JP2019214003A - Mixer and fluid mixing system - Google Patents
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Description
本発明は、異なる流体同士を混合させる混合装置、および、流体混合システムに関する。 The present invention relates to a mixing device that mixes different fluids, and a fluid mixing system.
液体と気体とを混合して液体中に気体を溶解させる流体混合システムとしては、例えば図3に示す構成の気液混合溶解装置41等が知られている。
As a fluid mixing system for mixing a liquid and a gas to dissolve the gas in the liquid, for example, a gas-liquid mixing / dissolving
この気液混合溶解装置41は、例えば混合体供給手段である渦流ポンプ3にて液体中に気体が混合され、その気液混合体である混合液が溶解タンク43に供給され、この溶解タンク43にて溶解処理した後の混合液が分離タンク44に供給される。
In the gas-liquid mixing and dissolving
すなわち、渦流ポンプ3からの混合液を溶解タンク43の上部から供給し溶解タンク43内で噴出させることで、混合液をさらに乱流撹拌して、液体(混合液)中への気体の溶解量を増大させる。
That is, the mixed liquid from the
また一方で、溶解タンク43の下部から引き出された混合液を分離タンク44に供給することで、混合液に溶解されなかった気体を分離タンク44上部の抜気弁45から排出するとともに、気体が溶解された混合液が、圧力調整弁46を介して放出される。なお、溶解タンク43内に噴出され気体の溶解量が増大された混合液は、加圧状態となっており、分離タンク44から放出する際に、抜気弁45にて大気圧まで急減圧させることで、液体に溶解されていた気体が微細気泡として発生する。
On the other hand, by supplying the mixed liquid drawn from the lower part of the
また、上記構成の気液混合溶解装置を小型化したものとして、例えば特許文献1に示すように、未溶解の気体を遠心分離して排出するサイクロン型の分離タンクが溶解タンクの下側に一体に設けられた構成が知られている。 In addition, as a miniaturized gas-liquid mixing and dissolving apparatus having the above configuration, for example, as shown in Patent Document 1, a cyclone type separation tank for centrifuging and discharging undissolved gas is integrated below the dissolution tank. Is known.
しかしながら、上述の図3や特許文献1の構成では、溶解タンクにて気体の溶解を増大させるとともに、分離タンクにて未溶解の気体を分離する必要があり、設備として小型化するのが難しかった。 However, in the configuration of FIG. 3 and Patent Document 1 described above, it is necessary to increase the dissolution of the gas in the dissolving tank and to separate the undissolved gas in the separation tank, making it difficult to reduce the size of the equipment. .
そこで、小型化しても効率的に異なる流体同士を混合できる技術が求められていた。 Therefore, there has been a demand for a technology that can efficiently mix different fluids even if the size is reduced.
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、異なる流体同士を効率的に混合できる混合装置および流体混合システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a mixing apparatus and a fluid mixing system that can efficiently mix different fluids.
請求項1に記載された混合装置は、異なる流体が混合された混合体が供給されて、その混合体における流体同士の混合を促進させる混合装置であって、前記混合体が流入する流入口および前記混合体が流出する流出口を有するケーシングと、前記ケーシングに対して回転可能に設けられたシャフトと、前記シャフトに固定されてそのシャフトとともに回転可能なロータと、前記ケーシングに固定して取り付けられたステータとを備え、前記ロータと前記ステータとの隙間によって、前記流入口から流入した前記混合体が前記流出口へ通過するための通過部が構成され、混合体が前記通過部を通過する際に前記ロータが回転可能であるものである。 The mixing device according to claim 1, wherein a mixture in which different fluids are mixed is supplied to promote mixing of the fluids in the mixture, and an inflow port through which the mixture flows and A casing having an outlet from which the mixture flows, a shaft rotatably provided with respect to the casing, a rotor fixed to the shaft and rotatable with the shaft, and fixedly attached to the casing. And a gap between the rotor and the stator constitutes a passage portion through which the mixture flowing from the inflow port passes to the outflow port, and when the mixture passes through the passage portion, The rotor is rotatable.
