特許 6999135 混合器、ファインバブル含有流体生成装置、気液混相流体流れ形成方法及びファインバブル含有流体生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-24

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】混合器、ファインバブル含有流体生成装置、気液混相流体流れ形成方法及びファインバブル含有流体生成方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 23/2326 20220101AFI20220111BHJP

   B01F 21/00 20220101ALI20220111BHJP

   B01F 23/20 20220101ALI20220111BHJP

   B01F 25/30 20220101ALI20220111BHJP

   B01F 25/40 20220101ALI20220111BHJP

   B01F 35/71 20220101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

B01F3/04 F

B01F1/00 A

B01F3/04 Z

B01F5/04

B01F5/06

B01F15/02 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2018138004

(22)【出願日】2018-07-23

(65)【公開番号】P2020014984

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2020-05-29

(73)【特許権者】

【識別番号】518261537

【氏名又は名称】株式会社ＰＭＴ

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100180231

【弁理士】

【氏名又は名称】水島 亜希子

(74)【代理人】

【識別番号】100118692

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 菜穂恵

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(72)【発明者】

【氏名】小田島 博道

(72)【発明者】

【氏名】間瀬 暢之

【審査官】山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３０１３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１１１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０００６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７４０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９４３００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ １／００－１７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体と気体とを混合し、ファインバブル発生器へ供給するための気液混相流体を生成する混合器であって、
外管と、
前記外管内に挿入される内管であって、当該内管の一端が前記外管内に位置し、前記液体又は前記気体の一方である第１流体を流通させる第１流路を内部に有する内管と、
前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成され、前記外管における内管挿入側の端部である上流端から前記外管における前記ファインバブル発生器側の端部である下流端に向かって前記液体又は前記気体の他方である第２流体を流通させる第２流路と、
を含み、
前記外管における前記内管の一端と前記下流端との間の領域である下流側領域に、前記ファインバブル発生器の吸入口に生じる負圧が作用することにより、前記第１流路を介して前記第１流体が流入すると共に前記第２流路を介して前記第２流体が流入し、前記下流側領域において、前記液体と前記気体とが断続的に前記下流端に向かって流れる前記気液混相流体の流れを形成している、混合器。

【請求項2】

前記外管は、直線的に延びる管である、請求項１に記載の混合器。

【請求項3】

前記内管は、直線的に延びる管である、請求項１又は２に記載の混合器。

【請求項4】

前記内管は、前記外管の内側に同心状に挿入される、請求項１～３のいずれか一つに記載の混合器。

【請求項5】

前記第１流体は前記気体であり、前記第２流体は前記液体である、請求項１～４のいずれか一つに記載の混合器。

【請求項6】

前記第１流体は前記液体であり、前記第２流体は前記気体である、請求項１～４のいずれか一つに記載の混合器。

【請求項7】

前記気体の流通する前記第１流路又は前記第２流路と、前記下流側領域とからなる流路は、設置状態において略水平に延びるように設けられている、請求項１～６のいずれか一つに記載の混合器。

【請求項8】

液体と気体とを混合し、ファインバブル発生器へ供給するための気液混相流体を生成する混合器と、前記ファインバブル発生器と、を含むファインバブル含有流体生成装置であって、
前記混合器は、
外管と、
前記外管内に挿入される内管であって、当該内管の一端が前記外管内に位置し、前記液体又は前記気体の一方である第１流体を流通させる第１流路を内部に有する内管と、
前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成され、前記外管における内管挿入側の端部である上流端から前記外管における前記ファインバブル発生器側の端部である下流端に向かって前記液体又は前記気体の他方である第２流体を流通させる第２流路と、
を含み、
前記外管における前記内管の一端と前記下流端との間の領域である下流側領域に、前記第１流路を介して前記第１流体が流入すると共に前記第２流路を介して前記第２流体が流入し、前記下流側領域において、前記液体と前記気体とが断続的に前記下流端に向かって流れる前記気液混相流体の流れを形成しており、
前記ファインバブル発生器は、
吸入口を介して前記混合器からの前記気液混相流体を吸入すると共に吸入した前記気液混相流体を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機の吐出口に接続される吐出流路と、
前記吐出流路に設けられ、作動時における前記圧縮機の前記吐出口に作用する背圧を大気圧より高い設定値に維持するように前記吐出流路を開閉することにより、前記気液混相流体に対して所定の高圧力を印加する背圧調整弁と、
を備え、
前記所定の高圧力の印加により前記気液混相流体内の前記気体をファインバブルに微細化し、当該ファインバブルを含有した流体を生成する、ファインバブル含有流体生成装置。

【請求項9】

前記ファインバブル発生器の前記吸入口に生じる負圧が前記下流側領域に作用することにより、前記下流側領域に、前記第１流路を介して前記第１流体が流入すると共に前記第２流路を介して前記第２流体が流入する、請求項８に記載のファインバブル含有流体生成装置。

【請求項10】

前記混合器の前記下流側領域と前記ファインバブル発生器の前記吸入口との間を接続する中間流路を有し、
前記中間流路は、前記気体の流通する前記第１流路又は前記第２流路と、前記下流側領域とからなる流路に合せて略水平に延びるように設けられている、請求項８又は９に記載のファインバブル含有流体生成装置。

【請求項11】

前記圧縮機は、前記吸入口から前記気液混相流体を吸入すると共に当該吸入した前記気液混相流体を圧縮して前記吐出口から吐出する吸入圧縮部を二つ有し、
一方の前記吸入圧縮部が前記吸入口から前記気液混相流体を吸引しているとき、他方の前記吸入圧縮部は前記気液混相流体を圧縮して前記吐出口から吐出する、請求項８～１０のいずれか一つに記載のファインバブル含有流体生成装置。

【請求項12】

二つの前記吸入圧縮部のそれぞれは、
前記吸入口と前記吐出口との間を接続する内部流路と、
前記内部流路から分岐する分岐流路と、
前記分岐流路における前記内部流路と反対側の流路端から挿入され前記分岐流路内に往復動可能に支持されるプランジャーと、
前記プランジャーの基端部に同軸に連結される駆動シャフトを有し、当該駆動シャフトを往復動させる駆動源と、
前記内部流路における前記分岐流路の分岐点と前記吸入口との間に設けられ、前記吸入口から前記吐出口に向かう流れを許容すると共に前記吐出口から前記吸入口に向かう流れを阻止する第１逆止弁と、
前記分岐点と前記吐出口との間に設けられ、前記吸入口から前記吐出口に向かう流れを許容すると共に前記吐出口から前記吸入口に向かう流れを阻止する第２逆止弁と、
を備える、請求項１１に記載のファインバブル含有流体生成装置。

【請求項13】

前記吐出流路における前記背圧調整弁より流れ方向下流側の所定部位に設けられ、前記背圧調整弁の出口に作用する背圧が前記背圧調整弁の前記設定値より低くかつ大気圧より高い設定値に維持するように前記吐出流路を開閉する別の背圧調整弁を、更に含む、請求項８～１２のいずれか一つに記載のファインバブル含有流体生成装置。

【請求項14】

ファインバブル発生器に供給する液体と気体との気液混相流体の流れを形成する気液混相流体流れ形成方法であって、
外管内に挿入され一端が前記外管内に位置する内管の内部の第１流路に、前記液体又は前記気体の一方である第１流体を流通させ、
前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成される第２流路に、前記外管における内管挿入側の端部である上流端から前記外管における前記ファインバブル発生器側の端部である下流端に向かって前記液体又は前記気体の他方である第２流体を流通させる構成とし、
前記外管における前記内管の一端と前記下流端との間の領域である下流側領域に、前記第２流路を介して前記第２流体を流入させる流入工程と、
前記第２流路から前記下流側領域へ流れる前記第２流体の流れの内側に、前記第１流路を介して前記第１流体を流入させることにより、前記下流側領域において、前記液体と前記気体とが断続的に前記下流端に向かって流れる前記気液混相流体の流れを形成する流れ形成工程と、
を含み、
前記ファインバブル発生器の吸入口に生じる負圧を前記下流側領域に作用させる構成とし、
前記流入工程は、前記負圧の作用により、前記下流側領域に前記第２流路を介して前記第２流体を流入させ、
前記流れ形成工程は、前記第２流路から前記下流側領域へ流れる前記第２流体の流れを用いて、前記第１流路内の前記第１流体を前記下流側領域に吸い出すことにより、前記第２流体の流れの内側に、前記第１流路を介して前記第１流体を流入させる、
気液混相流体流れ形成方法。

【請求項15】

前記下流側領域に前記第２流体を流入させる前に、前記第２流路において前記第２流体の流れを層流化処理すること、を更に含む、請求項１４に記載の気液混相流体流れ形成方法。

【請求項16】

前記第１流体は前記気体であり、前記第２流体は前記液体である、請求項１４又は１５に記載の気液混相流体流れ形成方法。

【請求項17】

前記第１流体は前記液体であり、前記第２流体は前記気体である、請求項１４又は１５に記載の気液混相流体流れ形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体と液体とを混合して気液混相流体を生成する混合器及び気液混相流体流れ形成方法と、ファインバブルを含有した流体を生成するファインバブル含有流体生成装置及びファインバブル含有流体生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、直径が１μｍ未満のバブル状の気体や直径がμｍサイズのバブル状の気体を含有する流体が、化学反応、洗浄、塗装、印刷、水処理、化粧品、食品、新機能の技術分野、自動車等の動力機の燃料等の様々な分野で応用され始めている。一般的に、直径１μｍ未満のバブルはウルトラファインバブル又はナノファインバブルと呼ばれ、直径１μｍ未満のバブル及び直径μｍサイズのバブルは総称してファインバブルと呼ばれる。そして、このファインバブルを含有するファインバブル含有流体を生成する装置やその方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－９４３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、ファインバブル含有流体に含まれるファインバブルの単位体積当たりの分散個数であるバブル濃度を高めることが可能であれば、例えば、ファインバブル含有流体を化学反応の分野に用いる場合には、その反応収率のさらなる向上等を図ることができ、また、他の分野においても様々な機能等の向上を図ることができ得る。

