流体混合器及び流体混合装置
【課題】屈曲部を有する流体混合器の内部に導入される流体の速度が低下することを防ぎ、混合器内部で生じる負圧効果により、処理（混合）効率の高い流体混合器及び流体混合装置を提供することにある。
【解決手段】異なる種類の流体を混合させる流体混合器１において、前記流体混合器１は、異なる流体を混合させる混合部１１を内設し、屈曲部４１を有する管部材２と、前記管部材２の内部に流体を導入するためのノズル部材３と、を有し、前記ノズル部材３は前記屈曲部４１に設けられ、このノズル部材の先端１３が、前記混合部１１に延びるように構成する。
【解決手段】異なる種類の流体を混合させる流体混合器１において、前記流体混合器１は、異なる流体を混合させる混合部１１を内設し、屈曲部４１を有する管部材２と、前記管部材２の内部に流体を導入するためのノズル部材３と、を有し、前記ノズル部材３は前記屈曲部４１に設けられ、このノズル部材の先端１３が、前記混合部１１に延びるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる流体を混合するための流体混合器に関する。詳しくは、産業排水、上下水、個沼、河川、地下水等の水処理や、気体中の異種物質の除去・回収・吸収、及び生物反応装置（バイオリアクター）などに用いられる流体混合器に関する。また、本発明は、流体混合器を用いた流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体混合器では、異なる位置に形成された導入部から導入された異なる種類の流体を、混合器内部に設けられた混合部で、混合、攪拌、接触させる処理が行われる。このような処理の効率を上げるために、混合器内部に導入される流体の流速を大きくして、混合器内部の負圧効果を高めることにより、異なる種類の流体が混合する割合を増加させて、流体混合器の処理（混合）効率を高めることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、流体混合器を使用する装置、例えば下水処理装置の構造の制約等から、屈曲した形状を有する流体混合器が求められる場合がある。しかし、屈曲した形状を有する流体混合器を使用する場合には、流体混合器の導入部から導入された流体の流れる向きと、他の導入部から導入された流体の流れる向きとが直交する場合がある。このような場合には、混合器内部で流体同士が衝突して流体の速度が小さくなり、混合器内部で生じる負圧効果が低くなる。このため、混合器内部で異なる種類の流体が混合する割合が減少し、流体混合器の処理（混合）効率が低下するという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、上記のような問題点を考慮し、屈曲部を有する流体混合器の内部において、導入された流体の速度が低下することを防ぎ、処理（混合）効率の高い流体混合器及び流体混合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記のような目的を達成するためになされたものであり、この目的は、下記（１）〜（８）の発明によって達成される。
【０００７】
（１）異なる種類の流体を混合させる流体混合器であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合器。
【０００８】
（２）前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする上記（１）に記載の流体混合器。
【０００９】
（３）前記変動部は、前記ノズル部材の内周面に設けられた螺旋状の羽根体により構成されていること
を特徴とする上記（２）に記載の流体混合器。
【００１０】
（４）前記螺旋状の羽根体は複数であること
を特徴とする上記（３）に記載の流体混合器。
【００１１】
（５）前記複数の羽根体は、前記ノズル部材の内周面に沿って等間隔で設けられていること
を特徴とする上記（４）に記載の流体混合器。
【００１２】
（６）前記管部材の一端部には、フランジが設けられていること
を特徴とする上記（１）に記載の流体混合器。
【００１３】
（７）異なる種類の流体を混合させる流体混合器と、前記流体混合器に流体を供給する第１の供給部と、前記流体混合器に前記流体と異なる種類の流体を供給する第２の供給部と、を備えた流体混合装置であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合装置。
【００１４】
（８）前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする上記（７）に記載の流体混合装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る流体混合器によれば、屈曲している管部材の内部において、ノズル部材を介して流体を導入するので、ノズル管を流れる流体は、混合器内に導入された他の流体と衝突することがない。したがって、流体混合器の内部を流れる流体の速度は低下しないため、混合器内部の負圧効果を高く維持することができ、流体混合器の処理（混合）効率を高くすることができる。
【００１６】
本発明に係る流体混合装置によれば、使用する流体混合器は、屈曲している管部材の内部において、ノズル部材を介して流体を導入するので、ノズル管を流れる流体は、混合器内に導入された他の流体と衝突することがない。したがって、流体混合器の内部を流れる流体の速度は低下しないため、混合器内部の負圧効果を高く維持することができ、流体混合器の処理（混合）効率を高くし、流体混合装置の処理（混合）効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る流体混合器を実施するための一実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る流体混合器１の概略構成図を示したものである。
図１に示すように、本実施の形態に係る流体混合器１は、通路管２ａ及び通路管２ｂと、通路管２ａと通路管２ｂを結合する結合部材４と、を備えている。
【００１９】
通路管２ａは、内部に流体の流路を有する円筒状部材で構成されている。通路管２ａの上端側には、通路管の内部を通った流体を外部へ排出するための排出口８が形成されている。
【００２０】
通路管２ｂは、内部に流体の流路を有する円筒状部材で構成されている。通路管２ｂの一端側の外周部には、螺子部６が形成されており、例えば、外部から流体混合器に気体を供給する気体供給管に形成された螺子穴に、螺子部６を螺着することにより、気体供給管と通路管２ｂとを連通させる構成になっている。通路管２ｂの一端側には、流体を流体混合器１の内部に導入するための導入口７が設けられている。
【００２１】
結合部材４は、内部に流体の流路を有する円筒状部材を屈曲させることにより構成されている。屈曲部４１は、結合部材４の外郭の内側を略９０度の角度で屈曲させ、結合部材４の外郭の外側を曲線状に湾曲させることにより構成される。また、結合部材４を構成する円筒状部材の内径は、通路管２ａ、２ｂを構成する円筒状部材の外径よりも大きくなるように構成されており、結合部材４の両端部には、通路管２ａ、２ｂを挿入し係合するための係合部４ａ、４ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、通路管２ａ、２ｂ及び結合部材４により、流体混合器１の管部材が構成されており、この管部材に屈曲部４１が形成されている。
【００２２】
屈曲部４１には、流体を流体混合器の内部に導入するための導入孔５が形成されている。後述するように、この導入孔５には、通路管２ａの中心軸に沿って伸びるノズル部材３が連接されている。
【００２３】
流体混合器１は、通路管２ａの下端側を、結合部材４の係合部４ａに挿入して固定するとともに、通路管２ｂの他端側を、結合部材４の係合部４ｂに挿入して固定することによって組み立てられる。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る流体混合器１の概略断面斜視図である。
図２において、図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
通路管２ａの内部には、羽根体１０ａ、１０ｂからなる混合部１１が形成されている。羽根体１０ａは左捻り螺旋形状を有し、他の羽根体１０ｂは、右捻り螺旋形状を有するように形成されている。すなわち、羽根体１０ａ、１０ｂは、互いに螺旋の向きが異なるように構成されている。
【００２６】
羽根体１０ａ、１０ｂは、通路管２ａの内周面に設けられており、通路管２ａ内において、互いの高さが異なるような位置に設けられている。また、羽根体１０ａと対称となる位置には、図示しない左捻りの螺旋形状を有する羽根体が設けられており、同様に、羽根体１０ｂと対称の位置には、右捻りの螺旋形状を有する羽根体が設けられている。また、羽根体同士の間には、通路管２ａの中心軸に沿うように流体が流れる通路が形成されている。
【００２７】
