JP6227540B2 - 液体輸送装置 - Google Patents
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Description
本発明は、一般的には液体輸送装置に関し、特定的には、遠心力によって液体を輸送するための液体輸送装置に関する。
従来、液体に羽根車やロータの下部を浸漬させ、その羽根車やロータを回転させることによって、液体が羽根車やロータの周壁面上を上昇することを利用して、液体を吸い上げ、噴霧させる装置が提案されている。
例えば、実開昭５０−１５６８１０号公報（特許文献１）には、羽根車の回動により吸液管より液体を吸いこんで衝撃体に吹き付けて噴霧粒子を微細化するようにした遠心力型液体噴霧装置が記載されている。この液体噴霧装置は、２枚の回転板を重ね合わせて通水路を形成すると共にこの回転板の少なくとも一方にファンを設けた羽根車と、該羽根車の中央部に通水路と連通するよう設けた吸液管とを装備している。モータに通電し羽根車及び吸液管を駆動すると水槽内の水は吸液管の内壁に沿って上昇し通水孔より羽根車の通水路内に流入する。そして、該通水路内に流入した水は遠心力により加速され外方に飛散する。
また、特開２００８−２６１６０９号公報（特許文献２）には、液体を遠心力により周囲に飛散させることが可能なロータを備えるミスト発生装置が記載されている。このミスト発生装置の一つの実施形態として、ロータの軸状部の内部に孔部が形成されているものが記載されている。この実施形態においては、ロータが回転すると、軸上部の孔部内に位置する水が遠心力の作用によって孔部の内周面に沿った膜状となって上昇し、回転板の上面に到達し、次いで、この水は、回転板の上面において遠心力により加速されて水膜状となり、回転板の周囲に向けて飛散することが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の液体噴霧装置は、噴霧された液体の粒子を小さくするために、羽根車によって液体を充分に加速することを目的としており、噴霧量を一定にすることについては考えられていない。また、羽根車を回転させることによって、まず吸液管内に負圧を発生させて、液体を通水路まで吸い上げ、回転板上面の通水路内に流入した液体を、さらに遠心力によって加速して外方に飛散させるためには、吸液管内に負圧を発生させられる羽根車が必要となり、装置が複雑化・大型化する。
特許文献２に記載のミスト発生装置においても、ミストの粒径を小さくすること、また、ミストを多く発生させることを目的としており、噴霧量を一定にすることについては考えられていない。
そこで、この発明の目的は、遠心力を利用して、簡単な構成で、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することが可能な液体輸送装置を提供することである。
この発明に従った液体輸送装置は、液体を収容する容器と、上端と下端とに開口部を有する中空の逆円錐形状体と、略鉛直方向に沿って延びる軸を中心に逆円錐形状体を回転させる駆動源とを備える。逆円錐形状体の下端の開口部は、容器に収容された液体に浸漬されるように配置されている。液体輸送装置は、さらに、逆円錐形状体の下端の開口部と容器に収容された液体の液面との距離を一定に保つための距離調節手段を備える。距離調節手段は、液位調節手段を含む。液位調節手段は、逆円錐形状体により容器から液体が汲み上げられても容器の液位を一定に保つものであり、容器の開口部を通って容器内から排出される液体を貯留する液体貯留槽と、液体貯留槽内の液体を容器に戻す液体循環手段とを含む。
本発明者らは、逆円錐形状体の下端の開口部と容器に収容された液体の液面との距離を一定に保つことによって、遠心力によって、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することができることを見出した。また、このようにすることにより、逆円錐形状体の回転数、下端の開口部の浸漬深さ、逆円錐形状体の斜面の水平からの傾斜角、下端の開口部の径によって、逆円錐形状体の下端から上端まで輸送される液体の量を制御できることを見出した。
この発明に従った液体輸送装置においては、液位調節手段は、前記容器内に収容される液体の液位が所定の高さとなる量を超える量の液体を排出するために前記容器に形成された排出口を含むことが好ましい。
この発明に従った液体輸送装置においては、逆円錐形状体の下端の開口部と容器に収容された液体の液面との距離調節手段は、その距離が一定に保たれるように、容器に収容された液体の液面に対する逆円錐形状体の相対的な高さを調節する高さ調節手段を含むことが好ましい。
この発明に従った液体輸送装置は、容器に収容される液体を加熱する加熱部を備えることが好ましい。
この発明に従った液体輸送装置においては、逆円錐形状体の外周面には、逆円錐形状体の径の方向に沿って延びる突起が形成されており、突起は、容器に収容された液体の液面よりも上方に配置されることが好ましい。
