JPWO2018190298A1 - 攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法 - Google Patents

Abstract

第１流体に第２流体を混合して得られる混合流体を、第１流体と第２流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ること。攪拌容器１００は、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体１０１と、容器本体内を旋回しながら上流側から下流側に流れる混合流体の流域が下流側ほどより容器本体の内壁に近い領域に制限されるように混合流体をガイドする流体ガイド機構１０２とを備えている。

Description

本発明は、攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法に関し、特に、第１流体と第２流体とを含む混合流体を攪拌するための攪拌容器およびこのような攪拌容器を備えた混合装置、並びに、このような混合装置を用いた混合流体の製造方法に関するものである。

従来から第１流体と第２流体とを少なくとも含む流体を混合する種々の混合装置がある。例えば、特許文献１には、第１流体が流れるらせん流路に第２流体を流し込んで混合流体を形成し、らせん流路から吹き出された混合流体を筒状容器内で旋回させることにより混合流体を攪拌するようにした混合装置が開示されている。

実公昭６１-９７号公報

上記従来の混合装置では、第１流体に第２流体を混合して得られた混合流体を旋回させることにより攪拌しているが、混合流体を単に旋回させるだけでは、第１流体と第２流体とが均一に混ざり合わないという問題があった。

本発明は、第１流体に第２流体を混合して得られる混合流体を、第１流体と第２流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る攪拌容器は、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体と、前記容器本体内を旋回しながら上流側から下流側に流れる前記混合流体の流域が下流側ほど、より前記容器本体の内壁に近い領域に制限されるように前記混合流体をガイドする第１の流体ガイド機構とを備え、そのことにより上記目的が達成される。

本発明においては、前記容器本体は、前記容器本体内で前記混合流体が旋回するように前記混合流体を前記容器本体に導入するための流体導入部を有することが好ましい。

本発明においては、前記流体導入部は、導入される前記混合流体が前記容器本体の内壁に近づくように前記混合流体をガイドする第２の流体ガイド機構を有することが好ましい。

本発明においては、前記第１の流体ガイド機構は、前記容器本体の中央に位置するように前記容器本体内に設けられた錐状体を有し、前記錐状体は、前記容器本体の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど大きくなるように形成されていることが好ましい。

本発明においては、前記第２の流体ガイド機構は、前記容器本体の中央に配置するように前記容器本体内に設けられた錐状体を有し、前記錐状体は、前記容器本体の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように形成されていることが好ましい。

本発明においては、前記流体導入部は、前記筒状の容器本体の内周面の接線方向から前記混合流体が前記容器本体内に導入されるように構成されていることが好ましい。

本発明においては、前記容器本体は、前記容器本体から前記混合流体を排出するための流体排出部を有し、前記流体排出部は、前記筒状の容器本体の内周面の接線方向に沿って前記混合流体が前記容器本体から排出されるように構成されていることが好ましい。

本発明においては、前記混合流体は、液体と気体とを含むことが好ましい。

本発明においては、前記容器本体は、前記混合流体から分離された気体を排出する排気口を有することが好ましい。

本発明に係る混合装置は、第１流体と第２流体とを含む混合流体を生成する混合部と、該混合流体を攪拌する攪拌部とを備え、該攪拌部は、上述した本発明の攪拌容器であり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明に係る混合流体の製造方法は、上述した本発明の混合装置を用いて混合流体を製造する方法であって、該第１流体および該第２流体を該混合装置に供給することと、該混合装置により該第１流体と該第２流体とを混合することとを含み、そのことにより上記目的が達成される。

本発明によれば、第１流体に第２流体を混合して得られる混合流体を、第１流体と第２流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態１による攪拌容器１００を説明するための図であり、図１（ａ）は、攪拌容器１００の外観を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ１線断面の構造を示す。 図２は、図１に示す攪拌容器１００を詳しく説明するための図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す攪拌容器１００を分解して示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）はそれぞれ、図２（ａ）に示す流体導入部１１０をＢ２方向およびＣ２方向から見た構造を示し、図２（ｄ）および図２（ｅ）はそれぞれ、図２（ａ）に示す流体排出部１３０をＤ２方向およびＥ２方向から見た構造を示し、図２（ｆ）および図２（ｇ）はそれぞれ、図２（ａ）のＦ２−Ｆ２線断面およびＧ２−Ｇ２線断面の構造を示す。 図３は、図１に示す攪拌容器１００の使用方法を説明するための図であり、攪拌容器１００を用いた混合装置１０００を示している。 図４は、図１に示す攪拌容器１００の機能を説明するための図であり、図４（ａ）は、混合装置１０００に含まれる攪拌容器１００および混合機２００の断面構造を示し、図４（ｂ）は、混合機２００の乱流発生機構１の外観を示す。 図５は、図１に示す攪拌容器１００で用いられる第１の流体ガイド機構１０２の具体的な構成例を説明するための図であり、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１の流体ガイド機構１０２として用いられる具体的な中空体の外観を示し、図５（ｅ）〜図５（ｈ）は、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す中空体の断面構造を示す。 図６は、本発明の実施形態２による攪拌容器１００ａを説明するための図であり、図６（ａ）は、攪拌容器１００ａの縦断面を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の図２（ｆ）と同様の断面構造を示す。 図７は、図６に示す攪拌容器１００ａの機能を説明するための図である。 図８は、本発明の実施形態３による攪拌容器１００ｂを説明するための図であり、図８（ａ）は、攪拌容器１００ｂの外観を示し、図８（ｂ）は、図８（ａ）の図２（ｆ）と同様の断面構造を示す。 図９は、図８に示す攪拌容器１００ｂの機能を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明に係る攪拌容器は、混合流体を単に容器内で旋回させるだけでは、混合流体に含まれる異なる流体が均一に混ざらないという課題を解決するために、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体と、容器本体内を旋回しながら上流側から下流側に流れる混合流体の流域が下流側ほどより容器本体の内壁に近い領域に制限されるように混合流体をガイドする第１の流体ガイド機構とを備えたものである。

