WO2010095626A1 - 攪拌混合器 - Google Patents

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flow
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plate
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美慶 徐
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小出 平一
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/918—Counter current flow, i.e. flows moving in opposite direction and colliding

Definitions

  • the present invention relates to an agitator / mixer that stirs and mixes liquid and gas or stirs and mixes two or more fluids, and more particularly to an agitator / mixer suitable for generating microbubbles.
  • an emulsion is produced by stirring and mixing a liquid and a gas and stirring and mixing microbubbles, nanobubbles, mist, and two or more fluids.
  • a mixer that stirs and mixes water and air to generate microbubbles is well known, and this microbubble generation method will be described as an example.
  • (1) Method by crushing It is generated by crushing by applying a sudden pressure fluctuation with ultrasonic waves, shock waves, etc., expanding the bubbles once, and then applying pressure to collapse the bubbles.
  • Non-Patent Document 1 bubbles are generated by a technique in which a large amount of gas is dissolved under high pressure and re-bubbled by decompression.
  • a swirl rotation flow is formed, and a gas is entrained and cut and pulverized in this, and the technique shown in Patent Document 2 generates microbubbles.
  • This micro-bubble generator has a string side edge made of a semi-elliptical vane so as to intersect almost the middle of the pipe, and the string side upstream of the intersection
  • a space that is connected to the string side edge is formed by a triangular partition plate on the side edge, and the water flowing into this space is rotated by changing the direction of the flow at the intersection to the back surface of the other string side edge.
  • a flow is generated, and a microbubble is generated by shearing the rotating flow with a collision body provided on the downstream side of the string side edge.
  • the generation methods include (1) a method by crushing, (2) a method by supersaturated precipitation, (3) a method for generating shear, (4) a method using cavitation, and (5) a pressure gas from micropores.
  • a method of generating bubbles by discharging air bubbles there are various methods, such as a method of generating bubbles by discharging air bubbles, and the generation of microbubbles is characterized by the generation of microbubbles by combining various conventional methods alone or in combination.
  • a flow rate higher than a certain level is required.
  • Patent Document 2 by providing a large number of colliding bodies on the inner surface of the tube, it is possible to generate turbulent flow due to shear in the flow velocity, so that the microbubble generator can be generated in a small size, It has excellent effects such as the ability to easily generate microbubbles with a constant pressure source.
  • this technique has a structure in which a large number of collision bodies are provided on the inner surface of the pipe and a partition plate is provided, which requires a number of manufacturing steps and cannot be manufactured at a relatively low cost.
  • the flow rate from a normal water faucet is about 0.2 kg / s
  • the water pressure is about 1 kgf / cm 2 .
  • microbubbles may be generated at 2 Kgf / cm 2 or more. And it is preferable that it is the structure which can take a turbulent flow large within a microbubble generator. Therefore, the present invention provides a stirring mixer that can be manufactured at a low cost with a simple configuration, and in particular, to provide a stirring mixer that can easily generate microbubbles even under the pressure of tap water at home and the like. .
  • the present invention comprises the following means in order to solve the above-described problems.
  • a cylindrical body having a flow path through which a processed material passes and a pair of semi-elliptical flow path changing plates that change the flow path on each of the left and right portions across the central axis of the flow path in the cylindrical body
  • one flow path change plate is provided with an inclined surface of ⁇ ° in the following angle range with respect to the flow path center axis with the downstream end lifted, and the flow path center of the semi-elliptical flow path change plate
  • the semi-elliptical channel change plate is inclined by ⁇ ° in the following angle range so that it falls in the outer circumferential direction, thereby providing an inclination by the angle in the two directions.
  • a magnetic body that is a cylindrical body portion on the downstream side of the pair of flow path changing plates located on the most downstream side, and performs magnetic processing to generate a magnetic field in the cylindrical space part along the flow path. It is characterized by arranging.
  • the magnetic processing body is characterized in that a pair or a plurality of permanent magnets having the same poles arranged in proximity to each other are provided along the center direction of the flow path, and magnetic flux is generated radially in the flow path. .
  • It is characterized by being formed of a magnetic body on the cylinder itself or on the inner surface or outer surface of the cylinder.
  • a microbubble generator is used using water and a gas such as air or ozone as an object to be treated.
  • a stirring mixer having a pair of semi-elliptical flow path changing plates that change the flow path to each of the left and right portions with the flow path center axis inside the cylinder having a flow path through which the processed material is passed.
  • the vortex flow in the cylinder can be set to 400 to 600 revolutions per second, and the pressure in the pipe can be set to about 8 kgf / cm 2 or less in consideration of the strength of the pipe. Acts as follows. In addition, by making the angle of ⁇ ° above, the pressure inside the cylinder is increased, and by tilting ⁇ °, the flow velocity is increased, so that the agitating mixer can be manufactured at a low cost while being small. It works to be able to.
  • an additive mixture introduction pipe having an opening in a cylindrical space adjacent to the downstream side of the flow path from the intersection of the pair of flow path change plates.
  • the position of the cylindrical space adjacent to the downstream side of the flow path from the intersecting portion is a portion where the pressure in the pipe is very small, so that the additive mixture can be easily mixed into the processing object.
  • the swirling flow is stopped by providing a straightening flow straightening flow at a position on the downstream side of the pair of flow path changing plates, which is the uppermost part and the lowermost part of the flow path. Acts as follows. By reducing the swirling flow, there is no pressure reducing part near the discharge port, and it is possible to suppress the inflow of air etc. from the outside, so that the microvalve generated in the vortex flow and the inflowing air By preventing contact, the microvalve can be generated more reliably.
  • the magnetic processing body has a configuration in which a permanent magnet is provided in the flow path in a state where the same polarity poles are close to each other along the center direction of the flow path. Since the same-sex poles (N poles or S poles) are provided close to each other along the flow path, the magnetic field lines coming out (or flowing in) from these poles are almost perpendicular to the ends of the poles. It becomes a flow of magnetic field lines in the direction, and has a positional relationship substantially perpendicular to the flow path.