混合部１１に流入した流体は、混合部に設けられた羽根体１０ａ、１０ｂによって、流線が乱されて渦流となり、同時に羽根体によってせん断されて微細化される。このように混合部では、流体の混合、攪拌、接触が行われる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、通路管２ａ内に設けられている羽根体１０の組み合わせは、左捻りと右捻りの２組だが、これに限定されることはなく、左捻り羽根体１０ａの上方に、別途右捻り羽根体を設置して、右捻り、左捻り、右捻りの３組としてもよい。また、これらの組数に限定されることなく、４組以上の組み合わせで構成することも可能である。
【００２９】
また、混合部１１を構成する部材の形状は、羽根体に限定されるものではなく、例えば、複数の凸状の部材を、通路管２の内周面に設けるような構成にしてもよい。
【００３０】
さらに、混合部を形成する羽根体を通路管２ｂの内周面に設けるように構成してもよい。
【００３１】
導入孔５には、ノズル管３が結合部材４の内部に位置するように、溶着によって連接されている。ノズル管３は、通路管２ａの中心軸上に沿って伸びるように形成されており、ノズル管３の中心軸は、通路管２ａの中心軸と同軸になるように構成されている。また、ノズル管３の上端部は、羽根体１０ｂの近傍付近にまで伸びるように形成されている。すなわち、ノズル管３の上端側に設けられた放出口１３が、混合部１１の近傍に位置するように構成されている。
【００３２】
このように、ノズル管３の放出口１３と羽根体１０ｂの下端部との間には、所定のスペースが形成されるように構成されている。このスペースにより、ノズル管３の放出口１３から放出される流体（例えば気体）と、導入口７から導入された他の種類の流体（例えば液体）とを混合することができる。
【００３３】
本実施の形態の流体混合器１では、通路管２ｂの導入口７から導入された流体は、通路管２ｂの流路を通って、結合部材４の屈曲部４１の内面に衝突して向きを変えて、通路管２ａの内周面に設けられた混合部１１に向かって流入する。一方、導入孔５から導入された流体は、ノズル管３を通り、放出口１３から放出されて混合部１１に向かって流入する。このとき、ノズル管３の放出口１３と混合部１１との間の空間において、導入口７から導入された流体と、導入孔５から導入された流体とが、流れにより生じた負圧効果によって混合される。この混合された異なる種類の流体は、混合部１１に流入し、さらに混合、攪拌、接触等の処理が進行する。
【００３４】
また、流体混合器１の内部では、ノズル管３が混合部１１の近傍付近にまで延びるように形成されているので、ノズル管３の内部で流れる流体の距離を長くすることができる。これにより、ノズル管３の放出口１３から放出される流体の速度を大きくして、混合器内部の負圧効果をより高くすることができ、さらに処理（混合）効率を高めることができる。
【００３５】
本実施形態の流体混合器１によれば、導入孔５から導入された流体は、ノズル管３の内部を通流するため、導入口７から導入された流体と衝突することなく、放出口１３から放出される。すなわち、導入孔５から導入された流体は、速度が大きい状態で放出されるので、この流体により生じる負圧効果を高くすることができる。また、導入口７から導入された流体も、導入孔５から導入される流体と衝突することがないので、流体の速度が低下することがなく、負圧効果を高い状態にすることができる。したがって、流体混合器１内において、負圧効果が高い状態で、異なる種類の流体を効率よく混合することができるので、流体混合器１の混合効率を高くすることができる。
【００３６】
図３は、他の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
図３において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する
【００３７】
図３に示すように、ノズル管３の先端側の内部には、螺旋形状を有する羽根体１２が設けられており、変動部が形成されている。
【００３８】
一般に、ノズル３の先端部分と混合部１１との距離が短くなると、混合部１１に流入される前に、ノズル３から導入された流体と、導入口７から導入された流体とが、混合、接触する距離が短くなり、混合部１１における混合、攪拌、接触等の処理の効率が低下するという問題がある。
【００３９】
本実施形態の流体混合器では、導入孔５からノズル管３の内部に導入された流体は、羽根体１２に衝突することにより、せん断されて流れの向きが変化する。これにより、放出口１３から放出された流体は乱流となって、他の流体と混合し易い状態となる。このため、本実施形態の流体混合器によれば、ノズル管３の放出口１３と通路管２ａに設けられた混合部１１との距離が短い場合であっても、異なる種類の流体を効率よく混合させることができる。
【００４０】
なお、羽根体１２の螺旋形状は、羽根体１２の放出口１３側の端縁部１２ａと、羽根体の導入孔５側の端縁部１２ｂとを、約９０度の角度で交差させることにより構成されている。
【００４１】
本実施形態の羽根体１２は、左捻りの螺旋形状を有しており、ノズル管３の内周面に設けられている。羽根体１２の対称位置には、図示しない左捻りの羽根体が設けられおり、羽根体１２の間には、後述するように、ノズル管３の中心軸に沿うように流体が流れる流体通路である開孔部１６が形成されている。なお、この流体経路は、通路管２ａの羽根体１０間に形成された流体通路と同軸上に位置するように配置されている。
【００４２】
また、本実施の形態では、ノズル管３内の羽根体１２の螺旋の回転方向若しくは捻り方向の向きを左捻りとし、その上部に位置する通路管２ａ内の羽根体１０ｂの螺旋の向きが右捻り、羽根体１０ａの螺旋の向きが左捻りとなる構成にする。このように、流体混合器１内部に設けられた羽根体の螺旋の向きを、流体の流れる向きに沿って交互に異なるように構成することにより、ノズル管３の導入孔５から流入した流体の流れる向きが交互に変動し、混合器内の流体の混合効率を高めることができる。なお、羽根体の螺旋の向きは、交互に異なっていればよく、ノズル管３内の羽根体１２の螺旋の向きが右捻りの場合には、羽根体１０ｂの螺旋が左捻り、羽根体１０ａの螺旋が右捻りとなるように構成する。また、さらに流体の流れを変動させて混合効率を向上させるために、羽根体１０、１２に複数の貫通孔を形成するようにしてもよい。
【００４３】
図４は、他の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
図４において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図４に示すように、通路管２ａには、内周面に沿うように凸部２ｃが形成されている。凸部２ｃは、ノズル管３の放出口１３に対応する位置に形成されている。本実施形態の流体混合器１では、凸部２ｃを設けることによって通路管２ａの縦断面形状を変化させて、ノズル管３の放出口１３と混合部１１との間にできる空間部５８の体積を変化させる。したがって、本実施形態の流体混合器１によれば、導入口７から導入された流体の速度を速くすることができ、空間部５８において、導入口７から導入された流体と放出口１３から放出された流体との混合効率を向上させることができる。なお、本実施の形態では、通路管２ａに凸部２ｃを形成したが、空間部５８の体積を変化させるものであればこれに限定されるものではなく、例えば、ノズル管３の外周に沿って凸部を設けるような構成としてもよい。
【００４５】
また、通路管２ａの内部に凸部を設けるかわりに、空間部５８にエゼクターを配置することによって流体の流速を変化させて、混合効率を向上させるようにしてもよい。なお、エゼクターとは、抽気器、排出器とよばれる可動部のない簡単な装置をいう。
【００４６】
図５（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係るノズル管を導入孔５側から見た場合の平面図である。
図５（ａ）に示すように、ノズル管３に設けられた羽根体１２は２枚で構成されている。羽根体１２の導入口側端縁部１２ｂは分離しており、ノズル管３の軸心方向に沿って、流体通路である開孔部１６が形成されている。各羽根体１２の捻り角度は約９０度であり、ノズル管３の内周面に沿って互いに対称となる位置に設けられている。また、羽根体１２と羽根体１２の間には、内周方向に沿って２箇所の流体通路１５が形成されており、この流体通路１５と開孔部１６とは、連通するように構成されている。導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、羽根体１２に衝突してせん断され、矢印に示すように羽根体の捻り部分に沿って流れる。すなわち、導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、流れが変動した状態で、流体通路１５及び開孔部１６を通って、放出口１３から流体混合器１の内部（混合部１１）に放出される。
【００４７】
図５（ｂ）は、他の実施の形態に係るノズル管を導入孔５側から見た場合の平面図である。
