JP2005144215A - Liquid mixing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数種類の液体を混合する装置、特に液体の流れを利用して混合を行う装置に関する。 The present invention relates to an apparatus that mixes a plurality of types of liquids, and more particularly to an apparatus that performs mixing using a flow of liquid.
複数種類の液体を一つの流路で送りつつ混合する場合、流路内に翼、例えば平板を捩ったような形状のものを、いくつか固定配置する装置が用いられることがある。流れる液体は、翼にあたって、旋回し、撹拌され、この結果、複数種類の液体が混合される。また、流路内に配置した翼を回転させて、混合する装置も知られていている。また、図12に示されるように、混合する複数種類(図においては2種類)の液体の境界面が大きくなるように流路絡み合わせた装置も知られている。2種類の液体が、それぞれ流れる流路100,102が、凹凸に形成された壁104で隔てられており、この壁は、流れに沿って、所定の位置まで達している。壁がとぎれた後は、2種類の液体の境界は壁の凹凸に類似した形状となり、その後流れに沿って混合が進む。
When mixing a plurality of types of liquids while feeding them in a single flow path, an apparatus may be used in which a number of wings, for example, flat plates twisted in the flow path, are fixedly arranged. The flowing liquid swirls and agitates the blade, and as a result, a plurality of types of liquids are mixed. An apparatus for rotating and mixing a blade disposed in a flow path is also known. As shown in FIG. 12, there is also known an apparatus in which flow paths are entangled so that the boundary surfaces of a plurality of types of liquids to be mixed (two types in the figure) become large. The
微少な流量の液体を混合する場合、流速が低く、流れが層流となり、層間の混合が進まない。前述の流路内に固定の翼を配置した装置においても、翼に沿って層状の流れが形成され、局部的な乱流による混合が進まない。また、翼と流路壁の隙間を流れる流体も混じり合うことがなく、効率的に混合を行うことができない。翼などを回転させて撹拌する装置においては、微少流量の流体を流すための流路は狭く、回転する構造物を流路内に配置することが困難である。さらに、2種類の液体の境界の壁の形状を工夫して、2液の接触面積を増やす場合には、全体の体積が大きくなる傾向があり、また装置内に残留する液が多くなり、液の使用量に無駄が多くなるという問題があった。 When mixing a small amount of liquid, the flow rate is low, the flow becomes laminar, and mixing between layers does not proceed. Even in the above-described apparatus in which a fixed blade is disposed in the flow path, a laminar flow is formed along the blade, and mixing due to local turbulence does not proceed. In addition, the fluid flowing through the gap between the blade and the flow path wall is not mixed and cannot be mixed efficiently. In an apparatus for stirring by rotating a blade or the like, a flow path for flowing a minute flow rate fluid is narrow, and it is difficult to arrange a rotating structure in the flow path. Further, when the shape of the boundary wall between the two types of liquids is devised to increase the contact area between the two liquids, the overall volume tends to increase, and the liquid remaining in the apparatus increases. There was a problem that the amount of use of wasted.
本発明は、流れが層流になるような微少な流量においても有利に混合される液体混合装置を提供する。 The present invention provides a liquid mixing device that is advantageously mixed even at a minute flow rate such that the flow is laminar.
本発明の液体混合装置は、混合対象となる複数の種類の液体ごとに、これらの液体を単一の流路に向けて間欠的に吐出するポンプを有し、これらのポンプの吐出期間が、互いにずれている。したがって、単一の流路に達した流体は、そこで流れの方向に層をなすように積層されるが、流れるに従って前後の層が拡散などにより混じり合い、混合が進む。 The liquid mixing apparatus of the present invention has a pump that intermittently discharges these liquids toward a single flow path for each of a plurality of types of liquids to be mixed, and the discharge period of these pumps is They are offset from each other. Therefore, the fluid that has reached the single flow path is laminated so as to form a layer in the flow direction, but as the flow proceeds, the front and back layers are mixed by diffusion and the mixing proceeds.
