WO2018131714A1 - 流体混合装置、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 - Google Patents

流体混合装置、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 Download PDF

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WO2018131714A1
WO2018131714A1 PCT/JP2018/001008 JP2018001008W WO2018131714A1 WO 2018131714 A1 WO2018131714 A1 WO 2018131714A1 JP 2018001008 W JP2018001008 W JP 2018001008W WO 2018131714 A1 WO2018131714 A1 WO 2018131714A1
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神野 浩
太郎 神野
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オオノ開發株式会社
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    • B01F25/20Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
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    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/311Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows for mixing more than two components; Devices specially adapted for generating foam
    • B01F25/3111Devices specially adapted for generating foam, e.g. air foam
    • B01F25/31112Devices specially adapted for generating foam, e.g. air foam with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screen or baffles
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    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/916Turbulent flow, i.e. every point of the flow moves in a random direction and intermixes

Definitions

  • the present invention relates to a mixing device that mixes a fluid containing at least a first fluid and a second fluid, and a method for producing a mixed fluid using such a mixing device.
  • Patent Document 1 discloses a mixing device that mixes a first fluid and a second fluid in a stirring vessel and stirs and mixes both fluids.
  • An object of the present invention is to obtain a mixing device capable of reliably mixing a fluid including a first fluid and a second fluid, and a method for producing a mixed fluid using such a mixing device.
  • a fluid mixing device is a fluid mixing device including a first fluid and a second fluid, the mixing device including a first container, One container includes one or a plurality of first introduction units, a turbulent flow generation mechanism that disturbs the flow of the fluid, and one or a plurality of first deriving units.
  • the mixing device according to claim 1 further comprising a second container, wherein the second container includes one or more second containers.
  • the communication member may include a plurality of communication pipes.
  • the plurality of communication pipes may be arranged at the same distance from the central axis of the first container and spaced from each other.
  • the number of the communication pipes may be 4 to 8.
  • the turbulent flow generation mechanism is provided in a swirl flow discharge portion that discharges the swirl flow of the fluid, and a discharge direction of the swirl flow discharge portion. And a baffle plate that receives the swirling flow of the fluid discharged from the swirling flow discharge section.
  • the baffle plate is a flat disk, and the baffle plate is swung by the swirl flow while being swung. You may rotate so that a moving shaft may change to the circumferential direction of this baffle board.
  • the turbulent flow generation mechanism pushes the fluid toward the first lead-out portion with respect to the fluid passing through the communication pipe.
  • a force and a force for pulling back the fluid from the first derivation unit may be repeatedly applied.
  • the first fluid may be a liquid
  • the second fluid may be a gas or a liquid different from the first fluid.
  • the mixing device in one embodiment of the present invention (the mixing device according to claim 10), the mixing device according to any one of claims 1 to 9, further comprising a fluid mixing unit that mixes the fluid, The two or more fluids mixed in the fluid mixing unit may be introduced into the first container from the first introduction unit.
  • the fluid derived from the first deriving portion of the first container or from the second deriving portion of the second container is accommodated.
  • the third container further includes one or a plurality of third introduction parts, one or a plurality of third lead-out parts, and a swirling flow generating part that generates a swirling flow of the fluid. Also good.
  • the fluid production method of the present invention is a method for producing a mixed fluid of a first fluid and a second fluid, wherein the first fluid and the second fluid are claimed. And supplying the mixing device according to any one of 1 to 11 and mixing the first fluid and the second fluid by the mixing device.
  • FIG. 1 is a view for explaining a microbubble generator 100 including a first bubble miniaturization unit 100b according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. FIG. 1B shows a cross-sectional structure taken along the line A1-A1 of FIG.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the first bubble refining unit 100b included in the fine bubble generating apparatus 100 shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) shows the first bubble refiner 100b shown in FIG. 1 (a).
  • FIG. 2B shows the appearance of the turbulent flow generation mechanism 1 included in the first bubble miniaturization unit 100b
  • FIG. 2C shows the operating state. The external appearance of the turbulent flow generation mechanism 1 is shown.
  • FIG. 1 shows a view for explaining a microbubble generator 100 including a first bubble miniaturization unit 100b according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. FIG. 1B shows a cross-sectional structure taken along the line A1-A1 of FIG.
  • FIG. 2 is a diagram for
  • FIG. 3 is a view for explaining the baffle plate 1a and the swirl flow discharge nozzle 1c included in the turbulent flow generation mechanism 1 shown in FIG. 2, and FIG. 3 (a) shows the cross-sectional structure of the baffle plate 1a.
  • 3 (b) shows the front structure of the baffle plate 1a
  • FIG. 3 (c) shows the cross-sectional structure of the swirl flow discharge nozzle 1c
  • FIG. 3 (d) shows the swirl flow discharge nozzle 1c.
  • the structure of the front of is shown.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the turbulent flow generation unit 20b included in the first bubble miniaturization unit 100b shown in FIG. 2, and FIG. 4 (a) shows the appearance of the turbulent flow generation unit 20b.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the turbulent flow generation unit 20b included in the first bubble miniaturization unit 100b shown in FIG. 2
  • FIG. 4 (a) shows the appearance of the turbulent flow generation unit 20b.
  • FIG. 4B shows the structure of the turbulent flow generation unit 20b as viewed from the A4 direction in FIG. 4A
  • FIG. 4C shows the turbulent flow generation unit 20b shown in FIG. 4 (d) and 4 (e) show the structures of the upper and lower surfaces of the upper flange 105 of the turbulent flow generation portion 20b
  • FIGS. 4 (f) and 4 (g) show the turbulent flow generation.
  • the structure of the upper surface and lower surface of the lower flange 106 of the part 20b is shown.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the fluid storage unit 10b included in the first bubble miniaturization unit 100b shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 (a) shows the appearance of the fluid storage unit 10b.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the bubble generation unit 100a included in the fine bubble generation device 100 shown in FIG. 1, and FIG. 6 (a) shows an appearance and a partial cross section of the bubble generation unit 100a.
  • FIG. 6 (b) shows a cross-sectional structure taken along the line A6-A6 of FIG. 6 (a)
  • FIG. 6 (c) shows the structure of the inner flange 12b of the bubble generating part 100a
  • FIG. 6E shows the structure of the swivel guide member 13 of the bubble generation unit 100a
  • FIG. 6E shows the structure of the swivel guide member 13 viewed from the direction D6 in FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the fine bubble generating device 100 shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 (a) shows the first fluid (water) and the second fluid (in the fine bubble generating device 100).
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the fine bubble generating device 100 shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 (a) shows the first fluid (water) and the second fluid (in the fine bubble generating device 100).
  • FIG. 7B shows a change in the posture of the baffle plate 1a when the turbulent flow generation mechanism 1 changes from the stopped state to the operating state.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the oscillation (resonance operation) of the baffle plate 1a of the turbulent flow generation mechanism 1 shown in FIG. 7B.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams showing baffles.
  • FIG. 6 is a perspective view and a plan view showing a state at individual rotational positions S1 to S4 where the plate 1a rotates while swinging.
  • FIG. 9 is a view for explaining a microbubble generator 1000 including a second bubble miniaturization unit 300 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the second bubble miniaturization unit 300, FIG.
  • FIG. 10 (a) shows the appearance of the second bubble miniaturization 300
  • FIG. 10C shows an enlarged view of the A11 dotted line frame part of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining components of the second bubble refinement unit 300 shown in FIG. 10B
  • FIG. 11A is an outer cylindrical body of the second bubble refinement unit 300
  • FIG. 11B shows the inner columnar body 320 constituting the second bubble refinement unit 300.
  • the gas in mixing the liquid that is the first fluid and the gas that is the second fluid, the gas is refined by mixing the gas with the liquid that has generated turbulent flow, and fine bubbles are generated.
  • the first fluid may be a fluid containing a liquid
  • the second fluid may be a fluid containing a liquid of a type different from the liquid of the first fluid
  • the fluid may be a fluid containing a different type of gas from the fluid containing the first fluid gas as the two fluids.
  • the microbubble generator of the present specification is a mixing device that mixes the fluid containing the first fluid and the second fluid.
  • the bubble generating unit constitutes a fluid mixing unit.
  • fine bubbles is a general term for commonly called microbubbles and nanobubbles, and generally means bubbles having a diameter of 50 ⁇ m or less. In this specification, “about” indicates a range of plus or minus 10%.
  • the type of fluid to be mixed can be arbitrary.
  • the fluid when the fluid is a gas, it may be air, oxygen, carbon dioxide, or ozone gas.
  • the fluid when the fluid is a liquid, it may be water, oil, a solvent such as toluene or acetone, a chemical such as a flocculant, or sludge. It may be environmental water such as septic tank contaminated water containing solid matter.
  • FIG. 1 is a view for explaining a microbubble device 100 including a bubble miniaturizing unit 100b according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 (a) shows an appearance of the microbubble device 100
  • FIG. FIG. 1B shows a cross-sectional structure taken along line A1-A1 of FIG.
  • the fine bubble generating apparatus 100 mixes a gas L (for example, air) that is a second fluid into a liquid L (for example, water) that is an introduced first fluid, and includes a gas-liquid (including bubbles).
  • a gas L for example, air
  • This is a microbubble generator that generates a mixed fluid and a microbubble.
  • the fluid to be mixed is a liquid (for example, water) and a gas (for example, air) is described, but the present invention is not limited to this.
  • This fine bubble generating apparatus 100 includes a bubble generation unit 100a that mixes liquid L and gas G to generate gas-liquid GL, and a bubble refinement unit 100b that further refines the fine bubbles contained in gas-liquid GL. I have.
  • the bubble generation unit 100a is mounted on the gantry 110
  • the bubble refinement unit 100b is mounted on the bubble generation unit 100a.
  • the gantry 110 includes a support flange 112 that supports the bubble generation unit 100 a and a gantry leg 111 that extends downward from the support flange 112.
  • a first fluid introduction pipe 121 is attached to the support flange 112 via a first fluid introduction joint 112a.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the bubble refinement unit 100b included in the microbubble generator 100 shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) is a diagram of the bubble refinement unit 100b shown in FIG. 1 (a).
  • FIG. 2B shows the appearance of the turbulent flow generation mechanism 1 included in the bubble miniaturization unit 100b
  • FIG. 2C shows the appearance of the turbulent flow generation mechanism 1 in the operating state. Show.
  • the bubble miniaturization part 100b has a flow path GLp for flowing the gas-liquid GL as shown in FIG.
  • the flow path GLp includes an upstream flow path part GLp2 and an intermediate flow path part GLp3.
  • the downstream flow path part GLp1 may be included.
  • the upstream-side flow path part GLp2 disturbs the flow of the gas-liquid GL that is generated by the bubble generation part 100a and flows through the flow path GLp to generate a turbulent flow of the gas-liquid GL (first container) ) 20b.
  • the intermediate flow path part GLp3 is a connecting part 30b that connects the downstream flow path part GLp1 and the upstream flow path part GLp2.
  • the downstream flow path part GLp1 is a fluid storage part (second container) 10b that temporarily stores the gas-liquid GL discharged from the intermediate flow path part GLp3.
  • the turbulent flow generation unit 20b can take any generation mechanism capable of generating a turbulent flow.
  • a piston mechanism or a swirl flow generating mechanism such as a blade may be used.
  • the turbulent flow generation mechanism 1 that generates a turbulent flow of gas-liquid GL by repeatedly applying a force to pull back to the flow path part GLp2.
  • the turbulent flow generating mechanism 1 sprays a baffle plate 1a that is a flat disk and a gas-liquid GL that is a spiral swirl flow on the baffle plate 1a, as shown in FIG. 2B. And a swirl flow discharge nozzle 1c.
  • FIG. 3 is a view for explaining the baffle plate 1a and the swirl flow discharge nozzle 1c which is a swirl flow discharge unit included in the turbulent flow generation mechanism 1 shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 3B shows the front structure of the baffle plate 1a, FIG. 3C shows the cross-sectional structure of the swirling flow discharge nozzle 1c, and FIG. The structure of the front of the swirl flow discharge nozzle 1c is shown.
  • the swirling flow discharge unit is a nozzle
  • the present invention is not limited to this.
