特許 7115753 流体システム及びその検査装置、検査方法並びに流体システムの制御方法及び制御プログラム

(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】2022-08-01

(45)【発行日】2022-08-09

(54)【発明の名称】流体システム及びその検査装置、検査方法並びに流体システムの制御方法及び制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   B01F 35/214 20220101AFI20220802BHJP

   B01F 23/2373 20220101ALI20220802BHJP

   B01F 25/10 20220101ALI20220802BHJP

   B01F 25/434 20220101ALI20220802BHJP

   B01F 35/21 20220101ALI20220802BHJP

   F28F 27/00 20060101ALI20220802BHJP

   G01L 13/00 20060101ALI20220802BHJP

【ＦＩ】

B01F35/214

B01F23/2373

B01F25/10

B01F25/434

B01F35/21

F28F27/00 511J

G01L13/00 C

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2019114980

(22)【出願日】2019-06-20

(65)【公開番号】P2021000599

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2021-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】509089340

【氏名又は名称】株式会社塩

(74)【代理人】

【識別番号】100137969

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 憲昭

(74)【代理人】

【識別番号】100104824

【弁理士】

【氏名又は名称】穐場 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100121463

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 哲也

(72)【発明者】

【氏名】小方 聡

(72)【発明者】

【氏名】駒澤 増彦

(72)【発明者】

【氏名】木下 ▲れい▼一

(72)【発明者】

【氏名】大木 勝

(72)【発明者】

【氏名】駒澤 心

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 啓

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許第０３２７４３００（ＥＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－０１５８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２７４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０２７６０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１６５７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０９１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７３９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５７８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１３４８８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ １／００ － ５／２６

Ｂ０１Ｆ １５／００ － １５／０６

Ｂ０５Ｂ １／００ － ３／１８

Ｂ０５Ｂ ７／００ － ９／０８

Ｇ０１Ｆ １／００ － １／３０

Ｇ０１Ｆ １／３４ － １／５４

Ｇ０１Ｆ ３／００ － ９／０２

Ｇ０１Ｎ １／００ － １／４４

Ｇ０１Ｌ ７／００ － ２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００ － ２７／０２

Ｇ０５Ｄ ７／００ － ７／０６

Ｇ０５Ｄ １１／００ － １１／１６

Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査装置であって、
流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する圧力損失計測手段と、
流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とを切り替えて流路に供給する切り替え手段と、
を有し、切り替え手段によって、切り替え供給される、流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とについて得られる、圧力損失計測手段からの圧力損失の値を比較して、流体特性変化素子の稼働状態を検査するようにしたことを特徴とする、
流体システムの検査装置。

【請求項2】

圧力損失計測手段は、流路の２点の圧力測定孔の流圧の差を検出する差圧計を有することを特徴とする請求項１に記載の流体システムの検査装置。

【請求項3】

圧力損失計測手段は、流路の２点の圧力測定孔の流圧をそれぞれ計測する一組の圧力計を有し、圧力計の夫々で計測される圧力の差の値を求めるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の流体システムの検査装置。

【請求項4】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査装置であって、
流体特性変化素子を通す前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段と、
流体特性変化素子を通した後の前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段と、
を有し、第１の圧力損失計測手段からの流体特性変化素子を通す前の流体の圧力損失の値と、第２の圧力損失計測手段からの流体特性変化素子を通した後の流体の圧量損失の値とを比較して、流体特性変化素子の稼働状態を検査するようにしたことを特徴とする、
流体システムの検査装置。

【請求項5】

第１及び第２の圧力損失計測手段は、各々、流路の２点に圧力測定孔を設けて、夫々の圧力の差を検出するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の流体システムの検査装置。

【請求項6】

第１及び第２の圧力損失計測手段は、各々、流路の２点の圧力測定孔の流圧の差を検出する差圧計を有することを特徴とする請求項５に記載の流体システムの検査装置。

【請求項7】

第１及び第２の圧力損失計測手段は、各々、流路の２点の圧力測定孔の流圧をそれぞれ計測する一組の圧力計を有し、圧力計にて計測される圧力の差の値を求めるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の流体システムの検査装置。

【請求項8】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、
流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、
から成る流体システムにおいて、
流体変化特性素子の稼働状態を検査するために請求項１乃至７のいずれかの検査装置が設けられていることを特徴とする流体システム。

【請求項9】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、
流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、
から成る流体システムにおいて、
流体特性変化素子の稼働状態を流体の流路における圧力損失にて検出する圧力損失計測手段が設けられ、
圧力損失計測手段からの圧力損失の値に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御手段を更に有してなり、
流体システムは、更に
流路を流れる流体の流量を検査する流量検査手段と、
流路を流れる流体の温度を測定する温度測定手段とを有し、
制御手段は、圧力損失計測手段からの圧力損失の値と流体検査手段で検査された流体の流量と温度測定手段からの測定温度とに基づき、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を制御するようにしたことを特徴とする流体システム。

【請求項10】

流体特性変化素子は、
収納体と、
収納体に収納されて、流体に流動特性を与える内部構造体と、
を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の流体システム。

【請求項11】

内部構造体は、
共通の軸部材上に、拡散部分と、流動特性付与部分とを有し、
拡散部分は、錐体形又はドーム形であって、流体を特定方向に拡散し、
流動特性付与部分には、軸部材上の外周面に多数の突出部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の流体システム。

【請求項12】

内部構造体は、共通の軸部材上の拡散部分と流動特性付与部分との間に、更に渦巻発生部分を有し、渦巻発生部分は、拡散部分によって拡散された流体に渦巻流を発生させるようにし、流動特性付与部分には、渦巻発生部分からの渦巻流となった流体が与えられることを特徴とする請求項１１に記載の流体システム。

【請求項13】

利用装置は、流体特性変化素子からの流体の特性が変化した流体を利用する機器であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の流体システム。

【請求項14】

利用装置は、熱交換器であって、流体特性変化素子からの流体の熱量をもって、対象機器から流れてくる流体の持つ熱量との交換を行い、チラーを経由して流体特性変化素子に対して流体を循環することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の流体システム。

【請求項15】

利用装置は、洗浄及び／又は冷却を行う機器であって、流体特性変化素子からのファインバブルを含む流体が供給され、機器から回収された流体は濾過器を経由し循環することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の流体システム。

【請求項16】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査方法であって、
流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する圧力損失計測手段を準備するステップと、
流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とを切り替えて流路に供給するステップと、
流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とが切り替え供給されて得られる、圧力損失計測手段からの圧力損失の値を比較するステップと
圧力損失の値を比較により、流体特性変化素子の稼働状態を検査するステップと、
から成ることを特徴とする、
流体システムの検査方法。

【請求項17】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査方法であって、
流体特性変化素子を通す前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段を準備するステップと、
流体とする変化素子を通した後の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段を準備するステップと、
第１の圧力損失計測手段からの圧力損失の値と、第２の圧力損失計測手段からの圧力損失の値とを比較して、流体特性変化素子の稼働状態を検査するステップと、
から成ることを特徴とする流体システムの検査方法。

【請求項18】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、
流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、
流体特性変化素子の稼働状態を流体の流路における圧力損失にて検出する圧力損失計測手段とから成る流体システムの制御方法において、
圧力損失計測手段からの圧力損失の値に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有してなり、
圧力損失計測手段から出力される、流体特性素子を通す前の流体の流路における圧力損失の値を基準値として記憶する記憶ステップと、
圧力損失計測手段から出力される、流体特性変化素子を通した後の流体の流路における圧力損失の値と基準値とを比較する比較ステップと、を更に有し、
制御ステップは、比較ステップの比較結果に基づき、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を制御するようにしたようにしたことを特徴とする流体システムの制御方法。

