ通過するための通過部29が構成されている。【選択図】図２
2019214003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる流体が混合された混合体が供給されて、その混合体における流体同士の混合を促進させる混合装置であって、
前記混合体が流入する流入口および前記混合体が流出する流出口を有するケーシングと、
前記ケーシングに対して回転可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトに固定されてそのシャフトとともに回転可能なロータと、
前記ケーシングに固定して取り付けられたステータとを備え、
前記ロータと前記ステータとの隙間によって、前記流入口から流入した前記混合体が前記流出口へ通過するための通過部が構成され、
混合体が前記通過部を通過する際に前記ロータが回転可能である
ことを特徴とする混合装置。
【請求項２】
通過部は、ステータおよびロータの少なくとも一方に複数の溝が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の混合装置。
【請求項３】
通過部は、その幅が下流側へ向けて漸次変化している
ことを特徴とする請求項１または２記載の混合装置。
【請求項４】
気体と液体との混合体である混合液が供給されて、混合液中への気体の混合および溶解を促進させる混合装置であって、
流出口からの混合液を大気開放するための大気開放手段を備える
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の混合装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか一記載の混合装置と、
流体同士が混合された混合体を混合装置へ供給する混合体供給手段とを具備し、
この混合体供給手段は、混合体を前記混合装置の流入口へ加圧供給する
ことを特徴とする流体混合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる流体同士を混合させる混合装置、および、流体混合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体と気体とを混合して液体中に気体を溶解させる流体混合システムとしては、例えば図３に示す構成の気液混合溶解装置41等が知られている。
【０００３】
この気液混合溶解装置41は、例えば混合体供給手段である渦流ポンプ３にて液体中に気体が混合され、その気液混合体である混合液が溶解タンク43に供給され、この溶解タンク43にて溶解処理した後の混合液が分離タンク44に供給される。
【０００４】
すなわち、渦流ポンプ３からの混合液を溶解タンク43の上部から供給し溶解タンク43内で噴出させることで、混合液をさらに乱流撹拌して、液体（混合液）中への気体の溶解量を増大させる。
【０００５】
また一方で、溶解タンク43の下部から引き出された混合液を分離タンク44に供給することで、混合液に溶解されなかった気体を分離タンク44上部の抜気弁45から排出するとともに、気体が溶解された混合液が、圧力調整弁46を介して放出される。なお、溶解タンク43内に噴出され気体の溶解量が増大された混合液は、加圧状態となっており、分離タンク44から放出する際に、抜気弁45にて大気圧まで急減圧させることで、液体に溶解されていた気体が微細気泡として発生する。
【０００６】
また、上記構成の気液混合溶解装置を小型化したものとして、例えば特許文献１に示すように、未溶解の気体を遠心分離して排出するサイクロン型の分離タンクが溶解タンクの下側に一体に設けられた構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２７３１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の図３や特許文献１の構成では、溶解タンクにて気体の溶解を増大させるとともに、分離タンクにて未溶解の気体を分離する必要があり、設備として小型化するのが難しかった。
【０００９】