異なる種類の液体を吐出するポンプの相互の吐出期間が重ならないようにすることが好ましい。吐出期間が重なる、つまり異なる種類の液体を扱うポンプが同時に吐出すると、この異なる種類の流体が合流した位置において、流れの左右方向に層が形成され、層流の場合にこの層は維持されて混合が進まない。そこで、前述のように吐出期間が重ならないようにして左右方向に層が形成される区間が生じないようにして、混合が進むようにする。 It is preferable that the discharge periods of pumps that discharge different types of liquids do not overlap each other. When the discharge periods overlap, that is, when pumps that handle different types of liquids discharge simultaneously, a layer is formed in the left-right direction of the flow at the position where these different types of fluids merge, and this layer is maintained in the case of laminar flow. Mixing does not progress. Therefore, as described above, the mixing is advanced such that the discharge periods do not overlap so that there is no section in which layers are formed in the left-right direction.
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、本実施形態の2種類の液体A,Bを混合する液体混合装置10の概略構成を示す図である。液体Aが流れる第1支流路12、液体Bが流れる第2支流路14が合流点16にて合流し、その下流は、液体A,Bの双方が流れる本流路18となる流路が形成されている。第1支流路12の図中下端は、液体Aを蓄えたタンク(不図示)に接続されており、第2支流路14も同様に液体Bを蓄えたタンク槽(不図示)に接続されている。さらに、第1および第2支流路12,14には、それぞれ第1ポンプPAおよび第2ポンプPBが設けられ、それぞれの支流路12,14に接続されているタンクより、対応する液体を合流点16に向けて送り出す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a
図2は、第1、第2ポンプPA,PBの概略構造を示す断面図である。なお、これらのポンプ PA,PBは同一の構造を有している。第1ポンプPAは、基板20をその厚み方向に掘り下げ、掘り下げられた部分の開口部をダイアフラム22で覆って、ポンプ室24を形成して、作製されている。さらに、ポンプ室24の底にあたる基板20には、基板の表裏を貫通して二つの穴26,28が形成されている。これらの穴の一方が、取り扱う液体が吸い込まれる吸込口26であり、他方が液体が吐出される吐出口28である。吸込口26,吐出口28には、それぞれ逆止弁30,32が設けられ、液体が一定の方向に流れるようにしている。ダイアフラム22には、圧電素子34が貼付されている。圧電素子34は、不図示の電源より電力が供給されると変形し、これに伴いダイアフラム22も変形して、ポンプ室24の容積が増減する。ポンプ室24の容積変化により、液体が吸込口26からポンプ室24に吸い込まれ、またポンプ室24から吐出口28より吐出される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the first and second pumps P A and P B. These pumps P A and P B have the same structure. The first pump P A, dig into the
第1および第2ポンプPA,PBで送り出された流体は、合流点16に向かい、合流点16より下流は一つの本流路18を流れる。
The fluid sent out by the first and second pumps P A and P B is directed to the
図3および図4は、第1および第2ポンプPA,PBの吐出・吸込動作のタイミングと、そのときの流体の流れを示す図である。 3 and 4 are diagrams showing the timing of the discharge / suction operation of the first and second pumps P A and P B and the fluid flow at that time.
