旋流生成装置、旋流生成方法及气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置、流体喷射喷嘴.pdf

本发明提供一种能够适应所有的流体，并有效地产生高速旋流的旋流生成装置、旋流生成方法以及气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置、流体喷射喷嘴。本发明具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内来产生旋流，并使之从筐体及圆筒构件中流出。

1.  一种旋流生成装置，其特征在于，
具备筐体和圆筒构件，
该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，
该圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备至少与上述圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，
通过使从上述流体导入路导入的液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内来产生旋流，并使之从上述筐体及上述圆筒构件中流出。

2.  根据权利要求1所述的旋流生成装置，其特征在于，在上述筐体的上述圆筒空间部的两方的端部开口的情况下，将上述流体导入路配置于上述圆筒空间部的轴向中央位置，并且将上述孔部以轴向中央部为中心在两端侧以对称形式配置。

3.  根据权利要求1所述的旋流生成装置，其特征在于，在上述筐体的上述圆筒空间部的仅一方的端部开口的情况下，将上述孔部沿着上述圆筒空间部的轴向朝向上述开口的端部侧偏移地配置。

4.  根据权利要求1～3中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，上述圆筒构件具备多个上述孔部。

5.  根据权利要求1～4中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，将上述圆筒构件的孔部的配设方向从上述圆筒构件的轴心偏离。

6.  根据权利要求1～5中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，将上述圆筒构件的孔部的配设方向朝向上述筐体的开口方向倾斜。

7.  根据权利要求1～6中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，上述圆筒构件的孔部包含大小相互不同的多个孔部。

8.  根据权利要求1～7中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，上述筐体的上述圆筒空间部中的上述流体导入路的开口位置与上述圆筒构件的外周面上的上述孔部的开口位置重合。

9.  根据权利要求1～8中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，在上述流体导入路或上述孔部当中的至少一方设置节流部。

10.  根据权利要求1～9中任意一项所述的旋流生成装置，其特征在于，上述圆筒构件是可更换的。

11.  一种旋流生成方法，是使用了具备筐体和圆筒构件的装置的旋流生成方法，上述筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，上述圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备至少与上述圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，其特征在于，
通过将液状流体从上述流体导入路导入，使该液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内，来产生旋流。

12.  一种气相产生装置，其特征在于，
具备筐体和圆筒构件，
该筐体具备将至少一方的端部开口了的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，
该圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备至少与上述圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，
通过使从上述流体导入路导入的液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内，在产生旋流的同时，使之从上述筐体及上述圆筒构件中流出，从而在上述旋流的中心部产生气相。

13.  一种微细气泡产生装置，其特征在于，
具备筐体和圆筒构件，
该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，
该圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备至少与上述圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，
通过使从上述流体导入路导入的液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内而产生旋流，并在上述旋流的中心部产生气相的同时，将上述液状流体从上述筐体及上述圆筒构件中导出，从而在上述液状流体中产生微细气泡。

14.  一种流体的混合装置，其特征在于，
具备筐体和圆筒构件，
该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，
该圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备至少与上述圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，
通过使从上述流体导入路导入的含有被混合物的液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内而产生旋流，并通过从上述筐体及上述圆筒构件中导出，而进行上述液状流体及上述被混合物的搅拌混合。

15.  一种流体的混合装置，其特征在于，
具备筐体和圆筒构件
该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部、和在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路、及在上述圆筒空间部的另一方的端部设置的被混合物导入路，
该圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备两侧端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，
通过使从上述流体导入路导入的液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内而产生旋流，并且经由上述被混合物导入路向上述圆筒构件的上述圆筒空间部内导入被混合物，在将上述液状流体及上述被混合物搅拌混合的同时，从上述筐体及上述圆筒构件中导出。

16.  一种流体喷射喷嘴，其特征在于，
具备筐体和圆筒构件，
该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，
该圆筒构件配置于上述筐体的上述圆筒空间部内，且具备至少与上述圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，
通过使从上述流体导入路导入的液状流体经由上述孔部流入到上述圆筒构件的上述圆筒空间部内而产生旋流，使之从上述筐体及上述圆筒构件中流出。

