流体の攪拌方法および攪拌装置
【課題】構成が簡単で且つ低コストで容器内の流体を攪拌し得る攪拌方法を提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブの原料である反応ガスG1が供給される反応容器1の外周にヒータ11を配置するとともに、当該反応容器1内の上部に且つ所定間隔おきに複数箇所でもって輻射熱吸収板12を配置し、そしてこの反応ガスG1を局所的に加熱し、その温度差に基づき発生した自然対流により、当該反応ガスG1を攪拌するようにしたもの。
【解決手段】カーボンナノチューブの原料である反応ガスG1が供給される反応容器1の外周にヒータ11を配置するとともに、当該反応容器1内の上部に且つ所定間隔おきに複数箇所でもって輻射熱吸収板12を配置し、そしてこの反応ガスG1を局所的に加熱し、その温度差に基づき発生した自然対流により、当該反応ガスG1を攪拌するようにしたもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、容器内の流体を攪拌する攪拌方法および攪拌装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、容器中の液体を攪拌する攪拌装置としては、例えばパドル状の攪拌部材を容器内に配置して回転させるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。また、容器を密閉する必要がある場合には、固定容器内に、反応容器を回転自在に配置するとともに、この反応容器内に攪拌部材を固定配置した状態で、磁力を介して、固定容器の外部に配置された回転装置により、反応容器だけを回転させることにより、攪拌部材との相対移動により、反応容器内に充填された液体などを攪拌するようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2001−24760号公報
【特許文献2】特開平11−244680号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、上述した攪拌装置の構成によると、容器内に攪拌部材が配置されているため、容器内のスペースが制約されるという問題がある。
さらに、特許文献2のように、容器の密閉性を維持する必要がある場合には、容器内の攪拌部材を外部から駆動する必要があり、そのための、構成が複雑になるとともに、コストが高くつくという問題がある。
【0004】
そこで、本発明は、構成が簡単で且つ低コストで容器内の流体を攪拌し得る攪拌装置および攪拌方法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】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る流体の攪拌方法は、流体が充填される容器または容器内の所定領域を加熱および/または冷却して、流体に発生した温度差に起因する自然対流により、当該流体を攪拌する方法である。
【0006】
また、請求項2に係る流体の攪拌方法は、請求項1に記載の攪拌方法において、加熱速度または冷却速度を時間的に変化させる方法である。
また、請求項3に係る流体の攪拌方法は、請求項1または2に記載の攪拌方法において、容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の反応容器とした方法である。
【0007】
また、請求項4に係る流体の攪拌方法は、請求項1または2に記載の攪拌方法において、容器が、一端側から被分離液が供給されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行う筒状の分離容器とした方法である。
【0008】
また、請求項5に係る流体の攪拌装置は、流体が充填される容器の側壁部の所定領域に加熱手段および/または冷却手段を配置したものである。
また、請求項6に係る流体の攪拌装置は、請求項5に記載の攪拌装置において、加熱手段または冷却手段の温度を制御する温度制御装置を具備したものである。
【0009】
また、請求項7に係る流体の攪拌装置は、請求項5または6に記載の攪拌装置における容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の反応容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、反応容器の周壁部の下部または上部に配置したものである。
【0010】
さらに、請求項8に係る流体の攪拌装置は、請求項5または6に記載の攪拌装置における容器が、一端側に被分離液を供給し得る開口部が形成されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行うための筒状の分離容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、分離容器の周壁部の下部または上部に配置したものである。
【発明の効果】
【0011】