【0005】

そこで、本発明は、ファインバブル含有流体に含まれるファインバブルのバブル濃度を高めることができるファインバブル含有流体生成装置及びファインバブル含有流体生成方法と、これらに必要な気液混相流体を生成できる混合器及び気液混相流体流れ形成方法と、を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の混合器の一側面によると、液体と気体とを混合し、ファインバブル発生器へ供給するための気液混相流体を生成する混合器は、外管と、第１流路を内部に有する内管と、第２流路とを含む。前記内管は、前記外管内に挿入される内管であって、当該内管の一端が前記外管内に位置し、前記液体又は前記気体の一方である第１流体を流通させる第１流路を内部に有する。前記第２流路は、前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成され、前記外管における内管挿入側の端部である上流端から前記外管における前記ファインバブル発生器側の端部である下流端に向かって前記液体又は前記気体の他方である第２流体を流通させる。前記混合器は、前記外管における前記内管の一端と前記下流端との間の領域である下流側領域に、前記第１流路を介して前記第１流体が流入すると共に前記第２流路を介して前記第２流体が流入し、前記下流側領域において、前記液体と前記気体とが断続的に前記下流端に向かって流れる前記気液混相流体の流れを形成している。

【0007】

本発明の気液混相流体流れ形成方法の一側面によると、ファインバブル発生器に供給する液体と気体との気液混相流体の流れを形成する気液混相流体流れ形成方法は、外管内に挿入され一端が前記外管内に位置する内管の内部の第１流路に、前記液体又は前記気体の一方である第１流体を流通させ、前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成される第２流路に、前記外管における内管挿入側の端部である上流端から前記外管における前記ファインバブル発生器側の端部である下流端に向かって前記液体又は前記気体の他方である第２流体を流通させる構成とし、流入工程と、流れ形成工程とを含む。前記流入工程では、前記外管における前記内管の一端と前記下流端との間の領域である下流側領域に、前記第２流路を介して前記第２流体を流入させる。前記流れ形成工程では、前記第２流路から前記下流側領域へ流れる前記第２流体の流れの内側に、前記第１流路を介して前記第１流体を流入させることにより、前記下流側領域において、前記液体と前記気体とが断続的に前記下流端に向かって流れる前記気液混相流体の流れを形成する。

【0008】

本発明のファインバブル含有流体生成装置の一側面によると、ファインバブル含有流体生成装置は、前記一側面による前記混合器と、前記ファインバブル発生器とを含む。前記ファインバブル発生器は、圧縮機と、吐出流路と、背圧調整弁とを備える。前記圧縮機は、前記吸入口を介して前記混合器からの前記気液混相流体を吸入すると共に吸入した前記気液混相流体を圧縮して吐出する。前記吐出流路は、前記圧縮機の吐出口に接続される。前記背圧調整弁は、前記吐出流路に設けられ、作動時における前記圧縮機の前記吐出口に作用する背圧を大気圧より高い設定値に維持するように前記吐出流路を開閉することにより、前記気液混相流体に対して所定の高圧力を印加する。前記ファインバブル含有流体生成装置は、前記所定の高圧力の印加により前記気液混相流体内の前記気体をファインバブルに微細化し、当該ファインバブルを含有した流体を生成する。

【0009】

本発明のファインバブル含有流体生成方法の一側面によると、ファインバブル含有流体生成方法は、液体と気体とが断続的に流れる気液混相流体を吸入すると共に吸入した前記気液混相流体を圧縮して吐出可能な圧縮機の作動時に、前記圧縮機の吐出口に作用する背圧を大気圧より高い設定値に維持することにより、前記気液混相流体に対して所定の高圧力を印加することと、前記所定の高圧力の印加により、前記気液混相流体内の前記気体をファインバブルに微細化し、当該ファインバブルを含有した流体を生成することと、を含む。

【発明の効果】

【0010】

前記混合器及び前記気液混相流体流れ形成方法では、液体と気体とが断続的に流れる気液混相流体を生成することにより、ファインバブル発生器へ供給するための前記気液混相流体に含まれる気体の含有体積比率を、例えば、液体中に気体が単に分散して混合された状態の気液混相流体では困難な高い比率まで、容易に高めることができる。

【0011】

前記ファインバブル含有流体生成装置及びファインバブル含有流体生成方法では、気体の含有体積比率が従来よりも高い気液混相流体に対して所定の高圧力を印加することができるため、この高圧力の印加により、前記気液混相流体内の前記気体を容易にファインバブルに微細化することができ、ひいてはファインバブルを高バブル濃度で含有したファインバブル含有流体を容易に生成することができる。

【0012】

このようにして、本発明は、ファインバブル含有流体に含まれるファインバブルのバブル濃度を高めることができるファインバブル含有流体生成装置及びファインバブル含有流体生成方法、並びに、これらに必要な気液混相流体を生成できる混合器及び気液混相流体流れ形成方法と、を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明による混合器及び気液混相流体流れ形成方法、並びに、ファインバブル含有流体生成装置及びファインバブル含有流体生成方法の一実施形態を説明するための概念図である。

【図2】前記混合器の断面図である。

【図3】前記混合器の支持ブロックの断面図である。

【図4】前記混合器の要部拡大断面図である。

【図5】前記ファインバブル含有流体生成装置の動作及び前記ファインバブル含有流体生成方法を説明するための概念図である。

【図6】前記ファインバブル含有流体生成装置の動作及び前記ファインバブル含有流体生成方法を説明するための別の概念図である。

【図7】前記ファインバブル含有流体生成装置を化学反応の用途に適用した場合の概念図である。

【図8】前記混合器の変形例を説明するための要部断面図である。

【図9】前記混合器の別の変形例を説明するための要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明による混合器及び気液混相流体流れ形成方法、並びに、ファインバブル含有流体生成装置及びファインバブル含有流体生成方法の一実施形態を説明するための概念図である。

【0015】

[ファインバブル含有流体生成装置の概略構成]
図１において、ファインバブル含有流体生成装置１００は、混合器１と、ファインバブル発生器２とを含む。混合器１は、気体と液体とを混合し、ファインバブル発生器２へ供給するための気液混相流体を生成（製造）するものであり、ファインバブル発生器２は、混合器１により生成された気液混相流体を吸入・圧縮することで、直径１μｍ未満のバブルであるウルトラファインバブルを含有した流体を生成するものである。本実施形態では、前記気体は水素であり、前記液体は水であるものとする。なお、直径１μｍ未満のバブル及び直径μｍサイズのバブルはファインバブルと呼ばれる。本実施形態では、ファインバブル含有流体生成装置１００は、ウルトラファインバブルを含有した流体を生成（製造）するものとして、以下説明するが、これに限らず、ファインバブルに含まれる直径μｍサイズのバブルを含有した流体を生成することもできる。また、以下では、ファインバブル含有流体生成装置１００、ファインバブル発生器２は、説明の簡略化のため、それぞれバブル含有流体生成装置１００、バブル発生器２という。

【0016】

混合器１には、気体入口３と液体入口４と気液混相流体出口５とが設けられている。気体入口３には、継手３ａを介して外部気体供給流路Ｌ１の一端が接続され、水素供給源６からの水素が外部気体供給流路Ｌ１を経由して所定流量及び所定の低圧力で供給される。外部気体供給流路Ｌ１には、水素供給源６側から順に、開閉弁７、圧力調整器８と、流量調整器９と、水素供給源６側から混合器１側へ向かう流れを許容しその逆の流れを阻止する逆止弁１０とが設けられている。液体入口４には、継手４ａを介して外部液体供給流路Ｌ２の一端が接続されている。外部液体供給流路Ｌ２の他端は、水を貯留する水貯留タンク１１内に位置すると共に、この外部液体供給流路Ｌ２の他端にはサクションフィルタ１２が取り付けられている。気液混相流体出口５には、継手５ａを介して中間流路Ｌ３の一端が接続されている。中間流路Ｌ３の他端は、バブル発生器２の吸入口１３に接続されている。圧力調整器８は水素供給源６からの水素の供給圧を減圧する。特に限定されるものではないが、本実施形態では、圧力調整器８における設定圧は、例えば概ね０．０８ＭＰａに設定されている。

【0017】

バブル発生器２には、吸入口１３と吐出口１４とが設けられている。混合器１により生成された気液混相流体は気液混相流体出口５、中間流路Ｌ３及び吸入口１３を経由してバブル発生器２内に吸入（吸引）される。吐出口１４には、吐出流路Ｌ４の一端が接続され、吐出流路Ｌ４の他端は、生成したファインバブル含有流体を貯留するバブル含有流体貯留タンク１５内で開口している。吐出流路Ｌ４には、吐出口１４側から順に、主背圧調整弁１６と副背圧調整弁１７とが設けられている。主背圧調整弁１６及び副背圧調整弁１７については、後に詳述する。本実施形態では、主背圧調整弁１６が本発明に係る「背圧調整弁」に相当し、副背圧調整弁１７が本発明に係る「別の背圧調整弁」に相当する。特に限定されるものではないが、本実施形態では、外部気体供給流路Ｌ１、外部液体供給流路Ｌ２及び中間流路Ｌ３は、例えば、それぞれ１／８インチのポリエチレン製チューブにより構成され、吐出流路Ｌ４は、１／８インチのステンレス製配管により構成される。