  • water passes through the magnetic field at a predetermined flow rate, and the water is treated in the water to be treated according to the principle shown in Fleming's right hand rule or Faraday's law of electromagnetic induction. Electric charge is generated by the flow of current. And ionization of to-be-processed water containing many microbubbles is accelerated
  • a magnetic field is formed between each magnetic pole and the magnetic cylinder by forming the cylinder itself or the inner surface or the outer surface of the cylinder with a magnetic material.
  • the magnetic field since the magnetic field is formed radially in the cylinder, it acts so that the water to be treated can be efficiently magnetically processed by the magnetic field substantially perpendicular to the flow path.
  • the permanent magnet has a configuration in which a plurality of pairs of permanent magnets are provided in the flow path in the state where the same polarity poles are close to each other along the center direction of the flow path, so that the water to be treated is disposed at a plurality of locations in the flow path. It works so that magnetic processing can be performed.
  • the turbulent flow in the stirring mixer can be increased with a simple configuration, and reliable stirring and mixing can be performed. Further, when used for mixing water and air, it has excellent effects such as generation of a micro valve and generation of water vapor mist.
  • the stirring mixer of the present invention it is possible to take a large turbulent flow in the stirring mixer while having a simple configuration, to perform reliable stirring and mixing, and to use high-speed treated water used for stirring. Using the flow, magnetic treatment of water to be treated can be efficiently performed. Furthermore, when it is used for mixing water and air, there is an effect that a micro valve can be generated and water vapor mist can be reliably generated. Moreover, in this invention, it has the outstanding effects that a magnetic treatment function treated water can be manufactured by simple structure with treated water.
  • FIG. 5 Schematic perspective view of the stirring mixer of the present invention Schematic explanatory diagram explaining the angle setting of the flow path changing plate used in the stirring mixer Explanatory drawing showing the relationship between the ⁇ - ⁇ angle and the flow velocity under the condition that the internal pressure of the inflow portion of the flow path changing plate is 8 kgf / cm 2 .
  • Longitudinal cross-sectional explanatory diagram of the stirring mixer of the present invention Cross-sectional explanatory view of part A of FIG. FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional explanatory view of part B of FIG.
  • the stirring mixer of the present invention is a pair of cylinders 1 having a flow path through which a processed material is passed and a flow path in each of the left and right portions sandwiching the central axis of the flow path 10 in the cylindrical body 1.
  • Semi-elliptical flow path change plates 20 and 21, and an additive mixture introduction pipe 3 provided in a space portion of the cylindrical body 1 adjacent to the downstream side of the flow path from the intersection of the pair of flow path change plates 20 and 21.
  • a rectifying plate 4 that is a space in the cylindrical body 1 on the downstream side of the pair of flow path changing plates 20 and 21 and that makes the rotational flow into a linear flow in the flow path 10, and the pair of flow path changing plates 20 and 21.
  • the magnetic processing body 5 is also provided in the flow path.
  • the cylindrical body is made of a material having a certain degree of strength and is formed of an appropriate material such as iron or synthetic resin.
  • the body 1 is preferably made of a magnetic material, and when used as a synthetic material, the body 1 may be formed and used by appropriate means such as attaching the magnetic material to the inner surface or the outer surface of the cylindrical body.
  • the inside of the cylindrical body becomes a flow path 10 through which at least water of the object to be processed and other fluids pass, and is manufactured with a circular cross section and an inner diameter of a portion where a permanent magnet 5 described later is provided as a slightly larger flow path 11. Yes.
  • the inflow port 12 and the discharge port 13 are threaded in consideration of the convenience of installation in accordance with the intended use.
  • the size When the size is usually attached to a water pipe or the like, it can be shaped to have the same diameter as a water pipe or a thickness that can be joined, and attached to the end of the water pipe.
  • the flow path changing plates 20 and 21 can be integrally formed of the same material as that of the cylindrical body 1 by a method such as casting or injection molding, but are manufactured separately from the cylindrical body 1 and are fixed inside. It may be a configuration.
  • the flow path changing plates 20 and 21 are configured as shown in FIG. 1. How to set the angle will be described based on a schematic view in which the flow path changing plate is rectangular so as to facilitate understanding of FIG. With respect to the angle of the flow path change plate 20 on the near side of the flow path center axis X of the flow path 10 of the cylinder 1, the flow path change plate 20 in the flow path direction (FIG. 2 (a 1)) has the downstream end.
  • An inclined surface having an angle range of ⁇ ° with respect to the flow path center axis X is formed so as to increase (FIG. 2 (a2)).
  • a semi-elliptical channel change plate with the end on the center side X side of the flow channel (in the embodiment, the center side edge intersecting the flow channel central axis of the semi-elliptical channel change plate) as a rotation axis Is inclined by ⁇ ° in the following angle range so as to be lowered in the outer circumferential direction (FIGS. 2A3 and 2A4).
  • the angle of the flow path change plate 21 on the back side of the flow path center axis X of the flow path 10 of the cylindrical body 1 is rotated by 180 ° about the flow path change plate 20 and the flow path center axis X.
  • the position is tilted. That is, an inclined surface having an angle range of ⁇ ° with respect to the flow path center axis X is formed so as to lift the upstream end of the flow path changing plate 20 in FIG. 2A1 (FIG. 2B2).
  • a semi-elliptical channel change plate with the end on the center side X side of the flow channel (in the embodiment, the center side edge intersecting the flow channel central axis of the semi-elliptical channel change plate) as a rotation axis Is inclined by ⁇ ° in the following angle range which is lifted in the outer circumferential direction (FIGS. 2B3 and 2B4).
  • Table 1 shows that the flow path change plates 20 and 21 of FIG. 1 are provided in a pipe having a diameter of 20 mm, and the inflow rate is 2.6 kg / s, the inflow speed, and the turbulent energy are the tips of the flow path change plates 20 and 21.