上記攪拌方法および攪拌装置の構成によると、容器または容器内の所定領域を加熱および/または冷却して、流体に発生した温度差に起因する自然対流により、当該流体を攪拌させるようにしたので、例えば攪拌部材により容器内を攪拌する場合に比べて、容器内のスペースについては制約をそれ程受けることがないとともに、装置構成も簡単となり、特に容器に密閉性が必要とされる場合には、その構成が非常に簡単で且つ安価なものとなる。
【0012】
また、容器または容器内の加熱速度または冷却速度を時間的に変化させることにより、攪拌作用をより効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係る流体の攪拌装置および攪拌方法について説明する。
本実施の形態1においては、カーボンナノチューブを製造する際に、その反応ガスを反応容器内にて攪拌する場合について、すなわち攪拌装置および攪拌方法を、カーボンナノチューブの製造装置および製造方法の一部として説明する。
【0014】
この製造装置は、図1および図2に示すように、カーボンナノチューブ(以下、CNTという)の原料となる反応ガス(原料ガスであり、具体的には、アセチレンとキャリアガスであるヘリウムガスとが混合されたもので、成分割合としては、例えばアセチレンが3%で残部がキャリアガスである)G1が一端側から他端側に流される横置き円筒状の反応容器(攪拌容器ということができる)1と、この反応容器1内に配置されてCNTを気相成長により生成させるための半円柱状の載置台2と、この載置台2に対応する反応容器1の周壁部(側壁部でもある)の上部内面(内周面)に配置された加熱手段3と、この加熱手段3の温度を制御する温度制御装置4とから構成されている。
【0015】
また、上記加熱手段3は、反応容器1の周壁部の周囲に(環状に)配置されたヒータ11と、上記反応容器1の周壁部の上部内面に所定間隔おきで且つ上下中心線(以下、鉛直中心線という)の両側に交互に(千鳥状に)複数箇所、例えば5箇所(個数に限定されるものではなく、3箇所、4箇所、6箇所、7箇所などであってもよい)に貼り付けられて部分的につまり局所的(所定領域)に高温を発生させるための輻射熱吸収板(例えば、カーボンやシリコン製の板が用いられる)12とから構成されている。また、反応容器1の一端側の端壁部1aには反応ガスG1の供給用ノズル5が設けられ、その他端側の端壁部1bには反応ガスG1を排出するための排出用ノズル6が設けられている。
【0016】
なお、上記加熱手段3は反応容器1の周壁部の中央部分に配置されており、したがって反応容器1を長さ方向で熱的に見れば、中央部分が加熱部Aに、一端側部分および他端側部分については加熱手段が配置されていない放冷部B,Cにされている。
【0017】
上記構成において、CNTを製造する場合、加熱手段3により反応容器1内を所定温度まで加熱した状態で、供給用ノズル5から反応ガスG1を反応容器1内に供給する。すると、反応ガスG1は他端側に向かって流れ、載置台2に置かれた基板K上にCNTが気相成長により生成され、また加熱部Aにおいては、加熱手段3のヒータ11により熱が供給されるとともに、この部分に配置された輻射熱吸収板12に熱が吸収されて、局所的に高温部分が発生する。すなわち、輻射熱吸収板12が設けられた場所と設けられていない場所とでは温度差が生じ、反応ガスG1に対流(自然対流)が発生して攪拌(混合)され、したがってより均一な濃度のガス流となるため、品質の良いCNTが得られる。
【0018】
また、この加熱手段3においては、温度制御装置4により、所定時間間隔(例えば、3〜10分間隔)でもって、ヒータ11がオン・オフされ、すなわち輻射熱吸収板12での温度に変化が付けられる(温度に変化を付けなくても、十分な自然対流が得られる場合には、オン・オフ制御は行われない)。なお、ヒータをオン・オフするのではなく、ヒータ自身に温度変化(加熱速度の変化)を与えるようにしてもよい。
【0019】
図3の(a)〜(c)に、加熱部Aでの断面における反応ガスG1の流れの変化を経時的に示しておく。
また、反応容器1の入口側および出口側の放冷部B,Cでは、反応ガスG1の一部に渦流Vが生じている。
【0020】
本実施の形態1の構成によると、反応容器内を局所的を加熱して反応ガスに発生した温度差に起因する自然対流により、当該反応ガスを攪拌させるようにしたので、例えば機械的攪拌部材により反応容器内を攪拌する場合に比べて、反応容器内のスペースについては制約をそれ程受けることがないとともに、装置構成も簡単となり、特に反応容器に密閉性が必要とされる場合には、その構成が非常に簡単で且つ安価なものとなる。また、反応容器内の加熱速度を時間的に変化させることにより、攪拌作用をより効果的に行うことができる。
【0021】
ところで、上記実施の形態1においては、反応容器1の内周面に輻射熱吸収板12を配置したが、図4および図5に示すように、載置台2の円周外面に所定間隔おきで且つ鉛直中心線の両側に交互に(千鳥状に)複輻射熱吸収板12を貼り付けるようにしてもよい。この場合、載置台2に温度が高い部分と低い部分とが生じて反応ガスG1に自然対流部分が多数発生するため、反応ガスG1が効率よく攪拌される。
【0022】
さらに、図6および図7に示すように、反応容器1の周壁部の上部内面および載置台2の円周外面に輻射熱吸収板12にそれぞれ貼り付けるようにしてもよい。但し、反応容器1側に貼り付けられる輻射熱吸収板12と、載置台2側に貼り付けられる輻射熱吸収板12とは、鉛直中心線の両側に交互に(千鳥状に)配置される。
