WO2004094053A1 - 流体混合装置 - Google Patents

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fluid
valve
line
mixing
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PCT/JP2004/005051
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Inventor
Shinobu Kamimura
Kenro Yoshino
Original Assignee
Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd.
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Application filed by Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd. filed Critical Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00—Control of flow ratio
    • G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
    • G05D11/03—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material without auxiliary power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/49—Mixing systems, i.e. flow charts or diagrams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/83—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by controlling the ratio of two or more flows, e.g. using flow sensing or flow controlling devices
    • B01F35/833—Flow control by valves, e.g. opening intermittently

Definitions

  • the present invention relates to a fluid mixing device that supplies a fixed amount of fluid flowing through at least two supply lines to a mixing line in fluid transport in a chemical factory or various industries such as a semiconductor manufacturing field, a food field, and a bio field.
  • a fluid mixing device that supplies a fixed amount of fluid flowing through at least two supply lines to a mixing line in fluid transport in a chemical factory or various industries such as a semiconductor manufacturing field, a food field, and a bio field.
  • the fluid in each supply line can be supplied to the mixing line at a constant rate while maintaining a highly accurate mixing ratio.
  • the mixing ratio of the mixing line can be changed without performing pump control on the fluid of the supply line, and the mixing line can be changed while the fluid is flowing only by adjusting the flow rate of one supply line.
  • the present invention relates to a fluid mixing device capable of changing a mixing ratio.
  • FIG. 7 As an example of a conventional fluid mixing device, there is a fluid mixing device as shown in FIG. 7 (for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-250634).
  • the pump 102, the constant pressure control valve 103, the orifice 104, the pressure gauge 105, and the check valve 106 are connected in series to the passage 101 from the upstream side.
  • the pump 1 08, constant pressure control valve 1 09, orifice 1 1 10, pressure gauge 1 1 1, and check valve 1 1 2 are connected in series from the upstream side as in the 1st supply passage 101.
  • an in-line mixer 114 was provided on a mixing passage 113 where the fluid flowing through each supply passage was merged.
  • the effect is that the fluid flowing through the first supply passage 101 is pumped by the pump 102 and flows into the constant pressure control valve 103. Fluid flowing into the constant pressure control valve 103 suppresses pulsation and is kept constant by the action of the constant pressure control valve 103.
  • the pressure is set, and further flows into the mixing passage 113 through the orifice 104. At this time, the same action as the fluid in the first supply passage 101 occurs simultaneously in the second passage 107, and the fluid in the second passage 107 flows into the mixing passage 113.
  • the fluid that had flowed into the mixing passage 113 and merged was sent to the in-line type mixer 114 to be stirred and mixed.
  • the fluid flowing through each of the supply passages 101 and 107 was mixed into the mixing passage 113 at a predetermined fixed ratio while pulsation was suppressed. Further, by the action of the orifices 104 and 110, the mixing can be performed at a constant ratio without receiving the pressure fluctuation of the in-line mixer 114.
  • the conventional fluid mixing apparatus has the following problems.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art.
  • the purpose of this method is to supply at least a fixed amount of fluid flowing through at least two supply lines to the mixing line, and to constantly supply the fluid of each supply line to the mixing line even if the pressure downstream of the back pressure valve of the mixing line fluctuates.
  • An object of the present invention is to provide a fluid mixing device that can supply a fixed amount and maintain a high-precision mixing ratio, and that can change the mixing ratio of the fluid in the supply line with high accuracy while the fluid is flowing. .
  • FIG. 1 At least two first supply lines 1 and second supply lines 2 are connected to the converging point 4 where the second supplying line 2 merges with the mixing line 3, and the converging sections 5 and 6 and the constricting sections 5 and 6 adjust the flow rate of the fluid upstream of the merging point 4.
  • the first feature is that the pressure reducing valves 7 and 8 are arranged in series further upstream of 6 and the back pressure valve 9 is arranged in the mixing line 3.
  • the second feature is that the back pressure valve 9 and the flow meter 10 are arranged in series in the mixing line 3, and the third feature is that fixed orifices or control valves are used in the throttle sections 5, 6.
  • the fourth characteristic is that the pressure reducing valves 7, 8 and the back pressure valve 9 are automatic valves.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the pressure reducing valve.
  • FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing a test apparatus for measuring the stability of the flow rate of the supply line.
  • FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the flow rate and the back pressure of the apparatus of the example.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the flow rate and the back pressure of the comparative example device.
  • FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing a conventional apparatus.
  • Reference numeral 1 denotes a first supply line through which fluid A flows, and a pump 11, a pressure reducing valve 7, and an idle valve 5 serving as a throttle are arranged in series from the upstream side, and 2 denotes a second supply line through which fluid B flows.
  • a pump 12 As in the case of the first supply line 1, a pump 12, a pressure reducing valve 8, and a needle valve 6, which is a throttle, are arranged in series from the upstream side.
  • Reference numeral 4 denotes a merging point in the present apparatus, and is a position where the fluids A and B supplied respectively in a fixed amount merge.
  • Reference numeral 3 denotes a mixing line, which is a line downstream from the junction 4.
