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1. (WO2018190298) 攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法
Document

明 細 書

発明の名称 攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016  

発明の効果

0017  

図面の簡単な説明

0018  

発明を実施するための形態

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095  

産業上の利用可能性

0096  

符号の説明

0097  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法に関し、特に、第1流体と第2流体とを含む混合流体を攪拌するための攪拌容器およびこのような攪拌容器を備えた混合装置、並びに、このような混合装置を用いた混合流体の製造方法に関するものである。

背景技術

[0002]
 従来から第1流体と第2流体とを少なくとも含む流体を混合する種々の混合装置がある。例えば、特許文献1には、第1流体が流れるらせん流路に第2流体を流し込んで混合流体を形成し、らせん流路から吹き出された混合流体を筒状容器内で旋回させることにより混合流体を攪拌するようにした混合装置が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 実公昭61-97号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 上記従来の混合装置では、第1流体に第2流体を混合して得られた混合流体を旋回させることにより攪拌しているが、混合流体を単に旋回させるだけでは、第1流体と第2流体とが均一に混ざり合わないという問題があった。
[0005]
 本発明は、第1流体に第2流体を混合して得られる混合流体を、第1流体と第2流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明に係る攪拌容器は、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体と、前記容器本体内を旋回しながら上流側から下流側に流れる前記混合流体の流域が下流側ほど、より前記容器本体の内壁に近い領域に制限されるように前記混合流体をガイドする第1の流体ガイド機構とを備え、そのことにより上記目的が達成される。
[0007]
 本発明においては、前記容器本体は、前記容器本体内で前記混合流体が旋回するように前記混合流体を前記容器本体に導入するための流体導入部を有することが好ましい。
[0008]
 本発明においては、前記流体導入部は、導入される前記混合流体が前記容器本体の内壁に近づくように前記混合流体をガイドする第2の流体ガイド機構を有することが好ましい。
[0009]
 本発明においては、前記第1の流体ガイド機構は、前記容器本体の中央に位置するように前記容器本体内に設けられた錐状体を有し、前記錐状体は、前記容器本体の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど大きくなるように形成されていることが好ましい。
[0010]
 本発明においては、前記第2の流体ガイド機構は、前記容器本体の中央に配置するように前記容器本体内に設けられた錐状体を有し、前記錐状体は、前記容器本体の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように形成されていることが好ましい。
[0011]
 本発明においては、前記流体導入部は、前記筒状の容器本体の内周面の接線方向から前記混合流体が前記容器本体内に導入されるように構成されていることが好ましい。
[0012]
 本発明においては、前記容器本体は、前記容器本体から前記混合流体を排出するための流体排出部を有し、前記流体排出部は、前記筒状の容器本体の内周面の接線方向に沿って前記混合流体が前記容器本体から排出されるように構成されていることが好ましい。
[0013]
 本発明においては、前記混合流体は、液体と気体とを含むことが好ましい。
[0014]
 本発明においては、前記容器本体は、前記混合流体から分離された気体を排出する排気口を有することが好ましい。
[0015]
 本発明に係る混合装置は、第1流体と第2流体とを含む混合流体を生成する混合部と、該混合流体を攪拌する攪拌部とを備え、該攪拌部は、上述した本発明の攪拌容器であり、そのことにより上記目的が達成される。
[0016]
 本発明に係る混合流体の製造方法は、上述した本発明の混合装置を用いて混合流体を製造する方法であって、該第1流体および該第2流体を該混合装置に供給することと、該混合装置により該第1流体と該第2流体とを混合することとを含み、そのことにより上記目的が達成される。