  • the numerical value at the position of 12.5 mm was analyzed using COSMOSFloWorks. In the generation of micro bubbles by the gas-liquid shearing method, rotation of 400 to 600 r / s is required. Therefore, when the diameter is 20 mm, the circumference is an approximate value of 0.0628 m, and a rotational speed of 25.2 to 37.68 m / s is required.
  • the angle ⁇ by increasing the angle ⁇ , the cross-sectional area of the open space formed in the upper part or the lower part of the portion intersecting with the flow path changing plates 20 and 21 is decreased respectively, and the pressure on the inflow side is increased, and the flow velocity is increased. And turbulent energy increases. Further, by adding an angle ⁇ in a predetermined direction, a rotational force is further added to the flow, and the flow velocity and turbulent energy are increased. As a result of the analysis, when the angle ⁇ is less than 40 degrees, only the pressure in the pipe rises and the flow velocity does not increase no matter how much the angle ⁇ is increased. It can also be seen that when the angle ⁇ exceeds 50 degrees, the flow velocity does not increase even if the angle ⁇ is adjusted.
  • FIG. 3 shows the angle ⁇ - ⁇ under the condition that the internal pressure of the inflow portion of the flow path change plates 20 and 21 is 8 kgf / cm 2 and the position 12.5 mm from the flow path change plates 20 and 21.
  • the additive mixture introduction tube 3 is used when a fluid, gas, or fluid powder is added to the object to be processed by the stirring mixer. Specifically, it is used when air is added to the water to be treated and an air microbubble generator is used.
  • the additive mixture introduction tube 3 is a tube on the pipe inserted from the outside of the cylinder 1. As shown in FIGS. 4 to 6, the insertion position is provided in a space in the cylindrical body 1 that is close to the downstream side of the flow path 10 from the intersection of the flow path changing plates 20 and 21. In this position, as shown in FIG.
  • the pressure in the pipe is very high in the space in the cylindrical body adjacent to the downstream side of the flow path from the intersection of the pair of flow path change plates 20 and 21. This is because it is a small portion, and the additive mixture can be easily mixed by being provided in this portion.
  • a high-speed fluid flows from the intersecting portion of the pair of flow path changing plates 20 and 21, in this portion, from the downstream side of the cylindrical body 1 to the intersecting portion so as to be involved in this flow. Since the fluid flows in the direction, the opening 30 of the additive mixture introduction pipe 3 is provided on the crossing side.
  • the additive mixture introduction tube is not necessary if the mixture is in advance, or the additive mixture introduction tube is not provided. Can be used.
  • the position where the current plate is provided is provided so as to divide the center of the swirling flow of the processing fluid.
  • a rectifying plate is provided with reference to the position where the center of the swirl flow is at the top. Table 2 verifies the relationship between the position of the current plate 4 and the swirl flow.
  • the center of the swirl flow is positioned 24 mm from the intersection of the pair of flow path change plates 20 and 21. Then, with this position as a reference, the simulation is shown with the top and bottom ends of the rectifying plate 4 positioned at positions shifted about ⁇ 5 mm before and after.
  • the inner diameter was 10 mm
  • the shape of the rectifying plate 4 was a triangular prism shape as shown in FIG. 1, and a 6 mm long and 3 mm wide channel was used.
  • the amount of swirling flow used is 0.2 kg / s.
  • the outflow part was based on a position 60 mm from the reference point (intersection of the pair of flow path changing plates 20 and 21).
  • the said simulation performed the analysis using COSMOSFloWorks used about the angle of the said flow-path change board 21.
  • the flow speeds of the shearing portions which are the intersections of the pair of flow path changing plates 20 and 21, are almost the same, and a high speed is required for generating macro bubbles.
  • a decrease in speed due to the position of the current plate can be suppressed.
  • the rectification proceeds as the flow velocity at the outflow portion decreases, the outside air can be prevented from being entrained.
  • the turbulence intensity of the outflow portion when the rectification plate is ⁇ 5 mm forward, 107.4 In the position of + 5mm behind the turbulent flow intensity of 582, the position provided to divide the center of the swirling flow is 32.1 outlet turbulent intensity, and the turbulent flow can be almost eliminated.
  • the flow velocity at the time of the flow rate of 0.2 Kg / s of the water pipe raw water used in this case is 2.8 m / s, and the turbulence intensity is 14.0%.
  • the magnetic processing body 5 is generally a permanent magnet 50 provided in a flow path in the state where homogenous poles are close to each other along the central direction of the flow path. It is formed by providing a flat washer 51 having a thickness of about 0.2 to 2 mm.
  • six annular cylindrical permanent magnets 50 are in a state in which homogenous poles such as S poles or N poles are close to each other as shown in FIGS. 5 and 6 with a flat washer 51 interposed therebetween.
  • the tip is inserted through a fixed mandrel screwed into the current plate.
  • the rear end of the fixed mandrel 52 is inserted with an insertion hole 60 in the rectifying plate 6 and fixed with a fixing nut 53.
  • the permanent magnet 50 By providing the permanent magnet 50 with the same polarity poles such as the S poles or the N poles close to each other with the flat washer 51 interposed therebetween, the permanent magnet 50 is close to the gap where the flat washer is provided.
  • the magnetic lines of force that come out (or enter) from each of the poles to be formed are formed so that the direction of the magnetic lines of force are almost radial, since the magnetic lines of force do not cross each other, so that the lines of magnetic force can be used effectively.
  • the cylindrical body 10 When the cylindrical body 10 is formed of a magnetic material, or when it is formed of a magnetic body on the inner surface or the outer surface of the cylindrical body, the lines of magnetic force are formed between each pole of the permanent magnet 50 and the cylindrical body 10, and the flow path Since it is formed in a state of intersecting with an object to be treated such as water flowing through the substrate substantially perpendicularly, more efficient magnetic treatment can be performed.
  • the permanent magnet 50 is, for example, a 6 mm cylindrical one.
