JP2016073899A - 流体混合器および流体混合器を用いた装置 - Google Patents

Abstract

【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、流体を混合するとともに撹拌することのできる、コンパクトな構成の流体混合器を提供する。
【解決手段】本発明は、流体入口と３、３３、６３、流体入口に接続する第一流路４、３４、６４と、第一流路と連通または離間して配置されるとともに、第一流路と同じ中心軸を有するように配置される第二流路５、３５、６５と、第一流路に接続するとともに、第二流路の外周に配置される第三流路６、３６、６６と、第三流路から分岐して、第二流路と接続する複数の分岐流路７、３７、６７と、第二流路に接続する流体出口８、３８とを有する流体混合器に関する。複数の分岐流路は、第三流路の異なる位置から各々分岐し、第二流路の異なる位置において第二流路と各々接続する。
【選択図】図１

Description

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、流体を混合するとともに撹拌することのできる流体混合器および流体混合器を用いた装置に関するものである。

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１４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。

特開２００１−２０５０６２号公報

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１５（ａ）に示すように配管の径方向Ｄｄの濃度分布をムラなく均一化することはできるが、図１５（ｂ）に示すように配管の軸方向（流れ方向）Ｆｄ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薬液の濃度が濃い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Ｄｄで均一化されるように水と薬液は撹拌されても、配管の軸方向（流れ方向）Ｆｄ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い状態のまま下流側へ流れてしまう（図１５（ｂ）参照）。これにより、半導体洗浄装置、特に半導体ウエ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。

この配管の軸方向（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、配管などが別途必要となるため、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場合がある。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。

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、流体を混合するとともに撹拌することのできる、コンパクトな構成の流体混合器を提供することである。

請求項１の発明によれば、流体入口と、前記流体入口に接続する第一流路と、前記第一流路と連通または離間して配置されるとともに、前記第一流路と同じ中心軸を有するように配置される第二流路と、前記第一流路に接続するとともに、前記第二流路の外周に配置される第三流路と、前記第三流路から分岐して、前記第二流路と接続する複数の分岐流路と、前記第二流路に接続する流体出口と、を有し、前記複数の分岐流路は、前記第三流路の異なる位置から各々分岐し、前記第二流路の異なる位置において前記第二流路と各々接続することを特徴とする流体混合器が提供される。

すなわち、請求項１の発明では、第一流路および第三流路を流れる流体が、複数の分岐流路によって、流路軸線方向における互いに異なる位置から各々分岐され、分岐された流体は流路軸線方向における互いに異なる位置から第二流路に各々流入する。このとき、分岐流路によって分岐された流体は各々時間差をもって第二流路に流入し、流体出口から流出する。つまり、流体混合器より上流側を流れる流路内で、流体中の薬液の濃度が一時的に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することができる。それによって、濃度の安定した流体を供給することができ、各種分野における薬液濃度の変化による不良の発生を防止することができる。

請求項２の発明によれば、端部に前記流体入口が形成され、内部に前記第一流路が形成される第一流路形成部と、端部に前記流体出口が形成され、内部に前記第二流路が形成され、外周面に複数の連通孔が前記第二流路と外部とを各々連通するように形成された本体部と、を有するエレメントと、内部に前記エレメントを収容するとともに、前記エレメントの少なくとも両端部と嵌合する筐体と、を有し、前記筐体の内周面または前記本体部の外周面の少なくとも一方に、複数の遅延部材が流路軸線方向に不連続に形成され、前記筐体の内周面と前記本体部の外周面との間には連続したひとつの空間が形成され、前記空間が前記第三流路となり、前記連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項１に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項２の発明では、筐体の内周面または本体部の外周面の少なくとも一方に、遅延部材が形成されているので、分岐流路によって分岐された流体が第二流路に流入するときに生じる各々の時間差を大きくすることができ、より効果的に流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化することができる。また、複数の遅延部材が流路軸線方向に不連続に形成されているので、流体混合器を流れる流体の流量や流速、性状、求められる混合の度合いなどに応じて、遅延部材の形状や配置を柔軟に設計することができる。また、複数の遅延部材が流路軸線方向に不連続に形成されているので、エレメントを分割して形成するときは、遅延部材と遅延部材の間に連結面を配置することによって、精密な位置合わせを必要とすることなくエレメントを組み立てることができるので、設計および成形加工が容易になる。また、流体混合器を少ない部品点数でコンパクトに形成することができる。ここで、遅延部材とは、流体の流れを妨げることによって、流体が特定の場所に、到達する時間を遅延させる障害物のことである。

請求項３の発明によれば、端部に前記流体出口が形成され、内部に前記第二流路が形成され、外周面に複数の連通孔が前記第二流路と外部とを各々連通するように形成された本体部を有するエレメントと、端部に前記流体入口が形成され、内部に前記第一流路が形成される第一流路形成部を有し、かつ、内部に前記エレメントを収容するとともに、前記エレメントの少なくとも前記流体出口が形成された端部と嵌合する筐体と、を有し、前記筐体の内周面または前記本体部の外周面の少なくとも一方に、複数の遅延部材が流路軸線方向に不連続に配置され、前記筐体の内周面と前記本体部の外周面との間には連続したひとつの空間が形成され、前記空間が前記第三流路となり、前記連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項１に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項３の発明では、請求項２と同様な作用効果を発現することができる。

請求項４の発明によれば、本体部が略円錐台形状に形成され、前記遅延部材が板形状の突出部であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項４の発明では、遅延部材である突出部が板形状に形成されているので、特に流路軸線方向にそって多くの突出部を配置することができ、流体混合器を流れる流体に応じて、遅延部材の形状や配置を柔軟に設計することができる。

請求項５の発明によれば、突出部は本体部の外周面の円周上に少なくとも二個ずつ突設され、流路軸線方向に隣接する前記突出部は互いの突出方向を円周方向にずらして配置されるとともに、前記円周上における前記第三流路の流路断面積が、上流側から下流側に向かって漸次減少していることを特徴とする請求項４に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項５の発明では、突出部が本体部の外周面の円周上に突設されているので、突出部が流路軸線に直交して設置されやすくなり、流体の流れを効果的に妨げることができる。また、突出部が本体部の外周面の円周上に少なくとも二個ずつ突設され、流路軸線方向に隣接する突出部が互いの突出方向を円周方向にずらして配置されているので、流体が下流側に流れるときに頻繁に突出部に衝突させることができる。また、突出部が突設されている円周上の第三流路の流路断面積が上流側から下流側に向かって漸次減少しているので、流体の流れを効果的に妨げることができる。

請求項６の発明によれば、前記本体部が、直径の異なる複数の円筒部を上流側から下流側に向かって漸次拡径するように直列かつ前記円筒部の中心軸をあわせて配置した、階段形状であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項６の発明では、本体部が階段形状に形成され、本体部の外周面が斜面のない形状に形成されているので、本体部を切削加工で形成することが容易になる。

請求項７の発明によれば、前記突出部は前記突出部が配置された本体部の円周の中心に対して反対向きに配置され、前記突出部の幅は、前記突出部が配置された円周の直径よりも大きく形成され、前記突出部の高さは、前記突出部の端部と前記筐体の内周面との間に隙間が形成される高さに形成され、前記突出部が流路軸線方向に隣接する他の前記突出部と互いの突出方向を円周方向に９０°ずらして配置されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項７の発明では、第三流路を流れる流体の流れをより効果的に妨げることができ、分岐流路によって分岐された流体が第二流路に流入するときに生じる各々の時間差を大きくすることができる。

請求項８の発明によれば、前記筐体の内周面と前記本体部の外周面との間に、流路軸線方向にそって前記本体部の上流側から下流側に向かって、前記突出部に干渉しない直線状の隙間流路が形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項８の発明では、上流側から下流側に向かって突出部に干渉しない直線状の隙間流路が形成されているので、第三流路を流れる流体の一部は突出部に流れを妨げられることなく流れることができ、突出部に流れを妨げられる流体との間で時間差を形成することができる。