【請求項19】

比較ステップにより、流体特性変化素子を通した流体の流路における圧力損失の値が基準値より一定程度大きいことを検査した場合に、制御ステップによって、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を許可するようにした請求項１８の流体システムの制御方法。

【請求項20】

記憶ステップにより、流体特性素子を通さない流体の流路における圧力損失の値に基づき求められる基準値として上限基準値と下限基準値を記憶するようにし、
比較ステップにより、流体特性変化素子を通した流体の流路における圧力損失の値が上限基準値と下限基準値との間にあること検査した場合に、制御ステップによって、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を許可するようにした請求項１９の流体システムの制御方法。

【請求項21】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、
流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、
流体特性変化素子を通す前の流路の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段と、
流体特性変化素子を通した後の流路の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段と、
第１、第２の圧力損失計測手段による圧力損失の比較により、流体特性変化素子の稼働状態を検出する検出手段と、
から成る流体システムの制御方法において、
検出手段により検出された流体特性変化素子の稼働状態に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有することを特徴とする、流体システムの制御方法。

【請求項22】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、
流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、
流体特性変化素子の稼働状態を流体の流路における圧力損失にて検出する圧力損失計測手段と、
から成る流体システムの制御プログラムであって、
制御プログラムは、圧力損失計測手段からの圧力損失の値に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有してなり、
圧力損失計測手段から出力される、流体特性素子を通す前の流体の流路における圧力損失の値を基準値として記憶する記憶ステップと、
圧力損失計測手段から出力される、流体特性変化素子を通した後の流体の流路における圧力損失の値と基準値とを比較する比較ステップと、を更に有し、
制御ステップは、比較ステップの比較結果に基づき、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を制御するようにしたことを特徴とする流体システムの制御プログラム。

【請求項23】

供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、
流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、
流体特性変化素子を通す前の流路の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段と、
流体特性変化素子を通した後の流路の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段と、
第１、第２の圧力損失計測手段による圧力損失の比較により、流体特性変化素子の稼働状態を検出する検出手段と、
から成る流体システムの制御プログラムであって、
制御プログラムは、検出手段により検出された流体特性変化素子の稼働状態に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有することを特徴とする流体システムの制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体の特性を変化させる流体特性変化素子を備えた流体システムの検査装置、検査方法、制御方法及び制御プログラムに関する。流体特性変化素子は、供給流体に対してマイクロバブルやウルトラファインバブルなどの微細気泡（ファインバブル）を発生する素子や、供給流体を撹拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる素子であって、流体の分子間の連結構造に変化をもたらすと考えらえている素子を含む。本発明の流体システムは、ファインバブル利用機器、熱交換器、洗浄・冷却装置などの各種システムに適用可能である。

【背景技術】

【0002】

従来より、ファインバブル発生のための装置として、本願出願人により、特許第６２４５３９７号、第６２４５４０１号に係る発明が提案されている。更には、他の特許出願人によって、ＷＯ２０１４／２０４３９９号や特表２０１６－５３６１３９号に係る発明が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６２４５３９７号

【文献】特許第６２４５４０１号

【文献】ＷＯ２０１４／２０４３９９号

【文献】特表２０１６－５３６１３９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これらの特許文献１～４に開示された発明によれば、供給される流体について、流体特性変化素子によって、流体の特性が変化していることの定量的な確認が難しい場合がある。流体特性変化素子によって、例えばファインバブルを発生できるものの、発生しているファインバブルの発生を定量的に測定するための計測装置は、高倍率のカメラ等の静止画や動画の画像撮影の設備が必要となる。更には、ウルトラファインバブル（１マイクロメータ以下のサイズのバブル、従来はナノバブルと称されていた微細気泡）を検査するには、光学的な検査はできないため、ナノ粒子ブラウン運動追跡法などによらなければならず、装置が大規模なものとなる。また、ファインバブルが含まれているであろう流体を採取してそれを検査装置にかけることで時間がかかり、流体特性素子の動作をリアルタイムで確認すること、つまり本来のレベルでの稼働がなされているのか否かをリアルタイムで判定することは、極めて困難であった。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みて開発されたものである。本発明の目的は、流体の特性を変化させる流体特性変化素子を含む流体システムにおいて、流体特性変化素子が本来の機能を実現しているのかを簡便に検査する、具体的には、流体の圧力損失の検出手段（流体特性変化素子からの流体が通る管の摩擦係数の検出手段としても同義である）によって検査する検査装置を実現することにある。そして、このような検査に基づき、流体特性変化素子から供給される流体を利用する利用装置の動作を、最適にリアルタイムで制御する制御方法や制御プログラムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題を解決するために、次のような構成にしてある。即ち、その一実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査装置である。検査装置は、流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する圧力損失計測手段と、流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とを切り替えて流路に供給する切り替え手段と、を有する。切り替え手段によって、切り替え供給される、流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とについて得られる、圧力損失計測手段からの圧力損失の値を比較して、流体特性変化素子の稼働状態を検査する。

【0007】

本発明の他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査装置である。検査装置は、流体特性変化素子を通す前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段と、流体特性変化素子を通した後の前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段と、を有する。第１の圧力損失計測手段からの流体特性変化素子を通す前の流体の圧力損失の値と、第２の圧力損失計測手段からの流体特性変化素子を通した後の流体の圧量損失の値とを比較して、流体特性変化素子の稼働状態を検査する。

【0008】

本発明の他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、から成る流体システムである。流体システムには、流体特性変化素子の稼働状態を流体の流路における圧力損失にて検出する圧力損失計測手段が設けられ、圧力損失計測手段からの圧力損失の値に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御手段を更に体の供給を制御するようにした制御手段を更に有してなる。流体システムは、更に流路を流れる流体の流量を検査する流量検査手段と、流路を流れる流体の温度を測定する温度測定手段とを有し、制御手段は、圧力損失計測手段からの圧力損失の値と流体検査手段で検査された流体の流量と温度測定手段からの測定温度とに基づき、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を制御する。

【0009】

本発明の他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査方法である。検査方法は、流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する圧力損失計測手段を準備するステップと、流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とを切り替えて流路に供給するステップと、流体特性変化素子を通す前の流体と、流体特性変化素子を通した後の流体とが切り替え供給されて得られる、圧力損失計測手段からの圧力損失の値を比較するステップと圧力損失の値を比較により、流体特性変化素子の稼働状態を検査するステップと、から成る。
本発明の他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態を検査する流体システムの検査方法である。検査方法は、流体特性変化素子を通す前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段を準備するステップと、流体とする変化素子を通した後の流体が通過する流路の２点間の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段を準備するステップと、第１の圧力損失計測手段からの圧力損失の値と、第２の圧力損失計測手段からの圧力損失の値とを比較して、流体特性変化素子の稼働状態を検査するステップと、から成る。

