JP5484008B2 - 静止型流体混合器及び静止型流体混合器を用いた装置 - Google Patents

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混合させることのできる静止型流体混合器及び静止型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１８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１２１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１２１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１２１を管１２２内に配置し、管１２２の両端部にメールコネクター１２３を取り付け、フレアー１２５を装着して締付ナット１２４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１２１の外径が管１２２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１９（ａ）に示すように配管の径方向の濃度分布をムラなく均一化することはできるが、図１９（ｂ）に示すように軸方向（流れ方向）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濃度が濃くなった状態でスタティックミキサーを通過する。このとき、径方向で均一化されて水と薬液は撹拌されても、軸方向（流れ方向）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くなった状態のまま下流側へ流れてしまう（図１９（ｂ）参照）。これにより、半導体洗浄装置、特に半導体ウェ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。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混合でき、コンパクトな構成の静止型流体混合器及び静止型流体混合器を用いた装置を提供することである。

本発明による静止型流体混合器は、第一流路と第二流路からなる主流路と、第二流路の周囲を囲むようにジグザグ状に往復しつつ、第二流路に沿って延設され、一端部に第一流路が連通するジグザグ流路と、第二流路とジグザグ流路を流れ方向の複数個所で連通する複数の連通流路と、第一流路または第二流路の端部に設けられた流体入口部と、流体入口部とは異なる、第一流路または第二流路の端部に設けられた流体出口部とを有することを特徴とする。

また、本発明による静止型流体混合器を用いた装置は、上述の静止型流体混合器と、この静止型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。

本発明によれば以下のような効果が得られる。
（１）流路内で一時的に流体の濃度が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でき、濃度の安定した流体の供給が可能である。
（２）流路内で一時的に流体の温度が高くなったり低くなったりした状態でも、流体の流れ方向の温度分布をムラなく均一化して混合でき、温度の安定した流体の供給が可能である。
（３）静止型流体混合器を小型化することができ、その設置スペースも必要最小限にすることができる。
（４）本体部のジグザグ流路は螺旋のように軸線に対して斜めにならずに垂直に交わる平面状に形成されるため、例えば本体部を射出成形する際の金型の形成が容易となる。

本発明の第一の実施形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す斜視図である。 図１の静止型流体混合器を用いて流体の濃度を測定する装置を示す図である。 図２の静止型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の静止型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の静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。 図５の本体部の正面図及び背面図である。 図５の円筒体の変形例を示す図である。 図５のジグザグ流路の変形例を示す図である。 図５の主流路の変形例を示す図である。 図５の静止型流体混合器にスティックミキサーエレメントを配置した一例を示す図である。 本発明の第三の実施形態の静止型流体混合器の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第四の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。 図１２の円筒体の変形例を示す図である。 本発明の第五の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の第六の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る静止型流体混合器を用いた装置の構成を示す図である。 図１６の変形例を示す図である。 従来のスタティックミキサーを示す縦断面図である。 図１８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。 本発明の比較例としての分岐希釈装置を示す縦断面図である。

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

−第一の実施の形態−
以下、図１〜図４を参照して、本発明の第一の実施形態である静止型流体混合器について説明する。図１は、第一の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す斜視図である。この静止型流体混合器は、異種流体を混合するための混合流路を有する。混合流路は、例えば例えばＰＦＡ（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樹脂）製のチューブにより形成される。なお、金属配管等、他の材質により混合流路を形成することもできる。

静止型流体混合器は、同軸上に互いに離間して配置された略直線状の第一流路１および第二流路３と、第二流路３の周囲を囲むように周方向をジグザグ状に往復しつつ、第二流路３に沿って延設されたジグザグ流路２と、第二流路３から各々分岐され、第二流路３とジグザグ流路２を流れ方向の複数個所で連通する複数の連通流路（分岐流路４ａ〜４ｇ）と、第一流路１の端部に設けられた流体入口５と、流体入口５とは反対側の第二流路３の端部に設けられた流体出口６とを有する。第一流路１と第二流路３は主流路を構成する。

ジグザグ流路２は、周方向所定箇所（図１の上部）に、周方向の流れ方向を変更する複数の曲げ部２ａ〜２ｆを有する。周方向一方側から延びた曲げ部２ａ，２ｃ，２ｅと、周方向他方側から延びた曲げ部２ｂ，２ｄ，２ｆは、軸方向（第二流路３に沿った方向）に互い違いに位置する。流体入口５の反対側の第一流路１の端部は、径方向外側に折り曲げられて、ジグザグ流路２の一端部に接続されている。最も上流側に位置する分岐流路４ａの端部は、流体出口６の反対側の第二流路３の端部に接続され、最も下流側に位置する分岐流路４ｇの端部は、ジグザグ流路２の他端部に接続されている。

各分岐流路４ａ〜４ｇは直線状に形成され、その両端部はジグザグ流路２と第二流路３にそれぞれ略直角に接続されている。各分岐流路４ａ〜４ｇは、第二流路３に等間隔に接続され、第二流路３の周方向一方側および他方側から図の水平方向に交互に分岐している。すなわち、分岐流路４ａ，４ｃ，４ｅはそれぞれ水平方向一方側に延在し、分岐流路４ｂ，４ｄ，４ｆはそれぞれ水平方向他方側に延在している。分岐流路４ａ〜４ｇは、ジグザグ流路２にも流路長さ方向において等間隔に接続されている

次に、本発明の第一の実施形態である静止型流体混合器の作用について説明する。

静止型流体混合器の上流側で水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流すと、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口５から第一流路１に流入してジグザグ流路２に流れる。部分的に濃度が濃くなって流れる薬液がジグザグ流路２の分岐流路４ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ａを流れて第二流路３を通って流体出口６へと流れる。残りの薬液はジグザグ流路２の下流側へ流れ、また、部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液が分岐流路４ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ｂを流れて第二流路３を通って流体出口６へと流れる。残りの薬液はジグザグ流路２の下流側へ流れ、さらに、部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は、分岐流路４ｂを流れた薬液と同様に分岐流路４ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４ｃを流れて第二流路３を通って流体出口６へと流れる。以下、分岐流路４ａ〜４ｃと同様に部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は分岐流路４ｄ〜４ｇを流れて第二流路３を通って流体出口６へと流れる。