請求項９の発明によれば、前記突出部が前記階段形状の段差部に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項９の発明では、突出部が階段形状に形成された本体の段差部に形成されているので、突出部を本体部に嵌合してエレメントを組み立てる場合には、突出部の位置決めが容易になる。また、突出部の下流側に段差部を配置すると突出部を支持することができる。

請求項１０の発明によれば、前記エレメントの少なくとも前記遅延部材が射出成形可能な形状であることを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の流体混合器が提供される。

すなわち、請求項１０の発明では、遅延部材が射出成形可能な形状に形成されているので、エレメントを効率的に製造することができる。

請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体混合器と、前記流体混合器に複数の異種流体を合流して導く流路を形成する流路形成手段と、を備えることを特徴とする流体混合器を用いた装置が提供される。

すなわち、請求項１１の発明では、上述の流体混合器と前記流路形成手段とを備えることにより、多用な異種流体を混合する装置を形成することができる。

請求項１乃至請求項１０に記載の発明によれば、流体混合器より上流側を流れる流路内で、薬液の濃度が一時的に濃くまたは薄くなった状態でも、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り、各種分野における薬液濃度の変化による不良の発生を防止できる流体混合器を提供することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、さらに、多様な異種流体を混合する装置を提供することができる。

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縦断面図である。 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。 本発明の第二の実施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。 本発明の第二の実施形態に係る流体混合器の概略構成を示す横断面図である。 本発明の第二の実施形態におけるエレメントの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第二の実施形態におけるエレメントの変形例の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第三の実施形態におけるエレメントの概略構成を示す分解縦断面図である。 本発明の第四の実施形態におけるエレメントと筐体の概略構成を示す部分断面斜視図である。 本発明の第四の実施形態におけるエレメントと筐体の概略構成を示す他の部分断面斜視図である。 本発明の流体混合器を用いた装置の実施形態を示す模式図である。 本発明の流体混合器を用いた装置の実施形態の変形例を示す模式図である。 従来の流体混合器を示す縦断面図である。 図１４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。

以下、本発明の実施形態について図面に示す実施例を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

−第一の実施形態−
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。第一の実施形態では、略円筒状、すなわち円筒状もしくはほぼ円筒状のエレメント１と、エレメント１の少なくとも両端部を含む外周面と嵌合する略円筒状の筐体２とにより、混合流路を有する流体混合器が形成される。

エレメント１は例えばポリ塩化ビニル（以後、ＰＶＣと記す。）製である。ここで、第一の実施形態では、エレメント１は流体入口３および第一流路４が形成される第一流路形成部１３と流体出口８および第二流路５が形成される本体部１２とを有している。第一流路形成部１３はエレメント１の一端側に形成され、第一流路形成部１３の端面に流体入口３が形成され、内部に流体入口３に接続された第一流路４が形成されている。本体部１２はエレメント１の中間部から他端側に形成され、本体部１２の端面に流体出口８が形成され、内部には流体出口８に接続された第二流路５が形成されている。第一流路４と第二流路５はエレメント１の中心軸上に離間して直線状に配置されている。本体部１２の外周面には、エレメント１と同一の中心軸を有する環状凹部１４が形成されている。環状凹部１４の一端部には環状凹部１４と第一流路４とを連通する複数の連通孔１５が形成されている。本体部１２の外周面と筐体２の内周面とで形成される空間と連通孔１５とにより第三流路６が形成される。環状凹部１４における本体部１２の外周面には第二流路５と第三流路６とを各々連通する複数の分岐流路７となる連通孔１１が形成されている。また、本体部１２の外周面には環状凹部１４を隔てて、複数の環状の突出部１０が形成されている。突出部１０は、第三流路６内の流体の流れを遅延させるための、後に詳述する遅延部材９として本体部１２の流路軸線方向に不連続に形成されている。

筐体２は例えばＰＶＣ製である。筐体２の内径はエレメント１の両端部の外径と略同径に形成されている。筐体２の内周面には、環状溝からなる複数の溝部１６が形成されている。溝部１６は遅延部材９として筐体２の流路軸線方向に不連続に形成されている。筐体２の外周面の端部には、エレメント１と筐体２とを挟持固定する固定ナット１７を螺合するための雌ネジ部が形成されている。また、筐体２とエレメント１との間にはエレメント１の両端部の外周面に形成されている環状溝に嵌着されたＯリングが配置されており、筐体２とエレメント１との境界面が水密状態に維持されている。

なお、筐体２とエレメント１の形状は略円筒形であるが、円筒形状以外にも直方体などの形状の筒状体であっても良い。また、筐体２とエレメント１はシールした状態で固定されているのであればどのような方法で固定させても良く、溶接や接着などでも良い。

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。

流体混合器の上流側で連続的に流れている水に薬液を間欠的に注入し、水と混合された薬液が一時的に薬液の濃度が濃い状態で流れるとき、流路内で部分的に濃度が濃い状態で流れる薬液は、流体入口３から第一流路４に流入して下流側に流れ、第三流路６に流入する。第三流路６に流入した薬液は連通孔１５を通過し、本体部１２に形成された突出部１０ａを乗り越えて、下流側に流れる。突出部１０ａを乗り越えた薬液は、薬液の薬液濃度が濃い部分が、分岐流路７ａが接続した箇所を流れると、その一部分が分岐流路７ａを流れて第二流路５を通って流体出口８へ流れる。

残りの薬液は突出部１０ｂを乗り越え、下流側へ流れる。このとき、薬液は突出部１０ｂに衝突したり、筐体２の内周面と突出部１０ｂとの間に形成される狭隘な隙間を通過したり、筐体２の内周面に形成された溝部１６に起因して生じる乱流によって流れを妨げられる。すなわち、遅延部材９の作用によって、分岐流路７ａが接続した箇所を通過した薬液が分岐流路７ｂに到達する時間が遅くなる。突出部１０ｂを乗り越えた薬液は、薬液の薬液濃度が濃い部分が、分岐流路７ｂが接続した箇所を流れると、その一部分が分岐流路７ｂを流れて第二流路５を通って流体出口８へ流れる。

残りの薬液は突出部１０ｃを乗り越え、下流側へ流れる。このとき、薬液が突出部１０ｂを乗り越えた場合と同様に、薬液は突出部１０ｃや溝部１６によって流れを妨げられる。突出部１０ｃを乗り越えた薬液は、薬液の薬液濃度が濃い部分が、分岐流路７ｃが接続した箇所を流れると、その一部分が分岐流路７ｃを流れて第二流路５を通って流体出口８へ流れる。残りの薬液は、突出部１０ｄを乗り越え、下流側へ流れる。このとき、薬液が突出部１０ｃを乗り越えた場合と同様に、薬液は突出部１０ｄや溝部１６によって流れを妨げられる。突出部１０ｄを乗り越えた薬液は、薬液の薬液濃度が濃い部分が、分岐流路７ｄが接続した箇所を流れると、分岐流路７ｄを流れて第二流路５を通って流体出口８へ流れる。

このとき、分岐流路７ａを流れる部分的に濃度が濃い状態の薬液の一部は、他の分岐流路７ｂ、７ｃ、７ｄを流れる薬液よりも、流体入口３から流体出口８までの流路を円滑に流れることから、他の分岐流路７ｂ、７ｃ、７ｄを流れる薬液よりも早く流体出口８から流出する。分岐流路７ａ以外の分岐流路７ｂ、７ｃ、７ｄを流れる薬液は、それぞれ突出部１０や溝部１６である遅延部材９によって円滑な流れを阻害され、それぞれの分岐流路７に到達する時間が遅くなり、時間差をもって分岐流路７ｂ、分岐流路７ｃ、分岐流路７ｄの順で流体出口８から流出する。つまり、流路内で部分的に濃度が濃い状態の流れている薬液は流体混合器によって時間差をもって４つに分割されて流れることとなり、濃度を濃くされ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。