  • it may be a discharge pipe that discharges a swirling flow.
  • the baffle plate 1a is a thin flat disk.
  • the material of the baffle plate 1a can be any material.
  • it may be a plastic or a metal such as aluminum or iron (stainless).
  • the thickness and weight of the baffle plate 1a can be adjusted to an arbitrary thickness and weight depending on the required discharge amount of the gas-liquid GL and the size of the fine bubbles. Generally, if the thickness of the baffle plate 1a is reduced by using a thin material or a light material, the baffle plate 1a swings and rotates faster, so that the bubbles contained in the gas-liquid GL are made finer. And can increase the ability to mix.
  • the thickness of the baffle plate 1a is about 5 mm and the weight is about 400 g under the condition that the discharge amount of the gas-liquid GL is about 300 L / min. Is not limited to this.
  • the shape of the baffle plate can be any shape.
  • the baffle plate 1a is a disc, but the present invention is not limited to this.
  • a triangular plate, a square plate, or a polygonal plate may be used.
  • the outer diameter B1 of the baffle plate 1a can take any size as long as it can receive the swirling flow ejected from the swirling flow discharge nozzle 1c. If the outer diameter B1 of the baffle plate 1a is too small, the portion that receives the swirling flow becomes small, the swinging and rotating movement of the baffle plate 1a is suppressed, and the function of generating turbulent flow is impaired.
  • the shape of the baffle plate 1a may be a circle that can receive the swirl flow most efficiently.
  • the outer diameter B1 of the baffle 1a is about 3 to about 5 times the nozzle inner diameter C1 of the swirl flow discharge nozzle 1c, but the present invention is not limited to this.
  • the outer diameter B1 of the baffle 1a is about 100 mm to about 150 mm, but is not limited thereto.
  • the opening size B2 of the baffle plate 1a can take any size as long as it receives the swirling flow ejected from the swirling flow discharge nozzle 1c and the baffle regulating body 1b can be inserted.
  • the opening B2 of the baffle plate 1a is too large, the portion that receives the swirling flow becomes small, the swinging and rotating motion of the baffle plate 1a is suppressed, and the function of generating turbulent flow is impaired. Further, if the opening B2 of the baffle plate 1a is too small, the gap with the outer diameter of the baffle restricting body 1b becomes too small, and the movement of the baffle plate 1a is restrained from swinging and rotating, thereby generating a turbulent flow. Is damaged.
  • the inner diameter of the opening B2 is larger than the outer diameter of the baffle regulating body 1b and smaller than the size C1 of the swirling flow ejection portion of the swirling flow discharge nozzle 1c. In a specific embodiment, the inner diameter of the opening B2 is about 15 mm to about 25 mm, but the present invention is not limited to this.
  • the swirl flow discharge nozzle 1c has a swirl flow ejection portion having a size C1.
  • the size C1 of the swirling flow ejection portion may be any size according to the swirling flow ejection pressure and the ejection amount.
  • the size C1 of the swirling flow ejection portion is about 20 mm to ⁇ although it is about 30 mm, this invention is not limited to this.
  • the supply pressure of the liquid L is preferably about 0.05 MPa or more.
  • the shape of the swirl jet part can be arbitrary. In the embodiment shown in FIG. 3, the case of a circular opening is described, but the present invention is not limited to this. For example, it may be a triangular opening, a rectangular opening, or a polygonal opening.
  • the swirl flow discharge nozzle 1c has a taper portion having a taper angle C2.
  • the taper angle C2 is adjusted so that the swirling flow strikes the baffle plate 1a so that the inclination of the baffle plate 1a transitions in the circumferential direction of the baffle plate 1a. Even if the taper angle C2 is too small or too large, the baffle plate 1a does not operate so that the inclination of the baffle plate 1a transitions in the circumferential direction of the baffle plate 1a.
  • the taper angle C2 is about 30 to about 50 degrees, more preferably about 40 to about 45 degrees.
  • the taper diameter C3 of the taper portion is adjusted so that the swirling flow strikes the baffle plate 1a so that the inclination of the baffle plate 1a transitions in the circumferential direction of the baffle plate 1a. If the taper diameter C3 is too small or too large, the swinging and rotating movement of the baffle plate 1a cannot be realized.
  • the taper diameter C3 may be about 1/4 to about 3/4, particularly preferably about 1/2 of the outer diameter B1 of the baffle plate 1a. In a specific embodiment, the taper diameter C3 is about 5 Although it is 0 to about 75 mm, the present invention is not limited to this.
  • the height C4 of the swirl flow discharge nozzle 1c can be an arbitrary height. In a specific embodiment, from about 25 mm to about 40 mm, the invention is not so limited.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the turbulent flow generation unit 20b included in the bubble miniaturization unit 100b shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 (a) shows the appearance of the turbulent flow generation unit 20b
  • FIG. b) shows the structure of the turbulent flow generation unit 20b as viewed from the A4 direction in FIG. 4A
  • FIG. 4C shows the turbulent flow generation unit 20b shown in FIG. 4 (d) and 4 (e) show the structures of the upper and lower surfaces of the upper flange 105 of the turbulent flow generation unit 20b
  • FIGS. 4 (f) and 4 (g) show the turbulent flow generation unit 20b.
  • the structure of the upper surface and lower surface of the lower flange 106 is shown.
  • the turbulent flow generating portion 20b forms a first container, and as shown in FIG. 4A, a cylindrical body 107 having an outer cylindrical shape, and disk-shaped upper flanges disposed at both ends of the cylindrical body 107 105 and a lower flange 106, and fixing posts 108 for fixing the flanges 105 and 106 and the cylindrical body 107.
  • the fixed column 108 includes a column main body 108c and screw portions (column screw portions) 108d and 108e formed on both sides of the column main body 108c, and the column screw portions 108d and 108e. Are fitted with nuts 108a and 108b.
  • the first container can be any cylindrical body.
  • it may be a quadrangular prism, a triangular prism, or a polygonal prism.
  • a first fluid introduction opening 106b serving as a first introduction part of the gas-liquid GL from the bubble generating part 100a is formed at the approximate center of the lower flange 106, and the lower flange is formed.
  • a column insertion hole 106a for inserting the screw portion 108e of the fixed column 108 is formed around the region 106 at regular intervals.
  • the number of the first fluid introduction opening 106b that is the first introduction portion is one, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of first fluid introduction openings 106b may be provided.
  • a circular groove 106d for accommodating the lower end edge of the cylindrical body 107 is formed on the upper surface of the lower flange 106 in contact with the cylindrical body 107.
  • a sealing material (not shown) for preventing the gas-liquid GL from leaking is embedded in 106d.
  • a ring-shaped rubber packing is used as the seal material, but the seal material is not limited thereto.
  • a swirl flow discharge nozzle 1c constituting the turbulent flow generation mechanism 1 is attached to the center of the upper surface of the lower flange 106 so as to overlap the first fluid introduction opening 106b, and the gas-liquid introduced from the fluid introduction opening 106b.
  • the swirling flow of GL is blown out from the swirling flow discharge nozzle 1c into the cylindrical body 107.
  • the upper end portion of the cylindrical body 14 is fixed to the lower surface of the lower flange 106 by welding or the like so that the outer truncated cone-shaped cylindrical body 14 overlaps the first fluid introduction opening 106b.
  • a second fluid introduction opening 105c which is a first introduction portion for introducing a second fluid (gas), is formed in the central portion of the upper flange 105, One end of the second fluid introduction pipe 32 is connected to the second fluid introduction opening 105c.
  • column insertion holes 105a for inserting the screw portions 108d of the fixed column 108 are formed at regular intervals.
  • there is one second fluid introduction opening 105 c serving as the first introduction part but the present invention is not limited to this. For example, a plurality of them may be provided, or the second fluid introduction opening 105c may not be provided, and the second fluid may be introduced together with the first fluid from the first fluid introduction opening 106b.
  • a circular groove 105d for accommodating the upper end edge of the cylindrical body 107 is formed on the lower surface of the upper flange 105 in contact with the cylindrical body 107.
  • a seal material (not shown) for preventing the gas-liquid GL from leaking is embedded in 105d.
  • a fluid outlet 105b which is a first outlet for allowing the gas / liquid GL to flow out from the turbulent flow generator 20b to the connecting pipe 31, is provided in a portion of the upper flange 105 located inside the circular groove 105d. .
  • One end of a connecting pipe 31 constituting the connecting portion 30b is connected to the fluid outlet 105b.
  • a plurality of fluid outlets 105b (first derivation units) are provided, but the present invention is not limited to this.
  • the number of the fluid outlet 105b (first derivation unit) may be one.
  • the fluid outlet (first derivation unit) 105b can be installed in an arbitrary size and an arbitrary number in an arbitrary position as long as the gas-liquid GL can flow out to the connecting pipe 30b.
  • the fluid outlet (first outlet) 105b in the vicinity thereof, the inside of the gas-liquid GL can be efficiently obtained.
  • the bubbles contained in can be refined.
  • the fluid outlet 105b (first outlet) on the outer peripheral side of the first container in this way, turbulent flow is generated in the gas-liquid GL containing bubbles that tend to stay in the corners of the first container. Therefore, the turbulent flow promotes the miniaturization of the bubbles in the gas-liquid GL. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • the size (cross-sectional area) of the fluid outlet 105b (first outlet) is preferably small because the flow velocity and water pressure are not increased and turbulent flow is insufficient. However, if it is too small, the discharge amount is limited. Is done. In a preferred embodiment, the size (cross-sectional area) of the fluid outlet 105b (first outlet) is about 1.5 to about 3 times the cross-sectional area of the swirl jet portion of the swirl discharge nozzle 1c. . If it is determined how far away from the central axis of the first container the fluid outlet 105b (first outlet) is to be installed, the fluid outlet 105b (first outlet) of the fluid outlet 105b is determined based on the above conditions. Although a diameter and a number can be set, this invention is not limited to this.
  • a plurality of fluid outlets (first outlets) 105b are provided at the same distance from the central axis of the first container and spaced from each other.
  • the intervals between the adjacent fluid outlets (first derivation portions) 105b are in a state of being spaced by a certain distance, but the present invention is limited to this. Not.
  • the intervals between the adjacent fluid outlets (first derivation portions) 105b may be different.
  • the case where six fluid outlets (first outlets) 105b and six communication pipes 31 are provided has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the flow rate of the gas-liquid GL flowing out from the fluid outlet (first outlet) 105b to the connecting pipe 31 is the first container. Since the turbulent flow is faster than the flow velocity of the gas-liquid GL flowing through the inside, the refinement of the bubbles in the gas-liquid GL is promoted in the connecting pipe 31. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • a baffle regulating body 1b constituting the turbulent flow generation mechanism 1 is attached so as to overlap the second fluid introduction opening 105c.
  • the lower end portion 1b1 of the baffle regulating body 1b extends downward to a position where it slightly enters the discharge port 1c1 of the swirl flow discharge nozzle 1c through the central opening 1a1 of the baffle plate 1a, and the movement range of the baffle plate 1a is baffled. It is regulated by the regulation body 1b.
  • a passage 1b2 for introducing the second fluid (gas) into the bubble generation unit 100a is formed at a substantially central portion of the baffle regulating body 1b. In the embodiment shown in FIG.
  • passage 1b2 for introducing the second fluid (gas) is provided in the substantially central portion of the baffle regulating body 1b, but the present invention is not limited to this.
  • the passage 1b2 for introducing the second fluid (gas) may be provided separately from the baffle regulating body 1b, or a plurality of passages may be provided.
  • FIG. 5 is a view for explaining a fluid storage part (second container) 10b included in the bubble miniaturization part 100b shown in FIG. 2, and FIG. 5 (a) shows the fluid storage part (second container) 10b.
  • 5 (b) shows the structure of the fluid reservoir (second container) 10b viewed from the direction A5 in FIG. 5 (a), and FIG. 5 (c) shows the structure of FIG. 5 (a).
  • FIG. 5 (d) and FIG. 5 (e) show the structures of the upper surface and the lower surface of the upper flange 101 of the fluid storage unit (second container) 10b.
  • 5 (f) and FIG. 5 (g) show the structures of the upper surface and the lower surface of the lower flange 102 of the fluid storage unit (second container) 10b.
