流体混合器
【課題】流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合する。
【解決手段】第一流路１と第二流路３からなる主流路１，３と、第一流路１の周囲に第一流路１に対し略同心状に形成され、一端部に第二流路３が連通する螺旋流路２と、第一流路１の流れ方向複数個所とその外側の螺旋流路２とをそれぞれ連通する複数の分岐流路４ａ〜４ｅと、第一流路１または第二流路３の端部に設けられた流体入口部５と、流体入口部５とは異なる、第一流路１または第二流路３の端部に設けられた流体出口部６とを有し、複数の分岐流路４ａ〜４ｅは、主流路１，３または螺旋流路２の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、該主流路１，３または該螺旋流路２の少なくとも一方に連通する。
【解決手段】第一流路１と第二流路３からなる主流路１，３と、第一流路１の周囲に第一流路１に対し略同心状に形成され、一端部に第二流路３が連通する螺旋流路２と、第一流路１の流れ方向複数個所とその外側の螺旋流路２とをそれぞれ連通する複数の分岐流路４ａ〜４ｅと、第一流路１または第二流路３の端部に設けられた流体入口部５と、流体入口部５とは異なる、第一流路１または第二流路３の端部に設けられた流体出口部６とを有し、複数の分岐流路４ａ〜４ｅは、主流路１，３または螺旋流路２の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、該主流路１，３または該螺旋流路２の少なくとも一方に連通する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、医療分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管に用いられる流体混合器に関するものであり、特に流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合して撹拌させることのできる流体混合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内に装着して管内を流れる流体を均一に混合する方法として、図１８に示すように捻り羽根状のスタティックミキサーエレメント１０１を用いたものが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。通常、スタティックミキサーエレメント１０１は、矩形板をその長手軸線周りに１８０度捻ったものを最小単位部材として、複数の最小単位部材を、捻り方向が交互に異なる方向になるように一体的に直列に結合した構造を有している。このスタティックミキサーエレメント１０１を管１０２内に配置し、管１０２の両端部にメールコネクター１０３を取り付け、フレアー１０５を装着して締付ナット１０４を締め付けることによりスタティックミキサーが形成される。このとき、スタティックミキサーエレメント１０１の外径が管１０２の内径にほぼ等しく設計されて、流体が効果的に撹拌されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０５０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のスタティックミキサーを用いた流体の混合方法は、流れてくる流体を流れに沿って撹拌する構成であるため図１９（ａ）に示すように配管の径方向の濃度分布をムラなく均一化することはできるが、図１９（ｂ）に示すように軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく均一化することはできない。そのため、例えばスタティックミキサーの上流側で水と薬液を混合させて流す時、薬液の混合比が一時的に増加した場合には流路内で部分的に濃度が濃くなった状態でスタティックミキサーを通過する。このとき、径方向で均一化されて水と薬液は撹拌されても、軸方向（流れ方向）においては流路内で部分的に濃度が濃くなった箇所はほとんど希釈されることなく濃くなった状態のまま下流側へ流れてしまう（図１９（ｂ）参照）。これにより、半導体洗浄装置、特に半導体ウェハの表面に直接薬液を塗布して各種の処理を行うような装置に接続された場合、濃度の異なる薬液が半導体ウエハの表面に塗布されて不良品の原因となる問題があった。
【０００５】
この軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する方法としては、流路の途中でタンクを設置してタンク内に流体を一旦貯めてタンク内の濃度を均一化させた後で流体を流す方法（図示せず）などが挙げられる。しかしながら、タンクを設置するには広いスペースが必要となり装置が大きくなる問題や、タンクから再び流体を輸送するにはポンプ、配管などが必要となるため、使用する部材の点数が多くなるという問題や、配管ラインを施工するためのコストが発生するという問題があった。また、この方法ではタンク内で流体が滞留する。流体が滞留するとバクテリアの発生原因となり、タンク内で発生したバクテリアが配管ラインに流れ込み、半導体製造ラインにおいては半導体ウエハに付着して不良品の原因となる問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合すると共に撹拌できる、コンパクトな構成の流体混合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、異種流体を混合するための混合流路を有する流体混合器であって、混合流路は、第一流路と第二流路からなる主流路と、該第一流路の周囲に第一流路に対し略同心状に形成され、一端部に該第二流路が連通する螺旋流路と、第一流路の流れ方向複数個所とその外側の螺旋流路とをそれぞれ連通する複数の分岐流路と、第一流路または第二流路の端部に設けられた流体入口部と、流体入口部とは異なる、第一流路または第二流路の端部に設けられた流体出口部とを有し、複数の分岐流路は、主流路または螺旋流路の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、該主流路または該螺旋流路の少なくとも一方に連通することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば以下のような効果が得られる。
（１）流路内で一時的に流体の濃度が濃くなったり薄くなったりした状態でも、流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化して混合でき、濃度の安定した流体の供給が可能である。
（２）分岐流路が偏芯して接続された流路形状によって流体が撹拌されて流れるので流体の流れ方向の混合と共に径方向の混合が行われるため、より均一な混合を行うことができる。
（３）流路内で渦を巻く流れを発生させることでデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
（４）流路内で一時的に流体の温度が高くなったり低くなったりした状態でも、流体の流れ方向の温度分布をムラなく均一化して混合でき、温度の安定した流体の供給が可能である。
（５）流体混合器を小型化することができ、その設置スペースも必要最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る流体混合器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の流体混合器を用いて流体の濃度を測定する装置を示す模式図である。
【図３】図２の流体混合器の上流側の濃度を測定したグラフである。
【図４】図２の流体混合器の下流側の濃度を測定したグラフである。
【図５】本発明の第二の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ縦断面図である。
【図７】図５の連通孔の位置を変えた流体混合器を示す縦断面図である。
【図８】図５の連通孔を斜めにした流体混合器を示す縦断面図である。
【図９】第二の実施形態における円筒体の異なる装着構造を示す縦断面図である。
【図１０】第二の実施形態における第一流路の異なる構造を示す縦断面図である。
【図１１】第二の実施形態における他の構造を示す縦断面図である。
【図１２】第二の実施形態にスタティックミキサーエレメントを設置した構造を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第三の実施形態に係る流体混合器の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第四の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図１５】第四の実施形態における円筒体の異なる装着構造を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第五の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第六の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図１８】従来のスタティックミキサーを示す縦断面図である。
【図１９】図１８のスタティックミキサーの流体の撹拌状態を示す模式図である。
【図２０】本発明の比較例としての分岐希釈装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施例を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００１１】
−第一の実施の形態−
以下、図１〜４を参照して、本発明の第一の実施形態である流体混合器について説明する。図１は、第一の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す斜視図である。この流体混合器は、異種流体を混合するための混合流路を有する。混合流路は、例えばＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）製のチューブにより形成される。なお、金属配管等、他の材質により混合流路を形成することもできる。
【００１２】
混合流路は、流体の流入する流体入口５と、流体入口５が一端部に設けられた第一流路１と、流体の流出する流体出口６と、流体入口５の反対側端部に流体出口６が設けられた第二流路３と、該流路１、３を螺旋の中心軸にしてこれらの周囲に同心状に配設される螺旋流路２と、第一流路１または第二流路３と螺旋流路３とを流れ方向の複数個所で連通する複数の分岐流路４ａ〜４ｅとを有する。
【００１３】
第一流路１および第二流路３は、同軸上にかつ互いに離間して配設された直線形流路であり、これらは主流路を構成する。螺旋流路２の一端部には第二流路３の流体入口側端部が接続している。第一流路１の流れ方向複数個所からは螺旋流路２にかけて第一流路１から分岐し、略直線状、すなわち直線状もしくはほぼ直線状の５つの分岐流路４ａ〜４ｅが延設されている。各分岐流路４ａ〜４ｅは、第一流路１に対する略垂直面内、すなわち垂直もしくはほぼ垂直の面内で延設され、流体入口５側から最も近い場所に位置する分岐流路４ａは螺旋流路２の他端部に接続されている。
【００１４】
複数の分岐流路４ａ〜４ｅは、螺旋流路２の異なる位置から各々分岐し、第一流路１の異なる位置において第一流路１と各々接続している。このとき、複数の分岐流路４ａ〜４ｅは第一流路１の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されると共に、螺旋流路２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されている。すなわち、分岐流路４ａ〜４ｅの中央軸線の延長線は、第一流路１の中央軸線に交差せず、螺旋流路２の中央軸線にも交差しない。ここで、中央軸線とは流路断面積の中心を通る軸線のことである。
【００１５】
次に、本発明の第一の実施形態である流体混合器の作用について説明する。
【００１６】
流体混合器の上流側で水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口５から第一流路１に流入して部分的に濃度が濃くなって流れる薬液が第一流路１の分岐流路４ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ａを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れる。残りの薬液は第一流路１の下流側へ流れて行き、さらに部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液が分岐流路４ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ｂを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れる。残りの薬液は第一流路１の下流側へ流れて行き、さらに部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は、分岐流路４ｂを流れた薬液と同様に分岐流路４ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ｃを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れる。以下、分岐流路４ａ、４ｂ、４ｃと同様に残りの部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は分岐流路４ｄ、４ｅを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れて行く。第二流路３に流れた薬液は流体出口６から流出される。
【００１７】
このとき、分岐流路４ｅを流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は、流体入口５から流体出口６までの流路の長さが最も短いことから他の部分的に濃度が濃くなって流れる薬液よりも早く流体出口６から流出し、時間差で分岐流路４ｄ、分岐流路４ｃ、分岐流路４ｂ、分岐流路４ａの順で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液の一部ずつが流体出口６から流出していく。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は流体混合器よって時間差で５つに分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化して混合することができる。
【００１８】
