JP6276603B2

JP6276603B2 - 混合装置

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Publication number: JP6276603B2
Application number: JP2014018748A
Authority: JP
Inventors: 啓二山▲崎▼; 巌畠; 豊嶋　博; 博豊嶋
Original assignee: 啓二山▲崎▼; 巌畠
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-02-03
Also published as: JP2015144993A

Description

本発明は、複数の物質を混合する多機能型混合装置に関する。

近年、水や温水に炭酸ガスを溶解させた炭酸水の利用が図られている。例えば、炭酸水には、古くから疲労回復や血行促進に効果があることが知られており、医療や美容の分野において数多く利用されている。また、半導体産業等の工業の分野においても、炭酸水で洗浄することにより、表面の電気比抵抗を低くし、静電気の帯電を低下させることが行われている。更に、除菌や、農業・畜産業への利用も検討されている。

そこで、より安定して高濃度の炭酸水を製造することができる装置の開発が進められている。炭酸水を製造する装置としては、例えば、水又は温水に炭酸ガスを溶解させる炭酸ガス溶解部の内周面に、容器の中心軸に直交して容器の内径よりも短く形成された複数の撹拌用障壁を中心軸方向に互いにずらして設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４７１１２２７号公報

このように炭酸水の製造装置についても開発が進められてはいるものの、より炭酸ガスが抜けにくく、二酸化炭素濃度が安定した高濃度の炭酸水を簡単に製造することができる装置の開発が望まれていた。また、炭酸水に限らず、気体と液体、又は、複数の液体等、複数の物質を混合する場合についても、より安定して簡単に混合することができる装置の開発が望まれていた。

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、複数の物質を安定して簡単に混合することができる多機能型混合装置を提供することを目的とする。

本発明の多機能型混合装置は、一端部に流体の流入口が設けられ、他端部に流体の流出口が設けられた中空状の混合部を備えたものであって、混合部の内部には、内部流路をそれぞれ仕切るように、複数の混合細孔が設けられた混合栓と、周縁部に複数のスリットが設けられた少なくとも１つの調整板と、複数の絞り細孔が設けられた絞り弁とが設けられたものである。

本発明によれば、混合細孔を形成した混合栓と、周縁部にスリットを形成した調整板と、絞り細孔を形成した絞り弁とを設けるようにしたので、流入口から流入した流体を混合細孔、スリット、及び、絞り細孔を通過させることにより、流体を十分に撹拌混合することができる。よって、複数の流体を安定して簡単に混合することができ、かつ、混合した流体の安定性を向上させることができる。

また、調整板として、第１の調整板と第２の調整板とを設け、中心線を中心とした回転方向にそれらのスリットの位置が少なくとも一部においてずれているようにすれば、流体の撹拌混合をより促進することができる。

更に、混合栓、調整板、及び、絞り弁よりも流入口の側において、内部流路の中央側に、内部流路の中央側を流れる流体を周縁側に迂回させる迂回板をもうけるようにすれば、混合栓、調整板、及び、絞り弁における流体の撹拌混合をより促進することができる。

加えて、各混合細孔は、流入口の側よりも流出口の側の大きさの方を小さくするようにすれば、各混合細孔に流体を集めて通過させる時に発散させることができるので、流体の撹拌混合をより促進することができる。

本発明の一実施の形態に係る多機能混合装置の構成を表す部分断面図である。図１に示した多機能混合装置の混合栓の構成を表す図である。図１に示した多機能混合装置の調整板の構成を表す図である。図１に示した多機能混合装置の絞り弁の構成を表す図である。図１に示した多機能混合装置の迂回板の構成を表す図である。図１に示した多機能混合装置における流体の流れを表す部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る多機能混合装置１の断面構成を表すものである。この多機能混合装置１は、複数の流体を混合するものである。流体としては、液体でも気体でもよく、液体に気体を混合する場合や、液体に液体を混合する場合等に好ましく用いることができる。液体に気体を混合する場合としては、例えば、水又は温水に、炭酸ガスを混合し、溶解させて、炭酸水又は炭酸泉を製造する場合が好ましく挙げられる。この炭酸水又は炭酸泉は、医療又は美容等の人体に用いることができると共に、飲料用、食品、除菌、半導体産業等の工業の分野、農業・畜産業の分野、又は、環境分野においても利用することができる。また、他にも、混合する流体としては、酸素、窒素、笑気ガス、滅菌ガスなどの医療用ガスや、純水、次亜塩素酸等の薬液が挙げられる。

