TW201927397A - 混合裝置 - Google Patents

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Abstract

製造部，是製造超臨界狀態或亞臨界狀態的動作流體。貯藏部，是貯藏材料。溶解部，是將材料溶解於動作流體。混合器，是在動作流體的存在下混合材料。材料投入用閥，是將從貯藏部投入至溶解部的材料所通過的流路予以開閉。動作流體流入用閥，是將從製造部流入至溶解部的動作流體所通過的流路予以開閉。混合器流入用閥，是將從溶解部流入至混合器的流體(動作流體及材料)所通過的流路予以開閉。

Description

混合裝置
本發明，是關於混合材料用的混合裝置。
例如於專利文獻1(參照該文獻的段落0040)，記載有在超臨界流體或亞臨界流體的存在下，將材料(該文獻為橡膠)予以混合(該文獻為捏合)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本國專利第5259203號公報
[發明所欲解決的課題]
在該技術，是在超臨界流體或亞臨界流體，使材料溶解。超臨界流體或亞臨界流體(以下稱「動作流體」)，是比大氣壓還高壓。因此，料想為將比動作流體的壓力還高的壓力施加於材料，將材料投入(壓入)至動作流體。因此，將材料投入至動作流體用的能量有變大之虞。
在此，本發明的目的為提供一種混合裝置，其可抑制將材料投入至動作流體之所需的能量。

[用以解決課題的手段]
本發明的混合裝置，具備：製造部、貯藏部、溶解部、混合器、材料投入用閥、動作流體流入用閥、混合器流入用閥。前述製造部，是製造超臨界狀態或亞臨界狀態的動作流體。前述貯藏部，是貯藏材料。前述溶解部，是供前述動作流體及前述材料放入，使前述材料溶解於前述動作流體。前述混合器，是在前述動作流體的存在下混合前述材料。前述材料投入用閥，是將從前述貯藏部投入至前述溶解部的前述材料所通過的流路予以開閉。前述動作流體流入用閥，是將從前述製造部流入至前述溶解部的前述動作流體所通過的流路予以開閉。前述混合器流入用閥，是將從前述溶解部流入至前述混合器的前述動作流體及前述材料所通過的流路予以開閉。

[發明的效果]
根據上述構造，可抑制將材料投入至動作流體之所需要的能量。
參照圖1～圖3，針對第1實施形態的混合裝置1來說明。
混合裝置1(捏合裝置、攪拌裝置)，是如圖1所示般，使用動作流體11來混合材料21用的裝置。上述「混合」，是包含捏合及攪拌。混合裝置1，具備：製造部10、貯藏部20、溶解部30、混合部40、分離部70、分歧流路80、控制部C。
製造部10(超臨界製造部、亞臨界製造部)，是製造動作流體11用的部分。動作流體11，是超臨界狀態的流體(超臨界流體)，或亞臨界狀態的流體(亞臨界流體)。混合裝置1，是超臨界混合裝置，或亞超臨界混合裝置。超臨界流體的溫度，為臨界溫度(Tc)以上，超臨界流體的壓力，為臨界壓力(Pc)以上。超臨界流體，具有液體及氣體的特性。超臨界流體，具有：與液體同樣地將溶質予以溶解的力(溶解性)、與氣體同樣地將溶質予以擴散的力(擴散性)。亞臨界流體的特性(溶解性及擴散性)，是與超臨界流體的特性幾乎相同。亞臨界流體的溫度T及壓力P，例如滿足以下幾個條件。以下各例的溫度T及臨界溫度Tc之各自的單位為攝氏。[亞臨界狀態之例1]滿足T≧Tc，且，P＜Pc。[亞臨界狀態之例2]T＜Tc，且，P＜Pc，且，T比常溫還要充分地高，且，P比常壓(大氣壓)還要充分地高。[亞臨界狀態之例3]滿足0.5＜T／Tc＜1.0，且，0.5＜P／Pc。[亞臨界狀態之例4]滿足0.5＜T／Tc，且，0.5＜P／Pc＜1.0。[亞臨界狀態之例5]在臨界溫度Tc為0℃以下的情況，滿足0.5＜P／Pc。
構成動作流體11的物質，是盡可能以容易成為超臨界狀態或亞臨界狀態的物質為佳。動作流體11的極性與材料21的極性之差，是小到可將材料21溶解於動作流體11的程度。構成動作流體11的物質，例如為二氧化碳。二氧化碳的臨界溫度為31℃。二氧化碳的臨界壓力為7.4MPa。二氧化碳，例如在31℃以上且7.1MPa以上的話，則為亞臨界狀態。二氧化碳，例如在20℃的情況，只要在15MPa以上的話，則為亞臨界狀態。又，構成動作流體11的物質，非二氧化碳亦可，例如為氮亦可，例如為水等亦可。以下，有將「超臨界狀態或亞臨界狀態」稱為「超臨界狀態等」的情況。動作流體11，是在溶解部30使材料21溶解於動作流體11時，以及在混合器50以動作流體11的存在下使材料21混合時，為超臨界狀態等。又，在非超臨界狀態等之狀態(例如氣體或液體)的動作流體11，亦稱為流體12。
動作流體11，比起亞臨界狀態，以超臨界狀態為佳。動作流體11為超臨界狀態的情況，是比亞臨界狀態的情況還要容易混合材料21。例如材料21(下述的主材料21a)為橡膠的情況，有著將以混合裝置1進行了混合之產品橡膠的品質，以產品橡膠(例如V帶等)的磨損率來進行評價的情況。在該評價，以磨損率較小的順序(品質較高的順序)排列時，為使用超臨界狀態之動作流體11的情況、使用亞臨界狀態之動作流體11的情況、使用大氣壓之流體12的情況。例如，製造部10，具備：冷卻器15、泵16、加熱器17、動作流體流入用閥V11。又，針對動作流體流入用閥V11等之閥，是在說明了閥以外之構成要件之後進行說明。
冷卻器15(熱交換器)，是將氣體的流體12予以冷卻，藉此使流體12成為液體。在流體12為二氧化碳的情況，冷卻器15，例如使大氣壓(0.1MPa)之氣體的二氧化碳成為液體。