この発明に従った液体輸送装置においては、逆円錐形状体は、下端の開口部から逆円錐形状体の内側に向かって略水平方向に延在する下側つば部を含むことが好ましい。
この発明に従った液体輸送装置においては、容器に収容される液体は溶融塩であることが好ましく、容器に収容されている溶融塩中に陰極と陽極とを備える形態もあるが、溶融塩の表面近傍、かつ、逆円錐形状体の下端の開口部の近傍において、溶融塩よりも上方に配置される陰極を備えることが好ましい。
このようにすることにより、溶融塩中に形成した金属粒子などの電解形成物を逆円錐形状体の回転によって液体に生じる遠心力を利用して、簡単な構成で、一定の速度で溶融塩とともに輸送することが可能な液体輸送装置を提供することができる。
以上のように、この発明に従えば、逆円錐形状体の回転によって液体に生じる遠心力を利用して、簡単な構成で、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することが可能な液体輸送装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、この発明の一つの実施形態として液体輸送装置１は、大きく分けて、液体輸送部１００と液体循環部２００とから構成されている。
図１に示すように、この発明の一つの実施形態として液体輸送装置１は、大きく分けて、液体輸送部１００と液体循環部２００とから構成されている。
液体輸送部１００は、主に、Ｕ字形容器１１０と、Ｕ字形容器１１０を加熱・保温するヒータと断熱材とを含む加熱保温部１７０と、Ｕ字形容器１１０内の液体３００をＵ字形容器１１０の外に汲み上げて輸送するための回転円盤１２０と、回転円盤１２０を駆動させる回転円盤駆動モータ部１３０と、回転円盤１２０の昇降機構１４０と、回収壁１５０とから構成されている。
液体循環部２００は、主に、液体貯留槽２１０と、液体貯留槽２１０を加熱・保温する加熱保温部１７０と、液体３００を液体貯留槽２１０内に供給するための供給部１６０と、後述する液体循環路２０１、ポンプ２０２、循環用モータ２０３等から構成されている。
回転円盤１２０は、逆円錐形状に形成された逆円錐形状体１２１を有する。逆円錐形状体１２１は、上端と下端において開口している。下端の開口部１２２には、回転円盤１２０の内側に向かって略水平面内に延びる円形板状の下部つば部（図示しない）が形成されている。下端の開口部１２２はＵ字形容器１１０内の液体３００に浸漬されている。上端の開口部１２３には、回転円盤１２０の外側に向かって略水平面内に延びる円形板状の上部つば部１２４が形成されている。回転円盤１２０の上部つば部１２４の周縁の外側には、回収壁１５０が形成されている。
上部つば部１２４の下面には鉛直下向きに延びる支持部１２５が取り付けられ、支持部１２５の外周面には、ギア部１２６が形成されている。支持部１２５は、回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１の周囲において周方向全体を覆うように、リング形状に形成されている。ギア部１２６のギアは回転円盤駆動モータ部１３０のギア１３１とかみ合う。回転円盤１２０、回転円盤駆動モータ部１３０、回収壁１５０は、上下方向に同時に移動可能であるように、回転円盤−液面間の距離調節手段の一例として昇降機構１４０によって下方から支持されている。
液体３００を収容するＵ字形容器１１０は例えば石英製で、略Ｕ字形状に形成されており、２つの端部のそれぞれに開口部が形成されている。一方の端部の開口部１１２は、回転円盤１２０の下方に配置されている。他方の端部の開口部１１３は、液体循環部２００を構成する液体貯留槽２１０の近傍において液体貯留槽２１０の上方において開口されている。開口部１１３には、オーバーフロー開口部１１１が形成されている。オーバーフロー開口部１１１は、例えば、Ｕ字形容器１１０の開口部の端部に形成された切り欠きとして形成されている。オーバーフロー開口部１１１はまた、Ｕ字形容器１１０の壁面を貫通する孔として形成されていてもよい。オーバーフロー開口部１１１は、Ｕ字形容器１１０内に収容される液体３００の液位が所定の高さとなる量を超える量の液体３００を排出するためにＵ字形容器１１０に形成されたものである。
Ｕ字形容器１１０と液体貯留槽２１０の周囲は、必要に応じて加熱保温部１７０によって覆われている。図１には、Ｕ字形容器１１０と液体貯留槽２１０の底面に配置される加熱保温部１７０のみを図示する。加熱保温部１７０は、図示しないが、Ｕ字形容器１１０と液体貯留槽２１０の底部だけでなく、Ｕ字形容器１１０と液体貯留槽２１０の外周面上の全体に配置されている。なお、液体輸送装置１で汲み上げて輸送する液体を加熱する必要がない場合には、加熱保温部１７０を備える必要はない。
液体貯留槽２１０の上方には、供給部１６０が配置されている。供給部１６０は、液体貯留槽２１０内に液体３００を供給するためのものである。
