JP4050767B2 - 液注入ノズル及びこのノズルを使用した液注入混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、液と液を混合する場合に、精密な微量注入を連続的に行うことができる液注入ノズル及びこのノズルを使用して液体に注入液を注入して混合する液注入混合装置に関する。

薬品の製造など溶液の混合量に厳密な精度が要求されるような製造工程において、液−液混合のための定量注入手段として、従来から様々な注入ポンプや注入装置が提案されている。

例えば、引用文献１には減圧チャンバー内の容器に精度良く一定量の液体を注入するため、定量ポンプの突出圧を強くして注入液が封止されている逆止弁を開いて注入液を押し出すことにより注液する定量液体注液装置が開示されている。

また、引用文献２には、定量ポンプ装置のピストンの動作を制御して変動時の吐出量の定量性を確保し、長時間に渡って一定量の流体を円滑に供給することができる定量ポンプ装置が開示されている。

また、引用文献３には、超純水の供給路を形成する配管に薬液を供給する配管を、キャピラリーを介して接続して混合する薬液供給装置が開示されている。
特開２００３−２０００１号公報 特開２００６−５２６４６号公報 特開２０００−２６５９４５号公報

前記特許文献に記載された従来の薬液を供給する手段では、正確に一定量注入するために構造が複雑となるだけでなく、装置が大掛かりとなってイニシャルコストが高くなる。また、注入量が微量の場合は間欠注入となり、後段に設けたタンク内で攪拌混合を行う必要がある。

そこで、本発明は、液体に注入液の注入を精密に且つ連続的に行うことができる液注入ノズル及びこのノズルを使用して後段で混合撹拌を必要としない液注入混合装置を提供するものである。

本発明の液注入ノズルは、注入液が注入される液体を送液する配管に両端が接続されて注入液を液体に注入する液注入ノズルであって、流出する前記液体に前記注入液を注入する注入室と、この注入室に連続して設けられるとともに、前記注入室より大径の、前記液体と前記注入液を撹拌する撹拌室を備えた混合室を有する液注入ノズルにおいて、前記液注入ノズル内に前記注入液が自吸により導入される注入液導入流路と前記液体が流入し流出する複数の液体流路とを備え、前記注入液導入流路の流出側の注入液注入孔と、この注入液注入孔を囲んで点対称に配置された前記液体流路の流出側の液体流出孔とが、前記注入室の前記注入液及び前記液体が流出する側の端面に開口していることを特徴とする。

また本発明の液注入混合装置は、注入液が注入される液体を収容する液体用タンクと、注入液を収容する注入液用タンクと、液体と注入液の混合液用タンクが配置され、注入液用タンクに注入液を供給する注入液供給配管に一定の液位を維持するための定液位維持手段が設けられ、前記液体用タンクと前記混合液用タンクが液送用のポンプを備えた接続管で接続され、接続管に請求項１〜３のいずれかに記載の液注入ノズルの両端が接続されるとともに、液注入ノズルが注入液導入量調整弁を備えた注入液導入管を介して注入液用タンクに接続されていることを特徴とする。

本発明の液注入ノズルでは、液注入ノズルの自吸作用による注入なので、微量でも脈動がなく安定した連続注入が可能であり、ｐｐｍオーダーまでの正確な微量連続注入が可能である。

また、液注入ノズルを液体が通過する時に生じる安定した自吸作用を利用するので、機械的構造部を必要としないため、構造は極めてシンプルである。

また、注入液体導入孔を複数設けることで、複数液体の同時注入が可能となる。

また、本発明の液注入混合装置では、注入液が液注入ノズル内の混合室の注入室に吸入されて液体に注入されると、後段の撹拌室にて発生する乱流によって均一にミキシングされるため、通常必要とされるミキシングタンクが不要となる。

本発明の液注入ノズル及び液混合装置の実施例について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の実施例に係る液注入ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）流出側からみた拡大側面図である。

本発明の液注入ノズル１は、その両端が液体を送液するための配管２に接続される。液注入ノズル１には配管２で送液される液体が流入し流出する液体流路３が形成され、液体の流入側には液体流入孔３ａが形成され、液体流路３の流出側には混合室４へ液体流出孔３ｂが開口している。本実施例では３個の液体流路３が端面でそれぞれが点対称位置になるように形成されている。また液体流入孔３ａの周囲は、流入する液体の流れを円滑にするためにアールを設けている。

