(57)【要約】【課題】菱形角柱群管路体を応用した流体混合用管路体、及び流体混合用のミキサーを提供すること。【解決手段】一群の平行管路と他の一群の平行管路が同一平面上で２０度〜６０度の挟角で交差し、それぞれの管路は、鋭角が２０度〜６０度の範囲にある同一形状の菱形角柱で隔てられており、それぞれの管路のＸ字形の交差領域において、管路を流れる流体の合流と分流が連続的に行なえるようになっており、管路が全体としてネットワークを形成している菱形角柱群管路において、管路の流体Ａの流入口側から４列目以降の前記交差領域に、流体Ｂの供給口を設けたことを特徴とする流体混合用管路体と、それを利用した流体混合促進器。【選択図】図１
2008100131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一群の平行管路と他の一群の平行管路が同一平面上で２０度〜６０度の挟角で交差し、それぞれの管路は、鋭角が２０度〜６０度の範囲にある同一形状の菱形角柱で隔てられており、それぞれの管路のＸ字形の交差領域において、管路を流れる流体の合流と分流が連続的に行なえるようになっており、管路が全体としてネットワークを形成している菱形角柱群管路体において、管路の流体Ａの流入口側から４列目以降の前記交差領域に、流体Ｂの供給口を設けたことを特徴とする流体混合用管路体。
【請求項２】
一群の平行管路の数と他の一群の平行管路の数が同一で、且つ、管路の幅が全て同一であることを特徴とする請求項１記載の流体混合用管路体。
【請求項３】
流体Aと流体Ｂが合流する交差領域に、ポケット部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の流体混合用管路体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の流体混合用管路体が、多段に積層配置されたことを特徴とする多段流体混合用管路体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の流体混合用管路体を有する流体混合促進器。
【請求項６】
流体Ａとして水又はお湯を用い、流体Ｂとして炭酸ガスを用いる請求項５記載の
流体混合促進器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下流端開口から流体を流出又は噴出させるに際し、流体に振動を発生させることのできる菱形角柱群管路体を利用した流体混合用管路体と、それを用いた流体混合促進器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一群の平行管路と他の一群の平行管路を、同一平面上で交差させて合流と分流が連続しているものとしたネットワーク管路（菱形角柱群管路）は、振動を発生する管路体として知られている。例えば、特許文献１には、６本以上の管路からなる一群の平行管路と、同じく６本以上の管路からなる他の一群の平行管路を、凡そ２０度〜６０度程度の挟角で交差させ、且つ、管路群の全体配置を概ね対称状となしたネットワーク管路が開示されている。そして、特許文献１によると、このネットワーク管路の使用状態では、上流端から適当圧の液体が供給され、下流端の複数の開口からその流体を噴出させるが、この際、ネットワーク管路の管路途中の特定箇所の流体圧が振動し、これに関連して、前記下流端開口から噴出される流脈の方向がコアンダ効果（壁への流脈の付着現象）などにより自然発生的に、且つ、同調状態で一斉に振動し平行管路の交差面に沿って左右へ交互に変化するという現象が見られる。
【特許文献１】特許第２８４１１７３号公報
【０００３】
そして、かかるネットワーク管路、即ち菱形角柱群管路を色々の機器に利用することが提案されている。例えば、特許文献２には、広範囲にわたって空気を噴出できる空調ノズルが、特許文献３には、ガスや熱風等の熱媒体を受熱体に均一に当てることによって、短時間に加熱又は乾燥できる熱媒体送給装置が、特許文献４には、別な攪拌手段がなくても流体の均一な分散ないし混合を行なうことのできる液体撹乱器が、特許文献５には、噴射ノズルの方向変更を特別な手段で行なわなくても、広範囲の均一な散布が可能な液体噴射ノズルが、特許文献６には、管壁スケール付着の自己防止／自動除去構造が提案されている。
