JPH0321337A - 微小重力下で流体を混合するための装置 - Google Patents
微小重力下で流体を混合するための装置Info
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- JPH0321337A JPH0321337A JP15521389A JP15521389A JPH0321337A JP H0321337 A JPH0321337 A JP H0321337A JP 15521389 A JP15521389 A JP 15521389A JP 15521389 A JP15521389 A JP 15521389A JP H0321337 A JPH0321337 A JP H0321337A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［概要］
宇宙空間等の微小重力下で流体を混合するための装置に
関し、 微小重力下で複数の流体を効率よく混合することのでき
る流体混合装置を提供することを目的とし、 第１の流体を流すための第１の流路と、第１の流路の所
定位置で第１の流路と合流する、第２の流体を流すため
の第２の流路であって、合流部近傍に於いて合流部に向
かって内径が細く絞られている第２の流路とを含むよう
に構成する．［産業上の利用分野］ 本発明は宇宙関連技術に関し、特に宇宙空間等の微小重
力下で流体を混合するための装置に関する． 近年、宇宙環境を各種結晶成長の場として利用したり、
新材料（半導体、合金、バイオマテリアル等）の製造に
使おうとする試みが盛んになりつつある．しかし、宇宙
環境においては地上に於ける重力が存在しないので、微
小重力下に由来する様々な物理現象が出現する．従って
、微小重力環境において、各種の開発や製造を行う際に
は、予め環境の特質を十分に考慮することが重要である
．特に、このような環境下で液体等の流体を取り扱う技
術は大変重要であるにもかかわらず、重力のほとんど無
い環境が液体の挙動に与える影響は未だよく分かってい
ない点が多い． ［従来の技術］ 種々の実験、又は微量の物質の製造プロセスにおいて、
数ｍｌ程度又はそれ以下の量の液体どうしを均一に混合
する必要がしばしば生じる．特に扱う液体が揮発性であ
ったり、微量である場合には操作は事実上訓・練された
人の手に頼らざる得ない．しかしながら、有人の人工衛
星を宇宙に打ち上げ、運用することは容易でなく、その
維持費の高価なことは言うまでもない．従って、微小重
力下において、流体混合の操作を自動化することが強く
望まれている． 第２図（Ａ），（Ｂ）は地上に於ける精密液体混合装置
の例を示す． 第２図（Ａ）に於いては、液体容器５１、５２、５３が
それぞれ液体ａ，ｂ，ｃを収容し、混合系によってこれ
らの液体の所望の混合液を作成する．まず、液体容器５
１と液体容器５２とに接続された液体流路が、３方コヅ
ク５６で示される混合器５５によって接続され、液体ａ
と液体ｂとが混合される．この混合物と液体容器５３内
の液体Ｃとがポンプ５８、５９によって供給され、合流
路６０で合流してフラクション容器６２ｉに供給される
．混合比を変化しつつ、複数のフラクション容器に混合
液を供給し、同一もしくは異なる実験条件で実験を行う
． 第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ）同様３種類の液体の混合
溶液を作成する精密液体混合装置の他の例を示す．第２
図（Ｂ）において、液体容２ＩＳ６５、６６は連通ＦＩ
＠６９に、よって連通されている．液体容器５２には液
体出口７１が設けられており、さらに磁気スターラ７０
を備えている．液体容器６５，６６．６７にそれぞれ当
初ａ，ｂ，ｃの液体を収容し、まず液体ａとｂの混合液
を作成し、この混合液と液体Ｃとの混合液を作成する．
出口７１から当所流出する液体は純粋にｂの組成を有す
る．液体容器６６の液面が低下すると、液体容器６５か