【0010】

本発明の他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、流体特性変化素子の稼働状態を流体の流路における圧力損失にて検出する圧力損失計測手段とから成る流体システムの制御方法である。制御方法は、圧力損失計測手段からの圧力損失の値に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有してなり、圧力損失計測手段から出力される、流体特性素子を通す前の流体の流路における圧力損失の値を基準値として記憶する記憶ステップと、圧力損失計測手段から出力される、流体特性変化素子を通した後の流体の流路における圧力損失の値と基準値とを比較する比較ステップと、を更に有し、制御ステップは、比較ステップの比較結果に基づき、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を制御するようにしたようにする。
本発明の他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、流体特性変化素子を通す前の流路の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段と、流体特性変化素子を通した後の流路の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段と、第１、第２の圧力損失計測手段による圧力損失の比較により、流体特性変化素子の稼働状態を検出する検出手段とから成る流体システムの制御方法である。制御方法は、検出手段により検出された流体特性変化素子の稼働状態に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有する。

【0011】

本発明の更に他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、流体特性変化素子の稼働状態を流体の流路における圧力損失にて検出する圧力損失計測手段と、から成る流体システムの制御プログラムである。制御プログラムは、圧力損失計測手段からの圧力損失の値に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有してなり、圧力損失計測手段から出力される、流体特性素子を通す前の流体の流路における圧力損失の値を基準値として記憶する記憶ステップと、圧力損失計測手段から出力される、流体特性変化素子を通した後の流体の流路における圧力損失の値と基準値とを比較する比較ステップと、を更に有し、制御ステップは、比較ステップの比較結果に基づき、流体特性変化素子からの流体システムへの流体の供給を制御するようにする。
本発明の更に他の実施形態によれば、供給流体に対してファインバブルを発生するか、又は供給流体を攪拌・拡散或いはせん断して、流体の特性を変化させる流体特性変化素子と、流体特性変化素子からの流体を利用する利用装置と、流体特性変化素子を通す前の流路の圧力損失を検出する第１の圧力損失計測手段と、流体特性変化素子を通した後の流路の圧力損失を検出する第２の圧力損失計測手段と、第１、第２の圧力損失計測手段による圧力損失の比較により、流体特性変化素子の稼働状態を検出する検出手段と、から成る流体システムの制御プログラムである。制御プログラムは、検出手段により検出された流体特性変化素子の稼働状態に応じて、流体特性変化素子からの利用装置への流体の供給を制御するようにした制御ステップを有する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、流体の特性を変化させる流体特性変化素子の稼働状態（期待されている機能の実現の状態）を、流体特性変化素子を通した流体の流路の圧力損失に従って検査できることになる。具体的には、例えば、流体特性変化素子を通す前の流体が通過する流路の２点間の圧力損失と、流体特性変化素子を通した後の流体が通過する流路の２点間の圧力損失との値を比較することで検査することができる。その結果、流体特性変化素子を通した流体を利用する利用装置への供給の制御が簡便に、つまり装置が大型化をまねくことなく、しかも検査に多大な時間を要することなく行える。

【図面の簡単な説明】

【0013】

以下の詳細な記述が以下の図面と合わせて考慮されると、本願のより深い理解が得られる。これらの図面は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

【図1】本発明の原理を説明するための模式図である。

【図2】本発明の原理を説明するための円管路と圧力損失を示す図である。

【図3】本発明の流体システムの検査装置の第１の構成例を示す図である。

【図4】検査装置に用いられる流体特性変化素子の一例の側面透視図である。

【図5】流体特性変化素子の内部構造体の３次元斜視図である。

【図6】流体特性変化素子の内部構造体の側面分解図である。

【図7】流体特性変化素子の内部構造体の突出部の配列状態を説明する図である。

【図8】検査装置にて検出された流体特性変化素子を通す前の流体の圧力損失と、流体特性変化素子を通した後の流体の圧力損失とを比較したグラフを示す図である。

【図9】流体特性変化素子を通す前の流体の圧力損失及び流体特性変化素子を通した後の流体の圧力損失の理論値との差を示す図である。

【図10】本発明による第１の実施形態に係る流体システムを示す図である。

【図11】第１実施形態に係る流体システムの制御装置の動作フローを示す図である。

【図12】本発明による第２の実施形態に係る流体システムを示す図である。

【図13】本発明による第３の実施形態に係る流体システムを示す図である。

【図14】本発明の流体システムの検査装置の第２の構成例を示す図である。

【図15】本発明による第４の実施形態に係る流体システムを示す図である。

【図16】第４実施形態に係る流体システムの制御装置の動作フローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

まず、本発明の原理を、図１を参照して説明する。水平におかれた円管路Ｃに図面の左から右に流体、例えば水を流すと特定の距離Ｌで、圧力損失ΔＰが生じることがわかっている。このような円管路Ｃの中央に、流体の特性を変化させる流体特性変化素子Ｓを配置して、この流体特性変化素子Ｓを通す前の流体と、流体特性変化素子Ｓを通した後の流体の圧力損失ΔＰ１とΔＰ２に注目する。なお、ΔＰ１の大きさは、流体特性変化素子Ｓに至る前は同じ大きさとなるため、ΔＰ１の傾きの直線として、距離（横軸）と圧力（縦軸）の関係をグラフに描くことができる。そして、流体特性変化素子Ｓの間では、より大きな圧力損失がかかると考えられるため、距離と圧力の関係に変化が生じる。流体特性変化素子Ｓを通った後の流体は、流体特性変化素子Ｓの影響を受けていないとするならば、同じ距離Ｌでの圧力損失ΔＰ２は、流体特性変化素子Ｓの通過前の圧力損失ΔＰ１と同じになるはずである。つまり、同じ傾きの直線で距離と圧力の関係はグラフに描けるはずである。しかし、後ほど述べるとおり、ΔＰ２は、ΔＰ１よりも大きくなり、直線の傾きはより大きいものとなる（図１のΔＰ２＞ΔＰ１）。

【0015】

図１の円管路Ｃでの流体の圧力損失ΔＰ１とΔＰ２の差分を検討する前に、まずはシンプルなモデルでの検討を進める。図２は、円管路Ｃに流した流体の圧力損失をマノメータ（液柱形圧力計）で測定する場合を示したものである。この場合において、ダルシー・ワイスバッハ（Ｄａｒｃｙ－Ｗｅｉｓｂａｃｈ）の式によると、

【数1】

となることが知られている。ここで、円管路Ｃの内径（直径）をｄ、２つのマノメータＭ１、Ｍ２の間の直線距離をＬ、流体の密度をρとし、流体の速度（流速）をＶ、管摩擦係数をλとする。図２のように、水柱の位置にて示される圧力（静圧）をｐ１、ｐ２とした場合、圧力損失ΔＰは、ΔＰ＝ｐ１－ｐ２である。

【0016】

なお、円管路Ｃを流れる流体の流量Ｑは、流速Ｖに比例し、円管路Ｃの断面積に流速Ｖを乗じたものとなる。つまり、次式の関係となる。

【数2】

【0017】

そして、流体の流れが、乱流領域にあり、円管路Ｃの内壁が滑らかの場合に適用できるブラジウス（Ｂｌａｓｉｕｓ）の実験式では、管摩擦係数λは次の通り、レイノルズ数（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ ｎｕｍｂｅｒ）Ｒｅの－１／４乗に比例する（Ｒｅが３×１０の３乗～１×１０の５乗の範囲に限る）。

【数3】

ここで、レイノルズ数は、次のように定義されている。μは、流体の粘度である。

【数4】

従って、これらの式から、圧力損失ΔＰを次のように記載することができる。

【数5】

但し、この係数Ｃ１は、

【数6】

となる。その結果、理論的には、圧力損失ΔＰ（＝ｐ１－Ｐ２）は、流速Ｖの１．７５乗に比例することになる。式（２）によって、流速Ｖと流量Ｑは比例関係にあるため、圧力損失ΔＰは、流量Ｑの１．７５乗に比例することになる。
また、管摩擦係数λに着目すると、

