JP2017039131A - 静止型流体混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失を低減させるとともに、混合処理済み流体の流出量の増大化（効率化）を図ることができる静止型流体混合装置の提供。【解決手段】混合処理対象である複数の異なる流体を加圧状態にて導入する導入口１１を設けた混合ケース１０内に混合ユニット２０を配設し、混合ユニットにより混合された混合流体を導出する導出口１２を設けた。混合ユニットは、板状の第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの始端縁部間を流入口となす一方、両エレメントの終端縁部間を流出口となし、両エレメントの各対向面には同一の深さと大きさを有する複数の凹部群を流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分して形成するとともに、対向する凹部同士は相互に連通するように位置を違えて配置して、各凹部群の対向する凹部間には流体が蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流入口側から流出口側に向けて流動するように構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、流体を混合する静止型流体混合装置、具体的には、例えば、液体と液体、液体と気体、粉体と液体、を微細化かつ均一化して混合する静止型流体混合装置に関する。

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拡散エレメントに、円板状の第２拡散エレメントを対向させて配置するとともに、両拡散エレメントの間に中央部側の流入口から流入した流体を周縁部側に向けて半径方向に流動させて拡散・混合する拡散・混合流路を形成した拡散・混合ユニットと、中央部に流体の流出口を形成した円板状の第１集合エレメントに、円板状の第２集合エレメントを対向させて配置すると共に、両集合エレメントの間に周縁部側から流入した流体を中央部側に向けて半径方向に流動させて集合・混合する集合・混合流路を形成した集合・混合ユニットとを具備し、拡散・混合流路の終端部と集合・混合流路の始端部を接続した静止型流体混合装置が開示されている。

そして、第１・第２拡散エレメントの対向面と第１・第２集合エレメントの対向面には適切な同一の深さと大きさの六角形の凹部群をハニカム構造に形成するとともに、対向する凹部同士を相互に連通するように位置を違えて配置して、拡散・混合流路と集合・混合流路において、流体が蛇行しながら合流と分流（分散）を繰り返しながら半径方向に流動するようにしている。

特開平９−５２０３４号公報

ところが、特許文献１に開示された静止型流体混合装置は、中央部側の流入口から流入した流体を周縁部側に向けて半径方向に流動させて拡散・混合する拡散・混合流路と、周縁部側から流入した流体を中央部側に向けて半径方向に流動させて集合・混合する流路構造を同様に形成しているために、混合分散機能の高い拡散・混合流路と比べて，集合・混合側流路は分散数がはるかに少ないにもかかわらず拡散・混合流路と同程度の圧力損失が生じていた。そのため、静止型流体混合装置に流体を加圧して供給する加圧ポンプの電力消費量の低減さらには処理済み流体の流出量の増大（効率化）が望まれていた。

そこで、本発明は、圧力損失を低減させて、加圧ポンプの電力消費量の低減化を図ることができるとともに、混合処理済み流体の流出量の増大化（効率化）を図る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。

請求項１記載の発明に係る静止型流体混合装置は、混合処理対象である複数の異なる流体を加圧状態にて導入する導入口を設けた混合ケース内に、導入口から導入された複数の異なる流体を混合する混合ユニットを配設し、混合ケースには混合ユニットにより混合された混合流体を導出する導出口を設けた静止型流体混合装置であって、混合ユニットは、板状の第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの始端縁部間を流入口となす一方、両エレメントの終端縁部間を流出口となし、両エレメントの各対向面には同一の深さと大きさを有する複数の凹部群を流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分して形成するとともに、対向する凹部同士は相互に連通するように位置を違えて配置して、各凹部群の対向する凹部間には流体が蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流入口側から流出口側に向けて流動するように構成し、流出口側に形成した凹部群の凹部の開口面の径は、流入口側に形成した凹部群の凹部の開口面の径に比して小径に形成したことを特徴とする。

かかる静止型流体混合装置では、例えば加圧ポンプにより導入口を通して混合ケースに混合処理対象である複数の異なる流体を加圧状態にて導入し、混合ケース内に配設した混合ユニットにより導入された複数の異なる流体を混合して、混合された混合流体を導出口から混合ケース外に導出することができる。

そして、混合ユニットでは、面同士を対向状に配置した板状の第１エレメントと第２エレメントの始端縁部間である流入口から複数の異なる流体を流入させて、両エレメントの終端縁部間である流出口から流出させるまでの間に、かかる流体を各凹部群の対向する凹部間にて合流と分流を繰り返しながら蛇行させて流動させることにより、堅実に混合流体を生成することができる。その結果、混合流体の生成効率を向上させることができる。

この際、間隔をあけて区分して形成した複数の凹部群同士の凹部の開口面の径は、相互に流入口側に比して流出口側を小径に形成している。そのため、連続相と分散相からなる流体が流入口側（上流側）の凹部群間を蛇行しながら流動する際に受けるせん断力により分散相としての流体が微細化された混合流体が生成される。そして、流出口側（下流側）の凹部群に至るまでの間隔を中継流路として、生成された混合流体の流動が中継流路で整流化される。続いて、整流化された混合流体が凹部の開口面の径が小径に形成された流出口側（下流側）の凹部群間を蛇行しながら流動する。この時に受けるせん断力により分散相としての流体がさらに微細化される。

