CN102770200B - 直通式流体混合装置 - Google Patents

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Abstract

直通式流体混合装置具备：第一流路形成单元（2），从第一入口部（20）至第一通路部（16）形成第一入口流路（3）；第二流路形成单元（1、2），从第二入口部（21）至第二通路部（19）形成第二入口流路（4）；第三流路形成单元（1），流路面积从细径部（8）至扩径部（9）和出口部（22）扩大，并且形成在细径部（8）的端部与第一入口流路（3）和第二入口流路（4）分别连通的出口流路（5）；以及旋流产生单元（12），在第一入口流路（3）和第二入口流路（4）中的至少一方产生旋流。

Description

直通式流体混合装置
技术领域
本发明涉及一种在化学工厂、半导体制造领域、食品领域、医疗领域、生物领域等各种产业中的流体输送配管中使用的流体混合装置。特别是涉及一种在配管线内能够混合多个流体来均匀地搅拌的直通(in-line)式流体混合装置。
背景技术
以往，作为以直通方式混合多个流体的方法，使用如下方法：使用文丘里管，该文丘里管具有如图13所示的缩径部104、喉道(throat)部105、扩径部106连续形成的节流流路。在图13中，从入口流路101流入的主流体按缩径部104、喉道部105、扩径部106的顺序通过并向出口流路103流出。在这种情况下，喉道部105的截面积被设计成小于入口流路101和出口流路103的截面积。因此，流过喉道部105时的流速增大，由此，在喉道部105的部分产生负压。其结果，通过负压从在喉道部105附近连通的吸引流路102吸引副流体，并与主流体混合而从出口流路103流出。这种直通式流体混合装置的优点在于，不需要用于注入副流体的特殊装置例如泵等。
然而，在这种流体混合装置中，被吸引的流体从与喉道部105的内周连通的吸引流路102从在周方向上偏倚的方向合流，因此在流路内容易引起混合不均。为了避免该混合不均来更均匀地混合搅拌，需要在直通式流体混合装置的下游侧还设置静止型的搅拌机等。
为了解决上述问题，提出了使用如图14所示的喷嘴的液体混合装置（参照专利文献1）。该液体混合装置在原水通路107中具备通过药液导入泵108喷出的药液的喷射器109和设置在喷射器109的下游侧的搅拌机110，喷射器109的喷嘴部件111的紧接其的下游侧设置截面积大于喷嘴部件111的喷嘴112的负压产生空间113。在喷嘴部件111的内部通路114中，从原水通路107导入原水，被导入的原水从喷嘴112喷射，由此在负压产生空间113中产生负压，从导入连接通路115导入药液。
当使用这种喷射器109时，从导入连接通路115流入的药液沿着喷嘴部件111的外壁116从全周方向混入原水。因此，与以往的使用文丘里管的混合方法相比，能够更均匀地混合药液。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-154049
发明内容
然而，在上述以往的液体混合装置中，从导入连接通路115流入的药液通过喷嘴部件111的外壁116的外周上的最短路径的流路而容易偏向负压产生空间113而流动。也就是说，药液难以从图14的下侧向负压产生空间113流动。因此，无法进行原水与药液的充分的混合而容易产生混合不均。为了避免该混合不均，需要在喷射器109的下游侧设置静止型的搅拌机等，在该情况下装置整体变得复杂，装置的制造成本增大。
另一方面，通过进一步缩小喷嘴部件111的喷嘴112的截面积来提高原水被喷射的速度，能够提高混合效果。然而，当原水的流速达到一定速度以上时，产生气穴(cavitation)，由于所产生的气穴，有可能损伤位于喷射器109的下游侧的配管的内壁。
本发明的目的在于提供一种能够均匀地混合多个流体、并且在如产生气穴那样的条件下也能够防止配管内壁损伤的直通式流体混合装置。
为了达到上述目的，本发明的直通式流体混合装置的特征在于，具备：第一流路形成单元，具有第一入口部和沿着长边方向延伸设置的第一通路部，从第一入口部至第一通路部形成第一入口流路；第二流路形成单元，具有第二入口部和沿着包围第一通路部的周围的锥形面延伸设置的第二通路部，从第二入口部至第二通路部形成第二入口流路；第三流路形成单元，具有细径部、扩径部以及出口部，从细径部至扩径部和出口部扩大流路面积，并且形成在细径部的端部与第一入口流路和第二入口流路分别连通的出口流路；以及旋流产生单元，在第一入口流路和第二入口流路中的至少一方产生旋流。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的直通式流体混合装置的纵截面图。
