特開 2023-39664 液体混合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023039664

(43)【公開日】2023-03-22

(54)【発明の名称】液体混合装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 25/40 20220101AFI20230314BHJP

   B01F 23/40 20220101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

B01F5/00 D

B01F3/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021146898

(22)【出願日】2021-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】515358023

【氏名又は名称】マックエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003085

【氏名又は名称】弁理士法人森特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】妹尾 典久

(72)【発明者】

【氏名】小谷 功

(72)【発明者】

【氏名】小谷 研太朗

【テーマコード（参考）】

4G035

【Ｆターム（参考）】

4G035AB37

4G035AC02

4G035AE13

4G035AE17

(57)【要約】      （修正有）

【課題】第１の液体と、第２の液体との混合比を容易に制御することができる液体混合装置を提供する。
【解決手段】第１の液体を流通させる第１流路と第２の液体を流通させる第２流路を有する第１部材１１ａと、第１流路から供給された第１の液体と第２流路から供給された第２の液体とを混合するスリット孔１２１ａとを有する第２部材１２ａとを備え、第１流路及び第２流路は、一方向に延びる本流路と、本流路から分岐し一方向に交差する方向に延びる複数の支流路とを備えており、第１流路の支流路と第２流路の支流路とは、第１部材上では連通することなく、前記一方向に対して交互に配置され、第２部材のスリット孔は、交互に配置された第１流路の支流路と第２流路の支流路とをスリット孔を介して連通させるように、前記一の方向に沿うように配置され、互いに対向する第１流路及び第２流路において、第１流路の支流路の数と第２流路の支流路の数とは同数である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の液体を流通させる第１流路と第２の液体を流通させる第２流路を有する第１部材と、
第１流路から供給された第１の液体と第２流路から供給された第２の液体とを混合するスリット孔とを有する第２部材と、を備える装置であり、
第１流路及び第２流路は、それぞれ、一方向に延びる本流路と、本流路から分岐し、一方向に交差する方向に延びる複数の支流路とを備えており、
第１流路の支流路と第２流路の支流路とは、第１部材上では連通することなく、前記一方向に対して交互に配置される構成であり、
第２部材のスリット孔は、交互に配置された第１流路の支流路と第２流路の支流路とをスリット孔を介して連通させるように、前記一の方向に沿うように配置される構成であり、
互いに対向する第１流路及び第２流路において、第１流路の支流路の数と第２流路の支流路の数とは同数である液体混合装置。

【請求項2】

本流路の片側に設けられる支流路の数は、スリット孔の数と同数である請求項１に記載の液体混合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体混合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、下から上に向かって順に、ベースプレート、分配プレート、合流プレート、及びトッププレートを積層して構成される混合装置が記載されている。図４に示されているように、ベースプレートには、２つの貫通孔が設けられている。図７に示されているように、一方の貫通孔からはＡ系統の液体が供給され、他方の貫通孔からはＢ系統の液体が供給される。Ａ系統の液体と、Ｂ系統の液体は、分配プレートに設けられた櫛歯型の複数の流路に流入して、合流プレートに設けられた複数のスリット溝において合流する。この際にＡ系統の液体と、Ｂ系統の液体とが混合される。混合された液体は、トッププレートに設けられた小径の円筒形の貫通孔と大径の円筒形の貫通孔とを連結させた排出孔を介して、装置の外部へ排出される。櫛歯型の流路は、本流路と本流路から分岐する複数の支流路とから構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４２８６８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の装置は、櫛歯型の流路と、スリット溝とを利用して、Ａ系統の液体とＢ系統の液体を混合するものであり、液体を効率よく混合することができる優れた装置である。

【0005】

特許文献１の装置では、後述の図２２に示したように、櫛歯型の流路は、長手方向の他方のみに１２本の支流路８１を設けた流路と、長手方向の一方に沿って１１本の支流路８２の設け、長手方向の他方に１２本の支流路８１を設けた流路と、長手方向の一方のみに１１本の支流路８２を設けた流路とで、構成される。

【0006】

Ａ系統から供給される液体と、Ｂ系統から供給される液体との混合比率は、図２２において一点鎖線で示されるスリット溝８３と各支流路とが連通する開口部の面積が同一の場合、Ａ系統の液体をスリット溝へと流出させる支流路の本数とＢ系統の液体をスリット溝へと流出させる支流路の本数との比率による影響を受ける。特許文献１の装置では、Ａ系統の支流路の数の総計は８０本であり、Ｂ系統の支流路の数の総計は８１本である。このため、Ａ系統から供給される液体と、Ｂ系統から供給される液体の混合比率を制御しにくいという問題があった。

【0007】

例えば、Ａ系統の液体の流速と、Ｂ系統の液体の流速とが同一になるように、流量を設定しても、Ａ系統の液体と、Ｂ系統の液体との混合比は、１：１にはならない。

【0008】

例えば、Ａ系統の液体と、Ｂ系統の液体との混合比が１：１の場合は、Ａ系統の流速と、Ｂ系統の流速とを、変更することにより、容易に、混合比を変更することができる。引用文献１の装置では、Ａ系統の支流路の数と、Ｂ系統の支流路の数とが異なるため、流速の変更によって混合比を調節する場合は、計算を行う必要があり、煩雑である。

【0009】

本発明は、一方向に延びる本流路と、本流路から分岐し、一方向に交差する方向に延びる複数の支流路とを備える第１流路と、同様の構成を有する第２流路とを対向させて、スリット孔で第１の液体と、第２の液体とを混合させる液体混合装置において、第１の液体と、第２の液体との混合比を容易に制御することができる液体混合装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

