静止型流体混合装置
【課題】流体の圧力損失の低減と分解・組立が簡単な静止型流体混合装置の提供。
【解決手段】一方向に伸延する一対の板状の混合エレメント１０、２０を重合状態に対面させて、両混合エレメント間にその伸延方向に伸延する混合流路を形成し、混合流路の始端部に流入孔１２を、混合流路の終端部に混合エレメントの他側部に流出孔１４を形成し、混合流路は、流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、混合流路の始端部と混合エレメントの流入孔との間には始端側一時滞留空間４０を、混合流路の終端部と混合エレメントの流出孔との間には終端側一時滞留空間５０を形成し、始端側一時滞留空間および終端側一時滞留空間は混合流路と略同一幅とする静止型流体混合装置。
【解決手段】一方向に伸延する一対の板状の混合エレメント１０、２０を重合状態に対面させて、両混合エレメント間にその伸延方向に伸延する混合流路を形成し、混合流路の始端部に流入孔１２を、混合流路の終端部に混合エレメントの他側部に流出孔１４を形成し、混合流路は、流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、混合流路の始端部と混合エレメントの流入孔との間には始端側一時滞留空間４０を、混合流路の終端部と混合エレメントの流出孔との間には終端側一時滞留空間５０を形成し、始端側一時滞留空間および終端側一時滞留空間は混合流路と略同一幅とする静止型流体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の流体（例えば、気体と液体、液体と液体、ないしは、固体としての粒体や粉体等と液体）を混合して混合体となすとともに、混合体を超微細化かつ均一化することができる静止型流体混合装置に関する。かかる静止型流体混合装置は、例えば、気体と液体を混合・撹拌した場合には、気体をナノレベル（１μｍ未満）の超微細な気泡となして、この超微細な気泡を液体中に混入させた気液混合体（気泡混じりの液体）として供給する超微細気泡成生装置としても使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、静止型流体混合装置の一形態として、特許文献１に開示されたものがある。すなわち、特許文献１には、中央部に流体の流入口を形成した円板状の第１混合エレメントに、円板状の第２混合エレメントを対向させて配置するとともに、両混合エレメントの間に、上記流入口から両混合エレメントの間に流入した流体が周縁部に向けて流れる混合流路を形成したものがある。そして、混合流路は、流入口から流入した流体を放射線方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を放射線方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備している。また、第２混合エレメントの周縁部には多数の小径円形孔を円周方向に間隔を開けて穿設することで混合流路の終端部と連通する流出口を形成している。第２混合エレメントの背後には整流部を介して第２の混合エレメントの周縁部側に形成した流出口から中心部に向かって流体を直線的に流動させる集合流路を形成している。
【０００３】
そして、第１混合エレメントと第２混合エレメントを一つのユニットとして、複数のユニットを重合状態に配置するとともに、これらのユニットの周縁部に形成したボルト挿通孔中に複数の連結ボルトを貫通して、複数のユニットを一体化している。この際、各ユニットにはほぼ均等の締め付け力が作用するように各連結ボルトを締め付け固定する。
【０００４】
このようにして、始端側の第１混合エレメントに形成した流入口から流入させた複数種類の流体を、混合流路→流出口→集合流路→流入口→混合流路・・・・というように重合状態に配置された各ユニット中にて流動させることで、均一に混合させることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】Ｗ０２００２／０７０１１７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した静止型流体混合装置では、流体が混合流路から集合流路に流入する際に、第２混合エレメントの周縁部に円周方向に間隔を開けて多数穿設された小径円形孔を通過させるようにしているために、各円形孔に流体が流入する際にその流径が縮径し、円形孔から流出する際に流径が拡径して、流体の圧力損失が生じる。しかも、複数のユニットを配置している場合には、複数倍の流体の圧力損失が生じることになる。その結果、高出力のポンプで流体を圧送する必要性が生じて、その分ランニングコストが高くなるという不具合がある。
【０００７】
また、静止型流体混合装置を分解して洗浄作業やメンテナンス作業を行う際には、ボルト挿通孔中から複数の連結ボルトを引き抜いて、各ユニットの連結を解除することで、各エレメントを洗浄等することができるが、再度組み立てる際には、各ボルト挿通孔中に連結ボルトを貫通して、各ユニットにほぼ均等の締め付け力が作用するように各連結ボルトを締め付け固定しなければならず、かかる組み立て作業が非常に煩雑である。そのため、静止型流体混合装置の洗浄回数が必然的に多くなる分野（例えば、混合対象物が食品関連）では、使用が敬遠されがちであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記した課題に鑑みて、流体の圧力損失を低減するとともに、分解・組立を簡単に行うことができる静止型流体混合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明に係る静止型流体混合装置は、一方向に伸延する一対の板状の混合エレメントを重合状態に対面させて、両混合エレメント間にその伸延方向に伸延する混合流路を形成するとともに、混合流路の始端部に混合エレメントの一側部に形成した流入孔を連通させる一方、混合流路の終端部に混合エレメントの他側部に形成した流出孔を連通させ、前記混合流路は、前記流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、混合流路の始端部と混合エレメントの一側部に形成した流入孔との間には始端側一時滞留空間を形成するとともに、始端側一時滞留空間は混合流路の始端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の始端部と連通させる一方、混合流路の終端部と混合エレメントの他側部に形成した流出孔との間には終端側一時滞留空間を形成するとともに、終端側一時滞留空間は混合流路の終端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の終端部と連通させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項１記載の静止型流体混合装置であって、一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、混合エレメントと中間混合エレメントとの間に混合流路を形成し、各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項１記載の静止型流体混合装置であって、一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、中間混合エレメントにはその肉厚方向に貫通する多数の貫通孔を形成して、混合エレメントと中間混合エレメントとの間、中間混合エレメント同士間、ないしは、中間混合エレメントを通した混合エレメント間に混合流路を形成し、各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、次のような効果を奏する。すなわち、本発明では、複数種類の流体を一方向に伸延させて形成した混合流路中に流動させることで、混合流体を超微細化かつ均一化することができる。そして、混合流路から集合流路に移行させることないため、混合流路中を流動する流体の流速（線速度）を大きくかつ略一定に保つことができて、超微細化かつ均一化効率を高めることができる。具体的には、従来技術のように混合流路から多数の小径円形孔を通して集合流路に流動させることがないため、流体の圧力損失を大幅に低減させることができる。その結果、低出力のポンプで流体を圧送することができて、その分ランニングコストを削減することができる。
【００１３】
