(57)【要約】【課題】  複数の流体を高い混合比率で混合することができ、しかも、小型であって製造および運転コストを大幅に低減することができる流体混合機を提供する。【解決手段】  ２種以上の流体を混合する混合装置は、第１の混合機１によって、加圧された第１の流体と第２の流体と混合して混合液を生成する。この混合液を第２の混合機２の混合容器２１内に噴射することにより混合容器２１内に渦流を発生させて混合し、先細に形成したテーパ部２１ｂの先端に設けた送出口２１ｃから送出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種以上の流体を混合する混合装置であって、
上記混合装置は、ポンプ等によって加圧された第１の流体に第２の流体を注入することにより混合して混合液を生成する第１の混合機と、
上部に向けて先細に形成したテーパ部の先端に送出口が設けられた円筒状の混合容器と、上記混合容器内に上記混合液を噴射することにより上記容器内に渦流を発生させて混合する第２の混合機とを備え、
上記第１の混合機によって混合された混合液を上記第２の混合機によって混合した後に上記送出口から送出することを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
上記第１の混合機は、第１の流体を流通する流通路内に内径を小さくした小径部が設けられ、この小径部に第２の流体を注入する注入口を設け、上記小径部において上記混合液を生成する請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
上記第１の混合機の流通路には液体を流通させ、上記注入口には気体を注入して混合する請求項２に記載の流体混合装置。
【請求項４】
上記第２の混合機は、略円筒状に形成された円筒部と、この円筒部から上部に向けて先細となるテーパ部と、このテーパ部の先端に設けられた送出口とを有する容器と、上記混合容器内の内周面に対してほぼ接線方向に上記混合液を噴射する上記第１の混合機に連結させた噴射口とを有し、この噴射口から噴射する上記混合液の噴射力によって上記容器内に渦流を発生させて混合させる請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項５】
上記噴射口は、上記混合容器の円筒部の底部近傍に設けられ、上記容器内に上昇する渦流を発生させる請求項１または４に記載の流体混合装置。
【請求項６】
上記噴射口は、上記テーパ部に設けられると共にやや下部方向に向けて設け、上記混合液を上記容器の内周面に沿って下降する渦流を発生させると共に、減速した上記混合液を中央から上昇させて上記送出口から送出させる請求項１または４に記載の流体混合装置。
【請求項７】
上記混合容器は、上記円筒部の高さを、直径よりも小さく設定した請求項４乃至６の何れかに記載の流体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流体を混合する流体混合機に関し、詳しくは、容器内に流体を噴射させ、流体の噴射力により渦流を発生させて複数の流体を混合する流体混合機に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体と気体を混合する混合装置としては、タンク内に収納した流体を撹拌部材の回転によって混合する装置が知られている。しかしながら、このような撹拌によって混合する装置は、装置が大きくなるため、設置には広いスペースが必要であり、製作費が高く、しかも動力費もかかるため処理費が高くなる問題点がある。特に、液体中に気体を混合させる場合、撹拌部材の回転では混合が難しく、液体中の気体濃度を高めることができない。
【０００３】
このような液体中に気体を混合させる場合、例えば、水に酸素を溶解させるように混合する酸素溶解方法として、特開２００１−１２０９７０号公報（特許文献１）に示す装置が提案されている。特許文献１に示す方法は、水面に浮上させた気液混合タンク内に、タンク外周部上部に設けたノズルにより、液面に対して斜め上方から水を噴射させてタンク内の酸素を巻き込ませた気泡を微細化すると共に渦流を発生させ、この微細化された気泡を渦流と共に上記タンクの下部よりホースまたはらせんパイプを通じて自然流下させるときに、水圧を利用して微細化された気泡を徐々に小さくすることにより酸素を加圧溶解させるものである。ところが、酸素を巻き込ませた微細気泡を徐々に小さくするために必要な水圧を得るには高さの大きなタンクが必要である。この気液混合タンクの設置には広いスペースが必要であり、しかも製作費が高くなる問題がある。
