JP2594635B2 - 混合装置及び方法 - Google Patents
混合装置及び方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/44—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement
- B01F31/441—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with stirrers performing an oscillatory, vibratory or shaking movement performing a rectilinear reciprocating movement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
- B01F33/452—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using independent floating stirring elements
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
- Accessories For Mixers (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、特に化学的分析を行うための2種類以上の
流体の混合に係わる。
流体の混合に係わる。
先行技術 流体流を磁気で混合する装置はこれまでにも幾つか提
案されてきた。Herschlerの米国特許第3,219,318号、Lu
等の米国特許第3,680,843号、Holmstrom等の米国特許第
3,689,033号、Spazianiの米国特許第3,907,258号及びGu
gger等の米国特許第4,054,270号には、極性転換する外
部磁界によって撹拌を行うべく導管内の流体流中に永久
磁石を配置する方法が開示されている。前記磁界は通
常、両極を導管の対向し合う側面に配置した単一の電磁
石によって発生させる。
案されてきた。Herschlerの米国特許第3,219,318号、Lu
等の米国特許第3,680,843号、Holmstrom等の米国特許第
3,689,033号、Spazianiの米国特許第3,907,258号及びGu
gger等の米国特許第4,054,270号には、極性転換する外
部磁界によって撹拌を行うべく導管内の流体流中に永久
磁石を配置する方法が開示されている。前記磁界は通
常、両極を導管の対向し合う側面に配置した単一の電磁
石によって発生させる。
Saundersの米国特許第3,763,873号に記載の別の装置
は、磁気に感応する管状リードを使用する。このリード
は導入管としても機能し、従って一端が固定されてい
る。自由端は動かすことができ、回転永久磁石によって
振動する。その他、Kesslerの米国特許第2,999,673号、
Peterson等の米国特許第3,784,170号、Rosenwaldの米国
特許第3,793,886号及びCichy等の米国特許第3,995,835
号にも磁気による混合装置が開示されている。
は、磁気に感応する管状リードを使用する。このリード
は導入管としても機能し、従って一端が固定されてい
る。自由端は動かすことができ、回転永久磁石によって
振動する。その他、Kesslerの米国特許第2,999,673号、
Peterson等の米国特許第3,784,170号、Rosenwaldの米国
特許第3,793,886号及びCichy等の米国特許第3,995,835
号にも磁気による混合装置が開示されている。
流体に基づく多くの化学分析法、例えば高圧液体クロ
マトグラフィー及び不連続流分析(本出願人の国際特許
出願No.PCT/AU86/00323に記載)では、2種類以上の流
体が流動方向と直交する方向で均質に、但し流動方向で
の大きな変動を伴わずに流れの成分の比率がどの時間で
も維持されるように、混合されなければならない。この
点に関して先行技術の装置には、特に内腔の小さい管、
例えば内径1mm以下の管を使用する場合には、大きな限
界がある。前記のような管の中に挿入できる小型磁石は
一般には入手できず、効果的な結合(coupling)を得る
ためにはその大きさが外部磁界と調和していなければな
らないからである。また、前出の米国特許第3,689,033
号及び第3,907,258号では、夫々Y形及びT形の流体合
