(57)【要約】本発明は第１の流体と第２流体とを含む流体を確実に混合可能な混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることを課題とする。本発明の混合装置１００は、第１流体である液体Ｌと第２流体である気体Ｇとを含む気液ＧＬの混合装置であって、該混合装置１００は、第１容器を備え、該第１容器は、１または複数の第１導入部１０６ｂと、該流体の流れを乱す乱流発生機構１と、１または複数の第１導出部１０５ｂとを備えている。
2018131714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体とを含む流体の混合装置であって、該混合装置は、第１容器を備え、
該第１容器は、
１または複数の第１導入部と、
該流体の流れを乱す乱流発生機構と、
１または複数の第１導出部と
を備えた、混合装置。
【請求項２】
第２容器をさらに備えた請求項１に記載の混合装置であって、
該第２容器は、
１または複数の第２導入部と、
前記第１の導出部と該第２導入部とを連通する連通部材と、
１または複数の第２導出部と
を備えた、混合装置。
【請求項３】
前記連通部材は、複数の連通管を含む、請求項２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記複数の連通管は、前記第１容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて配置される、請求項３に記載の混合装置。
【請求項５】
前記連通管は４本〜８本である、請求項３または請求項４に記載の混合装置。
【請求項６】
前記乱流発生機構は、
前記流体の旋回流を吐出する旋回流吐出部と、
該旋回流吐出部の吐出方向に設けられ、該旋回流吐出部から吐出された該流体の旋回流を受けるバッフル板と
を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項７】
前記バッフル板は平板状の円板であり、該バッフル板は、前記旋回流により、揺動しながら該バッフル板の揺動軸が該バッフル板の周方向に遷移するように回転する、請求項６に記載の混合装置。
【請求項８】
前記乱流発生機構は、前記連通管を通過する前記流体に対して、該流体を前記第１導出部に向けて押し出す力と、該流体を該第１導出部から引き戻す力とを繰り返し印加する、請求項３〜請求項７のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項９】
前記第１流体は液体であり、前記第２流体は、気体、または該第１流体とは異なる液体である、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項１０】
前記流体を混合する流体混合部をさらに備えた請求項１〜９のいずれか一項に記載の混合装置であって、該流体混合部において混合された該２以上の流体が、前記第１導入部から前記第１容器に導入される、混合装置。
【請求項１１】
前記第１容器の前記第１導出部から、または前記第２容器の前記第２導出部から導出された前記流体を収容する第３容器をさらに備え、該第３容器は、
１または複数の第３導入部と、
１または複数の第３導出部と
該流体の旋回流を発生させる旋回流発生部とを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項１２】
第１流体と第２流体との混合流体の製造方法であって、
該第１流体および該第２流体を、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の混合装置に供給することと、
該混合装置により該第１流体と該第２流体とを混合することと
を含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体と第２流体とを少なくとも含む流体を混合する混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から第１流体と第２流体とを少なくとも含む流体を混合する種々の混合装置がある。例えば、特許文献１には、第１流体と第２流体とを攪拌容器の中で混合し、両流体を攪拌混合する混合装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭６１-９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の混合装置では、第１流体を第２流体に混合するときに、第１流体の乱流が不十分であるため、第２流体の微細化が良好に行われず、混合が不十分であるという問題があった。【０００５】
本発明は、第１流体と第２流体とを含む流体を確実に混合可能な混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流体の混合装置（請求項１に記載の混合装置）は、第１流体と第２流体とを含む流体の混合装置であって、該混合装置は、第１容器を備え、該第１容器は、１または複数の第１導入部と、該流体の流れを乱す乱流発生機構と、１または複数の第１導出部とを備えている。【０００７】
本発明の１つの実施形態（請求項２に記載の混合装置）では、第２容器をさらに備えた請求項１に記載の混合装置であって、該第２容器は、１または複数の第２導入部と、前記第１の導出部と該第２導入部とを連通する連通部材と、１または複数の第２導出部とを備えていてもよい。【０００８】
本発明の１つの実施形態（請求項３に記載の混合装置）では、前記連通部材は、複数の連通管を含んでいてもよい。【０００９】
本発明の１つの実施形態（請求項４に記載の混合装置）では、前記複数の連通管は、前記第１容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて配置されていてもよい。【００１０】
本発明の１つの実施形態（請求項５に記載の混合装置）では、前記連通管は４本〜８本であってもよい。【００１１】
本発明の１つの実施形態（請求項６に記載の混合装置）では、前記乱流発生機構は、前記流体の旋回流を吐出する旋回流吐出部と、該旋回流吐出部の吐出方向に設けられ、該旋回流吐出部から吐出された該流体の旋回流を受けるバッフル板とを含んでいてもよい。【００１２】
本発明の１つの実施形態（請求項７に記載の混合装置）では、前記バッフル板は平板状の円板であり、該バッフル板は、前記旋回流により、揺動しながら該バッフル板の揺動軸が該バッフル板の周方向に遷移するように回転してもよい。【００１３】
本発明の１つの実施形態（請求項８に記載の混合装置）では、前記乱流発生機構は、前記連通管を通過する前記流体に対して、該流体を前記第１導出部に向けて押し出す力と、該流体を該第１導出部から引き戻す力とを繰り返し印加してもよい。【００１４】
本発明の１つの実施形態（請求項９に記載の混合装置）では、前記第１流体は液体であり、前記第２流体は、気体、または該第１流体とは異なる液体であってもよい。【００１５】
本発明の１つの実施形態（請求項１０に記載の混合装置）では、前記流体を混合する流体混合部をさらに備えた請求項１〜９のいずれか一項に記載の混合装置であって、該流体混合部において混合された該２以上の流体が、前記第１導入部から前記第１容器に導入されてもよい。【００１６】
本発明の１つの実施形態（請求項１１に記載の混合装置）では、前記第１容器の前記第１導出部から、または前記第２容器の前記第２導出部から導出された前記流体を収容する第３容器をさらに備え、該第３容器は、１または複数の第３導入部と、１または複数の第３導出部と該流体の旋回流を発生させる旋回流発生部とを含んでいてもよい。【００１７】
本発明の流体の製造方法（請求項１２に記載の製造方法）は、第１流体と第２流体との混合流体の製造方法であって、該第１流体および該第２流体を、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の混合装置に供給することと、該混合装置により該第１流体と該第２流体とを混合することとを含んでいる。
【発明の効果】
【００１８】
第１の流体と第２流体とを少なくとも含む流体を確実に混合可能な混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態１による第１の気泡微細化部１００ｂを含む微細気泡発生装置１００を説明するための図であり、図１（ａ）は、微細気泡発生装置１００の外観を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ１線断面の断面構造を示す。
