特許 7299614 流体移送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-20

(45)【発行日】2023-06-28

(54)【発明の名称】流体移送装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/00 20060101AFI20230621BHJP

   G01N 31/00 20060101ALN20230621BHJP

【ＦＩ】

G01N1/00 101F

G01N31/00 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019155163

(22)【出願日】2019-08-28

(65)【公開番号】P2021032783

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-07-06

(73)【特許権者】

【識別番号】391028188

【氏名又は名称】株式会社アナテック・ヤナコ

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松岡 信夫

(72)【発明者】

【氏名】西田 健太

(72)【発明者】

【氏名】片山 光一

(72)【発明者】

【氏名】郭 翔

(72)【発明者】

【氏名】羽谷 信治

(72)【発明者】

【氏名】菅原 光明

【審査官】三木 隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１９９９３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３３３４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１０２１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１０３６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１５３６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１３５８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３１５９４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／００

Ｇ０１Ｎ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管に接続されたポンプが作動することによって所定量の流体を該配管内の目標位置まで移送する流体移送装置であって、
移送中の前記流体の先端および末端を検知する流体検知部と、
前記流体検知部が前記先端を検知してから前記末端を検知するまでの通過時間と、前記流体検知部と前記目標位置との位置関係とに基づいて前記ポンプを停止させる制御部と、
を備え、
前記配管は、前記ポンプに接続された第１部分と、前記第１部分の上流側に位置する第２部分と、前記第２部分の上流側に位置する第３部分とを有し、
前記第２部分は、発熱体の周囲に巻かれており、
前記目標位置は、前記第２部分内にあり、
前記流体検知部は、前記第３部分に設けられている
ことを特徴とする流体移送装置。

【請求項2】

前記配管内における前記流体の長さをＬｆ、前記目標位置において停止したときの前記流体の前記先端と前記流体検知部との間の移送距離をＬｂ、前記通過時間をΔＴとしたとき、前記制御部は、前記流体検知部によって移送中の前記流体の前記先端が検知されてから式“Ｌｂ×ΔＴ／Ｌｆ”で求めた時間が経過したときに前記ポンプを停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の流体移送装置。

【請求項3】

前記配管内における前記流体の長さをＬｆ、前記目標位置において停止したときの前記流体の前記末端と前記流体検知部との間の移送距離をＬｔ、前記通過時間をΔＴとしたとき、前記制御部は、前記流体検知部によって移送中の前記流体の前記末端が検知されてから式“Ｌｔ×ΔＴ／Ｌｆ”で求めた時間が経過したときに前記ポンプを停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の流体移送装置。

【請求項4】

前記配管は、透光性を有し、
前記流体検知部は、前記配管を挟んで対向配置された投光器および受光器を有し、
前記投光器は、前記受光器に向けて所定光量の検知光を出力し、
前記受光器は、到達した前記検知光の光量の変化に基づいて移送中の前記流体の前記先端および前記末端を検知する
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の流体移送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配管に接続されたポンプが作動することによって所定量の流体を該配管内の目標位置まで移送する流体移送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、各種測定装置において、試料としての各種流体を配管内の目標位置まで移送するために流体移送装置が使用されている。例えば、特許文献１に記載された湿式全有機炭素測定装置は、有機炭素成分を含む試料と、炭素成分を除去した酸溶液および酸化剤溶液とを反応槽内で混合および加熱し、これにより生じた二酸化炭素の濃度を赤外線ガス分析計で分析するように構成されているが、混合と加熱を別の場所で行う場合もあり、このような場合に流体移送装置が使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６３－１７３９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、発熱体の周囲に巻かれた配管内で上記の加熱を行う場合は、配管内に設定された目標位置からずれた位置に試料等の混合液（流体）を移送してしまうと、昇温とこれに伴う二酸化炭素の発生を意図した通りに行うことができなくなる。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、所定量の流体を配管内の目標位置に精度良く移送することができる流体移送装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係る流体移送装置は、配管に接続されたポンプが作動することによって所定量の流体を該配管内の目標位置まで移送する流体移送装置であって、目標位置の上流側において配管に設けられ、移送中の流体の先端および末端を検知する流体検知部と、流体検知部が先端を検知してから末端を検知するまでの通過時間と、流体検知部と目標位置との位置関係とに基づいてポンプを停止させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0007】