  • the fluid reservoir 10b constituting the second container includes a cylindrical body 103 having an outer cylindrical shape, and disk-shaped upper flanges 101 disposed at both ends of the cylindrical body 103, and It has a lower flange 102 and a fixing column 104 for fixing the flanges 101 and 102 and the cylindrical body 103.
  • the fixed column 104 includes a column main body 104c and screw portions (column screw portions) 104d and 104e formed on both sides of the column main body 104c, and the column screw portions 104d and 104e. Are fitted with nuts 104a and 104b.
  • FIG. 1 the embodiment shown in FIG.
  • the second container can be any cylindrical body.
  • it may be a quadrangular prism, a triangular prism, or a polygonal prism.
  • support post insertion holes 102a for inserting the screw portions 104e of the fixed support 104 are formed around the lower flange 102 at regular intervals.
  • a circular groove 102c for accommodating the lower end edge of the cylindrical body 103 is formed on the upper surface of the lower flange 102 in contact with the cylindrical body 103, as shown in FIG.
  • a sealing material (not shown) for preventing leakage of the gas-liquid GL is embedded in 102c.
  • a ring-shaped rubber packing is used as the sealing material, but the present invention is not limited to this.
  • a fluid inflow port 102b which is a second introduction portion, is provided in a portion of the lower flange 102 located inside the circular groove 102c.
  • the fluid inflow port (second introduction part) 102b can be installed in an arbitrary size and an arbitrary number in an arbitrary position as long as the gas-liquid GL can efficiently flow into the fluid storage part 10b. .
  • the fluid inlet (second introduction portion) 102b is provided as close to the circular groove 102c as possible, that is, on the outer peripheral side of the second container. Since the pressure of the gas-liquid GL due to the movement of the baffle plate 1a is higher on the outer peripheral side of the second container, by providing the fluid inlet (second introduction part) 102b in the vicinity thereof, the inside of the gas-liquid GL can be efficiently The bubbles contained in can be refined. Further, by providing the fluid inlet (second introduction part) 102b on the outer peripheral side of the second container in this way, turbulent flow is generated in the gas-liquid GL containing bubbles that tend to stay in the corners of the second container. Therefore, the turbulent flow promotes the miniaturization of the bubbles in the gas-liquid GL. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • the size (cross-sectional area) of the fluid inflow port (second introduction portion) 102b is about 1.5 to about 3 times the cross-sectional area of the swirling flow ejection portion of the swirling flow discharge nozzle 1c.
  • the present invention is not limited to this. If it is determined how far away from the central axis of the second container the fluid inlet (second inlet) 102b is to be installed, the fluid inlet (second inlet) 102b of the fluid inlet (second inlet) 102b is determined based on the above conditions. Although a diameter and a number can be set, this invention is not limited to this.
  • a plurality of fluid inflow ports (second introduction parts) 102b are formed at the same distance from the central axis of the fluid storage part (second container) 10b and spaced apart from each other. ing.
  • the other end of the connecting pipe 31 constituting the connecting portion 30b is connected to the fluid inflow port (second introducing portion) 102b.
  • the number of places where turbulent flow increases, and the turbulent flow facilitates the refinement of bubbles in the gas-liquid GL. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • the present invention is not limited to this.
  • the number of fluid inlets (second introduction parts) 102b is 4 to 8, which is the same as the number of communication pipes 31, but the present invention is not limited to this.
  • the flow velocity is faster when the gas-liquid GL passes through the connection pipe 31 by the force that pushes the gas-liquid GL from the first container to the first outlet.
  • the gas / liquid GL is introduced into the second container, the gas / liquid GL is actively mixed with the other gas / liquid GL existing in the second container.
  • the generation of turbulent flow promotes the miniaturization of bubbles in the gas-liquid GL. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • a fluid discharge joint 101a for discharging gas and liquid is attached to the center portion of the upper flange 101, and the fluid discharge joint 101a is a second lead-out portion.
  • a fluid discharge pipe (second derivation unit) 122 is connected.
  • column insertion holes 101b for inserting the screw portions 104d of the fixed column 104 are formed at regular intervals.
  • there is one fluid discharge pipe (second derivation unit) 122 but the present invention is not limited to this. A plurality of them may be provided.
  • a circular groove 101d for accommodating the upper edge of the cylindrical body 103 is formed on the lower surface of the upper flange 101 in contact with the cylindrical body 103, as shown in FIG.
  • a sealing material (not shown) for preventing the gas-liquid GL from leaking is embedded in 101d.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the bubble generation unit 100a included in the fine bubble generation device 100 shown in FIG. 1, and FIG. 6 (a) shows an appearance and a partial cross section of the bubble generation unit 100a.
  • 6 (b) shows a cross-sectional structure taken along the line A6-A6 of FIG. 6 (a)
  • FIG. 6 (c) shows the structure of the inner flange 12b of the bubble generating part 100a
  • FIG. 6E shows the structure of the swivel guide member 13 of the bubble generation unit 100a
  • FIG. 6E shows the structure of the swivel guide member 13 viewed from the direction D6 in FIG.
  • the bubble generation unit 100a has developed a swirl flow generation unit 10a that generates a swirl flow of the liquid L, and a swirl flow development unit 20a that develops the swirl flow of the generated liquid L. And a swirl flow acceleration unit 30a that accelerates the swirl speed of the swirl flow of the liquid L.
  • the bubble generation unit 100 a includes a cylindrical outer cylindrical body 11, a cylindrical inner cylindrical body 12 disposed inside the outer cylindrical body 11, and an inner side attached to the lower end surface of the inner cylindrical body 12. And a flange 12b.
  • the central axis of the outer cylindrical body 11 substantially coincides with the central axis of the inner cylindrical body 12.
  • a turning guide member 13 for turning the liquid L (fluid) introduced into the outer cylindrical body 11 is attached to the inner flange 12b.
  • the turning guide member 13 includes a blade flange 13a attached to the inner flange 12b with bolts and nuts (not shown), and welding to the blade flange 13a. And a fixed blade body 13b.
  • 12b1 is a bolt insertion hole formed in the inner flange 12b
  • 13a1 is a bolt insertion hole formed in the blade flange 13a.
  • positioned becomes the turning flow generation
  • the region between the outer cylindrical body 11 and the inner cylindrical body 12 has a liquid L (fluid) introduced into the outer cylindrical body 11 as shown in FIG.
  • the liquid L (fluid) passing through this flow path enters the inner cylindrical body 12 from the side wall opening 12a formed in the side wall of the inner cylindrical body 12, the liquid L ( The rotation of the swirling flow of the fluid (fluid) is reversed, and the flow velocity of the swirling flow of the liquid (fluid) is increased.
  • positioned becomes the rotational flow development part 20a.
  • an outer diameter truncated cone-shaped cylindrical body 14 is disposed at the upper end of the inner cylindrical body 12, and the swirling flow of the liquid L that has entered the inner cylindrical body 12 is the cylindrical body.
  • the swirling speed of the swirling flow is accelerated at a stretch.
  • a region in the cylindrical body 14 having an outer diameter frustoconical shape is a swirling flow acceleration unit 30a.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the fine bubble generating device 100 shown in FIG. 1, and FIG. 7 (a) shows the liquid L (water) and the gas G (air) in the fine bubble generating device 100.
  • FIG. 7B shows a change in the posture of the baffle plate 1a when the turbulent flow generation mechanism 1 changes from the stopped state to the operating state.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first fluid introduction pipe 121 is provided on a part of the circumferential surface of the outer cylindrical body 11 so that the liquid L is introduced along the annular tangential direction in a sectional view without providing the blade body 13 b of the turning guide member 13.
  • a swirl flow may be generated in the liquid.
  • the swirling flow of the liquid L thus developed is pushed up in the inner cylindrical body 12 by the inflow pressure of the liquid L and reaches the cylindrical body 14 having a truncated cone shape.
  • the swirling speed of the swirling flow of the liquid L that has reached the frustoconical cylindrical body 14 increases at a stretch due to the frustoconical structure having a smaller radius toward the upper side of the tubular body 14, and is large for the swirling liquid L. Centrifugal force acts.
  • the negative pressure decreases accordingly, and the supply amount of the gas G that is automatically supplied also decreases.
  • the flow rate (flow velocity) of the liquid L increases, the negative pressure rises accordingly, and the supply amount of the gas G that is automatically supplied also increases.
  • This action is particularly useful for a mixing device used for a device that forms a floc by mixing a liquid containing sludge with a liquid such as a flocculant and removes the floc with a screw filter for purification.
  • a liquid containing sludge is introduced into the first fluid introduction pipe 121 of the mixing device 100, and a chemical solution such as a flocculant is supplied from the second fluid introduction pipe 32.
  • medical solution of the quantity according to the flow volume (flow velocity) of the liquid containing sludge will be automatically supplied, and it will be mixed with the liquid containing sludge, and a floc can be formed stably.
  • By passing the formed floc-containing liquid thereafter through a known screw filter it is possible to remove the floc and obtain a liquid free of sludge.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first fluid introduction pipe 121 is mixed in advance with the liquid L as the first fluid and the gas G as the second fluid.
  • the gas G that is the second fluid may be supplied from the second fluid introduction pipe 32 in a state where the gas G is pumped by a pumping unit (not shown).
  • the gas G introduced into the substantially central portion of the cylindrical body 14 is mixed with the liquid L swirling in the cylindrical body 14, and the liquid (gas-liquid) GL containing the gas G is swirled while the cylindrical body 14 is swung. It is blown out from the swirling flow discharge nozzle 1c at the tip into the cylindrical body 107 of the turbulent flow generation unit 20b.
  • the baffle plate 1a arranged on the swirling flow discharge nozzle 1c is lifted by the momentum of the gas-liquid GLp blown while swirling, and the cylindrical body 14 of the swirling flow acceleration unit 30a and the cylindrical body of the turbulent flow generating unit 20b.
  • the lift of the baffle plate 1a is restricted by the negative pressure (internal negative pressure) generated in the 107, and the baffle plate 1a has a balance between the force of the gas and liquid introduced above and the force of the gas and liquid blown out.
  • the baffle plate 1a vibrates.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the oscillation (resonance operation) of the baffle plate 1a of the turbulent flow generation mechanism 1 shown in FIG. 7 (b).
  • FIGS. 8 (a) and 8 (b) show the baffle plate.
  • FIG. 4 is a perspective view and a plan view showing a state at individual rotational positions S1 to S4 in which 1a rotates while swinging.
  • the baffle plate 1a placed on the swirl flow discharge nozzle 1c is caused by the momentum of the swirl flow of the blown gas-liquid GL.
  • a lifting force that attempts to lift the baffle plate 1a from the swirl flow discharge nozzle 1c is activated, whereby the baffle plate 1a is lifted on the swirl flow discharge nozzle 1c.
  • a negative pressure is generated in the central portion of the cylindrical body 14 of the swirl flow acceleration unit 30a due to the acceleration of the swirl flow, and a negative pressure is also generated in the central portion of the cylindrical body 107 of the turbulent flow generation unit 20b.
  • the baffle plate 1a is kept in a floating state in which the lifting force due to the swirling flow is held at a height position that balances the tensile force due to suction generated by the internal negative pressure and the own weight of the baffle plate 1a.
  • the baffle plate 1a placed on the swirl flow discharge nozzle 1c is displaced from the center of the opening of the swirl flow discharge nozzle 1c or is subject to disturbance, the baffle plate 1a is swirled in a tilted state. It is lifted above the nozzle 1c.
  • the position of the baffle plate 1a is not greatly deviated from the center of the opening of the swirling flow discharge nozzle 1c because the movement range of the baffle plate 1a is restricted by the baffle restricting body 1b.
  • the lifted baffle plate 1a receives a force toward the position where the center of the baffle plate 1a coincides with the center of the opening of the swirling flow discharge nozzle 1c due to the influence of the negative pressure generated at the center of the flow generating portion 20b.
  • the baffle plate 1a that is inclined as the center of the baffle plate 1a approaches the opening center of the swirling flow discharging nozzle 1c Also, it receives a force to return to a posture parallel to the cross section of the swirling flow. However, since an inertial force acts on the movement of the baffle plate 1a returning to a posture parallel to the cross section of the swirl flow, the baffle plate 1a swings such that when one side of the baffle plate 1a is lowered, the other side is raised. Become.