【数7】

となる。但し、この係数Ｃ２は、

【数8】

となる。従って、管摩擦係数λは、理論的には、流速Ｖの－０．２５乗に比例することとなる。よって、管摩擦係数λは、式（２）によって、流量Ｑの－０．２５乗に比例することになる。

【0018】

以上の考察から、図１において、流体が流体特性変化素子Ｓを通る前の圧力損失ΔＰ１は、流速Ｖ或いは流量Ｑの１．７５乗に従った値となることが予測される。一方、流体が流体特性変化素子Ｓを通った後の圧力損失ΔＰ２は、流体の特性が変化することで、ΔＰ１とは、異なる値となること、或いは、流速Ｖや流量Ｑについて、その１．７５乗に比例しない異なる変化をするものと考えられる。例えば流体特性変化素子Ｓによって、流体にファインバブル（マイクロバブルやウルトラファインバブル）などの微細気泡が含まれるようになると、流体の乱れが増えることで、実際に、ΔＰ２は、ΔＰ１よりも大きな値となる（ΔＰ２＞ΔＰ１）。この点については、後述の通り実験にて証明されている。

【0019】

以上が、本発明の原理であるが、流体の流体特性変化素子Ｓを通す前の圧力損失ΔＰ１と流体特性変化素子Ｓを通した後の圧力損失ΔＰ２とを実際に計測し、流体特性変化素子Ｓの稼働状態を検査する流体システムの検査装置の第１の構成例につき、図３を参照して説明する。１は、流体を溜めるタンク（水槽）である。このタンク１の流体を、循環して使用することとする。勿論、流体特性変化素子Ｓを通した流体は消費されて、新たな流体を順次供給し続ける流体システムを想定した場合は、流体を循環して使用する必要はない。このタンク１から、流体は、ポンプ２によって吸い上げられ、配管を通り、バルブ３を経由し、切替弁４を通して、流体特性変化素子Ｓに供給される。流体特性変化素子Ｓにおいて、流体の特性に変化が加えられ圧力損失計測装置５に供給される。切替弁４によって、流体特性変化素子Ｓを経由することなく、つまり、流体特性変化素子Ｓを通す前の流体を圧力損失計測装置５に供給することもできる。

【0020】

圧力損失計測装置５には、フランジ５－１、５－２の間に円管路Ｃが設けられ、流体特性変化素子Ｓを経由した流体または、切替弁４からの流体特性変化素子Ｓを経由しない流体（つまり、流体特性変化素子Ｓを通過する前の流体）が供給される。円管路Ｃには、円管路Ｃを流れる流体の流量を測るための流量計５－３が設置され、更に、円管路Ｃの距離Ｌを隔てた２点の圧力（静圧又は静圧力：ｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の差分を測るための差圧計（マノメータ）５－４が設けられている。この差圧計５－４は、円管路Ｃの表面に小穴（圧力測定孔）を開けて、流体の流れる面の流体の静圧を計測するもので、差圧トランスジューサーとマノメータの組み合わせでもよく、２点の圧力をそれぞれ計測する一組の圧力計（圧力トランスジューサーなどを含む）の差を取る機器でもよい。いずれにしても、距離Ｌを隔てた円管路Ｃの圧力損失ΔＰを計測する。そして、フランジ５－２を経由した流体は、バルブ６を経由して、流体を利用する利用装置７を経由してタンク１に戻る。バルブ３にて、流体特性変化素子Ｓ或いは圧力損失計測装置５に供給する流体の流量の大きさ（従って流体の速度）を大小制御することができ、バルブ６にて、利用装置７に供給する流体の流量を加減することができる。また、タンク１に蓄えられる流体の温度を計測する温度計８が設けられている。

【0021】

本発明において、流体特性変化素子Ｓは、いかなるタイプのものでも適用可能であり、上述した特許文献１～４のいずれか或いはそれ以外のタイプの流体特性変化素子を用いることができる。この流体特性変化素子は、流体にファインバブルを発生するものや、流体を撹拌・拡散あるいはせん断して、流体の特性を変更する素子で、流体の分子間の連結構造に変化をもたらすと考えられる素子を含む。ここでは、特許文献１にて開示したファインバブル発生機能を持つ流体供給管１０を用いる。図４は流体供給管１０の側面透視図、図５は流体供給管１０の内部構造体２０の３次元斜視図であり、図６は、流体供給管１０の側面分解図である。流体供給管１０は、内部構造体２０及び管本体３０を備える。

【0022】

管本体３０は、流入側部材３１と、流出側部材３４から構成される。流入側部材３１と流出側部材３４とは、円筒形の中が空いている管の形態を有する。流入側部材３１は、一端部に所定の直径の流入口３８を有し、他の端部側には流出側部材３４との接続のために内周面をねじ加工することによって形成された雌ねじ３２を含む。流入口３８側にはナット１１が一体として形成される。流入側部材３１は両端部の内径、即ち、流入口３８の内径と雌ねじ３２との内径とが違い、流入口３８の内径が雌ねじ３２の内径より小さい。流入口３８と雌ねじ３２との間にはテーパー部３３が形成されている。

【0023】

流出側部材３４は、一端部に所定の直径の流出口３９を有し、他の端部側には流入側部材３１との接続のために外周面をねじ加工することによって形成された雄ねじ３５を備える。流出側部材３４の雄ねじ３５の外周面の直径は流入側部材３１の雌ねじ３２の内径と同一である。流出口３９側にはナット１２が一体として形成される。ナット１２と雄ねじ３５との間には筒形部３６及びテーパー部３７が形成される。流出側部材３４は両端部の内径、即ち、流出口３９の内径と雄ねじ３５との内径が違い、流出口３９の内径が雄ねじ３５の内径より小さい。流入側部材３１の内周面の雌ねじ３２と流出側部材３４の外周面の雄ねじ３５とのねじ結合によって流入側部材３１と流出側部材３４が連結されることで、管本体３０が形成される。

【0024】

管本体３０の上記構成は一実施形態に過ぎない。例えば、流入側部材３１と流出側部材３４との連結は上記したねじ結合に限定されないし、当業者に知られた機械部品の結合方法はどれでも適用可能である。また、流入側部材３１と流出側部材３４との形態は、図６の形態に限定されないし、設計者が任意に選択したり、流体供給管１０の用途によって変更したりすることができる。流入側部材３１又は流出側部材３４は、例えば、スチールのような金属、又はプラスチックから成る。

【0025】

図４乃至図６を一緒に参照すれば、流体供給管１０は、内部構造体２０を流出側部材３４に収納した後に、流出側部材３４の外周面の雄ねじ３５と流入側部材３１の内周面の雌ねじ３２とを結合させることによって構成されることが理解される。内部構造体２０は、例えば、スチールのような金属からなった円柱部材を切削や研削等により加工する方法又はプラスチックを成形する方法等によって形成される。内部構造体２０は、円錐形の流体拡散部２２と、渦巻発生部２４と、バブル発生部２６と、ドーム形の誘導部２８を備える。

【0026】

本実施形態において流体拡散部２２は上記円柱部材の一端部を円錐の形態に加工（例えば、スピニング）することで形成されることができる。流体拡散部２２は流入口３８を経て流入側部材３１に流入される流体を管の中心部から外側へ、即ち、半径方向へ拡散させる。