旋流生成装置、旋流生成方法及气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置、流体喷射喷嘴
技术领域
本发明涉及旋流生成装置、旋流生成方法及气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置、流体喷射喷嘴。特别涉及用于有效地产生高速旋流的旋流生成装置及旋流生成方法、以及利用了这种旋流生成装置的气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置、流体喷射喷嘴。
背景技术
以往，在各种技术领域中，应用使液体产生旋流的技术。
例如，有如下的分离装置，即：能够很容易地产生稳定的旋流，能够减小混合流体的压力损失的同时，提高混合流体的分离效率，并且可实现紧凑化。更具体来说，如图23所示，公开有如下的分离装置，即一种分离装置，在具有混合流体F流过的流体通路321，并通过在该流体通路321内使混合流体F旋转，由此将混合流体F分离为多个流体成分，其中，流体通路321具备：将与混合流体F接触的内面形成为螺旋状的管状结构体322；将成为旋流而流过该管状结构体322的内部的混合流体F分流为其中心部和外周部的分流机构323(参照专利文献1)。
另外，还有如下的混合机，即其不仅可以利用旋流向液体中混合气体，而且还可以混合液体，尤其是高粘度的液体，甚至混合固体。更具体来说，如图24所示，公开有如下的混合机，即其具有：具有近似圆筒状的空心部的容器310；沿着在该容器310内产生涡流的方向导入液体的液体导入口312；设于在容器310内产生的涡流的旋转轴上的喷出口314；向容器内的喷出口314的附近供给被混合物的喷嘴315(参照专利文献2)。
另外，近年来，已知有使用在水中含有微米量级或纳米量级的微细气泡的含微细气泡水来进行水生生物的培育、污水的水质净化等的技术。作为用于制造这种含微细气泡水的装置，提出有各种利用了旋流的制造装置。
例如，如图25所示，公开有如下的装置，即其通过使液体产生旋流，向在该旋流的旋转轴中产生的负压部分导入气体，而在所导出的液体中产生微细气泡(参照专利文献3)。另外，作为其他的装置，如图26所示，公开有如下的装置，即其将预先制成的气液混合液423在由上游侧的螺杆部425和下游侧的刀具部426构成的静止型混合器413中进一步搅拌混合，而制成超微细化气液混合体427(参照专利文献4)。
专利文献1：日本特开平11-028389号公报(全文图1)
专利文献2：日本特开2006-122813号公报(全文图7)
专利文献3：日本特开2006-116365号公报(全文全图)
专利文献4：日本特开2006-159187号公报(全文图3)
但是，在液体中存在各种各样的种类，例如，即使仅着眼于水，也会因温度或所含有的添加物等各种要因，而使粘度等性状不同。从而，用于针对液体有效地产生高速的旋流的条件根据所导入的液体的性状的不同而变得多种多样。即，例如在专利文献1的分离装置中，是流体通路的螺旋形状或其表面粗糙度等，在专利文献2及3的混合装置或微细气泡产生装置中，是液体的导入口或流出口的大小、导入角度、配置位置、液体的导入口的面积与流出口的面积的比、表面粗糙度等，在专利文献4的微细气泡产生装置中，还有螺杆部或刀具部的形状等，这些设计条件根据所导入的流体的不同而不同。
然而，在专利文献1～4中所述的任意的装置中，没有针对在流体的粘度等性状不同的情况下，与各个流体对应地有效地产生旋流进行考虑，因而有适应性低的问题。
另外，在这些专利文献中所述的任意的装置中，在装置的构成上，都是使所导入的液体仅可以从一个方向流出的构成，因而有流出方向限于一个方向并且无法增多流体的处理量的问题。
发明内容
在此，本发明的发明人等进行了积极的努力，发现通过将产生高速旋流的装置由规定的筐体和圆筒构件构成，可以解决上述的问题，从而完成了本发明。
即，本发明的目的在于，提供能够适应所有的流体、有效地产生高速旋流的旋流生成装置以及使用了这种旋流生成装置的旋流生成方法。另外，本发明的其他目的在于，提供应用了这种构成的装置的气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置以及流体喷射喷嘴。
根据本发明，提供如下的旋流生成装置，能够解决上述的问题，即：该装置具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内来产生旋流，并使之从筐体及圆筒构件中流出。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，在筐体的圆筒空间部的两方的端部开口的情况下，最好将流体导入路配置于圆筒空间部的轴向中央位置，并且将孔部以轴向中央部为中心在两端侧以对称形式配置。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，在筐体的圆筒空间部的仅一方的端部开口的情况下，最好将孔部沿着圆筒空间部的轴向朝向开口的端部侧偏移地配置。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好圆筒构件具备多个孔部。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好将圆筒构件的孔部的配设方向从圆筒构件的轴心偏离。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好将圆筒构件的孔部的配设方向朝向筐体的开口方向倾斜。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好圆筒构件的孔部包含大小相互不同的多个孔部。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好筐体的圆筒空间部中的流体导入路的开口位置与圆筒构件的外周面上的孔部的开口位置重合。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好在流体导入路或孔部当中的至少一方设置节流部。