  • the baffle plate 1a rotates in the rotation direction of the swirl flow by the frictional force between the swirl flow and the baffle plate 1a.
  • the baffle plate 1a rotates while swinging (resonant operation) so that when one side of the baffle plate 1a is lowered, the other side is raised. It becomes.
  • the baffle plate 1a swings along a straight line passing through a point p1 on the periphery and a point p2 located on the opposite side of the center with respect to the point p1.
  • a state in which the baffle plate 1a rotates as the axis S while swinging in the direction indicated by the arrow Sr is shown.
  • the gas-liquid GL flowing in one connecting pipe 31 advances to the fluid storage part (second container) 10b while vibrating back and forth, and the upstream side of the connecting pipe 31 is disturbed.
  • a turbulent flow of the gas-liquid GL is generated in the flow generation unit 20b and the fluid storage unit (second container) 10b on the downstream side of the connection pipe 31.
  • the bubbles contained in the mixed gas-liquid GL are further miniaturized. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • the communication pipe 31 is disposed at the same distance from the central axis of the first container and spaced from each other, the position where the baffle plate 1a is lifted and pulled down by the swinging and rotating motion of the baffle body 1a. Sequentially move in the circumferential direction. Along with this, the position of the communication pipe 31 where the turbulent flow is generated also moves sequentially, and the gas-liquid GL in the vicinity of the position of the communication pipe 31 where the turbulent flow is further miniaturized by the turbulent flow. Will be. Further, since the bubbles are miniaturized, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are reliably mixed.
  • the gas-liquid GL containing the mixed fine bubbles is discharged from the fluid reservoir 10b to the outside of the fine bubble generator 100 through the fluid discharge pipe (second derivation unit) 122.
  • the fluid reservoir (second container) 10b that primarily stores the gas-liquid GL to be discharged and the upstream side of the fluid reservoir (second container) 10b.
  • a turbulent flow generation unit 20b that disturbs the flow of the gas-liquid GL
  • a communication member 30b that connects the fluid storage unit (second container) 10b and the turbulent flow generation unit 20b.
  • microbubble generator 1000 according to the second embodiment will be described.
  • FIG. 9 is a view for explaining a fine bubble generating apparatus 1000 including a second bubble refinement unit (third container) 300 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the second bubble refinement unit (third container) 300, and FIG. 10A shows the appearance of the second bubble refinement unit (third container) 300.
  • FIG. 10B shows a cross-sectional structure taken along the line A10-A10 in FIG. 10A, and FIG. 10C shows an enlarged view of the A11 dotted line frame portion in FIG. 10B.
  • the fine bubble generator 1000 is different from the fine bubble generator 100 shown in FIG. 1 only in that it includes a second bubble refiner (third container) 300. Therefore, the same reference numerals are given to the same components as those shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted.
  • the second bubble refining unit (third container) 300 is connected to the fluid discharge pipe (second derivation unit) 122 via a connecting member.
  • the connecting member is the rubber hose 302b and the elbow 302a
  • the present invention is not limited to this.
  • the fluid discharge pipe (second derivation unit) 122 and the second bubble refinement unit (third container) 300 may be directly connected.
  • the second bubble refining unit (third container) 300 is a swivel unit that swirls the gas-liquid GL and the third container body 310 having inner and outer walls.
  • the inner columnar body 320 and the gas-liquid GL are introduced into the outer cylindrical body 310 as a third introducing section for discharging the gas-liquid GL to the outside from the inside of the outer cylindrical body 310.
  • a fluid ejection unit (third derivation unit) 302 that is a third derivation unit.
  • the fluid introduction part (third introduction part) 301 is provided at one end of the outer cylindrical body 310
  • the fluid discharge part (third lead-out part) 302 is provided at the other end of the outer cylindrical body 310. It has been.
  • the outer cylindrical body 310 and the inner columnar body 320 are formed by fitting the inner columnar body 320 into the outer cylindrical body 310, thereby turning the gas-liquid GL while turning the outer cylinder.
  • a swirl passage Rp2 for flowing from one end side to the other end side of the body 310 is formed.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining components of the second bubble refinement unit (third container) 300 shown in FIG. 10B, and FIG. 11A shows the second bubble refinement unit ( The outer cylindrical body 310 of the (third container) 300 is shown, and FIG. 11B shows the inner columnar body 320 that constitutes the second bubble refinement section (third container) 300.
  • the outer cylindrical body 310 includes an introduction-side peripheral wall portion 311 having a fluid introduction portion (third introduction portion) 301, a discharge-side peripheral wall portion 313 having a fluid discharge portion (third lead-out portion) 302, and an introduction-side peripheral wall portion 311.
  • the cylindrical body uneven part 312 arranged along the substantially axial direction of the outer cylindrical body 310 located between the discharge side peripheral wall part 313.
  • grooved part 312 can take arbitrary shapes.
  • in the axial cross section of the outer cylindrical body 310 (the cross section shown in FIG. 11A), for example, it may be a square shape, a triangular shape, or a semicircular shape. Also good.
  • grooved part 312 can be arbitrary.
  • the interval may be constant, or the interval of the unevenness may be varied depending on the place to be arranged, or may be spiral.
  • the axial arrangement interval of the concave and convex outer cylindrical body 310 provided in the cylindrical concave / convex portion 312 is a constant interval, which is about 0.5 mm to about 7 mm, about 1 mm to about 5 mm, about 2 mm to about 3 mm. In a preferred embodiment, as shown in FIG.
  • the unevenness provided on the cylindrical body uneven portion 312 is a spiral thread groove 312, and an unevenness provided on a columnar uneven portion described later. Although it arrange
  • the inner columnar body 320 includes an introduction side end 321 fitted to the introduction side peripheral wall 311 of the outer cylindrical body 310, a discharge side end 325 fitted to the discharge side peripheral wall 313 of the outer cylindrical body 310, It has a columnar body uneven portion 323 facing the tubular body uneven portion 312 of the outer tubular body 310.
  • the shape of the unevenness provided in the columnar uneven portion 323 can take any shape.
  • the inner columnar body 320 may have a square shape, a triangular shape, or a semicircular shape.
  • grooved part 323 may be arbitrary.
  • the interval may be constant, or the interval of the unevenness may be varied depending on the place to be arranged, or may be spiral.
  • the axial arrangement interval of the concave and convex outer cylindrical body 310 provided in the cylindrical concave / convex portion 312 is a constant interval, which is about 0.5 mm to about 7 mm, about 1 mm to about 5 mm, about 2 mm to about 3 mm.
  • the unevenness provided in the columnar uneven portion 323 is a screw thread 323 a having a spiral shape, and a thread groove 312 a provided in the tubular uneven portion 312.
  • the gap distance between the thread 323a provided in the columnar uneven portion 323 and the screw groove 312a provided in the tubular uneven portion 312 can be arbitrary.
  • the interval may be constant, or the interval between the irregularities may be varied depending on the place of arrangement.
  • the distance between the screw thread 323a provided in the columnar uneven portion 323 and the screw groove 312a provided in the tubular uneven portion 312 is about 0.5 mm to about 7 mm, about 1 mm to about 5 mm, about 1. 5 mm to about 3 mm.
  • a portion between the introduction side end portion 321 and the columnar body uneven portion 323 of the inner columnar body 320 is an introduction side turning portion 322 that applies a turning force to the introduced gas-liquid GL.
  • a portion between the side end portion 325 and the columnar uneven portion 323 serves as a discharge side turning portion 324 that applies a turning force to the gas-liquid GL to be discharged.
  • the outer peripheral surface of the columnar uneven portion 323 is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical uneven portion 312.
  • a thread 323a is formed in the thread groove 312a so that the screw advances in the opposite direction so as to be in a nested state.
  • the cylindrical uneven portion 312 of the outer cylindrical body 310 is formed in a portion where the inner peripheral surface of the cylindrical body uneven portion 312 of the outer cylindrical body 310 and the outer peripheral surface of the columnar uneven portion 323 of the inner columnar body 320 face each other.
  • the gas-liquid GL flowing from one end side to the other end side of the outer cylindrical body 310 while turning along the screw groove 312a collides with the thread 323a of the columnar uneven portion 323 of the inner columnar body 320.
  • the gas-liquid GL supplied to the second bubble refining unit (third container) 300 is converted into a fluid introducing unit (third introducing unit). ) 301 is introduced into the turning passage Rp2.
  • the gas-liquid GL introduced into the swirl passage Rp2 is introduced from the fluid introduction portion (third introduction portion) 301, and the introduction-side peripheral wall portion 311 of the outer cylindrical body 310 and the introduction-side swivel portion of the inner columnar body 320. A turning force is applied to the 322.
  • the gas-liquid GL to which the turning force is applied passes through a portion where the inner peripheral surface of the cylindrical body uneven portion 312 of the outer cylindrical body 310 and the outer peripheral surface of the columnar uneven portion 323 of the inner columnar body 320 face each other. Then, it flows into a portion between the discharge side peripheral wall portion 313 of the outer cylindrical body 310 and the discharge side turning portion 324 of the inner columnar body 320.
  • the outer cylindrical body 310 Since the gas flows from the one end side of the outer tubular body 310 to the other end side while turning along the screw groove 312a of the cylindrical body uneven portion 312, the gas-liquid GL is screwed into the columnar body uneven portion 323 of the inner columnar body 320. Collide with mountain 323a. Due to this collision, the bubbles contained in the gas-liquid GL are more finely divided.
  • the second bubble refining unit (third container) 300 includes the outer column 310 with irregularities (screw groove 312a) and / or the inner column 320 with irregularities (thread 323a).
  • the bubbles contained in the gas-liquid GL gas-liquid GL can be refined and a large amount of fine bubbles can be generated.
  • the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are more reliably mixed.
  • the fine bubble generating apparatus 1000 includes the second bubble refining unit (third container) 300, so that the bubbles included in the gas-liquid GL can be further increased compared to the fine bubble generating apparatus 100 of the first embodiment. It is possible to produce a large amount of fine particles and fine bubbles. In addition, since a large amount of fine bubbles are present, the liquid L and the gas G in the gas-liquid GL are more reliably mixed.
  • the present invention is useful as a device capable of reliably mixing a fluid including the first fluid and the second fluid and a method for producing a mixed fluid using such a mixing device.

