WO2016103387A1

WO2016103387A1 - 流体混合装置

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Publication number: WO2016103387A1
Application number: PCT/JP2014/084275
Authority: WO
Inventors: 進一鳴海
Original assignee: フロンコルコ資産保有会社
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-06-30

Abstract

　多くの流体を一度に混合でき、流体の混合比の設定範囲も広くとれる流体混合装置を提供する。この流体混合装置１０は、外殻部材２０と、流体衝突空間２３と、先端内周がテーパ状をなした複数の凹部３０Ａ～３０Ｆと、外殻部材に設けられた排出口に連通する排出路と、凹部３０Ａ～３０Ｆに挿脱可能に挿入され、先端部が凹部の先端部に適合したテーパ状をなす複数の挿脱部材４０Ａ～４０Ｆと、挿脱部材先端と凹部との隙間に連通する流入路４７と、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの挿脱位置を調整する調整機構とを備え、流入路を通して複数種類の流体を流入させ、挿脱部材の先端部と凹部との隙間から流体衝突空間２３に流出させ、流体衝突空間２３にて衝突させて分散混合させ、排出路を通して流出させるように構成されている。

Description

流体混合装置

　本発明は、複数種類の流体を所望の混合比で均一に混合することができる流体混合装置に関する。

　従来より、例えば下記特許文献１、２、３に示されるように、水と油のような相互に混じり合わない複数の流体や、微細な粒子を含む液体を被処理流体として、それらを加圧して対向衝突させることにより、分散、微粒子化を行う装置が知られている。

　これらの装置を用いて、複数種類の流体を混合し、分散、微粒子化を図る場合には、予め複数種類の流体を所望の混合比となるように何らかの方法で混合しておくか、あるいはこれらの装置に導入する際に所望の混合比となるように、それぞれのポンプの圧力によって流量を調整する必要があった。

　しかしながら、予め複数種類の流体を混合する場合、水と油のような相互に混じり合わない複数の流体は、通常の方法で混合しても分離しやすいため、均一な混合液を形成することが困難であった。

　一方、分散、微粒子化する装置に導入する際に、所望の混合比となるように、ポンプの圧力によって流量を調整する場合、混合比が少ない流体は、流体の圧力が負圧となって、ポンプで設定している流量以上の流量が供給されるため、混合比を正確に制御することが難しかった。

　また、予め複数種類の流体を混合する装置として、下記特許文献４には、外殻部材と、外殻部材に基端側から挿入されている第１挿脱部材と、外殻部材に対する第１挿脱部材の挿脱位置を調整する第１調整機構と、第１挿脱部材に挿入されている第２挿脱部材と、第１挿脱部材に対する第２挿脱部材の挿脱位置を調整する第２調整機構と、外殻部材に先端側から挿入されている第３挿脱部材と、外殻部材に対する第３挿脱部材の挿脱位置を調整する第３調整機構とを有する混合装置が開示されている。

　上記装置では、外殻部材と第１挿脱部材との隙間を通して水を流入させ、第１挿脱部材と第２挿脱部材との隙間を通して乳化剤を流入させ、外殻部材と第３挿脱部材との隙間を通して燃料油を流入させ、これらを衝突混合させた後、第３挿脱部材内に形成された流出路を通って排出されるようになっている。そして、それぞれの調整機構によって、各挿脱部材の挿脱位置を調整し、上記隙間を調整することによって、混合比を調整できるようになっている。

特開平６－４７２６４号公報特開平１０－３３７４５７号公報特開２０１４－６９１７２号公報特開２０１４－２１３２３７号公報

　しかしながら、特許文献４の混合装置では、外殻部材に挿入された第１挿脱部材に、第２挿脱部材を挿入しているので、第１挿脱部材の外径や、第２挿脱部材の外径を自由に設定できず、混合比の調整範囲が限られてしまうという問題があった。また、その構造上、３種類を超える数の流体の混合には適用しにくいという問題があった。

　したがって、本発明の目的は、より多くの流体を一度に混合することができ、流体の混合比の設定範囲も広くとれる流体混合装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の流体混合装置は、装置本体部をなす外殻部材と、前記外殻部材の中心部に設けられた流体衝突空間と、前記外殻部材の外周から前記流体衝突空間に向けて穿設され、先端部内周がテーパ状をなして前記流体衝突空間に連通する複数の凹部と、前記流体衝突空間から前記外殻部材に設けられた排出口に連通する排出路と、前記複数の凹部にそれぞれ挿脱可能に挿入され、先端部が前記凹部の先端部に適合し得るテーパ状をなす、複数の挿脱部材と、前記各挿脱部材の内部を通って、前記挿脱部材の先端部と前記凹部との隙間に連通する流入路と、前記各挿脱部材の前記凹部に対する挿脱位置を調整する調整機構とを備え、前記各挿脱部材に設けられた流入路を通して複数種類の流体を流入させ、前記挿脱部材の先端部と前記凹部との隙間から前記流体衝突空間に流出させ、前記流体衝突空間にて衝突させて分散、混合させ、前記排出路を通して流出させるように構成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、調整機構によって各挿脱部材の先端部と凹部との隙間を調整することにより、各流入路を通って流体衝突空間に流出する流体の流量を調整し、各流体の混合比を所望の値に調整することができる。そして、外殻部材の外周から流体衝突空間に向けて複数の凹部を設け、各凹部に挿脱部材を挿入して流入路を設けるようにしたので、例えば４種類以上のような多数の流体を混合することが可能となる。また、各挿脱部材が外殻部材に設けられた個別の凹部に挿入されているので、各挿脱部材の外径や、先端部のテーパ角などを比較的自由に設定することができ、流体の混合比の設定範囲を広くとることができる。