流点で乱流が生じるため成分比が混合前に乱れることに
なる。米国特許第3,763,873号では、合流点で激しい撹
拌状態が起こるため、かなりの変動が生じ、米国特許第
3,219,318号の場合も「複数の永久磁石」の動きによっ
て同様の結果が生じる。
マトグラフィー及び不連続流分析(本出願人の国際特許
出願No.PCT/AU86/00323に記載)では、2種類以上の流
体が流動方向と直交する方向で均質に、但し流動方向で
の大きな変動を伴わずに流れの成分の比率がどの時間で
も維持されるように、混合されなければならない。この
点に関して先行技術の装置には、特に内腔の小さい管、
例えば内径1mm以下の管を使用する場合には、大きな限
界がある。前記のような管の中に挿入できる小型磁石は
一般には入手できず、効果的な結合(coupling)を得る
ためにはその大きさが外部磁界と調和していなければな
らないからである。また、前出の米国特許第3,689,033
号及び第3,907,258号では、夫々Y形及びT形の流体合
流点で乱流が生じるため成分比が混合前に乱れることに
なる。米国特許第3,763,873号では、合流点で激しい撹
拌状態が起こるため、かなりの変動が生じ、米国特許第
3,219,318号の場合も「複数の永久磁石」の動きによっ
て同様の結果が生じる。
米国特許第3,763,873号は撹拌に永久磁石を使用しな
いが、混合作用が管状リード端部の近傍で流動線の極め
て小さい一部分に限定され、流量が大きい場合には効果
的ではないと考えられる。
いが、混合作用が管状リード端部の近傍で流動線の極め
て小さい一部分に限定され、流量が大きい場合には効果
的ではないと考えられる。
発明の概要 本発明の主な目的は、長手方向における成分の変動を
最小限に抑えながら2種類以上の流体を簡単且つ効果的
に混合せしめることにある。そのための方法は、高流量
又は低流量で且つ任意の圧力で操作できることが好まし
く、装置は一般に入手できる部材で構成するのが望まし
い。
最小限に抑えながら2種類以上の流体を簡単且つ効果的
に混合せしめることにある。そのための方法は、高流量
又は低流量で且つ任意の圧力で操作できることが好まし
く、装置は一般に入手できる部材で構成するのが望まし
い。
本発明では、磁気に感応する材料、例えば強磁性材、
好ましくは鉄線のような一般的な弧状になり得る(arcu
lable)材料からなるロッドが2つの交互に切り替えら
れる磁界によって振動し、そのため永久磁石振動部材の
適合サイズ条件が緩く且つ最大の磁気誘引力が最大の効
率で作用し得る新規の磁気混合装置を用いることによっ
て、前記目的と合致した実質的な利点を得ることができ
るようにする。この装置は特に、撹拌ロッドを磁石の近
傍より先に延ばして、導管のセンシングゾーンの気泡除
去(debubbling)及び洗浄を行うことができるようにな
っている。
好ましくは鉄線のような一般的な弧状になり得る(arcu
lable)材料からなるロッドが2つの交互に切り替えら
れる磁界によって振動し、そのため永久磁石振動部材の
適合サイズ条件が緩く且つ最大の磁気誘引力が最大の効
率で作用し得る新規の磁気混合装置を用いることによっ
て、前記目的と合致した実質的な利点を得ることができ
るようにする。この装置は特に、撹拌ロッドを磁石の近
傍より先に延ばして、導管のセンシングゾーンの気泡除
去(debubbling)及び洗浄を行うことができるようにな
っている。
そこで本発明は、その目的の1つとして、 非磁性導管と、 前記導管内に該管の長手方向に延びるように配置され
た磁気感応性ロッドであって、実質的に永久的には磁化
されていないロッドと、 作動時に各々が個々に、前記導管を横断する方向での
前記ロッドの運動を生起し得るように、前記導管の外側
に配置された少なくとも2つの電磁石とを含み、 前記電磁石が、前記導管内に前記ロッドの効果的な振
動混合動作が生じるように、一度に1つの割合で交互に
作動し得るようになっている流体混合装置を提供する。
た磁気感応性ロッドであって、実質的に永久的には磁化
されていないロッドと、 作動時に各々が個々に、前記導管を横断する方向での
前記ロッドの運動を生起し得るように、前記導管の外側
に配置された少なくとも2つの電磁石とを含み、 前記電磁石が、前記導管内に前記ロッドの効果的な振
動混合動作が生じるように、一度に1つの割合で交互に
作動し得るようになっている流体混合装置を提供する。
本発明はまた、別の目的として、2種類以上の流体を
混合する方法も提供する。この方法は、 磁気感応性ロッドを長手方向に延びるように収容した