【図２】図２は、図１に示す微細気泡発生装置１００に含まれる第１の気泡微細化部１００ｂを説明するための図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す第１の気泡微細化部１００ｂの外観を拡大して示し、図２（ｂ）は、第１の気泡微細化部１００ｂに含まれる乱流発生機構１の外観を示し、図２（ｃ）は、動作状態の乱流発生機構１の外観を示す。
【図３】図３は、図２に示す乱流発生機構１に含まれるバッフル板１ａと旋回流吐出ノズル１ｃとを説明するための図であり、図３（ａ）は、バッフル板１ａの断面の構造を示し、図３（ｂ）は、バッフル板１ａの正面の構造を示し、図３（ｃ）は、旋回流吐出ノズル１ｃの断面の構造を示し、図３（ｄ）は、旋回流吐出ノズル１ｃの正面の構造を示す。
【図４】図４は、図２に示す第１の気泡微細化部１００ｂに含まれる乱流発生部２０ｂを説明するための図であり、図４（ａ）は、乱流発生部２０ｂの外観を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ４方向から見た乱流発生部２０ｂの構造を示し、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す乱流発生部２０ｂを分解して示し、図４（ｄ）および図４（ｅ）は、乱流発生部２０ｂの上部フランジ１０５の上面および下面の構造を示し、図４（ｆ）および図４（ｇ）は、乱流発生部２０ｂの下部フランジ１０６の上面および下面の構造を示す。
【図５】図５は、図２に示す第１の気泡微細化部１００ｂに含まれる流体貯留部１０ｂを説明するための図であり、図５（ａ）は、流体貯留部１０ｂの外観を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ５方向から見た流体貯留部１０ｂの構造を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す流体貯留部１０ｂを分解して示し、図５（ｄ）および図５（ｅ）は、流体貯留部１０ｂの上部フランジ１０１の上面および下面の構造を示し、図５（ｆ）および図５（ｇ）は、流体貯留部１０ｂの下部フランジ１０２の上面および下面の構造を示す。
【図６】図６は、図１に示す微細気泡発生装置１００に含まれる気泡生成部１００ａを説明するための図であり、図６（ａ）は、気泡生成部１００ａの外観及び一部の断面を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ６−Ａ６線断面の断面構造を示し、図６（ｃ）は、気泡生成部１００ａの内側フランジ１２ｂの構造を示し、図６（ｄ）は、気泡生成部１００ａの旋回ガイド部材１３の構造を示し、図６（ｅ）は、図６（ｄ）のＤ６方向から見た旋回ガイド部材１３の構造を示す。
【図７】図７は、図１に示す微細気泡発生装置１００の動作を説明するための図であり、図７（ａ）は、微細気泡発生装置１００内での第１流体（水）と第２流体（空気）の流れを示し、図７（ｂ）は、乱流発生機構１が停止状態から動作状態に変化するときのバッフル板１ａの姿勢の変化を示している。
【図８】図８は、図７（ｂ）に示す乱流発生機構１のバッフル板１ａの揺動（共振動作）を説明するための図であり、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、バッフル板１ａが揺動しながら回転する、個々の回転位置Ｓ１〜Ｓ４での様子を示す斜視図及び平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２による第２の気泡微細化部３００を含む微細気泡発生装置１０００を説明するための図である。
【図１０】図１０は、第２の気泡微細化部３００を説明するための図であり、図１０（ａ）は、第２の気泡微細化３００の外観を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−１０−Ａ１０線断面の断面構造を示し、図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）のＡ１１点線枠部分を拡大して示す。
【図１１】図１１は、図１０（ｂ）に示す第２の気泡微細化部３００の部品を説明するための図であり、図１１（ａ）は、第２の気泡微細化部３００の外側筒状体３１０を示し、図１１（ｂ）は、第２の気泡微細化部３００を構成する内側柱状体３２０を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
本発明の実施形態において、第１流体である液体と、第２流体である気体との混合において、乱流を発生させた液体に、気体を混合することにより気体が微細化され微細気泡が発生する微細気泡発生装置として説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１流体として液体を含む流体、第２流体として第１流体の液体とは異なる種類の液体とを含む流体とする混合であってもよいし、第１流体として気体を含む流体、第２流体として第１流体の気体を含む流体とは異なる種類の気体を含む流体とする混合であってもよい。第１流体として液体を含む流体、第２流体として気体を含む流体を用いない場合においては、本明細書の微細気泡発生装置は第１流体と第２流体とを含む流体を混合する混合装置を構成し、気泡生成部は流体混合部を構成する。なお、本明細書において、「微細気泡」とは、一般に呼称されるマイクロバブルおよびナノバブルを総称したものであり、概ね直径５０μｍ以下の気泡を意味する。本明細書において、「約」とは、プラスマイナス１０％の範囲を示す。
【００２２】
混合する流体の種類は任意であり得る。例えば、流体が気体の場合、空気であってもよいし、酸素であってもよいし、炭酸ガスであってもよいし、オゾンガスであってもよい。例えば、流体が液体の場合、水であってもよいし、油であってもよいし、トルエン、アセトンなどの溶剤であってもよいし、凝集剤などの薬液であってもよいし、汚泥などの固形物を含んだ浄化槽汚染水などの環境水であってもよい。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態１による気泡微細化部１００ｂを含む微細気泡装置１００を説明するための図であり、図１（ａ）は、微細気泡装置１００の外観を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ１線断面の断面構造を示す。
【００２４】
この実施形態１による微細気泡発生装置１００は、導入された第１流体である液体Ｌ（例えば、水）に第２流体である気体Ｇ（例えば、空気）を混入して気泡を含む気液（混合流体）を生成するとともに、微細気泡を生成する微細気泡発生装置である。図１に示す実施形態において、混合する流体を液体（例えば、水）と気体（例えば、空気）とした場合で説明しているが、本発明はこれに限定されない。
【００２５】
この微細気泡発生装置１００は、液体Ｌと気体Ｇとを混合して気液ＧＬを生成する気泡生成部１００ａと、気液ＧＬに含まれる微細気泡をさらに微細化する気泡微細化部１００ｂとを備えている。
【００２６】
ここで、気泡生成部１００ａは架台１１０上に取り付けられ、さらに、気泡生成部１００ａ上には気泡微細化部１００ｂが取り付けられている。架台１１０は、気泡生成部１００ａを支持する支持フランジ１１２と、支持フランジ１１２から下方に延びる架台脚部１１１とを有している。支持フランジ１１２には第１流体導入継手１１２ａを介して第１流体導入管１２１が取り付けられている。
【００２７】
〔気泡微細化部１００ｂ〕
以下、気泡微細化部１００ｂについて詳しく説明する。
【００２８】
図２は、図１に示す微細気泡発生装置１００に含まれる気泡微細化部１００ｂを説明するための図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す気泡微細化部１００ｂの外観を拡大して示し、図２（ｂ）は、気泡微細化部１００ｂに含まれる乱流発生機構１の外観を示し、図２（ｃ）は、動作状態の乱流発生機構１の外観を示す。
【００２９】