液体貯留槽２１０の内部には、液体３００を循環させるための液体循環路２０１が設置されている。液体循環路２０１は、液体貯留槽２１０下部の液体吸入口２０６から液体を吸入し、Ｕ字形容器１１０の開口部１１３へと供給する流路を形成している。液体循環路２０１において液体吸入口２０６とＵ字形容器１１０の開口部１１３との間には、液体３００を循環させるためのポンプ２０２と、ポンプ２０２を駆動させるための循環用モータ２０３と、必要に応じてバイパス２０４とが配置されている。Ｕ字形容器１１０には、オーバーフローが望ましくない箇所から生じた場合に液体を貯留槽へと導くための整流板２０５が配置されていることが好ましい。
図２に示すように、回転円盤駆動モータ部１３０は、昇降機構１４０（図１）のスライドレール１４１によって支持されている。回転円盤駆動モータ部１３０は、スライドレール１４１に沿って昇降可能であるように構成されている。回転円盤１２０の下端の開口部１２２がＵ字形容器１１０内の液体３００に浸漬されるように、回転円盤駆動モータ部１３０がスライドレール１４１に沿って昇降されて回転円盤１２０の位置が調節される。
スライドレール１４１を含む昇降機構１４０は、回転円盤１２０の高さ調節手段の一例である。回転円盤駆動モータ部１３０を昇降させる機構としては、他の公知のものを用いることができる。支持部１２５の内周面の下部と支持部１２５の下面は、それぞれ、ベアリング１４３を介してスライドレール１４１に取り付けられている。
図３に示すように、回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１の外周面には、突起１２７が形成されている。突起１２７は、例えば、平板状に形成されており、逆円錐形状体１２１の径に沿った方向に延びるつばを有し、かつ、外周端部から略鉛直方向に、逆円錐形状体の外周面に接するまで延びる壁面を有する。逆円錐形状体１２１の外周面に形成される突起１２７は、逆円錐形状体１２１の外周面の周方向の全体に渡って延びる１つの突起として形成されているのが好ましいが、平板状でなくてもよく、例えば、階段状に形成されていてもよい。また、突起１２７は、例えば複数の平板リング状の突起が異なる高さに配置されていてもよい。突起１２７は、液体３００の液面よりも上方に配置されている（図２）。突起１２７の外径Ｄは、Ｕ字形容器１１０の回転円盤１２０が配置されている側の開口部１１２の内径よりも小さい。
また、図４に示すように、回転円盤１２０ａには、突起１２７の代わりに突起１２７ａが形成されていてもよい。突起１２７ａは、逆円錐形状体１２１の径に沿った方向に延びる、薄い平板状のつばを周方向全体にわたって有している。突起１２７ａの上面と逆円錐形状体との間には空間が形成されており、突起１２７ａの上面には水平部が形成されている。突起１２７ａも、液体３００の液面よりも上方に配置されており、突起１２７ａの外径Ｄは、Ｕ字形容器１１０の回転円盤１２０が配置されている側の開口部１１２の内径よりも小さい。
このように、回転円盤の逆円錐形状体１２１の外周面に形成される突起は、逆円錐形状体１２１の径に沿った方向において、逆円錐形状体１２１の周方向全体において突出していれば、突起１２７，１２７ａ以外の形状であっても構わない。
以上のように構成される液体輸送装置１で液体３００を汲み上げて輸送する方法について、以下に説明する。
液体輸送装置１の使用者は、まず、必要があれば、Ｕ字形容器１１０と液体貯留槽２１０を加熱する加熱保温部１７０を制御して、Ｕ字形容器１１０内と液体貯留槽２１０内の液体３００を所定の温度に調節する。なお、Ｕ字形容器１１０内の液体３００と液体貯留槽２１０内の液体３００の温度が異なっていてもよい。
次に、回転円盤駆動モータ部１３０が駆動され、回転円盤１２０が回転すると、液体３００は、回転円盤１２０の下端から、逆円錐形状体１２１の斜面上面を伝って、斜面を上昇する。回転円盤１２０は、例えば、３００〜２０００ｒｐｍで回転される。液体３００は逆円錐形状体１２１斜面の下面を伝っても上昇しようとするが、逆円錐形状体１２１の斜面の下面には突起１２７が形成されているので、液体３００は突起１２７の高さに達すると水平方向へと輸送される。これにより、液体３００が上部つば部１２４の下面を伝って装置内等へと漏れ出ることを防ぎ、液体３００をＵ字形容器１１０内へと戻すことができる。
逆円錐形状体１２１の斜面上面を上端まで上昇した液体３００は、続いて、上部つば部１２４の上面を中心から外側に向かって移動する。上部つば部１２４の周縁部まで移動した液体３００は、遠心力によって、上部つば部１２４の周縁部から、外方向へ飛散する。飛散した液体３００は、回収壁１５０に衝突し、あるいは、回収壁１５０に衝突せずにそのまま、例えば回収容器内に輸送される。
Ｕ字形容器１１０内には、液体３００が連続的に供給されるのが好ましい。液体３００は、供給部１６０から液体貯留槽２１０内に供給される。液体貯留槽２１０内の液体３００は、循環用モータ２０３により循環ポンプ２０２が駆動されることによって、液体吸入口２０６から吸い上げられ、液体循環路２０１を通って、Ｕ字形容器１１０の開口部１１３からＵ字形容器１１０内に供給される。液体貯留槽２１０内の液体３００が少なくなれば、使用者は、供給部１６０から液体貯留槽２１０内に液体３００を供給する。