图2是图1的要部放大图。
图3是表示形成在图1的直通式流体混合装置的主体上的槽部的正视图。
图4是表示形成在图1的直通式流体混合装置的主体上的槽部的其它变形的正视图。
图5是表示形成在比较试验用的直通式流体混合装置的主体上的槽部的正视图。
图6是表示本发明的第一实施方式的直通式流体混合装置的性能的图表。
图7是表示形成在本发明的第二实施方式的直通式流体混合装置的喷嘴上的槽部的正视图。
图8是表示形成在图7的喷嘴上的槽部的其它变形的正视图。
图9a是表示本发明的第三实施方式的直通式流体混合装置的主体的纵截面图。
图9b是表示图9a的变形例的图。
图10是表示本发明的第四实施方式的直通式流体混合装置的喷嘴的侧视图。
图11a是表示本发明的第五实施方式的直通式流体混合装置的截面图。
图11b是表示图11a的喷嘴的立体图。
图12是表示本发明的第六实施方式的直通式流体混合装置的纵截面图。
图13是表示现有的文丘里管的纵截面图。
图14是表示现有的液体混合装置的纵截面图。
具体实施方式
第一实施方式
下面，参照图1~图6来说明本发明的第一实施方式所涉及的直通式流体混合装置。图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的直通式流体混合装置的结构的纵截面图，图2是图1的要部放大图。该流体混合装置具有外形大致呈圆柱状的主体1以及与主体1嵌合的外形大致呈圆柱状的喷嘴部件2。
在主体1的一个端面设置有嵌入喷嘴部件2的收容部6，在另一端面设置有形成出口流路5的出口开口部22。在收容部6的内周面的开口侧设置有内螺纹部11。在收容部6的底面23设置有圆环状槽部10，圆环状槽部10的外周面位于内螺纹部11的大致延长线上。在主体1的内部，缩径部7、喉道部（细径部）8以及扩径部9分别设置在与主体1的中心轴（圆柱的中心轴）相同的轴上，该缩径部7形成在收容部6的底面中心部，向出口开口部22以圆锥台形状缩径，该喉道部（细径部）8与缩径部7连续设置，呈圆筒面，该扩径部9与喉道部8连续设置，向出口开口部22以圆锥台形状扩径。通过这些缩径部7、喉道部8以及扩径部9，从缩径部7至出口开口部22形成具有文丘里效应的出口流路5。此外，从扩径部9的端部至出口开口部22，通过圆筒面形成流路。
图3是主体1的收容部6的底面23的正视图（图1的III-III线截面图）。如图3所示，在主体1的外周面，在周方向的规定位置（在图3中是顶部）设置有第二入口开口部21，第二入口开口部21与圆环状槽部10连通。在收容部6的底面23，从圆环状槽部10至缩径部7的周缘，沿周方向等间隔地设置有多个放射曲线状的槽部12。
如图1所示，喷嘴部件2具有：在外周面设置有外螺纹部15的圆柱部13；以及在圆柱部13的一端面与圆柱部13相同的轴上且以圆锥台形状突出设置的突出部14。在圆柱部13的另一端面设置有第一入口开口部20，在突出部14的端面设置有喷出口16。在喷嘴部件2的内部，从流路的中途向喷出口16缩径的圆锥台形状的锥形部17设置在与喷嘴部件2的中心轴相同的轴上，从第一入口开口部20至喷出口16，形成有在出口侧缩小的第一入口流路3。此外，从第一入口开口部20至锥形部17的一端部以及从锥形部17的另一端部至喷出口16，通过圆筒面形成有流路。
喷嘴部件2的外螺纹部15直到圆柱部13的端面24与主体1的收容部6的底面23抵接为止与主体1的收容部6的内螺纹部11以密封状态螺合，喷嘴部件2嵌入于主体1的收容部6。此时，在主体1的缩径部（凹部）7内收容突出部（凸部）14，通过设置在主体1的收容部6的底面23的槽部12与喷嘴部件2的突出部14侧的端面24形成连通流路18。并且，在主体1的缩径部7的内周面（锥形面）与喷嘴部件2的突出部14的外周面（锥形面）之间设置有间隙(clearance)，通过该间隙，沿着锥形面形成环状流路19。
由此，从第二入口开口部21通过圆环状槽部10、连通流路18以及环状流路19与主体1的喉道部8连通，形成在出口侧缩小的第二入口流路4。此外，主体1的收容部6的底面23与喷嘴部件2的突出部14侧的端面24也可以不抵接，而在两者之间设置适度的间隙。在设置间隙的情况下，该间隙的部分和槽部12的部分形成将圆环状槽部10与环状流路19连通的连通流路18。