【0027】

渦巻発生部２４は、上記円柱部材の一部を加工して形成されたものであり、図５に示されたように、断面が円形である軸部分と、３個の螺旋状に形成された翼とからなる。図６を参照すれば、本実施形態において、渦巻発生部２４の長さａ２は流体拡散部２２の長さａ１よりは長くて、バブル発生部２６の長さａ４よりは短いことが理解される。また、流体拡散部２２の断面積が最大である部分の半径は渦巻発生部２４の半径（渦巻発生部２４の軸部分の中心から翼の先端までの距離）より小さい。渦巻発生部２４の翼の各々は、その先端が軸部分の円周方向に互いに１２０°ずつずらし、軸部分の一端から他端まで外周面に所定の間隔をあけて反時計まわりに螺旋状に形成されている。本実施形態では翼の個数を３個にしたが、このような実施形態に限定されない。また、渦巻発生部２４の翼の形態は、流体拡散部２２を過ぎながら拡散されて渦巻発生部２４に進入した流体が、各翼の間を通過する間に渦巻流を起こすことができる形態であれば特に制限されない。本実施形態では、渦巻発生部２４は、内部構造体２０を管本体３０に収納した時に、管本体３０の流出側部材３４の内周面に近接する程度の外径を有する。

【0028】

バブル発生部２６は、円柱部材の下流側、即ち、流体拡散部２２及び渦巻発生部２４を形成した後の下流側部分を加工して形成する。本実施形態では、渦巻発生部２４とバブル発生部２６との間には、長さａ３の連結部２５が存在する。この場合、渦巻発生部２４の直径はバブル発生部２６の直径と同一であるので、連結部２５は同一の直径をもつが、渦巻発生部２４の軸部の直径が小さく、バブル発生部の軸部の直径が大きい場合は、テーパーをつければよい。

【0029】

図５に示されたように、バブル発生部２６の円形の断面を有する軸部分の外周面に多数の突出部（凸部）が網状に形成されている。突出部を外周面から見ると（平面的に見た場合）ほぼ菱形形状となっている。それぞれの突出部は、軸部分の外周面から外側へ向かって突出するように、例えば、円柱部材を切削加工、研削加工、旋削加工、エンドミル加工を単独または組み合わせて遂行することによって形成されることができる。より具体的に説明するならば、それぞれの突出部の形成方法は、例えば、図７に図示されたように、円柱部材の長さ方向に対して９０度の方向に一定の間隔を持つ複数のライン５１と、上記長さ方向に対して所定の角度（例えば、６０度）を持つ一定の間隔のライン５２を交差させ、ライン５１とライン５１との間を一回ずつ飛ばして切削すると共に、傾いたライン５２とライン５２との間を一回ずつ飛ばして切削する。このようにして、軸部分の外周面から突出する外周面がほぼ菱形の複数の突出部が上下（円周方向）、左右（軸部分の長さ方向）に一つずつ飛ばして規則的に形成される。また、本実施形態では、バブル発生部２６は、内部構造体２０を管本体３０に収納した時、管本体３０の流出側部材３４の内周面に近接する程度の外径を有する。

【0030】

更に、内部構造体２０の下流側の末端の部分をドーム形に加工して誘導部２８を形成する。流体は、誘導部２８によって中心に向かって誘導される。その後、流体はテーパー部３７を過ぎて流出口３９を通じて流出される。

【0031】

次に、流体が流体供給管１０を通過する間の流動について説明する。インペラ（羽根車）が右折又は左折する（時計回り又は反時計回りに回転する）ポンプ２によってタンク１から吸い上げられた流体は、配管（図３参照）を経て流入口３８を通じて流入された流体は、流体供給管１０に供給される。流体は、図４乃至図６の流体供給管１０の流入側部材３１のテーパー部３３の空間を過ぎて流体拡散部２２にぶつかり、流体供給管１０の中心から外側に向かって、即ち、半径方向へ拡散される。流体拡散部２２は流入された流体が効果的に渦巻発生部２４に進入するように流体を誘導する作用を行う。拡散された流体は渦巻発生部２４の反時計方向に螺旋状に形成された３個の翼の間を通過して行く。流体は渦巻発生部２４の各翼によって強烈な渦巻流になって、連結部２５を過ぎてバブル発生部２６に送られる。

【0032】

そして、流体はバブル発生部２６の軸部分の外周面に規則的に形成された複数の突出部の間を通る。これらの複数の菱形突出部は複数の狭い流路を形成する。図７にて説明したように、ライン５１で規定される流路は、軸部分に、例えば１２本形成（軸部分の円周について３０度間隔となる）されている螺旋流路となり、ライン５１で規定される流路は、例えば軸部分に、１４本形成されている円環の閉流路となる。そして、この２系統の流路は軸体上で交差する交差流路となる。この場合、上流の渦巻発生部２４からたとえば、反時計周りの渦巻流として流体が供給されるため、ライン５２で規定される螺旋流路に流れる流体の勢い（速度）が、ライン５２で規定される円環の閉流路に流れる流体の勢い（速度）に比べて大となる。そして、狭い交差流路を上流から下流に流れる中で、流体は衝突を繰り返す。そして、このような流路を経由することで、流体の撹拌・拡散或いはせん断を誘発する。

【0033】

また、内部構造体２０は、流体が、断面積が大きい上流（渦巻発生部２４）から断面積が小さい下流（バブル発生部２６の複数の突出部の間に形成された交差流路）へ流れる構造を有する。この構造は以下に説明するように流体の圧力を変化させる。流体に外部エネルギーが加えられない状態での圧力、速度、及び位置エネルギーの関係は次のようなベルヌーイ方程式（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ’ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）として表される。

【数9】

ここで、Ｐは流線内の一点での圧力、つまり、静圧又は静圧力、ρは流体の密度、Ｖはその点での流動の速度、ｇは重力加速度、ｈは基準面に対するその点の高さ、Ｋは定数である。上記方程式として表現されるベルヌーイ定理は、エネルギー保存法則を流体に適用したものであり、第１項は、圧力のエネルギー（静圧）、第２項は運動エネルギー（動圧）、第３項は位置エネルギーに相当し、流れる流体に対して流線上ですべての形態のエネルギーの合計はいつも一定であるということを説明する。ベルヌーイ定理によると、断面積が大きい上流では、流体の速度が遅くて静圧は高い。これに対して、断面積が小さい下流では、流体の速度が速くなり静圧は低くなる。

【0034】

流体が液体である場合、低くなった静圧が液体の飽和蒸気圧に到達すると液体の気化が始まる。このようにほぼ同一の温度において静圧Ｐがきわめて短い時間内に飽和蒸気圧Ｐｖより低くなって（水の場合、３０００－４０００Ｐａ）液体が急激に気化する現象をキャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）と称する。流体供給管１０の内部構造はこのようなキャビテーション現象を誘発する。キャビテーション現象によって液体のうちに存在する１００ミクロン以下の微小な気泡核を核として液体が沸騰したり溶存気体の遊離によって小さい気泡が多数生じたりする。すなわち、流体がバブル発生部２６を通じながら多数のマイクロバブルやウルトラファインバブルを含むファインバブル（微細気泡）が発生する。