従って、筒状の容器本体は、混合流体が旋回しながら流れる流路を形成するものであればどのようなものでもよく、円筒体（断面が円形の筒体）にかぎらず、断面が多角形の筒体でもよいし、逆円錐状体でもよいし、逆半球状体であってもよい。容器本体の形状を変更することで、乱流の形態や旋回流の流速を変化させることができる。所望の乱流や旋回流の流速を得られるように流体ガイド機構の形状を選択し得る。例えば、逆円錐状体や逆半球状体にすることにより、円筒体などに比べて旋回流の流速を速めることが可能である。

また、第１の流体ガイド機構の具体的形状は限定されず、容器本体の下流側ほど旋回しながら流れる混合流体の流域が容器本体の内壁により近い領域に制限されるように混合流体をガイドすることができる形状であればどのようなものでもよい。１つの実施形態においては、第１の流体ガイド機構は、旋回流の中心部に形成される、密度の小さい混合流体の筋を、上流側と比較して下流側ほど内壁側に向けて大きく旋回させるように混合流体をガイドすることができる形状を有し得る。第１の流体ガイド機構は、例えば、円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状などを有する錐状体であってもよいし、筒状体の上に半球体を重ね合わせた筒状体であってもよいし、直径の異なる複数の円柱体、角柱体などを重ね合わせた筒状体であってもよい。１つの好ましい実施形態として、流体を円滑に円周周りに旋回可能であり、かつ中心部から外周に向けて円滑に流体を移動させることが可能な円錐形状の錐状体が挙げられる。

以下の実施形態では、第１の流体ガイド機構には、円錐形状の錐状体（円錐体）を用いたものとして説明する。

また、混合流体は、少なくとも第１流体と第２の流体との２つの流体を含むものであればよい。例えば、混合流体は、第１流体として液体を含む流体と、第２流体として第１流体の液体とは異なる種類の液体との混合流体であってもよいし、第１流体として気体を含む流体と、第２流体として第１流体の気体を含む流体とは異なる種類の気体を含む流体とする混合であってもよく、さらに、混合流体は、第１流体である液体と、第２流体である気体との混合流体であってもよい。

さらに混合する流体の種類は任意であり得る。例えば、流体が気体の場合、空気であってもよいし、酸素であってもよいし、炭酸ガスであってもよいし、オゾンガスであってもよい。例えば、流体が液体の場合、水であってもよいし、油であってもよいし、トルエン、アセトンなどの溶剤であってもよいし、凝集剤などの薬液であってもよいし、汚泥などの固形物を含んだ浄化槽汚染水などの環境水であってもよい。

本発明の攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法は、第１流体と第２流体との均一な混合を達成できるため、液体と気体との混合により微細気泡を発生する微細気泡発生装置や、浄化槽汚染水と凝集剤との混合により汚染水から汚染物質を分離・分別させる浄化装置として、特に有用である。

以下の実施形態では、混合流体は、第１流体として液体である水と、第２流体として気体である空気との混合流体（気液ＧＬ）として説明するが、本発明がこれに限定されないことは容易に理解される。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による攪拌容器１００を説明するための図であり、図１（ａ）は、攪拌容器１００の外観を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ１線断面の構造を示す。

この実施形態１による攪拌容器１００は、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体１０１と、容器本体１０１内を旋回しながら上流側から下流側に流れる気液（混合流体）ＧＬの流域が下流側ほど、より容器本体１０１の内壁に近い領域に制限されるように混合流体をガイドする第１の流体ガイド機構１０２とを備えている。図１に示す実施形態においては、第１の流体ガイド機構１０２は、円錐体である。

〔容器本体１０１〕
ここで、容器本体１０１は、容器本体１０１内で気液ＧＬが旋回するように気液ＧＬを容器本体１０１に導入するための流体導入部１１０と、容器本体１０１から気液ＧＬを排出するための流体排出部１３０と、流体導入部１１０と流体排出部１３０との間に設けられた流路部１２０とを有している。流体導入部１１０は、筒状の容器本体１０１の内周面の接線方向から気液ＧＬが容器本体１０１内に導入されるように構成されている。流体排出部１３０は、筒状の容器本体１０１の内周面の接線方向に沿って気液ＧＬが容器本体１０１から排出されるように構成されている。

図２は、図１に示す攪拌容器１００を詳しく説明するための図であり、図２（ａ）は、攪拌容器１００を分解して示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）はそれぞれ、図２（ａ）に示す流体導入部１１０をＢ２方向およびＣ２方向から見た構造を示し、図２（ｄ）および図２（ｅ）はそれぞれ、図２（ａ）に示す流体排出部１３０をＤ２方向およびＥ２方向から見た構造を示し、図２（ｆ）および図２（ｇ）はそれぞれ、図２（ａ）のＦ２−Ｆ２線断面およびＧ２−Ｇ２線断面の構造を示す。