Ｕ字形容器１１０内に供給された液体３００は、Ｕ字形容器１１０内部を通ってＵ字形容器１１０の反対側の端部、すなわち、回転円盤１２０が配置されている側の開口部１１２に向かって移動する。Ｕ字形容器１１０内の液位がオーバーフロー開口部１１１の高さになると、オーバーフロー開口部１１１から液体３００が溢れて、液体貯留槽２１０内に流れ落ちる。万一、オーバーフロー開口部１１１以外の箇所から液体が溢れた場合には、整流板２０５を通って液体貯留槽２１０内に戻ることになる。
上記では、Ｕ字形容器１１０に供給された液体３００の液位を一定に保ち、さらに回転円盤１２０の高さを調節することで、回転円盤１２０の下端の開口部１２２と液面との距離を一定に保つ方法について具体的な例を示した。一方で、液位を一定に保つ手段を有さずに、回転円盤１２０の下端の開口部１２２と液面との距離を一定に保つ方法もあり得る。すなわち、回転円盤１２０の稼働により液体３００が輸送されることによる液位の低下速度に合わせて、回転円盤１２０を降下させていく方法である。この方法では、液位を一定に保つための装置構成が不要になるが、回転円盤１２０による液体３００の輸送速度を連続して正確に測定し、それに合わせて回転円盤１２０を降下させる仕組みが必要となる。
このように、Ｕ字形容器１１０の開口部１１３のオーバーフロー開口部１１１から液体３００が溢れるように液体３００を供給し続けることによって、Ｕ字形容器１１０内の液体３００の液面の高さを一定に保つことができる。このようにして液体３００の液面の高さを保つ場合には、回転円盤１２０の高さを一定に保つことが好ましい。
以上のように、液体輸送装置１は、液体３００を収容するＵ字形容器１１０と、上端の開口部１２３と下端の開口部１２２とを有する中空の逆円錐形状体１２１と、略鉛直方向に沿って延びる軸を中心に逆円錐形状体１２１を回転させる回転円盤駆動モータ部１３０とを備える。逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２は、Ｕ字形容器１１０に収容された液体３００に浸漬されている。
また、液体輸送装置１においては、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２と容器に収容された液体３００の液面との距離調節手段の一例の液位調節手段として、Ｕ字形容器１１０の開口部１１３の一部にオーバーフロー開口部１１１が形成されている。オーバーフロー開口部１１１は、Ｕ字形容器１１０内に収容される液体３００の液位が所定の高さとなる量を超える量の液体３００を排出するためにＵ字形容器１１０に形成された、液体３００の排出口である。Ｕ字形容器１１０にオーバーフロー開口部１１１を形成し、Ｕ字形容器１１０内の液位を一定にすることによって、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２とＵ字形容器１１０に収容された液体３００の液面との距離が一定に保たれる。
また、液体輸送装置１においては、距離調節手段の一例の液位調節手段は、Ｕ字形容器１１０の開口部１１３を通ってＵ字形容器１１０内から排出される液体３００を貯留する液体貯留槽２１０と、少なくとも液体貯留槽２１０内の液体３００をＵ字形容器１１０に戻す液体循環部２００とを含む。
また、液体輸送装置１は、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２とＵ字形容器１１０に収容された液体３００の液面との距離が一定に保たれるように、Ｕ字形容器１１０に収容された液体３００の液面に対する逆円錐形状体１２１の相対的な高さを調節する距離調節手段の一例としてスライドレール１４１を含む昇降機構１４０を備える。
また、液体輸送装置１は、Ｕ字形容器１１０に収容される液体３００を加熱する加熱保温部１７０を備える。このようにすることにより、室温よりも高温である液体を、液体輸送装置１によって汲み上げて輸送する間、液体の温度を制御することが可能になる。
このようにすることにより、逆円錐形状体の回転によって液体に生じる遠心力を利用して、簡単な構成で、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することが可能な液体輸送装置１を提供することができる。
なお、液体３００としては、液体輸送装置１を用いて輸送することが可能なものであれば、種類、組成や融点などは制限されない。輸送される液体によって、必要に応じて、液体輸送装置１を構成する部材の材質を選択すればよい。
また、液体３００の源が液体貯留槽２１０に固体の状態で供給され、液体貯留槽２１０内で液体状態にされ、Ｕ字形容器１１０内の液体３００の減少量に応じてＵ字形容器１１０内に液体３００が追加供給されてもよい。液体貯留槽２１０からＵ字形容器１１０への液体３００の供給は、上述のように、連続的であってもよいし、断続的であってもよい。
（第２実施形態）