発明の効果

[0017]
 本発明によれば、第1流体に第2流体を混合して得られる混合流体を、第1流体と第2流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0018]
[図1] 図1は、本発明の実施形態1による攪拌容器100を説明するための図であり、図1(a)は、攪拌容器100の外観を示し、図1(b)は、図1(a)のA1-A1線断面の構造を示す。
[図2] 図2は、図1に示す攪拌容器100を詳しく説明するための図であり、図2(a)は、図1(a)に示す攪拌容器100を分解して示し、図2(b)および図2(c)はそれぞれ、図2(a)に示す流体導入部110をB2方向およびC2方向から見た構造を示し、図2(d)および図2(e)はそれぞれ、図2(a)に示す流体排出部130をD2方向およびE2方向から見た構造を示し、図2(f)および図2(g)はそれぞれ、図2(a)のF2-F2線断面およびG2-G2線断面の構造を示す。
[図3] 図3は、図1に示す攪拌容器100の使用方法を説明するための図であり、攪拌容器100を用いた混合装置1000を示している。
[図4] 図4は、図1に示す攪拌容器100の機能を説明するための図であり、図4(a)は、混合装置1000に含まれる攪拌容器100および混合機200の断面構造を示し、図4(b)は、混合機200の乱流発生機構1の外観を示す。
[図5] 図5は、図1に示す攪拌容器100で用いられる第1の流体ガイド機構102の具体的な構成例を説明するための図であり、図5(a)~図5(d)は、第1の流体ガイド機構102として用いられる具体的な中空体の外観を示し、図5(e)~図5(h)は、図5(a)~図5(d)に示す中空体の断面構造を示す。
[図6] 図6は、本発明の実施形態2による攪拌容器100aを説明するための図であり、図6(a)は、攪拌容器100aの縦断面を示し、図6(b)は、図6(a)の図2(f)と同様の断面構造を示す。
[図7] 図7は、図6に示す攪拌容器100aの機能を説明するための図である。
[図8] 図8は、本発明の実施形態3による攪拌容器100bを説明するための図であり、図8(a)は、攪拌容器100bの外観を示し、図8(b)は、図8(a)の図2(f)と同様の断面構造を示す。
[図9] 図9は、図8に示す攪拌容器100bの機能を説明するための図である。

