流体混合器および流体混合方法
【課題】より多量の流体を吸引して他の流体に混合させることができる流体混合器およびこれを用いた流体混合方法を提供する。
【解決手段】管体１０内に加圧流体Ｆ０を供給し、その圧力をオリフィス２０により低下させて負圧を発生すると共に、流体室４０および多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管３０を通じて吸引流体Ｆ１を吸引させて加圧流体Ｆ０と混合し、流体飛沫群Ｓを発生させる。流体吸引管３０を管体１０と同一内径とすることにより、オリフィス２０下流側の第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いを大きくすると共に、流体吸引管３０の厚みを２ｍｍ以下と薄肉にすることにより、吸引流体Ｆ１の吸引に対する抵抗を小さくする。より多量の吸引流体Ｆ１を管体１０内に吸引させ、加圧流体Ｆ０と混合させて、多量の流体飛沫群Ｓを発生させる。
【解決手段】管体１０内に加圧流体Ｆ０を供給し、その圧力をオリフィス２０により低下させて負圧を発生すると共に、流体室４０および多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管３０を通じて吸引流体Ｆ１を吸引させて加圧流体Ｆ０と混合し、流体飛沫群Ｓを発生させる。流体吸引管３０を管体１０と同一内径とすることにより、オリフィス２０下流側の第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いを大きくすると共に、流体吸引管３０の厚みを２ｍｍ以下と薄肉にすることにより、吸引流体Ｆ１の吸引に対する抵抗を小さくする。より多量の吸引流体Ｆ１を管体１０内に吸引させ、加圧流体Ｆ０と混合させて、多量の流体飛沫群Ｓを発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二種以上の流体を混合して微細な流体飛沫群（例えば、マイクロバブル、ナノバブル、ミスト、ドライミスト、エマルジョンなど）または固体の飛翔群を発生させるのに好適な流体混合器および流体混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロバブル発生器としては、例えば、パイプ内部に球体を配置すると共に下流側に小孔を設けたものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）この泡発生器では、円管に高圧水を導くと、球体の下流側で水圧が下がって負圧が発生し、小孔から空気が吸引されてマイクロバブルが発生するようになっている。また、パイプ内部に絞りを配置し、下流側に小孔の代わりに多孔質管を設けたものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３０５４９４号公報
【特許文献２】実開平０４−４５５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では小孔の数が限られるため、また、特許文献２では負圧の度合いが小さい割には多孔質管が厚く空気の吸引量が足りないため、いずれもマイクロバブルの発生量に限界があり、より多量の気体を吸引して多量のマイクロバブルを発生させることができるものが望まれていた。更に、マイクロバブルだけでなく、同じ装置でミスト、ドライミスト、エマルジョンも発生させることができ、加えて複数の異なる流体を同時に吸引し混合することができるものが望まれていた。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より多量の流体を自動的に吸引して他の流体に混合させることができる流体混合器およびこれを用いた流体混合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による流体混合器は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）長手方向の一端から加圧された流体が供給される管体
（Ｂ）管体内に配置され、供給された流体の圧力を急激に低下させて下流側に負圧を発生させるオリフィス
（Ｃ）オリフィスの下流側の管体の内側に設けられ、管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管と、流体吸引管の外側に設けられた流体室とを備えたものである。ここに「多孔性膜」とは、多数の小孔をもつ膜をいい、小孔は例えばエッチングまたはプレス等により穿孔されたものである。
【０００６】
本発明による流体混合器では、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管を通じて、流体が管体内に吸引され、加圧された流体と混合される。その際、流体吸引管が、管体と同一内径を有しているので、オリフィス下流側の負圧の度合いが大きくなると共に、流体吸引管の厚みが２ｍｍ以下と薄肉なので、流体の吸引に対する抵抗が小さくなる。よって、より多量の流体が管体内に吸引される。
【０００７】
オリフィスの下流側においては、加圧された流体と流体吸引管により自動的に吸引された流体とが混合されて微細な流体飛沫群または固体の飛翔群が発生するようにしてもよい。ここにいう「流体飛沫群」とは、液体の膜に気体が包まれたマイクロバブルまたはナノバブルだけでなく、エマルジョン（周囲の液と溶け合わない微細液滴）、またはミストあるいはドライミスト（霧状液滴）なども含む。マイクロバブルは粒径１０μｍ〜５００μｍ程度、ナノバブルは粒径０．１μｍ〜１０μｍ程度のものをいう。また、ミストとは３０μｍ〜５００μｍ程度の粒径をもつ液滴、ドライミストとは１μｍ〜３０μｍ程度の粒径をもつ液滴をいう。
【０００８】
すなわち、加圧された流体として高圧液体が供給された場合、流体吸引管を通じて気体が吸引されればマイクロバブルまたはナノバブルが発生し、周囲の液と溶け合わない液体が吸引されればエマルジョンが発生し、気体と周囲の液と溶け合わない液体とが吸引されればマイクロバブルまたはナノバブルとエマルジョンとが同時に発生する。
【０００９】
他方、加圧された流体として高圧気体が供給された場合、流体吸引管を通じて液体または気体が吸引されれば、それらが気流中に混入して混合され、液体のみが吸引されればミストまたはドライミストが発生する。
【００１０】
更に、加圧された液体と吸引された液体とが反応して気体の飛沫群または固体の飛翔群を発生すること、あるいは、加圧された気体と吸引された気体とが反応して液体の飛沫群を発生することもありうる。
【００１１】
この流体混合器では、流体室が、互いに隔絶された複数の室を有することが好ましい。これら複数の室のうち少なくとも二つに異なる流体を供給することにより、これらの流体を流体吸引管を介して管体内に吸引させ、複数種類の流体を混合させることができるからである。
【００１２】
更に、この流体混合器は、流体室に通じる配管と、この配管に設けられた流量調整弁とを備えていることが好ましい。流量調整弁の開度により、流体飛沫群の流量または粒径を調整することが可能となるからである。
【００１３】
流体室は、管体および流体吸引管を一周して設けられているようにすることが好ましい。また、管体および流体吸引管は円管であり、流体室は環状であることが好ましい。
【００１４】
管体の貫通孔よりも下流側の端部は、出口に近いほど管内の断面積が広くなる形状を有することが好ましい。発生した流体飛沫群の拡散を良くすることができるからである。
【００１５】