図５（ｂ）に示すように、ノズル管３に設けられた羽根体１２は１枚で構成されている。導入孔５側端縁部の羽根体端部１２ｂは、ノズル管３の直径方向に一体形成されている。羽根体１２の捻り角度は約９０度であり、ノズル管の内周方向に沿って、２箇所の流体通路１５が形成されている。導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、羽根体１２により流れを変動させられた状態で、流体通路１５を通って、放出口１３から流体混合器１の内部（混合部１１）に放出される。
【００４８】
図５（ｃ）は、他の実施の形態に係るノズル管を導入孔５側から見た場合の平面図である。
図５（ｃ）に示すように、ノズル管３に設けられた羽根体１２は３枚で構成されている。各羽根体１２の導入孔５側端縁部１２ｂは分離しており、ノズル管３の軸心方向に沿って、流体通路である開孔部１６が形成されている。各羽根体１２の捻り角度は約６０度であり、ノズル管３の内周面に沿って、互いに等間隔となるように設けられている。また、各羽根体１２の間には、内周方向に沿って３箇所の流体通路１５が形成されており、この流体経路１５と開孔部１６とは、連通するように構成されている。導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、羽根体１２により流れを変動させられた状態で、流体通路１５及び開孔部１６を通って、放出口１３から流体混合器１の内部（混合部１１）に放出される。
【００４９】
なお、羽根体１２は、ノズル管３と一体となるように成型してもよいし、ノズル管３を成型した後、別途内周面に接合するようにしてもよい。羽根体１２とノズル管３を一体成型する場合、羽根体の捻り角度は、６０度若しくは９０度となるように成形される。また、羽根体１２をノズル管３に接合する場合、羽根体の枚数は任意とすることができ、羽根体の捻り角度は、例えば、３０度、４５度、６０度、９０度、１２０度、１８０度となるように形成することができる。
【００５０】
また、本実施形態の流体混合器１では、ノズル管３の内部に変動部１２を設けているので、ノズル管３を通って混合器１の内部に導入される流体の流線を乱し変動させて、過流とする。これにより、他の種類の流体と混合しやすい状態にすることができる。これにより、ノズル管３の放出口１３と混合部１１との間の空間において、気体・液体等の異なる種類の流体を効率よく混合させることができるので、流体混合器１の混合効率を高めることができる。
【００５１】
なお、本実施形態の流体混合器１は、通常は合成樹脂材料を用いて構成されているが、スチール、アルミ、ステレンス等の金属材料で形成することも可能である。
【００５２】
図６は、本発明の一実施の形態に係るフランジを取り付けた流体混合器１の概略断面斜視図である。
【００５３】
図６に示すように、フランジ１７は、中心に貫通孔１９が形成された円盤状の底面部１７ａと、貫通孔１９に沿うようして底面部１７ａに連設された円筒状の保持部１７ｂとから構成されている。保持部１７ｂの内周部には、例えば雌螺子溝が形成されており、この螺子溝を通路管２ｂの螺子部６（雄螺子溝）と係合させることにより、フランジ１７が通路管２ｂに取り付けられる。なお、フランジ１７を通路管２ｂに取り付ける際には、通路管２ｂの先端をフランジ１７の貫通孔１９に挿入して、接着剤で固定するようにしてもよい。
【００５４】
底面部１７ａには、複数のボルト孔１８が形成されている。
流体混合器１を、例えば外部から流体混合器に気体を供給する気体供給管に取り付ける際には、この複数のボルト孔１８を、気体供給管の端部に設けられたフランジに形成されたボルト孔に合致させて、ボルトをボルト孔に挿入して先端をナットで締め付け固定することにより取り付ける。
【００５５】
本実施形態の流体混合器１によれば、流体混合器をフランジ１７を介して気体供給管に固定することができるので、混合器の内部に流体を導入する際に生じる応力変化等により、流体混合器が気体供給管から外れてしまうことを防止し、安定性を向上させることができる。
【００５６】
図７は、本発明に係る流体混合器を適用した活性汚泥の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【００５７】
本実施形態の流体混合装置２０においては、流体である原水が貯留された第２の供給部としての曝気槽２１内の底部に、２個の流体混合器１を並列に配置する。このとき、流体混合器１は、排出口８が上向きになるように配置される。
【００５８】
曝気槽２１の上方には、流体混合器１の導入口７に、原水とは異なる流体である圧縮ガスを供給する第１の供給部である供給源と、供給源に接続されたガス供給配管２３が設けられており、配管２３にはブロワー２２が介装されている。また、曝気槽２１の上部には、曝気槽２１に原水を供給する原水供給配管２４及び曝気槽２１内からの処理水を排出する処理水排出配管２５が設けられている。
【００５９】
また、ガス供給配管２３には、螺子穴が形成されており、この螺子穴に流体混合器１の通路管２ｂに形成された螺子部６を螺着することにより、ガス供給配管２３と通路管２ｂとが連通する構成になっている。なお、ガス供給配管２３の端部に設けたフランジと、流体混合器に設けたフランジとを合致させて、ガス供給配管に流体混合器を取り付けるようにしてもよい。
【００６０】
また、ブロワー２２を使用せずに、圧力ボンベにより、酸素（O２）等の圧縮ガスを供給するようにしてもよい。
【００６１】
なお、曝気槽２１に配置する流体混合器１の数は、本実施形態のように２個に限られるものではなく、例えば、１個若しくは３個以上の流体混合器を配置してもよい。
【００６２】
次に、このように構成された流体混合装置２０の動作について説明する。
まず、ブロワー２２によって、供給配管２３を通じて流体である圧縮ガスが供給されて、導入口７から流体混合器１内に供給される。このとき、供給された圧縮ガスの負圧効果により、圧縮ガスと異なる流体である曝気槽２１内の原水が、導入孔５からノズル管３を通じて流体混合器１の内部に導入される。流体混合器１の内部では、原水と圧縮ガスとが、混合部１１において混合、攪拌されて、圧縮ガス中のガスが原水中に溶解する。これにより、原水は、好気性微生物により回分又は連続的に浄化処理される。その後、原水は、処理水として処理水排出配管２４から曝気槽２１の外へ排出される。
【００６３】
本実施形態の流体混合装置２０によれば、流体混合器１の内部において、排出口７から導入された圧縮ガスが、ノズル管３を流れる導入孔５から導入された原水と衝突することがないため、流体の速度が低下することがないので、流体混合器の内部の負圧効果を高い状態に保つことができ、攪拌、混合しやすい状態にすることができる。
【００６４】
また、導入孔５から導入された原水は、ノズル管３の変動部１２によってせん断等されて流れが変動し、圧縮ガスと攪拌、混合しやすい状態になっている。このため、本実施形態の流体混交装置２０によれば、ノズル管３の放出口１３側端部と混合部１１との間の空間で、原水と圧縮ガスを十分に攪拌、混合することができ、流体混合装置の処理（混合）効率を高めることができる。
【００６５】
図８は、本発明に係る流体混合器を適用した流体混合装置を示すブロック図である。
【００６６】
本実施形態においては、流体混合器１を、その長手方向を鉛直にして密閉された反応槽３１内に配置する。このとき、流体混合器１は、排出口８が下方を向くように配置される。この場合に、反応槽３１の上部には、空間である導入部３１ａが設けられ、反応槽３１の下部には、液体が溜まる貯留部３１ｂが設けられている。
【００６７】
反応槽３１の上部の導入部３１ａには、液体の供給源に接続された配管３２が接続されており、配管３２には流量調節弁３４が介装されている。また、導入部３１ａには、気体の供給源に接続された配管３３が接続されており、この配管３３には流量調節弁３５が介装されている。これらの液体供給源及び気体供給源からは、夫々液体及び気体が、第２の供給部である反応槽３１内に圧送されてくる。反応槽３１の内部には、液体と気体が混在した状態の混合流体が存在する。
【００６８】
一方、反応槽の下部の貯留部３１ｂには、配管３６が接続されており、反応槽下部に貯留された流体である液体は、配管３６を介して反応槽外に排出されるようになっている。
【００６９】
そして、この配管３６は反応槽上部の空間に設置された流体混合器１の通路管２ｂに接続されており、反応槽底部から排出された液体が、配管３６を介して通路管２ｂの導入口７に供給される。なお、配管３６には、螺子穴が形成されており、この螺子穴に流体混合器１の通路管２ｂに形成された螺子部６を螺着することにより、配管３６と通路管２ｂが連通する構成になっている。なお、配管３６の端部に設けたフランジと、流体混合器１に設けたフランジとを合致させて、配管に流体混合器を取り付けるようにしてもよい。
【００７０】
このようにして、反応槽３１内の液体は、配管３６を介して再度反応槽内に戻され、反応槽内の流体混合器１に循環供給される。配管３６にはポンプ３８が介装されており、更に、流量調節弁３７が介装されることで、液体を供給する第１の供給部が構成されている。また、配管３６の途中には、その流量調節弁３７の上流側から配管４０が分岐されており、この配管４０には開閉弁３９が介装されている。