　本発明の流体混合装置においては、前記外殻部材は多面体構造をなし、１つの面に前記排出路の排出口が設けられ、他の複数の面に、前記凹部と前記挿脱部材と前記調整機構とがそれぞれ設けられていることが好ましい。

　上記態様によれば、多面体構造をなす１つの面に排出口を設け、他の複数の面に凹部と挿脱部材と調整機構とをそれぞれ設けることにより、凹部や挿脱部材や調整機構を設けやすくなり、複数種類の流体の流入路を形成しやすくすることができる。

　また、別の態様として、前記外殻部材は球体をなし、球体表面の１箇所に前記排出路の排出口が設けられ、他の複数の箇所に、前記凹部と前記挿脱部材と前記調整機構とがそれぞれ設けられていることが好ましい。

　このように、外殻部材を球体とすることにより、排出口や、凹部、挿脱部材及び調整機構を設ける位置や数を、より自由に設定できる。

　本発明の流体混合装置においては、前記各挿脱部材は、本体部と先端部とに分かれており、前記先端部は前記本体部にネジ接続されており、該接続部の外周には環状の凹溝が形成されて、該凹溝に金属製オーリングが装着されており、該金属製オーリングによって、前記挿脱部材と前記凹部との隙間がシールされていることが好ましい。

　上記態様によれば、挿脱部材を本体部と先端部とに分けて、両者をネジ接続することにより、両者の間に金属製オーリングを装着することが可能となる。金属製オーリングを用いてシールすることにより、高温高圧条件下で流体を流入させることが可能となり、耐久性も向上する。

　本発明の流体混合装置においては、前記凹部内周には雌ネジが形成され、前記挿脱部材の外周には雄ネジが形成され、前記調整機構は、外周に前記凹部内周の雌ネジに螺合する雄ネジを有し、内周に前記挿脱部材外周の雄ネジに螺合する雌ネジを有し、前記凹部内周と前記挿脱部材の基部外周との間にねじ込まれたヘリコイドリングからなり、前記各ネジは同方向のネジからなっていて、前記凹部内周の雌ネジ及び前記ヘリコイドリング外周の雄ネジのピッチと、前記ヘリコイドリング内周の雌ネジ及び前記挿脱部材外周の雄ネジのピッチとが相違していることが好ましい。

　上記態様によれば、それぞれの挿脱部材に配管を接続して、挿脱部材が回転できない状態であっても、ヘリコイドリングを回すことによって、凹部に対して挿脱部材の挿脱位置を変化させることが可能となる。すなわち、ヘリコイドリングを凹部に対して、例えば挿入される方向に回すと、全てのネジが同方向からなるので、ヘリコイドリングに対して挿脱部材は引き出される方向に移動する。しかし、両者のネジピッチが相違しているので、大きく移動する方向から小さく移動する方向を引いた距離で、大きく移動する方向に全体として移動することになる。その結果、ヘリコイドリングの回転移動に対して、より小さい移動を行わせることができ、挿脱部材の挿脱位置をより精密に微調整することが可能となる。

　本発明の流体混合装置においては、前記流体衝突空間は、前記各凹部の先端部が集まる衝突部分と、前記排出路に連通する部分と、前記衝突部分に対して、前記排出路に連通する部分とは反対側に、所定長さで伸びる滞留部分とを有していることが好ましい。

　上記態様によれば、各挿脱部材に設けられた流入路を通って、挿脱部材の先端部と凹部との隙間に入り、流体衝突空間に流出された流体が、互いに衝突した後、その一部が滞留部分に入って乱流となり、次いで排出路から流出するので、混合作用をより効果的に付与することができる。

　本発明によれば、外殻部材の外周から流体衝突空間に向けて複数の凹部を設け、各凹部に挿脱部材を挿入して流入路を設けるようにしたので、例えば４種類以上のような多数の流体を混合することができ、また、各挿脱部材が外殻部材に設けられた個別の凹部に挿入されているので、各挿脱部材の外径や、先端部のテーパ角などを比較的自由に設定することができ、流体の混合比の設定範囲を広くとることができる。