  • a back pressure valve 9 and a flow meter 10 are arranged in series. Further, an in-line mixer or the like (not shown) for uniformly mixing the force fluids A and B may be provided on the downstream side, and an instrument for measuring the concentration and the pH may be provided.
  • the back pressure valve 9 and the flow meter 10 are sequentially arranged in the mixing line 3 from the merging point 4 toward the downstream side, but the flow meter 10 and the back pressure valve 9 are arranged in this order. Is also good.
  • the members arranged on each line will be described in detail.
  • the pumps 11 and 12 are bellows pumps without a sliding part for pumping fluid to the supply lines 1 and 2 respectively. Although a bellows pump is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and any pump may be used regardless of the occurrence of pulsation.
  • the pressure reducing valves 7 and 8 adjust the pressure of each of the fluids A and B, adjust the flow rate, and suppress pulsation, and preferable ones are shown in FIG.
  • the main body has a first valve chamber 13, a step portion 14 provided above the first valve chamber 13, and a fluid inlet 15 communicating with the first valve chamber 13.
  • 16 and the second valve A lid 19 having a chamber 17 and a fluid outlet 18 communicating therewith and joined to the upper part of the main body, and a first diaphragm having a peripheral part joined to an upper peripheral part of the first valve chamber 13 20; a second diaphragm 21 whose peripheral portion is sandwiched between the main body 16 and the lid 19; and two annular joints provided at the center of the first and second diaphragms 20 and 21.
  • a fluid control unit is provided between the sleeve 24 joined to 2 and 23 and being movable in the axial direction and the lower end of the sleeve 24 fixed to the bottom of the first valve chamber 13.
  • an air chamber 27 surrounded by the inner peripheral surface of the step portion 14 of the main body and the first and second diaphragms 20 and 21.
  • the pressure receiving area of the second diaphragm 21 is larger than the pressure receiving area of the first diaphragm 20, and an air supply port 28 communicating with the air chamber 27 is provided in the main body. It is a structure. The effect is that a constant internal pressure is applied to the air chamber 27 by operating air.
  • the first diaphragm 20 applies the pressure inside the first valve chamber 13, that is, the primary side.
  • the second diaphragm 21 receives a downward force due to the pressure inside the second valve chamber 17, that is, a fluid pressure on the secondary side, and an upward force due to the pressure inside the air chamber 27.
  • the position of the sleeve 24 joined to the first and second diaphragms 20 and 21 is determined by the balance of these four forces.
  • the sleeve 24 forms a fluid control part 25 with the plug 26, and controls the fluid pressure on the secondary side by the opening area.
  • the secondary fluid pressure and flow rate also temporarily increase. At this time, an upward force acts on the first diaphragm 20 and a downward force acts on the second diaphragm 21 due to the fluid pressure, but the pressure-receiving area of the second diaphragm 21 affects the first diaphragm 20. Designed to be large enough to allow downward force to overcome upward force g
  • the sleep 24 is pushed down.
  • the opening area of the fluid control unit 25 is reduced, the fluid pressure on the secondary side is instantaneously reduced to the original pressure, and the balance between the internal pressure of the regeneration chamber 27 and the fluid pressure is balanced. Is kept.
  • the secondary fluid pressure and flow rate also temporarily decrease.
  • downward and upward forces act on the first and second diaphragms 20 and 21, respectively, due to the internal pressure of the air chamber 27, but even in this case, the pressure receiving area of the second diaphragm 21 is larger than that of the second diaphragm 21.
  • the upward force overcomes the downward force, pushing the position of the sleeve 24 upward.
  • the opening area of the fluid control unit 25 increases, the fluid pressure on the secondary side instantaneously rises to the original pressure, and the balance between the internal pressure of the air chamber 27 and the fluid pressure is again balanced. The original flow rate is maintained.
  • the position of the sleep 24 changes instantaneously, and the pressure on the secondary side is always kept constant. Therefore, even if the inflowing fluid is pulsating, the fluid having a constant controlled pressure flows out from the outlet. Further, by injecting operating air into the air supply port 28 and adjusting the operating air pressure, the degree of pressure reduction of the fluid can be adjusted, and the flow rate can be adjusted.
  • the diaphragms 20 and 21 are particularly useful with a fluororesin such as PTFE, and the main body is particularly useful with a resin such as PP, but other resins or metals may be used.
  • the valve in feed pack control, it is more effective to use the valve as an automatic valve capable of adjusting the degree of pressure reduction of the fluid by an air pressure signal or an electric signal.
  • the pressure reducing valves 7 and 8 are the same, but they are not necessarily the same as long as they have the function of adjusting the pressure, the flow rate, and the pulsation of each fluid. Also, it is not limited to those having the above structure.
  • the ⁇ needle valves 5 and 6 adjust the flow rate by changing the opening area of the flow path.
  • a needle valve is used, but a fixed orifice or a pinch is used as the throttle.
  • a control valve such as a valve may be used.
  • the pressure reducing valves 7 and 8 may be used as flow control valves by adjusting the operating air pressure.