【００７１】
次に、このように構成された流体混合装置３０の動作について説明する。
先ず、弁３９を閉、弁３７を開にすると共に、弁３４及び３５を所定角度に開いて、配管３２を介して液体及び気体を所定の割合で、反応槽３１内に圧送する。圧送された液体及び気体は、反応槽３１内で撹拌混合され、気体と液体とが十分に接触して、気体が液体に溶解し、曝気され又は反応が進行する。
【００７２】
そして、反応槽３１内に貯留された液体は、ポンプ３８により反応槽３１の上部に設置された流体混合器１の通路管２ｂまで供給される。そうすると、導入孔５から導入された配管３２及び３３から供給された液体及び気体からなる混合流体と、通路管２ｂの導入口７から導入された液体とが、流体混合器１の内部で混合される。
【００７３】
その後、混合接触処理後の流体は、弁３７を閉にした後、弁３９を開にして、反応槽３１から配管４０を介して排出する。
【００７４】
本実施形態の流体混合装置３０によれば、流体混合器１の内部において、排出口７から導入された貯留部３１ｂの液体が、ノズル管３を流れる導入孔５から導入された混合流体と衝突することがないため、流体の速度が低下することがないので、流体混合器の内部の負圧効果を高い状態に保つことができ、攪拌、混合しやすい状態にすることができる。
【００７５】
また、ノズル管３に導入された導入部３１ａの混合流体は、変動部１２によりせん断等されて、流れが変動する。これにより、ノズル管３の放出口１３端部と混合部１１と間の空間で、排出口７から導入された液体と導入孔５から導入された混合流体とを十分に、溶解、曝気又は反応させることができるので、流体混合装置の処理（混合）効率を向上させることができる。
【００７６】
なお、反応槽３１に配置される流体混合器１の数は、本実施形態のように１個に限られるものではなく、複数の流体混合器を並列に配置するようにしてもよい。
【００７７】
図９は、本発明に係る流体混合器を適用した湖水等の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【００７８】
図９に示すように、本実施形態の流体混合装置５０においては、流体である原水（例えば湖水）が貯留された曝気槽５１の上方に、流体混合器１を、排出口８が下向きとなるように設置する。
【００７９】
曝気槽５１の上部には、曝気槽５１に原水を供給する原水供給配管５４が設けられている。なお、このような原水供給配管を設けずに、流体混合器を直接、沼、湖等に設置するようにしてもよい。
【００８０】
反応槽５１の貯留部５２には、配管５６が接続されており、配管５６には、ポンプ５７が介装されている。配管５６は、曝気槽５１の上方に配設された流体混合器１の導入口７に接続されており、貯留部５２から排出された原水が、配管５６を介して流体混合器１の通路管２に供給される。
【００８１】
また、配管５６には、螺子穴が形成されており、この螺子穴に流体混合器１の通路管２ｂに形成された螺子部６を螺着することにより、配管５６と通路管２とが連通する構成になっている。
【００８２】
次に、このように構成された流体混合装置５０の動作について説明する。
曝気槽５１内に貯留された原水は、ポンプ５７により曝気槽５１の上部に設置された流体混合器１の導入口７に供給される。このとき、流体混合器１の内部で生じる負圧効果により、導入孔５から流体である空気が導入されて、導入口７から導入された原水と、流体混合器１の内部（混合部）で混合される。
【００８３】
このとき、流体混合器１の混合部１１では、十分に攪拌混合が行われ、空気が原水に十分に溶解されて、溶存酸素の富化が行われる。この溶存酸素の富化により、例えば湖水中において、嫌気性微生物による硫化水素（H２S）の発生を防止することができる。
【００８４】
本実施形態の流体混合装置５０によれば、流体混合器１の内部において、排出口７から導入された貯留部５２の液体が、ノズル管３を流れる導入孔５から導入された空気と衝突することがないため、流体の速度が低下することがない。このため、流体混合器の内部の負圧効果を高い状態に保つことができ、攪拌、混合しやすい状態にすることができる。
【００８５】
また、ノズル管３に導入された空気は、変動部１２によりせん断等されて、流れが変動する。これにより、ノズル管３の放出口１３端部と混合部１１と間の空間で、排出口７から導入された原水と導入孔５から導入された空気とを十分に、溶解、曝気又は反応させることができるので、流体混合装置の処理（混合）効率を向上させることができる。
【００８６】
また、本実施形態の流体混合器１は、屈曲部４１を有しているため、内部を流れる流体のエネルギーを低下させることなく、導入口７から導入される流体の向きと、排出口８から排出される流体の向きを、異ならせることができる。これにより、流体混合装置の内部で複雑な配管を設けることなく、排出口８から排出される流体の向きを任意の方向とすることができる。
【００８７】
なお、反応槽５１に配置される流体混合器１の数は、本実施形態のように１個に限られるものではなく、複数の流体混合器を並列に配置するようにしてもよい。
【００８８】
また、本発明の流体混合器及び流体混合装置は、上述の各形態に限定されるものではなく、その他材料、構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。特に、異なる種類の流体とは、液体、気体、粉流体などの種類が異なる場合だけではなく、例えば、液体同士であっても性質が異なるような場合は含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流体混合器の概略構成図を示したものである。
【図２】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図５】本発明の複数の実施の形態に係るノズル管を導入孔側から見た場合の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図７】本発明に係る流体混合器を適用した活性汚泥の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る流体混合装置のブロック図である。
【図９】本発明に係る流体混合器を適用した湖水等の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９０】
１・・流体混合器、２ａ、２ｂ・・通路管、２ｃ・・凸部、３・・ノズル管、４・・結合部材、４ａ、４ｂ・・係合部、４１・・屈曲部、５・・導入孔、６・・螺子部、７・・導入口、８・・排出口、９・・ナット部、１０ａ、１０ｂ・・羽根体、１１・・混合部、１２・・羽根体（変動部）、１３・・放出口、１４・・挿入孔、１５・・流体通路、１６・・開孔部、１７・・フランジ、１８・・ボルト孔、１９・・貫通孔、２０・・流体混合装置、２１・・曝気槽、２２・・ブロワー、２３，２４，２５・・配管、３０・・流体混合装置、３１・・反応槽、３１ａ・・導入部、３１ｂ・・貯留槽、３２，３３，３６，４０、５４，５６・・配管、３４，３５，３７，３９・・調整弁、３８・・循環ポンプ、４１・・屈曲部、５０・・流体混合装置、５１・・曝気槽、５７・・ポンプ、５８・・空間部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる流体を混合するための流体混合器に関する。詳しくは、産業排水、上下水、個沼、河川、地下水等の水処理や、気体中の異種物質の除去・回収・吸収、及び生物反応装置（バイオリアクター）などに用いられる流体混合器に関する。また、本発明は、流体混合器を用いた流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体混合器では、異なる位置に形成された導入部から導入された異なる種類の流体を、混合器内部に設けられた混合部で、混合、攪拌、接触させる処理が行われる。このような処理の効率を上げるために、混合器内部に導入される流体の流速を大きくして、混合器内部の負圧効果を高めることにより、異なる種類の流体が混合する割合を増加させて、流体混合器の処理（混合）効率を高めることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、流体混合器を使用する装置、例えば下水処理装置の構造の制約等から、屈曲した形状を有する流体混合器が求められる場合がある。しかし、屈曲した形状を有する流体混合器を使用する場合には、流体混合器の導入部から導入された流体の流れる向きと、他の導入部から導入された流体の流れる向きとが直交する場合がある。このような場合には、混合器内部で流体同士が衝突して流体の速度が小さくなり、混合器内部で生じる負圧効果が低くなる。このため、混合器内部で異なる種類の流体が混合する割合が減少し、流体混合器の処理（混合）効率が低下するという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、上記のような問題点を考慮し、屈曲部を有する流体混合器の内部において、導入された流体の速度が低下することを防ぎ、処理（混合）効率の高い流体混合器及び流体混合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記のような目的を達成するためになされたものであり、この目的は、下記（１）〜（８）の発明によって達成される。