気泡微細化部１００ｂは、図２（ａ）に示すように、気液ＧＬを流すための流路ＧＬｐを有する。流路ＧＬｐは、上流側流路部ＧＬｐ２と中間流路部ＧＬｐ３とを含む。また、下流側流路部ＧＬｐ１を含んでいてもよい。ここで、上流側流路部ＧＬｐ２は、気泡生成部１００ａで生成されて流路ＧＬｐを流れる気液ＧＬの流れを乱して気液ＧＬの乱流を発生させる乱流発生部（第１容器）２０ｂを含んでいる。中間流路部ＧＬｐ３は、下流側流路部ＧＬｐ１と上流側流路部ＧＬｐ２とを連結する連結部３０ｂである。下流側流路部ＧＬｐ１は、中間流路部ＧＬｐ３から吐出される気液ＧＬを一時的に溜める流体貯留部（第２容器）１０ｂとなっている。
【００３０】
〔乱流発生部２０ｂ〕
ここで、乱流発生部２０ｂは、乱流を発生させることが可能な任意の発生機構を取り得る。例えば、ピストン機構であってもよいし、羽根などの旋回流生成機構であってもよい。
【００３１】
好ましい実施形態において、図２（ａ）に示すように、流路ＧＬｐ３内を通過する気液ＧＬに対して、気液ＧＬを下流側流路部ＧＬｐ１に押し出す力と、気液ＧＬを上流側流路部ＧＬｐ２に引き戻す力とを繰り返し印加することにより気液ＧＬの乱流を発生させる乱流発生機構１である。好ましい実施形態において、乱流発生機構１は、図２（ｂ）に示すように、平板状の円板であるバッフル板１ａと、バッフル板１ａにらせん状の旋回流である気液ＧＬを吹き付ける旋回流吐出ノズル１ｃとを含む。さらに、バッフル板１ａの移動範囲を一定範囲内に規制するバッフル規制体１ｂを有していてもよい。
【００３２】
図３は、図２に示す乱流発生機構１に含まれるバッフル板１ａと旋回流吐出部である旋回流吐出ノズル１ｃとを説明するための図であり、図３（ａ）は、バッフル板１ａの断面の構造を示し、図３（ｂ）は、バッフル板１ａの正面の構造を示し、図３（ｃ）は、旋回流吐出ノズル１ｃの断面の構造を示し、図３（ｄ）は、旋回流吐出ノズル１ｃの正面の構造を示す。図３に示す実施形態において、旋回流吐出部はノズルである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、旋回流を吐出する吐出管であってもよい。
【００３３】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、バッフル板１ａは、厚さの薄い平板状の円板である。バッフル板１ａの材質は任意の材質であり得る。例えば、プラスチックであってもよいし、アルミや鉄（ステンレス）などの金属であってもよい。
【００３４】
バッフル板１ａの厚さおよび重さは、求められる気液ＧＬの吐出量や微細気泡の大きさなどにより任意の厚さおよび重さに調整し得る。一般的には、厚さを薄くしたり軽い材料を用いてバッフル板１ａの重さを軽くすれば、バッフル板１ａの揺動および回転が速くなるため、気液ＧＬに含まれる気泡の微細化および混合する能力を高くできる。例えば、１つの具体的な実施形態においては、気液ＧＬの吐出量が約３００Ｌ／ｍｉｎの条件に対して、バッフル板１ａの厚さを約５ｍｍ、重さを約４００ｇとしているが、本発明はこれに限定されない。
【００３５】
バッフル板の形状は、任意の形状であり得る。図３に示す実施形態において、バッフル板１ａは円板であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、三角板であってもよいし、四角板であってもよいし、多角形板であってもよい。バッフル板１ａの外径Ｂ１は、旋回流吐出ノズル１ｃから噴出される旋回流を受けることが可能な範囲で任意の大きさを取り得る。バッフル板１ａの外径Ｂ１があまり小さすぎると旋回流を受ける部分が小さくなり、バッフル板１ａの揺動および回転の動きが抑制され、乱流を発生する機能が損なわれる。また、バッフル板１ａの外径Ｂ１があまり大きくなりすぎても、旋回流によるバッフル板１ａの揺動および回転の動きが抑制されるため、乱流を発生する機能が損なわれる。本発明の好ましい実施形態においては、バッフル板１ａの形状は、旋回流を最も効率的に受けることができる円形であり得る。好ましい実施形態において、バッフル１ａの外径Ｂ１は、旋回流吐出ノズル１ｃのノズル内径Ｃ１に対して約３倍〜約５倍であるが、本発明はこれに限定されない。具体的な実施形態においては、バッフル１ａの外径Ｂ１は、約１００ｍｍ〜約１５０ｍｍであるがこれに限定されない。
【００３６】
バッフル板１ａの開口の大きさＢ２は、旋回流吐出ノズル１ｃから噴出される旋回流を受けること、およびバッフル規制体１ｂが挿入可能な範囲で任意の大きさを取り得る。
【００３７】
バッフル板１ａの開口Ｂ２は、あまり大きすぎると旋回流を受ける部分が小さくなり、バッフル板１ａの揺動および回転の動きが抑制され、乱流を発生する機能が損なわれる。また、バッフル板１ａの開口Ｂ２があまり小さすぎると、バッフル規制体１ｂの外径との隙間が小さくなりすぎて、バッフル板１ａの揺動および回転の動きが抑制され、乱流を発生する機能が損なわれる。好ましい実施形態において、開口Ｂ２の内径は、バッフル規制体１ｂの外径よりも大きく、旋回流吐出ノズル１ｃの旋回流噴出部の大きさＣ１よりも小さい。具体的な実施形態においては、開口Ｂ２の内径は約１５ｍｍ〜約２５ｍｍであるが、本発明はこれに限定されない。
【００３８】
図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、旋回流吐出ノズル１ｃは、大きさＣ１の旋回流噴出部を有する。旋回流噴出部の大きさＣ１は、旋回流の噴出圧や噴出量に応じて任意の大きさであり得る。例えば、１つの具体的な実施形態において、液体Ｌの供給圧を約０．２６ＭＰａ、気液ＧＬの吐出量を３００Ｌ／ｍｉｎという条件において、旋回流噴出部の大きさＣ１は、φ約２０ｍｍ〜約３０ｍｍであるが、本発明はこれに限定されない。なお、バッフル板１ａの企図される揺動および回転のためには、液体Ｌの供給圧が約０．０５ＭＰａ以上であることが好ましい。旋回流噴出部の形状は任意であり得る。図３に示す実施形態において、円形開口である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、三角形開口であってもよいし、四角形開口であってもよいし、多角形開口であってもよい。
【００３９】
旋回流吐出ノズル１ｃは、テーパ角度Ｃ２のテーパ部を有する。テーパ角度Ｃ２は、バッフル板１ａの傾斜がバッフル板１ａの周方向に遷移するようにバッフル板１ａに旋回流が当たるように調整される。テーパ角度Ｃ２が小さすぎても大きすぎても、バッフル板１ａの傾斜がバッフル板１ａの周方向に遷移するようにバッフル板１ａは動作しなくなる。具体的な実施形態において、テーパ角度Ｃ２は約３０〜約５０°、より好ましくは約４０〜約４５°である。
【００４０】
テーパ部のテーパ径Ｃ３は、バッフル板１ａの傾斜がバッフル板１ａの周方向に遷移するようにバッフル板１ａに旋回流が当たるように調整される。テーパ径Ｃ３が小さすぎても大きすぎても、バッフル板１ａの揺動および回転の動きが実現しなくなる。好ましい実施形態において、テーパ径Ｃ３はバッフル板１ａの外径Ｂ１の約１／４〜約３／４であり、特に好ましくは約１/２であり得る。具体的な実施形態において、テーパ径Ｃ３は約５
０〜約７５ｍｍであるが、本発明はこれに限定されない。
【００４１】
旋回流吐出ノズル１ｃの高さＣ４は、任意の高さであり得る。具体的な実施形態において、約２５ｍｍ〜約４０ｍｍであるが、本発明はこれに限定されない。
【００４２】
図４は、図２に示す気泡微細化部１００ｂに含まれる乱流発生部２０ｂを説明するための図であり、図４（ａ）は、乱流発生部２０ｂの外観を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ４方向から見た乱流発生部２０ｂの構造を示し、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す乱流発生部２０ｂを分解して示し、図４（ｄ）および図４（ｅ）は、乱流発生部２０ｂの上部フランジ１０５の上面および下面の構造を示し、図４（ｆ）および図４（ｇ）は、乱流発生部２０ｂの下部フランジ１０６の上面および下面の構造を示す。
【００４３】