第１の液体を流通させる第１流路と第２の液体を流通させる第２流路を有する第１部材と、第１流路から供給された第１の液体と第２流路から供給された第２の液体とを混合するスリット孔とを有する第２部材と、を備える混合装置であり、第１流路及び第２流路は、それぞれ、一方向に延びる本流路と、本流路から分岐し、一方向に交差する方向に延びる複数の支流路とを備えており、第１流路の支流路と第２流路の支流路とは、第１部材上では連通することなく、前記一方向に対して交互に配置される構成であり、第２部材のスリット孔は、交互に配置された第１流路の支流路と第２流路の支流路とをスリット孔を介して連通させるように、前記一の方向に沿うように配置される構成であり、互いに対向する第１流路及び第２流路において、第１流路の支流路の数と第２流路の支流路の数とは同数である液体混合装置により、上記の課題を解決する。

【0011】

上記の装置によれば、例えば、第１流路を流通する第１の液体の流速と、第２流路を流通する第２の液体の流速とを、互いに等しくした場合、第１の液体と第２の液体を容積比で等量ずつ混合することができる。また、例えば、第１流路を流通する第１の液体の流速と、第２流路を流通する第２の液体の流速とを、４：６にした場合、容積比で、第１の液体を４０％とし、第２の液体を６０％として、混合することができる。上記装置によれば、流速を制御することで、第１の液体と、第２の液体との混合比を容易に制御することができる。

【0012】

上記の装置において、本流路の片側に設けられる支流路の数は、スリット孔の数と同数とすることが好ましい。ユーザーが使用中の装置における第２部材のスリット孔の本数と、前記装置と異なる他の装置の第２部材のスリット孔の本数とを比較することにより、ごく簡単な計算で適宜スケールアップ又はスケールダウンの比率を求めることが可能になる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、一方向に延びる本流路と、本流路から分岐し、一方向に交差する方向に延びる複数の支流路とを備える第１流路と、同様の構成を有する第２流路とを対向させて、スリット孔で第１の液体と、第２の液体とを混合させる液体混合装置において、第１の液体と、第２の液体との混合比を容易に制御することができる液体混合装置を提供するができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る液体混合装置の分解状態を示す斜視図である。

【図2】図１の液体混合装置を構成する第１部材の平面図である。

【図3】図２において二点鎖線で示した領域を拡大した図である。

【図4】図２の底面側を示した拡大図である。

【図5】図１の液体混合装置を構成する第２部材の平面図である。

【図6】図５において二点鎖線で示した領域を拡大した図である。

【図7】第１実施形態に係る液体混合装置の平面図である。

【図8】第１実施形態に係る液体混合装置を図３のCC部で切断した状態を示す断面図である。

【図9】第２実施形態に係る液体混合装置を構成する第１部材を示す、図３相当の拡大平面図である。

【図10】第２実施形態に係る液体混合装置を構成する第２部材を示す、図６相当の拡大平面図である。

【図11】第１実施形態に係る液体混合装置と第２実施形態に係る液体混合装置について、スリット孔の数と、支流路の本数との関係を示す説明図である。

【図12】第３実施形態に係る液体混合装置を構成する第１部材を示す、図３相当の拡大平面図である。

【図13】第３実施形態に係る液体混合装置を構成する第２部材を示す、図６相当の拡大平面図である。

【図14】第４実施形態に係る液体混合装置を構成する第１部材を示す、図３相当の拡大平面図である。

【図15】図１４において二点鎖線で示した領域を拡大した図である。

【図16】第４実施形態に係る液体混合装置を構成する第２部材を示す、図６相当の拡大平面図である。

【図17】第５実施形態に係る液体混合装置の断面を示す図８相当の断面図である。

【図18】第６実施形態に係る液体混合装置の断面を示す図８相当の断面図である。

【図19】第７実施形態に係る液体混合装置を分解した状態を示す斜視図である。

【図20】第７実施形態の液体混合装置を縦方向に切断した状態を示す断面図である。

【図21】第８実施形態に係る液体混合装置を構成する第１部材を示す、図３相当の拡大平面図である。

【図22】従来の液体混合装置の構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の液体混合装置の実施形態について説明する。以下に示す各実施形態は、本発明の限られた例に過ぎず、本発明の技術的範囲は例示した実施形態に限定されるものではない。

【0016】

［第１実施形態］
第１実施形態に係る液体混合装置１ａを、図１ないし図８に示す。本実施形態の液体混合装置１ａは、第１の液体を流通させる１本の第１流路１１１ａと第２の液体を流通させる２本の第２流路１１４ａとを有する第１部材１１ａと、第１流路１１１ａから排出された第１の液体と第２流路１１４ａから排出された第２の液体とを混合する２本のスリット孔１２１ａとを有する第２部材１２ａとを備える。液体混合装置１ａでは、第２流路１１４ａの本数は、第１流路１１１ａの本数に１を加えた本数とされる。

【0017】

第１流路１１１ａは、図２及び図３に示したように、一方向に延びる本流路１１２ａと、本流路１１２ａから分岐し、一方向に交差する方向に延びる複数の支流路１１３ａとを備える。同様に、第２流路１１４ａは、一方向に延びる本流路１１５ａと、本流路１１５ａから分岐し、一方向に交差する方向に延びる複数の支流路１１６ａとを備える。第１流路１１１ａの支流路１１３ａの長さは、本流路１１２ａの長さに比して短い形状である。同様に、第２流路１１４ａの支流路１１６ａの長さは、本流路１１５ａの長さに比して短い形状である。第１流路１１１ａの本流路１１２ａと第２流路１１４ａの本流路１１５ａとは、長手方向に延在する部分が、互いに対向するように、平行に配置される。第１流路１１１ａの支流路１１３ａと第２流路１１４ａの支流路１１６ａとは、第１部材１１ａ上では連通することなく、前記一方向に対して交互に配置される構成である。