【0023】
この場合も、反応容器1側と載置台2側とに輻射熱吸収板12を配置したので、局所的に温度の高低差を設けることができるので、より一層、反応ガスG1に自然対流が生じ、効果的に攪拌が行われる。
【0024】
勿論、上述した変形例の構成についても、温度制御装置により、実施の形態1と同様の温度制御が行われている。
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2に係る流体の攪拌装置および攪拌方法について説明する。
【0025】
本実施の形態2においては、例えば含水エタノール(以下、被分離液という)から水(以下、分離液という)を膜分離して無水エタノールを得る場合、すなわち攪拌装置および攪拌方法を、膜分離装置および膜分離方法の一部として説明する。
【0026】
この膜分離装置は、図8および図9に示すように、一端側から被分離液G2が供給される開口部21aを有するとともに他端側に濃縮液(被分離液から分離液が除かれたもの)を取り出すための取出用ノズル22が設けられた横置き円筒状の分離容器(攪拌容器ということができる)21と、この分離容器21の他端側の端壁部21bから内部に挿入された筒状の分離膜体23とから構成されており、さらに上記分離容器21の周壁部(側壁部でもある)の下部に且つ分離膜体23に対応する複数箇所において、加熱手段としてのヒータ(例えば、抵抗加熱式のヒータが用いられる)24がその軸心方向に沿って所定間隔おきで且つ鉛直中心線の両側に交互に(千鳥状に)複数箇所に(例えば、5箇所に)配置されるとともに、これら各ヒータ24の温度を制御する温度制御装置25が具備されている。
【0027】
このヒータ24については、実施の形態1で説明したように分離容器21の周囲に配置されるものではなく、局所的に配置されて加熱するものであり、また図面に示すように、周壁部に埋め込まれている。
【0028】
なお、上記分離膜体23は、骨組としての筒状の支持体23aと、この支持体23aの外周面全体に被覆された分離膜23bとから構成されており、またこの支持体23aの構成を具体的に説明すれば、筒状部材の周壁部に、多数の開口部が形成されたものである。
【0029】
上記構成において、被分離液G2がその開口部21aから分離容器21内に供給されると、他端側に向かって移動されるが、その分離液G2は、表面に設けられた分離膜23bを介して支持体23a内に移動し、被分離液G2の濃縮が行われる。
【0030】
このとき、分離容器21に配置されたヒータ24により、局所的に加熱されて温度差が発生し、すなわち自然対流が発生して分離容器21と分離膜体23との間の環状空間部Sにて攪拌作用が行われ、したがって環状空間部S内での被分離液G2の濃度の均一化を図ることができるので、分離作用を効率よく行うことができる。なお、上記濃縮された濃縮液は取出用ノズル22から取り出される。
【0031】
また、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、温度制御装置25により、所定時間間隔(例えば、3〜10分間隔)でもって、ヒータ24がオン・オフされて局所的に温度変化が付けられる(温度に変化を付けなくても、十分な自然対流が得られる場合には、オン・オフ制御は行われない)。なお、ヒータをオン・オフするのではなく、ヒータ自身に温度変化(加熱速度の変化)を与えるようにしてもよい。
【0032】
このように、分離容器21の周壁部の複数箇所にヒータ24を配置したので、機械的攪拌部材を用いることなく、分離容器21内にて被分離液を攪拌することができる。すなわち、機械的攪拌部材を用いて攪拌する装置に比べて、構成が簡単となり安価な装置を提供することができる。
【0033】
ところで、上記実施の形態2においては、分離容器21の周壁部の下部にヒータ24を配置したが、図10および図11に示すように、冷却手段(具体的には、フィン付冷却器または水冷型冷却器が用いられる)31を所定間隔おきで且つ鉛直中心線の両側に交互に配置するようにしてもよい。なお、この冷却手段31についても、温度制御装置25により、所定時間間隔でもってオン・オフされて温度に変化が付けられる(温度に変化を付けなくても、十分な自然対流が得られる場合には、オン・オフ制御は行われない)。なお、冷却手段31をオン・オフするのではなく、冷却手段そのものに温度変化(冷却速度の変化)を与えるようにしてもよい。
【0034】
この場合も、環状空間部S内の被分離液が適当間隔おきに冷却されるため、下方への流れ(自然対流)が生じるため、被分離液が攪拌される。
さらに、図12および図13に示すように、分離容器21の周壁部の上部に冷却手段31を配置するとともに下部に加熱手段としてのヒータ24を配置し、さらに冷却手段31とヒータ24とを軸心方向で所定間隔でもって交互に配置するようにしてもよい。
【0035】
この場合も、環状空間部S内の被分離液が適当間隔おきに、上部では冷却が、下部では加熱が行われるため、温度差による下方への流れと上方への流れとが同時に生じるため、被分離液がより一層攪拌される。
【0036】