このとき、分岐流路４ａを流れる部分的に濃度が濃くなった薬液は、他の部分的に濃度が濃くなって流れる薬液よりも早く流体出口６から流出し、時間差で分岐流路４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇの順で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液の一部ずつが流体出口６から流出する。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は静止型流体混合器よって時間差で７に分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっ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。このとき各々の分岐流路の内径が略同一であると、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液はほぼ７等分に分割されるので、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより均一化して混合することができる。

なお、図１では、分岐流路４ａ〜４ｇを第二流路３の軸線に沿って等間隔の位置になるように設けたが、各々の分岐流路４ａ〜４ｇを流れる流体に付与する時間差を調節するため、分岐流路４ａ〜４ｇが設けられる位置を自由に設定したり、ジグザグ流路２を、第一流路１と接続した一端部から他端部に向かって流路断面積が漸次小さくなるように形成したりしても良い。分岐流路４ａ〜４ｈの数も特に限定されない。分岐流路４ａ〜４ｈの数を多く設ける方が、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。また、ジグザグ流路２は、主流路（第一流路１、第二流路３）を中心として略環状、特に円環状に形成されていることが望ましいが、半円環状にして半円筒形状に形成しても良く、ジグザグ流路２を多角形状に設けて角柱形状になるように形成しても良い。すなわち、主流路の周囲を囲むように周方向をジグザグ状に往復しつつ、主流路に沿って延設されるのであれば、ジグザグ流路２の形状はいかなるものでもよい。

ここで、部分的に濃度が濃くなって流れる薬液を静止型流体混合器で分割し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について説明する。図２に示すように、２つの物質である純水と薬液が各々流れるラインの合流部の下流側に図１の静止型流体混合器を配置したラインにおいて、図１の静止型流体混合器の上流側と下流側に濃度計３３、３４を各々設置して、上流側から純水と薬液を混合して流す装置を作成し、純水と薬液を一定の比率で流している途中で瞬間的に薬液の濃度を濃くした状態（純水に対して薬液の比率を大きくする）にした後で、元の一定の比率に戻して濃度分布のムラを生じさせた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は静止型流体混合器の上流側に設置した濃度計３３により得られる特性を示す。横軸は経過時間、縦軸は濃度であり、ある一定時間に濃度が濃くなる場合には、図のようなピーク（ｈ１）が現れる。図４は静止型流体混合器の下流側に設置した濃度計３４により得られる特性を示す。図では、濃度のピークが７つに分散されて、ピーク（ｈ２）の高さは約７分の１になっている。濃度のピーク間の間隔ｔ１は、流体がジグザグ流路２内において分岐流路４ａの位置を通過してから分岐流路４ｂに至るまでの時間に対応しており、同様にｔ２は分岐流路４ｂから分岐流路４ｃまで、ｔ３は分岐流路４ｃから分岐流路４ｄまで、ｔ４は分岐流路４ｄから分岐流路４ｅまで、ｔ５は分岐流路４ｅから分岐流路４ｆまで、ｔ６は分岐流路４ｆから分岐流路４ｇに至るまでの時間に対応している。

このとき、ジグザグ流路２の各々の分岐流路４ａ〜４ｇに至るまでの長さを変えることで、ピーク（ｈ２）の出る間隔ｔ１〜ｔ６を変化させることができ、分岐流路４ａ〜４ｇの数をさらに増やすとピーク（ｈ２）の高さは上流側のピーク（ｈ１）に対して分岐流路の数で分割した程度の高さまで抑えることができる。なお、仮に静止型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若干低下することはあるが、ピーク（ｈ１）はほぼ変わらずに現れる。

なお、本実施形態では濃度分布のムラについて説明しているが、熱湯と冷水を混合した時の温度分布の流れ方向の均一化についても同様の効果を得ることができる。温度分布の均一化を目的として、給湯器などへの利用も可能となり、流路内で部分的に高温となった流体の温度の流れ方向の均一化を行うことでより温度を安定させ、熱湯が流れることによる火傷の発生を防止できる。また、静止型流体混合器の流路が分岐と合流を繰り返し、さらにはジグザグ流路２を流れることによりジグザグ流路２内で撹拌混合の効果が得られるため、流れ方向だけでなく径方向に対しても混合が行われる。

本実施形態では、流体入口５、流体出口６をそれぞれ流体入口部、流体出口部として流体を流すようにしたが、流体を逆方向に流しても同様の効果を得ることができ、この場合には、流体出口６が流体入口部になり、流体入口５が流体出口部になる。なお、複数の分岐流路４ａ〜４ｇは第二流路３の軸線に対して偏芯した位置に各々接続されても良く、ジグザグ流路２の軸線に対して偏芯した位置に各々接続されても良い。すなわち分岐流路４ａ〜４ｇの中央軸線（流路断面積の中心を通る軸線）の延長線が、第二流路３の中央軸線に交差せず、ジグザグ流路２の中央軸線にも交差しないように分岐流路４ａ〜４ｇを設けてもよい。このとき、薬液はジグザグ流路２の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させ、ジグザグ流路２内で薬液が撹拌されるので径方向の混合が行われる。また、流路内で渦を巻く流れを発生させることにより、流路内のデッドスペースをなくして流体の滞留を防止できる。