上記流体移送装置の制御部は、流体検知部によって移送中の流体の先端が検知されてから式“Ｌｂ×ΔＴ／Ｌｆ”で求めた時間が経過したときにポンプを停止させてもよいし、流体検知部によって移送中の流体の末端が検知されてから式“Ｌｔ×ΔＴ／Ｌｆ”で求めた時間が経過したときにポンプを停止させてもよい。ただし、Ｌｆは配管内における流体の長さであり、Ｌｂは目標位置において停止したときの流体の先端と流体検知部との間の移送距離であり、Ｌｔは目標位置において停止したときの流体の末端と流体検知部との間の移送距離であり、ΔＴは通過時間である。

【0008】

上記流体移送装置は、配管が透光性を有し、流体検知部が配管を挟んで対向配置された投光器および受光器を有し、投光器が受光器に向けて所定光量の検知光を出力し、受光器が到達した検知光の光量の変化に基づいて移送中の流体の先端および末端を検知する、との構成を有していてもよい。

【0009】

また、上記流体移送装置は、配管が、ポンプに接続された第１部分と、第１部分の上流側に位置する第２部分と、第２部分の上流側に位置する第３部分とを有し、第２部分が発熱体の周囲に巻かれ、目標位置が第２部分内にあり、流体検知部が第３部分に設けられている、との構成を有していてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、所定量の流体を配管内の目標位置に精度良く移送することができる流体移送装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る流体移送装置が組み込まれた湿式全有機炭素測定装置の主要部を示す図である。

【図2】本発明の第１実施例に係る流体移送装置を示す図である。

【図3】本発明の第２実施例に係る流体移送装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る流体移送装置の実施例について説明する。なお、以下では、湿式全有機炭素測定装置に組み込んだ例について説明するが、本発明に係る流体移送装置は、他の装置に組み込んで使用されてもよい。

【0013】

［湿式全有機炭素測定装置］
まず、図１を参照しながら、湿式全有機炭素測定装置１０について説明する。湿式全有機炭素測定装置１０は、試料中の全有機炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）の濃度を周期的に測定するための自動測定装置であって、試料貯留部１１と、洗浄水貯留部１２と、酸溶液貯留部１３と、酸化剤溶液貯留部１４と、混合部１５と、加熱部１６と、除湿部１７と、二酸化炭素検出部１８と、廃液貯留部１９とを備えている。

【0014】

試料貯留部１１は、試料としての水を貯めたタンクである。試料貯留部１１には、有機炭素を含んでいると見込まれる水が不図示の流量調整バルブを介して導かれる。

【0015】

洗浄水貯留部１２は、試料が通過する配管の内壁およびバルブの接液部、並びに混合部１５の内部を洗浄するための洗浄水を貯めたタンクである。洗浄水としては、通常、水道水を使用する。洗浄水は、低濃度測定を行う際に試料を希釈する希釈水として使用することもできる。この場合は、洗浄水として、例えば、イオン交換法により得られたイオン交換水や逆浸透膜を用いる濾過により得られたＲＯ水等の純水を使用することができる。

【0016】

酸溶液貯留部１３は、無機炭素を除去するための酸溶液を貯めた保存容器である。酸溶液に含まれる酸としては、例えば、硫酸、塩酸およびリン酸等の無機酸を使用することができる。酸の濃度は、試料のｐＨを十分に低下させることができるように予め調整されている。

【0017】

酸化剤溶液貯留部１４は、酸化剤溶液を貯めた保存容器である。酸化剤溶液に含まれる酸化剤としては、例えば、過硫酸ナトリウムおよび過硫酸カリウムを使用することができる。酸化剤の濃度は、試料中の有機炭素を十分に酸化させることができるように予め調整されている。

【0018】

混合部１５は、適当なバルブを介して試料貯留部１１、洗浄水貯留部１２、酸溶液貯留部１３および酸化剤溶液貯留部１４に接続された容器である。ここでは、所定量の試料と、酸溶液貯留部１３に貯められた所定量の酸溶液と、酸化剤溶液貯留部１４に貯められた所定量の酸化剤溶液とが混合される。混合部１５は、後述する加熱部１６、除湿部１７および廃液貯留部１９にも接続されている。