また、静止型流体混合装置を分解して洗浄作業やメンテナンス作業を行う際には、重合状態に連結した一対の混合エレメントの連結を解除して混合流路を開放することで、各エレメントを洗浄等することができる。再度組み立てる際には、両混合エレメントを重合状態に連結して混合流路を密封することで、簡単に組み立てることができる。したがって、かかる組み立て作業に熟練を要することがなく、しかも、肉体的体力弱者である婦女子や老人でも楽に分解・組立作業を行うことができる。そのため、食品関連のように頻繁に洗浄を要求される分野においても、静止型流体混合装置の洗浄作業を随時簡単に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】窒素水製造装置の概念的説明図。
【図２】第１実施形態としての流体混合部の正面説明図。
【図３】図２のI-I線矢視底面図。
【図４】図２のII-II線矢視平面図。
【図５】第１実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図６】混合流路形成パターン面の説明図。
【図７】第１実施形態としての流体混合部の混合流路の説明図。
【図８】第２実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図９】第３実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図１０】第３実施形態としての流体混合部の混合流路の説明図。
【図１１】第４実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図１２】第４実施形態としての流体混合部の混合流路の説明図。
【図１３】第５実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１に示すＡは窒素水製造装置である。窒素水製造装置Ａは、処理水Ｗを収容したタンクＴの底部に循環パイプＪの基端部を連結し、循環パイプＪの先端部をタンクＴ内の処理水Ｗ中に上面から挿入して循環流路Ｒを形成している。循環パイプＪの中途部には圧送ポンプＰを取り付け、その圧送ポンプＰの吸入口近傍（直上流側）に位置する循環パイプＪの中途部には窒素ガス供給部Ｎを連結している。窒素ガス供給部Ｎの下流側に位置する循環パイプＪの中途部には後述する第１〜第５実施形態ないしはそれらの変形例のいずれかの流体混合部Ｍを設けている。Ｋは処理水供給部であり、処理水供給部ＫはタンクＴ内に流体としての液体である処理水Ｗを随時供給可能としている。ここで、処理水Ｗは、生鮮食品の処理やパイプ中の洗浄等に使用するものであり、処理水Ｗとしては、水道水、海水、冠水を適量だけ付加した水等を適用することができる。Ｖは循環パイプＪの先端部に取り付けた圧力調整弁である。なお、窒素ガス供給部Ｎから処理水Ｗ中に供給される窒素ガスは、圧送ポンプＰの吸入側からエジェクタ効果により圧送ポンプＰ内に吸入されるようにすることができる。この際、窒素ガスの吸入量は、循環パイプＪ中を流れる処理水Ｗの循環流量の約３％（ntp；１atm、０℃、ノルマル流量）に設定することができる。
【００１７】
このようにして、窒素水製造装置Ａでは、処理水Ｗに窒素ガスを供給して、これらを中途部に圧送ポンプＰと流体混合部Ｍを設けた循環パイプＪとタンクＴとで形成される循環流路Ｒを通して循環させることができる。この際、流体混合部Ｍは、処理水Ｗと窒素ガスの気液混相にせん断力を作用させて、窒素ガスをナノバルブ（直径がナノレベル（１μｍ以下）の超微細な気泡）となして処理水Ｗと混合させることができる。窒素ナノバブル（ナノバブル状態の窒素ガス）を含有する処理水Ｗは、タンクＴ内に環流させることで、タンクＴ内にて処理水Ｗ中に溶存している酸素をナノバルブとなした窒素ガスに放散させることができる。そうすることで、酸素ガスを内包した窒素ガスを処理水Ｗ中にて浮上させて、窒素ガスとともに酸素ガスを大気中に放出させことができる。その結果、処理水Ｗ中の溶存酸素量を大幅に低減させて、窒素ナノバブルを含有して溶存酸素量が低減された窒素水となすことができる。かかる窒素水は窒素ナノバブルを含有しているため、低減された溶存酸素量を長時間にわたって維持させることができる。
【００１８】
以下に、流体混合部Ｍの第１〜第５実施形態ないしはそれらの変形例について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
［第１実施形態としての流体混合部Ｍ］
第１実施形態としての流体混合部Ｍは、図２〜図５に示すように、一方向（本実施形態では左右方向）に伸延する上下一対の横長四角形板状の混合エレメント１０,２０を重合状態に対面させて、両混合エレメント１０,２０間にその伸延方向に伸延する混合流路３０を形成している。
【００２０】
そして、混合エレメント１０の左側端部には流入側接続部１１を形成している。流入側接続部１１は一端を混合エレメント１０の左側端面に開口させるとともに、他端を混合エレメント１０の左側端部下面に開口させている。流入側接続部１１の一端に形成した流入孔１２には循環パイプＪの流入側を着脱自在に接続している。流入側接続部１１の他端には始端側一時滞留空間４０を介して混合流路３０の始端部を連通させている。
【００２１】
また、混合エレメント１０の右側端部には流出側接続部１３を形成している。流出側接続部１３は一端を混合エレメント１０の右側端面に開口させるとともに、他端を混合エレメント１０の右側端部下面に開口させている。流出側接続部１３の一端に形成した流出孔１４には循環パイプＪの流出側を着脱自在に接続している。流出側接続部１３の他端には終端側一時滞留空間５０を介して混合流路３０の終端部を連通させている。
【００２２】
混合流路３０は、混合エレメント１０の下面に多数形成した凹部１５からなる混合流路形成パターン面Ｐａと、混合エレメント２０の上面に多数形成した凹部２５からなる混合流路形成パターン面Ｐｂとを対向させて形成している。各混合流路形成パターン面Ｐａ,Ｐｂは、凹部１５,２５を開口形状が正六角形で隙間のない状態に多数形成することで、いわゆるハニカム状に形成している。しかも、凹部１５,２５は、同形同大の六角開口形状に形成して、図６に示すような配置で対向させることで、混合流路３０に流入孔１２から流入した流体を混合流路３０の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路３０の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とが形成されるようにしている。
【００２３】
すなわち、混合流路形成パターン面Ｐａは、図６に一点鎖線で示すように、混合エレメント１０の凹部１５を幅方向に五列かつ左右伸延方向に多数個千鳥状に配置して形成している。また、混合流路形成パターン面Ｐｂは、図６に実線で示すように、混合エレメント２０の凹部２５を幅方向に六列かつ左右伸延方向に多数個千鳥状に配置して形成している。そして、混合エレメント１０の凹部１５の中心位置に、混合エレメント２０の凹部２５の角部２６が位置する状態で当接している。このような状態で当接させると、相互に位置ずれした混合エレメント１０の凹部１５と混合エレメント２０の凹部２５との間で流体（処理水Ｗと窒素ガス）を流動させることができる。角部２６は３つの凹部２５の角部が集まっている位置である。また、混合エレメント２０の凹部２５の中心位置にも、混合エレメント１０の凹部１５の角部１６が位置する。角部１６は３つの凹部１５の角部が集まっている位置である。この場合は、混合エレメント１０の角部１６が上述した分流部や合流部として機能する。
【００２４】
したがって、例えば、混合エレメント１０の凹部１５側から混合エレメント２０の凹部２５側に流体が流れる場合を考えると、流体は二つの流路に分流されることになる。つまり、混合エレメント１０の凹部１５の中央位置に位置された混合エレメント２０の角部２６は、流体を分流する分流部として機能する。逆に、混合エレメント２０側から混合エレメント１０側に流体が流れる場合を考えると、二方から流れてきた流体が１つの凹部１５に流れ込むことで合流することになる。この場合、混合エレメント２０の中央位置に位置された角部２６は、合流部として機能する。
【００２５】