このように、かかる静止型流体混合装置では、流体の流動が整流化される中継流路介して凹部群を区分けして形成しているため、圧力損失を低減させることができる。そのため、静止型流体混合装置に流体を加圧して供給する加圧ポンプの電力消費量の低減を図ることができるとともに、混合処理済み流体の流出量（導出量）の増大化（効率化）を図ることができる。そして、流入口から流出口に至る連続的な流路において、凹部の開口面の径が異なる凹部群により、分散相としての流体が異なるせん断力を段階的に受けながら複数回にわたって微細化されるため、マイクロレベルないしはナノレベルへの微細化生成も堅実にかつ効率良く行うことができる。

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、混合ケース内には導入口と連通する導入路が形成されるようにして、導入路には複数の混合ユニットの各流入口を連通させる一方、混合ケース内には導出口と連通する導出路が形成されるようにして、導出路には複数の混合ユニットの各流出口を連通させたことを特徴とする。

かかる静止型流体混合装置では、導入口と連通する導入路に複数の混合ユニットの各流入口を連通させるとともに、導出口と連通する導出路に複数の混合ユニットの各流出口を連通させているため、複数の混合ユニットにより同時に複数の流体混合処理が効率良くなされる。この際、混合ユニットの個数は、導入路と導出路の伸延長等を適宜設定することにより、その導出・入路に所望の数だけ適宜連通させることができる。したがって、混合ユニットの個数を増減させることで、混合処理済み流体の流出量（導出量）を適宜設定することができる。

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２記載の静止型流体混合装置であって、複数の混合ユニットは多層に重合させて配置するとともに、仮想同一直線に沿わせて各流入口を配置して、各流入口と直交状態に導入路を連通させることで導入路が直状に形成されるようにする一方、仮想同一直線に沿わせて各流出口を配置して、各流出口と直交状態に導出路の始端部を連通させることで導出路の始端部が直状に形成されるようにしたことを特徴とする。

かかる静止型流体混合装置では、複数の混合ユニットを多層に重合させて配置するとともに、導入路と導出路の始端部が直状に形成されるようにしているため、混合ケース内に所要個数の混合ユニットをコンパクトに配設することができて、各混合ユニットによる流体混合処理を同時に平行して効率良く行うことができる。したがって、混合ケース内にコンパクトに配設された適当な個数の混合ユニットにより適量な混合処理済み流体を生成するとともに、混合ケースから導出させることができる。

請求項４記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項３記載の静止型流体混合装置であって、導入路の軸線と直交する半径方向に伸延する複数の混合ユニットを同一平面上に、かつ、導入路の軸線に沿って複数段に形成したことを特徴とする。

かかる静止型流体混合装置では、混合ケース内に多数の混合ユニットをコンパクトに配設することができて、各混合ユニットにより同時に混合流体を生成することができる。そのため、多量の混合流体を効率良く生成することができる。

請求項５記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項１〜４のいずれか１項記載の静止型流体混合装置であって、混合ユニットは、流出口側の凹部群の深さを流入口側の凹部群の深さの半分以下に形成して、流出口側の凹部群を二層に形成したことを特徴とする。

かかる静止型流体混合装置では、流出口側（下流側）の凹部群を二層に形成しているため、二層に形成された流出口側（下流側）の凹部群間をそれぞれ蛇行しながら流動する際に受けるせん断力により分散相としての流体が多量に微細化される。そのため、マイクロレベルないしはナノレベルへの微細化生成が効率良くなされる。

請求項６記載の発明に係る静止型流体混合装置は、請求項１〜５のいずれか１項記載の静止型流体混合装置であって、混合ユニットは、リング板状に形成した第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの内周縁部間を流入口となす一方、両エレメントの外周縁部間を流出口となし、両エレメントの各対向面には同一の深さと大きさを有する複数の凹部群を、流入口を中心とするリング状に流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分して形成したことを特徴とする。

かかる静止型流体混合装置では、リング板状に形成して面同士を対向状に配置した第１エレメントと第２エレメントの内周縁部間である流入口から流入した流体が、両エレメント間でその半径方向に放射状に蛇行しながら流動して外周縁部間である流出口から流出される。この際、両エレメント間には流入口を中心とするリング状に複数の凹部群が流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分されて形成されているため、各凹部群には多数の凹部を配置することができて、各凹部群において分散相としての流体が堅実に微細化される。また、混合ユニットを多層に配置することで、微細化した混合流体を多量に生成することができる。

本発明によれば、次のような効果が生起される。すなわち、本発明では、圧力損失を低減させることができるため、静止型流体混合装置に流体を加圧して供給する加圧ポンプの電力消費量の低減を図ることができるとともに、混合処理済み流体の流出量（導出量）の増大化（効率化）を図ることができる。

本発明に係る静止型流体混合装置を具備する混合流体生成装置の概念説明図。 第１実施形態としての静止型流体混合装置の斜視説明図。 図２のI-I線断面説明図。 図２のII-II線断面説明図。 混合ユニットの拡大平面説明図（ａ）と断面拡大側面説明図（ｂ）。 第２実施形態としての静止型流体混合装置の斜視説明図。 図６のIII-III線断面説明図。 図６のIV-IV線断面説明図。 混合ユニットの一部拡大平面説明図（ａ）と断面拡大側面説明図（ｂ）。