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Abstract

本発明は第1の流体と第2流体とを含む流体を確実に混合可能な混合装置、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課題とする。 本発明の混合装置100は、第1流体である液体Lと第2流体である気体Gとを含む気液GLの混合装置であって、該混合装置100は、第1容器を備え、該第1容器は、1または複数の第1導入部106bと、該流体の流れを乱す乱流発生機構1と、1または複数の第1導出部105bとを備えている。

Description

流体混合装置、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
 本発明は、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流体と第2流体とを攪拌容器の中で混合し、両流体を攪拌混合する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流体を第2流体に混合するときに、第1流体の乱流が不十分であるため、第2流体の微細化が良好に行われず、混合が不十分であるという問題があった。
 本発明は、第1流体と第2流体とを含む流体を確実に混合可能な混合装置、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。
 本発明の流体の混合装置(請求項1に記載の混合装置)は、第1流体と第2流体とを含む流体の混合装置であって、該混合装置は、第1容器を備え、該第1容器は、1または複数の第1導入部と、該流体の流れを乱す乱流発生機構と、1または複数の第1導出部とを備えている。
 本発明の1つの実施形態(請求項2に記載の混合装置)では、第2容器をさらに備えた請求項1に記載の混合装置であって、該第2容器は、1または複数の第2導入部と、前記第1の導出部と該第2導入部とを連通する連通部材と、1または複数の第2導出部とを備えていてもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項3に記載の混合装置)では、前記連通部材は、複数の連通管を含んでいてもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項4に記載の混合装置)では、前記複数の連通管は、前記第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されていてもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項5に記載の混合装置)では、前記連通管は4本~8本であってもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項6に記載の混合装置)では、前記乱流発生機構は、前記流体の旋回流を吐出する旋回流吐出部と、該旋回流吐出部の吐出方向に設けられ、該旋回流吐出部から吐出された該流体の旋回流を受けるバッフル板とを含んでいてもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項7に記載の混合装置)では、前記バッフル板は平板状の円板であり、該バッフル板は、前記旋回流により、揺動しながら該バッフル板の揺動軸が該バッフル板の周方向に遷移するように回転してもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項8に記載の混合装置)では、前記乱流発生機構は、前記連通管を通過する前記流体に対して、該流体を前記第1導出部に向けて押し出す力と、該流体を該第1導出部から引き戻す力とを繰り返し印加してもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項9に記載の混合装置)では、前記第1流体は液体であり、前記第2流体は、気体、または該第1流体とは異なる液体であってもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項10に記載の混合装置)では、前記流体を混合する流体混合部をさらに備えた請求項1~9のいずれか一項に記載の混合装置であって、該流体混合部において混合された該2以上の流体が、前記第1導入部から前記第1容器に導入されてもよい。
 本発明の1つの実施形態(請求項11に記載の混合装置)では、前記第1容器の前記第1導出部から、または前記第2容器の前記第2導出部から導出された前記流体を収容する第3容器をさらに備え、該第3容器は、1または複数の第3導入部と、1または複数の第3導出部と該流体の旋回流を発生させる旋回流発生部とを含んでいてもよい。
 本発明の流体の製造方法(請求項12に記載の製造方法)は、第1流体と第2流体との混合流体の製造方法であって、該第1流体および該第2流体を、請求項1~11のいずれか一項に記載の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んでいる。
 第1の流体と第2流体とを少なくとも含む流体を確実に混合可能な混合装置、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実現することができる。
図1は、本発明の実施形態1による第1の気泡微細化部100bを含む微細気泡発生装置100を説明するための図であり、図1(a)は、微細気泡発生装置100の外観を示し、図1(b)は、図1(a)のA1-A1線断面の断面構造を示す。 図2は、図1に示す微細気泡発生装置100に含まれる第1の気泡微細化部100bを説明するための図であり、図2(a)は、図1(a)に示す第1の気泡微細化部100bの外観を拡大して示し、図2(b)は、第1の気泡微細化部100bに含まれる乱流発生機構1の外観を示し、図2(c)は、動作状態の乱流発生機構1の外観を示す。 図3は、図2に示す乱流発生機構1に含まれるバッフル板1aと旋回流吐出ノズル1cとを説明するための図であり、図3(a)は、バッフル板1aの断面の構造を示し、図3(b)は、バッフル板1aの正面の構造を示し、図3(c)は、旋回流吐出ノズル1cの断面の構造を示し、図3(d)は、旋回流吐出ノズル1cの正面の構造を示す。 図4は、図2に示す第1の気泡微細化部100bに含まれる乱流発生部20bを説明するための図であり、図4(a)は、乱流発生部20bの外観を示し、図4(b)は、図4(a)のA4方向から見た乱流発生部20bの構造を示し、図4(c)は、図4(a)に示す乱流発生部20bを分解して示し、図4(d)および図4(e)は、乱流発生部20bの上部フランジ105の上面および下面の構造を示し、図4(f)および図4(g)は、乱流発生部20bの下部フランジ106の上面および下面の構造を示す。 図5は、図2に示す第1の気泡微細化部100bに含まれる流体貯留部10bを説明するための図であり、図5(a)は、流体貯留部10bの外観を示し、図5(b)は、図5(a)のA5方向から見た流体貯留部10bの構造を示し、図5(c)は、図5(a)に示す流体貯留部10bを分解して示し、図5(d)および図5(e)は、流体貯留部10bの上部フランジ101の上面および下面の構造を示し、図5(f)および図5(g)は、流体貯留部10bの下部フランジ102の上面および下面の構造を示す。 図6は、図1に示す微細気泡発生装置100に含まれる気泡生成部100aを説明するための図であり、図6(a)は、気泡生成部100aの外観及び一部の断面を示し、図6(b)は、図6(a)のA6-A6線断面の断面構造を示し、図6(c)は、気泡生成部100aの内側フランジ12bの構造を示し、図6(d)は、気泡生成部100aの旋回ガイド部材13の構造を示し、図6(e)は、図6(d)のD6方向から見た旋回ガイド部材13の構造を示す。 図7は、図1に示す微細気泡発生装置100の動作を説明するための図であり、図7(a)は、微細気泡発生装置100内での第1流体(水)と第2流体(空気)の流れを示し、図7(b)は、乱流発生機構1が停止状態から動作状態に変化するときのバッフル板1aの姿勢の変化を示している。 図8は、図7(b)に示す乱流発生機構1のバッフル板1aの揺動(共振動作)を説明するための図であり、図8(a)及び図8(b)は、バッフル板1aが揺動しながら回転する、個々の回転位置S1~S4での様子を示す斜視図及び平面図である。 図9は、本発明の実施形態2による第2の気泡微細化部300を含む微細気泡発生装置1000を説明するための図である。 図10は、第2の気泡微細化部300を説明するための図であり、図10(a)は、第2の気泡微細化300の外観を示し、図10(b)は、図10(a)のA-10-A10線断面の断面構造を示し、図10(c)は、図10(b)のA11点線枠部分を拡大して示す。 図11は、図10(b)に示す第2の気泡微細化部300の部品を説明するための図であり、図11(a)は、第2の気泡微細化部300の外側筒状体310を示し、図11(b)は、第2の気泡微細化部300を構成する内側柱状体320を示す。
 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。
 本発明の実施形態において、第1流体である液体と、第2流体である気体との混合において、乱流を発生させた液体に、気体を混合することにより気体が微細化され微細気泡が発生する微細気泡発生装置として説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1流体として液体を含む流体、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を含む流体とする混合であってもよいし、第1流体として気体を含む流体、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い。第1流体として液体を含む流体、第2流体として気体を含む流体を用いない場合においては、本明細書の微細気泡発生装置は第1流体と第2流体とを含む流体を混合する混合装置を構成し、気泡生成部は流体混合部を構成する。なお、本明細書において、「微細気泡」とは、一般に呼称されるマイクロバブルおよびナノバブルを総称したものであり、概ね直径50μm以下の気泡を意味する。本明細書において、「約」とは、プラスマイナス10%の範囲を示す。
 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。
 図1は、本発明の実施形態1による気泡微細化部100bを含む微細気泡装置100を説明するための図であり、図1(a)は、微細気泡装置100の外観を示し、図1(b)は、図1(a)のA1-A1線断面の断面構造を示す。
 この実施形態1による微細気泡発生装置100は、導入された第1流体である液体L(例えば、水)に第2流体である気体G(例えば、空気)を混入して気泡を含む気液(混合流体)を生成するとともに、微細気泡を生成する微細気泡発生装置である。図1に示す実施形態において、混合する流体を液体(例えば、水)と気体(例えば、空気)とした場合で説明しているが、本発明はこれに限定されない。
 この微細気泡発生装置100は、液体Lと気体Gとを混合して気液GLを生成する気泡生成部100aと、気液GLに含まれる微細気泡をさらに微細化する気泡微細化部100bとを備えている。
 ここで、気泡生成部100aは架台110上に取り付けられ、さらに、気泡生成部100a上には気泡微細化部100bが取り付けられている。架台110は、気泡生成部100aを支持する支持フランジ112と、支持フランジ112から下方に延びる架台脚部111とを有している。支持フランジ112には第1流体導入継手112aを介して第1流体導入管121が取り付けられている。
 〔気泡微細化部100b〕
 以下、気泡微細化部100bについて詳しく説明する。
 図2は、図1に示す微細気泡発生装置100に含まれる気泡微細化部100bを説明するための図であり、図2(a)は、図1(a)に示す気泡微細化部100bの外観を拡大して示し、図2(b)は、気泡微細化部100bに含まれる乱流発生機構1の外観を示し、図2(c)は、動作状態の乱流発生機構1の外観を示す。
 気泡微細化部100bは、図2(a)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とを含む。また、下流側流路部GLp1を含んでいてもよい。ここで、上流側流路部GLp2は、気泡生成部100a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(第1容器)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(第2容器)10bとなっている。
 〔乱流発生部20b〕
 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2(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2(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。
 図3は、図2に示す乱流発生機構1に含まれるバッフル板1aと旋回流吐出部である旋回流吐出ノズル1cとを説明するための図であり、図3(a)は、バッフル板1aの断面の構造を示し、図3(b)は、バッフル板1aの正面の構造を示し、図3(c)は、旋回流吐出ノズル1cの断面の構造を示し、図3(d)は、旋回流吐出ノズル1cの正面の構造を示す。図3に示す実施形態において、旋回流吐出部はノズルである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、旋回流を吐出する吐出管であってもよい。
 図3(a)、図3(b)に示すように、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。
 バッフル板1aの厚さおよび重さは、求められる気液GLの吐出量や微細気泡の大きさなどにより任意の厚さおよび重さに調整し得る。一般的には、厚さを薄くしたり軽い材料を用いてバッフル板1aの重さを軽くすれば、バッフル板1aの揺動および回転が速くなるため、気液GLに含まれる気泡の微細化および混合する能力を高くできる。例えば、1つの具体的な実施形態においては、気液GLの吐出量が約300L/minの条件に対して、バッフル板1aの厚さを約5mm、重さを約400gとしているが、本発明はこれに限定されない。
 バッフル板の形状は、任意の形状であり得る。図3に示す実施形態において、バッフル板1aは円板であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、三角板であってもよいし、四角板であってもよいし、多角形板であってもよい。バッフル板1aの外径B1は、旋回流吐出ノズル1cから噴出される旋回流を受けることが可能な範囲で任意の大きさを取り得る。バッフル板1aの外径B1があまり小さすぎると旋回流を受ける部分が小さくなり、バッフル板1aの揺動および回転の動きが抑制され、乱流を発生する機能が損なわれる。また、バッフル板1aの外径B1があまり大きくなりすぎても、旋回流によるバッフル板1aの揺動および回転の動きが抑制されるため、乱流を発生する機能が損なわれる。本発明の好ましい実施形態においては、バッフル板1aの形状は、旋回流を最も効率的に受けることができる円形であり得る。好ましい実施形態において、バッフル1aの外径B1は、旋回流吐出ノズル1cのノズル内径C1に対して約3倍~約5倍であるが、本発明はこれに限定されない。具体的な実施形態においては、バッフル1aの外径B1は、約100mm~約150mmであるがこれに限定されない。