本発明による流体混合方法は、流体の通路を有する管体の通路内にオリフィスを配置すると共に、オリフィスの下流側近傍の管体の内側に、管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管を設け、管体の通路内に加圧した流体を供給し、その流体の圧力をオリフィスにより急激に低下させて負圧を発生すると共に、流体吸引管を通じて流体を吸引させることにより加圧した流体と吸引された流体とを混合するものである。
【００１６】
また、加圧した流体と吸引された流体とを混合して微細な流体飛沫群または固体の飛翔群を発生させるようにしてもよい。
【００１７】
あるいは、流体吸引管を通じて複数種類の流体を吸引させることにより、加圧した流体と複数種類の流体とを混合するようにしてもよい。その際、複数種類の流体として、例えば、流体飛沫群を微細化するための流体と、洗浄液とを吸引させるようにすれば、より微細な流体飛沫群を発生させることができると共に洗浄効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の流体混合器によれば、流体吸引管を、管体と同一内径を有するようにしたので、オリフィス下流側の負圧の度合いを大きくすることができると共に、流体吸引管の厚みを２ｍｍ以下と薄肉にしたので、流体の吸引に対する抵抗を小さくすることができる。よって、より多量の流体を管体内に吸引させ、加圧された流体と混合させることができる。
【００１９】
また、本発明の流体混合方法によれば、多量の流体を吸引させて混合させることができる。よって、流体を適宜選択することにより水質浄化，洗浄，冷却あるいは消火など多様な応用が可能である。また、液体からの気体の飛沫群または固体の飛翔群の生成、あるいは気体からの液体の飛沫群の生成などもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流体混合器の全体構成を表したものである。なお、本発明の流体混合方法については、この流体混合器の作用に具現化されるものであるので併せて説明する。
【００２２】
流体混合器１は、水などの液体Ｌを収容する槽２内に設置され、加圧流体Ｆ０と吸引流体Ｆ１とを混合して、液体Ｌ中に流体飛沫群Ｓを生成するものであり、例えば、風呂釜や浴槽などの泡状洗浄剤を発生する泡発生器としても用いられる。加圧流体Ｆ０は、例えば、加圧ポンプ３により加圧された加圧液体である。吸引流体Ｆ１は、配管４から流体混合器１内に導入されるようになっている。
【００２３】
加圧ポンプ３は、例えば、槽２内の液体Ｌ（例えば水）を加圧し、加圧流体Ｆ０（例えば高圧水）として流体混合器１に供給するものである。なお、加圧ポンプ３は、槽２とは別の槽（図示せず）内の液体を加圧して流体混合器１に供給するようにしてもよい。また、加圧ポンプ３を省略し、加圧流体Ｆ０として水道水を供給するようにしてもよい。加圧ポンプ３は水中ポンプでもよい。
【００２４】
配管４の一端は後述する流体室４０に通じ、他端から吸引流体Ｆ１を流体混合器１内に吸引することができるようになっている。具体的には、配管４の他端は例えば大気中に開放されており、吸引流体Ｆ１は気体、例えば空気である。配管４には流量調節弁５が設けられていることが好ましい。流量調整弁５の開度により、流体飛沫群Ｓの流量または粒径を調整することが可能となるからである。
【００２５】
図２および図３は、図１に示した流体混合器１の主要部の断面構成を表したものである。この流体混合器１は、例えば、管体１０の内部にオリフィス２０が配設された構成を有している。管体１０は、オリフィス２０を境界位置として長手方向に沿って上流側の第１領域１０Ａと下流側の第２領域１０Ｂとに分かれており、下流側の第２領域１０Ｂに流体吸引管３０および流体室４０が設けられている。
【００２６】
管体１０は、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニルもしくはポリアミド等のプラスチック、またはステンレス鋼もしくは黄銅などの金属により構成された円管であり、上流側の第１領域１０Ａには上述した加圧流体Ｆ０が供給され、下流側の第２領域１０Ｂにおいて吸引流体Ｆ１が吸引されて流体飛沫群Ｓが発生するようになっている。管体１０の第１領域１０Ａ側の端部は、加圧流体Ｆ０の供給口であり、上述した加圧ポンプ３または外部の水道管等（図示せず）が接続されている。なお、第１領域１０Ａには流体圧測定用タップ（図示せず）を設けることもできる。
【００２７】
第２領域１０Ｂ側の端部は、流体飛沫群Ｓを放出するための出口１０Ｃとなっている。第２領域１０Ｂ側の端部は、出口１０Ｃに近いほど管内の断面積が広くなる末広がりのテーパ形状を有していることが好ましい。発生した流体飛沫群Ｓの拡散を良くすることができるからである。なお、加工性または用途などの理由により、断面積一定の直管、または出口１０Ｃに近いほど管内の断面積が狭くなる先細りのテーパ形状であってもよい。
【００２８】
加圧流体Ｆ０の流量Ｑは、例えば、円管の内径が１１ｍｍ前後の場合、１０ｌ／ｍｉｎ以上８０ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、円管の内径が異なる場合は｛（内径）ｍｍ／１１ｍｍ｝の比の２乗に比例して増減させることが好ましい。
【００２９】
オリフィス２０は、加圧流体Ｆ０の圧力を急激に低下させて第２領域１０Ｂに負圧を発生させるためのものである。オリフィス２０の採用により、この流体混合器１は、特許文献１に記載されたように球状の負圧発生体を管体内に配設するよりも、構造が簡単になり、低コストで容易に作製可能となっており、実用性および普及性に優れたものとなっている。
【００３０】
オリフィス２０の開口径の管体１０の内径に対する比率は、例えば０．３〜０．７であることが好ましい。負圧の大きさを調節でき、吸引流体Ｆ１の流量や流体飛沫群Ｓのサイズを変えることができるからである。
【００３１】
流体吸引管３０は、管体１０の内部に上述した吸引流体Ｆ１を供給するためのものであり、管体１０と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下である。これにより、この流体混合器では、より多量の吸引流体Ｆ１を吸引して加圧流体Ｆ０に混合させることができるようになっている。
【００３２】
流体吸引管３０は管体１０と同一内径であるので、オリフィス２０の開口径の流体吸引管３０の内径に対する比率は、管体１０の場合と同様に、例えば０．３〜０．７である。これにより、オリフィス２０の下流側を急拡大させ、第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いを大きくすることができる。
【００３３】
また、流体吸引管３０の厚みを２ｍｍ以下とするのは、流体吸引管３０通過時の流動抵抗が厚さと共に増すので、厚すぎると吸引流量が過少または吸引できなくなるからである。
【００３４】
流体吸引管３０は、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのプラスチック，ステンレス鋼，黄銅などの金属，セラミックスまたはガラスなどの多孔質材料または多孔性膜よりなる円管である。ここに「多孔性膜」とは、多数の小孔をもつ膜をいい、小孔は例えばエッチングまたはプレス等により穿孔されたものである。多孔質材料の細孔径または多孔性膜の小孔径は、用途に応じて変えることができ、これにより流体飛沫群Ｓの流量および粒径を制御することもできる。
【００３５】
流体吸引管３０の管体１０との連結構造は特に限定されないが、例えば、管体１０の内壁面には段差状の凹部１１が設けられ、この凹部１１により流体吸引管３０が係止されているようにすることができる。
【００３６】