【０００７】
（１）異なる種類の流体を混合させる流体混合器であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合器。
【０００８】
（２）前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする上記（１）に記載の流体混合器。
【０００９】
（３）前記変動部は、前記ノズル部材の内周面に設けられた螺旋状の羽根体により構成されていること
を特徴とする上記（２）に記載の流体混合器。
【００１０】
（４）前記螺旋状の羽根体は複数であること
を特徴とする上記（３）に記載の流体混合器。
【００１１】
（５）前記複数の羽根体は、前記ノズル部材の内周面に沿って等間隔で設けられていること
を特徴とする上記（４）に記載の流体混合器。
【００１２】
（６）前記管部材の一端部には、フランジが設けられていること
を特徴とする上記（１）に記載の流体混合器。
【００１３】
（７）異なる種類の流体を混合させる流体混合器と、前記流体混合器に流体を供給する第１の供給部と、前記流体混合器に前記流体と異なる種類の流体を供給する第２の供給部と、を備えた流体混合装置であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合装置。
【００１４】
（８）前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする上記（７）に記載の流体混合装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る流体混合器によれば、屈曲している管部材の内部において、ノズル部材を介して流体を導入するので、ノズル管を流れる流体は、混合器内に導入された他の流体と衝突することがない。したがって、流体混合器の内部を流れる流体の速度は低下しないため、混合器内部の負圧効果を高く維持することができ、流体混合器の処理（混合）効率を高くすることができる。
【００１６】
本発明に係る流体混合装置によれば、使用する流体混合器は、屈曲している管部材の内部において、ノズル部材を介して流体を導入するので、ノズル管を流れる流体は、混合器内に導入された他の流体と衝突することがない。したがって、流体混合器の内部を流れる流体の速度は低下しないため、混合器内部の負圧効果を高く維持することができ、流体混合器の処理（混合）効率を高くし、流体混合装置の処理（混合）効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る流体混合器を実施するための一実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る流体混合器１の概略構成図を示したものである。
図１に示すように、本実施の形態に係る流体混合器１は、通路管２ａ及び通路管２ｂと、通路管２ａと通路管２ｂを結合する結合部材４と、を備えている。
【００１９】
通路管２ａは、内部に流体の流路を有する円筒状部材で構成されている。通路管２ａの上端側には、通路管の内部を通った流体を外部へ排出するための排出口８が形成されている。
【００２０】
通路管２ｂは、内部に流体の流路を有する円筒状部材で構成されている。通路管２ｂの一端側の外周部には、螺子部６が形成されており、例えば、外部から流体混合器に気体を供給する気体供給管に形成された螺子穴に、螺子部６を螺着することにより、気体供給管と通路管２ｂとを連通させる構成になっている。通路管２ｂの一端側には、流体を流体混合器１の内部に導入するための導入口７が設けられている。
【００２１】
結合部材４は、内部に流体の流路を有する円筒状部材を屈曲させることにより構成されている。屈曲部４１は、結合部材４の外郭の内側を略９０度の角度で屈曲させ、結合部材４の外郭の外側を曲線状に湾曲させることにより構成される。また、結合部材４を構成する円筒状部材の内径は、通路管２ａ、２ｂを構成する円筒状部材の外径よりも大きくなるように構成されており、結合部材４の両端部には、通路管２ａ、２ｂを挿入し係合するための係合部４ａ、４ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、通路管２ａ、２ｂ及び結合部材４により、流体混合器１の管部材が構成されており、この管部材に屈曲部４１が形成されている。
【００２２】
屈曲部４１には、流体を流体混合器の内部に導入するための導入孔５が形成されている。後述するように、この導入孔５には、通路管２ａの中心軸に沿って伸びるノズル部材３が連接されている。
【００２３】
流体混合器１は、通路管２ａの下端側を、結合部材４の係合部４ａに挿入して固定するとともに、通路管２ｂの他端側を、結合部材４の係合部４ｂに挿入して固定することによって組み立てられる。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る流体混合器１の概略断面斜視図である。
図２において、図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
通路管２ａの内部には、羽根体１０ａ、１０ｂからなる混合部１１が形成されている。羽根体１０ａは左捻り螺旋形状を有し、他の羽根体１０ｂは、右捻り螺旋形状を有するように形成されている。すなわち、羽根体１０ａ、１０ｂは、互いに螺旋の向きが異なるように構成されている。
【００２６】
羽根体１０ａ、１０ｂは、通路管２ａの内周面に設けられており、通路管２ａ内において、互いの高さが異なるような位置に設けられている。また、羽根体１０ａと対称となる位置には、図示しない左捻りの螺旋形状を有する羽根体が設けられており、同様に、羽根体１０ｂと対称の位置には、右捻りの螺旋形状を有する羽根体が設けられている。また、羽根体同士の間には、通路管２ａの中心軸に沿うように流体が流れる通路が形成されている。
【００２７】
混合部１１に流入した流体は、混合部に設けられた羽根体１０ａ、１０ｂによって、流線が乱されて渦流となり、同時に羽根体によってせん断されて微細化される。このように混合部では、流体の混合、攪拌、接触が行われる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、通路管２ａ内に設けられている羽根体１０の組み合わせは、左捻りと右捻りの２組だが、これに限定されることはなく、左捻り羽根体１０ａの上方に、別途右捻り羽根体を設置して、右捻り、左捻り、右捻りの３組としてもよい。また、これらの組数に限定されることなく、４組以上の組み合わせで構成することも可能である。
【００２９】
また、混合部１１を構成する部材の形状は、羽根体に限定されるものではなく、例えば、複数の凸状の部材を、通路管２の内周面に設けるような構成にしてもよい。
【００３０】
さらに、混合部を形成する羽根体を通路管２ｂの内周面に設けるように構成してもよい。
【００３１】
導入孔５には、ノズル管３が結合部材４の内部に位置するように、溶着によって連接されている。ノズル管３は、通路管２ａの中心軸上に沿って伸びるように形成されており、ノズル管３の中心軸は、通路管２ａの中心軸と同軸になるように構成されている。また、ノズル管３の上端部は、羽根体１０ｂの近傍付近にまで伸びるように形成されている。すなわち、ノズル管３の上端側に設けられた放出口１３が、混合部１１の近傍に位置するように構成されている。
【００３２】
このように、ノズル管３の放出口１３と羽根体１０ｂの下端部との間には、所定のスペースが形成されるように構成されている。このスペースにより、ノズル管３の放出口１３から放出される流体（例えば気体）と、導入口７から導入された他の種類の流体（例えば液体）とを混合することができる。
【００３３】
本実施の形態の流体混合器１では、通路管２ｂの導入口７から導入された流体は、通路管２ｂの流路を通って、結合部材４の屈曲部４１の内面に衝突して向きを変えて、通路管２ａの内周面に設けられた混合部１１に向かって流入する。一方、導入孔５から導入された流体は、ノズル管３を通り、放出口１３から放出されて混合部１１に向かって流入する。このとき、ノズル管３の放出口１３と混合部１１との間の空間において、導入口７から導入された流体と、導入孔５から導入された流体とが、流れにより生じた負圧効果によって混合される。この混合された異なる種類の流体は、混合部１１に流入し、さらに混合、攪拌、接触等の処理が進行する。
【００３４】
また、流体混合器１の内部では、ノズル管３が混合部１１の近傍付近にまで延びるように形成されているので、ノズル管３の内部で流れる流体の距離を長くすることができる。これにより、ノズル管３の放出口１３から放出される流体の速度を大きくして、混合器内部の負圧効果をより高くすることができ、さらに処理（混合）効率を高めることができる。