〔流体導入部１１０〕
流体導入部１１０は、気液ＧＬを導入するための上部筐体１１１を有する。上部筐体１１１は、円筒部材１１１ａと、円筒部材１１１ａの一端に上部筐体１１１の上面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材１１１ｂとを有する。円筒部材１１１ａの外周面には接線方向に沿うように円筒体からなる流体導入管１１３が取り付けられている。平板部材１１１ｂの周縁部には、上部筐体１１１内に溜まった液体と混合しきれなかった余剰の気体（空気）を排気するための気体排気口１１４が取り付けられている。気体排気口１１４にはビニール管やゴム管などの配管（図示せず）が接続される。円筒部材１１１ａの他端にはフランジ１１２が取り付けられており、フランジ１１２には固定ボルト１２２ａを挿入するためのボルト挿入穴１１２ｂが形成されている。ここで、流体導入部１１０を構成する部材（円筒部材１１１ａ、平板部材１１１ｂ、フランジ１１２、流体導入管１１３、気体排気口１１４）は、任意の材料から構成され得るが、例えば、耐水性や流れる混合流体の圧力に対する剛性および加工容易性など求められる特性を有する範囲で、鉄やステンレスなどの金属製の部材であってもよいし、樹脂部材であってもよいし、セラミックなどのその他の材料であってもよい。

〔流路部１２０〕
流路部１２０は、気液ＧＬを旋回させながら通過させるための流路を形成する中間筐体１２１を有する。中間筐体１２１は円筒部材（以下、円筒部材１２１ともいう。）で構成されており、この円筒部材１２１の両端にはフランジ１２２およびフランジ１２３が取り付けられている。フランジ１２２には固定ボルト１２２ａを挿入するためのボルト挿入穴１２２ｂが形成されており、フランジ１２３には固定ボルト１２３ａを挿入するためのボルト挿入穴１２３ｂが形成されている。円筒部材１２１のフランジ１２２は、固定ボルト１２２ａと固定ナット１１２ａとにより上部筐体１１１のフランジ１１２に接合される。

ここで、流路部１２０を構成する円筒部材１２１は、任意の材料から構成され得るが、例えば、加工容易性など求められる特性を有する範囲で、鉄やステンレスなどの金属材料であってもよいし、アクリルなどの樹脂製材料であってもよいし、ガラスなどであってもよい。一つの好ましい実施形態として、透明な部材（例えば、アクリルやガラスなど）を用いることにより、容器内部での混合流体の攪拌状態を視認することが可能となる。

フランジ１２２およびフランジ１２３は、流体導入部１１０を構成する部材と同様の材料から構成され得る。円筒部材１２１とフランジ１２２および１２３とは、任意の結合手段で結合し得る。例えば、接着剤による接着であってもよいし、溶接による溶着であってもよいし、ボルトなどによる締結であってもよい。

〔流体排出部１３０〕
流体排出部１３０は、気液ＧＬを排出するための下部筐体１３１を有する。下部筐体１３１は、円筒部材１３１ａと、円筒部材１３１ａの一端に下部筐体１３１の底面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材１３１ｂとを有する。下部筐体１３１の底面部上には、第１の流体ガイド機構１０２である円錐体（以下、円錐体１０２ともいう。）が取り付けられている。この円錐体１０２は、容器本体１０１の中央であって容器本体１０１の下流側に位置するように容器本体１０１内に設けられており、円錐体１０２は、底面の略中心の真上に頂点が位置する縦断面が二等辺三角形形状である円錐体であり、容器本体１０１の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど大きくなるように配置されている。この円錐体１０２は、任意の材質であり得る。例えば、鉄やステンレスなどの金属製の部材であってもよいし、金属以外の樹脂やセラミックなどの材料であってもよい。 さらに、円筒部材１３１ａおよび／または平板部材１３１ｂには、流体排出管１３３が形成される。流体排出管１３３は流路部内を流れる混合流体を外部に排出できる範囲で、円筒部材１３１ａおよび／または平板部材１３１ｂの任意の位置に形成し得る。例えば、円筒部材１３１ａの外周面に１つもしくは複数設けてもよいし、平板部材１３１ｂの底面に１つもしくは複数設けてもよい。流路部内で旋回している混合流体を円滑に外部に排出できる点で、図２に示すように、流体排出管１３３は、円筒部材１３１ａの外周面に接線方向に沿うように形成するのが好ましい。

本発明の１つの実施形態において、円筒部材１３１ａの他端にはフランジ１３２が接合されており、フランジ１３２には固定ボルト１２３ａを挿入するためのボルト挿入穴１３２ｂが形成されている。円筒部材１３１ａのフランジ１３２は、固定ボルト１２３ａと固定ナット１３２ａとにより中間筐体１２１のフランジ１２３に締結される。しかし、本発明はこれに限定されない。円筒部材１３１ａのフランジ１３２と中間筐体１２１のフランジ１２３とは、任意の結合手段で結合し得る。接着剤による接着であってもよいし、溶接による溶着であってもよい。