多機能混合装置１は、例えば、一端部に流体の流入口１１が設けられ、他端部に流体の流出口１２が設けられた中空状の混合部１０を備えている。混合部１０の内部には、流体が流通する内部流路１３が形成されている。混合部１０は、例えば、円筒の一端部に流入口１１、他端部に流出口１２が設けられた構造を有しており、流体の流れの方向に対して垂直方向における内部流路１３の断面形状は、例えば、円形である。

流入口１１は、例えば、一端部が内部流路１３に連通された第１の流入流路１１Ａと、一端部が第１の流入流路１１Ａに対して垂直に連通された１又は２以上の第２の流入流路１１Ｂとを有していることが好ましい。例えば、主流体に１又は２以上の添加流体を混合する際に、主流体を第１の流入流路１１Ａから流入し、添加流体を第２の流入流路１１Ｂから流入するようにすれば、混合量を調整しつつ容易に混合することができるからである。第１の流入流路１１Ａ及び第２の流入流路１１Ｂの流路断面積は、例えば、内部流路１３の流路断面積よりも小さく形成されている。流出口１２は、例えば、一端部が内部流路１３に連通され、流路断面積が内部流路１３よりも小さい流出流路１２Ａを有している。

混合部１０の内部には、流入口１１から流出口１２に向かい、内部流路１３をそれぞれ仕切るように、混合栓２０と、少なくとも１つの調整板３０と、絞り弁４０とがこの順に設けられている。混合部１０の内部には、また、混合栓２０、調整板３０、及び、絞り弁４０よりも流入口１１の側において、内部流路１３の中央側に、内部流路１３の中央側を流れる流体を周縁側に迂回させる迂回板５０が設けられていることが好ましい。

迂回板５０と混合栓２０との間には、例えば、これらを中央部において互いに連結する第１連結部材６１が配設されていることが好ましい。混合栓２０と調整板３０との間には、例えば、これらを中央部において互いに連結する第２連結部材６２が配設されていることが好ましい。調整板３０と絞り弁４０との間には、例えば、これらを中央部において互いに連結する第３連結部材６３が配設されていることが好ましい。混合栓２０と流入口１１との間、及び、絞り弁４０と流出口１２との間には、例えば、混合栓２０又は絞り弁４０の周縁部に沿って中空状のスペーサ６４が設けられていることが好ましい。これらの間隔を保持し、位置を固定するためである。

図２は、混合栓２０の構成を取り出して表すものであり、（Ａ）は流入口１１の側から見た構成を表し、（Ｂ）は流出口１２の側から見た構成を表し、（Ｃ）はＩ−Ｉ線に沿った断面構成を表している。混合栓２０は、例えば、複数の混合細孔２１が設けられた板状であり、外周面を混合部１０の内側面、すなわち内部流路１３の内側面に当接させて配設されている。これにより、流体、例えば主流体及び添加流体は、混合細孔２１を通って流出口１２へ流れ、撹拌混合されるようになっている。

各混合細孔２１は、例えば、流入口１１の側よりも流出口１２の側の大きさの方が小さくなるように形成されていることが好ましい。流入口１１の側を大きくすることにより各混合細孔２１に流体を集め、流出口１２の側を小さくすることにより各混合細孔２１を通過する時に流体をより大きく発散させることができるので、流体の撹拌混合をより促進させることができるからである。各混合細孔２１は、流入口１１の側から流出口１２の側に向かい、大きさが徐々に小さくなるように傾斜された傾斜部２１Ａを有していることが好ましい。

各混合細孔２１の大きさは、混合する流体の種類、温度、又は、装置の大きさにより異なるが、例えば、流入口１１の側が０．２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内であり、流出口１２の側が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。流体の撹拌混合をより促進することができるからである。混合細孔２１の数は、装置の大きさにより異なるが、例えば、１２個から３０個程度が好ましい。

