液体混合方法及び液体混合装置
【課題】Ａ液タンクに収容されたＡ液とＢ液タンクに収容されたＢ液を配管内で所望の比率で混合した混合液を得る液体混合装置の製造コストを低減する。
【解決手段】液体混合装置は、Ａ液タンク１ａに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管３ａと、Ｂ液タンク１ｂに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管３ｂと、Ａ液配管３ａとＢ液配管３ｂが合流された混合液配管７を備えている。Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは圧力調整できる容器である。Ａ液タンク１ａ内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構１７ａと、Ｂ液タンク１ｂ内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構１７ｂを備えている。Ａ液タンク内圧力調節機構１７ａによってＡ液タンク１ａ内でＡ液面に加える圧力と、Ｂ液タンク内圧力調節機構１７ｂによってＢ液タンク１ｂ内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【解決手段】液体混合装置は、Ａ液タンク１ａに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管３ａと、Ｂ液タンク１ｂに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管３ｂと、Ａ液配管３ａとＢ液配管３ｂが合流された混合液配管７を備えている。Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは圧力調整できる容器である。Ａ液タンク１ａ内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構１７ａと、Ｂ液タンク１ｂ内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構１７ｂを備えている。Ａ液タンク内圧力調節機構１７ａによってＡ液タンク１ａ内でＡ液面に加える圧力と、Ｂ液タンク内圧力調節機構１７ｂによってＢ液タンク１ｂ内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体混合方法及び液体混合装置に関し、特に、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させる場合に、混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法及びそれに用いる液体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４から図１９は、従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
図１４に示す液体混合装置は、Ａ液タンク１０１ａからのＡ液配管１０３ａとＢ液タンク１０１ｂからのＢ液配管１０３ｂをティーズ１０５にて結合し、ティーズ１０５からの混合液配管１０７に設けられたミキサー１０９でＡ液とＢ液を混合させ、その混合液をユースポイントに送液する系である。この系では、重力落下にて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。
【０００３】
Ａ液とＢ液の混合比率は、Ａ液配管１０３ａに設けられたＡ液流量可変バルブ１１１ａとＢ液配管１０３ｂに設けられたＢ液流量可変バルブ１１１ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂの断面積を調整して、Ａ液、Ｂ液の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００４】
図１５に示す液体混合装置は、図１４に示した構成に加え、混合液配管１０７に送液ポンプ１１５を備えた系である。この系では、送液ポンプ１１５にて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。送液ポンプ１１５は、ミキサー１０９の下流側に挿入されている。
【０００５】
この場合、Ａ液とＢ液の混合比率は、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂの断面積を調整して、Ａ液、Ｂ液の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００６】
図１６に示す液体混合装置は、図１４に示した構成の流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂに替えて、Ａ液配管１０３ａにＡ液送液ポンプ１１７ａを備え、Ｂ液配管１０３ｂにＢ液送液ポンプ１１７ｂを備えた系である。この系では、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。
【０００７】
この液体混合装置において、Ａ液とＢ液の混合比率は、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂの稼働率を変えて、Ａ液、Ｂ液のそれぞれの配管１０３ａ，１０３ｂ内の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００８】
図１７に示す液体混合装置は、図１６に示した構成のティーズ１０５に替えてバッファタンク１１９を備え、ミキサー１０９に替えてバッファタンク内ミキサー１２１を備えた系である。
送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂにて、Ａ液タンク１０１ａとＢ液タンク１０１ｂからＡ液とＢ液をバッファタンク１１９に入れる。Ａ液とＢ液の流量の調整には、Ａ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００９】
この系において、Ａ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂは例えば積算流量計である。Ａ液とＢ液がバッファタンク１１９内にとどまっている時間に、流量計１１３ａ，１１３ｂの積算値がバッファタンク１１９に収容されているので、Ａ液とＢ液の混合比率は計算より求めることができる。
バッファタンク１１９に設置されているミキサー１２１によりＡ液とＢ液を混合し、混合が終了した後、混合液はユースポイントへと送液される。
【００１０】
図１８は、図１７に示した構成の流量計１１３ａ，１１３ｂに替えて液面計１２３を備えた系である。
送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂにて、Ａ液タンク１０１ａとＢ液タンク１０１ｂからＡ液とＢ液をバッファタンク１１９に入れる。バッファタンク１１９には、液面計１２３が設置されており、まずバッファタンク１１９が空の状態から、送液ポンプ１１７ａを稼働させて、指定の液面になるまで、Ａ液をバッファタンク１１９に入れる。次に送液ポンプ１１７ｂを稼働させ、指定の液面になるまで、Ｂ液バッファタンク１１９に入れる。バッファタンク１１９内の液面高さにより、バッファタンク１１９に入ったＡ液及びＢ液の容量が求められる。その容量値から、Ａ液とＢ液の混合比率が計算より求められる。その後、バッファタンク１１９に設置してあるミキサー１２１によりＡ液とＢ液を混合し、混合が終了した後、混合液はユースポイントへと送液される。
【００１１】
図１９に示す液体混合装置は、Ａ液タンク１２５ａからのＡ液配管１０３ａとＢ液タンク１２５ｂからのＢ液配管１０３ｂをティーズ１０５にて結合し、ティーズ１０５からの混合液配管１０７に設けられたミキサー１０９でＡ液とＢ液を混合させ、その混合液をユースポイントに送液する系である。Ａ液タンク１２５ａ及びＢ液タンク１２５ｂは内部を加圧可能な容器である。Ａ液タンク１２５ａにはＡ液上の空間内を加圧するための加圧用配管１２７ａが接続されている。Ｂ液タンク１２５ｂにはＢ液上の空間内を加圧するための加圧用配管１２７ｂが接続されている。加圧用配管１２７ａ，１２７ｂはともに加圧用配管１２７に接続されている。この系では、Ａ液タンク１２５ａ内、Ｂ液タンク１２５ｂ内へ一定の圧力を加えて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。
【００１２】
Ａ液とＢ液の混合比率は、Ａ液配管１０３ａに設けられたＡ液流量可変バルブ１１１ａとＢ液配管１０３ｂに設けられたＢ液流量可変バルブ１１１ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂの断面積を調整して、Ａ液、Ｂ液の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【００１３】
図１４〜図１９を参照して説明した従来の液体混合装置は、大きく分けて図１４〜図１６、図１９のグループと、図１７、図１８のグループの２つに分類できる。
前者は、バッファタンクなしで、流量計１１３ａ，１１３ｂによりＡ液とＢ液の液流量を随時測定し、その測定データより混合比率を計算して、指定混合値になるように制御した混合液をユースポイントに送液することができる。
後者の図１７は流量計１１３ａ，１１３ｂを使用して、図１８は液面計１２３を使用して、バッファタンク１１９内の液容量を求めて混合比率を算出している。
【００１４】
後者グループは以下の問題を有する。（１）前者グループと比較して、バッチ処理による混合であり、迅速性に欠ける。（２）バッファタンク分の液が常に存在することになり、残液が発生して、液使用効率が低下する場合がある。（３）バッファタンク分がかさ高になり、装置自体が大きくなるのと、その分のコスト高になる。（４）混合ムラが発生しやすい。
【００１５】
また、図１８の液体混合装置は、液面計１２３によりバッファタンク１１９内の液容量を測定しているが、バッファタンク１１９の重量測定より、バッファタンク１１９内のＡ液、Ｂ液の量を測定する場合もある。その場合の重量測定手段としては、重量センサーを使用するが、概してその価格は高いという問題があった。
【００１６】
前者グループである図１４〜図１６、図１９の液体混合装置は、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂを使用するもの（図１４、図１５、図１９）と、そうでないもの（図１６）に分類できる。
図１４，図１５，図１９の液体混合装置における流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂは、バルブの開度を調整して流量を調整するもので、一般的に使用されるが、液体の種類、温度、圧力、動作速度により、それに合ったものが選定される。流量可変バルブの種類によっては、高価であったり、複雑なため信頼性が低下したりする問題があった。また、耐薬品性を要求される場合は、接液部にフッ素樹脂を使用しなければならず、フッ素樹脂が有するクリープ特性により、再現性が劣るという問題があった。
【００１７】
図１６の液体混合装置は、流量可変バルブの代わりに、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂの稼働率を調整することにより流量を変えるものである。送液ポンプの場合は、流量可変バルブと同じで、液体の種類、温度、圧力、動作速度により、それに合ったものが選定される。流量可変バルブと同じく、送液ポンプの種類によっては、高価であったり、複雑なため信頼性が低下したりする問題があった。
【００１８】
バッファタンク、Ａ液流量可変バルブ、Ｂ液流量可変バルブ、Ａ液用送液ポンプ及びＢ液送液ポンプを用いない液体混合装置が特許文献１に開示されている。図２０にその液体混合装置の概略的な構成図を示す。
【００１９】
図２０に示す液体混合装置は、Ａ液タンク１２５ａからのＡ液配管１０３ａとＢ液タンク１０１ｂからのＢ液配管１０３ｂをアスピレータ１２９にて結合し、アスピレータ１２９からの混合液配管１０７でＡ液とＢ液を混合させ、その混合液をユースポイントに送液する系である。Ａ液タンク１２５ａは内部を加圧可能な容器である。Ａ液タンク１２５ａにはＡ液上の空間内を加圧するための加圧用配管１２７ａが接続されている。
【００２０】
Ａ液タンク１２５ａへ一定の圧力が加えられて、アスピレータ１２９にＡ液が流されることにより、アスピレータ１２９に生じる吸引力でＢ液がアスピレータ１２９に流れ込み、混合液配管１０７でＡ液とＢ液が混合される。
この系では、Ａ液タンク１２５ａ内の加圧により、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速が確保される。
【００２１】
また、図２０の液体混合装置は、混合液配管１０７に、アスピレータ１２９側から順にティーズ１３１と混合液ストップバルブ１３３を備えている。ティーズ１３１にはドレイン配管１３５が接続されている。ドレイン配管１３５にはドレインストップバルブ１３７が設けられている。
【００２２】
アスピレータ１２９にＡ液を流し始めた直後は、混合液配管１０７でのＡ液とＢ液の混合比率の精度が良くないため、混合液ストップバルブ１３３が閉じられ、ドレインストップバルブ１３７が開かれて、混合液はティーズ１３１からドレイン配管１３５へ導かれる。所定時間後、混合液ストップバルブ１３３が開かれ、ドレインストップバルブ１３７が閉じられて、混合液はユースポイントへ導かれる。
【００２３】
図１４から図２０は従来の混合系を模式的に示したものであり、流量計、流量可変バルブ、ティーズ、ミキサー、送液ポンプ、バッファタンクは、形状や機構が変わっても、それぞれの機能が同じであれば、実際の液体混合装置は各部類に分けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２０００−４２３９０号公報
【特許文献２】特開平１０−３２００５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
図２０に示した液体混合装置は、バッファタンク、Ａ液流量可変バルブ、Ｂ液流量可変バルブ、Ａ液用送液ポンプ及びＢ液送液ポンプを備えていないので、上述の課題は解決できる。
【００２６】
しかし、図２０に示した液体混合装置では、アスピレータ１２９に吸引力を生じさせるためにＡ液タンク１２５ａに高い圧力をかけなければならず、高圧に耐え得るＡ液タンク１２５ａが必要であるという問題があった。高圧用のタンクを用いる場合、故障などで所定以上の圧力がタンク内にかかったときに備えて、タンクの破裂防止の設備を設ける必要がある。その設備は、例えば安全弁であったり、本質的に設計以上の圧力がかかっても破裂しないような設計であったりするが、コストが高く、装置が複雑になり、部品点数の増加で結果的に信頼性が低下する。
【００２７】
さらに、図２０に示した液体混合装置には、アスピレータ自体の問題もある。例えば、Ａ液とＢ液の混合比率を変えるにはアスピレータを変更しなければならないという問題があった。また、アスピレータを用いた混合は混合比率が安定しにくい、アスピレータは高価である、アスピレータを用いた混合における混合比率が流量に対してリニアではない、などの問題もあった。
【００２８】
本発明は、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させて混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法及びそれに用いる液体混合装置において、装置の製造コストを低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明に係る液体混合方法は、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させて混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法であって、送液手段として送液ポンプ又は重力落下を用い、上記Ａ液タンク及び上記Ｂ液タンクとして圧力調整できる容器を用い、上記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と上記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御してＡ液流量とＢ液流量を変化させ、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【００３０】