非磁性導管に沿って流体を流動させ、且つ 作動時に各電磁石が前記導管を横断する方向での前記
ロッドの運動を個々に生起させ、その結果導管内にロッ
ドの効果的な振動混合動作が生じるようにすべく、前記
導管の外側に配置した2つ以上の電磁石を一度に1つの
割合で交互に作動させることからなる。
混合する方法も提供する。この方法は、 磁気感応性ロッドを長手方向に延びるように収容した
非磁性導管に沿って流体を流動させ、且つ 作動時に各電磁石が前記導管を横断する方向での前記
ロッドの運動を個々に生起させ、その結果導管内にロッ
ドの効果的な振動混合動作が生じるようにすべく、前記
導管の外側に配置した2つ以上の電磁石を一度に1つの
割合で交互に作動させることからなる。
好ましくは、各電磁石が導管沿いに間隔をおいて配置
された互いに異なる一対の磁極を有し、前記ロッドが各
電磁石の2つの磁極の間を通るようにする。
された互いに異なる一対の磁極を有し、前記ロッドが各
電磁石の2つの磁極の間を通るようにする。
本発明の装置は更に、導管のセンシングゾーンと動作
的に協働してその中の混合流体をモニターするセンサも
含み得、且つロッドの前記振動動作を利用してセンシン
グゾーン内で導管の気泡除去及び/又は洗浄を行えるよ
うに、前記ロッドが前記電磁石の近傍より先に延びて前
記センシングゾーン内に侵入する。
的に協働してその中の混合流体をモニターするセンサも
含み得、且つロッドの前記振動動作を利用してセンシン
グゾーン内で導管の気泡除去及び/又は洗浄を行えるよ
うに、前記ロッドが前記電磁石の近傍より先に延びて前
記センシングゾーン内に侵入する。
図面の簡単な説明 本発明が明確に理解され且つ容易に実施されるよう
に、ここで本発明の混合装置の簡略断面図を示す添付図
面に基づいて、好ましい具体例及び操作法を説明する。
に、ここで本発明の混合装置の簡略断面図を示す添付図
面に基づいて、好ましい具体例及び操作法を説明する。
発明の好ましい実施態様 添付図面では、流体の流れ1及び2が夫々同軸流体接
合部3で合流し、次いで、好ましくは強磁性材料からな
る磁気感応性ロッド5を収容した導管4の中を流れる。
ロッド5は永久的に磁化されたものではなく、導管4の
長手方向に延び、2つの対向する電磁石6及び7によっ
て側方に、即ち導管を横断する方向に振動する。前記電
磁石は、各々が作動時に導管4の横断方向に従うロッド
5の運動を個々に生起させ得るように、導管の外側に配
置されている。これら電磁石間の領域の更に下流には、
導管内の流体をセンサ8によってモニターするセンシン
グゾーン4aがある。ロッド5はこのセンシングゾーン内
に侵入し、また洗浄作用を与えるべくセンサ8にも接触
し得る。センサ8は膜、サーミスタ、光感知用透明セク
ション等であり得る。管状センサも使用でき、その場合
はロッドがセンサの中を通って延びるようにし得る。導
管4は、ロッドが外れないように、センサ8の近傍で符
号9で示すように角度をもって曲がっている。
合部3で合流し、次いで、好ましくは強磁性材料からな
る磁気感応性ロッド5を収容した導管4の中を流れる。
ロッド5は永久的に磁化されたものではなく、導管4の
長手方向に延び、2つの対向する電磁石6及び7によっ
て側方に、即ち導管を横断する方向に振動する。前記電
磁石は、各々が作動時に導管4の横断方向に従うロッド
5の運動を個々に生起させ得るように、導管の外側に配
置されている。これら電磁石間の領域の更に下流には、
導管内の流体をセンサ8によってモニターするセンシン
グゾーン4aがある。ロッド5はこのセンシングゾーン内
に侵入し、また洗浄作用を与えるべくセンサ8にも接触
し得る。センサ8は膜、サーミスタ、光感知用透明セク
ション等であり得る。管状センサも使用でき、その場合
はロッドがセンサの中を通って延びるようにし得る。導
管4は、ロッドが外れないように、センサ8の近傍で符
号9で示すように角度をもって曲がっている。
ロッド5は細い鉄線を被覆又はめっきして化学的耐性
を与えたものからなり、通常は直径0.1〜0.8mm、長さ10
〜100mmであって、内径0.5〜2.0mmの管の中に配置され
る。ロッドの横断面と管の内側横断面との比は広い範囲
で変化させ得るが、導管内に許容し得ない制限が存在す
るほど大きくても、又は流体を混合する効果がなくなる
ほど小さくてもいけない。
を与えたものからなり、通常は直径0.1〜0.8mm、長さ10
〜100mmであって、内径0.5〜2.0mmの管の中に配置され
る。ロッドの横断面と管の内側横断面との比は広い範囲
で変化させ得るが、導管内に許容し得ない制限が存在す