【０００４】
一方、特に細菌の繁殖を抑制する必要がある食堂やレストラン、学校等の飲食関係、病院等の医療関係、あるいは、プール水の殺菌等において使用される水として、殺菌作用を付加したオゾン水が使用されるようになり、このオゾン水を生成する装置においても、オゾンガスを水道水等の原料水に混合させることによってオゾン水を生成している。このオゾン水生成装置においては、各種の混合機が採用されているものの、病院等の医療関係において必要なオゾンガス含有量が得られる混合機は、必然的にコストが高くなるために、安価でしかも高いオゾンガス含有量が得られる混合機の出現が待望されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２０９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、複数の流体を高い混合比率で混合することができ、しかも、小型であって製造および運転コストを大幅に低減することができる流体混合機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するため、請求項１の発明は、２種以上の流体を混合する混合装置は、ポンプ等によって加圧された第１の流体に第２の流体を注入することにより混合して混合液を生成する第１の混合機と、上部に向けて先細に形成したテーパ部の先端に送出口が設けられた円筒状の混合容器と、上記混合容器内に上記混合液を噴射することにより上記容器内に渦流を発生させて混合する第２の混合機とを備え、
上記第１の混合機によって混合された混合液を上記第２の混合機によって混合した後に上記送出口から送出することを要旨とする。
【０００８】
また請求項２の発明は、上記第１の混合機は、第１の流体を流通する流通路内に内径を小さくした小径部が設けられ、この小径部に第２の流体を注入する注入口を設け、上記小径部において上記混合液を生成することを要旨とする。
【０００９】
さらに請求項３の発明は、上記第１の混合機の流通路には液体を流通させ、上記注入口には気体を注入して混合することを要旨とする。
【００１０】
さらにまた請求項４の発明は、上記第２の混合機は、略円筒状に形成された円筒部と、この円筒部から上部に向けて先細となるテーパ部と、このテーパ部の先端に設けられた送出口とを有する容器と、上記混合容器内の内周面に対してほぼ接線方向に上記混合液を噴射する上記第１の混合機に連結させた噴射口とを有し、この噴射口から噴射する上記混合液の噴射力によって上記容器内に渦流を発生させて混合させることを要旨とする。
【００１１】
また請求項５の発明は、上記噴射口は、上記混合容器の円筒部の底部近傍に設けられ、上記容器内に上昇する渦流を発生させることを要旨とする。
【００１２】
また請求項６の発明は、上記噴射口は、上記テーパ部に設けられると共にやや下部方向に向けて設け、上記混合液を上記容器の内周面に沿って下降する渦流を発生させると共に、減速した上記混合液を中央から上昇させて上記送出口から送出させることを要旨とする。
【００１３】
また請求項７の発明は、上記混合容器は、上記円筒部の高さを、直径よりも小さく設定したことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の混合機により第１の流体に第２の流体を混合された混合液を、第２の混合機の混合容器内に噴射することにより渦流を発生させて混合することから、異なる混合方法の混合機によって流体が混合されるので、複数の流体の混合比率を大幅に高めることが可能となる。また、第２の混合機の混合容器に、上部に向けて先細に形成したテーパ部とその先端に送出口を設けているので、流体がテーパ部によって加圧されることから、さらに複数の流体の混合比率を高めることが可能となる。このように混合された流体を先端に設けた送出口から送出するので、流体の停滞がなく、高い混合比率を保って送出することが可能となる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、第１の混合機は、第１の流体を流通する流通路内に小径部が設けられ、この小径部を第１の流体が流通するときに生ずる負圧域に第２の流体を注入するので、混合液の混合率を高めることが可能となる。