槽部12的形状不限于图3所示的形状，例如如图4所示，也可以相对于喷嘴部件2内的第一入口流路3的中央轴线偏心地以直线状设置多个槽部12b。即，也可以不与喷嘴部件2内的流路中央轴线交叉而沿着向径向外侧延伸的直线设置槽部12b，只要相对于缩径部7的周缘部的圆周正切连通以产生旋流，槽部12的形状就没有特别限定。关于槽部12的截面形状以及槽部12的条数，也没有特别限定。
此外，主体1和喷嘴部件2的材质只要是不被所使用的流体侵蚀的材质，就没有特别限定，可以是聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等任一种。特别是在流体中使用腐蚀性流体的情况下，优选的是聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物树脂等氟树脂。如果是氟树脂制则能够使用于腐蚀性流体，即使腐蚀性气体透过，也不用担心配管部件的腐蚀，因此优选。可以将主体1或喷嘴部件2的构件设为透明或半透明的部件，在这种情况下，能够肉眼识别流体的混合状态，因此优选。根据流过流体混合器的物质，各部件的材质也可以是铁、铜、铜合金、黄铜、铝、不锈钢、钛等金属、合金。特别是在流体为食品的情况下，优选卫生且寿命长的不锈钢。主体与喷嘴的组装方法只要是螺合、焊接、熔接、粘接、销连接、嵌合等确保内部流体的密闭性的方法，就可以是任意方法。第一入口开口部20、第二入口开口部21以及出口开口部22上分别连接用于导入及排出流体的配管（未图示），其连接方法没有特别限定。
下面，说明本发明的第一实施方式的动作。在本发明的第一实施方式所涉及的直通式流体混合装置中，能够选择如下情况中的任一个：通过从第一入口开口部20导入主流体而产生的负压从第二入口开口部21吸引副流体；以及通过从第二入口开口部21导入主流体而在节流流路中产生的负压从第一入口开口部20吸引副流体。
首先，说明从能够更有效地进行两种流体的混合的第二入口开口部21导入主流体的情况。
在图1中，从第二入口开口部21通过泵等压送单元导入的主流体通过第二入口流路4流动。即，从圆环状槽部10经过连通流路18和环状流路19流向主体1的喉道部8。在主流体从圆环状槽部10流向连通流路18时，流路的开口面积缩小，因此在圆环状槽部10内暂时充满主流体。从该状态起主流体通过连通流路18流向环状流路19，因此主流体从流路的全周均匀地流入喉道部8。此时，连通流路18形成为主流体的流动相对于环状流路19呈放射曲线状，因此导入到圆环状槽部10的主流体一边在环状流路19内旋转一边从环状流路19的全周均匀地流向喉道部8。流入喉道部8的主流体成为旋流而流过出口流路5。即，通过扩径部9朝向出口开口部22，但是旋流沿着扩径部9的内周面流过，因此旋流的旋转半径逐渐变大。
从第二入口开口部21经过环状流路19流入喉道部8的主流体依次流过作为节流流路的缩径部7、喉道部8、扩径部9，由此通过文丘里效应在喉道部8处产生负压。由于在喉道部8中产生负压，副流体经由喷嘴部件2的第一入口开口部20、第一入口流路3以及突出部14前端的喷出口16吸引至喉道部8，在喉道部8处与主流体合流。在喉道部8中，主流体经由环状流路19从全周不偏倚地作为旋流流入，通过该旋流所产生的主流体的搅拌作用，主流体与副流体无不均地、均匀地混合。
此时，当混合的流体的流速变快时，在从喉道部8流向扩径部9时产生气穴。然而，在本实施方式中，从环状流路19流入喉道部8的主流体成为旋流而沿着扩径部9的内周面流动，因此通过气穴产生的气泡集中于管路的轴心附近。因此，能够防止管壁被气穴损伤。另外，通过气穴的作用，主流体与副流体进一步搅拌，更加无不均地均匀地混合。
一般在流过配管内的流体的流速变快时，流体的静压降低。但是，在流过配管内的流体中，即使是相同的流量，与通常的轴方向流动相比，旋流的情况下还增加旋转的流动，因此绝对流速变快，静压的降低更大。因而，在如本实施方式那样使主流体从环状流路19流向喉道部8来在节流流路中产生负压从而吸引从第一入口流路3导入的副流体的情况下，产生旋流来混合时负压更大，能够从第一入口流路3吸引更多的副流体。由此，吸引副流体的能力变高，能够扩大主流体与副流体的混合比率的调整范围。通过这样产生旋流，能够得到能够大范围地调节混合比率的直通式流体混合装置。
在此，说明主流体从环状流路19作为旋流流入的情况（实验例1）和不旋转而流入的情况（比较例1）的流量测定试验的试验结果。该流量测定试验中的直通式流体混合装置的喉道部8的内径是6mm，喷嘴部件2的喷出口16的内径是3mm。通过泵向试验中使用的装置的第二入口开口部21导入主流体（水），不使用压送单元而向第一入口开口部20导入副流体（水），通过设置在各开口部20、21附近的流量计测定了流量。
[实验例1]