乱流発生部２０ｂは、第１容器を形成し、図４（ａ）に示すように、外形円柱形状の筒状体１０７と、筒状体１０７の両端に配置された円板状の上部フランジ１０５および下部フランジ１０６と、これらのフランジ１０５および１０６と筒状体１０７とを固定するための固定支柱１０８とを有する。固定支柱１０８は、図４（ｃ）に示すように、支柱本体１０８ｃと、支柱本体１０８ｃの両側に形成されたネジ部（支柱ネジ部）１０８ｄおよび１０８ｅとを有し、支柱ネジ部１０８ｄおよび１０８ｅには、ナット１０８ａおよび１０８ｂが装着されるようになっている。
【００４４】
図４に示す実施形態において、第１容器は円筒状筒体である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。第１容器は任意の筒状体であり得る。例えば、四角柱体であってもよいし、三角柱体であってもよいし、多角柱体であってもよい。
【００４５】
ここで、下部フランジ１０６の略中央には、図４（ｇ）に示すように、気泡生成部１００ａからの気液ＧＬの第１導入部となる第１流体導入開口１０６ｂが形成され、下部フランジ１０６の周囲には一定間隔で、固定支柱１０８のネジ部１０８ｅを挿入するための支柱挿入孔１０６ａが形成されている。図４（ａ）に示す実施形態においては、第１導入部となる第１流体導入開口１０６ｂは１つであるが、これに限定されない。第１流体導入開口１０６ｂは複数設けてもよい。
【００４６】
下部フランジ１０６のうちの筒状体１０７と接する上面には、図４（ｆ）に示すように、筒状体１０７の下端縁部を収容するための円形溝１０６ｄが形成されており、円形溝１０６ｄには、気液ＧＬの漏れ防止のためのシール材（図示せず）が埋め込まれている。シール材には、例えばリング状のゴム製パッキンが用いられるが、これに限定されない。
【００４７】
さらに、下部フランジ１０６の上面中央には、第１流体導入開口１０６ｂに重なるように乱流発生機構１を構成する旋回流吐出ノズル１ｃが取り付けられており、流体導入開口１０６ｂから導入された気液ＧＬの旋回流が旋回流吐出ノズル１ｃから筒状体１０７内に吹き出すようになっている。
【００４８】
下部フランジ１０６の下面には、外形円錐台形状の筒状体１４が第１流体導入開口１０６ｂに重なるように筒状体１４の上端部が溶接などにより固着されている。
【００４９】
また、上部フランジ１０５の中心部分には、図４（ｄ）に示すように、第２流体（気体）を導入するための第１導入部である第２流体導入開口１０５ｃが形成されており、第２流体導入開口１０５ｃには第２流体導入管３２の一端が接続されている。上部フランジ１０５の周囲には、固定支柱１０８のネジ部１０８ｄを挿入するための支柱挿入孔１０５ａが一定間隔で形成されている。図４に示す実施形態においては、第１導入部となる第２流体導入開口１０５ｃは１つであるが、これに限定されない。例えば、複数設けてもよいし、第２流体導入開口１０５ｃを設けず、第１流体導入開口１０６ｂから第１流体とともに第２流体を導入してもよい。
【００５０】
上部フランジ１０５のうちの筒状体１０７と接する下面には、図４（ｅ）に示すように、筒状体１０７の上端縁部を収容するための円形溝１０５ｄが形成されており、円形溝１０５ｄには、気液ＧＬの漏れ防止のためのシール材（図示せず）が埋め込まれている。上部フランジ１０５における円形溝１０５ｄよりも内側に位置する部分には、気液ＧＬを乱流発生部２０ｂから連結管３１に流出させるための第１導出部である流体流出口１０５ｂが設けられている。流体流出口１０５ｂには、連結部３０ｂを構成する連結管３１の一端が接続されている。図４に示す実施形態においては、流体流出口１０５ｂ（第１導出部）は複数設けられているが、これに限定されない。例えば、流体流出口１０５ｂ（第１導出部）は１つでもよい。
【００５１】
流体流出口（第１導出部）１０５ｂは、気液ＧＬを連結管３０ｂに流出できる範囲で、任意の位置に、任意の大きさで、任意の数を設置することが可能である。
【００５２】
好ましい実施形態において、図４に示すように、できるだけ円形溝１０５ｄの近く、つまり第１容器の外周側に設ける。第１容器の外周側の方がバッフル板１ａの動きによる気液ＧＬの圧力が高くなるため、その付近に流体流出口（第１導出部）１０５ｂを設けることにより、効率的に気液ＧＬ内に含まれる気泡を微細化することができる。また、このように流体流出口１０５ｂ（第１導出部）を第１容器の外周側に設けることにより、第１容器の隅部に滞留しがちな気泡を含む気液ＧＬに乱流を生じさせることができるため、乱流により気液ＧＬ内の気泡の微細化が促進される。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００５３】
流体流出口１０５ｂ（第１導出部）の大きさ（断面積）は、大きいと流速や水圧が高められず乱流の発生が不十分となるので小さいほうが好ましいが、小さすぎると吐出量が制限される。好ましい実施形態においては、流体流出口１０５ｂ（第１導出部）の大きさ（断面積）は、旋回流吐出ノズル１ｃの旋回流噴出部の断面積の約１．５倍〜約３倍である。第１容器の中心軸からどの程度の距離離れた位置に流体流出口１０５ｂ（第１導出部）を設置するかが決まれば、上記条件に基づいて、流体流出口１０５ｂ（第１導出部）の径や数を設定することができるが、本発明はこれに限定されない。
【００５４】
好ましい実施形態において、図４に示すように、流体流出口（第１導出部）１０５ｂが第１容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて複数設けられている。流体流出口（第１導出部）１０５ｂを複数設けることにより、乱流が流れる場所が増加し、乱流により気液ＧＬ内の気泡の微細化が促進される。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００５５】
図４に示す実施形態においては、隣接する流体流出口（第１導出部）１０５ｂ同士の間隔はいずれも一定距離間隔を空けた状態である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、それぞれ隣接する流体流出口（第１導出部）１０５ｂ同士の間隔を異ならせてもよい。図４に示す実施形態において、流体流出口（第１導出部）１０５ｂを６個、連通管３１を６本設ける場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。好ましい実施形態において、流体流出口（第１導出部）１０５ｂは４個〜８個、連通管３１は４〜８本であるが、本発明はこれに限定されない。
【００５６】
流体流出口（第１導出部）１０５ｂの内径は第１容器の内径よりも小さいため、流体流出口（第１導出部）１０５ｂから連結管３１に流出する気液ＧＬの流速は、第１容器内を流れる気液ＧＬの流速よりも速く、乱流となるため、連結管３１内で、気液ＧＬ内の気泡の微細化が促進される。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００５７】
上部フランジ１０５の下面中央には、第２流体導入開口１０５ｃに重なるように乱流発生機構１を構成するバッフル規制体１ｂが取り付けられている。バッフル規制体１ｂの下端部１ｂ１は、バッフル板１ａの中央の開口１ａ１を介して旋回流吐出ノズル１ｃの吐出口１ｃ１内に若干入り込む位置まで下方に延びており、バッフル板１ａの移動範囲がバッフル規制体１ｂにより規制されるようになっている。バッフル規制体１ｂの略中心部には、気泡生成部１００ａに第２流体（気体）を導入するための通路１ｂ２が形成されている。図４に示す実施形態において、第２流体（気体）を導入する通路１ｂ２をバッフル規制体１ｂの略中心部に１つ設ける場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。第２流体（気体）を導入する通路１ｂ２はバッフル規制体１ｂに設けず別体として設けてもよいし、通路の数を複数設けてもよい。
【００５８】
〔流体貯留部１０ｂ（第２容器）〕
図５は、図２に示す気泡微細化部１００ｂに含まれる流体貯留部（第２容器）１０ｂを説明するための図であり、図５（ａ）は、流体貯留部（第２容器）１０ｂの外観を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ５方向から見た流体貯留部（第２容器）１０ｂの構造を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す流体貯蓄部（第２容器）１０ｂを分解して示し、図５（ｄ）および図５（ｅ）は、流体貯蓄部（第２容器）１０ｂの上部フランジ１０１の上面および下面の構造を示し、図５（ｆ）および図５（ｇ）は、流体貯蓄部（第２容器）１０ｂの下部フランジ１０２の上面および下面の構造を示す。