第２実施形態の液体輸送装置は、液体として溶融塩を輸送するための装置として用いられる。この実施形態では、溶融塩輸送装置を備える金属微粒子製造装置について説明する。第１実施形態と同じ参照符号で示される部材は、第１実施形態と同様に構成されている。
第２実施形態の液体輸送装置は、液体として溶融塩を輸送するための装置として用いられる。この実施形態では、溶融塩輸送装置を備える金属微粒子製造装置について説明する。第１実施形態と同じ参照符号で示される部材は、第１実施形態と同様に構成されている。
図５に示すように、第２実施形態の金属微粒子製造装置は、液体の一例として溶融塩２３００を電解浴とし、プラズマ誘起電解法により金属微粒子を製造するための装置である。
金属微粒子電解生成部２１００は、不活性ガスが充填されており、溶融塩輸送部２１と電解部２２から構成され、溶融塩２３００中に形成された金属微粒子２３０１を溶融塩とともに溶融塩輸送部２１によって装置の外部に回収する。不活性ガスは例えばアルゴンである。
溶融塩輸送部２１は、溶融塩２３００を収容するＵ字形容器１１０とＵ字形容器１１０を加熱・保温するヒータと断熱材とを含む加熱保温部１７０と、Ｕ字形容器１１０内の溶融塩２３００をＵ字形容器１１０の外に汲み上げて輸送するための回転円盤１２０と、回転円盤１２０を駆動させる回転円盤駆動モータ部１３０（図２参照）と、回転円盤１２０の昇降機構１４０（図２参照）と、回収壁部２１７７とから構成されている。
電解部２２は、溶融塩を収容するＵ字形容器１１０の内部に設置された陽極２１１０と、溶融塩浴面上方に設置される陰極２１２０と、陽極２１１０と陰極２１２０との間に電圧を印加する電源部２１３０から構成される。
陰極２１２０の先端部は、回転円盤１２０すなわち逆円錐形状に形成された逆円錐形状体１２１（図２参照）の下端の開口部１２２（図２参照）の上方に設置され、溶融塩２３００に接触しないよう浴面上部に設置される。
溶融塩調製部の構造は、第１実施形態の液体循環部２００（図１参照）と同様であるが、貯留槽やポンプ等の構造材には、高温の溶融塩共存下において安定的に使用できるよう、高純度アルミナのようなセラミクスや、ステンレスやＮｉ、インコネルのようなＮｉ基合金を選択するのが好ましい。また調製部内部は溶融塩中への水分の混入や上記構造材の変質を防ぐためＡｒや窒素などの不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
プラズマ誘起電解において使用する溶融塩２３００としては、一般に溶融塩電解において使用する浴が使用できる。例えば、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩などを、単独で又は２種以上組み合わせて得られる溶融塩を、電解浴の溶媒として使用するのが好ましい。
アルカリ金属のハロゲン化物としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＲｂＢｒ、ＣｓＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＲｂＩ、ＣｓＩ等が使用でき、アルカリ土類金属のハロゲン化物としては、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｇＢｒ２、ＣａＢｒ２、ＳｒＢｒ２、ＢａＢｒ２、ＭｇＩ２、ＣａＩ２、ＳｒＩ２、ＢａＩ２等が使用できる。上記化合物は単独で使用することもできるし、二種以上を組み合わせて使用することもできる。これらの化合物の組み合わせ、組み合わせる化合物の数、混合比等も限定されず、所望する金属微粒子の成分、種類等に応じて適宜選択することができる。
このような溶融塩中に、金属微粒子の原料となる金属化合物等を原料として溶解させることで、金属イオンＭｎ＋を供給し、プラズマ誘起電解を行うことにより、溶融塩２３００中にＭの金属微粒子を形成することができる。
陽極２１１０としては、一般に溶融塩電解において陽極として使用する電極が使用でき、特に限定されるものではない。例えば、ガラス状炭素やグラファイト、導電性ダイヤモンド等の炭素材料を電極として使用できる。陽極２１１０に金属微粒子の原料となる金属を含有または接触させている場合には、この金属Ｍの陽極溶解反応が進行して溶融塩中に金属イオンＭｎ＋が供給されるので好ましい。この場合、溶融塩２３００への金属化合物等の原料の添加は任意となる。
回転円盤１２０は、第１実施形態と同様に構成されている。回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１は、少なくとも表面が電気絶縁体であり、一例として高純度アルミナによって形成されている。
回転円盤１２０の上部つば部１２４の周縁の外側は回収壁部２１７７によって覆われている。壁部２１７７は、上部つば部１２４の周縁の外側を覆う。壁部２１７７の内壁２１７９の下部には後述する回収溝２１８３が形成され、回収溝２１８３内には開口が形成されている。壁部２１７７の内部には、この回収溝２１８３内の開口によって壁部２１７７の外部と連通する金属微粒子回収路２１８１が形成されている。金属微粒子回収路２１８１の他方の端部に形成されている開口は、壁部２１７７の開口よりも低い位置に配置される金属微粒子回収容器（図示しない）内に開かれている。