ここで、流体混合器が、部分的に濃度が濃い状態で流れる薬液を分割して、流体の流れ方向の濃度分布をムラなく均一化する作用について説明する。図２に示すように、２つの流体である純水と薬液が各々流れるライン１８、１９の合流部の下流側に図１の流体混合器を配置させた配管系において、図１の流体混合器の上流側と下流側に濃度計２０、２１を各々設置して、上流側から水と薬液を混合して流す装置を作成する。そして、装置に水と薬液を一定の比率で流している途中で、一時的に薬液の濃度を濃くした状態（水に対して薬液の比率を大きくする）とする。その後、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。

図３は流体混合器の上流側に設置した濃度計２０により得られる特性を示す。ここで横軸は経過時間、縦軸は濃度である。ある一定時間に濃度が濃くなるような場合では、図３に示されているようなピーク（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２１により得られる特性を示す。図４を参照すると、濃度のピークが４つに分散されて、ピーク（Ｈ２）の高さはピーク（Ｈ１）の約４分の１になっている。

濃度のピーク間の間隔Ｔ１は、流体が第三流路６内において分岐流路７ａの入口の位置を通過してから、第三流路６内において突出部１０ｂを乗り越えて分岐流路７ｂを通って分岐流路７ｂの出口に至るまでの時間から、分岐流路７ａを通って第二流路５内において分岐流路７ｂの出口に至るまでの時間を差し引いた時間に対応している。濃度のピーク間の間隔Ｔ２は、流体が第三流路６内において分岐流路７ｂの入口を通過してから、第三流路６内において突出部１０ｃを乗り越えて分岐流路７ｃを通って分岐流路７ｃの出口に至るまでの時間から、分岐流路７ｂを通って第二流路５内において分岐流路７ｃの出口に至るまでの時間を差し引いた時間に対応している。濃度のピーク間の間隔Ｔ３は、流体が第三流路６内において分岐流路７ｃの入口を通過してから、第三流路６内において突出部１０ｄを乗り越えて分岐流路７ｄを通って分岐流路７ｄの出口に至るまでの時間から、分岐流路７ｃを通って第二流路５内において分岐流路７ｄの出口に至るまでの時間を差し引いた時間に対応している。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撹拌されることにより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。

第一の実施形態では、流体入口３を流体が流入する入口、流体出口８を流体が流出する出口として、流体が流体入口３から流体出口８に流れるようにしたが、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８は流体が流入する入口となり、流体入口３は流体が流出する出口となる。

第一の実施形態の流体混合器は部品点数が少なく、容易に製造することができる。また、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、流体混合器を配管に接続する際も流体入口３と流体出口８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、短時間で施工することができる。

第一の実施形態では、筐体２とエレメント１の両方に遅延部材９が配置されているが、遅延部材９は筐体２とエレメント１の少なくとも一方に配置されていればよい。遅延部材９が筐体２とエレメント１の少なくとも一方に配置されていれば、流体混合器内を流れる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、流体を混合するとともに撹拌することのできる、

−第二の実施形態−
以下、図５〜７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。図６は、第二の実施形態に係る流体混合器の概略構成を示す横断面図である。図７は、第二の実施形態に係るエレメント３１の概略構成を示す斜視図である。第二の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、主にエレメント３１の形状である。すなわち、第二の実施形態では、エレメント３１の内部には、分岐流路３７と第二流路３５が形成され、外部には、遅延部材３９として板形状の突出部４０が形成されている。なお、以下では第一の実施形態との相違点を主に説明する。

エレメント３１は例えばＰＶＣ製である。第二の実施形態では、第一の実施形態とは異なり、エレメント３１は流体入口３３と第一流路３４が形成される第一流路形成部を有しておらず、エレメント３１は流体出口３８と第二流路３５が形成される本体部４２のみを有している。本体部４２は、直径の異なる複数の円筒部を上流側から下流側に向かって段階的に拡径するように直列かつ円筒部の中心軸をあわせて配置した略円錐台形状である。すなわち、略円錐台形状の錐体面は段差部（円筒部と円筒部との境界部分に形成される段差部分）を有する階段形状である。エレメント３１の一端面には開口４３が形成され、開口４３には第二流路３５の細径部４４が接続されている。エレメント３１の他端面には流体出口３８が形成され、流体出口３８には第二流路３５が接続されている。第二流路３５は一端側から他端側にかけて流路断面積が漸次大きくなっている。また、エレメント３１の他端部の外周面には、エレメント３１と筐体３２とを螺合するための雄ネジ部が形成されるとともに、エレメント３１と筐体３２との間の境界面を水密状態に維持するＯリングを嵌着する環状溝が形成されている。また、エレメント３１の他端面には、エレメント３１と鍔付き短管４６とを水密状態に維持するＯリングを嵌着する環状溝が形成されている。

エレメント３１の本体部４２の外周面には、遅延部材３９となる突出部４０が略矩形の平坦な板形状に形成されている。突出部４０が板形状に形成されていると、流路軸線方向に多くの突出部４０を配置することができるので、流体混合器を流れる流体の性状や種類に応じて、突出部４０の配置を柔軟に設計することができる。突出部４０は各々の段差部の円周上に二個ずつ突設され、二個の突出部４０は同一形状かつ当該円周の中心に対して反対向きに配置されている。突出部４０の幅は、突出部４０が配置された本体部４２の部分における円周の直径よりも大きく形成されている。突出部４０の高さは、突出部４０の端部と筐体３２の内周面との間にわずかな隙間が形成される程度の高さに形成されている。ここで、「わずかな隙間」とは、エレメント３１が筐体３２に中心軸を合わせて挿通されたときに、突出部４０の端部が筐体３２の内周面に干渉することを防ぐことができるわずかな隙間である。また、突出部４０は、突出部４０が配置される場所が下流側に近づくにつれて、突出部４０の幅は大きくなり、突出部４０の高さは低くなり、突出部４０が形成されたそれぞれの円周上における第三流路３６の流路断面積は小さくなるように形成されている。また、流路軸線方向に隣接する突出部４０は、互いの突出方向を円周方向に９０°ずらして配置されている。また、筐体３２の内周面と本体部４２の外周面との間には、突出部４０に干渉しない直線状の隙間流路４５が流路軸線方向にそって形成されている。また、流路軸線方向に隣接する突出部４０の間には、第二流路３５と第三流路３６とを各々連通する複数の分岐流路３７となる連通孔４１が最短距離で形成されている。

筐体３２は例えばＰＶＣ製である。第二の実施形態では、筐体３２は円筒状に形成されている。筐体３２の一端面の開口が流体入口３３となり、筐体３２の一端部の内部には第一流路３４が形成されている。すなわち、筐体３２の一端部が第一流路形成部となる。このとき、第一流路３４は第二流路３５と同じ中心軸を有している。筐体３２の一端部の内径は流体混合器の上流側に接続される配管の口径と略同径に形成され、中間部から他端部の内径はエレメント３１の他端部の外径と略同径に形成されている。筐体３２の内周面は凹凸のない滑らかな面で形成され、筐体３２の内周面と本体部４２の外周面とで形成される空間が第三流路３６となり、第三流路３６の流路断面積は上流側から下流側に向かって減少する傾向にある。筐体３２の両端部には、筐体３２と、筐体３２の上流側および下流側の配管と、を接続する接続部となる鍔付き短管４６が接続されている。筐体３２の両端部の外周面には、エレメント３１と、筐体３２と、鍔付き短管４６と、を挟持固定するキャップナット４７を螺合するための雌ネジ部が形成されている。筐体３２の一端面には、筐体３２と鍔付き短管４６とを水密状態に維持するＯリングを嵌着する環状溝が形成されている。筐体３２の他端部の内周面には、エレメント３１と、筐体３２と、を螺合するための雌ネジ部が形成されている。