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、第１の混合機の流通路には液体を流通させ、注入口から気体を注入すると、液体に流通により負圧域の発生が容易になり、気体との混合を容易にすることが可能となる。
【００１７】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、第２の混合機の略円筒状に形成された混合容器内の内周面に対し、ほぼ接線方向に向けて混合液を噴射することにより、この混合液の噴射力によって容器内に渦流を発生させることができ、他の動力を用いることなく渦流によって混合液を効率良く混合することが可能となる。また、容器内に発生させた渦流が上昇してテーパ部により加圧されてさらに混合した後に送出口から送出するので、混合率の高い混合液を送出することが可能となる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明によれば、噴射口を混合容器の円筒部の底部近傍に設け、混合容器内の内周面に対してほぼ接線方向に上記混合液を噴射することにより、容器内に上昇する渦流を発生させるので、混合液の混合率を高くすることが可能となる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明によれば、噴射口をテーパ部に設け、この噴射口をやや下部方向に向けることによって、噴射した混合液によって容器の内周面に沿って下降する渦流が発生するので、混合率を高めることが可能となる。また、渦流によって容器の中央に上昇方向の流れが発生して、減速した混合液を中央から上昇させて送出口から送出するので、容器内で流体が下降と上昇動作を行うことから、混合率を高めることが可能となる。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明によれば、容器の円筒部の高さを直径よりも小さく設定すると、混合液の噴射によって容器内に発生した渦流が流体の粘性によって減速するが、容器の高さが小さいので、流体の停滞を生じさせることなく混合効率を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
２種以上の流体を混合する混合装置は、第１の混合機と第２の混合機を備えている。第１の混合機は、ポンプ等によって加圧された第１の流体に第２の流体を注入することにより混合して混合液を生成するように構成している。第２の混合機は、上部に向けて先細に形成したテーパ部の先端に送出口が設けられた円筒状の混合容器と、混合容器内に上記混合液を噴射することにより上記混合容器内に渦流を発生させて混合するように構成されている。まず、第１の混合機には第２の流体を注入するための注入口が設けられ、ポンプによって加圧された第１の流体を流通させるときに、注入口から第２の流体を注入することによって第１および第２の流体が混合されて混合液を生成する。この混合液は、上記ポンプによって加圧された状態で第２の混合機の噴射口から円筒状の混合容器内に噴射する。噴射口から噴射した混合液は、混合容器内の内周面に沿って渦流が発生し、混合液は渦流によって急激に撹拌されながら再び混合される。渦流によって混合容器内を回転する混合液は、その後、上部に向けて先細に形成したテーパ部を介して先端に設けた送出口から送出される。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明による流体混合装置の全体構成を示す構成図である。この流体混合装置は、第１の混合機１と第２の混合機２を備えている。第１の混合機１は、例えば、水、溶液、薬液等々の液体からなる第１の流体と、例えば、ガス等々の気体からなる第２の流体が混合される。なお、この実施例１においては、オゾン水生成装置に用いられる流体混合装置を例示するので、第１の流体をオゾン水の原料となる原料水、第２の流体を原料水に混合されてオゾン水に生成されるオゾンガスとしている。
【００２３】