【0018】

第１流路１１１ａの本流路１１２ａ、第１流路１１１ａの支流路１１３ａ、第２流路１１４ａの本流路１１５ａ、及び第２流路１１４ａの支流路１１６ａは、それぞれ、第１部材１１ａを貫通するスリット状の孔から構成される。第１流路１１１ａの本流路１１２ａの基端部には、第１部材１１ａを貫通する円形の孔１１７ａと、第１部材１１ａの一方の面に設けられた凹穴１１８ａとが配される。凹穴１１８ａと円形の孔１１７ａと本流路１１２ａと支流路１１３ａとは、連通している。凹穴１１８ａの一端部は、円形の孔１１７ａと連通する。凹穴１１８ａの他端部は円弧状の形状とされている。凹穴１１８ａと円形の孔１１７ａには、本流路１１２ａに流入する前の液体を一時的に溜める第１の液溜８１ａを構成する。この液溜により、液圧の変化や流量の変化が、緩和されて、本流路内における液圧や流量が変化しにくくなっている。

【0019】

同様に、第２流路１１４ａの本流路１１５ａの基端部には、第１部材１１ａを貫通する円形の孔１１９ａと、第１部材１１ａの一方の面に設けられた凹穴１２０ａとが配される。円形の孔１１９ａと凹穴１２０ａとによって、第２の液溜８２ａが構成される。凹穴１２８ａと円形の孔１１９ａと本流路１１５ａと支流路１１６ａとは、連通している。

【0020】

第１の液溜８１ａと第２の液溜８２ａとは、互いに対向するように、第１部材１１ａに配置される。第１の液溜８１ａから延びる第１流路１１１ａの本流路１１２ａと、第２の液溜８２ａから延びる第２流路１１４ａの本流路１１５ａとは、互いに交差せず、また連通もせず、互いの長辺が向かい合うように配置される。第１流路１１１ａは、その長辺の両側に支流路１１６ａを設けている。第２流路１１４ａは、その長辺の一方にのみ支流路１１６ａを設けている。片側のみに支流路を設けた本流路については、本流路の容積が、以下のようになるようにしている。「片側のみに支流路を設けた本流路１本の容積＝両側に支流路を設けた本流路１本の容積×片側にのみ支流路を設けた本流路１本における支流路の総数÷両側に支流路を設けた本流路１本における支流路の総数」。図３の例では、片側のみに支流路１１６ａを設けた本流路１１５ａの容積は、両側に支流路１１３ａを設けた本流路１１２ａの容積の１/２にしている。このように構成することで、第１流路１１１ａと第２流路１１４ａとから供給される液の混合比の調節と計算とが容易になるようにしている。

【0021】

第２部材１２ａには、図５ないし図８に示したように、第２部材１２ａを貫通するようにスリット孔１２１ａが設けられる。スリット孔１２１ａは、図３及び図４において一点鎖線でスリット孔１２１ａを示したように、交互に配置された第１流路１１１ａの支流路１１３ａと第２流路１１４ａの支流路１１６ａとをスリット孔１２１ａを介して連通させるように、前記一の方向に沿うように配置される。スリット孔１２１ａの本数は、以下のようにすることが好ましい。すなわち、第１流路１１１ａ（本流路１１２ａ）の一方の長辺から対向する本流路１１５ａに向かって分岐する支流路１１３ａの群と、前記第１流路１１１ａ（本流路１１２ａ）に対して対向する第２流路１１４ａ（本流路１１５ａ）の一方の長辺から前記本流路１１２ａに向かって分岐する支流路１１６ａの群とを１組の支流路としたときに、スリット１２ａの本数は、支流路の組数と同数以上にすることが好ましい。図３の例では、一点鎖線で示されるスリットの本数は２であり、支流路の組数も２である。スリット孔１２１ａの長さは、図３に示したように、１組の支流路が設けられる領域の長さと同等以上とされている。この構成によれば、全ての支流路から流出する液体をスリット孔に円滑に流入させて、乱流の形成を抑えて、スラグ流を形成することができる。なお、スラグ流を形成する場合は、第１経路と第２経路とから供給される液体を、非相溶性の液体とする。また、第１の経路と第２の経路とから供給される液体を相溶性の液体としたり、乳化剤を添加したりすることにより、複数の液体を相溶化することができる。なお、スリット孔１２１ａの幅方向の長さは、対向する本流路１１２ａ及び１１５ａの間隔よりも小さく構成し、スリット孔１２１ａと本流路１１２ａ及び１１５ａとが連通しないように構成されている。

【0022】

液体混合装置１ａは、スリット孔１２１ａで混合された第１の液体と第２の液体とを装置外に排出する第３流路１３１ａを形成した第３部材１３ａを備える。第３部材１３ａは、図７及び図８に示したように、内径が徐々に小さくなるテーパー部１３２ａを有する第３流路１３１ａを備える。テーパー部１３２ａは、テーパー部１３２ａの内径が大きな部分は上流に配置され、テーパー部１３２ａの内径が小さな部分は下流に配置される形状である。なお後述するように、液体混合装置１ａに導入された液体は、スリット孔１２１ａから排出され、テーパー部１３２ａへと流入する。図８の例では、第３部材１３ａの下端部に配されたテーパー部１３２ａの開口部１３３ａが上流に位置し、テーパー部１３２ａの上端部に配された液体の排出用の開口部１３４ａが下流に位置する。テーパー部１３２ａは、表面が円滑な傾斜面で構成される。

【0023】

図８に示したように、テーパー部１３２ａの上流の端部における開口部１３３ａの内径は、スリット孔１２１ａを全て包含する大きさとされる。テーパー部１３２ａは、円筒状の貫通孔１３５ａに連通しており、貫通孔１３５ａは、円筒形の貫通孔からなる排出用の流路９７の接続部１３６ａに連通する。貫通孔１３５ａは、テーパー部１３２ａの下流部と同一の内径を有する形状である。

【0024】

液体の排出用の流路９７の端部には、フェラルと呼ばれる弾性樹脂で構成された貫通孔を有するシーリング部９２と、螺子部９３１と摘み部９３２とを有し、貫通孔を備える操作部９３とが嵌められている。シーリング部９２は、下流に向かって外径が小さくなる第１テーパー部を有する形状である。操作部９３は、シーリング部９２よりも下流側に配置され、貫通孔の下端部の内面には下流に向かって外径が小さくなる第２テーパー部を備える。前記摘み部９３２は、螺子部９３１よりも径の大きな円筒状の部分として構成される。