以下に、本発明に係る静止型流体混合装置について図面を参照しながら説明するが、その前に静止型流体混合装置を具備する混合流体生成装置について図面を参照しながら説明する。

［混合流体生成装置の説明］
図１に示すＡは混合流体を生成する混合流体生成装置であり、混合流体生成装置Ａは、本発明に係る静止型流体混合装置Ｍを具備している。本実施形態では、連続相としての流体として水や海水等の処理水Ｗを採用し、また、分散相としての流体として空気、酸素ガス、窒素ガス等の気体を採用した気液混合流体の生成について説明する。すなわち、混合流体生成装置Ａは、処理水Ｗを収容した上面開口箱型のタンクＴの底部に循環パイプＪの基端部を接続し、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流体を循環させる循環流路Ｃｙを形成している。循環パイプＪの中途部には気体供給パイプＫ１を介して気体供給部Ｋ２を連通連結するとともに、気体供給部Ｋ２の下流側に位置させて静止型流体混合装置Ｍを連通連結している。静止型流体混合装置Ｍは、気体供給部Ｋ２から供給された気体と処理水Ｗの気液混相にせん断力を作用させることで、気体を超微細な気泡を有する気泡群となして処理水Ｗと混合するように構成している。

タンクＴの下流側に位置する循環パイプＪの中途部には吸込ポンプＰａと吐出ポンプＰｂとを直列的に隣接させて配設している。そして、上流側に配置した吸込ポンプＰａの吐出口と下流側に配置した吐出ポンプＰｂの吸込口との間に位置する循環パイプＪの部分に気体供給パイプＫ１を介して気体供給部Ｋ２を接続している。ここで、吸込ポンプＰａの吐出圧は吐出ポンプＰｂの吸込圧以下に設定している。Ｖ１は気体供給パイプＫ１の中途部に設けた気体供給量調整弁、Ｖ２は循環パイプＪの先端部に取り付けた圧力調整弁、ＷｋはタンクＴ内に溶媒である処理水Ｗを随時供給可能とした処理水供給部である。

このように構成して、吸込ポンプＰａと吐出ポンプＰｂを協働させることで、それらの間に配設した気体供給部Ｋ２から供給される気体が、吸込ポンプＰａの吐出口からの吐出圧を受けるとともに、吐出ポンプＰｂの吸込口からの吸引圧（エジェクタ効果）を受けて、円滑かつ安定して吸入されるようにしている。その結果、処理水Ｗに混入される気体の量を一定に確保することができる。また、本実施形態では処理水Ｗと気体との混合流体の生成能力を確保したまま消費電力が小さい吸込ポンプＰａと吐出ポンプＰｂを組み合わせて協働使用することができるので、混合流体生成装置Ａの製造コストやランニングコストを低減させることができる。

例えば、処理水Ｗと窒素ガスを循環流路Ｃｙ中に循環させる作業を一定時間行うことにより、処理水Ｗに溶存している酸素を放出させるとともに、窒素ガスを処理水Ｗ中に溶解させて処理水Ｗを窒素水となすことができる。静止型流体混合装置Ｍによれば、例えば、１ｔの処理水ＷのＤＯ値（溶存酸素量）を１分以内に１ｍｇ／Ｌ以下となすことができる。

［第１実施形態としての静止型流体混合装置の説明］
第１実施形態としての静止型流体混合装置Ｍについて、図２〜図５を参照しながら説明する。静止型流体混合装置Ｍは、図２〜図５に示すように、四角形箱型に形成した混合ケース１０内に一方向（本実施形態では左右方向）に伸延する四角形板状に形成した混合ユニット２０を多数層状に配設して構成している。混合ケース１０は左右方向に伸延する四角形板状の天井部１５及び底部１６と、天井部１５及び底部１６の前後左右側縁部間に介設した四角形板状の前・後・左・右側壁部１７,１７,１８,１８とにより形成している。底部１６の中央部には円形の導入口１１を設けて、導入口１１から混合処理対象である複数の異なる流体Ｒ（本実施形態では処理水Ｗと気体）を加圧状態にて導入するようにしている。混合ケース１０内には混合ユニット２０を配設して、混合ユニット２０により導入口１１から導入された複数の異なる流体Ｒを混合して混合流体Ｒｍ（本実施形態では処理水Ｗと気体の気液混合流体）を生成するようにしている。混合ケース１０の天井部１５には導入口１１よりも小径で円形の導出口１２を設けて、導出口１２から混合ユニット２０により混合された混合流体Ｒｍを導出するようにしている。そして、導入口１１には循環パイプＪの中途部の上流側端部を連通連結するとともに、導出口１２には循環パイプＪの中途部の下流側端部を連通連結している。本実施形態では混合ケース１０の上下中央部に導入口１１と導出口１２を形成し、混合ケース１０内の左右側部に一対の混合ユニット２０,２０をそれぞれ左右対称に配設している。