図２０は、本実施形態の比較例であり、軸方向（流れ方向）の濃度分布のムラを回避する他の方法を示す。図２０には、流路を分岐して流体の希釈を行う分岐希釈装置が示されている。この装置は、細管１３１の中を一定の速度で流れている試料溶液を分析する装置において、流れている試料を複数の流路に分岐する分岐部１３２を流路の途中に設けることにより試料溶液を分割し、各分岐流路の細管１３３、１３４の内径や長さを変化させて検出器１３５の手前の合流部１３６で再度合流させ、試料溶液が検出される時間差を利用して希釈する。

しかしながら、図２０の分岐希釈装置の技術を流体輸送配管に用いる場合、管路の途中で分岐された長さの異なる管路を設けて再び合流させる配管ラインを設ける必要がある。このため、軸方向（流れ方向）の濃度分布をムラなく流路内で均一化するには分岐した流路を多く設けなくてはならず、その場合には分岐した配管ラインを設けるスペースが大きくなってしまうという問題がある。また、このような配管ラインを施工するには部品点数が多く必要であり煩雑で時間がかかるという問題がある。この点、本実施の形態では、配管を設けるスペースを多く必要とせず、配管施行も容易で、短時間で配管施行を行うことができる。

−第二の実施の形態−
次に、図５〜図１０を参照して、本発明の第二の実施形態である静止型流体混合器について説明する。図５は、第二の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。第二の実施の形態では、本体部７と、本体部７の周囲を覆う円筒体１４とにより、図１と同様の混合流路が形成される。図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ本体部７の正面図および背面図である。

本体部７は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製であり、全体が略円柱形状とされている。本体部７の中心軸上には、長手方向に互いに離間して略直線状の第一流路９と第二流路１１が形成されている。本体部７の長手方向両端部には、それぞれ本体部７を貫通して流体入口８および流体出口１０が設けられ、流体入口８は第一流路９に連通し、流体出口１０は第二流路１１に連通している。本体部７の外周面には、周方向をジグザグ状に往復しつつ、長手方向にかけてジグザグ溝１２が形成されている。第一流路９の端部は、径方向外側に屈曲され、最も流体入口８側に位置するジグザグ溝１２の底面に連通している。

本体部７には、第二流路１１からジグザグ溝１２の底面にかけて径方向外側に、略直線状の複数の貫通孔（連通孔１３）が開口されている。これら連通孔１３は、図１に示したのと同様の位置に設けられている。すなわち連通孔１３の一端部は、第二流路１１に等間隔に接続されるとともに、これらは交互に周方向一方側および周方向他方側に延設され、連通孔１３の他端部は、ジグザグ溝１２の底面に溝長さ方向において等間隔に接続されている。

円筒体１４は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）製の筐体であり、略円筒形に形成されている。円筒体１４の内径は本体部７の外径と略同径に形成され、円筒体１４は、焼きばめによって本体部７外周面にシールされた状態で嵌合されている。本体部７に円筒体１４を嵌合させたことにより、本体部７のジグザグ溝１２と円筒体１４との間にジグザグ流路１５が形成される。ジグザグ流路１５は、連通孔１３を介して複数個所で第二流路１１に連通するとともに、ジグザグ流路１５の流体入口８側の端部は、第一流路９に連通する。

なお、円筒体１４はチューブのような軟質の部材以外でもよく、硬質の部材で形成しても良い。筐体の形状は円筒体以外でもよく、直方体などであっても良い。円筒体１４を本体部７にシールした状態で嵌合するのであれば、どのような方法で固定してもよい。焼きばめ以外に溶接や接着でもよい。図７に示すようにＰＦＡチューブ製の円筒体１７を本体部１６に密着状態で嵌合させ、本体部１６の両端にキャップナット１８を螺合させることにより円筒体１７を本体部１６の外周面にシール状態で固定させてもよい。図８に示すように略円筒形の円筒体２０をシールリング２２を介して本体部１９に嵌合し、キャップナット２１により円筒体２０を本体部１９の外周面に固定しても良い。本体部７の形状部はジグザグ流路２を形成できれば円柱状以外の形状でも良く、板状、角柱状であっても良い。

次に、図５を用いて本発明の第二の実施形態である静止型流体混合器の作用について説明する。

静止型流体混合器の上流側から水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流すと、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口８から第一流路９に流入してジグザグ流路１５に流れる。部分的に濃度が濃くなって流れる薬液はジグザグ流路１５の各々の連通孔１３によって分割して流れ、部分的に濃度が濃くなった薬液は時間差で第二流路１１を流れて濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合することができる。第二の実施形態の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。

本実施形態の静止型流体混合器では、第二流路１１とジグザグ流路１５とを連通する連通孔１３を容易に形成できるため、連通孔１３の設置位置や設置する数を自由に設定することができ、流れの時間差を細かく均等に調節することができ、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。本実施形態の静止型流体混合器は、流路が複雑であるにも拘わらず加工が容易であり、部品点数も少ないことから容易に製造することができる。流路構造が小さくまとめられているため、静止型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もできる。また、静止型流体混合器を配管ラインに接続する場合には、流体入口８と流体出口１０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、短時間で配管施行を行うことができる。

第二の実施形態の本体部７を製造する場合、本体部７は例えば射出成形によって形成される。本体部７のジグザグ流路１５は、例えば螺旋溝のように軸線に対して斜めに交わることが無く、軸線に対して垂直に交わる平面で形成される。このため、ジグザグ流路１５の折り返し部分のある面（図６（ａ））とその反対側の面（図６（ｂ））とで金型を割るように形成すれば、金型製作におけるキャビティ構造がシンプルとなり、金型製作が容易で、アンダーカットとなる部分も無く成形時に型抜きも容易に行うことができる。

ここで連通孔１３は、各々の通路断面積が略同一に形成されることが望ましい。これにより各々の連通孔１３によって分割される流体の流量が各々一定で流れ、静止型流体混合器に流入した流体は、連通孔１３の個数でほぼ等しく分割されて各々時間差をつけて合流して流れるようになり、濃度分布をムラなく均一化することができる。