また、分岐流路４ａ〜４ｅは螺旋流路２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されていることから、薬液は螺旋流路２の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図５の矢印参照）、螺旋流路２における流れと合わせて螺旋流路の中央軸線と直角方向にも螺旋流れが形成される。これにより、螺旋流路２内で薬液が効率よく撹拌され、流体の流れ方向による混合が維持されたまま径方向にも合わせて混合され、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。このとき各々の分岐流路の内径が同一もしくはほぼ同一であると、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液はほぼ５等分に分割されるので、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより均一化して混合することができる。
【００１９】
なお、図１に示すように、本実施形態では、分岐流路４ａ〜４ｅは第一流路１の軸線に沿って等間隔の位置になるように設けられているが、各々の分岐流路４ａ〜４ｅを流れる流体に付与する時間差を調節するため、接続される位置を自由に設定したり、螺旋流路２が第二流路３と接続した一端部から他端部に向かって通路断面積を漸次小さくなるように形成したりしても良い。分岐流路４ａ〜４ｅの数も特に限定されない。分岐流路４ａ〜４ｅの数は多く設ける方が流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。
【００２０】
ここで、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液を流体混合器で分割して流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用について説明する。図２に示すように、２つの物質である純水と薬液が各々流れるラインの合流部の下流側に図１の流体混合器を配置させたラインにおいて、図１の流体混合器の上流側と下流側に濃度計１９、２０を各々設置して、上流側から純水と薬液を混合して流す装置を作成し、純水と薬液を一定の比率で流している途中で瞬間的に薬液の濃度を濃くした状態（純水に対して薬液の比率を大きくする）にした後で、元の一定の比率で流して濃度分布のムラを生じさせる。この時の上流側と下流側の濃度を測定すると図３及び図４のようになる。
【００２１】
図３は流体混合器の上流側に設置した濃度計１９により得られる特性を示すが、ここで横軸は経過時間、縦軸は濃度であり、ある一定時間に濃度が濃くなるような場合では、図のようなピーク（ｈ１）が現れることとなる。図４は流体混合器の下流側に設置した濃度計２０により得られる特性を示すが、濃度のピークが５つに分散されて、ピーク（ｈ２）の高さは約５分の１になっている。濃度のピーク間の間隔ｔ１は、流体が第一流路１内において分岐流路４ａの位置を通過してから分岐流路４ｂに至るまでの時間に対応しており、同様にｔ２は分岐流路４ｂから分岐流路４ｃまで、ｔ３は分岐流路４ｃから分岐流路４ｄまで、ｔ４は分岐流路４ｄから分岐流路４ｅに至るまでの時間に対応している。
【００２２】
このとき、螺旋流路２の各々の分岐流路４ａ〜４ｅに至るまでの長さを変えることでピーク（ｈ２）の出る間隔ｔ１〜ｔ４を変化させることができ、分岐流路４ａ〜４ｅの数をさらに増やすとピーク（ｈ２）の高さは上流側のピーク（ｈ１）に対して分岐流路の数で分割した程度の高さまで抑えることができる。なお、仮に流体混合器を設置しない場合、図３に示される濃度のピークは流体の流れによって若干低下することはあるがピーク（ｈ１）はほぼ変わらずに流れることになる。
【００２３】
本実施の形態においては、流体入口５を流体入口部、流体出口６を流体出口部として流体入口部から流体出口部へと流体を流すようにしたが、流体を逆方向に流しても同様の効果を得ることができる。この場合には、流体出口６が流体入口部になり、流体入口５が流体出口部になる。このとき、螺旋流路２と複数の分岐流路４ａ〜４ｅを通過することで流体入口部から流体出口部までの流路の距離が各々異なる距離にすることで流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。
【００２４】
また、径方向の混合については、第一流路１の軸線に対して偏芯した位置に分岐流路４ａ〜４ｅが各々接続されていることから、第二流路３から螺旋流路２を通って分岐流路４ａ〜４ｅで分岐された薬液は第一流路１の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図６の矢印参照）、さらに流体が分岐、合流することで第一流路１内にて薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００２５】
なお、本実施形態では濃度分布のムラについて説明しているが、熱湯と冷水を混合した時の温度分布の流れ方向の均一化についても同様の効果を得ることができる。温度分布の均一化を目的として、給湯器などへの利用も可能となり、流路内で部分的に高温となった流体の温度の流れ方向の均一化を行うことでより温度を安定させ、熱湯が流れることによる火傷の防止を行うことができる。
【００２６】
図２０は、本実施の形態の比較例であり、軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する他の方法を示す。図２０には、流路を分岐して流体の希釈を行う分岐希釈装置が示されている。この装置は、細管１１１の中を一定の速度で流れている試料溶液を分析する装置において、流れている試料を複数の流路に分岐する分岐部１１２を流路の途中に設けることにより試料溶液を分割し、各分岐流路の細管１１３、１１４の内径や長さを変化させて検出器１１５の手前の合流部１１６で再度合流させ、試料溶液が検出される時間差を利用して希釈する。
【００２７】
しかしながら、図２０の分岐希釈装置の技術を流体輸送配管に用いる場合、管路の途中で分岐された長さの異なる管路を設けて再び合流させる配管ラインを設ける必要がある。このため、軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく流路内で均一化するには分岐した流路を多く設けなくてはならず、その場合には分岐した配管ラインを設けるスペースが大きくなってしまうという問題がある。また、このような配管ラインを施工するには部品点数が多く必要であり、煩雑で時間がかかるという問題がある。この点、本実施の形態では、配管を設けるスペースを多く必要とせず、配管施行も容易で、短時間で配管施行を行うことができる。
【００２８】
−第二の実施の形態−
次に、図５〜１２を参照して、本発明の第二の実施形態である流体混合器について説明する。図５は、第二の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ縦断面図である。第二の実施の形態では、略円柱状、すなわち円柱状もしくはほぼ円柱状の本体部７と、本体部７の外周面に嵌合する円筒体１４とにより、混合流路を有する流体混合器が形成される。
【００２９】
本体部７はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製であり、本体部７内には、主流路としての第一流路９と第二流路１１が、本体部７の中心軸上に互いに離間して設けられている。本体部７の一端面には、第一流路９の端部（第二流路１１の反対側端部）に連通する流体入口８が設けられ、他端面には、第二流路１１の端部（第一流路９の反対側端部）に連通する流体出口１０が設けられている。本体部７の外周面には螺旋溝１２が設けられ、螺旋溝１２の底面は略円弧状に形成されている。この略円弧状とは緩やかなカーブで形成されていれば良く、円状、楕円状、半円状、半楕円状などいずれでも良い。
【００３０】
第二流路１１の端部は、径方向外側に屈曲して形成され、螺旋溝１２の流体出口１０側端部に接続している。各螺旋溝１２の底面からは、周方向所定の位相において、第一流路９と連通する分岐流路としての略直線状、すなわち直線もしくはほぼ直線状の複数の連通孔１３が開口され、流体入口８側から最も近い場所に位置する連通孔１３は、螺旋溝１２の流体入口８側端部に連通している。なお、図では、連通孔１３は、周方向対称な位相に設けられているが、連通孔１３の設けられる位相はこれに限らない。
【００３１】
各々の連通孔１３は、螺旋溝１２の中央軸線からずらして溝側面に沿った位置で連通するように形成されていれば良く、基準となる溝側面は図５に示すように連通孔１３を流体入口８側に設けたり、図７に示すように連通孔３８を流体出口１０側に設けたり、さらには図８に示すように第一流路９から螺旋溝１２に対して斜めになる連通孔３９を設けても良く、これらの組合せで設けても良い。
【００３２】
円筒体１４はＰＦＡチューブ製の筐体であり、略円筒形、すなわち円筒もしくはほぼ円筒形に形成されている。円筒体１４の内径は本体部７の外径と略同径に形成され、本体部７とチューブである円筒体１４との焼きばめによって、円筒体１４は本体部７の外周面にシールされた状態で嵌合されている。本体部７に円筒体１４を嵌合させることにより、本体部７の螺旋溝１２と円筒体１４内周面とで螺旋流路１５が形成される。
【００３３】
なお、筐体である円筒体１４はチューブのような軟質の部材以外でも硬質の部材で形成しても良い。筐体の形状は円筒体以外にも直方体などであっても良い。また、円筒体１４と本体部７はシールした状態で嵌合されているのであればどのような方法で嵌合させても良く、焼きばめ以外にも溶接や接着でも良く、図９に示すようにＰＦＡチューブ製の円筒体１７を本体部１６に密着嵌合させて本体部１６の両端にキャップナット１８を螺合させることで円筒体１７を本体部１６の外周面にシールされた状態で固定させたり、図１１に示すように略円筒形の円筒体２８を本体部２７に嵌合させてキャップナット２９によって円筒体２８をシールリング３０で本体部２７の外周面にシールされた状態で固定させたりしても良い。
【００３４】
次に、図５を用いて本発明の第二の実施形態である流体混合器の作用について説明する。
【００３５】
流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口８から流入して第一流路９に流れて行く。第一流路９を流れる部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は各々の連通孔１３によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、時間差で螺旋流路１５を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合することができる。第二の実施形態の流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は、第一の実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００３６】
連通孔１３は、螺旋流路１５の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されていることから、薬液は螺旋流路１５の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図５の矢印）、かつ流路が分岐と合流を繰り返すことで螺旋流路１５内において薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。そのため、螺旋溝１２の底面を略円弧状にすると渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、かつ螺旋流路１５の内壁への液の残留抑制を図ることができる。これにより流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００３７】
本実施形態の流体混合器では、第一流路９の内周面と螺旋溝１２の底面とを各々連通する連通孔１３を容易に形成することができ、連通孔１３の設置位置や設置する数を自由に設定することができる。このため、流れの時間差を細かく均等に調節することができ、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。また、本実施形態の流体混合器は、流路の複雑さの割りに加工が比較的容易であり、部品点数も少ないため、容易に製造することができる。さらに、流路構造が小さくまとめられているため、流体混合器を小型化することができ、配管スペースを取らずに設置することができる。また、流体混合器を配管ラインに接続する際も、流体入口８と流体出口１０に各々継手等で接続するだけで施工が完了するため、配管施工が容易であり、短時間で接続することができる。
【００３８】
本実施の形態において、連通孔１３は、図６に示すように第一流路９の中央軸線に対して偏芯した位置に連通孔１３が各々接続するように形成される。これにより、流体を逆方向に流す場合には、螺旋流路１５を通って連通孔１３で分岐された薬液は、第一流路９の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図６の矢印）、第一流路９内で薬液が撹拌されるので、径方向の混合が行われる。流体を逆方向に流した時の流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は、第一の実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００３９】
連通孔１３は、各々の通路断面積が略同一に形成されることが望ましい。これは、各々の連通孔１３によって分割される流体の流量が各々一定で流れ、流体混合器に流入した流体は連通孔１３の個数でほぼ等しく分割されて各々時間差をつけて合流して流れるためであり、これにより濃度分布をムラなく均一化することができる。
【００４０】
図１０に示すように第一流路２２の内周面は、流体入口２３側から下流部（流体出口２４側）に向かって漸次縮径して形成されることが望ましい。これは、第一流路２２を流れる流体は、各々の連通孔２６から流体が分割して螺旋流路２５に流れることで圧力損失が発生し、第一流路２２の下流側の流速が低下するためであり、第一流路２２の通路断面積を流れ方向下流側にかけて徐々に小さくすることで、圧力損失が起こっても流体は一定の速度で流れ、分割して流れる流体の時間差を安定させることができる。
【００４１】
また、図１１に示すように螺旋流路３１は、第二流路３２と接続した一端部から他端部に向かって通路断面積が漸次小さくなるように形成されることが望ましい。これは、流体を逆方向に流す場合、螺旋流路３１を流れる流体は各々の連通孔３３から流体が分割して流れることで圧損が発生し、螺旋流路３１の下流側の流速が低下するためであり、螺旋流路３１の通路断面積を流れ方向下流側にかけて徐々に小さくすることで、圧損が起こっても流体が一定の速度で流れ、分割して流れる流体の時間差を安定させることができる。