ら連通路６９を通って釣り合いに達するまで凍体ａが液
体容器６６に流入する．すなわち、液体容器６６内に液
体ｂと／ｌｉ体ａの混合物が収容される．ｒＪ！ｉ気ス
ターラ７０でよく撹拌することにより、液体ｂと液体ａ
は均一に混合される．液体出口７１から液体が取り出さ
れるごとに、液体容器６５から液体容器６６に液体ａが
供給される．液体出口７１から取り出される液体は、こ
の様にして次第に組或が変化する．この様な、液体ａと
冴体ｂの混合液と液体容器６７の液体Ｃとがそれぞれポ
ンプ７２．７３で給送され、合流路７４で合流する．こ
の様にして、第２図（Ａ＞同様に、液体ａ，ｂ，ｃの４
合液体が作或される．例えば、蛋白質の結晶化を行う場
合、第２図（Ａ）の液体容器５１又は第２図（Ｂ）の液
体容器６５に蛋白質溶液を収容し、第２図（Ａ＞の液体
容器５２、５３、又は第２図（Ｂ）の液体容器６６．６
７には硫酸アンモニウムなどの結晶化剤を収容する．蛋
白質溶液の濃度を徐々に変化させた複数の液体試料を作
成し、同一の実験条件ないしは異なる実験条件で実験を
行って結晶化の条件を詳細に検討する． 例えば、上に述べた様な蛋白質の結晶化は現在宇宙で行
うことの有効性が期待されている．蛋白質の結晶化の際
は貴重な蛋白質試料を溶かした微小量の溶液を結晶化剤
液と混合する必要がしばしば生じる．結晶化剤は、通常
高イオン強度のｐ７＃機塩類（硫酸アンモニウム、塩化
セシウム、塩化ナトリウム等）またはポリエチレングリ
コール、アセトン、エタノール等の有機溶剤が用いられ
る．これらの溶液は蛋白質と密度、粘度が異なることが
多く一般的に撹拌混合を行いにくい．地上においては、
重力が存在するので、液体は放置しても容器内に安定に
存在する．磁気スターラなどにより液体を撹拌しても、
液体は重力により容器の底部に引き戻される．従って、
比重の異なる複数の液体を混合する際にも撹拌する機構
を設ければ足りる．これを宇宙空間で行う場合には、重
力がないか又は極めて小さいため、撹拌を行うと、液体
は四方に飛び散ってしまう．従って撹拌を行う際には容
器を密閉型にする必要がある．また、液体を収納する容
器も、外気がほぼ真空となる場合には、蒸発が容易に起
こるので密閉型にする必要が生じる．また、密度が異な
ると遠心力に差が生じ、撹拌部の外測に密度の大きいほ
うの液体が偏在する等して層状に分離し易く、撹拌し難
くなる．また、粘度、表面張力などの効果も相対的に増
加する． このため、宇宙において構造が簡易で撹拌効果の高い装
置が望まれている．しかしながら、これらの装置が詳し
く検討され、実用化された例は未だない． ［発明が解決しようする課！ｊｉ］ 以上述べたように、従来の技術によれば、宇宙空間等の
微小重力下で＃Ｘ数の液体等の流木を効率よく混合する
技術は未だ存在しない． 本発明の目的は、微小重力下で複数の流体を効率よく混
合することの出来る流体混合装置を提供することである
． ［課題を解決するための手段］ 第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の基本概念を示す図であ
る． 第１図（Ａ）は本発明の基本概念による流体を混合する
ための装置の概略構成を示す．第１の流路１は内径Ｒ１
を有しこの第１の流路１に第２の流路２が交差している
．第２の流路２は内径Ｒ２、断面ＴｆＩＳ２を有する．
この第２の流路２は、第１の流路に交差する部分では狭
められた内径Ｒ２と減少した断面＃Ｓ２’を有する．内
径が狭められる部分は連続的に次第に内径を絞ってある
．好ましくは第２の流路の内径が狭められた部分の断面
積Ｓ２゜は、内径が狭められていない部分の断面積Ｓ２
の半分以下とする． また、第２の流路２は好ましくは第１の流路１にほぼ直
角に交差する． ［作用］ 我々は、航空機の弾道飛行によって生ずる微小重力環境
を用いて、撹拌混合装置の機能と構造に関して検討を行
った．微小重力環境下では、液体どうしの密度差による
相分離は解決されるが、溶液の粘度および運動によるｆ