流体室４０は、液体吸引管３０を介して管体１０の内部へ吸引流体Ｆ１が円滑に吸引されるようにするためのものであり、管体１０および流体吸引管３０を一周して、環状に設けられている。流体室４０の具体的な構成については特に限定されないが、例えば、管体１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間には、管体１０を一周する間隙を有し、この間隙の管体１０内の端部に流体吸引管３０が設けられ、間隙の外側は封止部材４１で塞がれ、流体吸引管３０と封止部材４１との間の環状空間が流体室４０となっている。なお、封止部材４１の構成材料については特に限定されないが、例えば、管体１０と同様の材料により構成することができる。封止部材４１と管体１０との間には、気密用のＯリング４２を設けることが好ましい。分解が容易となり、流体吸引管３０に目詰まり等が生じた際には簡単に交換できるからである。しかし、封止部材４１は、接着剤あるいは溶接等により管体１０に直接接合されていてもよい。
【００３７】
流体室４０は、吸引流体Ｆ１を吸引するための吸引口４３を介して上述した配管４に連通している。この吸引口４３には、吸入弁（図示せず）が設けられていることが好ましい。吸入弁の開度を調節することにより、発生する流体飛沫群Ｓのサイズまたは流量を変えることができるからである。
【００３８】
この流体混合器１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３９】
まず、管体１０の第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂ並びに封止部材４１として、上述したプラスチックを溶融し管体状に押し出すことにより成形したものあるいは射出成形したもの、またはステンレス等の金属管を適当な長さに切断した円管を用意する。これらの円管には、流体吸引管３０を係止させるための段差状の凹部１１を設けておく。
【００４０】
次いで、上述した多孔質円管よりなる流体吸引管３０およびオリフィス２０を用意し、管体１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂの間の間隙に流体吸引層３０およびオリフィス２０を配置し、凹部１１により係止させる。
【００４１】
続いて、間隙の外側に、Ｏリング４２を挟んで封止部材４１を着脱可能に固定するか、あるいは接着剤あるいは溶接等により管体１０に固定する。これにより、流体吸引管３０と封止部材４１との間に環状の流体室４０が形成される。最後に、流体室４０に吸引口４３を設けて配管４との連通をとり、管体１０の第１領域１０Ａ側の端部に加圧ポンプ３を接続する。これにより、図１ないし図３に示した流体混合器１が完成する。
【００４２】
この流体混合器１では、管体１０に加圧流体Ｆ０を導くと、オリフィス２０の周りでは流路が狭いため高剪断流れとなり第２領域１０Ｂ側の静圧Ｐがエネルギー保存式（ベルヌーイの式）を満たすように低くなる。この静圧Ｐは加圧流体Ｆ０の流量がある程度大きくなると大気圧以下（負圧）となる。その結果、吸引流体Ｆ１が、配管４，流体室４０，および多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管３０を順に介して管体１０の内部に自動的に吸引（自吸）される。吸引された吸引流体Ｆ１は高剪断流れによりせん断され、加圧流体Ｆ０と混合されて流体飛沫群Ｓとして放出される。
【００４３】
ここでは、流体吸引管３０が、管体１０と同一内径を有しているので、オリフィス２０下流側の第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いが大きくなると共に、流体吸引管３０の厚みが２ｍｍ以下と薄肉なので、吸引流体Ｆ１の吸引に対する抵抗が小さくなる。よって、より多量の吸引流体Ｆ１が管体１０内に吸引され、オリフィス２０の後方に生じた高速な循環渦Ｖｘにより吸引流体Ｆ１が剪断されて加圧流体Ｆ０と混合され、微細な流体飛沫群Ｓが多量に発生する。
【００４４】
このとき、例えば、加圧流体Ｆ０に洗浄液を加えれば、洗浄液の洗浄作用および流体飛沫群Ｓへの汚れの付着作用で効果的な洗浄が行われる。また、洗浄液の導入により表面張力が低下し、流体飛沫群Ｓのサイズが更に小さくなり、流体飛沫群Ｓへの汚れ付着効果が高くなる。
【００４５】
このように本実施の形態では、流体吸引管３０を、管体１０と同一内径を有するようにしたので、オリフィス２０下流側の第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いを大きくすることができると共に、流体吸引管３０の厚みを２ｍｍ以下と薄肉にしたので、吸引流体Ｆ１の吸引に対する抵抗を小さくすることができる。よって、より多量の吸引流体Ｆ１を管体１０内に吸引させ、加圧流体Ｆ０と混合させることができ、多量の流体飛沫群Ｓを容易に発生させることができる。
【００４６】
また、オリフィス２０により加圧流体Ｆ０の圧力を急激に低下させて第２領域１０Ｂに負圧を発生させるようにしたので、従来のように球状の負圧発生体を管体内に配設するよりも、構造が簡単になり、低コストで容易に作製可能とすることができる。よって、実用性の高い流体飛沫群発生器を実現することができ、広く普及する可能性を期待することができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図４および図５は、本発明の第２の実施の形態に係る流体混合器１の主要部の断面構成を表したものである。この流体混合器１は、流体室４０が、複数（例えば四つ）の室４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄを有していることを除いては、第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００４８】
室４０Ａ〜４０Ｄは、例えば、プラスチックまたは金属よりなる仕切り板４４により互いに隔絶されている。これらの室４０Ａ〜４０Ｄには、各々吸引口４３Ａ〜４３Ｄが設けられており、吸引口４３Ａ〜４３Ｄにはそれぞれ配管４（図４および図５には図示せず、図１参照。）が接続されている。これにより、この流体混合器１では、室４０Ａ〜４０Ｄに複数種類の吸引流体Ｆ１〜Ｆ４を供給し、それらを流体吸引管３０を通じて同時に吸引させることにより、加圧流体Ｆ０と吸引流体Ｆ１〜Ｆ４とを同時に混合させて流体飛沫群Ｓを発生させることができるようになっている。
【００４９】
例えば、吸引流体Ｆ１に重曹水、吸引流体Ｆ２に酢、吸引流体Ｆ３，Ｆ４に空気とすれば、吸引流体Ｆ１と吸引流体Ｆ２との化学反応により、炭酸ガスの流体飛沫群（マイクロバブル）Ｓを生成することができる。その際、吸引流体Ｆ３，Ｆ４の空気は混合の促進に寄与することができる。
【００５０】
また、例えば、吸引流体Ｆ１〜Ｆ４のいずれかに洗浄液、それ以外に空気とすれば、洗浄液の洗浄作用および流体飛沫群Ｓへの汚れの付着作用で効果的な洗浄が行われる。また、洗浄液の導入により表面張力が低下し、流体飛沫群Ｓのサイズが更に小さくなり、流体飛沫群Ｓへの汚れ付着効果が高くなる。
【００５１】
更に、例えば、吸引流体Ｆ１として流体飛沫群Ｓを微細化するための流体、吸引流体Ｆ２として洗浄液、吸引流体Ｆ３，Ｆ４として空気を吸引させるようにすれば、より微細な流体飛沫群Ｓを発生させることができると共に洗浄効果を高めることができる。
【００５２】
なお、吸引口４３Ａ〜４３Ｄに接続された配管４は、吸引流体Ｆ１〜Ｆ４の種類に応じてそれぞれ別の気体ボンベや液体タンクなどに接続され、あるいは大気中に開放されている。
【００５３】
この流体混合器１は、流体室４０を形成する際に内部に仕切り板４４を設けて室４０Ａ〜４０Ｄを形成することを除いては、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００５４】