【００４２】
なお、螺旋流路３１の通路断面積を第二流路３２と接続した一端部（流体出口３５側）から他端部（流体入口３４側）に向かって漸次小さくする方法は、図１１のように螺旋溝の底面位置を合わせた本体部２７において、本体部２７の外周面が流体入口３４側から流体出口３５側に向かって漸次拡径するように設けて、この外周面形状に合わせた円筒体２８を嵌合して螺旋流路３１を形成しても良い。このほかにも本体部２７に設ける螺旋溝の深さを流体入口３４側から流体出口３５側に向かって漸次深くなるように形成したり（図示せず）、螺旋溝の幅を漸次狭くなるように形成したり（図示せず）、これらの複合によって形成しても良い。
【００４３】
また、図１２に示すように第二流路３６内にスタティックミキサエレメント３７を配置しても良い。スタティックミキサエレメント３７は、流路軸心回りで所定角度ずつ交互に逆回りで捻られた複数の捻り板が直列に連結されており、スタティックミキサエレメント３７が配置された第二流路３６を流体が通過すると、捻り板に沿って流体が交互に逆回転で撹拌されて径方向の混合が行われる。そのため、流体混合器の流れ方向と径方向の混合の効果にスタティックミキサエレメントの径方向の混合の相乗効果により、より均一に流体が混合される。特に流体に粘度があり、混合されにくい流体の混合には好適である。
【００４４】
−第三の実施の形態−
次に、図１３を参照して、本発明の第三の実施形態である流体混合器について説明する。図１３は、第三の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、第三の実施の形態では、第一の実施の形態と同様、チューブなどによって配管接続されて流体混合器が構成され、混合流路が形成される。
【００４５】
この流体混合器は、流体の流入する流体入口４５と、一端部に流体入口４５が設けられた第一流路４１と、第一流路４１を螺旋の中心軸にして第一流路４１の周囲に配設された螺旋流路４２と、流体の流出する流体出口４６と、一端部が螺旋流路４２の流体入口４５側の一端部に接続され、他端部に流体出口４６が設けられた第二流路４３と、第一流路４１の流れ方向複数個所から分岐され、螺旋流路４２に各々接続する５つの分岐流路４４ａ〜４４ｅとを有する。最も流体入口４５側から遠い場所に位置する分岐流路４４ｅは、螺旋流路４２の他端部に接続されている。複数の分岐流路４４ａ〜４４ｅは第一流路４１の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されると共に、螺旋流路４２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されている。
【００４６】
次に、本発明の第三の実施形態である流体混合器の作用について説明する。
【００４７】
流体混合器の上流側から水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口４５から第一流路４１に流入して部分的に濃度が濃くなって流れる薬液が第一流路４１の分岐流路４４ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ａを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れる。残りの薬液は第一流路４１の下流側へ流れて行き、また、部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液が分岐流路４４ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ｂを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れる。残りの薬液は第一流路４１の下流側へ流れて行き、さらに部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は、分岐流路４４ｂを流れた薬液と同様に分岐流路４４ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ｃを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れる。以下、分岐流路４４ａ、４４ｂ、４４ｃと同様に部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は分岐流路４４ｄ、４４ｅを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れていく。第二流路４３に流れた薬液は流体出口４６から流出される。
【００４８】
このとき、分岐流路４４ａを流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は、最短ルートで第二流路４３を通って他の部分的に濃度が濃くなって流れる薬液よりも早く流体出口４６から流出し、時間差で分岐流路４４ｂ、分岐流路４４ｃ、分岐流路４４ｄ、分岐流路４４ｅの順で徐々に長くなるルートを通って部分的に濃度が濃くなって流れる薬液の一部ずつが流体出口４６から流出していく。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体混合器よって時間差で５つに分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合することができる。特に各々の分岐流路４４ａ〜４４ｅから分割した順に流体出口４６までの距離が一定距離ごとに長くなるので、時間差をより明確にすることができる。
【００４９】
また、分岐流路４４ａ〜４４ｅは螺旋流路４２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されていることから、薬液は螺旋流路４２の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１４の矢印参照）、螺旋流路４２における流れと合わせて螺旋流路４２の中央軸線と直角方向にも螺旋流れが形成される。これにより、螺旋流路４２内で薬液が効率よく撹拌され、流体の流れ方向による混合を維持させたまま径方向にも合わせて混合され、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００５０】
なお、図１３の分岐流路４４ａ〜４４ｅは、第一流路４１の軸線に沿って等間隔の位置になるように設けられているが、各々の分岐流路４４ａ〜４４ｅを流れる流体に時間差を調節するために、第一流路４１と接続される位置を自由に設けたり、螺旋流路４２の通路断面積を第二流路４３と接続した一端部から他端部に向かって漸次小さくなるように形成しても良く、分岐流路４４ａ〜４４ｅの数も上述したものに限定されない。分岐流路４４ａ〜４４ｅの数を多く設ける方が、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。本実施の形態においては作用の説明の便宜上、流体入口と流体出口とを記載しているが、流体を逆方向に流しても同様の効果を得ることができる。流体を逆方向に流した場合の作用は、第一の実施形態の流体を逆方向に流した場合と同様なので、説明を省略する。
【００５１】
−第四の実施の形態−
次に、図１４を参照して、本発明の第四の実施形態である流体混合器について説明する。図１４は、第四の実施の形態に係る流体今後浮きの概略構成を示す縦断面図であり、第四の実施の形態では、第二の実施の形態と同様、本体部４７と円筒体５２とにより、混合流路を有する流体混合器が形成される。
【００５２】
本体部４７は、ＰＴＦＥ製であり、略円柱状に形成されている。本体部４７内には、主流路としての第一流路４９が本体部４７の中心軸上に設けられ、本体部４７の一端面には、第一流路４９の一端部に連通する流体入口４８が設けられている。本体部４７の外周面には、螺旋溝５０が設けられ、螺旋溝１２の底面は略円弧状に形成されている。螺旋溝５０の流体入口４８側の一端部には、円筒体５２を径方向に貫通する第二流路５５が接続されている。本体部４７には、周方向所定の位相において、各螺旋溝５０の底面から第一流路４９の内周面にかけて螺旋溝５０と第一流路４９とを各々連通する複数の直線状の連通孔５１が設けられ、流体入口４８側から最も遠い場所に位置する連通孔５１は螺旋溝５０の他端部に連通している。
【００５３】
各々の連通孔５１は、螺旋溝５０の中央軸線からずらして溝側面に沿った位置で連通するように形成されている。なお、図では連通孔５１を本体部４７一端面の流体入口４８側に設けているが、本体部４７他端面の流体入口４８と反対側の溝側面に設けても良く、さらに図８と同様、第一流路４９から螺旋流路５３に対して斜めに連通孔５１を設けても良い。
【００５４】
円筒体５２は、ＰＰ（ポリポロピレン）製の筐体であり、略円筒形に形成されている。円筒体５２の内径は本体部４７の外径と略同径に形成され、焼きばめによって本体部４７の外周面にシールされた状態で嵌合されている。本体部４７に円筒体５２を嵌合させることにより、本体部４７の螺旋溝５０と円筒体５２の内周面とで螺旋流路５３が形成される。円筒体５２の流体入口４８側の周面には流体出口５４が設けられ、流体出口５４に連通して、本体部４７の螺旋溝５０の流体入口４８側の一端部に接続する第二流路５５が設けられている。
【００５５】
なお、円筒体５２は本体部４７とシールした状態で嵌合されているのであればどのような方法で嵌合させても良く、第二の実施形態に記載された種々の態様のほかにも図１５に示すように有底円筒状の円筒体５６を本体部５７に嵌合させ、キャップナット５８によって円筒体５６をシールリング５９で本体部５７の外周面（円筒体５６と当接する面）にシールされた状態で固定しても良い。
【００５６】
第四の実施形態において、流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用及び径方向に流体を混合する作用は、第二の実施形態と同様なので説明を省略する。連通孔５１は、螺旋溝５０の溝側面に沿った位置に設けられ、螺旋流路５３の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されている。このため、薬液は螺旋流路５３の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１４の矢印）、かつ流路が分岐と合流を繰り返すことで螺旋流路５３内において薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。そのため、螺旋溝５０の底面を略円弧状にすると渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、かつ螺旋流路５３の内壁への液の残留抑制を図ることができる。これにより流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００５７】
なお、連通孔５１は第一流路４９から螺旋溝５０に斜めになるように設けても良い。第二の実施形態と同様に連通孔５１は、各々の通路断面積が略同一に形成されることが望ましい。螺旋流路５３は、第二流路５５と接続した一端側から他端側に向かって通路断面積が漸次小さくなるように形成されること（図示せず）が望ましく、第一流路４９の内周面は、流体入口４８側から奥部に向かって漸次縮径して形成されること（図示せず）が望ましい。
【００５８】
−第五の実施の形態−
次に、図１６を参照して、本発明の第五の実施形態である流体混合器について説明する。図１６は、第五の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、フェルール継手を用いた形状の流体混合器を示している。この流体混合器は、略円柱状の本体部６６と、本体部６６の周囲を覆う一対の円筒部材（第一円筒部６１、第二円筒部６２）とを有する。
【００５９】
本体部６６と一対の円筒部材６１，６２は、例えばＳＵＳ３０４により構成されている。なお、第一円筒部６１と第二円筒部６２は同一形状なので、以下では主に第一円筒部６１で代表して説明する。第一円筒部６１の一端部外周にはフランジ部６３が設けられ、他端部には円筒部が縮径された縮径部６４が設けられている。縮径部６４の縮径された端部にはフェルール継手部６５が設けられている。フェルール継手部６５の端面には入口開口７６が設けられ、入口開口７６は、第一円筒部６１内部の入口流路７７に連通している。なお、第二円筒部６２のフェルール継手部の端面には出口開口７８が設けられ、出口開口７８は第二円頭部６２内の出口流路７９に連通している。
【００６０】
本体部６６の内部には、同軸上に互いに離間して第一流路７１および第二流路７２が設けられている。本体部６６の一端面には、入口流路７７と第一流路７１とを連通する流体入口６９が設けられ、他端面には、出口流路７９と第二流路７２とを連通する流体出口７０が設けられている。本体部６６の外周面には、底面が略円弧状に形成された螺旋溝７３が設けられ、螺旋溝７３の一端部には第二流路７２が接続している。周方向所定の位相において、各螺旋溝７３の底面から第一流路７１の内周面にかけて、螺旋溝７３と第一流路７１とを各々連通する直線状の複数の連通孔７５が設けられ、流体入口６９側から最も近い場所に位置する連通孔７５は、螺旋溝７３の他端部に連通している。
【００６１】
各々の連通孔７５は、螺旋溝７３の中央軸線からずらした溝側面に沿った位置に連通するように設けられている。本体部６６の両端部は第一、第二円筒部６１、６２の内周面に合わせた形状に縮径され、外周は第一、第二円筒部６１、６２の内周と略同径に形成されている。本体部６６は第一、第二円筒部６１、６２の縮径されてない側のフランジ部６３、６７の開口部に嵌挿されている。各々のフランジ部６３、６７の端面間にはガスケット７４が挟持され、フランジ部６３、６７はクランプ６８により連結されている。このとき、第一、第二円筒部６１、６２が筐体を形成し、第一、第二円筒部６１、６２と螺旋溝７３の内周面とで螺旋流路を形成する。
【００６２】
なお、本実施形態のフランジ部６３、６７の接続はフェルール継手の接続方法と同様であり、フェルール継手を用いても良い。図１６に示した以外の形状であってもフェルール継手を用いて組立容易に流体混合器を形成することができる。例えば、円筒状の筐体の両端部にフェルール継手部を設けた筐体に本体部を嵌合させた構成とすることができる。このとき、本体部の流路の形状を第四の実施形態と同様の形状にしても良く、この場合には、有底円筒状の第一円筒部と、流体入口及び流体出口が設けられた第二円筒部とをフェルール継手部によって接続してもよい（図示せず）。
【００６３】