【００３５】
本実施形態の流体混合器１によれば、導入孔５から導入された流体は、ノズル管３の内部を通流するため、導入口７から導入された流体と衝突することなく、放出口１３から放出される。すなわち、導入孔５から導入された流体は、速度が大きい状態で放出されるので、この流体により生じる負圧効果を高くすることができる。また、導入口７から導入された流体も、導入孔５から導入される流体と衝突することがないので、流体の速度が低下することがなく、負圧効果を高い状態にすることができる。したがって、流体混合器１内において、負圧効果が高い状態で、異なる種類の流体を効率よく混合することができるので、流体混合器１の混合効率を高くすることができる。
【００３６】
図３は、他の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
図３において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する
【００３７】
図３に示すように、ノズル管３の先端側の内部には、螺旋形状を有する羽根体１２が設けられており、変動部が形成されている。
【００３８】
一般に、ノズル３の先端部分と混合部１１との距離が短くなると、混合部１１に流入される前に、ノズル３から導入された流体と、導入口７から導入された流体とが、混合、接触する距離が短くなり、混合部１１における混合、攪拌、接触等の処理の効率が低下するという問題がある。
【００３９】
本実施形態の流体混合器では、導入孔５からノズル管３の内部に導入された流体は、羽根体１２に衝突することにより、せん断されて流れの向きが変化する。これにより、放出口１３から放出された流体は乱流となって、他の流体と混合し易い状態となる。このため、本実施形態の流体混合器によれば、ノズル管３の放出口１３と通路管２ａに設けられた混合部１１との距離が短い場合であっても、異なる種類の流体を効率よく混合させることができる。
【００４０】
なお、羽根体１２の螺旋形状は、羽根体１２の放出口１３側の端縁部１２ａと、羽根体の導入孔５側の端縁部１２ｂとを、約９０度の角度で交差させることにより構成されている。
【００４１】
本実施形態の羽根体１２は、左捻りの螺旋形状を有しており、ノズル管３の内周面に設けられている。羽根体１２の対称位置には、図示しない左捻りの羽根体が設けられおり、羽根体１２の間には、後述するように、ノズル管３の中心軸に沿うように流体が流れる流体通路である開孔部１６が形成されている。なお、この流体経路は、通路管２ａの羽根体１０間に形成された流体通路と同軸上に位置するように配置されている。
【００４２】
また、本実施の形態では、ノズル管３内の羽根体１２の螺旋の回転方向若しくは捻り方向の向きを左捻りとし、その上部に位置する通路管２ａ内の羽根体１０ｂの螺旋の向きが右捻り、羽根体１０ａの螺旋の向きが左捻りとなる構成にする。このように、流体混合器１内部に設けられた羽根体の螺旋の向きを、流体の流れる向きに沿って交互に異なるように構成することにより、ノズル管３の導入孔５から流入した流体の流れる向きが交互に変動し、混合器内の流体の混合効率を高めることができる。なお、羽根体の螺旋の向きは、交互に異なっていればよく、ノズル管３内の羽根体１２の螺旋の向きが右捻りの場合には、羽根体１０ｂの螺旋が左捻り、羽根体１０ａの螺旋が右捻りとなるように構成する。また、さらに流体の流れを変動させて混合効率を向上させるために、羽根体１０、１２に複数の貫通孔を形成するようにしてもよい。
【００４３】
図４は、他の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
図４において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図４に示すように、通路管２ａには、内周面に沿うように凸部２ｃが形成されている。凸部２ｃは、ノズル管３の放出口１３に対応する位置に形成されている。本実施形態の流体混合器１では、凸部２ｃを設けることによって通路管２ａの縦断面形状を変化させて、ノズル管３の放出口１３と混合部１１との間にできる空間部５８の体積を変化させる。したがって、本実施形態の流体混合器１によれば、導入口７から導入された流体の速度を速くすることができ、空間部５８において、導入口７から導入された流体と放出口１３から放出された流体との混合効率を向上させることができる。なお、本実施の形態では、通路管２ａに凸部２ｃを形成したが、空間部５８の体積を変化させるものであればこれに限定されるものではなく、例えば、ノズル管３の外周に沿って凸部を設けるような構成としてもよい。
【００４５】
また、通路管２ａの内部に凸部を設けるかわりに、空間部５８にエゼクターを配置することによって流体の流速を変化させて、混合効率を向上させるようにしてもよい。なお、エゼクターとは、抽気器、排出器とよばれる可動部のない簡単な装置をいう。
【００４６】
図５（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係るノズル管を導入孔５側から見た場合の平面図である。
図５（ａ）に示すように、ノズル管３に設けられた羽根体１２は２枚で構成されている。羽根体１２の導入口側端縁部１２ｂは分離しており、ノズル管３の軸心方向に沿って、流体通路である開孔部１６が形成されている。各羽根体１２の捻り角度は約９０度であり、ノズル管３の内周面に沿って互いに対称となる位置に設けられている。また、羽根体１２と羽根体１２の間には、内周方向に沿って２箇所の流体通路１５が形成されており、この流体通路１５と開孔部１６とは、連通するように構成されている。導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、羽根体１２に衝突してせん断され、矢印に示すように羽根体の捻り部分に沿って流れる。すなわち、導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、流れが変動した状態で、流体通路１５及び開孔部１６を通って、放出口１３から流体混合器１の内部（混合部１１）に放出される。
【００４７】
図５（ｂ）は、他の実施の形態に係るノズル管を導入孔５側から見た場合の平面図である。
図５（ｂ）に示すように、ノズル管３に設けられた羽根体１２は１枚で構成されている。導入孔５側端縁部の羽根体端部１２ｂは、ノズル管３の直径方向に一体形成されている。羽根体１２の捻り角度は約９０度であり、ノズル管の内周方向に沿って、２箇所の流体通路１５が形成されている。導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、羽根体１２により流れを変動させられた状態で、流体通路１５を通って、放出口１３から流体混合器１の内部（混合部１１）に放出される。
【００４８】
図５（ｃ）は、他の実施の形態に係るノズル管を導入孔５側から見た場合の平面図である。
図５（ｃ）に示すように、ノズル管３に設けられた羽根体１２は３枚で構成されている。各羽根体１２の導入孔５側端縁部１２ｂは分離しており、ノズル管３の軸心方向に沿って、流体通路である開孔部１６が形成されている。各羽根体１２の捻り角度は約６０度であり、ノズル管３の内周面に沿って、互いに等間隔となるように設けられている。また、各羽根体１２の間には、内周方向に沿って３箇所の流体通路１５が形成されており、この流体経路１５と開孔部１６とは、連通するように構成されている。導入孔５からノズル管３内に導入された流体は、羽根体１２により流れを変動させられた状態で、流体通路１５及び開孔部１６を通って、放出口１３から流体混合器１の内部（混合部１１）に放出される。
【００４９】
なお、羽根体１２は、ノズル管３と一体となるように成型してもよいし、ノズル管３を成型した後、別途内周面に接合するようにしてもよい。羽根体１２とノズル管３を一体成型する場合、羽根体の捻り角度は、６０度若しくは９０度となるように成形される。また、羽根体１２をノズル管３に接合する場合、羽根体の枚数は任意とすることができ、羽根体の捻り角度は、例えば、３０度、４５度、６０度、９０度、１２０度、１８０度となるように形成することができる。
【００５０】
また、本実施形態の流体混合器１では、ノズル管３の内部に変動部１２を設けているので、ノズル管３を通って混合器１の内部に導入される流体の流線を乱し変動させて、過流とする。これにより、他の種類の流体と混合しやすい状態にすることができる。これにより、ノズル管３の放出口１３と混合部１１との間の空間において、気体・液体等の異なる種類の流体を効率よく混合させることができるので、流体混合器１の混合効率を高めることができる。
【００５１】
なお、本実施形態の流体混合器１は、通常は合成樹脂材料を用いて構成されているが、スチール、アルミ、ステレンス等の金属材料で形成することも可能である。
【００５２】
図６は、本発明の一実施の形態に係るフランジを取り付けた流体混合器１の概略断面斜視図である。