【0035】

また、流体が、水の場合、１つの水分子が他の４個の水分子と水素結合を形成するが、この水素結合ネットワークを破壊することは容易ではない。そのために、水は水素結合を形成しない他の液体に比べて沸点や融点が非常に高く、高い粘度を示す。水の沸点が高い性質は優秀な冷却効果をもたらすので、加工装置分野あるいは工作機械分野では、冷却水として頻繁に用いられるが、水分子の大きさが大きくて加工箇所への浸透性や潤滑性は良くないという問題がある。そこで、通常は水でない特殊な潤滑油（例えば、切削油）を単独に、または、水と混合して用いる場合も多い。ところで、流体供給管１０を用いれば、上記したキャビテーション現象によって水の気化が起き、その結果、水の水素結合ネットワークが破壊されると考えられる。また、気化によって発生するファインバブルは流体（水）の浸透性及び潤滑性を向上させる。浸透性の向上は結果的に冷却効率を増加させる。

【0036】

バブル発生部２６を通過した流体は、下流側に設けられたドーム形の誘導部２８によって流体供給管１０の中心に向かって誘導される。その後、流体はテーパー部３７を過ぎて流出口３９を通じて流出される。流体供給管１０などの流体特性素子Ｓを経由した流体は、ファインバブルを含むため、冷却効果や洗浄効果を上げる効果がある。従って、利用装置７では、流体のそのような効果を利用することができる。
なお、内部構造体２０の形状は、上述した図５に示すものに限らず、例えば、共通の軸体上に拡散部分と、流体特性付与部分とを有するものであればよい。拡散部分の形状は、錐体形状であればよく、円錐形のほか角錐形も含まれ、流体を特定方向に、例えば流体の流入方向に対して一定の角度をもった方向に誘導するものであればよい。流体特性付与部分は、軸部材の外周面に多数の突出部が配列され、流体が繰り返し衝突を起こし、流体を撹拌・拡散或いはせん断する流路（或いは交差流路）が設けられておればよく、その形状も、突出部の形状も、平面上で見たときにほぼ菱形となるものに限られるものではない。例えば、特許文献３のようにエーロフォイル形（翼形）であってもよい。また、内部構造体は、特許文献４ように、シャフトにより、ノッチ（切り欠き）が形成された円盤状要素を複数（多数）つないだものでもよい。内部構造体は、このように種々変形、変更できる。

【0037】

次に、図３の検査装置で、流体特性変化素子Ｓとして、次の諸元をもつ流体供給管１０や円管路Ｃ等を用いて、実証実験を行った結果について述べる。
流体供給管１０の諸元：
型番：本特許出願人の製造販売に係る流体せん断装置ＳＩＯ（３／８インチ）
管本体３０の入側径：３８ｍｍ
管本体３０の出側径：２６ｍｍ
管本体の全長：１４１．８ｍｍ
管本体３０の材質：ＳＵＳ
内部構造体２０の材質：砲金
円管路Ｃの諸元：
管の内径：１５ｍｍ
管の外径：２５ｍｍ
管の長さ（フランジ５－１、５－２の間の長さ）：１０００ｍｍ
差圧計５－４の取付位置（静圧の計測箇所）：流入口から６００ｍｍ、９００ｍｍ
管の計測穴の直径：０．５ｍｍ
流体の諸元：
流体：水道水
水温：２１．６～２２．０度
流量：０～２２．５リッター／分（Ｌ／ｍｉｎ）

【0038】

以上のような条件で、流体特性変化素子Ｓを通さない場合の流体の圧力損失ΔＰ１と流体特性変化素子Ｓを通した場合の流体の圧力損失ΔＰ２（図１参照）の計測を、切替弁４の切換え操作により流路の切り替えを実現し、更に、バルブ３の調整で、円管路Ｃに流れる流体の流量Ｑを変化させながら行う。
図８は、その結果を示すグラフであり、横軸に流量Ｑ（リッター／分：Ｌ／ｍｉｎ）、縦軸に圧力損失ΔＰ（パスカル：Ｐａ）をとる。図の白丸は、流体特性変化素子Ｓを通さない場合の流体ΔＰ１であり、これは、次のべき乗関数のグラフ上に乗っている。

【数10】

この式の定数（Ｃｏｎｓｔ）は、グラフのフィッティング操作で、３．８５と求まっている。ところで、この式（１０）は、式（２）の通り、流体の流量Ｑと速度Ｖとは比例関係にあるので、式（５）で求めた関係と同義のことを言っている。
つまり、流体特性変化素子Ｓを通さない場合の流体の圧力損失ΔＰ１は、流速Ｖ又は流量Ｑの１．７５乗に比例する結果となり、完全に理論式と合致している。

【0039】

一方、図８にある通り、流体特性変化素子Ｓを通した場合の流体の圧力損失ΔＰ２は、図の黒丸で示されており、特に流量Ｑが１１Ｌ／ｍｉｎを超えると式（１０）で示すグラフと差がひらいている。つまり、実験したサイズの流体供給管１０は、流量Ｑが１１Ｌ／ｍｉｎ以上で、流体特性の変化が顕著に起きている、具体的には、ファインバブルが発生している又はキャビテーション現象によって、飽和蒸気圧に達した（その結果、流体の分子間の連結構造に変化が生じている可能性がある）ことを示すものと考えられる。
そして、圧力損失ΔＰ１、ΔＰ２と理論値との差は、図９からも明らかなとおり、流量Ｑが１１Ｌ／ｍｉｎを超えると、ΔＰ２については大きく出てくる（２０Ｐａ～１４０Ｐａ：圧力損失ΔＰの値の１０％程度）ことがわかる。ΔＰ１の理論値との差は、流量Ｑにかかわらずほぼない。

【0040】

このように、流体特性変化素子Ｓを通した場合には、圧力損失ΔＰ２が、流体特性変化素子Ｓを通さない場合の圧力損失ΔＰ１に比較して大きくずれが生じてくることから、ΔＰ１を、流量Ｑや必要なら温度Ｔの関数ΔＰ１（Ｑ、Ｔ）として、基準値テーブルに数値データのセットとして、或いは基準値を定める関数のパラメータとして求めておく。そして、流体特性変化素子Ｓを動作させたときに、測定される圧力損失ΔＰ２（Ｑ，Ｔ）の値の大きさを基準値（ΔＰ１（Ｑ，Ｔ））と比較すれば、流体特性変化素子Ｓの稼働状態の検査ができる。この場合、基準値は、理論値（式（５）、式（６））から求めてもよい。つまり、流体特性変化素子Ｓが本来の機能状態を保って機能しているのか、それとも何らかの原因によって、稼働していないのかが、基準値との比較で確認でき、従って必要な制御や管理ができることになる。

【0041】

以上の知見に基づいて、流体特性変化素子Ｓが含まれる流体システムの制御について、以下説明する。図１０は、流体システムの第１実施形態である。本システムでは、流体は流体供給システム３００の中のタンク１に蓄えられ、流体特性変化素子Ｓにて流体の特性が変化されたのちに、図３の利用装置７に対応する対象機器４００で使用され消費される（流体は循環しない）。従って、タンク１には、流体供給が常になされることになるが、タンク１は必ずしも必要なく、例えば、水道管に直結され流体（水道水）が常に供給されるようにしたものでもよい。このような水道水を直接利用する流体システムとしては、家庭内の洗面・風呂・洗濯・洗浄等の流体システムなどがある。同様に、工場やオフイス、店舗でも水道水を直接利用する流体システムに適用できる。あるいは、ファインバブルを含む水を利用する農業、水産分野あるいはその他の分野の水処理のための流体システムに適用できる。また、食材、例えば米や農作物、鮮魚などの洗浄にも用いられる。更には、地下水や井戸水、汚染水の浄化など水処理システムに適用できる。加えて、特定の流体を使用する流体システムであれば、タンク１に適宜、当該流体を補給しながら利用することになる。そのような対象機器は、種々の製造・生産機械であり、種々の物品（食品、薬品、エマルジョン燃料など）の製造や生産に流体特性変化素子Ｓからの流体を利用することができる。