この流体混合器１では、管体１０に加圧流体Ｆ０を導くと、第１の実施の形態と同様にして、オリフィス２０の下流側の第２領域１０Ｂにおける静圧Ｐが負圧となる。その結果、吸引流体Ｆ１〜Ｆ４が、配管４，流体室４０，および流体吸引管３０を順に介して管体１０の内部に自動的に吸引され、加圧流体Ｆ０と混合されて流体飛沫群Ｓとして放出される。ここでは、流体室４０が互いに隔絶された室４０Ａ〜４０Ｄを有しているので、これらの室４０Ａ〜４０Ｄおよび流体吸引管３０を介して複数種類の異なる流体Ｆ１〜Ｆ４が管体１０内に同時に吸引されて同時に混合される。
【００５５】
このように上記実施の形態では、流体室４０に、互いに隔絶された複数の室４０Ａ〜４０Ｄを設けるようにしたので、流体吸引管３０を通じて複数種類の吸引流体Ｆ１〜Ｆ４を同時に吸引させることにより加圧流体Ｆ０と吸引流体Ｆ１〜Ｆ４とを同時に混合することができる。よって、多流体を同時に混合できる多流体混合器を実現することができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態では、仕切り板４４が流体室４０内および流体吸引管３０を貫通して設けられている場合について説明したが、仕切り板４４は、図６に示したように、流体室４０内のみに設けられているようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態では、流体室４０が、管体１０を一周していると共に内部に仕切り板４４を有する場合について説明したが、室４０Ａ〜４０Ｄは、各々独立した別々の流体室として構成されていてもよい。
【００５８】
更に、上記実施の形態では、室４０Ａ〜４０Ｄにそれぞれ異なる吸引流体Ｆ１〜Ｆ４を供給する場合について説明したが、室４０Ａ〜４０Ｄのうち少なくとも二つについて、異なる吸引流体を供給するようにすればよい。例えば、室４０Ａ，４０Ｃに吸引流体Ｆ１を供給し、室４０Ｂ，４０Ｄに別の吸引流体Ｆ２を供給するようにしてもよい。
【００５９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、管体１０が円管である場合について説明したが、管体１０は、オリフィス２０の形状との相対的な関係で下流側に負圧を発生できるものであれば、その形状は任意である。
【００６０】
更に、例えば、上記実施の形態では、流体混合器の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、噴出特性や吸引特性を向上させるために、管体１０の入口および出口１０Ｃ、並びに流体吸引管３０の形状を適宜変えてもよい。
【００６１】
加えて、例えば、上記実施の形態において説明した流体の種類、または流量あるいは流体飛沫群の発生条件などは限定されるものではなく、他の流体としてもよく、または他の流量あるいは発生条件としてもよい。例えば、加圧流体Ｆ０および吸引流体Ｆ１は、流体混合器の使用目的に応じて適宜選択されるものであり、他の気体や液体でもよい。例えば、加圧流体Ｆ０としては、上記実施の形態で説明した水のほか、空気、水蒸気、不活性ガス、または、酸素あるいはオゾン等の支燃性ガスあるいは可燃性ガスを用いることができる。吸引流体Ｆ１は、上述した空気および洗浄剤のほか、水，消火液，殺虫剤，消毒剤，空気清浄剤，入浴剤，芳香剤あるいは消臭剤等でもよい。加圧流体Ｆ０に水、吸引流体Ｆ１に水と溶け合わない油等を用いればエマルジョンを発生できる。
【００６２】
更にまた、加圧された液体と吸引された液体との化学反応により固体の飛翔群を発生すること、あるいは、加圧された気体と吸引された気体との化学反応により液体の飛沫群を発生することもありうる。
【００６３】
この流体混合器は、マイクロバブルまたはナノバブルの発生に使えば、貯水池やダム等の水質浄化、または電子部品の洗浄などに有効である。また、ミストまたはドライミストの発生に使えば、例えば、加湿や気化熱を利用した冷却、またはミストの気化により室内の酸素濃度を燃焼範囲以下に下げる消火に用い、優れた効果を得ることができる。
【００６４】
更に、この流体混合器を家庭用のバスポンプ等の小型ポンプに取り付ければ、気泡や入浴剤を好みの部位にあてることが可能なハンディタイプのジェットバスとして利用することも可能であり、体の洗浄と共に効果的な温浴作用および局所的なマッサージ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流体混合器の全体構成を表す図である。
【図２】図１に示した流体混合器の構成を表す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流体混合器の構成を表す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図５の変形例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…流体混合器、２…槽、３…加圧ポンプ、４…配管、５…流量調整弁、１０…管体、１０Ａ…第１領域、１０Ｂ…第２領域、１０Ｃ…出口、２０…オリフィス、３０…流体吸引管、４０…流体室、４０Ａ〜４０Ｄ…室、４１…封止部材、４２…Ｏリング、４３，４３Ａ〜４３Ｄ…吸引口、４４…仕切り板、Ｆ０…加圧流体、Ｆ１〜Ｆ４…吸引流体、Ｓ…流体飛沫群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二種以上の流体を混合して微細な流体飛沫群（例えば、マイクロバブル、ナノバブル、ミスト、ドライミスト、エマルジョンなど）または固体の飛翔群を発生させるのに好適な流体混合器および流体混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロバブル発生器としては、例えば、パイプ内部に球体を配置すると共に下流側に小孔を設けたものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）この泡発生器では、円管に高圧水を導くと、球体の下流側で水圧が下がって負圧が発生し、小孔から空気が吸引されてマイクロバブルが発生するようになっている。また、パイプ内部に絞りを配置し、下流側に小孔の代わりに多孔質管を設けたものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３０５４９４号公報
【特許文献２】実開平０４−４５５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では小孔の数が限られるため、また、特許文献２では負圧の度合いが小さい割には多孔質管が厚く空気の吸引量が足りないため、いずれもマイクロバブルの発生量に限界があり、より多量の気体を吸引して多量のマイクロバブルを発生させることができるものが望まれていた。更に、マイクロバブルだけでなく、同じ装置でミスト、ドライミスト、エマルジョンも発生させることができ、加えて複数の異なる流体を同時に吸引し混合することができるものが望まれていた。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より多量の流体を自動的に吸引して他の流体に混合させることができる流体混合器およびこれを用いた流体混合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による流体混合器は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）長手方向の一端から加圧された流体が供給される管体