図3(a)の上に示すチャートが第1ポンプPAの吐出、吸込動作のタイミングを示している。横軸の上が吐出側、下が吸込側である。下に示すチャートが第2ポンプPBのものであり、第1のポンプPAと同様に、上が吐出側、下が吸込側である。図3(a)は、二つのポンプPA,PBの吐出タイミングが一致していることを示しており、図3(b)は、そのときの流れの様子を示している。吐出タイミングが一致すると、合流点16において、二つのポンプから同時に液体が送り込まれ、図示するように、液体A,液体Bが流れの方向に対し左右に別れて、層を形成する。流量が少なく、流れの状態が層流となる場合には、この層が形成されたまま下流に向かい、液体A,Bがほとんど混合しない。2種類の液体を混合させるために、本実施形態の液体混合装置10では、第1ポンプPA、第2ポンプPBの吐出期間を、例えば図4に示すようにずらしている。
Chart shown on in FIG. 3 (a) discharge of the first pump P A, a timing of the suction operation. The top of the horizontal axis is the discharge side, and the bottom is the suction side. Are those chart shown below is in the second pump P B, similarly to the first pump P A, above the discharge side, the lower is the suction side. FIG. 3A shows that the discharge timings of the two pumps P A and P B coincide with each other, and FIG. 3B shows the flow at that time. When the discharge timings coincide with each other, the liquids are simultaneously fed from the two pumps at the
図4(a)に示すように、第1ポンプPA、第2ポンプPBの吐出期間はずらされており、二つのポンプを合わせた吐出タイミングが最も下段のチャートに示されている。吐出期間をずらした場合の流れの様子が図4(b)に示されている。液体A、液体Bが流れの方向に層をなすようにして流れる。流れが層流であると、流路の中央付近の流れが速く、壁付近の流れが遅くなり、液体A,Bの境界が弓状に湾曲して、2液の接触面が増加して混合が促進される。この結果、下流に向かって二つの液の混合が進む。 As shown in FIG. 4A, the discharge periods of the first pump P A and the second pump P B are shifted, and the discharge timing when the two pumps are combined is shown in the lowermost chart. FIG. 4B shows the flow when the discharge period is shifted. Liquid A and liquid B flow in layers in the direction of flow. When the flow is laminar, the flow near the center of the flow path is fast, the flow near the wall is slow, the boundary between the liquids A and B is curved in an arcuate shape, and the contact surface between the two liquids increases and mixes. Is promoted. As a result, mixing of the two liquids proceeds downstream.
図5は、より多くの種類の液体を扱う混合装置の例を示す図であり、特に4種類の液体A,B,C,Dを取り扱う液体混合装置40が示されている。図5(a)に示すように、液体の種類ごとにポンプPA,PB,PC,PDが設けられており、これらのポンプそれぞれは、図2に示すポンプと同様の構成を有している。流路は、ポンプPAとポンプPBのそれぞれからの流路が合流点42で合流し、ポンプPCとポンプPDのそれぞれからの流路が合流点44で合流する。さらに、ポンプPA,PBからの流路と、ポンプPC,PDからの流路が合流点46で合流する。4つのポンプは、互いの吐出期間が重ならないようにして、ポンプPA、ポンプPB、ポンプPC、ポンプPDの順に吐出が行われる。合流点42以降では、図5(b)に示すように液体Aと液体Bが流れの方向に層をなす。前述のように、実際には、下流に行くに従って2液は混合するが、ここでは、簡略的に各液の層を明確に示している。液体Cと液体Dの合流点44以降も同様に図5(c)のように2種類の液体が流れ方向に層をなす。4種類の液体が合流する合流点46において、液体Bの層の最も上流の位置(図示するX1の位置)がこの合流点46に位置し、また液体Cの層の最も下流の位置(図示するYの位置)が合流点46に位置するとき、ポンプPC,PDが駆動されると、図5(d)のように、4個のポンプの駆動順に液体の層が並ぶ。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a mixing apparatus that handles more types of liquids. In particular, a liquid mixing apparatus 40 that handles four types of liquids A, B, C, and D is shown. Figure 5 (a), the pump P A for each type of liquid, P B, P C, and P D are provided, each of these pumps, have the same configuration as the pump shown in FIG. 2 doing. Passage merges flow path from each of the pump P A and the pump P B is at the
合流点42から合流点46までの距離および合流点44から合流点46までの距離を調整することで、一旦作られた1種類の液体の1層の中に、他の種類の液体を割り込ませることができる。例えば、液体Bの層の途中の位置(図示するX2の位置)が合流点46に位置するときに、ポンプPC,PDを駆動すると、図6に示すように、液体Bの一つの層に液体C,Dの層を割り込ませることができる。この場合、液体Bの、他の種類の液体A,C,Dに接触する面積が増加し、液体の混合がより促進される。このように液体A,B側だけで調整するのではなく、液体C,D側でも調整を行うことによって、液体Cの層、液体Dの層にも、液体Aまたは液体Bの層を割り込ませることが可能である。また、ポンプの駆動順序をPA,PC,PB,PDなどとして、PA,PBの組とPC,PDの組との間で交互に駆動することにより、相互に相手の組の1層の間に、自分の組の層を割り込ませるようにすることができ、混合がより促進される。
By adjusting the distance from the merging
以上、2種類、4種類の液体を混合する装置について述べたが、3種類および5種類以上の液体を混合する装置も同様に構成することができる。 As mentioned above, although the apparatus which mixes two types and four types of liquid was described, the apparatus which mixes three types and five or more types of liquid can be comprised similarly.