図３は、調整板３０の構成を取り出して表すものであり、（Ａ）は側面から見た構成を表し、（Ｂ）は流入口１１の側から見た端面構成を表し、（Ｃ）は流出口１２の側から見た端面構成を表し、（Ｄ）はＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を表している。調整板３０は、例えば、周縁部に複数のスリット３１が設けられた板状である。スリット３１は、例えば、外周面の一部を内側に切り欠くことにより形成されており、外周面に沿って周方向に所定の間隔をあけて６個設けられていることが好ましい。調整板３０は、例えば、スリット３１以外の部分の外周面を混合部１０の内側面、すなわち内部流路１３の内側面に当接させて配設されている。すなわち、スリット３１は、混合部１０の内周面に沿って、間隔をあけて複数設けられていることが好ましい。

これにより、流体は周縁部に設けられたスリット３１を通って流出口１２へ流れ、撹拌混合されるようになっている。スリット３１の幅は、混合する流体の種類、温度、又は、装置の大きさにより異なるが、例えば、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、８ｍｍ以上１６ｍｍ以下の範囲内であればより好ましい。流体の撹拌混合をより促進することができるからである。

調整板３０は、１つでもよいが、複数設けることが好ましい。撹拌混合をより促進することができるからである。また、調整板３０は、３つ以上設けてもよいが、２つとすることが好ましい。調整板３０の数を増やしても撹拌混合の効果はあまり変わらず、逆に、流量が減少し、効率が低下してしまうからである。調整板３０としては、例えば、混合栓２０と絞り弁４０との間において、内部流路１３を順に仕切るように、第１調整板３０Ａと、第２調整板３０Ｂとが設けられていることが好ましい。

第１調整板３０Ａと第２調整板３０Ｂとは、例えば、スリット３１の位置が、第１調整板３０Ａの中心位置と第２調整板３０Ｂの中心位置とを結ぶ中心線を中心とした回転方向に、少なくとも一部においてずれていることが好ましい。流体の撹拌混合をより促進することができるからである。なお、第１調整板３０Ａと第２調整板３０Ｂとは、スリット３１の形状を異ならせることにより、スリット３１の位置が少なくとも一部においてずれるようにしてもよいが、同一形状とし、回転させることによりスリット３１の位置が少なくとも一部においてずれるようにすることが好ましい。バランスよく安定して流体を撹拌混合することができるからである。

第１調整板３０Ａと第２調整板３０Ｂとの間には、例えば、これらを中央部において互いに連結する調整板連結部材３２が設けられていることが好ましい。これらの間隔を保持するためである。また、調整板連結部材３２は、例えば、第２連結部材６２及び第３連結部材６３よりも、外周の断面積が大きく、例えば外径が大きく形成されており、内部流路１３の流路断面積を狭窄するように構成されていることが好ましい。第１調整板３０Ａと第２調整板３０Ｂとの間の抵抗を高くすることにより、流体の撹拌混合をより促進することができるからである。

図４は、絞り弁４０の構成を取り出して表すものであり、（Ａ）は流入口１１の側から見た構成を表し、（Ｂ）は流出口１２の側から見た構成を表し、（Ｃ）はＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を表している。絞り弁４０は、例えば、複数の絞り細孔４１が設けられた板状であり、外周面を混合部１０の内側面、すなわち内部流路１３の内側面に当接させて配設されている。これにより、流体は絞り細孔４１を通って流出口１２へ流れ、撹拌混合されるようになっている。

各絞り細孔４１は、例えば、各混合細孔２１と同様に、流入口１１の側よりも流出口１２の側の大きさの方が小さくなるようにしてもよいが、各混合細孔２１とは異なり、流入口１１の側の大きさと流出口１２の側の大きさを同一としてもよい。混合栓２０及び調整板３０を通過することにより、流体の撹拌混合が進んでいるので、流入口１１の側を大きくする必要がないからである。各絞り細孔４１の大きさは、混合する流体の種類、温度、又は、装置の大きさにより異なるが、例えば、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内であればより好ましい。流体の撹拌混合をより促進することができるからである。絞り細孔４１の数は、装置の大きさにより異なるが、例えば、１２個から３０個程度が好ましい。

図５は、迂回板５０の構成を拡大して表すものである。迂回板５０は、例えば、円板状であり、内部流路１３の中央部において、第１連結部材６１により、混合栓２０から流入口１１の側に突出するように設けられていることが好ましい。内部流路１３は、例えば、迂回板５０により迂回板５０の外周側に狭窄されている。迂回板５０は、例えば、第１連結部材６１よりも外周の断面積が大きく、例えば、外径が大きく形成されていることが好ましい。流入口１１から流入した流体が迂回板５０に突き当たり、迂回板５０の外周部に迂回して、迂回板５０の流出口１２の側において渦流を生じ、流体の撹拌混合を促進することができるからである。