なお、ジグザグ流路２３を流れる流体は、各々の連通孔２５から流体が分割して流れることで圧損が発生してジグザグ流路２３の下流側の流速が低下するおそれがある。したがって、図８に示すようにジグザグ流路２３は、第一流路２４と接続した一端部側（流体入口２６側）から他端部側（流体出口２７側）に向かって通路断面積が漸次小さくなるように形成されることが好ましい。このようにジグザグ流路２３の通路断面積を漸次小さくすることで、圧損が起こっても流体が一定の速度で流れるようになり、分割して流れる流体の時間差を安定させることができる。

図８では、ジグザグ溝の底面位置を合わせた本体部１９の外周面を、流体入口２６側から流体出口２７側に向かって漸次縮径するように設け、この外周面形状に合わせた円筒体２０を嵌合してジグザグ流路２３を形成したが、ジグザグ流路２３の第一流路２４と接続した一端部側から他端部側に向かって通路断面積が漸次小さくする方法はこれに限らない。例えばジグザグ溝の深さを漸次浅くしたり、ジグザグ溝の幅を漸次狭くしたり、あるいはこれらの複合によって形成しても良い。

また、図９に示すように第二流路２８は、流体出口３０から上流部（流体入口２９側）に向かって漸次縮径するように形成されることが好ましい。これにより、ジグザグ流路３１から最初の連通孔３２を介して第二流路２８へと流れる流体をいち早く第二流路２８を介して流体出口３０から流出させるとともに、ジグザグ流路３１の下流にいくに従い、連通孔３２を介して第二流路２８を流れる流体の流速を徐々に遅くさせ、分割して流れる流体の時間差をより明確にすることができる。

図１０に示すように、第二流路３５内にスタティックミキサエレメント３６を配置するようにしても良い。スタティックミキサエレメント３６は、流路軸心回りで所定角度ずつ交互に逆回りで捻られた複数の捻り板が直列に連結されてなり、これによりスタティックミキサエレメント３６が配置された第二流路３５を流体が通過すると、捻り板に沿って流体が交互に逆回転で撹拌されて径方向の混合が行われる。その結果、流体混合器の流れ方向と径方向の混合の効果にスタティックミキサエレメントの径方向の混合の効果が加わり、より均一に流体を混合できる。特に、流体に粘度があり、混合されにくい流体の混合には好適である。

−第三の実施の形態−
次に、図１１を参照して、本発明の第三の実施形態である静止型流体混合器について説明する。図１１は、第三の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す斜視図である。第三の実施の形態では、第一の実施の形態と同様、例えばチューブなどを配管接続することで静止型流体混合器を構成する。

第三の実施の形態に係る静止型流体混合器は、流体入口４５が設けられた、径方向に延在する略直線状の第一流路４１と、流体出口４６が設けられた、軸方向に延在する略直線状の第二流路４３と、第二流路４３の周囲を囲むように周方向をジグザグ状に往復しつつ、第二流路４３に沿って配設されたジグザグ流路４２と、第二流路４３から軸方向等間隔に各々分岐され、第二流路４３とジグザグ流路４２を流れ方向の複数個所で連通する複数の連通流路（分岐流路４４ａ〜４４ｇ）とを有する。

ジグザグ流路４２の流体入口側一端部には第一流路４１が接続され、流体入口４５と流体出口４６は、軸方向同一側に位置する。ジグザグ流路４２の他端部には、最も下流側に位置する分岐流路４４ｇが接続されている。各分岐流路４４ａ〜４４ｇは直線状に形成されてジグザグ流路４２と第二流路４３に略直角に接続されるとともに、第二流路４３の周方向一方側および他方側から図の水平方向に交互に分岐している。なお、第三の実施の形態では、第二流路４３が主流路を構成する。

次に、本発明の第三の実施形態である静止型流体混合器の作用について説明する。

静止型流体混合器の上流側から水と薬液を混合させ、一時的に薬液の濃度が濃くなった状態で流すと、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、流体入口４５から第一流路４１に流入してジグザグ流路４２を流れる。部分的に濃度が濃くなって流れる薬液がジグザグ流路４２の分岐流路４４ａの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ａを流れて第二流路４３を通って流体出口４６へと流れる。残りの薬液はジグザグ流路４２の下流側へ流れ、また、部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液が分岐流路４４ｂの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ｂを流れて第二流路４３を通って流体出口４６へと流れる。残りの薬液はジグザグ流路４２の下流側へ流れ、さらに、部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は、分岐流路４４ｂを流れた薬液と同様に分岐流路４４ｃの接続した箇所を流れた時点で、その一部が分岐流路４４ｃを流れて第二流路４３を通って流体出口４６へと流れる。以下、分岐流路４４ａ、４４ｂ、４４ｃと同様に部分的に濃度が濃くなって流れる残りの薬液は分岐流路４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇを流れて第二流路４３を通って流体出口４６へと流れる。

このとき、分岐流路４４ａを流れる部分的に濃度が濃くなった薬液の一部は、最短ルートで第二流路４３を通って他の部分的に濃度が濃くなって流れる薬液よりも早く流体出口４６から流出し、時間差で分岐流路４４ｂ、分岐流路４４ｃ、分岐流路４４ｄ、分岐流路４４ｅ、分岐流路４４ｆ、分岐流路４４ｇの順で徐々に長くなるルートを通って部分的に濃度が濃くなって流れる薬液の一部ずつが流出する。つまり、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れる薬液は、静止型流体混合器よって時間差で７つに分割されて流れることとなり、濃度の濃くなっていない薬液と各々混ざり合うことで流体の流れ方向に均一化して混合することができる。特に各々の分岐流路４４ａ〜４４ｇから分割した順に流体出口４６までの距離が一定距離ごとに長くなるので、時間差をより明確にすることができる。