発明を実施するための形態

[0019]
 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。
[0020]
 本発明に係る攪拌容器は、混合流体を単に容器内で旋回させるだけでは、混合流体に含まれる異なる流体が均一に混ざらないという課題を解決するために、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体と、容器本体内を旋回しながら上流側から下流側に流れる混合流体の流域が下流側ほどより容器本体の内壁に近い領域に制限されるように混合流体をガイドする第1の流体ガイド機構とを備えたものである。
[0021]
 従って、筒状の容器本体は、混合流体が旋回しながら流れる流路を形成するものであればどのようなものでもよく、円筒体(断面が円形の筒体)にかぎらず、断面が多角形の筒体でもよいし、逆円錐状体でもよいし、逆半球状体であってもよい。容器本体の形状を変更することで、乱流の形態や旋回流の流速を変化させることができる。所望の乱流や旋回流の流速を得られるように流体ガイド機構の形状を選択し得る。例えば、逆円錐状体や逆半球状体にすることにより、円筒体などに比べて旋回流の流速を速めることが可能である。
[0022]
 また、第1の流体ガイド機構の具体的形状は限定されず、容器本体の下流側ほど旋回しながら流れる混合流体の流域が容器本体の内壁により近い領域に制限されるように混合流体をガイドすることができる形状であればどのようなものでもよい。1つの実施形態においては、第1の流体ガイド機構は、旋回流の中心部に形成される、密度の小さい混合流体の筋を、上流側と比較して下流側ほど内壁側に向けて大きく旋回させるように混合流体をガイドすることができる形状を有し得る。第1の流体ガイド機構は、例えば、円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状などを有する錐状体であってもよいし、筒状体の上に半球体を重ね合わせた筒状体であってもよいし、直径の異なる複数の円柱体、角柱体などを重ね合わせた筒状体であってもよい。1つの好ましい実施形態として、流体を円滑に円周周りに旋回可能であり、かつ中心部から外周に向けて円滑に流体を移動させることが可能な円錐形状の錐状体が挙げられる。
[0023]
 以下の実施形態では、第1の流体ガイド機構には、円錐形状の錐状体(円錐体)を用いたものとして説明する。
[0024]
 また、混合流体は、少なくとも第1流体と第2の流体との2つの流体を含むものであればよい。例えば、混合流体は、第1流体として液体を含む流体と、第2流体として第1流体の液体とは異なる種類の液体との混合流体であってもよいし、第1流体として気体を含む流体と、第2流体として第1流体の気体を含む流体とは異なる種類の気体を含む流体とする混合であってもよく、さらに、混合流体は、第1流体である液体と、第2流体である気体との混合流体であってもよい。
[0025]
 さらに混合する流体の種類は任意であり得る。例えば、流体が気体の場合、空気であってもよいし、酸素であってもよいし、炭酸ガスであってもよいし、オゾンガスであってもよい。例えば、流体が液体の場合、水であってもよいし、油であってもよいし、トルエン、アセトンなどの溶剤であってもよいし、凝集剤などの薬液であってもよいし、汚泥などの固形物を含んだ浄化槽汚染水などの環境水であってもよい。
[0026]
 本発明の攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法は、第1流体と第2流体との均一な混合を達成できるため、液体と気体との混合により微細気泡を発生する微細気泡発生装置や、浄化槽汚染水と凝集剤との混合により汚染水から汚染物質を分離・分別させる浄化装置として、特に有用である。
[0027]
 以下の実施形態では、混合流体は、第1流体として液体である水と、第2流体として気体である空気との混合流体(気液GL)として説明するが、本発明がこれに限定されないことは容易に理解される。
[0028]
 (実施形態1)
 図1は、本発明の実施形態1による攪拌容器100を説明するための図であり、図1(a)は、攪拌容器100の外観を示し、図1(b)は、図1(a)のA1-A1線断面の構造を示す。
[0029]
 この実施形態1による攪拌容器100は、混合流体を攪拌するための筒状の容器本体101と、容器本体101内を旋回しながら上流側から下流側に流れる気液(混合流体)GLの流域が下流側ほど、より容器本体101の内壁に近い領域に制限されるように混合流体をガイドする第1の流体ガイド機構102とを備えている。図1に示す実施形態においては、第1の流体ガイド機構102は、円錐体である。
[0030]
 〔容器本体101〕
 ここで、容器本体101は、容器本体101内で気液GLが旋回するように気液GLを容器本体101に導入するための流体導入部110と、容器本体101から気液GLを排出するための流体排出部130と、流体導入部110と流体排出部130との間に設けられた流路部120とを有している。流体導入部110は、筒状の容器本体101の内周面の接線方向から気液GLが容器本体101内に導入されるように構成されている。流体排出部130は、筒状の容器本体101の内周面の接線方向に沿って気液GLが容器本体101から排出されるように構成されている。
[0031]
 図2は、図1に示す攪拌容器100を詳しく説明するための図であり、図2(a)は、攪拌容器100を分解して示し、図2(b)および図2(c)はそれぞれ、図2(a)に示す流体導入部110をB2方向およびC2方向から見た構造を示し、図2(d)および図2(e)はそれぞれ、図2(a)に示す流体排出部130をD2方向およびE2方向から見た構造を示し、図2(f)および図2(g)はそれぞれ、図2(a)のF2-F2線断面およびG2-G2線断面の構造を示す。