金属微粒子製造装置の電解生成部２１００における溶融塩輸送部２１のその他の構成と効果は、第１実施形態の液体輸送装置１と同様である。
以上のように構成される金属微粒子製造装置でプラズマ誘起電解法を用いて溶融塩中に製造した金属微粒子を輸送する方法について、以下に説明する。
金属微粒子製造装置の使用者は、まず、Ｕ字形容器１１０を加熱・保温する加熱保温部１７０と、溶融塩を貯留するための液体貯留槽２１０（図１）を加熱する電気炉（図示せず）とを制御して、Ｕ字形容器１１０内と溶融塩貯留槽２１０内の溶融塩２３００を所定の温度に調節する。さらに金属微粒子電解生成部２１００をアルゴンガスで充填する。
次に、金属微粒子の原料となる金属化合物等を溶解させる、または、金属微粒子の原料となる金属を含有または接触させた陽極２１１０を設置する。
電源部２１３０によって陽極２１１０と陰極２１２０との間に適当な電圧が印加されると、アルゴンガスが電離することによって、陰極２１２０と溶融塩２３００の液面との間で放電が発生する。溶融塩中の金属イオンＭｎ＋は、陰極放電電子によって還元され、溶融塩浴表面近傍においてＭの金属微粒子が形成される。逆円錐形状体１２１は、少なくとも表面が絶縁体で形成されているので、逆円錐形状体１２１の近傍で安全かつ安定的に陰極放電を行うことができる。
回転円盤駆動モータ部１３０が駆動され、回転円盤１２０が回転すると、生成した金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は、回転円盤１２０の下端から、逆円錐形状体１２１の斜面を伝って、斜面を上昇する。回転円盤１２０は、例えば、１００〜１０００ｒｐｍで回転させる。金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は、遠心力によって、逆円錐形状体１２１の内面を、下端から上端まで上昇する。このようにして、放電直下で形成した金属微粒子は放電直下から外部へと速やかに輸送される。この際、回転円盤１２０の浸漬深さや回転数に応じて任意の一定速度で溶融塩を輸送できるので、金属微粒子の成長を制御するのに効果的である。また、逆円錐形状体１２１の斜面の外面には突起１２７が形成されているので、金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は逆円錐形状体１２１の外では、下端から突起１２７の高さまで上昇するに留まる。この突起１２７の働きによって、金属微粒子が形成されていない領域の溶融塩を輸送することがなくなり、溶融塩の消費量が低減される。
逆円錐形状体１２１の上端まで上昇した金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は、続いて、上部つば部１２４の上面を、図４に二点鎖線の矢印で示すように、中心から外側に向かって移動する。上部つば部１２４の周縁部まで移動した金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は、遠心力によって、上部つば部１２４の周縁部から、上部つば部１２４の外方向に飛散する。飛散した金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は、壁部２１７７に衝突し、あるいは、壁部２１７７に衝突せずにそのまま、回収溝２１８３内に落下する。
回収溝２１８３内に落下した金属微粒子２３０１を含む溶融塩２３００は、金属微粒子回収路２１８１内を移動し、金属微粒子回収容器（図示せず）内に集められる。
以上のように、溶融塩輸送装置を備える金属微粒子製造装置は、溶融塩２３００を収容するＵ字形容器１１０と、上端の開口部１２２と下端の開口部１２２とを有する中空の逆円錐形状体１２１と、略鉛直方向に沿って延びる軸を中心に逆円錐形状体１２１を回転させる回転円盤駆動モータ部１３０とを備える。Ｕ字形容器１１０に収容されるのは、溶融塩２３００である。逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２は、Ｕ字形容器１１０に収容された溶融塩２３００に浸漬されている。
また、金属微粒子製造装置においては、距離調節手段の一例の液位調節手段の一例として、Ｕ字形容器１１０にオーバーフロー開口部１１１が形成されている。オーバーフロー開口部１１１は、第１実施形態と同様に、Ｕ字形容器１１０内に収容される溶融塩２３００の液位が所定の高さとなる量を超える量の溶融塩２３００を排出するためにＵ字形容器１１０に形成された、溶融塩２３００の排出口である。Ｕ字形容器１１０にオーバーフロー開口部１１１を形成し、Ｕ字形容器１１０内の液位を一定にすることによって、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２とＵ字形容器１１０に収容された溶融塩２３００の液面との距離が一定に保たれる。