在实验例1中，如下构成装置：如图3所示，以放射曲线状形成主体1的槽部12，以产生旋流。使用该装置来测定了改变流过装置内的主流体的流量时导入到第二入口流路4的主流体（水）的流量和从第一入口流路3吸引的副流体（水）的流量。
[比较例1]
在比较例1中，如下构成装置：如图5所示，从中心轴以放射状形成主体1的槽部25，不产生旋流。使用该装置来测定了改变流过装置内的主流体的流量时导入到第二入口流路4的主流体（水）的流量和从第一入口流路3吸引的副流体（水）的流量。
图6是表示上述实验例1和比较例1中的试验结果的特性图。图中，横轴是导入到第二入口开口部21的主流体（水）的流量，纵轴是从第一入口开口部20吸引的副流体（水）的流量。从图6可知，即使是相同的流量，与不产生旋流的情况（比较例1）相比，在产生旋流的情况下（实验例1）副流体的吸引量更多。
接着，说明从第一入口开口部20导入主流体的情况。
从第一入口开口部20通过泵等压送单元导入的主流体通过第一入口流路3流过。即，经过锥形部17而从喷出口16流入喉道部8。此时，通过在锥形部17处流路缩小，主流体的流速增加，增速后的主流体从喷出口16流向喉道部8，在喉道部8处产生负压。通过在喉道部8处产生负压，从第二入口开口部21通过环状流路19吸引副流体。被吸引的副流体通过放射曲线状的连通流路18，从而成为旋流并流入喉道部8。主流体与副流体混合的作用与从第二入口开口部21导入主流体时相同，因此省略说明。
如上，根据本实施方式所涉及的直通式流体混合装置，不管从第一入口开口部20和第二入口开口部21中的哪一个导入主流体，都能够通过在喉道部8处产生的负压吸引副流体。因此，不需要在使副流体流过的流路侧设置泵等压送单元，能够减少部件件数。另外，通过产生旋流来得到搅拌效果，并且能够增加副流体的吸引量。
此外，在上述实施方式中，从第一入口开口部20和第二入口开口部21中的某一方导入主流体，在流路中产生负压来从另一方入口流路吸引副流体，但是也可以辅助使用泵等压送单元来将副流体导入到直通式流体混合装置内。此时，即使压送单元的喷出压力为低压，也能够得到良好的流体混合效果。在该情况下，也能够得到旋流引起的搅拌效果和防止因气穴引起的配管内壁损伤的效果。
在上述实施方式中，将喷嘴部件2的突出部14的形状设为圆锥台形状，但是也可以是圆柱形状。突出部14的长度优选为与缩径部7的轴线长度大致相同或稍短。喷嘴部件2的喷出口16的内径优选小于主体1的喉道部8的内径，例如相对于喉道部8的内径的比率α优选为0.5~0.9倍。即，为了使喷出口16的内径小于喉道部8的内径来提高喉道部8处的流体混合，从喷出口16流入喉道部8的流速快为好，α优选为0.9倍以下。另外，为了确保经由喷出口16流过的流体的流量，α优选为0.5倍以上。另一方面，突出部14的出口开口部22侧的端面的周缘部外径优选为与喉道部8的内径相比稍小，相对于喉道部8的内径的比率β优选为0.7~0.95倍。即，为了使周缘部外径小于喉道部8的内径来使从环状流路19流入喉道部8的螺旋流容易地沿着喉道部8的流路内周面流过，β优选为0.7倍以上。另外，为了相对于缩径部7的内周面设置间隙来形成环状流路19，β优选为0.95倍以下。
作为通过直通式流体混合装置混合的异种流体，可以是气体、液体等物质的相不同的流体；物质的温度、浓度、粘度等不同的流体；物质本身的种类不同的流体等任意流体。例如在将一方设为液体而将另一方设为气体来将气体混合到液体来溶解的情况下也能够应用。在这种情况下，如果在产生气穴的条件下从一方的流路向流体混合装置内导入液体，则由于气穴现象而溶于液体的气体成为气泡而从液体脱气，因此能够使从另一方流路导入的另一气体（例如臭氧气体等）有效地溶入。
第二实施方式
参照图7、图8来说明本发明的第二实施方式。第二实施方式与第一实施方式在连通流路18的结构上不同。即，在第一实施方式中，在主体1的收容部6的底面23设置槽部12来形成连通流路18，但是在第二实施方式中，在喷嘴部件2的突出部14侧的端面24设置槽部。图7是表示第二实施方式所涉及的直通式流体混合装置的要部结构的图，是从图1的出口开口部22侧观察喷嘴部件2时的正视图。此外，对与图1、2相同的部分附加同一标记，下面主要说明与第一实施方式的不同点。
如图7所示，在喷嘴部件2的端面24沿周方向均等地设置有形成连通流路18的多个槽部26。此外，虽然省略图示，但是在主体1的收容部6的底面23未形成槽部。槽部26以放射曲线状设置使得从喷嘴部件2的端面的外周缘与设置在突出部14的根元周缘的外周槽部27的圆周正切连通，在对主体1螺合了喷嘴部件2时，通过喷嘴部件2的槽部26与主体1的收容部6的底面23形成连通流路18。由此，形成从第二入口开口部21通过圆环状槽部10、连通流路18、环状流路19与主体1的喉道部8连通的第二入口流路4。在这种情况下，流过连通流路18的流体成为沿着突出部14的外周面的旋流。本实施方式的其它结构以及动作与第一实施方式相同，因此省略说明。