また、液注入ノズル１には、液体に混合する注入液を自吸により導入する注入液導入流路５が配置され、注入液導入流路５は、導入側に液注入ノズル１の外側面に注入液導入孔５ａが開口し、流出側に注入液注入孔５ｂが開口している。注入液注入孔５ｂは、液体流出孔３ｂに囲まれる配置にする。この配置により、注入液が自吸により連続的に液体中に注入ができる。

注入液導入孔５ａは、注入液導入管６に接続され、注入液導入管６には逆止弁８、注入液導入量調整弁７が取り付けられている。逆止弁８より注入液の逆流を防止し、注入液導入量調整弁７の開度を調整して注入量を調整する。

液体流路３の液体流出孔３ｂから流出する液体と、注入液導入流路５の液体注入孔５ｂから注入される注入液が混合される混合室４は、液体流出孔３ｂから流出する液体に注入液注入孔５ｂから流出した注入液が注入される注入室４ａと、この注入室４ａに連続して注入室４ａより大きい径の撹拌室４ｂが形成される。

注入室４ａでは液体流出孔３ｂから流出した液体が大きく広がることなく合流し、合流した液体の流出により、オリフィス効果による自吸作用にて注入液が注入液注入孔５ｂから安定して連続的に吸入され混合される。注入室４ａに続く撹拌室４ｂでは、注入室４ａを出た液体と注入液の混合液は、撹拌室４ｂ内に発生する乱流によって液体と注入液が均一に撹拌される。

図２（ａ）は本発明の第２の実施例に係る液注入ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）流出側からみた拡大側面図である。

本実施例は液体に複数の注入液を注入する液注入ノズルの例である。図１と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。

本実施例の液注入ノズル１の基本的な構造は、実施例１の液注入ノズル１と同じであるが、実施例１では注入液が１本の注入液導入流路５が配置されているのに対して、本実施例は、複数の注入液導入流路５を設けて複数の注入液を混合室４で液体に同時に注入することができるようにしたものである。

図３は本発明の液注入ノズルを使用した混合装置の一実施例を示す概略図で、液体（Ａ液）に注入液（Ｂ液）を注入してＡ＋Ｂ混合液を得る例である。

Ａ液タンク９、Ｂ液タンク１０及びＡ＋Ｂ混合液タンク１１が配置され、Ａ液タンク９とＡ＋Ｂ混合液タンク１１が接続管１２で接続され、接続管１２に液注入ノズル１が組み込まれている。接続管１２と液注入ノズル１の間には送液用のポンプ１３が配置されている。ポンプは液注入ノズル１の出側に配置してもよい。また、接続管１２には液注入ノズル１の前後に流量計１４が配置される。液注入ノズル１の注入液導入管６には逆止弁８、ニードル弁等の注入液導入量調整弁７、流量計１４が取り付けられている。

なお、本実施例の場合、液注入ノズル１の後段の接続管が極端に長くなったり、接続管１２の吐出口をタンクの水面下に設けたりして水頭圧が大きくなるなど、液注入ノズル後段の背圧が著しく大きくなることが予想される場合においては、液注入ノズル１の後段に補助ポンプ１５を設け圧力損失を軽減する。

また、注入液（Ｂ液）の液面が一定に維持されないとノズル１の自吸量が変動するため、一定の液位を維持するための注入液供給配管１６に定液位維持手段１７を併設する。

本実施例において、ポンプ１３を作動させると、Ａ液タンク９のＡ液が接続管１２に流れ、同時に液注入ノズル１の撹拌室４の注入液注入孔５ｂ近傍に負圧が発生し、Ｂ液タンク１０から注入液導入管６を通して注入液流入管５を介してＢ液が自動的に注入される。注入量は注入液導入管６に取り付けた注入液導入量調整弁７によって調整する。注入室４ａでＡ液にＢ液が注入されたＡ＋Ｂ混合液は撹拌室４ｂで撹拌されながら流出してＡ＋Ｂ混合液タンク１１へ送られる。

（１）メイン流量（Ａ液）：２３．７６Ｌ／ｍｉｎ、注入量（Ｂ液）：０．２３ｃｃ／ｍｉｎ（９．６８ｐｐｍ）、（２）メイン流量（Ａ液）：１７．９１Ｌ／ｍｉｎ、注入量（Ｂ液）：０．１０ｃｃ／ｍｉｎ（５．５８ｐｐｍ）の条件で注入を実施した結果、所定の濃度のＡ＋Ｂ混合液が得られた。