ｌ性が液体等の流体に与える影響が相対的に大きくなる
．そのため、やはり異なった種類の流体は混じりにくい
ことが明らかになった．我々は、この点を解決するため
鋭意検討した結果、液体の流れを利用することによって
、撹拌効果を上げることができることを見い出した． 第１図（Ｂ）に示す様に、交差部で内径を絞られた第２
の流路２から供給された液体ｂは流路１の対向する内壁
に達し、反射した後管内に広く拡がる． すなわち、先の窄まったノズルから出た溶液は速度が大
きくなり、自身の慣性でもう一方の溶液との間に混合効
果を引き起こす．微小重力下では比重による分離の傾向
は小さくなり、液体の慣性が運動に与える効果が大きく
なるため混合効果が高まると考えられる． 断面積を約１７２以下に絞ると、速度が約２倍以上にな
り、混合効果が向上する． ほぼ、直交して交差させると、横方向速度を最大にでき
、混合効果が高くなる． なお、気体の場合においても、やはり密度、粘度等を持
つ流体であるから、条件が少し異なるが同様の効果が期
待される． ［実施例］ 第３図（Ａ＞，（Ｂ），（Ｃ）の様に種々の流路結合形
状を持ったＴ字型の透明なアクリル樹脂製流路交差部を
製作した． 第３図（Ａ）においては、第１の均一な内径を有する流
路ｌ１のある場所において、先端１３を絞った第２の流
路１２をほぼ直角に交差させた。
関し、 微小重力下で複数の流体を効率よく混合することのでき
る流体混合装置を提供することを目的とし、 第１の流体を流すための第１の流路と、第１の流路の所
定位置で第１の流路と合流する、第２の流体を流すため
の第２の流路であって、合流部近傍に於いて合流部に向
かって内径が細く絞られている第２の流路とを含むよう
に構成する．［産業上の利用分野］ 本発明は宇宙関連技術に関し、特に宇宙空間等の微小重
力下で流体を混合するための装置に関する． 近年、宇宙環境を各種結晶成長の場として利用したり、
新材料（半導体、合金、バイオマテリアル等）の製造に
使おうとする試みが盛んになりつつある．しかし、宇宙
環境においては地上に於ける重力が存在しないので、微
小重力下に由来する様々な物理現象が出現する．従って
、微小重力環境において、各種の開発や製造を行う際に
は、予め環境の特質を十分に考慮することが重要である
．特に、このような環境下で液体等の流体を取り扱う技
術は大変重要であるにもかかわらず、重力のほとんど無
い環境が液体の挙動に与える影響は未だよく分かってい
ない点が多い． ［従来の技術］ 種々の実験、又は微量の物質の製造プロセスにおいて、
数ｍｌ程度又はそれ以下の量の液体どうしを均一に混合
する必要がしばしば生じる．特に扱う液体が揮発性であ
ったり、微量である場合には操作は事実上訓・練された
人の手に頼らざる得ない．しかしながら、有人の人工衛
星を宇宙に打ち上げ、運用することは容易でなく、その
維持費の高価なことは言うまでもない．従って、微小重
力下において、流体混合の操作を自動化することが強く
望まれている． 第２図（Ａ），（Ｂ）は地上に於ける精密液体混合装置
の例を示す． 第２図（Ａ）に於いては、液体容器５１、５２、５３が
それぞれ液体ａ，ｂ，ｃを収容し、混合系によってこれ
らの液体の所望の混合液を作成する．まず、液体容器５
１と液体容器５２とに接続された液体流路が、３方コヅ
ク５６で示される混合器５５によって接続され、液体ａ
と液体ｂとが混合される．この混合物と液体容器５３内
の液体Ｃとがポンプ５８、５９によって供給され、合流
路６０で合流してフラクション容器６２ｉに供給される
．混合比を変化しつつ、複数のフラクション容器に混合
液を供給し、同一もしくは異なる実験条件で実験を行う
． 第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ）同様３種類の液体の混合
溶液を作成する精密液体混合装置の他の例を示す．第２
図（Ｂ）において、液体容２ＩＳ６５、６６は連通ＦＩ