なお、図１１の分岐流路４４ａ〜４４ｇは、第二流路４３の軸線に沿って等間隔の位置になるように設けられているが、各々の分岐流路４４ａ〜４４ｇを流れる流体の時間差を調節するために、第二流路４３と接続される位置を自由に設定してもよく、第一流路４１と接続した一端部から他端部に向かってジグザグ流路４２の通路断面積が漸次小さくなるようにジグザグ流路４２を形成しても良い。分岐流路４４ａ〜４４ｇの数も特に限定されない。分岐流路４４ａ〜４４ｇの数を多く設ける方が、流体の流れ方向の濃度分布をムラなくより細かく均一化することができる。

−第四の実施の形態−
次に、図１２、図１３を参照して、本発明の第四の実施形態である静止型流体混合器について説明する。図１２は、第四の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図である。第四の実施の形態では、略円柱状の本体部４７と、本体部４７の周囲を覆う円筒体５２とにより、図１１と同様の混合流路が形成される。

本体部４７はＰＴＦＥ製であり、本体部４７の中心軸上には第二流路４９が設けられ、本体部４７の軸方向一端面には第二流路４９に連通して流体出口４８が設けられている。本体部４７の外周面には周方向にジグザグ状に往復するジグザグ溝５０が軸方向にかけて延設され、ジグザグ溝５０の底面から第二流路４９にかけて軸方向等間隔に複数の連通孔５１が設けられている。

円筒体５２は、例えばＰＰ製の筐体であり、略円筒形に形成されている。円筒体５２内径は本体部４７の外径と略同径に形成され、円筒体５２は、焼きばめによって本体部４７の外周面にシールされた状態で嵌合されている。本体部４７に円筒体５２を嵌合させたことにより、本体部４７のジグザグ溝５０と円筒体５２との間にジグザグ流路５３が形成される。円筒体５２の一端部側外周面には、流体入口５４が設けられ、流体入口５４は円筒体５２の周壁を貫通する第一流路５５に接続されている。円筒体５２の嵌合状態では、流体入口５４は本体部４７の流体出口４８側に位置し、最も下流側のジグザグ流路５３の端部に連通している。

なお、円筒体５２は本体部４７とシールした状態で嵌合されているのであればどのような方法で嵌合されても良く、例えば第二の実施形態に記載された種々のバリエーションを適用できる。また、図１３に示すように有底円筒状の円筒体５６をシールリング５９を介して本体部５７に嵌合させ、キャップナット５８によって円筒体５６を本体部５７の外周面にシールされた状態で固定しても良い。図１２では、流体入口５４を円筒体５２の周面に設けたが、流体出口４８を周面に設けてもよい。

第四の実施形態における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、第二の実施形態と同様なので説明を省略する。第二の実施形態と同様に連通孔５１は、各々の通路断面積が略同一に形成されることが好ましい。ジグザグ流路５３は、第一流路５５と接続した一端側から他端側に向かって通路断面積が漸次小さくなるように形成されることが好ましく、第二流路４９の内周面は、流体出口４８から上流部に向かって漸次縮径して形成されることが好ましい。

−第五の実施の形態−
次に、図１４を参照して、本発明の第五の実施形態である静止型流体混合器について説明する。図１４は、第五の実施の形態に係る静止型流体混合器の概略構成を示す縦断面図であり、フェルール継手を用いた形状の静止型流体混合器を示している。この流体混合器は、略円柱状の本体部６６と、本体部６６の周囲を覆う一対の円筒部材（第一円筒部６１，第二円筒部６２）とを有する。なお、第一、第二円筒部６１，６２は筐体を構成する。

本体部６６と円筒部材６１、６２は、例えばＳＵＳ３０４により構成されている。なお、第一円筒部６１と第二円筒部６２は同一形状なので、以下では主に第一円筒部６１で代表して説明する。第一円筒部６１の一端部外周にはフランジ部６５が設けられ、他端部には円筒部が縮径された縮径部６４が設けられている。縮径部６４の縮径された端部にはフェルール継手部６５が設けられている。フェルール継手部６５の端面には入口開口７６が設けられ、入口開口７６は、第一円筒部６１内部の入口流路７７に連通している。なお、第二円筒部６２のフェルール継手部の端面には出口開口７８が設けられ、出口開口７８は第二円頭部６２内の出口流路７９に連通している。

本体部６６の内部には、同軸上に互いに離間して第一流路７１および第二流路７２が設けられている。本体部６６の一端面には、入口流路７７と第一流路７１とを連通する流体入口６９が設けられ、他端面には、出口流路７９と第二流路７２とを連通する流体出口７０が設けられている。本体部６６の外周面には、周方向にジグザグ状に往復しつつ、軸方向にかけてジグザグ溝７３が設けられ、ジグザグ溝７３の軸方向一端部には第一流路７１が接続されている。ジグザグ溝７３の底面から第二流路７２の内周面にかけては、図５と同様に、複数の連通孔７５が設けられ、流体出口７０に最も近い場所に位置する連通孔７５はジグザグ溝７３の軸方向他端部に接続されている。

本体部６６の両端部は第一、第二円筒部６１、６２の内周面に合わせた形状に縮径され、外周は第一、第二円筒部６１、６２の内周と略同径に形成されている。本体部６６は第一、第二円筒部６１、６２の縮径されてない側のフランジ部６３、６７の開口部に嵌挿されている。各々のフランジ部６３、６７の端面間にはガスケット７４が挟持され、フランジ部６３、６７はクランプ６８により連結されている。このとき、第一、第二円筒部６１、６２が筐体を形成し、第一、第二円筒部６１、６２とジグザグ溝７３との間にジグザグ流路が形成される。