第１の混合機１には、図３に示すように、ポンプ３によって加圧された状態で配管４を介して送られた原料水を噴射するために、内径を小さくした小径部となる噴射ノズル１１が配設されている。この噴射ノズル１１は、原料水が取り込まれる入口側よりも噴射口１１ａを小径に形成することにより、噴射口１１ａから噴射される原料水の流速を高めている。さらに、噴射ノズル１１の噴射口１１ａ付近には、図示しないオゾンガス生成装置によって生成された高濃度のオゾンガスを注入するための注入口１２が配設されている。
【００２４】
そして、噴射ノズル１１の噴射口１１ａからポンプ３により加圧された原料水を噴射すると、流速が高いことから噴射口１１ａ付近の圧力が減少して負圧域１３が形成されてキャビテーションが起こる。負圧域１３は減圧されているために、注入口１２から注入したオゾンガスが混合し易い状態となっているので、原料水には多くのオゾンガスを混合することができ、この結果、原料水にオゾンガスが混合された混合液が生成される。この混合液は、配管５を介して第２の混合機２に送られる。なお、第１の混合機１の構成として、原料水を流通させる流通路の内径を小さくした小径部を設けると共に、この小径部にオゾンガスを注入する注入口を設け、上記小径部において混合液を生成しても良い。この構成とした場合には、原料水が小径部を流通するとき流速が高くなるために減圧されるので、注入口から注入されるオゾンガスが原料水に混合され易くなる。また、原料水が水道水等のように既に加圧されている場合には、水道供給源におけるポンプにより原料水が加圧されるとものとする。さらに、高所の貯水槽から高度差によって原料水が加圧される場合も、同様に適用可能である。
【００２５】
また、第２の混合機２は、混合容器２１に噴射ノズル２２を設け、この噴射ノズル２２から上記混合液を噴射することにより、混合容器２１内に渦流を発生させて混合するように構成されている。すなわち、混合容器２１は、円筒状に形成された円筒部２１ａの上部に先細に形成したテーパ部２１ｂが形成され、このテーパ部２１ｂの先端に送出口２１ｃが設けられている。さらに、送出口２１ｃには送出管６が接続されている。また、円筒部２１ａの高さは、円筒部２１ａの直径よりも小さく設定されている。これは、混合液の粘性に関係していて、噴射ノズル２２から噴射された直後は噴射力によって勢いのある渦流７を発生させることができるが、円筒部２１ａを３回ほど回転すると粘性によって勢力が衰えて混合液を混合するだけの勢力が減少する。従って、円筒部２１ａの高さを直径よりも大きくした場合には、混合液が緩やかに回転するだけであり、混合することができなくなり、場合によっては混合されたオゾンガスと原料水が再び分離することがある。このため、円筒部２１ａを混合液が混合可能な勢力を有する範囲の高さに設定することにより、オゾンガスと原料水とを再分離させることなく送出することができる。
【００２６】
また、噴射ノズル２２は、混合容器２１の円筒部２１ａの底部近傍に設けられ、円筒部２１ａ内に突出させている。さらに、噴射ノズル２２の方向を混合容器２１の円筒部２１ａの内周面に対してほぼ接線方向に向けている。この噴射ノズル２２の一端は、第１の混合機１に連結されている。
【００２７】
次に、第２の混合機２の作用を説明する。第１の混合機１から配管５を介して送られた混合液は、上記ポンプ３によって加圧された状態で噴射ノズル２２から噴射される。混合液を噴射ノズル２２から円筒部２１ａの内周面に対してほぼ接線方向に向けて噴射することにより、図１において点線で示すように、円筒部２１ａ内周面に沿って向きが変えられて渦流７が発生し、この渦流７によって混合液が撹拌される。やがて、円筒部２１ａが混合液により充満すると、渦流７がテーパ部２１ｂに達する。テーパ部２１ｂが上部の送出口２１ｃに向けて先細に形成されているので、渦流７の回転半径が小さくなることから加圧された状態となり、混合が加速される。そして、渦流７によって混合された混合液は、送出口２１ｃから送出管６を介して送出される。
【００２８】
このように、混合液を噴射ノズル２２から噴射することによって混合容器２１内に渦流を発生させるが、混合液自体の粘性により渦流７が衰えることから、第２の混合機２の混合容器２１を小型にすることが可能となる。従って、流体混合装置も小型化することが可能となる。
【００２９】