  • What is used as the above-mentioned restricting portion may be a general one that is usually used.
  • the back pressure valve 9 absorbs fluctuations in the pressure of the fluid downstream of the valve, and constantly regulates the upstream pressure. It acts to keep it constant. Further, by adjusting the operating air pressure, the pressure on the upstream side of the back pressure valve 9 can be adjusted, and the pressure can be maintained at an arbitrary value.
  • an automatic valve that can be adjusted to an arbitrary pressure by a pneumatic pressure signal or an electric signal is particularly effective.
  • An ultrasonic flowmeter 10 measures the flow rate of the fluid in the mixing line 3, and converts the measured value of the fluid into an electric signal.
  • an ultrasonic flow meter is used, but a Karman vortex flow meter, an impeller flow meter, an electromagnetic flow meter, a differential pressure flow meter, a positive displacement flow meter, a hot wire flow meter, or a mass flow meter is used.
  • a commonly used device such as a meter may be used.
  • the fluid ⁇ is pumped by the pump 11 and flows into the pressure reducing valve 7.
  • Fluid A flows into the needle valve 5 from the pressure reducing valve 7 in a state where the pulsation is suppressed in the pressure reducing valve 7 and the degree of pressure reduction is further adjusted, and is supplied to the junction point 4.
  • the fluid B is supplied to the confluence point 4 by the same operation as in the first supply line 1.
  • the supply flow rate to the merging point 4 is determined by the differential pressure across the-$ 1 valves 5,6 of the first supply lines 1,2, and the opening area of the-$ 1 valves 5,6 is also determined. ⁇ Variable flow rate can be adjusted over a wide range.
  • the fluids A and B supplied to the merging point 4 flow into the back pressure valve 9 of the mixing line 3.
  • the pressure from the upstream side of the back pressure valve 9, that is, from the downstream side of each of the needle valves 5 and 6 to the back pressure valve 9 is constant. Because you can keep
  • Each of the needle valves 5 and 6 can maintain a differential pressure, and the fluids A and B of each of the supply lines 1 and 2 are always supplied in a stable state at a constant amount to the merging point 4.
  • the fluid passing through the back pressure valve 9 is measured in real time by the flow meter 10, and the measured value of the flow rate is converted into an electric signal.
  • the pressure reducing valves 7, 8 and the back pressure valve 9 are automatic valves, the electric signal is fed back to the pressure reducing valves 7, 8 or the back pressure valve 9 so that the degree of pressure reduction is adjusted and the flow rate of the mixing line 3 is controlled. be able to.
  • the high-precision mixing ratio can be easily changed without being affected by the pressure of the fluid B of No. 2. Also, when the mixing ratio is changed by decreasing the flow rate of the fluid B in the second supply line 2, the mixing ratio can be easily and highly accurately changed.
  • the mixing ratio of the fluid in the mixing line 3 when the mixing ratio of the fluid in the mixing line 3 is changed, the mixing ratio can be changed without performing pump control on the supply line fluid, and the flow rate of only one supply line can be adjusted.
  • the mixing ratio can be changed easily and accurately with the fluid supplied.
  • the total flow rate can be changed by changing the opening area of the back pressure valve 9.
  • Reference numeral 29 denotes a first supply line through which the fluid C flows.
  • a pump 30, a pressure reducing valve 31, and a needle valve 32 serving as a throttle portion are arranged in series from the upstream side, and reference numeral 33 denotes a second supply line through which the fluid D flows.
  • Line 34 is a third supply line through which fluid E flows, and pumps 35, 36, pressure reducing valves 37, 38, and a throttle section from the upstream side similarly to the first supply line 29.
  • Needle valves 39 and 40 are respectively arranged in series.
  • Reference numeral 41 denotes a merging point, which is a position where the fluids C, D, and E which are respectively supplied in a fixed amount finally merge.
  • 4 2 is a mixing line
  • the merging point is the line after 41.
  • a back pressure valve 43 and a flow meter 44 are arranged in series.
  • the description and operation of the members arranged on each line are the same as in the first embodiment, and will not be described.
  • a test to measure the supply stability of the fluid in the supply line over time with respect to the pressure fluctuation downstream from the back pressure valve in the fluid mixing device of the present invention was performed using the apparatus shown in FIG. 4 in the following manner. went.
  • the first supply line 45 was supplied with red water, which is water at room temperature and colored red. From the upstream side of the first supply line 45, a tank 46, a pump 11, a pressure reducing valve 7, an ador valve 5, and an ultrasonic flow meter 47 for measuring the flow rate of red water were arranged. In addition, blue water, which is water at room temperature and was colored blue, was supplied to the second supply line 48. The same members as in the first supply line 45 were arranged in the second supply line 48. Further, in the mixing line 3, a back pressure valve 9, a pressure gauge 49, an ultrasonic flow meter 10, and a needle valve 50 for varying the pressure downstream from the back pressure valve 9 were arranged. As a comparative device, a device in which the back pressure valve 9 of the mixing line 3 of the device of this example was removed was used.
  • the flow rate of the red water in the first supply line 45 measured at 7 was set so as to be 20 mL / min.