【0019】

加熱部１６は、発熱体４０と、２つのバルブ４１，４２と、バルブ４１，４２を閉じることにより密閉される配管３１とを含むオートクレーブである。加熱部１６は、配管３１内に閉じ込めた混合液（試料、酸溶液および酸化剤溶液を混合したもの）を発熱体４０によって加熱することにより、試料中の有機炭素を酸化させ、二酸化炭素を生じさせる。

【0020】

除湿部１７は、二酸化炭素検出部１８に送られる試料ガス中の水分を捕集するミストキャッチャーである。試料ガスには、加熱部１６で生じた二酸化炭素が含まれている。

【0021】

二酸化炭素検出部１８は、試料ガス中の二酸化炭素の量を検出する赤外線ガス分析計である。試料ガスに含まれる二酸化炭素の量を検出することは、試料中のＴＯＣの濃度を測定することと等価である。

【0022】

廃液貯留部１９は、混合部１５内の残留液を廃液として貯めるタンクである。

【0023】

湿式全有機炭素測定装置１０は、さらに、二酸化炭素除去部２０と、第１ポンプ２１と、第２ポンプ２２と、流体検知部５０と、制御部５１とを備えている。ただし、制御部５１は、図１には示されていない。

【0024】

二酸化炭素除去部２０は、二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去管である。二酸化炭素除去管は、二酸化炭素を吸収する吸収剤としてソーダライムを備えている。

【0025】

第１ポンプ２１は、チューブポンプ（しごきポンプともいう）であり、配管（例えば、配管３０等）内の空気を吸引する吸引動作と、配管（例えば、配管３０等）内に空気を送り込む吐出動作とを行うことができる。これら２つの動作は、二酸化炭素除去部２０を介して行われる。

【0026】

第２ポンプ２２は、電磁式エアポンプであり、配管（例えば、配管３０等）内に空気を送り込む吐出動作を行うことができる。この動作も、二酸化炭素除去部２０を介して行われる。

【0027】

流体検知部５０は、混合部１５と加熱部１６とを接続する配管３２を挟んで対向配置された投光器５０ａおよび受光器５０ｂからなる（図２および図３参照）。投光器５０ａは、受光器５０ｂに向けて所定光量の検知光を出力する。また、受光器５０ｂは、到達した検知光の光量の変化に基づいて、投光器５０ａおよび受光器５０ｂの間を通過する混合液の先端および末端を検知する。

【0028】

制御部５１は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）からなる。制御部５１は、流体検知部５０の検知結果に基づいて、少なくとも第１ポンプ２１の動作を制御する。

【0029】

湿式全有機炭素測定装置１０は、以下に示す手順（１）～（１１）により試料中のＴＯＣの濃度を測定し、測定の結果を出力する。
（１）第２ポンプ２２の吐出動作により、二酸化炭素除去部２０を介して、各部（各配管、混合部１５、加熱部１６、除湿部１７および二酸化炭素検出部１８等）にゼロガスを送り、これらの内部をゼロガスで置換する。
（２）第１ポンプ２１の吸引／吐出動作により、所定量の試料を混合部１５に送る。
（３）第１ポンプ２１の吸引／吐出動作により、所定量の酸溶液を混合部１５に送る。
（４）第１ポンプ２１の吐出動作により、二酸化炭素除去部２０および加熱部１６を経由して混合部１５に空気を導入し、所定時間のバブリングを行って無機炭素を除去する。
（５）第１ポンプ２１の吸引／吐出動作により、所定量の酸化剤溶液を混合部１５に送る。
（６）第１ポンプ２１の吸引動作により、混合部１５内の混合液の全部を配管３１内の目標位置に移送する。このとき、バルブ４１，４２は開いている。
（７）バルブ４１，４２を閉じ、配管３１を密閉する。
（８）発熱体４０を昇温させて、混合液を加熱および加圧する。
（９）バルブ４１，４２を開け、配管３１を開放する。
（１０）第１ポンプ２１の吐出動作により、加熱により生じた配管３１内の二酸化炭素を含む試料ガスを混合部１５および除湿部１７を経由して二酸化炭素検出部１８に送る。
（１１）二酸化炭素検出部１８により、試料ガス中の二酸化炭素の量を検出する。