 バッフル板1aの開口の大きさB2は、旋回流吐出ノズル1cから噴出される旋回流を受けること、およびバッフル規制体1bが挿入可能な範囲で任意の大きさを取り得る。
 バッフル板1aの開口B2は、あまり大きすぎると旋回流を受ける部分が小さくなり、バッフル板1aの揺動および回転の動きが抑制され、乱流を発生する機能が損なわれる。また、バッフル板1aの開口B2があまり小さすぎると、バッフル規制体1bの外径との隙間が小さくなりすぎて、バッフル板1aの揺動および回転の動きが抑制され、乱流を発生する機能が損なわれる。好ましい実施形態において、開口B2の内径は、バッフル規制体1bの外径よりも大きく、旋回流吐出ノズル1cの旋回流噴出部の大きさC1よりも小さい。具体的な実施形態においては、開口B2の内径は約15mm~約25mmであるが、本発明はこれに限定されない。
 図3(c)、図3(d)に示すように、旋回流吐出ノズル1cは、大きさC1の旋回流噴出部を有する。旋回流噴出部の大きさC1は、旋回流の噴出圧や噴出量に応じて任意の大きさであり得る。例えば、1つの具体的な実施形態において、液体Lの供給圧を約0.26MPa、気液GLの吐出量を300L/minという条件において、旋回流噴出部の大きさC1は、φ約20mm~約30mmであるが、本発明はこれに限定されない。なお、バッフル板1aの企図される揺動および回転のためには、液体Lの供給圧が約0.05MPa以上であることが好ましい。旋回流噴出部の形状は任意であり得る。図3に示す実施形態において、円形開口である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、三角形開口であってもよいし、四角形開口であってもよいし、多角形開口であってもよい。
 旋回流吐出ノズル1cは、テーパ角度C2のテーパ部を有する。テーパ角度C2は、バッフル板1aの傾斜がバッフル板1aの周方向に遷移するようにバッフル板1aに旋回流が当たるように調整される。テーパ角度C2が小さすぎても大きすぎても、バッフル板1aの傾斜がバッフル板1aの周方向に遷移するようにバッフル板1aは動作しなくなる。具体的な実施形態において、テーパ角度C2は約30~約50°、より好ましくは約40~約45°である。
 テーパ部のテーパ径C3は、バッフル板1aの傾斜がバッフル板1aの周方向に遷移するようにバッフル板1aに旋回流が当たるように調整される。テーパ径C3が小さすぎても大きすぎても、バッフル板1aの揺動および回転の動きが実現しなくなる。好ましい実施形態において、テーパ径C3はバッフル板1aの外径B1の約1/4~約3/4であり、特に好ましくは約1/2であり得る。具体的な実施形態において、テーパ径C3は約5
0~約75mmであるが、本発明はこれに限定されない。
 旋回流吐出ノズル1cの高さC4は、任意の高さであり得る。具体的な実施形態において、約25mm~約40mmであるが、本発明はこれに限定されない。
 図4は、図2に示す気泡微細化部100bに含まれる乱流発生部20bを説明するための図であり、図4(a)は、乱流発生部20bの外観を示し、図4(b)は、図4(a)のA4方向から見た乱流発生部20bの構造を示し、図4(c)は、図4(a)に示す乱流発生部20bを分解して示し、図4(d)および図4(e)は、乱流発生部20bの上部フランジ105の上面および下面の構造を示し、図4(f)および図4(g)は、乱流発生部20bの下部フランジ106の上面および下面の構造を示す。
 乱流発生部20bは、第1容器を形成し、図4(a)に示すように、外形円柱形状の筒状体107と、筒状体107の両端に配置された円板状の上部フランジ105および下部フランジ106と、これらのフランジ105および106と筒状体107とを固定するための固定支柱108とを有する。固定支柱108は、図4(c)に示すように、支柱本体108cと、支柱本体108cの両側に形成されたネジ部(支柱ネジ部)108dおよび108eとを有し、支柱ネジ部108dおよび108eには、ナット108aおよび108bが装着されるようになっている。
 図4に示す実施形態において、第1容器は円筒状筒体である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。第1容器は任意の筒状体であり得る。例えば、四角柱体であってもよいし、三角柱体であってもよいし、多角柱体であってもよい。
 ここで、下部フランジ106の略中央には、図4(g)に示すように、気泡生成部100aからの気液GLの第1導入部となる第1流体導入開口106bが形成され、下部フランジ106の周囲には一定間隔で、固定支柱108のネジ部108eを挿入するための支柱挿入孔106aが形成されている。図4(a)に示す実施形態においては、第1導入部となる第1流体導入開口106bは1つであるが、これに限定されない。第1流体導入開口106bは複数設けてもよい。
 下部フランジ106のうちの筒状体107と接する上面には、図4(f)に示すように、筒状体107の下端縁部を収容するための円形溝106dが形成されており、円形溝106dには、気液GLの漏れ防止のためのシール材(図示せず)が埋め込まれている。シール材には、例えばリング状のゴム製パッキンが用いられるが、これに限定されない。
 さらに、下部フランジ106の上面中央には、第1流体導入開口106bに重なるように乱流発生機構1を構成する旋回流吐出ノズル1cが取り付けられており、流体導入開口106bから導入された気液GLの旋回流が旋回流吐出ノズル1cから筒状体107内に吹き出すようになっている。
 下部フランジ106の下面には、外形円錐台形状の筒状体14が第1流体導入開口106bに重なるように筒状体14の上端部が溶接などにより固着されている。
 また、上部フランジ105の中心部分には、図4(d)に示すように、第2流体(気体)を導入するための第1導入部である第2流体導入開口105cが形成されており、第2流体導入開口105cには第2流体導入管32の一端が接続されている。上部フランジ105の周囲には、固定支柱108のネジ部108dを挿入するための支柱挿入孔105aが一定間隔で形成されている。図4に示す実施形態においては、第1導入部となる第2流体導入開口105cは1つであるが、これに限定されない。例えば、複数設けてもよいし、第2流体導入開口105cを設けず、第1流体導入開口106bから第1流体とともに第2流体を導入してもよい。
 上部フランジ105のうちの筒状体107と接する下面には、図4(e)に示すように、筒状体107の上端縁部を収容するための円形溝105dが形成されており、円形溝105dには、気液GLの漏れ防止のためのシール材(図示せず)が埋め込まれている。上部フランジ105における円形溝105dよりも内側に位置する部分には、気液GLを乱流発生部20bから連結管31に流出させるための第1導出部である流体流出口105bが設けられている。流体流出口105bには、連結部30bを構成する連結管31の一端が接続されている。図4に示す実施形態においては、流体流出口105b(第1導出部)は複数設けられているが、これに限定されない。例えば、流体流出口105b(第1導出部)は1つでもよい。
 流体流出口(第1導出部)105bは、気液GLを連結管30bに流出できる範囲で、任意の位置に、任意の大きさで、任意の数を設置することが可能である。
 好ましい実施形態において、図4に示すように、できるだけ円形溝105dの近く、つまり第1容器の外周側に設ける。第1容器の外周側の方がバッフル板1aの動きによる気液GLの圧力が高くなるため、その付近に流体流出口(第1導出部)105bを設けることにより、効率的に気液GL内に含まれる気泡を微細化することができる。また、このように流体流出口105b(第1導出部)を第1容器の外周側に設けることにより、第1容器の隅部に滞留しがちな気泡を含む気液GLに乱流を生じさせることができるため、乱流により気液GL内の気泡の微細化が促進される。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との混合が確実に行われる。
 流体流出口105b(第1導出部)の大きさ(断面積)は、大きいと流速や水圧が高められず乱流の発生が不十分となるので小さいほうが好ましいが、小さすぎると吐出量が制限される。好ましい実施形態においては、流体流出口105b(第1導出部)の大きさ(断面積)は、旋回流吐出ノズル1cの旋回流噴出部の断面積の約1.5倍~約3倍である。第1容器の中心軸からどの程度の距離離れた位置に流体流出口105b(第1導出部)を設置するかが決まれば、上記条件に基づいて、流体流出口105b(第1導出部)の径や数を設定することができるが、本発明はこれに限定されない。
 好ましい実施形態において、図4に示すように、流体流出口(第1導出部)105bが第1容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて複数設けられている。流体流出口(第1導出部)105bを複数設けることにより、乱流が流れる場所が増加し、乱流により気液GL内の気泡の微細化が促進される。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との混合が確実に行われる。
 図4に示す実施形態においては、隣接する流体流出口(第1導出部)105b同士の間隔はいずれも一定距離間隔を空けた状態である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、それぞれ隣接する流体流出口(第1導出部)105b同士の間隔を異ならせてもよい。図4に示す実施形態において、流体流出口(第1導出部)105bを6個、連通管31を6本設ける場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。好ましい実施形態において、流体流出口(第1導出部)105bは4個~8個、連通管31は4~8本であるが、本発明はこれに限定されない。
 流体流出口(第1導出部)105bの内径は第1容器の内径よりも小さいため、流体流出口(第1導出部)105bから連結管31に流出する気液GLの流速は、第1容器内を流れる気液GLの流速よりも速く、乱流となるため、連結管31内で、気液GL内の気泡の微細化が促進される。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との混合が確実に行われる。
 上部フランジ105の下面中央には、第2流体導入開口105cに重なるように乱流発生機構1を構成するバッフル規制体1bが取り付けられている。バッフル規制体1bの下端部1b1は、バッフル板1aの中央の開口1a1を介して旋回流吐出ノズル1cの吐出口1c1内に若干入り込む位置まで下方に延びており、バッフル板1aの移動範囲がバッフル規制体1bにより規制されるようになっている。バッフル規制体1bの略中心部には、気泡生成部100aに第2流体(気体)を導入するための通路1b2が形成されている。図4に示す実施形態において、第2流体(気体)を導入する通路1b2をバッフル規制体1bの略中心部に1つ設ける場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。第2流体(気体)を導入する通路1b2はバッフル規制体1bに設けず別体として設けてもよいし、通路の数を複数設けてもよい。
 〔流体貯留部10b(第2容器)〕
 図5は、図2に示す気泡微細化部100bに含まれる流体貯留部(第2容器)10bを説明するための図であり、図5(a)は、流体貯留部(第2容器)10bの外観を示し、図5(b)は、図5(a)のA5方向から見た流体貯留部(第2容器)10bの構造を示し、図5(c)は、図5(a)に示す流体貯蓄部(第2容器)10bを分解して示し、図5(d)および図5(e)は、流体貯蓄部(第2容器)10bの上部フランジ101の上面および下面の構造を示し、図5(f)および図5(g)は、流体貯蓄部(第2容器)10bの下部フランジ102の上面および下面の構造を示す。
 第2容器を構成する流体貯留部10bは、図5(a)に示すように、外形円柱形状の筒状体103と、筒状体103の両端に配置された円板状の上部フランジ101および下部フランジ102と、これらのフランジ101および102と筒状体103とを固定するための固定支柱104とを有する。固定支柱104は、図5(c)に示すように、支柱本体104cと、支柱本体104cの両側に形成されたネジ部(支柱ネジ部)104dおよび104eとを有し、支柱ネジ部104dおよび104eには、ナット104aおよび104bが装着されるようになっている。図5に示す実施形態において、第2容器は円筒状筒体である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。第2容器は任意の筒状体であり得る。例えば、四角柱体であってもよいし、三角柱体であってもよいし、多角柱体であってもよい。
 ここで、下部フランジ102の周囲には一定間隔で、図5(g)に示すように、固定支柱104のネジ部104eを挿入するための支柱挿入孔102aが形成されている。
 下部フランジ102のうちの筒状体103と接する上面には、図5(f)に示すように、筒状体103の下端縁部を収容するための円形溝102cが形成されており、円形溝102cには、気液GLの漏れ防止のためのシール材(図示せず)が埋め込まれている。シール材には、例えばリング状のゴム製パッキンが用いられるが、本発明はこれに限定されない。
 下部フランジ102における円形溝102cよりも内側に位置する部分には、第2導入部である流体流入口102bが設けられている。流体流入口(第2導入部)102bは、気液GLを流体貯蓄部10bに効率よく流入できる範囲で、任意の位置に、任意の大きさで、任意の数を設置することが可能である。
 好ましい実施形態において、図5に示すように、流体流入口(第2導入部)102bは、できるだけ円形溝102cの近く、つまり第2容器の外周側に設ける。第2容器の外周側の方がバッフル板1aの動きによる気液GLの圧力が高くなるため、その付近に流体流入口(第2導入部)102bを設けることにより、効率的に気液GL内に含まれる気泡を微細化することができる。また、このように流体流入口(第2導入部)102bを第2容器の外周側に設けることにより、第2容器の隅部に滞留しがちな気泡を含む気液GLに乱流を生じさせることができるため、乱流により気液GL内の気泡の微細化が促進される。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との混合が確実に行われる。