【0018】

[混合器の詳細構造]
次に、混合器１の構造等について詳述する。図２は混合器１の断面図であり、図３は混合器１の後述する支持ブロック１９の断面図であり、図４は混合器１の要部拡大断面図である。

【0019】

本実施形態では、混合器１は、バブル発生器２の吸入口１３に生じる負圧が作用すると共にこの負圧により水（液体）と水素（気体）がそれぞれ流入する下流側領域１８を内部に有し、下流側領域１８において水と水素とを混合し、吸入口１３に供給するための気液混相流体を生成するものである。下流側領域１８については後に詳述する。

【0020】

図２において、混合器１は、支持ブロック１９と、内管２０と、外管２１と、液体導入管２２とを含む。

【0021】

支持ブロック１９は、それぞれ円筒状断面を有する内管２０、外管２１及び液体導入管２２を支持するための部材であり、例えば、ステンレス製（ＳＵＳ３１６）のブロック材を用いて形成されている。

【0022】

図３に示すように、支持ブロック１９は、例えば、矩形断面を有し、直方体状に形成され、支持ブロック１９には、その長手方向一端面から他端面に向かって一方向（図中左右方向）に延びる貫通孔１９ａが開口されると共に、貫通孔１９ａの中間部１９ａ１から分岐して幅方向一端面に向かって一方向（図中上方向）に延びる分岐孔１９ｂが開口されている。貫通孔１９ａ及び分岐孔１９ｂはそれぞれ円形断面を有して延伸している。内管２０は貫通孔１９ａ内に挿入され、外管２１は貫通孔１９ａの前記長手方向一他端面側（図中左側）から貫通孔１９ａ内に挿入され、液体導入管２２は分岐孔１９ｂ内に挿入される。

【0023】

貫通孔１９ａの前記長手方向一端面側（図中右側）の開口部位には、内管２０を支持ブロック１９に固定するための第１継手２０ａ用の第１螺合部１９ａ２が形成される。貫通孔１９ａの中間部１９ａ１の端部（第１螺合部１９ａ２側の端部）から第１螺合部１９ａ２側への所定長の部位の孔径（内径）は、内管２０の外径に合せて形成されており、この部位が内管２０を支持する第１ガイド部１９ａ３を構成する。また、第１ガイド部１９ａ３の孔径は中間部１９ａ１の内径より小さくなるように設定されている。貫通孔１９ａにおける第１ガイド部１９ａ３と第１螺合部１９ａ２との間の部位はテーパー状に形成され、この部位（テーパー状内面）と第１継手２０ａとの間に、第１継手２０ａにより押圧される第１封止部材２０ｂが設けられる。

【0024】

貫通孔１９ａの前記長手方向一他端側（図中左側）の開口部位には、外管２１を支持ブロック１９に固定するための第２継手２１ａ用の第２螺合部１９ａ４が形成される。貫通孔１９ａの中間部１９ａ１の端部（第２螺合部１９ａ４側の端部）から第２螺合部１９ａ４側への所定長の部位の孔径は、外管２１の外径に合せて形成されており、この部位が外管２１を支持する第２ガイド部１９ａ５を構成する。また、第２ガイド部１９ａ５の孔径は中間部１９ａ１の内径より大きくなるように設定されている。貫通孔１９ａにおける第２ガイド部１９ａ５と第２螺合部１９ａ４との間の部位もテーパー状に形成され、この部位と第２継手２１ａとの間に、第２継手２１ａにより押圧される第２封止部材２１ｂが設けられる。

【0025】

分岐孔１９ｂの前記幅方向一端面側（図中上側）の開口部位には、液体導入管２２を支持ブロック１９に固定するための第３継手２２ａ用の第３螺合部１９ｂ１が形成される。分岐孔１９ｂにおける貫通孔１９ａ（つまり中間部１９ａ１）へ開口する部位である開口部１９ｂ２の孔径は、液体導入管２２の外径より小さく、且つ、中間部１９ａ１の内径と同径になるように設定されている。分岐孔１９ｂにおける開口部１９ｂ２の端部（貫通孔１９ａと反対側の端部）から第３螺合部１９ｂ１側への所定長の部位の孔径は、液体導入管２２の外径に合せて形成されており、この部位が液体導入管２２を支持する第３ガイド部１９ｂ３を構成する。分岐孔１９ｂにおける第３ガイド部１９ｂ３と第３螺合部１９ｂ１との間の部位もテーパー状に形成され、この部位と第３継手２２ａとの間に、第３継手２２ａにより押圧される第３封止部材２２ｂが設けられる。

【0026】

内管２０は、外管２１内に挿入される。内管２０は、内管２０の一端２０１が外管２１内に位置し、液体又は気体（つまり、本実施形態では水又は水素）の一方である第１流体を流通させる第１流路を内部に有する。本実施形態では、前記第１流体は気体、つまり、水素である。

【0027】

ここで、上述した下流側領域１８とは、外管２１における内管２０の一端２０１と外管２１におけるファインバブル発生器２側の端部である下流端２１２との間の領域である。したがって、内管２０は、水素を下流側領域１８に導く前記第１流路としての気体流路２０ｃを内部に有し、気体流路２０ｃの一端２０ｃ１（図中左端）が下流側領域１８の一端（図中右端）に開口する。

【0028】

本実施形態では、内管２０は、直線的に延びる管（つまり、直管）であると共に、外管２１の内側に同心状に挿入される。特に限定されるものではないが、本実施形態では、内管２０としては、例えば、１／１６インチのステンレス製配管が用いられる。例えば、内管２０の外径は直径で概ね１．５９ｍｍ、内管２０の内径は直径で概ね０．５ｍｍである。

【0029】

具体的には、内管２０は、支持ブロック１９の貫通孔１９ａを貫通した状態で、両端が支持ブロック１９の長手方向両端面から露出可能な長さを有している。内管２０が貫通孔１９ａ内に挿通された状態で、第１継手２０ａが第１螺合部１９ａ２に螺合して第１封止部材２０ｂを押圧すると、第１封止部材２０ｂは変形し貫通孔１９ａの内面と内管２０の外面との間を密封する。これにより、内管２０は支持ブロック１９に固定される。気体流路２０ｃの他端（第１継手２０ａ）側の開口が混合器１の気体入口３を構成する。

【0030】

外管２１は、内管２０における少なくとも気体流路２０ｃの一端２０ｃ１（言い換えると、内管２０の一端２０１）から所定長に亘る部位の周囲を囲むように設けられる。外管２１の内面と内管２０の外面との間には、液体又は気体の他方である第２流体を流通させる第２流路が形成される。本実施形態では、前記第２流体は液体、つまり、水である。前記第２流路は、外管２１における内管挿入側の端部である上流端２１１から外管２１におけるファインバブル発生器２側の端部である下流端２１２に向かって水を流通させる。したがって、外管２１は、この外管２１の内面と内管２０の外面との間に水を流通させる前記第２流路としての液体流路２１ｃを形成し、液体流路２１ｃの一端２１ｃ１が気体流路２０ｃの一端２０ｃ１の周囲において下流側領域１８の一端に開口する。

【0031】

本実施形態では、外管２１は、その流れ方向下流側端部（つまり、外管２１におけるファインバブル発生器２側の端部である下流端２１２）が気体流路２０ｃの一端２０ｃ１よりも流れ方向下流側に延長して延びる延長管部２１ｄを有し、全体として直線的に延びる管（つまり、直管）である。特に限定されるものではないが、本実施形態では、外管２１としては、内管２０と同様に直管であり、例えば、１／８インチのステンレス製配管が用いられる。例えば、外管２１の外径は直径で概ね３．１８ｍｍ、外管２１の内径は直径で概ね２．１７ｍｍである。

【0032】

本実施形態では、外管２１のうちの延長管部２１ｄの内側に、外管２１における内管２０の一端２０１と外管２１における下流端２１２との間の領域である下流側領域１８が形成されている。換言すると、本実施形態では、下流側領域１８は、外管２１のうちの延長管部２１ｄの内面と、内管２０における一端２０ｃ１側の端面（換言すると、内管２０の一端２０１）とにより区画された円柱状の空間である。下流側領域１８も内管２０（気体流路２０ｃ）と同心状に延伸している。

【0033】

内管２０と外管２１とが互いに重複する２重管部２１ｅの長さは、特に限定されるものではないが、例えば、概ね５０ｍｍであり、下流側領域１８の流れ方向の長さは概ね２０ｍｍである。

【0034】

本実施形態では、気体の流通する前記第１流路としての気体流路２０ｃと、下流側領域１８とからなる流路は、設置状態（使用状態）において略水平に延びるように設けられている。

【0035】

具体的には、外管２１は、その一端部（上流端２１１）が貫通孔１９ａにおける第２ガイド部１９ａ５と中間部１９ａ１との間の段差部に当接するところまで挿入されている。そして、この状態で、外管２１内には内管２０の一端２０１が位置しており、外管２１の他端部（下流端２１２）は支持ブロック１９外に露出している。第２継手２１ａが第２螺合部１９ａ４に螺合して第２封止部材２１ｂを押圧すると、第２封止部材２１ｂは変形し貫通孔１９ａの内面と外管２１の外面との間を密封する。これにより、外管２１は支持ブロック１９に固定される。下流側領域１８のうちの気体流路２０ｃの一端２０ｃ１とは反対側の開口（つまり、下流側領域１８の他端側）が混合器１の気液混相流体出口５を構成する。