次に第五の実施形態の作用について説明する。
【００６４】
入口開口７６から流体混合器に流入した流体は、流体入口６９から本体部６６の第一流路７１を通って連通孔７５で各々分岐して螺旋溝７３が形成する螺旋流路へ流入する。本体部６６内の流路を流れることで流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用及び径方向に流体を混合する作用は第二の実施形態と同様なので説明を省略する。薬液は螺旋溝７３の形成された螺旋流路の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１６の矢印）、螺旋流路における流れと合わせて螺旋流路の中央軸線と直角方向にも螺旋流れが形成されることにより、螺旋流路内で薬液が効率よく撹拌される。
【００６５】
さらに螺旋溝７３の底面を略円弧状にすることで渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、螺旋流路内で薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われ、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。均一化した流体は第二流路７２を通って流体出口７０から出口開口７８に流れて流出される。
【００６６】
このとき、本実施形態の流体混合器は分解及び組立が容易であるため、フェルール継手部６５によって配管ラインへの取り付け取り外しが容易となる。分解した状態の本体部６６は、外周に螺旋溝７３が形成され、内部に直線の第一、第二流路７１、７２が形成されたシンプルで入り組んだ部分が無い構造であるため、洗浄を容易かつ確実に行うことができる。また、螺旋溝７３の底面が略円弧状であるため、螺旋溝７３の底に固形物が溜まるようなことはなく、溝の隅々まで洗浄を容易に行うことができる。そのため、特に分解して部品を洗浄して組み立てる作業が頻繁に行われる食品分野において好適に使用できる。なお、必要に応じて流路内に図１２のようなスタティックミキサーエレメントを設置しても良い。
【００６７】
−第六の実施の形態−
次に、図１７を参照して、本発明の第六の実施形態である流体混合器について説明する。図１７は、第六の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。第六の実施の形態は、Ｙ型ストレーナー形状の流体混合器であり、ボディ８１とボディ８１内に収容される本体部９３とを有する。
【００６８】
ボディ８１は、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製であり、Ｙ型管状に形成され、分岐部を有する。ボディ８１の下部の分岐部に中空室８２が設けられ、中空室８２に連通する連通口８３を有する台座８４と、中空室８２から下方へ開口する開口部８５を有している。ボディ８１両端面にはフランジ状の入口開口８６及び出口開口８７が形成され、入口開口８６と中空室８２に各々連通する入口流路８８と、出口開口８７と連通口８３に各々連通する出口流路８９とを有している。ボディ８１の端部には蓋体９０が取り付けられる。
【００６９】
蓋体９０は例えばＰＶＣ製であり、円板状に形成され、蓋体９０の一端部外周には鍔部９１が設けられている。蓋体９０はキャップナット９２によりボディに取り付けられる。キャップナット９２は例えばＰＶＣ製であり、円筒状に形成されている。キャップナット９２の一方の端部内周には、ボディ８１の開口部８５外周に設けられた雄ネジ部に螺着される雌ネジ部が設けられ、もう一方の端部には内周方向へ突出する内鍔部が設けられている。キャップナット９２は、蓋体９０の鍔部９１端面に内鍔部が当接し、ボディ８１の雄ネジ部に螺着することで、蓋体９０を固定し、このボディ８１と蓋体９０とで筐体を形成する。
【００７０】
なお、蓋体９０と本体部９３を一体で設けても良い。また、キャップナット９２を用いずに蓋体９０に雌ねじ部を形成してボディ８１に螺着しても良く、ボディ８１の開口部８５に雌ねじ部を設けて雄ねじ部を有する蓋体９０を螺着しても良い。また、固定方法は、ボディ８１と蓋体９０とを固着できるのであれば螺着以外でもよく、バヨネットやフェルールやねじなど特に限定されない。
【００７１】
本体部９３は例えばＰＶＣ製であり、円柱状に形成されている。本体部９３の一端面に流体入口９６と流体入口９６に連通する第一流路９５が設けられ、第一流路９５は本体部９３の中心軸の位置に配置されている。本体部９３の外周面には底面が略円弧状に形成された螺旋溝９４が設けられ、螺旋溝９４の流体入口９６側の一端部はボディ８１の出口流路８９に連通している。螺旋溝９４の底面から第一流路９５の内周面にかけて螺旋溝９４と第一流路９５とを各々連通する複数の連通孔９７が設けられ、流体入口９６側から最も遠い場所に位置する連通孔９７は螺旋溝９４の他端部に連通している。各連通孔９７は、螺旋溝９４の中央からずらして溝側面に沿った位置で連通するように形成されている。
【００７２】
本体部９３の外周はボディ８１の中空室８２の内周と略同径に形成され、本体部９３の流体入口９６の反対側の端部外周には開口部８５内周面とシールされるＯリングを有する環状溝が設けられている。本体部９３はボディ８１の開口部８５から中空室８２に嵌合され、挿入した本体部９３の端部を台座８４に当接させ、連通口８３に本体部９３の第一流路９５が連通した状態で蓋体９０とキャップナット９２で固定されている。このとき出口開口８７は流体混合器の流体出口となり、出口流路８９は流体混合器の第二流路となる。ボディ８１の中空室８２と螺旋溝９４の内周面で螺旋流路が形成される。なお、ボディ８１の分岐部に中空室８２が設けられるのであれば、中空室８２はボディ８１の下部以外にあってもよい。
【００７３】
次に第六の実施形態の作用について説明する。
【００７４】
流体混合器に流入した流体は、ボディ８１の入口開口８６から入口流路８８を通って本体部９３の第一流路９５へ流入する。本体部９３内の流路を流れることで流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第三の実施形態と同様なので説明を省略する。薬液は螺旋溝９４の形成された螺旋流路の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１７の矢印）、螺旋流路における流れと合わせて螺旋流路の中心軸線と直角方向にも螺旋流れが形成されることにより、螺旋流路内で薬液が効率よく撹拌される。さらに螺旋溝９４の底面を略円弧状にすることで渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、螺旋流路内で薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われ、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００７５】
均一化した流体は螺旋溝９４が形成する螺旋流路から出口流路８９を通って出口開口８７から流出される。このとき、本実施形態の流体混合器は分解及び組立が容易である。分解した状態の本体部９３は外周に螺旋溝９４、内部に直線の第一流路９５が形成されたシンプルで入り組んだ部分が無い構造であるため、洗浄を容易かつ確実に行うことができる。また、螺旋溝９４の底面が略円弧状であるため、螺旋溝９４の底に固形物が溜まるようなことはなく、溝の隅々まで洗浄がより容易となる。そのため、特に分解して部品を洗浄して組み立てる作業が頻繁に行われる食品分野において好適に使用できる。また、必要に応じて流路内に図１２のようなスタティックミキサーエレメントを設置しても良い。
【００７６】
以上の流体混合器における本体部７、４７、６６、９３、円筒体１４、５２、円筒体６１、６２、ボディ８１、蓋体９０、キャップナット９２等の各部品の材質は、樹脂製であればポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良い。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、また腐食性ガスが透過しても配管部材の腐食の心配がなくなるため好適である。本体部または筐体を形成する部材を透明または半透明な部材で用いても良く、流体の混合の状態を目視で確認できるため好適である。また、流体混合器に流す物質によっては各部品の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属や合金であっても良い。特に流体が食品である場合、衛生的で寿命の長いステンレスが好ましい。流体混合器により混合される異種流体としては、気体、液体等の物質の相が異なる流体、物質の温度、濃度、粘土等が異なる流体、物質そのものの種類が異なる流体等、いかなるものでもよい。
【００７７】
以上の実施の形態（例えば図１）では、第一流路１と第二流路３を同軸上に配設して主流路を形成したが、螺旋流路２の中央に配設されるのであれば、主流路の構成はいかなるものでもよい。上記実施の形態（例えば図１）では、複数の分岐流路４ａ〜４ｅを互いに同一形状としたが、主流路の流れ方向複数個所からその外側の螺旋流路２にかけてそれぞれ延設され、主流路と螺旋流路２とを複数個所でそれぞれ連通するのであれば、分岐流路を全て同一形状としなくてもよい。上記実施の形態（例えば図１）では、流体入口５と流体出口６をそれぞれ第一流路１と第二流路３の端部に設けたが、流体入口部と流体出口部のいずれか一方または両方を、螺旋流路２の端部に設けてもよい。すなわち流れ方向の端部に流体入口５または流体出口６のいずれか一方を設けるとともに、流れ方向の端部に流体入口５または流体出口６のいずれか他方を設けるのであれば、主流路の端部と螺旋流路の端部のいずれにあってもよい。
【００７８】
主流路または螺旋流路の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、主流路または該螺旋流路の少なくとも一方に連通するように設けられるのであれば、複数の分岐流路の構成は上述したものに限らない。例えば上記実施の形態では、螺旋流路の各螺旋部毎に分岐流路を設けたが、一部の螺旋部にのみ分岐流路を設けてもよい。図１２では、第二流路３６にスタティックミキサーエレメント３７を配設したが、主流路の代わりに螺旋流路に配設してもよく、主流路と螺旋流路の両方に配設してもよい。
【００７９】
なお、上記第一の実施の形態〜第六の実施の形態を任意に組み合わせて流体混合器を構成してもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の流体混合器に限定されない。
【符号の説明】
【００８０】
１ 第一流路
２ 螺旋流路
３ 第二流路
４ａ〜４ｅ 分岐流路
５ 流体入口
６ 流体出口
７ 本体部
８ 流体入口
９ 第一流路
１０ 流体出口
１１ 第二流路
１２ 螺旋溝
１３ 連通孔
１４ 円筒体
１５ 螺旋流路
３７ スタティックミキサーエレメント
４１ 第一流路
４２ 螺旋流路
４３ 第二流路
４４ａ〜４４ｅ 分岐流路
４５ 流体入口
４６ 流体出口
４７ 本体部
４８ 流体入口
４９ 第一流路
５０ 螺旋溝
５１ 連通孔
５２ 円筒体
５３ 螺旋流路
５４ 流体出口
５５ 第二流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、医療分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管に用いられる流体混合器に関するものであり、特に流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合して撹拌させることのできる流体混合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内に装着して管内を流れる流体を均一に混合する方法として、図１８に示すように捻り羽根状のスタティックミキサーエレメント１０１を用いたものが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。通常、スタティックミキサーエレメント１０１は、矩形板をその長手軸線周りに１８０度捻ったものを最小単位部材として、複数の最小単位部材を、捻り方向が交互に異なる方向になるように一体的に直列に結合した構造を有している。このスタティックミキサーエレメント１０１を管１０２内に配置し、管１０２の両端部にメールコネクター１０３を取り付け、フレアー１０５を装着して締付ナット１０４を締め付けることによりスタティックミキサーが形成される。このとき、スタティックミキサーエレメント１０１の外径が管１０２の内径にほぼ等しく設計されて、流体が効果的に撹拌されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０５０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のスタティックミキサーを用いた流体の混合方法は、流れてくる流体を流れに沿って撹拌する構成であるため図１９（ａ）に示すように配管の径方向の濃度分布をムラなく均一化することはできるが、図１９（ｂ）に示すように軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく均一化することはできない。そのため、例えばスタティックミキサーの上流側で水と薬液を混合させて流す時、薬液の混合比が一時的に増加した場合には流路内で部分的に濃度が濃くなった状態でスタティックミキサーを通過する。このとき、径方向で均一化されて水と薬液は撹拌されても、軸方向（流れ方向）においては流路内で部分的に濃度が濃くなった箇所はほとんど希釈されることなく濃くなった状態のまま下流側へ流れてしまう（図１９（ｂ）参照）。これにより、半導体洗浄装置、特に半導体ウェハの表面に直接薬液を塗布して各種の処理を行うような装置に接続された場合、濃度の異なる薬液が半導体ウエハの表面に塗布されて不良品の原因となる問題があった。
【０００５】
この軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する方法としては、流路の途中でタンクを設置してタンク内に流体を一旦貯めてタンク内の濃度を均一化させた後で流体を流す方法（図示せず）などが挙げられる。しかしながら、タンクを設置するには広いスペースが必要となり装置が大きくなる問題や、タンクから再び流体を輸送するにはポンプ、配管などが必要となるため、使用する部材の点数が多くなるという問題や、配管ラインを施工するためのコストが発生するという問題があった。また、この方法ではタンク内で流体が滞留する。流体が滞留するとバクテリアの発生原因となり、タンク内で発生したバクテリアが配管ラインに流れ込み、半導体製造ラインにおいては半導体ウエハに付着して不良品の原因となる問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、流体の流れ方向の濃度分布や温度分布をムラなく均一化して混合すると共に撹拌できる、コンパクトな構成の流体混合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、異種流体を混合するための混合流路を有する流体混合器であって、混合流路は、第一流路と第二流路からなる主流路と、該第一流路の周囲に第一流路に対し略同心状に形成され、一端部に該第二流路が連通する螺旋流路と、第一流路の流れ方向複数個所とその外側の螺旋流路とをそれぞれ連通する複数の分岐流路と、第一流路または第二流路の端部に設けられた流体入口部と、流体入口部とは異なる、第一流路または第二流路の端部に設けられた流体出口部とを有し、複数の分岐流路は、主流路または螺旋流路の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、該主流路または該螺旋流路の少なくとも一方に連通することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば以下のような効果が得られる。
（１）流路内で一時的に流体の濃度が濃くなったり薄くなったりした状態でも、流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化して混合でき、濃度の安定した流体の供給が可能である。
（２）分岐流路が偏芯して接続された流路形状によって流体が撹拌されて流れるので流体の流れ方向の混合と共に径方向の混合が行われるため、より均一な混合を行うことができる。
（３）流路内で渦を巻く流れを発生させることでデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
（４）流路内で一時的に流体の温度が高くなったり低くなったりした状態でも、流体の流れ方向の温度分布をムラなく均一化して混合でき、温度の安定した流体の供給が可能である。
（５）流体混合器を小型化することができ、その設置スペースも必要最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る流体混合器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の流体混合器を用いて流体の濃度を測定する装置を示す模式図である。
【図３】図２の流体混合器の上流側の濃度を測定したグラフである。
【図４】図２の流体混合器の下流側の濃度を測定したグラフである。
【図５】本発明の第二の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ縦断面図である。
【図７】図５の連通孔の位置を変えた流体混合器を示す縦断面図である。
【図８】図５の連通孔を斜めにした流体混合器を示す縦断面図である。
【図９】第二の実施形態における円筒体の異なる装着構造を示す縦断面図である。
【図１０】第二の実施形態における第一流路の異なる構造を示す縦断面図である。
【図１１】第二の実施形態における他の構造を示す縦断面図である。
【図１２】第二の実施形態にスタティックミキサーエレメントを設置した構造を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第三の実施形態に係る流体混合器の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第四の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図１５】第四の実施形態における円筒体の異なる装着構造を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第五の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第六の実施形態の流体混合器を示す縦断面図である。
【図１８】従来のスタティックミキサーを示す縦断面図である。
【図１９】図１８のスタティックミキサーの流体の撹拌状態を示す模式図である。
【図２０】本発明の比較例としての分岐希釈装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施例を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００１１】
−第一の実施の形態−
以下、図１〜４を参照して、本発明の第一の実施形態である流体混合器について説明する。図１は、第一の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す斜視図である。この流体混合器は、異種流体を混合するための混合流路を有する。混合流路は、例えばＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）製のチューブにより形成される。なお、金属配管等、他の材質により混合流路を形成することもできる。
【００１２】
混合流路は、流体の流入する流体入口５と、流体入口５が一端部に設けられた第一流路１と、流体の流出する流体出口６と、流体入口５の反対側端部に流体出口６が設けられた第二流路３と、該流路１、３を螺旋の中心軸にしてこれらの周囲に同心状に配設される螺旋流路２と、第一流路１または第二流路３と螺旋流路３とを流れ方向の複数個所で連通する複数の分岐流路４ａ〜４ｅとを有する。
【００１３】
第一流路１および第二流路３は、同軸上にかつ互いに離間して配設された直線形流路であり、これらは主流路を構成する。螺旋流路２の一端部には第二流路３の流体入口側端部が接続している。第一流路１の流れ方向複数個所からは螺旋流路２にかけて第一流路１から分岐し、略直線状、すなわち直線状もしくはほぼ直線状の５つの分岐流路４ａ〜４ｅが延設されている。各分岐流路４ａ〜４ｅは、第一流路１に対する略垂直面内、すなわち垂直もしくはほぼ垂直の面内で延設され、流体入口５側から最も近い場所に位置する分岐流路４ａは螺旋流路２の他端部に接続されている。
【００１４】
複数の分岐流路４ａ〜４ｅは、螺旋流路２の異なる位置から各々分岐し、第一流路１の異なる位置において第一流路１と各々接続している。このとき、複数の分岐流路４ａ〜４ｅは第一流路１の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されると共に、螺旋流路２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されている。すなわち、分岐流路４ａ〜４ｅの中央軸線の延長線は、第一流路１の中央軸線に交差せず、螺旋流路２の中央軸線にも交差しない。ここで、中央軸線とは流路断面積の中心を通る軸線のことである。
【００１５】
次に、本発明の第一の実施形態である流体混合器の作用について説明する。
【００１６】
流体混合器の上流側で水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口５から第一流路１に流入して部分的に濃度が濃くなって流れる薬液が第一流路１の分岐流路４ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ａを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れる。残りの薬液は第一流路１の下流側へ流れて行き、さらに部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液が分岐流路４ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ｂを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れる。残りの薬液は第一流路１の下流側へ流れて行き、さらに部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は、分岐流路４ｂを流れた薬液と同様に分岐流路４ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ｃを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れる。以下、分岐流路４ａ、４ｂ、４ｃと同様に残りの部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は分岐流路４ｄ、４ｅを流れて螺旋流路２を通って第二流路３へと流れて行く。第二流路３に流れた薬液は流体出口６から流出される。
【００１７】
このとき、分岐流路４ｅを流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は、流体入口５から流体出口６までの流路の長さが最も短いことから他の部分的に濃度が濃くなって流れる薬液よりも早く流体出口６から流出し、時間差で分岐流路４ｄ、分岐流路４ｃ、分岐流路４ｂ、分岐流路４ａの順で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液の一部ずつが流体出口６から流出していく。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は流体混合器よって時間差で５つに分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化して混合することができる。
【００１８】
また、分岐流路４ａ〜４ｅは螺旋流路２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されていることから、薬液は螺旋流路２の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図５の矢印参照）、螺旋流路２における流れと合わせて螺旋流路の中央軸線と直角方向にも螺旋流れが形成される。これにより、螺旋流路２内で薬液が効率よく撹拌され、流体の流れ方向による混合が維持されたまま径方向にも合わせて混合され、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。このとき各々の分岐流路の内径が同一もしくはほぼ同一であると、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液はほぼ５等分に分割されるので、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより均一化して混合することができる。
【００１９】
なお、図１に示すように、本実施形態では、分岐流路４ａ〜４ｅは第一流路１の軸線に沿って等間隔の位置になるように設けられているが、各々の分岐流路４ａ〜４ｅを流れる流体に付与する時間差を調節するため、接続される位置を自由に設定したり、螺旋流路２が第二流路３と接続した一端部から他端部に向かって通路断面積を漸次小さくなるように形成したりしても良い。分岐流路４ａ〜４ｅの数も特に限定されない。分岐流路４ａ〜４ｅの数は多く設ける方が流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。
【００２０】
ここで、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液を流体混合器で分割して流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用について説明する。図２に示すように、２つの物質である純水と薬液が各々流れるラインの合流部の下流側に図１の流体混合器を配置させたラインにおいて、図１の流体混合器の上流側と下流側に濃度計１９、２０を各々設置して、上流側から純水と薬液を混合して流す装置を作成し、純水と薬液を一定の比率で流している途中で瞬間的に薬液の濃度を濃くした状態（純水に対して薬液の比率を大きくする）にした後で、元の一定の比率で流して濃度分布のムラを生じさせる。この時の上流側と下流側の濃度を測定すると図３及び図４のようになる。
【００２１】
図３は流体混合器の上流側に設置した濃度計１９により得られる特性を示すが、ここで横軸は経過時間、縦軸は濃度であり、ある一定時間に濃度が濃くなるような場合では、図のようなピーク（ｈ１）が現れることとなる。図４は流体混合器の下流側に設置した濃度計２０により得られる特性を示すが、濃度のピークが５つに分散されて、ピーク（ｈ２）の高さは約５分の１になっている。濃度のピーク間の間隔ｔ１は、流体が第一流路１内において分岐流路４ａの位置を通過してから分岐流路４ｂに至るまでの時間に対応しており、同様にｔ２は分岐流路４ｂから分岐流路４ｃまで、ｔ３は分岐流路４ｃから分岐流路４ｄまで、ｔ４は分岐流路４ｄから分岐流路４ｅに至るまでの時間に対応している。
【００２２】
このとき、螺旋流路２の各々の分岐流路４ａ〜４ｅに至るまでの長さを変えることでピーク（ｈ２）の出る間隔ｔ１〜ｔ４を変化させることができ、分岐流路４ａ〜４ｅの数をさらに増やすとピーク（ｈ２）の高さは上流側のピーク（ｈ１）に対して分岐流路の数で分割した程度の高さまで抑えることができる。なお、仮に流体混合器を設置しない場合、図３に示される濃度のピークは流体の流れによって若干低下することはあるがピーク（ｈ１）はほぼ変わらずに流れることになる。
【００２３】
本実施の形態においては、流体入口５を流体入口部、流体出口６を流体出口部として流体入口部から流体出口部へと流体を流すようにしたが、流体を逆方向に流しても同様の効果を得ることができる。この場合には、流体出口６が流体入口部になり、流体入口５が流体出口部になる。このとき、螺旋流路２と複数の分岐流路４ａ〜４ｅを通過することで流体入口部から流体出口部までの流路の距離が各々異なる距離にすることで流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。
【００２４】
また、径方向の混合については、第一流路１の軸線に対して偏芯した位置に分岐流路４ａ〜４ｅが各々接続されていることから、第二流路３から螺旋流路２を通って分岐流路４ａ〜４ｅで分岐された薬液は第一流路１の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図６の矢印参照）、さらに流体が分岐、合流することで第一流路１内にて薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００２５】
なお、本実施形態では濃度分布のムラについて説明しているが、熱湯と冷水を混合した時の温度分布の流れ方向の均一化についても同様の効果を得ることができる。温度分布の均一化を目的として、給湯器などへの利用も可能となり、流路内で部分的に高温となった流体の温度の流れ方向の均一化を行うことでより温度を安定させ、熱湯が流れることによる火傷の防止を行うことができる。