混合流路３０の始端部と混合エレメント１０の左側部に形成した流入側接続部１１との間には始端側一時滞留空間４０を形成している。始端側一時滞留空間４０は、混合エレメント１０の左側部下面に形成した凹状の空間形成部４１と、混合エレメント２０の左側部上面に形成した凹状の空間形成部４２とを、上下方向に対面させて形成している。しかも、図６に示すように、両空間形成部４１,４２とで形成される始端側一時滞留空間４０の前後方向の幅Ｗ１は、混合流路３０の始端部の前後方向の幅Ｗ２と略同一幅に形成して、始端側一時滞留空間４０の略全幅にわたって混合流路３０の始端部と連通させている。
【００２６】
また、混合流路３０の終端部と混合エレメント１０の他側部に形成した流出側接続部１３との間には終端側一時滞留空間５０を形成している。終端側一時滞留空間５０は、混合エレメント１０の右側部下面に形成した凹状の空間形成部５１と、混合エレメント２０の右側部上面に形成した凹状の空間形成部５２とを、上下方向に対面させて形成している。しかも、両空間形成部５１,５２とで形成される終端側一時滞留空間５０の前後方向の幅Ｗ３は、混合流路３０の終端部の前後方向の幅Ｗ４と略同一幅に形成して、終端側一時滞留空間５０の略全幅にわたって混合流路３０の終端部と連通させている。
【００２７】
６０は上側の混合エレメント１０の周囲に間隔を開けて多数形成した上側ビス孔、６１は下側の混合エレメント２０の周囲に間隔を開けて多数形成した下側ビス孔である。各ビス孔６０,６１は上下方向に軸線を向けて形成して、上下に符合する上・下側ビス孔６０,６１中にビス６２を螺着することで、両混合エレメント１０,２０を重合状態に簡単かつ堅実に連結することができる。また、ビスを取り外すことで、両混合エレメント１０,２０の連結を簡単に解除して、凹部１５,２５等の洗浄作業をすることができる。７０は混合エレメント２０の上面において多数の凹部２５と空間形成部４２,５２の周囲を囲むように形成したＯリング配置溝である。７１はＯリング配置溝７０に配置したＯリングである。Ｏリング７１により混合エレメント１０,２０の密閉性を確保することができる。
【００２８】
このように、相互に対向状態に対面配置された両混合エレメント１０,２０の間には、流入側接続部１１と始端側一時滞留空間４０と混合流路３０と終端側一時滞留空間５０と流出側接続部１３とが直列状に連通される。そして、図７にも示すように、流入側接続部１１の流入孔１２から供給された流体は始端側一時滞留空間４０内に流入し、始端側一時滞留空間４０から幅方向に略均等に混合流路３０に流入して、混合流路３０内を流動した後、終端側一時滞留空間５０を通して流出側接続部１３の流出孔１４から流出される。この際、混合流路３０では流体が分流と合流（分散と混合）を繰り返しながら両混合エレメント１０,２０の伸延方向に蛇行状態にて流動する。したがって、流体として、例えば、液体と気体を混合流路３０に流入させると、気体は気泡径がサブミクロンレベル（ナノレベル）に超微細化かつ均一化されるとともに、液体中に均一分散化される。
【００２９】
［第２実施形態としての流体混合部Ｍ］
第２実施形態としての流体混合部Ｍは、第１実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図８に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント８０を一枚介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,８０を積層状態となしている点で異なる。
【００３０】
すなわち、中間混合エレメント８０は、混合エレメント１０の混合流路形成パターン面Ｐａと対面する上面に混合流路形成パターン面Ｐｂを形成する一方、混合エレメント２０の混合流路形成パターン面Ｐｂと対面する下面に混合流路形成パターン面Ｐａを形成している。ここで、中間混合エレメント８０の混合流路形成パターン面Ｐａは、凹部１５と同形状の凹部８１を多数対向状態に配置して形成し、また、中間混合エレメント８０の混合流路形成パターン面Ｐｂは、凹部２５と同形状の凹部８２を多数対向状態に配置して形成している。
【００３１】
中間混合エレメント８０の左側部には空間形成部４３を形成しており、空間形成部４３は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部４１,４２と整合して、これら空間形成部４１〜４３により始端側一時滞留空間４０を形成している。中間混合エレメント８０の右側部には空間形成部５３を形成しており、空間形成部５３は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部５１,５２と整合して、これら空間形成部５１〜５３により終端側一時滞留空間５０を形成している。８３はＯリング配置溝、８４はＯリングである。中間混合エレメント８０の周縁部にも混合エレメント１０,２０のビス孔６０,６１と符合するビス孔（図示せず）を形成して、これらのビス孔中にビス６２を貫通状に螺着するようにしている。
【００３２】
このように、本実施形態の流体混合部Ｍでは、混合エレメント１０と中間混合エレメント８０との間、及び、中間混合エレメント８０と混合エレメント２０との間にそれぞれ混合流路３０が形成されて、上下に平行する混合流路３０が二流路配置される。そして、流入側接続部１１の流入孔１２から供給された流体は始端側一時滞留空間４０内に流入し、始端側一時滞留空間４０から幅方向に略均等に各混合流路３０に並列的に流入する。その結果、混合流路３０による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。また、中間混合エレメント８０を所要複数枚積層することで、所要数の混合流路３０を配置することができて、流体の超微細化かつ均一化作業をより一層効率化させることができる。
【００３３】
［第３実施形態としての流体混合部Ｍ］
第３実施形態としての流体混合部Ｍは、第１実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図９に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント９０,９１を二枚介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,９０,９１を積層状態となしている点で異なる。
【００３４】
すなわち、中間混合エレメント９０は、その肉厚方向に貫通する多数の貫通孔９２を形成しており、貫通孔９２は凹部２５と平面視同形状の六角柱状空間に形成するとともに多数配置して、平面形状が混合流路形成パターン面Ｐｂと整合する混合流路形成パターン面Ｐｃを形成している。そうすることで、中間混合エレメント９０の上下面には混合エレメント１０の混合流路形成パターン面Ｐａと対面して混合流路３０を形成する混合流路形成パターン面Ｐｃを形成している。また、中間混合エレメント９１は、その肉厚方向に貫通する多数の貫通孔９３を形成しており、貫通孔９３は凹部１５と平面視同形状の六角柱状空間に形成するとともに多数配置して、平面形状が混合流路形成パターン面Ｐａと整合する混合流路形成パターン面Ｐｄを形成している。そうすることで、中間混合エレメント９１の上下面には混合エレメント２０の混合流路形成パターン面Ｐｂと対面して混合流路３０を形成する混合流路形成パターン面Ｐｄを形成している。
【００３５】
中間混合エレメント９０,９１の左側部にはそれぞれ相互に整合する空間形成部４４,４５を形成しており、空間形成部４４,４５は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部４１,４２とも整合して、これら空間形成部４１,４２,４４,４５により始端側一時滞留空間４０を形成している。中間混合エレメント９０,９１の右側部にはそれぞれ相互に整合する空間形成部５４,５５を形成しており、空間形成部５４,５５は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部５１,５２とも整合して、これら空間形成部５１,５２,５４,５５により終端側一時滞留空間５０を形成している。９４,９５はＯリング配置溝、９６,９７はＯリングである。中間混合エレメント９０,９１の周縁部にも混合エレメント１０,２０のビス孔６０,６１と符合するビス孔（図示せず）を形成して、これらのビス孔中にビスを貫通状に螺着するようにしている。
【００３６】