【特許文献２】特開２００１−２１１６８号公報
【特許文献３】特開２００１−２９１２１号公報
【特許文献４】特開２００１−６２２７２号公報
【特許文献５】特開２００１−６２３５１号公報
【特許文献６】特開２００１−２１９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、前記菱形角柱群管路体を応用した流体混合用管路体、及び流体混合用のミキサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明において請求項１に記載された発明は、一群の平行管路と他の一群の平行管路が同一平面上で２０度〜６０度の挟角で交差し、それぞれの管路は、鋭角が２０度〜６０度の範囲にある同一形状の菱形角柱で隔てられており、それぞれの管路のＸ字形の交差領域において、管路を流れる流体の合流と分流が連続的に行なえるようになっており、管路が全体としてネットワークを形成している菱形角柱群管路において、管路の流体Ａの流入口側から４列目以降の前記交差領域に、流体Ｂの供給口を設けたことを特徴とする流体混合用管路体である。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、一群の平行管路の数と他の一群の平行管路の数が同一で、且つ、管路の幅が全て同一であることを特徴とする請求項１記載の流体混合用管路体である。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、流体Aと流体Ｂが合流する交差領域に、ポケット部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の流体混合用管路体である。
【０００８】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の流体混合用管路体が、多段に積層配置されたことを特徴とする多段流体混合用管路体である。
【０００９】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の流体混合用管路体を有する流体混合促進器である。
【００１０】
そして、請求項６に記載された発明は、流体Ａとして水又はお湯を用い、流体Ｂとして炭酸ガスを用いる請求項５記載の流体混合促進器である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明において用いられる菱形角柱群管路内のＸ字形の交差領域では、流体の流速が最大で圧力が最小となる流れの特性が現れる。また、交差流れ（流体の合流と分流）が数多く発生する菱形角柱群管路内の流れに関しては、角柱群管路内の渦の自励振動に伴って下流端からの流出流又は噴流の左右へのスイッチング現象を示すフリップ・フロップ流れも発現する。そして、本発明の流体混合用管路体では、前記Ｘ字形の交差領域に他の流体の供給口を設けることによって、他の流体を効率良く供給することができ、且つ、供給された他の流体は、前記角柱群管路内の渦の自励振動作用によって角柱群管路を流れている流体と非常に効率良く混合されることになる。従って、かかる本発明の流体混合用管路体、あるいはかかる管路体を有する流体混合促進器を用いると、色々な流体を非常に効率良く混合することができ、しかもナノレベルでの混合も達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において基本となる菱形角柱群管路体は、一群の平行管路と他の一群の平行管路が同一平面上で２０度〜６０度の挟角で交差し、それぞれの管路は、鋭角が２０度〜６０度の範囲にある同一形状の菱形角柱で隔てられており、それぞれの管路のＸ字形の交差領域において、管路を流れる流体の合流と分流が連続的に行なえるようになっており、管路が管路体全体としてネットワークを形成しているものであり、かかる管路体自体は前記したとおり公知のものである。平行管路又は管路体の大きさ、長さ、断面積、間隔等は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。しかし、一群の平行管路の数と他の一群の平行管路の数が同一で、且つ、管路の幅が全て同一であるものが好ましい。平行管路の数も特に制限はないが、一群として４本以上の場合が好ましい。