本発明に係る液体混合装置は、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管と、Ａ液配管とＢ液配管が合流された混合液配管とを備えた液体混合装置であって、送液ポンプ又は重力落下により送液を行ない、上記Ａ液タンク及び上記Ｂ液タンクは圧力調整できる容器であり、上記Ａ液タンク内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構と、上記Ｂ液タンク内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構とを備え、上記Ａ液タンク内圧力調節機構によって上記Ａ液タンク内でＡ液面に加える圧力と、上記Ｂ液タンク内圧力調節機構によって上記Ｂ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御して、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【００３１】
Ａ液タンク内でのＡ液面へ加える圧力とＢ液タンク内でのＢ液面へ加える圧力とを相対的に変化させると、Ａ液配管内のＡ液流量とＢ液配管内のＢ液流量の比率が変化し、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率が変化するので、Ａ液面への圧力とＢ液面への圧力を制御することにより、Ａ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液が得られる。
【００３２】
また、Ａ液タンク内とＢ液タンク内との差圧をある一定以上にすることにより、ストップバルブなどの切替え弁をＡ液配管及びＢ液配管に設けなくても、Ａ液のみ又はＢ液のみを混合液配管に流すこともできる。ただし、本発明の液体混合装置において、Ａ液配管、Ｂ液配管にストップバルブなどの切替え弁を配置することを排除するものではない。
【００３３】
ストップバルブを使用せずに、Ａ液のみ又はＢ液のみを流すことができる理由は以下のものによる。Ａ液配管とＢ液配管の合流部分で、Ａ液、Ｂ液の流路ができるが、Ａ液の送液圧力とＢ液の送液圧力の差がある値以上になり、例えばＡ液に圧力が加えられてＡ液配管とＢ液配管の合流部分にＡ液のみが流れ出すと、その合流部分にＡ液のみの流路が形成される。その流路は、液の粘性のためにあたかもＡ液そのもので構成された配管のようなもので、合流部分へのＢ液の進入を阻む状況になる。この状態で、Ｂ液側に多少圧力がかかっても、Ａ液の流路障壁を破ることができなければ、合流部分にＢ液は流れ込まない。
Ａ液、Ｂ液ともに合流部分に流れ込む状況（後述する実施例での比例領域）では、各液へ加わる圧力比率により、流量が比例して、混合される。
【００３４】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、上記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と上記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力は、上記タンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は上記大気圧から上記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内である。
【００３５】
また、Ａ液タンク及びＢ液タンクの耐圧の例は、約−０.１ＭＰａ（メガパスカル）〜約１０，０００Ｐａ（パスカル）の範囲内の低耐圧である。
【００３６】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、各種条件が一定であるならば、Ａ液面への圧力とＢ液面への圧力の制御により、混合液でのＡ液とＢ液の比率と、混合液の流量を決定できる。
各種条件の変動として、例えば、Ａ液タンク液面高さ、Ｂ液タンク液面高さが変化すると、Ａ液、Ｂ液の流量が変化することが知られている（特許文献２を参照。）。また、発明者の知見として、Ａ液、Ｂ液の温度、配管の温度、Ａ液流量、Ｂ液流量により、混合液のＡ液とＢ液の混合比率は変化する。そのことから、Ａ液、Ｂ液への液面へ加える圧力値だけでは所望の混合比率の混合液を得ることができない場合がある。
【００３７】
このような場合は、Ａ液配管、Ｂ液配管に流量計などの流量に相関するセンサーを設けて、Ａ液、Ｂ液が所定の流量になるように、Ａ液タンク内、Ｂ液タンク内の液面に加える圧力を制御、調整するようにしてもよい。
【００３８】
また、Ａ液とＢ液の混合後のＡ液とＢ液の比率に相関のある値を計測するセンサーを混合液配管に設けて、所望の混合比率になるように、Ａ液タンク内、Ｂ液タンク内の液面に加える圧力を制御、調整するようにしてもよい。
【００３９】
本発明の液体混合装置において、Ａ液とＢ液を確実に混合させるために、混合液配管に混合器を設置してもよい。混合器と、混合液配管に上記センサーを設ける場合には、上記センサーは混合器の下流側に設けることが好ましい。ただし、混合器が混合液配管に配置される位置は特に限定されず、混合液配管の任意の位置である。
【００４０】
混合後の出口であるユースポイントがＡ液タンクとＢ液タンクのそれぞれの液面よりも低い箇所に設けられている場合には、Ａ液、Ｂ液及び混合液の送液手段として、重力落下を用いることができる。この場合は、Ａ液タンク、Ｂ液タンクに加える圧力が、そのままユースポイントへ液を送液するための圧力にもなる。
【００４１】
ところが、ユースポイントは、大気圧又は液槽内など、大気圧以上の圧力であることがほとんどである。この場合、Ａ液タンク、Ｂ液タンクに加える圧力は大気圧よりも高い圧力であるようにすれば送液できる。
また、Ａ液タンク、Ｂ液タンクからユースポイントまで、流量比で細い配管であったり、各液の粘度が高かったりする場合は、送液に必要な圧力が高圧になる場合が多い。
その場合、従来技術では、Ａ液タンク、Ｂ液タンクは高耐圧タンクである必要があった。
【００４２】
本発明の液体混合装置において、このような場合に対応すべく、混合液配管に送液ポンプを備えているようにしてもよい。送液ポンプにより混合液配管内の液体を送液することにより、Ａ液タンク、Ｂ液タンクとして高耐圧のものを用いる必要がなくなる。送液ポンプが混合液配管に配置される位置は特に限定されず、混合液配管の任意の位置である。
【００４３】
各タンクに加えられている高圧の圧力を調整する場合は、その制御誤差というのは、圧力にほぼ比例している。例えば、１ＭＰａで加圧している場合、１％精度の圧力制御装置は、０.０１ＭＰａの圧力精度で制御できる。同じ精度の圧力制御装置で、０.１ＭＰａで加圧している場合は、０.００１ＭＰａの圧力精度で制御できる。つまり、Ａ液タンク、Ｂ液タンクに加えられている圧力を調整する場合、高圧が加えられている場合よりも、低圧の方が精度の高い圧力制御ができる。
【００４４】
また、タンク内の液には、人体に有害な薬液の場合があり、特許文献１ではフッ酸が用いられている。特許文献１ではフッ酸側のタンクには圧力をかけず大気圧であるのは、特許文献１中では記載されていないが、装置トラブル時のタンク破裂によるフッ酸飛散を防止する意図があると考えられる。
また、高耐圧タンクはその構造上、肉厚で頑丈な構造で大型になり、安全弁の装備等でタンク自体のコストアップになる問題がある。
【００４５】
本発明では、混合液配管に送液ポンプを設置して、各タンク側からは吸引して、送液ポンプの吐出側からユースポントまでが、大気圧以上になるようにできる。この場合、Ａ液タンク、Ｂ液タンクからポンプの入り口側までの配管内圧力は、大気圧以下にもなり得る。そして、トラブルなどで配管の漏れや、配管継手外れの場合にも液が飛散せず、安全性が高まる。
さらに、Ａ液タンク、Ｂ液タンクの圧力調整は、微差圧でよく、精度の高い圧力制御が可能となる。
さらに、Ａ液タンク内及びＢ液タンク内が負圧（大気圧よりも小さい圧力）又は大気圧になる場合には、Ａ液タンク内圧力調節機構及びＢ液タンク内圧力調節機構として、加圧機構は不要であり、Ａ液タンク外部（大気圧）とＡ液タンク内部との流通路に設けられた弁の開度、及び、Ｂ液タンク外部（大気圧）とＢ液タンク内部との流通経路に設けられた弁の開度を制御するだけで、それぞれのタンク内圧力の調整が可能となる。
【００４６】
ところで、図２０に示した従来の液体混合装置では、混合液配管１０７を分岐するためにドレイン配管１３５及びストップバルブ１３３，１３７を備えている。ストップバルブは、構造上、流量可変バルブとよく似ていて、上述の流量可変バルブと同様の問題点を有する。
【００４７】
そこで、本発明の液体混合方法において、上記混合液配管の出口に第１分岐配管及び第２分岐配管を接続し、上記第１分岐配管の出口に圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクを接続し、上記第１分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、上記第１分岐配管側へ流れる液と上記第２分岐配管側へ流れる液の流量比率を変化させるようにしてもよい。
また、本発明の液体混合装置において、上記混合液配管が分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管と、上記第１分岐配管の出口に接続された圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクと、上記分岐配管タンク内の圧力を調節するための分岐配管タンク内圧力調節機構と、をさらに備えているようにしてもよい。
ここで、第２分岐配管の出口は、例えばユースポイントであり、大気圧であってもよいし、大気圧よりも大きい圧力であってもよい。
【００４８】
分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、第１分岐配管内の圧力と第２分岐配管内の圧力の差を調整できる。この圧力差をある一定以上にした場合、液が第１分岐配管側のみに流れる状態、又は、第２分岐配管側のみに流れる状態にでき、ストップバルブなどの切替え弁をなしで、液を分岐できる。これにより、さらに液体混合装置の製造コストを低減できる。
精度の高い分岐比率を得るためには、第１分岐配管もしくは第２分岐配管又はその両方の液流量をセンサーで測定して、所望値からのずれ量に基づいて第１分岐配管内と第２分岐配管内の差圧を制御して、各分岐配管内で所望の流量を得るようにすればよい。
【００４９】
分岐配管タンクの耐圧の例は、約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧である。
また、送液ポンプを用いる場合は、送液ポンプは混合液配管又は第２分岐配管に配置される。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の液体混合方法では、Ａ液タンク及びＢ液タンクとし圧力調整できる容器を用い、Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させるようにした。
本発明の液体混合装置では、Ａ液タンク及びＢ液タンクは圧力調整できる容器であり、Ａ液タンク内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構と、Ｂ液タンク内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構とを備え、Ａ液タンク内圧力調節機構によってＡ液タンク内でＡ液面に加える圧力と、Ｂ液タンク内圧力調節機構によってＢ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させるようにした。
これにより、バッファタンク、Ａ液流量可変バルブ、Ｂ液流量可変バルブ、Ａ液用送液ポンプ、Ｂ液用送液ポンプ及びアスピレータを用いることなく、所望の混合比率のＡ液とＢ液の混合液を得ることができ、液体混合装置の製造コストを低減できる。
【００５１】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力は、それらのタンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は上記大気圧から上記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内であるようにしたり、Ａ液タンク及びＢ液タンクの耐圧は約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧であるようにしたりすれば、高価な高耐圧タンクを用いないので、液体混合装置の製造コストを低減できる。さらに、低い圧力の範囲内でＡ液面及びＢ液面に加えるので、高い圧力を用いる場合に比べて圧力制御の精度が増し、ひいては混合比率の精度が向上する。
【００５２】
本発明の液体混合方法において、混合液配管の出口に第１分岐配管及び第２分岐配管を接続し、第１分岐配管の出口に圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクを接続し、第１分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、第１分岐配管側へ流れる液と第２分岐配管側へ流れる液の流量比率を変化させるようにしてもよい。
本発明の液体混合装置において、混合液配管が分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管と、第１分岐配管の出口に接続された圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクと、分岐配管タンク内の圧力を調節するための分岐配管タンク内圧力調節機構と、をさらに備えているようにしてもよい。
これにより、ストップバルブなどの切替え弁を用いることなく、混合液配管内を流れる液を第１分岐配管と第２分岐配管に分岐することができる。
【００５３】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、分岐配管タンクを用いる場合、分岐配管タンクの耐圧は約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧であるようにすれば、高価な高耐圧タンクを用いないので、液体混合装置の製造コストを低減できる。さらに、低い圧力の範囲内で分岐配管タンク内の圧力を制御するので、高い圧力を用いる場合に比べて圧力制御の精度が増す。
【００５４】
本発明の液体混合装置において、混合液中のＡ液濃度又はＢ液濃度の少なくとも一方を測定するために混合液配管に設けられた測定部を備えているようにすれば、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を随時監視できる。
この場合、測定部の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるようにＡ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とをフィードバック制御をかける制御部を備えているようにすれば、迅速かつ自動で所望の混合比率の混合液を得ることができる。
【００５５】
また、Ａ液配管に設けられたＡ液流量計と、Ｂ液配管に設けられたＢ液流量計を備えているようにすれば、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を随時監視できる。
この場合、Ａ液流量計及びＢ液流量計の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるようにＡ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とをフィードバック制御をかける制御部を備えているようにすれば、迅速かつ自動で所望の混合比率の混合液を得ることができる。
【００５６】
また、Ａ液とＢ液を混合するために混合液配管に設けられた混合器を備えているようにすれば、混合液配管でＡ液とＢ液を確実に混合させることができる。
【００５７】
また、混合液を送液するために混合液配管に設けられた送液ポンプを備えているようにすれば、送液に重力落下を用いる場合に比べて流速制御の迅速性及び範囲が増す。さらに、送液ポンプの駆動により、Ａ液タンク内及びＢ液タンク内を負圧にする構成にすれば、Ａ液タンク内圧力調節機構及びＢ液タンク内圧力調節機構として、加圧機構ではなく、弁の開度によりタンク内圧力を調整する構造の簡単なものを用いることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】液体混合装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図２】図１の液体混合装置で混合比率を制御した一例における、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。