そこで、小型化しても効率的に異なる流体同士を混合できる技術が求められていた。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、異なる流体同士を効率的に混合できる混合装置および流体混合システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載された混合装置は、異なる流体が混合された混合体が供給されて、その混合体における流体同士の混合を促進させる混合装置であって、前記混合体が流入する流入口および前記混合体が流出する流出口を有するケーシングと、前記ケーシングに対して回転可能に設けられたシャフトと、前記シャフトに固定されてそのシャフトとともに回転可能なロータと、前記ケーシングに固定して取り付けられたステータとを備え、前記ロータと前記ステータとの隙間によって、前記流入口から流入した前記混合体が前記流出口へ通過するための通過部が構成され、混合体が前記通過部を通過する際に前記ロータが回転可能であるものである。
【００１２】
請求項２に記載された混合装置は、請求項１記載の混合装置において、通過部は、ステータおよびロータの少なくとも一方に複数の溝が設けられているものである。
【００１３】
請求項３に記載された混合装置は、請求項１または２記載の混合装置において、通過部は、その幅が下流側へ向けて漸次変化しているものである。
【００１４】
請求項４に記載された混合装置は、請求項１ないし３いずれか一記載の混合装置において、気体と液体との混合体である混合液が供給されて、混合液中への気体の混合および溶解を促進させる混合装置であって、流出口からの混合液を大気開放するための大気開放手段を備えるものである。
【００１５】
請求項５に記載された流体混合システムは、請求項１ないし４いずれか一記載の混合装置と、流体同士が混合された混合体を混合装置へ供給する混合体供給手段とを具備し、この混合体供給手段は、混合体を前記混合装置の流入口へ加圧供給するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロータとステータとの隙間によって、流入口からの混合体が流出口へ通過するための通過部が構成されているため、効率的に液体に気体を溶解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流体混合システムの構成を示す概略図である。
【図２】同上流体混合システムにおける混合装置の通過部を示す断面図である。
【図３】従来の流体混合システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１において１は流体混合システムとしての気液混合溶解装置であり、この気液混合溶解装置１は、一の流体である水等の所定の液体に、他の流体である空気、酸素またはオゾン等の所定の気体を混合および溶解するものある。すなわち、気液混合溶解装置１は、例えばマイクロバブル等を発生させる微細気泡発生装置や酸素富化装置やオゾン溶解装置等として用いられる。
【００２０】
気液混合溶解装置１は、混合装置２と、その上流側に配置された混合体供給手段としての渦流ポンプ３とを備え、渦流ポンプ３で気体と液体とが混合された混合体である混合液が混合装置２へ加圧供給されて、混合装置２にて混合液中への気体の混合および溶解が促進される。
【００２１】
渦流ポンプ３は、吸込側圧力計４および吸込側圧力調整弁５を経て液体が供給される管路６が接続されているとともに、空気等の気体を吸い込むための気体吸込手段７が接続されている。なお。気体吸込手段７は、渦流ポンプ３の液体吸込口に挿入された吸込ノズル8aに、気体吸込管8bが接続されている。この気体吸引管8bは、例えば気体として空気を吸引する場合には、垂直に設けられた上端開放の管である。
【００２２】
そして、渦流ポンプ３と混合装置２とが管路９によって接続されており、渦流ポンプ３から吐出された混合液が、管路９を通って気液混合溶解装置１へ加圧供給される。
【００２３】
図２に示すように、混合装置２は、ケーシング11と、このケーシング11に対して回転可能に設けられたシャフト12と、このシャフト12に固定されてシャフト12とともに回転可能なロータ13と、ケーシング11に固定して取り付けられたステータ14とを備えている。
【００２４】
ケーシング11は、中空上の筒部15と、この筒部15の軸方向の一方側に固定して設けられた蓋部16と、筒部15の軸方向の他方側に固定して設けられ基部17とを有している。
【００２５】
蓋部16は、周方向の端部近傍がボルト18aおよびナット18bによって筒部15に固定されている。また、蓋部16の略中央には流入口19が設けられており、この流入口19には管路９が接続されて、渦流ポンプ３からの混合液が流入口19からケーシング11内へ流入する。