以上の液体混合装置10,40においては、圧電素子の変形を利用してダイアフラムを駆動するポンプを用いたが、圧電素子の代わりに、ソレノイドコイルを用いてダイアフラムを駆動するポンプを用いることもできる。コイルに通電することによりアーマチャを突出させ、また通電を停止したときにアーマチャを引き込むようにすれば、通電により、前述のダイアフラムポンプと同様にパルス駆動が可能である。さらに、機械駆動、流体駆動のポンプなどを利用することができる。また、液体混合装置10,40で用いたポンプは、吐出期間が極短いパルス駆動ポンプであり、各ポンプの吐出期間をずらし、重ならないようにすることが容易にできる。カム、クランクなどで駆動するポンプの場合、ポンプごとの吐出期間が比較的長く、ポンプ同士の吐出期間の重なりが長くなる傾向がある。各ポンプの吐出期間をずらすために、ロストモーションポンプを用いることができる。
In the
図7は、流体圧ポンプにおけるロストモーション機構の一例を示す図である。プランジャ70は、クランク機構72により駆動され、図中左右方向に往復運動する。プランジャ70の往復運動は、流体圧室74の容積変動を生じさせ、これにより可撓性のチューブ76が収縮、膨張を繰り返す。このチューブ76の動作により取扱い流体室78の容積が変動し、取扱い流体が送り出される。以上の動作は、一般的な流体圧ポンプに共通のものである。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a lost motion mechanism in the fluid pressure pump. The
この例のロストモーション機構の要部は、プランジャ70とスリーブ80の構造にある。プランジャ70は、その先端(図中右側)に、すり鉢状の穴82が形成され、この穴82内の空間は、流体圧室74と一体となっている。また、すり鉢状の穴82の底の近傍に、プランジャ70の外側面に通じる貫通孔84が設けられている。スリーブ80の内周面は、プランジャ70の外側面に接する面の一部が穿たれた形状を有する。すなわち、図に示す、プランジャ70軸線に直交する破線と、斜めに交差する破線の間に挟まれる部分のスリーブ80の内周面は、プランジャ70の外側面と間隔があいている。以下、この部分を間隙部86と記す。この間隙部86は、更にスリーブの外側面に連通する連通孔88により外部と接続されている。
The main part of the lost motion mechanism of this example is the structure of the
プランジャ70が、図8(a)に示すように、左側にあって、貫通孔84がスリーブ80の内周面によりふさがれた状態であると、プランジャ70の運動が流体を介してチューブ76に伝達される。しかし、図8(b)のように、プランジャ70が右方向に移動し、貫通孔84が間隙部86に係ると、流体圧室74は、すり鉢状の穴82、貫通孔84、間隙部86を介して外部と連通した状態となる。したがって、プランジャ70の運動は、チューブ76に伝達されない。すなわち、貫通孔84がスリーブ80の内周面でふさがれているときは、プランジャ70の動きが有効に利用され、貫通孔84が間隙部86に位置するときは、プランジャ70の動きが有効に利用されず、取扱い流体の吐出を引き起こさない。
As shown in FIG. 8A, when the
さらに、図示するロストモーション機構は、プランジャ70の有効なストローク量を変更することが可能である。プランジャ70の周囲には歯車90が形成されており、更に、これに噛み合うピニオン92を有する調整軸94が設けられている。調整軸94を回転させると、スリーブ70がその軸回りに回転し、図8(c)に示すように間隙部86の向きが変わる。これにより、貫通孔84が移動する直線と、間隙部86の境界線の交点が変化し、有効なストローク量が変更される。
Further, the illustrated lost motion mechanism can change the effective stroke amount of the
以上のロストモーション機構によれば、プランジャ70が右方向に移動する吐出工程の初期において、取扱い液が吐出され、貫通孔84が、間隙部86に達した時点で吐出されなくなる。また、取扱い液が吐出される期間、すなわち吐出量が変更可能である。
According to the above-described lost motion mechanism, the handling liquid is discharged at the initial stage of the discharging process in which the
図9は、図7に示されたロストモーション機構を備えた3個のポンプPA,PB,PCにより、液体混合装置を構成した場合の、吐出量にかかるタイミングチャートを示す図である。軸の上が吐出側で下が吸込側である。個々のポンプPA,PB,PCは、吐出行程の初めの部分(図中、斜線を施した部分)で吐出を行う。一番下のチャートは、各ポンプの吐出期間を重ねて表したもので、一部、2個ポンプの吐出期間が重なっている。このときの、合流した配管部分での液体の様子が図10に示されている。各ポンプの吐出期間が重なっている部分では、流れの方向に対して、左右に層が形成される部分もあるが、全体として、流れの方向に層が形成される。これにより混合が促進される。なお、各液体の層の境界は、図においては明瞭に示しているが、実際には、下流に向けて混合が進み、境界がぼやけていく。 