  • the inner diameter of the inner surface of the cylindrical body is increased from 16 mm to 19 mm due to the reduction of the cross-sectional area by providing the permanent magnet 50 and the convenience of attachment.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing the state after 8 days. As can be seen from FIG. 11, the germination rate is better than that of microbubble water for those using magnetic water. Microbubble water is better than that of magnetic water.
  • the said Example although it is set as the structure which provides one set of flow-path change plates 20 and 21, although not shown in figure, it is good also as a structure provided with two sets.
  • the pressure is 2.8 kgf / cm 2 and the maximum flow velocity is 14.5 m / s
  • two sets are used and the pressure is 4.9 kgf / cm 2 next maximum flow rate also was able to raise a 22.4m / s.
  • the pressure is increased in the middle portion between the two sets of flow path change plates 20 and 21. Therefore, when the additive mixture introduction pipe 3 described later is provided, it is necessary to apply pressure. There is.
  • the present invention can be applied to uses such as gas, fluid powder fluid mixing, and generation of mist that mixes liquid with gas.

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Abstract

【課題】簡易の構成で安価に製作できる攪拌混合器を提供。 【解決手段】処理物を通過させる流路１０を内部有する筒体１と、筒体内の流路中心軸Ｘを挟んで左右部分のそれぞれに流路を変更する対の半楕円状の流路変更板２０、２１とを有する攪拌混合器において、一方の流路変更板２０は、流路中心軸に対し下記角度範囲のα°の傾斜面を下流側先端を持上げて設けると共に、半楕円形状の流路変更板の流路中心軸Ｘと交差する中心側端辺を回転軸として、半楕円形状の流路変更板が外周方向に下がるように下記角度範囲のβ°傾斜させることで二方向の角度による傾斜を設け、他方の流路変更板は、前記一方の流路変更板の流路中心軸を中心軸として１８０度回転させた位置に設けると共に、流路変更板下流において流路の中心方向に沿って、同性の極を近接した状態で流路に永久磁石を設けることを特徴とする。　 α＝４５±５　（°）　β＝（８０－α）±１０（°）

Description

攪拌混合器
　本発明は、液体と気体を攪拌混合するもの、或いは二種以上の流体を攪拌し混合するのを行う攪拌混合器に関し、特にマイクロバブルの生成に好適な攪拌混合器に関する。
　液体と気体を攪拌混合し、マイクロバブル、ナノバブル、ミスト、二種以上の流体を攪拌混合しエマルジョンを製造する製品が多数提案されている。例えば水と空気を攪拌混合しマイクロバブルを生成する混合器がよく知られており、このマイクロバブルの生成法の例で説明すると、
（１）圧壊による方法
　超音波、衝撃波等で急激な圧力変動を加えて、気泡をいったん膨張させた後に加圧して気泡を崩壊させる圧壊により生成する。
（２）過飽和析出により方法
　冷却加圧等により空気の溶解度を上げておき、定常状態に戻し過飽和状態とし、乱流等の刺激を与え、溶存空気が気泡核を中心にして気泡を成長させる過飽和析出による。
（３）剪断生成させる方法
　ベンチュリー管や、旋回流により、気体を含む水に乱流を加え、気体を切るように剪断して気泡を剪断生成させる。
（４）キャビテーションを利用した方法
　急激な圧力低下により蒸気圧以下とすることで、沸騰が起こり、同時に水中の溶存空気が析出し、気泡を発生する現象であるキャビテーションを利用する。
（５）微細孔から圧力気体を吐出させ気泡を生成する方法
　微細孔から圧力気体を吐出させ気泡を生成する。
　等の種々の方法でマイクロバブルを生成している。
　具体的には、例えば非特許文献１に示すように高圧下で気体を大量に溶解させ、減圧により再気泡化する手法で気泡を生成している。また剪断によるものの一例として、例えば特許文献１に示すように、旋回回転流を形成し、この中に気体を巻き込み切断・粉砕させ発生させる手法、また、特許文献２に示す技術では、マイクロバブル発生器を洗濯機に応用した技術であり、このマイクロバブル発生器は、管の途中のほぼ中央に交差するように半楕円形翼板よりなる弦側側縁を設け、交差部上流側の弦側側縁に三角形状の仕切板で弦側側縁に連なる空間を形成し、この空間に流入する水を、交差部で流れを他の弦側側縁の裏面に方向を変化させることで、回転流を生成し、弦側側縁下流側に設けた衝突体で回転流を剪断させマイクロバブルを生成させるものである。