【0030】

［流体移送装置（第１実施例）］
続いて、図２を参照しながら、第１ポンプ２１と、配管３０，３１，３２と、流体検知部５０と、制御部５１とを備えた本発明の第１実施例に係る流体移送装置について説明する。

【0031】

配管３０は、第１ポンプ２１と混合部１５とを接続する配管の第１部分であり、下流側の端部が第１ポンプ２１に接続され、上流側の端部がバルブ４２に接続されている。

【0032】

配管３１は、第１ポンプ２１と混合部１５とを接続する配管の第２部分であり、下流側の端部がバルブ４２に接続され、上流側の端部がバルブ４１に接続されている。配管３１は、その長さ方向のほぼ中央に位置する被加熱部分３３が発熱体４０の周囲に巻かれている。

【0033】

配管３２は、第１ポンプ２１と混合部１５とを接続する配管の第３部分であり、下流側の端部がバルブ４１に接続され、上流側の端部が混合部１５に接続されている。配管３２の途中には、流体検知部５０を構成する投光器５０ａおよび受光器５０ｂが設けられている。

【0034】

配管３２は、少なくとも投光器５０ａおよび受光器５０ｂに挟まれた部分が透光性を有する素材で構成されている。これにより、受光器５０ｂは、投光器５０ａが出力した検知光を受光することができる。

【0035】

本実施例では、配管３１の被加熱部分３３の長さが２００ｃｍ（１００ｃｍ＋１００ｃｍ）であり、被加熱部分３３の上流側の端部と流体検知部５０との間の距離（移送距離）が１１０ｃｍである。また、本実施例では、混合液Ｍの移送先（目標位置Ｍ’）が被加熱部分３３の中央に設定されている。

【0036】

また、本実施例では、配管３１，３２の内径が３ｍｍφである。このため、混合液Ｍの量が１０ｍｌである場合、配管３１，３２内における混合液Ｍの長さは１４０ｃｍとなる。なお、配管３０の内径は、３ｍｍφであってもよいし、３ｍｍφでなくてもよい。

【0037】

第１ポンプ２１が吸引動作を行うと、混合液Ｍが配管３２内を下流側に向かって移送される。そして、投光器５０ａと受光器５０ｂとの間を混合液Ｍの先端Ｍｂが通過すると、受光器５０ｂに到達する検知光の光量が変化（減少）し、これにより、流体検知部５０は、混合液Ｍの先端Ｍｂを検知する。なお、受光器５０ｂに到達する検知光の光量が減少するのは、検知光が混合液Ｍによって屈折させられて受光器５０ｂに到達しなくなるからである。

【0038】

引き続き第１ポンプ２１が吸引動作を行うと、混合液Ｍが配管３２内を下流側に向かってさらに移送される。そして、投光器５０ａと受光器５０ｂとの間を混合液Ｍの末端Ｍｔが通過すると、受光器５０ｂに到達する検知光の光量が再び変化（増加）し、これにより、流体検知部５０は、混合液Ｍの末端Ｍｔを検知する。なお、受光器５０ｂに到達する検知光の光量が増加するのは、検知光が混合液Ｍによって屈折させられなくなるからである。

【0039】

制御部５１は、流体検知部５０の検知結果に基づいて、混合液Ｍの移送速度を求める。例えば、流体検知部５０が混合液Ｍの先端Ｍｂを検知してから末端Ｍｔを検知するまでの時間、すなわち混合液Ｍの通過時間が５秒であった場合、制御部５１は、“１４０／５”の計算により移送速度が２８ｃｍ／秒であることを求める。

【0040】

次いで、制御部５１は、流体検知部５０と目標位置Ｍ’との位置関係に基づいて、第１ポンプ２１を停止させる。例えば、制御部５１は、流体検知部５０が混合液Ｍの先端Ｍｂを検知してから“２８０／２８”の計算により求めた１０秒が経過したときに第１ポンプ２１を停止させる。これにより、停止した混合液Ｍの先端Ｍｂと目標位置Ｍ’の先端Ｍｂ’とが重なる。