なお、本実施形態のフランジ部６３、６７の接続はフェルール継手の接続方法と同様であり、フェルール継手を用いても良い。図１４に示した以外の形状であってもフェルール継手を用いて組立容易に流体混合器を形成することができる。例えば、円筒状の筐体の両端部にフェルール継手部を設けた筐体に本体部を嵌合させた構成とすることができる。このとき、本体部の流路の形状を第四の実施形態と同様の形状にしても良く、この場合には、有底円筒状の第一円筒部と、流体入口及び流体出口が設けられた第二円筒部とをフェルール継手部によって接続してもよい。

次に第五の実施形態の作用について説明する。

静止型流体混合器に流入した流体は、流体入口６９から本体部６６の第一流路７１を通ってジグザグ溝７３が形成するジグザグ流路へ流入する。本体部６６内の流路を流れることで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。均一化した流体は第二流路７２を通って流体出口７０から流出される。このとき、本実施形態の静止型流体混合器は分解及び組立が容易であり、フェルール継手部６５によって配管ラインへの取り付け取り外しが容易となり、特に分解して部品を洗浄して組み立てる作業が頻繁に行われる食品分野において好適に使用できる。このとき、ジグザグ溝７３の底面を円弧状に形成しておくと洗浄が容易となるので好適である。

−第六の実施の形態−
次に、図１５を参照して、本発明の第六の実施形態である流体混合器について説明する。図１５は、第六の実施の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。第六の実施の形態は、Ｙ型ストレーナー形状の流体混合器であり、ボディと８１とボディ８１内に収容される本体部９３とを有する。

ボディ８１は、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製であり、Ｙ型管状に形成され、分岐部を有する。ボディ８１の下部の分岐部に中空室８２が設けられ、中空室８２に連通する連通口８３を有する台座８４と、中空室８２から下方へ開口する開口部８５を有している。ボディ８１両端面にはフランジ状の入口開口８６及び出口開口８７が形成され、入口開口８６と中空室８２に各々連通する入口流路８８と、出口開口８７と連通口８３に各々連通する出口流路８９とを有している。ボディ８１の端部には蓋体９０が取り付けられる。

蓋体９０は例えばＰＶＣ製であり、円板状に形成され、蓋体９０の一端部外周には鍔部９１が設けられている。蓋体９０はキャップナット９２によりボディに取り付けられる。キャップナット９２は例えばＰＶＣ製であり、円筒状に形成されている。キャップナット９２の一方の端部内周には、ボディ８１の開口部８５外周に設けられた雄ネジ部に螺着される雌ネジ部が設けられ、もう一方の端部には内周方向へ突出する内鍔部が設けられている。キャップナット９２は、蓋体９０の鍔部９１端面に内鍔部が当接し、ボディ８１の雄ネジ部に螺着することで、蓋体９０を固定し、このボディ８１と蓋体９０とで筐体を形成する。

なお、蓋体９０と本体部９３を一体で設けても良い。また、キャップナット９２を用いずに蓋体９０に雌ねじ部を形成してボディ８１に螺着しても良く、ボディ８１の開口部８５に雌ねじ部を設けて雄ねじ部を有する蓋体９０を螺着しても良い。また、固定方法は、ボディ８１と蓋体９０とを固着できるのであれば螺着以外でもよく、バヨネットやフェルールやねじなど特に限定されない。

本体部９３は例えばＰＶＣ製であり、円柱状に形成されている。本体部９３の一端面に流体出口９６と流体出口９６に連通する第二流路９５が設けられ、第二流路９５は本体部９３の中心軸の位置に配置されている。本体部９３の外周面には周方向にジグザグ状に往復しつつ軸方向にかけてジグザグ溝９４が延設され、ジグザグ溝９４の外側にジグザグ流路が形成されている。ジグザグ溝９４の底面から第二流路９５の内周面にかけては等間隔に複数の連通孔９７が設けられ、連通孔９７を介してジグザグ流路と第二流路９５とが連通している。ジグザグ流路の流体出口９６側の一端部は、ボディ８１の入口流路８８に連通し、ジグザグ流路の他端部は、流体出口９６側から最も遠い場所に位置する連通孔９７に連通している。

本体部９３の外周はボディ８１の中空室８２の内周と略同径に形成され、本体部９３の流体出口９６の反対側の端部外周には開口部８５内周面とシールされるＯリングを有する環状溝が設けられている。本体部９３はボディ８１の開口部８５から中空室８２に嵌合され、挿入した本体部９３の端部を台座８４に当接させ、連通口８３に本体部９３の第二流路９５が連通した状態で蓋体９０とキャップナット９２で固定されている。このとき入口開口８６は静止型流体混合器の流体入口となり、入口流路８８は静止型流体混合器の第一流路となって、ボディ８１の中空室８２とジグザグ溝９４の内周面でジグザグ流路が形成される。なお、ボディ８１の分岐部に中空室８２が設けられるのであれば、中空室８２はボディ８１の下部以外にあってもよい。

次に第六の実施形態の作用について説明する。

静止型流体混合器に流入した流体は、ボディ８１の入口開口８６から入口流路８８を通って本体部９３のジグザグ溝９４が形成するジグザグ流路へ流入する。本体部９３内の流路を流れることで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、第三の実施形態と同様なので説明を省略する。均一化した流体は第二流路９５から出口流路８９を通って出口開口８７から流出される。このとき、本実施形態の静止型流体混合器は分解及び組立が容易であり、特に分解して部品を洗浄して組み立てる作業が頻繁に行われる食品分野において好適に使用できる。

次に、図１６、図１７を参照して以上の静止型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静止型流体混合器は、例えば流体の温度または濃度が経時的に変化するライン内に適用される。すなわち、例えばライン内にヒーターを設置し、このヒーターで加熱される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経時的に変化するものや、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濃度が経時的に変化するものなどに適用され、静止型流体混合器内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１６は、本実施形態に係る静止型流体混合器を用いた装置の一例を示す図である。図では、２つの物質が各々流れるライン１０１、１０２の合流部１０３の下流側に本実施形態に係る静止型流体混合器１０６が配置されている。各物質はそれぞれポンプ１０４，１０５により供給される。このため、ポンプ１０４、１０５の脈動などにより、流体が合流したときの混合比率が経時的に変化することがあるが、静止型流体混合器１０６により物質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１０１，１０２に高温流体と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、混合流体の濃度が経時的に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良く、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も良い。なお、３つ以上の物質が流れるラインを合流させるように装置を構成し、３つ以上の物質が静止型流体混合器によって混合されるようにしても良い。