混合ケース１０内には混合ユニット支持体７０を介して多数の混合ユニット２０を整然と配設している。混合ユニット支持体７０は一方向（本実施形態では左右方向）に伸延する四角形板状に形成した上・下板７１,７２と、上・下板７１,７２の前後側縁部間に介設した前・後側壁７３,７４とから、左右側方が開口された四角形筒状に形成している。７５は左側開口部、７６は右側開口部である。７７は下板の中央部に形成した下開口部であり、下開口部７７は導入口１１と整合させて形成して、導入口１１から下開口部７７を通して混合ケース１０内に流体Ｒが流入するようにしている。

混合ユニット２０は、左右横長の四角形板状に形成した第１エレメント３０の下面３１と第２エレメント４０の上面４１である面同士を対向状に配置している。両エレメント３０,４０の始端縁部（本実施形態では内側端縁部）は導入口１１の内径と略同一幅に形成した流入口５０となす一方、両エレメント３０,４０の終端縁部（本実施形態では外側端縁部）は流入口５０と略同一幅に形成した流出口５１となしている。対向面である各上・下面３１,４１にはそれぞれ同一の深さと大きさを有する複数（本実施形態では２つ）の凹部群３２,３３,４２,４３を流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分して形成している。

すなわち、凹部群３２は、第１エレメント３０の下面３１の流入口５０側に開口形状が（底面視）正六角形で有底筒状の凹部３４を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では４列）隣接させて垂設し、凹部３４を下方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部３４が形成されている。凹部群３３は、第１エレメント３０の下面３１の流出口５１側に開口形状が（底面視）正六角形で有底筒状の凹部３５を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では５列）隣接させて垂設し、凹部３５を下方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部３５が形成されている。凹部３５の開口面の径は、凹部３４の開口面の径の二分の一以下の小径に形成している。そして、凹部３５の筒長は凹部３４の筒長の二分の一以下の短幅に形成している。

また、凹部群４２は、第２エレメント４０の上面４１の流入口５０側に底面視正六角形で有底筒状の凹部４４を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では４列）隣接させて突設し、凹部４４を上方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部４４が形成されている。凹部群４３は、第２エレメント４０の上面４１の流出口５１側に底面視正六角形で筒状の凹部４５を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では５列）隣接させて突設し、凹部４５を上方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部４５が形成されている。凹部４４は凹部３４と上下線対称で同一の有底筒状形状となす一方、凹部４５は凹部３５と上下線対称で同一の有底筒状形状となしている。

そして、第１・第２エレメント３０,４０間の流出口５１側には複数層（本実施形態では２層）の蛇行流路を形成している。すなわち、凹部群３３,４３同士の間に四角形板状に形成した分割エレメント８０を配設している。そして、分割エレメント８０の上・下面にはそれぞれ凹部群８１,８２を形成している。凹部群８１は分割エレメント８０の上面に凹部３５と同一の有底筒状形状に形成した凹部８３を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では５列）隣接させて上方へ向けて突設して、上方に向けて開口させている。また、分割エレメント８０の下面には凹部４５と同一の有底筒状形状に形成した凹部８４を幅方向（本実施形態では前後方向）にわたって隙間のない状態で伸延方向（本実施形態では左右方向）に複数列（本実施形態では５列）下方へ向けて突設して、下方に向けて開口させている。

凹部群３２を形成する凹部３４と凹部群４２を形成する凹部４４同士は、対向させて配置するとともに相互に連通するように位置を違えて配置している。つまり、凹部３４（４４）の中心位置に、凹部４４（３４）の角部４６（３６）が位置する状態で当接している。したがって、例えば、第１エレメント３０の凹部３４側から第２エレメント４０の凹部４４側に流体Ｒが流れる場合を考えると、流体Ｒは、２つの流路に分流（分散）されることになる。すなわち、第１エレメント３０の凹部３４の中央位置に位置された第２エレメント４０の角部４６は、流体Ｒを分流する分流部として機能する。逆に、第２エレメント４０側から第１エレメント３０側に流体Ｒが流れる場合を考えると、２方から流れてきた流体Ｒが１つの凹部３４に流れ込むことで合流することになる。この場合、第２エレメント４０の凹部４４の中央位置に位置された第１エレメント３０の角部３６は、合流部として機能する。

凹部群３３を形成する凹部３５と凹部群８１を形成する凹部８３同士及び凹部群８２を形成する凹部８４と凹部群４３を形成する凹部４５同士は、それぞれ上記した対向する凹部３４,４４同士と同様に相互に連通するように対向させて配置するとともに位置を違えて配置している。つまり、本実施形態では凹部３５と凹部４５の開口面を相互に整合させて配置し、整合させて配置した凹部３５,４５とは位置を違えて凹部８３,８４を配置している。３７,４７,８５,８６はそれぞれ凹部３５,４５,８３,８４の角部である。このように、第１・第２エレメント３０,４０の流出口５１側には凹部群３３,８１間及び凹部群８２,４３間にそれぞれ蛇行流路が形成されて、上下に二層の蛇行流路が形成されるようにしている。なお、第１・第２エレメント３０,４０の流出口５１側の蛇行流路は、分割エレメント８０を設けることなく凹部群３３,４３間に単一の蛇行流路が形成されるようにすることもできる。