また、上記実施の形態2に係る構成においては、加熱手段または冷却手段を、それぞれ間隔をおいて配置したが、図14および図15、並びに図16および図17に示すように、所定長さに亘って(例えば、一端側が分離膜体の先端位置で他端側が取出用ノズル22の手前位置までの距離に亘って)、連続して配置するようにしてもよい。
【0037】
勿論、この場合も、環状空間部S内の下部にて被分離液G2が加熱され、または環状空間部S内の上部にて被分離液G2が冷却されるので、どちらの場合も、被分離液に自然対流が発生するため、被分離液が攪拌される。
【0038】
すなわち、被分離液の自然対流による攪拌により、被分離液の濃度の均一化が図られるため、膜分離作用が効率よく行われる。
なお、上述した実施の形態2においては、加熱手段としてのヒータおよび冷却手段を容器の周壁部(側壁部)に埋め込んだ状態として図示したが、勿論、容器の周壁部の内面または外面に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施の形態1に係る攪拌装置を用いたCNT製造装置の縦断面図である。
【図2】同CNT製造装置の横断面を示す図で、(a)は図1のD1−D1断面図、(b)は図1のD2−D2断面図である。
【図3】同CNT製造装置の中央位置での反応ガスの対流状態を時系列で示す横断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1の変形例に係るCNT製造装置の縦断面図である。
【図5】同変形例に係るCNT製造装置の横断面を示す図で、(a)は図4のD3−D3断面図、(b)は図4のD4−D4断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1の他の変形例に係るCNT製造装置の縦断面図である。
【図7】同他の変形例に係るCNT製造装置の横断面を示す図で、(a)は図6のD5−D5断面図、(b)は図6のD6−D6断面図である。
【図8】本発明の実施の形態2に係る攪拌装置を用いた膜分離装置の縦断面図である。
【図9】同膜分離装置の横断面を示す図で、(a)は図8のE1−E1断面図、(b)は図8のE2−E2断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図11】同膜分離装置の横断面を示す図で、(a)は図10のE3−E3断面図、(b)は図10のE4−E4断面図である。
【図12】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図13】同膜分離装置の横断面を示す図で、(a)は図12のE5−E5断面図、(b)は図12のE6−E6断面図である。
【図14】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図15】図14のE7−E7断面図である。
【図16】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図17】図16のE8−E8断面図である。
【符号の説明】
【0040】
1 反応容器
2 載置台
3 加熱手段
4 温度制御装置
5 供給用ノズル
6 排出用ノズル
11 ヒータ
12 輻射熱吸収板
21 分離容器
21a 開口部
22 取出用ノズル
23 分離膜体
24 ヒータ
25 温度制御装置
31 冷却手段
【技術分野】
【0001】
本発明は、容器内の流体を攪拌する攪拌方法および攪拌装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、容器中の液体を攪拌する攪拌装置としては、例えばパドル状の攪拌部材を容器内に配置して回転させるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。また、容器を密閉する必要がある場合には、固定容器内に、反応容器を回転自在に配置するとともに、この反応容器内に攪拌部材を固定配置した状態で、磁力を介して、固定容器の外部に配置された回転装置により、反応容器だけを回転させることにより、攪拌部材との相対移動により、反応容器内に充填された液体などを攪拌するようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2001−24760号公報
【特許文献2】特開平11−244680号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、上述した攪拌装置の構成によると、容器内に攪拌部材が配置されているため、容器内のスペースが制約されるという問題がある。
さらに、特許文献2のように、容器の密閉性を維持する必要がある場合には、容器内の攪拌部材を外部から駆動する必要があり、そのための、構成が複雑になるとともに、コストが高くつくという問題がある。
【0004】
そこで、本発明は、構成が簡単で且つ低コストで容器内の流体を攪拌し得る攪拌装置および攪拌方法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】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る流体の攪拌方法は、流体が充填される容器または容器内の所定領域を加熱および/または冷却して、流体に発生した温度差に起因する自然対流により、当該流体を攪拌する方法である。