[0032]
 〔流体導入部110〕
 流体導入部110は、気液GLを導入するための上部筐体111を有する。上部筐体111は、円筒部材111aと、円筒部材111aの一端に上部筐体111の上面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材111bとを有する。円筒部材111aの外周面には接線方向に沿うように円筒体からなる流体導入管113が取り付けられている。平板部材111bの周縁部には、上部筐体111内に溜まった液体と混合しきれなかった余剰の気体(空気)を排気するための気体排気口114が取り付けられている。気体排気口114にはビニール管やゴム管などの配管(図示せず)が接続される。円筒部材111aの他端にはフランジ112が取り付けられており、フランジ112には固定ボルト122aを挿入するためのボルト挿入穴112bが形成されている。ここで、流体導入部110を構成する部材(円筒部材111a、平板部材111b、フランジ112、流体導入管113、気体排気口114)は、任意の材料から構成され得るが、例えば、耐水性や流れる混合流体の圧力に対する剛性および加工容易性など求められる特性を有する範囲で、鉄やステンレスなどの金属製の部材であってもよいし、樹脂部材であってもよいし、セラミックなどのその他の材料であってもよい。
[0033]
 〔流路部120〕
 流路部120は、気液GLを旋回させながら通過させるための流路を形成する中間筐体121を有する。中間筐体121は円筒部材(以下、円筒部材121ともいう。)で構成されており、この円筒部材121の両端にはフランジ122およびフランジ123が取り付けられている。フランジ122には固定ボルト122aを挿入するためのボルト挿入穴122bが形成されており、フランジ123には固定ボルト123aを挿入するためのボルト挿入穴123bが形成されている。円筒部材121のフランジ122は、固定ボルト122aと固定ナット112aとにより上部筐体111のフランジ112に接合される。
[0034]
 ここで、流路部120を構成する円筒部材121は、任意の材料から構成され得るが、例えば、加工容易性など求められる特性を有する範囲で、鉄やステンレスなどの金属材料であってもよいし、アクリルなどの樹脂製材料であってもよいし、ガラスなどであってもよい。一つの好ましい実施形態として、透明な部材(例えば、アクリルやガラスなど)を用いることにより、容器内部での混合流体の攪拌状態を視認することが可能となる。
[0035]
 フランジ122およびフランジ123は、流体導入部110を構成する部材と同様の材料から構成され得る。円筒部材121とフランジ122および123とは、任意の結合手段で結合し得る。例えば、接着剤による接着であってもよいし、溶接による溶着であってもよいし、ボルトなどによる締結であってもよい。
[0036]
 〔流体排出部130〕
 流体排出部130は、気液GLを排出するための下部筐体131を有する。下部筐体131は、円筒部材131aと、円筒部材131aの一端に下部筐体131の底面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材131bとを有する。下部筐体131の底面部上には、第1の流体ガイド機構102である円錐体(以下、円錐体102ともいう。)が取り付けられている。この円錐体102は、容器本体101の中央であって容器本体101の下流側に位置するように容器本体101内に設けられており、円錐体102は、底面の略中心の真上に頂点が位置する縦断面が二等辺三角形形状である円錐体であり、容器本体101の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど大きくなるように配置されている。この円錐体102は、任意の材質であり得る。例えば、鉄やステンレスなどの金属製の部材であってもよいし、金属以外の樹脂やセラミックなどの材料であってもよい。 さらに、円筒部材131aおよび/または平板部材131bには、流体排出管133が形成される。流体排出管133は流路部内を流れる混合流体を外部に排出できる範囲で、円筒部材131aおよび/または平板部材131bの任意の位置に形成し得る。例えば、円筒部材131aの外周面に1つもしくは複数設けてもよいし、平板部材131bの底面に1つもしくは複数設けてもよい。流路部内で旋回している混合流体を円滑に外部に排出できる点で、図2に示すように、流体排出管133は、円筒部材131aの外周面に接線方向に沿うように形成するのが好ましい。
[0037]
 本発明の1つの実施形態において、円筒部材131aの他端にはフランジ132が接合されており、フランジ132には固定ボルト123aを挿入するためのボルト挿入穴132bが形成されている。円筒部材131aのフランジ132は、固定ボルト123aと固定ナット132aとにより中間筐体121のフランジ123に締結される。しかし、本発明はこれに限定されない。円筒部材131aのフランジ132と中間筐体121のフランジ123とは、任意の結合手段で結合し得る。接着剤による接着であってもよいし、溶接による溶着であってもよい。
[0038]
 ここで、流体排出部130を構成する部材(円筒部材131a、平板部材131b、フランジ132、流体排出管133)は、流体導入部と同様に任意の材料であり得る。
[0039]
 さらに、攪拌容器100は、容器本体101を載置するための架台140を有していてもよい。架台140は、容器本体101を固定するための固定板141と、固定板141に取り付けられた脚部142とを有する。
[0040]
 次に、図1に示す攪拌容器100の使用方法を説明する。