図１７は、図１６の変形例を示す図である。図１７では、２つの物質が各々流れるライン１０７、１０８の合流部１０９の下流側に本実施形態に係る静止型流体混合器１１０を配置するとともに、静止型流体混合器１１０の下流側に他の物質が流れるライン１１１が合流する合流部１１２を設け、合流部１１２の下流側にも静止型流体混合器１１３を配置している。これにより３つ以上の物質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つの物質を均一化した後に他の物質を混合して均一化させることで効率よく混合ムラのない均一な混合を行うことができる。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を混合した後で油と混合することによりムラなく均一に混合することができる。水と硫酸を混合して希釈した後、その混合物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、水と硫酸を混合して希釈した後、その混合物に珪酸ソーダを混合してｐＨ調整させる場合にも、好適に用いることができる。なお、最初に３つ以上の物質を合流させても良く、途中で２つ以上の物質を合流させても良い。また、静止型流体混合器を３つ以上直列に配置し、段階的に他の物質を混合するようにしても良い。

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１６の装置において、一方の物質が流れるライン１０１には水、他方の物質の流れるライン１０２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、温水や冷水であっても良い。ｐＨ調整剤は、混合する液体のｐＨ調整に用いられる酸、アルカリであれば良く、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良く、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、還元反応を利用して色素を分解するものであれば良く、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。殺菌剤は病原性あるい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）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良く、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、一方の物質が流れるライン１０１に水、他方の物質の流れるライン１３２にお湯を流しても良く、水とお湯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、一方の物質が流れるライン１０１に第一の液体薬品、他方の物質の流れるライン１０２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１０６で混合させるようにしても良い。ここで、第一、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良く、上記の液体薬品やそれ以外の液体薬品でも良い。例えばフォトレジストと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良い。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、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、育毛又は除毛、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、粉体または有機溶剤等に溶解させた液体で使用される。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において触媒として好適に使用される。

また、一方の物質が流れるライン１０１に廃液、他方の物質の流れるライン１０２にｐＨ調整剤または凝集剤を流し、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。ｐＨ調整剤は上記の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なら特に限定されず、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良く、カビ、酵母など菌類や、バクテリアなどの細菌類などが挙げられる。

また、一方の物質が流れるライン１０１に第一の石油類、他方の物質の流れるライン１０２に第二の石油類、添加剤、または水を流し、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。ここで第一、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。ここで言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。ここで言う水は、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、温水や冷水であっても良い。

また、一方の物質が流れるライン１０１に第一の樹脂、他方の物質の流れるライン１０２に第二の樹脂、溶剤、硬化剤、着色剤を流し、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。ここで言う樹脂とは、溶融樹脂、液体樹脂などの接着剤の主成分、塗料の塗膜形成成分のことである。溶融樹脂は射出成形や押し出し成形可能な樹脂なら特に限定されず、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、成形機や押出機から静止型流体混合器１０６に溶融樹脂を流す装置を形成しても良い。例えば成形機の場合は、成形機のノズルと金型の間に静止型流体混合器１０６を配置して射出成形を行えばよく、押出機の場合は、押出機とダイの間に静止型流体混合器１０６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土を安定させて厚みムラや内部応力の発生を抑えることができ、色ムラをなくすことができる。

また、一方の物質が流れるライン１０１に第一の食品原料、他方の物質の流れるライン１０２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、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。

第一、第二の食品原料とは配管内を流動可能な飲料または食品であれば良く、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。また流動可能なら個体や粉体でも良く、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、細かく刻む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、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などに用いられる。

また、一方の物質が流れるライン１０１に空気、他方の物質の流れるライン１０２に可燃性ガスを流し、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。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、一方の物質が流れるライン１０１に第一の不燃性ガス、他方の物質の流れるライン１０２に第二の不燃性ガスまたは蒸気を流し、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。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、一方の物質が流れるライン１０１に水、液体薬品、食品原料、他方の物質の流れるライン１０２に空気、不燃性ガス、蒸気を流し、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。

また、一方の物質が流れるライン１０１に第一の合成中間体、他方の物質が流れるライン１０２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、これらを静止型流体混合器１０６で混合させるようにしても良い。第一、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言い、複数の薬品を混合させた合成途中のものや、樹脂の精製途中のものや医薬中間体などが挙げられる。

なお、以上の異種流体を図１７の装置を用いて混合させるようにしても良い。また、図１６、図１７の静止型流体混合器を用いた装置において、合流する前の物質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良く、静止型流体混合器の下流側に熱交換器を設けても良い。さらに、合流する前の一方の物質の流れるラインに計測器を配置し、計測器で計測されたパラメーターに応じて他方の物質の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良く、他方の物質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良い。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れば流量計、流速計、濃度計、ｐＨ測定器でも良い。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良い。この場合、静止型流体混合器で流路の軸方向の均一化を行い、スタティックミキサーで流路の径方向均一化を行うので、より均一な流体の混合を行うことができる。

以上の静止型流体混合器における本体部７、４７、６６、９３、円筒体１４、５２、第一、第二円筒部６１、６２、ボディ８１、蓋体９０、キャップナット９２等の各部品の材質は、樹脂製であればポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良い。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、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樹脂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。本体部または筐体を形成する部材を透明または半透明な材質で形成しても良く、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、静止型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、チタンなどの金属や合金であっても良い。