このように、本実施形態の流体混合部Ｍでは、図１０に示すように、混合エレメント１０と中間混合エレメント９０との間、中間混合エレメント９０,９１同士の間、中間混合エレメント９１と混合エレメント２０、及び、中間混合エレメント９０,９１を通した混合エレメント１０,２０同士の間にそれぞれ混合流路３０が形成される。そして、かかる混合流路３０は流体がどのエレメント間を流動するのか不明な不規則蛇行流路となる。その結果、かかる混合流路３０を流動する流体は錯流・脈流となって蛇行する。ここで、錯流とは流体が各混合エレメント１０,２０,９０,９１の凹部１５,２５ないしは貫通孔９２,９３の面を擦りながら流動する流れである。また、脈流は流路断面積が周期的ないしは不定期的に変化する流れである。
【００３７】
したがって、例えば、液体と気体を流体として混合流路３０に流入させた際に、錯流・脈流が繰り返し形成されると、流体中に、局所的高圧部分や局所的低圧部分が生じる。このような流体中では、局所的に低圧部分（例えば真空部分などの負圧部分）が生じるときに、いわゆる発泡現象が生じて液体中に気体が生じたり、微小な気泡が膨張（破裂）したり、生じた気体（気泡）が崩壊（消滅）したりするといったいわゆるキャビテーションと称される現象が生ずる。このようなキャビテーションが起こるときに生ずる力によって、気体の微細化が行われ、流体混合が促進される。その結果、流体の超微細化かつ均一化作業をより一層効率化させることができる。
【００３８】
［第４実施形態としての流体混合部Ｍ］
第４実施形態としての流体混合部Ｍは、第１実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図１１に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント９０を一枚介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,９０を積層状態となしている点で異なる。ここで、混合エレメント２０の上面には混合流路形成パターン面Ｐｂに代えて混合流路形成パターン面Ｐａを形成している。
【００３９】
すなわち、混合流路形成パターン面Ｐａを有する混合エレメント１０と、混合流路形成パターン面Ｐａを有する混合エレメント２０との間に、混合流路形成パターン面Ｐｃを上下面に有する中間混合エレメント９０を介在させて、混合流路形成パターン面Ｐａと混合流路形成パターン面Ｐｃとを対面させている。
【００４０】
このように、本実施形態の流体混合部Ｍでは、図１２に示すように、混合エレメント１０と中間混合エレメント９０との間、中間混合エレメント９０と混合エレメント２０との間、及び、中間混合エレメント９０を通した混合エレメント１０,２０同士の間にそれぞれ混合流路３０が形成される。そして、かかる混合流路３０は流体がどのエレメント間を流動するのか不明な不規則蛇行流路となる。その結果、かかる混合流路３０を流動する流体は錯流・脈流となって蛇行する。そして、流入側接続部１１の流入孔１２から供給された流体は始端側一時滞留空間４０内に流入し、始端側一時滞留空間４０から幅方向に略均等に各混合流路３０に並列的に流入する。その結果、混合流路３０による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。
【００４１】
［第５実施形態としての流体混合部Ｍ］
第５実施形態としての流体混合部Ｍは、第３実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図１３に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント８０,９０,９１を介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,８０,９０,９１を積層状態となしている点で異なる。
【００４２】
すなわち、本実施形態に係る流体混合部Ｍは、混合流路形成パターン面Ｐａを有する混合エレメント１０と、混合流路形成パターン面Ｐｃを有する中間混合エレメント９０と、混合流路形成パターン面Ｐｄを有する中間混合エレメント９１と、上下面に混合流路形成パターン面Ｐｂ,Ｐａを有する中間混合エレメント８０と、混合流路形成パターン面Ｐｃを有する中間混合エレメント９０と、混合流路形成パターン面Ｐｄを有する中間混合エレメント９１と、混合流路形成パターン面Ｐｂを有する混合エレメント２０とを積層して構成している。始端側一時滞留空間４０は空間形成部４１,４４,４５,４３,４４,４５,４２によりを形成している。終端側一時滞留空間５０は空間形成部５１,５４,５５,５３,５４,５５,５２によりを形成している。
【００４３】
このように構成することで、第３実施形態に係る流体混合部Ｍの混合流路３０の形態を並列的に二流路形成することができる。また、必要に応じて、混合エレメント１０,２０間に介在させる中間混合エレメント８０,９０,９１の数を増加させることにより、多数の流路を並列的に形成することができる。その結果、混合流路３０による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。
【００４４】
以上に述べてきた第１実施形態〜第５実施形態における流体混合部Ｍは、始端側一時滞留空間４０と終端側一時滞留空間５０との間に混合流路３０を単数ないしは並列的に複数形成して、各混合流路３０に流体を略均等に流入させることができるため、圧力損失を低減させることができる。また、変形例として、上記した第２実施形態〜第５実施形態における中間混合エレメント８０,９０,９１の肉厚と貫通孔９２,９３の径を、適宜異ならせることもできる。その場合、流体の超微細化かつ均一化効率に変化をもたせることができる。
【００４５】
一対の混合エレメント１０，２０同士の連結手段としては、本実施形態のビスに限られるものではなく、その変形例も適宜適用することができる。例えば、クランプバンドのようなエレメント挟持体（図示せず）により両混合エレメント１０,２０を挟持することで混合流路３０の周囲を密封することも、また、両混合エレメント１０,２０を挟持解除することで混合流路３０を開放することもできる。また、混合エレメント１０と混合エレメント２０の一方の長手側縁部同士を観音開き状に枢着して、他方の長手側縁部同士を連結・解除自在に連結することもできる。これら変形例としての連結手段によれば、混合エレメント１０,２０を重合状態に連結するための連結作業を堅実に行うことができるとともに、混合エレメント１０,２０を開放状態となすための連結解除作業を簡単に行うことができる。そのため、混合流路３０の洗浄作業を頻繁に行う必要性がある場合には好適である。
【符号の説明】
【００４６】
Ａ 窒素水製造装置
Ｍ 流体混合部
１０ 混合エレメント
１１ 流入側接続部
１２ 流入孔
１３ 流出側接続部
１４ 流出孔
１５ 凹部
２０ 混合エレメント
２５ 凹部
３０ 混合流路
８０ 中間混合エレメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の流体（例えば、気体と液体、液体と液体、ないしは、固体としての粒体や粉体等と液体）を混合して混合体となすとともに、混合体を超微細化かつ均一化することができる静止型流体混合装置に関する。かかる静止型流体混合装置は、例えば、気体と液体を混合・撹拌した場合には、気体をナノレベル（１μｍ未満）の超微細な気泡となして、この超微細な気泡を液体中に混入させた気液混合体（気泡混じりの液体）として供給する超微細気泡成生装置としても使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、静止型流体混合装置の一形態として、特許文献１に開示されたものがある。すなわち、特許文献１には、中央部に流体の流入口を形成した円板状の第１混合エレメントに、円板状の第２混合エレメントを対向させて配置するとともに、両混合エレメントの間に、上記流入口から両混合エレメントの間に流入した流体が周縁部に向けて流れる混合流路を形成したものがある。そして、混合流路は、流入口から流入した流体を放射線方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を放射線方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備している。また、第２混合エレメントの周縁部には多数の小径円形孔を円周方向に間隔を開けて穿設することで混合流路の終端部と連通する流出口を形成している。第２混合エレメントの背後には整流部を介して第２の混合エレメントの周縁部側に形成した流出口から中心部に向かって流体を直線的に流動させる集合流路を形成している。
【０００３】