【００２６】
図２０は、本実施の形態の比較例であり、軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する他の方法を示す。図２０には、流路を分岐して流体の希釈を行う分岐希釈装置が示されている。この装置は、細管１１１の中を一定の速度で流れている試料溶液を分析する装置において、流れている試料を複数の流路に分岐する分岐部１１２を流路の途中に設けることにより試料溶液を分割し、各分岐流路の細管１１３、１１４の内径や長さを変化させて検出器１１５の手前の合流部１１６で再度合流させ、試料溶液が検出される時間差を利用して希釈する。
【００２７】
しかしながら、図２０の分岐希釈装置の技術を流体輸送配管に用いる場合、管路の途中で分岐された長さの異なる管路を設けて再び合流させる配管ラインを設ける必要がある。このため、軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく流路内で均一化するには分岐した流路を多く設けなくてはならず、その場合には分岐した配管ラインを設けるスペースが大きくなってしまうという問題がある。また、このような配管ラインを施工するには部品点数が多く必要であり、煩雑で時間がかかるという問題がある。この点、本実施の形態では、配管を設けるスペースを多く必要とせず、配管施行も容易で、短時間で配管施行を行うことができる。
【００２８】
−第二の実施の形態−
次に、図５〜１２を参照して、本発明の第二の実施形態である流体混合器について説明する。図５は、第二の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ縦断面図である。第二の実施の形態では、略円柱状、すなわち円柱状もしくはほぼ円柱状の本体部７と、本体部７の外周面に嵌合する円筒体１４とにより、混合流路を有する流体混合器が形成される。
【００２９】
本体部７はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製であり、本体部７内には、主流路としての第一流路９と第二流路１１が、本体部７の中心軸上に互いに離間して設けられている。本体部７の一端面には、第一流路９の端部（第二流路１１の反対側端部）に連通する流体入口８が設けられ、他端面には、第二流路１１の端部（第一流路９の反対側端部）に連通する流体出口１０が設けられている。本体部７の外周面には螺旋溝１２が設けられ、螺旋溝１２の底面は略円弧状に形成されている。この略円弧状とは緩やかなカーブで形成されていれば良く、円状、楕円状、半円状、半楕円状などいずれでも良い。
【００３０】
第二流路１１の端部は、径方向外側に屈曲して形成され、螺旋溝１２の流体出口１０側端部に接続している。各螺旋溝１２の底面からは、周方向所定の位相において、第一流路９と連通する分岐流路としての略直線状、すなわち直線もしくはほぼ直線状の複数の連通孔１３が開口され、流体入口８側から最も近い場所に位置する連通孔１３は、螺旋溝１２の流体入口８側端部に連通している。なお、図では、連通孔１３は、周方向対称な位相に設けられているが、連通孔１３の設けられる位相はこれに限らない。
【００３１】
各々の連通孔１３は、螺旋溝１２の中央軸線からずらして溝側面に沿った位置で連通するように形成されていれば良く、基準となる溝側面は図５に示すように連通孔１３を流体入口８側に設けたり、図７に示すように連通孔３８を流体出口１０側に設けたり、さらには図８に示すように第一流路９から螺旋溝１２に対して斜めになる連通孔３９を設けても良く、これらの組合せで設けても良い。
【００３２】
円筒体１４はＰＦＡチューブ製の筐体であり、略円筒形、すなわち円筒もしくはほぼ円筒形に形成されている。円筒体１４の内径は本体部７の外径と略同径に形成され、本体部７とチューブである円筒体１４との焼きばめによって、円筒体１４は本体部７の外周面にシールされた状態で嵌合されている。本体部７に円筒体１４を嵌合させることにより、本体部７の螺旋溝１２と円筒体１４内周面とで螺旋流路１５が形成される。
【００３３】
なお、筐体である円筒体１４はチューブのような軟質の部材以外でも硬質の部材で形成しても良い。筐体の形状は円筒体以外にも直方体などであっても良い。また、円筒体１４と本体部７はシールした状態で嵌合されているのであればどのような方法で嵌合させても良く、焼きばめ以外にも溶接や接着でも良く、図９に示すようにＰＦＡチューブ製の円筒体１７を本体部１６に密着嵌合させて本体部１６の両端にキャップナット１８を螺合させることで円筒体１７を本体部１６の外周面にシールされた状態で固定させたり、図１１に示すように略円筒形の円筒体２８を本体部２７に嵌合させてキャップナット２９によって円筒体２８をシールリング３０で本体部２７の外周面にシールされた状態で固定させたりしても良い。
【００３４】
次に、図５を用いて本発明の第二の実施形態である流体混合器の作用について説明する。
【００３５】
流体混合器の上流側から水と薬液を混合させて流しており、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口８から流入して第一流路９に流れて行く。第一流路９を流れる部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は各々の連通孔１３によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、時間差で螺旋流路１５を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合することができる。第二の実施形態の流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は、第一の実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００３６】
連通孔１３は、螺旋流路１５の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されていることから、薬液は螺旋流路１５の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図５の矢印）、かつ流路が分岐と合流を繰り返すことで螺旋流路１５内において薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。そのため、螺旋溝１２の底面を略円弧状にすると渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、かつ螺旋流路１５の内壁への液の残留抑制を図ることができる。これにより流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００３７】
本実施形態の流体混合器では、第一流路９の内周面と螺旋溝１２の底面とを各々連通する連通孔１３を容易に形成することができ、連通孔１３の設置位置や設置する数を自由に設定することができる。このため、流れの時間差を細かく均等に調節することができ、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。また、本実施形態の流体混合器は、流路の複雑さの割りに加工が比較的容易であり、部品点数も少ないため、容易に製造することができる。さらに、流路構造が小さくまとめられているため、流体混合器を小型化することができ、配管スペースを取らずに設置することができる。また、流体混合器を配管ラインに接続する際も、流体入口８と流体出口１０に各々継手等で接続するだけで施工が完了するため、配管施工が容易であり、短時間で接続することができる。
【００３８】
本実施の形態において、連通孔１３は、図６に示すように第一流路９の中央軸線に対して偏芯した位置に連通孔１３が各々接続するように形成される。これにより、流体を逆方向に流す場合には、螺旋流路１５を通って連通孔１３で分岐された薬液は、第一流路９の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図６の矢印）、第一流路９内で薬液が撹拌されるので、径方向の混合が行われる。流体を逆方向に流した時の流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は、第一の実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００３９】
連通孔１３は、各々の通路断面積が略同一に形成されることが望ましい。これは、各々の連通孔１３によって分割される流体の流量が各々一定で流れ、流体混合器に流入した流体は連通孔１３の個数でほぼ等しく分割されて各々時間差をつけて合流して流れるためであり、これにより濃度分布をムラなく均一化することができる。
【００４０】
図１０に示すように第一流路２２の内周面は、流体入口２３側から下流部（流体出口２４側）に向かって漸次縮径して形成されることが望ましい。これは、第一流路２２を流れる流体は、各々の連通孔２６から流体が分割して螺旋流路２５に流れることで圧力損失が発生し、第一流路２２の下流側の流速が低下するためであり、第一流路２２の通路断面積を流れ方向下流側にかけて徐々に小さくすることで、圧力損失が起こっても流体は一定の速度で流れ、分割して流れる流体の時間差を安定させることができる。
【００４１】
また、図１１に示すように螺旋流路３１は、第二流路３２と接続した一端部から他端部に向かって通路断面積が漸次小さくなるように形成されることが望ましい。これは、流体を逆方向に流す場合、螺旋流路３１を流れる流体は各々の連通孔３３から流体が分割して流れることで圧損が発生し、螺旋流路３１の下流側の流速が低下するためであり、螺旋流路３１の通路断面積を流れ方向下流側にかけて徐々に小さくすることで、圧損が起こっても流体が一定の速度で流れ、分割して流れる流体の時間差を安定させることができる。
【００４２】
なお、螺旋流路３１の通路断面積を第二流路３２と接続した一端部（流体出口３５側）から他端部（流体入口３４側）に向かって漸次小さくする方法は、図１１のように螺旋溝の底面位置を合わせた本体部２７において、本体部２７の外周面が流体入口３４側から流体出口３５側に向かって漸次拡径するように設けて、この外周面形状に合わせた円筒体２８を嵌合して螺旋流路３１を形成しても良い。このほかにも本体部２７に設ける螺旋溝の深さを流体入口３４側から流体出口３５側に向かって漸次深くなるように形成したり（図示せず）、螺旋溝の幅を漸次狭くなるように形成したり（図示せず）、これらの複合によって形成しても良い。
【００４３】
また、図１２に示すように第二流路３６内にスタティックミキサエレメント３７を配置しても良い。スタティックミキサエレメント３７は、流路軸心回りで所定角度ずつ交互に逆回りで捻られた複数の捻り板が直列に連結されており、スタティックミキサエレメント３７が配置された第二流路３６を流体が通過すると、捻り板に沿って流体が交互に逆回転で撹拌されて径方向の混合が行われる。そのため、流体混合器の流れ方向と径方向の混合の効果にスタティックミキサエレメントの径方向の混合の相乗効果により、より均一に流体が混合される。特に流体に粘度があり、混合されにくい流体の混合には好適である。
【００４４】
−第三の実施の形態−
次に、図１３を参照して、本発明の第三の実施形態である流体混合器について説明する。図１３は、第三の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、第三の実施の形態では、第一の実施の形態と同様、チューブなどによって配管接続されて流体混合器が構成され、混合流路が形成される。
【００４５】
この流体混合器は、流体の流入する流体入口４５と、一端部に流体入口４５が設けられた第一流路４１と、第一流路４１を螺旋の中心軸にして第一流路４１の周囲に配設された螺旋流路４２と、流体の流出する流体出口４６と、一端部が螺旋流路４２の流体入口４５側の一端部に接続され、他端部に流体出口４６が設けられた第二流路４３と、第一流路４１の流れ方向複数個所から分岐され、螺旋流路４２に各々接続する５つの分岐流路４４ａ〜４４ｅとを有する。最も流体入口４５側から遠い場所に位置する分岐流路４４ｅは、螺旋流路４２の他端部に接続されている。複数の分岐流路４４ａ〜４４ｅは第一流路４１の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されると共に、螺旋流路４２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されている。
【００４６】
次に、本発明の第三の実施形態である流体混合器の作用について説明する。
【００４７】
流体混合器の上流側から水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流した時、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口４５から第一流路４１に流入して部分的に濃度が濃くなって流れる薬液が第一流路４１の分岐流路４４ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ａを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れる。残りの薬液は第一流路４１の下流側へ流れて行き、また、部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液が分岐流路４４ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ｂを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れる。残りの薬液は第一流路４１の下流側へ流れて行き、さらに部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は、分岐流路４４ｂを流れた薬液と同様に分岐流路４４ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ｃを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れる。以下、分岐流路４４ａ、４４ｂ、４４ｃと同様に部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は分岐流路４４ｄ、４４ｅを流れて螺旋流路４２を通って第二流路４３へと流れていく。第二流路４３に流れた薬液は流体出口４６から流出される。
【００４８】