上記実施の形態では、分岐流路４ａ〜４ｇ，４４ａ〜４４ｇや連通孔１３，２５，３２，５１，７５，９７によりジグザグ流路と主流路を流れ方向の複数個所で連通するようにしたが、連通流路の構成は上述したものに限らない。例えば複数の連通流路を各部で異なった形状（例えば断面積の異なる形状）としたり、連通流路の配置されるピッチを長手方向で変更するようにしてもよい。主流路や連通流路は直線状でなくてもよい。ジグザグ流路２を環状としたが、主流路の周囲を覆うように設けられるのであれば、他の形状（例えば矩形状）でもよい。ジグザグ流路２により主流路の全周を覆うようにしたが、全周より少ない周（例えば半周）を覆うのでもよい。図５や図１２において、本体部７，５４の外周面にジグザグ溝１２，５０を設けるようにしたが、本体部７，４７と筐体（円筒体１４，５２）との嵌合面にジグザグ流路１５，５３を形成するのであれば、他の部材（例えば筐体の内周面）にジグザグ溝を設けてもよい。本体部と筐体との間に、ジグザグ状の孔が開口されたリング状部材を介装するようにしてもよい。上記実施の形態（例えば図１）では、第一流路１の端部に流体入口部としての流体入口５を設けるとともに、第二流路３の端部に流体出口部としての流体出口６を設けた。あるいは逆方向の流れの場合には、第一流路１の端部に流体出口部としての流体入口５を設けるとともに、第二流路３の端部に流体入口部としての流体出口６を設けた。しかし、本発明における流体入口部および流体出口部の構成はこれに限らず、例えばジグザグ流路の端部に直接、流体入口部や流体出口部を設けてもよい。図１６では、ライン１０１，１０２と合流部１０３により、図１７では、ライン１０７，１０８，１１１と合流部１０９，１１２により、それぞれ複数の異種流体を合流して導く流路を形成したが、流路形成手段はこれに限らない。

なお、上記第一の実施の形態〜第六の実施の形態を任意に組み合わせて静止型流体混合器を構成してもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の静止型流体混合器に限定されない。

１ 第一流路
２ ジグザグ流路
３ 第二流路
４ａ〜４ｇ 分岐流路
５ 流体入口
６ 流体出口
７ 本体部
８ 流体入口
９ 第一流路
１０ 流体出口
１１ 第二流路
１２ ジグザグ溝
１３ 連通孔
１４ 円筒体
１５ ジグザグ流路
３６ スタティックミキサーエレメント
４１ 第一流路
４２ ジグザグ流路
４３ 第二流路
４４ａ〜４４ｇ 分岐流路
４５ 流体入口
４６ 流体出口
４７ 本体部
４８ 流体出口
４９ 第二流路
５０ ジグザグ溝
５１ 連通孔
５２ 円筒体
５３ ジグザグ流路
５４ 流体入口
５５ 第一流路

Claims (14)

1. 第一流路と第二流路からなる主流路と、
   該第二流路の周囲を囲むようにジグザグ状に往復しつつ、第二流路に沿って延設され、一端部に該第一流路が連通するジグザグ流路と、
   前記第二流路と前記ジグザグ流路を流れ方向の複数個所で連通する複数の連通流路と、
   前記第一流路または前記第二流路の端部に設けられた流体入口部と、
   前記流体入口部とは異なる、前記第一流路または前記第二流路の端部に設けられた流体出口部とを有することを特徴とする静止型流体混合器。
2. 前記主流路の第一流路と第二流路が、互いに離間して略直線状に形成され、
   前記流体入口部は、前記第一流路の端部に設けられ、
   前記流体出口部は、前記流体入口部の反対側の前記第二流路の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静止型流体混合器。
3. 前記ジグザグ流路の流路断面積は、前記第一流路と接続する一端部側から他端部側に向かって徐々に小さくされていることを特徴とする請求項１または２に記載の静止型流体混合器。
4. 前記第二流路の流路断面積は、一端部側の流体入口部または流体出口部から他端部側に向かって徐々に小さくされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静止型流体混合器。
5. 前記複数の連通流路の流路断面積は、互いに略同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静止型流体混合器。
6. 本体部と、
   該本体部に嵌合する筒状の筐体とを有し、
   前記主流路および前記連通流路は、前記本体部の内部に形成され、
   前記ジグザグ流路は、前記本体部と前記筐体との嵌合面に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静止型流体混合器。
7. 前記流体入口部および前記流体出口部は、それぞれ前記本体部の長手方向両端部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の静止型流体混合器。
8. 前記流体入口部および前記流体出口部の少なくとも一方は、前記筐体を貫通して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の静止型流体混合器。
9. 前記筐体の端部にフェルール継手部が設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の静止型流体混合器。
10. 前記筐体は、フランジ部を介して長手方向に連結される一対の円筒部材からなり、
    前記本体部は、前記一対の円筒部材の内側に収容され、前記一対の円筒部材の前記フランジ部同士が連結されることにより固定されることを特徴とする請求項９に記載の静止型流体混合器。
11. 前記筐体は、
    一端部が開口された分岐部を有するボディと、
    前記分岐部の開口を閉塞する蓋体とを有し、
    前記分岐部は、中空室を形成するとともに、この中空室を介して前記ボディ内に入口流路と出口流路が形成され、前記本体部は、前記ボディの中空室に嵌合して配置されることを特徴とする請求項６，８，９のいずれか１項に記載の静止型流体混合器。
12. 前記主流路、前記ジグザグ流路、前記流体入口部および前記流体出口部の少なくともいずれかに、スタティックミキサエレメントが配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の静止型流体混合器。
13. 前記スタティックミキサエレメントは、流路軸心回りで所定角度ずつ交互に逆回りで捻られた複数の捻り板が直列に連結されてなることを特徴とする請求項１２に記載の静止型流体混合器。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の静止型流体混合器と、
    この静止型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静止型流体混合器を用いた装置。

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