[0041]
 図3は、図1に示す攪拌容器100の使用方法を説明するための図であり、攪拌容器100を用いた混合装置1000を示している。図4は、図1に示す攪拌容器100の機能を説明するための図であり、図4(a)は、混合装置1000に含まれる攪拌容器100および混合機200の断面構造を示し、図4(b)は、混合機200の乱流発生機構1の外観を示す。図4(a)および(b)に示す混合機は本発明において特に好ましい具体例であり、混合機はこれに限定されないことに留意されたい。
[0042]
 例えば、実施形態1の攪拌容器100は、液体Lと気体Gとを混合して混合流体GLを生成する混合機200から供給される混合流体GLを、液体Lと気体Gとがより均一に混ざり合うように攪拌するのに用いられる。
[0043]
 攪拌容器100を用いた混合装置1000において攪拌容器100とともに用いられる混合機200について、図3および図4を用いて簡単に説明する。
[0044]
 〔混合機200〕
 混合機200は、第1流体と第2流体とを混合することができる公知の混合機を用いることができる。本発明の好ましい実施形態として、図4(a)および(b)において具体的に図示した、乱流による攪拌および第1流体に対して供給される第2流体の供給量を、制御装置を用いることなく自動で調整可能な混合機について説明するが、本発明はこれに限定されない。
[0045]
 混合機200は、液体Lと気体Gとを混合して気液GLを生成する混合流体生成部200aと、混合流体生成部200aで生成された気液GLをさらに攪拌する攪拌機構200bとを備えている。
[0046]
 ここで、混合流体生成部200aは架台210上に取り付けられ、さらに、混合流体生成部200a上には攪拌機構200bが取り付けられている。架台210は、混合流体生成部200aを支持する支持フランジ212と、支持フランジ212から下方に延びる架台脚部211とを有している。支持フランジ212には液体導入継手212aを介して液体導入管221が取り付けられている。
[0047]
 〔混合流体生成部200a〕
 混合流体生成部200aは、第1流体である液体Lの旋回流を発生させる旋回流発生部10aと、発生した液体Lの旋回流を発達させる旋回流発達部20aと、発達した液体Lの旋回流の旋回速度を加速する旋回流加速部30aとを有する。
[0048]
 混合流体生成部200aは、外側筒状体11と、外側筒状体11の内側に配置された内側筒状体12と、内側筒状体12の下端面に取り付けられた内側フランジ12bとを有している。ここで、外側筒状体11の中心軸は内側筒状体12の中心軸と略一致している。
[0049]
 内側フランジ12bには、外側筒状体11内に導入された液体L(第1流体)を旋回させるための旋回ガイド部材13が取り付けられている。旋回ガイド部材13は、図4(a)に示すように、内側フランジ12bに取付けられた羽根フランジ13aと、羽根フランジ13aに固定された羽根体13bとを有する。外側筒状体11内の旋回ガイド部材13が配置された領域が旋回流発生部10aとなっている。
[0050]
 混合流体生成部200aでは、外側筒状体11と内側筒状体12との間の領域は、外側筒状体11内に導入された液体L(第1流体)が通過する流路となっており、この流路を通過する液体L(第1流体)が、内側筒状体12の側壁に形成された側壁開口12aから内側筒状体12内に入り込むと、液体L(第1流体)の旋回流の回転が逆転するとともに、液体(第1流体)の旋回流の流速が高められるようになっている。外側筒状体11内の内側筒状体12が配置された領域が、旋回流発達部20aとなっている。
[0051]
 混合流体生成部200aでは、内側筒状体12の上端には外径円錐台形状の筒状体14が配置されており、内側筒状体12内に入り込んだ液体Lの旋回流がこの筒状体14内に入り込むと、旋回流の旋回速度が一気に加速されるようになっている。筒状体14内の領域が旋回流加速部30aとなっている。旋回流加速部30aで加速された液体L(第1流体)には大きな遠心力が作用することにより、筒状体14の中心部は負圧となる。この負圧の力によって、第2流体である気体(空気)Gが後述する第2流体導入管32を介して筒状体14の略中心部に供給され、液体Lと気体(空気)Gが混合される。このように負圧を利用すること(自給式)によって第1流体である液体Lと混合する第2流体である気体Gを供給する方法では、第2流体(気体G)の供給量を調整する制御装置が不要となり、装置のコスト削減に貢献できる点で好ましい。このように負圧を利用することにより、第1流体の流量変化に伴って変化する負圧に伴って第2流体(気体G)の供給量も同時に変化するため、気体Gの供給量(増減)を第1流体の流量に自動追従させることができる。
[0052]
 また、第2流体である気体(空気)Gを供給するためのポンプやコンプレッサーなどの動力が必要な装置が不要となり、装置のコスト削減に貢献することができる点で好ましい。しかし、本発明はこれに限定されず、ポンプなどを用いて強制的に第2流体である気体(空気)Gを供給するようにしてもよい。
[0053]
 混合流体生成部200aで液体Lと気体(空気)Gとが混合されることにより、気泡を含む気液GLが生成される。
[0054]
 〔攪拌部200b〕
 攪拌機構200bは、図3および図4に示すように、気液GLを流すための流路GLpを有する。流路GLpは、上流側流路部GLp2と中間流路部GLp3と下流側流路部GLp1を含む。ここで、上流側流路部GLp2は、気泡微細化部200aで生成されて流路GLpを流れる気液GLの流れを乱して気液GLの乱流を発生させる乱流発生部20bを含んでいる。中間流路部GLp3は、下流側流路部GLp1と上流側流路部GLp2とを連結する連結部30bである。下流側流路部GLp1は、中間流路部GLp3から吐出される気液GLを一時的に溜める流体貯留部10bとなっている。なお、乱流発生部20bおよび流体貯留部10bはそれぞれ、筒状体Sを対向する一対のフランジFrの間に配置し、一対のフランジを公知の手段で固定している。