【００１３】
本発明の管路体において、平行管路の管路数が４本よりも少なかったり、管路の挟角が２０度〜６０度の範囲外の場合、また、管路群の全体配置が対称状でないような場合は、下流端から流出又は噴出する水脈の振動が不安定となりやすいので、場合によっては好ましくない。なお、本発明において、一群の平行管路と他の一群の平行管路が共存する同一平面とは、平らな面であるのが好ましいが、フリップ・フロップ流れが発生する範囲内であれば、ある程度の曲面になっていても良い。
【００１４】
前記菱形角柱群管路体は、管路体の上流端が流体Ａの導入口となっており、常圧又は加圧下に流体Ａが導入できるようになっている。管路体の下流端は流体出口又は噴出ノズルとなっている。かかる菱形角柱群管路体は、通常、流体Ａを導入すると、流体Ａの導入口から一定の距離にある管路のＸ字形の交差領域において、流体Ａの振動が発生し、下流端開口に何等の動作体を設けないでも、この管路から流出又は噴出される流体Ａの流出又は噴出方向が適当周期で交互に変化するという特徴がある。
【００１５】
本発明においては、上記菱形角柱群管路体において、管路体の流体Ａの流入口側から４列目以降の前記交差領域に、流体Ｂの供給口を設けた流体混合用管路を作製する。かかる本発明の流体混合用管路を図に参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の流体混合用管路体を模式的に示したものであり、１１は菱形角柱群管路体を示す。１２は菱形角柱群管路体の、流体Ａの流入口側から４列目以降の交差領域に、設けられた流体Ｂの供給口をその導入経路と共に示している。図１では、供給口は断面が円形の孔１３の様に示されているが、供給孔の形状、大きさ、数は何ら制限されるものではない。また、図１では、流体Ｂの導入経路は、菱形角柱群管路体１１の上に積層して配置された管路体の様に示されているが、その形状や流体Ｂの導入あるいは流入の仕方は何ら限定されるものではない。
【００１７】
図２は、図１の菱形角柱群管路体１１の横方向の断面図を示す。図２には、６列５段型の菱形角柱群管路体の例を示した。図２において、１−６の番号を付した縦方向が列を示す。図２において、横方向が段を示すが、段数とは、流出口（図の左端）において、流路間にある菱形角柱の数で計算される。１４は一群の平行管路を示し、１５は他の一群の平行管路を示し、両者は、同一平面上で２０度〜６０度の挟角で交差している。それぞれの管路は、鋭角が２０度〜６０度の範囲にある同一形状の菱形角柱１６で隔てられている。管路のＸ字形の交差領域１７において、管路を流れる流体の合流と分流が連続的に行なえるようになっている。図２の管路体において、上端と下端は適当な手段でシールされている。
【００１８】
図２において、管路体の右端が流体Ａの流入口１８であり、交差領域に対応する菱形角柱の列に、流入口側から１〜６の番号を付した。なお、流入口１８からは、全て同一の流体を流しても良いし、あるいは、それぞれの流入口から２種類以上の別々の流体を流すように構成しても良い。
【００１９】
図２には、説明のために、４列目以降の管路の交差領域に、流体Ｂの供給口が設けられている状況を示した（図２において破線で示された複数の円）。図では、流体Ｂが一つの空間から全ての供給口に流れ込むように記載されているが、流体Ｂは、それぞれの供給口に、例えば、チューブ等で別々に供給されるように構成されていても良い。そしてまた、流体Ｂは全て同一の流体であっても良いし、あるいは、それぞれの供給口に２種類以上の別々の流体を流すように構成しても良い。
【００２０】
図３は、本発明の流体混合用管路体の管路の交差領域において、流体Ａと流体Ｂが混合する状況を模式的に示したものである。交差領域での流体Ａと流体Ｂの混合に際し、流体抵抗の軽減や混合促進のために、交差領域における吸引特性の利用を考えて、図３に示した様に、流体Ｂの供給口が設けられた交差領域にポケット部１９を設けるのも好ましい。このポケット部は、交差領域のうち下流（流出口）側、即ちＸ字形で示される交差領域において左側の部分に設けるのが特に好ましい。