本発明に係る流体混合装置を用いた微粒子化システムの概略構成図である。同流体混合装置の、一実施形態が示されており、その平面断面図である。同流体混合装置において、図２のＡ－Ａ矢示線での断面図である。同流体混合装置の、対向する２つの挿脱部材の構造を示す要部拡大断面図である。同流体混合装置の、配管接続部の拡大断面図である。同流体混合装置において、外殻部材の凹部の角度を変えた他の実施形態を示す側面断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明に係る流体混合装置の、一実施形態について説明する。

　この流体混合装置は、例えば、水エマルジョン燃料の原料となる重油、水、乳化剤などの混合や、塗料、医薬品、食品原料の混合などに利用することができる。そして、この流体混合装置により混合された流体は、後述する微粒子化装置によって、微粒子化することができる。

　図１には、この流体混合装置を用いた微粒子化システムの概略構成図が記載されている。また、図２は、同流体混合装置の平面断面図、図３は、図２のＡ－Ａ矢示線における断面図、図４は、同流体混合装置の、対向する２つの挿脱部材の構造を示す要部拡大断面図、図５は、同流体混合装置の、配管接続部の拡大断面図、図６は、同流体混合装置において、外殻部材の凹部の他形状を示す側面断面図である。

　図１に示すように、この実施形態の流体混合装置１０を用いた微粒子化システム１は、第１流入ラインＬ１、第２流入ラインＬ２、第３流入ラインＬ３、第４流入ラインＬ４、第５流入ラインＬ５、第６流入ラインＬ６を有しており、各流入ラインには、それぞれ流体が流入するようになっている。ただし、全ての流入ラインを使用する必要はなく、混合すべき流体の数や混合比に応じて、選択したいくつかの流入ラインから流体を流入させるようにしてもよい。その場合、使用しない流入ラインは、図示しない弁等によって流路を閉塞することが好ましい。これらの流体は、通常は、例えば重油と水と乳化剤のように異なる種類の流体が採用されるが、例えば含有物の濃度が異なる同じ種類の流体であってもよい。

　各流入ラインＬ１～Ｌ６の経路途中には、流体を圧送させるためのポンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆが設けられている。また、各ポンプ２ａ～２ｆには、圧力調整弁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆが付設されている。各圧力調整弁３ａ～３ｆは、常時はバネで付勢されて閉じており、各流入ラインの流体圧が所定値よりも高くなった場合にバネ圧に抗して開いて、ポンプ上流側に流体を逃がして、各流入ラインの流体圧が調整されるようになっている。

　更に各流入ラインＬ１～Ｌ６の下流側には、流量計測のための流量計４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆが配設されている。そして、各流入ラインＬ１～Ｌ６は、流体混合装置１０にそれぞれ接続されている。

　また、流体混合装置１０の下流側からは、流体混合装置１０により混合された流体を排出するための、排出ラインＬ７が伸びており、該排出ラインＬ７は微粒子化装置５に接続されている。排出ラインＬ７の途中には、流量計４ｇ及び圧力計６が配設されていると共に、高圧ポンプ７が設置されている。これらは制御装置８に接続されており、流量計４ｇや圧力計６により計測された流体の流量や圧力に応じて、高圧ポンプ７の出力が増減して、所定圧・所定流量の混合流体が、微粒子化装置５に送られるようになっている。

　なお、微粒子化装置５としては、特に限定されないが、流体を高圧で衝突させることにより微粒子化する装置が好ましく、例えば、前述した特開平６－４７２６４号公報や、特開２０１４－６９１７２号公報に記載されたものを用いることができる。

　図２、３に示すように、この実施形態の流体混合装置１０は、装置本体部をなす外殻部材２０を有している。この実施形態における外殻部材２０は、全体として概略六角柱状をなし、四角形状の６つの側面と、六角形状の上下面とを有する八面体構造をなしている。

　ただし、外殻部材２０としては、八面体でなくとも、例えば、四角形状の３つの側面と三角形状の上下面とを有する五面体や、四角形状の４つの側面と四角形状の上下面とを有する六面体や、四角形状の５つの側面と五角形状の上下面とを有する七面体や、更には９面以上の面数を有する多面体構造であってもよい。また、例えば、円柱状や球状等としてもよく、多面体構造でなくてもよい。

　また、図３に示すように、外殻部材２０の中心部には、流体衝突空間２３が形成され、この衝突空間２３は排出路２７を介して、外殻部材２０の下面中心部に形成された排出口２４に連通している。排出口２４は、外殻部材２０外方に向けて次第に拡径するテーパ面状をなしている。また、この実施形態の場合、衝突空間２３の排出路２７と反対側には、所定長さで伸びる、先端が閉塞された滞留部２８が形成されている。

　更に図２に示すように、外殻部材２０の外周の各側面からは、前記流体衝突空間２３に向けて、凹部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆがそれぞれ穿設されている。

　図４を併せて参照すると、各凹部３０Ａ～３０Ｆは、その先端部３１の内周が、外殻部材中心に向けて次第に縮径する、円錐形のテーパ状をなしており、前記流体衝突空間２３に連通している。また、凹部３０Ａ～３０Ｆの基部３３は、拡径した形状をなしており、その内周に雌ネジ３３ａが形成されている。この実施形態における雌ネジ３３ａは左ネジとなっている。