るほど大きくても、又は流体を混合する効果がなくなる
ほど小さくてもいけない。
各電磁石は、馬蹄形鉄心に巻き付けた単一コイルから
なり、導管4に沿って間隔をおいて配置された一対の互
いに逆の(北及び南)極(電磁石6の場合は12、13)を
有する。ロッド5は各電磁石の両極の前を通り、夫々の
電磁石の極は互いに真向かいに位置するように配置され
る。
なり、導管4に沿って間隔をおいて配置された一対の互
いに逆の(北及び南)極(電磁石6の場合は12、13)を
有する。ロッド5は各電磁石の両極の前を通り、夫々の
電磁石の極は互いに真向かいに位置するように配置され
る。
電磁石6、7用の給電ユニット10は適当な電流を送給
して、電磁石を一度に1つずつ作動させるように構成さ
れている。このユニット10はまた、電磁石をこの場合は
10〜100Hzの周波数で交互に作動させて、導管内にロッ
ド5の効果的な振動混合動作が生じるようにする制御回
路も含む。
して、電磁石を一度に1つずつ作動させるように構成さ
れている。このユニット10はまた、電磁石をこの場合は
10〜100Hzの周波数で交互に作動させて、導管内にロッ
ド5の効果的な振動混合動作が生じるようにする制御回
路も含む。
磁化されてはいないが磁気に感応するロッド5の材料
は、作動時の各電磁石の両極、即ち北極及び南極12、13
に誘引され、これら2つの極を識別することはできな
い。本発明では、1つの電磁石をスイッチオンする時に
他方の電磁石がオフ状態にあるため、オン状態の電磁石
の北極及び南極によって混合ロッドが導管の片側に強く
引き寄せられる。この操作を反転させれば、ロッドは導
管の反対側に強く誘引される。このプロセスは高速で、
例えば前記した好ましい範囲10〜100Hzで繰り返し、実
際には極めて細い鉄線ロッドを用いると効果的であるこ
とが判明した。ここで留意すべきこととして、ロッド5
は直径に比べて極めて長い長さを有し得る。このように
すれば、極めて効果的な側方混合作用が得られ、しかも
直径が小さいために大きな変動は生じない。また、前記
同軸接合部は実際の操作において、流れのプロフィル及
びピークの質を大幅に改善することが判明した。本質的
には、流体の流れはできるだけ小さい混合作用を伴って
合流するのがよく、好ましくは、接合部での流れの合流
が妨害されないように、混合が接合部3より幾らか下流
で生じるのがよい。
は、作動時の各電磁石の両極、即ち北極及び南極12、13
に誘引され、これら2つの極を識別することはできな
い。本発明では、1つの電磁石をスイッチオンする時に
他方の電磁石がオフ状態にあるため、オン状態の電磁石
の北極及び南極によって混合ロッドが導管の片側に強く
引き寄せられる。この操作を反転させれば、ロッドは導
管の反対側に強く誘引される。このプロセスは高速で、
例えば前記した好ましい範囲10〜100Hzで繰り返し、実
際には極めて細い鉄線ロッドを用いると効果的であるこ
とが判明した。ここで留意すべきこととして、ロッド5
は直径に比べて極めて長い長さを有し得る。このように
すれば、極めて効果的な側方混合作用が得られ、しかも
直径が小さいために大きな変動は生じない。また、前記
同軸接合部は実際の操作において、流れのプロフィル及
びピークの質を大幅に改善することが判明した。本質的
には、流体の流れはできるだけ小さい混合作用を伴って
合流するのがよく、好ましくは、接合部での流れの合流
が妨害されないように、混合が接合部3より幾らか下流
で生じるのがよい。
また、ロッド5が間隔をおいて配置された2つの磁極
12、13によって誘引されるため、ロッドの横断方向運動
が極めて確実に生起し、端−端ロッキング又は回転は殆
ど生じない。ロッドはこのような確実な制御により、電
磁石領域を越えてセンシングゾーン4a内に侵入させるこ
とができ、このロッドの振動動作を利用してセンシング
ゾーン4a内で導管4の気泡除去及び/又は洗浄を行うこ
とができる。
12、13によって誘引されるため、ロッドの横断方向運動
が極めて確実に生起し、端−端ロッキング又は回転は殆
ど生じない。ロッドはこのような確実な制御により、電
磁石領域を越えてセンシングゾーン4a内に侵入させるこ
とができ、このロッドの振動動作を利用してセンシング
ゾーン4a内で導管4の気泡除去及び/又は洗浄を行うこ
とができる。
以上、本発明の具体例を1つだけ説明してきたが、本
発明はその他にもその範囲内で様々な変形が可能である
と理解されたい。例えば電磁石は、より複雑な発振パタ
ーンを形成すべく、3つ以上を導管の回りに間隔をおい
て配置することもでき、ロッドは2つ以上導管内に配置