【0006】
また、請求項2に係る流体の攪拌方法は、請求項1に記載の攪拌方法において、加熱速度または冷却速度を時間的に変化させる方法である。
また、請求項3に係る流体の攪拌方法は、請求項1または2に記載の攪拌方法において、容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の反応容器とした方法である。
【0007】
また、請求項4に係る流体の攪拌方法は、請求項1または2に記載の攪拌方法において、容器が、一端側から被分離液が供給されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行う筒状の分離容器とした方法である。
【0008】
また、請求項5に係る流体の攪拌装置は、流体が充填される容器の側壁部の所定領域に加熱手段および/または冷却手段を配置したものである。
また、請求項6に係る流体の攪拌装置は、請求項5に記載の攪拌装置において、加熱手段または冷却手段の温度を制御する温度制御装置を具備したものである。
【0009】
また、請求項7に係る流体の攪拌装置は、請求項5または6に記載の攪拌装置における容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の反応容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、反応容器の周壁部の下部または上部に配置したものである。
【0010】
さらに、請求項8に係る流体の攪拌装置は、請求項5または6に記載の攪拌装置における容器が、一端側に被分離液を供給し得る開口部が形成されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行うための筒状の分離容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、分離容器の周壁部の下部または上部に配置したものである。
【発明の効果】
【0011】
上記攪拌方法および攪拌装置の構成によると、容器または容器内の所定領域を加熱および/または冷却して、流体に発生した温度差に起因する自然対流により、当該流体を攪拌させるようにしたので、例えば攪拌部材により容器内を攪拌する場合に比べて、容器内のスペースについては制約をそれ程受けることがないとともに、装置構成も簡単となり、特に容器に密閉性が必要とされる場合には、その構成が非常に簡単で且つ安価なものとなる。
【0012】
また、容器または容器内の加熱速度または冷却速度を時間的に変化させることにより、攪拌作用をより効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係る流体の攪拌装置および攪拌方法について説明する。
本実施の形態1においては、カーボンナノチューブを製造する際に、その反応ガスを反応容器内にて攪拌する場合について、すなわち攪拌装置および攪拌方法を、カーボンナノチューブの製造装置および製造方法の一部として説明する。
【0014】
この製造装置は、図1および図2に示すように、カーボンナノチューブ(以下、CNTという)の原料となる反応ガス(原料ガスであり、具体的には、アセチレンとキャリアガスであるヘリウムガスとが混合されたもので、成分割合としては、例えばアセチレンが3%で残部がキャリアガスである)G1が一端側から他端側に流される横置き円筒状の反応容器(攪拌容器ということができる)1と、この反応容器1内に配置されてCNTを気相成長により生成させるための半円柱状の載置台2と、この載置台2に対応する反応容器1の周壁部(側壁部でもある)の上部内面(内周面)に配置された加熱手段3と、この加熱手段3の温度を制御する温度制御装置4とから構成されている。
【0015】
また、上記加熱手段3は、反応容器1の周壁部の周囲に(環状に)配置されたヒータ11と、上記反応容器1の周壁部の上部内面に所定間隔おきで且つ上下中心線(以下、鉛直中心線という)の両側に交互に(千鳥状に)複数箇所、例えば5箇所(個数に限定されるものではなく、3箇所、4箇所、6箇所、7箇所などであってもよい)に貼り付けられて部分的につまり局所的(所定領域)に高温を発生させるための輻射熱吸収板(例えば、カーボンやシリコン製の板が用いられる)12とから構成されている。また、反応容器1の一端側の端壁部1aには反応ガスG1の供給用ノズル5が設けられ、その他端側の端壁部1bには反応ガスG1を排出するための排出用ノズル6が設けられている。
【0016】
なお、上記加熱手段3は反応容器1の周壁部の中央部分に配置されており、したがって反応容器1を長さ方向で熱的に見れば、中央部分が加熱部Aに、一端側部分および他端側部分については加熱手段が配置されていない放冷部B,Cにされている。
【0017】