【００２６】
筒部15の側面の一部には、流入口19から流入した混合液が流出する流出口20が設けられている。
【００２７】
基部17は、周方向の端部近傍がボルト21によって筒部15に固定されおり、シャフト12が例えば図示しないベアリング等を介して回転可能に取り付けられている。
【００２８】
また、ケーシング11の流出口20には管路23が接続されており、この管路23中に圧力計24、および、大気開放手段としての圧力調整弁25が設けられている。なお、管路23は図示しない所定の処理槽等の底部に接続され、混合装置２からの混合液は管路23を通って所定の処理槽等に放出される。
【００２９】
ロータ13は、ボルト26aおよびナット26bによってシャフト12に固定されており、ケーシング11に対してシャフト12が回転することにより、そのシャフト12とともにロータ13が回転する。
【００３０】
また、ロータ13の外周面は、ケーシング11の軸方向の一方側（ケーシング11の流入口19側）へ向けて漸次縮径したテーパ状となっている。
【００３１】
ステータ14は、ボルト27によって蓋部16に固定して設けられている。また、ステータ14は、ケーシング11内において、基部17に対してケーシング11の軸方向に間隔を介して設置されており、これらステータ14と基部17との間のスペースによって流出口20へ連通する流体の流動経路28が構成されている。
【００３２】
さらに、ステータ14の内周面は、ケーシング11の軸方向の一方側（ケーシング11の流入口19側）へ向けて漸次縮径したテーパ状となっている。なお、その漸次縮径したステータ14の内径はロータ13の外径よりやや大きく、また、ステータ14のテーパの傾斜角度は、ロータ13のテーパの傾斜角度よりやや小さい。
【００３３】
そして、ロータ13およびステータ14は、ステータ14の内部にロータ13が挿入されるように収容されてケーシング11内に設置されており、例えば図示しないモータ等の駆動装置からトルクが伝達されることにより、ロータ13がシャフト12とともにケーシング11およびステータ14に対して回転する。
【００３４】
ここで、ケーシング11内では、ロータ13の外周面とステータ14の内周面との隙間、いわゆるギャップによって混合液が通過可能な通過部29が構成されている。すなわち、流入口19と流出口20とは、通過部29および流動経路28を介して連通しており、流入口19から流入した混合液は、通過部29を通過後、羽根車30の回転によって流動経路28を通過して加圧状態で流出口20から流出される。
【００３５】
また、ロータ13の外周面およびステータ14の内周面がテーパ状であるため、通過部29は、下流側が上流側より外側に位置するようにケーシング11の軸方向に対して傾斜状に配置されている。なお、このように通過部29が傾斜した構成にする場合には、その傾斜角度は適宜変更できる。
【００３６】
さらに、ステータ14の内径がロータ13の外径よりやや大きく、また、ステータ14のテーパの傾斜角度がロータ13のテーパの傾斜角度よりやや小さいため、通過部29は、その隙間が下流側へ向けて漸次狭くなっている。
【００３７】
なお、通過部29は、ロータ13の外周面およびステータ14の内周面のうちの少なくとも一方に、周方向に沿って形成された図示しない複数の微細な溝が設けられ、表面に凹凸が形成された構成が好ましい。
【００３８】
次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。
【００３９】
まず、液体を渦流ポンプ３に吸引する。このとき、吸込側圧力計４を見ながら吸込圧力調整弁５を絞り、渦流ポンプ３の液体吸込口を負圧にして、気体吸引管8bから吸込ノズ8aを経て空気などの気体を液体と同時に吸引する。
【００４０】
渦流ポンプ３の内部では、気体と液体とが撹拌混合されて、その混合液が渦流ポンプ３から管路９を通って混合装置２の流入口19へ加圧供給される。
【００４１】
混合装置２内では、流入口19から流入した混合液が、渦流ポンプ３からの加圧供給によって押し込まれるようにして、ロータ13と蓋部16との間を外側へ広がるように流動し、その後ロータ13とステータ14とのギャップで構成された通過部29を通過する。
【００４２】