  • the discharge pressure of the pump 12 is set to 0.3 MPa
  • the operating air pressure of the pressure reducing valve 8 is set to 0.3 IMPa
  • the opening of the needle valve 6 is set to the second supply line 48.
  • the flow rate was adjusted, and the flow rate of blue water in the second supply line 48 was measured by the ultrasonic flowmeter 51 so as to be 120 mL / min.
  • the opening of the needle valve 50 is gradually reduced, and the pressure on the upstream side of the needle valve 50 (back pressure of the back pressure valve 9) is increased by a pressure gauge 49 to supply each of the supply lines 45,
  • the flow rate of No. 8 was measured with the ultrasonic flowmeters 47 and 51 over time, respectively.
  • the embodiment apparatus does not change the flow rate of each supply line even if the back pressure rises to 0.2 MPa. , was supplied to the mixing line 3 at a constant and high precision.
  • the opening of the needle valve 50 is reduced, and when the back pressure increases, the flow rate of each decreases, and the mixing line 3 Quantitative supply became impossible.
  • the present invention has a configuration as described above, and the following excellent effects can be obtained by using the configuration.
  • the mixing ratio of the mixing line can be changed by changing the flow rate of the supply line only, without pump control of the supply line fluid.
  • the total flow rate can be adjusted while maintaining the mixing ratio of the mixing line with high accuracy while the fluid is supplied.

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Abstract

　混合ラインの背圧弁の下流側の圧力が変動しても各々の供給ラインの流体を該混合ラインに常に定量供給させ、精度の良い混合比率を維持することができ、さらには流体を流したままの状態で供給ラインの流体の混合比率を高精度で変えることができる流体混合装置を提供する。　少なくとも２つの第１供給ライン１、第２供給ライン２が混合ライン３に合流する合流ポイント４より上流側に流体の流量を調整する絞り部５、６と絞り部５、６のさらに上流側に減圧弁７、８が供給ライン１、２を直列に配置すると共に、混合ライン３に背圧弁９を配置する。また、混合ライン３に背圧弁９と流量計１０が直列に配置し、絞り部５、６に固定オリフィス、または調節弁を用い、さらに減圧弁７、８および背圧弁９を自動弁とする。

Description

明細書
流体混合装置
技術分野
本発明は、 化学工場、 または半導体製造分野、 食品分野及ぴバイオ 分野等の各種産業における流体輸送において、 少なく とも 2つの供給ラ インに流れる流体を混合ラインに定量供給させる流体混合装置に関する ものであり、 さらに詳しくは、 混合ラインの背圧弁の下流側の圧力が変 動しても各々の供給ラインの流体を高精度な混合比率を維持したままで 該混合ラインへ定量供給させることができ、 さらには該供給ラインの流 体をポンプ制御を行うことなく混合ラインの混合比率を変えることがで き、 また、 ひとつの供給ラインの流量を調整するだけで流体を流した状 態で混合ラインの混合比率を変えることができる流体混合装置に関する ものである。
背景技術