ここで、流体排出部１３０を構成する部材（円筒部材１３１ａ、平板部材１３１ｂ、フランジ１３２、流体排出管１３３）は、流体導入部と同様に任意の材料であり得る。

さらに、攪拌容器１００は、容器本体１０１を載置するための架台１４０を有していてもよい。架台１４０は、容器本体１０１を固定するための固定板１４１と、固定板１４１に取り付けられた脚部１４２とを有する。

次に、図１に示す攪拌容器１００の使用方法を説明する。

図３は、図１に示す攪拌容器１００の使用方法を説明するための図であり、攪拌容器１００を用いた混合装置１０００を示している。図４は、図１に示す攪拌容器１００の機能を説明するための図であり、図４（ａ）は、混合装置１０００に含まれる攪拌容器１００および混合機２００の断面構造を示し、図４（ｂ）は、混合機２００の乱流発生機構１の外観を示す。図４（ａ）および（ｂ）に示す混合機は本発明において特に好ましい具体例であり、混合機はこれに限定されないことに留意されたい。

例えば、実施形態１の攪拌容器１００は、液体Ｌと気体Ｇとを混合して混合流体ＧＬを生成する混合機２００から供給される混合流体ＧＬを、液体Ｌと気体Ｇとがより均一に混ざり合うように攪拌するのに用いられる。

攪拌容器１００を用いた混合装置１０００において攪拌容器１００とともに用いられる混合機２００について、図３および図４を用いて簡単に説明する。

〔混合機２００〕
混合機２００は、第１流体と第２流体とを混合することができる公知の混合機を用いることができる。本発明の好ましい実施形態として、図４（ａ）および（ｂ）において具体的に図示した、乱流による攪拌および第１流体に対して供給される第２流体の供給量を、制御装置を用いることなく自動で調整可能な混合機について説明するが、本発明はこれに限定されない。

混合機２００は、液体Ｌと気体Ｇとを混合して気液ＧＬを生成する混合流体生成部２００ａと、混合流体生成部２００ａで生成された気液ＧＬをさらに攪拌する攪拌機構２００ｂとを備えている。

ここで、混合流体生成部２００ａは架台２１０上に取り付けられ、さらに、混合流体生成部２００ａ上には攪拌機構２００ｂが取り付けられている。架台２１０は、混合流体生成部２００ａを支持する支持フランジ２１２と、支持フランジ２１２から下方に延びる架台脚部２１１とを有している。支持フランジ２１２には液体導入継手２１２ａを介して液体導入管２２１が取り付けられている。

〔混合流体生成部２００ａ〕
混合流体生成部２００ａは、第１流体である液体Ｌの旋回流を発生させる旋回流発生部１０ａと、発生した液体Ｌの旋回流を発達させる旋回流発達部２０ａと、発達した液体Ｌの旋回流の旋回速度を加速する旋回流加速部３０ａとを有する。

混合流体生成部２００ａは、外側筒状体１１と、外側筒状体１１の内側に配置された内側筒状体１２と、内側筒状体１２の下端面に取り付けられた内側フランジ１２ｂとを有している。ここで、外側筒状体１１の中心軸は内側筒状体１２の中心軸と略一致している。

内側フランジ１２ｂには、外側筒状体１１内に導入された液体Ｌ（第１流体）を旋回させるための旋回ガイド部材１３が取り付けられている。旋回ガイド部材１３は、図４（ａ）に示すように、内側フランジ１２ｂに取付けられた羽根フランジ１３ａと、羽根フランジ１３ａに固定された羽根体１３ｂとを有する。外側筒状体１１内の旋回ガイド部材１３が配置された領域が旋回流発生部１０ａとなっている。

混合流体生成部２００ａでは、外側筒状体１１と内側筒状体１２との間の領域は、外側筒状体１１内に導入された液体Ｌ（第１流体）が通過する流路となっており、この流路を通過する液体Ｌ（第１流体）が、内側筒状体１２の側壁に形成された側壁開口１２ａから内側筒状体１２内に入り込むと、液体Ｌ（第１流体）の旋回流の回転が逆転するとともに、液体（第１流体）の旋回流の流速が高められるようになっている。外側筒状体１１内の内側筒状体１２が配置された領域が、旋回流発達部２０ａとなっている。

混合流体生成部２００ａでは、内側筒状体１２の上端には外径円錐台形状の筒状体１４が配置されており、内側筒状体１２内に入り込んだ液体Ｌの旋回流がこの筒状体１４内に入り込むと、旋回流の旋回速度が一気に加速されるようになっている。筒状体１４内の領域が旋回流加速部３０ａとなっている。旋回流加速部３０ａで加速された液体Ｌ（第１流体）には大きな遠心力が作用することにより、筒状体１４の中心部は負圧となる。この負圧の力によって、第２流体である気体（空気）Ｇが後述する第２流体導入管３２を介して筒状体１４の略中心部に供給され、液体Ｌと気体（空気）Ｇが混合される。このように負圧を利用すること（自給式）によって第１流体である液体Ｌと混合する第２流体である気体Ｇを供給する方法では、第２流体（気体Ｇ）の供給量を調整する制御装置が不要となり、装置のコスト削減に貢献できる点で好ましい。このように負圧を利用することにより、第１流体の流量変化に伴って変化する負圧に伴って第２流体（気体Ｇ）の供給量も同時に変化するため、気体Ｇの供給量（増減）を第１流体の流量に自動追従させることができる。