上記構成において、CNTを製造する場合、加熱手段3により反応容器1内を所定温度まで加熱した状態で、供給用ノズル5から反応ガスG1を反応容器1内に供給する。すると、反応ガスG1は他端側に向かって流れ、載置台2に置かれた基板K上にCNTが気相成長により生成され、また加熱部Aにおいては、加熱手段3のヒータ11により熱が供給されるとともに、この部分に配置された輻射熱吸収板12に熱が吸収されて、局所的に高温部分が発生する。すなわち、輻射熱吸収板12が設けられた場所と設けられていない場所とでは温度差が生じ、反応ガスG1に対流(自然対流)が発生して攪拌(混合)され、したがってより均一な濃度のガス流となるため、品質の良いCNTが得られる。
【0018】
また、この加熱手段3においては、温度制御装置4により、所定時間間隔(例えば、3〜10分間隔)でもって、ヒータ11がオン・オフされ、すなわち輻射熱吸収板12での温度に変化が付けられる(温度に変化を付けなくても、十分な自然対流が得られる場合には、オン・オフ制御は行われない)。なお、ヒータをオン・オフするのではなく、ヒータ自身に温度変化(加熱速度の変化)を与えるようにしてもよい。
【0019】
図3の(a)〜(c)に、加熱部Aでの断面における反応ガスG1の流れの変化を経時的に示しておく。
また、反応容器1の入口側および出口側の放冷部B,Cでは、反応ガスG1の一部に渦流Vが生じている。
【0020】
本実施の形態1の構成によると、反応容器内を局所的を加熱して反応ガスに発生した温度差に起因する自然対流により、当該反応ガスを攪拌させるようにしたので、例えば機械的攪拌部材により反応容器内を攪拌する場合に比べて、反応容器内のスペースについては制約をそれ程受けることがないとともに、装置構成も簡単となり、特に反応容器に密閉性が必要とされる場合には、その構成が非常に簡単で且つ安価なものとなる。また、反応容器内の加熱速度を時間的に変化させることにより、攪拌作用をより効果的に行うことができる。
【0021】
ところで、上記実施の形態1においては、反応容器1の内周面に輻射熱吸収板12を配置したが、図4および図5に示すように、載置台2の円周外面に所定間隔おきで且つ鉛直中心線の両側に交互に(千鳥状に)複輻射熱吸収板12を貼り付けるようにしてもよい。この場合、載置台2に温度が高い部分と低い部分とが生じて反応ガスG1に自然対流部分が多数発生するため、反応ガスG1が効率よく攪拌される。
【0022】
さらに、図6および図7に示すように、反応容器1の周壁部の上部内面および載置台2の円周外面に輻射熱吸収板12にそれぞれ貼り付けるようにしてもよい。但し、反応容器1側に貼り付けられる輻射熱吸収板12と、載置台2側に貼り付けられる輻射熱吸収板12とは、鉛直中心線の両側に交互に(千鳥状に)配置される。
【0023】
この場合も、反応容器1側と載置台2側とに輻射熱吸収板12を配置したので、局所的に温度の高低差を設けることができるので、より一層、反応ガスG1に自然対流が生じ、効果的に攪拌が行われる。
【0024】
勿論、上述した変形例の構成についても、温度制御装置により、実施の形態1と同様の温度制御が行われている。
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2に係る流体の攪拌装置および攪拌方法について説明する。
【0025】
本実施の形態2においては、例えば含水エタノール(以下、被分離液という)から水(以下、分離液という)を膜分離して無水エタノールを得る場合、すなわち攪拌装置および攪拌方法を、膜分離装置および膜分離方法の一部として説明する。
【0026】
この膜分離装置は、図8および図9に示すように、一端側から被分離液G2が供給される開口部21aを有するとともに他端側に濃縮液(被分離液から分離液が除かれたもの)を取り出すための取出用ノズル22が設けられた横置き円筒状の分離容器(攪拌容器ということができる)21と、この分離容器21の他端側の端壁部21bから内部に挿入された筒状の分離膜体23とから構成されており、さらに上記分離容器21の周壁部(側壁部でもある)の下部に且つ分離膜体23に対応する複数箇所において、加熱手段としてのヒータ(例えば、抵抗加熱式のヒータが用いられる)24がその軸心方向に沿って所定間隔おきで且つ鉛直中心線の両側に交互に(千鳥状に)複数箇所に(例えば、5箇所に)配置されるとともに、これら各ヒータ24の温度を制御する温度制御装置25が具備されている。
【0027】
このヒータ24については、実施の形態1で説明したように分離容器21の周囲に配置されるものではなく、局所的に配置されて加熱するものであり、また図面に示すように、周壁部に埋め込まれている。
【0028】
なお、上記分離膜体23は、骨組としての筒状の支持体23aと、この支持体23aの外周面全体に被覆された分離膜23bとから構成されており、またこの支持体23aの構成を具体的に説明すれば、筒状部材の周壁部に、多数の開口部が形成されたものである。
【0029】
上記構成において、被分離液G2がその開口部21aから分離容器21内に供給されると、他端側に向かって移動されるが、その分離液G2は、表面に設けられた分離膜23bを介して支持体23a内に移動し、被分離液G2の濃縮が行われる。
【0030】
このとき、分離容器21に配置されたヒータ24により、局所的に加熱されて温度差が発生し、すなわち自然対流が発生して分離容器21と分離膜体23との間の環状空間部Sにて攪拌作用が行われ、したがって環状空間部S内での被分離液G2の濃度の均一化を図ることができるので、分離作用を効率よく行うことができる。なお、上記濃縮された濃縮液は取出用ノズル22から取り出される。