【図３】図２に理論カーブを表示した図である。
【図４】図１の液体混合装置で混合比率を制御した他の例における、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。
【図５】図２に理論カーブを表示した図である。
【図６】液体混合装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図７】図６の液体混合装置で廃液配管側へ流れる液の流量とユースポイント配管側へ流れる液の流量の比率を変化させたときの、ユースポイント側への流量と、廃液タンク内に加える圧力との関係を示す図である。
【図８】液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【図９】液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【図１０】液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【図１１】同実施例の混合部の平面図と側面図を示す図である。
【図１２】同実施例のミキシング部内における液体の流れを矢印で示す平面図である。
【図１３】同実施例のチップを構成する、接合前のガラス間仕切り板及び２枚のガラス板を示す側面図である。
【図１４】従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１５】他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１６】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１７】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１８】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１９】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図２０】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、液体混合装置の一実施例を概略的に示す図である。
Ａ液を収容するためのＡ液タンク１ａと、Ｂ液を収容するためのＢ液タンク１ｂが設けられている。Ａ液タンク１ａに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管３ａと、Ｂ液タンク１ｂに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管３ｂと、Ａ液配管３ａとＢ液配管３ｂを合流させるためのティーズ５と、ティーズ５に接続され、Ａ液とＢ液の混合液を送液するための混合液配管７が設けられている。
【００６０】
混合液配管７に、上流側から順に、ミキサー（混合器）９、測定部１１、送液ポンプ１３が設けられている。ミキサー９はＡ液とＢ液を混合するためのものである。測定部１１は混合液中のＡ液濃度又はＢ液濃度の少なくとも一方を測定するためのものである。送液ポンプ１３は配管３ａ，３ｂ，７内の液をユースポイントへ送液するためのものである。ミキサー９、測定部１１、送液ポンプ１３を並べる順序は特に限定されない。ただし、ミキサー９は測定部１１よりも上流側に配置されることが好ましい。
【００６１】
Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは圧力調整できる容器である。Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは高圧に耐え得るものである必要はなく、例えば±２０００Ｐａ（約±０.０２ｋｇ／ｃｍ2）の微圧の圧力制御ができるものであればよい。Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは、例えば市販されているポリエチレン製のものである。
【００６２】
Ａ液タンク１ａには、Ａ液タンク１ａ内の圧力を調節するための圧力調節用配管１５ａ及びＡ液タンク内圧力調節機構１７ａが接続されている。Ｂ液タンク１ｂには、Ｂ液タンク１ｂ内の圧力を調節するための圧力調節用配管１５ｂ及びＢ液タンク内圧力調節機構１７ｂが接続されている。圧力調節機構１７ａ，１７ｂは例えば加圧及び減圧の動作が可能なものである。圧力調節機構１７ａ，１７ｂは例えばエアー圧によってタンク１ａ，１ｂ内の圧力を調節する。
【００６３】
圧力調節機構１７ａ，１７ｂの動作を制御するための制御部１９が設けられている。制御部１９は、測定部１１の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるように圧力調節機構１７ａ，１７ｂにフィードバック制御をかける。
【００６４】
この実施例では、送液ポンプ１３によって配管３ａ，３ｂ，７内の液をユースポイントへ送液する。このとき、圧力調節機構１７ａによってＡ液タンク１ａ内でＡ液面に加える圧力と、圧力調節機構１７ｂによってＢ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【００６５】
ミキサー９を通過した後の混合液のＡ液濃度もしくはＢ液濃度又はその両方を測定部１１で測定する。測定部１１の測定データに基づいて、制御部１９により、所望の混合比の混合液が得られるように圧力調節機構１７ａ，１７ｂが制御される。ユースポイントへの混合液流量は、送液ポンプ１３の稼働率で可変にできる。また、混合液流量は、圧力調節機構１７ａ，１７ｂによってタンク１ａ，１ｂ内でＡ液面及びＢ液面に加える圧力を変化させることによっても可変である。
【００６６】
Ａ液とＢ液の混合比率の制御方法は、測定部１１の測定データから、現在流れている混合液の混合比率が、設定された値よりも高いか低いかを、制御部１９で判断する。例えば、Ａ液の比率が高い場合、Ａ液タンク１ａ内でのＡ液面への加圧を低くするか、Ｂ液タンク１ｂ内でのＢ液面への加圧を高くする。圧力調節機構１７ａ，１７ｂの動作は、制御部１９から圧力調節機構１７ａ，１７ｂに電気信号が伝えられることによって行なわれる。例えば数秒後に、このアクションの結果が、測定部１１の測定データに反映される。制御部１９は、測定データに基づいて、設定された混合比率にまだ達していないと判断した場合は、圧力調節機構１７ａ，１７ｂに、さらにＡ液タンク１ａ内でのＡ液面への加圧を低くするか、Ｂ液タンクｂ内でのＢ液面への加圧を高くする動作を指示し、すでに設定された混合比率に達している場合は逆の動作を指示するフィードバック制御を行なう。
【００６７】
また、タンク１ａ，１ｂ内でＡ液面及びＢ液面に加える圧力の変化と流量変化との関係を予め取得したデータを制御部１９に設けられたメモリ装置に格納しておくようにしてもよい。制御部１９は、設定された混合比率と、測定部１１からの測定データとを比較して、設定された混合比率にするために必要なＡ液、Ｂ液の流量変化分を求め、それに応じたＡ液面及びＢ液面に加える圧力の変化量を算出する。そして、制御部１９は、その圧力変化量を圧力調節機構１７ａ，１７ｂに電気信号で伝える。本発明の液体混合装置は、このようなフィードフォワード制御を行なうこともできる。
【００６８】
次に、図１に示した実施例を用い、Ａ液とＢ液の混合比率を変化させた結果を説明する。
Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂとして２０Ｌ（リットル）タンクを用いた。Ａ液タンク１ａには純水を入れた。Ｂ液タンク１ｂには、濃度が４.２ｗｔ％（重量パーセント）のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を入れた。Ａ液タンク１ａ、Ｂ液タンク１ｂは、ともに圧力調整できる容器であり、±２０００Ｐａ（約±０.０２ｋｇ／ｃｍ2）の微圧の圧力制御ができるポリエチレン製のものである。
【００６９】
Ａ液タンク１ａからティーズ５までのＡ液配管３ａの長さは３ｍ（メートル）である。Ｂ液タンク１ｂからティーズ５までのＢ液配管の長さも３ｍである。ティーズ５からミキサー９までの混合液配管７の長さは１ｃｍ（センチメートル）である。ミキサー９から測定部１１までの混合液配管７の長さは３０ｃｍである。測定部１１からポンプ１３までの混合液配管７の長さは５０ｃｍである。
【００７０】
配管は、全て外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）製チューブである。ミキサー９は、チューブ内に螺旋状の攪拌部があり、液がそこを通過する間にミキシングされるものである。測定部１１は、液体の近赤外線スペクトル透過減衰率を測定するものである。送液ポンプ１３はチューブしごきポンプである。送液ポンプ１３の流量は、１０ｃｃ／分である。温度条件は２５℃である。
【００７１】
表１は、Ａ液タンクへの圧力と、Ｂ液タンクへの圧力と、ＩＰＡ濃度との関係の表である。圧力のマイナス値は大気圧に対する負圧を表す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
図２は、表１をグラフ化したものであり、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。縦軸が測定部の出力値であるＩＰＡ濃度（ｗｔ％）である。横軸は差圧（Ｐａ）である。差圧は（Ｂ液タンクへの圧力−Ａ液タンクへの圧力）である。
【００７４】
これらの結果から、差圧にほぼ相関のある結果が得られているのがわかる。差圧を制御することにより、ＩＰＡ濃度を制御できる。
図３は、図２に理論カーブを表示した図である。
図３に示すように、Ａ液飽和領域と、比例領域と、Ｂ液飽和領域に分けられる。Ａ液（純水）だけを混合液流路７に流したいならば、この例では、差圧を−１２００Ｐａ以下にすればよい。また、Ｂ液（ＩＰＡ ４.２ｗｔ％）だけを混合液流路７に流したいならば、差圧を＋１２００Ｐａ以上にすればよい。
【００７５】
次に、図１に示した実施例を用い、他の条件でＡ液とＢ液の混合比率を変化させた結果を説明する。
Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂとして２０Ｌタンクを用いた。Ａ液タンク１ａには、純水を入れた。Ｂ液タンク１ｂには、濃度が１ｗｔ％のＩＰＡを入れた。Ａ液タンク１ａ、Ｂ液タンク１ｂは、ともに圧力調整できる容器であり、±２０００Ｐａ（約±０.０２ｋｇ／ｃｍ2）の微圧の圧力制御ができるポリエチレン製のものである。
【００７６】
Ａ液タンク１ａからティーズ５までのＡ液配管３ａの長さは０.８ｍである。Ｂ液タンク１ｂからティーズ５までのＢ液配管の長さは０.８ｍである。ティーズ５からミキサー９までの混合液配管７の長さは１ｃｍである。ミキサー９から測定部１１までの混合液配管７の長さは３０ｃｍである。測定部１１からポンプ１３までの混合液配管７の長さは５０ｃｍである。
【００７７】
Ａ液配管３ａ及び混合液配管７は、外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰＦＡ製チューブである。Ｂ液配管３ｂは、外径２ｍｍ、内径１ｍｍのＰＦＡ製チューブである。ミキサー９は、チューブ内に螺旋状の攪拌部があり、液がそこを通過する間にミキシングされるものである。測定部１１は、液体の近赤外線スペクトル透過減衰率を測定するものである。送液ポンプ１３はチューブしごきポンプである。送液ポンプ１３の流量は、１０ｃｃ／分である。温度条件は２５℃である。
【００７８】
表２は、Ａ液タンクへの圧力と、Ｂ液タンクへの圧力と、ＩＰＡ濃度との関係の表である。圧力のマイナス値は大気圧に対する負圧を表す。
【００７９】
【表２】
【００８０】
図４は、表２をグラフ化したものであり、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。縦軸が測定部の出力値であるＩＰＡ濃度（ｗｔ％）である。横軸は差圧（Ｐａ）である。差圧は（Ｂ液タンクへの圧力−Ａ液タンクへの圧力）である。
【００８１】
これら結果から、液面差にほぼ相関のある結果が得られているのがわかる。差圧を制御することにより、ＩＰＡ濃度を０.０１ｗｔ％から０.０３５ｗｔ％付近まで制御できる。これは、希釈率として、３０倍から１００倍程度が可能な例である。
【００８２】
図５は、図４に理論カーブを表示した図である。
図５に示すように、Ａ液飽和領域と、比例領域に分けられる。Ａ液（純水）だけを混合液配管７に流したいならば、この例では、差圧を−１０００Ｐａ以下にすればよい。
この例では、Ｂ液飽和領域を得るためにはＢ液タンク１ｂへ桁違いの圧力を加えなければならない状況で、Ｂ液タンク１ｂの耐圧以上なので、データはないが、必ずその領域があることは容易に推定できる。
【００８３】
ユースポイントへ、所望濃度の混合液を送液したいが、装置立ち上げ時は、どうしても混合濃度への制御が過渡期になるために、所望濃度になっていない液がユースポイント方向に向かうことになる。そこで、混合液配管の出口にティーズを接続し、そのティーズにユースポイントにつながる配管と廃液タンクにつながる配管を接続して、所望濃度以外の液を廃液タンク側へ向かわせるようにすればよい。混合液が所望濃度比率になったかどうかの判断は測定部で行なうことが好ましい。
【００８４】
図６は、液体混合装置の他の実施例を概略的に示す図である。図１と同じ部分には同じ符号を付す。
この実施例では、図１に示した実施例と比較して、ティーズ２１、廃液配管（第１分岐配管）２３、ユースポイント配管（第２分岐配管）２５、廃液タンク（分岐配管タンク）２７、圧力調節用配管２９及び廃液タンク内圧力調節機構３１をさらに備えている。
【００８５】
ティーズ２１は混合液配管７の出口に接続されている。廃液配管２３及びユースポイント配管２５はティーズ２１に接続されている。廃液配管２３の出口は廃液タンク２７に接続されている。ユースポイント配管２５の出口はユースポイントへ導かれている。
【００８６】
廃液タンク２７は圧力調整できる容器である。廃液タンク２７の耐圧は例えば−１５０００Ｐａ〜１５０００Ｐａである。廃液タンク２７の材質は例えばポリエチレンである。
廃液タンク２７には、廃液タンク２７内の圧力を調節するための圧力調節用配管２９及びＡ液タンク内圧力調節機構３１が接続されている。圧力調節機構３１は例えば加圧及び減圧の動作が可能なものである。廃液タンク内圧力調節機構３１は、例えばエアー圧によって廃液タンク２７内の圧力を調節する。圧力調節機構３１の動作は制御部１９によって制御される。
【００８７】
また、この実施例では、図１に示した実施例と比較して、混合液配管７で送液ポンプ１３が測定部１１の上流側に配置されているが、ミキサー９、測定部１１、送液ポンプ１３を並べる順序は特に限定されない。ただし、ここでもミキサー９は測定部１１よりも上流側に配置されることが好ましい。
【００８８】
圧力調節機構３１の動作により、廃液タンク２７内の圧力を変動させることにより、ティーズ２１から廃液配管２３側へ流れる液の流量とユースポイント配管２５側へ流れる液の流量の比率を変化させることができる。
表３は、ユースポイント側への流量と、廃液タンク内に加える圧力との関係を示す表である。
【００８９】
【表３】
【００９０】
図７は、表３をグラフ化したものである。
廃液タンク３１内の圧力を−２０００Ｐａよりも低くすれば、混合液配管７内の液体はすべてティーズ２１から廃液配管２３を介して廃液タンク３１側へ向かう。
また、廃液タンク３１内の圧力を２０００Ｐａ以上にすれば、混合液配管７内の液体はすべてティーズ２１からユースポイント配管２５を介してユースポイント側へ向かう。
ティーズ２１の箇所で、ポンプ１３による圧力が１００００Ｐａであり、廃液タンク３１の圧力が１００００Ｐａ以上の状態では、圧力調節用配管２９を通じて廃液タンク３１内に加えているエアー圧が廃液配管２３を逆流してユースポイントに向かう。
【００９１】
このデータより、廃液タンク３１の圧力を、−２０００Ｐａよりも低い値と、２０００Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の値とで切り替えることにより、ユースポイントへ向かう流量のオン／オフの制御が可能となる。
【００９２】
混合液配管７内を流れる混合液が所望濃度になっていないときは、廃液タンク３１内の圧力を−２０００Ｐａ以下に制御部１９によって制御して、ユースポイントへ混合液が向かわないようにする。混合液配管７内を流れる混合液が所望濃度であるときは、廃液タンク３１内の圧力を、２０００Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の値にして、混合液を全てユースポイント側へ向かわせる。