また、迂回板５０の外周の断面積は、第１の流入流路１１Ａの流路断面積の８０％以上１００％以下の範囲内であることが好ましい。小さすぎると流体を撹拌混合する効果が小さく、大きすぎると内部流路１３の断面積が狭くなり流量が減少し、効率が低下してしまうからである。迂回板５０の外径は、装置の大きさにより異なるが、例えば、１２ｍｍから２５ｍｍ程度であることが好ましい。迂回板５０と混合栓２０との間の距離は、装置の大きさにより異なるが、例えば、８ｍｍから１５ｍｍ程度であることが好ましい。

図６は多機能混合装置１における流体の流れを表すものである。この多機能混合装置１では、流入口１１から内部流路１３に流体が流入される。例えば、主流体に１又は２以上の添加流体を混合する場合には、第１の流入流路１１Ａから主流体を流入し、１又は２以上の第２の流入流路１１Ｂから１又は２以上の添加流体を個別に流入する。例えば、炭酸水又は炭酸泉を製造する場合を例に挙げて説明すると、第１の流入流路１１Ａから水又は温水を流入し、第２の流入流路１１Ｂから炭酸ガスを流入する。流入口１１から流入された流体は、まず、混合栓２０の迂回板５０に突き当たり、迂回板５０の外周部に迂回して、迂回板５０の流出口１２の側において渦流を生じ、撹拌混合される。例えば、炭酸水を製造する場合であれば、炭酸ガスの気泡の大きさが小さくなる。

次いで、迂回板５０を通過した流体は、混合栓２０の混合細孔２１を通過し、それにより更に撹拌混合される。例えば、炭酸水を製造する場合であれば、炭酸ガスの気泡の大きさが更に小さくなる。その際、各混合細孔２１は、流入口１１の側の大きさが大きく、流出口１２の側の大きさが小さく形成されているので、流体は各混合細孔２１に集められ、かつ、各混合細孔２１を通過する時に大きく発散する。炭酸水を製造する場合であれば、より多くの炭酸ガスが各混合細孔２１を通り、かつ、炭酸ガスの気泡の大きさがより小さくなる。よって、流体の撹拌混合がより促進される。

続いて、混合栓２０の混合細孔２１を通過した流体は、調整板３０のスリット３１を通過し、それにより更に撹拌混合される。例えば、炭酸水を製造する場合であれば、炭酸ガスの気泡の大きさが更に小さくなる。具体的には、第１調整板３０Ａのスリット３１を通過し、続いて、第２調整板３０Ｂのスリット３１を通過する。その際、第１調整板３０Ａと第２調整板３０Ｂとは、スリット３１の位置が回転方向に少なくとも一部においてずれているので、流体の撹拌混合がより促進される。そののち、調整板３０のスリット３１を通過した流体は、絞り弁４０の絞り細孔４１を通過し、それにより更に撹拌混合される。例えば、炭酸水を製造する場合であれば、炭酸ガスの気泡の大きさが更に小さくなる。絞り弁４０の絞り細孔４１を通過した流体は、流出口１２から流出される。

このように、本実施の形態によれば、混合細孔２１を形成した混合栓２０と、周縁部にスリット３１を形成した調整板３０と、絞り細孔４１を形成した絞り弁４０とを設けるようにしたので、流入口１１から流入した流体を混合細孔２１、スリット３１、及び、絞り細孔４１を通過させることにより、流体を十分に撹拌混合することができる。よって、複数の流体を安定して簡単に混合することができ、かつ、混合した流体の安定性を向上させることができる。

また、調整板３０として、第１の調整板３０Ａと第２の調整板３０Ｂとを設け、中心線を中心とした回転方向にそれらのスリット３１の位置が少なくとも一部においてずれているようにすれば、流体の撹拌混合をより促進することができる。

更に、混合栓２０、調整板３０、及び、絞り弁４０よりも流入口１１の側において、内部流路１３の中央側に、内部流路１３の中央側を流れる流体を周縁側に迂回させる迂回板５０をもうけるようにすれば、混合栓２０、調整板３０、及び、絞り弁４０における流体の撹拌混合をより促進することができる。