[0055]
 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。
[0056]
 好ましい実施形態において、図4(a)に示すように、流路GLp3内を通過する気液GLに対して、気液GLを下流側流路部GLp1に押し出す力と、気液GLを上流側流路部GLp2に引き戻す力とを繰り返し印加することにより気液GLの乱流を発生させる乱流発生機構1である。好ましい実施形態において、乱流発生機構1は、図4(b)に示すように、平板状の円板であるバッフル板1aと、バッフル板1aにらせん状の旋回流である気液GLを吹き付ける旋回流吐出ノズル1cとを含む。さらに、バッフル板1aの移動範囲を一定範囲内に規制するバッフル規制体1bを有していてもよい。
[0057]
 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。
[0058]
 次に混合装置1000の動作について説明する。
[0059]
 圧送部(図示せず)によって圧送された液体L(第1流体)が液体導入管221を通して混合機200の混合流体生成部200aに導入されると、混合流体生成部200aの旋回流発生部10aでは、導入された液体Lが旋回するようにガイドされる。さらに、旋回流発生部10aで発生した液体Lの旋回流は、混合流体生成部200aの旋回流発達部20aに至り、旋回流発達部20aで液体の旋回の強さが増大した旋回流に発達する。
[0060]
 このように発達した液体Lの旋回流は、液体Lの流入圧により旋回流発達部20aから押し上げられて円錐台形状の筒状体14に到達する。筒状体14に到達した液体Lの旋回流の旋回速度は、筒状体14の上側ほど半径が小さくなった円錐台構造によって一気に増大することとなり、旋回する液体Lには大きな遠心力が作用する。
[0061]
 この遠心力の作用により、筒状体14の中心部は負圧となる。この負圧の力によって、第2流体である気体(空気)Gが自動的に流体導入管32などを介して筒状体14の略中心部に導入される。
[0062]
 この筒状体14の略中心部に導入された気体Gは、筒状体14内を旋回する液体Lと混合され、気体Gを含む液体(気液)GLが旋回しながら筒状体14の先端の旋回流吐出ノズル1cから乱流発生部20bの円筒体Sy内に吹き出される。
[0063]
 旋回しながら吹き出された気液GLの勢いにより、旋回流吐出ノズル1c上に配置されていたバッフル板1aが浮き上がり、さらに、旋回流加速部30aの円筒体14および乱流発生部20bの円筒体Syの内部で生じている負圧(内部負圧)によりバッフル板1aの浮き上がりが規制され、バッフル板1aはその上側に導入される気液の勢いと吹き出される気液の勢いとのバランスによって振動することとなる。
[0064]
 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。
[0065]
 その結果、バッフル板1aは、バッフル板1aの片側が下がるともう片側が上がるような揺動(共振動作)をしながら回転することとなる。
[0066]
 このバッフル板1aの揺動の動きにより、1つの連結管31内を流れる気液GLは前後に振動しながら流体貯留部10bに進むこととなり、連結管31の上流側の乱流発生部20b及び連結管31の下流側の流体貯留部10bでは気液GLの乱流が発生することとなる。この乱流の発生により気液GLはさらに攪拌され、気液GL内に含まれる気泡は更に微細化が促進されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液GL内の液体Lと気体Gとの混合がより確実に行われる。また、連通管31は第1容器の中心軸から同一距離に、互いに間隔を空けて配置しているので、バッフル体1aの揺動および回転運動によりバッフル板1aの持ち上げられる位置および引き下ろされる位置が順次周方向に移動する。これに伴い、乱流が発生する連通管31の位置も順次移動していくことになり、乱流が発生する連通管31の位置近傍にある気液GLは、乱流により更に攪拌され、気液GLに含まれる気泡の微細化が促進されることとなる。また、気泡が微細化されるために気液GL内の液体Lと気体Gとの混合がより確実に行われる。
[0067]
 混合された微細気泡を含む気液GLは、流体貯留部10bから流体吐出接手202aおよび流体吐出管222を介して混合機200から攪拌容器100に供給する。
[0068]
 気液GLを攪拌容器100の容器本体101の上部筐体111に供給するとき、気液GLは、上部筐体111にはその円筒部材111aの接線方向から導入することとなり、上部筐体111内では気液GLの旋回流F1が発生する。これにより、気液GLは旋回しながら中間筐体121を通過して下部筐体131へ流れる。図1に示す実施形態において、気液GLを円筒部材111aの接線方向から導入することにより、気液にGLに旋回流を発生させているが、本発明はこれに限定されず、任意の旋回流発生手段を用いることができる。例えば、平板部材111bに回転可能な旋回ファンもしくは回転しないらせん状の旋回ファンによって旋回流を発生させてもよい。
[0069]