此外，槽部26不限于如图7所示的放射曲线状，也可以是如图8所示的相对于流路的中央轴线偏心地以直线状形成的槽部26b，只要与外周槽部27的圆周正切连通，其形状就没有特别限定。另外，关于槽的截面形状以及槽的条数，也没有特别限定。
通过如本实施方式那样在喷嘴部件2侧设置槽部26，分解时的槽部26的清洁容易。另外，通过将喷嘴部件2更换为改变了槽部26的结构的另一喷嘴部件2，能够容易地变更主流体的导入条件、副流体的吸引条件。
第三实施方式
参照图9a、9b来说明本发明的第三实施方式。第三实施方式与第一实施方式不同之处在于连通流路18的结构。即，在第一实施方式中，在主体1与喷嘴部件2嵌合的锥形面的径向外侧的收容部底面23设置槽部12来形成连通流路18，但是在第三实施方式中，在锥形面设置槽部。图9a是表示构成第三实施方式所涉及的直通式流体混合装置的主体1的结构的纵截面图。此外，对与图1、2相同的部分附加同一标记，下面主要说明与第一实施方式的不同点。
如图9a所示，在主体1的缩径部7的内周面形成有螺旋状的槽部（螺旋槽部）28。喷嘴部件2以在主体1的收容部6的底面23与喷嘴部件2的突出部14侧的端面24之间保持适度的间隙的方式与主体1螺合，通过该间隙形成连通流路18，并且通过喷嘴部件2的突出部14的外周面与主体1的缩径部7的螺旋槽部28形成环状流路19。由此，形成从第二入口开口部21通过圆环状槽部10、连通流路18、环状流路19与主体1的喉道部8连通的第二入口流路4。在这种情况下，流过环状流路19的流体成为沿着突出部14的外周面的旋流。本实施方式的其它结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
接着，说明第三实施方式的动作。从第二入口开口部21经过连通流路18流入环状流路19的主流体通过流过由螺旋槽部28形成的螺旋状的环状流路，一边在环状流路19内旋转一边流入喉道部8。流入喉道部8的主流体以旋流的状态通过出口流路5的扩径部9，流向出口开口部22。本实施方式的其它动作与第一实施方式相同，因此省略说明。
此外，关于螺旋槽部28的条数以及槽的截面形状，没有特别限定。缩径部7的内周面与喷嘴部件2的突出部14的外周面可以抵接，也可以保持适度的间隙。通过使缩径部7的内周面与突出部14的外周面抵接，能够使缩径部7与突出部14的流路轴线一致。使缩径部7与突出部14的流路轴线一致在小口径的情况下尤为重要。另外，通过调整缩径部7的内周面与突出部14的外周面之间的间隙，能够调整主流体的导入条件、副流体的吸引条件。
也可以不遍及缩径部7的内周面的整个范围地形成螺旋槽部28，而是如图9b所示那样仅在从缩径部7的上游侧端部至中间部的范围内形成螺旋槽部28，使中间部的下游侧形成为平坦。根据该结构，缩径部7与突出部14之间的环状流路19具有包括螺旋槽部28的旋转部37以及在螺旋槽部28的下游侧形成有简单的间隙的平坦部38。旋转部37的长度只要能够产生旋流就没有特别限定，平坦部38的长度只要能够使旋转部37中产生的旋流从环状流路19的全周均匀地流入喉道部8，就没有特别限定。
第四实施方式
参照图10来说明本发明的第四实施方式。在第三实施方式中，在主体1的缩径部7的内周面形成螺旋槽部28，但是在第四实施方式中，在喷嘴部件2的突出部14的外周面形成螺旋槽部。图10是表示构成第四实施方式所涉及的直通式流体混合装置的喷嘴部件2的结构的侧视图。此外，对与图1、2相同的部分附加同一标记，下面主要说明与第一实施方式的不同点。
如图10所示，在喷嘴部件2的突出部14的外周面形成有螺旋槽部29。喷嘴部件2以在主体1的收容部6的底面23与喷嘴部件2的突出部14侧的端面24之间保持适度的间隙的方式与主体1螺合，通过该间隙形成连通流路18，并且通过喷嘴部件2的突出部14的螺旋槽部29与主体1的缩径部7的内周面形成环状流路19。由此，形成从第二入口开口部21通过圆环状槽部10、连通流路18、环状流路19与主体1的喉道部8连通的第二入口流路4。在这种情况下，流过环状流路19的流体成为沿着突出部14的外周面的旋流。本实施方式的其它结构以及动作与第三实施方式相同，因此省略说明。
第五实施方式