泵16，是將動作流體11予以壓送(流送)。泵16，是將液體的流體12予以加壓。在泵16加壓液體的流體12的情況，與加壓氣體的流體12的情況相比之下，泵16可以較小。流體12為二氧化碳的情況，泵16，例如將流體12加壓至2～3MPa等。
加熱器17(熱交換器)，是將液體的流體12予以加熱，藉此使流體12蒸發。加熱器17，是在容器內使流體12蒸發，藉此加壓流體12。其結果，流體12，會成為超臨界狀態或亞臨界狀態。在流體12為二氧化碳的情況，加熱器17，例如將流體12加壓至7～8MPa等。
貯藏部20(材料貯藏部)，是貯藏材料21的部分。貯藏部20，具有將材料21投入至溶解部30的投入口。貯藏部20，具備材料投入用閥V21。於材料21含有複數個種類者。例如，於材料21有著：主材料21a(主原材料)、副材料21b(副原材料、添加劑、添加物)。例如，主材料21a含有高分子材料。主材料21a，是含有橡膠或樹脂。副材料21b，例如填料等。副材料21b，含有無機物亦可，含有有機物亦可。副材料21b，例如含有植物由來材料亦可，例如含有纖維素奈米纖維等亦可。例如，混合裝置1，為橡膠混合(捏合)裝置、或樹脂混合(捏合)裝置等。又，材料21，不含有高分子材料亦可。材料21，是使用在食品、化妝品、或醫藥品等的東西亦可。
溶解部30(材料投入部)，是使材料21溶解於動作流體11的部分。於溶解部30，放入有材料21及動作流體11。材料21，是從貯藏部20被投入至溶解部30。動作流體11，是從製造部10流入至溶解部30。而且，材料21，是在溶解部30溶解於動作流體11。
在該溶解部30，有著入口側部分、出口側部分。入口側部分，是比溶解部30之流動方向D1的中央還上游側的部分。流動方向D1，是使動作流體11及材料21從溶解部30流往混合部40時之動作流體11及材料21的流動方向。且，「上游」，是代表著動作流體11及材料21之流動的上游(針對「下游」亦同樣地代表著動作流體11及材料21之流動的下游)。出口側部分，是比溶解部30之流動方向D1的中央還下游側的部分。其結果，入口側部分及出口側部分之各自的流動方向D1的長度，是流動方向D1之溶解部30之全長的1／2。又，在流動方向D1，入口側部分及出口側部分之至少任一者的長度，是流動方向D1之溶解部30之全長的1／3以下亦可，1／5以下亦可，1／10以下亦可。溶解部30，具備：溶解部感測器37、混合器流入用閥V31。
溶解部感測器37，是檢測溶解部30之內部(流路)的狀態。溶解部感測器37，是用在動作流體11之狀態(是否為超臨界狀態或亞臨界狀態)的檢測。溶解部感測器37，是用在溶解部30內之材料21之量(有無、混合狀態)的檢測亦可。於溶解部感測器37，具有：壓力計、溫度計。於溶解部感測器37，具有：溶解部入口壓力計37p1 (溶解部壓力計)、溶解部出口壓力計37p2(溶解部壓力計)、溶解部入口溫度計37t1(溶解部溫度計)、溶解部出口溫度計37t2(溶解部溫度計)。溶解部入口壓力計37p1，是檢測出溶解部30之內部之入口側部分的壓力P1。溶解部出口壓力計37p2，是檢測出溶解部30之內部之出口側部分的壓力P2。溶解部入口溫度計37t1，是檢測出溶解部30之內部之入口側部分的溫度T1。溶解部出口溫度計37t2，是檢測出溶解部30之內部之出口側部分的溫度T2。又，在溶解部入口壓力計37p1與溶解部出口壓力計37p2之間(流動方向D1之間)，設有其他的溶解部壓力計亦可。在溶解部入口溫度計37t1與溶解部出口溫度計37t2之間，設有其他的溶解部溫度計亦可。
混合部40(捏合部、攪拌部)，是將材料21予以混合的部分。混合部40，是設在比溶解部30還下游側。混合部40，具備：混合器50、開度調整用閥V41。
混合器50(捏合器、攪拌器)，是在超臨界狀態或亞臨界狀態之動作流體11的存在下(超臨界環境或亞臨界環境)，使材料21混合。混合器50，是將主材料21a與副材料21b予以混合。由於在超臨界狀態等之動作流體11的存在下進行該混合，故與沒有在超臨界狀態等之流體12的存在下進行混合的情況相比之下，能促進副材料21b的分散，促進主材料21a與副材料21b的混合。
於該混合器50(下述的腔室51)，具有：入口側部分、出口側部分。入口側部分，是比混合器50之流動方向D2的中央還上游側的部分。流動方向D2，是通過混合器50之入口與出口之直線的方向。出口側部分，是比混合器50之流動方向D2的中央還下游側的部分。其結果，入口側部分及出口側部分之各自的流動方向D2的長度，是混合器50之流動方向D2之全長的1／2。又，在流動方向D2，入口側部分及出口側部分之至少任一者的長度，是混合器50之全長的1／3以下亦可，1／5以下亦可，1／10以下亦可。混合器50，具備：腔室51、混合葉片53、混合器感測器57。
腔室51，是使材料21混合的容器。於腔室51的內部，形成有動作流體11及材料21的流路(混合流路)。
混合葉片53(捏合葉片、攪拌葉片)，是使材料21混合的葉片。在混合葉片53與腔室51的內面(壁面)之間，對材料21施加剪斷力，藉此使材料21混合。混合葉片53，是配置在腔室51內。混合葉片53，是對腔室51旋轉亦可(旋轉葉片亦可)。該情況時，混合葉片53，是將動作流體11及材料21往下游側擠出(搬送)。混合葉片53，是對腔室51固定亦可(靜態混合器亦可，非旋轉葉片亦可)。該情況時，動作流體11及材料21，是沿著混合葉片53流動，例如成為迴旋流。混合葉片53，是僅設置1根亦可，設置複數根亦可。