 このように中間筐体121内を旋回しながら流れる気液GLは、遠心力の作用により比重の軽い気液GLが中間筐体121の中央側に集まり、比重の重い気液GLが中間筐体121の内壁側に集まる。ここで、比重の軽い気液GLは、単位体積当たりに含まれる全気泡の数に対する大きな気泡の数の割合が大きいものであり、比重の重い気液GLは、単位体積当たりに含まれる全気泡の数に対する大きな気泡の数の割合が小さいものである。中間筐体121の中央側に集まった比重の軽い気液GLでは、気泡が合体して、気液GLの流れが気泡を下流側へ流す力よりも気泡に働く浮力が大きくなると、気液GLの流れとは逆行して気泡は上部筐体111に達することとなる。このように上部筐体111に達した気泡は余剰空気として気体排気口114から容器本体101の外部へ排出される。
[0070]
 気体排気口114を設けることにより、気液(混合流体)GLに攪拌しきれなかった余剰の気体が自動的に排出されることから、混合機200に第1流体である液体Lと混合するための気体Gの供給量を制御する制御装置を不要とすることが可能となる。これにより、混合装置のコスト削減の効果をえることが可能となる。
[0071]
 気液GLが旋回しながら下部筐体131の近傍まで到達すると、気液GLは、下部筐体131内に配置されている円錐体102により、気液(混合流体)GLの流域が下流側ほどより容器本体101の内壁に近い領域に制限されるようにガイドされる。これにより、中間筐体121の中心付近を流れる密度の小さい気液(混合流体)GLは、下流側に流れるほど中心部から内壁側へと移動していく。それにより中間筐体121の内壁に近い部分を流れる密度の大きい気液(混合流体)GLとが中間筐体121の下端部から下部筐体131を通過する間で混ざり合い、さらに攪拌されることとなる。
[0072]
 これにより、液体Lと気体Gとの混合流体である気液GLがより均一に混ざり合うこととなる。このようにより均一に混ざるように攪拌された気液(混合流体)GLが攪拌容器100から流体排出管133を介して攪拌容器100の外部に排出されることとなる。 このように、本実施形態1では、気液GLを攪拌するための筒状の容器本体101と、容器本体101内を旋回しながら上流側から下流側に流れる気液GLの流域が下流側ほどより容器本体101の内壁に近い領域に制限されるように気液GLをガイドする第1の流体ガイド機構102とを備えたので、液体Lと気体Gとの混合流体である気液GLを旋回させながら徐々に容器本体101の内壁に近い領域に寄せ集めることができ、これにより密度の小さい気液GLと密度の大きい気液GLとを、これらがより均一に混ざり合うように攪拌することができる。
[0073]
 なお、第1の流体ガイド機構100として用いられる具体的な構造体は、実施形態1で説明した円錐体に限定されるものではない。
[0074]
 図5は、図1に示す攪拌容器100で用いられる第1の流体ガイド機構102の具体的な構成例を説明するための図であり、図5(a)~図5(d)は、第1の流体ガイド機構102として用いられる具体的な構成の外観を示し、図5(e)~図5(h)は、図5(a)~図5(d)に示す構成の断面構造を示す。
[0075]
 図5(a)は、円錐体の斜辺を凹状の曲線とした円錐状体であり、図5(b)は、円錐体の斜辺を凸状の曲線とした円錐状体であり、図5(c)は、円筒体の上に円筒体と直径が同じ半球体を重ねた円筒状体であり、図5(d)は、直径の異なる円筒体を3つ重ね合わせた円筒状体である。図5(e)~図5(h)に示す第1の流体ガイド機構102の断面構造は、中空体であるが、本発明はこれに限定されず、中実体であってもよい。中空体であると装置の軽量化を図ることが可能となる。
[0076]
 本発明の実施形態において、流体ガイド機構(第1の流体ガイド機構および第2の流体ガイド機構)は容器101の軸の略中央に一つ設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。所望の乱流が生じるように、流体ガイド機構は任意の配置、個数および大きさであり得る。例えば、所望の乱流が生じる限り、流体ガイド機構は旋回流の中心部ではない位置に配置してもよいし、一つではなく数個(例えば、2~3個)設けてもよい。
[0077]
 (実施形態2)
 図6は、本発明の実施形態2による攪拌容器100aを説明するための図であり、図6(a)は、攪拌容器100aの縦断面の構造を示し、図6(b)は、流体導入部110aの図2(f)と同様の断面の構造を示す。
[0078]
 実施形態2の攪拌容器100aは、実施形態1の攪拌容器100において、実施形態1の容器本体101の流体導入部110にも、容器本体101に導入される混合流体(気液GL)が容器本体の内壁に近づくように気液GLをガイドする第2の流体ガイド機構102aを設けたものである。ここで、第2の流体ガイド機構102aには、図6に示すように円錐体が用いられている。この円錐体102aは、容器本体101の中央であって容器本体101の上流側に位置するように容器本体101内に設けられている。
[0079]
 この実施形態2の攪拌容器100aのその他の構成は、実施形態1の攪拌容器100と同一である。
[0080]
 〔流体導入部110a〕
 流体導入部110aは、実施形態1の容器本体101を構成する流体導入部110と同様、気液GLを導入するための上部筐体111を有する。上部筐体111は、円筒部材111aと、円筒部材111aの一端に上部筐体111の上面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材111bとを有する。この上部筐体111の上面部の内面上には、第2の流体ガイド機構102aである円錐体(以下、円錐体102aともいう。)が取り付けられている。円錐体102aは、底面の中心の真上に頂点が位置する縦断面が二等辺三角形形状である円錐体であり、容器本体101の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように配置されている。