次に、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。

流路内で部分的に濃度が濃い状態で流れる薬液は、流体入口３３から第一流路３４に流入して下流側に流れていく。薬液が下流側に流れると、第一流路３４を流れる薬液は第二流路３５の細径部４４に流入する薬液と、第三流路３６に流入する薬液とに分けられ、分けられた薬液は各々の流路に流れていく。細径部４４を流れる薬液は第二流路３５を下流側に流れ、第三流路３６に流入した薬液よりも早く、流体出口３８から排出される。

細径部４４に流入した薬液以外の薬液は第三流路３６に流れていく。第三流路３６に流入した薬液は突出部４０ａに衝突する薬液と、突出部４０ａに衝突することなく第三流路３６を更に下流側に流れる薬液とに分けられる。突出部４０ａは、これらの突出方向が本体部４２の外周面の円周上から流路軸線にほぼ直交するように配置されているので、流体の流れを効果的に妨げることができる。突出部４０ａに衝突し流れを妨げられた薬液は、突出部４０ａを迂回して第三流路３６を更に下流側に流れる。すなわち、突出部４０ａに衝突し流れを妨げられた薬液は、突出部４０ａに衝突することなく第三流路３６を更に下流側に流れていく薬液よりも遅れて、第三流路３６を下流側に流れていく。突出部４０ａを通過した薬液は、薬液の薬液濃度の濃い部分が、分岐流路３７ａと接続している箇所を流れると、その一部分が分岐流路３７ａを流れて第二流路３５を通って流体出口３８へ流れる。このとき、分岐流路３７ａから第二流路３５に流れる薬液は、遅延部材３９である突出部４０ａによって流れを妨げられた後で分岐流路３７ａに流入していることから、第二流路３５の細径部４４を流れる薬液よりも遅延して、流体出口３８から流出する。

残りの薬液は、突出部４０ｂに衝突し流れを妨げられる薬液と、突出部４０ｂに衝突することなく第三流路３６を更に下流側に流れる薬液とに分けられる。ここで、第二の実施形態では、流路軸線方向に隣接する突出部４０ａと４０ｂは、これらの突出方向を互いに円周方向に９０°ずらして配置されているので、突出部４０ａに衝突することなく通過した薬液が突出部４０ｂに衝突しやすくなっている。すなわち、薬液の流れを効果的に妨げることができ、薬液が第三流路３６の下流側に流れることを効果的に遅延させることができる。突出部４０ｂに衝突し流れを妨げられた薬液は、突出部４０ｂを迂回して第三流路３６を更に下流側に流れる。突出部４０ｂを通過した薬液は、薬液の薬液濃度が濃い部分が、分岐流路３７ｂと接続している箇所を流れると、その一部分が分岐流路３７ｂを流れて第二流路３５を通って流体出口３８へ流れる。このとき、分岐流路３７ｂから第二流路３５に流れる薬液は、遅延部材３９である突出部４０ｂによって流れを妨げられた後で分岐流路３７ｂに流入していることから、分岐流路３７ａから第二流路３５に流れる薬液よりも遅延して、流体出口３８から排出される。

残りの薬液は、第三流路３６を下流側に流れていくが、突出部４０ａ、４０ｂを通過した薬液と同様に流れていく。すなわち、突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅにさしかかると、突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅに衝突する薬液と、突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅに衝突することなく第三流路３６を下流側に流れていく薬液とに分けられる。突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅに衝突した薬液は、突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅを迂回し、第三流路３６を更に下流側に流れる。突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅを通過した薬液は、薬液の薬液濃度が濃い部分が分岐流路３７ｃ、３７ｄ、３７ｅが接続した箇所を流れると、分岐流路３７ｃ、３７ｄではその一部分、分岐流路３７ｅでは残された全部が分岐流路３７ｃ、３７ｄ、３７ｅを流れて第二流路３５を通って流体出口３８へ流れる。このとき、分岐流路３７ｃ、３７ｄ、３７ｅから第二流路３５に流れる薬液は、突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅによって流れを妨げられた後で分岐流路３７ｃ、３７ｄ、３７ｅに流入していることから、それぞれに時間差を生じさせて流体出口３８から排出される。第二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は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

第二の実施形態では、細径部４４から第二流路３５に流入した薬液が流体混合器から流出する時間と、第三流路３６に流入した薬液が、突出部４０に流れを妨げられた後に分岐流路３７から第二流路３５に流入し、流体混合器から流出する時間と、の間に時間差を設けることができる。また、複数の突出部４０が流路軸線方向に不連続に形成されているので、薬液は、突出部４０に高い頻度で衝突する部分もあれば、突出部４０に低い頻度で衝突する部分もある。従って、第三流路３６を流れる薬液が突出部４０に衝突する頻度によって、流体混合器から流出する時間に時間差を設けることができる。また、第二の実施形態では、筐体３２の内周面と本体部４２の外周面との間に、流路軸線に沿って、上流側から下流側にかけて突出部４０に干渉しない直線状の隙間流路４５が形成されている。隙間流路４５を流れる薬液は突出部４０に流れを妨げられることなく第三流路３６を流れていくので、隙間流路４５を流れる薬液が流体混合器から流出する時間と突出部４０に衝突して流れを妨げられながら第三流路３６を流れる薬液が流体混合器から流出する時間との間に時間差を設けることができる。すなわち、第二の実施形態の流体混合器は、流体混合器に流入する部分的に薬液の濃度が濃くなった薬液を複数に分岐して、分岐された薬液を各々に時間差をつけて流出させることで、効果的に流れ方向の濃度分布をムラなく均一化することができる。

第二の実施形態では、各々の円周上に突出部４０が二個ずつ突設され、流路軸線方向に隣接する突出部４０の突出方向を互いに円周方向に９０°ずらしているが、図８のように、各々の段差部の円周上に突出部４０を三個ずつ突設して、流路軸線方向に隣接する突出部４０を互いに円周方向に６０°ずらした位置に配置してもよい。このように、同一円周上に突設される突出部４０の個数や突出部４０をずらす角度は特に限定されない。

第二の実施形態では、突出部４０が略矩形の板形状に形成されているが、流体の流れを妨げることができれば突出部４０をどのような形状に形成してもよく、特に限定されない。例えば、突出部４０が半円形の板形状や、板に孔や切欠や窪みが形成されている形状、板が湾曲や屈曲した形状、様々な外形のブロック形状、などの形状に形成されてもよい。また、突出部４０の形状と同様に、突出部４０の高さや幅、大きさも、流体の流れを妨げることができればどのような高さや幅、大きさにしてもよく、特に限定されない。また、突出部４０の配置は、突出部４０が流路軸線方向に不連続に複数配置されていればよく、特に限定されない。例えば、形状が異なる突出部４０を不規則に配置してもよい。すなわち、突出部４０の形状や配置などは流体混合器を流れる流体の流量や流速、性状、求められる混合の度合いなどに応じて適宜設計することができる。

第二の実施形態では、突出部４０が突設されている円周上の第三流路３６の流路断面積が上流側から下流側に向かって減少している。また、第三流路３６は筐体３２の内周面と本体部４２の外周面から形成されているので、第三流路３６の流路断面積は下流側に向かって減少する傾向にある。従って、第三流路３６を流れる薬液が下流側で滞留するのを防ぐことができ、薬液を円滑に第二流路３５に導くことができる。

第二の実施形態では、全ての分岐流路３７は同一の内径を有しているが、特に限定されることはなく、各々の分岐流路３７を流れる薬液の流量を調節するために分岐流路３７ごとに内径を変化させてもよい。また、分岐流路３７の位置や数、長さ、分岐流路３７と第二流路３５との接続角度などについても、特に限定されることはなく、適宜設計することができる。