混合器感測器57，是檢測混合器50之內部的狀態。混合器感測器57，是用在動作流體11之狀態(是否為超臨界狀態或亞臨界狀態)的檢測。混合器感測器57，是用在混合器50內之材料21之量(有無、混合狀態)的檢測亦可。混合器感測器57，是用在混合器50內之動作流體11及材料21之流量Q的控制(調整)亦可。於混合器感測器57，具有：壓力計、溫度計。於混合器感測器57，具有：混合器入口壓力計57p3(混合器壓力計)、混合器出口壓力計57p4(混合器壓力計)、混合器入口溫度計57t3(混合器溫度計)、混合器出口溫度計57t4(混合器溫度計)。混合器入口壓力計57p3，是檢測出混合器50之入口側部分的壓力P3。混合器出口壓力計57p4，是檢測出混合器50之出口側部分的壓力P4。混合器入口溫度計57t3，是檢測出混合器50之入口側部分的溫度T3。混合器出口溫度計57t4，是檢測出混合器50之出口側部分的溫度T4。又，在混合器入口壓力計57p3與混合器出口壓力計57p4之間(流動方向D2之間)，設有其他的混合器壓力計亦可。在混合器入口溫度計57t3與混合器出口溫度計57t4之間，設有其他的混合器溫度計亦可。
分離部70，是從溶解在動作流體11的材料21，將動作流體11(流體12)予以分離的部分。分離部70，是設在比混合部40還下游側，設在比混合器50還下游側，設在比開度調整用閥V41還下游側。分離部70，具備：分離器71、壓力調整用閥V71。
分離器71，是從材料21將動作流體11予以分離(脫揮(devolatilization))。分離器71，是使動作流體11及材料21的壓力下降，使動作流體11氣化(成為氣體的流體12)，藉此從材料21分離動作流體11。其結果，分離器71會析出材料21。分離器71，是從未圖示的開閉部(蓋、開放部)排出材料21。從分離器71排出的材料21，是搬出至次工序。次工序，是使用混合裝置1之工序的下個工序。在次工序使用的裝置，例如為製造珠粒的裝置(造粒機)亦可，例如為製造薄片的裝置(薄片擠出機等)亦可。
分歧流路80(分歧管)，是不通過溶解部30，亦可從製造部10對混合部40供給動作流體11的流路。分歧流路80，是供製造部10所製造之動作流體11(超臨界狀態等之動作流體11)流動的流路。分歧流路80，在比動作流體流入用閥V11還上游側，從製造部10(的流路)分歧。分歧流路80，例如從加熱器17的出口(吐出口)分歧亦可，例如從比加熱器17還下游側的流路分歧亦可。分歧流路80，是在比混合器流入用閥V31還下游側合流至混合器50。分歧流路80，例如合流至混合器50的入口亦可，例如合流至比混合器50還上游側的流路亦可。於分歧流路80，設有分歧流路開閉閥V81。
控制部C，是進行訊號的輸入輸出、演算(判定、算出等)、機器的控制等。溶解部感測器37及混合器感測器57的檢測結果，是輸入至控制部C。例如，控制部C，是控制：製造部10、貯藏部20、溶解部30、混合部40、分離部70、及各閥(例如動作流體流入用閥V11、材料投入用閥V21等)的動作。
動作流體流入用閥V11，是將從製造部10流入至溶解部30之動作流體11所通過的流路予以開閉的閥。動作流體流入用閥V11，可成為開狀態與閉狀態(其他閥也一樣)。開狀態，是打開流路的狀態，為流體可流動於流路的狀態，例如全開狀態亦可，例如全開與全閉之中間的狀態亦可(其他閥也一樣)。閉狀態，是具有氣密性的狀態，為流體無法流動於流路的狀態，為全閉狀態(其他閥也一樣)。動作流體流入用閥V11，是可調整開度(開度調整手段)的閥(其他閥也一樣)。動作流體流入用閥V11，僅設置一個亦可，設置複數個亦可(其他閥也一樣)。
材料投入用閥V21，是將從貯藏部20投入至溶解部30的材料21所通過的流路予以開閉的閥。於材料投入用閥V21，具有：將主材料21a所通過的流路予以開閉的主材料投入用閥V21a、將副材料21b所通過的流路予以開閉的副材料投入用閥V21b。主材料投入用閥V21a的開度與副材料投入用閥V21b的開度，可各別地控制亦可，無法各別地控制亦可。
混合器流入用閥V31，是將從溶解部30流入至混合器50的流體(動作流體11及材料21)所通過的流路予以開閉的閥。
溶解部減壓用閥V32，是使溶解部30的內部減壓的閥。若溶解部減壓用閥V32成為開狀態的話，溶解部30會減壓，動作流體11會成為氣體。其結果，氣體的流體12會從溶解部30排出。
開度調整用閥V41，是將從混合器50排出之流體(動作流體11及材料21)所通過之流路的開度予以調整的閥。開度調整用閥V41，是用在混合器50內之壓力及流量的控制(調整)。例如，開度調整用閥V41，是設在混合器50的(腔室51的)出口亦可，設在比混合器50還下游側亦可，設在與混合器50的出口相連的流路亦可。
壓力調整用閥V71，是將從材料21分離的動作流體11(氣體的流體12)所通過之流路的開度予以調整。壓力調整用閥V71，是將分離器71之內部的壓力予以調整(減壓)。例如，壓力調整用閥V71，是設在分離器71的出口亦可，設在比分離器71還下游側亦可，設在與分離器71的出口相連的流路(脫揮流路)亦可。通過壓力調整用閥V71的氣體的流體12，是流入至製造部10(再利用)為佳，例如流入至冷卻器15為佳。
該壓力調整用閥V71，亦可將混合器50之內部的壓力予以調整(減壓)。更詳細來說，在混合葉片53對腔室51固定的情況，混合葉片53無法將材料21擠出至下游側，故以分離器71將材料21析出為佳。另一方面，在混合葉片53對腔室51旋轉的情況，是以混合器50使材料21析出，混合葉片53是將析出後的材料21擠出至下游側亦可。該情況時，壓力調整用閥V71，亦可調整混合器50之內部的壓力。
分歧流路開閉閥V81，是將分歧流路80予以開閉的閥。分歧流路開閉閥V81，是設在分歧流路80。分歧流路開閉閥V81，是例如設置複數個，如圖1所示之例那般設置2個亦可，設置3個以上亦可。例如，分歧流路開閉閥V81，是設在：分歧流路80之中製造部10側的部分、混合器50側的部分。