竹村文男　マイクロバブルの特性と応用展開講習会テキスト、テクニカルインフォメーションセンター（２００４） 再表００－０６９５５０号公報 特公平３－９７５９号公報 特開２００５－３０５２１９号公報
　上述のように、生成法としては、（１）圧壊による方法、（２）過飽和析出による方法、（３）剪断生成させる方法、（４）キャビテーションを利用した方法、（５）微細孔から圧力気体を吐出させ気泡を生成する方法等、種々の方法があるが、マイクロバブルの生成にあっては、従来の種々の方法を単独あるいは組み合わせてマイクロバブルを生成に関して特徴を出している。
　マイクロバブル生成にあたって、一般的には一定以上の流速が必要となってくる。例えば、特許文献２に示すものにあっては、管内面に多数の衝突体を設けることで、流速に剪断による乱流を生じさせることが出来る為、マイクロバブルの生成部が小型に生成でき、一定の圧力源で簡易にマイクロバブルを生成することが出来る等優れた効果を有するものである。
　しかしながら、この技術では、管内面に多数の衝突体を設け、また仕切板を設ける構造であり、製作工数が掛かり、比較的に安価に製造することが出来ない。
　一般的に、通常の水道蛇口からの流量は、０．２ｋｇ／ｓ程度、水圧で１ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。加圧するためのポンプなどを使用せずにマイクロバブルを作り出すには、マイクロバブル生成器内で旋回流等の生成、剪断等の要素が複雑に作用し、一概に規定できないが、乱流が少ない場合では２Ｋｇｆ／ｃｍ２以上でマイクロバブルが生成できる場合がある。そして、マイクロバブル生成器内で、乱流が大きくとれる構成であることが好ましい。
　そこで、本発明では、簡易の構成で安価に製作できる攪拌混合器を提供するもので、特に、家庭等の水道水の圧力等でも簡易にマイクロバブルの発生できる攪拌混合器を提供することにある。
　また、一般家庭で簡単にマイクロバルブ水を発生させる装置として、特許文献３に記載の技術がある。
　この技術では、気液を混合した下流側の管状態の内面に螺旋状の凸状を形成すると共に、螺旋形状の凸部を形成した外側に磁石を対向させて設ける構成が提案されている。
　そこで、本発明では、簡易の構成で安価に製作できる攪拌混合器を提供するもので、特に、家庭等の水道水の圧力等でも簡易にマイクロバブルを発生できるマイクロバブル生成器を提供することにある。また、効率的な磁気処理で磁気水を提供することにある。
　本発明は、上述した課題を解決するため、以下の手段を構成した。
（１）　処理物を通過させる流路を内部に有する筒体と、筒体内の流路中心軸を挟んで左右部分のそれぞれに流路を変更する対の半楕円状の流路変更板を有する攪拌混合器において、一方の流路変更板は、流路中心軸に対し下記角度範囲のα°の傾斜面を下流側先端を持上げて設けると共に、半楕円形状の流路変更板の流路中心軸と交差する中心側端辺を回転軸として、半楕円形状の流路変更板が外周方向に下がるように下記角度範囲のβ°傾斜させることで二方向の角度による傾斜を設け、他方の流路変更板は、前記一方の流路変更板の流路中心軸を中心軸として１８０度回転させた位置に設けることを特徴とする。
　　　　　　α＝４５±５　（°）
　　　　　８０－α＝β±１０（°）
（２）対の流路変更板の下流側の筒体内空間部であって、流路内に回転流を直線流とする整流板を設けることを特徴とする。
（３）前記整流板は、前記対の整流板により形成される回転流となっている処理物の流路の中心が、流路の最上部、最下部となる位置に設けることを特徴とする。
（４）前記対の流路変更板を、流路内に複数対設けることを特徴とする。
（５）最下流に位置する対の流路変更板の下流側の筒体内空間部であって、流路に沿って磁気を筒体内空間部に磁界を生じさせる磁気処理を行う磁気処理体を配置することを特徴とする。
（６）前記磁気処理体は、流路の中心方向に沿って、同性の極を近接状態で配置した永久磁石を一対又は複数対設け、磁束を流路に放射状に生じさせることを特徴とする。
（７）筒体自体、或いは筒体の内面又は外面に磁性体により形成したことを特徴とする。
（８）処理対象物として水、及び空気又はオゾン等の気体を用いマイクロバブル発生器を使用することを特徴とする。
　本発明では、処理物を通過させる流路を内部有する筒体内の流路中心軸を挟んで左右部分のそれぞれに流路を変更する対の半楕円状の流路変更板とを有する攪拌混合器であり簡易な構成とすることが出来、内部構成として一方の流路変更板は、流路中心軸に対し角度範囲のα°（α＝４５±５）の傾斜面を下流側先端を持上げて設けると共に、半楕円形状の流路変更板の流路中心軸と交差する中心側端辺を回転軸として、半楕円形状の流路変更板が外周方向に下がるように角度範囲のβ°（８０－α＝β±１０）傾斜させることで二方向の角度による傾斜を設け、他方の流路変更板は、前記一方の流路変更板の流路中心軸を中心軸として１８０度回転させた位置に設ける構成としている。このような範囲の角度設定とすることで、筒体内の渦流毎秒４００～６００回転とすることが出来、また、配管の強度を考慮し、管内圧力を８Ｋｇｆ／ｃｍ２以下程度とすることが出来るように作用する。
　なお、前記α°の角度とすることで、筒体内の圧力を高め、またβ°傾斜させることで、流速を高めるように作用することで小型でありながら、安価に攪拌混合器を製作することが出来るように作用する。
　また、対の流路変更板の交差部より流路下流側の近接した筒体内空間部に開口部を設けた添加混合体導入管を設けている。この交差部より流路下流側の近接した筒体内空間部の位置は、管内圧力が非常に小さくなっている部位であり、容易に添加混入体を処理対象物に混入することが出来るように作用する。