各凹部群３２,４２、凹部群３３,８１及び凹部群８２,４３の間には、第１エレメント３０の下面３１と第２エレメント４０の上面４１とにより幅方向（本実施形態では左右方向）に伸延する扁平な中継流路６０が形成されている。中継流路６０は凹部３４,４４の約３列分の幅を有している。

このように構成して、流体Ｒが各凹部群３２,４２の対向する凹部３４,４４間を合流と分流を繰り返しながら流入口５０側から流出口５１側に向けて蛇行しながら流動して混合流体Ｒｍとなる。そして、各凹部群３２,４２、凹部群３３,８１及び凹部群８２,４３の間における第１エレメント３０の下面３１と第２エレメント４０の上面４１との間に形成された扁平な中継流路６０では混合流体Ｒｍが整流化される。そして、整流化された混合流体Ｒｍが凹部群３３,８１及び凹部群８２,４３の対向する凹部３５,８３間及び凹部８４,４５間に円滑に分岐・流入されるとともに、合流と分流を繰り返しながら流入口５０側から流出口５１側に向けて蛇行しながら流動する。この際、凹部３５,８３,８４,４５の開口面の径が凹部３４,４４の開口面の径の二分の一以下の小径に形成されているため、凹部３５,８３間及び凹部８４,４５間で受けるせん断力により混合流体Ｒｍ中の分散相としての流体Ｒがさらに微細化される。

混合ユニット支持体７０内には導入口１１と連通する下開口部７７を中心に、その左右側方にそれぞれ多数（本実施形態では１０個）の混合ユニット２０を線対称となるように多層に段積み状に配設して、左右側の多層の混合ユニット２０間の空間に下開口部７７から混合ユニット支持体７０の上板７１の下面まで直状に伸延する導入路１３が形成されるようにしている。そして、導入路１３には複数の混合ユニット２０の各流入口５０を連通させている。また、混合ケース１０内には左右の流出口５１,５１と対面する左・右側壁部１８,１８の内面及び天井部１５の内面に沿って導出路１４が形成されるようにしている。そして、導出路１４の始端側には左右側開口部７５,７６を介して複数の混合ユニット２０の各流出口５１を連通させる一方、導出路１４の終端側には導出口１２を連通させている。

複数（多数）の混合ユニット２０は多層に重合させて配置し、上下方向に伸延する仮想同一直線に沿わせて各流入口５０を配置して、各流入口５０と直交状態に導入路１３を連通させることで導入路１３が上下方向に直状に形成されるようにしている。また、上下方向に伸延する仮想同一直線に沿わせて各流出口５１を配置して、各流出口５１と直交状態に導出路１４の始端部を連通させることで導出路１４の始端部、つまり、左右側開口部７５,７６に連通する部分が上下方向に直状に形成されるようにしている。

導入路１３の軸線と直交する半径方向（本実施形態では水平方向）に伸延する複数（本実施形態では左右に２つ）の混合ユニット２０を同一平面上に、かつ、導入路１３の軸線に沿って複数段（本実施形態では左右に１０段ずつの多数段）に形成している。

混合ユニット２０はアクリル樹脂等の合成樹脂により各パーツ（構成部材）を形成して、これらを接着剤により一体的に接着することで一体的に構成することも、また、ステンレス鋼等の合金により各パーツを形成して、これらをビス止めにより一体的に組み付けることで一体的に構成するもできる。

上記のように構成した第１実施形態としての静止型流体混合装置Ｍでは、例えば加圧ポンプである吐出ポンプＰｂにより導入口１１を通して混合ケース１０に混合処理対象である複数の異なる流体Ｒを加圧状態にて導入し、混合ケース１０内に配設した混合ユニット２０により導入された複数の異なる流体Ｒを混合して、混合された混合流体Ｒｍを導出口１２から混合ケース１０外に導出することができる。

そして、混合ユニット２０では、面同士を対向状に配置した板状の第１エレメント３０と第２エレメント４０の始端縁部間である流入口５０から複数の異なる流体Ｒを流入させ、両エレメント３０,４０の終端縁部間である流出口５１から流出させるまでの間に、かかる流体Ｒを各凹部群３２,３３,４２,４３の対向する凹部３４,４４間，凹部３５,８３間及び凹部８４,４５間にて合流と分流を繰り返しながら蛇行させて流動させることにより、堅実に混合流体Ｒｍを生成することができる。その結果、混合流体Ｒｍの生成効率を向上させることができる。

この際、間隔をあけて区分して形成した複数（本実施形態では２組）の凹部群３２,３３,４２,４３同士の凹部３４,４４，凹部３５,８３及び凹部８４,４５の開口面の径は、相互に流入口側の凹部３４,４４に比して流出口側の凹部３５,８３及び凹部８４,４５を小径に形成している。そのため、連続相と分散相からなる流体が流入口側（上流側）の凹部群間を蛇行しながら流動する際に受けるせん断力により分散相としての流体Ｒが微細化された混合流体Ｒｍが生成される。そして、流出口側（下流側）の凹部群３３,４３に至るまでの間隔を中継流路６０として、生成された混合流体の流動が中継流路６０を流動する間に整流化される。続いて、整流化された混合流体が凹部の開口面の径が小径に形成された流出口側（下流側）の凹部３５,８３及び凹部８４,４５間を蛇行しながら流動する。この時に受けるせん断力により分散相としての流体Ｒがさらに微細化される。