另外，在构成本发明的旋流生成装置时，最好圆筒构件是可更换的。
另外，本发明的另外的方式是一种旋流生成方法，其是使用了具备筐体和圆筒构件的装置的旋流生成方法，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使液状流体从流体导入路导入，并使该液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内，来产生旋流。
另外，本发明的另外的方式是一种气相产生装置，其具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内，在产生旋流的同时，使之从筐体及圆筒构件中流出，从而在旋流的中心部产生气相。
另外，本发明的另外的方式是一种微细气泡产生装置，其具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并在旋流的中心部产生气相的同时，将液状流体从筐体及圆筒构件中导出，从而在液状流体中产生微细气泡。
另外，本发明的另外的方式是一种流体的混合装置，其具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的含有被混合物的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并通过从筐体及圆筒构件中导出，而进行液状流体及被混合物的搅拌混合。
另外，本发明的另外的方式是一种流体的混合装置，其具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部和在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路及在圆筒空间部的另一方的端部设置的被混合物导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备两侧端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并且经由被混合物导入路向圆筒构件的圆筒空间部内导入被混合物，在将液状流体及被混合物搅拌混合的同时，从筐体及圆筒构件中导出。
另外，本发明的另外的方式是一种流体喷射喷嘴，其具备筐体和圆筒构件，该筐体具备一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并使之从筐体及圆筒构件中流出。
根据本发明的旋流生成装置，通过由具备圆筒空间部及流体导入路的筐体、和具备圆筒空间部及孔部的圆筒构件来构成，能够分别恰当地选择筐体及圆筒构件的构成并进行组合来使用。从而，能够在一部分的部件共用化的同时，与所导入的液状流体的性状对应地自由控制流体的入口和出口的面积比、孔部的角度、数目、形状、配置以及各构件的表面粗糙度等，能够适应所有性状的流体地有效地产生高速旋流。
另外，由于旋流生成装置仅由筐体及圆筒构件构成，所以能够将两端侧开口而构成，因此能够在两侧方向流出流体，并且能够将大量的流体在高速旋转的同时导出，能够提高流体的处理效率。
另外，本发明的旋流生成装置中，在筐体的两方的端部开口的情况下，通过将流体导入路及孔部配置于规定位置，能够使流体在朝向两端方向以均等的旋转速度旋转的同时流出。
另外，本发明的旋流生成装置中，在筐体的仅一方的端部开口的情况下，通过将孔部配置于规定部位，能够延长气相产生区域的长度。其结果，在作为混合装置使用的情况下，能够延长混合作用的时间，能够提高混合程度。另外，在作为微细气泡产生装置使用的情况下，能够延长对所产生的微细气泡赋予静电摩擦的时间。
另外，本发明的旋流生成装置中，通过在圆筒构件中具备多个孔部，能够在圆筒构件内部有效地产生高速旋流。
另外，本发明的旋流生成装置中，通过将圆筒构件的孔部朝向偏离轴心方向的方向形成，能够在圆筒构件内部有效地产生高速旋流。
另外，本发明的旋流生成装置中，通过将圆筒构件的孔部朝向开口端地配设，能够避免流体的流动发生碰撞，有效地使之在高速旋转的同时流出。
另外，本发明的旋流生成装置中，由于通过使圆筒构件具备大小相互不同的孔部，能够调整在圆筒构件内部产生的旋流的力的强弱，因此能够控制流体的流线。从而，能够调整在圆筒构件内部产生的由流体造成的力的施加方式。其结果，例如在作为混合装置使用的情况下，能够减小被混合物的导入压力，能够实现节能化。
另外，本发明的旋流生成装置中，通过将流体导入路的位置与圆筒构件的孔部的位置重合，能够不减弱流体的流速地导入到圆筒构件内，能够有效地产生高速旋流。
另外，本发明的旋流生成装置中，通过在流体导入路或孔部当中的至少一方设置节流部，能够加快流体的流速，能够有效地产生高速旋流。