【0036】

液体導入管２２は、水を液体流路２１ｃの他端２１ｃ２（入口）に導くための液体導入流路２２ｃを内部に有し、液体導入流路２２ｃの一端が分岐孔１９ｂの開口部１９ｂ２の一端に開口する。これにより、液体導入流路２２ｃを流通した水は、開口部１９ｂ２から導出すると流れの向きを変え、中間部１９ａ１の内面と内管２０の外面との間の隙間からなる円環状の流路を経由して液体流路２１ｃの他端２１ｃ２に導かれる。

【0037】

具体的には、液体導入管２２は、直線的に延びる管（つまり、直管）である。特に限定されるものではないが、本実施形態では、液体導入管２２としては、例えば、外管２１と同じ１／８インチのステンレス製配管が用いられる。例えば、液体導入管２２の外径は直径で概ね３．１８ｍｍ、液体導入管２２の内径は直径で概ね２．１７ｍｍである。液体導入管２２は、その一端部が分岐孔１９ｂにおける第３ガイド部１９ｂ３と開口部１９ｂ２との間の段差部に当接するところまで挿入されている。そして、この状態で、液体導入管２２の他端部は支持ブロック１９外に露出している。第３継手２２ａが第３螺合部１９ｂ１に螺合して第３封止部材２２ｂを押圧すると、第３封止部材２２ｂは変形し分岐孔１９ｂの内面と液体導入管２２の外面との間を密封する。これにより、液体導入管２２は支持ブロック１９に固定される。液体導入流路２２ｃの他端側（開口部１９ｂ２とは反対側）の開口が混合器１の液体入口４を構成する。

【0038】

[気液混相流体の流れ]
次に、混合器１により形成される気液混相流体の流れについて詳述する。

【0039】

混合器１では、外管２１における下流側領域１８に、気体流路２０ｃを介して水素が流入すると共に液体流路２１ｃを介して水が流入し、下流側領域１８において、水と水素とが断続的に下流端２１２に向かって流れる気液混相流体の流れを形成している。

【0040】

本実施形態では、混合器１では、バブル発生器２の吸入口１３に生じる負圧が下流側領域１８に作用することにより、下流側領域１８に、気体流路２０ｃを介して水素が流入すると共に液体流路２１ｃを介して水が流入する。

【0041】

具体的には、バブル発生器２（詳しくは後述する圧縮機３０）が作動することにより、バブル発生器２の吸込み側である吸入口１３に負圧が発生する。この負圧が中間流路Ｌ３及び気液混相流体出口５を経由して下流側領域１８に作用する。負圧が下流側領域１８に作用すると、水貯留タンク１１内の水が、サクションフィルタ１２、外部液体供給流路Ｌ２、液体入口４、液体導入流路２２ｃ（液体導入管２２）、開口部１９ｂ２、中間部１９ａ１（中間部１９ａ１内管２０の外面との間の隙間）、及び、液体流路２１ｃを経由して流通し、液体流路２１ｃの一端２１ｃ１から下流側領域１８に流入する。

【0042】

そして、液体流路２１ｃは、本実施形態では、円環状の流路であり、比較的に流路長の長い流路である。ここで、開口部１９ｂ２から中間部１９ａ１に流れ込む際に、水の流れ方向は急激に変更され、この水の流れは乱され乱流状態になりうる。しかし、乱流状態になっても、その後、この水の流れは、比較的に長い液体流路２１ｃを流通する過程において層流化され、層流化された円環状の流れとなる。そして、本実施形態では、円環状流れの状態で水が液体流路２１ｃの一端２１ｃ１から下流側領域１８に流入すると、その後、円環状流れの水は内管２０における気体流路２０ｃの一端２０ｃ１側の端面の前方を覆うように流れる。このため、この水の流れにより、気体流路２０ｃの一端２０ｃ１の前方側の領域にさらに負圧が発生する。そして、気体流路２０ｃ内の水素（気体）が、バブル発生器２（詳しくは後述する圧縮機３０の作動）により生じる負圧と水の流れにより生じる負圧とにより下流側領域１８内に吸い出され始める。

【0043】

下流側領域１８内に吸い出された水素の周囲には、水が水素の全周に亘って均等に円環状に流れているため、この水の流れと水素との界面において、水の粘性に基づく力が水素に作用する。そのため、下流側領域１８内に吸い出された水素ガスは、例えば、この水の粘性により気体流路２０ｃ内の水素ガスと一体となった状態で、気体流路２０ｃの流路中心線の延長線（図４に示す一点鎖線）上に沿って下流側領域１８内で引き伸ばされる。図４に示すように、下流側領域１８内で引き伸ばされて細長い形状になった水素ガスの長さが長くなると、この細長い形状になった水素ガスにおける流れ方向上流側の部位Ｃが表面張力等により細くなり始める。そして、吸い出された水素ガスの長さがさらに長くなると、吸い出された水素ガスは、この細くなった部位Ｃにおいて気体流路２０ｃ内の水素と分離し、一つの細長い水素バブルになる。この一つの細長い水素バブルは、その後、下流側領域１８内を気液混相流体出口５側に向って、概ね気体流路２０ｃの流路中心線の延長線上に沿って流動する。この一つの細長い水素バブルが気液混相流体出口５側に向って流動すると、上記と同様にして、次の水素の下流側領域１８内への吸い出しが行われ、新たな一つの細長い水素バブルが形成され、以後、この水素バブルの形成が連続的に繰り返される。一方、形成された各水素バブルは、互いに間隔を空けた状態で、下流側領域１８内を気液混相流体出口５側に向って流動する。そして、この流動の際に、各水素バブルは、そのバブル形状が概ね円柱状になるように徐々に変形し、気液混相流体出口５に到達する前には、下流側領域１８（外管２１）の内面に接触し概ね円柱状の水素バブルとして流れている。そして、各水素バブルの全周が下流側領域１８の内面に接触することにより、各水素バブルの流れ方向前後の水は、水素バブルによって分離された水のかたまりになる。その結果、下流側領域１８内における気液混相流体出口５側の領域２１ｄ１において、水と水素バブルが交互に吸入口１３に向かって流れる気液混相流体の流れ（スラグフロー）が形成される。なお、図４で示した下流側領域１８における気液混相流体の流れの状態は、一例を示したものであり、これに限定されるものではない。混合器１は、下流側領域１８において、液体と気体とが断続的に下流端２１２に向かって流れる気液混相流体の流れを形成していればよい。例えば、下流側領域１８における気液混相流体出口５側の領域２１ｄ１において、各水素バブルと外管２１の内面との間に水膜が形成されていてもよいし、各水素バブルに比較的に小さな水素バブルが連結していてもよい。また、各水素バブルの流れ方向前後の水は、水素バブルによって完全に分離されていなくてもよく、部分的に連結していてもよい。そして、隣接する水素バブルの間が比較的に小さな水素バブルにより部分的に連結されていてもよい。

【0044】

このように、本実施形態では、混合器１は、前記負圧が下流側領域１８に作用すると、液体流路２１ｃの一端２１ｃ１から下流側領域１８に流入する水（液体）の流れを用いて、気体流路２０ｃの一端２０ｃ１から気体流路２０ｃ内の水素（気体）を下流側領域１８に吸い出すことによって、下流側領域１８内において、水と水素が断続的に下流端２１２に向かって流れる気液混相流体の流れを形成している。したがって、混合器１では、バブル発生器２の吸入口１３に生じる負圧が下流側領域１８に作用することにより、下流側領域１８に、気体流路２０ｃを介して水素が流入すると共に液体流路２１ｃを介して水が流入することにより、下流側領域１８において、水と水素とが断続的に下流端２１２に向かって流れる気液混相流体の流れを形成している。

【0045】

[気液混相流体流れ形成方法]
次に、気液混相流体流れ形成方法について混合器１を用いた場合を一例に挙げてその概略を説明する。

【0046】

混合器１を用いた気液混相流体流れ形成方法は、バブル発生器２に供給する水と水素との気液混相流体の流れを形成する方法である。気液混相流体の流れを形成する方法では、外管２１内に挿入され一端２０１が外管２１内に位置する内管２０の内部の気体流路２０ｃに、水素を流通させ、外管２１の内面と内管２０の外面との間に形成される流体流路２１ｃに、外管２１における内管挿入側の端部である上流端２１１から外管２１におけるバブル発生器２側の端部である下流端２１２に向かって水を流通させる構成としている。また、本実施形態では、気液混相流体の流れを形成する方法は、バブル発生器２の吸入口１３に生じる負圧を下流側領域１８に作用させる構成としており、負圧作用工程と、流入工程としての水流入工程と、流れ形成工程としてのスラグフロー形成工程とを含む。

【0047】

前記負圧作用工程では、バブル発生器２の吸入口１３に生じる負圧を外管２１における下流側領域１８内に作用させることを含む。

【0048】

前記流入工程としての水流入工程では、負圧の作用により、外管２１における下流側領域１８の一端に開口する液体流路２１ｃの一端２１ｃ１の開口である円環状開口から下流側領域１８に水を流入させることを含む。つまり、前記水流入工程は、外管２１における下流側領域１８に、流体流路２１ｃを介して水を流入させる。そして、本実施形態では、前記水流入工程は、前記負圧の作用により、下流側領域１８に流体流路２１ｃを介して水を流入させている。