＠６９に、よって連通されている．液体容器５２には液
体出口７１が設けられており、さらに磁気スターラ７０
を備えている．液体容器６５，６６．６７にそれぞれ当
初ａ，ｂ，ｃの液体を収容し、まず液体ａとｂの混合液
を作成し、この混合液と液体Ｃとの混合液を作成する．
出口７１から当所流出する液体は純粋にｂの組成を有す
る．液体容器６６の液面が低下すると、液体容器６５か
ら連通路６９を通って釣り合いに達するまで凍体ａが液
体容器６６に流入する．すなわち、液体容器６６内に液
体ｂと／ｌｉ体ａの混合物が収容される．ｒＪ！ｉ気ス
ターラ７０でよく撹拌することにより、液体ｂと液体ａ
は均一に混合される．液体出口７１から液体が取り出さ
れるごとに、液体容器６５から液体容器６６に液体ａが
供給される．液体出口７１から取り出される液体は、こ
の様にして次第に組或が変化する．この様な、液体ａと
冴体ｂの混合液と液体容器６７の液体Ｃとがそれぞれポ
ンプ７２．７３で給送され、合流路７４で合流する．こ
の様にして、第２図（Ａ＞同様に、液体ａ，ｂ，ｃの４
合液体が作或される．例えば、蛋白質の結晶化を行う場
合、第２図（Ａ）の液体容器５１又は第２図（Ｂ）の液
体容器６５に蛋白質溶液を収容し、第２図（Ａ＞の液体
容器５２、５３、又は第２図（Ｂ）の液体容器６６．６
７には硫酸アンモニウムなどの結晶化剤を収容する．蛋
白質溶液の濃度を徐々に変化させた複数の液体試料を作
成し、同一の実験条件ないしは異なる実験条件で実験を
行って結晶化の条件を詳細に検討する． 例えば、上に述べた様な蛋白質の結晶化は現在宇宙で行
うことの有効性が期待されている．蛋白質の結晶化の際
は貴重な蛋白質試料を溶かした微小量の溶液を結晶化剤
液と混合する必要がしばしば生じる．結晶化剤は、通常
高イオン強度のｐ７＃機塩類（硫酸アンモニウム、塩化
セシウム、塩化ナトリウム等）またはポリエチレングリ
コール、アセトン、エタノール等の有機溶剤が用いられ
る．これらの溶液は蛋白質と密度、粘度が異なることが
多く一般的に撹拌混合を行いにくい．地上においては、
重力が存在するので、液体は放置しても容器内に安定に
存在する．磁気スターラなどにより液体を撹拌しても、
液体は重力により容器の底部に引き戻される．従って、
比重の異なる複数の液体を混合する際にも撹拌する機構
を設ければ足りる．これを宇宙空間で行う場合には、重
力がないか又は極めて小さいため、撹拌を行うと、液体
は四方に飛び散ってしまう．従って撹拌を行う際には容
器を密閉型にする必要がある．また、液体を収納する容
器も、外気がほぼ真空となる場合には、蒸発が容易に起
こるので密閉型にする必要が生じる．また、密度が異な
ると遠心力に差が生じ、撹拌部の外測に密度の大きいほ
うの液体が偏在する等して層状に分離し易く、撹拌し難
くなる．また、粘度、表面張力などの効果も相対的に増
加する． このため、宇宙において構造が簡易で撹拌効果の高い装
置が望まれている．しかしながら、これらの装置が詳し
く検討され、実用化された例は未だない． ［発明が解決しようする課！ｊｉ］ 以上述べたように、従来の技術によれば、宇宙空間等の
微小重力下で＃Ｘ数の液体等の流木を効率よく混合する
技術は未だ存在しない． 本発明の目的は、微小重力下で複数の流体を効率よく混
合することの出来る流体混合装置を提供することである
． ［課題を解決するための手段］ 第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の基本概念を示す図であ
る． 第１図（Ａ）は本発明の基本概念による流体を混合する
ための装置の概略構成を示す．第１の流路１は内径Ｒ１
を有しこの第１の流路１に第２の流路２が交差している
．第２の流路２は内径Ｒ２、断面ＴｆＩＳ２を有する．
この第２の流路２は、第１の流路に交差する部分では狭
められた内径Ｒ２と減少した断面＃Ｓ２’を有する．内
径が狭められる部分は連続的に次第に内径を絞ってある
．好ましくは第２の流路の内径が狭められた部分の断面