 流体流入口(第2導入部)102bの大きさ(断面積)は、大きいと流速や水圧が高められず乱流の発生が不十分となるので小さいほうが好ましいが、小さすぎると吐出量が制限される。好ましい実施形態においては、流体流入口(第2導入部)102bの大きさ(断面積)は、旋回流吐出ノズル1cの旋回流噴出部の断面積の約1.5倍~約3倍であるが、本発明はこれに限定されない。第2容器の中心軸からどの程度の距離離れた位置に流体流入口(第2導入部)102bを設置するかが決まれば、上記条件に基づいて、流体流入口(第2導入部)102bの径や数を設定することができるが、本発明はこれに限定されない。
 好ましい実施形態において、図5に示すように、流体流入口(第2導入部)102bが、流体貯留部(第2容器)10bの中心軸から同一距離に、互いに一定間隔を空けて複数形成されている。流体流入口(第2導入部)102bには、連結部30bを構成する連結管31の他端が接続されている。また、流体流入口(第2導入部)102bを複数設けることにより、乱流が流れる場所が増加し、乱流により気液GL内の気泡の微細化が促進される。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との混合が確実に行われる。
 図5に示す実施形態において、流体流入口(第2導入部)102bを6個設ける場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。好ましい実施形態において、流体流入口(第2導入部)102bは連通管31と同数の4~8個であるが、本発明はこれに限定されない。
 乱流発生機構1による第1容器から連通管31を通過する気液GLに対して、気液GLを第1容器から第1導出部へ押し出す力によって連結管31を通過する際に流速が速くなる気液GLが第2容器内に流入されることにより、第2容器内に存在する他の気液GLと活発に混ざり合うことになる。その際乱流が発生することより、気液GL内の気泡の微細化が促進される。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との混合が確実に行われる。
 また、上部フランジ101の中心部分には、図5(a)に示すように、気液を吐出するための流体吐出継手101aが取り付けられており、流体吐出継手101aには第2導出部である流体吐出管(第2導出部)122が接続されている。上部フランジ101の周囲には、固定支柱104のネジ部104dを挿入するための支柱挿入孔101bが一定間隔で形成されている。図5に示す実施形態において、流体吐出管(第2導出部)122は1つであるが、本発明はこれに限定されない。複数設けてもよい。
 上部フランジ101のうちの筒状体103と接する下面には、図5(e)に示すように、筒状体103の上端縁部を収容するための円形溝101dが形成されており、円形溝101dには、気液GLの漏れ防止のためのシール材(図示せず)が埋め込まれている。
 〔気泡生成部100a〕
 図6は、図1に示す微細気泡発生装置100に含まれる気泡生成部100aを説明するための図であり、図6(a)は、気泡生成部100aの外観及び一部の断面を示し、図6(b)は、図6(a)のA6-A6線断面の断面構造を示し、図6(c)は、気泡生成部100aの内側フランジ12bの構造を示し、図6(d)は、気泡生成部100aの旋回ガイド部材13の構造を示し、図6(e)は、図6(d)のD6方向から見た旋回ガイド部材13の構造を示す。
 気泡生成部100aは、図6(a)に示すように、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。
 以下気泡生成部100aの構造を具体的に説明する。
 気泡生成部100aは、円筒形状の外側筒状体11と、外側筒状体11の内側に配置された円筒形状の内側筒状体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(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6(d)及び図6(e)に示すように、内側フランジ12bにボルトとナット(図示せず)で取付けられた羽根フランジ13aと、羽根フランジ13aに溶接などで固定された羽根体13bとを有する。なお、図中、12b1は、内側フランジ12bに形成されたボルト挿入孔、13a1は、羽根フランジ13aに形成されたボルト挿入孔である。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。
 気泡生成部100aでは、外側筒状体11と内側筒状体12との間の領域は、図6(b)に示すように、外側筒状体11内に導入された液体L(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(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(流体)の旋回流の回転が逆転するとともに、液体(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。
 気泡生成部100a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。外径円錐台形状の筒状体14内の領域が旋回流加速部30aとなっている。
 次に、本実施形態1による微細気泡発生装置100の動作を説明する。
 図7は、図1に示す微細気泡発生装置100の動作を説明するための図であり、図7(a)は、微細気泡発生装置100内での液体L(水)と気体G(空気)の流れを示し、図7(b)は、乱流発生機構1が停止状態から動作状態に変化するときのバッフル板1aの姿勢の変化を示している。
 圧送部(図示せず)によって圧送された液体Lが第1流体導入管121を通して気泡生成部100aの外側円筒体11内に導入されると、外側円筒体11内の旋回流発生部10aでは、導入された液体Lが旋回ガイド部材13の羽根体13bにより案内される方向に旋回する。さらに、液体Lの旋回流は、旋回流発達部20aに至り、この部分に設けられている外側円筒体11と内側円筒体12との間を流れるうちに内側円筒体12の側壁開口12aから内側円筒体12内に入り込み、この際、旋回流の回転が逆転し、さらに液体の旋回の強さが増大した旋回流に発達する。
 図7に示す実施形態においては、導入された液体Lが旋回ガイド部材13の羽根体13bにより案内される方向に旋回する場合について説明しているが、本発明はこれに限定さない。例えば、旋回ガイド部材13の羽根体13bを設けず、液体Lが断面視環状の接線方向に沿って導入されるように外側円筒体11の周面の一部に第1流体導入管121を設けることによって、液体に旋回流を生じさせてもよい。このようにすることで、羽根体13bを設ける必要がないため、装置の構成が簡素化し、製造コストやランニングコストを削減することができる。
 図7に示す実施形態においては、内側円筒体12を設けることにより、旋回流の回転を逆転させている場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。内側円筒体12を設けず、旋回流の回転が一方向のみであってもよい。
 このように発達した液体Lの旋回流は、液体Lの流入圧により内側円筒体12内を押し上げられて円錐台形状の筒状体14に到達する。円錐台形状の筒状体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、円錐台形状の筒状体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が自動的に第2流体導入管32及びバッフル規制体1bの第2流体通路1b2を介して円錐台形状の筒状体14の略中心部に導入される。このように負圧の力によって第1流体である液体Lと混合する第2流体である気体Gを自動的に供給することができることにより、第2流体である気体Gを供給するためのポンプやコンプレッサーなどが不要となり、装置のコスト削減に貢献することができる。また、負圧は第1流体である液体Lの流量(流速)に応じて変化するものである。例えば、液体Lの流量(流速)が減少すればそれに伴い負圧が低下し、自動的に供給される気体Gの供給量も低下する。逆に、液体Lの流量(流速)が増加すればそれに伴い負圧が上昇し、自動的に供給される気体Gの供給量も増加する。これにより、第1流体である液体Lの供給状況に応じて第2流体である気体Gの供給量を自動的に調整することができるため、混合条件の安定化が図れる。また、第2流体である気体Gの供給量を調整するための調整弁などが不要となるため、装置のさらなるコスト削減に貢献することができる。
 この作用は、特に、汚泥を含む液体に凝集剤などの薬液を混合してフロックを形成し、そのフロックをスクリューフィルターで除去して浄化する装置に用いられる混合装置に有用である。例えば、汚泥を含む液体を混合装置100の第1流体導入管121に導入し、凝集剤などの薬液を第2流体導入管32から供給するようにする。そうすることにより、汚泥を含む液体の流量(流速)に応じた量の薬液が自動的に供給されて汚泥を含む液体と混合されることになり、安定してフロックを形成することができる。形成されたフロックを含む液体をその後に公知のスクリューフィルターに通すことにより、フロックが除去され汚泥の含まない液体を得ることが可能となる。
 ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、第2流体である気体Gを第2流体導入管32から供給することなく、第1流体である液体Lと第2流体である気体Gとを予め混合した状態で第1流体導入管121から導入してもよいし、第2流体である気体Gを圧送部(図示せず)で圧送した状態で第2流体導入管32から供給するようにしてもよい。
 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107内に吹き出される。
 旋回しながら吹き出された気液GLp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107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、バッフル板1aが振動することとなる。
 以下、バッフル板1aの揺動(共振動作)について説明する。
 図8は、図7(b)に示す乱流発生機構1のバッフル板1aの揺動(共振動作)を説明するための図であり、図8(a)及び8(b)は、バッフル板1aが揺動しながら回転する、個々の回転位置S1~S4での様子を示す斜視図及び平面図である。
 微細気泡発生装置100が停止している状態では、旋回流吐出ノズル1cから乱流発生部20b内に導入される気液GLの流れがなく、バッフル板1aは旋回流吐出ノズル1c上に載った状態(載置状態S0)となっている。この状態で、微細気泡発生装置100が起動されると、乱流発生部20b内には、気泡生成部100aで生成された気液GLの旋回流が旋回流吐出ノズル1cから吹き出される。
 このように気液GLの旋回流が旋回流吐出ノズル1cから吹き出されると、旋回流吐出ノズル1cの上に載っているバッフル板1aには、吹き出される気液GLの旋回流の勢いによりバッフル板1aを旋回流吐出ノズル1cから持ち上げようとする持上げ力が働き、これによりバッフル板1aが旋回流吐出ノズル1c上に浮き上がった状態となる。一方、旋回流加速部30aの円筒体14内の中央部では、旋回流の加速により負圧が発生しており、さらに乱流発生部20bの円筒体107内の中央部でも負圧が発生しており、これらの内部負圧による気液の吸い込みにより、旋回流吐出ノズル1cから浮き上がたバッフル板1aを旋回流吐出ノズル1c側に引き戻そうとする引張り力が働く。従って、バッフル板1aは、旋回流による持上げ力が、内部負圧で生じる吸込みによる引張り力及びバッフル板1aの自重と釣り合う高さ位置に保持され、浮遊した状態となる。
 旋回流吐出ノズル1c上に載置されているバッフル板1aの中心は旋回流吐出ノズル1cの開口の中心に対してずれていたり、外乱を受けるため、バッフル板1aは傾いた状態で旋回流吐出ノズル1cの上方に持ち上げられる。
 ところが、バッフル板1aの位置は、バッフル規制体1bによりバッフル板1aの移動範囲が規制されていることから、旋回流吐出ノズル1cの開口中心から大きくずれることはないので、旋回流の影響で乱流発生部20bの中心部に発生している負圧の影響などにより、持上げられたバッフル板1aは、その中心が旋回流吐出ノズル1cの開口中心に一致する位置に向かう力を受ける。また同時に、旋回流の勢いは、旋回流吐出ノズル1cの開口中心軸周りで均一であるので、バッフル板1aの中心が旋回流吐出ノズル1cの開口中心に近づくにつれて、傾いているバッフル板1aは、旋回流の断面に平行な姿勢に戻ろうとする力も受ける。ただし、バッフル板1aが旋回流の断面に平行な姿勢に戻る動きには慣性力が働くので、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をする状態となる。
 この揺動は、バッフル板1aの自重と気液GLの旋回流の勢いと内部負圧による気液GLの吸込みの勢いとの関係で共振条件が満たされたときには、旋回流吐出ノズル1cからの気液GLの旋回流と、内部負圧による気液GLの吸い込みとにより揺動が継続する共振状態となる。
 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、図8(a)および図8(b)に示すように、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。
 例えば、図8(a)、図8(b)では、バッフル板1aが、その周縁上の点p1と、この点p1に対して中心の反対側に位置する点p2とを通る直線を揺動軸Sとしてバッフル板1aが矢印Srで示す方向に揺動しながら回転する様子を示している。
 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(第2容器)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(第2容器)10bでは気液GLの乱流が発生することとなる。このように気液GLの乱流を発生させることにより、混合された気液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と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から流体吐出管(第2導出部)122を介して微細気泡発生装置100の外部に吐出される。
 このように本実施形態1による微細気泡発生装置100では、吐出する気液GLを一次的に貯留する流体貯留部(第2容器)10bと、流体貯留部(第2容器)10bの上流側に設けられ、気液GLの流れを乱す乱流発生部20bと、流体貯留部(第2容器)10bと乱流発生部20bとを連結する連通部材30bとを備え、乱流発生部20b、連通部材30bおよび流体貯留部10bにより気液GLの流路を形成し、乱流発生部20bで気液GLの乱流を発生させることにより、乱流発生部20bから連通部材30bを通して流体貯留部10bに流れる気液GLの流れを振動させるようにした。その乱流により、気液GL内に含まれる微細気泡を分割してさらに微細化することが可能である。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。