另外，本发明的旋流生成装置中，通过使圆筒构件可更换，能够将筐体共用化，另一方面，能够与所导入的流体对应地变更圆筒构件的构成，能够制成为适用于所有流体的装置。
另外，根据本发明的旋流生成方法，通过使用规定结构的装置，能够与所有液状流体对应地有效地产生高速旋流。
另外，根据本发明的气相产生装置，如上所述，由于能够分别适当地选择筐体及圆筒构件的构成而进行组合来使用，因此能够在将一部分的部件共用化的同时，与流体的性状对应地自由控制流体的入口与出口的面积比、孔部的角度、数目、形状、配置以及各构件的表面粗糙度等，能够适用于所有流体。从而，能够对所有液状流体有效地产生高速旋流，有效地产生气相。
另外，由于也可以仅由筐体及圆筒构件来构成，因此在将筐体的两端开口而构成的情况下，能够使大量的流体一边产生气相一边高速旋转的同时，朝向两端方向流出。
另外，根据本发明的微细气泡产生装置，如上所述，由于能够分别适当地选择筐体及圆筒构件的构成而进行组合来使用，因此能够在将一部分的部件共用化的同时，与流体的性状对应地自由控制流体的入口与出口的面积比、孔部的角度、数目、形状、配置以及各构件的表面粗糙度等，能够适用于所有流体。从而，能够对所有液状流体有效地产生高速旋流，在液状流体中有效地产生微细气泡。
另外，由于也可以仅由筐体及圆筒构件来构成，因此在将筐体的两端开口而构成的情况下，能够使含有微细气泡的液体从两端侧有效地流出。
另外，根据本发明的流体的混合装置，如上所述，由于能够分别适当地选择筐体及圆筒构件的构成而进行组合来使用，因此能够在将一部分的部件共用化的同时，与混合流体的性状对应地自由控制流体的入口与出口的面积比、孔部的角度、数目、形状、配置以及各构件的表面粗糙度等，能够适用于所有流体。从而，能够对在预先含有气体或液体、固体等被混合物后导入的所有液状流体有效地产生高速旋流，并有效地进行流体的搅拌混合。
另外，由于也可以仅由筐体及圆筒构件来构成，因此在将筐体的两端开口而构成的情况下，能够使大量的混合流体在高速旋转的同时向两端方向流出，能够提高流体的混合处理效率。
另外，根据本发明的另外的流体的混合装置，通过在使液状流体产生高速旋流的状态下，导入其他的液体或气体、固体等被混合物，能够有效地且充分地搅拌混合。特别是，在高速旋流的中心部产生气相之类的情况下，能够流出充分地混合后的流体。
另外，根据本发明的流体喷射喷嘴，如上所述，由于能够分别适当地选择筐体及圆筒构件的构成而进行组合来使用，因此能够在将一部分的部件共用化的同时，与所喷射的流体的性状对应地自由控制流体的入口与出口的面积比、孔部的角度、数目、形状、配置以及各构件的表面粗糙度等，能够适用于所有流体。从而，能够使所有的液状流体在高速旋转的同时有效地喷射。
附图说明
图1是表示第一实施方式涉及的旋流生成装置的一个例子的图。
图2是表示构成第一实施方式涉及的旋流生成装置的筐体的图。
图3是表示构成第一实施方式涉及的旋流生成装置的圆筒构件的图。
图4是用于说明作为单体物构成的筐体的图。
图5是用于说明具有平坦部的筐体的图。
图6是用于对流体导入路的配置进行说明的图。
图7是表示流体导入路的变形例的图。
图8是表示具备两端部开口的筐体的旋流生成装置的图。
图9是用于说明朝向切线方向配置的流体导入路的图。
图10是用于说明设置多条流体导入路的筐体的图。
图11是表示在流体导入路中具备节流部的状态的图。
图12是表示在两端部侧使直径不同的圆筒构件的图。
图13是表示孔部的形状的例子的图。
图14是用于对所产生的气相的长度进行说明的图。
图15是用于对以轴向中央位置为中心以对称形式设置的孔部进行说明的图。
图16是表示在两端部侧具备大小不同的孔部的圆筒构件的图。
图17是表示在孔部具备节流部的圆筒构件的图。
图18是表示具备第二圆筒构件的旋流生成装置的图。
图19是用于说明旋流的生成方法的一个例子的图。
图20是表示在导入气体的同时产生气相的状态的图。
图21是表示在经由被混合物导入路导入被混合物的同时将流体混合的状态的图。
图22是用于说明流体喷射喷嘴的使用方法的一个例子的图。
图23是表示以往的分离装置的构成的图。
图24是表示以往的混合机的构成的图。
图25是表示以往的微细气泡产生装置的构成的图。
图26是表示以往的微细气泡产生装置的构成的图。
具体实施方式
下面，适当地参照附图，对本发明的旋流生成装置、旋流生成方法及气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置、流体喷射喷嘴的实施方式进行具体说明。但是，这些实施方式只是表示本发明的一个方式，而不是限定本发明，可以在本发明的范围内任意地变更。
而且，各个图中，对于使用相同符号的部分表示相同的构件，因而适当地省略说明。
[第一实施方式]
本发明涉及的第一实施方式是具有如下特征的旋流生成装置及使用该旋流生成装置的旋流生成方法，即：该旋流生成装置具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，其中，使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内，从而产生旋流，并使之从筐体及圆筒构件中流出。
1.旋流生成装置
(1)基本构成