加えて、各混合細孔２１は、流入口１１の側よりも流出口１２の側の大きさの方を小さくするようにすれば、各混合細孔２１に流体を集めて通過させる時に発散させることができるので、流体の撹拌混合をより促進することができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えていなくてもよく、他の構成要素を備えていてもよい。また、各構成要素は、他の構成を有していてもよい。

更に、上記実施の形態では、混合部１０の内部に、流入口１１から流出口１２に向かい、内部流路１３を順に仕切るように、混合栓２０と、少なくとも１つの調整板３０と、絞り弁４０とをこの順に設ける場合について説明したが、混合栓２０、調整板３０、及び、絞り弁４０の順番は異なっていてもよい。その場合、迂回板５０は、最も流入口１１の側に設けられたものに対して第１連結部材６１により配設されることが好ましい。

加えて、上記実施の形態では、混合栓２０、調整板３０、及び、絞り弁４０よりも流入口１１の側において、内部流路１３の中央側に、内部流路１３の中央側を流れる流体を周縁側に迂回させる迂回板５０を設ける場合について説明したが、流入口１１の側に加えて、又は、流入口１１の側に変えて、混合栓２０、調整板３０、及び、絞り弁４０よりも流出口１２の側において、内部流路１３の中央側に、迂回板５０をもうけるようにしてもよい。

複数の流体を混合する場合、例えば、水又は温水に炭酸ガスを混合して炭酸水又は炭酸泉を製造する場合に用いることができる。

１…多機能混合装置、１０…混合部、１１…流入口、１１Ａ…第１の流入流路、１１Ｂ…第２の流入流路、１２…流出口、１２Ａ…流出流路、１３…内部流路、２０…混合栓、２１…混合細孔、２１Ａ…傾斜部、３０…調整板、３０Ａ…第１調整板、３０Ｂ…第２調整板、３１…スリット、３２…調整板連結部材、４０…絞り弁、４１…絞り細孔、５０…迂回板、６１…第１連結部材、６２…第２連結部材、６３…第３連結部材、６４…スペーサ

Claims

一端部に流体の流入口が設けられ、他端部に流体の流出口が設けられた中空状の混合部を備え、液体に気体を混合する混合装置であって、
前記混合部の内部には、流入口から流出口に向かい、内部流路をそれぞれ仕切るように、複数の混合細孔が設けられた混合栓と、周縁部に複数のスリットが設けられた第１調整板及び第２調整板と、複数の絞り細孔が設けられた絞り弁とがこの順に設けられ、
前記スリットは、前記第１調整板及び前記第２調整板の外周面の一部を内側に切り欠くことにより形成され、外周面に沿って周方向に所定の間隔を開けて複数設けられ、
前記混合栓と前記第１調整板との間には、これらを中央部において互いに連結する第２連結部材が配設され、前記第１調整板と前記第２調整板との間には、これらを中央部において互いに連結する調整板連結部材が配設され、前記第２調整板と前記絞り弁との間には、これらを中央部において互いに連結する第３連結部材が配設され、
前記調整板連結部材は、前記第２連結部材及び前記第３連結部材よりも、外周の断面積が大きく、内部流路の流路断面積を狭窄するように構成されている
ことを特徴とする混合装置。
前記第１調整板と前記第２調整板とは、それらの中心位置を結ぶ中心線を中心とした回転方向に、スリットの位置が少なくとも一部においてずれている
ことを特徴とする請求項１記載の混合装置。
前記混合部の内部には、更に、前記混合栓よりも前記流入口の側において、前記内部流路の中央側に、前記内部流路の中央側を流れる流体を周縁側に迂回させる迂回板が設けられた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の混合装置。
前記各混合細孔は、前記流入口の側よりも前記流出口の側の大きさの方が小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載の混合装置。
前記各混合細孔の大きさは、前記流入口の側が０．２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内であり、前記流出口の側が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項４記載の混合装置。
前記各絞り細孔の大きさは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の混合装置。
前記スリットの幅は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１に記載の混合装置。
前記流入口は、一端部が内部流路に連通された第１の流入流路と、一端部が第１の流入流路に対して垂直に連通された少なくとも１つの第２の流入流路とを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１に記載の混合装置。