　この実施形態の場合、図１及び図４に示すように、凹部３０Ａ～３０Ｆの、テーパ面状をなした先端部３１のテーパ角θ（図４参照）は、各凹部によってそれぞれ異なっている。このテーパ角θは、使用する流体の混合比によって、０°超から９０°未満の範囲で適宜設定することができる。

　この実施形態においては、凹部３０Ａの先端部３１のテーパ角θは３０°、凹部３０Ｂの先端部３１のテーパ角θは２０°、凹部３０Ｃの先端部３１のテーパ角θは８°、凹部３０Ｄの先端部３１のテーパ角θは４０°、凹部３０Ｅ及び凹部３０Ｆの先端部３１のテーパ角θは１０°となっている。

　また、図３に示すように、凹部３０Ａ，３０Ｄは、外殻部材２０の軸心方向（排出路２７の軸心を通る方向）に対して直角となるように形成されており、図示しない他の凹部３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｅ，３０Ｆも、外殻部材２０の軸心方向に直角に形成されている。

　ただし、他の実施形態である図６に示すように、各凹部３０Ａ～３０Ｆが、外殻部材２０の軸心方向に対して所定角度傾斜していてもよく、各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部が、外殻部材２０の中心部に形成された衝突空間２３に集まる構造であればよい。なお、凹部を斜めに形成する場合は、それらの先端部が、衝突空間２３の排出路２７と反対側に形成された滞留部２８側に向くように傾斜している方が、滞留部２８における乱流効果が高められるので好ましい。

　更に図３に示すように、この実施形態における外殻部材２０の下面中央には、筒状をなした配管接続部３５が突設されている。この配管接続部３５内は、図示しない配管を接続するための凹部３６をなし、その内周には雌ネジ３５ａが形成されている。この実施形態における雌ネジ３５ａは右ネジとなっている。

　更に、各凹部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆには、略筒状をなした挿脱部材４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆが挿脱可能にそれぞれ挿入されている。この実施形態においては、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆは、凹部３０Ａ～３０Ｆの内周に適合する外径で形成された円筒状の本体部４１と、この本体部４１の先端に、ネジ接続された先端部４３とに分割された構造をなしている。

　前記本体部４１の外周には、対応する凹部３０Ａ～３０Ｆに形成された雌ネジ３３ａに螺合する雄ネジ４１ａが形成されている。この実施形態における雄ネジ４１ａは、雌ネジ３３ａと共通の左ネジとなっている。

　図４に示すように、前記先端部４３の外周は、凹部３０Ａ～３０Ｆの、テーパ状をなした先端部３１に適合するように、先端に向かって次第に縮径する、略円錐台形のテーパ状をなしている。そして、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３と、凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１との間に、隙間Ｃが形成されるようになっている。

　なお、この実施形態においては、挿脱部材４０Ａの先端部４３に対して、挿脱部材４０Ａに対向して配置された、挿脱部材４０Ｄの先端部４３は、より大きなテーパ角をなし、その軸方向長さが短く形成されている（図４参照）。

　また、図２に示すように、挿脱部材４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｅ，４０Ｆの先端部４３は、挿脱部材４０Ａの先端部４３に対して、より小さなテーパ角をなし、細長く縮径した形状をなしている。

　なお、これらの挿脱部材の先端部の形状は、流入すべき原料によって適宜変更することができ、上記形状に限定されるものではない。

　また、図４に示すように、本体部４１と先端部４３との接続部４４の外周には、環状の凹溝４５が形成されている。

　そして、本体部４１から先端部４３を外した状態で、凹溝４５に環状をなした金属製オーリングＲを装着し、再度本体部４１に先端部４３をネジ接続することで、本体部４１と先端部４３との間で、金属製オーリングＲを抜け止めした状態で装着できるようになっている。この金属製オーリングＲによって、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆと、各凹部３０Ａ～３０Ｆとの隙間がシールされるようになっている（図４参照）。

　また、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの、本体部４１の軸方向基端側には、本体部４１よりも拡径した筒状をなす配管接続部４８が形成されており、その内周には雌ネジ４８ａが形成されている。なお、この実施形態における雌ネジ４８ａは右ネジとなっている。

　更に図３に示すように、本体部４１の外周には、スリット状のスライド溝４９が軸方向に沿って形成されている。このスライド溝４９には、外殻部材２０の外周から挿入された回転規制ピン６５が入り込むようになっている。これによって、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆは、回転規制されつつ、各凹部３０Ａ～３０Ｆに対する軸方向移動が許容されるようになっている。

　また、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆには、その内部を通って、先端部４３と各凹部３０Ａ～３０Ｆとの隙間Ｃに連通する流入路４７が設けられている。