従来の流体混合装置の例として、 図 7に示すような流体混合装置が ある （例えば、 特開 2 0 0 0— 2 5 0 6 34号公報に開示。 ） この流体 混合装置は、 第 1供給通路 1 0 1に上流側からポンプ 1 0 2、 定圧制御 弁 1 0 3、 オリフィス 1 0 4、 圧力計 1 0 5、 及び逆止弁 1 0 6が直列 に接続され、 第 2.供給通路 1 0 7に第 1供給通'路 1 0 1 と同様に上流側 からポンプ 1 0 8、 定圧制御弁 1 0 9、 オリフィス 1 1 0、 圧力計 1 1 1、 及び逆止弁 1 1 2が直列に接続され、 各々の供給通路に流れる流体 が合流される混合通路 1 1 3上にインライン型ミキサ 1 1 4が設けられ ているものであった。
その作用は、 第 1供給通路 1 0 1に流れる流体がポンプ 1 0 2により 圧送され、 定圧制御弁 1 0 3に流入する。 定圧制御弁 1 0 3に流入した 流体は、 定圧制御弁 1 0 3の作用により脈動が抑制されるとともに一定 圧に設定され、 さらにオリフィス 1 0 4を通過して混合通路 1 1 3に流 入する。 このとき、 第 2通路内 1 0 7でも同時に第 1供給通路 1 0 1内 の流体と同様の作用が起こり、 第 2通路内 1 0 7の流体が混合通路 1 1 3に流入する。 混合通路 1 1 3に流入し、 合流された流体は、 インライ ン型ミキサ 1 1 4へ送り こまれることにより、 攪拌混合されるものであ つた。 このとき、 各々の供給通路 1 0 1、 1 0 7に流れる流体は、 脈動 が抑制された状態で混合通路 1 1 3に予め設定された一定の比率で混合 されるものであった。 さらにオリフィス 1 04、 1 1 0の作用によりィ ンライン型ミキサ 1 1 4の圧力変動を受けることなく一定の比率で混合 できるものであった。
しかしながら、 前記従来の流体混合装置には以下の問題点が発生して いた。
( 1 ) ユースポイントへ供給するためのノズル等の絞り部を混合通路 1 1 3のインライン型ミキサ 1 1 4の下流側末端に設けた場合、 気泡等の 異物がノズルに付着することでオリフィス 1 0 4、 1 1 0下流側の圧力 が増加し、 インライン型ミキサ 1 1 4における圧力変動以上の圧力変動 が起こるため、 オリフィス 1 04、 1 1 0ではその圧力変動に対応でき ずに流量が低下し、 混合比率の精度が低下してしまう。 （2) 混合通路 1 1 3にバルブ等を設けて開閉し、 混合通路 1 1 3の圧力が変動した場 合も、 上記 （ 1 ) と同様に流量が低下し、 混合比率の精度が低下してし まう。
( 3 ) —方の供給通路の流体の流量を変更させ、 混合比率を変更させる 場合、 他方の供給通路上のオリフィス 1 0 4、 1 1 0下流側の圧力が変 動して、 上記 （ 1 ) と同様の現象が起こり、 目指す混合比率での混合が 実現できない。
本発明は、 以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、 そ の目的は、 少なく とも 2つの供給ラインに流れる流体を混合ラインに定 量供給させ、 該混合ラインの背圧弁の下流側の圧力が変動しても各々の 供給ラインの流体を該混合ラインに常に定量供給させ、 精度の良い混合 比率を維持することができ、 さらには流体を流した状態で該供給ライン の流体の混合比率を高精度で変えることができる流体混合装置を提供す ることである。
発明の開示
上記課題を解決するためになされた本発明の構成を、 図 1を参照して 説明する。 図 1において、 少なく とも 2つの第 1供給ライン 1、 第 2供 給ライン 2が混合ライン 3に合流する合流ボイント 4より上流側に流体 の流量を調整する絞り部 5、 6と絞り部 5、 6のさらに上流側に減圧弁 7、 8が直列に配置されると共に、 混合ライン 3に背圧弁 9が配置され たことを第 1の特徴とする。
また、 混合ライン 3に背圧弁 9 と流量計 1 0が直列に配置されたこと を第 2の特徴とし、 絞り部 5、 6に固定オリフィス、 または調節弁が用 いられていることを第 3の特徴とし、 さらに減圧弁 7、 8及ぴ背圧弁 9 が自動弁であることを第 4の特徴とする。
図面の簡単な説明
第 1図は本発明の第 1の実施態様を摸式的に示す構成図であり、 第 2 図は本発明の第 2の実施態様を模式的に示す構成図である。 第 3図は減 圧弁の縦断面図である。 第 4図は供給ラインの流量の安定性を測定する ための試験装置を模式的に示す構成図である。 第 5図は実施例装置の流 '量及ぴ背圧の測定結果を示すグラフである。 第 6図は比較例装置の流量 及び背圧の測定結果を示すグラフである。 第 7図は従来装置を摸式的に 示す構成図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、 図面を参照しながら、 本発明を実施するための最良の形態につ いて詳述するが、 本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでも ない。