請求項2に記載された混合装置は、請求項1記載の混合装置において、通過部は、ステータおよびロータの少なくとも一方に複数の溝が設けられているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the mixing apparatus according to the first aspect, the passage portion is provided with a plurality of grooves in at least one of the stator and the rotor.
請求項3に記載された混合装置は、請求項1または2記載の混合装置において、通過部は、その幅が下流側へ向けて漸次変化しているものである。 According to a third aspect of the present invention, in the mixing apparatus according to the first or second aspect, the width of the passage portion gradually changes toward the downstream side.
請求項4に記載された混合装置は、請求項1ないし3いずれか一記載の混合装置において、気体と液体との混合体である混合液が供給されて、混合液中への気体の混合および溶解を促進させる混合装置であって、流出口からの混合液を大気開放するための大気開放手段を備えるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the mixing apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein a mixed liquid that is a mixture of a gas and a liquid is supplied to mix the gas into the mixed liquid. A mixing device for accelerating dissolution, comprising an atmosphere opening means for opening the mixture from an outlet to the atmosphere.
請求項5に記載された流体混合システムは、請求項1ないし4いずれか一記載の混合装置と、流体同士が混合された混合体を混合装置へ供給する混合体供給手段とを具備し、この混合体供給手段は、混合体を前記混合装置の流入口へ加圧供給するものである。 A fluid mixing system according to a fifth aspect includes the mixing device according to any one of the first to fourth aspects, and a mixture supply unit that supplies a mixture in which fluids are mixed to the mixing device. The mixture supplying means pressurizes and supplies the mixture to the inlet of the mixing device.
本発明によれば、ロータとステータとの隙間によって、流入口からの混合体が流出口へ通過するための通過部が構成されているため、効率的に液体に気体を溶解できる。 According to the present invention, the passage between the mixture from the inlet and the outlet is formed by the gap between the rotor and the stator, so that the gas can be efficiently dissolved in the liquid.
以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a configuration of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1において1は流体混合システムとしての気液混合溶解装置であり、この気液混合溶解装置1は、一の流体である水等の所定の液体に、他の流体である空気、酸素またはオゾン等の所定の気体を混合および溶解するものある。すなわち、気液混合溶解装置1は、例えばマイクロバブル等を発生させる微細気泡発生装置や酸素富化装置やオゾン溶解装置等として用いられる。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a gas-liquid mixing / dissolving apparatus as a fluid mixing system. This gas-liquid mixing / dissolving apparatus 1 is configured such that a predetermined liquid such as water as one fluid is mixed with air, oxygen or ozone as another fluid. For mixing and dissolving a predetermined gas. That is, the gas-liquid mixing and dissolving device 1 is used as, for example, a microbubble generating device that generates microbubbles or the like, an oxygen enriching device, an ozone dissolving device, or the like.