【0025】

前記接続部１３６ａは、円筒の内面に螺子溝を設けた構成である。ユーザーは、前記操作部９３の摘み部９３２を手指で摘まみ、螺子部９３１を前記基接続部１３６ａの螺子溝に螺合させる。前記操作部９３の第２テーパー部が、前記シーリング部９２の第１テーパー部に接面して、操作部９３が下降する方向に加わる力を、前記流路９７を径方向に向かって内側に締め付ける力に変換する。これにより、排出用の流路９７をテーパー部１３２ａに連通させ、かつ液密な状態で、排出用の流路９７の端部を第３部材１３ａに対して固定する。

【0026】

排出用の流路９７は、流路の内面が疎水性又は親水性のものを使用することができる。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのフッ素樹脂などを含む可撓性の素材、ガラスなどの素材で構成された管を使用することができる。排出用の流路は、硬質の素材で構成してもよいが、可撓性を有する素材で構成すれば、装置１ａの取り回しがよくなるので好ましい。

【0027】

本実施形態の液体混合装置１ａは、第１の液体を流通させる第４流路１４１ａと、第２の液体を流通させる第５流路１４２ａとを有する第４部材１４ａを備える。第４流路１４１ａは、第１部材１１ａに設けられた第１流路１１１ａと連通する。第５流路１４２ａは、第１部材１１ａに設けられた第２流路１１４ａと連通する。第４部材１４ａには、第４流路１４１ａと連通する注入用の流路の接続部１４３ａと、第５流路１４２ａと連通する注入用の流路の接続部１４４ａとが設けられている。前記接続部１４３ａ及び１４４ａには、注入用の流路が接続される。接続部１４３ａ及び１４４ａは、円筒形状の孔から構成され、内周面に螺子溝が配される形状である。注入用の流路の末端に設けられた螺子部を、前記螺子溝に螺合させることで、注入用の流路を接続する。前記操作部９３と同様の構成により、注入用の流路を接続してもよい。注入用の流路には、シリンジポンプなどの小型のポンプにより、混合又は化学反応を生じさせるべき所望の液体が供給される。

【0028】

第４流路１４１ａ、及び第５流路１４２ａは、第４部材１４ａの側面と第４部材１４ａの上面に開口部が設けられており、側面の開口部と上面の開口部とを連結する屈曲した部分を有する形状である。第４部材１４ａの側面から液体を液体混合装置１ａの内部に注入する構成となっている。このため、第４部材１４ａの底面が、例えば、実験台に接するように液体混合装置１ａを実験台に置いた状態で、液体混合装置１ａを使用することができる。

【0029】

本実施形態の液体混合装置１ａでは、上記の第１部材１１ａの上に、第２部材１２ａが第１部材１１ａに接するように積層される。第２部材１２ａの上に、第３部材１３ａが第２部材１２ａに接するように積層される。上記の第１部材１１ａの下には、第４部材１４ａが第１部材１１ａと接するように積層される。これにより、第５流路１４２ａと第２流路１１４ａとが連通し、第４流路１４１ａと第１流路１１１ａとが連通し、第１流路１１１ａと第２流路１１４ａとスリット孔１２１ａとが連通し、スリット孔１２１ａと第３流路１３１ａとが連通する。

【0030】

第１部材１１ａ、第２部材１２ａ、第３部材１３ａ、及び第４部材１４ａは、図１に示したように、それぞれの部材に設けられた貫通孔に雄螺子９１を挿通して、雄螺子９１と第４部材１４ａに設けられた雌螺子とを螺合することにより、積層された状態で固定される。図１の例では、各部材を重ね合わせる際に、各部材の位置を定めやすくするために、位置決め用の棒状の部材１０２が複数本設けられている。当該部材１０２は、第１部材１１ａ、第２部材１２ａ、第３部材１３ａ、及び第４部材１４ａに設けられた貫通孔又は凹穴に挿通される。

【0031】

第４部材１４ａと第１部材１１ａとの間、第１部材１１ａと第２部材１２ａとの間、第２部材１２ａと第３部材１３ａとの間には、それぞれ、環状の弾性材から構成されるシール材が配される。第４部材１４ａと第１部材１１ａとの間に配されるシール材９４は、第４流路１４１ａ、第５流路１４２ａ、第１流路１１１ａ、貫通孔１１７ａ、凹穴１１８ａ、第２流路１１４ａ、貫通孔１１９ａ、及び凹穴１２０ａ、それぞれの開口部の全てを、その円周内に包含するように配置される。第１部材１１ａと第２部材１２ａとの間に配されるシール材９５は、スリット孔１２１ａ、第１流路１１１ａ、貫通孔１１７ａ、第２流路１１４ａ、及び貫通孔１１９ａ、それぞれの開口部の全てを、その円周内に包含するように配置される。第２部材１２ａと第３部材１３ａとの間に配されるシール材９６は、スリット孔１２１ａ、及び第３流路１３１ａの開口部１３３ａ、それぞれの開口部の全てを、その円周内に包含するように配置される。このようにすることにより、スリット孔１２１ａから流出した混合液の流れがテーパー部１３２ａの端部の角によって妨げられにくく、かつ液密に、また乱流が生じにくく、よりスラグ流が形成されやすくなる。第４部材１４ａの上面、第１部材１１ａの上面、及び第３部材１３ａの下面には、各シール材を納める凹溝が形成されている。

【0032】

本実施形態の液体混合装置１ａでは、第４流路１４１ａに流入した第１の液体は、第１流路１１１ａの本流路１１２ａ及び複数の支流路１１３ａを経て、スリット孔１２１ａから流出する。第５流路１４２ａに流入した第２の液体は、第２流路１１４ａの本流路１１５ａ及び複数の支流路１１６ａを経て、スリット孔１２１ａから流出する。第１流路１１１ａの支流路１１３ａと第２流路１１４ａの支流路１１６ａとは、スリット孔１２１ａが延びる一の方向に交互に配置されている。詳細な機構は不明であるが、第１流路１１１ａの支流路１１３ａからスリット孔１２１ａに第１の液体が流出し、第２流路１１４ａの支流路１１６ａからスリット孔１２１ａに第２の液体が流出する過程で、スラグ流が形成されると推測される。第３の流路１３１ａの内部は、テーパー面となっているため、形成されるスラグ流が破壊されることなく、そのまま、排出用の流路へと流入すると推測される。