本発明の第 1の実施態様について図 1、 図 3に基づいて説明する。 1 は、 流体 Aが流れる第 1供給ラインであり、 上流側からポンプ 1 1、 減 圧弁 7、 絞り部であるエー ドル弁 5が直列に配置され、 2は、 流体 Bが 流れる第 2供給ラインであり、 第 1供給ライン 1 と同様に上流側からポ ンプ 1 2、 減圧弁 8、 絞り部であるニー ドル弁 6が直列に配置されてい る。 4は、 本装置における合流ポイントであり、 各々定量供給された流 体 A、 Bが合流する位置である。 3は、 混合ラインであり、 合流ポイン ト 4以降下流側のラインである。 混合ライン 3には背圧弁 9と流量計 1 0が直列に配置されている。 さらに、 その下流側に、 図示されていない 力 流体 A、 Bを均一混合させるためのインライン型ミキサなどを設け てもよく、 濃度、 P Hを計測する計器を設けてもよい。 尚、 本実施態様 では、 混合ライン 3に合流ポイント 4から下流側に向かって背圧弁 9、 流量計 1 0が順次配置されているが、 流量計 1 0、 背圧弁 9の順で配置 しても良い。 以下に各ラインに配置されている部材について詳細に説明 する。
ポンプ 1 1、 1 2は、 各々の供給ライン 1、 2に流体を圧送する摺動 部のないベローズポンプである。 本実施態様ではべローズポンプを用い ているが、 本実施態様に限定される.ことなく、 また脈動の発生の有無に 関わらず、 いかなるポンプを用いてもよい。
減圧弁 7、 8は、 各流体 A、 Bの圧力調整、 流量調整、 脈動抑制を行 うもので、 その好適なものが図 3に示されている。 その構造は、 内部に 第 1の弁室 1 3、 第 1の弁室 1 3の上部に設けられた段差部 1 4及び第 1の弁室 1 3と連通する流体流入口 1 5を有する本体 1 6と、 第 2の弁 室 1 7とそれに連通する流体流出口 1 8 とを有し本体上部に接合される 蓋体 1 9 と、 周縁部が第 1の弁室 1 3の上部周縁部に接合された第 1の ダイヤフラム 2 0と、 周縁部が本体 1 6 と蓋体 1 9とによって挟持され た第 2のダイヤフラム 2 1 と、 第 1及び第 2のダイヤフラム 2 0、 2 1 の中央に設けられた両環状接合部 2 2、 2 3.に接合され軸方向に移動自 在となっているスリーブ 2 4と、 第 1の弁室 1 3の底部に固定され該ス リーブ 2 4の下端との間に流体制御部 2 5を形成しているプラグ 2 6 と からなり、 また本体の段差部 1 4の内周面と第 1及ぴ第 2のダイヤフラ ム 2 0、 2 1 とに包囲された気室 2 7を有し、 第 2ダイヤフラム 2 1の 受圧面積が第 1のダイヤフラム 2 0の受圧面積より大きく構成され、 気 室 2 7に連通するエア供給口 2 8が本体に設けられている構造である。 その作用は、 気室 2 7に操作エアによって一定の内圧がかけられてお り、 まず第 1のダイヤフラム 2 0は、 第 1の弁室 1 3内部の圧力、 すな わち 1次側の流体圧力による上向きの力と、 操作エアによって一定の内 圧がかかっている気室 2 7内部の圧力による下向きの力を受けている。 一方、 第 2のダイヤフラム 2 1は、 第 2の弁室 1 7内部の圧力すなわち 2次側の流体圧力による下向きの力と、 気室 2 7内部の圧力による上向 きの力を受けており、これら 4つの力の釣り合いによって第 1及び第 2の ダイヤフラム 2 0、 2 1 と接合されているスリーブ 2 4の位置が決定さ れている。 スリーブ 2 4はプラグ 2 6 との間に流体制御部 2 5を形成し ており、 その開口面積によって 2次側の流体圧力を制御している。
この状態において 1次側の流体圧力が上昇した場合、 一時的に 2次側 の流体圧力及び流量も増大する。 このとき流体圧力により第 1のダイヤ フラム 2 0には上向きの力、 第 2のダイヤフラム 2 1には下向きの力が 働くが、 第 2のダイヤフラム 2 1の受圧面積は第 1のダイヤフラム 2 0 に比べ十分に大きく設計されているため、 下向きの力が上向きの力に勝 g
り、 結果と してスリープ 2 4を下方へ押し下げることとなる。 これによ つて、 流体制御部 2 5の開口面積は減少し、 2次側の流体圧力は瞬時に もとの圧力まで低下し、 再ぴ気室 2 7の内圧と流体圧力による力の釣り 合いが保たれる。
一方、 1次側の流体圧力が低下した場合、 一時的に 2次側の流体圧力 及び流量も低下する。 このとき第 1及ぴ第 2のダイヤフラム 2 0、 2 1 には、 気室 2 7の内圧によってそれぞれ下向き及び上向きの力が働くが 、 この場合でも受圧面積は第 2のダイヤフラム 2 1の方が大きいため、 上向きの力が下向きの力に対して勝り、 スリーブ 2 4の位置を上方へ押 し上げることとなる。 これによつて、 流体制御部 2 5の開口面積は增大 し、 2次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで上昇し、 再び気室 2 7の内 圧と流体圧力による力の釣り合いが保たれ、 元の流量も保たれる。
以上のように減圧弁 7、 8の 1次側の流体圧力が増減しても、 瞬時に スリープ 2 4の位置が変化して、 常に 2次側の圧力が一定に保たれる。 従って流入する流体が脈動していても一定に制御された圧力の流体が流 出口から流出される。 さらに、 エア供給口 2 8に操作エアを注入し、 こ の操作エア圧力を調整することにより流体の減圧度が調整でき、 また流 量調整も可能になる。