また、上述の液位調節手段は、Ｕ字形容器１１０のオーバーフロー開口部１１１を通ってＵ字形容器１１０内から排出される溶融塩２３００を貯留する溶融塩貯留槽２１０と、溶融塩貯留槽２２１０内の溶融塩２３００をＵ字形容器１１０に戻す液体循環手段とを含む。液体循環手段は、第１実施形態と同様である。
また、溶融塩輸送装置を備える金属微粒子製造装置は、Ｕ字形容器１１０に収容される溶融塩２３００を加熱する加熱保温部１７０と電気炉（図示せず）を備える。このようにすることにより、金属微粒子を生成し回収するまでの間、室温よりも融点の高い溶融塩を液体状態に保つことが可能になる。
（実施例１）
本発明の液体輸送装置によって、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することができることを以下のようにして確認した。液体としては、水を用いた。
本発明の液体輸送装置によって、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することができることを以下のようにして確認した。液体としては、水を用いた。
図１のように構成される液体輸送装置１を用いて、以下の実験を行った。
Ｕ字形容器１１０のオーバーフロー開口部１１１が形成されている側の開口部から、一定速度（１．７Ｌ／ｍｉｎ）で水を供給し、オーバーフロー開口部１１１から水をオーバーフローさせることで、液面位置が保たれるようにした。一方、回転円盤１２０は、回転円盤駆動モータ部１３０に直結した駆動ギア部１３１により、回転円盤１２０の支持部１２５の外周部に設けた回転ギア部１２６を介して回転させるように構成し、昇降機構１４０を備えた台座に固定し、回転円盤１２０の回転数と、回転円盤１２０の下面と液面との距離とを、独立して制御できるように設置した。
回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１の下端から上端まで上昇し、上部つば部１２４の外周方向に輸送された水については、回転円盤１２０の外側に設置された円筒状の回収壁１５０を利用して回収して、輸送速度を求めた。
液体輸送装置１を用いて、回転円盤１２０の回転数、逆円錐形状体１２１の下端の水への浸漬深さ、逆円錐形状体１２１の斜面の水平からの傾斜角、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２の径と、回転円盤１２０からの水の輸送速度との関係について検討した。
図６は、回転円盤１２０の回転数を５００ｒｐｍ、逆円錐形状体１２１の斜面の水平からの傾斜角を５０°、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２の径を４０ｍｍとして、静止時の液面に対して逆円錐形状体１２１の下端をＵ字形容器１１０内の水３００に１．５ｍｍ浸漬させた際の、水の積算輸送量の時間変化を示したものである。
図６に示すように、水の積算輸送量は一定の割合で増加しており、液面位置を一定に保持し、さらに逆円錐形状体１２１の下端の位置を一定に保持することで、液体の輸送速度を安定的に保持し得ることができることを確認した。
図７は、回転円盤１２０の浸漬深さ（ポンプ稼働時浴面基準）と水の輸送速度との関係を示す図である。逆円錐形状体１２１の斜面の水平からの傾斜角は５０°、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２の径は４０ｍｍとした。
図７に示すように、逆円錐形状体１２１の下端の浸漬深さが増加することで、同一回転数での輸送速度が増加することが確認できた。浸漬深さが増加して、回転円盤１２０の回転を水に伝えるための接触面積が増大することで、輸送速度が増加する。また、回転円盤１２０の回転数が増加することで水の輸送速度も増加することを確認した。回転数が増加することで、水の回転方向の速度も増加して遠心力が増大するので、輸送速度が増加する。高回転数側では回転円盤１２０の回転が十分に水に伝わらないために、輸送速度の変化は緩やかになるものと考えられる。
以上の結果から、回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１の浸漬深さと回転数により、液体の輸送速度をコントロールできることを確認した。
図８は、回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１のＵ字形容器１１０内の水３００への浸漬深さを２．５ｍｍに固定した際の、逆円錐形状体１２１の斜面の水平からの傾斜角と、逆円錐形状体１２１の下端の開口部の径と、水の輸送速度との関係を示す図である。
図８に示すように、斜面傾斜角が小さいほど、また逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２の径が大きいほど、同一回転数での輸送速度が増加することが確認できた。このことは、開口部１２２の径が大きいほど回転中心までの距離が大きくなり遠心力が増大し、また斜面傾斜角が小さいほど、遠心力の斜面上方への分力が増大するので輸送速度が増加することを意味する。