[0081]
 この実施形態2の流体導入部110aのその他の構成は、実施形態1の流体導入部110におけるものと同一である。
[0082]
 図7は、図6(a)に示す攪拌容器100aの機能を説明するための図である。
[0083]
 図7に示す攪拌容器100aは、図4に示す混合装置1000における攪拌容器100に代えて用いるものである。
[0084]
 この混合装置1000では、実施形態1で説明した混合装置1000と同様に混合機200で気液GLが生成され、生成された気液GLが攪拌容器100aに供給される。
[0085]
 この実施形態2の攪拌容器100aでは、第2の流体ガイド機構102aである円錐体が流体導入部近傍の中央部に設けられているため、攪拌容器100aの容器本体101の上部筐体111に流体導入部110から供給された気液GLの流域は、中央部に流れることができず、上部筐体111の円筒部材111aの内壁面に近い領域に制限されることとなる。そのため、気液GLが上部筐体111の円筒部材111a内で旋回する速度が大きくなる。このため、容器本体101で旋回しながら下流側に流れる気液GLの旋回速度を高めて、下流側の第1の流体ガイド機構である円錐体102による比重の大きい気液GLと比重の小さい気液GLとを含む気液GLの攪拌をより勢いよく行うことができ、より均一に混合流体を混合することが可能となる。
[0086]
 (実施形態3)
 図8は、本発明の実施形態3による攪拌容器100bを説明するための図であり、図8(a)は、攪拌容器100bの縦断面を示し、図8(b)は、流体導入部110bの図2(f)と同様の断面の構造を示す。
[0087]
 実施形態3の攪拌容器100bは、実施形態2の攪拌容器200において、容器本体101に設けられている第2の流体ガイド機構102aに代えて、第2の流体ガイド機構102aとは構造が異なる第2の流体ガイド機構102bを備えたものであり、その他の構成は、実施形態2の攪拌容器200におけるものと同一である。
[0088]
 〔流体導入部110b〕
 流体導入部110bは、実施形態1の容器本体101を構成する流体導入部110と同様、気液GLを導入するための上部筐体111を有する。上部筐体111は、円筒部材111aと、円筒部材111aの一端に上部筐体111の上面部を形成するように取り付けられた円形の平板部材111bとを有する。この上部筐体111の上面部の内面上には、第2の流体ガイド機構102bである円錐体(以下、円錐体102bともいう。)が取り付けられている。円錐体102bは、底面の中心の真上に頂点が位置する縦断面が二等辺三角形形状である円錐体であり、容器本体101の中心軸に垂直な断面の断面積が下流側ほど小さくなるように配置されている。円錐体102bは、頂点部分に流体挿通穴102b1が形成されている。さらに、上部筐体111の上面部を構成する平板部材111bには、中空の円錐体102b内へ流体を供給するための流体供給管115が取り付けられている。
[0089]
 この実施形態3の攪拌容器100bでは、容器本体101の流体導入部110bは、上部筐体111の上面部に形成された流体供給管115を介して気体Gが、第2の流体ガイド機構102bである円錐体の内部に供給され、さらに、円錐体102bの先端部に形成された流体挿通穴102b1を介して容器本体101の流路部120を構成する中間筐体121に導入されるように構成されている。
[0090]
 図9は、図7に示す攪拌容器100bの機能を説明するための図である。
[0091]
 この実施形態3の流体導入部110bのその他の構成は、実施形態2の流体導入部110aにおけるものと同一である。
[0092]
 実施形態3においては、攪拌容器100bの上部筐体111の上面部に中空の円錐体102b内へ流体を供給するための流体供給管115が取り付けられ、さらに、円錐体102bの先端部には流体挿通穴102b1が形成されているので、容器本体101の流路部120に気体や液体などの第3流体を導入することができる。
[0093]
 例えば、流体導入管113から容器本体101に供給された気液GLを反応させるための第3流体(気体や液体)を、上部筐体111に設けられている円錐体102bを通して容器本体101に供給することができる。
[0094]
 なお、実施形態3では、攪拌容器100bで攪拌する混合流体、つまり、流体導入管113から容器本体101bに供給される混合流体は、気体Gと液体Lとを混合した気液GLである場合を示したが、攪拌容器100bで攪拌する混合流体は、異なる液体を混合した混合液でもよい。
[0095]
 以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

産業上の利用可能性

[0096]
 本発明は、攪拌容器および混合装置、並びに混合流体の製造方法の分野において、第1流体を第2流体に混合して得られる混合流体を、第1流体と第2流体とがより均一に混ざり合うように攪拌することができる攪拌容器およびこのような攪拌容器を用いた混合装置、およびこのような混合装置を用いた混合流体の製造方法を得ることができるものとして有用である。

符号の説明

[0097]
 100 攪拌容器
 101 容器本体
 102 第1の流体ガイド機構
 102a 第2の流体ガイド機構
 110 流体導入部
 120 流路部
 130 流体排出部
 200 混合機
 200a 流体混合部
 200b 攪拌機構
 1000 混合装置
 G 気体
 GL 気液
 L 液体

請求の範囲

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

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]