　更に、対の流路変更板の下流側の筒体内空間部であって、流路の最上部、最下部となる位置に回転流を直線流とする整流板を設けることで旋回流を停止させるように作用する。旋回流が少なくなることで、排出口近傍の減圧部がなくなり外部からの空気等の流入を押さえることが出来るように作用することで、渦流内に発生しているマイクロバルブと流入する空気との接触を防止することで、より確実にマイクロバルブを発生することが出来る。
　次に、磁気処理体は、流路の中心方向に沿って、同性の極を近接した状態で流路に永久磁石を設ける構成となっている。同性の極（Ｎ極同士、あるいはＳ極同士）を近接した状態で流路に沿って設けていることより、この極から出る(又は流入する）磁力線は、ほぼ各極の端部と直角に方向の磁力線の流れとなり、流路とほぼ直角の位置関係となる。従って、永久磁石の電磁作用を用いた技術において、水が所定の流速で磁界中を通過することにより、フレミングの右手の法則またはファラデーの電磁誘導の法則などに示される原理により、被処理水内で電流が流れることで電荷が発生する。そして、マイクロバブルを多く含む被処理水のイオン化が促進され、磁気処理を効率的に行うことが出来るように作用する。
　なお、筒体自体、或いは筒体の内面又は外面に磁性体により形成することで、各磁極と磁性体の筒体との間で磁場が形成される。このとき磁場は、筒体内に放射状に形成されることより、流路とほぼ直角の磁場により効率的に、被処理水の磁気処理を行うことが出来るように作用する。
　また、永久磁石は、流路の中心方向に沿って、同性の極を近接した状態で流路に設ける永久磁石を複数対設ける構成とすることで、流路内の複数箇所で被処理水の磁気処理を行うことが出来るように作用する。
　本発明の攪拌混合器によれば、簡易な構成でありながら攪拌混合器内の乱流を大きくとることが出来、確実な攪拌混合を行うことが出来る。また水と空気の混合に使用した場合には、マイクロバルブを発生、水蒸気ミストの発生についても確実に行うことが出来る効果を有する等優れた効果を有する。
　本発明の攪拌混合器によれば、簡易な構成でありながら攪拌混合器内の乱流を大きくとることが出来、確実な攪拌混合を行うことが出来ると共に、攪拌に用いた高速の処理水の流れを利用して、効率的に被処理水の磁気処理を施すことが出来る。
　更に、水と空気の混合に使用した場合には、マイクロバルブを発生、水蒸気ミストの発生についても確実に行うことが出来る効果を有する。また、本発明では、処理水を簡易な構成で磁気処理機能処理水を製造することが出来る等優れた効果を有する。
本発明の攪拌混合器の概略斜視説明図 攪拌混合器に用いる流路変更板の角度設定を説明した概略説明図 流路変更板の流入部の内部圧力が８Ｋｇｆ／ｃｍ２となる条件のα－βの角度と流速の関係を示す説明図 本発明の攪拌混合器の縦断面説明図 図４のＡ部の断面説明図 図５のＢ部の部分拡大断面説明図 整流板を設けないときの状態を示す説明図 整流板を設けないときの状態を示す説明図 整流板を設けたときの状態を示す説明図 整流板を設けたときの状態を示す説明図 発芽実験の状態を示した説明図
　本発明の攪拌混合器は、処理物を通過させる流路を内部に有する筒体１と、筒体１内の流路１０の中心軸を挟んで左右部分のそれぞれに流路を変更する対の半楕円状の流路変更板２０、２１と、対の流路変更板２０、２１の交差部より流路の下流側の近接した筒体内１の空間部に設けた添加混合体導入管３と、対の流路変更板２０、２１の下流側の筒体１内空間部であって、流路１０内に回転流を直線流とする整流板４と、対の流路変更板２０、２１の下流側の筒体１内空間部であって、流路に磁気処理体５とをあわせ有している。
　以下、これらについて図面に基づいて説明する。
　＜筒体１＞
　筒体は、ある程度強度を有する材質よりなり、鉄、合成樹脂等の適宜材料で形成するが、後述する永久磁石５の磁力線が筒体１との間で形成させて使用する場合には、筒体１は、磁性材料を用いることが好ましく、合成材料で使用する場合には、磁性材料を筒体内面又は外面に貼り付ける等適宜手段で形成して使用しても良い。
　また、筒体内部は、少なくとも被処理物の水、その他流体が通過する流路１０となり、断面円形状で、後述する永久磁石５を設ける部分の内径をやや大きな流路１１として、製作している。そして、流入口１２及び排出口１３に使用用途に合わせて、取り付けの利便を考慮して、ねじが切ってある。
　そして大きさは、通常水道管等に取り付けて使用するにあっては、水道配管と同様の径か、接合できる太さに成形し、水道配管の先に取り付け使用することが可能である。
　＜流路変更板２０、２１＞
　流路変更板２０、２１は、前記筒体１と同様の材質で鋳造や射出成形等の方法で一体的に成形することが出来るが、筒体１とは別個に製作し、内部に固定する構成であっても良い。
　流路変更板２０、２１は、図１に示すように構成するが、この角度の付け方について、図２の理解しやすいように流路変更板を長方形とした略図に基づいて説明する。
　筒体１の流路１０の流路中心軸Xの手前側の流路変更板２０の角度について、流路方向の状態（図２（ａ１））の流路変更板２０を下流側先端を持上げるように、流路中心軸Ｘに対し角度範囲のα°の傾斜面を形成する（図２（ａ２））。次いで、流路の中心側Ｘ側の端辺（実施例では半楕円形状の流路変更板の流路中心軸と交差する中心側端辺）を回転軸として、半楕円形状の流路変更板が外周方向に下がるように下記角度範囲のβ°傾斜させる（図２（ａ３）（ａ４））。
　他方、筒体１の流路１０の流路中心軸Xの奥側の流路変更板２１の角度について、前記流路変更板２０と流路中心軸Xを中心として１８０°回転させた方向に角度を傾けた位置となる。即ち、図２（ａ１）の流路変更板２０を、上流側先端を持上げるように、流路中心軸Ｘに対し角度範囲のα°の傾斜面を形成する（図２（ｂ２））。次いで、流路の中心側Ｘ側の端辺（実施例では半楕円形状の流路変更板の流路中心軸と交差する中心側端辺）を回転軸として、半楕円形状の流路変更板が外周方向に持ち上げる下記角度範囲のβ°傾斜させる（図２（ｂ３）（ｂ４））。
　次に、流路変更板２１の角度について述べる。