Figure 9 is a diagram showing three pumps P A having a lost motion mechanism shown in Figure 7, P B, the P C, the case where the liquid mixing device, a timing chart according to the discharge amount . The upper side of the shaft is the discharge side and the lower side is the suction side. Each of the pumps P A , P B , and P C discharges at the beginning of the discharge stroke (the hatched portion in the figure). The bottom chart shows the discharge periods of each pump in an overlapping manner, and the discharge periods of two pumps partially overlap. The state of the liquid in the joined pipe part at this time is shown in FIG. In the portion where the discharge periods of each pump overlap, there are portions where layers are formed on the left and right with respect to the direction of flow, but as a whole, layers are formed in the direction of flow. This promotes mixing. In addition, although the boundary of each liquid layer is clearly shown in the figure, in practice, the mixing proceeds downstream and the boundary becomes blurred.
図11は、機械的なロストモーション機構の一例を示す図である。基本的な機構は、駆動軸50に固定された偏心カム52により、クロスヘッド54を往復動させて、図の左側のダイアフラム室56の容積変化を生じさせて、不図示のダイアフラムを変形させるものである。ばね58は、クロスヘッド54を、その右端を偏心カム52に当接させるように付勢している。クロスヘッド54が、図中右方向に動いて、所定の位置に達すると、ストッパ60に当接し、その後偏心カム52と分離して、動きが停止する。偏心カム52は、ひき続き回転し、停止しているクロスヘッド54が、その表面に当接すると、クロスヘッド54をばね58の付勢力に抗して左方向へ押し動かす。したがって、偏心カム52によるストロークのうち、クロスヘッド54がストッパ60に当接して、偏心カム52から離れる期間、偏心カムの動きが無効になり、吐出が行われないことになる。また、ストッパ60にはねじ62が設けられ、ストッパ60の進出量を調整して、クロスヘッド54のストローク量を変更することができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a mechanical lost motion mechanism. The basic mechanism is to deform the diaphragm (not shown) by causing the
10 液体混合装置、12 第1支流路、14 第2支流路、16 合流点、18 本流路、PA 第1ポンプ、PB 第2ポンプ、A,B 液体。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記液体の種類ごとに備えられ、当該種類の液体を単一の流路に向けて間欠的に吐出するポンプを有し、異なる種類の液体を吐出するポンプ相互の前記吐出期間がずれている、
液体混合装置。 A liquid mixing apparatus for mixing a plurality of types of liquids,
It is provided for each type of the liquid, has a pump that intermittently discharges the liquid of the type toward a single flow path, and the discharge periods of the pumps that discharge different types of liquid are shifted,
Liquid mixing device.
Priority Applications (1)
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JP2003381024A JP2005144215A (en) | 2003-11-11 | 2003-11-11 | Liquid mixing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2007125642A1 (en) * | 2006-04-05 | 2009-09-10 | 日機装株式会社 | Mixer, mixing device and medical component measurement unit |
-
2003
- 2003-11-11 JP JP2003381024A patent/JP2005144215A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2007125642A1 (en) * | 2006-04-05 | 2009-09-10 | 日機装株式会社 | Mixer, mixing device and medical component measurement unit |
JP5467767B2 (en) * | 2006-04-05 | 2014-04-09 | 日機装株式会社 | Mixer, mixing device and medical component measurement unit |
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