【００５９】
第２容器を構成する流体貯留部１０ｂは、図５（ａ）に示すように、外形円柱形状の筒状体１０３と、筒状体１０３の両端に配置された円板状の上部フランジ１０１および下部フランジ１０２と、これらのフランジ１０１および１０２と筒状体１０３とを固定するための固定支柱１０４とを有する。固定支柱１０４は、図５（ｃ）に示すように、支柱本体１０４ｃと、支柱本体１０４ｃの両側に形成されたネジ部（支柱ネジ部）１０４ｄおよび１０４ｅとを有し、支柱ネジ部１０４ｄおよび１０４ｅには、ナット１０４ａおよび１０４ｂが装着されるようになっている。図５に示す実施形態において、第２容器は円筒状筒体である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。第２容器は任意の筒状体であり得る。例えば、四角柱体であってもよいし、三角柱体であってもよいし、多角柱体であってもよい。
【００６０】
ここで、下部フランジ１０２の周囲には一定間隔で、図５（ｇ）に示すように、固定支柱１０４のネジ部１０４ｅを挿入するための支柱挿入孔１０２ａが形成されている。
【００６１】
下部フランジ１０２のうちの筒状体１０３と接する上面には、図５（ｆ）に示すように、筒状体１０３の下端縁部を収容するための円形溝１０２ｃが形成されており、円形溝１０２ｃには、気液ＧＬの漏れ防止のためのシール材（図示せず）が埋め込まれている。シール材には、例えばリング状のゴム製パッキンが用いられるが、本発明はこれに限定されない。
【００６２】
下部フランジ１０２における円形溝１０２ｃよりも内側に位置する部分には、第２導入部である流体流入口１０２ｂが設けられている。流体流入口（第２導入部）１０２ｂは、気液ＧＬを流体貯蓄部１０ｂに効率よく流入できる範囲で、任意の位置に、任意の大きさで、任意の数を設置することが可能である。
【００６３】
好ましい実施形態において、図５に示すように、流体流入口（第２導入部）１０２ｂは、できるだけ円形溝１０２ｃの近く、つまり第２容器の外周側に設ける。第２容器の外周側の方がバッフル板１ａの動きによる気液ＧＬの圧力が高くなるため、その付近に流体流入口（第２導入部）１０２ｂを設けることにより、効率的に気液ＧＬ内に含まれる気泡を微細化することができる。また、このように流体流入口（第２導入部）１０２ｂを第２容器の外周側に設けることにより、第２容器の隅部に滞留しがちな気泡を含む気液ＧＬに乱流を生じさせることができるため、乱流により気液ＧＬ内の気泡の微細化が促進される。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００６４】
流体流入口（第２導入部）１０２ｂの大きさ（断面積）は、大きいと流速や水圧が高められず乱流の発生が不十分となるので小さいほうが好ましいが、小さすぎると吐出量が制限される。好ましい実施形態においては、流体流入口（第２導入部）１０２ｂの大きさ（断面積）は、旋回流吐出ノズル１ｃの旋回流噴出部の断面積の約１．５倍〜約３倍であるが、本発明はこれに限定されない。第２容器の中心軸からどの程度の距離離れた位置に流体流入口（第２導入部）１０２ｂを設置するかが決まれば、上記条件に基づいて、流体流入口（第２導入部）１０２ｂの径や数を設定することができるが、本発明はこれに限定されない。
【００６５】
好ましい実施形態において、図５に示すように、流体流入口（第２導入部）１０２ｂが、流体貯留部（第２容器）１０ｂの中心軸から同一距離に、互いに一定間隔を空けて複数形成されている。流体流入口（第２導入部）１０２ｂには、連結部３０ｂを構成する連結管３１の他端が接続されている。また、流体流入口（第２導入部）１０２ｂを複数設けることにより、乱流が流れる場所が増加し、乱流により気液ＧＬ内の気泡の微細化が促進される。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００６６】
図５に示す実施形態において、流体流入口（第２導入部）１０２ｂを６個設ける場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。好ましい実施形態において、流体流入口（第２導入部）１０２ｂは連通管３１と同数の４〜８個であるが、本発明はこれに限定されない。
【００６７】
乱流発生機構１による第１容器から連通管３１を通過する気液ＧＬに対して、気液ＧＬを第１容器から第１導出部へ押し出す力によって連結管３１を通過する際に流速が速くなる気液ＧＬが第２容器内に流入されることにより、第２容器内に存在する他の気液ＧＬと活発に混ざり合うことになる。その際乱流が発生することより、気液ＧＬ内の気泡の微細化が促進される。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００６８】
また、上部フランジ１０１の中心部分には、図５（ａ）に示すように、気液を吐出するための流体吐出継手１０１ａが取り付けられており、流体吐出継手１０１ａには第２導出部である流体吐出管（第２導出部）１２２が接続されている。上部フランジ１０１の周囲には、固定支柱１０４のネジ部１０４ｄを挿入するための支柱挿入孔１０１ｂが一定間隔で形成されている。図５に示す実施形態において、流体吐出管（第２導出部）１２２は１つであるが、本発明はこれに限定されない。複数設けてもよい。
【００６９】
上部フランジ１０１のうちの筒状体１０３と接する下面には、図５（ｅ）に示すように、筒状体１０３の上端縁部を収容するための円形溝１０１ｄが形成されており、円形溝１０１ｄには、気液ＧＬの漏れ防止のためのシール材（図示せず）が埋め込まれている。
【００７０】
〔気泡生成部１００ａ〕
図６は、図１に示す微細気泡発生装置１００に含まれる気泡生成部１００ａを説明するための図であり、図６（ａ）は、気泡生成部１００ａの外観及び一部の断面を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ６−Ａ６線断面の断面構造を示し、図６（ｃ）は、気泡生成部１００ａの内側フランジ１２ｂの構造を示し、図６（ｄ）は、気泡生成部１００ａの旋回ガイド部材１３の構造を示し、図６（ｅ）は、図６（ｄ）のＤ６方向から見た旋回ガイド部材１３の構造を示す。
【００７１】
気泡生成部１００ａは、図６（ａ）に示すように、液体Ｌの旋回流を発生させる旋回流発生部１０ａと、発生した液体Ｌの旋回流を発達させる旋回流発達部２０ａと、発達した液体Ｌの旋回流の旋回速度を加速する旋回流加速部３０ａとを有する。
【００７２】
以下気泡生成部１００ａの構造を具体的に説明する。
【００７３】
気泡生成部１００ａは、円筒形状の外側筒状体１１と、外側筒状体１１の内側に配置された円筒形状の内側筒状体１２と、内側筒状体１２の下端面に取り付けられた内側フランジ１２ｂとを有している。ここで、外側筒状体１１の中心軸は内側筒状体１２の中心軸と略一致している。
【００７４】
内側フランジ１２ｂには、外側筒状体１１内に導入された液体Ｌ（流体）を旋回させるための旋回ガイド部材１３が取り付けられている。旋回ガイド部材１３は、図６（ｄ）及び図６（ｅ）に示すように、内側フランジ１２ｂにボルトとナット（図示せず）で取付けられた羽根フランジ１３ａと、羽根フランジ１３ａに溶接などで固定された羽根体１３ｂとを有する。なお、図中、１２ｂ１は、内側フランジ１２ｂに形成されたボルト挿入孔、１３ａ１は、羽根フランジ１３ａに形成されたボルト挿入孔である。外側筒状体１１内の旋回ガイド部材１３が配置された領域が旋回流発生部１０ａとなっている。
【００７５】
気泡生成部１００ａでは、外側筒状体１１と内側筒状体１２との間の領域は、図６（ｂ）に示すように、外側筒状体１１内に導入された液体Ｌ（流体）が通過する流路となっており、この流路を通過する液体Ｌ（流体）が、内側筒状体１２の側壁に形成された側壁開口１２ａから内側筒状体１２内に入り込むと、液体Ｌ（流体）の旋回流の回転が逆転するとともに、液体（流体）の旋回流の流速が高められるようになっている。外側筒状体１１内の内側筒状体１２が配置された領域が、旋回流発達部２０ａとなっている。
【００７６】