気液混合溶解装置1は、混合装置2と、その上流側に配置された混合体供給手段としての渦流ポンプ3とを備え、渦流ポンプ3で気体と液体とが混合された混合体である混合液が混合装置2へ加圧供給されて、混合装置2にて混合液中への気体の混合および溶解が促進される。
The gas-liquid mixing and dissolving device 1 includes a mixing device 2 and a
渦流ポンプ3は、吸込側圧力計4および吸込側圧力調整弁5を経て液体が供給される管路6が接続されているとともに、空気等の気体を吸い込むための気体吸込手段7が接続されている。なお。気体吸込手段7は、渦流ポンプ3の液体吸込口に挿入された吸込ノズル8aに、気体吸込管8bが接続されている。この気体吸引管8bは、例えば気体として空気を吸引する場合には、垂直に設けられた上端開放の管である。
The
そして、渦流ポンプ3と混合装置2とが管路9によって接続されており、渦流ポンプ3から吐出された混合液が、管路9を通って気液混合溶解装置1へ加圧供給される。
The
図2に示すように、混合装置2は、ケーシング11と、このケーシング11に対して回転可能に設けられたシャフト12と、このシャフト12に固定されてシャフト12とともに回転可能なロータ13と、ケーシング11に固定して取り付けられたステータ14とを備えている。
As shown in FIG. 2, the mixing device 2 includes a
ケーシング11は、中空上の筒部15と、この筒部15の軸方向の一方側に固定して設けられた蓋部16と、筒部15の軸方向の他方側に固定して設けられ基部17とを有している。
The
蓋部16は、周方向の端部近傍がボルト18aおよびナット18bによって筒部15に固定されている。また、蓋部16の略中央には流入口19が設けられており、この流入口19には管路9が接続されて、渦流ポンプ3からの混合液が流入口19からケーシング11内へ流入する。
The
筒部15の側面の一部には、流入口19から流入した混合液が流出する流出口20が設けられている。
At a part of the side surface of the
基部17は、周方向の端部近傍がボルト21によって筒部15に固定されおり、シャフト12が例えば図示しないベアリング等を介して回転可能に取り付けられている。
The
また、ケーシング11の流出口20には管路23が接続されており、この管路23中に圧力計24、および、大気開放手段としての圧力調整弁25が設けられている。なお、管路23は図示しない所定の処理槽等の底部に接続され、混合装置2からの混合液は管路23を通って所定の処理槽等に放出される。
Further, a
ロータ13は、ボルト26aおよびナット26bによってシャフト12に固定されており、ケーシング11に対してシャフト12が回転することにより、そのシャフト12とともにロータ13が回転する。
The rotor 13 is fixed to the shaft 12 by
また、ロータ13の外周面は、ケーシング11の軸方向の一方側(ケーシング11の流入口19側)へ向けて漸次縮径したテーパ状となっている。 The outer peripheral surface of the rotor 13 has a tapered shape whose diameter gradually decreases toward one side in the axial direction of the casing 11 (toward the inlet 19 of the casing 11).
ステータ14は、ボルト27によって蓋部16に固定して設けられている。また、ステータ14は、ケーシング11内において、基部17に対してケーシング11の軸方向に間隔を介して設置されており、これらステータ14と基部17との間のスペースによって流出口20へ連通する流体の流動経路28が構成されている。
The stator 14 is fixed to the
さらに、ステータ14の内周面は、ケーシング11の軸方向の一方側(ケーシング11の流入口19側)へ向けて漸次縮径したテーパ状となっている。なお、その漸次縮径したステータ14の内径はロータ13の外径よりやや大きく、また、ステータ14のテーパの傾斜角度は、ロータ13のテーパの傾斜角度よりやや小さい。 Further, the inner peripheral surface of the stator 14 has a tapered shape whose diameter gradually decreases toward one axial side of the casing 11 (toward the inlet 19 of the casing 11). Note that the gradually reduced inner diameter of the stator 14 is slightly larger than the outer diameter of the rotor 13, and the taper inclination angle of the stator 14 is slightly smaller than the taper inclination angle of the rotor 13.