【0031】
また、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、温度制御装置25により、所定時間間隔(例えば、3〜10分間隔)でもって、ヒータ24がオン・オフされて局所的に温度変化が付けられる(温度に変化を付けなくても、十分な自然対流が得られる場合には、オン・オフ制御は行われない)。なお、ヒータをオン・オフするのではなく、ヒータ自身に温度変化(加熱速度の変化)を与えるようにしてもよい。
【0032】
このように、分離容器21の周壁部の複数箇所にヒータ24を配置したので、機械的攪拌部材を用いることなく、分離容器21内にて被分離液を攪拌することができる。すなわち、機械的攪拌部材を用いて攪拌する装置に比べて、構成が簡単となり安価な装置を提供することができる。
【0033】
ところで、上記実施の形態2においては、分離容器21の周壁部の下部にヒータ24を配置したが、図10および図11に示すように、冷却手段(具体的には、フィン付冷却器または水冷型冷却器が用いられる)31を所定間隔おきで且つ鉛直中心線の両側に交互に配置するようにしてもよい。なお、この冷却手段31についても、温度制御装置25により、所定時間間隔でもってオン・オフされて温度に変化が付けられる(温度に変化を付けなくても、十分な自然対流が得られる場合には、オン・オフ制御は行われない)。なお、冷却手段31をオン・オフするのではなく、冷却手段そのものに温度変化(冷却速度の変化)を与えるようにしてもよい。
【0034】
この場合も、環状空間部S内の被分離液が適当間隔おきに冷却されるため、下方への流れ(自然対流)が生じるため、被分離液が攪拌される。
さらに、図12および図13に示すように、分離容器21の周壁部の上部に冷却手段31を配置するとともに下部に加熱手段としてのヒータ24を配置し、さらに冷却手段31とヒータ24とを軸心方向で所定間隔でもって交互に配置するようにしてもよい。
【0035】
この場合も、環状空間部S内の被分離液が適当間隔おきに、上部では冷却が、下部では加熱が行われるため、温度差による下方への流れと上方への流れとが同時に生じるため、被分離液がより一層攪拌される。
【0036】
また、上記実施の形態2に係る構成においては、加熱手段または冷却手段を、それぞれ間隔をおいて配置したが、図14および図15、並びに図16および図17に示すように、所定長さに亘って(例えば、一端側が分離膜体の先端位置で他端側が取出用ノズル22の手前位置までの距離に亘って)、連続して配置するようにしてもよい。
【0037】
勿論、この場合も、環状空間部S内の下部にて被分離液G2が加熱され、または環状空間部S内の上部にて被分離液G2が冷却されるので、どちらの場合も、被分離液に自然対流が発生するため、被分離液が攪拌される。
【0038】
すなわち、被分離液の自然対流による攪拌により、被分離液の濃度の均一化が図られるため、膜分離作用が効率よく行われる。
なお、上述した実施の形態2においては、加熱手段としてのヒータおよび冷却手段を容器の周壁部(側壁部)に埋め込んだ状態として図示したが、勿論、容器の周壁部の内面または外面に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施の形態1に係る攪拌装置を用いたCNT製造装置の縦断面図である。
【図2】同CNT製造装置の横断面を示す図で、(a)は図1のD1−D1断面図、(b)は図1のD2−D2断面図である。
【図3】同CNT製造装置の中央位置での反応ガスの対流状態を時系列で示す横断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1の変形例に係るCNT製造装置の縦断面図である。
【図5】同変形例に係るCNT製造装置の横断面を示す図で、(a)は図4のD3−D3断面図、(b)は図4のD4−D4断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1の他の変形例に係るCNT製造装置の縦断面図である。
【図7】同他の変形例に係るCNT製造装置の横断面を示す図で、(a)は図6のD5−D5断面図、(b)は図6のD6−D6断面図である。
【図8】本発明の実施の形態2に係る攪拌装置を用いた膜分離装置の縦断面図である。
【図9】同膜分離装置の横断面を示す図で、(a)は図8のE1−E1断面図、(b)は図8のE2−E2断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図11】同膜分離装置の横断面を示す図で、(a)は図10のE3−E3断面図、(b)は図10のE4−E4断面図である。
【図12】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図13】同膜分離装置の横断面を示す図で、(a)は図12のE5−E5断面図、(b)は図12のE6−E6断面図である。
【図14】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図15】図14のE7−E7断面図である。