参照图11a、图11b来说明本发明的第五实施方式。第五实施方式与上述其它实施方式不同之处主要在于喷嘴部件2的形状。即，在第五实施方式中，在圆柱部13与突出部14之间设置外形为细径的中间部31。图11a是表示第五实施方式所涉及的直通式流体混合装置的结构的纵截面图，图11b是表示图11a的喷嘴部件2的结构的立体图。此外，对与图1、2相同的部分附加同一标记，下面主要说明与第一实施方式的不同点。
如图11a所示，主体1通过大致T字状的筒状外壳部34和嵌合在外壳部34内的流路部36构成，该筒状外壳部34具有圆筒部32a和从圆筒部32a的中间部侧面突出设置的连接部32b。在连接部32b的端部设置有第二入口开口部21。圆筒部32a的两端部内周面分别设置有内螺纹部33。
流路部36在一端部侧具有外形为大致圆柱形状的小径部36a，在另一端部侧具有外形为大致圆柱形状且直径大于小径部36a的大径部36b。在大径部36b的端部外周面设置有外螺纹部35a，外螺纹部35a与外壳部34的内螺纹部33螺合，流路部36与外壳部34嵌合。在该嵌合状态下，在外壳部34与小径部36a之间形成有圆环状槽部10，圆环状槽部10与连接部32a内的流路连通。在流路部34的内部连续设置缩径部7、喉道部8以及扩径部9，形成有出口流路5。
喷嘴部件2在圆柱部13与突出部14之间在与喷嘴部件2的中心轴相同的轴上具有外形大致呈圆柱形状的中间部31。中间部31的外径小于与中间部31相邻的圆柱部13的外径以及突出部14的外径，在喷嘴部件2的外周面通过中间部31形成有凹部。如图11b所示，在突出部14的外周面，在大径侧设置有螺旋槽部29a，在小径侧以与螺旋槽部29的底面连续的方式形成有圆锥面29b。螺旋槽部29a的外周面的倾斜角度（锥形角度）与缩径部7的内周面的倾斜角度（锥形角度）相等。在圆柱部13的端部外周面设置有外螺纹部35b。如图11a所示，外螺纹部35b与外壳部34的内螺纹部33螺合，喷嘴部件2嵌合在外壳部34内。
在该嵌合状态下，突出部14的螺旋槽部29a中的外周面与流路部36的缩径部7的内周面抵接，在螺旋槽部29a的周围以及圆锥面29b的周围分别形成有由旋转部37和平坦部38构成的环状流路19。另外，在中间部31的周围由流路部36的上游侧端面、圆柱部13的下游侧端面、中间部31的外周面以及突出部14的上游侧端面形成有连通流路18。由此，形成从第二入口开口部21通过圆环状槽部10、连通流路18、环状流路19与喉道部8连通的第二入口流路4。
通过这种结构，经由第二入口开口部21导入的主流体流过连通流路18，从突出部14的上游侧的端面流入旋转部37。流入旋转部37的主流体成为旋流，之后流过平坦部38，由此从环状流路19的全周均匀地流入喉道部8。
在本实施方式中，优选的是环状流路19的平坦部37的上游侧与下游侧的流路截面积大致相同。由此，当主流体流过平坦部37时，主流体的流速、流量、旋流的流动的变动得到抑制，能够维持良好的流动。因此，通过从第二入口流路4流入的主流体的流动，能够稳定且高效地向喉道部8吸入副流体。
在本实施方式中，突出部14的下游侧端面与缩径部7的下游侧缘部（缩径部7与喉道部8的连接部）优选位于与喷嘴部件2的中心轴线垂直的彼此相同的面上、或者突出部14的端面比缩径部7的缘部位于稍靠上游侧的位置。即，优选的是凹部（缩径部7）的下游侧缘部与凸部（突出部14）的下游侧端面设置在大致同一面上。在这种情况下，认为当主流体通过环状流路19时，由于流路截面积在环状流路19的出口附近扩大而产生气穴。因而，通过主流体与副流体在容易产生气穴的部分合流，能够更均匀地混合主流体与副流体。
此外，在缩径部7的下游侧缘部与突出部14的下游侧端面的位置关系上，有时即使想要将它们设置在同一面上，也由于各部件的尺寸公差、组装误差等而突出部14的端面向缩径部7的缘部的上游侧或下游侧偏离。即使在这样突出部14的端面与缩径部7的缘部不完全在同一面上而是一方向另一方的上游侧或下游侧偏离的情况下，也视为实质上位于同一面上而在本说明书中称为同一面上。即，同一面上不仅指完全的同一面，还包括位于大致同一面上的情况。
在本实施方式中，由外壳部34和流路部36构成主体1，流路部36和喷嘴部件2与外壳部34螺合。通过这种结构，能够容易地变更连通流路18、环状流路19的形状，能够适当修正主流体与副流体的流动。此外，本实施方式的其它结构以及动作与第四实施方式相同，因此省略说明。也可以将旋转部37和平坦部38设置在缩径部7上，代替设置在突出部14。
第六实施方式