また、第２流体である気体（空気）Ｇを供給するためのポンプやコンプレッサーなどの動力が必要な装置が不要となり、装置のコスト削減に貢献することができる点で好ましい。しかし、本発明はこれに限定されず、ポンプなどを用いて強制的に第２流体である気体（空気）Ｇを供給するようにしてもよい。

混合流体生成部２００ａで液体Ｌと気体（空気）Ｇとが混合されることにより、気泡を含む気液ＧＬが生成される。

〔攪拌部２００ｂ〕
攪拌機構２００ｂは、図３および図４に示すように、気液ＧＬを流すための流路ＧＬｐを有する。流路ＧＬｐは、上流側流路部ＧＬｐ２と中間流路部ＧＬｐ３と下流側流路部ＧＬｐ１を含む。ここで、上流側流路部ＧＬｐ２は、気泡微細化部２００ａで生成されて流路ＧＬｐを流れる気液ＧＬの流れを乱して気液ＧＬの乱流を発生させる乱流発生部２０ｂを含んでいる。中間流路部ＧＬｐ３は、下流側流路部ＧＬｐ１と上流側流路部ＧＬｐ２とを連結する連結部３０ｂである。下流側流路部ＧＬｐ１は、中間流路部ＧＬｐ３から吐出される気液ＧＬを一時的に溜める流体貯留部１０ｂとなっている。なお、乱流発生部２０ｂおよび流体貯留部１０ｂはそれぞれ、筒状体Ｓを対向する一対のフランジＦｒの間に配置し、一対のフランジを公知の手段で固定している。

ここで、乱流発生部２０ｂは、乱流を発生させることが可能な任意の発生機構を取り得る。例えば、ピストン機構であってもよいし、羽根などの旋回流生成機構であってもよい。

好ましい実施形態において、図４（ａ）に示すように、流路ＧＬｐ３内を通過する気液ＧＬに対して、気液ＧＬを下流側流路部ＧＬｐ１に押し出す力と、気液ＧＬを上流側流路部ＧＬｐ２に引き戻す力とを繰り返し印加することにより気液ＧＬの乱流を発生させる乱流発生機構１である。好ましい実施形態において、乱流発生機構１は、図４（ｂ）に示すように、平板状の円板であるバッフル板１ａと、バッフル板１ａにらせん状の旋回流である気液ＧＬを吹き付ける旋回流吐出ノズル１ｃとを含む。さらに、バッフル板１ａの移動範囲を一定範囲内に規制するバッフル規制体１ｂを有していてもよい。

バッフル板１ａは、厚さの薄い平板状の円板である。バッフル板１ａの材質は任意の材質であり得る。例えば、プラスチックであってもよいし、アルミや鉄（ステンレス）などの金属であってもよい。

次に混合装置１０００の動作について説明する。

圧送部（図示せず）によって圧送された液体Ｌ（第１流体）が液体導入管２２１を通して混合機２００の混合流体生成部２００ａに導入されると、混合流体生成部２００ａの旋回流発生部１０ａでは、導入された液体Ｌが旋回するようにガイドされる。さらに、旋回流発生部１０ａで発生した液体Ｌの旋回流は、混合流体生成部２００ａの旋回流発達部２０ａに至り、旋回流発達部２０ａで液体の旋回の強さが増大した旋回流に発達する。

このように発達した液体Ｌの旋回流は、液体Ｌの流入圧により旋回流発達部２０ａから押し上げられて円錐台形状の筒状体１４に到達する。筒状体１４に到達した液体Ｌの旋回流の旋回速度は、筒状体１４の上側ほど半径が小さくなった円錐台構造によって一気に増大することとなり、旋回する液体Ｌには大きな遠心力が作用する。

この遠心力の作用により、筒状体１４の中心部は負圧となる。この負圧の力によって、第２流体である気体（空気）Ｇが自動的に流体導入管３２などを介して筒状体１４の略中心部に導入される。

この筒状体１４の略中心部に導入された気体Ｇは、筒状体１４内を旋回する液体Ｌと混合され、気体Ｇを含む液体（気液）ＧＬが旋回しながら筒状体１４の先端の旋回流吐出ノズル１ｃから乱流発生部２０ｂの円筒体Ｓｙ内に吹き出される。

旋回しながら吹き出された気液ＧＬの勢いにより、旋回流吐出ノズル１ｃ上に配置されていたバッフル板１ａが浮き上がり、さらに、旋回流加速部３０ａの円筒体１４および乱流発生部２０ｂの円筒体Ｓｙの内部で生じている負圧（内部負圧）によりバッフル板１ａの浮き上がりが規制され、バッフル板１ａはその上側に導入される気液の勢いと吹き出される気液の勢いとのバランスによって振動することとなる。

さらに、バッフル板１ａの下面には、旋回流吐出ノズル１ｃからの旋回流が吹き付けられるので、旋回流とバッフル板１ａとの摩擦力によりバッフル板１ａが旋回流の回転方向に回転することとなる。