　この実施形態における流入路４７は、本体部４１の基端中央から先端部４３の途中に至るまで、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの軸方向に沿って伸びると共に、その先端から軸方向に直交して伸びる分岐路４７ａを有しており、該分岐路４７ａが前記隙間Ｃに連通するようになっている（図４参照）。また、流入路４７の基端側には、配管接続部４８に向けて次第に拡径するテーパ面状をなした流入口４７ｂが形成されている。

　また、図５に示すように、外殻部材２０の下面中央に設けた配管接続部３５、及び、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの配管接続部４８には、継手６０を介して配管９がそれぞれ接続されるようになっている。

　継手６０は、略筒状をなし基端側にフランジを設けた形状をなしており、その先端部外周には、配管接続部３５の雌ネジ３５ａ又は配管接続部４８の雌ネジ４８ａに螺合する、雄ネジ６０ａが形成されている。この実施形態の雄ネジ６０ａは、右ネジとなっている。

　また、継手６０の先端中央には、凹部６１が形成されており、該凹部６１には、環状をなした配管螺着部材６２が配置されている。この配管螺着部材６２の内周には、雌ネジ６２ａが形成されている。この実施形態における雌ネジ６２ａは左ネジとなっている。

　一方、各配管９は、その先端側外周に、上記配管螺着部材６２の雌ネジ６２ａに螺合する、雄ネジ９ａが形成されている。この実施形態における雄ネジ９ａは左ネジとなっている。また、各配管９の先端外周には、先細のテーパ面９ｂが形成されている。

　したがって、図５に示すように、継手６０を右回りに回転させて、配管螺着部材６２を介して、配管９を押し込んでいくと、配管９のテーパ面９ｂが、外殻部材２０の排出口２４や、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの流入路４７の流入口４７ｂに当接する。

　その状態で、更に継手６０を右回りに回転させると、継手６０の凹部６１内面に配管螺着部材６２が強く当接し、両者が供回りすることになる。しかし、配管螺着部材６２の雌ネジ６２ａと、配管９の雄ネジ９ａとは、左ネジとなっているので、配管螺着部材６２が右に回ると、配管９は先端方向に押し出されることになる。その結果、配管９のテーパ面９ｂが、流入口４７ｂ又は排出口２４のテーパ面に強く押圧され、配管９と各流入路４７又は排出路２７が、シールされるようになっている。このように、高いシール性を確保することができるので、高温高圧条件下での流体混合に好適に利用することができる。

　なお、継手６０の雄ネジ６０ａ、及び配管接続部３５の雌ネジ３５ａ又は配管接続部４８の雌ネジ４８ａに対して、配管螺着部材６２の雌ネジ６２ａと、配管９の雄ネジ９ａとが、逆ネジになっていればよく、ネジの方向は上記と逆になっていてもよい。

　また、この流体混合装置１０は、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの、各凹部３０Ａ～３０Ｆに対する挿脱位置を調整する調整機構を備えている。

　図２及び図３に示すように、この実施形態における調整機構は、ヘリコイドリング５０からなる。

　このヘリコイドリング５０は、略筒状をなしており、その基端側にフランジ部５１が設けられている。その先端部外周には、各凹部３０Ａ～３０Ｆの基部３３の雌ネジ３３ａに螺合する雄ネジ５３が形成されている。また、ヘリコイドリング５０の先端側内周には、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの本体部４１の雄ネジ４１ａに螺合する、雌ネジ５５が形成されている。なお、この実施形態においては、これらの雄ネジ５３及び雌ネジ５５は、左ネジとなっている。

　そして、上記ヘリコイドリング５０を左回りに回転させると、同ヘリコイドリング５０が各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１側に近づく方向に移動すると共に、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３が、各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１から離れる方向にネジ移動するようになっている。

　一方、ヘリコイドリング５０を右回りに回転させると、ヘリコイドリング５０が各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１側から離れる方向に移動すると共に、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３が、各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１の内周に近づく方向にネジ移動するようになっている。

　そして、この実施形態においては、ヘリコイドリング５０の雄ネジ５３、及び、各凹部３０Ａ～３０Ｆの雌ネジ３３ａのネジピッチに対して、ヘリコイドリング５０の雌ネジ５５、及び、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの雄ネジ４１ａのネジピッチが、小さくなるように形成されている。

　このため、例えば、ヘリコイドリング５０の雄ネジ５３及び各凹部３０Ａ～３０Ｆの雌ネジ３３ａのネジピッチを１ｍｍとし、ヘリコイドリング５０の雌ネジ５５及び各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの雄ネジ４１ａのネジピッチを０．５ｍｍとした場合、ヘリコイドリング５０を右回りに１回転させると、ヘリコイドリング５０は１ｍｍだけ先端部３１から離れる方向に移動するが、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆは、ヘリコイドリング５０に対して、０．５ｍｍだけ先端部３１に近づく方向に移動する。その結果、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆは、１－０．５＝０．５ｍｍだけ、先端部３１から離れる方向に移動することになる。