将本实施方式的旋流生成装置的一个方式表示于图1(a)～(c)中。图1(a)是旋流生成装置10的立体图，图1(b)是将图1(a)的旋流生成装置10沿轴向切断的剖视图，图1(c)是将图1(a)的旋流生成装置10沿与轴向正交的方向切断的剖视图。另外，将构成图1的旋流生成装置10的筐体11及圆筒构件21分别表示于图2(a)～(c)及图3(a)～(c)中。
这些图1～图3中所示的旋流生成装置10具备筐体11和圆筒构件21，该筐体11具备一方的端部开口的圆筒空间部11a及在该圆筒空间部11a的内周面开口的流体导入路11b，该圆筒构件21配置于筐体11的圆筒空间部11a内，且具备将包括与筐体11的圆筒空间部11a的开口方向一致的方向的端部22a的两端部开口的圆筒空间部21a及在该圆筒空间部21a的周壁上开口的孔部23。
其中，筐体11由主体部13和盖部12a、12b构成。主体部13是具备从外周面突出设置的突设部14的圆筒状构件，且具备两端部开口而收容圆筒构件21的圆筒空间部11a。另外，在突设部14上，设有在圆筒空间部11a的内周面上开口的流体导入路11b。
另外，盖部12a、12b被安装于主体部13的两端部，在其中一方的盖部12a上，设有比主体部13的圆筒空间部11a的直径更小的开口15。另外，在各个盖部12a、12b的内面，设有内径与圆筒构件21的外周实质上一致的凹部16。
另外，圆筒构件21具备：两端部开口的圆筒空间部21a、在该圆筒空间部21a的周壁上开口的多个孔部23，在筐体11的圆筒空间部11a内，在周围隔着规定间隙S配置并固定。该间隙S作为流体的通过路发挥作用。
如此所述，本实施方式的旋流生成装置10中，在主体部13的圆筒空间部11a内插入圆筒构件21，在将圆筒构件21嵌合于在两端部侧安装的盖部12a、12b的凹部16中的状态下将盖部12a、12b固定，从而将圆筒构件21收容保持于内部。
(2)构成材料
构成这些筐体及圆筒构件的材料没有特别限制，作为一个例子，可以举出以铁合金或铝合金、锌合金等金属材料或非铁金属材料；陶瓷等烧结体；塑料、聚氯乙烯(PVC)、热塑性聚烯烃树脂(TPO)、热塑性聚氨酯树脂(TPU)、聚丙烯(PP)、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、氟树脂等树脂材料；木材、废弃塑料或废弃木材等回收原料为首的各种材料。
例如，在由透明性的树脂材料构成筐体及圆筒构件的情况下，能够很容易地进行内部的确认，能够在确认旋流的状态的同时加以使用。
但是，为了防止所导入的流体的组成变化，或有效地产生高速旋流，最好考虑与所导入的流体的浸润性、所产生的旋流的程度，另外还要选择使用难以与流体反应的材料。
另外，最好筐体的圆筒空间部的内周面及流体导入路的内面，还有圆筒构件的外周面及圆筒空间部的内周面的表面粗糙度是均一的。通过使这些各构件中的流体的接触面的表面粗糙度均一，能够减少流体的流动发生波动而阻碍旋流的产生的情况。
例如，通过使用规定的材料来涂覆各个构件的表面，能够很容易地使表面粗糙度均一化。但是，即使在实施涂覆的情况下，最好也要考虑与所导入的流体的浸润性、所产生的旋流的程度，另外还要选择难以与流体反应的材料。
(3)筐体
图1及图2中所示的筐体11由主体部13及盖部12a、12b两个构件构成，但不一定要作为分立体来构成，也可以作为主体部分和盖部分一体化了的单体物来构成。
例如，如图4(a)～(b)所示，可以设为由一方的端部32b封闭而仅另一方的端部32a开口的构成的单体物制成的筐体31。这种旋流生成装置30的例子中，在圆筒构件41的端部42a，设有外径与筐体31的圆筒空间部31a的内周的直径实质上一致的凸缘部43，且在将圆筒构件41收容于筐体31的圆筒空间部31a内部的状态下，从设于筐体31上的螺钉孔将固定螺钉34拧入，在前端部将圆筒构件41卡止，由此能够构成部件数目的同时将圆筒构件41固定。
另外，图1中所示的旋流生成装置10中所用的筐体11外形成为圆筒状，但并不限定于此，只要是能够在内部形成圆筒空间部11a的形状，则也可以选择箱状或其他的所有形状。
例如，如果是如图2所示那样的圆筒状的筐体11，则能够用比较少量的构成材料来制造，能够抑制生产成本的上升，并且能够相对地实现轻质化。另外，如图5(a)～(b)所示，通过设为在筐体11的一部分具备平坦部17的外形，在使用时能够稳定地放置。
另外，对于从筐体11中突出设置的突设部14，其形状没有特别限制，只要是能够连接用于流入流体的泵等的形状即可。另外，对于突设部14的配置位置，也就是流体导入路的配置位置，也没有特别限制，可以如图6(a)所示，沿着筐体11的轴向靠近被开口的端部来配置，或者相反，可以如图6(b)所示，远离被开口的端部来配置，或者还可以如图6(c)所示，配置于轴向中央位置。
另外，也可以如图7(a)～(b)所示，将流体导入路11b构成为面向内部的圆筒空间部11a的孔，形成省略突设部的构成。
另外，虽然图1所示的旋流生成装置10中所用的筐体11将轴向两端部中的一方的端部开口，但也可以如图8所示，将两侧的端部开口而构成。即，也可以采用在主体部11的两端侧安装的盖部12a、12b上分别设置开口部15的构成。
例如，在仅将一方侧的端部开口而构成的情况下，能够在另一方侧的端部安装的盖部设置其他的流体的导入口而制成流体的混合装置等，使之具有附加功能。相反，在将两侧的端部开口而构成的情况下，能够将流体的流出方向分散为两个方向，并且提高流体的处理效率。