【００２１】
本発明の流体混合用管路体においては、菱形角柱群管路体に流れる流体Ａに対して、流入口側から４列目以降の角柱群管路体の下流側部分の交差領域において、流体Ｂを供給し、その管路内で流体を混合させ、流出後にはフリップ・フロップ流れの振動も利用して、それぞれの流体の混合促進を行なうものである。
【００２２】
菱形角柱群管路体は、図２に示したように６列５段型を参照すると、４列目の交差領域から流体Ｂが流体Ａと混合する部分を作る。混合量やその効果促進のためには、それ以降の列にも流体Ｂの供給口を作るのが好ましい。なお、菱形角柱群管路体は４列、４段以上で２０列、２０段以下のものが好ましい
【００２３】
流体Ａに対して、流体Ｂの密度差が大きい場合には、また、それぞれの流速や流量の違いが大きい場合等には、流体Ｂの供給に際して加圧等の配慮が必要となる。流体Ａとしては、液体又は気体を使用できるが、固体の場合にはフリップ・フロップ流れが明瞭には発生しないので好ましくない。一方、流体Ｂは、固体、液体、気体又はそれらの混合流体のいずれでも用いることができる。例えば、流体Ａとして水又はお湯を用い、流体Ｂとして炭酸ガスを用いた場合には、マイクロバブル湯が得られる。また、流体Ａとして水を用い、流体Ｂとして廃油を用い、廃油が微分散した廃液とすることもできる。また、流体Ａとして洗剤を溶かした水を用い、流体Ｂとして空気を用いると、洗浄力に優れたマイクロバブル洗浄液が得られる。
【００２４】
本発明の流体混合促進器は、上記流体混合用管路体を基本モジュールとし、必要に応じ、かかるモジュールを多段に積層配置し、そして更に他の必要な部品、例えば、複数の流体貯蔵装置、流体定量供給装置、流量計、流速計、流体配合装置、冷却装置、加熱装置、加圧装置と組み合わせて得られるものである。組み合わせ自体は、公知の方法・手段が用いられる。
【００２５】
本発明において、菱形角柱群管路体から流出又は噴出する流れにはフリップ・フロップ流れが発現しているので、本発明の流体混合用管路体内での流体Ａと流体Ｂの混合と共に、流出後には、フリップ・フロップ流れによる攪拌・混合が更に促進される。しかも、全体的に均等な混合ができるという特徴がある。
【実施例】
【００２６】
アクリル板の板厚内に、前記図２に示したようなネットワーク管路を有する菱形角柱群管路体を作製し、その上に図１に示した様な流体Ｂの導入経路を積層・配置した。図２に示した様に、菱形角柱群管路体において、一群の平行管路の数は共に６とし、菱形角柱は６列とし、４列目以降の管路のＸ字形の交差領域には、流体Ｂの供給口を開けた。管路の断面は０．３ｃｍ×０．３ｃｍ、管路体の長さは１０ｃｍ、幅は６ｃｍ、菱形角柱の鋭角は３０度、１辺が１ｃｍであった。供給口は直径０．１５ｃｍの孔を開けた。かかる菱形角柱群管路体を用いると、各種流体を非常に効率良く混合することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の流体混合用管路体及びそれを用いた流体混合促進器は、化粧品・食品加工ライン、樹脂・溶剤混合ライン、塗料加工ライン、農業用灌水ライン、風呂用炭酸ガス混合装置、廃油・排水のエマルジョン化装置、水に気泡と洗剤を溶解した水洗トイレ等のあらゆる流体の混合作業が必要な箇所で利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の流体混合用管路体の説明のための模式図である。
【図２】本発明の流体混合用管路体の菱形角柱群管路を説明するための横断面の模式図である。
【図３】本発明の流体混合用管路体の管路のＸ字形の交差領域における、流体Ｂの供給口とポケット部の配置を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  菱形角柱群管路体
１２  流体Ｂの導入経路
１３  流体Ｂの供給口
１４  一群の平行管路
１５  他の一群の平行管路
１６  菱形角柱
１７  Ｘ字形の交差領域
１８  流入口
１９  ポケット部
【図１】
2008100131.tif 000003
【図２】
2008100131.tif 000004
【図３】
2008100131.tif 000005