このとき、分岐流路４４ａを流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は、最短ルートで第二流路４３を通って他の部分的に濃度が濃くなって流れる薬液よりも早く流体出口４６から流出し、時間差で分岐流路４４ｂ、分岐流路４４ｃ、分岐流路４４ｄ、分岐流路４４ｅの順で徐々に長くなるルートを通って部分的に濃度が濃くなって流れる薬液の一部ずつが流体出口４６から流出していく。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体混合器よって時間差で５つに分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合することができる。特に各々の分岐流路４４ａ〜４４ｅから分割した順に流体出口４６までの距離が一定距離ごとに長くなるので、時間差をより明確にすることができる。
【００４９】
また、分岐流路４４ａ〜４４ｅは螺旋流路４２の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されていることから、薬液は螺旋流路４２の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１４の矢印参照）、螺旋流路４２における流れと合わせて螺旋流路４２の中央軸線と直角方向にも螺旋流れが形成される。これにより、螺旋流路４２内で薬液が効率よく撹拌され、流体の流れ方向による混合を維持させたまま径方向にも合わせて混合され、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００５０】
なお、図１３の分岐流路４４ａ〜４４ｅは、第一流路４１の軸線に沿って等間隔の位置になるように設けられているが、各々の分岐流路４４ａ〜４４ｅを流れる流体に時間差を調節するために、第一流路４１と接続される位置を自由に設けたり、螺旋流路４２の通路断面積を第二流路４３と接続した一端部から他端部に向かって漸次小さくなるように形成しても良く、分岐流路４４ａ〜４４ｅの数も上述したものに限定されない。分岐流路４４ａ〜４４ｅの数を多く設ける方が、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。本実施の形態においては作用の説明の便宜上、流体入口と流体出口とを記載しているが、流体を逆方向に流しても同様の効果を得ることができる。流体を逆方向に流した場合の作用は、第一の実施形態の流体を逆方向に流した場合と同様なので、説明を省略する。
【００５１】
−第四の実施の形態−
次に、図１４を参照して、本発明の第四の実施形態である流体混合器について説明する。図１４は、第四の実施の形態に係る流体今後浮きの概略構成を示す縦断面図であり、第四の実施の形態では、第二の実施の形態と同様、本体部４７と円筒体５２とにより、混合流路を有する流体混合器が形成される。
【００５２】
本体部４７は、ＰＴＦＥ製であり、略円柱状に形成されている。本体部４７内には、主流路としての第一流路４９が本体部４７の中心軸上に設けられ、本体部４７の一端面には、第一流路４９の一端部に連通する流体入口４８が設けられている。本体部４７の外周面には、螺旋溝５０が設けられ、螺旋溝１２の底面は略円弧状に形成されている。螺旋溝５０の流体入口４８側の一端部には、円筒体５２を径方向に貫通する第二流路５５が接続されている。本体部４７には、周方向所定の位相において、各螺旋溝５０の底面から第一流路４９の内周面にかけて螺旋溝５０と第一流路４９とを各々連通する複数の直線状の連通孔５１が設けられ、流体入口４８側から最も遠い場所に位置する連通孔５１は螺旋溝５０の他端部に連通している。
【００５３】
各々の連通孔５１は、螺旋溝５０の中央軸線からずらして溝側面に沿った位置で連通するように形成されている。なお、図では連通孔５１を本体部４７一端面の流体入口４８側に設けているが、本体部４７他端面の流体入口４８と反対側の溝側面に設けても良く、さらに図８と同様、第一流路４９から螺旋流路５３に対して斜めに連通孔５１を設けても良い。
【００５４】
円筒体５２は、ＰＰ（ポリポロピレン）製の筐体であり、略円筒形に形成されている。円筒体５２の内径は本体部４７の外径と略同径に形成され、焼きばめによって本体部４７の外周面にシールされた状態で嵌合されている。本体部４７に円筒体５２を嵌合させることにより、本体部４７の螺旋溝５０と円筒体５２の内周面とで螺旋流路５３が形成される。円筒体５２の流体入口４８側の周面には流体出口５４が設けられ、流体出口５４に連通して、本体部４７の螺旋溝５０の流体入口４８側の一端部に接続する第二流路５５が設けられている。
【００５５】
なお、円筒体５２は本体部４７とシールした状態で嵌合されているのであればどのような方法で嵌合させても良く、第二の実施形態に記載された種々の態様のほかにも図１５に示すように有底円筒状の円筒体５６を本体部５７に嵌合させ、キャップナット５８によって円筒体５６をシールリング５９で本体部５７の外周面（円筒体５６と当接する面）にシールされた状態で固定しても良い。
【００５６】
第四の実施形態において、流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用及び径方向に流体を混合する作用は、第二の実施形態と同様なので説明を省略する。連通孔５１は、螺旋溝５０の溝側面に沿った位置に設けられ、螺旋流路５３の中央軸線に対して偏芯した位置に各々接続されている。このため、薬液は螺旋流路５３の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１４の矢印）、かつ流路が分岐と合流を繰り返すことで螺旋流路５３内において薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。そのため、螺旋溝５０の底面を略円弧状にすると渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、かつ螺旋流路５３の内壁への液の残留抑制を図ることができる。これにより流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００５７】
なお、連通孔５１は第一流路４９から螺旋溝５０に斜めになるように設けても良い。第二の実施形態と同様に連通孔５１は、各々の通路断面積が略同一に形成されることが望ましい。螺旋流路５３は、第二流路５５と接続した一端側から他端側に向かって通路断面積が漸次小さくなるように形成されること（図示せず）が望ましく、第一流路４９の内周面は、流体入口４８側から奥部に向かって漸次縮径して形成されること（図示せず）が望ましい。
【００５８】
−第五の実施の形態−
次に、図１６を参照して、本発明の第五の実施形態である流体混合器について説明する。図１６は、第五の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、フェルール継手を用いた形状の流体混合器を示している。この流体混合器は、略円柱状の本体部６６と、本体部６６の周囲を覆う一対の円筒部材（第一円筒部６１、第二円筒部６２）とを有する。
【００５９】
本体部６６と一対の円筒部材６１，６２は、例えばＳＵＳ３０４により構成されている。なお、第一円筒部６１と第二円筒部６２は同一形状なので、以下では主に第一円筒部６１で代表して説明する。第一円筒部６１の一端部外周にはフランジ部６３が設けられ、他端部には円筒部が縮径された縮径部６４が設けられている。縮径部６４の縮径された端部にはフェルール継手部６５が設けられている。フェルール継手部６５の端面には入口開口７６が設けられ、入口開口７６は、第一円筒部６１内部の入口流路７７に連通している。なお、第二円筒部６２のフェルール継手部の端面には出口開口７８が設けられ、出口開口７８は第二円頭部６２内の出口流路７９に連通している。
【００６０】
本体部６６の内部には、同軸上に互いに離間して第一流路７１および第二流路７２が設けられている。本体部６６の一端面には、入口流路７７と第一流路７１とを連通する流体入口６９が設けられ、他端面には、出口流路７９と第二流路７２とを連通する流体出口７０が設けられている。本体部６６の外周面には、底面が略円弧状に形成された螺旋溝７３が設けられ、螺旋溝７３の一端部には第二流路７２が接続している。周方向所定の位相において、各螺旋溝７３の底面から第一流路７１の内周面にかけて、螺旋溝７３と第一流路７１とを各々連通する直線状の複数の連通孔７５が設けられ、流体入口６９側から最も近い場所に位置する連通孔７５は、螺旋溝７３の他端部に連通している。
【００６１】
各々の連通孔７５は、螺旋溝７３の中央軸線からずらした溝側面に沿った位置に連通するように設けられている。本体部６６の両端部は第一、第二円筒部６１、６２の内周面に合わせた形状に縮径され、外周は第一、第二円筒部６１、６２の内周と略同径に形成されている。本体部６６は第一、第二円筒部６１、６２の縮径されてない側のフランジ部６３、６７の開口部に嵌挿されている。各々のフランジ部６３、６７の端面間にはガスケット７４が挟持され、フランジ部６３、６７はクランプ６８により連結されている。このとき、第一、第二円筒部６１、６２が筐体を形成し、第一、第二円筒部６１、６２と螺旋溝７３の内周面とで螺旋流路を形成する。
【００６２】
なお、本実施形態のフランジ部６３、６７の接続はフェルール継手の接続方法と同様であり、フェルール継手を用いても良い。図１６に示した以外の形状であってもフェルール継手を用いて組立容易に流体混合器を形成することができる。例えば、円筒状の筐体の両端部にフェルール継手部を設けた筐体に本体部を嵌合させた構成とすることができる。このとき、本体部の流路の形状を第四の実施形態と同様の形状にしても良く、この場合には、有底円筒状の第一円筒部と、流体入口及び流体出口が設けられた第二円筒部とをフェルール継手部によって接続してもよい（図示せず）。
【００６３】
次に第五の実施形態の作用について説明する。
【００６４】
入口開口７６から流体混合器に流入した流体は、流体入口６９から本体部６６の第一流路７１を通って連通孔７５で各々分岐して螺旋溝７３が形成する螺旋流路へ流入する。本体部６６内の流路を流れることで流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用及び径方向に流体を混合する作用は第二の実施形態と同様なので説明を省略する。薬液は螺旋溝７３の形成された螺旋流路の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１６の矢印）、螺旋流路における流れと合わせて螺旋流路の中央軸線と直角方向にも螺旋流れが形成されることにより、螺旋流路内で薬液が効率よく撹拌される。
【００６５】
さらに螺旋溝７３の底面を略円弧状にすることで渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、螺旋流路内で薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われ、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。均一化した流体は第二流路７２を通って流体出口７０から出口開口７８に流れて流出される。
【００６６】
このとき、本実施形態の流体混合器は分解及び組立が容易であるため、フェルール継手部６５によって配管ラインへの取り付け取り外しが容易となる。分解した状態の本体部６６は、外周に螺旋溝７３が形成され、内部に直線の第一、第二流路７１、７２が形成されたシンプルで入り組んだ部分が無い構造であるため、洗浄を容易かつ確実に行うことができる。また、螺旋溝７３の底面が略円弧状であるため、螺旋溝７３の底に固形物が溜まるようなことはなく、溝の隅々まで洗浄を容易に行うことができる。そのため、特に分解して部品を洗浄して組み立てる作業が頻繁に行われる食品分野において好適に使用できる。なお、必要に応じて流路内に図１２のようなスタティックミキサーエレメントを設置しても良い。
【００６７】
−第六の実施の形態−
次に、図１７を参照して、本発明の第六の実施形態である流体混合器について説明する。図１７は、第六の実施の形態に係る流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。第六の実施の形態は、Ｙ型ストレーナー形状の流体混合器であり、ボディ８１とボディ８１内に収容される本体部９３とを有する。
【００６８】
ボディ８１は、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製であり、Ｙ型管状に形成され、分岐部を有する。ボディ８１の下部の分岐部に中空室８２が設けられ、中空室８２に連通する連通口８３を有する台座８４と、中空室８２から下方へ開口する開口部８５を有している。ボディ８１両端面にはフランジ状の入口開口８６及び出口開口８７が形成され、入口開口８６と中空室８２に各々連通する入口流路８８と、出口開口８７と連通口８３に各々連通する出口流路８９とを有している。ボディ８１の端部には蓋体９０が取り付けられる。
【００６９】
蓋体９０は例えばＰＶＣ製であり、円板状に形成され、蓋体９０の一端部外周には鍔部９１が設けられている。蓋体９０はキャップナット９２によりボディに取り付けられる。キャップナット９２は例えばＰＶＣ製であり、円筒状に形成されている。キャップナット９２の一方の端部内周には、ボディ８１の開口部８５外周に設けられた雄ネジ部に螺着される雌ネジ部が設けられ、もう一方の端部には内周方向へ突出する内鍔部が設けられている。キャップナット９２は、蓋体９０の鍔部９１端面に内鍔部が当接し、ボディ８１の雄ネジ部に螺着することで、蓋体９０を固定し、このボディ８１と蓋体９０とで筐体を形成する。
【００７０】
なお、蓋体９０と本体部９３を一体で設けても良い。また、キャップナット９２を用いずに蓋体９０に雌ねじ部を形成してボディ８１に螺着しても良く、ボディ８１の開口部８５に雌ねじ部を設けて雄ねじ部を有する蓋体９０を螺着しても良い。また、固定方法は、ボディ８１と蓋体９０とを固着できるのであれば螺着以外でもよく、バヨネットやフェルールやねじなど特に限定されない。
【００７１】
本体部９３は例えばＰＶＣ製であり、円柱状に形成されている。本体部９３の一端面に流体入口９６と流体入口９６に連通する第一流路９５が設けられ、第一流路９５は本体部９３の中心軸の位置に配置されている。本体部９３の外周面には底面が略円弧状に形成された螺旋溝９４が設けられ、螺旋溝９４の流体入口９６側の一端部はボディ８１の出口流路８９に連通している。螺旋溝９４の底面から第一流路９５の内周面にかけて螺旋溝９４と第一流路９５とを各々連通する複数の連通孔９７が設けられ、流体入口９６側から最も遠い場所に位置する連通孔９７は螺旋溝９４の他端部に連通している。各連通孔９７は、螺旋溝９４の中央からずらして溝側面に沿った位置で連通するように形成されている。
【００７２】