以上の結果から、回転円盤１２０の斜面の傾斜角、回転円盤１２０の下端の開口部１２２の径と回転数により、液体の輸送速度をコントロールできることを確認した。
（実施例２）
本発明の液体輸送装置によって、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することができることを、液体として溶融塩を用いて以下のようにして確認した。液体輸送装置として図１のように構成される液体輸送装置１を用いて、実施例１と同様に実験した。溶融塩としては、共融組成のＬｉＣｌ―ＫＣｌを用いて、浴温は４５０℃とした。
本発明の液体輸送装置によって、一定の速度で液体を汲み上げて輸送することができることを、液体として溶融塩を用いて以下のようにして確認した。液体輸送装置として図１のように構成される液体輸送装置１を用いて、実施例１と同様に実験した。溶融塩としては、共融組成のＬｉＣｌ―ＫＣｌを用いて、浴温は４５０℃とした。
図９は、回転円盤１２０の浸漬深さ（ポンプ停止時浴面基準）と溶融塩の輸送速度との関係を示す図である。逆円錐形状体１２１の斜面の水平からの傾斜角は５０°、逆円錐形状体１２１の下端の開口部１２２の径は４０ｍｍとした。
図９に示すように、逆円錐形状体１２１の下端の浸漬深さが増加することで、同一回転数での溶融塩の輸送速度が増加することが確認できた。また、回転円盤１２０の回転数が増加することで溶融塩の輸送速度も増加することを確認した。
以上の結果から、実施例１の水の場合と同様に回転円盤１２０の逆円錐形状体１２１の浸漬深さと回転数により、溶融塩の輸送速度をコントロールできることを確認した。
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変形を含むものである。
１：液体輸送装置、１１０：Ｕ字形容器、１１１：オーバーフロー開口部、１２１：逆円錐形状体、１２２：下端の開口部、１２３：上端の開口部、１２４：上部つば部、１２７，１２７ａ：突起、１３０：回転円盤駆動モータ部、１４０：昇降機構、１７０：加熱保温部、２００：液体循環部、２１０：液体貯留槽、３００：液体、２１２０：陰極、２３００：溶融塩。
Claims (7)
- 液体を収容する容器と、
上端と下端とに開口部を有する中空の逆円錐形状体と、
略鉛直方向に沿って延びる軸を中心に前記逆円錐形状体を回転させる駆動源とを備え、
前記逆円錐形状体の下端の前記開口部は、前記容器に収容された液体に浸漬されるように配置され、さらに、
前記逆円錐形状体の下端の前記開口部と前記容器に収容された液体の液面との距離を一定に保つための距離調節手段とを備え、
前記距離調節手段は、前記逆円錐形状体の下端の前記開口部と前記容器に収容された液体の液面との距離が一定に保たれるように前記容器に収容されている液体の液位を保持する液位調節手段を含み、
前記液位調節手段は、前記容器の開口部を通って前記容器内から排出される液体を貯留する液体貯留槽と、前記液体貯留槽内の液体を前記容器に戻す液体循環手段とを含む、液体輸送装置。 - 前記容器の開口部は、前記容器内に収容される液体の液位が所定の高さとなる量を超える量の液体を排出するために前記容器に形成されたオーバーフロー開口部を含む、請求項１に記載の液体輸送装置。
- 前記距離調節手段は、前記逆円錐形状体の下端の前記開口部と前記容器に収容された液体の液面との距離が一定に保たれるように、前記容器に収容された液体の液面に対する前記逆円錐形状体の相対的な高さを調節する高さ調節手段を含む、請求項１または請求項２に記載の液体輸送装置。
- 前記容器に収容される液体を加熱する加熱部を備える、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液体輸送装置。
- 前記逆円錐形状体の外周面には、前記逆円錐形状体の径の方向に沿って延びる突起が形成されており、前記突起は、前記容器に収容された液体の液面よりも上方に配置される、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の液体輸送装置。
- 前記逆円錐形状体は、下端の前記開口部から前記逆円錐形状体の内側に向かって略水平方向に延在する下側つば部を含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液体輸送装置。
- 前記容器に収容される液体は溶融塩であり、
前記容器に収容されている溶融塩の表面近傍、かつ、前記逆円錐形状体の下端の開口部の近傍において、溶融塩よりも上方に配置される陰極を備える、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の液体輸送装置。
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