(動作)
針對混合裝置1的動作，主要參照圖2的流程圖來說明。又，針對上述混合裝置1的各構成要件，主要參照圖1來說明。以下，依照混合裝置1的動作順序來說明。又，動作順序亦可變更。
使動作流體流入用閥V11及混合器流入用閥V31，成為閉狀態。使溶解部減壓用閥V32，成為閉狀態。溶解部30的壓力，例如為大氣壓等。使材料21投入至貯藏部20(步驟S11)。
接著，使材料投入用閥V21成為開狀態(在圖2為「成為打開」)(步驟S12)。更詳細來說，使主材料投入用閥V21a及副材料投入用閥V21b的各個成為開狀態。如此一來，材料21，是從貯藏部20投入(填充)至溶解部30(步驟S13)。此時，溶解部30，例如為大氣壓等，故沒有必要將材料21壓入至溶解部30。例如，是藉由重力(自重)使材料21投入至溶解部30。
接著，使材料投入用閥V21，成為閉狀態(在圖2為「成為關閉」)(步驟S14)。使混合器流入用閥V31維持著閉狀態，而使動作流體流入用閥V11成為開狀態(步驟S15)。
接著，使泵16動作，藉此使溶解部30昇壓(步驟S21)。又，在使動作流體流入用閥V11成為開狀態之前，使泵16動作亦可。
(溶解部30內之動作流體11之狀態的判定等)
接著，判定溶解部30內的動作流體11是否為超臨界狀態等(步驟S22)。該判定是由控制部C來進行。判定是由控制部C來進行這點，對其他的判定來說亦相同。以下，針對溶解部30之入口側部分之動作流體11的狀態，以進行判定的情況進行說明。針對溶解部30之入口側部分以外之部分之動作流體11的狀態，進行判定亦可。在更多的部分來進行判定為佳。在此例中，是判定(比較)壓力P1是否為所期望的壓力Pa以上，且，溫度T1是否為所期望的溫度Ta以上。所期望的壓力Pa及所期望的溫度Ta，是事先設定在控制部C。在使動作流體11成為超臨界狀態的情況，所期望的壓力Pa為臨界壓力，所期望的溫度Ta為臨界溫度。在使動作流體11成為亞臨界狀態的情況，所期望的壓力Pa及溫度Ta，是使動作流體11成為亞臨界狀態的壓力及溫度。壓力P1成為所期望的壓力Pa以上，且，溫度T1成為所期望的溫度Ta以上的情況(YES的情況)，動作流體11是被判定為超臨界狀態等，進入至下個步驟S31。壓力P1未達所期望的壓力Pa，或是，溫度T1未達所期望的溫度Ta的情況(NO的情況)，動作流體11是被判定為不是超臨界狀態等。該情況，一直到壓力P1成為壓力Pa以上，且，溫度T1成為溫度Ta以上為止，使動作流體11的壓力及溫度增加。具體來說，例如使泵16的旋轉速度增加(步驟S23)。
若動作流體11成為超臨界狀態等的話，材料21會溶解於動作流體11。接著，使混合器流入用閥V31，成為開狀態(步驟S31)。此時，溶解部30的壓力，是比混合部40的壓力還高(有壓力差)，故動作流體11及材料21，是從溶解部30流入至混合部40(下游側)。且，使開度調整用閥V41，成為開狀態。如此一來，材料21，是從混合器50流入至分離器71。且，使壓力調整用閥V71成為開狀態。如此一來，以分離器71使動作流體11氣化，從材料21使動作流體11(流體12)被脫揮。分離器71，是不必在以混合器50混合材料21的期間連續進行脫揮亦可，為間歇地進行脫揮亦可。在進行脫揮時，壓力調整用閥V71是緩緩打開為佳。藉此，使分離器71內的壓力緩緩下降。藉此，可抑制急減壓所致之發泡，可抑制發泡所致之噪音。且，以分離器71析出的材料21(分離動作流體11之後的材料21)，是從分離器71排出，送到下個工序。
(混合器50內之流量等的調整)
因應混合器50內之動作流體11的狀態，來調整開度調整用閥V41的開度，或泵16的旋轉速度等(步驟S32)。具體來說，判定混合器50內的動作流體11是否為超臨界狀態等。該判定，例如，是與判定溶解部30內的動作流體11是否為超臨界狀態等的判定(步驟S22)同樣地進行(幾乎同樣地進行亦可)。具體來說，檢測出混合器50內的溫度(例如溫度T3及溫度T4的至少任一者)及壓力(例如壓力P3及壓力P4的至少任一者)。然後，調整開度調整用閥V41的開度，來使動作流體11成為超臨界狀態等。若判定動作流體11並非超臨界狀態等的情況時，使開度調整用閥V41的開度變小，藉此提高混合器50內的壓力。此時，亦可調整壓力調整用閥V71的開度。且，亦可調整泵16的旋轉速度，來使動作流體11成為超臨界狀態等。若判定動作流體11並非超臨界狀態等的情況，使動作流體11的壓力及溫度增加，來使動作流體11成為超臨界狀態等。具體來說，例如使泵16的旋轉速度增加。
開度調整用閥V41及泵16的調整，例如以下述方式進行亦可。例如，從壓力P3與壓力P4的壓差ΔP3，算出流量Q。然後，判定流量Q是否在既定範圍內(適當的範圍內)。又，亦可不算出流量Q，而是判定壓差ΔP3是否在既定範圍內。流量Q的既定範圍(或壓差ΔP3的既定範圍)，是事先設定在控制部C。該既定範圍，是設定在可使動作流體11維持在超臨界狀態等的範圍。具體來說，例如，判定流量Q是否在所期望之流量Qa之±10%的範圍內(既定範圍內)。且，判定壓差ΔP3是否在所期望之壓差ΔP3a之±10%的範圍內亦可。流量Q(或壓差ΔP3)不在既定範圍內的情況，控制流量Q(或壓差ΔP3)來使流量Q(或壓差ΔP3)收斂在既定範圍內。該流量Q(或壓差ΔP3)的控制，是由開度調整用閥V41之開度的控制、以及泵16之旋轉速度之控制的至少任一者來進行。
(殘存於溶解部30的材料21之判定)