そして、第１混合エレメントと第２混合エレメントを一つのユニットとして、複数のユニットを重合状態に配置するとともに、これらのユニットの周縁部に形成したボルト挿通孔中に複数の連結ボルトを貫通して、複数のユニットを一体化している。この際、各ユニットにはほぼ均等の締め付け力が作用するように各連結ボルトを締め付け固定する。
【０００４】
このようにして、始端側の第１混合エレメントに形成した流入口から流入させた複数種類の流体を、混合流路→流出口→集合流路→流入口→混合流路・・・・というように重合状態に配置された各ユニット中にて流動させることで、均一に混合させることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】Ｗ０２００２／０７０１１７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した静止型流体混合装置では、流体が混合流路から集合流路に流入する際に、第２混合エレメントの周縁部に円周方向に間隔を開けて多数穿設された小径円形孔を通過させるようにしているために、各円形孔に流体が流入する際にその流径が縮径し、円形孔から流出する際に流径が拡径して、流体の圧力損失が生じる。しかも、複数のユニットを配置している場合には、複数倍の流体の圧力損失が生じることになる。その結果、高出力のポンプで流体を圧送する必要性が生じて、その分ランニングコストが高くなるという不具合がある。
【０００７】
また、静止型流体混合装置を分解して洗浄作業やメンテナンス作業を行う際には、ボルト挿通孔中から複数の連結ボルトを引き抜いて、各ユニットの連結を解除することで、各エレメントを洗浄等することができるが、再度組み立てる際には、各ボルト挿通孔中に連結ボルトを貫通して、各ユニットにほぼ均等の締め付け力が作用するように各連結ボルトを締め付け固定しなければならず、かかる組み立て作業が非常に煩雑である。そのため、静止型流体混合装置の洗浄回数が必然的に多くなる分野（例えば、混合対象物が食品関連）では、使用が敬遠されがちであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記した課題に鑑みて、流体の圧力損失を低減するとともに、分解・組立を簡単に行うことができる静止型流体混合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明に係る静止型流体混合装置は、一方向に伸延する一対の板状の混合エレメントを重合状態に対面させて、両混合エレメント間にその伸延方向に伸延する混合流路を形成するとともに、混合流路の始端部に混合エレメントの一側部に形成した流入孔を連通させる一方、混合流路の終端部に混合エレメントの他側部に形成した流出孔を連通させ、前記混合流路は、前記流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、混合流路の始端部と混合エレメントの一側部に形成した流入孔との間には始端側一時滞留空間を形成するとともに、始端側一時滞留空間は混合流路の始端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の始端部と連通させる一方、混合流路の終端部と混合エレメントの他側部に形成した流出孔との間には終端側一時滞留空間を形成するとともに、終端側一時滞留空間は混合流路の終端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の終端部と連通させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項１記載の静止型流体混合装置であって、一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、混合エレメントと中間混合エレメントとの間に混合流路を形成し、各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項１記載の静止型流体混合装置であって、一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、中間混合エレメントにはその肉厚方向に貫通する多数の貫通孔を形成して、混合エレメントと中間混合エレメントとの間、中間混合エレメント同士間、ないしは、中間混合エレメントを通した混合エレメント間に混合流路を形成し、各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、次のような効果を奏する。すなわち、本発明では、複数種類の流体を一方向に伸延させて形成した混合流路中に流動させることで、混合流体を超微細化かつ均一化することができる。そして、混合流路から集合流路に移行させることないため、混合流路中を流動する流体の流速（線速度）を大きくかつ略一定に保つことができて、超微細化かつ均一化効率を高めることができる。具体的には、従来技術のように混合流路から多数の小径円形孔を通して集合流路に流動させることがないため、流体の圧力損失を大幅に低減させることができる。その結果、低出力のポンプで流体を圧送することができて、その分ランニングコストを削減することができる。
【００１３】
また、静止型流体混合装置を分解して洗浄作業やメンテナンス作業を行う際には、重合状態に連結した一対の混合エレメントの連結を解除して混合流路を開放することで、各エレメントを洗浄等することができる。再度組み立てる際には、両混合エレメントを重合状態に連結して混合流路を密封することで、簡単に組み立てることができる。したがって、かかる組み立て作業に熟練を要することがなく、しかも、肉体的体力弱者である婦女子や老人でも楽に分解・組立作業を行うことができる。そのため、食品関連のように頻繁に洗浄を要求される分野においても、静止型流体混合装置の洗浄作業を随時簡単に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】窒素水製造装置の概念的説明図。
【図２】第１実施形態としての流体混合部の正面説明図。
【図３】図２のI-I線矢視底面図。
【図４】図２のII-II線矢視平面図。
【図５】第１実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図６】混合流路形成パターン面の説明図。
【図７】第１実施形態としての流体混合部の混合流路の説明図。
【図８】第２実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図９】第３実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図１０】第３実施形態としての流体混合部の混合流路の説明図。
【図１１】第４実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【図１２】第４実施形態としての流体混合部の混合流路の説明図。
【図１３】第５実施形態としての流体混合部の断面正面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１に示すＡは窒素水製造装置である。窒素水製造装置Ａは、処理水Ｗを収容したタンクＴの底部に循環パイプＪの基端部を連結し、循環パイプＪの先端部をタンクＴ内の処理水Ｗ中に上面から挿入して循環流路Ｒを形成している。循環パイプＪの中途部には圧送ポンプＰを取り付け、その圧送ポンプＰの吸入口近傍（直上流側）に位置する循環パイプＪの中途部には窒素ガス供給部Ｎを連結している。窒素ガス供給部Ｎの下流側に位置する循環パイプＪの中途部には後述する第１〜第５実施形態ないしはそれらの変形例のいずれかの流体混合部Ｍを設けている。Ｋは処理水供給部であり、処理水供給部ＫはタンクＴ内に流体としての液体である処理水Ｗを随時供給可能としている。ここで、処理水Ｗは、生鮮食品の処理やパイプ中の洗浄等に使用するものであり、処理水Ｗとしては、水道水、海水、冠水を適量だけ付加した水等を適用することができる。Ｖは循環パイプＪの先端部に取り付けた圧力調整弁である。なお、窒素ガス供給部Ｎから処理水Ｗ中に供給される窒素ガスは、圧送ポンプＰの吸入側からエジェクタ効果により圧送ポンプＰ内に吸入されるようにすることができる。この際、窒素ガスの吸入量は、循環パイプＪ中を流れる処理水Ｗの循環流量の約３％（ntp；１atm、０℃、ノルマル流量）に設定することができる。
【００１７】