另外，图1的旋流生成装置10的例子中，虽然筐体11的流体导入路11b被朝向筐体11的圆筒空间部11a的轴心方向来设置，然而在本发明的旋流产生装置中，流体导入路的配设方向没有特别限制。本发明的旋流生成装置中，由于经由流体导入路流入到筐体的圆筒空间部的流体通过经由设于圆筒构件的周壁上的孔部流入到圆筒构件内部的圆筒空间部内而产生旋流，因此基本上说，无论筐体的流体导入路的配设方向如何设置，都能够产生旋流。其中，根据与后述的圆筒构件的孔部的位置关系或与配设方向的关系，也可以如图9(a)～(b)所示，将流体导入路11b沿着圆筒空间部11a的切线方向设置，以便使导入于筐体的圆筒空间部的流体在维持原样的流动方向的同时流入到圆筒构件的圆筒空间部内，产生旋流。
另外，筐体的流体导入路并不限于一条，也可以设置多条。例如，在压送流体的高压泵的容量小的情况下，可以如图10(a)～(b)所示，具备多条流体导入路11b，与各条流体导入路11b对应地连接多个高压泵，从而导入更大量的流体。或者，即使在使用一个高压泵的情况下，也可以通过从多条流体导入路11b导入流体，而很容易地经由筐体11的圆筒空间部11a从多个部位以均等的流速向圆筒构件21内导入流体，有效地产生高速旋流。
另外，如图11(a)～(b)所示，最好在流体导入路11b中设置节流部18。通过具备该节流部18，能够在流体穿过之时加快流速，能够更为有效地产生旋流。
(4)圆筒构件
另外，图1的旋流生成装置10中所具备的圆筒构件21被设为轴向截面的直径小于筐体11的圆筒空间部11a的直径。该状态下形成的筐体11的圆筒空间部11a内周面与圆筒构件21的外周面之间的间隙S的大小，可以考虑所导入的流体的粘度等而适当地选择。
另外，图1的旋流产生装置10中，为了将圆筒构件21嵌合在筐体11的盖部12a、12b的凹部15中来进行保持，将圆筒构件21的轴向长度设为与筐体11的圆筒空间部11a的长度相同，然而根据固定的方法不同，也可以使之比筐体11的圆筒空间部11a的长度更短或更长。通过像这样调整圆筒构件21的长度，能够控制旋流的强弱、旋流的产生区域。从而，例如在作为气相产生装置或微细气泡产生装置使用的情况下，能够调整气相的强弱。
另外，也可以如图12(a)～(b)所示，使圆筒构件21的两端部的直径不同地构成。通过如此构成，通过使圆筒空间部21a的内径不同而使在内部产生的旋流的旋转速度不同。从而，在作为气相产生装置或微细气泡产生装置使用的情况下，能够调整在两端部侧产生的气相的厚度(气相的直径)。
另外，虽然圆筒构件21具备多个孔部23，但只要设置至少一个孔部即可。例如，即使在仅具备一个孔部的情况下，也可以通过沿规定方向倾斜地配设，持续规定时间地流入流体，来形成规定的流动，产生旋流。
另一方面，在具备多个孔部的情况下，也可以通过使从筐体的流体导入路导入的流体从多个部位流入到圆筒构件，并持续规定时间地流入流体，来形成规定的流动，产生旋流。
另外，如图1所示，最好将孔部23的配设方向从轴向方向沿规定方向偏移地配置。这是因为，通过如此配置，能够利用流体流入到圆筒构件时的气势，有效地产生旋流。另外，在具备多个孔部的情况下，通过将所有的孔部偏离轴心方向而倾斜规定角度地配置，能够避免流体的流动发生碰撞，且不减弱流体的气势地流入到圆筒构件的圆筒空间部内。从而，能够有效地产生高速旋流。
另外，如图1所示，最好将孔部23朝向筐体11的开口部15侧配置。通过如此配置，能够使流入到圆筒构件的流体旋转的同时，使之向开口方向行进，能够减少因流体的流动发生碰撞而阻碍旋流的产生的情况。
形成于圆筒构件上的孔部的大小没有特别限定，可以根据所导入的流体的性状、所产生的旋流的状态而适当地选择。即，流体的旋流的产生效率根据圆筒空间部的孔部的面积(孔部有多个时为合计面积)相对于端部的开口面积的比率的不同而变化，另一方面，还根据流体的性状，尤其是粘度的不同而变化。例如，通过调整孔部的大小，能够改变流入到圆筒构件内部的流体的分散力。
从而，最好基于这些观点来设定孔部的大小或端部开口的大小。
另外，对于孔部的形状虽然没有特别限定，但可以如图13(a)～(g)所示，适当地选择圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形及其他的不同形状等。
另外，如图1所示，在仅筐体11的一方侧的端部开口的构成的情况下，最好将孔部23沿着圆筒空间部11a的轴向朝向开口的端部侧偏移地配置。通过如此配置，在作为气相产生装置或微细气泡产生装置使用的情况下，如图14所示，能够加长气相产生区域的长度L。
从而，例如在作为混合装置使用旋流生成装置的情况下，由于基于离心力及向心力的关系，重量大的物体被拉向外侧，重量小的物体被拉向气相附近，因此能够延长混合作用起效的时间。即，由于能够通过调整孔部的位置来调整混合作用起效的时间，因此能够将混合程度最佳化。
另外，例如在作为微细气泡产生装置使用旋流生成装置的情况下，随着气相的长度变长，能够延长对所产生的微细气泡赋予静电摩擦的时间。即，能够调整赋予静电摩擦的时间，以便使用了含微细气泡液的净化作用等被最佳化。
另一方面，如图8所示，在筐体11的两侧端部开口的构成的情况下，最好将流体导入路11b配置于圆筒空间部11a的轴向中央位置，并且将孔部23以轴向中央部为中心在两端侧以对称形式配置。通过如此配置，向轴向两侧均等地导入流体，容易以均等的旋转速度产生旋流。从而，能够防止如下情况，即，因在两端侧旋转速度不同而相互阻碍旋流的作用，在圆筒构件内部，作为整体来说难以产生高速旋流。