判定殘存於溶解部30的材料21之量(步驟S33)。更詳細來說，隨著材料21從溶解部30流往混合器50，殘存在溶解部30內的材料21(殘存材料)之量會變少。如此一來，溶解部30內之流路的剖面積會增加，在溶解部30內的壓力損失會變小，使得壓力P1與壓力P2的壓差ΔP1變小。在此，判定壓差ΔP1是否比所期望的壓差ΔP1a還小。所期望的壓差ΔP1a，是在控制部C事先設定。在壓差ΔP1為所期望之壓差ΔP1a以上的情況(NO的情況)，判定溶解部30內之材料21的量為既定量以上。該情況時，從溶解部30往混合器50之材料21的流入(供給)會持續。此時，因應必要使泵16的旋轉速度增加(與步驟S23相同的步驟S34)，藉此將溶解部30內的材料21往下游擠出。
在壓差ΔP1比所期望的壓差ΔP1a還小的情況(S33為YES的情況)，判定殘存在溶解部30內的材料21之量比既定量還少。該情況時，使動作流體流入用閥V11成為閉狀態，使混合器流入用閥V31成為閉狀態，使分歧流路開閉閥V81成為開狀態(步驟S35)。如此一來，動作流體11，是從製造部10通過分歧流路80而流入混合器50。藉此，在混合器50維持材料21的流動，而持續混合器50的混合。
(殘存於混合器50的材料21之判定)
判定殘存於混合器50內的材料21之量(步驟S36)。該判定，是例如以與殘存於溶解部30的材料21之量之判定(步驟S33)相同的方式來進行(幾乎同樣地進行亦可)。具體來說，檢測出混合器50內之壓力P3與壓力P4的壓差ΔP3。然後，判定壓差ΔP3是否比所期望的壓差ΔP3b還小。在壓差ΔP3為所期望之壓差ΔP3b以上的情況(NO的情況)，判定混合器50內的材料21比既定量還多。該情況，因應必要使泵16的旋轉速度增加(與步驟S34相同的步驟S37)，藉此將混合部40內的材料21往下游擠出。在壓差ΔP3比所期望的壓差ΔP3b還小的情況(YES的情況)，判定殘存在混合器50內的材料21比既定量還少。該情況時，結束混合器50的混合。具體來說，藉由使分歧流路開閉閥V81成為閉狀態(步驟S38)，而使動作流體11停止流入至混合器50。此時，亦可停止泵16。且，此時，使開度調整用閥V41成為閉狀態亦可，使壓力調整用閥V71成為閉狀態亦可。
由此，結束一連串的材料21的處理(例如步驟S11至步驟S38)，亦即結束1次的批次處理。在本次的批次處理結束時，已經開始下一次的批次處理(下批次)。例如，在本次的批次處理的步驟S38之後，進入至下一次的批次處理的步驟S11～步驟S15的任一個步驟。例如，在圖2所示之例，當本次的批次處理的步驟S38完成時，下一次的批次處理的步驟S11已經完成，故在步驟S38之後是進入至步驟S12。
(下批次之材料21的投入等)
於圖3表示材料21等之位置或狀態等之時間性的變化之例。於圖3所示的箭頭，表示材料21的流動。將材料21投入至貯藏部20的工序(參照圖2的步驟S11)，是作為第1投入工序A1。將材料21從貯藏部20投入至溶解部30的工序(參照圖2的步驟S13)，是作為第2投入工序A2。在溶解部30使材料21溶解於動作流體11的工序(參照圖2的步驟S21等)，是作為溶解工序A3。將動作流體11及材料21從溶解部30流入至混合器50的工序(參照圖2的步驟S31等)，是作為流入工序A4。
如上述般，殘存於溶解部30的材料21，若比既定量還少的話(在圖2的步驟S33為YES)，使動作流體流入用閥V11及混合器流入用閥V31成為閉狀態(參照圖2的步驟S35)。之後，使溶解部30的內部減壓。將該溶解部30的內部予以減壓的工序，是作為減壓工序A5。具體來說，在減壓工序A5，使溶解部減壓用閥V32成為開狀態。如此一來，溶解部30內部的壓力會成為例如大氣壓等。
在溶解部30，是在1次的批次，依照第2投入工序A2、溶解工序A3、流入工序A4、減壓工序A5的順序進行各工序。且，在溶解部30，是當本次的批次處理(第1批次)的減壓工序A5結束時，進行下一次的批次處理(第2批次)的第2投入工序A2。在溶解部30，反覆進行該等工序(A2～A5)。
在混合器50混合材料21的工序，是作為混合工序B1。在分離器71使動作流體11從材料21脫揮的工序，是作為脫揮工序B2。又，在圖3，雖記載為在混合工序B1之後進行脫揮工序B2，但有時混合工序B1與脫揮工序B2同時進行亦可。
在材料投入用閥V21被關閉的狀態，可個別地控制貯藏部20的壓力與溶解部30的壓力。藉此，可同時進行第1投入工序A1與減壓工序A5。且，可同時進行第1投入工序A1與混合工序B1。且，可同時進行第1投入工序A1與脫揮工序B2。
在動作流體流入用閥V11及混合器流入用閥V31關閉的狀態下，可個別地控制溶解部30的壓力、製造部10的壓力、混合部40的壓力。且，在該狀態且分歧流路開閉閥V81打開的狀態下，可進行混合工序B1。藉此，在動作流體流入用閥V11及混合器流入用閥V31關閉，分歧流路開閉閥V81打開的狀態下，可同時進行第2投入工序A2及減壓工序A5的至少任一者以及混合工序B1。
在混合器流入用閥V31及分歧流路開閉閥V81關閉的狀態下，可一邊以製造部10(泵16)來使溶解部30的壓力昇壓，一邊個別地控制溶解部30的壓力、比混合器流入用閥V31還下游側的壓力。藉此，可同時進行溶解工序A3與脫揮工序B2。
如上述般，可同時進行本次的批次處理(第1批次)之工序的一部分與下一次的批次處理(第2批次)之工序的一部分。藉此，可效率良好地進行材料21的處理。具體來說，可增加每單位時間的材料21之處理量。
圖1所示的混合裝置1所致之效果如下所述。
(第1發明的效果)
混合裝置1，具備：製造部10、貯藏部20、溶解部30、混合器50、材料投入用閥V21、動作流體流入用閥V11、混合器流入用閥V31。製造部10，是製造超臨界狀態或亞臨界狀態的動作流體11。貯藏部20，是貯藏材料21。溶解部30，是放入有動作流體11及材料21，並使材料21溶解於動作流體11。混合器50，是在動作流體11的存在下混合材料21。