図４は本発明の液注入ノズルを使用した液注入混合装置の別実施例を示す概略図である。図３に示す液注入混合装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。

本実施例は複数の注入液として、Ｂ液、Ｃ液、Ｄ液及びＥ液の複数の注入液を注入する場合の実施例である。Ｃ液、Ｄ液及びＥ液は、実施例３のＢ液と同様に、液注入ノズル１の注入液導入管６には逆止弁８、注入液導入量調整弁７、流量計１４が取り付けられ、また、各注入液の液面が一定に維持されないと液注入ノズル１の自吸量が変動するため、一定の液位を維持するための定液位維持手段１７を併設する。同様に、Ａ液タンク９にも液供給配管１８に定液位維持手段１７を設ける。

本実施例において、ポンプ１３を作動させると、Ａ液タンク９のＡ液が接続管１２に流れ、同時に液流入ノズル１の撹拌室４の注入液注入孔５ｂ近傍に負圧が発生し、Ｂ液、Ｃ液、Ｄ液及びＥ液の各注入液流入管５を介してＢ液、Ｃ液、Ｄ液及びＥ液がそれぞれ自動的に注入される。注入量は注入液導入管６に取り付けた注入液導入量調整弁７によって調整する。注入室４ａでＡ液にＢ液、Ｃ液、Ｄ液及びＥ液が注入されたＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅの混合液は撹拌室４ｂで撹拌されながら流出してＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅの混合液となり、混合液タンク１９へ送られる。

（ａ）は本発明の第１の実施例に係る液注入ノズルの断面図、（ｂ）は同流入面を示す図、（ｃ）は同流出面を示す図、（ｄ）同流出側からみた拡大側面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施例に係る液注入ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）流出側からみた拡大側面図である。 本発明の混合装置の一実施例を示す概略図である。 本発明の混合装置の別実施例を示す概略図である。

符号の説明

１：液注入ノズル
２：配管
３：液体流路
３ａ：液体流入孔
３ｂ：液体流出孔
４：混合室
４ａ：注入室
４ｂ：撹拌室
５：注入液導入流路
５ａ：注入液導入孔
５ｂ：注入液注入孔
６：注入液導入管
７：注入液導入量調整弁
８：逆止弁
９：Ａ液タンク
１０：注入液タンク
１１：Ａ＋Ｂ混合液タンク
１２：接続管
１３：ポンプ
１４：流量計
１５：補助ポンプ
１６：注入液供給配管
１７：定液位維持手段
１８：液供給配管
１９：Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ+Ｅ混合液タンク

Claims (4)

1. 注入液が注入される液体を送液する配管に両端が接続されて注入液を液体に注入する液注入ノズルであって、流出する前記液体に前記注入液を注入する注入室と、この注入室に連続して設けられるとともに、前記注入室より大径の、前記液体と前記注入液を撹拌する撹拌室を備えた混合室を有する液注入ノズルにおいて、
   前記液注入ノズル内に前記注入液が自吸により導入される注入液導入流路と前記液体が流入し流出する複数の液体流路とを備え、
   前記注入液導入流路の流出側の注入液注入孔と、この注入液注入孔を囲んで点対称に配置された前記液体流路の流出側の液体流出孔とが、前記注入室の前記注入液及び前記液体が流出する側の端面に開口していることを特徴とする液注入ノズル。
2. 前記注入液注入孔が一個であることを特徴とする請求項１記載の液注入ノズル。
3. 前記注入液注入孔が複数個であることを特徴とする請求項１記載の液注入ノズル。
4. 注入液が注入される液体を収容する液体用タンクと、注入液を収容する注入液用タンクと、液体と注入液の混合液用タンクが配置され、注入液用タンクに注入液を供給する注入液供給配管に一定の液位を維持するための定液位維持手段が設けられ、前記液体用タンクと前記混合液用タンクが液送用のポンプを備えた接続管で接続され、
   接続管に請求項１〜３のいずれかに記載の液注入ノズルの両端が接続されるとともに、液注入ノズルが注入液導入量調整弁を備えた注入液導入管を介して注入液用タンクに接続されていることを特徴とする液注入混合装置。

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