このようにして、窒素水製造装置Ａでは、処理水Ｗに窒素ガスを供給して、これらを中途部に圧送ポンプＰと流体混合部Ｍを設けた循環パイプＪとタンクＴとで形成される循環流路Ｒを通して循環させることができる。この際、流体混合部Ｍは、処理水Ｗと窒素ガスの気液混相にせん断力を作用させて、窒素ガスをナノバルブ（直径がナノレベル（１μｍ以下）の超微細な気泡）となして処理水Ｗと混合させることができる。窒素ナノバブル（ナノバブル状態の窒素ガス）を含有する処理水Ｗは、タンクＴ内に環流させることで、タンクＴ内にて処理水Ｗ中に溶存している酸素をナノバルブとなした窒素ガスに放散させることができる。そうすることで、酸素ガスを内包した窒素ガスを処理水Ｗ中にて浮上させて、窒素ガスとともに酸素ガスを大気中に放出させことができる。その結果、処理水Ｗ中の溶存酸素量を大幅に低減させて、窒素ナノバブルを含有して溶存酸素量が低減された窒素水となすことができる。かかる窒素水は窒素ナノバブルを含有しているため、低減された溶存酸素量を長時間にわたって維持させることができる。
【００１８】
以下に、流体混合部Ｍの第１〜第５実施形態ないしはそれらの変形例について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
［第１実施形態としての流体混合部Ｍ］
第１実施形態としての流体混合部Ｍは、図２〜図５に示すように、一方向（本実施形態では左右方向）に伸延する上下一対の横長四角形板状の混合エレメント１０,２０を重合状態に対面させて、両混合エレメント１０,２０間にその伸延方向に伸延する混合流路３０を形成している。
【００２０】
そして、混合エレメント１０の左側端部には流入側接続部１１を形成している。流入側接続部１１は一端を混合エレメント１０の左側端面に開口させるとともに、他端を混合エレメント１０の左側端部下面に開口させている。流入側接続部１１の一端に形成した流入孔１２には循環パイプＪの流入側を着脱自在に接続している。流入側接続部１１の他端には始端側一時滞留空間４０を介して混合流路３０の始端部を連通させている。
【００２１】
また、混合エレメント１０の右側端部には流出側接続部１３を形成している。流出側接続部１３は一端を混合エレメント１０の右側端面に開口させるとともに、他端を混合エレメント１０の右側端部下面に開口させている。流出側接続部１３の一端に形成した流出孔１４には循環パイプＪの流出側を着脱自在に接続している。流出側接続部１３の他端には終端側一時滞留空間５０を介して混合流路３０の終端部を連通させている。
【００２２】
混合流路３０は、混合エレメント１０の下面に多数形成した凹部１５からなる混合流路形成パターン面Ｐａと、混合エレメント２０の上面に多数形成した凹部２５からなる混合流路形成パターン面Ｐｂとを対向させて形成している。各混合流路形成パターン面Ｐａ,Ｐｂは、凹部１５,２５を開口形状が正六角形で隙間のない状態に多数形成することで、いわゆるハニカム状に形成している。しかも、凹部１５,２５は、同形同大の六角開口形状に形成して、図６に示すような配置で対向させることで、混合流路３０に流入孔１２から流入した流体を混合流路３０の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路３０の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とが形成されるようにしている。
【００２３】
すなわち、混合流路形成パターン面Ｐａは、図６に一点鎖線で示すように、混合エレメント１０の凹部１５を幅方向に五列かつ左右伸延方向に多数個千鳥状に配置して形成している。また、混合流路形成パターン面Ｐｂは、図６に実線で示すように、混合エレメント２０の凹部２５を幅方向に六列かつ左右伸延方向に多数個千鳥状に配置して形成している。そして、混合エレメント１０の凹部１５の中心位置に、混合エレメント２０の凹部２５の角部２６が位置する状態で当接している。このような状態で当接させると、相互に位置ずれした混合エレメント１０の凹部１５と混合エレメント２０の凹部２５との間で流体（処理水Ｗと窒素ガス）を流動させることができる。角部２６は３つの凹部２５の角部が集まっている位置である。また、混合エレメント２０の凹部２５の中心位置にも、混合エレメント１０の凹部１５の角部１６が位置する。角部１６は３つの凹部１５の角部が集まっている位置である。この場合は、混合エレメント１０の角部１６が上述した分流部や合流部として機能する。
【００２４】
したがって、例えば、混合エレメント１０の凹部１５側から混合エレメント２０の凹部２５側に流体が流れる場合を考えると、流体は二つの流路に分流されることになる。つまり、混合エレメント１０の凹部１５の中央位置に位置された混合エレメント２０の角部２６は、流体を分流する分流部として機能する。逆に、混合エレメント２０側から混合エレメント１０側に流体が流れる場合を考えると、二方から流れてきた流体が１つの凹部１５に流れ込むことで合流することになる。この場合、混合エレメント２０の中央位置に位置された角部２６は、合流部として機能する。
【００２５】
混合流路３０の始端部と混合エレメント１０の左側部に形成した流入側接続部１１との間には始端側一時滞留空間４０を形成している。始端側一時滞留空間４０は、混合エレメント１０の左側部下面に形成した凹状の空間形成部４１と、混合エレメント２０の左側部上面に形成した凹状の空間形成部４２とを、上下方向に対面させて形成している。しかも、図６に示すように、両空間形成部４１,４２とで形成される始端側一時滞留空間４０の前後方向の幅Ｗ１は、混合流路３０の始端部の前後方向の幅Ｗ２と略同一幅に形成して、始端側一時滞留空間４０の略全幅にわたって混合流路３０の始端部と連通させている。
【００２６】
また、混合流路３０の終端部と混合エレメント１０の他側部に形成した流出側接続部１３との間には終端側一時滞留空間５０を形成している。終端側一時滞留空間５０は、混合エレメント１０の右側部下面に形成した凹状の空間形成部５１と、混合エレメント２０の右側部上面に形成した凹状の空間形成部５２とを、上下方向に対面させて形成している。しかも、両空間形成部５１,５２とで形成される終端側一時滞留空間５０の前後方向の幅Ｗ３は、混合流路３０の終端部の前後方向の幅Ｗ４と略同一幅に形成して、終端側一時滞留空間５０の略全幅にわたって混合流路３０の終端部と連通させている。
【００２７】
６０は上側の混合エレメント１０の周囲に間隔を開けて多数形成した上側ビス孔、６１は下側の混合エレメント２０の周囲に間隔を開けて多数形成した下側ビス孔である。各ビス孔６０,６１は上下方向に軸線を向けて形成して、上下に符合する上・下側ビス孔６０,６１中にビス６２を螺着することで、両混合エレメント１０,２０を重合状態に簡単かつ堅実に連結することができる。また、ビスを取り外すことで、両混合エレメント１０,２０の連結を簡単に解除して、凹部１５,２５等の洗浄作業をすることができる。７０は混合エレメント２０の上面において多数の凹部２５と空間形成部４２,５２の周囲を囲むように形成したＯリング配置溝である。７１はＯリング配置溝７０に配置したＯリングである。Ｏリング７１により混合エレメント１０,２０の密閉性を確保することができる。
【００２８】
このように、相互に対向状態に対面配置された両混合エレメント１０,２０の間には、流入側接続部１１と始端側一時滞留空間４０と混合流路３０と終端側一時滞留空間５０と流出側接続部１３とが直列状に連通される。そして、図７にも示すように、流入側接続部１１の流入孔１２から供給された流体は始端側一時滞留空間４０内に流入し、始端側一時滞留空間４０から幅方向に略均等に混合流路３０に流入して、混合流路３０内を流動した後、終端側一時滞留空間５０を通して流出側接続部１３の流出孔１４から流出される。この際、混合流路３０では流体が分流と合流（分散と混合）を繰り返しながら両混合エレメント１０,２０の伸延方向に蛇行状態にて流動する。したがって、流体として、例えば、液体と気体を混合流路３０に流入させると、気体は気泡径がサブミクロンレベル（ナノレベル）に超微細化かつ均一化されるとともに、液体中に均一分散化される。
【００２９】
［第２実施形態としての流体混合部Ｍ］
第２実施形態としての流体混合部Ｍは、第１実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図８に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント８０を一枚介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,８０を積層状態となしている点で異なる。