[構造1]材料投入用閥V21，是將從貯藏部20投入至溶解部30的材料21所通過的流路予以開閉。動作流體流入用閥V11，是將從製造部10流入至溶解部30的動作流體11所通過的流路予以開閉。混合器流入用閥V31，是將從溶解部30流入至混合器50的流體(動作流體11及材料21)所通過的流路予以開閉。
藉由上述[構造1]，可使溶解部30的壓力，成為與製造部10、及混合器50的各個壓力不同的壓力。在此，製造部10及混合器50的壓力，有著可使動作流體11維持在超臨界狀態等之高壓的情況。另一方面，在上述[構造1]，可使溶解部30的壓力，成為比製造部10及混合器50的壓力還低的壓力。藉此，即使不讓貯藏部20成為高壓(可使動作流體11維持在超臨界狀態等的高壓)，亦可從貯藏部20將材料21投入至溶解部30。藉此，可刪減使貯藏部20成為高壓用的能量。藉此，可抑制將材料21投入至動作流體11所需的能量。其結果，可有效率地將材料21從貯藏部20投入至溶解部30。
由上述[構造1]，亦可得到以下的效果。使製造部10及混合器50的壓力，成為可使動作流體11維持在超臨界狀態等的高壓的情況，可使用以製造部10所製造的動作流體11，來以混合器50混合材料21(圖3所示的混合工序B1)。與此同時，可使溶解部30的壓力，成為比製造部10及混合器50的壓力還低的壓力。藉此，可與圖3所示的混合工序B1同時地進行減壓工序A5及第2投入工序A2之至少任一個工序。混合工序B1，是以混合器50混合材料21的工序。減壓工序A5，是使溶解部30減壓的工序。藉此，與不具備上述[構造1]的情況相較之下，可效率良好地進行圖1所示之在混合裝置1的材料21之處理。更詳細來說，可增加在混合裝置1之每單位時間的材料21之處理量。
(第2發明的效果)
[構造2]混合裝置1，具備分歧流路80與分歧流路開閉閥V81。分歧流路80，是供以製造部10所製造的動作流體11流動的流路，在比動作流體流入用閥V11還上游側從製造部10分歧，在比混合器流入用閥V31還下游側與混合器50合流。分歧流路開閉閥V81，是使分歧流路80開閉。
藉由上述[構造2]，可使以製造部10所製造的動作流體11，不通過溶解部30便流入至混合器50。藉此，可與圖3所示的混合工序B1同時地進行減壓工序A5及第2投入工序A2之至少任一個工序。藉此，與不具備上述[構造2]的情況相較之下，可效率良好地進行在混合裝置1的材料21之處理。
(第3發明的效果)
[構造3]如圖3所示般，同時進行減壓工序A5及第2投入工序A2之至少任一個工序與混合工序B1。減壓工序A5，是圖1所示之使溶解部30的內部減壓的工序。第2投入工序A2(參照圖3)，是將材料21從貯藏部20投入至溶解部30的工序。混合工序B1(參照圖3)，是以混合部40混合材料21的工序。
藉由上述[構造3]，與不同時進行減壓工序A5及第2投入工序A2之至少任一個工序與混合工序B1的情況相比之下，可效率良好地進行在混合裝置1的材料21之處理。
(第4發明的效果)
[構造4]溶解部30，是如圖3所示般，反覆進行第2投入工序A2、溶解工序A3、流入工序A4、減壓工序A5。第2投入工序A2，是圖1所示之將材料21從貯藏部20投入至溶解部30的工序。溶解工序A3(參照圖3)，是使材料21溶解於動作流體11的工序。流入工序A4(參照圖3)，是使動作流體11及材料21從溶解部30流入至混合器50的工序。減壓工序A5(參照圖3)，是使溶解部30的內部減壓的工序。
藉由上述[構造4]，可效率良好地進行在溶解部30的材料21之處理。
(第5發明的效果)
[構造5]溶解部30，具備：檢測出溶解部30之入口側部分之壓力的溶解部入口壓力計37p1、檢測出溶解部30之出口側部分之壓力的溶解部出口壓力計37p2。
藉由上述[構造5]，可檢測出溶解部30之入口側部分與出口側部分的壓差ΔP1。藉此，可檢測出殘存於溶解部30的材料21之量。
(第6發明的效果)
[構造6]混合器50，具備：檢測出混合器50之入口側部分之壓力的混合器入口壓力計57p3、檢測出混合器50之出口側部分之壓力的混合器出口壓力計57p4。
藉由上述[構造6]，可檢測出混合器50之入口側部分與出口側部分的壓差ΔP3。藉此，可檢測出殘存於混合器50的材料21之量。
(第7發明的效果)
[構造7]混合器50，具備：檢測出混合器50之內部之壓力P3的混合器入口壓力計57p3(混合器壓力計)、檢測出混合器50之內部之溫度T3的混合器入口溫度計57t3(混合器溫度計)。
藉由上述[構造7]，可檢測出混合器50內之動作流體11的狀態(是否為超臨界狀態等)。
(第8發明的效果)
[構造8]混合裝置1，具備開度調整用閥V41。開度調整用閥V41，是將從混合器50排出之流體(動作流體11及材料21)所通過之流路的開度予以調整。混合裝置1，是因應混合器入口壓力計57p3(混合器壓力計)及混合器入口溫度計57t3(混合器溫度計)的檢測結果，來調整開度調整用閥V41的開度。
如上述般，藉由上述[構造7]，可檢測出混合器50內之動作流體11的狀態。於是，藉由上述[構造8]，可因應混合器50內之動作流體11的狀態，來調整開度調整用閥V41的開度。其結果，可因應混合器50內之動作流體11的狀態，來控制混合器50內的流量及壓力。
(第9發明的效果)
[構造9]製造部10，具備將動作流體11予以壓送的泵16。混合裝置1，是因應混合器入口壓力計57p3(混合器壓力計)及混合器入口溫度計57t3(混合器溫度計)的檢測結果，來調整泵16的旋轉速度。