【0042】

タンク１からは、ポンプ２にて流体は汲み上げられ、流量計５－３にて流量が計測されてから圧力損失計測装置５に供給されて、バルブ６を経由して対象機器４００に流体が与えられる。また、タンク１の流体の温度は温度計８にて計測される。流体供給システム３００は、上述のタンク１、ポンプ２、流体特性変化素子Ｓ、流量計５－３、圧力損失計測装置５、温度計８を含み、図３で示した流体システム検査装置と同様の構成をもっている（同じ機能を実現する箇所には同じ符号を付している）。勿論、対象機器４００で必要とする水量などに応じて、夫々の機器の処理能力や機器サイズを変更することは当然である。
そして、本実施形態では、制御装置３０１を備えていて、内部には、図示をしないがマイクロコンピュータなどの処理プロセッサやメモリを含んでいて、流量計５－３からの流量Ｑ、圧力損失計測装置５からの圧力損失ΔＰ２、温度計８からの温度Ｔが与えられ、適切な数値が得られたならば、バルブ６を開放し、流体特性変化素子Ｓを経た流体を対象機器４００に供給するが、不適切な数値が得られた場合、特に圧力損失計測装置５からの圧力損失ΔＰ２が適切でない場合は、バルブ６を閉めて流体の供給を停止し、その旨をランプ３０２で示すようにする。勿論、ランプ３０２の代わりに、或いは同時にブザーで知らせるようにしてもよく、異常の内容（例えば、温度Ｔと、圧力損失ΔＰ２の異常や、流量Ｑの異常などの内容）まで表示するディスプレイを設けるようにして使用者（管理者）に知らせるようにしてもよい。

【0043】

この場合、制御装置３０１内の内部メモリには、流体の使用温度範囲で許容される圧力損失ΔＰ２についての基準値（これは、流体特性変化素子Ｓを通す前の円管路Ｃにおける圧力損失ΔＰ１の値を基準値としてもよく、或いは上述した理論式で求めてもよい）が予め求められて数値テーブルとして記憶されている。基準値につき、より具体的に説明すると、所定の温度範囲毎に、流量Ｑに対して圧力損失ΔＰ２の許容範囲を示す閾値が一枚ずつテーブル化されている。この閾値は、特性変化素子Ｓを通していない圧力損失値ΔＰ１（或いは図９にて示した理論値）との差（開き）を示す許容範囲の下限値（下限基準値）のみであってもよく、又は、この下限値に対して、ある比率をかけるなどして求める上限値（上限基準値）とのセットでもよい。このほか、所定の温度範囲毎の理論値を求めるための上述した式（１０）の係数Ｃｏｎｓｔなどのパラメータを記憶しておいて、関数計算で基準値を求めるようにしてもよい。

【0044】

図１１は、制御装置３０１に含まれる処理プロセッサの動作フローを示しており、ステップＳ１では、基準値として、圧力損失ΔＰ２の許容範囲の閾値（上述の下限基準値或いは、下限基準値と上限基準値）がテーブルに入っているならその読み出しの準備をする。基準値として、記憶されたパラメータにより圧力損失ΔＰ２の許容範囲の閾値（上述の下限基準値或いは、下限基準値と上限基準値）を数式に基づき計算して求めるならば、その算出の準備をする。続くステップＳ２では、流量計５－３から流量Ｑ、圧力損失計測装置５から圧力損失値ΔＰ２、温度計８から温度Ｔがサンプリングして求められる。続くステップＳ３では、入力された温度Ｔのもと、流量Ｑについての圧力損失ΔＰ２が、基準値と比較される。つまり、流体特性変化素子Ｓが本来の機能を実現しているか否かを、圧力損失値ΔＰ２でチェックして、良ければ（ＯＫならば）バルブ６を開けて（開けたままとし）ステップＳ２にもどり、この処理を繰りかえす。もしステップＳ３で許容範囲内から外れたとしたら、ＮＧの判断をし、ステップＳ４に進み、ランプ３０２を点灯して異常状態を使用者（管理者）に知らせるとともに、バルブ６をしめて流体特性変化素子Ｓを経た流体が対象機器４００に供給されないようにして、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、異常の原因を探り、対策を施して（人為的な操作も含む）、ステップＳ２に戻る。

【0045】

図１２は、流体システムの第２実施形態である。第１実施形態と同じ個所には同じ符号を付して説明を省略する。本システムでは、対象機器５００の発する熱を熱交換器５０１で熱交換する流体システムに流体特性変化素子Ｓを適用したものである。バルブ６を経由した流体特性変化素子Ｓからの流体（ファイバブルを含み、温度変化の効果が期待される）を熱交換器５０１内のパイプに通す。この熱交換器５０１内で、対象機器５００からの循環してくる流体が別のパイプを通る中で熱交換を行い、対象機器５００に戻る流体は、冷却（冷房時）或いは加熱（暖房時）されて戻る。熱交換器５０１を経た流体は、チラー（Ｃｈｉｌｌｅｒ）５０２にて、本来の温度に戻して、タンク１に循環供給される。

【0046】

したがって、対象機器５００、熱交換器５０１には、各種暖房・冷房機器が含まれる。また、エアコン、冷蔵庫、自動車のラジエーター、各種ボイラーにも適用できる。あるいは工業用の製造プロセスでの空調などにも利用できる。この場合、対象機器５００から熱交換器５０１へ流入する流体は、液体のほか気体でもよい。

【0047】

図１３は、流体システムの第３実施形態である。第１実施形態、第２実施形態と同じ個所には同じ符号を付して説明を省略する。本システムでは、対象機器６００に流体特性変化素子Ｓからの流体を供給し、使用後の流体を、濾過器６０１により不要物や不純物を濾過した後、タンク１に循環供給する。流体特性変化素子Ｓからの流体は、ファインバブルを含むため、冷却効果や洗浄効果がある。従って、対象機器６００としては、工作機械であって、ワークや砥石やドリルなどの刃物に、ノズルから流体を吐出し照射する。あるいは、対象機器６００を工場の生産ライン（特に精密機器）の洗浄システムとすることができる。同様に、対象機器６００を、ビンや容器、機材の洗浄装置とすることもできる。さらには、タンク１にオゾンを加えて蓄え、或いはタンクからの水にオゾンを混合した後（混合装置は図示せず）、流体特性変化素子Ｓにてオゾンファインバブル水に特性変化して、対象機器６００において目的とするプロダクトにオゾンバブル水を照射する。このようにすれば、脱臭・脱色・殺菌効果が得られる。