【0049】

前記流れ形成工程としてのスラグフロー形成工程では、液体流路２１ｃの一端２１ｃ１の開口である前記円環状開口から下流側領域１８へ流れる水の円環状の流れを用いて、前記円環状開口の内側に開口される気体流路２０ｃ内の水素を下流側領域１８内に吸い出すことにより、下流側領域１８内において、水と水素とが断続的に下流端２１２に向かって流れるスラグフローを形成することを含む。つまり、前記スラグフロー形成工程は、液体流路２１ｃから下流側領域１８へ流れる水の環状の流れの内側に、気体流路２０ｃを介して水素を流入させることにより、下流側領域１８において、水と水素とが断続的に下流端２１２に向かって流れる気液混相流体の流れを形成する。そして、本実施形態では、前記スラグフロー形成工程は、液体流路２１ｃから下流側領域１８へ流れる水の環状の流れを用いて、気体流路２０ｃ内の水素を下流側領域１８に吸い出すことにより、水の環状の流れの内側に、気体流路２０ｃを介して水素を流入させる。

【0050】

また、本実施形態では、混合器１を用いた気液混相流体流れ形成方法は、層流化処理工程を更に含む。この層流化処理工程では、前記水流入工程により下流側領域１８に水を流入させる前に、液体流路２１ｃにおいて水の流れを層流化処理することを含む。なお、気液混相流体流れ形成方法は、気液混相流体の製造方法とも言える。

【0051】

[バブル発生器の詳細構造]
次に、バブル発生器２の構造等について詳述する。

【0052】

図１に示すように、バブル発生器２は、圧縮機３０と、前述した吐出流路Ｌ４と、主背圧調整弁１６と、副背圧調整弁１７とを備えている。

【0053】

前述したように、バブル発生器２の吸入口１３には、混合器１により生成された気液混相流体が下流側領域１８、気液混相流体出口５及び中間流路Ｌ３を経由して吸入される。つまり、本実施形態において、バブル含有流体生成装置１００は、下流側領域１８と吸入口１３との間を接続する中間流路Ｌ３を有する。そして、本実施形態では、中間流路Ｌ３は、設置状態において略水平に延びるように設けられている気体流路２０ｃ及び下流側領域１８からなる流路に合せて、略水平に延びるように設けられている。より具体的には、気体流路２０ｃ、下流側領域１８、中間流路Ｌ３からなる流路の流路中心線が略水平の同一平面上に概ね位置するように構成するとよい。

【0054】

圧縮機３０は、吸入口１３を介して混合器１からのスラグフロー状態の気液混相流体を吸入すると共に吸入した気液混相流体を圧縮して吐出するものである。特に限定されるものではないが、本実施形態では、圧縮機３０は、例えば、最大吐出圧が５ＭＰａ程度、設定吐出流量が０．０１～１００ｍＬ／ｍｉｎ程度の性能を有し、高圧液送可能な機器であり、好ましくは有機溶媒耐性を有する機器を採用する。特に限定されるものではないが、本実施形態では、圧縮機３０の吐出圧は、概ね５ＭＰａに設定されている。この圧縮機３０の一例については後に詳述する。吐出流路Ｌ４は、前述したようにその一端が圧縮機３０の吐出口１４に接続（開口）される。

【0055】

主背圧調整弁１６は、吐出流路Ｌ４に設けられ、バブル発生器２（圧縮機３０）の作動時における圧縮機３０の吐出口１４に作用する背圧を大気圧より高い第１設定値に維持するように吐出流路Ｌ４を開閉することにより、気液混相流体に対して所定の高圧力を印加する弁である。主背圧調整弁１６は、背圧設定値（つまり、前記第１設定値）を変更可能に構成されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、前記第１設定値は、圧縮機３０の最大吐出圧よりも若干低い値に定められ、例えば、概ね４．５ＭＰａである。

【0056】

副背圧調整弁１７は、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６より流れ方向下流側の所定部位に設けられ、主背圧調整弁１６の出口に作用する背圧が主背圧調整弁１６の前記第１設定値より低くかつ大気圧より高い第２設定値に維持するように吐出流路Ｌ４を開閉する弁である。副背圧調整弁１７も、背圧設定値（つまり、前記所定値）を変更可能に構成されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、前記第２設定値は、例えば、概ね２．５ＭＰａである。

【0057】

本実施形態では、圧縮機３０は、吸入口１３から気液混相流体を吸入すると共にこの吸入した気液混相流体を圧縮して吐出口１４から吐出する吸入圧縮部３１を二つ有する。そして、一方の吸入圧縮部３１が吸入口１３から気液混相流体を吸引しているとき、他方の吸入圧縮部３１は気液混相流体を圧縮して吐出口１４から吐出する。

【0058】

具体的には、二つの吸入圧縮部３１、３１のそれぞれは、内部流路３２と、分岐流路３３と、プランジャー３４と、駆動源３５と、第１逆止弁３６と、第２逆止弁３７と、を備える。つまり、圧縮機３０は、いわゆるダブルプランジャー方式の圧縮機構を有するものである。この圧縮機３０は、吐出流・吐出圧の脈動を効果的に低減可能に構成されており、連続的に流体を吸入圧縮して吐出可能な圧縮機である。

【0059】

内部流路３２は、吸入口１３と吐出口１４との間を接続する流路である。一方の吸入圧縮部３１用の内部流路３２と他方の吸入圧縮部３１用の内部流路３２が並列して設けられている。例えば、各内部流路３２の一端は第１Ｔ型継手３８を介して吸入口１３に接続され、各内部流路３２の他端は第２Ｔ型継手３９を介して吐出口１４に接続されている。つまり、本実施形態では、第１Ｔ型継手３８のうちの内部流路３２の接続されていない開口がバブル発生器２の吸入口１３を構成し、第２Ｔ型継手３９のうちの内部流路３２の接続されていない開口がバブル発生器２の吐出口１４を構成する。内部流路３２は円形断面を有している。内部流路３２及び分岐流路３３の断面積は、例えば、混合器１の下流側領域１８や中間流路Ｌ３と同程度の比較的に小断面積に抑えられている。したがって、後述する吸入動作により吸入口１３から内部流路３２及び分岐流路３３内に流入した気液混相流体は、内部流路３２及び分岐流路３３においてスラグフローの状態で取り込まれる。

【0060】

分岐流路３３は、内部流路３２から分岐する流路である。分岐流路３３は内部流路３２の一部を形成する部材であるブロック体３２ａ内においてこのブロック体３２ａ内の内部流路３２に接続する。分岐流路３３は円形断面を有している。

【0061】

プランジャー３４は、分岐流路３３における内部流路３２と反対側の流路端から挿入され分岐流路３３内に往復動可能に支持される。

【0062】

本実施形態では、プランジャー３４は、撹拌翼を有し、駆動源３５の後述する駆動シャフト３５ａと共に往復動しつつ回転する。詳しくは、プランジャー３４は、円柱状に形成され、その円柱頭部に前記撹拌翼がスクリュー状に形成されている。

【0063】

駆動源３５は、プランジャー３４の基端部に同軸に連結される駆動シャフト３５ａを有し、駆動シャフト３５ａを往復動させるものである。駆動源３５としては、いわゆるリニア駆動式の駆動機構を有する電動モータが適用される。

【0064】

本実施形態では、駆動源３５は、駆動シャフト３５ａを往復動させつつ軸心回りに回転させるように構成されている。駆動シャフト３５ａは、分岐流路３３の内径に合せた外径を有した円柱状に形成される。図示省略したが、駆動シャフト３５ａの外面と分岐流路３３の内面との間の微小隙間を密閉するシール部材が駆動シャフト３５ａの外周又は分岐流路３３の内面に設けられている。なお、図示省略したが、圧縮機３０は、二つの吸入圧縮部３１、３１の駆動を制御する制御部を有する。この制御部により、一方の吸入圧縮部３１と他方の吸入圧縮部３１におけるプランジャー３４の往復動及び回転動作が互いに逆方向になるように、各吸入圧縮部３１、３１の駆動のタイミング等が制御される。

【0065】

第１逆止弁３６は、内部流路３２における分岐流路３３の分岐点と吸入口１３との間に設けられ、吸入口１３から吐出口１４に向かう流れを許容すると共に吐出口１４から吸入口１３に向かう流れを阻止する逆止弁である。

【0066】

第２逆止弁３７は、内部流路３２における前記分岐点と吐出口１４との間に設けられ、吸入口１３から吐出口１４に向かう流れを許容すると共に吐出口１４から吸入口１３に向かう流れを阻止する逆止弁である。

【0067】

[バブル含有流体生成装置の動作]
次に、混合器１及びバブル発生器２を備えたバブル含有流体生成装置１００の動作について、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６はバブル含有流体生成装置１００の動作及びバブル含有流体生成装置１００を用いたファインバブル含有流体生成方法を説明するための概念図である。図５は、一方（図中、下側）の吸入圧縮部３１が吸入動作中であり、他方（図中、上側）の吸入圧縮部３１が圧縮動作中である状態を示している。図６は、図５と逆の動作中の状態を示している。なお、混合器１の下流側領域１８には既に水と水素の気液混相流体の流れ（スラグフロー）が形成されているものとして、以下説明する。

【0068】

図５及び図６に示すように、前記制御部により、一方の吸入圧縮部３１と他方の吸入圧縮部３１におけるプランジャー３４の往復動及び回転動作が、互いに逆方向になるように、各駆動源３５の駆動が制御される。