如上述般，藉由上述[構造7]，可檢測出混合器50內之動作流體11的狀態。於是，藉由上述[構造9]，可因應混合器50內之動作流體11的狀態，來調整泵16的旋轉速度。其結果，可因應混合器50內之動作流體11的狀態，來控制混合器50內的流量及壓力。
(第10發明的效果)
[構造10]具備壓力調整用閥V71，其調整從材料21分離之動作流體11所通過之流路的開度。
藉由上述[構造10]，使用壓力調整用閥V71，藉此可使動作流體11及材料21緩緩(平滑地)減壓，而可緩緩脫揮。藉此，可抑制急減壓(短時間的脫揮)所致之發泡，可抑制發泡所致之噪音。且，可抑制噪音所致之能量損耗(無用的能量消耗)。
(第2實施形態)
參照圖4，針對第2實施形態的混合裝置201，說明與第1實施形態的相異點。又，第2實施形態的混合裝置201之中，針對與第1實施形態的共通點，是附上與第1實施形態相同的符號等而省略說明。針對省略共通點之說明這點，在其他的實施形態的說明亦相同。溶解部230及混合器250，具有相對於水平方向傾斜的部分。
溶解部230，具有：從動作流體11及材料21的上游側朝向下游側，以材料21下降的方式來相對於水平方向傾斜(以下僅稱為「傾斜」)的部分。使溶解部230的全體傾斜亦可，只有溶解部230的一部分傾斜亦可。
混合器250，具有：從動作流體11及材料21的上游側朝向下游側，以材料21下降的方式來相對於水平方向傾斜的部分。腔室51(亦參照圖2)及混合葉片53(亦參照圖2)為傾斜。使混合器250的全體傾斜亦可，只有混合器250的一部分傾斜亦可。又，溶解部230及混合器250之中，只有任一方傾斜亦可。
圖4所示的混合裝置201所致之效果如下所述。
(第11發明的效果)
[構造11-1]溶解部230，具有：從材料21的上游側朝向下游側以材料21下降的方式相對於水平方向傾斜的部分。
藉由上述[構造11-1]，使溶解部230內的材料21藉由重力而往下游側搬送(移動)。藉此，可抑制材料21殘留在溶解部230內的情況。且，材料21容易從溶解部230內往下游側流動，故可抑制使動作流體11及材料21往下游側流動用的動力(例如泵16的動力)。
[構造11-2]混合器250，具有：從材料21的上游側朝向下游側以材料21下降的方式相對於水平方向傾斜的部分。
藉由上述[構造11-2]，使混合器250內的材料21藉由重力而往下游側搬送(移動)。藉此，可抑制材料21殘留在混合器250內的情況。且，材料21容易從混合器250內往下游側流動，故可抑制使動作流體11及材料21往下游側流動用的動力(例如泵16的動力)。
特別是，在混合葉片53對於腔室51固定著的情況，混合葉片53是無法將材料21往下游側搬送，故有材料21殘留在混合器250內之虞。另一方面，具備上述[構造11-2]的情況，可抑制材料21殘留在混合器250內的情況。
(第3實施形態)
參照圖5，針對第3實施形態的混合裝置301，說明與第1實施形態的相異點。混合裝置301，具備減壓泵332。
減壓泵332，是使溶解部30減壓。減壓泵332，例如為真空泵。減壓泵332，是連接在比動作流體流入用閥V11還下游側，且，比混合器流入用閥V31還上游側的部分。例如，減壓泵332，是設在設有溶解部減壓用閥V32的流路，並設在比溶解部減壓用閥V32還下游側。減壓泵332，是將溶解部30內的流體12供給至製造部10為佳。
上述的減壓工序A5(參照圖3)，是藉由減壓泵332來進行。藉此，與只有使溶解部減壓用閥V32成為開狀態來使溶解部30減壓的情況相比之下，可效率良好地進行溶解部30的減壓。例如，可在更短時間進行溶解部30的減壓。例如，可使溶解部30的壓力變更低。且，減壓泵332，可使溶解部30的壓力成為比大氣壓還低的壓力(負壓)。藉此，容易從貯藏部20將材料21吸入至溶解部30。藉此，可效率良好地從貯藏部20將材料21投入至溶解部30。
圖5所示的混合裝置301所致之效果如下所述。
(第12發明的效果)
[構造12]混合裝置1，具備：使溶解部30減壓的減壓泵332。
藉由上述[構造12]，容易使溶解部30減壓，可更效率良好地進行從貯藏部20往溶解部30之材料21的投入。
(變形例)
上述實施形態亦可為各式各樣的變形。例如，將互相不同的實施形態的構成要件彼此組合亦可。例如，使各構成要件的配置或形狀變更亦可。例如，使構成要件的數量變更亦可，不設置構成要件的一部分亦可。
例如圖4所示般，使相對於水平方向傾斜的溶解部230及混合器250之至少任一者與圖5所示的減壓泵332組合亦可。例如，分離部70是不設置亦可。例如，使圖2所示之流程圖的步驟順序變更亦可，使複數個步驟同時進行亦可。
本申請案是基於2017年11月7日申請的日本國專利申請案(特願2017-215005)者，其內容在此作為參考。
1、201、301‧‧‧混合裝置
10‧‧‧製造部
11‧‧‧動作流體
16‧‧‧泵
21‧‧‧材料
20‧‧‧貯藏部
30、230‧‧‧溶解部
37p1‧‧‧溶解部入口壓力計
37p2‧‧‧溶解部出口壓力計
50、250‧‧‧混合器
57p3‧‧‧混合器入口壓力計(混合器壓力計)
57p4‧‧‧混合器出口壓力計(混合器壓力計)
57t3‧‧‧混合器入口溫度計(混合器溫度計)
57t4‧‧‧混合器出口溫度計(混合器溫度計)
80‧‧‧分歧流路
332‧‧‧減壓泵
V11‧‧‧動作流體流入用閥
V21‧‧‧材料投入用閥
V31‧‧‧混合器流入用閥
V41‧‧‧開度調整用閥
V71‧‧‧壓力調整用閥
V81‧‧‧分歧流路開閉閥
圖1為表示第1實施形態之混合裝置的方塊圖。