（Ｂ）管体内に配置され、供給された流体の圧力を急激に低下させて下流側に負圧を発生させるオリフィス
（Ｃ）オリフィスの下流側の管体の内側に設けられ、管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管と、流体吸引管の外側に設けられた流体室とを備えたものである。ここに「多孔性膜」とは、多数の小孔をもつ膜をいい、小孔は例えばエッチングまたはプレス等により穿孔されたものである。
【０００６】
本発明による流体混合器では、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管を通じて、流体が管体内に吸引され、加圧された流体と混合される。その際、流体吸引管が、管体と同一内径を有しているので、オリフィス下流側の負圧の度合いが大きくなると共に、流体吸引管の厚みが２ｍｍ以下と薄肉なので、流体の吸引に対する抵抗が小さくなる。よって、より多量の流体が管体内に吸引される。
【０００７】
オリフィスの下流側においては、加圧された流体と流体吸引管により自動的に吸引された流体とが混合されて微細な流体飛沫群または固体の飛翔群が発生するようにしてもよい。ここにいう「流体飛沫群」とは、液体の膜に気体が包まれたマイクロバブルまたはナノバブルだけでなく、エマルジョン（周囲の液と溶け合わない微細液滴）、またはミストあるいはドライミスト（霧状液滴）なども含む。マイクロバブルは粒径１０μｍ〜５００μｍ程度、ナノバブルは粒径０．１μｍ〜１０μｍ程度のものをいう。また、ミストとは３０μｍ〜５００μｍ程度の粒径をもつ液滴、ドライミストとは１μｍ〜３０μｍ程度の粒径をもつ液滴をいう。
【０００８】
すなわち、加圧された流体として高圧液体が供給された場合、流体吸引管を通じて気体が吸引されればマイクロバブルまたはナノバブルが発生し、周囲の液と溶け合わない液体が吸引されればエマルジョンが発生し、気体と周囲の液と溶け合わない液体とが吸引されればマイクロバブルまたはナノバブルとエマルジョンとが同時に発生する。
【０００９】
他方、加圧された流体として高圧気体が供給された場合、流体吸引管を通じて液体または気体が吸引されれば、それらが気流中に混入して混合され、液体のみが吸引されればミストまたはドライミストが発生する。
【００１０】
更に、加圧された液体と吸引された液体とが反応して気体の飛沫群または固体の飛翔群を発生すること、あるいは、加圧された気体と吸引された気体とが反応して液体の飛沫群を発生することもありうる。
【００１１】
この流体混合器では、流体室が、互いに隔絶された複数の室を有することが好ましい。これら複数の室のうち少なくとも二つに異なる流体を供給することにより、これらの流体を流体吸引管を介して管体内に吸引させ、複数種類の流体を混合させることができるからである。
【００１２】
更に、この流体混合器は、流体室に通じる配管と、この配管に設けられた流量調整弁とを備えていることが好ましい。流量調整弁の開度により、流体飛沫群の流量または粒径を調整することが可能となるからである。
【００１３】
流体室は、管体および流体吸引管を一周して設けられているようにすることが好ましい。また、管体および流体吸引管は円管であり、流体室は環状であることが好ましい。
【００１４】
管体の貫通孔よりも下流側の端部は、出口に近いほど管内の断面積が広くなる形状を有することが好ましい。発生した流体飛沫群の拡散を良くすることができるからである。
【００１５】
本発明による流体混合方法は、流体の通路を有する管体の通路内にオリフィスを配置すると共に、オリフィスの下流側近傍の管体の内側に、管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管を設け、管体の通路内に加圧した流体を供給し、その流体の圧力をオリフィスにより急激に低下させて負圧を発生すると共に、流体吸引管を通じて流体を吸引させることにより加圧した流体と吸引された流体とを混合するものである。
【００１６】
また、加圧した流体と吸引された流体とを混合して微細な流体飛沫群または固体の飛翔群を発生させるようにしてもよい。
【００１７】
あるいは、流体吸引管を通じて複数種類の流体を吸引させることにより、加圧した流体と複数種類の流体とを混合するようにしてもよい。その際、複数種類の流体として、例えば、流体飛沫群を微細化するための流体と、洗浄液とを吸引させるようにすれば、より微細な流体飛沫群を発生させることができると共に洗浄効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の流体混合器によれば、流体吸引管を、管体と同一内径を有するようにしたので、オリフィス下流側の負圧の度合いを大きくすることができると共に、流体吸引管の厚みを２ｍｍ以下と薄肉にしたので、流体の吸引に対する抵抗を小さくすることができる。よって、より多量の流体を管体内に吸引させ、加圧された流体と混合させることができる。
【００１９】
また、本発明の流体混合方法によれば、多量の流体を吸引させて混合させることができる。よって、流体を適宜選択することにより水質浄化，洗浄，冷却あるいは消火など多様な応用が可能である。また、液体からの気体の飛沫群または固体の飛翔群の生成、あるいは気体からの液体の飛沫群の生成などもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流体混合器の全体構成を表したものである。なお、本発明の流体混合方法については、この流体混合器の作用に具現化されるものであるので併せて説明する。
【００２２】
流体混合器１は、水などの液体Ｌを収容する槽２内に設置され、加圧流体Ｆ０と吸引流体Ｆ１とを混合して、液体Ｌ中に流体飛沫群Ｓを生成するものであり、例えば、風呂釜や浴槽などの泡状洗浄剤を発生する泡発生器としても用いられる。加圧流体Ｆ０は、例えば、加圧ポンプ３により加圧された加圧液体である。吸引流体Ｆ１は、配管４から流体混合器１内に導入されるようになっている。
【００２３】
加圧ポンプ３は、例えば、槽２内の液体Ｌ（例えば水）を加圧し、加圧流体Ｆ０（例えば高圧水）として流体混合器１に供給するものである。なお、加圧ポンプ３は、槽２とは別の槽（図示せず）内の液体を加圧して流体混合器１に供給するようにしてもよい。また、加圧ポンプ３を省略し、加圧流体Ｆ０として水道水を供給するようにしてもよい。加圧ポンプ３は水中ポンプでもよい。
【００２４】
配管４の一端は後述する流体室４０に通じ、他端から吸引流体Ｆ１を流体混合器１内に吸引することができるようになっている。具体的には、配管４の他端は例えば大気中に開放されており、吸引流体Ｆ１は気体、例えば空気である。配管４には流量調節弁５が設けられていることが好ましい。流量調整弁５の開度により、流体飛沫群Ｓの流量または粒径を調整することが可能となるからである。
【００２５】
図２および図３は、図１に示した流体混合器１の主要部の断面構成を表したものである。この流体混合器１は、例えば、管体１０の内部にオリフィス２０が配設された構成を有している。管体１０は、オリフィス２０を境界位置として長手方向に沿って上流側の第１領域１０Ａと下流側の第２領域１０Ｂとに分かれており、下流側の第２領域１０Ｂに流体吸引管３０および流体室４０が設けられている。
【００２６】
管体１０は、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニルもしくはポリアミド等のプラスチック、またはステンレス鋼もしくは黄銅などの金属により構成された円管であり、上流側の第１領域１０Ａには上述した加圧流体Ｆ０が供給され、下流側の第２領域１０Ｂにおいて吸引流体Ｆ１が吸引されて流体飛沫群Ｓが発生するようになっている。管体１０の第１領域１０Ａ側の端部は、加圧流体Ｆ０の供給口であり、上述した加圧ポンプ３または外部の水道管等（図示せず）が接続されている。なお、第１領域１０Ａには流体圧測定用タップ（図示せず）を設けることもできる。