　同様に、ヘリコイドリング５０の雄ネジ５３及び各凹部３０Ａ～３０Ｆの雌ネジ３３ａのネジピッチを１ｍｍとし、ヘリコイドリング５０の雌ネジ５５及び各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの雄ネジ４１ａのネジピッチを０．７５ｍｍとした場合、ヘリコイドリング５０を右回りに１回転させると、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆは、１－０．７５＝０．２５ｍｍだけ、先端部３１から離れる方向に移動することになる。

　このようにヘリコイドリング５０の回転による移動量に対して、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの移動量を小さくして、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの移動位置を精密に調整することが可能となる。

　なお、リコイドリング５０の雄ネジ５３及び各凹部３０Ａ～３０Ｆの雌ネジ３３ａのネジ方向と、ヘリコイドリング５０の雌ネジ５５及び各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの雄ネジ４１ａのネジ方向とは同じであればよく、両者が右ネジであっても同様な効果が得られる。

　上記のように、ヘリコイドリング５０を回転させることで、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３を、各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１に対して近接・離反させて、挿脱部材の先端部４３と凹部の先端部３１との隙間Ｃの間隔を調整できるようになっている。なお、ヘリコイドリング５０は、図示しない駆動機構によって任意の角度で回転できるように構成されており、図１に示した制御装置８が、流量計４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆで計測された流量に基づいて、ヘリコイドリング５０に回転信号を送り、予め設定された混合比となるように、隙間Ｃの間隔を調整するようになっている。

　そして、この流体混合装置１０においては、図２～４に示すように、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆに設けられた流入路４７を通して、複数種類の流体を流入させ、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３と、各凹部３０Ａ～３０Ｆとの隙間Ｃから、流体衝突空間２３に流出させ、該流体衝突空間２３にて衝突させて分散、混合させ、排出路２７を通して流出させるように構成されている。

　ところで、凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１と、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３との隙間Ｃは、それらのテーパ角によっても変化する。

　図４の部分拡大図に示すように、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３が移動したときの上記隙間Ｃの変化量変化量Ｙは、以下の式により求められる。すなわち、各凹部の先端部３１と、各挿脱部材の先端部４３との、各凹部の軸心Ｓ（延出方向の中心）に沿った移動量Ｘとし、上記軸心Ｓに対する各凹部の先端部３１のなす角度をα（前記テーパ角θの１／２）としたときに、Ｙ＝ｓｉｎα・Ｘで求めることができる。

　例えば、（１）凹部３０Ａの先端部３１の角度αが１５°（θ＝３０°）、（２）凹部３０Ｂの先端部３１の角度αが１０°（θ＝２０°）、（３）凹部３０Ｃの先端部３１の角度αが４°（θ＝８°）°、（４）凹部３０Ｄの先端部３１の角度αが２０°（θ＝４０°）、（５）凹部３０Ｅ及び凹部３０Ｆの先端部３１の角度αが５°（θ＝１０°）である場合、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆが各凹部の軸心Ｓに沿って１ｍｍ移動したとき（Ｘ＝１ｍｍ）は、次のようになる。

　すなわち、（１）凹部３０Ａでの隙間Ｃの変化量Ｙは０．２５９ｍｍ、（２）凹部３０Ｂでの隙間Ｃの変化量Ｙは０．１７３ｍｍ、（３）凹部３０Ｃでの隙間Ｃの変化量Ｙは０．０６９８ｍｍ、（４）凹部３０Ｄでの隙間Ｃの変化量Ｙは０．３４２ｍｍ、（５）凹部３０Ｅ及び凹部３０Ｆでの隙間Ｃの変化量Ｙは０．０８７２ｍｍとなる。

　したがって、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３の移動量を、隙間Ｃの変化量Ｙで割った値を、隙間Ｃの微調整可能な指標として微動化倍率とすると、上記の例においては、（１）凹部Ａでは３．８６倍（１ｍｍ／０．２５９ｍｍ）、（２）凹部Ｂでは５．７８倍（１ｍｍ／０．１７３ｍｍ）、（３）凹部Ｃでは１４．３倍（１ｍｍ／０．０６９８ｍｍ）、（４）凹部Ｄでは２．９２倍（１ｍｍ／０．３４２ｍｍ）、（５）凹部Ｅ及び凹部Ｆでは１１．５倍（１ｍｍ／０．０８７２ｍｍ）となる。

　次に、上記構造からなる流体混合装置１０の作用効果について説明する。

　まず、外殻部材２０に設けた凹部３０Ａ～３０Ｆの基部３３に、調整機構をなすヘリコイドリング５０をそれぞれ螺着させる。その後、各ヘリコイドリング５０内に、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆをそれぞれ螺着させて、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆを、凹部３０Ａ～３０Ｆ内に挿入すると共に、各挿脱部材の先端部４３を各凹部の先端部３１内に挿入する。