圖2為圖1所示之混合裝置之動作的流程圖。
圖3為圖1所示之混合裝置之動作的圖。
圖4為第2實施形態之相當於圖1的方塊圖。
圖5為第3實施形態之相當於圖1的方塊圖。

Claims (20)

  1. 一種混合裝置，具備： 製造部，其製造超臨界狀態或亞臨界狀態的動作流體； 貯藏部，其貯藏材料； 溶解部，其供前述動作流體及前述材料放入，使前述材料溶解於前述動作流體； 混合器，其在前述動作流體的存在下混合前述材料； 材料投入用閥，其將從前述貯藏部投入至前述溶解部的前述材料所通過的流路予以開閉； 動作流體流入用閥，其將從前述製造部流入至前述溶解部的前述動作流體所通過的流路予以開閉；以及 混合器流入用閥，其將從前述溶解部流入至前述混合器的前述動作流體及前述材料所通過的流路予以開閉。
  2. 如請求項1所述之混合裝置，其中，具備： 分歧流路，是供以前述製造部所製造的前述動作流體流動的流路，在比前述動作流體流入用閥還上游側從前述製造部分歧，在比前述混合器流入用閥還下游側與前述混合器合流；以及 分歧流路開閉閥，其使前述分歧流路開閉。
  3. 如請求項1所述之混合裝置，其中，同時進行： 使前述溶解部的內部減壓的工序、以及使前述材料從前述貯藏部投入至前述溶解部的工序之至少任一個工序；以及 在前述混合器混合前述材料的工序。
  4. 如請求項2所述之混合裝置，其中，同時進行： 使前述溶解部的內部減壓的工序、以及使前述材料從前述貯藏部投入至前述溶解部的工序之至少任一個工序；以及 在前述混合器混合前述材料的工序。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 前述溶解部，反覆進行： 將前述材料從前述貯藏部投入至前述溶解部的工序； 使前述材料溶解於前述動作流體的工序； 使前述動作流體及前述材料從前述溶解部流入至前述混合器的工序；以及 使前述溶解部的內部減壓的工序。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 前述溶解部，具備： 溶解部入口壓力計，其檢測出前述溶解部之入口側部分的壓力；以及 溶解部出口壓力計，其檢測出前述溶解部之出口側部分的壓力。
  7. 如請求項5所述之混合裝置，其中， 前述溶解部，具備： 溶解部入口壓力計，其檢測出前述溶解部之入口側部分的壓力；以及 溶解部出口壓力計，其檢測出前述溶解部之出口側部分的壓力。
  8. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器入口壓力計，其檢測出前述混合器之入口側部分的壓力；以及 混合器出口壓力計，其檢測出前述混合器之出口側部分的壓力。
  9. 如請求項5所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器入口壓力計，其檢測出前述混合器之入口側部分的壓力；以及 混合器出口壓力計，其檢測出前述混合器之出口側部分的壓力。
  10. 如請求項6所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器入口壓力計，其檢測出前述混合器之入口側部分的壓力；以及 混合器出口壓力計，其檢測出前述混合器之出口側部分的壓力。
  11. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器壓力計，其檢測出前述混合器之內部的壓力；以及 混合器溫度計，其檢測出前述混合器之內部的溫度。
  12. 如請求項5所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器壓力計，其檢測出前述混合器之內部的壓力；以及 混合器溫度計，其檢測出前述混合器之內部的溫度。
  13. 如請求項6所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器壓力計，其檢測出前述混合器之內部的壓力；以及 混合器溫度計，其檢測出前述混合器之內部的溫度。
  14. 如請求項8所述之混合裝置，其中， 前述混合器，具備： 混合器壓力計，其檢測出前述混合器之內部的壓力；以及 混合器溫度計，其檢測出前述混合器之內部的溫度。
  15. 如請求項11所述之混合裝置，其中， 具備開度調整用閥，其將從前述混合器排出之前述動作流體及前述材料所通過之流路的開度予以調整， 因應前述混合器壓力計及前述混合器溫度計的檢測結果，來調整前述開度調整用閥的開度。
  16. 如請求項11所述之混合裝置，其中， 前述製造部，具備將前述動作流體予以壓送的泵， 因應前述混合器壓力計及前述混合器溫度計的檢測結果，來調整前述泵的旋轉速度。
  17. 如請求項15所述之混合裝置，其中， 前述製造部，具備將前述動作流體予以壓送的泵， 因應前述混合器壓力計及前述混合器溫度計的檢測結果，來調整前述泵的旋轉速度。
  18. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 具備壓力調整用閥，其調整從前述材料分離之前述動作流體所通過之流路的開度。
  19. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 前述溶解部及前述混合器之至少任一者，具有：從前述材料的上游側朝向下游側以前述材料下降的方式來相對於水平方向傾斜的部分。
  20. 如請求項1至4中任一項所述之混合裝置，其中， 具備使前述溶解部減壓的減壓泵。
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