してもよく、あるいは3つ以上の流れを同軸的、直列的
に又は同心手段によって合流させるようにすることもで
きる。ロッドはまた、円形その他の任意の形状の断面を
有し得る。
発明はその他にもその範囲内で様々な変形が可能である
と理解されたい。例えば電磁石は、より複雑な発振パタ
ーンを形成すべく、3つ以上を導管の回りに間隔をおい
て配置することもでき、ロッドは2つ以上導管内に配置
してもよく、あるいは3つ以上の流れを同軸的、直列的
に又は同心手段によって合流させるようにすることもで
きる。ロッドはまた、円形その他の任意の形状の断面を
有し得る。
電磁石は少なくとも2つ使用するのが好ましいが、例
えばスペースの関係で図示したような馬蹄形電磁石を使
用できない時は、各電磁石の極を1つだけ用いて撹拌を
起こすこともできる。その場合は、2つのロッド形電磁
石を、導管を横断する方向で互いに対向させて配置す
る。
えばスペースの関係で図示したような馬蹄形電磁石を使
用できない時は、各電磁石の極を1つだけ用いて撹拌を
起こすこともできる。その場合は、2つのロッド形電磁
石を、導管を横断する方向で互いに対向させて配置す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペテイ,ジヨン・デイビツド オーストラリア連邦、イン・ザ・ステイ ト・オブ・クイーンズランド、ホーラン ド・パーク・4121、パーム・アベニユ ー・34 (72)発明者 ピーチエイ,ラツスル・マースデン オーストラリア連邦、イン・ザ・ステイ ト・オブ・クイーンズランド、デユラツ ク・4077、フリーマン・ロード・36 (56)参考文献 実開 昭58−124230(JP,U) 米国特許3763823(US,A) 米国特許3995835(US,A) 英国特許1334032(GB,A) 欧州公開14109(EP,A1) 西独国特許出願公告1078347(DE, B)
Claims (10)
- 【請求項1】非磁性導管と、前記導管内に該管の長手方
向に延びるように配置されており、実質的に永久的には
磁化されていない磁気感応性ロッドと、作動時に前記導
管を横断する方向での前記ロッドの運動を個々に生起し
得るように前記導管の外側に配置された少なくとも2つ
の電磁石とを含み、前記電磁石が、前記導管内に前記ロ
ッドの効果的な振動混合動作を起こすように、一度に1
つの割合で交互に作動し得るようになっている流体混合
装置。 - 【請求項2】各電磁石が導管沿いに間隔をおいて配置さ
れた互いに異なる一対の極を有し、前記ロッドが各電磁
石の2つの極の間を通る請求項1に記載の流体混合装
置。 - 【請求項3】前記電磁石が導管を挟んで実質的に対向し
合う請求項1又は2に記載の装置。 - 【請求項4】流体を前記ロッドの上流で同軸的に合流さ
せる導管内の接合部も含む請求項1から3のいずれか一
項に記載の流体混合装置。 - 【請求項5】導管のセンシングゾーンと動作的に協働し
てその中の混合流体をモニターするセンサも含み、ロッ
ドの前記振動動作を利用してセンシングゾーン内で導管
の気泡除去及び/又は洗浄を行うべく、前記ロッドが前
記電磁石の近傍より先に延びて前記センシングゾーン内
に侵入するようになっている請求項1から4のいずれか
一項に記載の流体混合装置。 - 【請求項6】前記ロッドが、前記流体中での腐食に対し
て防護された鉄線からなる請求項1から5のいずれか一
項に記載の流体混合装置。 - 【請求項7】前記電磁石を一度に1つの割合で交互に作
動させる手段も含む請求項1から6のいずれか一項に記
載の装置。 - 【請求項8】2種類以上の流体を混合する方法であっ
て、 磁気感応性ロッドを長手方向に延びるように収容した非
磁性導管に沿って流体を流動させ、且つ 作動時に各電磁石が前記導管を横断する方向での前記ロ
ッドの運動を個々に生起させ、その結果導管内にロッド
の効果的な振動混合動作が生じるようにすべく、前記導
管の外側に配置した2つ以上の電磁石を一度に1つの割
合で交互に作動させることを含む方法。 - 【請求項9】前記流体を前記ロッドの上流の同軸接合部
で合流させることも含む請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】前記ロッドの振動動作を利用して、セン
サとの動作的協働によって規定された導管のセンシング
ゾーン内で導管の気泡除去及び/又は洗浄を行うことも
含む請求項8又は9に記載の方法。
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