【００５３】
図６に示すように、フランジ１７は、中心に貫通孔１９が形成された円盤状の底面部１７ａと、貫通孔１９に沿うようして底面部１７ａに連設された円筒状の保持部１７ｂとから構成されている。保持部１７ｂの内周部には、例えば雌螺子溝が形成されており、この螺子溝を通路管２ｂの螺子部６（雄螺子溝）と係合させることにより、フランジ１７が通路管２ｂに取り付けられる。なお、フランジ１７を通路管２ｂに取り付ける際には、通路管２ｂの先端をフランジ１７の貫通孔１９に挿入して、接着剤で固定するようにしてもよい。
【００５４】
底面部１７ａには、複数のボルト孔１８が形成されている。
流体混合器１を、例えば外部から流体混合器に気体を供給する気体供給管に取り付ける際には、この複数のボルト孔１８を、気体供給管の端部に設けられたフランジに形成されたボルト孔に合致させて、ボルトをボルト孔に挿入して先端をナットで締め付け固定することにより取り付ける。
【００５５】
本実施形態の流体混合器１によれば、流体混合器をフランジ１７を介して気体供給管に固定することができるので、混合器の内部に流体を導入する際に生じる応力変化等により、流体混合器が気体供給管から外れてしまうことを防止し、安定性を向上させることができる。
【００５６】
図７は、本発明に係る流体混合器を適用した活性汚泥の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【００５７】
本実施形態の流体混合装置２０においては、流体である原水が貯留された第２の供給部としての曝気槽２１内の底部に、２個の流体混合器１を並列に配置する。このとき、流体混合器１は、排出口８が上向きになるように配置される。
【００５８】
曝気槽２１の上方には、流体混合器１の導入口７に、原水とは異なる流体である圧縮ガスを供給する第１の供給部である供給源と、供給源に接続されたガス供給配管２３が設けられており、配管２３にはブロワー２２が介装されている。また、曝気槽２１の上部には、曝気槽２１に原水を供給する原水供給配管２４及び曝気槽２１内からの処理水を排出する処理水排出配管２５が設けられている。
【００５９】
また、ガス供給配管２３には、螺子穴が形成されており、この螺子穴に流体混合器１の通路管２ｂに形成された螺子部６を螺着することにより、ガス供給配管２３と通路管２ｂとが連通する構成になっている。なお、ガス供給配管２３の端部に設けたフランジと、流体混合器に設けたフランジとを合致させて、ガス供給配管に流体混合器を取り付けるようにしてもよい。
【００６０】
また、ブロワー２２を使用せずに、圧力ボンベにより、酸素（O２）等の圧縮ガスを供給するようにしてもよい。
【００６１】
なお、曝気槽２１に配置する流体混合器１の数は、本実施形態のように２個に限られるものではなく、例えば、１個若しくは３個以上の流体混合器を配置してもよい。
【００６２】
次に、このように構成された流体混合装置２０の動作について説明する。
まず、ブロワー２２によって、供給配管２３を通じて流体である圧縮ガスが供給されて、導入口７から流体混合器１内に供給される。このとき、供給された圧縮ガスの負圧効果により、圧縮ガスと異なる流体である曝気槽２１内の原水が、導入孔５からノズル管３を通じて流体混合器１の内部に導入される。流体混合器１の内部では、原水と圧縮ガスとが、混合部１１において混合、攪拌されて、圧縮ガス中のガスが原水中に溶解する。これにより、原水は、好気性微生物により回分又は連続的に浄化処理される。その後、原水は、処理水として処理水排出配管２４から曝気槽２１の外へ排出される。
【００６３】
本実施形態の流体混合装置２０によれば、流体混合器１の内部において、排出口７から導入された圧縮ガスが、ノズル管３を流れる導入孔５から導入された原水と衝突することがないため、流体の速度が低下することがないので、流体混合器の内部の負圧効果を高い状態に保つことができ、攪拌、混合しやすい状態にすることができる。
【００６４】
また、導入孔５から導入された原水は、ノズル管３の変動部１２によってせん断等されて流れが変動し、圧縮ガスと攪拌、混合しやすい状態になっている。このため、本実施形態の流体混交装置２０によれば、ノズル管３の放出口１３側端部と混合部１１との間の空間で、原水と圧縮ガスを十分に攪拌、混合することができ、流体混合装置の処理（混合）効率を高めることができる。
【００６５】
図８は、本発明に係る流体混合器を適用した流体混合装置を示すブロック図である。
【００６６】
本実施形態においては、流体混合器１を、その長手方向を鉛直にして密閉された反応槽３１内に配置する。このとき、流体混合器１は、排出口８が下方を向くように配置される。この場合に、反応槽３１の上部には、空間である導入部３１ａが設けられ、反応槽３１の下部には、液体が溜まる貯留部３１ｂが設けられている。
【００６７】
反応槽３１の上部の導入部３１ａには、液体の供給源に接続された配管３２が接続されており、配管３２には流量調節弁３４が介装されている。また、導入部３１ａには、気体の供給源に接続された配管３３が接続されており、この配管３３には流量調節弁３５が介装されている。これらの液体供給源及び気体供給源からは、夫々液体及び気体が、第２の供給部である反応槽３１内に圧送されてくる。反応槽３１の内部には、液体と気体が混在した状態の混合流体が存在する。
【００６８】
一方、反応槽の下部の貯留部３１ｂには、配管３６が接続されており、反応槽下部に貯留された流体である液体は、配管３６を介して反応槽外に排出されるようになっている。
【００６９】
そして、この配管３６は反応槽上部の空間に設置された流体混合器１の通路管２ｂに接続されており、反応槽底部から排出された液体が、配管３６を介して通路管２ｂの導入口７に供給される。なお、配管３６には、螺子穴が形成されており、この螺子穴に流体混合器１の通路管２ｂに形成された螺子部６を螺着することにより、配管３６と通路管２ｂが連通する構成になっている。なお、配管３６の端部に設けたフランジと、流体混合器１に設けたフランジとを合致させて、配管に流体混合器を取り付けるようにしてもよい。
【００７０】
このようにして、反応槽３１内の液体は、配管３６を介して再度反応槽内に戻され、反応槽内の流体混合器１に循環供給される。配管３６にはポンプ３８が介装されており、更に、流量調節弁３７が介装されることで、液体を供給する第１の供給部が構成されている。また、配管３６の途中には、その流量調節弁３７の上流側から配管４０が分岐されており、この配管４０には開閉弁３９が介装されている。
【００７１】
次に、このように構成された流体混合装置３０の動作について説明する。
先ず、弁３９を閉、弁３７を開にすると共に、弁３４及び３５を所定角度に開いて、配管３２を介して液体及び気体を所定の割合で、反応槽３１内に圧送する。圧送された液体及び気体は、反応槽３１内で撹拌混合され、気体と液体とが十分に接触して、気体が液体に溶解し、曝気され又は反応が進行する。
【００７２】
そして、反応槽３１内に貯留された液体は、ポンプ３８により反応槽３１の上部に設置された流体混合器１の通路管２ｂまで供給される。そうすると、導入孔５から導入された配管３２及び３３から供給された液体及び気体からなる混合流体と、通路管２ｂの導入口７から導入された液体とが、流体混合器１の内部で混合される。
【００７３】
その後、混合接触処理後の流体は、弁３７を閉にした後、弁３９を開にして、反応槽３１から配管４０を介して排出する。
【００７４】
本実施形態の流体混合装置３０によれば、流体混合器１の内部において、排出口７から導入された貯留部３１ｂの液体が、ノズル管３を流れる導入孔５から導入された混合流体と衝突することがないため、流体の速度が低下することがないので、流体混合器の内部の負圧効果を高い状態に保つことができ、攪拌、混合しやすい状態にすることができる。
【００７５】
また、ノズル管３に導入された導入部３１ａの混合流体は、変動部１２によりせん断等されて、流れが変動する。これにより、ノズル管３の放出口１３端部と混合部１１と間の空間で、排出口７から導入された液体と導入孔５から導入された混合流体とを十分に、溶解、曝気又は反応させることができるので、流体混合装置の処理（混合）効率を向上させることができる。
【００７６】
なお、反応槽３１に配置される流体混合器１の数は、本実施形態のように１個に限られるものではなく、複数の流体混合器を並列に配置するようにしてもよい。
【００７７】
図９は、本発明に係る流体混合器を適用した湖水等の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【００７８】
図９に示すように、本実施形態の流体混合装置５０においては、流体である原水（例えば湖水）が貯留された曝気槽５１の上方に、流体混合器１を、排出口８が下向きとなるように設置する。
【００７９】
曝気槽５１の上部には、曝気槽５１に原水を供給する原水供給配管５４が設けられている。なお、このような原水供給配管を設けずに、流体混合器を直接、沼、湖等に設置するようにしてもよい。
【００８０】