そして、ロータ13およびステータ14は、ステータ14の内部にロータ13が挿入されるように収容されてケーシング11内に設置されており、例えば図示しないモータ等の駆動装置からトルクが伝達されることにより、ロータ13がシャフト12とともにケーシング11およびステータ14に対して回転する。
The rotor 13 and the stator 14 are housed inside the stator 14 so that the rotor 13 is inserted therein, and are installed in the casing 11.For example, by transmitting torque from a driving device such as a motor (not shown), The rotor 13 rotates with the shaft 12 with respect to the
ここで、ケーシング11内では、ロータ13の外周面とステータ14の内周面との隙間、いわゆるギャップによって混合液が通過可能な通過部29が構成されている。すなわち、流入口19と流出口20とは、通過部29および流動経路28を介して連通しており、流入口19から流入した混合液は、通過部29を通過後、羽根車30の回転によって流動経路28を通過して加圧状態で流出口20から流出される。
Here, in the
また、ロータ13の外周面およびステータ14の内周面がテーパ状であるため、通過部29は、下流側が上流側より外側に位置するようにケーシング11の軸方向に対して傾斜状に配置されている。なお、このように通過部29が傾斜した構成にする場合には、その傾斜角度は適宜変更できる。
In addition, since the outer peripheral surface of the rotor 13 and the inner peripheral surface of the stator 14 are tapered, the passage portion 29 is disposed inclined with respect to the axial direction of the
さらに、ステータ14の内径がロータ13の外径よりやや大きく、また、ステータ14のテーパの傾斜角度がロータ13のテーパの傾斜角度よりやや小さいため、通過部29は、その隙間が下流側へ向けて漸次狭くなっている。 Further, since the inner diameter of the stator 14 is slightly larger than the outer diameter of the rotor 13 and the inclination angle of the taper of the stator 14 is slightly smaller than the inclination angle of the taper of the rotor 13, the clearance of the passage portion 29 is directed to the downstream side. Is gradually narrowing.
なお、通過部29は、ロータ13の外周面およびステータ14の内周面のうちの少なくとも一方に、周方向に沿って形成された図示しない複数の微細な溝が設けられ、表面に凹凸が形成された構成が好ましい。 The passage portion 29 is provided with a plurality of fine grooves (not shown) formed along the circumferential direction on at least one of the outer peripheral surface of the rotor 13 and the inner peripheral surface of the stator 14, and irregularities are formed on the surface. A preferred configuration is preferred.
次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。 Next, the operation and effect of the embodiment will be described.
まず、液体を渦流ポンプ3に吸引する。このとき、吸込側圧力計4を見ながら吸込圧力調整弁5を絞り、渦流ポンプ3の液体吸込口を負圧にして、気体吸引管8bから吸込ノズ8aを経て空気などの気体を液体と同時に吸引する。
First, the liquid is sucked into the
渦流ポンプ3の内部では、気体と液体とが撹拌混合されて、その混合液が渦流ポンプ3から管路9を通って混合装置2の流入口19へ加圧供給される。
Inside the
混合装置2内では、流入口19から流入した混合液が、渦流ポンプ3からの加圧供給によって押し込まれるようにして、ロータ13と蓋部16との間を外側へ広がるように流動し、その後ロータ13とステータ14とのギャップで構成された通過部29を通過する。
In the mixing device 2, the mixed liquid flowing from the inlet 19 is pushed by the pressurized supply from the
ここで、ロータ13はステータ14に対して回転可能であり、ロータ13を回転させた状態で混合液が通過部29を通過すると、加圧状態で通過部29を通過している混合液に、ロータ13の回転によるせん断力が付与されて、混合液中の気体と液体とが細かくせん断されるように混合されて混合液中への気体の溶解が促進される。すなわち、混合液に対するせん断力が増大することで、加圧下における液体(混合液)と未溶解の気体との接触面積が増加し、気液の溶解平衡状態よりさらに気体の溶解が促進され、液体中への気体の溶解量が増大し、液体に気体が効率良く高濃度に溶解される。 Here, the rotor 13 is rotatable with respect to the stator 14, and when the mixed liquid passes through the passage section 29 with the rotor 13 rotated, the mixed liquid passing through the passage section 29 in a pressurized state is A shear force due to the rotation of the rotor 13 is applied, and the gas and the liquid in the mixed liquid are mixed so as to be finely sheared, and the dissolution of the gas in the mixed liquid is promoted. That is, the contact area between the liquid (mixture) under pressure and the undissolved gas increases due to an increase in the shearing force on the mixture, and the dissolution of the gas is promoted further than the gas-liquid dissolution equilibrium state. The amount of gas dissolved therein increases, and the gas is efficiently dissolved in the liquid to a high concentration.