前述したように、実施例１においては、原料水とオゾンガスを混合するので、第１の混合機１によって或る程度の濃度に達するが、この状態では原料水と分離したオゾンガスが残存している。従って、噴射ノズル２２からは、混合液と共にオゾンガスが噴射される。その後、噴射ノズル２２から混合液を噴射することにより混合容器２１内に渦流７を発生させると、混合液とオゾンガスとが強制的に撹拌されるので、混合容器２１内には超微細気泡が発生して混合液が乳白色になる。このような状態になることによって、残存したオゾンガスが混合液に混合される。この結果、オゾンガスの濃度がさらに高められた混合液を生成することができる。
【００３０】
なお、図１においては、噴射ノズル２２を円筒部２１ａの内周面に対してほぼ接線方向に向けているが、噴射ノズル２２から順次混合液を噴射することにより、混合容器２１内に混合液が充満すると共に、順次送出口２１ｃから送出されるので、混合容器２１内には上昇する渦流７が発生する。また、渦流７によって撹拌された混合液は、オゾンガスによって比重が小さくなることから、この要因によっても、混合容器２１内には上昇する渦流７が発生する。
【実施例２】
【００３１】
図４は、本発明による流体混合装置の第２の実施例を示す構成図である。第２の実施例においては、第２の混合機３０の噴射ノズル３１を混合容器のテーパ部２１ｂに設けている。なお、図１および図２と同符号は同じ構成を示し、その詳細な説明を省略する。図４において、第１の混合機１から配管５を介して送られた混合液を混合容器２１内に噴射する噴射ノズル３１を混合容器２１のテーパ部２１ｂに設け、噴射ノズル３１の方向を混合容器２１のやや下部方向に向けている。さらに、噴射ノズル３１は、図２に示した噴射ノズル２２と同様に、テーパ部２１ｂの内周面に対してほぼ接線方向に向けている。この噴射ノズル３１を設ける位置が異なる他は、前述した実施例１と同様に構成されている。
【００３２】
次に、実施例２における第２の混合機３０の作用を説明する。第１の混合機１から配管５を介して送られた混合液は、上記ポンプ３によって加圧された状態で噴射ノズル３１からやや下部方向に向けて噴射される。混合液をテーパ部２１ｂの内周面に対してほぼ接線方向に向けて噴射することにより、図４において点線で示すように、テーパ部２１ｂまたは円筒部２１ａの内周面に沿って向きが変えられて渦流３２が発生し、混合液が渦流３２によって撹拌される。噴射ノズル３１をやや下部方向に向けていることから、混合液によって生ずる渦流３２は、円筒部２１ａの底部に向けて下降する。このように渦流３２が発生した状態では、混合容器２１内が竜巻のようになる。このため、混合液が円筒部２１ａの底部に達するときには、混合液自体の粘性によって渦流３２が減速し、やがて混合液が上方方向に転ずる。混合容器２１の中央部は、渦流３２が緩やかなことから、混合液は中央部を通って送出口２１ｃに達し、送出管６を介して送出される。
【００３３】
この第２の実施例においても、第１の混合機１によって混合されなかったオゾンガスが噴射ノズル３１から混合液と共に噴射されるが、その後、混合容器２１内の渦流３２によって混合液とオゾンガスとが強制的に撹拌され、混合容器２１内の混合液は乳白色になって残存したオゾンガスが混合液に混合される。この結果、オゾンガスの濃度がさらに高められた混合液を得ることができる。
【００３４】
以上の実施例１および実施例２において、第２の混合機２１、３０の混合容器２２は、少なくとも内周面に凹凸がないことが望ましいが、渦流の発生を助長させるために、混合容器２２の内周面に渦状のリブを形成しても良い。また、渦流を多少変化させるために、混合容器２２の内周面または底面に凹凸を形成させても良い。
【００３５】
以上説明した本発明による流体混合装置は、オゾン水生成装置に使用される。以下、図５乃至図７に示すオゾン水生成装置について説明する。オゾン水生成装置４０は、大別すると、オゾンガスを生成するためのガス生成経路と、オゾン水を生成するための水経路から構成されている。まず、ガス生成経路は、外気から原料空気を取り込む取込口４１、原料空気の湿度を所定値に調整するための除湿機４２、原料空気を経路内に搬送するための搬送ポンプ４３、原料空気中の酸素を放電体４４の放電によりオゾンガスを生成させるオゾンガス生成装置４５、これらに原料空気を流通させる配管４６、および、上記オゾンガス生成装置４５の放電体４４に高電圧を印加するための高電圧電源４７を備えている。図５において、上記ガス生成経路は点線の矢印で示している。なお、図５において、符号５４はオゾン水生成装置を制御するためのコントローラである。
【００３６】