【００２７】
第２領域１０Ｂ側の端部は、流体飛沫群Ｓを放出するための出口１０Ｃとなっている。第２領域１０Ｂ側の端部は、出口１０Ｃに近いほど管内の断面積が広くなる末広がりのテーパ形状を有していることが好ましい。発生した流体飛沫群Ｓの拡散を良くすることができるからである。なお、加工性または用途などの理由により、断面積一定の直管、または出口１０Ｃに近いほど管内の断面積が狭くなる先細りのテーパ形状であってもよい。
【００２８】
加圧流体Ｆ０の流量Ｑは、例えば、円管の内径が１１ｍｍ前後の場合、１０ｌ／ｍｉｎ以上８０ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、円管の内径が異なる場合は｛（内径）ｍｍ／１１ｍｍ｝の比の２乗に比例して増減させることが好ましい。
【００２９】
オリフィス２０は、加圧流体Ｆ０の圧力を急激に低下させて第２領域１０Ｂに負圧を発生させるためのものである。オリフィス２０の採用により、この流体混合器１は、特許文献１に記載されたように球状の負圧発生体を管体内に配設するよりも、構造が簡単になり、低コストで容易に作製可能となっており、実用性および普及性に優れたものとなっている。
【００３０】
オリフィス２０の開口径の管体１０の内径に対する比率は、例えば０．３〜０．７であることが好ましい。負圧の大きさを調節でき、吸引流体Ｆ１の流量や流体飛沫群Ｓのサイズを変えることができるからである。
【００３１】
流体吸引管３０は、管体１０の内部に上述した吸引流体Ｆ１を供給するためのものであり、管体１０と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下である。これにより、この流体混合器では、より多量の吸引流体Ｆ１を吸引して加圧流体Ｆ０に混合させることができるようになっている。
【００３２】
流体吸引管３０は管体１０と同一内径であるので、オリフィス２０の開口径の流体吸引管３０の内径に対する比率は、管体１０の場合と同様に、例えば０．３〜０．７である。これにより、オリフィス２０の下流側を急拡大させ、第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いを大きくすることができる。
【００３３】
また、流体吸引管３０の厚みを２ｍｍ以下とするのは、流体吸引管３０通過時の流動抵抗が厚さと共に増すので、厚すぎると吸引流量が過少または吸引できなくなるからである。
【００３４】
流体吸引管３０は、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのプラスチック，ステンレス鋼，黄銅などの金属，セラミックスまたはガラスなどの多孔質材料または多孔性膜よりなる円管である。ここに「多孔性膜」とは、多数の小孔をもつ膜をいい、小孔は例えばエッチングまたはプレス等により穿孔されたものである。多孔質材料の細孔径または多孔性膜の小孔径は、用途に応じて変えることができ、これにより流体飛沫群Ｓの流量および粒径を制御することもできる。
【００３５】
流体吸引管３０の管体１０との連結構造は特に限定されないが、例えば、管体１０の内壁面には段差状の凹部１１が設けられ、この凹部１１により流体吸引管３０が係止されているようにすることができる。
【００３６】
流体室４０は、液体吸引管３０を介して管体１０の内部へ吸引流体Ｆ１が円滑に吸引されるようにするためのものであり、管体１０および流体吸引管３０を一周して、環状に設けられている。流体室４０の具体的な構成については特に限定されないが、例えば、管体１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間には、管体１０を一周する間隙を有し、この間隙の管体１０内の端部に流体吸引管３０が設けられ、間隙の外側は封止部材４１で塞がれ、流体吸引管３０と封止部材４１との間の環状空間が流体室４０となっている。なお、封止部材４１の構成材料については特に限定されないが、例えば、管体１０と同様の材料により構成することができる。封止部材４１と管体１０との間には、気密用のＯリング４２を設けることが好ましい。分解が容易となり、流体吸引管３０に目詰まり等が生じた際には簡単に交換できるからである。しかし、封止部材４１は、接着剤あるいは溶接等により管体１０に直接接合されていてもよい。
【００３７】
流体室４０は、吸引流体Ｆ１を吸引するための吸引口４３を介して上述した配管４に連通している。この吸引口４３には、吸入弁（図示せず）が設けられていることが好ましい。吸入弁の開度を調節することにより、発生する流体飛沫群Ｓのサイズまたは流量を変えることができるからである。
【００３８】
この流体混合器１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３９】
まず、管体１０の第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂ並びに封止部材４１として、上述したプラスチックを溶融し管体状に押し出すことにより成形したものあるいは射出成形したもの、またはステンレス等の金属管を適当な長さに切断した円管を用意する。これらの円管には、流体吸引管３０を係止させるための段差状の凹部１１を設けておく。
【００４０】
次いで、上述した多孔質円管よりなる流体吸引管３０およびオリフィス２０を用意し、管体１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂの間の間隙に流体吸引層３０およびオリフィス２０を配置し、凹部１１により係止させる。
【００４１】
続いて、間隙の外側に、Ｏリング４２を挟んで封止部材４１を着脱可能に固定するか、あるいは接着剤あるいは溶接等により管体１０に固定する。これにより、流体吸引管３０と封止部材４１との間に環状の流体室４０が形成される。最後に、流体室４０に吸引口４３を設けて配管４との連通をとり、管体１０の第１領域１０Ａ側の端部に加圧ポンプ３を接続する。これにより、図１ないし図３に示した流体混合器１が完成する。
【００４２】
この流体混合器１では、管体１０に加圧流体Ｆ０を導くと、オリフィス２０の周りでは流路が狭いため高剪断流れとなり第２領域１０Ｂ側の静圧Ｐがエネルギー保存式（ベルヌーイの式）を満たすように低くなる。この静圧Ｐは加圧流体Ｆ０の流量がある程度大きくなると大気圧以下（負圧）となる。その結果、吸引流体Ｆ１が、配管４，流体室４０，および多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管３０を順に介して管体１０の内部に自動的に吸引（自吸）される。吸引された吸引流体Ｆ１は高剪断流れによりせん断され、加圧流体Ｆ０と混合されて流体飛沫群Ｓとして放出される。
【００４３】
ここでは、流体吸引管３０が、管体１０と同一内径を有しているので、オリフィス２０下流側の第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いが大きくなると共に、流体吸引管３０の厚みが２ｍｍ以下と薄肉なので、吸引流体Ｆ１の吸引に対する抵抗が小さくなる。よって、より多量の吸引流体Ｆ１が管体１０内に吸引され、オリフィス２０の後方に生じた高速な循環渦Ｖｘにより吸引流体Ｆ１が剪断されて加圧流体Ｆ０と混合され、微細な流体飛沫群Ｓが多量に発生する。
【００４４】
このとき、例えば、加圧流体Ｆ０に洗浄液を加えれば、洗浄液の洗浄作用および流体飛沫群Ｓへの汚れの付着作用で効果的な洗浄が行われる。また、洗浄液の導入により表面張力が低下し、流体飛沫群Ｓのサイズが更に小さくなり、流体飛沫群Ｓへの汚れ付着効果が高くなる。