　このとき、この実施形態においては、図４に示すように、本体部４１から先端部４３を取外して、凹溝４５に金属製オーリングＲを装着した後、本体部４１に先端部４３をネジ接続することで、本体部４１と先端部４３との間に金属製オーリングＲを抜け止めした状態で装着でき、この金属製オーリングＲによって、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆと、各凹部３０Ａ～３０Ｆとの隙間がシールされるようになっている（図４参照）。このように、金属製オーリングＲを用いてシールすることにより、高温高圧条件下で流体を流入させることが可能となり、耐久性も向上させることができる。

　その後、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの配管接続部４８に、図５に示した態様で、継手６０を介して配管９を接続すると共に、外殻部材２０の配管接続部３５にも、継手６０を介して配管９を接続する。各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの配管接続部４８に接続された配管９は、図１に示した各流入ラインＬ１～Ｌ６に接続され、外殻部材２０の配管接続部３５に接続された配管９は、図１に示した排出ラインＬ７に接続される。

　そして、図１に示した各流入ラインＬ１～Ｌ６を通して、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの流入路４７に、重油、水、乳化剤などの異なる種類の流体を流入させると、各挿脱部材の先端部４３側の流入路４７を通って、分岐路４７ａを通過して、各挿脱部材の先端部４３と各凹部の先端部３１との隙間Ｃに流入する（図４の矢印参照）。

　そして、各挿脱部材から流入した各流体は、流体衝突空間２３に流出して（図４参照）、流体衝突空間２３において互いに衝突して、分散、混合される。このとき、一部の流体は、滞留部分２８に入って乱流となり、分散、混合効果が高められる（図３参照）。その後、混合された流体は、排出路２７、排出口２４及び配管９を通って、外殻部材２０内から排出されて、排出ラインＬ７を通過して下流側の微粒子化装置５へと送られる（図１参照）。

　このように、この流体混合装置１０においては、外殻部材２０の外周から流体衝突空間２３に向けて、複数の凹部３０Ａ～３０Ｆを設け、各凹部に挿脱部材４０Ａ～４０Ｆを挿入して流入路を設けるようにしたので、例えば、４種類以上のような多数の流体を混合することができる。この実施形態では、外殻部材２０が八面体をなし、その外周側面の六面に凹部３０Ａ～３０Ｆを設けると共に、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆが挿入されるように構成されているので、最大六種類の流体を混合することができる。

　また、この流体混合装置１０では、ヘリコイドリング５０からなる調整機構によって、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３と、凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１凹部との隙間Ｃ（図４参照）を調整することにより、各流入路４７を通って流体衝突空間２３に流出する流体の流量を調整することができるので、各流体の混合比を所望の値に調整することができる。

　すなわち、図１に示した各流入ラインＬ１～Ｌ６を通して、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの流入路４７に流入する流体の流量を、流量計４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆで計測して、その値が制御装置８に送られる。そして、制御装置８は、予め設定された混合比となるように、それぞれの挿脱部材４０Ａ～４０Ｆに設けられたヘリコイドリング５０を図示しない駆動機構により回転させ、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３と、凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１凹部との隙間Ｃ（図４参照）を調整する。これによって、常に設定された混合比で、それぞれの流体を混合することができる。

　更に、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆが、外殻部材２０に設けられた個別の凹部３０Ａ～３０Ｆに挿入されているので、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの外径や、各挿脱部材の先端部４３のテーパ角度や、各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１のテーパ角θなどを、比較的自由に設定することができ、流体の混合比の設定範囲を広くとることができる。

　例えば、１時間当たり１５００Ｌ程度の流量を流通させる場合には、各挿脱部材の外径は１０ｍｍ前後で済むので、コンパクトにすることができ、また、各挿脱部材に付与される圧力を小さくすることができる。

　また、この実施形態においては、外殻部材２０は多面体構造（ここでは八面体）をなし、多面体構造をなす１つの面（下面側）に排出口を設け、他の複数の面（外周の六面）に凹部３０Ａ～３０Ｆと、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆと、ヘリコイドリング５０である調整機構とを、それぞれ設けることによって、凹部や挿脱部材や調整機構を設けやすくなり、複数種類の流体の流入路を形成しやすくすることができる。

　更にこの実施形態においては、それぞれの挿脱部材４０Ａ～４０Ｆに配管９を接続して、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆが回転できない状態であっても、調整機構をなすヘリコイドリング５０を回すことによって、各凹部に対して各挿脱部材の挿脱位置を変化させることが可能となる。

　この実施形態においては、ヘリコイドリング５０の雄ネジ５３及び雌ネジ５５、各凹部３０Ａ～３０Ｆの雌ネジ３３ａ、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの雄ネジ４１ａが、全て同一方向（前記実施形態では左ネジ）となっているので、ヘリコイドリング５０を凹部に対して、例えば挿入される方向に回すと（ここでは左回り）、ヘリコイドリング５０に対して、各挿脱部材は引き出される方向に移動して、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの先端部４３と、各凹部３０Ａ～３０Ｆの先端部３１との隙間Ｃが大きくなる。