而且，图15表示图8所示的装置中所用的、将孔部23以轴向中央部为中心在两端侧以对称形式配置的圆筒构件21的例子。
另外，在设有多个孔部的情况下，如图16(a)～(b)所示，最好包含大小相互不同的孔部23a、23b。通过如此构成，能够控制圆筒构件内产生的旋流的流线，即，控制力的强弱。例如，能够利用因孔部的大小不同使流入到圆筒构件内的流体的分散力不同的情况，在圆筒构件内部，使由流体造成的力相互面对，或者相反地使之相互背离，还可以使各自朝向相同方向等，由此控制由流体造成的力的施加方式。
从而，例如在作为混合装置利用旋流生成装置的情况下，能够调整导入气体或液体等被混合物时的压力。因此，能够在将混合对象的两个液体变为乳液时实现节能化等，容易生成所需的旋流。
另外，如图17所示，最好与筐体的流体导入路相同，在孔部23具备节流部28。这是因为，通过具备这种节流部28，能够与上述的流体导入路相同，在流体穿过时加快流速，从而很容易有效地产生旋流。
另外，圆筒构件最好可以更换。通过将圆筒构件设为可更换的，准备如上所述的各种各样的构成的圆筒构件，与所导入的流体匹配地将所需的圆筒构件收容于筐体中来使用，由此能够形成与所有流体对应地有效地产生旋流的旋流生成装置。即，不需要与流体的性状对应地分别准备装置，能够使之具有通用性。这样，无论在导入何种流体的情况下，都可以按照能够最有效地产生旋流的方式来构成。
(5)超声波产生部、温度控制部
另外，虽然未图示，但是筐体或圆筒构件最好具备超声波产生装置、温度控制部。通过具备这种超声波产生装置，能够对流体赋予超声波振动，从而能够很容易地产生微细气泡，或促进流体的混合。另外，通过具备温度控制部，能够在不对流体的组成造成影响的范围内控制流体的温度，并调整为达到容易产生旋流的粘度。
(6)第二圆筒构件
另外，如图18(a)～(b)所示，也可以在圆筒构件21的圆筒空间部21a内，还具备第二圆筒构件51。即，也可以配置具有比圆筒构件21的圆筒空间部21a的直径更小的直径的外周的第二圆筒构件51。
该情况下，第二圆筒构件的构成可以与上述的圆筒构件的构成相同。
(7)组合
通过将这些筐体及圆筒构件在分别改变构成的同时适当地组合而构成，能够构成为如第二～第四实施方式中所说明的那样的气相产生装置、微细气泡产生装置、流体的混合装置，发挥各种功能的装置。这样，由于是比较简易的装置构成，因此不仅能够减小配置空间，而且搬运也很容易，还能够大幅度扩大使用用途。
2.旋流的生成方法
下面，对使用了图1所示的旋流生成装置10的旋流生成方法进行详细说明。
图19表示将在筐体11的突设部14上连接有与加压泵61的喷出口连通的软管63的旋流生成装置10设置于在内部贮存液状流体的槽65内的状态。其中，本发明的旋流的生成方法中，不需要将旋流生成装置设于流体内，也可以作为流体的流路的一部分，配置旋流生成装置而实施。
产生旋流的液状流体没有特别限制，能够适用于水或油、水溶液、污水等各种流体。
该状态下，将液状流体利用加压泵61压送，并经由流体导入路11b流入到筐体11的圆筒空间部11a内。这样，液状流体在筐体11的圆筒空间部11a的内周面与圆筒构件21的外周面之间的间隙S中流动，并且经由孔部23流入到圆筒构件21的圆筒空间部21a内。
然后，因流入到圆筒构件21的圆筒空间部21a内的液状流体沿旋转方向形成规定的流动，并且朝向开口侧端部行进，从而成为旋流而流出。
对于此时产生的旋流的旋转速度等，能够通过改变所压送的流体的压力、孔部的面积(多个的情况下为合计面积)相对于作为要流出的部位即开口部的面积(两个部位的情况下为合计面积)的比来控制。
从而，能够不受流体的性状、泵的容量的限制，有效地生成旋流。
[第二实施方式]
本发明涉及的第二实施方式提供一种气相产生装置，其是利用了第一实施方式中说明的旋流生成装置的气相产生装置，并且具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内，产生旋流的同时，使之从筐体及圆筒构件中流出，从而在旋流的中心部产生气相。
本实施方式的气相产生装置的构成可以制成为与第一实施方式中说明的旋流生成装置相同的构成。即，由于如果是这种构成的气相产生装置，则能够有效地产生高速旋流，因此能够通过调整所导入的流体的压送量，很容易地产生气相。
另外，在作为气相产生装置使用的情况下，能够通过如图12(a)～(b)所示地使圆筒构件21的直径不同地构成、或如图14所示地调整设于圆筒构件21上的孔部23的配置位置、或如图16(a)～(b)所示地使孔部23的大小不同，来将气相产生区域或气相的强弱最佳化，从而获得所需的气相。
另外，在作为气相产生装置使用的情况下，如图20所示，可以通过在一方侧的端部安装的盖部12a上设置开口部15，且在另一方侧的端部安装的盖部12b上设置气体的导入口19，并连接导入气体的软管67等，向旋流的中心部供给气体，并更容易地产生气相。
[第三实施方式]
本发明涉及的第三实施方式提供一种微细气泡产生装置，其是利用了第一实施方式中说明的旋流生成装置的微细气泡产生装置，并且具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，在旋流的中心部产生气相的同时，将液状流体从筐体及圆筒构件中导出，从而在液状流体中产生微细气泡。
本实施方式的微细气泡产生装置的构成可以制成为与第一实施方式中说明的旋流生成装置相同的构成。在这方面，例如如图19所示，可以将在筐体11的突设部14上连接有与加压泵61的喷出口连通的软管63的装置10设于在内部贮存液状流体的槽65内而使用。