各部材の材質については、 ダイヤフラム 2 0、 2 1は P T F E等のフ ッ素樹脂、 本体は P P等の樹脂が特に有用であるが、 他の樹脂、 金属を 用いても良い。 また、 フィードパック制御等においては、 該弁を空気圧 力信号や電気信号によって流体の減圧度が調整できる自動弁として用い るとさらに有効である。 尚、 本実施態様では、 減圧弁 7、 8が同一のも のであるが、 各々の流体の圧力調整、 流量調整、 脈動抑制の作用を有す るものであれば必ずしも同一のものでなくても良く、 また上記構造を有 するものに限定されるものでもない。 η ニードル弁 5、 6は、 流路の開口面積を可変することにより、 流量調 整を行うもので、 本実施態様ではニードル弁を用いているが、 絞り部と しては固定オリフィス、 またはピンチ弁等の調節弁を用いてもよい。 尚 、 固定オリフィスを用いる場合は、 操作エア圧力を調整することにより 減圧弁 7、 8を流量調整弁として用いればよい。 上記した絞り部として 使用されているものは通常使用されている一般的なものでもかまわない 背圧弁 9は、 該弁の下流側の流体の圧力の変動を吸収し、 上流側の圧 力を常に一定に保つ作用をする。 また、 操作エア圧力を調整することに より、 背圧弁 9の上流側の圧力を調整でき、 任意の圧力に保つことがで きる。 好適には、 空気圧力信号や電気信号で任意圧力に調整できる自動 弁が特に有効である。
1 0は、 混合ライン 3の流体の流量を計測している超音波流量計であ り、 流体の測定値を電気信号に変換する。 尚、 本実施態様では超音波流 量計を用いているが、 カルマン渦式流量計、 羽根車式流量計、 電磁流量 計、 差圧式流量計、 容積式流量計、 熱線式流量計または質量流量計等一 般的に使用されているものを用いてよい。
次に第 1図及び第 3図に基づき、 上記実施態様の作用について説明す る。
第 1供給ライン 1において、 流体 Αはポンプ 1 1により圧送され減圧 弁 7に流入する。 流体 Aは減圧弁 7内で脈動が抑制され、 さらに減圧度 が調整された状態で、 減圧弁 7からニードル弁 5に流入し、 合流ポイン ト 4へ供給される。 一方第 2供給ライン 2において、 流体 Bは第 1供給 ライン 1 と同様の作用で合流ポイント 4に供給される。 尚、 この時各々 の第 1供給ライン 1、 2の-一ドル弁 5、 6の前後の差圧により合流ポ イント 4への供給流量が決まり、 さらに-一ドル弁 5、 6の開口面積を § 可変することにより、 幅広い範囲の流量調整を行うことができる。
次に、 合流ポイント 4へ供給された各々の流体 A、 Bは、 混合ライン 3の背圧弁 9に流入する。 この時背圧弁 9の作用により、 背圧弁 9の下 流側の圧力が変動しても背圧弁 9の上流側、 すなわち各々のニードル弁 5 、 6の下流側から背圧弁 9までの圧力を一定に保つことができるため
、 各々のニードル弁 5 、 6は差圧を保つことができ、 各々の供給ライン 1 、 2の流体 A、 Bは常に安定した状態で一定量が合流ポイント 4に供 給される。 背圧弁 9を通過した流体は流量計 1 0により リアルタイムに 計測され、 流量の測定値は電気信号に変換される。 さらに減圧弁 7 、 8 、 背圧弁 9が自動弁の場合、 該電気信号が、 減圧弁 7 、 8、 または背圧 弁 9にフィードバックされ減圧度が調整され、 混合ライン 3の流量を制 御することができる。
この状態で、 例えば混合ライン 3の末端にユースポイント等へ供給す るためのノズル等を設けた場合、 気泡等の異物がノズルに付着すること により混合ライン 3の末端の圧力が上昇してしまうことがあるが、 背圧 弁 9の作用により、 背圧弁 9の下流側の圧力の変動を受けることなく各 々 の供給ライン 1 、 2の各エードル弁 5 、 6の下流側から背圧弁の上流 側までの圧力は一定に保たれるため、 ニードル弁 5 、 6の前後の差圧は 変動することなく設定した流量を精度よく混合ライン 3に供給すること ができ、 精度の良い混合比率を維持することができる。 また、 例えば、 混合ライン 3の末端に種々のパルプ等を直列または並列に設け開閉させ た場合でも前記と同様の作用で背圧弁 9の下流側の圧力の変動を受ける ことなく精度の良い混合比率を維持することができる。
ここで、 第 1供給ライン 1の流体 Aの設定流量を固定したままで、 第 2供給ライン 2の流体 Bの流量を増加させて混合比率を変更しようとす る場合、 第 2供給ライン 2上の減圧弁 8またはニードル弁 6を調整して 流量を増加させるが、 この時、 第 1供給ライン 1は第 2供給ライン 2側 からの背圧をうけ、 合流ボイント 4から減圧弁 7の下流側の間の圧力も 上昇する。 この圧力の影響により背圧弁 9が無い場合には第 1供給ライ ン 1の流体 Aの供給流量が減少、 または供給できない状態が起こるが、 本実施態様では背圧弁 9の作用により下流側の圧力の変動の影響を受け ずに、 背圧弁 9の上流側からニードル弁 5、 6の下流側までの圧力は一 定に保たれているため、 第 1供給ライン 1の流体 Aは第 2供給ライン 2 の流体 Bの圧力の影響をうけることなく、 容易に高精度な混合比率が変 更できる。 また、 第 2供給ライン 2の流体 Bの流量を減少させて混合比 率を変更する場合においても、 同様に容易に高精度な混合比率の変更が できる。
上記作用により、 混合ライン 3の流体の混合比率を変更する場合、 供 給ラインの流体をポンプ制御を行うことなく混合比率を変えることがで き、 また、 ひとつの供給ラインの流量を調整するだけで流体を供給した 状態で容易且つ高精度に混合比率を変えることができる。