このように、かかる静止型流体混合装置Ｍでは、流体Ｒの流動が整流化される中継流路６０介して凹部群３２,４２と凹部群３３,４３とに区分けして形成しているため、圧力損失を低減させることができる。そのため、静止型流体混合装置Ｍに流体Ｒを加圧して供給する吐出ポンプＰｂの電力消費量の低減を図ることができるとともに、処理済みの混合流体Ｒｍの流出量（導出量）の増大化（効率化）を図ることができる。そして、導入口１１から導出口１２に至る連続的な流路において、凹部の開口面の径が異なる凹部３５,８３及び凹部８４,４５間にて、分散相としての流体が異なるせん断力を段階的に受けながら複数回にわたって微細化されるため、マイクロレベルないしはナノレベルへの微細化生成も堅実にかつ効率良く行うことができる。

また、導入口１１と連通する導入路１３に複数の混合ユニット２０の各流入口５０を連通させるとともに、導出口１２と連通する導出路１４に複数の混合ユニット２０の各流出口５１を連通させているため、複数の混合ユニット２０により同時に複数の流体混合処理が効率良くなされる。この際、混合ユニット２０の個数は、導入路１３と導出路１４の伸延長等を適宜設定することにより、その導出・入路１４,１３に所望の数だけ適宜連通させることができる。したがって、混合ユニット２０の個数を増減させることで、混合処理済み流体の流出量（導出量）を適宜設定することができる。

複数の混合ユニット２０を多層に重合させて配置するとともに、導入路１３と導出路１４の始端部が直状に形成されるようにしているため、混合ケース１０内に所要個数の混合ユニット２０をコンパクトに配設することができて、各混合ユニット２０による流体混合処理を同時に平行して効率良く行うことができる。したがって、混合ケース１０内にコンパクトに配設された適当な個数の混合ユニット２０により適量な処理済み混合流体Ｒｍを生成するとともに、混合ケース１０から導出させることができる。

そして、混合ケース１０内には多数の混合ユニット２０をコンパクトに配設することができて、各混合ユニット２０により同時に混合流体を生成することができる。そのため、多量の混合流体Ｒｍを効率良く生成することができる。

また、流出口５１側（下流側）の凹部群３３,４３を二層に形成しているため、二層に形成された流出口５１側（下流側）の凹部３５,８３及び凹部８４,４５間をそれぞれ蛇行しながら流動する際に受けるせん断力により分散相としての流体Ｒが多量に微細化される。そのため、マイクロレベルないしはナノレベルへの微細化生成が効率良くなされる。

［第２実施形態としての静止型流体混合装置の説明］
第２実施形態としての静止型流体混合装置Ｍについて、図６〜図９を参照しながら説明する。静止型流体混合装置Ｍは、図６〜図９に示すように、円筒箱型に形成した混合ケース１１０内に円盤状に形成した混合ユニット１２０を多数層状に配設して構成している。混合ケース１１０は円板状に形成した天井部１１５と底部１１６との間に円筒状の周壁部１１７を介設して形成している。底部１１６の中央部には円形の導入口１１１を設けて、導入口１１１から混合処理対象である複数の異なる流体Ｒを加圧状態にて導入するようにしている。導入口１１１から導入された複数の異なる流体Ｒは、混合ケース１１０内に配設した混合ユニット１２０により混合して混合流体Ｒｍを生成するようにしている。天井部１１６の中央部には導入口１１１よりも小径で円形の導出口１１２を設けて、導出口１１２から混合ユニット１２０により混合された混合流体Ｒｍを導出するようにしている。そして、導入口１１１には循環パイプＪの中途部の上流側端部を連通連結するとともに、導出口１１２には循環パイプＪの中途部の下流側端部を連通連結している。本実施形態では混合ケース１１０の上下中央部に導入口１１１と導出口１１２を形成し、混合ケース１１０内の中央部に混合ユニット１２０を配設している。

混合ケース１１０内には混合ユニット支持体１７０を介して多数の混合ユニット１２０を整然と配設している。混合ユニット支持体１７０は円形板状で上下一対の支持板１７１,１７２で形成して、両支持板１７１,１７２間を周方向に開口させている。１７３は周面開口部、１７４は下側の支持板１７２の中央部に形成した下開口部であり、下開口部１７４は導入口１１１と整合させて形成して、導入口１１１から下開口部１７４を通して混合ケース１１０内に流体Ｒが流入するようにしている。

混合ユニット１２０は、リング板状に形成した第１エレメント１３０と第２エレメント１４０の面同士を対向状に配置して、両エレメント１３０,１４０の内周縁部間を流入口１５０となす一方、両エレメント１３０,１４０の外周縁部間を流出口１５１となしている。両エレメント１３０,１４０の各対向面には同一の深さと大きさを有する複数（本実施形態では２つ）の凹部群１３２,１３３,１４２,１４３を、流入口１５０を中心とするリング帯状に流入口１５０側から流出口１５１側に向けて間隔をあけて区分して形成している。