その結果、バッフル板１ａは、バッフル板１ａの片側が下がるともう片側が上がるような揺動（共振動作）をしながら回転することとなる。

このバッフル板１ａの揺動の動きにより、１つの連結管３１内を流れる気液ＧＬは前後に振動しながら流体貯留部１０ｂに進むこととなり、連結管３１の上流側の乱流発生部２０ｂ及び連結管３１の下流側の流体貯留部１０ｂでは気液ＧＬの乱流が発生することとなる。この乱流の発生により気液ＧＬはさらに攪拌され、気液ＧＬ内に含まれる気泡は更に微細化が促進されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合がより確実に行われる。また、連通管３１は第１容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて配置しているので、バッフル体１ａの揺動および回転運動によりバッフル板１ａの持ち上げられる位置および引き下ろされる位置が順次周方向に移動する。これに伴い、乱流が発生する連通管３１の位置も順次移動していくことになり、乱流が発生する連通管３１の位置近傍にある気液ＧＬは、乱流により更に攪拌され、気液ＧＬに含まれる気泡の微細化が促進されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液ＧＬ内の液体Ｌと気体Ｇとの混合がより確実に行われる。

混合された微細気泡を含む気液ＧＬは、流体貯留部１０ｂから流体吐出接手２０２ａおよび流体吐出管２２２を介して混合機２００から攪拌容器１００に供給する。

気液ＧＬを攪拌容器１００の容器本体１０１の上部筐体１１１に供給するとき、気液ＧＬは、上部筐体１１１にはその円筒部材１１１ａの接線方向から導入することとなり、上部筐体１１１内では気液ＧＬの旋回流Ｆ１が発生する。これにより、気液ＧＬは旋回しながら中間筐体１２１を通過して下部筐体１３１へ流れる。図１に示す実施形態において、気液ＧＬを円筒部材１１１ａの接線方向から導入することにより、気液にＧＬに旋回流を発生させているが、本発明はこれに限定されず、任意の旋回流発生手段を用いることができる。例えば、平板部材１１１ｂに回転可能な旋回ファンもしくは回転しないらせん状の旋回ファンによって旋回流を発生させてもよい。

このように中間筐体１２１内を旋回しながら流れる気液ＧＬは、遠心力の作用により比重の軽い気液ＧＬが中間筐体１２１の中央側に集まり、比重の重い気液ＧＬが中間筐体１２１の内壁側に集まる。ここで、比重の軽い気液ＧＬは、単位体積当たりに含まれる全気泡の数に対する大きな気泡の数の割合が大きいものであり、比重の重い気液ＧＬは、単位体積当たりに含まれる全気泡の数に対する大きな気泡の数の割合が小さいものである。中間筐体１２１の中央側に集まった比重の軽い気液ＧＬでは、気泡が合体して、気液ＧＬの流れが気泡を下流側へ流す力よりも気泡に働く浮力が大きくなると、気液ＧＬの流れとは逆行して気泡は上部筐体１１１に達することとなる。このように上部筐体１１１に達した気泡は余剰空気として気体排気口１１４から容器本体１０１の外部へ排出される。

気体排気口１１４を設けることにより、気液（混合流体）ＧＬに攪拌しきれなかった余剰の気体が自動的に排出されることから、混合機２００に第１流体である液体Ｌと混合するための気体Ｇの供給量を制御する制御装置を不要とすることが可能となる。これにより、混合装置のコスト削減の効果をえることが可能となる。

気液ＧＬが旋回しながら下部筐体１３１の近傍まで到達すると、気液ＧＬは、下部筐体１３１内に配置されている円錐体１０２により、気液（混合流体）ＧＬの流域が下流側ほどより容器本体１０１の内壁に近い領域に制限されるようにガイドされる。これにより、中間筐体１２１の中心付近を流れる密度の小さい気液（混合流体）ＧＬは、下流側に流れるほど中心部から内壁側へと移動していく。それにより中間筐体１２１の内壁に近い部分を流れる密度の大きい気液（混合流体）ＧＬとが中間筐体１２１の下端部から下部筐体１３１を通過する間で混ざり合い、さらに攪拌されることとなる。

これにより、液体Ｌと気体Ｇとの混合流体である気液ＧＬがより均一に混ざり合うこととなる。このようにより均一に混ざるように攪拌された気液（混合流体）ＧＬが攪拌容器１００から流体排出管１３３を介して攪拌容器１００の外部に排出されることとなる。 このように、本実施形態１では、気液ＧＬを攪拌するための筒状の容器本体１０１と、容器本体１０１内を旋回しながら上流側から下流側に流れる気液ＧＬの流域が下流側ほどより容器本体１０１の内壁に近い領域に制限されるように気液ＧＬをガイドする第１の流体ガイド機構１０２とを備えたので、液体Ｌと気体Ｇとの混合流体である気液ＧＬを旋回させながら徐々に容器本体１０１の内壁に近い領域に寄せ集めることができ、これにより密度の小さい気液ＧＬと密度の大きい気液ＧＬとを、これらがより均一に混ざり合うように攪拌することができる。

なお、第１の流体ガイド機構１００として用いられる具体的な構造体は、実施形態１で説明した円錐体に限定されるものではない。

図５は、図１に示す攪拌容器１００で用いられる第１の流体ガイド機構１０２の具体的な構成例を説明するための図であり、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１の流体ガイド機構１０２として用いられる具体的な構成の外観を示し、図５（ｅ）〜図５（ｈ）は、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す構成の断面構造を示す。