【0041】

まとめると、配管３１，３２内における混合液Ｍの長さをＬｆ、目標位置Ｍ’の先端Ｍｂ’と流体検知部５０（５０ａ，５０ｂ）との間の移送距離をＬｂ、通過時間をΔＴとしたとき、制御部５１は、流体検知部５０（５０ａ，５０ｂ）によって移送中の混合液Ｍの先端Ｍｂが検知されてから式“Ｌｂ×ΔＴ／Ｌｆ”で求めた時間が経過したときに第１ポンプ２１を停止させる。

【0042】

このように、本実施例に係る流体移送装置によれば、所定量の混合液Ｍを目標位置Ｍ’に精度良く移送することができる。第１ポンプ２１の吸引能力が温度変化または経年劣化により変化したとしても、移送精度が低下することはない。また、チューブポンプは、交換されたチューブが馴染むまでの間は吸引能力が安定しないことが知られているが、本発明によれば、この間も移送精度が低下することはない。

【0043】

［流体移送装置（第２実施例）］
続いて、図３を参照しながら、本発明の第２実施例に係る流体移送装置について説明する。本実施例に係る流体移送装置は、制御部５１による計算が第１実施例と異なっているが、他の点については第１実施例と共通している。

【0044】

すなわち、第２実施例における制御部５１は、流体検知部５０の検知結果に基づいて、混合液Ｍの移送速度を算出する。例えば、流体検知部５０が混合液Ｍの先端Ｍｂを検知してから末端Ｍｔを検知するまでの時間、すなわち混合液Ｍの通過時間が５秒であった場合、制御部５１は、“１４０／５”の計算により移送速度が２８ｃｍ／秒であることを求める。

【0045】

次いで、第２実施例における制御部５１は、流体検知部５０と目標位置Ｍ’との位置関係に基づいて、第１ポンプ２１を停止させる。例えば、制御部５１は、流体検知部５０が混合液Ｍの末端Ｍｔを検知してから“１４０／２８”の計算により求めた５秒が経過したときに第１ポンプ２１を停止させる。これにより、停止した混合液Ｍの末端Ｍｔと目標位置Ｍ’の末端Ｍｔ’とが重なる。

【0046】

まとめると、配管３１，３２内における混合液Ｍの長さをＬｆ、目標位置Ｍ’の末端Ｍｔ’と流体検知部５０（５０ａ，５０ｂ）との間の移送距離をＬｔ、通過時間をΔＴとしたとき、第２実施例における制御部５１は、流体検知部５０（５０ａ，５０ｂ）によって移送中の混合液Ｍの末端Ｍｔが検知されてから式“Ｌｔ×ΔＴ／Ｌｆ”で求めた時間が経過したときに第１ポンプ２１を停止させる。

【0047】

本実施例に係る流体移送装置によれば、第１実施例と同様の作用効果が得られる。

【0048】

［変形例］
本発明に係る流体移送装置の構成は、上記第１実施例および第２実施例の構成に限定されない。例えば、本発明に係る流体移送装置は、湿式全有機炭素測定装置以外の装置に組み込んで使用されてもよい。また、本発明に係る流体移送装置は、任意の流体を移送するために使用されてもよい。また、本発明に係る流体移送装置は、非光学的な手段で流体の先端および末端を検知するように構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0049】

１０ 湿式全有機炭素測定装置
１１ 試料貯留部
１２ 洗浄水貯留部
１３ 酸溶液貯留部
１４ 酸化剤溶液貯留部
１５ 混合部
１６ 加熱部
１７ 除湿部
１８ 二酸化炭素検出部
１９ 廃液貯留部
２０ 二酸化炭素除去部
２１ 第１ポンプ
２２ 第２ポンプ
３０ 配管（第１部分）
３１ 配管（第２部分）
３２ 配管（第３部分）
４０ 発熱体
４１ バルブ
４２ バルブ
５０ 流体検知部
５０ａ 投光器
５０ｂ 受光器
５１ 制御部
Ｍ 混合液
Ｍ’ 目標位置

【図1】

【図2】

【図3】