積Ｓ２゜は、内径が狭められていない部分の断面積Ｓ２
の半分以下とする． また、第２の流路２は好ましくは第１の流路１にほぼ直
角に交差する． ［作用］ 我々は、航空機の弾道飛行によって生ずる微小重力環境
を用いて、撹拌混合装置の機能と構造に関して検討を行
った．微小重力環境下では、液体どうしの密度差による
相分離は解決されるが、溶液の粘度および運動によるｆ
ｌ性が液体等の流体に与える影響が相対的に大きくなる
．そのため、やはり異なった種類の流体は混じりにくい
ことが明らかになった．我々は、この点を解決するため
鋭意検討した結果、液体の流れを利用することによって
、撹拌効果を上げることができることを見い出した． 第１図（Ｂ）に示す様に、交差部で内径を絞られた第２
の流路２から供給された液体ｂは流路１の対向する内壁
に達し、反射した後管内に広く拡がる． すなわち、先の窄まったノズルから出た溶液は速度が大
きくなり、自身の慣性でもう一方の溶液との間に混合効
果を引き起こす．微小重力下では比重による分離の傾向
は小さくなり、液体の慣性が運動に与える効果が大きく
なるため混合効果が高まると考えられる． 断面積を約１７２以下に絞ると、速度が約２倍以上にな
り、混合効果が向上する． ほぼ、直交して交差させると、横方向速度を最大にでき
、混合効果が高くなる． なお、気体の場合においても、やはり密度、粘度等を持
つ流体であるから、条件が少し異なるが同様の効果が期
待される． ［実施例］ 第３図（Ａ＞，（Ｂ），（Ｃ）の様に種々の流路結合形
状を持ったＴ字型の透明なアクリル樹脂製流路交差部を
製作した． 第３図（Ａ）においては、第１の均一な内径を有する流
路ｌ１のある場所において、先端１３を絞った第２の流
路１２をほぼ直角に交差させた。
第３図（Ｂ−）に示ずｍ戒では、第１の均一な内径を有
する流路１１に、第２の均一な内径を有する流路１５を
ほぼ直角に交差させた． 第３図（Ｃ）の構成においては、第１の均一な内径を有
する流路１１に、第２の均一な内径を有する流路１７を
直角以上の角度で、すなわち速度が反対方向成分を有す
る形態で交差させた，ＮＡＳＡの航空機の弾道飛行で作
り出された微小重力環境において、第３図（Ａ），（Ｂ
）．（Ｃ）に示す流路交差部とシリンジボングを用いて
蛋白質溶液（ウマミ才グロビン１．０重量％冫及び＃８
Ｉ和度５０％の硫酸アンモニウム溶液の混合を試みた．
ポンプはテルモ社製シリンジポンプ（ＳＴＣ−５２１）
を使用し、送液速度を変えて実験を行った．蛋白質溶液
が有色で目視できることを利用し、混合の挙動をビデオ
カメラに収録し、後の解析に供した． その結果、内径２■φの管を用いた流量１００μＩ ／
ｓ以下の範囲では、全ての場合に窄まった先端を有す
る第３図（Ａ＞に示す混合部形状が高い撹拌効果を示し
た． 第４図（Ａ）．（Ｂ）．（Ｃ）に参考例の場合の混合の
様子をＲ略的に示す．これらの実験において、第２の流
路ｌ５を流れる第２の液体は、第１の流路１１を流れる
第１の液体よりも比重の小さな蛋白質であった． 第４図（Ａ）は、第３図（Ｂ）に示す絞りがない場合の
交差部を用いて、地上で２液を混合した場合の混合状態
を示す．第１の流路１１に対し、ほぼ直角に交差する第
２の流路１５から第２の液体を供給すると、第２の流路
に近い側に第２の液体が局在した状態で流れ続ける．比
重の差が、流路の上関に第２の液体が局在した理由であ
ろう．同様の交差部を用いて、宇宙環境で混合を行った
場合を第４図（Ｂ）に示す．宇宙においては、重力が無
くなるため比重の差による効果が小さくなる．第２の流
路１５から流入した第２の液体は、第１の流路１１の中
ほどまで進み、第１の流路１ｌの中央部分を流れ続けた
．第４図（Ｂ）では、微小重力下であるため比重の差に
よる効果が小さくなり、第２の液体が第１の流路１１内
に流入した慣性によって第２の液体が第１の流路の中央
部分まで進んだものと思われる． 交差する第２の流路を絞り込んだ微小重力下においては
優れた撹拌効果示したが、地上においては、第４図（Ｃ