【００３０】
すなわち、中間混合エレメント８０は、混合エレメント１０の混合流路形成パターン面Ｐａと対面する上面に混合流路形成パターン面Ｐｂを形成する一方、混合エレメント２０の混合流路形成パターン面Ｐｂと対面する下面に混合流路形成パターン面Ｐａを形成している。ここで、中間混合エレメント８０の混合流路形成パターン面Ｐａは、凹部１５と同形状の凹部８１を多数対向状態に配置して形成し、また、中間混合エレメント８０の混合流路形成パターン面Ｐｂは、凹部２５と同形状の凹部８２を多数対向状態に配置して形成している。
【００３１】
中間混合エレメント８０の左側部には空間形成部４３を形成しており、空間形成部４３は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部４１,４２と整合して、これら空間形成部４１〜４３により始端側一時滞留空間４０を形成している。中間混合エレメント８０の右側部には空間形成部５３を形成しており、空間形成部５３は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部５１,５２と整合して、これら空間形成部５１〜５３により終端側一時滞留空間５０を形成している。８３はＯリング配置溝、８４はＯリングである。中間混合エレメント８０の周縁部にも混合エレメント１０,２０のビス孔６０,６１と符合するビス孔（図示せず）を形成して、これらのビス孔中にビス６２を貫通状に螺着するようにしている。
【００３２】
このように、本実施形態の流体混合部Ｍでは、混合エレメント１０と中間混合エレメント８０との間、及び、中間混合エレメント８０と混合エレメント２０との間にそれぞれ混合流路３０が形成されて、上下に平行する混合流路３０が二流路配置される。そして、流入側接続部１１の流入孔１２から供給された流体は始端側一時滞留空間４０内に流入し、始端側一時滞留空間４０から幅方向に略均等に各混合流路３０に並列的に流入する。その結果、混合流路３０による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。また、中間混合エレメント８０を所要複数枚積層することで、所要数の混合流路３０を配置することができて、流体の超微細化かつ均一化作業をより一層効率化させることができる。
【００３３】
［第３実施形態としての流体混合部Ｍ］
第３実施形態としての流体混合部Ｍは、第１実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図９に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント９０,９１を二枚介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,９０,９１を積層状態となしている点で異なる。
【００３４】
すなわち、中間混合エレメント９０は、その肉厚方向に貫通する多数の貫通孔９２を形成しており、貫通孔９２は凹部２５と平面視同形状の六角柱状空間に形成するとともに多数配置して、平面形状が混合流路形成パターン面Ｐｂと整合する混合流路形成パターン面Ｐｃを形成している。そうすることで、中間混合エレメント９０の上下面には混合エレメント１０の混合流路形成パターン面Ｐａと対面して混合流路３０を形成する混合流路形成パターン面Ｐｃを形成している。また、中間混合エレメント９１は、その肉厚方向に貫通する多数の貫通孔９３を形成しており、貫通孔９３は凹部１５と平面視同形状の六角柱状空間に形成するとともに多数配置して、平面形状が混合流路形成パターン面Ｐａと整合する混合流路形成パターン面Ｐｄを形成している。そうすることで、中間混合エレメント９１の上下面には混合エレメント２０の混合流路形成パターン面Ｐｂと対面して混合流路３０を形成する混合流路形成パターン面Ｐｄを形成している。
【００３５】
中間混合エレメント９０,９１の左側部にはそれぞれ相互に整合する空間形成部４４,４５を形成しており、空間形成部４４,４５は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部４１,４２とも整合して、これら空間形成部４１,４２,４４,４５により始端側一時滞留空間４０を形成している。中間混合エレメント９０,９１の右側部にはそれぞれ相互に整合する空間形成部５４,５５を形成しており、空間形成部５４,５５は上下方向（肉厚方向）に貫通するとともに、混合エレメント１０,２０の空間形成部５１,５２とも整合して、これら空間形成部５１,５２,５４,５５により終端側一時滞留空間５０を形成している。９４,９５はＯリング配置溝、９６,９７はＯリングである。中間混合エレメント９０,９１の周縁部にも混合エレメント１０,２０のビス孔６０,６１と符合するビス孔（図示せず）を形成して、これらのビス孔中にビスを貫通状に螺着するようにしている。
【００３６】
このように、本実施形態の流体混合部Ｍでは、図１０に示すように、混合エレメント１０と中間混合エレメント９０との間、中間混合エレメント９０,９１同士の間、中間混合エレメント９１と混合エレメント２０、及び、中間混合エレメント９０,９１を通した混合エレメント１０,２０同士の間にそれぞれ混合流路３０が形成される。そして、かかる混合流路３０は流体がどのエレメント間を流動するのか不明な不規則蛇行流路となる。その結果、かかる混合流路３０を流動する流体は錯流・脈流となって蛇行する。ここで、錯流とは流体が各混合エレメント１０,２０,９０,９１の凹部１５,２５ないしは貫通孔９２,９３の面を擦りながら流動する流れである。また、脈流は流路断面積が周期的ないしは不定期的に変化する流れである。
【００３７】
したがって、例えば、液体と気体を流体として混合流路３０に流入させた際に、錯流・脈流が繰り返し形成されると、流体中に、局所的高圧部分や局所的低圧部分が生じる。このような流体中では、局所的に低圧部分（例えば真空部分などの負圧部分）が生じるときに、いわゆる発泡現象が生じて液体中に気体が生じたり、微小な気泡が膨張（破裂）したり、生じた気体（気泡）が崩壊（消滅）したりするといったいわゆるキャビテーションと称される現象が生ずる。このようなキャビテーションが起こるときに生ずる力によって、気体の微細化が行われ、流体混合が促進される。その結果、流体の超微細化かつ均一化作業をより一層効率化させることができる。
【００３８】
［第４実施形態としての流体混合部Ｍ］
第４実施形態としての流体混合部Ｍは、第１実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図１１に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント９０を一枚介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,９０を積層状態となしている点で異なる。ここで、混合エレメント２０の上面には混合流路形成パターン面Ｐｂに代えて混合流路形成パターン面Ｐａを形成している。
【００３９】
すなわち、混合流路形成パターン面Ｐａを有する混合エレメント１０と、混合流路形成パターン面Ｐａを有する混合エレメント２０との間に、混合流路形成パターン面Ｐｃを上下面に有する中間混合エレメント９０を介在させて、混合流路形成パターン面Ｐａと混合流路形成パターン面Ｐｃとを対面させている。
【００４０】
このように、本実施形態の流体混合部Ｍでは、図１２に示すように、混合エレメント１０と中間混合エレメント９０との間、中間混合エレメント９０と混合エレメント２０との間、及び、中間混合エレメント９０を通した混合エレメント１０,２０同士の間にそれぞれ混合流路３０が形成される。そして、かかる混合流路３０は流体がどのエレメント間を流動するのか不明な不規則蛇行流路となる。その結果、かかる混合流路３０を流動する流体は錯流・脈流となって蛇行する。そして、流入側接続部１１の流入孔１２から供給された流体は始端側一時滞留空間４０内に流入し、始端側一時滞留空間４０から幅方向に略均等に各混合流路３０に並列的に流入する。その結果、混合流路３０による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。
【００４１】
［第５実施形態としての流体混合部Ｍ］
第５実施形態としての流体混合部Ｍは、第３実施形態としての流体混合部Ｍと基本的構造を同じくするが、図１３に示すように、上下一対の混合エレメント１０,２０間に、これら混合エレメント１０,２０よりも薄肉板状の中間混合エレメント８０,９０,９１を介在させて、これらの混合エレメント１０,２０,８０,９０,９１を積層状態となしている点で異なる。