図５（ａ）は、円錐体の斜辺を凹状の曲線とした円錐状体であり、図５（ｂ）は、円錐体の斜辺を凸状の曲線とした円錐状体であり、図５（ｃ）は、円筒体の上に円筒体と直径が同じ半球体を重ねた円筒状体であり、図５（ｄ）は、直径の異なる円筒体を３つ重ね合わせた円筒状体である。図５（ｅ）〜図５（ｈ）に示す第１の流体ガイド機構１０２の断面構造は、中空体であるが、本発明はこれに限定されず、中実体であってもよい。中空体であると装置の軽量化を図ることが可能となる。

本発明の実施形態において、流体ガイド機構（第１の流体ガイド機構および第２の流体ガイド機構）は容器１０１の軸の略中央に一つ設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。所望の乱流が生じるように、流体ガイド機構は任意の配置、個数および大きさであり得る。例えば、所望の乱流が生じる限り、流体ガイド機構は旋回流の中心部ではない位置に配置してもよいし、一つではなく数個（例えば、２〜３個）設けてもよい。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２による攪拌容器１００ａを説明するための図であり、図６（ａ）は、攪拌容器１００ａの縦断面の構造を示し、図６（ｂ）は、流体導入部１１０ａの図２（ｆ）と同様の断面の構造を示す。

実施形態２の攪拌容器１００ａは、実施形態１の攪拌容器１００において、実施形態１の容器本体１０１の流体導入部１１０にも、容器本体１０１に導入される混合流体（気液ＧＬ）が容器本体の内壁に近づくように気液ＧＬをガイドする第２の流体ガイド機構１０２ａを設けたものである。ここで、第２の流体ガイド機構１０２ａには、図６に示すように円錐体が用いられている。この円錐体１０２ａは、容器本体１０１の中央であって容器本体１０１の上流側に位置するように容器本体１０１内に設けられている。

この実施形態２の攪拌容器１００ａのその他の構成は、実施形態１の攪拌容器１００と同一である。

〔流体導入部１１０ａ〕
流体導入部１１０ａは、実施形態１の容器本体１０１を構成する流体導入部１１０と同様、気液ＧＬを導入するための上部筐体１１１を有する。上部筐体１１１は、円筒部材１１１ａと、円筒部材１１１ａの一端に上部筐体１１１の上面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材１１１ｂとを有する。この上部筐体１１１の上面部の内面上には、第２の流体ガイド機構１０２ａである円錐体（以下、円錐体１０２ａともいう。）が取り付けられている。円錐体１０２ａは、底面の中心の真上に頂点が位置する縦断面が二等辺三角形形状である円錐体であり、容器本体１０１の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように配置されている。

この実施形態２の流体導入部１１０ａのその他の構成は、実施形態１の流体導入部１１０におけるものと同一である。

図７は、図６（ａ）に示す攪拌容器１００ａの機能を説明するための図である。

図７に示す攪拌容器１００ａは、図４に示す混合装置１０００における攪拌容器１００に代えて用いるものである。

この混合装置１０００では、実施形態１で説明した混合装置１０００と同様に混合機２００で気液ＧＬが生成され、生成された気液ＧＬが攪拌容器１００ａに供給される。

この実施形態２の攪拌容器１００ａでは、第２の流体ガイド機構１０２ａである円錐体が流体導入部近傍の中央部に設けられているため、攪拌容器１００ａの容器本体１０１の上部筐体１１１に流体導入部１１０から供給された気液ＧＬの流域は、中央部に流れることができず、上部筐体１１１の円筒部材１１１ａの内壁面に近い領域に制限されることとなる。そのため、気液ＧＬが上部筐体１１１の円筒部材１１１ａ内で旋回する速度が大きくなる。このため、容器本体１０１で旋回しながら下流側に流れる気液ＧＬの旋回速度を高めて、下流側の第１の流体ガイド機構である円錐体１０２による比重の大きい気液ＧＬと比重の小さい気液ＧＬとを含む気液ＧＬの攪拌をより勢いよく行うことができ、より均一に混合流体を混合することが可能となる。

（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３による攪拌容器１００ｂを説明するための図であり、図８（ａ）は、攪拌容器１００ｂの縦断面を示し、図８（ｂ）は、流体導入部１１０ｂの図２（ｆ）と同様の断面の構造を示す。

実施形態３の攪拌容器１００ｂは、実施形態２の攪拌容器２００において、容器本体１０１に設けられている第２の流体ガイド機構１０２ａに代えて、第２の流体ガイド機構１０２ａとは構造が異なる第２の流体ガイド機構１０２ｂを備えたものであり、その他の構成は、実施形態２の攪拌容器２００におけるものと同一である。

〔流体導入部１１０ｂ〕
流体導入部１１０ｂは、実施形態１の容器本体１０１を構成する流体導入部１１０と同様、気液ＧＬを導入するための上部筐体１１１を有する。上部筐体１１１は、円筒部材１１１ａと、円筒部材１１１ａの一端に上部筐体１１１の上面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材１１１ｂとを有する。この上部筐体１１１の上面部の内面上には、第２の流体ガイド機構１０２ｂである円錐体（以下、円錐体１０２ｂともいう。）が取り付けられている。円錐体１０２ｂは、底面の中心の真上に頂点が位置する縦断面が二等辺三角形形状である円錐体であり、容器本体１０１の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように配置されている。円錐体１０２ｂは、頂点部分に流体挿通穴１０２ｂ１が形成されている。さらに、上部筐体１１１の上面部を構成する平板部材１１１ｂには、中空の円錐体１０２ｂ内へ流体を供給するための流体供給管１１５が取り付けられている。