如果是这种构成的微细气泡产生装置，则能够有效地产生高速旋流，通过调整所导入的流体的压送量，能够在中心部很容易地产生气相。其结果，在从装置的开口部流出时，滞留于装置外部的流体使旋转急剧地减弱，因此在装置的出口部分上产生急剧的旋转速度差。利用该旋转速度差，将气相连续且稳定地切断，其结果，能够将大量的微细气泡混合在所流出的流体中而排出。
另外，在作为微细气泡产生装置来使用的情况下，通过如第二实施方式中所说明的那样，调整气相产生区域及气相的强弱，能够调整对所产生的微细气泡赋予静电摩擦的时间。从而，能够根据使用含微细气泡液的用途，来控制微细气泡的带电程度。
另外，如第二实施方式中说明的那样，如图20所示，通过在一方侧的端部安装的盖部12a上设置开口部15，且在另一方侧的端部安装的盖部12b上设置气体的导入口19，并连接导入气体的软管67等，能够向旋流的中心部供给气体，而很容易地产生气相。此时，通过适当地选择所供给的气体，能够将所需的气体成分的微细气泡混合到流体中。例如，在作为流体导入水，将所供给的气体设为氧的情况下，能够制造含有氧的微细气泡的氧鼓泡水。
另外，虽然未图示，但是最好筐体或圆筒构件具备超声波产生装置。通过具备这种超声波产生装置，能够对流体赋予超声波振动，能够很容易地产生微细气泡。
[第四实施方式]
本发明涉及的第四实施方式提供一种流体的混合装置，其是利用了第一实施方式中说明的旋流生成装置的流体的混合装置(以下有时称作第一流体混合装置。)，并且具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备至少与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的含有被混合物的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并通过从筐体及圆筒构件中导出，而进行液状流体及被混合物的搅拌混合。
本实施方式的第一流体混合装置的构成可以制成为与第一实施方式中说明的旋流生成装置相同的构成。即，由于如果是这种构成的流体的混合装置，则能够有效地产生高速旋流，因此能够将所导入的含有被混合物的流体高速旋转，并将被混合物有效地且充分地混合。
特别是，本实施方式涉及的第一混合装置在用于将液体与液体、液体与气体、液体与固体分别混合时十分有效。即，由于是利用使液状流体高速旋转的操作的装置，因此只要至少含有液状流体，则无论被混合物的性状如何，都能够有效地进行混合。
此外，当然即使是三种以上不同的液体的混合、液体与气体与固体的混合等多种的混合物，也能够有效地混合。
[第五实施方式]
本发明涉及的第五实施方式提供一种流体的混合装置，其是利用了第一实施方式中说明的旋流生成装置的流体的混合装置(以下有时称作第二流体混合装置。)，并且具备筐体和圆筒构件，该筐体具备至少一方的端部开口的圆筒空间部、和在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路、以及在圆筒空间部的另一方的端部设置的被混合物导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备两侧端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并且经由被混合物导入路向圆筒构件的圆筒空间部内导入被混合物，并将液状流体及被混合物搅拌混合的同时，从筐体及圆筒构件中导出。
本实施方式的第二流体混合装置如图21所示地构成，在第一实施方式中说明的旋流生成装置中，仅在一方的端部安装的盖部12a上设有开口部15，在另一方的端部安装的盖部12b上设置被混合物导入路69，从流体导入路11b和被混合物导入路69分别导入不同的流体。如果是这种构成的流体的混合装置，则由于能够在内部有效地产生高速旋流，因此能够将所导入的不同的流体有效地混合。
另外，本实施方式涉及的第二混合装置中，由于是利用使从流体导入部导入的液状流体高速旋转的操作的装置，因此无论从被混合物导入路导入的被混合物的性状如何，都能够有效地进行混合。从而，被混合物无论是液体、气体、固体的哪种都可以。
另外，对于从流体导入部导入的液状流体，也可以是预先混合其他的被混合物的流体，也可以利用所需的组合，用于三种以上的多种流体的混合。
[第六实施方式]
本发明涉及的第六实施方式提供一种流体喷射喷嘴，其是利用了在第一实施方式中说明的旋流生成装置的流体喷射喷嘴，并且具备筐体和圆筒构件，该筐体具备一方的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的内周面开口的流体导入路，该圆筒构件配置于筐体的圆筒空间部内，且具备与圆筒空间部的开口方向一致的方向的端部开口的圆筒空间部及在该圆筒空间部的周壁上开口的孔部，通过使从流体导入路导入的液状流体经由孔部流入到圆筒构件的圆筒空间部内而产生旋流，并从筐体及圆筒构件中流出。
本实施方式的流体喷射喷嘴的构成可以制成为与第一实施方式中说明的旋流生成装置相同的构成。该流体喷射喷嘴如图22所示，通过安装在使利用泵61等压送的流体穿过的软管67的前端或途中来使用，能够使流体高速旋转的同时进行喷射。
工业上的可利用性
以上，根据本发明，能够对所有流体都有效地产生高速旋流。从而，能够适用于利用了使流体旋转的操作的各种各样的技术领域中。