 次に、本実施形態2による微細気泡発生装置1000を説明する。
 図9は、本発明の実施形態2による第2の気泡微細化部(第3容器)300を含む微細気泡発生装置1000を説明するための図である。図10は、第2の気泡微細化部(第3容器)300を説明するための図であり、図10(a)は、第2の気泡微細化部(第3容器)300の外観を示し、図10(b)は、図10(a)のA10-A10線断面の断面構造を示し、図10(c)は、図10(b)のA11点線枠部分を拡大して示す。
 微細気泡発生装置1000は、図1に示す微細気泡発生装置100と比べて、第2の気泡微細化部(第3容器)300を備える点でのみ相違する。従って、図1に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
 第2の気泡微細化部(第3容器)300は、流体吐出管(第2導出部)122と連結部材を介して接続されている。図9に示す実施形態において、連結部材をゴムホース302bとエルボ302aとである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、流体吐出管(第2導出部)122と第2の気泡微細化部(第3容器)300とを直接接続してもよい。
 第2の気泡微細化部(第3容器)300は、図10(a)および図10(b)に示すように、内壁と外壁を有する第3容器本体310と気液GLを旋回させる旋回部である内側柱状体320と気液GLを外側筒状体310内部に導入するための第3導入部である流体導入部301と外側筒状体310内部から気液GLを外部に吐出するための第3導出部である流体吐出部(第3導出部)302とを有する。ここで、流体導入部(第3導入部)301は、外側筒状体310の一端に設けられており、流体吐出部(第3導出部)302は、外側筒状体310の他端に設けられている。
 外側筒状体310と内側柱状体320とは、図10(b)に示すように、外側筒状体310内に内側柱状体320が嵌合することにより、気液GLを旋回させながら外側筒状体310の一端側から他端側へ流すための旋回通路Rp2が形成されている。
 図11は、図10(b)に示す第2の気泡微細化部(第3容器)300の部品を説明するための図であり、図11(a)は、第2の気泡微細化部(第3容器)300の外側筒状体310を示し、図11(b)は、第2の気泡微細化部(第3容器)300を構成する内側柱状体320を示す。
 外側筒状体310は、流体導入部(第3導入部)301を有する導入側周壁部311と、流体吐出部(第3導出部)302を有する吐出側周壁部313と、導入側周壁部311と吐出側周壁部313との間に位置する外側筒状体310の略軸方向に沿って配列された筒状体凹凸部312とを有する。1つの実施形態において、筒状体凹凸部312に設けられる凹凸の形状は、任意の形状を取り得る。例えば、外側筒状体310の軸方向の断面(図11(a)に示す断面)において、例えば、四角状であってもよいし、三角状であってもよいし、半円状であってもよい。1つの実施形態において、筒状体凹凸部312に設けられる凹凸の外側筒状体310の軸方向の配置間隔は任意であり得る。例えば、一定間隔であってもよいし、配置する場所によって凹凸の間隔を異ならせてもよいし、らせん状であってもよい。例えば、筒状体凹凸部312に設けられる凹凸の外側筒状体310の軸方向の配置間隔は、一定間隔であって、約0.5mm~約7mm、約1mm~約5mm、約2mm~約3mmである。好ましい実施形態において、図10(c)に示すように、筒状体凹凸部312に設けられる凹凸は、らせん状であるねじ溝312であって、後述される柱状体凹凸部に設けられる凹凸と入れ子状態となるように配置されているが、本発明はこれに限定されない。
 内側柱状体320は、外側筒状体310の導入側周壁部311に嵌合する導入側端部321と、外側筒状体310の吐出側周壁部313に嵌合する吐出側端部325と、外側筒状体310の筒状体凹凸部312に対向する柱状体凹凸部323とを有する。
 1つの実施形態において、柱状体凹凸部323に設けられる凹凸の形状は、任意の形状を取り得る。例えば、内側柱状体320の軸方向の断面(図11(b)に示す断面)において、例えば、四角状であってもよいし、三角状であってもよいし、半円状であってもよい。1つの実施形態において、柱状体凹凸部323に設けられる凹凸の内側柱状体320の軸方向の配置間隔は任意であり得る。例えば、一定間隔であってもよいし、配置する場所によって凹凸の間隔を異ならせてもよいし、らせん状であってもよい。
 例えば、筒状体凹凸部312に設けられる凹凸の外側筒状体310の軸方向の配置間隔は、一定間隔であって、約0.5mm~約7mm、約1mm~約5mm、約2mm~約3mmである。好ましい実施形態において、図10(c)に示すように、柱状体凹凸部323に設けられる凹凸は、らせん状であるねじ山323aであって、筒状体凹凸部312に設けられるねじ溝312aと入れ子状態となるように配置されているが、本発明はこれに限定されない。
 1つの実施形態において、柱状体凹凸部323に設けられるねじ山323aと筒状体凹凸部312に設けられるねじ溝312aとの隙間の距離は任意であり得る。例えば、一定間隔であってもよいし、配置する場所によって凹凸の間隔を異ならせてもよい。例えば、柱状体凹凸部323に設けられるねじ山323aと筒状体凹凸部312に設けられるねじ溝312aとの隙間の距離は、約0.5mm~約7mm、約1mm~約5mm、約1.5mm~約3mmである。
 内側柱状体320の導入側端部321と柱状体凹凸部323との間の部分は、導入された気液GLに旋回力を与える導入側旋回部322となっており、内側柱状体320の吐出側端部325と柱状体凹凸部323との間の部分は、吐出する気液GLに旋回力を与える吐出側旋回部324となっている。
 ここで、図10(c)、図11(a)、図11(b)に示すように、柱状体凹凸部323の外周面には、筒状体凹凸部312の内周面に形成されたねじ溝312aとは、入れ子状態となるようにねじの進む方向が逆の関係にねじ山323aが形成されている。外側筒状体310の筒状体凹凸部312の内周面と内側柱状体320の柱状体凹凸部323の外周面とが対向する部分では、外側筒状体310の筒状体凹凸部312のねじ溝312aに沿って旋回しながら外側筒状体310の一端側から他端側に流れる気液GLが、内側柱状体320の柱状体凹凸部323のねじ山323aに衝突するようになっている。
 このような構成の第2の気泡微細化部(第3容器)300では、第2の気泡微細化部(第3容器)300に供給された気液GLが、流体導入部(第3導入部)301から旋回通路Rp2に導入される。旋回通路Rp2に導入された気液GLは、流体導入部(第3導入部)301から導入された勢いによって、外側筒状体310の導入側周壁部311と内側柱状体320の導入側旋回部322との間で旋回力が与えられる。旋回力が与えられた気液GLは、外側筒状体310の筒状体凹凸部312の内周面と内側柱状体320の柱状体凹凸部323の外周面とが対向する部分を通過して、外側筒状体310の吐出側周壁部313と内側柱状体320の吐出側旋回部324との間の部分へ流れ込む。気液GLが、外側筒状体310の筒状体凹凸部312の内周面と内側柱状体320の柱状体凹凸部323の外周面とが対向する部分を通過する際、外側筒状体310の筒状体凹凸部312のねじ溝312aに沿って旋回しながら外側筒状体310の一端側から他端側に流れるので、気液GLは、内側柱状体320の柱状体凹凸部323のねじ山323aに衝突する。この衝突により、気液GLに含まれる気泡はより細かく分割されることとなる。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との混合がさらに確実に行われる。その後、気泡が微細化された気液GLは、外側筒状体310の吐出側周壁部313と内側柱状体320の吐出側旋回部324との間の部分で旋回力が与えられ、流体吐出部(第3導出部)302から微細気泡発生装置1000の外部に排出される。このように、第2の気泡微細化部(第3容器)300は、外側柱状体310に凹凸(ねじ溝312a)および/または内側柱状体320に凹凸(ねじ山323a)を備えることにより、外側柱状体310および/または内側柱状体320に凹凸を備えない場合に比べて気液GL気液GL内に含まれる気泡を微細化するとともに微細気泡を大量に生成することができる。また、微細化された気泡が大量に存在するために、気液GL内の液体Lと気体Gとの混合がさらに確実に行われる。
 したがって、微細気泡発生装置1000は、第2の気泡微細化部(第3容器)300を備えることで、実施形態1の微細気泡発生装置100に比べて、気液GL内に含まれる気泡のさらなる微細化および微細気泡を大量に生成することが可能である。また、微細化された気泡が大量に存在するために、気液GL内の液体Lと気体Gとの混合がさらに確実に行われる。
 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特許、特許出願および文献は、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、第1の流体と第2流体とを含む流体を確実に混合可能な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実現することができるものとして有用である。
 1 乱流発生機構
 1a バッフル板
 1a1 中央開口部
 1b バッフル規制体
 1b1 規制体下端部
 1b2 第2流体通路
 1c 旋回流吐出ノズル
 1c1 吐出口
 10a 旋回流発生部
 10b 流体貯留部(第2容器)
 11 外側円筒体
 11a 上流側フランジ
 11b 下流側フランジ
 12 内側円筒体
 12a 側壁開口
 12b 内側フランジ
 12b1、13a1 ボルト挿入孔
 13 旋回ガイド部材
 13a 羽根フランジ
 13b 羽根体
 14 筒状体
 14a 円筒体上部
 14b 円筒体下部
 14c 筒状体フランジ
 15、16 ボルト15
 15a、15b、16a、16b、104a、104b、108a、108b ナット
 20a 旋回流発達部
 20b 乱流発生部(第1容器)
 30a 旋回流加速部
 30b 連通部材
 31 連結管
 32 第2流体導入管
 100 微細気泡発生装置(混合装置)
 100a 気泡生成部(流体混合部)
 100b 第1の気泡微細化部
 101、105 上部フランジ
 101a 流体吐出継手
 101b、102a、105a、106a 支柱挿入孔
 101d、102c、105d、106d 円形溝
 102、106 下部フランジ
 102b 流体流入口(第2導入部)
 103 筒状体
 104、108 固定支柱
 104c、108c 支柱本体
 104d、104e、108d、108e 支柱ネジ部
 105b 流体流出口(第1導出部)
 105c 第2流体導入開口(第1導入部)
 106b 第1流体導入開口(第1導入部)
 107 筒状体
 110 架台
 111 架台脚部
 112 支持フランジ
 112a 第1流体導入継手
 121 第1流体導入管
 122 流体吐出管(第2導出部)
 300 第2の気泡微細化部(第3容器)
 301 流体導入部(第3導入部)
 302 流体吐出部(第3導出部)
 310 外側筒状体
 311 導入側周壁部
 312 筒状体凹凸部
 313 吐出側周壁部
 320 内側柱状体
 321 導入側端部
 322 導入側旋回部
 323 柱状体凹凸部
 324 吐出側旋回部
 325 吐出側端部
 G 気体
 GL 気液
 GLp 流路
 GLp1 上流側流路部
 GLp2 下流側流路部
 GLp3 中間流路部
 L 液体

Claims (12)

  1.  第1流体と第2流体とを含む流体の混合装置であって、該混合装置は、第1容器を備え、
     該第1容器は、
     1または複数の第1導入部と、
     該流体の流れを乱す乱流発生機構と、
     1または複数の第1導出部と
    を備えた、混合装置。
  2.  第2容器をさらに備えた請求項1に記載の混合装置であって、
     該第2容器は、
     1または複数の第2導入部と、
     前記第1の導出部と該第2導入部とを連通する連通部材と、
     1または複数の第2導出部と
    を備えた、混合装置。
  3.  前記連通部材は、複数の連通管を含む、請求項2に記載の混合装置。
  4.  前記複数の連通管は、前記第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される、請求項3に記載の混合装置。
  5.  前記連通管は4本~8本である、請求項3または請求項4に記載の混合装置。
  6.  前記乱流発生機構は、
     前記流体の旋回流を吐出する旋回流吐出部と、
     該旋回流吐出部の吐出方向に設けられ、該旋回流吐出部から吐出された該流体の旋回流を受けるバッフル板と
    を含む、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の混合装置。
  7.  前記バッフル板は平板状の円板であり、該バッフル板は、前記旋回流により、揺動しながら該バッフル板の揺動軸が該バッフル板の周方向に遷移するように回転する、請求項6に記載の混合装置。
  8.  前記乱流発生機構は、前記連通管を通過する前記流体に対して、該流体を前記第1導出部に向けて押し出す力と、該流体を該第1導出部から引き戻す力とを繰り返し印加する、請求項3~請求項7のいずれか一項に記載の混合装置。
  9.  前記第1流体は液体であり、前記第2流体は、気体、または該第1流体とは異なる液体である、請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の混合装置。
  10.  前記流体を混合する流体混合部をさらに備えた請求項1~9のいずれか一項に記載の混合装置であって、該流体混合部において混合された該2以上の流体が、前記第1導入部から前記第1容器に導入される、混合装置。
  11.  前記第1容器の前記第1導出部から、または前記第2容器の前記第2導出部から導出された前記流体を収容する第3容器をさらに備え、該第3容器は、
     1または複数の第3導入部と、
     1または複数の第3導出部と
     該流体の旋回流を発生させる旋回流発生部とを含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の混合装置。
  12.  第1流体と第2流体との混合流体の製造方法であって、
     該第1流体および該第2流体を、請求項1~11のいずれか一項に記載の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
    を含む、製造方法。
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