反応槽５１の貯留部５２には、配管５６が接続されており、配管５６には、ポンプ５７が介装されている。配管５６は、曝気槽５１の上方に配設された流体混合器１の導入口７に接続されており、貯留部５２から排出された原水が、配管５６を介して流体混合器１の通路管２に供給される。
【００８１】
また、配管５６には、螺子穴が形成されており、この螺子穴に流体混合器１の通路管２ｂに形成された螺子部６を螺着することにより、配管５６と通路管２とが連通する構成になっている。
【００８２】
次に、このように構成された流体混合装置５０の動作について説明する。
曝気槽５１内に貯留された原水は、ポンプ５７により曝気槽５１の上部に設置された流体混合器１の導入口７に供給される。このとき、流体混合器１の内部で生じる負圧効果により、導入孔５から流体である空気が導入されて、導入口７から導入された原水と、流体混合器１の内部（混合部）で混合される。
【００８３】
このとき、流体混合器１の混合部１１では、十分に攪拌混合が行われ、空気が原水に十分に溶解されて、溶存酸素の富化が行われる。この溶存酸素の富化により、例えば湖水中において、嫌気性微生物による硫化水素（H２S）の発生を防止することができる。
【００８４】
本実施形態の流体混合装置５０によれば、流体混合器１の内部において、排出口７から導入された貯留部５２の液体が、ノズル管３を流れる導入孔５から導入された空気と衝突することがないため、流体の速度が低下することがない。このため、流体混合器の内部の負圧効果を高い状態に保つことができ、攪拌、混合しやすい状態にすることができる。
【００８５】
また、ノズル管３に導入された空気は、変動部１２によりせん断等されて、流れが変動する。これにより、ノズル管３の放出口１３端部と混合部１１と間の空間で、排出口７から導入された原水と導入孔５から導入された空気とを十分に、溶解、曝気又は反応させることができるので、流体混合装置の処理（混合）効率を向上させることができる。
【００８６】
また、本実施形態の流体混合器１は、屈曲部４１を有しているため、内部を流れる流体のエネルギーを低下させることなく、導入口７から導入される流体の向きと、排出口８から排出される流体の向きを、異ならせることができる。これにより、流体混合装置の内部で複雑な配管を設けることなく、排出口８から排出される流体の向きを任意の方向とすることができる。
【００８７】
なお、反応槽５１に配置される流体混合器１の数は、本実施形態のように１個に限られるものではなく、複数の流体混合器を並列に配置するようにしてもよい。
【００８８】
また、本発明の流体混合器及び流体混合装置は、上述の各形態に限定されるものではなく、その他材料、構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。特に、異なる種類の流体とは、液体、気体、粉流体などの種類が異なる場合だけではなく、例えば、液体同士であっても性質が異なるような場合は含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流体混合器の概略構成図を示したものである。
【図２】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図５】本発明の複数の実施の形態に係るノズル管を導入孔側から見た場合の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る流体混合器の概略断面斜視図である。
【図７】本発明に係る流体混合器を適用した活性汚泥の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る流体混合装置のブロック図である。
【図９】本発明に係る流体混合器を適用した湖水等の曝気処理を行う流体混合装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９０】
１・・流体混合器、２ａ、２ｂ・・通路管、２ｃ・・凸部、３・・ノズル管、４・・結合部材、４ａ、４ｂ・・係合部、４１・・屈曲部、５・・導入孔、６・・螺子部、７・・導入口、８・・排出口、９・・ナット部、１０ａ、１０ｂ・・羽根体、１１・・混合部、１２・・羽根体（変動部）、１３・・放出口、１４・・挿入孔、１５・・流体通路、１６・・開孔部、１７・・フランジ、１８・・ボルト孔、１９・・貫通孔、２０・・流体混合装置、２１・・曝気槽、２２・・ブロワー、２３，２４，２５・・配管、３０・・流体混合装置、３１・・反応槽、３１ａ・・導入部、３１ｂ・・貯留槽、３２，３３，３６，４０、５４，５６・・配管、３４，３５，３７，３９・・調整弁、３８・・循環ポンプ、４１・・屈曲部、５０・・流体混合装置、５１・・曝気槽、５７・・ポンプ、５８・・空間部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類の流体を混合させる流体混合器であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合器。
【請求項２】
前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の流体混合器。
【請求項３】
前記変動部は、前記ノズル部材の内周面に設けられた螺旋状の羽根体により構成されていること
を特徴とする請求項２に記載の流体混合器。
【請求項４】
前記螺旋状の羽根体は複数であること
を特徴とする請求項３に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記複数の羽根体は、前記ノズル部材の内周面に沿って等間隔で設けられていること
を特徴とする請求項４に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記管部材の一端部には、フランジが設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の流体混合器。
【請求項７】
異なる種類の流体を混合させる流体混合器と、前記流体混合器に流体を供給する第１の供給部と、前記流体混合器に前記流体と異なる種類の流体を供給する第２の供給部と、を備えた流体混合装置であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合装置。
【請求項８】
前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする請求項７に記載の流体混合装置。
【請求項１】
異なる種類の流体を混合させる流体混合器であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合器。
【請求項２】
前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の流体混合器。
【請求項３】
前記変動部は、前記ノズル部材の内周面に設けられた螺旋状の羽根体により構成されていること
を特徴とする請求項２に記載の流体混合器。
【請求項４】
前記螺旋状の羽根体は複数であること
を特徴とする請求項３に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記複数の羽根体は、前記ノズル部材の内周面に沿って等間隔で設けられていること
を特徴とする請求項４に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記管部材の一端部には、フランジが設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の流体混合器。
【請求項７】
異なる種類の流体を混合させる流体混合器と、前記流体混合器に流体を供給する第１の供給部と、前記流体混合器に前記流体と異なる種類の流体を供給する第２の供給部と、を備えた流体混合装置であって、
前記流体混合器は、
異なる流体を混合させる混合部を内設し、屈曲部を有する管部材と、
前記管部材の内部に流体を導入するためのノズル部材と、を有し、
前記ノズル部材は前記屈曲部に設けられ、このノズル部材の先端が、前記混合部に延びるように形成されていること
を特徴とする流体混合装置。
【請求項８】
前記ノズル部材の内部には、流体の流れを変動させる変動部が設けられていること
を特徴とする請求項７に記載の流体混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−９３５１５（Ｐ２００８−９３５１５Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７５２８９（Ｐ２００６−２７５２８９）
【出願日】平成１８年１０月６日（２００６．１０．６）
【出願人】（５０２４３２６３７）株式会社アネモス (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月６日（２００６．１０．６）
【出願人】（５０２４３２６３７）株式会社アネモス (14)
【Ｆターム（参考）】
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