気泡生成部１００ａでは、内側筒状体１２の上端には外径円錐台形状の筒状体１４が配置されており、内側筒状体１２内に入り込んだ液体Ｌの旋回流がこの筒状体１４内に入り込むと、旋回流の旋回速度が一気に加速されるようになっている。外径円錐台形状の筒状体１４内の領域が旋回流加速部３０ａとなっている。
【００７７】
次に、本実施形態１による微細気泡発生装置１００の動作を説明する。
【００７８】
図７は、図１に示す微細気泡発生装置１００の動作を説明するための図であり、図７（ａ）は、微細気泡発生装置１００内での液体Ｌ（水）と気体Ｇ（空気）の流れを示し、図７（ｂ）は、乱流発生機構１が停止状態から動作状態に変化するときのバッフル板１ａの姿勢の変化を示している。
【００７９】
圧送部（図示せず）によって圧送された液体Ｌが第１流体導入管１２１を通して気泡生成部１００ａの外側円筒体１１内に導入されると、外側円筒体１１内の旋回流発生部１０ａでは、導入された液体Ｌが旋回ガイド部材１３の羽根体１３ｂにより案内される方向に旋回する。さらに、液体Ｌの旋回流は、旋回流発達部２０ａに至り、この部分に設けられている外側円筒体１１と内側円筒体１２との間を流れるうちに内側円筒体１２の側壁開口１２ａから内側円筒体１２内に入り込み、この際、旋回流の回転が逆転し、さらに液体の旋回の強さが増大した旋回流に発達する。
【００８０】
図７に示す実施形態においては、導入された液体Ｌが旋回ガイド部材１３の羽根体１３ｂにより案内される方向に旋回する場合について説明しているが、本発明はこれに限定さない。例えば、旋回ガイド部材１３の羽根体１３ｂを設けず、液体Ｌが断面視環状の接線方向に沿って導入されるように外側円筒体１１の周面の一部に第１流体導入管１２１を設けることによって、液体に旋回流を生じさせてもよい。このようにすることで、羽根体１３ｂを設ける必要がないため、装置の構成が簡素化し、製造コストやランニングコストを削減することができる。
【００８１】
図７に示す実施形態においては、内側円筒体１２を設けることにより、旋回流の回転を逆転させている場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。内側円筒体１２を設けず、旋回流の回転が一方向のみであってもよい。
【００８２】
このように発達した液体Ｌの旋回流は、液体Ｌの流入圧により内側円筒体１２内を押し上げられて円錐台形状の筒状体１４に到達する。円錐台形状の筒状体１４に到達した液体Ｌの旋回流の旋回速度は、筒状体１４の上側ほど半径が小さくなった円錐台構造によって一気に増大することとなり、旋回する液体Ｌには大きな遠心力が作用する。
【００８３】
この遠心力の作用により、円錐台形状の筒状体１４の中心部は負圧となる。この負圧の力によって、第２流体である気体（空気）Ｇが自動的に第２流体導入管３２及びバッフル規制体１ｂの第２流体通路１ｂ２を介して円錐台形状の筒状体１４の略中心部に導入される。このように負圧の力によって第１流体である液体Ｌと混合する第２流体である気体Ｇを自動的に供給することができることにより、第２流体である気体Ｇを供給するためのポンプやコンプレッサーなどが不要となり、装置のコスト削減に貢献することができる。また、負圧は第１流体である液体Ｌの流量（流速）に応じて変化するものである。例えば、液体Ｌの流量（流速）が減少すればそれに伴い負圧が低下し、自動的に供給される気体Ｇの供給量も低下する。逆に、液体Ｌの流量（流速）が増加すればそれに伴い負圧が上昇し、自動的に供給される気体Ｇの供給量も増加する。これにより、第１流体である液体Ｌの供給状況に応じて第２流体である気体Ｇの供給量を自動的に調整することができるため、混合条件の安定化が図れる。また、第２流体である気体Ｇの供給量を調整するための調整弁などが不要となるため、装置のさらなるコスト削減に貢献することができる。
【００８４】
この作用は、特に、汚泥を含む液体に凝集剤などの薬液を混合してフロックを形成し、そのフロックをスクリューフィルターで除去して浄化する装置に用いられる混合装置に有用である。例えば、汚泥を含む液体を混合装置１００の第１流体導入管１２１に導入し、凝集剤などの薬液を第２流体導入管３２から供給するようにする。そうすることにより、汚泥を含む液体の流量（流速）に応じた量の薬液が自動的に供給されて汚泥を含む液体と混合されることになり、安定してフロックを形成することができる。形成されたフロックを含む液体をその後に公知のスクリューフィルターに通すことにより、フロックが除去され汚泥の含まない液体を得ることが可能となる。
【００８５】
ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、第２流体である気体Ｇを第２流体導入管３２から供給することなく、第１流体である液体Ｌと第２流体である気体Ｇとを予め混合した状態で第１流体導入管１２１から導入してもよいし、第２流体である気体Ｇを圧送部（図示せず）で圧送した状態で第２流体導入管３２から供給するようにしてもよい。
【００８６】
この筒状体１４の略中心部に導入された気体Ｇは、筒状体１４内を旋回する液体Ｌと混合され、気体Ｇを含む液体（気液）ＧＬが旋回しながら筒状体１４の先端の旋回流吐出ノズル１ｃから乱流発生部２０ｂの円筒体１０７内に吹き出される。
【００８７】
旋回しながら吹き出された気液ＧＬｐの勢いにより、旋回流吐出ノズル１ｃ上に配置されていたバッフル板１ａが浮き上がり、さらに、旋回流加速部３０ａの円筒体１４および乱流発生部２０ｂの円筒体１０７の内部で生じている負圧（内部負圧）によりバッフル板１ａの浮き上がりが規制され、バッフル板１ａはその上側に導入される気液の勢いと吹き出される気液の勢いとのバランスによって、バッフル板１ａが振動することとなる。
【００８８】
以下、バッフル板１ａの揺動（共振動作）について説明する。
【００８９】
図８は、図７（ｂ）に示す乱流発生機構１のバッフル板１ａの揺動（共振動作）を説明するための図であり、図８（ａ）及び８（ｂ）は、バッフル板１ａが揺動しながら回転する、個々の回転位置Ｓ１〜Ｓ４での様子を示す斜視図及び平面図である。
【００９０】
微細気泡発生装置１００が停止している状態では、旋回流吐出ノズル１ｃから乱流発生部２０ｂ内に導入される気液ＧＬの流れがなく、バッフル板１ａは旋回流吐出ノズル１ｃ上に載った状態（載置状態Ｓ０）となっている。この状態で、微細気泡発生装置１００が起動されると、乱流発生部２０ｂ内には、気泡生成部１００ａで生成された気液ＧＬの旋回流が旋回流吐出ノズル１ｃから吹き出される。
【００９１】
このように気液ＧＬの旋回流が旋回流吐出ノズル１ｃから吹き出されると、旋回流吐出ノズル１ｃの上に載っているバッフル板１ａには、吹き出される気液ＧＬの旋回流の勢いによりバッフル板１ａを旋回流吐出ノズル１ｃから持ち上げようとする持上げ力が働き、これによりバッフル板１ａが旋回流吐出ノズル１ｃ上に浮き上がった状態となる。一方、旋回流加速部３０ａの円筒体１４内の中央部では、旋回流の加速により負圧が発生しており、さらに乱流発生部２０ｂの円筒体１０７内の中央部でも負圧が発生しており、これらの内部負圧による気液の吸い込みにより、旋回流吐出ノズル１ｃから浮き上がたバッフル板１ａを旋回流吐出ノズル１ｃ側に引き戻そうとする引張り力が働く。従って、バッフル板１ａは、旋回流による持上げ力が、内部負圧で生じる吸込みによる引張り力及びバッフル板１ａの自重と釣り合う高さ位置に保持され、浮遊した状態となる。
【００９２】
旋回流吐出ノズル１ｃ上に載置されているバッフル板１ａの中心は旋回流吐出ノズル１ｃの開口の中心に対してずれていたり、外乱を受けるため、バッフル板１ａは傾いた状態で旋回流吐出ノズル１ｃの上方に持ち上げられる。
【００９３】
ところが、バッフル板１ａの位置は、バッフル規制体１ｂによりバッフル板１ａの移動範囲が規制されていることから、旋回流吐出ノズル１ｃの開口中心から大きくずれることはないので、旋回流の影響で乱流発生部２０ｂの中心部に発生している負圧の影響などにより、持上げられたバッフル板１ａは、その中心が旋回流吐出ノズル１ｃの開口中心に一致する位置に向かう力を受ける。また同時に、旋回流の勢いは、旋回流吐出ノズル１ｃの開口中心軸周りで均一であるので、バッフル板１ａの中心が旋回流吐出ノズル１ｃの開口中心に近づくにつれて、傾いているバッフル板１ａは、旋回流の断面に平行な姿勢に戻ろうとする力も受ける。ただし、バッフル板１ａが旋回流の断面に平行な姿勢に戻る動きには慣性力が働くので、バッフル板１ａは、バッフル板１ａの片側が下がるともう片側が上がるような揺動をする状態となる。