−第三の実施形態−
以下、図９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９は、第三の実施形態におけるエレメント３１の概略構成を示す分解縦断面図である。第三の実施形態が第二の実施形態と異なる点は、主にエレメント３１の形状である。すなわち、第三の実施形態では、エレメント３１が複数の円筒部材５１から形成されており、エレメント３１以外の構成は第二の実施形態と同様である。なお、以下では第二の実施形態のエレメント３１と第三の実施形態のエレメント３１との相違点について説明し、エレメント３１以外の構成については説明および図面の記載を省略する。第二の実施形態と同じ作用を示す構成には同じ符号を付与する。

エレメント３１の形状は第二の実施形態とほぼ同じ形状であるが、複数の部材を一体的に結合して形成されている。エレメント３１は直径の異なる複数の円筒部材５１を上流側から下流側に向かって漸次拡径するように直列かつ円筒部の中心軸をあわせて一体的に結合している。

最上流側の円筒部材５１ａは円筒形状に形成され、内部には第二流路３５の細径部４４となる貫通孔が形成されている。円筒部材５１ａの一端面には開口４３が形成され、他端部には円筒部材５１ａの下流側の円筒部材５１ｂと結合するための受口５２ａが形成されている。円筒部材５１ａの他端部の外周面の円周上には、遅延部材３９として、板形状に形成された二個の突出部４０ａが当該円周の中心に対して反対向きに突設されている。

円筒部材５１ａの下流側の円筒部材５１ｂは円筒形状に形成され、内部には細径部４４に連通する第二流路３５の一部となる貫通孔が上流側から下流側にかけて漸次拡径する円錐台形状に形成されている。円筒部材５１ｂの一端部には、円筒部材５１ａの受口５２ａと結合するための差し込み部５３ａが形成され、他端部には円筒部材５１ｂの下流側の円筒部材５１ｃと結合するための受口５２ｂが形成されている。円筒部材５１ｂの他端部の外周面の円周上には、板形状に形成された二個の突出部４０ｂが当該円周の中心に対して反対向きに突設されている。また、円筒部材５１ｂの外周面には、分岐流路３７aとなる連通孔４１が形成されている。

円筒部材５１ｃ、５１ｄ、５１ｅは円筒部材５１ｂと同様に形成されている。すなわち、円筒部材５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの内部には第二流路３５の一部となる円錐台形状の貫通孔が形成されている。また、円筒部材５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの一端部には、各々の上流側の円筒部材５１の受口５２と結合するための差し込み部５３ｂ、５３ｃ、５３ｄが形成され、他端部には各々の円筒部材５１の下流側の円筒部材５１と結合するための受口５２ｃ、５２ｄ、５２ｅが形成されている。円筒部材５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの他端部の外周面の円周上には、板形状に形成されたそれぞれ二個の突出部４０ｃ、４０ｄ、４０ｅが当該円周の中心に対して反対向きに突設されている。また、円筒部材５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの外周面には、分岐流路３７ｂ、３７ｃ、３７ｄとなる連通孔４１が形成されている。

最下流側の円筒部材５１ｆは円筒形状に形成され、内部には流体出口３８に連通する第二流路３５の一部となる貫通孔が形成されている。円筒部材５１ｆの一端部には、円筒部材５１ｅの受口５２ｅと結合するための差し込み部５３ｅが形成されている。円筒部材５１ｆの他端部の外周面には、エレメント３１と筐体とを螺合するための雄ネジ部が形成されるとともに、エレメント３１と筐体とを水密状態に維持するＯリングを嵌着する環状溝が形成されている。また、円筒部材５１ｆの他端面には、エレメント３１と鍔付き短管とを水密状態に維持するＯリングを嵌着する環状溝が形成されている。また、円筒部材５１ｆの外周面には、分岐流路３７ｅとなる連通孔が形成されている。

各々の円筒部材５１の受口５２と各々の受口５２に対応する差し込み部５３とを結合し、各々の円筒部材５１を一体的に結合することによって、エレメント３１が形成される。このとき、流路軸線方向に隣接する突出部４０が互いの突出方向を円周方向に９０°ずらした状態になるように、各々の円筒部材５１が結合されている。また、各々の円筒部材５１に形成された貫通孔からなる第二流路３５は段差のない滑らかな内周面を有している。また、エレメント３１は外径の異なる円筒部材５１を結合したことによって、円筒部材５１間に形成された段差部を有している。各々の突出部４０は各々の円筒部材５１の他端部に形成されていることから、突出部４０は段差部に形成されていることとなる。突出部４０が段差部に形成されることによって、突出部４０は突出部４０の下流側の円筒部材５１の一端面に支持されることができ、突出部４０に薬液が衝突しても突出部４０の変形や破損を防ぐことができる。

第三の実施形態では、エレメント３１が複数の円筒部材５１に分割されているため、エレメント３１が大きくなっても汎用的な切削加工機や射出成形機で成形加工することができる。また、円筒部材５１が円筒形状に形成されているため、切削加工が容易であり、加工時間を短くすることができる。

第三の実施形態では、円筒部材５１に同様な突出部４０が突設されているが、突出部４０の形状や配置などは適宜設計することができ、特に限定されない。また、第三の実施形態では円筒部材５１に突出部４０が一体形成されているが、突出部４０は円筒部材５１と異なる部品でもよく、突出部４０が嵌合や接着などの手段で円筒部材５１に一体的に結合されてもよい。また、円筒部材５１はどのような方法で成形加工されてもよく、特に限定されない。例えば、突出部４０や各種流路の形状を射出成形可能な形状にして、円筒部材５１を射出成形で製造すると大量生産が容易になり、円筒部材５１を切削加工で製造すると多品種少量生産が容易になる。第三の実施形態の流体混合器の作用や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それぞれ第一の実施形態と第二の実施形態と同様なので説明を省略する。

−第四の実施形態−
以下、図１０、１１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１０、１１は、第四の実施形態におけるエレメント６１と筐体６２の概略構成を示す部分断面斜視図である。第四の実施形態が第二の実施形態と異なる点は、主にエレメント６１の形状であり、エレメント６１以外の構成は第二の実施形態と同様である。第四の実施形態では、エレメント６１に遅延部材が形成されておらず、エレメント６１の外周面に分岐流路６７となる長さが異なる複数の流路形成溝７６が形成されている。すなわち、第四の実施形態では、分岐流路６７の長さを変化させることによって、分岐された流体が流体出口６８から流出するまでの時間に時間差を生じさせている。なお、以下では第二の実施形態のエレメント３１と第四の実施形態のエレメント６１との相違点について説明し、エレメント６１以外の構成については説明を省略する。

エレメント６１は例えばＰＶＣ製である。第四の実施形態では、エレメント６１は略円筒形状に形成されている。第四の実施形態では、第二の実施形態と同様に、エレメント６１には流体出口（図示せず）と第二流路６５が形成される本体部７２のみを有している。本体部７２の一端面には開口７３が形成され、開口７３にはエレメント６１を一端部から他端部にわたって貫通する第二流路６５が接続されている。本体部７２の他端面には、第二の実施形態と同様に、流体出口が形成され、流体出口には第二流路６５が接続されている。

本体部７２の一端部の外径は本体部７２の他の部分の外径よりも小さく形成されており、本体部７２の一端部は略半球形状に形成されている。筐体６２の内周面と本体部７２の一端部の外周面との間に形成された空間が第三流路６６となる。エレメント６１の一端部よりも下流側の外周面には上流側から下流側に向かって長さの異なる複数の流路形成溝７６が形成されている。各々の流路形成溝７６の下流側端部に位置する本体部７２の外周面には流路形成溝７６と第二流路６５とを連通する連通孔７１が形成されている。第四の実施形態では、筐体の内周面と各々の流路形成溝７６とで形成された空間と連通孔７１とが分岐流路６７となる。各々の分岐流路６７ａ〜ｅと第三流路６６とはそれぞれ本体部７２の同一円周上で連通している。すなわち、本体部７２の同一円周上において円周方向に分岐流路６７ａ〜ｅに連通する開口部７７ａ〜ｅが形成されている。ここで、複数の分岐流路６７の中で、分岐流路６７ａは流路軸線と平行かつ最も短い長さで形成されている。他の分岐流路６７ｂ〜ｅは、それぞれ上流側から下流側に向かって、流路軸線を中心として反時計回りに、蛇行して形成されている。