）に示すように、さほど高い撹拌効果を示さないことが
判った．すなわち、地上において撹拌を行った場合、第
１の流ｒ＃Ｉ１１に対し、第２の流路１２をほぼ直角に
交差させ、交差部の内径を１３で示すように絞ったにも
拘らず、第２の流体は第１の流路１１の上関部分に局在
して流れた． 以上説明したように、宇宙などの１政小重力の状態にお
いては、２種類の液体を混合する場合、一方の流路の径
を絞って流速を上げて他方の流路に交差させることが効
果的である事が判った．また、一方の液体を、他方の液
体に対してほぼ直角に交差させることが好ましい． 更に、先を絞った部分の形状について検討したところ、
交差する流路の径は交差部で約１／７２以下、約２／３
以下にすることが好ましいことが判った．また、絞り込
み部分の角度θはθ≧２５度とすると撹拌効果が高いこ
とが判った．また、蛋白質溶液と結晶化剤で実験を行っ
たが、結果は微小重力下において溶液ないし流体を扱う
装置全般に頁って有効なことは明らかである．以上、実
施例に沿って本発明を説明したが、実施例は何等制限的
な意味に解釈されるものではない．本発明の範囲は、特
許請求の範囲に基づいて解釈されるものである． ［発明の効果］ 以上説明したように、微小重力下において、液体を混合
する場合、第１の流路を流れる第１の液体に対し、混合
すべき第２の液体が流れる第２の流路を交差させ、その
交差部において内径を絞りこむことによって、優れた撹
拌効果が得られる．交差部において、第２の流路の断而
積を約ｌ／２以下にすることにより、流速が約２倍以上
になり優れた撹拌効果が得られる． 交差部において、第２の流路を第１の流路に対してほぼ
直交して交差させることにより、第２の流体の第１の流
路横方向の速度成分が最も大きくなり、優れた撹拌効果
が得られる． １ ２、 １ ５、 第２の流路 内径を絞った部分
する流路１１に、第２の均一な内径を有する流路１５を
ほぼ直角に交差させた． 第３図（Ｃ）の構成においては、第１の均一な内径を有
する流路１１に、第２の均一な内径を有する流路１７を
直角以上の角度で、すなわち速度が反対方向成分を有す
る形態で交差させた，ＮＡＳＡの航空機の弾道飛行で作
り出された微小重力環境において、第３図（Ａ），（Ｂ
）．（Ｃ）に示す流路交差部とシリンジボングを用いて
蛋白質溶液（ウマミ才グロビン１．０重量％冫及び＃８
Ｉ和度５０％の硫酸アンモニウム溶液の混合を試みた．
ポンプはテルモ社製シリンジポンプ（ＳＴＣ−５２１）
を使用し、送液速度を変えて実験を行った．蛋白質溶液
が有色で目視できることを利用し、混合の挙動をビデオ
カメラに収録し、後の解析に供した． その結果、内径２■φの管を用いた流量１００μＩ ／
ｓ以下の範囲では、全ての場合に窄まった先端を有す
る第３図（Ａ＞に示す混合部形状が高い撹拌効果を示し
た． 第４図（Ａ）．（Ｂ）．（Ｃ）に参考例の場合の混合の
様子をＲ略的に示す．これらの実験において、第２の流
路ｌ５を流れる第２の液体は、第１の流路１１を流れる
第１の液体よりも比重の小さな蛋白質であった． 第４図（Ａ）は、第３図（Ｂ）に示す絞りがない場合の
交差部を用いて、地上で２液を混合した場合の混合状態
を示す．第１の流路１１に対し、ほぼ直角に交差する第
２の流路１５から第２の液体を供給すると、第２の流路
に近い側に第２の液体が局在した状態で流れ続ける．比
重の差が、流路の上関に第２の液体が局在した理由であ
ろう．同様の交差部を用いて、宇宙環境で混合を行った
場合を第４図（Ｂ）に示す．宇宙においては、重力が無
くなるため比重の差による効果が小さくなる．第２の流
路１５から流入した第２の液体は、第１の流路１１の中
ほどまで進み、第１の流路１ｌの中央部分を流れ続けた
．第４図（Ｂ）では、微小重力下であるため比重の差に
よる効果が小さくなり、第２の液体が第１の流路１１内
に流入した慣性によって第２の液体が第１の流路の中央
部分まで進んだものと思われる． 交差する第２の流路を絞り込んだ微小重力下においては