この実施形態３の攪拌容器１００ｂでは、容器本体１０１の流体導入部１１０ｂは、上部筐体１１１の上面部に形成された流体供給管１１５を介して気体Ｇが、第２の流体ガイド機構１０２ｂである円錐体の内部に供給され、さらに、円錐体１０２ｂの先端部に形成された流体挿通穴１０２ｂ１を介して容器本体１０１の流路部１２０を構成する中間筐体１２１に導入されるように構成されている。

図９は、図７に示す攪拌容器１００ｂの機能を説明するための図である。

この実施形態３の流体導入部１１０ｂのその他の構成は、実施形態２の流体導入部１１０ａにおけるものと同一である。

実施形態３においては、攪拌容器１００ｂの上部筐体１１１の上面部に中空の円錐体１０２ｂ内へ流体を供給するための流体供給管１１５が取り付けられ、さらに、円錐体１０２ｂの先端部には流体挿通穴１０２ｂ１が形成されているので、容器本体１０１の流路部１２０に気体や液体などの第３流体を導入することができる。

例えば、流体導入管１１３から容器本体１０１に供給された気液ＧＬを反応させるための第３流体（気体や液体）を、上部筐体１１１に設けられている円錐体１０２ｂを通して容器本体１０１に供給することができる。

なお、実施形態３では、攪拌容器１００ｂで攪拌する混合流体、つまり、流体導入管１１３から容器本体１０１ｂに供給される混合流体は、気体Ｇと液体Ｌとを混合した気液ＧＬである場合を示したが、攪拌容器１００ｂで攪拌する混合流体は、異なる液体を混合した混合液でもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法の分野において、第１流体を第２流体に混合して得られる混合流体を、第１流体と第２流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることができるものとして有用である。

１００ 攪拌容器
１０１ 容器本体
１０２ 第１の流体ガイド機構
１０２ａ 第２の流体ガイド機構
１１０ 流体導入部
１２０ 流路部
１３０ 流体排出部
２００ 混合機
２００ａ 流体混合部
２００ｂ 攪拌機構
１０００ 混合装置
Ｇ 気体
ＧＬ 気液
Ｌ 液体

Claims (12)

1. 混合流体を攪拌するための筒状の容器本体と、
   前記容器本体内を旋回しながら上流側から下流側に流れる前記混合流体の流域が下流側ほど、より前記容器本体の内壁に近い領域に制限されるように前記混合流体をガイドする第１の流体ガイド機構と
   を備えた、攪拌容器。
2. 前記容器本体は、
   前記容器本体内で前記混合流体が旋回するように前記混合流体を前記容器本体に導入するための流体導入部を有する、請求項１に記載の攪拌容器。
3. 前記流体導入部は、導入される前記混合流体が前記容器本体の内壁に近づくように前記混合流体をガイドする第２の流体ガイド機構を有する、請求項２に記載の攪拌容器。
4. 前記第１の流体ガイド機構は、前記容器本体の中央に位置するように前記容器本体内に設けられた錐状体を有し、前記錐状体は、前記容器本体の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど大きくなるように形成されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の攪拌容器。
5. 前記第２の流体ガイド機構は、前記容器本体の中央に配置するように前記容器本体内に設けられた錐状体を有し、前記錐状体は、前記容器本体の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように形成されている、請求項３に記載の攪拌容器。
6. 前記流体導入部は、前記筒状の容器本体の内周面の接線方向から前記混合流体が前記容器本体内に導入されるように構成されている、請求項２、請求項３、請求項５、および請求項２に従属する請求項４のいずれか一項に記載の攪拌容器。
7. 前記容器本体は、前記容器本体から前記混合流体を排出するための流体排出部を有し、
   前記流体排出部は、前記筒状の容器本体の内周面の接線方向に沿って前記混合流体が前記容器本体から排出されるように構成されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の攪拌容器。
8. 前記混合流体は、液体と気体とを含む気液である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の攪拌容器。
9. 前記容器本体は、前記気液から分離された、および／または前記液体に混合されなかった余剰気体を排出する排気口を有する、請求項８に記載の攪拌容器。
10. 第１流体と第２流体とを含む混合流体を生成する混合部と、
    該混合流体を攪拌する攪拌部と
    を備え、
    該攪拌部は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の攪拌容器である、混合装置。
11. 請求項１〜請求項９に記載の攪拌容器を用いて混合流体を製造する方法であって、
    前記第１流体と前記第２流体とが混合された流体を該攪拌容器に供給することと、
    該攪拌容器により該流体を攪拌することと
    を含む、製造方法。
12. 請求項１０に記載の混合装置を用いて混合流体を製造する方法であって、
    前記第１流体および前記第２流体を該混合装置に供給することと、
    該混合装置により該第１流体と該第２流体とを混合することと、
    該混合された流体を前記攪拌装置に供給することと、
    該混合された流体を該攪拌装置によって攪拌し、該混合流体を生成することと
    を含む、製造方法。