また、 各々の供給ライン 1 、 2のエードル弁 5 、 6の上流側の圧力を 同じに設定しておけば、 背圧弁 9の開口面積を変更することで、 トータ ル流量を変えることができる。
次に、 本発明の第 2の実施態様について図 2に基づいて説明する。 2 9は流体 Cが流れる第 1供給ラインであり、 上流側からポンプ 3 0、 減 圧弁 3 1、 絞り部であるニードル弁 3 2が直列に配置され、 3 3は流体 Dが流れる第 2供給ラインであり、 3 4は流体 Eが流れる第 3供給ライ ンであり、 第 1供給ライン 2 9 と同様に上流側からポンプ 3 5、 3 6、 減圧弁 3 7、 3 8、 絞り部であるニードル弁 3 9 、 4 0が各々直列に配 置されている。 4 1は、 合流ポイントであり、 各々定量供給された流体 C、 D、 Eが最終的に合流する位置である。 4 2は、 混合ラインであり 、 合流ボイント 4 1以降のラインである。 混合ライン 4 2には背圧弁 4 3と流量計 4 4が直列に配置されている。 各ラインに配置されている部 材についての説明及び作用は、 実施態様 1 と同様であるため省略する。 次に、 本発明の流体混合装置における背圧弁以降下流側の圧力変動に 対する供給ラインの流体の供給安定状態を経時的に測定する試験を図 4 に示す実施例装置を用いて下記の要領で行った。
第 1供給ライン 4 5には常温の水を赤色に着色した赤色水を流した。 第 1供給ライン 4 5の上流側からタンク 4 6、 ポンプ 1 1、 減圧弁 7、 エードル弁 5及び赤色水の流量を計測するための超音波流量計 4 7を配 置した。 また、 第 2供給ライン 4 8には常温の水を青色に着色した青色 水を流した。 第 2供給ライン 4 8には第 1供給ライン 4 5と同様の部材 を配置した。 さらに混合ライン 3には背圧弁 9、 圧力計 4 9、 超音波流 量計 1 0及び背圧弁 9以降下流側の圧力を変動させるためのニードル弁 5 0を配置した。 比較例装置として、 この実施例装置の混合ライン 3の 背圧弁 9を除いた装置を用いた。
第 1供給ライン 4 5のポンプ 1 1を吐出圧 0 . 3 M P aに、 減圧弁 7 の操作エア圧 0 . I M P aに設定し、 ニードル弁 5の開度を調整し、 超 音波流量計 4 7で測定して第 1供給ライン 4 5の赤色水の流量が 2 0 m L / m i nになるように設定した。 第 2供給ライン 4 8についても第 1 供給ライン 4 5 と同様にポンプ 1 2の吐出圧 0 . 3 M P a、 減圧弁 8の 操作エア圧 0 . I M P a と し、 ニードル弁 6の開度を調整し、 超音波流 量計 5 1で測定して第 2供給ライン 4 8の青色水の流量が 1 2 0 m L , m i nになるように設定した。 この状態からニードル弁 5 0の開度を徐 々に絞り、 ニードル弁 5 0の上流側の圧力 （背圧弁 9の背圧） の上昇を 圧力計 4 9で、 各々の供給ライン 4 5、 4 8の流量を超音波流量計 4 7 、 5 1で各々経時的に測定した。 丄 その結果、 図 5のグラフからわかるように、 実施例装置 （背圧弁 9有 り） の方は、 背圧が 0 . 2 M P aまで上昇しても各供給ラインの流量が 変化することなく、 一定かつ高精度で混合ライン 3に定量供給された。 一方、 図 6のグラフからわかるように、 比較例装置 （背圧弁 9無し） の 方は、 ニードル弁 5 0の開度を絞り、 背圧が上昇すると、 各々の流量は 低下し、 混合ライン 3へ定量供給が不能になった。
産業上の利用可能性
本発明は以上説明したような構成であり、これを用いることにより以 下の優れた効果が得られる。
( 1 ) 混合ラインの弁の開閉等によって混合ラインの背圧弁の下流側の 圧力が変動しても、 各々の供給ラインの流体を高精度で定量供給させる ことができ、 高精度の混合比を維持することができる。 特に、 微少流量 や濃度、 混合比率を高精度にする場合に有効である。
( 2 ) 供給ラインの流体をポンプ制御することなく、 供給ラインのみの 流量の変更で、 混合ラインの混合比率を変えることができる。
( 3 ) ひとつの供給ラインの流量を調整するだけで、 流体を供給した状 態のままで混合ラインの混合比率を変えることができる。
( 4 ) 流体を供給した状態のままで、 混合ラインの混合比を高精度で維 持しつつトータル流量の調整ができる。

Claims

請求の範囲
少なく とも 2つの供給ラインに流れる流体を任意の比率で混合ライン に圧送させる流体混合装置において、 前記少なく とも 2つの供給ライン が混合ラインに合流するボイントより上流側に、 流体の流量を調整する 絞り部と該絞り部のさらに上流側に減圧弁が直列に配置されると共に、 前記混合ラインに背圧弁が配置されたことを特徴とする流体混合装置。
2 . 混合ラインに背圧弁と流量計が直列に配置されたことを特徴とす る請求項 1記載の流体混合装置。
3 . 絞り部に固定オリフィス、 または調節弁が用いられていることを 特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の流体混合装置。
4 . 減圧弁及び背圧弁が自動弁であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の流体混合装置。
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