優れた撹拌効果示したが、地上においては、第４図（Ｃ
）に示すように、さほど高い撹拌効果を示さないことが
判った．すなわち、地上において撹拌を行った場合、第
１の流ｒ＃Ｉ１１に対し、第２の流路１２をほぼ直角に
交差させ、交差部の内径を１３で示すように絞ったにも
拘らず、第２の流体は第１の流路１１の上関部分に局在
して流れた． 以上説明したように、宇宙などの１政小重力の状態にお
いては、２種類の液体を混合する場合、一方の流路の径
を絞って流速を上げて他方の流路に交差させることが効
果的である事が判った．また、一方の液体を、他方の液
体に対してほぼ直角に交差させることが好ましい． 更に、先を絞った部分の形状について検討したところ、
交差する流路の径は交差部で約１／７２以下、約２／３
以下にすることが好ましいことが判った．また、絞り込
み部分の角度θはθ≧２５度とすると撹拌効果が高いこ
とが判った．また、蛋白質溶液と結晶化剤で実験を行っ
たが、結果は微小重力下において溶液ないし流体を扱う
装置全般に頁って有効なことは明らかである．以上、実
施例に沿って本発明を説明したが、実施例は何等制限的
な意味に解釈されるものではない．本発明の範囲は、特
許請求の範囲に基づいて解釈されるものである． ［発明の効果］ 以上説明したように、微小重力下において、液体を混合
する場合、第１の流路を流れる第１の液体に対し、混合
すべき第２の液体が流れる第２の流路を交差させ、その
交差部において内径を絞りこむことによって、優れた撹
拌効果が得られる．交差部において、第２の流路の断而
積を約ｌ／２以下にすることにより、流速が約２倍以上
になり優れた撹拌効果が得られる． 交差部において、第２の流路を第１の流路に対してほぼ
直交して交差させることにより、第２の流体の第１の流
路横方向の速度成分が最も大きくなり、優れた撹拌効果
が得られる． １ ２、 １ ５、 第２の流路 内径を絞った部分
第１図（Ａ＞、（Ｂ）は本発明の基本概念図であり、第
１図（Ａ）は構成を示す線図、第１図（Ｂ）は流体の混
合の模様を示す説明図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は地上に
おける精密液体混合装置の２つの例を示す概略図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は比較テストに用いた′
Ｆ字型流路交差部の３つの形態を示す概略斜視図、 第４図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）は混合の参考例を示す概
略図である． 図において、 ｌ 第１の流路 ２ 第２の流路 Ｒ， 内径 ｓ， 断面積 １１ 第１の流路 （Ａ）その１ （Ｂ）流体の混合 （Ｂ）その２ 本発明の基本概念図 第１図 地上における精密液体混合装置 第２図 ＣＢ）その２ （Ｃ）その３ 比較テストに用いたＴ字型流路交差部の構成第３図 （Ａ）絞りなし、地上 ＣＢ）絞りなし、宇宙 （Ｃ）絞りあり、地上 参考例 第４図
１図（Ａ）は構成を示す線図、第１図（Ｂ）は流体の混
合の模様を示す説明図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は地上に
おける精密液体混合装置の２つの例を示す概略図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は比較テストに用いた′
Ｆ字型流路交差部の３つの形態を示す概略斜視図、 第４図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）は混合の参考例を示す概
略図である． 図において、 ｌ 第１の流路 ２ 第２の流路 Ｒ， 内径 ｓ， 断面積 １１ 第１の流路 （Ａ）その１ （Ｂ）流体の混合 （Ｂ）その２ 本発明の基本概念図 第１図 地上における精密液体混合装置 第２図 ＣＢ）その２ （Ｃ）その３ 比較テストに用いたＴ字型流路交差部の構成第３図 （Ａ）絞りなし、地上 ＣＢ）絞りなし、宇宙 （Ｃ）絞りあり、地上 参考例 第４図