【0033】

上述の通り、スラグ流においては、スラグ内に循環流が形成される。このため、第１の液体内、又は第２の液体内に所望の物質を複数添加しておけば、スラグ内で複数の物質を効率よく混合することができる。また、上述の通り、スラグ流においては、スラグを構成する液体の界面において物質の移動が促進される。例えば、第１の液体及び第２の液体のうち一方の液体に含まれる物質を、他方の液体に効率的に移動させることができる。これを利用して、所望の物質を抽出することができる。

【0034】

第１の液体と第２の液体とを互いに溶解する液体を使用すれば、スラグ流を形成せずに、上記の装置により、２つの液体を混合することができる。また、第１の液体と第２の液体とを同一の系から供給される液体としてもよく、上記装置により、例えば、同一の系から供給される不均一な液体を撹拌すること用途に使用することができる。

【0035】

上記の第１実施形態に係る液体混合装置１ａでは、第１部材１１ａに設けられる第１流路１１１ａと第２流路１１４ａと、第２部材１２ａに設けられたスリット孔１２１ａとを貫通孔で構成している。そして、第４部材１４ａを第１部材１１ａの下面に積層することで、第４部材１４ａの上面が第１部材１１ａの下面に接した状態となり、第１流路１１１ａと第２流路１１４ａから液体が漏出しないように閉じた構成としている。このような構成では、第１流路１１１ａと、第２流路１１４ａと、スリット孔１２１ａとを、例えば、ワイヤを利用した放電加工により、成形することができる。このような加工方法によれば、第１流路、第２流路、及びスリット孔の寸法を微細化して、液体混合装置を小規模化することができる。

【0036】

本実施形態に係る液体混合装置１ａでは、図１に示したように、第１部材１１ａ、第２部材１２ａ、第３部材１３ａ、及び第４部材１４ａは、四角のうちの一つが斜めに角取された、直方体として構成される。そのうち、第１部材１１ａ及び第２部材１２ａについては、厚みの薄い板状である。角取部９７を設けることによって、第１部材１１ａ、第２部材１２ａ、第３部材１３ａ、及び第４部材１４ａを積層する際に、表裏面の取り違えや嵌め間違いを防ぐことができる。

【0037】

［第２実施系体］
第２実施形態に係る液体混合装置１１ｂは、第１部材の構成と、第２部材の構成とが、第１実施形態に係る液体混合装置１ａとは、異なる。その他の点では、第２実施形態に係る液体混合装置１ｂの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの構成と同様である。第１実施形態に係る装置と、第２実施形態に係る装置とで共通する構成については、図面において同じ符号を使用する。

【0038】

図９に示したように、本実施形態の第１部材１ｂは、計２本の第１流路１１１ｂと、計３本の第２流路１１４ｂとを備える。そして、第１の液溜８１ｂには、２本の第１流路１１１ｂの基端部が連通する。第２の液溜８２ｂには、３本の第２流路１１４ｂの基端部が連通する。第１の液溜８１ｂ、及び第２の液溜め８２ｂの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの第１の液溜８１ａ、及び第２の液溜８２ａの構成と、基本的に同様の構成であり、図９に記載の通り、円形の孔１１７ｂ及び１１９ｂの数と、凹穴１１８ｂ及び１２０ｂの容量が異なる。

【0039】

第２部材１２ｂは、図１０に示したように、スリット孔１２１ｂの本数が４本である。図９に示したように、支流路１１６ｂの組数も４である。なお、支流路１１３ｂ、１１６ｂの本数は、本流路１１２ｂ、１１５ｂの片側ごとに４本である。

【0040】

［混合比率］
以下では、第１実施形態に係る混合装置１ａから、第２実施形態に係る混合装置１ｂに反応規模を変更する例を図１１を参照して説明する。図１１では、第１流路１１１ａ及び１１１ｂの支流路１１３ａ及び１１３ｂに斜線を付し、第２流路１１４ａ及び１１４ｂの支流路１１６ａ及び１１６ｂを黒色の塗りつぶしで示す。混合装置１ａでは、図３において矢印Ａで示したように、第１流路１１１ａから第１の液体が供給される。これをＡ系統とする。混合装置１ａでは、図３において矢印Ｂで示したように、第２流路１１４ａから第２の液体が供給される。これをＢ系統とする。混合装置１ｂにおいても同様に、図４に示したように、第１流路１１１ｂから第１の液体が供給される。これをＡ系統とする。混合装置１ｂでは、図１１において矢印Ｂで示したように、第２流路１１４ｂから第２の液体が供給される。これをＢ系統とする。

【0041】

第２部材のスリット孔で混合される、第１の液体の容量と、第２の液体の容量とは、第１流路の支流路とスリット孔とで形成される開口面積の積算値、すなわち図１１において斜めの斜線を付した開口面積の総計と、第２流路の支流路とスリット孔とで形成される開口面積の積算値、すなわち図１１において黒色の塗りつぶしで示した開口面積の総計とで決する。

【0042】

図１１に示したように、互いに対向する第１流路及び第２流路において、第１流路の支流路１１３ａの数と第２流路の支流路１１６ａの数とは同数である。具体的には、混合装置１ａでは第１流路の支流路１１３ａの総数、すなわちＡ系統の支流路の総数は４本であり、第２流路の支流路１１６ａの総数、すなわちＢ系統の支流路の総数は４本である。また、第１流路の支流路１１３ａとスリット孔１２１ａとで形成される個々の開口面積、及び第２流路の支流路１１６ａとスリット孔１２１ａとで形成される個々の開口面積は、全て等しくなるように構成されている。このため、第１流路の支流路１１３ａとスリット孔１２１ａとで形成される斜線で示した開口面積の積算値と、第２流路の支流路１１６ａとスリット孔１２１ａとで形成される塗りつぶしで示した開口面積の積算値とは、等しくなる。