ユースポイント配管２５内での流量調整をすばやく行なう場合は、ポンプ１３を制御するのではなく、図７の比例領域を積極的に利用して、制御してもよい。
【００９３】
図８、図９、それぞれ、液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
図８の実施例は図１の実施例に対して、図９の実施例は図６の実施例に対して、測定部１１に替えて、Ａ液配管３ａにＡ液流量計３３ａを、Ｂ液配管３ｂにＢ液流量計３３ｂを備えたものである。
これらの実施例において、流量計３３ａ，３３ｂの指示値に基づき、混合液での混合比率は計算で求められることができる。制御部１９は、流量計３３ａ，３３ｂの指示値に基づき、所望の混合比率になるように圧力調節機構１７ａ，１７ｂの動作を制御する。
【００９４】
次に図１０〜図１３を参照して他の実施例について説明する。
燃料電池で、携帯機器向けの小型のものとして、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）がある。ＤＭＦＣ型燃料電池の燃料供給は、メタノール濃度３〜５ｗｔ％の濃度のメタノール水溶液で行なう。メタノール濃度が高いと、燃料極で未反応なメタノールが電解質膜を透過して空気極へ到達するクロスオーバー現象が発生して、発電効率が低下する問題が発生する。他方、メタノール濃度が低くいと、発電効率が落ちる。したがって、常に最適なメタノール濃度を供給することが望まれる。また、濃度の濃いメタノールを、水で最適な濃度に希釈して使用することができれば、メタノール燃料体積の減少ができ、より小型にすることができる。
【００９５】
図１０は、この実施例で用いた送液機構の構成を説明するための概略図である。図１、図６と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
【００９６】
濃度が３０％のメタノールの入ったＡ液タンク１ａと、水の入ったＢ液タンク１ｂが設けられている。
メタノールの入ったＡ液タンク１ａにＡ液配管３ａの一端が接続されている。Ａ液配管３ａの他端は混合部３５に接続されている。
水の入ったＢ液タンク１ｂにＢ液配管３ｂの一端が接続されている。Ｂ液配管３ｂの他端は混合部３５に接続されている。混合部３５には、配管３ａ，３ｂからのメタノール及び水が混合された所望濃度の希釈メタノールを流すためのユースポイント配管２５と、所望濃度でない希釈メタノールを流すための廃液配管２３も接続されている。ユースポイント配管２５にはポンプ１３が設けられている。
【００９７】
図１１は図１０に示した装置の混合部の平面図と側面図を示す図である。図１１において、チップ内部に形成された配管を透過して図示している。
混合部３５は、ガラスのエッチングで内部に配管が形成されたチップ３７と、チップ３７を支持するための金属製の枠部３９と、配管３ａ，３ｂ，２３，２５をチップ３７に接続するための継手４１，４３，４５，４７を備えている。チップ３７はマイクロ流体デバイスである。
【００９８】
チップ３７の平面サイズは１２.５ｍｍ×３９ｍｍ、厚みは２.２ｍｍである。枠部３９の外周平面サイズは１９ｍｍ×４６ｍｍ、内周平面サイズは１３ｍｍ×４０ｍｍ、厚みは４.２ｍｍである。枠部３９には、ネジで継手４１，４３，４５，４７が差し込まれている。枠部３９の内側に配置されたチップ３７は継手４１，４３，４５，４７によって押さえ込まれることによって固定されている。チップ３７は、側面に継手４１，４３，４５，４７に対応する位置に、チップ３７内部の配管につながるテーパー形状の凹部を備えている。継手４１，４３，４５，４７の先端がチップ３７側面の凹部に差し込まれることによって配管がシールされて液漏れを防止している。
【００９９】
チップ３７内部の配管パターンについて説明する。
Ａ液配管３ａに接続されるチップ内Ａ液配管４９ａと、Ｂ液配管３ｂが接続されるチップ内Ｂ液配管４９ｂが設けられている。配管４９ａ，４９ｂは下流側で合流されてチップ内混合液配管５１に接続されている。チップ内混合液配管５１の下流側にミキシング部（混合器）５３が設けられている。チップ内混合液配管５１には、ミキシング部５３よりも下流側にセンサー部５５が設けられている。センサー部５５は、混合後のメタノール濃度の測定に用いられる小空間である。
【０１００】
センサー部５５の下流側でチップ内混合液配管５１が分岐されたチップ内廃液配管５７とチップ内ユースポイント配管５９が設けられている。チップ内廃液配管５７は廃液配管２３に接続される。チップ内ユースポイント配管５９はユースポイント配管２５に接続される。
【０１０１】
図１２は、ミキシング部５３内における液体の流れを矢印で示す平面図である。
ミキシング部５３は２つの広い箇所６１，６３を備えている。上流側の広い箇所６１と下流側の広い箇所６３は２本の配管６５，６７で接続されている。
【０１０２】
上流側の広い箇所６１にはチップ内混合液配管５１が接続されている。広い箇所６１の近傍でチップ内混合液配管５１に配管の細い箇所６９が設けられている。広い箇所６１と６３とを接続する２本の配管６５，６７の上流側の端部は、細い箇所６９の両隣の箇所で広い箇所６１に接続されている。
【０１０３】
下流側の広い箇所６３には下流側の配管７１が接続されている。広い箇所６１と６３とを接続する２本の配管６５，６７の下流側の端部は、配管７１の両隣の箇所で広い箇所６３に接続されている。広い箇所６３の近傍で配管６５，６７に配管の細い箇所７３，７５が設けられている。
【０１０４】
チップ内混合液配管５１から細い箇所６９を介して広い箇所６１に導入された液体は、細い箇所６９で流速が早くなるので、広い箇所６１内で渦を発生する（矢印を参照）。広い箇所６１から、広い箇所６１と６３とを接続する２本の配管６５，６７及び流路の細い箇所７３，７５を介して広い箇所６３に導入された液体は、細い箇所７３，７５で流速が速くなるので、広い箇所６３内で渦を発生する（矢印を参照）。これらの渦により、液体の混合が促進される。
図１１に示すように、ミキシング部５３は２段に設けられているので、図１２に示した混合パターンを２段繰り返すことにより、液体は完全に混合される。
【０１０５】
図１３に示すように、チップ３７は、流路を形成するための貫通溝が形成された厚みの均一なガラス間仕切り板３７ａを２枚のガラス平面板３７ｂ，３７ｃで挟み込んだ３層構造になっている。ガラス間仕切り板３７ａの厚みは０.２ｍｍで均一である。ガラス平面板３７ｂ，３７ｃは継手との接触部だけがテーパー形状になるように加工されている。ガラス平面板３７ｂ，３７ｃの厚みは１ｍｍである。ガラス間仕切り板３７ａにおける貫通溝はエッチング技術で形成されている。
【０１０６】
チップ３７内に形成された配管や空間の高さは０.２ｍｍである。
チップ内Ａ液配管４９ａの溝幅は１ｍｍである。チップ内Ｂ液配管４９ｂの溝幅は４ｍｍである。チップ内廃液配管５７の溝幅及びチップ内ユースポイント配管５９の溝幅はどちらも１ｍｍである。
【０１０７】
図１０に戻って装置全体の説明を続ける。
図６に示した実施例と同様に、Ａ液タンク１ａ、Ｂ液タンク１ｂ、廃液タンク２７に対して、圧力調節用配管１５ａ，１５ｂ，２９及びタンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂ，３１が設けられている。タンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂ，３１の動作を制御するための制御部１９が設けられている。
【０１０８】
混合部３５のセンサー部５５内の液のメタノール濃度を測定するための測定部７７が設けられている。測定部７７は例えば近赤外線スペクトル透過減衰率を測定する方法でメタノール濃度を計測する。チップ３７に対して上部から光を照射して、反対面からその光の透過光を受光して、液体の近赤外線スペクトル透過減衰率を測定する。測定部７７は、例えばメタノール濃度が４ｗｔ％になっているかを常時測定して、制御部１９にその信号を伝える。
【０１０９】
制御部１９は、測定部７７が測定したメタノール濃度に応じてタンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂ，３１の動作を制御する。
メタノール濃度が４ｗｔ％よりも濃い場合、メタノール側の流量を減少させるように、Ａ液タンク１ａに加えている圧力からＢ液タンク１ｂに加えている圧力を引いた差圧を減少させるように制御する。メタノール濃度が４ｗｔ％よりも薄い場合は、その逆の制御が行なわれる。制御部１９の制御により、タンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂは圧力調節用配管１５ａ，１５ｂを介してタンク１ａ，１ｂ内で液面に加える圧力を制御する。この加える圧力は、大気圧に対して正圧にも負圧にもなる。制御圧力範囲は、±２００Ｐａの微圧の制御で十分である。
【０１１０】
例えばタンク１ａ，１ｂ内の圧力制御が不完全で、測定部７７が測定したメタノール濃度が４ｗｔ％から外れている場合は、制御部１９により廃液タンク内圧力調節機構３１の動作を制御して、廃液タンク２７内を減圧して、混合後の液が廃液配管２３に向かうようにして、ユースポイント配管２５側に流れないようにする。この場合は、ユースポイント配管２５側からポンプ１３で引いているため、その圧力に勝る圧力で引く必要がある。例えば１００００Ｐａの圧力にて、液がユースポイント配管２５側へ完全に行かないようにできる。
【０１１１】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１１２】
例えば、Ａ液、Ｂ液の２液混合でティーズ（３分岐継手）と記載したが、３分岐路であれば、どういう形状でもよい。
また、Ａ液、Ｂ液、Ｃ液の３液混合でも同じで、その場合は、４分岐継手でもよいし、複数の３分岐継手を組み合わせてもよい。
３液以上の混合は、この例の２液混合の方法の組み合わせで行なうことができる。
また、分岐に関しても、２方向の分岐のみ例を記載しているが、３方向以上でも、２方向分岐の組み合わせで実現できることは明白である。
また、上記実施例では、送液ポンプ１３を備えているが、本発明において重力落下により送液できる場合には送液ポンプは必ずしも必要でない。
【符号の説明】
【０１１３】
１ａ Ａ液タンク
１ｂ Ｂ液タンク
３ａ Ａ液配管
３ｂ Ｂ液配管
７ 混合液配管
９ ミキサー（混合器）
１１ 測定部
１３ 送液ポンプ
１７ａ Ａ液タンク内圧力調節機構
１７ｂ Ｂ液タンク内圧力調節機構
１９ 制御部
２３ 廃液配管（第１分岐配管）
２５ ユースポイント配管（第２分岐配管）
２７ 廃液タンク（第１分岐配管タンク）
３１ 廃液タンク内圧力調節機構（分岐配管タンク内圧力調節機構）
３３ａ Ａ液流量計
３３ｂ Ｂ液流量計
４９ａ チップ内Ａ液配管
４９ｂ チップ内Ｂ液配管
５１ チップ内混合液配管
５３ ミキシング部（混合器）
５７ チップ内廃液配管（第１分岐配管）
５９ チップ内ユースポイント配管（第２分岐配管）
７７ 測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体混合方法及び液体混合装置に関し、特に、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させる場合に、混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法及びそれに用いる液体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４から図１９は、従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
図１４に示す液体混合装置は、Ａ液タンク１０１ａからのＡ液配管１０３ａとＢ液タンク１０１ｂからのＢ液配管１０３ｂをティーズ１０５にて結合し、ティーズ１０５からの混合液配管１０７に設けられたミキサー１０９でＡ液とＢ液を混合させ、その混合液をユースポイントに送液する系である。この系では、重力落下にて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。
【０００３】
Ａ液とＢ液の混合比率は、Ａ液配管１０３ａに設けられたＡ液流量可変バルブ１１１ａとＢ液配管１０３ｂに設けられたＢ液流量可変バルブ１１１ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂの断面積を調整して、Ａ液、Ｂ液の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００４】
図１５に示す液体混合装置は、図１４に示した構成に加え、混合液配管１０７に送液ポンプ１１５を備えた系である。この系では、送液ポンプ１１５にて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。送液ポンプ１１５は、ミキサー１０９の下流側に挿入されている。
【０００５】
この場合、Ａ液とＢ液の混合比率は、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂの断面積を調整して、Ａ液、Ｂ液の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００６】
図１６に示す液体混合装置は、図１４に示した構成の流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂに替えて、Ａ液配管１０３ａにＡ液送液ポンプ１１７ａを備え、Ｂ液配管１０３ｂにＢ液送液ポンプ１１７ｂを備えた系である。この系では、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。
【０００７】
この液体混合装置において、Ａ液とＢ液の混合比率は、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂの稼働率を変えて、Ａ液、Ｂ液のそれぞれの配管１０３ａ，１０３ｂ内の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００８】
図１７に示す液体混合装置は、図１６に示した構成のティーズ１０５に替えてバッファタンク１１９を備え、ミキサー１０９に替えてバッファタンク内ミキサー１２１を備えた系である。
送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂにて、Ａ液タンク１０１ａとＢ液タンク１０１ｂからＡ液とＢ液をバッファタンク１１９に入れる。Ａ液とＢ液の流量の調整には、Ａ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【０００９】
この系において、Ａ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂは例えば積算流量計である。Ａ液とＢ液がバッファタンク１１９内にとどまっている時間に、流量計１１３ａ，１１３ｂの積算値がバッファタンク１１９に収容されているので、Ａ液とＢ液の混合比率は計算より求めることができる。
バッファタンク１１９に設置されているミキサー１２１によりＡ液とＢ液を混合し、混合が終了した後、混合液はユースポイントへと送液される。
【００１０】
図１８は、図１７に示した構成の流量計１１３ａ，１１３ｂに替えて液面計１２３を備えた系である。
送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂにて、Ａ液タンク１０１ａとＢ液タンク１０１ｂからＡ液とＢ液をバッファタンク１１９に入れる。バッファタンク１１９には、液面計１２３が設置されており、まずバッファタンク１１９が空の状態から、送液ポンプ１１７ａを稼働させて、指定の液面になるまで、Ａ液をバッファタンク１１９に入れる。次に送液ポンプ１１７ｂを稼働させ、指定の液面になるまで、Ｂ液バッファタンク１１９に入れる。バッファタンク１１９内の液面高さにより、バッファタンク１１９に入ったＡ液及びＢ液の容量が求められる。その容量値から、Ａ液とＢ液の混合比率が計算より求められる。その後、バッファタンク１１９に設置してあるミキサー１２１によりＡ液とＢ液を混合し、混合が終了した後、混合液はユースポイントへと送液される。
【００１１】