次に、本発明の第四の実施形態である流体混合器の作用について説明する。流路内で部分的に濃度が濃い状態で流れる薬液は流体混合器の流体入口６３から第一流路６４に流入し、エレメント６１の先端部に到達すると、開口７３から第二流路６５に流入する薬液と、第三流路６６に流入する薬液とに分けられる。第二流路６５に流入した薬液は第二流路６５を下流側に流れ、第三流路６６に流入した薬液よりも早く、流体出口から流出する。第三流路６６に流入した薬液は複数の分岐流路６７ａ〜ｅによって分岐される。各々の分岐流路６７に流入した薬液はそれぞれの連通孔７１から第二流路６５に流入し、流体出口から流体混合器の外部に流出する。ここで、分岐流路６７ａは流路軸線と平行かつ最も短く形成され、他の分岐流路６７ｂ〜ｅがそれぞれ上流側から下流側に向かって流路軸線を中心として反時計回りに蛇行して形成されていることから、分岐流路６７ａを流れる薬液は他の分岐流路６７ｂ〜ｅを流れる薬液よりも早く流体出口６８から流出する。また、分岐流路６７ｂ〜ｅ間の流路長の差異は、流路軸線とそれぞれの連通孔７１から流路軸線に下ろされた垂線との交点間の距離よりも大きい。従って、分岐流路６７ｂ〜ｅを流れる薬液は、それぞれの連通孔７１から第二流路６５に流入し、互いに時間差を生じさせて流体出口から流体混合器の外部に流出する。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は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、図１２、図１３を参照して上述の流体混合器を用いた装置について説明する。

本発明の実施形態に係る流体混合器は、例えば流体の温度または濃度が時間の流れに伴って変化するライン内に適用される。すなわち、本発明の実施形態に係る流体混合器は、例えばライン内にヒーターを設置してこのヒーターで加熱される液体であって、時間軸に対する流体の温度にバラツキが生じることで流体の温度が時間の流れに伴って変化する流体や、槽内に浸した固形物を流体内へ溶出させて流すラインで溶出した、当該固形物を構成する物質の濃度が時間の流れに伴って変化する流体などに適用され、流体混合器を用いることでラインの流体の温度または濃度を均一化することができる。なお、流体混合器に流体として流す物質は気体または流体であれば特に限定されない。

図１２は、本発明に係る流体混合器を用いた装置の一例を示す図である。図１２では、２つの流体が各々流れるライン８１、８２の合流部８３の下流側に本発明に係る流体混合器８６が配置されている。各流体はそれぞれポンプ８４、８５により供給される。このため、ポンプ８４、８５の脈動などにより、流体が合流したときの混合比率が時間の流れに伴って変化することがあるが、流体混合器８６により流体の混合比率が均一化されることで、時間軸に対して温度や濃度を一定にすることができる。なお、各ライン８１、８２に高温流体および低温流体をそれぞれ流した状態で、例えば高温流体が不均一に流れて時間軸に対する流体の温度にバラツキが生じる場合や、既定濃度の流体を他の流体と混合させたときに混合流体の濃度が時間の流れに伴って変化する場合などにも有効である。このときの流体は気体、液体、固体、粉体等のいずれでもよく、固体、粉体については、あらかじめ気体または液体と混合しておいてもよい。なお、３つ以上の流体が流れるラインを合流させるように装置を構成し、３つ以上の流体が流体混合器によって混合されるようにしてもよい。

図１３は、図１２の装置の変形例を示す図である。図１３では、２つの流体が各々流れるライン８７、８８の合流部８９の下流側に本発明に係る流体混合器９０を配置するとともに、流体混合器９０の下流側に他の流体が流れるライン９１が合流する合流部９２を設け、合流部９２の下流側にも本発明に係る流体混合器９３を配置している。これにより、３つ以上の流体を同時に混合すると混合ムラが生じる場合に、最初に混合した２つの流体を均一に混合した後に他の流体を混合して均一に混合させることにより、効率よく混合ムラのない均一な流体を得ることができる。例えば水と油と界面活性剤とを混合する場合において、一度にこれら全部を混ぜるとうまく混ざらずに混合ムラが生じるので、予め水と界面活性剤とを混合した後に、その混合体と油とを混合することによりこれらをムラなく均一に混合することができる。水と硫酸とを混合して希釈した後にその混合体にアンモニアガスを混合してアンモニアガスを吸収させたり、水と硫酸とを混合して希釈した後にその混合体に珪酸ソーダを混合してｐＨ調整させたりする場合にも、好適に用いることができる。なお、最初に３つ以上の流体を合流させてもよく、途中で２つ以上の流体を合流させてもよい。また、流体混合器を３つ以上直列に配置し、段階的に他の流体を混合するようにしてもよい。

本装置によって混合される異種流体の組み合わせについてさらに説明する。図１４の装置において、一方の流体が流れるライン８１には水を、他方の流体の流れるライン８２にはｐＨ調整剤、液体肥料、漂白剤、殺菌剤、界面活性剤または液体薬品のいずれかを流すようにしてもよい。

この場合、水は、純水、蒸留水、水道水、工業用水など、混合させる物質の条件に合う水であれば特に限定されない。また水の温度も特に限定されず、温水または冷水であってもよい。ｐＨ調整剤は、混合する液体のｐＨ調整に用いられる酸またはアルカリであればよく、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、カルボン酸、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム水溶液などが挙げられる。液体肥料は、農業用の液状の肥料であればよく、糞尿や化学肥料などが挙げられる。

漂白剤は、化学物質の酸化または還元反応を利用して色素を分解するものであればよく、次亜塩素酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、過酸化水素、オゾン水、二酸化チオ尿素、亜二チオン酸ナトリウムなどが挙げられる。殺菌剤は、病原性または有害性を有する微生物を殺すための薬剤であり、ヨードチンキ、ポビドンヨード、次亜塩素酸ナトリウム、クロル石灰、マーキュロクロム液、グルコン酸クロルヘキシジン、アクリノール、エタノール、イソプロパノール、過酸化水素水、塩化ベンザルコニウム、塩化セチルピリジニウム、クレゾール石鹸液、亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸水、オゾン水などが挙げられる。

界面活性剤は、分子内に水になじみやすい部分（親水基）と、油になじみやすい部分（親油基・疎水基）とを持つ物質であり、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタイン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグルコシド、脂肪酸ジエタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテル、アルファスルホ脂肪酸エステルナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸エステルナトリウム、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム、しょ糖脂肪酸エステルソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、アルキルアミノ脂肪酸ナトリウム、アルキルベタイン、アルキルアミンオキシド、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩などが挙げられる。

また、液体薬品の範疇に入るのであれば上記のカテゴリに入らない液体薬品を用いてもよく、塩酸、硫酸、酢酸、硝酸、蟻酸、フッ酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化アンモニウム、珪酸ソーダ、油などが挙げられる。なお、ここに挙げた液体薬品は上記のカテゴリに該当するものとして使用されることもある。また、一方の流体が流れるライン８１に水を、他方の流体の流れるライン８２にお湯を流してもよく、水とお湯とを混ぜて均一で一定の温度に混合させるようにしてもよい。