　表１は、直径２０ｍｍの管に図１の流路変更板２０、２１を設け、流入条件として、流入量２．６Ｋｇ／ｓ、流入速度、乱流エネルギーは流路変更板２０、２１の先端から１２．５ｍｍの位置の数値をＣＯＳＭＯＳＦｌｏＷｏｒｋｓを使用し解析を行った。
　気液せん断法によるマイクロ・バブル発生においては４００～６００ｒ/sの回転が必要とされている。従って、直径２０ｍｍでは、その円周は、近似値で、０．０６２８ｍとなり、２５．２～３７．６８ｍ/sの回転速度が必要となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ここで、角度αを増やすことにより、流路変更板２０、２１で交差する部分の上部又は下部に形成される開放空間の断面積が、それぞれ減少して流入側の圧力が上昇すると共に、流速と乱流エネルギーが上昇する。また、定まった方向の角度βを付け加える事により流れに回転力がさらに加わり流速と乱流エネルギーが上昇する。そして、解析の結果から、角度αが４０度未満の場合では、角度βをいくら増やしても管内の圧力だけが上昇するだけで流速が早まらない。また、角度αが５０度を超えると角度βを調整しても流速が早まらないことが判る。
　更に、角度αが４０～５０度の状態において角度βを調整することにより、管内圧力を８Ｋｇｆ／ｃｍ２の条件下で、最大流速が３７．４～３７．５ｍ／ｓ、乱流エネルギー４６．７～５２．８Ｊ／Ｋｇと最も良好な状態となる。
　この表１の結果から、α＝４５°±５°、β＝（８０－α）±１０°となる二方向の角度による傾斜を求めた。
　次に、図３は、流路変更板２０、２１の流入部の内部圧力が、８Ｋｇｆ／ｃｍ２となる条件のα－βの角度と流路変更板２０、２１から１２．５ｍｍの位置での流速を求めた。
　この表からもαの角度が、α=４５°±５°の条件が最も最適であり、これを外れると流速および乱流エネルギーも低下することが分かる。
　また、βの角度も、前記と同様にβ＝（８０－α）±１０°の範囲となっている。
　なお、上記各条件は流路変更板の肉厚を変えて開口断面積を変化させてもほぼ同様であった。
　＜添加混合体導入管３＞
　添加混合体導入管３は、攪拌混合器で処理対象物に、流体、気体、流体粉体を添加する際に使用するときに用いる。具体的には処理対象物の水に空気を添加し、空気のマイクロバブル発生器を使用する場合などに使用する。
　ここで、本発明では、添加混合体導入管３はパイプ上の管を筒体１の外部から挿入する。そして、挿入位置は、図４～６に示すごとく、流路変更板２０、２１の交差部より流路１０の下流側の近接した筒体１内の空間部に設けている。この位置に設けたのは、図８に示したように、対の流路変更板２０、２１の交差部より流路の下流側の近接した筒体内の空間部には、管内圧力が非常に小さくなっている部位であり、この部分に設けることで、容易に添加混入体を容易に混入することが出来るからである。
　なお、図示はしないが、対の流路変更板２０、２１の交差部から高速の流体が流れていることより、この流れに巻き込むように、この部分では筒体１の下流側から交差部分に向かって流体が流れる為、添加混合体導入管３の開口部３０を交差部側に設けている。
　また、攪拌混合体で被処理物が処理する際に、事前に混合状態となっている場合には、添加混合体導入管は不要であり、添加混合体導入管を設けないか、或いはメクラ状態で使用することが出来る。
　＜整流板４＞
　整流板４は、筒体１の出口１３から流体が排出するとき、筒体内部の処理流体は旋回流となっている為、旋回流の遠心力のため出口１３から外部に外周側に沿って排出される。このため出口１３の中心軸付近の圧力が少なくなってしまい、図７、図８に示すように、筒体１内部は圧力が低くなり、図８の拡大図ベクトル図に示すように、外部空気を攪拌混合器内に巻き込んでしまう場合があり、通常水中などで使用する場合には支障が少ないが、出口１３が、開放状態の空気中で使用する場合には、流入する空気が大量となり、マイクロバブルが発生しない。
　他方、図９、図１０に示すように、筒体１に整流板を設けることで、処理流体の流れが旋回流から直線流に近い形とすることで、図１０の拡大図ベクトル図に示すように、出口１３では、空気の流入を防止することが出来る。
　ここで、整流板を設ける位置は、処理流体の旋回流の中心を分割するように設ける。旋回流中心が最上部となる位置を基準として整流板を設ける。
　表２は、整流板４の位置と旋回流の関係を検証したものである。
　流路変更板２０、２１を、それぞれ前記α＝４５°、β＝４０°で設けた時、旋回流の中心が、対の流路変更板２０、２１の交差部から２４ｍｍの位置となる。そして、この位置を基準として、前後の±５ｍｍ前後にずらした位置に、整流板４の上下先端を位置させてシミュレーションを示したものである。
　また、内径の大きさは、１０ｍｍで整流板４の形状は、図１に示すような三角柱形状のもので、流路に対し長さ６ｍｍ、幅３ｍｍのものを用いた。
　また、用いた旋回流の流入量は、０．２Ｋｇ／ｓである。流出部は、基準点（対の流路変更板２０、２１の交差部）から６０ｍｍの位置を基準とした。
　なお、上記シミュレーションは、前記流路変更板２１の角度について使用した、ＣＯＳＭＯＳＦｌｏＷｏｒｋｓを使用し解析を行った
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記、表２からも判るように、対の流路変更板２０、２１の交差部である剪断部の流速はいずれもほぼ同じ流速となり、マクロバブル生成のためには高速度が必要となることより、整流板の位置による速度の減少は抑えることが出来る。そして流出部流速が少ない程整流が進むことより、外気の巻き込みを防止することが出来、流出部乱流強度に示すごとく、整流板を前方に－５ｍｍの場合には１０７．４、また整流板の後方の＋５ｍｍ位置の場合には５８２の乱流強度であるのに対し、旋回流の中心を分割するように設ける位置では３２．１出口乱流強度となり、ほぼ乱流を解消することが出来、気体等の巻き込みを防止することが出来る。また、この際に使用した水道管原水の０．２Ｋｇ／ｓの流量時における流速は、２．８ｍ／ｓ、乱流強度は１４．０％である。
＜磁気処理体５＞