図１９に示す液体混合装置は、Ａ液タンク１２５ａからのＡ液配管１０３ａとＢ液タンク１２５ｂからのＢ液配管１０３ｂをティーズ１０５にて結合し、ティーズ１０５からの混合液配管１０７に設けられたミキサー１０９でＡ液とＢ液を混合させ、その混合液をユースポイントに送液する系である。Ａ液タンク１２５ａ及びＢ液タンク１２５ｂは内部を加圧可能な容器である。Ａ液タンク１２５ａにはＡ液上の空間内を加圧するための加圧用配管１２７ａが接続されている。Ｂ液タンク１２５ｂにはＢ液上の空間内を加圧するための加圧用配管１２７ｂが接続されている。加圧用配管１２７ａ，１２７ｂはともに加圧用配管１２７に接続されている。この系では、Ａ液タンク１２５ａ内、Ｂ液タンク１２５ｂ内へ一定の圧力を加えて、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速を確保する。
【００１２】
Ａ液とＢ液の混合比率は、Ａ液配管１０３ａに設けられたＡ液流量可変バルブ１１１ａとＢ液配管１０３ｂに設けられたＢ液流量可変バルブ１１１ｂにて、配管１０３ａ，１０３ｂの断面積を調整して、Ａ液、Ｂ液の流量を可変にすることによって調整される。Ａ液とＢ液の流量の調整には、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂの下流に設けられたＡ液流量計１１３ａ、Ｂ液流量計１１３ｂの指示値が使用される。
【００１３】
図１４〜図１９を参照して説明した従来の液体混合装置は、大きく分けて図１４〜図１６、図１９のグループと、図１７、図１８のグループの２つに分類できる。
前者は、バッファタンクなしで、流量計１１３ａ，１１３ｂによりＡ液とＢ液の液流量を随時測定し、その測定データより混合比率を計算して、指定混合値になるように制御した混合液をユースポイントに送液することができる。
後者の図１７は流量計１１３ａ，１１３ｂを使用して、図１８は液面計１２３を使用して、バッファタンク１１９内の液容量を求めて混合比率を算出している。
【００１４】
後者グループは以下の問題を有する。（１）前者グループと比較して、バッチ処理による混合であり、迅速性に欠ける。（２）バッファタンク分の液が常に存在することになり、残液が発生して、液使用効率が低下する場合がある。（３）バッファタンク分がかさ高になり、装置自体が大きくなるのと、その分のコスト高になる。（４）混合ムラが発生しやすい。
【００１５】
また、図１８の液体混合装置は、液面計１２３によりバッファタンク１１９内の液容量を測定しているが、バッファタンク１１９の重量測定より、バッファタンク１１９内のＡ液、Ｂ液の量を測定する場合もある。その場合の重量測定手段としては、重量センサーを使用するが、概してその価格は高いという問題があった。
【００１６】
前者グループである図１４〜図１６、図１９の液体混合装置は、流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂを使用するもの（図１４、図１５、図１９）と、そうでないもの（図１６）に分類できる。
図１４，図１５，図１９の液体混合装置における流量可変バルブ１１１ａ，１１１ｂは、バルブの開度を調整して流量を調整するもので、一般的に使用されるが、液体の種類、温度、圧力、動作速度により、それに合ったものが選定される。流量可変バルブの種類によっては、高価であったり、複雑なため信頼性が低下したりする問題があった。また、耐薬品性を要求される場合は、接液部にフッ素樹脂を使用しなければならず、フッ素樹脂が有するクリープ特性により、再現性が劣るという問題があった。
【００１７】
図１６の液体混合装置は、流量可変バルブの代わりに、送液ポンプ１１７ａ，１１７ｂの稼働率を調整することにより流量を変えるものである。送液ポンプの場合は、流量可変バルブと同じで、液体の種類、温度、圧力、動作速度により、それに合ったものが選定される。流量可変バルブと同じく、送液ポンプの種類によっては、高価であったり、複雑なため信頼性が低下したりする問題があった。
【００１８】
バッファタンク、Ａ液流量可変バルブ、Ｂ液流量可変バルブ、Ａ液用送液ポンプ及びＢ液送液ポンプを用いない液体混合装置が特許文献１に開示されている。図２０にその液体混合装置の概略的な構成図を示す。
【００１９】
図２０に示す液体混合装置は、Ａ液タンク１２５ａからのＡ液配管１０３ａとＢ液タンク１０１ｂからのＢ液配管１０３ｂをアスピレータ１２９にて結合し、アスピレータ１２９からの混合液配管１０７でＡ液とＢ液を混合させ、その混合液をユースポイントに送液する系である。Ａ液タンク１２５ａは内部を加圧可能な容器である。Ａ液タンク１２５ａにはＡ液上の空間内を加圧するための加圧用配管１２７ａが接続されている。
【００２０】
Ａ液タンク１２５ａへ一定の圧力が加えられて、アスピレータ１２９にＡ液が流されることにより、アスピレータ１２９に生じる吸引力でＢ液がアスピレータ１２９に流れ込み、混合液配管１０７でＡ液とＢ液が混合される。
この系では、Ａ液タンク１２５ａ内の加圧により、配管１０３ａ，１０３ｂ，１０７内の流速が確保される。
【００２１】
また、図２０の液体混合装置は、混合液配管１０７に、アスピレータ１２９側から順にティーズ１３１と混合液ストップバルブ１３３を備えている。ティーズ１３１にはドレイン配管１３５が接続されている。ドレイン配管１３５にはドレインストップバルブ１３７が設けられている。
【００２２】
アスピレータ１２９にＡ液を流し始めた直後は、混合液配管１０７でのＡ液とＢ液の混合比率の精度が良くないため、混合液ストップバルブ１３３が閉じられ、ドレインストップバルブ１３７が開かれて、混合液はティーズ１３１からドレイン配管１３５へ導かれる。所定時間後、混合液ストップバルブ１３３が開かれ、ドレインストップバルブ１３７が閉じられて、混合液はユースポイントへ導かれる。
【００２３】
図１４から図２０は従来の混合系を模式的に示したものであり、流量計、流量可変バルブ、ティーズ、ミキサー、送液ポンプ、バッファタンクは、形状や機構が変わっても、それぞれの機能が同じであれば、実際の液体混合装置は各部類に分けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２０００−４２３９０号公報
【特許文献２】特開平１０−３２００５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
図２０に示した液体混合装置は、バッファタンク、Ａ液流量可変バルブ、Ｂ液流量可変バルブ、Ａ液用送液ポンプ及びＢ液送液ポンプを備えていないので、上述の課題は解決できる。
【００２６】
しかし、図２０に示した液体混合装置では、アスピレータ１２９に吸引力を生じさせるためにＡ液タンク１２５ａに高い圧力をかけなければならず、高圧に耐え得るＡ液タンク１２５ａが必要であるという問題があった。高圧用のタンクを用いる場合、故障などで所定以上の圧力がタンク内にかかったときに備えて、タンクの破裂防止の設備を設ける必要がある。その設備は、例えば安全弁であったり、本質的に設計以上の圧力がかかっても破裂しないような設計であったりするが、コストが高く、装置が複雑になり、部品点数の増加で結果的に信頼性が低下する。
【００２７】
さらに、図２０に示した液体混合装置には、アスピレータ自体の問題もある。例えば、Ａ液とＢ液の混合比率を変えるにはアスピレータを変更しなければならないという問題があった。また、アスピレータを用いた混合は混合比率が安定しにくい、アスピレータは高価である、アスピレータを用いた混合における混合比率が流量に対してリニアではない、などの問題もあった。
【００２８】
本発明は、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させて混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法及びそれに用いる液体混合装置において、装置の製造コストを低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明に係る液体混合方法は、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させて混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法であって、送液手段として送液ポンプ又は重力落下を用い、上記Ａ液タンク及び上記Ｂ液タンクとして圧力調整できる容器を用い、上記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と上記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御してＡ液流量とＢ液流量を変化させ、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【００３０】
本発明に係る液体混合装置は、Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管と、Ａ液配管とＢ液配管が合流された混合液配管とを備えた液体混合装置であって、送液ポンプ又は重力落下により送液を行ない、上記Ａ液タンク及び上記Ｂ液タンクは圧力調整できる容器であり、上記Ａ液タンク内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構と、上記Ｂ液タンク内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構とを備え、上記Ａ液タンク内圧力調節機構によって上記Ａ液タンク内でＡ液面に加える圧力と、上記Ｂ液タンク内圧力調節機構によって上記Ｂ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御して、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【００３１】
Ａ液タンク内でのＡ液面へ加える圧力とＢ液タンク内でのＢ液面へ加える圧力とを相対的に変化させると、Ａ液配管内のＡ液流量とＢ液配管内のＢ液流量の比率が変化し、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率が変化するので、Ａ液面への圧力とＢ液面への圧力を制御することにより、Ａ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液が得られる。
【００３２】
また、Ａ液タンク内とＢ液タンク内との差圧をある一定以上にすることにより、ストップバルブなどの切替え弁をＡ液配管及びＢ液配管に設けなくても、Ａ液のみ又はＢ液のみを混合液配管に流すこともできる。ただし、本発明の液体混合装置において、Ａ液配管、Ｂ液配管にストップバルブなどの切替え弁を配置することを排除するものではない。
【００３３】
ストップバルブを使用せずに、Ａ液のみ又はＢ液のみを流すことができる理由は以下のものによる。Ａ液配管とＢ液配管の合流部分で、Ａ液、Ｂ液の流路ができるが、Ａ液の送液圧力とＢ液の送液圧力の差がある値以上になり、例えばＡ液に圧力が加えられてＡ液配管とＢ液配管の合流部分にＡ液のみが流れ出すと、その合流部分にＡ液のみの流路が形成される。その流路は、液の粘性のためにあたかもＡ液そのもので構成された配管のようなもので、合流部分へのＢ液の進入を阻む状況になる。この状態で、Ｂ液側に多少圧力がかかっても、Ａ液の流路障壁を破ることができなければ、合流部分にＢ液は流れ込まない。
Ａ液、Ｂ液ともに合流部分に流れ込む状況（後述する実施例での比例領域）では、各液へ加わる圧力比率により、流量が比例して、混合される。
【００３４】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、上記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と上記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力は、上記タンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は上記大気圧から上記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内である。
【００３５】
また、Ａ液タンク及びＢ液タンクの耐圧の例は、約−０.１ＭＰａ（メガパスカル）〜約１０，０００Ｐａ（パスカル）の範囲内の低耐圧である。
【００３６】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、各種条件が一定であるならば、Ａ液面への圧力とＢ液面への圧力の制御により、混合液でのＡ液とＢ液の比率と、混合液の流量を決定できる。
各種条件の変動として、例えば、Ａ液タンク液面高さ、Ｂ液タンク液面高さが変化すると、Ａ液、Ｂ液の流量が変化することが知られている（特許文献２を参照。）。また、発明者の知見として、Ａ液、Ｂ液の温度、配管の温度、Ａ液流量、Ｂ液流量により、混合液のＡ液とＢ液の混合比率は変化する。そのことから、Ａ液、Ｂ液への液面へ加える圧力値だけでは所望の混合比率の混合液を得ることができない場合がある。
【００３７】
このような場合は、Ａ液配管、Ｂ液配管に流量計などの流量に相関するセンサーを設けて、Ａ液、Ｂ液が所定の流量になるように、Ａ液タンク内、Ｂ液タンク内の液面に加える圧力を制御、調整するようにしてもよい。
【００３８】
また、Ａ液とＢ液の混合後のＡ液とＢ液の比率に相関のある値を計測するセンサーを混合液配管に設けて、所望の混合比率になるように、Ａ液タンク内、Ｂ液タンク内の液面に加える圧力を制御、調整するようにしてもよい。
【００３９】
本発明の液体混合装置において、Ａ液とＢ液を確実に混合させるために、混合液配管に混合器を設置してもよい。混合器と、混合液配管に上記センサーを設ける場合には、上記センサーは混合器の下流側に設けることが好ましい。ただし、混合器が混合液配管に配置される位置は特に限定されず、混合液配管の任意の位置である。
【００４０】
混合後の出口であるユースポイントがＡ液タンクとＢ液タンクのそれぞれの液面よりも低い箇所に設けられている場合には、Ａ液、Ｂ液及び混合液の送液手段として、重力落下を用いることができる。この場合は、Ａ液タンク、Ｂ液タンクに加える圧力が、そのままユースポイントへ液を送液するための圧力にもなる。
【００４１】
ところが、ユースポイントは、大気圧又は液槽内など、大気圧以上の圧力であることがほとんどである。この場合、Ａ液タンク、Ｂ液タンクに加える圧力は大気圧よりも高い圧力であるようにすれば送液できる。
また、Ａ液タンク、Ｂ液タンクからユースポイントまで、流量比で細い配管であったり、各液の粘度が高かったりする場合は、送液に必要な圧力が高圧になる場合が多い。
その場合、従来技術では、Ａ液タンク、Ｂ液タンクは高耐圧タンクである必要があった。
【００４２】
本発明の液体混合装置において、このような場合に対応すべく、混合液配管に送液ポンプを備えているようにしてもよい。送液ポンプにより混合液配管内の液体を送液することにより、Ａ液タンク、Ｂ液タンクとして高耐圧のものを用いる必要がなくなる。送液ポンプが混合液配管に配置される位置は特に限定されず、混合液配管の任意の位置である。
【００４３】
各タンクに加えられている高圧の圧力を調整する場合は、その制御誤差というのは、圧力にほぼ比例している。例えば、１ＭＰａで加圧している場合、１％精度の圧力制御装置は、０.０１ＭＰａの圧力精度で制御できる。同じ精度の圧力制御装置で、０.１ＭＰａで加圧している場合は、０.００１ＭＰａの圧力精度で制御できる。つまり、Ａ液タンク、Ｂ液タンクに加えられている圧力を調整する場合、高圧が加えられている場合よりも、低圧の方が精度の高い圧力制御ができる。
【００４４】
また、タンク内の液には、人体に有害な薬液の場合があり、特許文献１ではフッ酸が用いられている。特許文献１ではフッ酸側のタンクには圧力をかけず大気圧であるのは、特許文献１中では記載されていないが、装置トラブル時のタンク破裂によるフッ酸飛散を防止する意図があると考えられる。
また、高耐圧タンクはその構造上、肉厚で頑丈な構造で大型になり、安全弁の装備等でタンク自体のコストアップになる問題がある。
【００４５】
本発明では、混合液配管に送液ポンプを設置して、各タンク側からは吸引して、送液ポンプの吐出側からユースポントまでが、大気圧以上になるようにできる。この場合、Ａ液タンク、Ｂ液タンクからポンプの入り口側までの配管内圧力は、大気圧以下にもなり得る。そして、トラブルなどで配管の漏れや、配管継手外れの場合にも液が飛散せず、安全性が高まる。
さらに、Ａ液タンク、Ｂ液タンクの圧力調整は、微差圧でよく、精度の高い圧力制御が可能となる。
さらに、Ａ液タンク内及びＢ液タンク内が負圧（大気圧よりも小さい圧力）又は大気圧になる場合には、Ａ液タンク内圧力調節機構及びＢ液タンク内圧力調節機構として、加圧機構は不要であり、Ａ液タンク外部（大気圧）とＡ液タンク内部との流通路に設けられた弁の開度、及び、Ｂ液タンク外部（大気圧）とＢ液タンク内部との流通経路に設けられた弁の開度を制御するだけで、それぞれのタンク内圧力の調整が可能となる。