ここで、ロータ13はステータ14に対して回転可能であり、ロータ13を回転させた状態で混合液が通過部29を通過すると、加圧状態で通過部29を通過している混合液に、ロータ13の回転によるせん断力が付与されて、混合液中の気体と液体とが細かくせん断されるように混合されて混合液中への気体の溶解が促進される。すなわち、混合液に対するせん断力が増大することで、加圧下における液体（混合液）と未溶解の気体との接触面積が増加し、気液の溶解平衡状態よりさらに気体の溶解が促進され、液体中への気体の溶解量が増大し、液体に気体が効率良く高濃度に溶解される。
【００４３】
通過部29を通って液体と気体との混合および溶解が促進された混合液は、流動経路28を介して流出口20から流出される。
【００４４】
ここで、渦流ポンプ３から加圧供給された混合液は、混合装置２内でも常に加圧された状態であるが、流出口20から管路23を経て所定の処理槽の底部等へ流出する際に、圧力調整弁25によってほぼ大気圧まで減圧されてから放出される。なお、圧力調整弁25によって減圧され大気開放された混合液は、所定の処理槽等にて発泡するよう微細気泡が生じる。
【００４５】
そして、上記気液混合溶解装置１によれば、ロータ13とステータ14とのギャップによって、流入口19からの混合液が流出口20へ通過するための通過部29が構成されているため、混合液が通過部29を通過する際に、ロータ13を回転さて混合液にせん断力を付与することで、液体に対する気体の混合および溶解を促進できる。そのため、例えば従来のように溶解タンクや分離タンクを設置しなくても、混合液中に気体を効率良く高濃度に溶解でき、システムの省スペース化（例えばフットスペース面積を約３０％低減）を図ることができる。
【００４６】
また、混合装置２は、システム内にてインライン方式で設置できるとともに、従来のように溶解タンクや分離タンクを設置する必要がないため、配管系の構造も簡略化でき、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
通過部29は、ステータ14の内周面およびロータ13の外周面のうちのすくなくとも一方に微細な溝が設けられることにより、通過部29を通過する混合液へのせん断回数を増加でき、液体と気体との混合および溶解をより促進できる。
【００４８】
または、通過部29が流入口19より外側に位置しているため、通過部29がケーシング11の軸方向に対して傾斜状であることにより、周方向の略中央に位置する流入口19からケーシング11内へ流入し外側へ広がるように流動した混合液が、通過部29内へスムーズに流入できる。
【００４９】
さらに、通過部29は、その幅が下流へ向けて漸次変化していることにより、通過する混合液に効率よくせん断力を付与して、混合溶解作用を向上できる。特に、マイクロバブル等を発生させる微細気泡発生装置の場合には、通過部29の幅が下流へ向けて漸次狭くなるように設計することで、通過する混合液に対する混合溶解作用を向上でき、効率的に液体に気体を溶解できる。
【００５０】
流出口20に接続された管路23に流出口20からの混合液を大気開放するための圧力調整弁25が設けられたことにより、混合液を所定の処理槽内で発泡するように放出できる。
【００５１】
なお、上記一実施の形態では、渦流ポンプ３によって、気体と液体とを混合しその混合液を混合装置２に供給する構成としたがこのような構成には限定されず、混合装置２に混合液を供給できるものであれば、渦流ポンプ３に限らず適宜用いることができる。
【００５２】
混合装置２は、所定の液体と所定の気体との混合体である混合液中に気体を溶解させる構成には限定されず、異なる流体同士の混合を促進させる構成であれば、例えば液体同士を混合させる構成や気体同士を混合させる構成にしてもよい。
【００５３】
通過部29は、その幅が下流側へ向けて漸次狭くなった構成としたが、このような構成には限定されず、通過部26の幅やその構成は、通過する流体やその処理量等に応じて適宜設定でき、例えば幅が下流側へ向けて漸次大きくなる構成や、幅が一定である構成等にしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１    流体混合システムとしての気液混合溶解装置
２    混合装置
３    混合体供給手段としての渦流ポンプ
11    ケーシング
12    シャフト
13    ロータ
14    ステータ
19    流入口
20    流出口
29    通過部
【図１】
2019214003.tif 000003
【図２】
2019214003.tif 000004
【図３】
2019214003.tif 000005