すなわち、凹部群１３２は、第１エレメント１３０の下面１３１の中心側である流入口１５０側に開口形状が（底面視）正六角形で有底筒状の凹部１３４を周方向に隙間のない状態で半径方向に複数列（本実施形態では３列）隣接させて垂設し、凹部１３４を下方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部１３４が形成されている。凹部群１３３は、第１エレメント１３０の下面１３１の周縁側である流出口１５１側にリング板状に形成した第３エレメント１３７の上面を重合状態に接続し、第３エレメント１３７の下面に開口形状が（底面視）正六角形で有底筒状の凹部１３５を周方向に隙間のない状態で半径方向に複数列（本実施形態では４列）隣接させて垂設し、凹部１３５を下方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部１３５が形成されている。凹部１３５の開口面の径は、凹部１３４の開口面の径の二分の一以下の小径に形成している。そして、凹部１３５の筒長と第３エレメント１３７の肉厚との和が凹部１３４の筒長と同一となるように形成している。

また、凹部群１４２は、第２エレメント１４０の上面１４１の中心側である流入口１５０側に底面視正六角形で有底筒状の凹部１４４を周方向に隙間のない状態で半径方向に複数列（本実施形態では３列）隣接させて突設し、凹部１４４を上方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部１４４が形成されている。凹部群１４３は、第２エレメント１４０の上面１４１の周縁側である流出口１５１側にリング板状に形成した第４エレメント１３８の下面を重合状態に接続し、第４エレメント１３８の上面に開口形状が（底面視）正六角形で有底筒状の凹部１４５を周方向に隙間のない状態で半径方向に複数列（本実施形態では４列）隣接させて突設し、凹部１４５を上方に向けて開口させている。いわゆるハニカム状に多数の凹部１４５が形成されている。凹部１４５の開口面の径は、凹部１４４の開口面の径の二分の一以下の小径に形成している。そして、凹部１３５の筒長と第４エレメント１３８の肉厚との和が凹部１４４の筒長と同一となるように形成している。

対向する凹部１３４,１４４同士は、相互に連通するように位置を違えて配置している。つまり、凹部１３４（１４４）の中心位置に、凹部１４４（１３４）の角部１４６（１３６）が位置する状態で当接している。したがって、例えば、第１エレメント１３０の凹部１３４側から第２エレメント１４０の凹部１４４側に流体Ｒが流れる場合を考えると、流体Ｒは、２つの流路に分流（分散）されることになる。すなわち、第１エレメント１３０の凹部１３４の中央位置に位置された第２エレメント１４０の角部１４６は、流体Ｒを分流する分流部として機能する。逆に、第２エレメント１４０側から第１エレメント１３０側に流体Ｒが流れる場合を考えると、２方から流れてきた流体Ｒが１つの凹部１３４に流れ込むことで合流することになる。この場合、第２エレメント１４０の凹部１４４の中央位置に位置された第１エレメント１３０の角部１３６は、合流部として機能する。

また、対向する凹部１３５,１４５同士は、それぞれ上記した対向する凹部１３４,１４４同士と同様に相互に連通するように位置を違えて配置している。１３７,１４７はそれぞれ凹部１３５,１４５の角部である。このように、第１・第２エレメント１３０,１４０の流出口１５１側には凹部群１３３,１４３間に単一の蛇行流路が形成されている。なお、第３（第４）エレメント１３０（１４０）は、第１（第２）エレメント１３０（１４０）と一体成形することもできる。また、第１（第２）エレメント１３０（１４０）に凹部群１３２（１４２）を一体成形することもできる。第１・第２エレメント１３０,１４０の流出口１５１側には、第１実施形態と同様に上下面に凹部群を形成した分割エレメントを配設して、上下に二層の蛇行流路が形成されるようにすることもできる。

このように構成して、各凹部群１３２,１４２と凹部群１３３,１４３の対向する凹部１３４,１４４間と凹部１３５,１４５間を流体Ｒが合流と分流を繰り返しながら流入口１５０側から流出口１５１側に向けて蛇行しながら流動するようにしている。また、各凹部群１３２,１４２及び凹部群１３３,１４３の間には、第１エレメント１３０の下面１３１と第２エレメント１４０の上面１４１とによりリング帯状で扁平な中継流路１６０が形成されている。中継流路１６０は凹部１３４,１４４の約３列分の幅を有している。

混合ユニット支持体１７０の支持板１７１,１７２間には導入口１１１と連通する下開口部１７４を中心に、多数（本実施形態では１０個）の混合ユニット１２０を多層に段積み状に配設して、多層の混合ユニット１２０の中央部には下開口部１７４から上側の支持板１７１の下面まで直状に伸延する導入路１１３が形成されるようにしている。そして、導入路１１３には複数の混合ユニット１２０の各流入口１５０を連通させている。また、混合ケース１１０内には流出口１５１と対面する周壁部１１７の内周面及び天井部１１５の内面に沿って導出路１１４が形成されるようにしている。そして、導出路１１４の始端側には周端開口部１７３を介して複数の混合ユニット２０の各流出口１５１を連通させる一方、導出路１１４の終端側には導出口１１２を連通させている。