【００４６】
ところで、図２０に示した従来の液体混合装置では、混合液配管１０７を分岐するためにドレイン配管１３５及びストップバルブ１３３，１３７を備えている。ストップバルブは、構造上、流量可変バルブとよく似ていて、上述の流量可変バルブと同様の問題点を有する。
【００４７】
そこで、本発明の液体混合方法において、上記混合液配管の出口に第１分岐配管及び第２分岐配管を接続し、上記第１分岐配管の出口に圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクを接続し、上記第１分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、上記第１分岐配管側へ流れる液と上記第２分岐配管側へ流れる液の流量比率を変化させるようにしてもよい。
また、本発明の液体混合装置において、上記混合液配管が分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管と、上記第１分岐配管の出口に接続された圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクと、上記分岐配管タンク内の圧力を調節するための分岐配管タンク内圧力調節機構と、をさらに備えているようにしてもよい。
ここで、第２分岐配管の出口は、例えばユースポイントであり、大気圧であってもよいし、大気圧よりも大きい圧力であってもよい。
【００４８】
分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、第１分岐配管内の圧力と第２分岐配管内の圧力の差を調整できる。この圧力差をある一定以上にした場合、液が第１分岐配管側のみに流れる状態、又は、第２分岐配管側のみに流れる状態にでき、ストップバルブなどの切替え弁をなしで、液を分岐できる。これにより、さらに液体混合装置の製造コストを低減できる。
精度の高い分岐比率を得るためには、第１分岐配管もしくは第２分岐配管又はその両方の液流量をセンサーで測定して、所望値からのずれ量に基づいて第１分岐配管内と第２分岐配管内の差圧を制御して、各分岐配管内で所望の流量を得るようにすればよい。
【００４９】
分岐配管タンクの耐圧の例は、約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧である。
また、送液ポンプを用いる場合は、送液ポンプは混合液配管又は第２分岐配管に配置される。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の液体混合方法では、Ａ液タンク及びＢ液タンクとし圧力調整できる容器を用い、Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させるようにした。
本発明の液体混合装置では、Ａ液タンク及びＢ液タンクは圧力調整できる容器であり、Ａ液タンク内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構と、Ｂ液タンク内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構とを備え、Ａ液タンク内圧力調節機構によってＡ液タンク内でＡ液面に加える圧力と、Ｂ液タンク内圧力調節機構によってＢ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させるようにした。
これにより、バッファタンク、Ａ液流量可変バルブ、Ｂ液流量可変バルブ、Ａ液用送液ポンプ、Ｂ液用送液ポンプ及びアスピレータを用いることなく、所望の混合比率のＡ液とＢ液の混合液を得ることができ、液体混合装置の製造コストを低減できる。
【００５１】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力は、それらのタンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は上記大気圧から上記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内であるようにしたり、Ａ液タンク及びＢ液タンクの耐圧は約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧であるようにしたりすれば、高価な高耐圧タンクを用いないので、液体混合装置の製造コストを低減できる。さらに、低い圧力の範囲内でＡ液面及びＢ液面に加えるので、高い圧力を用いる場合に比べて圧力制御の精度が増し、ひいては混合比率の精度が向上する。
【００５２】
本発明の液体混合方法において、混合液配管の出口に第１分岐配管及び第２分岐配管を接続し、第１分岐配管の出口に圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクを接続し、第１分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、第１分岐配管側へ流れる液と第２分岐配管側へ流れる液の流量比率を変化させるようにしてもよい。
本発明の液体混合装置において、混合液配管が分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管と、第１分岐配管の出口に接続された圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクと、分岐配管タンク内の圧力を調節するための分岐配管タンク内圧力調節機構と、をさらに備えているようにしてもよい。
これにより、ストップバルブなどの切替え弁を用いることなく、混合液配管内を流れる液を第１分岐配管と第２分岐配管に分岐することができる。
【００５３】
本発明の液体混合方法及び液体混合装置において、分岐配管タンクを用いる場合、分岐配管タンクの耐圧は約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧であるようにすれば、高価な高耐圧タンクを用いないので、液体混合装置の製造コストを低減できる。さらに、低い圧力の範囲内で分岐配管タンク内の圧力を制御するので、高い圧力を用いる場合に比べて圧力制御の精度が増す。
【００５４】
本発明の液体混合装置において、混合液中のＡ液濃度又はＢ液濃度の少なくとも一方を測定するために混合液配管に設けられた測定部を備えているようにすれば、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を随時監視できる。
この場合、測定部の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるようにＡ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とをフィードバック制御をかける制御部を備えているようにすれば、迅速かつ自動で所望の混合比率の混合液を得ることができる。
【００５５】
また、Ａ液配管に設けられたＡ液流量計と、Ｂ液配管に設けられたＢ液流量計を備えているようにすれば、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を随時監視できる。
この場合、Ａ液流量計及びＢ液流量計の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるようにＡ液タンク内でＡ液面に加わる圧力とＢ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とをフィードバック制御をかける制御部を備えているようにすれば、迅速かつ自動で所望の混合比率の混合液を得ることができる。
【００５６】
また、Ａ液とＢ液を混合するために混合液配管に設けられた混合器を備えているようにすれば、混合液配管でＡ液とＢ液を確実に混合させることができる。
【００５７】
また、混合液を送液するために混合液配管に設けられた送液ポンプを備えているようにすれば、送液に重力落下を用いる場合に比べて流速制御の迅速性及び範囲が増す。さらに、送液ポンプの駆動により、Ａ液タンク内及びＢ液タンク内を負圧にする構成にすれば、Ａ液タンク内圧力調節機構及びＢ液タンク内圧力調節機構として、加圧機構ではなく、弁の開度によりタンク内圧力を調整する構造の簡単なものを用いることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】液体混合装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図２】図１の液体混合装置で混合比率を制御した一例における、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。
【図３】図２に理論カーブを表示した図である。
【図４】図１の液体混合装置で混合比率を制御した他の例における、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。
【図５】図２に理論カーブを表示した図である。
【図６】液体混合装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図７】図６の液体混合装置で廃液配管側へ流れる液の流量とユースポイント配管側へ流れる液の流量の比率を変化させたときの、ユースポイント側への流量と、廃液タンク内に加える圧力との関係を示す図である。
【図８】液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【図９】液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【図１０】液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【図１１】同実施例の混合部の平面図と側面図を示す図である。
【図１２】同実施例のミキシング部内における液体の流れを矢印で示す平面図である。
【図１３】同実施例のチップを構成する、接合前のガラス間仕切り板及び２枚のガラス板を示す側面図である。
【図１４】従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１５】他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１６】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１７】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１８】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図１９】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【図２０】さらに他の従来の液体混合装置を説明するための概略的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、液体混合装置の一実施例を概略的に示す図である。
Ａ液を収容するためのＡ液タンク１ａと、Ｂ液を収容するためのＢ液タンク１ｂが設けられている。Ａ液タンク１ａに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管３ａと、Ｂ液タンク１ｂに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管３ｂと、Ａ液配管３ａとＢ液配管３ｂを合流させるためのティーズ５と、ティーズ５に接続され、Ａ液とＢ液の混合液を送液するための混合液配管７が設けられている。
【００６０】
混合液配管７に、上流側から順に、ミキサー（混合器）９、測定部１１、送液ポンプ１３が設けられている。ミキサー９はＡ液とＢ液を混合するためのものである。測定部１１は混合液中のＡ液濃度又はＢ液濃度の少なくとも一方を測定するためのものである。送液ポンプ１３は配管３ａ，３ｂ，７内の液をユースポイントへ送液するためのものである。ミキサー９、測定部１１、送液ポンプ１３を並べる順序は特に限定されない。ただし、ミキサー９は測定部１１よりも上流側に配置されることが好ましい。
【００６１】
Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは圧力調整できる容器である。Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは高圧に耐え得るものである必要はなく、例えば±２０００Ｐａ（約±０.０２ｋｇ／ｃｍ2）の微圧の圧力制御ができるものであればよい。Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂは、例えば市販されているポリエチレン製のものである。
【００６２】
Ａ液タンク１ａには、Ａ液タンク１ａ内の圧力を調節するための圧力調節用配管１５ａ及びＡ液タンク内圧力調節機構１７ａが接続されている。Ｂ液タンク１ｂには、Ｂ液タンク１ｂ内の圧力を調節するための圧力調節用配管１５ｂ及びＢ液タンク内圧力調節機構１７ｂが接続されている。圧力調節機構１７ａ，１７ｂは例えば加圧及び減圧の動作が可能なものである。圧力調節機構１７ａ，１７ｂは例えばエアー圧によってタンク１ａ，１ｂ内の圧力を調節する。
【００６３】
圧力調節機構１７ａ，１７ｂの動作を制御するための制御部１９が設けられている。制御部１９は、測定部１１の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるように圧力調節機構１７ａ，１７ｂにフィードバック制御をかける。
【００６４】
この実施例では、送液ポンプ１３によって配管３ａ，３ｂ，７内の液をユースポイントへ送液する。このとき、圧力調節機構１７ａによってＡ液タンク１ａ内でＡ液面に加える圧力と、圧力調節機構１７ｂによってＢ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させる。
【００６５】
ミキサー９を通過した後の混合液のＡ液濃度もしくはＢ液濃度又はその両方を測定部１１で測定する。測定部１１の測定データに基づいて、制御部１９により、所望の混合比の混合液が得られるように圧力調節機構１７ａ，１７ｂが制御される。ユースポイントへの混合液流量は、送液ポンプ１３の稼働率で可変にできる。また、混合液流量は、圧力調節機構１７ａ，１７ｂによってタンク１ａ，１ｂ内でＡ液面及びＢ液面に加える圧力を変化させることによっても可変である。
【００６６】
Ａ液とＢ液の混合比率の制御方法は、測定部１１の測定データから、現在流れている混合液の混合比率が、設定された値よりも高いか低いかを、制御部１９で判断する。例えば、Ａ液の比率が高い場合、Ａ液タンク１ａ内でのＡ液面への加圧を低くするか、Ｂ液タンク１ｂ内でのＢ液面への加圧を高くする。圧力調節機構１７ａ，１７ｂの動作は、制御部１９から圧力調節機構１７ａ，１７ｂに電気信号が伝えられることによって行なわれる。例えば数秒後に、このアクションの結果が、測定部１１の測定データに反映される。制御部１９は、測定データに基づいて、設定された混合比率にまだ達していないと判断した場合は、圧力調節機構１７ａ，１７ｂに、さらにＡ液タンク１ａ内でのＡ液面への加圧を低くするか、Ｂ液タンクｂ内でのＢ液面への加圧を高くする動作を指示し、すでに設定された混合比率に達している場合は逆の動作を指示するフィードバック制御を行なう。
【００６７】
また、タンク１ａ，１ｂ内でＡ液面及びＢ液面に加える圧力の変化と流量変化との関係を予め取得したデータを制御部１９に設けられたメモリ装置に格納しておくようにしてもよい。制御部１９は、設定された混合比率と、測定部１１からの測定データとを比較して、設定された混合比率にするために必要なＡ液、Ｂ液の流量変化分を求め、それに応じたＡ液面及びＢ液面に加える圧力の変化量を算出する。そして、制御部１９は、その圧力変化量を圧力調節機構１７ａ，１７ｂに電気信号で伝える。本発明の液体混合装置は、このようなフィードフォワード制御を行なうこともできる。
【００６８】
次に、図１に示した実施例を用い、Ａ液とＢ液の混合比率を変化させた結果を説明する。
Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂとして２０Ｌ（リットル）タンクを用いた。Ａ液タンク１ａには純水を入れた。Ｂ液タンク１ｂには、濃度が４.２ｗｔ％（重量パーセント）のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を入れた。Ａ液タンク１ａ、Ｂ液タンク１ｂは、ともに圧力調整できる容器であり、±２０００Ｐａ（約±０.０２ｋｇ／ｃｍ2）の微圧の圧力制御ができるポリエチレン製のものである。