【００９４】
この揺動は、バッフル板１ａの自重と気液ＧＬの旋回流の勢いと内部負圧による気液ＧＬの吸込みの勢いとの関係で共振条件が満たされたときには、旋回流吐出ノズル１ｃからの気液ＧＬの旋回流と、内部負圧による気液ＧＬの吸い込みとにより揺動が継続する共振状態となる。
【００９５】
さらに、バッフル板１ａの下面には、旋回流吐出ノズル１ｃからの旋回流が吹き付けられるので、旋回流とバッフル板１ａとの摩擦力によりバッフル板１ａが旋回流の回転方向に回転することとなる。
【００９６】
その結果、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、バッフル板１ａは、バッフル板１ａの片側が下がるともう片側が上がるような揺動（共振動作）をしながら回転することとなる。
【００９７】
例えば、図８（ａ）、図８（ｂ）では、バッフル板１ａが、その周縁上の点ｐ１と、この点ｐ１に対して中心の反対側に位置する点ｐ２とを通る直線を揺動軸Ｓとしてバッフル板１ａが矢印Ｓｒで示す方向に揺動しながら回転する様子を示している。
【００９８】
このバッフル板１ａの揺動の動きにより、１つの連結管３１内を流れる気液ＧＬは前後に振動しながら流体貯留部（第２容器）１０ｂに進むこととなり、連結管３１の上流側の乱流発生部２０ｂ及び連結管３１の下流側の流体貯留部（第２容器）１０ｂでは気液ＧＬの乱流が発生することとなる。このように気液ＧＬの乱流を発生させることにより、混合された気液ＧＬ内に含まれる気泡は更に微細化が促進されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。また、連通管３１は第１容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて配置しているので、バッフル体１ａの揺動および回転運動によりバッフル板１ａの持ち上げられる位置および引き下ろされる位置とが順次周方向に移動する。これに伴い、乱流が発生する連通管３１の位置も順次移動していくことになり、乱流が発生する連通管３１の位置近傍にある気液ＧＬは、乱流により更に微細化が促進されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合が確実に行われる。
【００９９】
混合された微細気泡を含む気液ＧＬは、流体貯留部１０ｂから流体吐出管（第２導出部）１２２を介して微細気泡発生装置１００の外部に吐出される。
【０１００】
このように本実施形態１による微細気泡発生装置１００では、吐出する気液ＧＬを一次的に貯留する流体貯留部（第２容器）１０ｂと、流体貯留部（第２容器）１０ｂの上流側に設けられ、気液ＧＬの流れを乱す乱流発生部２０ｂと、流体貯留部（第２容器）１０ｂと乱流発生部２０ｂとを連結する連通部材３０ｂとを備え、乱流発生部２０ｂ、連通部材３０ｂおよび流体貯留部１０ｂにより気液ＧＬの流路を形成し、乱流発生部２０ｂで気液ＧＬの乱流を発生させることにより、乱流発生部２０ｂから連通部材３０ｂを通して流体貯留部１０ｂに流れる気液ＧＬの流れを振動させるようにした。その乱流により、気液ＧＬ内に含まれる微細気泡を分割してさらに微細化することが可能である。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合がより確実に行われる。
【０１０１】
次に、本実施形態２による微細気泡発生装置１０００を説明する。
【０１０２】
図９は、本発明の実施形態２による第２の気泡微細化部（第３容器）３００を含む微細気泡発生装置１０００を説明するための図である。図１０は、第２の気泡微細化部（第３容器）３００を説明するための図であり、図１０（ａ）は、第２の気泡微細化部（第３容器）３００の外観を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ１０−Ａ１０線断面の断面構造を示し、図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）のＡ１１点線枠部分を拡大して示す。
【０１０３】
微細気泡発生装置１０００は、図１に示す微細気泡発生装置１００と比べて、第２の気泡微細化部（第３容器）３００を備える点でのみ相違する。従って、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
第２の気泡微細化部（第３容器）３００は、流体吐出管（第２導出部）１２２と連結部材を介して接続されている。図９に示す実施形態において、連結部材をゴムホース３０２ｂとエルボ３０２ａとである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、流体吐出管（第２導出部）１２２と第２の気泡微細化部（第３容器）３００とを直接接続してもよい。
【０１０５】
第２の気泡微細化部（第３容器）３００は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、内壁と外壁を有する第３容器本体３１０と気液ＧＬを旋回させる旋回部である内側柱状体３２０と気液ＧＬを外側筒状体３１０内部に導入するための第３導入部である流体導入部３０１と外側筒状体３１０内部から気液ＧＬを外部に吐出するための第３導出部である流体吐出部（第３導出部）３０２とを有する。ここで、流体導入部（第３導入部）３０１は、外側筒状体３１０の一端に設けられており、流体吐出部（第３導出部）３０２は、外側筒状体３１０の他端に設けられている。
【０１０６】
外側筒状体３１０と内側柱状体３２０とは、図１０（ｂ）に示すように、外側筒状体３１０内に内側柱状体３２０が嵌合することにより、気液ＧＬを旋回させながら外側筒状体３１０の一端側から他端側へ流すための旋回通路Ｒｐ２が形成されている。
【０１０７】
図１１は、図１０（ｂ）に示す第２の気泡微細化部（第３容器）３００の部品を説明するための図であり、図１１（ａ）は、第２の気泡微細化部（第３容器）３００の外側筒状体３１０を示し、図１１（ｂ）は、第２の気泡微細化部（第３容器）３００を構成する内側柱状体３２０を示す。
【０１０８】
外側筒状体３１０は、流体導入部（第３導入部）３０１を有する導入側周壁部３１１と、流体吐出部（第３導出部）３０２を有する吐出側周壁部３１３と、導入側周壁部３１１と吐出側周壁部３１３との間に位置する外側筒状体３１０の略軸方向に沿って配列された筒状体凹凸部３１２とを有する。１つの実施形態において、筒状体凹凸部３１２に設けられる凹凸の形状は、任意の形状を取り得る。例えば、外側筒状体３１０の軸方向の断面（図１１（ａ）に示す断面）において、例えば、四角状であってもよいし、三角状であってもよいし、半円状であってもよい。１つの実施形態において、筒状体凹凸部３１２に設けられる凹凸の外側筒状体３１０の軸方向の配置間隔は任意であり得る。例えば、一定間隔であってもよいし、配置する場所によって凹凸の間隔を異ならせてもよいし、らせん状であってもよい。例えば、筒状体凹凸部３１２に設けられる凹凸の外側筒状体３１０の軸方向の配置間隔は、一定間隔であって、約０．５ｍｍ〜約７ｍｍ、約１ｍｍ〜約５ｍｍ、約２ｍｍ〜約３ｍｍである。好ましい実施形態において、図１０（ｃ）に示すように、筒状体凹凸部３１２に設けられる凹凸は、らせん状であるねじ溝３１２であって、後述される柱状体凹凸部に設けられる凹凸と入れ子状態となるように配置されているが、本発明はこれに限定されない。
【０１０９】
内側柱状体３２０は、外側筒状体３１０の導入側周壁部３１１に嵌合する導入側端部３２１と、外側筒状体３１０の吐出側周壁部３１３に嵌合する吐出側端部３２５と、外側筒状体３１０の筒状体凹凸部３１２に対向する柱状体凹凸部３２３とを有する。
【０１１０】
１つの実施形態において、柱状体凹凸部３２３に設けられる凹凸の形状は、任意の形状を取り得る。例えば、内側柱状体３２０の軸方向の断面（図１１（ｂ）に示す断面）において、例えば、四角状であってもよいし、三角状であってもよいし、半円状であってもよい。１つの実施形態において、柱状体凹凸部３２３に設けられる凹凸の内側柱状体３２０の軸方向の配置間隔は任意であり得る。例えば、一定間隔であってもよいし、配置する場所によって凹凸の間隔を異ならせてもよいし、らせん状であってもよい。
【０１１１】