【0043】

混合装置１ａでは、Ａ系統から供給される第１の液体の流量と、Ｂ系統から供給される第２の液体の流量とを、同一にした場合は、スリット孔１２１ａにおいて、第１の液体と第２の液体とが１：１の割合で混合される。第１の液体と第２の液体の混合比とを変更する場合は、第１の液体の流量と第２の液体の流量の比が、第１の液体と第２の液体の混合比となるので、流量を変更することによって混合比を容易に変更することができる。

【0044】

混合装置１ｂにおいても、第１流路の支流路１１３ｂと第２流路の支流路１１６ｂとの関係は上記と同様であり、それぞれの支流路の本数が１６本ずつに増大している。混合装置１ｂでは、流量を変更することによって第１の液体と第２の液体の混合比とを容易に変更することを可能にし、かつ混合装置１ａに比してより大きな反応規模で混合を行うことができる。

【0045】

［反応規模の変更について］
混合装置１ａは、図１１に示したように、共に本流路の片側に設けられる支流路１１３ａ又は１１６ａの数を、スリット孔１２１ａの数と同数になるように構成している。すなわち、図４及び図１１並びに図５に示したように、本流路１１２ａ又は１１５ａの片側には２本の支流路１１３ａ又は１１６ａが設けられており、これと一致するようにスリット孔１２１ａの数も２本になるように構成されている。支流路の数が２本であり、スリット孔の数が２本であることから、これを「２×２パターン」と称する。

【0046】

混合装置１ｂは、共に本流路１１２ｂ又は１１５ｂの片側に設けられる支流路１１３ｂ又は１１６ｂの数を、スリット孔１２１ｂの数と同数になるように構成している。すなわち、図９及び図１０に示したように、本流路１１２ｂ又は１１５ｂの片側には４本の支流路１１３ｂ又は１１６ｂが設けられており、これと一致するようにスリット孔１２１ｂの数も４本になるように構成されている。支流路の数が４本であり、スリット孔の数が４本であることから、これを「４×４パターン」と称する。

【0047】

ユーザーが「２×２パターン」の混合装置１ａを使用しており、反応の規模を４倍に増大させる例について説明する。反応の規模、すなわち、単位時間あたりに混合される第１の液体の量と第２の液体の量とは、第１流路の支流路の総数、すなわちＡ系統の支流路の総数と、第２流路の支流路の総数、すなわちＢ系統の支流路の総数とによって決する。図１１に示したように、「２×２パターン」の混合装置１ａでは、Ａ系統の支流路の総数、Ｂ系統の支流路の総数は、それぞれ４本である。「４×４パターン」の混合装置１ｂでは、Ｂ系統の支流路の総数、Ｂ系統の支流路の総数は、それぞれ１６本である。混合装置１ｂでは、図１１において斜線を付して示したＡ系統の支流路１１３ｂの開口面積の総計と、黒の塗りつぶしで示したＢ系統の支流路１１６ｂの開口面積総計とが、それぞれ４倍に増大し、単位時間あたりに混合される第１の液体の量と第２の液体の量も４倍に増加する。

【0048】

ユーザーが、混合装置１ａから混合装置１ｂに変更して、反応規模を変更する際には、第１流路１１１ａの支流路１１３ａの総数と第２流路１１４ａの支流路１１６ａの総数とを、数えればよい。しかしながら、そのような作業は支流路の数が多いため極めて煩雑である。液体混合装置１ａ、及び液体混合装置１ｂでは、本流路の片側に設けられる支流路の数と同数としている。例えば、液体混合装置１ａのスリット孔１２１ａの数は２本であり、簡単に数えることができる。本流路の片側に設けられる支流路１１３ａ又は１１６ａの数は、スリット孔１２１ａの本数と同じ２本である。第１流路１１１ａ又は第２流路１１４ａの支流路の本数は、「２×２＝４」の計算により容易に求めることができる。混合装置１ｂのスリット孔１２１ｂの数は４本であり、簡単に数えることができる。本流路の片側に設けられる支流路１１３ｂ又は１１６ｂの数は、スリット孔の本数と同じ４本である。第１流路１１１ｂ又は第２流路の支流路１１４ｂの総数は、「４×４＝１６」の計算により容易に求めることができる。「１６÷４＝４」の計算により、支流路の総数を数えなくても、簡単に反応規模の増加倍率をスリット孔の本数から求めることができる。

【0049】

ユーザーが「４×４パターン」の混合装置１ｂを使用しており、反応の規模を低減させる場合は、上記と同様に、スリット孔の数から簡単に第１流路の支流路の総数、又は第２流路の支流路の総数を求めることができる。「２×２パターン」の場合は、スリット孔１２１ａの本数は２本であり、第１流路１１１ａの支流路１１３ａの片側の本数又は第２流路１１４ａの支流路１１６ａの片側の本数は、スリット孔１２１ａの本数と同じ２本である。第１流路１１１ａの支流路１１３ａの総数又は第２流路１１４ａの支流路１１６ａの総数は、「２×２＝４」の計算により容易に求めることができる。「４÷１６＝１／４」の計算により、支流路の総数を数えなくても、簡単に反応規模の低減率をスリット孔の本数から求めることができる。

【0050】

また、以下の式によっても、反応規模の増加率、又は反応規模の低減率を求めることができる。
「反応規模の増加率＝Ｂ１×Ｂ１÷Ａ１×Ａ１」
「反応規模の低減率＝Ａ１×Ａ１÷Ｂ１×Ｂ１」
Ａ１：小スケールの混合装置のスリット孔の本数
Ｂ１：大スケールの混合装置のスリット孔の本数