【0048】

図１４は、流体システムの検査装置の第２の構成例を示し、図３の流体システムの検査装置の第１の構成例と同じ箇所には同じ符号を付してその説明を省略する。バルブ３を経由したタンク１からの流体は、第１圧力損失計測装置７０１に供給される。第１圧力損失計測装置７０１内には、一組のフランジ７０１－１、７０１－２と、その間の円管路Ｃ’があり、円管路Ｃ’の所定の距離Ｌの圧力損失ΔＰ１が差圧計７０１－４で計測される。これらの構成は、検査装置の第１の構成例（図３）の圧力損失計測装置５と、流量計５－３を除き同様である。そして、流体特性変化素子Ｓに流体が供給されて、流体特性に変化があった後に、第２圧力損失計測装置７０２に供給される。この第２圧力損失計測装置７０２は、検査装置の第１の構成例（図３）の圧力損失計測装置５と同じであり、一組のフランジ７０２－１と７０２－２の間の円管路Ｃに流量計７０２－３と、所定の距離Ｌの圧力損失ΔＰ２を計測する差圧計７０２－４とが設けられる。従って、第２の構成例では、流体特性変化素子Ｓを通す前の流体の圧力損失ΔＰ１が第１圧力損失計測装置７０１の差圧計７０１－４から、流体特性変化素子Ｓを通した後の流体の圧力損失ΔＰ２が第２圧力損失計測装置７０２の差圧計７０２－４から、同時に求められることになる。このような構成によれば、リアルタイムで、圧力損失ΔＰ１と圧力損失ΔＰ２とが得られることにより、両者の値の比較で、流体特性変化素子Ｓの稼働状態の検査、つまり、流体特性変化素子Ｓの機能実現動作の適否判定が行えることになる。
この第２の構成例の差圧計７０１－４、７０２－４も、夫々円管路Ｃ、Ｃ’の表面に所定距離（Ｌ）離れた一組の小穴である圧力測定孔を設け、流体の静圧を差圧トランスジューサーとマノメータの組み合わせで計測するようにしてもよいし、各圧力測定孔の静圧を個別の圧力トランスジューサーで計測してその差分を求めて差圧を得るようにしてもよい。

【0049】

図１５は、流体システムの第４実施形態を示す構成例である。本システムでは、第１の実施形態（図１０）と同様の流体システムを、図１４の流体システムの検査装置の第２の構成例の考え方を適用して構成したものである。第１の実施形態と同様の箇所には同じ符号を付し説明を省略する。本第４実施形態においては、流体供給システム８００内の第１圧力損失計測装置７０１から流体特性変化素子Ｓを通る前の圧力損失ΔＰ１が、第２圧力損失７０２から流体特性変化素子Ｓを通った後の圧力損失ΔＰ２が、流量計７０２－３から流量Ｑ、温度計８から温度Ｔが制御装置８０１に供給される。制御装置８０１の内部には、図示をしないがマイクロコンピュータなどの処理プロセッサやメモリを含んでいる。流量計からの流量Ｑ、第１圧力損失計測装置７０１からの圧力損失ΔＰ１、第２圧力損失計測装置からの圧力損失ΔＰ２、温度計８からの温度Ｔが、適切な数値であるならば、バルブ６を開放し、流体特性変化素子Ｓを経た流体を対象機器４００に供給するが、不適切な数値が得られた場合、特に第１圧力損失計測装置７０１からの圧力損失ΔＰ１と第２の圧力損失計測装置７０２からの圧力損失ΔＰ２の値の差分がある値以上になってない場合は、バルブ６を閉めて流体の供給を停止し、その旨をランプ３０２などで警告するようにする。

【0050】

図１６は、制御装置８０１に含まれる処理プロセッサの動作フローを示しており、ステップＳ１１では、流量計７０２－３からの流量Ｑ、温度計８からの温度Ｔをサンプリングする。次に、ステップＳ１２で第１圧力損失計測装置７０１から流体特性変化素子Ｓを通る前の圧力損失ΔＰ１がサンプリングされ、ステップＳ１３に進み、第２圧力損失計測装置７０２から流体特性変化素子Ｓを通った後の圧力損失ΔＰ２がサンプリングされる。ステップＳ１４では、圧力損失ΔＰ２が圧力損失ΔＰ１と一定程度以上離れている（大きい）か否かを判定する。勿論、このとき、流量Ｑや温度Ｔに依存して、比較アルゴリズムや閾値に補正をかけるようにすれば精度があがる。そして、流体特性変化素子Ｓが本来の機能を実現していると判断して、良ければ（ＯＫならば）バルブ６を開けて（開けたままとして）、ステップＳ１１にもどり、この処理を繰りかえす。もしステップＳ１４で閾値を超えた、許容範囲内を外れたとしたら、ＮＧの判断をし、ステップＳ１５に進み、ランプ３０２を点灯して異常状態を使用者（管理者）に知らせるとともに、バルブ６をしめて流体特性変化素子Ｓを経た流体が対象機器４００に供給されないようにして、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、異常の原因を探り、対策を施して（人為的な操作も含む）、ステップＳ１１に戻る。

【0051】

図１４の流体システムの検査装置の第２の構成例の考え方を適用して、第４の実施形態と同様に、第２の実施形態（図１２）や第３の実施形態（図１３）を変形することもできるが、その構成は自明であるので説明を省略する。

【0052】

以上の説明では、流体特性変化素子Ｓを通す前の流体の円管路での圧力損失ΔＰ１と流体特性変化素子Ｓを通した後の流体の円管路での圧量損失ΔＰ２との値の比較で、流体特性変化素子Ｓの稼働状態の検査を行ったが、両者の円管路の管摩擦係数λ（式（７）による）の比較でも、同様に流体特性変化素子Ｓの稼働状態を検知することができる。この場合、流体特性変化素子Ｓが本来の機能を実現しているならば、流速Ｖ、或いは流量Ｑの－０．２５乗のカーブからずれが生じることになる。
また、圧力損失ΔＰ１、ΔＰ２を計測するのを円管路Ｃ、Ｃ’としたが、矩形状の断面形状をもつものなど非円形断面をもつ管路であってもよい。また、円管路や非円形断面をもつ管路の長さ、管の径、差圧計を取り付ける位置については、適宜変更でき、流体システム（利用装置や対象機器）で必要とする流体の流量などに依存して変更可能である。
また、流体特性変化素子Ｓは、ファインバブルを発生するものや、流体を撹拌・拡散あるいはせん断するものとして説明したが、流体の特性に何らかの変化をもたらすものであれば、本発明を適用可能である。このときに、流体特性変化素子Ｓを通した流体にあっては、流速Ｖや流量Ｑに対する圧力損失ΔＰ２が、理論式から（或いは、流体特性変化素子Ｓを経由する前の流体の圧力損失ΔＰ１）からずれを生じているものとする。

【0053】

以上、本発明を、いくつかの構成例や、複数の実施形態を利用して説明したが、本発明はこのような例示の形態に限定されることではない。本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、上記説明及び関連図面から本発明の多くの変形及び他の実施形態を導出することができる。本明細書では、複数の特定用語が使われているが、これらは一般的な意味として単に説明の目的のために使われただけであり、発明を制限する目的で使われたものではない。添付の特許請求の範囲及びその均等物により定義される一般的な発明の概念及び思想を抜け出さない範囲で多様な変形が可能である。

【符号の説明】

【0054】

Ｃ、Ｃ’ 円管路
Ｓ 流体特性変化素子
３、６ バルブ
４ 切替弁
５ 圧力損失計測装置
５－３、７０２－３ 流量計
５－４、７０１－４、７０２－４ 差圧計（マノメータ）
７ 利用装置
８ 温度計
１０ 流体供給管
３００、８００ 流体供給システム
４００、５００、６００ 対象機器
５０１ 熱交換器
３０１、８０１ 制御装置
７０１ 第１圧力損失計測装置
７０２ 第２圧力損失計測装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】