【００６９】
Ａ液タンク１ａからティーズ５までのＡ液配管３ａの長さは３ｍ（メートル）である。Ｂ液タンク１ｂからティーズ５までのＢ液配管の長さも３ｍである。ティーズ５からミキサー９までの混合液配管７の長さは１ｃｍ（センチメートル）である。ミキサー９から測定部１１までの混合液配管７の長さは３０ｃｍである。測定部１１からポンプ１３までの混合液配管７の長さは５０ｃｍである。
【００７０】
配管は、全て外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）製チューブである。ミキサー９は、チューブ内に螺旋状の攪拌部があり、液がそこを通過する間にミキシングされるものである。測定部１１は、液体の近赤外線スペクトル透過減衰率を測定するものである。送液ポンプ１３はチューブしごきポンプである。送液ポンプ１３の流量は、１０ｃｃ／分である。温度条件は２５℃である。
【００７１】
表１は、Ａ液タンクへの圧力と、Ｂ液タンクへの圧力と、ＩＰＡ濃度との関係の表である。圧力のマイナス値は大気圧に対する負圧を表す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
図２は、表１をグラフ化したものであり、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。縦軸が測定部の出力値であるＩＰＡ濃度（ｗｔ％）である。横軸は差圧（Ｐａ）である。差圧は（Ｂ液タンクへの圧力−Ａ液タンクへの圧力）である。
【００７４】
これらの結果から、差圧にほぼ相関のある結果が得られているのがわかる。差圧を制御することにより、ＩＰＡ濃度を制御できる。
図３は、図２に理論カーブを表示した図である。
図３に示すように、Ａ液飽和領域と、比例領域と、Ｂ液飽和領域に分けられる。Ａ液（純水）だけを混合液流路７に流したいならば、この例では、差圧を−１２００Ｐａ以下にすればよい。また、Ｂ液（ＩＰＡ ４.２ｗｔ％）だけを混合液流路７に流したいならば、差圧を＋１２００Ｐａ以上にすればよい。
【００７５】
次に、図１に示した実施例を用い、他の条件でＡ液とＢ液の混合比率を変化させた結果を説明する。
Ａ液タンク１ａ及びＢ液タンク１ｂとして２０Ｌタンクを用いた。Ａ液タンク１ａには、純水を入れた。Ｂ液タンク１ｂには、濃度が１ｗｔ％のＩＰＡを入れた。Ａ液タンク１ａ、Ｂ液タンク１ｂは、ともに圧力調整できる容器であり、±２０００Ｐａ（約±０.０２ｋｇ／ｃｍ2）の微圧の圧力制御ができるポリエチレン製のものである。
【００７６】
Ａ液タンク１ａからティーズ５までのＡ液配管３ａの長さは０.８ｍである。Ｂ液タンク１ｂからティーズ５までのＢ液配管の長さは０.８ｍである。ティーズ５からミキサー９までの混合液配管７の長さは１ｃｍである。ミキサー９から測定部１１までの混合液配管７の長さは３０ｃｍである。測定部１１からポンプ１３までの混合液配管７の長さは５０ｃｍである。
【００７７】
Ａ液配管３ａ及び混合液配管７は、外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰＦＡ製チューブである。Ｂ液配管３ｂは、外径２ｍｍ、内径１ｍｍのＰＦＡ製チューブである。ミキサー９は、チューブ内に螺旋状の攪拌部があり、液がそこを通過する間にミキシングされるものである。測定部１１は、液体の近赤外線スペクトル透過減衰率を測定するものである。送液ポンプ１３はチューブしごきポンプである。送液ポンプ１３の流量は、１０ｃｃ／分である。温度条件は２５℃である。
【００７８】
表２は、Ａ液タンクへの圧力と、Ｂ液タンクへの圧力と、ＩＰＡ濃度との関係の表である。圧力のマイナス値は大気圧に対する負圧を表す。
【００７９】
【表２】
【００８０】
図４は、表２をグラフ化したものであり、ＩＰＡ濃度と、Ａ液タンクとＢ液タンクの差圧の関係を示す図である。縦軸が測定部の出力値であるＩＰＡ濃度（ｗｔ％）である。横軸は差圧（Ｐａ）である。差圧は（Ｂ液タンクへの圧力−Ａ液タンクへの圧力）である。
【００８１】
これら結果から、液面差にほぼ相関のある結果が得られているのがわかる。差圧を制御することにより、ＩＰＡ濃度を０.０１ｗｔ％から０.０３５ｗｔ％付近まで制御できる。これは、希釈率として、３０倍から１００倍程度が可能な例である。
【００８２】
図５は、図４に理論カーブを表示した図である。
図５に示すように、Ａ液飽和領域と、比例領域に分けられる。Ａ液（純水）だけを混合液配管７に流したいならば、この例では、差圧を−１０００Ｐａ以下にすればよい。
この例では、Ｂ液飽和領域を得るためにはＢ液タンク１ｂへ桁違いの圧力を加えなければならない状況で、Ｂ液タンク１ｂの耐圧以上なので、データはないが、必ずその領域があることは容易に推定できる。
【００８３】
ユースポイントへ、所望濃度の混合液を送液したいが、装置立ち上げ時は、どうしても混合濃度への制御が過渡期になるために、所望濃度になっていない液がユースポイント方向に向かうことになる。そこで、混合液配管の出口にティーズを接続し、そのティーズにユースポイントにつながる配管と廃液タンクにつながる配管を接続して、所望濃度以外の液を廃液タンク側へ向かわせるようにすればよい。混合液が所望濃度比率になったかどうかの判断は測定部で行なうことが好ましい。
【００８４】
図６は、液体混合装置の他の実施例を概略的に示す図である。図１と同じ部分には同じ符号を付す。
この実施例では、図１に示した実施例と比較して、ティーズ２１、廃液配管（第１分岐配管）２３、ユースポイント配管（第２分岐配管）２５、廃液タンク（分岐配管タンク）２７、圧力調節用配管２９及び廃液タンク内圧力調節機構３１をさらに備えている。
【００８５】
ティーズ２１は混合液配管７の出口に接続されている。廃液配管２３及びユースポイント配管２５はティーズ２１に接続されている。廃液配管２３の出口は廃液タンク２７に接続されている。ユースポイント配管２５の出口はユースポイントへ導かれている。
【００８６】
廃液タンク２７は圧力調整できる容器である。廃液タンク２７の耐圧は例えば−１５０００Ｐａ〜１５０００Ｐａである。廃液タンク２７の材質は例えばポリエチレンである。
廃液タンク２７には、廃液タンク２７内の圧力を調節するための圧力調節用配管２９及びＡ液タンク内圧力調節機構３１が接続されている。圧力調節機構３１は例えば加圧及び減圧の動作が可能なものである。廃液タンク内圧力調節機構３１は、例えばエアー圧によって廃液タンク２７内の圧力を調節する。圧力調節機構３１の動作は制御部１９によって制御される。
【００８７】
また、この実施例では、図１に示した実施例と比較して、混合液配管７で送液ポンプ１３が測定部１１の上流側に配置されているが、ミキサー９、測定部１１、送液ポンプ１３を並べる順序は特に限定されない。ただし、ここでもミキサー９は測定部１１よりも上流側に配置されることが好ましい。
【００８８】
圧力調節機構３１の動作により、廃液タンク２７内の圧力を変動させることにより、ティーズ２１から廃液配管２３側へ流れる液の流量とユースポイント配管２５側へ流れる液の流量の比率を変化させることができる。
表３は、ユースポイント側への流量と、廃液タンク内に加える圧力との関係を示す表である。
【００８９】
【表３】
【００９０】
図７は、表３をグラフ化したものである。
廃液タンク３１内の圧力を−２０００Ｐａよりも低くすれば、混合液配管７内の液体はすべてティーズ２１から廃液配管２３を介して廃液タンク３１側へ向かう。
また、廃液タンク３１内の圧力を２０００Ｐａ以上にすれば、混合液配管７内の液体はすべてティーズ２１からユースポイント配管２５を介してユースポイント側へ向かう。
ティーズ２１の箇所で、ポンプ１３による圧力が１００００Ｐａであり、廃液タンク３１の圧力が１００００Ｐａ以上の状態では、圧力調節用配管２９を通じて廃液タンク３１内に加えているエアー圧が廃液配管２３を逆流してユースポイントに向かう。
【００９１】
このデータより、廃液タンク３１の圧力を、−２０００Ｐａよりも低い値と、２０００Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の値とで切り替えることにより、ユースポイントへ向かう流量のオン／オフの制御が可能となる。
【００９２】
混合液配管７内を流れる混合液が所望濃度になっていないときは、廃液タンク３１内の圧力を−２０００Ｐａ以下に制御部１９によって制御して、ユースポイントへ混合液が向かわないようにする。混合液配管７内を流れる混合液が所望濃度であるときは、廃液タンク３１内の圧力を、２０００Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の値にして、混合液を全てユースポイント側へ向かわせる。
ユースポイント配管２５内での流量調整をすばやく行なう場合は、ポンプ１３を制御するのではなく、図７の比例領域を積極的に利用して、制御してもよい。
【００９３】
図８、図９、それぞれ、液体混合装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
図８の実施例は図１の実施例に対して、図９の実施例は図６の実施例に対して、測定部１１に替えて、Ａ液配管３ａにＡ液流量計３３ａを、Ｂ液配管３ｂにＢ液流量計３３ｂを備えたものである。
これらの実施例において、流量計３３ａ，３３ｂの指示値に基づき、混合液での混合比率は計算で求められることができる。制御部１９は、流量計３３ａ，３３ｂの指示値に基づき、所望の混合比率になるように圧力調節機構１７ａ，１７ｂの動作を制御する。
【００９４】
次に図１０〜図１３を参照して他の実施例について説明する。
燃料電池で、携帯機器向けの小型のものとして、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）がある。ＤＭＦＣ型燃料電池の燃料供給は、メタノール濃度３〜５ｗｔ％の濃度のメタノール水溶液で行なう。メタノール濃度が高いと、燃料極で未反応なメタノールが電解質膜を透過して空気極へ到達するクロスオーバー現象が発生して、発電効率が低下する問題が発生する。他方、メタノール濃度が低くいと、発電効率が落ちる。したがって、常に最適なメタノール濃度を供給することが望まれる。また、濃度の濃いメタノールを、水で最適な濃度に希釈して使用することができれば、メタノール燃料体積の減少ができ、より小型にすることができる。
【００９５】
図１０は、この実施例で用いた送液機構の構成を説明するための概略図である。図１、図６と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。
【００９６】
濃度が３０％のメタノールの入ったＡ液タンク１ａと、水の入ったＢ液タンク１ｂが設けられている。
メタノールの入ったＡ液タンク１ａにＡ液配管３ａの一端が接続されている。Ａ液配管３ａの他端は混合部３５に接続されている。
水の入ったＢ液タンク１ｂにＢ液配管３ｂの一端が接続されている。Ｂ液配管３ｂの他端は混合部３５に接続されている。混合部３５には、配管３ａ，３ｂからのメタノール及び水が混合された所望濃度の希釈メタノールを流すためのユースポイント配管２５と、所望濃度でない希釈メタノールを流すための廃液配管２３も接続されている。ユースポイント配管２５にはポンプ１３が設けられている。
【００９７】
図１１は図１０に示した装置の混合部の平面図と側面図を示す図である。図１１において、チップ内部に形成された配管を透過して図示している。
混合部３５は、ガラスのエッチングで内部に配管が形成されたチップ３７と、チップ３７を支持するための金属製の枠部３９と、配管３ａ，３ｂ，２３，２５をチップ３７に接続するための継手４１，４３，４５，４７を備えている。チップ３７はマイクロ流体デバイスである。
【００９８】
チップ３７の平面サイズは１２.５ｍｍ×３９ｍｍ、厚みは２.２ｍｍである。枠部３９の外周平面サイズは１９ｍｍ×４６ｍｍ、内周平面サイズは１３ｍｍ×４０ｍｍ、厚みは４.２ｍｍである。枠部３９には、ネジで継手４１，４３，４５，４７が差し込まれている。枠部３９の内側に配置されたチップ３７は継手４１，４３，４５，４７によって押さえ込まれることによって固定されている。チップ３７は、側面に継手４１，４３，４５，４７に対応する位置に、チップ３７内部の配管につながるテーパー形状の凹部を備えている。継手４１，４３，４５，４７の先端がチップ３７側面の凹部に差し込まれることによって配管がシールされて液漏れを防止している。
【００９９】
チップ３７内部の配管パターンについて説明する。
Ａ液配管３ａに接続されるチップ内Ａ液配管４９ａと、Ｂ液配管３ｂが接続されるチップ内Ｂ液配管４９ｂが設けられている。配管４９ａ，４９ｂは下流側で合流されてチップ内混合液配管５１に接続されている。チップ内混合液配管５１の下流側にミキシング部（混合器）５３が設けられている。チップ内混合液配管５１には、ミキシング部５３よりも下流側にセンサー部５５が設けられている。センサー部５５は、混合後のメタノール濃度の測定に用いられる小空間である。
【０１００】
センサー部５５の下流側でチップ内混合液配管５１が分岐されたチップ内廃液配管５７とチップ内ユースポイント配管５９が設けられている。チップ内廃液配管５７は廃液配管２３に接続される。チップ内ユースポイント配管５９はユースポイント配管２５に接続される。
【０１０１】
図１２は、ミキシング部５３内における液体の流れを矢印で示す平面図である。
ミキシング部５３は２つの広い箇所６１，６３を備えている。上流側の広い箇所６１と下流側の広い箇所６３は２本の配管６５，６７で接続されている。
【０１０２】
上流側の広い箇所６１にはチップ内混合液配管５１が接続されている。広い箇所６１の近傍でチップ内混合液配管５１に配管の細い箇所６９が設けられている。広い箇所６１と６３とを接続する２本の配管６５，６７の上流側の端部は、細い箇所６９の両隣の箇所で広い箇所６１に接続されている。
【０１０３】
下流側の広い箇所６３には下流側の配管７１が接続されている。広い箇所６１と６３とを接続する２本の配管６５，６７の下流側の端部は、配管７１の両隣の箇所で広い箇所６３に接続されている。広い箇所６３の近傍で配管６５，６７に配管の細い箇所７３，７５が設けられている。
【０１０４】
チップ内混合液配管５１から細い箇所６９を介して広い箇所６１に導入された液体は、細い箇所６９で流速が早くなるので、広い箇所６１内で渦を発生する（矢印を参照）。広い箇所６１から、広い箇所６１と６３とを接続する２本の配管６５，６７及び流路の細い箇所７３，７５を介して広い箇所６３に導入された液体は、細い箇所７３，７５で流速が速くなるので、広い箇所６３内で渦を発生する（矢印を参照）。これらの渦により、液体の混合が促進される。
図１１に示すように、ミキシング部５３は２段に設けられているので、図１２に示した混合パターンを２段繰り返すことにより、液体は完全に混合される。
【０１０５】
図１３に示すように、チップ３７は、流路を形成するための貫通溝が形成された厚みの均一なガラス間仕切り板３７ａを２枚のガラス平面板３７ｂ，３７ｃで挟み込んだ３層構造になっている。ガラス間仕切り板３７ａの厚みは０.２ｍｍで均一である。ガラス平面板３７ｂ，３７ｃは継手との接触部だけがテーパー形状になるように加工されている。ガラス平面板３７ｂ，３７ｃの厚みは１ｍｍである。ガラス間仕切り板３７ａにおける貫通溝はエッチング技術で形成されている。
【０１０６】
チップ３７内に形成された配管や空間の高さは０.２ｍｍである。
チップ内Ａ液配管４９ａの溝幅は１ｍｍである。チップ内Ｂ液配管４９ｂの溝幅は４ｍｍである。チップ内廃液配管５７の溝幅及びチップ内ユースポイント配管５９の溝幅はどちらも１ｍｍである。
【０１０７】
図１０に戻って装置全体の説明を続ける。
図６に示した実施例と同様に、Ａ液タンク１ａ、Ｂ液タンク１ｂ、廃液タンク２７に対して、圧力調節用配管１５ａ，１５ｂ，２９及びタンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂ，３１が設けられている。タンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂ，３１の動作を制御するための制御部１９が設けられている。
【０１０８】
混合部３５のセンサー部５５内の液のメタノール濃度を測定するための測定部７７が設けられている。測定部７７は例えば近赤外線スペクトル透過減衰率を測定する方法でメタノール濃度を計測する。チップ３７に対して上部から光を照射して、反対面からその光の透過光を受光して、液体の近赤外線スペクトル透過減衰率を測定する。測定部７７は、例えばメタノール濃度が４ｗｔ％になっているかを常時測定して、制御部１９にその信号を伝える。
【０１０９】