　磁気処理体５は、一般的に永久磁石５０を流路の中心方向に沿って、同性の極を近接した状態で流路に設けたもので、近接した状態を維持するために、例えば、厚さ０．２～２ｍｍ程度の平ワッシャ５１を挟んで設けることで形成する。図面においては、環状円筒形の６個の永久磁石５０を、平ワッシャ５１を挟んで、図５、図６に示すように、Ｓ極同士、あるいはＮ極同士等、同性の極を近接した状態で位置させ、先端を前記整流板に螺入している固定心棒に挿通する。そして、固定心棒５２の後端は、整流板６内の挿通孔６０を挿入し固定ナット５３で固定している。
　この永久磁石５０を、平ワッシャ５１を挟んで、Ｓ極同士、あるいはＮ極同士等、同性の極を近接した状態で位置させて設けることで、この平ワッシャを設けている隙間付近では、近接する各極から出る（又は入る）磁力線は、各磁力線は交差することがないことより、磁力線の向きを、ほぼ放射線状に形成されることになり、磁力線を有効に利用することが出来る。そして、筒体１０を磁性材料により形成した場合、或いは筒体の内面又は外面に磁性体により形成した場合には、磁力線は、永久磁石５０の各極と筒体１０間に形成され、流路を流れる水等の被処理物に、ほぼ垂直に交差した状態で形成されるため、更に効率的な磁気処理を行うことが出来る。
　ここで永久磁石５０は、例えば６ｍｍの円筒形のものを用いている。またこの永久磁石５０を設けることにより断面積が減少すること、及び取り付けの利便性等より、筒体内面の内径を１６ｍｍから１９ｍｍに大きくしている。
　効果を確認するために、水道水、マイクロ・バブル水、磁気処理体による磁気水、マイクロ・バブルに磁気処理体による磁気処理を加えた４種類の水を使用した。これらの水をカット綿を敷いたプラスチック容器にカット綿が、にじむ程度にそれぞれの水を加え各々１００粒づつのブロッコリーの種を蒔き観察を行った。
　発芽率は、水道水：７０％、マイクロバブル：９０％、磁気水：９６％、マイクロバブル＋磁気：１００％であった。
　図１１は、８日後のその状態を示した説明図であり、図１１からも判るように、磁気水を使用したものについては、発芽率がマイクロバブル水に比べ良好であるが、成長度合いは磁気水のものより、マイクロバブル水の方が良好となっている。これは磁気水による水の改質の効果より、マイクロバブルによる酸素の供給が影響していると推測される。
　マイクロバブルと磁気水を使用したものは、成長の度合が良好である。そして、発芽率ではマイクロバブル＋磁気処理水を使用したものが最も苗の発育に良好な結果を与えていることが分かる。
　このように、マイクロ・バブルによる溶存酸素濃度の上昇とイオン化に加え磁気処理による電荷の発生による一層のイオン化によるものと考えられ、マイクロ・バブルと磁気処理を併用することがより水の機能水としての性質を増加させている結果となっている。
　なお、上記実施例では、流路変更板２０、２１を一組設ける構成としているが、図示はしないが二組設ける構成としても良い。
　例えば、流路変更板２０、２１を１組使用した場合で、圧力が２．８Ｋｇｆ／ｃｍ２最大流速１４．５ｍ／ｓであったものが、２組使用するとともに、圧力が４．９Ｋｇｆ／ｃｍ２となり最大流速も２２．４ｍ／ｓと高めることが出来た。
　ただし、このような使い方をした場合であって、２組の流路変更板２０、２１の中間部分では圧力が高くなるため、後述する添加混合体導入管３を設ける場合には、加圧する必要がある。
　本発明は、気体、流体粉流体の混合、気体に液体を混合するミストの生成等の用途に適用できる。
　１　　筒体　　　１０、１１　流路　　１２　流入口　　１３　　排出口
　２０、２１　　流路変更板　　
　３　　添加混合体導入管　　　　３０　　開口部
　４　　整流板　
　５　　磁気処理体
　５０　永久磁石　　５１　平ワッシャ　　５２　固定心棒　　５３　固定ナット
　６整流板　　　　６０挿通孔　　

Claims (8)

  1. 　処理物を通過させる流路を内部有する筒体と、筒体内の流路中心軸を挟んで左右部分のそれぞれに流路を変更する対の半楕円状の流路変更板とを有する攪拌混合器において、
    　一方の流路変更板は、流路中心軸に対し下記角度範囲のα°の傾斜面を下流側先端を持上げて設けると共に、半楕円形状の流路変更板の流路中心軸と交差する中心側端辺を回転軸として、半楕円形状の流路変更板が外周方向に下がるように下記角度範囲のβ°傾斜させることで二方向の角度による傾斜を設け、
    　他方の流路変更板は、前記一方の流路変更板の流路中心軸を中心軸として１８０度回転させた位置に設けることを特徴とする攪拌混合器。
    　　　　　　α＝４５±５　（°）
    　　　　　８０－α＝β±１０（°）
  2. 　対の流路変更板の下流側の筒体内空間部であって、流路内に回転流を直線流とする整流板を設けることを特徴とする請求項１記載の攪拌混合器。
  3. 　前記整流板は、前記対の整流板により形成される回転流となっている処理物の流路の中心が、流路の最上部、最下部となる位置に設けることを特徴とする請求項１または２記載の攪拌混合器。
  4. 　前記の対の流路変更板を、流路内に複数対設けることを特徴とする請求項1に記載の攪拌混合器。
  5. 　最下流に位置する対の流路変更板の下流側の筒体内空間部であって、流路に沿って磁気を筒体内空間部に磁界を生じさせる磁気処理を行う磁気処理体を配置することを特徴とする請求項1～４のいずれか記載の攪拌混合器。
  6. 　前記磁気処理体は、流路の中心方向に沿って、同性の極を近接状態で配置した永久磁石を一対又は複数対設け、磁束を流路に放射状に生じさせることを特徴とする請求項５記載の攪拌混合器。
  7. 　筒体自体、或いは筒体の内面又は外面に磁性体により形成したことを特徴とする請求項５又は６に記載の攪拌混合器。
  8. 　処理対象物として水、及び空気又はオゾン等の気体を用いマイクロバブル発生器と使用することを特徴とする請求項1～７のいずれか記載の攪拌混合器。
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