　このとき、ヘリコイドリング５０の雄ネジ５３、及び、各凹部３０Ａ～３０Ｆの雌ネジ３３ａのネジピッチに対して、ヘリコイドリング５０の雌ネジ５５、及び、各挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの雄ネジ４１ａのネジピッチが、小さくなるように形成されていて、両者のネジピッチが相違しているので、大きく移動する方向から小さく移動する方向を引いた距離で、大きく移動する方向に全体として移動することになる。

　その結果、ヘリコイドリング５０の回転移動に対して、挿脱部材４０Ａ～４０Ｆをより小さく移動させることができるので、凹部３０Ａ～３０Ｆに対する挿脱部材４０Ａ～４０Ｆの挿脱位置を、より精密に微調整することができる。

１　微粒子化システム
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ　ポンプ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ　圧力調整弁
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ　流量計
５　微粒子化装置
６　圧力計
７　高圧ポンプ
８　制御装置
９　配管
９ａ　雄ネジ
９ｂ　テーパ面
１０　流体混合装置
２０　外殻部材
２３　流体衝突空間
２４　排出口
２７　排出路
２８　滞留部分
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ　凹部
３１　先端部
３３　基部
３３ａ　雌ネジ
３５　配管接続部
３５ａ　雌ネジ
３６　凹部
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ　挿脱部材
４１　本体部
４１ａ　雄ネジ
４３　先端部
４４　接続部
４５　凹溝
４７　流入路
４７ａ　分岐路
４７ｂ　シール面
４８　配管接続部
４８ａ　雌ネジ
４９　スライド溝
５０　ヘリコイドリング
５１　フランジ部
５３　雄ネジ
５５　雌ネジ
６０　継手
６０ａ　雄ネジ
６１　凹部
６２　配管螺着部材
６２ａ　雌ネジ
６５　回転規制ピン
Ｌ１　第１流入ライン
Ｌ２　第２流入ライン
Ｌ３　第３流入ライン
Ｌ４　第４流入ライン
Ｌ５　第５流入ライン
Ｌ６　第６流入ライン
Ｌ７　排出ライン
Ｒ　金属製オーリング

Claims

　装置本体部をなす外殻部材と、
　前記外殻部材の中心部に設けられた流体衝突空間と、
　前記外殻部材の外周から前記流体衝突空間に向けて穿設され、先端部内周がテーパ状をなして前記流体衝突空間に連通する複数の凹部と、
　前記流体衝突空間から前記外殻部材に設けられた排出口に連通する排出路と、
　前記複数の凹部にそれぞれ挿脱可能に挿入され、先端部が前記凹部の先端部に適合し得るテーパ状をなす、複数の挿脱部材と、
　前記各挿脱部材の内部を通って、前記挿脱部材の先端部と前記凹部との隙間に連通する流入路と、
　前記各挿脱部材の前記凹部に対する挿脱位置を調整する調整機構とを備え、
　前記各挿脱部材に設けられた流入路を通して複数種類の流体を流入させ、前記挿脱部材の先端部と前記凹部との隙間から前記流体衝突空間に流出させ、前記流体衝突空間にて衝突させて分散、混合させ、前記排出路を通して流出させるように構成されていることを特徴とする流体混合装置。
　前記外殻部材は多面体構造をなし、１つの面に前記排出路の排出口が設けられ、他の複数の面に、前記凹部と前記挿脱部材と前記調整機構とがそれぞれ設けられている、請求項１記載の流体混合装置。
　前記外殻部材は球体をなし、球体表面の１箇所に前記排出路の排出口が設けられ、他の複数の箇所に、前記凹部と前記挿脱部材と前記調整機構とがそれぞれ設けられている、請求項１記載の流体混合装置。
　前記各挿脱部材は、本体部と先端部とに分かれており、前記先端部は前記本体部にネジ接続されており、該接続部の外周には環状の凹溝が形成されて、該凹溝に金属製オーリングが装着されており、該金属製オーリングによって、前記挿脱部材と前記凹部との隙間がシールされている、請求項１～３のいずれか１つに記載の流体混合装置。
　前記凹部内周には雌ネジが形成され、前記挿脱部材の外周には雄ネジが形成され、前記調整機構は、外周に前記凹部内周の雌ネジに螺合する雄ネジを有し、内周に前記挿脱部材外周の雄ネジに螺合する雌ネジを有し、前記凹部内周と前記挿脱部材の基部外周との間にねじ込まれたヘリコイドリングからなり、前記各ネジは同方向のネジからなっていて、前記凹部内周の雌ネジ及び前記ヘリコイドリング外周の雄ネジのピッチと、前記ヘリコイドリング内周の雌ネジ及び前記挿脱部材外周の雄ネジのピッチとが相違している、請求項１～４のいずれか１つに記載の流体混合装置。
　前記流体衝突空間は、前記各凹部の先端部が集まる衝突部分と、前記排出路に連通する部分と、前記衝突部分に対して、前記排出路に連通する部分とは反対側に、所定長さで伸びる滞留部分とを有している、請求項１～５のいずれか１つに記載の流体混合装置。