例えば、筒状体凹凸部３１２に設けられる凹凸の外側筒状体３１０の軸方向の配置間隔は、一定間隔であって、約０．５ｍｍ〜約７ｍｍ、約１ｍｍ〜約５ｍｍ、約２ｍｍ〜約３ｍｍである。好ましい実施形態において、図１０（ｃ）に示すように、柱状体凹凸部３２３に設けられる凹凸は、らせん状であるねじ山３２３ａであって、筒状体凹凸部３１２に設けられるねじ溝３１２ａと入れ子状態となるように配置されているが、本発明はこれに限定されない。
【０１１２】
１つの実施形態において、柱状体凹凸部３２３に設けられるねじ山３２３ａと筒状体凹凸部３１２に設けられるねじ溝３１２ａとの隙間の距離は任意であり得る。例えば、一定間隔であってもよいし、配置する場所によって凹凸の間隔を異ならせてもよい。例えば、柱状体凹凸部３２３に設けられるねじ山３２３ａと筒状体凹凸部３１２に設けられるねじ溝３１２ａとの隙間の距離は、約０．５ｍｍ〜約７ｍｍ、約１ｍｍ〜約５ｍｍ、約１．５ｍｍ〜約３ｍｍである。
【０１１３】
内側柱状体３２０の導入側端部３２１と柱状体凹凸部３２３との間の部分は、導入された気液ＧＬに旋回力を与える導入側旋回部３２２となっており、内側柱状体３２０の吐出側端部３２５と柱状体凹凸部３２３との間の部分は、吐出する気液ＧＬに旋回力を与える吐出側旋回部３２４となっている。
【０１１４】
ここで、図１０（ｃ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、柱状体凹凸部３２３の外周面には、筒状体凹凸部３１２の内周面に形成されたねじ溝３１２ａとは、入れ子状態となるようにねじの進む方向が逆の関係にねじ山３２３ａが形成されている。外側筒状体３１０の筒状体凹凸部３１２の内周面と内側柱状体３２０の柱状体凹凸部３２３の外周面とが対向する部分では、外側筒状体３１０の筒状体凹凸部３１２のねじ溝３１２ａに沿って旋回しながら外側筒状体３１０の一端側から他端側に流れる気液ＧＬが、内側柱状体３２０の柱状体凹凸部３２３のねじ山３２３ａに衝突するようになっている。
【０１１５】
このような構成の第２の気泡微細化部（第３容器）３００では、第２の気泡微細化部（第３容器）３００に供給された気液ＧＬが、流体導入部（第３導入部）３０１から旋回通路Ｒｐ２に導入される。旋回通路Ｒｐ２に導入された気液ＧＬは、流体導入部（第３導入部）３０１から導入された勢いによって、外側筒状体３１０の導入側周壁部３１１と内側柱状体３２０の導入側旋回部３２２との間で旋回力が与えられる。旋回力が与えられた気液ＧＬは、外側筒状体３１０の筒状体凹凸部３１２の内周面と内側柱状体３２０の柱状体凹凸部３２３の外周面とが対向する部分を通過して、外側筒状体３１０の吐出側周壁部３１３と内側柱状体３２０の吐出側旋回部３２４との間の部分へ流れ込む。気液ＧＬが、外側筒状体３１０の筒状体凹凸部３１２の内周面と内側柱状体３２０の柱状体凹凸部３２３の外周面とが対向する部分を通過する際、外側筒状体３１０の筒状体凹凸部３１２のねじ溝３１２ａに沿って旋回しながら外側筒状体３１０の一端側から他端側に流れるので、気液ＧＬは、内側柱状体３２０の柱状体凹凸部３２３のねじ山３２３ａに衝突する。この衝突により、気液ＧＬに含まれる気泡はより細かく分割されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合がさらに確実に行われる。その後、気泡が微細化された気液ＧＬは、外側筒状体３１０の吐出側周壁部３１３と内側柱状体３２０の吐出側旋回部３２４との間の部分で旋回力が与えられ、流体吐出部（第３導出部）３０２から微細気泡発生装置１０００の外部に排出される。このように、第２の気泡微細化部（第３容器）３００は、外側柱状体３１０に凹凸（ねじ溝３１２ａ）および／または内側柱状体３２０に凹凸（ねじ山３２３ａ）を備えることにより、外側柱状体３１０および／または内側柱状体３２０に凹凸を備えない場合に比べて気液ＧＬ気液ＧＬ内に含まれる気泡を微細化するとともに微細気泡を大量に生成することができる。また、微細化された気泡が大量に存在するために、気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合がさらに確実に行われる。
【０１１６】
したがって、微細気泡発生装置１０００は、第２の気泡微細化部（第３容器）３００を備えることで、実施形態１の微細気泡発生装置１００に比べて、気液ＧＬ内に含まれる気泡のさらなる微細化および微細気泡を大量に生成することが可能である。また、微細化された気泡が大量に存在するために、気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合がさらに確実に行われる。
【０１１７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、第１の流体と第２流体とを含む流体を確実に混合可能な混合装置およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を実現することができるものとして有用である。
【符号の説明】
【０１１９】
１  乱流発生機構
１ａ  バッフル板
１ａ１  中央開口部
１ｂ  バッフル規制体
１ｂ１  規制体下端部
１ｂ２  第２流体通路
１ｃ  旋回流吐出ノズル
１ｃ１  吐出口
１０ａ  旋回流発生部
１０ｂ  流体貯留部（第２容器）
１１  外側円筒体
１１ａ  上流側フランジ
１１ｂ  下流側フランジ
１２  内側円筒体
１２ａ  側壁開口
１２ｂ  内側フランジ
１２ｂ１、１３ａ１  ボルト挿入孔
１３  旋回ガイド部材
１３ａ  羽根フランジ
１３ｂ  羽根体
１４  筒状体
１４ａ  円筒体上部
１４ｂ  円筒体下部
１４ｃ  筒状体フランジ
１５、１６  ボルト１５
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０８ａ、１０８ｂ  ナット
２０ａ  旋回流発達部
２０ｂ  乱流発生部（第１容器）
３０ａ  旋回流加速部
３０ｂ  連通部材
３１  連結管
３２  第２流体導入管
１００  微細気泡発生装置（混合装置）
１００ａ  気泡生成部（流体混合部）
１００ｂ  第１の気泡微細化部
１０１、１０５  上部フランジ
１０１ａ  流体吐出継手
１０１ｂ、１０２ａ、１０５ａ、１０６ａ  支柱挿入孔
１０１ｄ、１０２ｃ、１０５ｄ、１０６ｄ  円形溝
１０２、１０６  下部フランジ
１０２ｂ  流体流入口（第２導入部）
１０３  筒状体
１０４、１０８  固定支柱
１０４ｃ、１０８ｃ  支柱本体
１０４ｄ、１０４ｅ、１０８ｄ、１０８ｅ  支柱ネジ部
１０５ｂ  流体流出口（第１導出部）
１０５ｃ  第２流体導入開口（第１導入部）
１０６ｂ  第１流体導入開口（第１導入部）
１０７  筒状体
１１０  架台
１１１  架台脚部
１１２  支持フランジ
１１２ａ  第１流体導入継手
１２１  第１流体導入管
１２２  流体吐出管（第２導出部）
３００  第２の気泡微細化部（第３容器）
３０１  流体導入部（第３導入部）
３０２  流体吐出部（第３導出部）
３１０  外側筒状体
３１１  導入側周壁部
３１２  筒状体凹凸部
３１３  吐出側周壁部
３２０  内側柱状体
３２１  導入側端部
３２２  導入側旋回部
３２３  柱状体凹凸部
３２４  吐出側旋回部
３２５  吐出側端部
Ｇ  気体
ＧＬ  気液
ＧＬｐ  流路
ＧＬｐ１  上流側流路部
ＧＬｐ２  下流側流路部
ＧＬｐ３  中間流路部
Ｌ  液体
【図１】
2018131714.tif 000003
【図２】
2018131714.tif 000004
【図３】
2018131714.tif 000005
【図４】
2018131714.tif 000006
【図５】
2018131714.tif 000007
【図６】
2018131714.tif 000008
【図７】
2018131714.tif 000009
【図８】
2018131714.tif 000010
【図９】
2018131714.tif 000011
【図１０】
2018131714.tif 000012
【図１１】
2018131714.tif 000013
【国際調査報告】
2018131714.tif 000014
2018131714.tif 000015
2018131714.tif 000016
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