【0051】

［第３実施形態］
第３実施形態に係る液体混合装置１１ｃは、第１部材の構成と、第２部材の構成とが、第１実施形態に係る液体混合装置１ａとは、異なる。その他の点では、第３実施形態に係る液体混合装置１ｃの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの構成と同様である。第１実施形態に係る装置と、第３実施形態に係る装置とで共通する構成については、図面において同じ符号を使用する。

【0052】

図１２に示したように、本実施形態の液体混合装置１ｃでは、第１部材１１ｃは、計４本の第１流路１１１ｃと、計５本の第２流路１１４ｃとを備える。そして、第１の液溜８１ｃには、４本の第１流路１１１ｃの基端部が連通する。第２の液溜８２ｃには、５本の第２流路１１４ｃの基端部が連通する。第１の液溜８１ｃ、及び第２の液溜め８２ｃの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの第１の液溜８１ａ、及び第２の液溜８２ａの構成と、基本的に同様の構成であり、図１２に記載の通り、円形の孔１１７ｃ及び１１９ｃの数と、凹穴１１８ｃ及び２０ｃの容量が異なる。

【0053】

第２部材１２ｃは、図１３に示したように、スリット孔１２１ｃの本数が８本である。図１２に示したように、支流路１１３ｃ及び１１６ｃの組数も８である。なお、支流路１１３ｃ、１１６ｃの本数は、本流路１１２ｃ、１１５ｃの片側ごとに８本である。

【0054】

第３実施形態の混合装置１ｃは、「８×８パターン」であり、Ａ系統の支流路の本数は６４本であり、Ｂ系統の支流路の本数は６４本である。各支流路とスリット孔で構成される個々の開口面積は、互いに等しい。上述のようにスリット孔の本数を数えることにより、簡単に反応規模を変更することが可能であり、また、上述のように流量を変更することによって、第１の液体と第２の液体のとの混合比率を容易に制御することができる。混合装置１ａを基準にすると、１６倍の反応規模を選択することが可能であり、混合装置１ｂを基準にすると４倍の反応規模を選択することが可能になる。

【0055】

［第４実施形態］
第４実施形態に係る液体混合装置１１ｄは、図１４ないし図１６に示したように、第１部材の構成と、第２部材の構成とが、第１実施形態に係る液体混合装置１ａとは、異なる。その他の点では、第４実施形態に係る液体混合装置１ｄの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの構成と同様である。第１実施形態に係る装置と、第４実施形態に係る装置とで共通する構成については、図面において同じ符号を使用する。

【0056】

図１４及び図１５に示したように、本実施形態の混合装置１ｄでは、第１部材１１ｄは、計８本の第１流路１１１ｄと、計９本の第２流路１１４ｄとを備える。そして、第１の液溜８１ｄには、８本の第１流路１１１ｄの基端部が連通する。第２の液溜８２ｄには、９本の第２流路１１４ｄの基端部が連通する。第１の液溜８１ｄ、及び第２の液溜めｄの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの第１の液溜８１ａ、及び第２の液溜８２ａの構成と、基本的に同様の構成であり、図１４に記載の通り、円形の孔１１７ｄ及び１１ｄの数と、凹穴１１８ｄ及び１２０ｄの容量が異なる。

【0057】

第２部材１２ｄは、図１６に示したように、スリット孔１２１ｄの本数が１６本である。図１４に示したように、支流路１１３ｄ及び１１６ｄの組数も１６である。なお、支流路１１３ｄ、１１６ｄの本数は、本流路１１２ｄ、１１５ｄの片側ごとに１６本である。

【0058】

第４実施形態の混合装置１ｃは、「１６×１６パターン」であり、Ａ系統の支流路の本数は２５６本であり、Ｂ系統の支流路の本数は２５６本である。各支流路とスリット孔で構成される個々の開口面積は、互いに等しい。上述のようにスリット孔の本数を数えることにより、簡単に反応規模を変更することが可能であり、また、上述のように流量を変更することによって、第１の液体と第２の液体のとの混合比率を容易に制御することができる。「２×２パターン」の混合装置１ａを基準にすると、６４倍の反応規模を選択することが可能であり、「４×４パターン」の混合装置１ｂを基準にすると１６倍の反応規模を選択することが可能になる。「８×８パターン」の混合装置を基準にすると、４倍の反応規模を選択することができる。

【0059】

［第５実施形態］
上記の実施形態に係る液体混合装置１ａは、第４部材１４ａを備えるが、本実施形態の液体混合装置１ｅは、図１７に示したように、第４部材１４ａは省略し、第１部材１１ｅに設けられた第１流路と、第２流路とを、スリット状の貫通孔ではなく、底部を有する凹溝とした。すなわち、本流路と支流路１１３ｅ及び１１６ｅを、底部を有する凹溝とすることにより、第１部材１１ｅから装置内に注入した液が漏れだすことがなくなる。これにより、液体混合装置を構成する部材の数を減らして、液体混合装置の組み立て又は分解を簡素化することができるし、軽量化を図ることができる。

【0060】

［第６実施形態］
第６実施形態の液体混合装置１ｆは、図１８に示したように、第１実施形態に係る液体混合装置１ａと比較して、第３部材１３ｆの第３流路１３１ｆの構成が異なる。液体混合装置１ｆでは、第３流路１３１ｆは、円筒形状の貫通孔１３２ｆと、当該貫通孔１３２ｆに連通し、当該貫通孔１３２ｆに比して小径の円筒形の貫通孔１３５ａとから構成される。小径の貫通孔１３５ａは、上記と同様の構成を有する接続部１３６ａに連通する。前記貫通孔１３２ｆの内径は、スリット孔１２１ａの延在する長さ以上とされている。

【0061】

図１８に示した混合装置１ｆでは、第３流路１３１ｆを円筒形の貫通孔１３２ｆで構成しているため、角において乱流が生じやすく、スラグ流は比較的に生じにくいが、第１の液体と第２の液体とを各支流路とスリット孔１２１ａとを利用して、効率よく混合することが可能である。