通過部29を通って液体と気体との混合および溶解が促進された混合液は、流動経路28を介して流出口20から流出される。
The mixed liquid in which the mixing and dissolution of the liquid and the gas are promoted through the passage portion 29 flows out of the outlet 20 through the
ここで、渦流ポンプ3から加圧供給された混合液は、混合装置2内でも常に加圧された状態であるが、流出口20から管路23を経て所定の処理槽の底部等へ流出する際に、圧力調整弁25によってほぼ大気圧まで減圧されてから放出される。なお、圧力調整弁25によって減圧され大気開放された混合液は、所定の処理槽等にて発泡するよう微細気泡が生じる。
Here, the mixed liquid supplied under pressure from the
そして、上記気液混合溶解装置1によれば、ロータ13とステータ14とのギャップによって、流入口19からの混合液が流出口20へ通過するための通過部29が構成されているため、混合液が通過部29を通過する際に、ロータ13を回転さて混合液にせん断力を付与することで、液体に対する気体の混合および溶解を促進できる。そのため、例えば従来のように溶解タンクや分離タンクを設置しなくても、混合液中に気体を効率良く高濃度に溶解でき、システムの省スペース化(例えばフットスペース面積を約30%低減)を図ることができる。 According to the gas-liquid mixing and dissolving apparatus 1, since the gap between the rotor 13 and the stator 14 forms the passage portion 29 through which the mixed liquid from the inlet 19 passes to the outlet 20, the mixing is performed. By rotating the rotor 13 to apply a shearing force to the mixed liquid when the liquid passes through the passage section 29, the mixing and dissolution of the gas with the liquid can be promoted. Therefore, for example, the gas can be efficiently dissolved in the mixed solution to a high concentration without installing a dissolution tank or a separation tank as in the related art, and the space of the system is reduced (for example, the foot space area is reduced by about 30%). Can be planned.
また、混合装置2は、システム内にてインライン方式で設置できるとともに、従来のように溶解タンクや分離タンクを設置する必要がないため、配管系の構造も簡略化でき、コストダウンを図ることができる。 In addition, the mixing device 2 can be installed in the system in an in-line system, and since there is no need to install a dissolution tank or a separation tank as in the related art, the structure of the piping system can be simplified and the cost can be reduced. it can.
通過部29は、ステータ14の内周面およびロータ13の外周面のうちのすくなくとも一方に微細な溝が設けられることにより、通過部29を通過する混合液へのせん断回数を増加でき、液体と気体との混合および溶解をより促進できる。 The passage portion 29 is provided with a fine groove on at least one of the inner peripheral surface of the stator 14 and the outer peripheral surface of the rotor 13, so that the number of shears to the mixed liquid passing through the passage portion 29 can be increased, and Mixing and dissolving with gas can be further promoted.
または、通過部29が流入口19より外側に位置しているため、通過部29がケーシング11の軸方向に対して傾斜状であることにより、周方向の略中央に位置する流入口19からケーシング11内へ流入し外側へ広がるように流動した混合液が、通過部29内へスムーズに流入できる。
Alternatively, since the passage portion 29 is located outside the inlet 19, the passage portion 29 is inclined with respect to the axial direction of the
さらに、通過部29は、その幅が下流へ向けて漸次変化していることにより、通過する混合液に効率よくせん断力を付与して、混合溶解作用を向上できる。特に、マイクロバブル等を発生させる微細気泡発生装置の場合には、通過部29の幅が下流へ向けて漸次狭くなるように設計することで、通過する混合液に対する混合溶解作用を向上でき、効率的に液体に気体を溶解できる。 Further, since the width of the passage portion 29 gradually changes downstream, the shear force can be efficiently applied to the mixed liquid passing therethrough, and the mixing and dissolving action can be improved. In particular, in the case of a microbubble generator that generates microbubbles or the like, by designing the width of the passage portion 29 to be gradually narrowed toward the downstream, it is possible to improve the mixing and dissolving effect on the mixed liquid passing therethrough, and to improve the efficiency. A gas can be dissolved in a liquid.