【0069】

例えば、図５に示すように、図中下側の一方の吸入圧縮部３１は、吸入動作を実行する。つまり、一方の吸入圧縮部３１は、プランジャー３４を駆動源３５側に引き込んで吸入方向に移動させると共に回転させる。この吸入動作により、第１逆止弁３６が開弁されると共に第２逆止弁３７が閉弁され、負圧が吸入口１３に発生する。そして、混合器１の下流側領域１８のスラグフロー状態の水と水素の気液混相流体が、気液混相流体出口５、中間流路Ｌ３、吸入口１３、一方の吸入圧縮部３１における内部流路３２を経由して分岐流路３３内に吸入される。この吸入動作中に、図中上側の他方の吸入圧縮部３１は、圧縮動作を実行する。つまり、他方の吸入圧縮部３１は、プランジャー３４を駆動源３５からブロック体３２ａ側に突き出して圧縮方向に移動させると共に回転させる。この圧縮動作により、内部流路３２及び分岐流路３３内の圧力が上昇し、第１逆止弁３６が閉弁されると共に第２逆止弁３７が開弁される。この圧縮動作の前に、他方の吸入圧縮部３１は、前記吸入動作を実行している。したがって、この圧縮動作時において、既に、気液混相流体がスラグフロー状態で内部流路３２及び分岐流路３３内に吸入されている。このため、圧縮動作により、スラグフロー状態の気液混相流体内の水素バブルはプランジャー３４の圧縮方向の移動による内部流路３２及び分岐流路３３内の昇圧により細かく粉砕され始めると共に気液混相流体内の水の中に溶解され始める。この他方の吸入圧縮部３１における圧縮動作の際に、主背圧調整弁１６及び副背圧調整弁１７は適度な開度で吐出流路Ｌ４を開放している。そのため、吐出流路Ｌ４のうち吐出口１４と主背圧調整弁１６との間の領域の圧力は、圧縮機３０の吐出圧である５ＭＰａより若干低い背圧設定値である４．５ＭＰａ程度に維持され、つまり、圧縮機３０の吐出口１４に作用する背圧が高圧に維持されている。そのため、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６より流れ方向上流側の流路内の気液混相流体に高圧力が印加される。詳しくは、内部流路３２のうちプランジャー３４と吐出口１４との間の領域と、吐出流路Ｌ４のうちの吐出口１４と主背圧調整弁１６との間の領域とからなる流路内の気液混相流体に高圧力が印加される。そして、このプランジャー３４から主背圧調整弁１６までの前記流路内において、気液混相流体内の水素バブルは高圧力の印加により容易に細かくせん断、粉砕されてファインバブルのサイズに微細化され、ファインバブルを高バブル濃度で含有した流体が生成される。つまり、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６より流れ方向上流側の流路内では、せん断溶解方式により、ファインバブルを高バブル濃度で含有した流体が生成される。

【0070】

生成されたファインバブルを含有する流体は、主背圧調整弁１６の出口から吐出流路Ｌ４を流通し、副背圧調整弁１７を通過し、バブル含有流体貯留タンク１５内に貯留される。この吐出流路Ｌ４のうち主背圧調整弁１６と副背圧調整弁１７との間の領域の圧力は、主背圧調整弁１６の背圧設定値より低く大気圧より十分に高い副背圧調整弁の設定値である２．５ＭＰａ程度に維持され、つまり、主背圧調整弁１６の出口に作用する背圧が高圧に維持されている。図５に示す一方の吸入圧縮部３１による吸入動作と他方の吸入圧縮部３１による圧縮動作が完了すると、一方の吸入圧縮部３１の動作は圧縮動作に切り替わり、他方の吸入圧縮部３１の動作は吸入動作に切り替わる。その結果、圧縮機３０は、図６に示すように、図５と逆の動作状態となる。バブル発生器２（圧縮機３０）は、この動作の切り替えをプランジャー３４のストローク量等に応じて定める所定のタイミングで実行することにより、ウルトラファインバブルを含有した流体を連続的に生成する。また、バブル発生器２は、吸入した気液混相流体を内部流路３２及び吐出流路Ｌ４の一部を１回のみ流通させるだけで（つまり、１パスで）、ウルトラファインバブルを含有した流体を生成している。このように、バブル含有流体生成装置１００は、所定の高圧力の印加により気液混相流体内の水素バブルをファインバブルのサイズに微細化し、ファインバブルを含有した流体を生成する。

【0071】

ここで、ファインバブルを含有した流体が主背圧調整弁１６を通過すると減圧される。したがって、主背圧調整弁１６の上流側で前記せん断溶解方式によりファインバブルを溶解した水が主背圧調整弁１６を通過すると、圧力低下によって、さらにファインバブルが生成される。つまり、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６より流れ方向下流側の流路内では、加圧溶解方式により、ファインバブルを高バブル濃度で含有した流体が生成される。

【0072】

なお、プランジャー３４は撹拌翼を有しているため、圧縮動作時や吸入動作時に、プランジャー３４が分岐流路３３内で往復動しつつ正回転及び逆回転すると、前記撹拌翼により分岐流路３３内の気液混相流体内の水素バブルがせん断されることにより微小な水素バブルに分断されている。したがって、前記高圧力の印加と合わさってこの撹拌翼によるせん断力も水素バブルに作用している。

【0073】

[ファインバブル含有流体生成方法]
次に、ファインバブル含有流体生成方法についてバブル含有流体生成装置１００を用いた場合を一例に挙げてその概略を説明する。

【0074】

バブル含有流体生成装置１００を用いたファインバブル含有流体生成方法は、高圧印加工程と、ファイバブル含有流体生成工程とを含む。

【0075】

前記高圧印加工程は、水と水素とが断続的に流れるスラグフロー状態の気液混相流体を吸入すると共に吸入した気液混相流体を圧縮して吐出可能な圧縮機３０の作動時に、圧縮機３０の吐出口１４に作用する背圧を大気圧より高い所定値に維持することにより、気液混相流体に対して所定の高圧力を印加することを含む。

【0076】

前記ファインバブル含有流体生成工程は、バブル発生器２の圧縮機３０による前記所定の高圧力の印加により、スラグフロー状態の気液混相流体内の水素バブルを、ファインバブルのサイズに微細化し、ファインバブルを含有した流体を生成することを含む。

【0077】

本実施形態では、ファインバブル含有流体生成方法は、圧縮機３０の吐出口１４に接続される吐出流路Ｌ４に設けられる主背圧調整弁１６により、前記背圧を前記設定値に維持する構成としている。そして、ファインバブル含有流体生成方法は、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６より流れ方向上流側の領域と、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６より流れ方向下流側の領域との二段階で、ファインバブルを含有した流体を生成する。つまり、主背圧調整弁１６の上流側の領域において、前記せん断溶解方式によりファインバブル含有流体を生成しつつ、これに加えて、主背圧調整弁１６の下流側の領域において、前記加圧溶解方式によりファインバブル含有流体を生成している。

【0078】

本実施形態では、ファインバブル含有流体生成方法は、更に、撹拌せん断処理工程と、段階的背圧減圧工程とを含む。

【0079】

前記撹拌せん断処理工程は、スラグフロー状態の気液混相流体の吸入及び圧縮時に、気液混相流体を圧縮機３０のプランジャー３４に設けられた撹拌翼により撹拌することを含む。

【0080】

前記段階的背圧減圧工程は、圧縮機３０の背圧を、吐出流路Ｌ４における流れ方向下流側に向かって、主背圧調整弁１６と副背圧調整弁１７により、段階的に減少させることを含む。なお、ファインバブル含有流体生成方法は、ファインバブル含有流体の製造方法とも言える。

【0081】

次に、本実施形態の混合器１により生成された気液混相流体、及び、バブル含有流体生成装置１００により生成されたファインバブル含有流体の一例について、説明する。以下に説明する一例は、本発明を何ら限定するものではない。

【0082】

混合器１の下流側領域１８内における気液混相流体出口５側の領域２１ｄ１（図４参照）に、水素と水との体積比が概ね１：１である気液混相流体が生成された。つまり、水素と水のスラグフロー状態の気液混相流体に含まれる水素の含有体積比率は、概ね５０％である。圧縮機３０の設定吐出流量を５ｍＬ／ｍｉｎ～５０ｍＬ／ｍｉｎまで変化させると共に外部気体供給流路Ｌ１を流通する水素の流量を流量調整器９により調整することにより、水素の含有体積比率を容易に増減調整することができた。圧縮機３０のいずれの設定吐出流量においても、水素含有体積比率が概ね５０％となるように流量調整器９の流量設定値を調整したところ、いずれの場合においても、水素の含有体積比率が概ね５０％のスラグフローを形成可能なことが確認された。また、気液混相流体内の水素の含有体積比率を、容易に一定に保持可能なことが確認された。

【0083】

バブル含有流体生成装置１００により生成されたファインバブル含有流体内に含有される水素からなるファインバブルの単位体積当たりの分散個数であるバブル濃度は、１ｍＬあたりで１×１０^７個以上であり、ファインバブルの直径（粒径）は概ね１００ｎｍ～２００ｎｍであった。ファインバブル含有流体の供給流量（生成流量）は、圧縮機３０の設定吐出流量に依存し、５ｍＬ／ｍｉｎ～５０ｍＬ／ｍｉｎである。混合器１により生成される気液混相流体内の水素の含有体積比率が略一定に保たれていること等に起因して、生成されたファインバブル含有流体の１ｍＬあたりに含有されるファインバブルのバブル濃度や直径についてのばらつきの分布はほぼ一定に保たれることが確認された。そして、ファインバブルの直径の分布は従来と比較して急峻なピーク性を有し、ばらつきの範囲が狭いことが確認された。圧縮機３０の吐出圧を調整したところ、圧縮機３０により印加する圧力が高いほど、ファインバブルのバブル濃度は増加すると共に、ファインバブルの直径の分布は狭くなることが確認された。なお、測定されたファインバブル含有流体は、前述したように、バブル含有流体生成装置１００のバブル発生器２内を１回のみ流通させて（つまり、１パスで）生成されたものである。必要であれば、バブル発生器２内を循環させて複数回流通させる循環ラインを設けることにより更なるバブル濃度の増加及び直径分布の急峻化を実現できる。