【００４２】
すなわち、本実施形態に係る流体混合部Ｍは、混合流路形成パターン面Ｐａを有する混合エレメント１０と、混合流路形成パターン面Ｐｃを有する中間混合エレメント９０と、混合流路形成パターン面Ｐｄを有する中間混合エレメント９１と、上下面に混合流路形成パターン面Ｐｂ,Ｐａを有する中間混合エレメント８０と、混合流路形成パターン面Ｐｃを有する中間混合エレメント９０と、混合流路形成パターン面Ｐｄを有する中間混合エレメント９１と、混合流路形成パターン面Ｐｂを有する混合エレメント２０とを積層して構成している。始端側一時滞留空間４０は空間形成部４１,４４,４５,４３,４４,４５,４２によりを形成している。終端側一時滞留空間５０は空間形成部５１,５４,５５,５３,５４,５５,５２によりを形成している。
【００４３】
このように構成することで、第３実施形態に係る流体混合部Ｍの混合流路３０の形態を並列的に二流路形成することができる。また、必要に応じて、混合エレメント１０,２０間に介在させる中間混合エレメント８０,９０,９１の数を増加させることにより、多数の流路を並列的に形成することができる。その結果、混合流路３０による流体の超微細化かつ均一化が並列的に効率良く行われる。
【００４４】
以上に述べてきた第１実施形態〜第５実施形態における流体混合部Ｍは、始端側一時滞留空間４０と終端側一時滞留空間５０との間に混合流路３０を単数ないしは並列的に複数形成して、各混合流路３０に流体を略均等に流入させることができるため、圧力損失を低減させることができる。また、変形例として、上記した第２実施形態〜第５実施形態における中間混合エレメント８０,９０,９１の肉厚と貫通孔９２,９３の径を、適宜異ならせることもできる。その場合、流体の超微細化かつ均一化効率に変化をもたせることができる。
【００４５】
一対の混合エレメント１０，２０同士の連結手段としては、本実施形態のビスに限られるものではなく、その変形例も適宜適用することができる。例えば、クランプバンドのようなエレメント挟持体（図示せず）により両混合エレメント１０,２０を挟持することで混合流路３０の周囲を密封することも、また、両混合エレメント１０,２０を挟持解除することで混合流路３０を開放することもできる。また、混合エレメント１０と混合エレメント２０の一方の長手側縁部同士を観音開き状に枢着して、他方の長手側縁部同士を連結・解除自在に連結することもできる。これら変形例としての連結手段によれば、混合エレメント１０,２０を重合状態に連結するための連結作業を堅実に行うことができるとともに、混合エレメント１０,２０を開放状態となすための連結解除作業を簡単に行うことができる。そのため、混合流路３０の洗浄作業を頻繁に行う必要性がある場合には好適である。
【符号の説明】
【００４６】
Ａ 窒素水製造装置
Ｍ 流体混合部
１０ 混合エレメント
１１ 流入側接続部
１２ 流入孔
１３ 流出側接続部
１４ 流出孔
１５ 凹部
２０ 混合エレメント
２５ 凹部
３０ 混合流路
８０ 中間混合エレメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に伸延する一対の板状の混合エレメントを重合状態に対面させて、両混合エレメント間にその伸延方向に伸延する混合流路を形成するとともに、混合流路の始端部に混合エレメントの一側部に形成した流入孔を連通させる一方、混合流路の終端部に混合エレメントの他側部に形成した流出孔を連通させ、
前記混合流路は、前記流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、
混合流路の始端部と混合エレメントの一側部に形成した流入孔との間には始端側一時滞留空間を形成するとともに、始端側一時滞留空間は混合流路の始端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の始端部と連通させる一方、
混合流路の終端部と混合エレメントの他側部に形成した流出孔との間には終端側一時滞留空間を形成するとともに、終端側一時滞留空間は混合流路の終端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の終端部と連通させたことを特徴とする静止型流体混合装置。
【請求項２】
一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、
混合エレメントと中間混合エレメントとの間に混合流路を形成し、
各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする請求項１記載の静止型流体混合装置。
【請求項３】
一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、
中間混合エレメントにはその肉厚方向に貫通する多数の貫通孔を形成して、
混合エレメントと中間混合エレメントとの間、中間混合エレメント同士間、ないしは、中間混合エレメントを通した混合エレメント間に混合流路を形成し、
各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする請求項１記載の静止型流体混合装置。
【請求項１】
一方向に伸延する一対の板状の混合エレメントを重合状態に対面させて、両混合エレメント間にその伸延方向に伸延する混合流路を形成するとともに、混合流路の始端部に混合エレメントの一側部に形成した流入孔を連通させる一方、混合流路の終端部に混合エレメントの他側部に形成した流出孔を連通させ、
前記混合流路は、前記流入孔から流入した流体を混合流路の伸延方向に流動させて分流させる複数の分流部と、分流部で分流された流体を混合流路の伸延方向に流動させて合流させる複数の合流部とを具備し、
混合流路の始端部と混合エレメントの一側部に形成した流入孔との間には始端側一時滞留空間を形成するとともに、始端側一時滞留空間は混合流路の始端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の始端部と連通させる一方、
混合流路の終端部と混合エレメントの他側部に形成した流出孔との間には終端側一時滞留空間を形成するとともに、終端側一時滞留空間は混合流路の終端部と略同一幅に形成して略全幅にわたって混合流路の終端部と連通させたことを特徴とする静止型流体混合装置。
【請求項２】
一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、
混合エレメントと中間混合エレメントとの間に混合流路を形成し、
各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする請求項１記載の静止型流体混合装置。
【請求項３】
一対の板状の前記混合エレメント間に単数もしくは複数の板状の中間混合エレメントを介在させて、これらの混合エレメントを積層状態となし、
中間混合エレメントにはその肉厚方向に貫通する多数の貫通孔を形成して、
混合エレメントと中間混合エレメントとの間、中間混合エレメント同士間、ないしは、中間混合エレメントを通した混合エレメント間に混合流路を形成し、
各混合流路の始端部は前記始端側一時滞留空間に連通させる一方、各混合流路の終端部は前記終端側一時滞留空間に連通させたことを特徴とする請求項１記載の静止型流体混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−４５５３４（Ｐ２０１２−４５５３４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９２９３２（Ｐ２０１０−１９２９３２）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（５０４２４４１７３）株式会社ＭＧグローアップ (15)
【出願人】（３９２０２４５１８）丸福水産株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（５０４２４４１７３）株式会社ＭＧグローアップ (15)
【出願人】（３９２０２４５１８）丸福水産株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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