【図16】本発明の実施の形態2の他の変形例に係る膜分離装置の縦断面図である。
【図17】図16のE8−E8断面図である。
【符号の説明】
【0040】
1 反応容器
2 載置台
3 加熱手段
4 温度制御装置
5 供給用ノズル
6 排出用ノズル
11 ヒータ
12 輻射熱吸収板
21 分離容器
21a 開口部
22 取出用ノズル
23 分離膜体
24 ヒータ
25 温度制御装置
31 冷却手段
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体が充填される容器または容器内の所定領域を加熱および/または冷却して、流体に発生した温度差に起因する自然対流により、当該流体を攪拌することを特徴とする流体の攪拌方法。
【請求項2】
加熱速度または冷却速度を時間的に変化させることを特徴とする請求項1に記載の流体の攪拌方法。
【請求項3】
容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の分離容器であることを特徴とする請求項1または2に記載の流体の攪拌方法。
【請求項4】
容器が、一端側から被分離液が供給されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行う筒状の分離容器であることを特徴とする請求項1または2に記載の流体の攪拌方法。
【請求項5】
流体が充填される容器の側壁部の所定領域に加熱手段および/または冷却手段を配置したことを特徴とする流体の攪拌装置。
【請求項6】
加熱手段または冷却手段の温度を制御する温度制御装置を具備したことを特徴とする請求項5に記載の流体の攪拌装置。
【請求項7】
容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の反応容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、反応容器の周壁部の下部または上部に配置したことを特徴とする請求項5または6に記載の流体の攪拌装置。
【請求項8】
容器が、一端側に被分離液を供給し得る開口部が形成されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行うための筒状の分離容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、分離容器の周壁部の下部または上部に配置したことを特徴とする請求項5または6に記載の流体の攪拌装置。
【請求項1】
流体が充填される容器または容器内の所定領域を加熱および/または冷却して、流体に発生した温度差に起因する自然対流により、当該流体を攪拌することを特徴とする流体の攪拌方法。
【請求項2】
加熱速度または冷却速度を時間的に変化させることを特徴とする請求項1に記載の流体の攪拌方法。
【請求項3】
容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の分離容器であることを特徴とする請求項1または2に記載の流体の攪拌方法。
【請求項4】
容器が、一端側から被分離液が供給されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行う筒状の分離容器であることを特徴とする請求項1または2に記載の流体の攪拌方法。
【請求項5】
流体が充填される容器の側壁部の所定領域に加熱手段および/または冷却手段を配置したことを特徴とする流体の攪拌装置。
【請求項6】
加熱手段または冷却手段の温度を制御する温度制御装置を具備したことを特徴とする請求項5に記載の流体の攪拌装置。
【請求項7】
容器が、一端側からカーボンナノチューブの原料ガスが供給されて基板上にカーボンナノチューブを生成するための筒状の反応容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、反応容器の周壁部の下部または上部に配置したことを特徴とする請求項5または6に記載の流体の攪拌装置。
【請求項8】
容器が、一端側に被分離液を供給し得る開口部が形成されるとともに他端側から膜分離体が挿入されて膜分離を行うための筒状の分離容器であるとともに、加熱手段または冷却手段を、分離容器の周壁部の下部または上部に配置したことを特徴とする請求項5または6に記載の流体の攪拌装置。
【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】
【公開番号】特開2008−178805(P2008−178805A)
【公開日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−14379(P2007−14379)
【出願日】平成19年1月25日(2007.1.25)
【出願人】(000005119)日立造船株式会社 (764)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年1月25日(2007.1.25)
【出願人】(000005119)日立造船株式会社 (764)
【Fターム(参考)】
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