また、一方の流体が流れるライン８１に第一の液体薬品を、他方の流体の流れるライン８２に第二の液体薬品または金属を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。ここで、第一および第二液体薬品は混ぜることが可能である液体薬品であればよく、上記の液体薬品またはそれ以外の液体薬品でもよい。液体薬品には、例えばフォトレジスト、シンナーなどが挙げられる。また、液体薬品は化粧品であってもよい。化粧品は、洗顔料、クレンジング、化粧水、美容液、乳液、クリームおよびジェルといった肌質自体を整えることを目的とする基礎化粧品や、口臭、体臭、あせも、ただれ、脱毛などの防止、育毛または除毛、ねずみや害虫駆除などの医薬部外品に当たる薬用化粧品などが挙げられる。

金属は主に有機金属化合物であり、微小な粒状体または粉体を有機溶剤等に溶解させた液体が使用される。有機金属化合物は、クロロ（エトキシカルボニルメチル）亜鉛のような有機亜鉛化合物、ジメチル銅リチウムのような有機銅化合物、グリニャール試薬、ヨウ化メチルマグネシウム、ジエチルマグネシウムのような有機マグネシウム化合物、n-ブチルリチウムのような有機リチウム化合物、金属カルボニル、カルベン錯体、フェロセンをはじめとするメタロセンなどの有機金属化合物、パラフィンオイルに溶解させた単元素や多元素混合標準液などが挙げられる。また、ケイ素、ヒ素、ホウ素などの半金属の化合物やアルミニウムのような卑金属も含まれる。有機金属化合物は、石油化学製品の製造や有機重合体の製造などにおいて触媒として好適に使用される。

また、一方の流体が流れるライン８１に廃液を、他方の流体の流れるライン８２にｐＨ調整剤または凝集剤を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。ｐＨ調整剤には例えば上記のｐＨ調整剤が用いられ、凝集剤は、廃液の凝集を行うことができるものであれば特に限定されず、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリシリカ鉄、硫酸カルシウム、塩化第二鉄、消石灰などが挙げられる。微生物は、廃液の発酵や分解を促すものであればよく、カビおよび酵母などの菌類や、バクテリアなどの細菌類などが挙げられる。

また、一方の流体が流れるライン８１に第一の石油類を、他方の流体の流れるライン８２に第二の石油類、添加剤または水を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。ここで第一および第二の石油類とは、炭化水素を主成分として他に少量の硫黄、酸素、窒素などのさまざまな物質を含む液状の油のことであり、ナフサ（ガソリン）、灯油、軽油、重油、潤滑油、アスファルトなどが挙げられる。ここでいう添加剤は石油類の品質向上や保持のために添加されるものを指し、潤滑油添加剤として洗浄分散剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤・流動点降下剤、油性向上剤・極圧添加剤、摩耗防止剤、防錆・防食剤など、グリース添加剤として構造安定剤、充填剤など、燃料油添加剤などが挙げられる。ここでいう水は、純水、蒸留水、水道水、工業用水など、混合させる物質の条件に合う水であれば特に限定されない。また水の温度も特に限定されず、温水または冷水であってもよい。

また、一方の流体が流れるライン８１に第一の樹脂を、他方の流体の流れるライン８２に第二の樹脂、溶剤、硬化剤または着色剤を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。ここでいう樹脂とは、溶融樹脂、液体樹脂などの接着剤の主成分または塗料の塗膜形成成分のことである。溶融樹脂は、射出成形または押し出しが成形可能な樹脂であれば特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、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体、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。

液体樹脂などの接着剤の主成分としては、アクリル樹脂系接着剤、α−オレフィン系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エーテル系セルロース、エチレン−酢酸ビニル樹脂接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、塩化ビニル樹脂溶剤系接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、酢酸ビニル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、シリコーン系接着剤、水性高分子−イソシアネート系接着剤、スチレン-ブタジエンゴム溶液系接着剤、スチレン-ブタジエンゴム系ラテックス接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ニトロセルロース接着剤、反応性ホットメルト接着剤、フェノール樹脂系接着剤、変成シリコーン系接着剤、ポリアミド樹脂ホットメルト接着剤、ポリイミド系接着剤、ポリウレタン樹脂ホットメルト接着剤、ポリオレフィン樹脂ホットメルト接着剤、ポリ酢酸ビニル樹脂溶液系接着剤、ポリスチレン樹脂溶剤系接着剤、ポリビニルアルコール系接着剤、ポリビニルピロリドン樹脂系接着剤、ポリビニルブチラール樹脂系接着剤、ポリベンズイミダソール接着剤、ポリメタクリレート樹脂溶液系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、レゾルシノール系接着剤などが挙げられる。塗料の塗膜形成成分としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。

溶剤としてはヘキサン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。硬化剤としてはポリアミン、酸無水物、アミン類、過酸化物、サッカリンなどが挙げられる。着色剤としては、亜鉛華、鉛白、リトポン、二酸化チタン、沈降性硫酸バリウム、バライト粉、鉛丹、酸化鉄赤、黄鉛、亜鉛黄、ウルトラマリン青、フェロシアン化鉄カリ、カーボンブラックなどの顔料が挙げられる。

ここで上記樹脂が溶融樹脂の場合、成形機または押出機から流体混合器８６に溶融樹脂を流す装置を形成してもよい。例えば装置が成形機の場合は、成形機のノズルと金型との間に流体混合器８６を配置して射出成形を行えばよく、装置が押出機の場合は、押出機とダイとの間に流体混合器８６を配置して押出成形を行えばよい。この場合、樹脂内の温度を均一化させ樹脂の粘度を安定させて厚みムラや内部応力等の発生を抑えることができ、さらには色ムラをなくすことができる。

また、一方の流体が流れるライン８１に第一の食品原料を、他方の流体の流れるライン８２に第二の食品原料、食品添加剤、調味料、不燃性ガス等を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。

第一および第二の食品原料は配管内を流動可能である飲料または食品であればよく、日本酒、焼酎、ビール、ウイスキー、ワイン、ウォッカなどのアルコール飲料、牛乳、ヨーグルト、バター、クリーム、チーズ、練乳、乳脂などの乳製品、ジュース、お茶、コーヒー、豆乳、水などの飲料、出汁、味噌汁、コンソメスープ、コーンスープ、豚骨スープなどの飲料食品、その他にもゼリー、こんにゃく、プリン、チョコレート、アイスクリーム、キャンディ、豆腐、練り製品、解き卵、ゼラチンなどの各種食品原料などが挙げられる。また流動可能であれば個体や粉体などでもよく、小麦粉、片栗粉、強力粉、薄力粉、そば粉、粉ミルク、コーヒー、ココアなどの粉原料や、果肉、ワカメ、ゴマ、青海苔、削り節、パン粉、細かく刻んだ又はすりおろした食品などの小さい固形食品などが挙げられる。

食品添加剤は、黒糖、三温糖、果糖、麦芽糖、蜂蜜、糖蜜、メープルシロップ、水飴、エリスリトール、トレハロース、マルチトール、パラチノース、キシリトール、ソルビトール、ソーマチン、サッカリンナトリウム、サイクラミン酸、ズルチン、アスパルテーム、アセスルファムカリウム、スクラロース、ネオテームなどの甘味料、カラメル色素、クチナシ色素、アントシアニン色素、アナトー色素、パプリカ色素、紅花色素、紅麹色素、フラボノイド色素、コチニール色素、アマランス、エリスロシン、アルラレッドＡＣ、ニューコクシン、フロキシン、ローズベンガル、アシッドレッド、タートラジン、サンセットイエローＦＣＦ、ファストグリーンＦＣＦ、ブリリアントブルーＦＣＦ、インジゴカルミンなどの着色料、安息香酸ナトリウム、ε−ポリリジン、しらこたん白抽出物（プロタミン）、ソルビン酸カリウム、ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、ツヤプリシン（ヒノキチオール）などの保存料、アスコルビン酸、トコフェロール、ジブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール、エリソルビン酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、二酸化硫黄、クロロゲン酸、カテキンなどの酸化防止剤や、香料などが挙げられる。