導入路１１３の軸線と直交する半径方向（本実施形態では水平方向）に伸延する円盤状の混合ユニット１２０を導入路１１３の軸線に沿って複数段（本実施形態では左右に１０段ずつの多数段）に形成している。

混合ユニット１２０は、アクリル樹脂等の合成樹脂により各パーツ（構成部材）を形成して、これらを接着剤により一体的に接着することで一体的に構成することも、また、ステンレス鋼等の合金により各パーツを形成して、これらをビス止めにより一体的に組み付けることで一体的に構成するもできる。

上記のように構成した第２実施形態としての静止型流体混合装置Ｍでは、リング板状に形成して面同士を対向状に配置した第１エレメント１３０と第２エレメント１４０の内周縁部間である流入口１５０から流入した流体Ｒが、両エレメント１３０,１４０間でその半径方向に放射状に蛇行しながら流動して外周縁部間である流出口１５１から流出される。この際、両エレメント１３０,１４０間には流入口１５０を中心とするリング状に複数の凹部群１３２,１３３,１４２,１４３が流入口１５０側から流出口１５１側に向けて間隔をあけて区分されて形成されているため、各凹部群１３２,１３３,１４２,１４３には多数の凹部１３４,１３５,１４４,１４５を配置することができて、各凹部群１３２,１３３,１４２,１４３において分散相としての流体Ｒが堅実に微細化される。また、混合ユニット１２０を多層に配置することで、微細化した混合流体Ｒｍを多量に生成することができる。

また、混合ユニット１２０では、第１・第２エレメント１３０,１４０の凹部群１３３,１４３において、凹部１３５,１４５の数が中心部側から周縁部側に向けて漸次増大させているため、流体Ｒが合流する凹部１３５,１４５の数は周縁部側ほど増大するとともに、それに比例して数多く分流（分散）される。そのため、蛇行流路においては流体Ｒにせん断力が作用して微細化される回数が流体Ｒの流動方向（周縁部側に向かう半径方向）に沿って漸次増大される。

Ａ 混合流体生成装置
Ｍ 静止型流体混合装置
Ｃｙ 循環流路
Ｊ 循環パイプ
Ｋ１ 気体供給パイプ
Ｋ２ 気体供給部
Ｒ 流体
Ｒｍ 混合流体
Ｗ 処理水
１０ 混合ケース
１１ 導入口
１２ 導出口
１３ 導入路
２０ 混合ユニット
３０ 第１エレメント
４０ 第２エレメント
５０ 流入口
５１ 流出口
６０ 中継流路

Claims (6)

1. 混合処理対象である複数の異なる流体を加圧状態にて導入する導入口を設けた混合ケース内に、導入口から導入された複数の異なる流体を混合する混合ユニットを配設し、混合ケースには混合ユニットにより混合された混合流体を導出する導出口を設けた静止型流体混合装置であって、
   混合ユニットは、板状の第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの始端縁部間を流入口となす一方、両エレメントの終端縁部間を流出口となし、両エレメントの各対向面には同一の深さと大きさを有する複数の凹部群を流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分して形成するとともに、対向する凹部同士は相互に連通するように位置を違えて配置して、各凹部群の対向する凹部間には流体が蛇行しながら合流と分流を繰り返しながら流入口側から流出口側に向けて流動するように構成し、
   流出口側に形成した凹部群の凹部の開口面の径は、流入口側に形成した凹部群の凹部の開口面の径に比して小径に形成したことを特徴とする静止型流体混合装置。
2. 混合ケース内には導入口と連通する導入路が形成されるようにして、導入路には複数の混合ユニットの各流入口を連通させる一方、混合ケース内には導出口と連通する導出路が形成されるようにして、導出路には複数の混合ユニットの各流出口を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。
3. 複数の混合ユニットは多層に重合させて配置するとともに、仮想同一直線に沿わせて各流入口を配置して、各流入口と直交状態に導入路を連通させることで導入路が直状に形成されるようにする一方、仮想同一直線に沿わせて各流出口を配置して、各流出口と直交状態に導出路の始端部を連通させることで導出路の始端部が直状に形成されるようにしたことを特徴とする請求項２記載の静止型流体混合装置。
4. 導入路の軸線と直交する半径方向に伸延する複数の混合ユニットを同一平面上に、かつ、導入路の軸線に沿って複数段に形成したことを特徴とする請求項３記載の静止型流体混合装置。
5. 混合ユニットは、流出口側の凹部群の深さを流入口側の凹部群の深さの半分以下に形成して、流出口側の凹部群を二層に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静止型流体混合装置。
6. 混合ユニットは、リング板状に形成した第１エレメントと第２エレメントの面同士を対向状に配置して、両エレメントの内周縁部間を流入口となす一方、両エレメントの外周縁部間を流出口となし、両エレメントの各対向面には同一の深さと大きさを有する複数の凹部群を、流入口を中心とするリング状に流入口側から流出口側に向けて間隔をあけて区分して形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の静止型流体混合装置。

Images