【００４５】
このように本実施の形態では、流体吸引管３０を、管体１０と同一内径を有するようにしたので、オリフィス２０下流側の第２領域１０Ｂにおける負圧の度合いを大きくすることができると共に、流体吸引管３０の厚みを２ｍｍ以下と薄肉にしたので、吸引流体Ｆ１の吸引に対する抵抗を小さくすることができる。よって、より多量の吸引流体Ｆ１を管体１０内に吸引させ、加圧流体Ｆ０と混合させることができ、多量の流体飛沫群Ｓを容易に発生させることができる。
【００４６】
また、オリフィス２０により加圧流体Ｆ０の圧力を急激に低下させて第２領域１０Ｂに負圧を発生させるようにしたので、従来のように球状の負圧発生体を管体内に配設するよりも、構造が簡単になり、低コストで容易に作製可能とすることができる。よって、実用性の高い流体飛沫群発生器を実現することができ、広く普及する可能性を期待することができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図４および図５は、本発明の第２の実施の形態に係る流体混合器１の主要部の断面構成を表したものである。この流体混合器１は、流体室４０が、複数（例えば四つ）の室４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄを有していることを除いては、第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００４８】
室４０Ａ〜４０Ｄは、例えば、プラスチックまたは金属よりなる仕切り板４４により互いに隔絶されている。これらの室４０Ａ〜４０Ｄには、各々吸引口４３Ａ〜４３Ｄが設けられており、吸引口４３Ａ〜４３Ｄにはそれぞれ配管４（図４および図５には図示せず、図１参照。）が接続されている。これにより、この流体混合器１では、室４０Ａ〜４０Ｄに複数種類の吸引流体Ｆ１〜Ｆ４を供給し、それらを流体吸引管３０を通じて同時に吸引させることにより、加圧流体Ｆ０と吸引流体Ｆ１〜Ｆ４とを同時に混合させて流体飛沫群Ｓを発生させることができるようになっている。
【００４９】
例えば、吸引流体Ｆ１に重曹水、吸引流体Ｆ２に酢、吸引流体Ｆ３，Ｆ４に空気とすれば、吸引流体Ｆ１と吸引流体Ｆ２との化学反応により、炭酸ガスの流体飛沫群（マイクロバブル）Ｓを生成することができる。その際、吸引流体Ｆ３，Ｆ４の空気は混合の促進に寄与することができる。
【００５０】
また、例えば、吸引流体Ｆ１〜Ｆ４のいずれかに洗浄液、それ以外に空気とすれば、洗浄液の洗浄作用および流体飛沫群Ｓへの汚れの付着作用で効果的な洗浄が行われる。また、洗浄液の導入により表面張力が低下し、流体飛沫群Ｓのサイズが更に小さくなり、流体飛沫群Ｓへの汚れ付着効果が高くなる。
【００５１】
更に、例えば、吸引流体Ｆ１として流体飛沫群Ｓを微細化するための流体、吸引流体Ｆ２として洗浄液、吸引流体Ｆ３，Ｆ４として空気を吸引させるようにすれば、より微細な流体飛沫群Ｓを発生させることができると共に洗浄効果を高めることができる。
【００５２】
なお、吸引口４３Ａ〜４３Ｄに接続された配管４は、吸引流体Ｆ１〜Ｆ４の種類に応じてそれぞれ別の気体ボンベや液体タンクなどに接続され、あるいは大気中に開放されている。
【００５３】
この流体混合器１は、流体室４０を形成する際に内部に仕切り板４４を設けて室４０Ａ〜４０Ｄを形成することを除いては、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００５４】
この流体混合器１では、管体１０に加圧流体Ｆ０を導くと、第１の実施の形態と同様にして、オリフィス２０の下流側の第２領域１０Ｂにおける静圧Ｐが負圧となる。その結果、吸引流体Ｆ１〜Ｆ４が、配管４，流体室４０，および流体吸引管３０を順に介して管体１０の内部に自動的に吸引され、加圧流体Ｆ０と混合されて流体飛沫群Ｓとして放出される。ここでは、流体室４０が互いに隔絶された室４０Ａ〜４０Ｄを有しているので、これらの室４０Ａ〜４０Ｄおよび流体吸引管３０を介して複数種類の異なる流体Ｆ１〜Ｆ４が管体１０内に同時に吸引されて同時に混合される。
【００５５】
このように上記実施の形態では、流体室４０に、互いに隔絶された複数の室４０Ａ〜４０Ｄを設けるようにしたので、流体吸引管３０を通じて複数種類の吸引流体Ｆ１〜Ｆ４を同時に吸引させることにより加圧流体Ｆ０と吸引流体Ｆ１〜Ｆ４とを同時に混合することができる。よって、多流体を同時に混合できる多流体混合器を実現することができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態では、仕切り板４４が流体室４０内および流体吸引管３０を貫通して設けられている場合について説明したが、仕切り板４４は、図６に示したように、流体室４０内のみに設けられているようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態では、流体室４０が、管体１０を一周していると共に内部に仕切り板４４を有する場合について説明したが、室４０Ａ〜４０Ｄは、各々独立した別々の流体室として構成されていてもよい。
【００５８】
更に、上記実施の形態では、室４０Ａ〜４０Ｄにそれぞれ異なる吸引流体Ｆ１〜Ｆ４を供給する場合について説明したが、室４０Ａ〜４０Ｄのうち少なくとも二つについて、異なる吸引流体を供給するようにすればよい。例えば、室４０Ａ，４０Ｃに吸引流体Ｆ１を供給し、室４０Ｂ，４０Ｄに別の吸引流体Ｆ２を供給するようにしてもよい。
【００５９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、管体１０が円管である場合について説明したが、管体１０は、オリフィス２０の形状との相対的な関係で下流側に負圧を発生できるものであれば、その形状は任意である。
【００６０】
更に、例えば、上記実施の形態では、流体混合器の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、噴出特性や吸引特性を向上させるために、管体１０の入口および出口１０Ｃ、並びに流体吸引管３０の形状を適宜変えてもよい。
【００６１】
加えて、例えば、上記実施の形態において説明した流体の種類、または流量あるいは流体飛沫群の発生条件などは限定されるものではなく、他の流体としてもよく、または他の流量あるいは発生条件としてもよい。例えば、加圧流体Ｆ０および吸引流体Ｆ１は、流体混合器の使用目的に応じて適宜選択されるものであり、他の気体や液体でもよい。例えば、加圧流体Ｆ０としては、上記実施の形態で説明した水のほか、空気、水蒸気、不活性ガス、または、酸素あるいはオゾン等の支燃性ガスあるいは可燃性ガスを用いることができる。吸引流体Ｆ１は、上述した空気および洗浄剤のほか、水，消火液，殺虫剤，消毒剤，空気清浄剤，入浴剤，芳香剤あるいは消臭剤等でもよい。加圧流体Ｆ０に水、吸引流体Ｆ１に水と溶け合わない油等を用いればエマルジョンを発生できる。
【００６２】
更にまた、加圧された液体と吸引された液体との化学反応により固体の飛翔群を発生すること、あるいは、加圧された気体と吸引された気体との化学反応により液体の飛沫群を発生することもありうる。
【００６３】
この流体混合器は、マイクロバブルまたはナノバブルの発生に使えば、貯水池やダム等の水質浄化、または電子部品の洗浄などに有効である。また、ミストまたはドライミストの発生に使えば、例えば、加湿や気化熱を利用した冷却、またはミストの気化により室内の酸素濃度を燃焼範囲以下に下げる消火に用い、優れた効果を得ることができる。
【００６４】