【0084】

以上説明したように、本実施形態に係る混合器１及びこの混合器１を用いた気液混相流体流れ形成方法では、水と水素とが断続的に流れる気液混相流体の流れであるスラグフローを、下流側領域１８内に形成することができる。したがって、バブル発生器２へ供給するための気液混相流体に含まれる水素バブルの含有体積比率を、このスラグフローにより、例えば、液体中に気体が単に分散して混合された状態の気液混相流体では困難な高い比率まで、容易に高めることができる。

【0085】

また、本実施形態に係るバブル含有流体生成装置１００及びこのバブル含有流体生成装置１００を用いたファインバブル含有流体生成方法では、バブル発生器２にスラグフローの状態で気液混相流体を吸入させているため、バブル発生器２に水素バブルの含有体積比率の比較的高い気液混相流体を容易に供給することができる。また、この吸入した気液混相流体を圧縮機３０の背圧を高圧に維持した状態で圧縮することができるため、気液混相流体に容易に所定の高圧力を印加することができる。このため、この高圧力の印加により、気液混相流体内の水素バブルを容易にファインバブルに微細化することができ、ひいてはファインバブルを高バブル濃度で含有したファインバブル含有流体を容易に生成することができる。

【0086】

このようにして、本発明は、ファインバブル含有流体に含まれるファインバブルのバブル濃度を高めることができるバブル含有流体生成装置１００及びファインバブル含有流体生成方法、並びに、これらに必要な水素バブルの含有体積比率の高い気液混相流体を生成できる混合器１及び気液混相流体流れ形成方法と、を提供することができる。

【0087】

また、混合器１は供給する気液混相流体内の水素バブルの含有体積比率を略一定に保つことができる。その結果、体積比率のばらつきに基づく圧縮機３０の故障が回避される。

【0088】

本実施形態では、混合器１における外管２１は、気体流路２０ｃの一端２０ｃ１よりも流れ方向下流側に延長して延びる延長管部２１ｄを有し、全体として直線的に延びる管であり、下流側領域１８は延長管部２１ｄの内側に形成されているものとした。これにより、下流側領域１８の形成が容易になる。

【0089】

本実施形態では、内管２０は直線的に延びる管であるものとした。これにより、外管２１と内管２０とにより、円環状の液体流路２１ｃを容易に形成することができる。また、内管２０は例えばステンレス製配管からなり剛性を有しているため、内管２０の外面と外管２１の内面との間の隙間が所定値に確実に設定される。したがって、水が内管２０の外面と外管２１の内面との間に形成される液体流路２１ｃを流通している際に、この水の流れを乱すことなく、比較的乱れが抑制された状態で、水が下流側領域１８内に導かれる。その結果、下流側領域１８内のスラグフローの乱れが抑制される。

【0090】

本実施形態では、内管２０は、外管２１の内側に同心状に挿入されている。このため、液体流路２１ｃの一端２１ｃ１から下流側領域１８内に流入する水が、下流側領域１８内に吸い出された水素の全周に亘って均等に円環状に流れる。したがって、水素バブルの周方向の形状が均質になるような状態で、水素が安定して下流側領域１８内に吸い出され、異質な形状に起因する水素バブルの流れの乱れの発生が防止される。その結果、下流側領域１８内に、スラグフローがより迅速且つ確実に形成されると共に、乱れの少ないより安定した状態のスラグフローが形成される。

【0091】

本実施形態では、内管２０と外管２１とが互いに重複する２重管部２１ｅの長さは、比較的に長く設定されている。また、本実施形態では、気液混相流体流れ形成方法は、下流側領域１８に水を流入させる前に、液体流路２１ｃにおいて水の流れを層流化処理する層流化処理工程を含んでいる。つまり、液体流路２１ｃの流路長が比較的に長く設定されており、この部分で層流化処理工程が行われる。したがって、水が液体流路２１ｃの他端２１ｃ２に乱流状態で流入したとしても、水の流れは、比較的に長い液体流路２１ｃを流通する過程において層流化される。その結果、下流側領域１８内に、乱れの極めて少ない安定したスラグフローが形成される。

【0092】

本実施形態では、気体の流通する前記第１流路である気体流路２０ｃと、下流側領域１８とからなる流路は、バブル含有流体生成装置１００内への設置状態において、略水平に延びるように設けられている。つまり、下流側領域１８内における水素バブルの浮力の作用方向がスラグフローの流れ方向と直交するように設定されている。これにより、水素バブルの浮力がスラグフローの流れ方向に作用することを防止することができる。したがって、振動等の外力が水素バブルに作用し得る設置環境であっても、振動等の外力及び浮力が作用することに起因して、互いに分離して流れている水素バブルが合体集積されてしまうことが抑制又は防止される。その結果、より均質なスラグフローが形成される。

【0093】

本実施形態では、バブル含有流体生成装置１００は、下流側領域１８と吸入口１３との間を接続する中間流路Ｌ３を有する。そして、中間流路Ｌ３は、気体流路２０ｃと下流側領域１８とからなる流路に合せて略水平に延びるように設けられている。これにより、複数の水素バブルが振動等の外力及び浮力に起因して合体集積することなく、スラグフロー状態の気液混相流体がバブル発生器２に確実に供給される。その結果、より均質なファインバブル含有流体が生成される。

【0094】

本実施形態では、圧縮機３０としては、二つの吸入圧縮部３１を有するいわゆるダブルプランジャー方式の圧縮機構が採用されている。これにより、バブル含有流体生成装置１００は、生成したファインバブル含有流体の吐出流・吐出圧の脈動を効果的に低減した状態で、生成したファインバブル含有流体を外部へ連続的に供給することができる。

【0095】

本実施形態では、圧縮機３０の前記圧縮機構としては、二つの吸入圧縮部３１、３１が採用されている。この二つの吸入圧縮部３１、３１のそれぞれは、駆動源３５を有し、この駆動源３５は、プランジャー３４の基端部に同軸に連結される駆動シャフト３５ａを有し、駆動シャフト３５ａを往復動させる。つまり、駆動源３５は、作動対象のプランジャー３４の軸心方向に駆動シャフト３５ａを往復動させるいわゆるリニア駆動式の駆動機構である。したがって、駆動源３５では、プランジャー３４の往復動方向のストローク長を一般的に用いられるカム方式の駆動機構におけるストローク長よりも、容易に長く設定することができる。このため、圧縮機３０では、吐出流量を高めるために、内部流路３２の内径や分岐流路３３の内径を大きくする必要はない（つまり、ボアアップする必要がない）。したがって、圧縮機３０では、内部流路３２の内径や分岐流路３３の内径を、吸入口１３に接続される比較的に細い内径の中間流路Ｌ３と同程度の細い内径に維持することができる。その結果、圧縮機３０内に導かれたスラグフロー状態の気液混相流体が、内部流路３２内に流入された直後に、内部流路３２内で水素と水とに上下に分離してしまうことを防止することができる。一般的に、このように、気体（水素）と液体（水）とが圧縮機内の流路内で上下に分離してしまうと、気体と液体の混相流体を吸入圧縮し、圧送することは困難になる場合が多い。この点、圧縮機３０は、内部流路３２の内径や分岐流路３３の内径を細く維持することができるため、内部流路３２及び分岐流路３３の断面積は、例えば、混合器１の下流側領域１８や中間流路Ｌ３と同程度の比較的に小断面積に抑えられている。このため、圧縮機３０は、気液混相流体を確実に吸入圧縮して圧送することができる。

【0096】

本実施形態では、駆動源３５は、駆動シャフト３５ａを往復動させつつ軸心回りに回転させ、プランジャー３４は、撹拌翼を有し、駆動シャフト３５ａと共に往復動しつつ回転する。また、本実施形態では、ファインバブル含有流体生成方法は、気液混相流体の吸入及び圧縮時に、気液混相流体を撹拌する撹拌せん断処理工程を含む。これにより、前記高圧力の印加と合わさって、前記撹拌翼によるせん断力も、水素バブルに作用しているため、ファインバブル含有流体がより効果的に生成される。

【0097】

本実施形態では、バブル含有流体生成装置１００は、主背圧調整弁１６の下流側に副背圧調整弁１７が設けられている。また、本実施形態では、ファインバブル含有流体生成方法は、圧縮機３０の背圧を、流れ方向下流側に向かって段階的に減少させる段階的背圧減圧工程を含む。これにより、生成されたファインバブル含有流体が極めて急激に大気圧下に解放されることに起因して、水素がファインバブル含有流体から蒸散してしまうことを防止することができる。その結果、ファインバブル含有流体の品質低下を防止又は抑制することができる。

【0098】

なお、本実施形態では、バブル含有流体生成装置１００により生成したファインバブル含有流体がバブル含有流体貯留タンク１５に一旦貯留される場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、バブル含有流体生成装置１００は、ファインバブル含有流体を必要とする対象へ、ファインバブル含有流体を直接供給するように構成してもよい。