参照图12来说明本发明的第六实施方式。在第一实施方式中，在主体1与喷嘴部件2的对置面之间所形成的第二入口流路4中产生旋流，但是在第六实施方式中，构成为在喷嘴部件2的内部的第一入口流路3中产生旋流。图12是表示第六实施方式所涉及的直通式流体混合装置的结构的纵截面图。此外，对与图1、2相同的部分附加同一标记，下面主要说明与第一实施方式的不同点。
如图12所示，在主体1的第一入口流路3内插入配置有外径与锥形部17的上游的第一入口流路3的内径大致相等地形成的扭曲叶片形状的旋转件30。此外，虽然省略图示，但是在主体1与喷嘴部件2中未形成槽部（图3的槽部12等）。喷嘴部件2以在主体1的收容部6的底面23与喷嘴部件2的突出部14侧的端面24之间保持适度的间隙的方式与主体1螺合，通过该间隙形成连通流路18，并且由喷嘴部件2的突出部14的外周面与主体1的缩径部7的内周面形成环状流路19。在第一入口流路3中，通过旋转件30的扭曲而产生旋流，该旋流从喷出口16流入喉道部8。此外，只要产生旋流，旋转件30的形状不限于扭曲叶片形状。本实施方式的其它结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
接着，说明第六实施方式的动作。在图12中，从第一入口开口部20通过泵等压送单元向第一入口流路3导入的主流体通过旋转件30的作用而在第一入口流路3内成为旋流，经过锥形部17从突出部14前端的喷出口16流入主体1的喉道部8。通过在锥形部17处缩小流路，在喉道部8处产生负压，但是由于旋流越靠流路的外周侧则绝对流速越快，因此产生的负压也是外周部的一侧更大。因而，在与喉道部8的内周面连续形成的环状流路19的开口部附近产生大的负压，从第二入口开口部21有效地吸引副流体。此时，在喉道部8处主流体与副流体混合，被混合的主流体和副流体通过从喉道部8的流路全周成为旋流而流入的主流体的搅拌作用而无不均地均匀地混合。
另一方面，在从第二入口开口部21通过泵等压送单元导入主流体的情况下，从第二入口开口部21经过环状流路19流入喉道部8的主流体通过作为节流流路的缩径部7、喉道部8、扩径部9，从而通过文丘里效应在喉道部8处产生负压。由此，从设置于喷嘴部件2的突出部前端的喷出口16，从第一入口开口部20向第一入口流路3吸引副流体。被吸引的副流体通过旋转件30，从而成为旋流而流入喉道部8。主流体与副流体混合的作用与从第一入口开口部20导入主流体时相同，因此省略说明。
此外，在上述第一实施方式~第五实施方式中，构成为从第二入口开口部21流入的流体成为旋流，在上述第六实施方式中，构成为从第一入口开口部20流入的流体成为旋流，但是也可以构成为从第一入口开口部20和第二入口开口部21流入的流体都成为旋流。即，也可以将第一实施方式~第六实施方式任意地组合来构成直通式流体混合装置。在构成为从第一入口开口部20和第二入口开口部21流入的流体都成为旋流的情况下，通过从喷出口16流入喉道部8的旋流与从环状流路19流入喉道部8的旋流相互干扰，能够进行提高了搅拌效果的混合。为了更加提高搅拌效果，优选的是各个旋流沿相反方向旋转。
在上述实施方式中，在喷嘴主体2上设置第一入口开口部20（第一入口部），并且沿长边方向延伸设置锥形部17和喷出口16（第一通路部），来从第一入口开口部20至喷出口16形成了第一入口流路3，但是第一流路形成单元的结构不限于上述结构。在主体1上设置第二入口开口部21（第二入口部），并且在主体1与喷嘴部件2的对置面（第二通路部）上形成连通流路18和环状流路19，从第二入口开口部21至环状流路19形成了第二入口流路4，但是只要至少沿着包围喷出口16的周围的锥形面形成通路，第二流路形成单元的结构就不限于上述结构。在主体1上设置缩径部7、喉道部8（细径部）、扩径部9以及出口开口部22（出口部），从缩径部7至出口开口部22形成了出口流路5，但是第三流路形成单元的结构不限于上述结构。即，由主体1和喷嘴部件2形成了第一入口流路3、第二入口流路4以及出口流路5，但是也可以使用其它部件来形成这些流路3~5。对于在主体1上以锥形状缩径的缩径部7，在喷嘴部件2上设置以锥形状突出的突出部14来将两者嵌合，但是主体1和喷嘴部件2的结构也不限于此。
在上述实施方式中，在主体1与喷嘴部件2的对置面上沿周方向设置多个槽部12、25~29、12b、26b，或者在喷嘴部件2的第一入口流路3配置旋转件30来产生旋流，但是旋流产生单元的结构不限于此。也可以对主体1的缩径部7（凹部）的内周面与喷嘴部件2的突出部14（凸部）的外周面这两方设置槽部，还可以对主体1的端面23与喷嘴部件2的端面24这两方设置多个槽部。另外，也可以在缩径部7的内周面与突出部14的外周面这两方以及端面23、24这两方设置多个槽部。即，只要能够实现本发明的特征、功能，本发明就不限定于实施方式的直通式流体混合装置。