流出口20に接続された管路23に流出口20からの混合液を大気開放するための圧力調整弁25が設けられたことにより、混合液を所定の処理槽内で発泡するように放出できる。
Since the
なお、上記一実施の形態では、渦流ポンプ3によって、気体と液体とを混合しその混合液を混合装置2に供給する構成としたがこのような構成には限定されず、混合装置2に混合液を供給できるものであれば、渦流ポンプ3に限らず適宜用いることができる。
In the above-described embodiment, the gas and the liquid are mixed by the
混合装置2は、所定の液体と所定の気体との混合体である混合液中に気体を溶解させる構成には限定されず、異なる流体同士の混合を促進させる構成であれば、例えば液体同士を混合させる構成や気体同士を混合させる構成にしてもよい。 The mixing device 2 is not limited to a configuration in which a gas is dissolved in a mixed liquid that is a mixture of a predetermined liquid and a predetermined gas. A configuration for mixing or a configuration for mixing gases may be employed.
通過部29は、その幅が下流側へ向けて漸次狭くなった構成としたが、このような構成には限定されず、通過部26の幅やその構成は、通過する流体やその処理量等に応じて適宜設定でき、例えば幅が下流側へ向けて漸次大きくなる構成や、幅が一定である構成等にしてもよい。 The passage portion 29 has a configuration in which the width is gradually narrowed toward the downstream side, but is not limited to such a configuration. May be set as appropriate, for example, a configuration in which the width gradually increases toward the downstream side or a configuration in which the width is constant.
1 流体混合システムとしての気液混合溶解装置
2 混合装置
3 混合体供給手段としての渦流ポンプ
11 ケーシング
12 シャフト
13 ロータ
14 ステータ
19 流入口
20 流出口
29 通過部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas-liquid mixing / dissolving device as a fluid mixing system 2
11 Casing
12 shaft
13 Rotor
14 Stator
19 Inlet
20 Outlet
29 Passage
Claims (5)
前記混合体が流入する流入口および前記混合体が流出する流出口を有するケーシングと、
前記ケーシングに対して回転可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトに固定されてそのシャフトとともに回転可能なロータと、
前記ケーシングに固定して取り付けられたステータとを備え、
前記ロータと前記ステータとの隙間によって、前記流入口から流入した前記混合体が前記流出口へ通過するための通過部が構成され、
混合体が前記通過部を通過する際に前記ロータが回転可能である
ことを特徴とする混合装置。 A mixing device in which a mixture in which different fluids are mixed is supplied, and mixing of the fluids in the mixture is promoted,
A casing having an inlet through which the mixture flows in and an outlet through which the mixture flows out,
A shaft rotatably provided with respect to the casing,
A rotor fixed to the shaft and rotatable with the shaft;
A stator fixedly attached to the casing,
By the gap between the rotor and the stator, a passing portion for the mixture flowing from the inflow port to pass to the outflow port is configured,
The mixing device, wherein the rotor is rotatable when the mixture passes through the passage section.
ことを特徴とする請求項1記載の混合装置。 The mixing device according to claim 1, wherein the passage portion includes a plurality of grooves provided in at least one of the stator and the rotor.
ことを特徴とする請求項1または2記載の混合装置。 The mixing device according to claim 1, wherein the width of the passage portion gradually changes toward the downstream side.
流出口からの混合液を大気開放するための大気開放手段を備える
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載の混合装置。 A mixed device that is supplied with a mixed liquid that is a mixture of a gas and a liquid, and promotes mixing and dissolution of the gas in the mixed liquid,
The mixing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an atmosphere opening means for opening the mixture from the outlet to the atmosphere.
流体同士が混合された混合体を混合装置へ供給する混合体供給手段とを具備し、
この混合体供給手段は、混合体を前記混合装置の流入口へ加圧供給する
ことを特徴とする流体混合システム。 A mixing device according to any one of claims 1 to 4,
A mixture supply means for supplying a mixture in which fluids are mixed to a mixing device,
A fluid mixing system, wherein the mixture supply means pressurizes and supplies the mixture to an inlet of the mixing device.
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