制御部１９は、測定部７７が測定したメタノール濃度に応じてタンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂ，３１の動作を制御する。
メタノール濃度が４ｗｔ％よりも濃い場合、メタノール側の流量を減少させるように、Ａ液タンク１ａに加えている圧力からＢ液タンク１ｂに加えている圧力を引いた差圧を減少させるように制御する。メタノール濃度が４ｗｔ％よりも薄い場合は、その逆の制御が行なわれる。制御部１９の制御により、タンク内圧力調節機構１７ａ，１７ｂは圧力調節用配管１５ａ，１５ｂを介してタンク１ａ，１ｂ内で液面に加える圧力を制御する。この加える圧力は、大気圧に対して正圧にも負圧にもなる。制御圧力範囲は、±２００Ｐａの微圧の制御で十分である。
【０１１０】
例えばタンク１ａ，１ｂ内の圧力制御が不完全で、測定部７７が測定したメタノール濃度が４ｗｔ％から外れている場合は、制御部１９により廃液タンク内圧力調節機構３１の動作を制御して、廃液タンク２７内を減圧して、混合後の液が廃液配管２３に向かうようにして、ユースポイント配管２５側に流れないようにする。この場合は、ユースポイント配管２５側からポンプ１３で引いているため、その圧力に勝る圧力で引く必要がある。例えば１００００Ｐａの圧力にて、液がユースポイント配管２５側へ完全に行かないようにできる。
【０１１１】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１１２】
例えば、Ａ液、Ｂ液の２液混合でティーズ（３分岐継手）と記載したが、３分岐路であれば、どういう形状でもよい。
また、Ａ液、Ｂ液、Ｃ液の３液混合でも同じで、その場合は、４分岐継手でもよいし、複数の３分岐継手を組み合わせてもよい。
３液以上の混合は、この例の２液混合の方法の組み合わせで行なうことができる。
また、分岐に関しても、２方向の分岐のみ例を記載しているが、３方向以上でも、２方向分岐の組み合わせで実現できることは明白である。
また、上記実施例では、送液ポンプ１３を備えているが、本発明において重力落下により送液できる場合には送液ポンプは必ずしも必要でない。
【符号の説明】
【０１１３】
１ａ Ａ液タンク
１ｂ Ｂ液タンク
３ａ Ａ液配管
３ｂ Ｂ液配管
７ 混合液配管
９ ミキサー（混合器）
１１ 測定部
１３ 送液ポンプ
１７ａ Ａ液タンク内圧力調節機構
１７ｂ Ｂ液タンク内圧力調節機構
１９ 制御部
２３ 廃液配管（第１分岐配管）
２５ ユースポイント配管（第２分岐配管）
２７ 廃液タンク（第１分岐配管タンク）
３１ 廃液タンク内圧力調節機構（分岐配管タンク内圧力調節機構）
３３ａ Ａ液流量計
３３ｂ Ｂ液流量計
４９ａ チップ内Ａ液配管
４９ｂ チップ内Ｂ液配管
５１ チップ内混合液配管
５３ ミキシング部（混合器）
５７ チップ内廃液配管（第１分岐配管）
５９ チップ内ユースポイント配管（第２分岐配管）
７７ 測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させて混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法において、
送液手段として送液ポンプ又は重力落下を用い、
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクとして圧力調整できる容器を用い、
前記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御してＡ液流量とＢ液流量を変化させ、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させることを特徴とする液体混合方法。
【請求項２】
前記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力は、前記タンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は前記大気圧から前記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内である請求項１に記載の液体混合方法。
【請求項３】
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクとして耐圧が約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内であるものを用い、その耐圧の範囲内でＡ液面に加わる圧力とＢ液面に加わる圧力を制御する請求項１に記載の液体混合方法。
【請求項４】
前記混合液配管の出口に第１分岐配管及び第２分岐配管を接続し、
前記第１分岐配管の出口に圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクを接続し、
前記第１分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、前記第１分岐配管側へ流れる液と前記第２分岐配管側へ流れる液の流量比率を変化させる請求項１から３のいずれか一項に記載の液体混合方法。
【請求項５】
前記第１分岐配管タンクとして耐圧が約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧のものを用い、その耐圧の範囲内で前記第１分岐配管タンク内の圧力を制御する請求項４に記載の液体混合方法。
【請求項６】
Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管と、Ａ液配管とＢ液配管が合流された混合液配管とを備えた液体混合装置において、
送液ポンプ又は重力落下により送液を行ない、
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクは圧力調整できる容器であり、
前記Ａ液タンク内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構と、前記Ｂ液タンク内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構とを備え、
前記Ａ液タンク内圧力調節機構によって前記Ａ液タンク内でＡ液面に加える圧力と、前記Ｂ液タンク内圧力調節機構によって前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御して、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させることを特徴とする液体混合装置。
【請求項７】
前記Ａ液タンク内圧力調節機構と前記Ｂ液タンク内圧力調節機構は、前記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力が、前記タンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は前記大気圧から前記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内になるように前記Ａ液タンク内の圧力と前記Ｂ液タンク内の圧力を調節する請求項６に記載の液体混合装置。
【請求項８】
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクは耐圧が約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧のものであり、
前記Ａ液タンク内圧力調節機構及び前記Ｂ液タンク内圧力調節機構はその耐圧の範囲内でＡ液面に加わる圧力とＢ液面に加わる圧力を調節する請求項６に記載の液体混合装置。
【請求項９】
混合液中のＡ液濃度又はＢ液濃度の少なくとも一方を測定するために前記混合液配管に設けられた測定部を備えている請求項６から８のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１０】
前記測定部の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるように前記Ａ液タンク内圧力調節機構及び前記Ｂ液タンク内圧力調節機構にフィードバック制御をかける制御部を備えている請求項９に記載の液体混合装置。
【請求項１１】
前記Ａ液配管に設けられたＡ液流量計と、前記Ｂ液配管に設けられたＢ液流量計を備えている請求項６から８のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１２】
前記Ａ液流量計及び前記Ｂ液流量計の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるように前記Ａ液タンク内圧力調節機構及び前記Ｂ液タンク内圧力調節機構にフィードバック制御をかける制御部を備えている請求項１１に記載の液体混合装置。
【請求項１３】
Ａ液とＢ液を混合するために前記混合液配管に設けられた混合器を備えている請求項６〜１２のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１４】
前記混合液配管が分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管と、
前記第１分岐配管の出口に接続された圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクと、
前記分岐配管タンク内の圧力を調節するための分岐配管タンク内圧力調節機構と、をさらに備えている請求項６〜１３のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１５】
前記第１分岐配管タンクは耐圧約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧のものであり、
前記分岐配管タンク内圧力調節機構はその耐圧の範囲内で前記第１分岐配管タンク内の圧力を制御する請求項１４に記載の液体混合装置。
【請求項１】
Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管とを合流させて混合液配管へ導き、混合液配管でＡ液とＢ液を所望の比率で混合した混合液を得る液体混合方法において、
送液手段として送液ポンプ又は重力落下を用い、
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクとして圧力調整できる容器を用い、
前記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御してＡ液流量とＢ液流量を変化させ、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させることを特徴とする液体混合方法。
【請求項２】
前記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力は、前記タンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は前記大気圧から前記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内である請求項１に記載の液体混合方法。
【請求項３】
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクとして耐圧が約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内であるものを用い、その耐圧の範囲内でＡ液面に加わる圧力とＢ液面に加わる圧力を制御する請求項１に記載の液体混合方法。
【請求項４】
前記混合液配管の出口に第１分岐配管及び第２分岐配管を接続し、
前記第１分岐配管の出口に圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクを接続し、
前記第１分岐配管タンク内の圧力を変化させることによって、前記第１分岐配管側へ流れる液と前記第２分岐配管側へ流れる液の流量比率を変化させる請求項１から３のいずれか一項に記載の液体混合方法。
【請求項５】
前記第１分岐配管タンクとして耐圧が約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧のものを用い、その耐圧の範囲内で前記第１分岐配管タンク内の圧力を制御する請求項４に記載の液体混合方法。
【請求項６】
Ａ液タンクに収容されたＡ液を送液するためのＡ液配管と、Ｂ液タンクに収容されたＢ液を送液するためのＢ液配管と、Ａ液配管とＢ液配管が合流された混合液配管とを備えた液体混合装置において、
送液ポンプ又は重力落下により送液を行ない、
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクは圧力調整できる容器であり、
前記Ａ液タンク内の圧力を調節するためのＡ液タンク内圧力調節機構と、前記Ｂ液タンク内の圧力を調節するためのＢ液タンク内圧力機構とを備え、
前記Ａ液タンク内圧力調節機構によって前記Ａ液タンク内でＡ液面に加える圧力と、前記Ｂ液タンク内圧力調節機構によって前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加える圧力とを相対的に変化させることによって、Ａ液を送液する能力とＢ液を送液する能力を制御して、混合液でのＡ液とＢ液の混合比率を変化させることを特徴とする液体混合装置。
【請求項７】
前記Ａ液タンク内圧力調節機構と前記Ｂ液タンク内圧力調節機構は、前記Ａ液タンク内でＡ液面に加わる圧力と前記Ｂ液タンク内でＢ液面に加わる圧力が、前記タンクを設置している場所の大気圧に対して負圧、又は前記大気圧から前記大気圧の約１.１倍の圧力の範囲内になるように前記Ａ液タンク内の圧力と前記Ｂ液タンク内の圧力を調節する請求項６に記載の液体混合装置。
【請求項８】
前記Ａ液タンク及び前記Ｂ液タンクは耐圧が約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧のものであり、
前記Ａ液タンク内圧力調節機構及び前記Ｂ液タンク内圧力調節機構はその耐圧の範囲内でＡ液面に加わる圧力とＢ液面に加わる圧力を調節する請求項６に記載の液体混合装置。
【請求項９】
混合液中のＡ液濃度又はＢ液濃度の少なくとも一方を測定するために前記混合液配管に設けられた測定部を備えている請求項６から８のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１０】
前記測定部の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるように前記Ａ液タンク内圧力調節機構及び前記Ｂ液タンク内圧力調節機構にフィードバック制御をかける制御部を備えている請求項９に記載の液体混合装置。
【請求項１１】
前記Ａ液配管に設けられたＡ液流量計と、前記Ｂ液配管に設けられたＢ液流量計を備えている請求項６から８のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１２】
前記Ａ液流量計及び前記Ｂ液流量計の測定データに基づき、混合液が所望のＡ液とＢ液の混合比率になるように前記Ａ液タンク内圧力調節機構及び前記Ｂ液タンク内圧力調節機構にフィードバック制御をかける制御部を備えている請求項１１に記載の液体混合装置。
【請求項１３】
Ａ液とＢ液を混合するために前記混合液配管に設けられた混合器を備えている請求項６〜１２のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１４】
前記混合液配管が分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管と、
前記第１分岐配管の出口に接続された圧力調整できる容器からなる分岐配管タンクと、
前記分岐配管タンク内の圧力を調節するための分岐配管タンク内圧力調節機構と、をさらに備えている請求項６〜１３のいずれか一項に記載の液体混合装置。
【請求項１５】
前記第１分岐配管タンクは耐圧約−０.１ＭＰａ〜約１００００Ｐａの範囲内の低耐圧のものであり、
前記分岐配管タンク内圧力調節機構はその耐圧の範囲内で前記第１分岐配管タンク内の圧力を制御する請求項１４に記載の液体混合装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１５６５０２（Ｐ２０１１−１５６５０２Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５２８（Ｐ２０１０−２１５２８）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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