更に、この流体混合器を家庭用のバスポンプ等の小型ポンプに取り付ければ、気泡や入浴剤を好みの部位にあてることが可能なハンディタイプのジェットバスとして利用することも可能であり、体の洗浄と共に効果的な温浴作用および局所的なマッサージ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流体混合器の全体構成を表す図である。
【図２】図１に示した流体混合器の構成を表す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流体混合器の構成を表す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図５の変形例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…流体混合器、２…槽、３…加圧ポンプ、４…配管、５…流量調整弁、１０…管体、１０Ａ…第１領域、１０Ｂ…第２領域、１０Ｃ…出口、２０…オリフィス、３０…流体吸引管、４０…流体室、４０Ａ〜４０Ｄ…室、４１…封止部材、４２…Ｏリング、４３，４３Ａ〜４３Ｄ…吸引口、４４…仕切り板、Ｆ０…加圧流体、Ｆ１〜Ｆ４…吸引流体、Ｓ…流体飛沫群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一端から加圧された流体が供給される管体と、
前記管体内に配置され、供給された前記流体の圧力を急激に低下させて下流側に負圧を発生させるオリフィスと、
前記オリフィスの下流側の前記管体の内側に設けられ、前記管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管と、
前記流体吸引管の外側に設けられた流体室と
を備えたことを特徴とする流体混合器。
【請求項２】
前記オリフィスの下流側において、前記加圧された流体と前記流体吸引管により自動的に吸引された流体とが混合されて微細な流体飛沫群または固体の飛翔群が発生する
ことを特徴とする請求項１記載の流体混合器。
【請求項３】
前記流体室は、互いに隔絶された複数の室を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の流体混合器。
【請求項４】
前記流体室に通じる配管と、この配管に設けられた流量調整弁とを備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記流体室は、前記管体および前記流体吸引管を一周して設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記管体および前記流体吸引管は円管であり、前記流体室は環状である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項７】
前記管体の他端部は、出口に近いほど管内の断面積が広くなる形状を有する
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項８】
流体の通路を有する管体の前記通路内にオリフィスを配置すると共に、前記オリフィスの下流側近傍の前記管体の内側に、前記管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管を設け、前記管体の通路内に加圧した流体を供給し、その流体の圧力を前記オリフィスにより急激に低下させて負圧を発生すると共に、前記流体吸引管を通じて流体を吸引させることにより前記加圧した流体と前記吸引された流体とを混合する
ことを特徴とする流体混合方法。
【請求項９】
前記加圧した流体と前記吸引された流体とを混合して微細な流体飛沫群または固体の飛翔群を発生させる
ことを特徴とする請求項８記載の流体混合方法。
【請求項１０】
前記流体吸引管を通じて複数種類の流体を吸引させることにより前記加圧した流体と前記複数種類の流体とを混合する
ことを特徴とする請求項９記載の流体混合方法。
【請求項１１】
前記複数種類の流体として、流体飛沫群を微細化するための流体と、洗浄液とを吸引させる
ことを特徴とする請求項１０記載の流体混合方法。
【請求項１】
長手方向の一端から加圧された流体が供給される管体と、
前記管体内に配置され、供給された前記流体の圧力を急激に低下させて下流側に負圧を発生させるオリフィスと、
前記オリフィスの下流側の前記管体の内側に設けられ、前記管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管と、
前記流体吸引管の外側に設けられた流体室と
を備えたことを特徴とする流体混合器。
【請求項２】
前記オリフィスの下流側において、前記加圧された流体と前記流体吸引管により自動的に吸引された流体とが混合されて微細な流体飛沫群または固体の飛翔群が発生する
ことを特徴とする請求項１記載の流体混合器。
【請求項３】
前記流体室は、互いに隔絶された複数の室を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の流体混合器。
【請求項４】
前記流体室に通じる配管と、この配管に設けられた流量調整弁とを備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記流体室は、前記管体および前記流体吸引管を一周して設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記管体および前記流体吸引管は円管であり、前記流体室は環状である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項７】
前記管体の他端部は、出口に近いほど管内の断面積が広くなる形状を有する
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項８】
流体の通路を有する管体の前記通路内にオリフィスを配置すると共に、前記オリフィスの下流側近傍の前記管体の内側に、前記管体と同一内径を有すると共に厚みが２ｍｍ以下であり、多孔質材料または多孔性膜よりなる流体吸引管を設け、前記管体の通路内に加圧した流体を供給し、その流体の圧力を前記オリフィスにより急激に低下させて負圧を発生すると共に、前記流体吸引管を通じて流体を吸引させることにより前記加圧した流体と前記吸引された流体とを混合する
ことを特徴とする流体混合方法。
【請求項９】
前記加圧した流体と前記吸引された流体とを混合して微細な流体飛沫群または固体の飛翔群を発生させる
ことを特徴とする請求項８記載の流体混合方法。
【請求項１０】
前記流体吸引管を通じて複数種類の流体を吸引させることにより前記加圧した流体と前記複数種類の流体とを混合する
ことを特徴とする請求項９記載の流体混合方法。
【請求項１１】
前記複数種類の流体として、流体飛沫群を微細化するための流体と、洗浄液とを吸引させる
ことを特徴とする請求項１０記載の流体混合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１７３６３１（Ｐ２００８−１７３６３１Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２５９０５（Ｐ２００７−３２５９０５）
【出願日】平成１９年１２月１８日（２００７．１２．１８）
【出願人】（５０４１５９２３５）国立大学法人 熊本大学 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１８日（２００７．１２．１８）
【出願人】（５０４１５９２３５）国立大学法人 熊本大学 (314)
【Ｆターム（参考）】
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