根据本发明的直通式流体混合装置，能够得到如下效果。
（1）从第一入口流路或第二入口流路导入的流体中的任一方成为旋流，由此能够有效地混合及搅拌合流的流体彼此。因此，不需要在下游侧另外设置静止型搅拌机，能够实现小型且低成本的结构。
（2）旋流沿着文丘里管的内壁面及其下游侧的配管内壁流动。该流动在气穴产生条件下作为保护层发挥功能，与此同时通过气穴现象生成的气泡向配管中央聚集，因此能够防止配管内壁的损伤。
附图标记说明
1：主体；2：喷嘴部件；3：第一入口流路；4：第二入口流路；5：出口流路；6：收容部；7：缩径部；8：喉道部；9：扩径部；10：圆环状槽部；11：内螺纹部；12、12b：槽部；13：圆柱部；14：突出部；15：外螺纹部；16：喷出口；17：锥形部；18：连通流路；19：环状流路；20：第一入口开口部；21：第二入口开口部；22：出口开口部；23：底面；24：端面；25：槽部；26、26b：槽部；27：外周槽部；28：螺旋槽部；29：螺旋槽部；30：旋转件；31：中间部；32a：圆筒部；32b：连接部；34：外壳部；36：流路部；37：旋转部；38：平坦部。

Claims (4)

1.一种直通式流体混合装置，其特征在于，具备：
喷嘴部件(2)，具有第一入口部(20)和沿着长边方向延伸设置的第一通路部，从上述第一入口部至上述第一通路部形成有第一入口流路(3)；以及
主体(1)，具有第二入口部(21)和沿着包围上述第一通路部的周围的锥形面(7)延伸设置的第二通路部(10)，从上述第二入口部(21)至上述第二通路部(10)形成第二入口流路(4)，并且具有细径部(8)、扩径部(9)以及出口部(22)，从上述细径部(8)至上述扩径部(9)和上述出口部(22)扩大流路面积，并且形成在上述细径部(8)的端部与上述第一入口流路(3)和上述第二入口流路(4)分别连通的出口流路(5)，
上述喷嘴部件(2)具有：
大致圆锥台形状的突出部(14)，形成在上述第一入口流路(3)的一端部；
圆柱部(13)，形成在上述第一入口流路(3)的相反侧的另一端部；以及
大致圆柱形状的中间部(31)，形成在上述突出部(14)与上述圆柱部(13)之间，具有比上述圆柱部(13)的外径及上述突出部(14)的上游侧的端部的外径小的外径，
上述主体(1)具有：
外壳部(34)，具有圆筒部(32a)和从上述圆筒部(32a)的侧面突出且在端部设置有上述第二入口部(21)的连接部(32b)；以及
流路部(36)，在上述喷嘴部件(2)侧的端部形成有具有上述锥形面(7)的圆锥台形状的凹部，在内部形成有上述出口流路(5)，
上述第二入口流路(4)具有：
环状流路(19)，形成于在上述突出部(14)嵌合在上述凹部中的状态下彼此对置的上述主体(1)与上述喷嘴部件(2)之间；以及
连通流路(18)，形成于在上述圆柱部(13)与上述突出部(14)之间所形成的上述中间部(31)的周围，
在上述凹部的内周面和上述突出部(14)的外周面中的至少一方上，沿周方向形成有产生旋流的多个槽部(29a)，
上述槽部(29a)从上述凹部及上述突出部(14)中的至少一方的上游侧的端部形成至中间位置，
在上述槽部(29a)的下游侧，形成有在上述凹部的内周面与上述突出部(14)的外周面之间形成为环状的平坦部(38)，
上述凹部和上述突出部(14)形成为，在上述突出部(14)嵌合在上述凹部中时，上述凹部的上述槽部(29a)或与上述槽部(29a)对置的部分的内周面与上述突出部(14)的上述槽部(29a)或与上述槽部(29a)对置的部分的外周面成为彼此相同的倾斜角，并且彼此抵接，
上述凹部的上游侧缘部和上述突出部(14)的上游侧端面设置在大致同一面上，
上述凹部的下游侧缘部和上述突出部(14)的下游侧端面设置在大致同一面上。
2.根据权利要求1所述的直通式流体混合装置，其特征在于，
上述槽部(29a)在上述凹部的内周面和上述突出部(14)的外周面中的至少一方上向径向外侧形成为放射曲线状。
3.根据权利要求1所述的直通式流体混合装置，其特征在于，
上述槽部(29a)沿着不与上述第一入口流路(3)的中央轴线交叉地向径向外侧延伸的直线形成。
4.根据权利要求1所述的直通式流体混合装置，其特征在于，
上述槽部(29a)在上述凹部的内周面和上述突出部(14)的外周面中的至少一方上形成为螺旋状。
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