【0099】

図７は、ファインバブル含有流体の直接供給の一例を説明するための概念図である。具体的には、バブル含有流体生成装置１００を化学反応の用途に適用した場合の一例を説明するための概念図である。この一例では、例えば、吐出流路Ｌ４における主背圧調整弁１６と副背圧調整弁１７との間に、三方切替弁４０が設けられている。この三方切替弁４０には、ファインバブル含有流体を、反応器５０を経由して回収タンク５１に導くための供給流路Ｌ５の一端が接続されている。供給流路Ｌ５の他端は、回収タンク５１内で開口している。詳しくは、この供給流路Ｌ５には、三方切替弁４０側から順に、反応器５０、圧力計５２、供給流路側背圧調整弁５３が設けられている。つまり、三方切替弁４０は、主背圧調整弁１６の出口から流出したファインバブル含有流体の流通経路を、バブル含有流体貯留タンク１５へ向かう吐出流路Ｌ４と、反応器５０へ向かう供給流路Ｌ５とに選択的に切替え可能に配置されている。反応器５０は、例えば、特殊化成品の製造工程のうちの水素添加反応工程を構成する部分である。供給流路Ｌ５を経由して反応器５０に導かれたファインバブル含有流体は、前記水素添加反応工程に供され、その後、回収タンク５１側に向って流れ、回収タンク５１内に貯留され、回収される。供給流路側背圧調整弁５３は、副背圧調整弁１７と同じ目的及び機能を有するものである。供給流路Ｌ５において、副背圧調整弁１７と同様に、主背圧調整弁１６より流れ方向下流側の所定部位に設けられ、主背圧調整弁１６の出口に作用する背圧が主背圧調整弁１６の前記第１設定値より低くかつ大気圧より高い第３設定値に維持するように供給流路Ｌ５を開閉する弁である。供給流路側背圧調整弁５３も、背圧設定値（つまり、前記所定値）を変更可能に構成されている。特に限定されるものではないが、前記第３設定値は、副背圧調整弁１７と同じ、例えば、概ね２．５ＭＰａである。供給流路側背圧調整弁５３により、反応器５０を通過するファインバブル含有流体が極めて急激に大気圧下に開放されて、水素がファインバブル含有流体から蒸散してしまうことを防止することができる。その結果、反応器５０へ、良質なファインバブル含有流体が供給される。

【0100】

ここで、所定の対象物を得る化学反応プロセスにおいて、反応収率、つまり、理論上得ることが可能な対象物の最大量（理論収量）に対する実際に得られた物質の量（収量）の比率、は重要なパラメーターである。この反応収率を向上させるためには、（１）供給されるファインバブル含有流体における含まれる気体の含有体積比率が高いこと、（２）ファインバブル含有流体内の分散されているファインバブルの単位体積当たりの分散個数であるバブル濃度が高いこと、（３）ファインバブル含有流体内のバブルの直径が小さく且つ直径のばらつきの分布が狭いこと、が要求される。また、化学反応プロセスにおいて、（４）安定した高い収量等の実現には、供給されるファインバブル含有流体に含まれる気体の含有体積比率が時間的に安定していることが要求される。この点、本実施形態におけるバブル含有流体生成装置１００及びファインバブル含有流体生成方法は、現時点において、上記（１）～（４）の要求に十分に満足し得るファインバブル含有流体を生成することができる。

【0101】

図８及び図９は、それぞれ、混合器１の内管２０の変形例を説明するための要部断面図である。図８に示す変形例では、内管２０として、極薄肉の直管、例えば、肉厚ｔ（つまり管の厚み）が０．１ｍｍ以下の直管が採用されている。また、図９に示す別の変形例では、内管２０は、その一端２０１における管壁内側の角部がテーパー状に加工されてなる拡径部２０ｃ２を有する。この拡径部２０ｃ２における一端２０１において、内管２０の肉厚ｔが極薄肉になっている。気体流路２０ｃを流通する水素は、この拡径部２０ｃ２に沿って下流側領域１８に向かって流れる。つまり、図８及び図９に示す内管２０の一端２０１の肉厚ｔは極めて薄くなっている。このため、液体流路２１ｃの一端２１ｃ１から下流側領域１８に流入する水の流れの近傍に、水素が位置することになる。その結果、水素が気体流路２０ｃの一端２０ｃ１から吸い出され易くなると共に、比較的に水素バブルの形状も安定し得る。

【0102】

なお、本実施形態では、２重管部２１ｅの長さの比較対象の一例として下流側領域１８の流れ方向の長さを挙げ、２重管部２１ｅの長さを特定したが、これに限定されるものではない。２重管部２１ｅの長さは、水の流れを層流化可能であれば任意の長さに設定することができる。また、図示を省略するが、混合器１は、２重管部２１ｅの長さを調整可能な調整機構を有してもよい。具体的には、混合器１は、内管２０の貫通孔１９ａへの挿入長さを調整可能な機構を有してもよいし、外管２１の貫通孔１９ａへの挿入長さを調整可能な機構を有してもよいし、これらの組み合わせたものを有してもよい。

【0103】

また、本実施形態では、主背圧調整弁１６及び副背圧調整弁１７、又は、主背圧調整弁１６及び供給流路側背圧調整弁５３により、圧縮機３０の背圧を流れ方向下流側に向かって二段階に分けて減少させる場合を一例にあげたが、これに限定されるものではない。三段階以上に分けて段階的背圧を減少させてもよい。また、ファインバブル含有流体の品質が要求される品質を満足できる場合は、これらの背圧調整弁を設けなくてもよい。

【0104】

また、内管２０、外管２１、液体導入管２２は、いずれも、円筒断面を有するものとしたが、これに限定されるものでなく、楕円形や四角形等の適宜の断面形状を有するものを採用することができる。本明細書中で、「内管」、「外管」などに使われる「管」の用語は、任意の断面形状を有するものも含む意味で用いられる。また、内管２０、外管２１、液体導入管２２は、ステンレス製の直管であるものとしたが、これに限らず、材質についても適宜の材質を採用することができる。例えば、ステンレスよりも濡れ性が低い（言い換えると、撥水性や疎水性の高い）、ＰＴＦＥなどのポリマーチューブを用いてもよい。また、直管に限らず、滑らかな曲線状に延びる管を採用してもよい。内管２０の中心線は外管２１の中心線に同心であることが望ましいが、これに限定されるものではない。前記中心線が互いに多少ずれていても、本実施形態における混合器１及びこれを備えたバブル含有流体生成装置１００と同程度の効果及び作用を奏することができる。また、内管２０の外面と外管２１の内面との間に全周に亘って隙間が設けられていることが望ましいが、これに限定されるものではない。内管２０の外面の一部と外管２１の内面の一部が接触していても、従来と比較すると、優れた作用効果を奏することができる。

【0105】

また、本実施形態では、バブル含有流体生成装置１００は、下流側領域１８と吸入口１３との間を接続する中間流路Ｌ３を有している。しかし、これに限らず、バブル含有流体生成装置１００は、中間流路Ｌ３を有さず、外管２１がバブル発生器２の吸入口１３に直接的に接続されていてもよい。例えば、外管２１は、円筒断面を有するステンレス製の直管に限らず、前述したように、適宜の断面形状を有するものを採用できると共に、適宜のポリマーチューブ等の適宜の材質のものを採用することができる。この場合、下流側領域１８は、吸入口１３の近傍まで延びている。

【0106】

また、本実施形態における混合器１及び気液混相流体流れ形成方法では、バブル発生器２の吸入口に生じる負圧を下流側領域１８に作用させ、主に、この負圧の作用により、下流側領域１８に水と水素を吸い出して、スラグフローを形成することとしたが、これに限らない。例えば、外部液体供給流路Ｌ２等の流体流路２１ｃの上流側の流路にポンプを設け、このポンプにより水を下流側領域１８に押し込むことで、下流側領域１８にスラグフローを形成してもよい。

【0107】

また、本実施形態では、内管２０の内部の第１流路（気体流路２０ｃ）を流通する第１流体は気体（水素）であり、外管２１の内面と内管２０の外面との間に形成される第２流路（液体流路２１ｃ）を流通する第２流体は液体（水）であるものとした。つまり、前記第１流体は気体であり、前記第２流体は液体であるものとした。しかし、これに限らず、前記第１流体は液体であり、前記第２流体は気体であるものとしてもよい。つまり、内管２０の内部の第１流路に液体を流通させ、外管２１の内面と内管２０の外面との間の第２流路に気体を流通させてもよい。この場合においても、下流側領域１８に、スラグフローを形成できることが確認された。

【0108】

また、気液混相流体は、水と水素からなるものとしたが、液体と気体の種類は用途に応じた種類のものを選択することができ、液体種、気体種として限定されるものではない。装置を連結することにより、複数種の気体を一つの液種に分散させることも可能である。酸化反応である燃焼工程に着目すれば、軽油やガソリンなどの液体燃料を液体として、空気や酸素を気体として用いれば、内燃機関などの燃焼器、燃料噴射装置などに応用され得る。さらに、化学反応において、不均一系(固体）触媒を反応器内に留置すれば、気液固の３相混合状態での化学反応に応用され得る。

【0109】

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0110】

１…混合器
２…バブル発生器（ファインバブル発生器）
１３…吸入口
１４…吐出口
１６…主背圧調整弁（背圧調整弁）
１７…副背圧調整弁（別の背圧調整弁）
１８…下流側領域
２０…内管
２０ｃ…気体流路（第１流路）
２０ｃ１…気体流路の一端
２１…外管
２１ｃ…液体流路（第２流路）
２１ｃ１…液体流路の一端
２１ｄ…延長管部
２１ｅ…２重管部
３０…圧縮機
３１…吸入圧縮部
３２…内部流路
３３…分岐流路
３４…プランジャー
３５…駆動源
３５ａ…駆動シャフト
３６…第１逆止弁
３７…第２逆止弁
１００…バブル含有流体生成装置（ファインバブル含有流体生成装置）
２０１…内管の一端
２１１…上流端
２１２…下流端
Ｌ３…中間流路
Ｌ４…吐出流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】