一方、実線の矢印で示す水経路は、原料水を取り込む取込口４８、上記オゾンガス生成装置４５によって生成されたオゾンガスを原料水に注入して混合すると共にオゾン水を生成するための流体混合装置４９、上記オゾン水によって上記原料空気を予備冷却する予備冷却機５０、流体混合装置４９によって生成されたオゾン水を流出させる流出口２１ｃ、および、これら水経路に原料水またはオゾン水を流通させる配管５２を備えている。原料水は、ポンプ５６によって水経路内を流通させている。
【００３７】
上述したガス生成経路において、取込口４１から取り込まれた外気の原料空気は、ポンプ４３によって除湿機４２に送られて、所定の湿度まで下げられる。原料空気を除湿冷却するための除湿手段としては、ペルチェ素子を冷却媒体として除湿する除湿機４２が使用される。除湿冷却した原料空気は、オゾンガス生成装置４５に導入される。オゾンガス生成装置４５は、原料空気の湿度によってオゾンガスの生成効率が変化することが知られている。このため、オゾンガス生成装置４５に導入する原料空気の温湿度管理を、除湿機４２とオゾンガス生成装置４５との間に設けた温度センサ５５によって制御される。
【００３８】
一方、上述したペルチェ素子を使用した除湿機４２における冷却能力を高めるために、除湿機４２によって除湿冷却する原料空気を、予備冷却機５０により予め冷却するように構成している。すなわち、除湿機４２に取り込まれる原料空気を、予備冷却機５０の予備冷却室５１内から取り込むように構成している。
【００３９】
オゾンガス生成装置４５によって生成されたオゾンガスは、逆止弁５３を介して、前述した流体混合装置４９に送り込まれてオゾン水が生成される。流体混合装置４９は、前述したように構成されていて、第１および第２の混合機によって、原料水とオゾンガスが混合されて、流出口２１ｃから流出させる。
【００４０】
上述したように、本発明による流体混合装置をオゾン水生成装置に使用した場合には、オゾンガス生成装置４５によって生成されたオゾンガスと原料水を、まず第１の混合機１により混合して混合液を生成し、この混合液を更に第２の混合機２において、渦流を発生させることにより、第１の混合機１により混合されなかったオゾンガスを混合液に強制的に混合させるので、オゾンガス濃度が高められたオゾン水を得ることができる。また、流体混合装置が小型に構成でき、しかも、構成が簡易なことから、製造コストを低減することが可能となる。さらに、運転コストも大幅に低減することができるので、オゾン水生成装置の製造コストの低減、および、このオゾン水生成装置の運転コストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、酸素、塩素、オゾン等の気体と、これら気体と混合可能な水、溶液、薬液等の液体との混合、上記気体どうしの混合、或いは、上記液体どうしの混合を行う混合機に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明にかかる流体混合装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した流体混合装置の上面図である。
【図３】本発明にかかる流体混合装置の第１の混合機を示す断面図である。
【図４】本発明にかかる流体混合装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明にかかる流体混合装置を使用したオゾン水生成装置を示す構成図である。
【図６】オゾン水生成装置の構成を示す上面図である。
【図７】オゾン水生成装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      第１の混合機
２      第２の混合機
３      ポンプ
７      渦流
１１    噴射ノズル（小径部）
１２    注入口
１３    負圧域
２１    混合容器
２１ａ  円筒部
２１ｂ  テーパ部
２１ｂ  送出口
２２    噴射ノズル
【図１】
2005144320.tif 000003
【図２】
2005144320.tif 000004
【図３】
2005144320.tif 000005
【図４】
2005144320.tif 000006
【図５】
2005144320.tif 000007
【図６】
2005144320.tif 000008
【図７】
2005144320.tif 000009