【0062】

［第７実施形態］
本実施形態の液体混合装置１ｇは、図１９及び図２０に示したように、本流路と支流路とを有する第１流路、本流路と支流路とを有する第２流路、第１流路の基端部に配される貫通孔１１７ｇ、及び第２流路の基端部に配される貫通孔１１９ｇを備える第１部材１１ｇと、複数のスリット孔１２１ｇとを有する第２部材１２ｇとを有する点において、第１実施形態に係る混合装置１ａと共通する。

【0063】

第１部材１１ｇは円形の板状の部材であり、スリット状の貫通孔で構成される３本の第１流路と、スリット状の貫通孔で構成される４本の第２流路とを備える。第１流路は、本流路の片側ごとに６本の支流路を備える。本流路、支流路、本流路の基端部に配される貫通孔の構成は、上記と同様である。

【0064】

第１部材１１ｇの下流側には、すなわち上面には、６本のスリット孔１２１ｇを有する円形かつ板状の第２部材１２ｇが積層される。スリット孔１２１ｇは、第２部材１２ｇを貫通する。

【0065】

上記の第１部材１１ｇと、第２部材１２ｇとは、図２０に示したように、内壁に内側に突出する凸部５１２を設け、上端部にシール材の受部５１３を設け、上端部の外周部に外側に突出する第１段差部５１１を設けた、第１環状部材５１と、外壁に突条５２１を有する第２環状部材５２と、下端部の外壁に螺子溝を設け、中端部の内壁に内側に突出する突部５３１を設けた第３環状部材５３と、上端部の内壁に螺子溝を設け、下端部の内壁に内側に突出する第２段差部５４１を設けた第４環状部材５４とによって、第１流路及び第２流路とスリット孔１２１ｇとが連通した状態で固定される。

【0066】

具体的には、第１環状部材５１に、第１部材１１ｇと第２部材１２ｇとを重ねた状態で、内嵌めする。第１部材１１ｇと第２部材１２ｇとは、凸部５２１で支持される。第１環状部材５１に設けられた受部５１３に環状のシール材６１を載せて、シール材６１の上に第２環状部材５２を載せる。シール材６１は、第２環状部材５２の凸部５１２の下に設けられた空間に収容される。凸部５２１の上に環状のシール材６２を載せて、シール材６２及び第２環状部材５２の上に、第３環状部材５３を載せる。第４環状部材５４の開口に第１環状部材５１を挿し込み、第４環状部材５４の上端部の螺子溝を第３環状部材５３の下端部に設けられた螺子溝に螺合させる。第４環状部材５４の内壁に設けた第２段差部５１４と、第１環状部材５１に設けた第１段差部５１１が係合し、第３環状部材５３の内壁に設けた突部５３１が第２環状部材５２の上端部に係合し、第１環状部材５１、第１部材１１ｇ、第２部材１２ｇ、第２環状部材５２、第３環状部材５３、及び第４環状部材５４が相互に固定される。

【0067】

第１環状部材５１、第２環状部材５２、第３環状部材５３は、開口部を有している。図２０において矢印で示したように、第１環状部材５１の開口部に流入した液体は、第１部材１１ｇの第１流路及び第２流路と、第２部材１２ｇのスリット孔１２１ｇとを通過し、第２環状部材５２の開口部と第３環状部材５３の開口部を経て、下流の系へ排出される。配管などの液体を搬送する経路の途中に、本実施形態の混合装置１ｇを配置することで、液体を混合することが可能である。

【0068】

［第８実施形態］
第８実施形態に係る液体混合装置１ｈは、第１部材の構成のみが、第１実施形態に係る液体混合装置１ａとは、異なる。その他の点では、第８実施形態に係る液体混合装置１ｈの構成は、第１実施形態に係る液体混合装置１ａの構成と同様である。第８実施形態に係る装置と、第１実施形態に係る装置とで共通する構成については、図面において同じ符号を使用する。

【0069】

第８実施形態に係る液体混合装置１ｈは、図２１に示したように、第１流路１１１ｈ（本流路１１２ｈ）の片側に一方向に沿って、複数本の支流路１１３ｈを一組にして配置した構成である。同様に、第２流路１１４ｈ（本流路１１５ｇ）の片側に一方向に沿って、複数本の支流路１１６ｈを一組にして配置した構成である。対向する本流路１１２ｈ及び１１６ｈにおいて、一組の支流路１１３ｈと一組の支流路１１６ｈとが、前記一方向に沿って交互に配置される。「第１流路の支流路と第２流路の支流路とは、第１部材上では連通することなく、前記一方向に対して交互に配置される構成」には、一組の支流路と対向する本流路から分岐する一組の支流路とが、前記一方向に沿って交互に配置される構成が含まれるものとする。

【0070】

［変形例］
第１部材、第２部材、第３部材、又は第４部材は、直方体状に限定されず、円柱状、立方体状など任意の形状にすることができる。

【0071】

第１部材、又は第２部材は、厚みの薄い板状に限定されず、反応時間、滞留時間を長くとる目的で、厚みを大きく構成してもよい。

【0072】

図８に示したように、テーパー部の傾斜角度θは、２～４５°とすることが好ましく、２～１０°とすることがより好ましく、２～６°とすることがさらに好ましい。

【0073】

第１部材、第２部材、第３部材、及び第４部材は、装置内に流入させる液体に応じて、構成素材を適宜変更することができる。例えば、耐食性に優れた金属、合成樹脂、ガラス、セラミクスなどで構成することができる。そのような金属としては、ハステロイ（登録商標）の名で知られるニッケル合金、ステンレス鋼などが挙げられる。

【符号の説明】

【0074】

１ａ 液体混合装置
１１ａ 第１部材
１１１ａ 第１流路
１１２ａ 本流路
１１３ａ 支流路
１１４ａ 第２流路
１１５ａ 本流路
１１６ａ 支流路
１２ａ 第２部材
１２１ａ スリット孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】