Claims (1)
- （１）、第１の流体を流すための第１の流路（１）と、
第１の流路の所定位置で第１の流路と合流する、第２の
流体を流すための第２の流路（２）であって、合流部近
傍に於いて合流部に向かって内径（Ｒ＿２）が細く絞ら
れている第２の流路と を含む微小重力下で流体を混合するための装置、（２）
、前記第２の流路（２）の内径（Ｒ＿２）が最も絞られ
た部分の断面積（Ｓ＿２′）は絞られていない部分の断
面積（Ｓ＿２）の約１／２以下である請求項１記載の流
体を混合するための装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15521389A JPH0321337A (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 微小重力下で流体を混合するための装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15521389A JPH0321337A (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 微小重力下で流体を混合するための装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321337A true JPH0321337A (ja) | 1991-01-30 |
Family
ID=15600983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15521389A Pending JPH0321337A (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 微小重力下で流体を混合するための装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0321337A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9649631B2 (en) | 2009-06-04 | 2017-05-16 | Leidos Innovations Technology, Inc. | Multiple-sample microfluidic chip for DNA analysis |
| US9988676B2 (en) | 2012-02-22 | 2018-06-05 | Leidos Innovations Technology, Inc. | Microfluidic cartridge |
-
1989
- 1989-06-15 JP JP15521389A patent/JPH0321337A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9649631B2 (en) | 2009-06-04 | 2017-05-16 | Leidos Innovations Technology, Inc. | Multiple-sample microfluidic chip for DNA analysis |
| US9656261B2 (en) | 2009-06-04 | 2017-05-23 | Leidos Innovations Technology, Inc. | DNA analyzer |
| US9988676B2 (en) | 2012-02-22 | 2018-06-05 | Leidos Innovations Technology, Inc. | Microfluidic cartridge |
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