本体部９３の外周はボディ８１の中空室８２の内周と略同径に形成され、本体部９３の流体入口９６の反対側の端部外周には開口部８５内周面とシールされるＯリングを有する環状溝が設けられている。本体部９３はボディ８１の開口部８５から中空室８２に嵌合され、挿入した本体部９３の端部を台座８４に当接させ、連通口８３に本体部９３の第一流路９５が連通した状態で蓋体９０とキャップナット９２で固定されている。このとき出口開口８７は流体混合器の流体出口となり、出口流路８９は流体混合器の第二流路となる。ボディ８１の中空室８２と螺旋溝９４の内周面で螺旋流路が形成される。なお、ボディ８１の分岐部に中空室８２が設けられるのであれば、中空室８２はボディ８１の下部以外にあってもよい。
【００７３】
次に第六の実施形態の作用について説明する。
【００７４】
流体混合器に流入した流体は、ボディ８１の入口開口８６から入口流路８８を通って本体部９３の第一流路９５へ流入する。本体部９３内の流路を流れることで流体の流れ方向の濃度分布がムラなく均一化される作用は第三の実施形態と同様なので説明を省略する。薬液は螺旋溝９４の形成された螺旋流路の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ（図１７の矢印）、螺旋流路における流れと合わせて螺旋流路の中心軸線と直角方向にも螺旋流れが形成されることにより、螺旋流路内で薬液が効率よく撹拌される。さらに螺旋溝９４の底面を略円弧状にすることで渦を巻く流れをよりスムーズに発生させることができ、螺旋流路内で薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われ、流体の流れ方向と径方向の混合を流体混合器によって同時に行うことができる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。
【００７５】
均一化した流体は螺旋溝９４が形成する螺旋流路から出口流路８９を通って出口開口８７から流出される。このとき、本実施形態の流体混合器は分解及び組立が容易である。分解した状態の本体部９３は外周に螺旋溝９４、内部に直線の第一流路９５が形成されたシンプルで入り組んだ部分が無い構造であるため、洗浄を容易かつ確実に行うことができる。また、螺旋溝９４の底面が略円弧状であるため、螺旋溝９４の底に固形物が溜まるようなことはなく、溝の隅々まで洗浄がより容易となる。そのため、特に分解して部品を洗浄して組み立てる作業が頻繁に行われる食品分野において好適に使用できる。また、必要に応じて流路内に図１２のようなスタティックミキサーエレメントを設置しても良い。
【００７６】
以上の流体混合器における本体部７、４７、６６、９３、円筒体１４、５２、円筒体６１、６２、ボディ８１、蓋体９０、キャップナット９２等の各部品の材質は、樹脂製であればポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良い。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、また腐食性ガスが透過しても配管部材の腐食の心配がなくなるため好適である。本体部または筐体を形成する部材を透明または半透明な部材で用いても良く、流体の混合の状態を目視で確認できるため好適である。また、流体混合器に流す物質によっては各部品の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属や合金であっても良い。特に流体が食品である場合、衛生的で寿命の長いステンレスが好ましい。流体混合器により混合される異種流体としては、気体、液体等の物質の相が異なる流体、物質の温度、濃度、粘土等が異なる流体、物質そのものの種類が異なる流体等、いかなるものでもよい。
【００７７】
以上の実施の形態（例えば図１）では、第一流路１と第二流路３を同軸上に配設して主流路を形成したが、螺旋流路２の中央に配設されるのであれば、主流路の構成はいかなるものでもよい。上記実施の形態（例えば図１）では、複数の分岐流路４ａ〜４ｅを互いに同一形状としたが、主流路の流れ方向複数個所からその外側の螺旋流路２にかけてそれぞれ延設され、主流路と螺旋流路２とを複数個所でそれぞれ連通するのであれば、分岐流路を全て同一形状としなくてもよい。上記実施の形態（例えば図１）では、流体入口５と流体出口６をそれぞれ第一流路１と第二流路３の端部に設けたが、流体入口部と流体出口部のいずれか一方または両方を、螺旋流路２の端部に設けてもよい。すなわち流れ方向の端部に流体入口５または流体出口６のいずれか一方を設けるとともに、流れ方向の端部に流体入口５または流体出口６のいずれか他方を設けるのであれば、主流路の端部と螺旋流路の端部のいずれにあってもよい。
【００７８】
主流路または螺旋流路の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、主流路または該螺旋流路の少なくとも一方に連通するように設けられるのであれば、複数の分岐流路の構成は上述したものに限らない。例えば上記実施の形態では、螺旋流路の各螺旋部毎に分岐流路を設けたが、一部の螺旋部にのみ分岐流路を設けてもよい。図１２では、第二流路３６にスタティックミキサーエレメント３７を配設したが、主流路の代わりに螺旋流路に配設してもよく、主流路と螺旋流路の両方に配設してもよい。
【００７９】
なお、上記第一の実施の形態〜第六の実施の形態を任意に組み合わせて流体混合器を構成してもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の流体混合器に限定されない。
【符号の説明】
【００８０】
１ 第一流路
２ 螺旋流路
３ 第二流路
４ａ〜４ｅ 分岐流路
５ 流体入口
６ 流体出口
７ 本体部
８ 流体入口
９ 第一流路
１０ 流体出口
１１ 第二流路
１２ 螺旋溝
１３ 連通孔
１４ 円筒体
１５ 螺旋流路
３７ スタティックミキサーエレメント
４１ 第一流路
４２ 螺旋流路
４３ 第二流路
４４ａ〜４４ｅ 分岐流路
４５ 流体入口
４６ 流体出口
４７ 本体部
４８ 流体入口
４９ 第一流路
５０ 螺旋溝
５１ 連通孔
５２ 円筒体
５３ 螺旋流路
５４ 流体出口
５５ 第二流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種流体を混合するための混合流路を有する流体混合器であって、
前記混合流路は、
第一流路と第二流路からなる主流路と、
該第一流路の周囲に第一流路に対し略同心状に形成され、一端部に該第二流路が連通する螺旋流路と、
前記第一流路の流れ方向複数個所とその外側の前記螺旋流路とをそれぞれ連通する複数の分岐流路と、
前記第一流路または前記第二流路の端部に設けられた流体入口部と、
前記流体入口部とは異なる、前記第一流路または前記第二流路の端部に設けられた流体出口部とを有し、
前記複数の分岐流路は、前記主流路または前記螺旋流路の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、該主流路または該螺旋流路の少なくとも一方に連通することを特徴とする流体混合器。
【請求項２】
前記主流路および前記分岐流路が内部に設けられるとともに、前記分岐流路に連通して外周面に螺旋溝が形成された本体部と、
前記本体部の外周面に嵌合され、前記螺旋溝とともに前記螺旋流路を形成する筐体とを備え、
前記主流路の第一流路および第二流路は、互いに同軸上に離間して配置され、
前記流体入口部および前記流体出口部は、それぞれ前記本体部の長手方向端部に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】
前記主流路および前記分岐流路が内部に設けられるとともに、前記分岐流路に連通して外周面に螺旋溝が形成された本体部と、
前記本体部の外周面に嵌合され、前記螺旋溝とともに前記螺旋流路を形成する筐体とを備え、
前記流体入口部および前記流体出口部の少なくとも一方は、前記筐体を貫通して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４】
前記螺旋溝は、底面が略円弧状に形成されてなることを特徴とする請求項２または３に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記第一流路の流路断面積は、一端部側の流体入口部または流体出口部から他端部側に向かって徐々に小さくされていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記螺旋流路の流路断面積は、前記第二流路と接続する一端部側から他端部側に向かって徐々に小さくされていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項７】
前記筐体の端部にフェルール継手部が設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項８】
前記筐体は、フランジ部を介して長手方向に互いに連結される複数の部材からなることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項９】
前記部材は、一対の円筒部材であり、
これら各円筒部材の一端部には、径方向外側に突設された前記フランジ部がそれぞれ形成されるとともに、他端部には、径が縮小された縮径部がそれぞれ形成され、
前記本体部は、前記一対の円筒部材の内側に収容され、前記一対の円筒部材の前記フランジ部同士が連結されることにより固定されることを特徴とする請求項８に記載の流体混合器。
【請求項１０】
前記筐体は、
一端部が開口された分岐部を有するボディと、
前記分岐部の開口を閉塞する蓋体とを有し、
前記分岐部は、中空室を形成するとともに、この中空室を介して前記ボディ内に入口流路と出口流路が形成され、前記本体部は、前記ボディの中空室に嵌合して配置されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項１１】
前記螺旋流路または前記主流路の少なくともいずれかに、スタティックミキサエレメントが設置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項１２】
前記スタティックミキサエレメントは、流路軸心回りで所定角度ずつ交互に逆回りで捻られた複数の捻り板が、直列に連結されてなることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合器。
【請求項１】
異種流体を混合するための混合流路を有する流体混合器であって、
前記混合流路は、
第一流路と第二流路からなる主流路と、
該第一流路の周囲に第一流路に対し略同心状に形成され、一端部に該第二流路が連通する螺旋流路と、
前記第一流路の流れ方向複数個所とその外側の前記螺旋流路とをそれぞれ連通する複数の分岐流路と、
前記第一流路または前記第二流路の端部に設けられた流体入口部と、
前記流体入口部とは異なる、前記第一流路または前記第二流路の端部に設けられた流体出口部とを有し、
前記複数の分岐流路は、前記主流路または前記螺旋流路の少なくとも一方の流路中央軸線から偏芯した位置で、該主流路または該螺旋流路の少なくとも一方に連通することを特徴とする流体混合器。
【請求項２】
前記主流路および前記分岐流路が内部に設けられるとともに、前記分岐流路に連通して外周面に螺旋溝が形成された本体部と、
前記本体部の外周面に嵌合され、前記螺旋溝とともに前記螺旋流路を形成する筐体とを備え、
前記主流路の第一流路および第二流路は、互いに同軸上に離間して配置され、
前記流体入口部および前記流体出口部は、それぞれ前記本体部の長手方向端部に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】
前記主流路および前記分岐流路が内部に設けられるとともに、前記分岐流路に連通して外周面に螺旋溝が形成された本体部と、
前記本体部の外周面に嵌合され、前記螺旋溝とともに前記螺旋流路を形成する筐体とを備え、
前記流体入口部および前記流体出口部の少なくとも一方は、前記筐体を貫通して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４】
前記螺旋溝は、底面が略円弧状に形成されてなることを特徴とする請求項２または３に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記第一流路の流路断面積は、一端部側の流体入口部または流体出口部から他端部側に向かって徐々に小さくされていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記螺旋流路の流路断面積は、前記第二流路と接続する一端部側から他端部側に向かって徐々に小さくされていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項７】
前記筐体の端部にフェルール継手部が設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項８】
前記筐体は、フランジ部を介して長手方向に互いに連結される複数の部材からなることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項９】
前記部材は、一対の円筒部材であり、
これら各円筒部材の一端部には、径方向外側に突設された前記フランジ部がそれぞれ形成されるとともに、他端部には、径が縮小された縮径部がそれぞれ形成され、
前記本体部は、前記一対の円筒部材の内側に収容され、前記一対の円筒部材の前記フランジ部同士が連結されることにより固定されることを特徴とする請求項８に記載の流体混合器。
【請求項１０】
前記筐体は、
一端部が開口された分岐部を有するボディと、
前記分岐部の開口を閉塞する蓋体とを有し、
前記分岐部は、中空室を形成するとともに、この中空室を介して前記ボディ内に入口流路と出口流路が形成され、前記本体部は、前記ボディの中空室に嵌合して配置されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項１１】
前記螺旋流路または前記主流路の少なくともいずれかに、スタティックミキサエレメントが設置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体混合器。
【請求項１２】
前記スタティックミキサエレメントは、流路軸心回りで所定角度ずつ交互に逆回りで捻られた複数の捻り板が、直列に連結されてなることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１０４４８１（Ｐ２０１１−１０４４８１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０１５３（Ｐ２００９−２６０１５３）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
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