調味料は、醤油、ソース、酢、油、ラー油、味噌、ケチャップ、マヨネーズ、ドレッシング、みりんなどの液体のものや、砂糖、塩、胡椒、山椒、粉唐辛子などの粉体のものなどが挙げられる。微生物は、食品の発酵や分解を促すものであり、キノコ、カビ、酵母など菌類や、バクテリアなどの細菌類である。菌類としては各種キノコや麹カビ菌などが挙げられ、細菌類として例えばビフィズス菌、乳酸菌、納豆菌などが挙げられる。不燃性ガスとしては炭酸ガスなどが挙げられ、例えば麦汁と炭酸ガスとを混合させてビールを生成することなどに用いられる。

また、一方の流体が流れるライン８１に空気を、他方の流体の流れるライン８２に可燃性ガスを流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。可燃性ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、アセチレン、水素、一酸化炭素、アンモニア、ジメチルエーテルなどが挙げられる。

また、一方の流体が流れるライン８１に第一の不燃性ガスを、他方の流体の流れるライン８２に第二の不燃性ガスまたは蒸気を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。不燃性ガスとしては、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンガス、ヘリウムガス、硫化水素ガス、亜硫酸ガス、硫黄酸化物ガスなどが挙げられる。また、上記の他の組み合わせとして、一方の流体が流れるライン８１に水、液体薬品または食品原料を、他方の流体の流れるライン８２に空気、不燃性ガスまたは蒸気を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。

また、一方の流体が流れるライン８１に第一の合成中間体を、他方の流体が流れるライン８２に第二の合成中間体、添加剤、液体薬品または金属等を流し、これらを流体混合器８６で混合させるようにしてもよい。第一および第二の合成中間体とは、目標化合物までの多段階の合成経路の中で現れる、合成が途中の段階の化合物のことをいう。第一および第二の合成中間体には、複数の薬品を混合させた合成途中のもの、樹脂の精製途中のもの、または医薬中間体などが挙げられる。

なお、上述の異種流体を図１５の装置を用いて混合させるようにしてもよい。また、図１４または図１５の、流体混合器を用いた装置において、流体が合流する前の流体の流れる各々のラインにヒーターまたは気化器を設けてもよく、流体混合器の下流側に熱交換器を設けてもよい。さらに、流体が合流する前の一方の流体が流れるラインに計測器を配置し、その計測器で計測されたパラメーターに応じて他方の流体が流れるラインのポンプの出力を調整する制御部を設けてもよく、他方の流体の流れるラインに制御弁を配置し、計測器のパラメーターに応じて制御弁の開度を調整する制御弁を設けてもよい。このとき、計測器は、必要な流体のパラメーターを計測できるものであれば、流量計、流速計、濃度計またはｐＨ測定器でもよい。また、ラインの合流部の下流側の流路にスタティックミキサーを設置してもよい。この場合、流体混合器で流路の軸方向の混合の均一化を行い、その後に例えば本明細書の冒頭で示したようなスタティックミキサーで流路の径方向の混合の均一化を行うので、より均一な流体の混合を行うことができる。

本発明に係る流体混合器の筐体２、３２、６２、エレメント１、３１、６１などの各部品の材質は、樹脂製であればＰＶＣ、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでもよい。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。筐体２、３２、６２およびエレメント１、３１、６１の一部を透明または半透明な材質で形成してもよく、この場合には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、チタンなどの金属または合金であってもよい。

なお、上記第一の実施形態〜第四の実施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、本発明の特徴および機能を実現できる限り、本発明は実施形態の流体混合器に限定されない。

１、３１、６１ エレメント
２、３２、６２ 筐体
３、３３、６３ 流体入口
４、３４、６４ 第一流路
５、３５、６５ 第二流路
６、３６、６６ 第三流路
７、３７、６７ 分岐流路
８、３８ 流体出口
９、３９ 遅延部材
１０、４０ 突出部
１１、４１、７１ 連通孔
１２、４２、７２ 本体部

Claims (11)

1. 流体入口と、
   前記流体入口に接続する第一流路と、
   前記第一流路と連通または離間して配置されるとともに、前記第一流路と同じ中心軸を有するように配置される第二流路と、
   前記第一流路に接続するとともに、前記第二流路の外周に配置される第三流路と、
   前記第三流路から分岐して、前記第二流路と接続する複数の分岐流路と、
   前記第二流路に接続する流体出口と、
   を有し、
   前記複数の分岐流路は、前記第三流路の異なる位置から各々分岐し、前記第二流路の異なる位置において前記第二流路と各々接続することを特徴とする流体混合器。
2. 端部に前記流体入口が形成され、内部に前記第一流路が形成される第一流路形成部と、
   端部に前記流体出口が形成され、内部に前記第二流路が形成され、外周面に複数の連通孔が前記第二流路と外部とを各々連通するように形成された本体部と、を有するエレメントと、
   内部に前記エレメントを収容するとともに、前記エレメントの少なくとも両端部と嵌合する筐体と、
   を有し、
   前記筐体の内周面または前記本体部の外周面の少なくとも一方に、複数の遅延部材が流路軸線方向に不連続に形成され、
   前記筐体の内周面と前記本体部の外周面との間には連続したひとつの空間が形成され、前記空間が前記第三流路となり、
   前記連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項１に記載の流体混合器。
3. 端部に前記流体出口が形成され、内部に前記第二流路が形成され、外周面に複数の連通孔が前記第二流路と外部とを各々連通するように形成された本体部を有するエレメントと、
   端部に前記流体入口が形成され、内部に前記第一流路が形成される第一流路形成部を有し、かつ、内部に前記エレメントを収容するとともに、前記エレメントの少なくとも前記流体出口が形成された端部と嵌合する筐体と、
   を有し、
   前記筐体の内周面または前記本体部の外周面の少なくとも一方に、複数の遅延部材が流路軸線方向に不連続に配置され、
   前記筐体の内周面と前記本体部の外周面との間には連続したひとつの空間が形成され、前記空間が前記第三流路となり、
   前記連通孔が前記分岐流路となることを特徴とする請求項１に記載の流体混合器。
4. 前記本体部が略円錐台形状に形成され、
   前記遅延部材が板形状の突出部であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流体混合器。
5. 前記突出部は前記本体部の外周面の円周上に少なくとも二個ずつ突設され、
   流路軸線方向に隣接する前記突出部は互いの突出方向を円周方向にずらして配置されるとともに、
   前記円周上における前記第三流路の流路断面積が、上流側から下流側に向かって漸次減少していることを特徴とする請求項４に記載の流体混合器。
6. 前記本体部が、直径の異なる複数の円筒部を上流側から下流側に向かって漸次拡径するように直列かつ前記円筒部の中心軸をあわせて配置した、階段形状であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の流体混合器。
7. 前記突出部は前記突出部が配置された本体部の円周の中心に対して反対向きに配置され、
   前記突出部の幅は、前記突出部が配置された円周の直径よりも大きく形成され、
   前記突出部の高さは、前記突出部の端部と前記筐体の内周面との間に隙間が形成される高さに形成され、
   前記突出部が流路軸線方向に隣接する他の前記突出部と互いの突出方向を円周方向に９０°ずらして配置されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の流体混合器。
8. 前記筐体の内周面と前記本体部の外周面との間に、流路軸線方向にそって前記本体部の上流側から下流側に向かって、前記突出部に干渉しない直線状の隙間流路が形成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の流体混合器。
9. 前記突出部が前記階段形状の段差部に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流体混合器。
10. 前記エレメントの少なくとも前記遅延部材が射出成形可能な形状であることを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の流体混合器。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体混合器と、
    前記流体混合器に複数の異種流体を合流して導く流路を形成する流路形成手段と、を備えることを特徴とする流体混合器を用いた装置。

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