JP2001114397A

JP2001114397A - 液体の流量制御方法

Info

Publication number: JP2001114397A
Application number: JP29151699A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ichikawa; 靖典市川; Eiji Nagasawa; 英治長沢; Tetsuo Nomiyama; 徹雄野見山
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】液体の入った容器に圧力をかけて、その液体
を移送させるとき、流量を精密に制御し、且つ広範な流
量範囲に対応可能とする。【解決手段】液体供給装置１は、貯蔵タンク１１、容
器１２、送液ライン１３、及び流量制御装置１４から構
成される。圧力検出器２４により測定された圧力と、流
量検出器２８により測定された流量は信号に変換され
て、流量制御装置１４に送信される。これらの測定値を
受信した流量制御装置１４は、送液ライン１３内の流量
を、予め入力された所定値に制御するため、圧力調節装
置２０、及び開度調節装置２９へ制御信号を送信する。
これにより、貯蔵タンク１１内の圧力と、送液ライン１
３の開度が適性値に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体の流量制御に
関するものであり、特に、液体の入った容器を加圧し、
この圧力を調節することで流量を制御する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液体を取り扱う製造業では、ある容器に
入れられた液体を、別の容器へと移す際に、その液体を
高精度に制御しながら移送させたいという要求が多く有
り、このような要求に対して、従来ではポンプを使用す
る事が一般的であった。そのために、世の中には数多く
のポンプが存在する。この中には、容積式のポンプのよ
うに、それ自身が非常に精度を出せるものから、流量計
等と組み合わせて、回転数を制御することで流量制御を
行うものなど様々である。しかし、この様なポンプも様
々な欠点を有している。

【０００３】例えば、駆動シャフトなどの回転部分のシ
ール（密封）装置としては、メカニカルシール、グラン
ドシール、リップシールなど種々の方法があるが、いず
れの場合にも、完全な密封構造とすることは難しい。

【０００４】あるいは、液体の中には高価なものもあ
り、容器内に有る液体の全量を精度良く制御して、別の
容器へ送液したいという要求があるが、液体がポンプに
供給されなくなると、ポンプ出口から次工程までの配管
中は、制御しながらの送液は不可能な状態になる。

【０００５】さらに、ギヤポンプの歯車部、プランジャ
ーポンプやダイヤフラムポンプの逆止弁、スネークポン
プのローターとステーター等は回転時に接触を起こし、
破損することが多く、ポンプの多くに共通して、シール
部に摩擦が起こり、削れ屑が出やすい。

【０００６】また、殆どのポンプに共通していえること
は、高精度に制御可能な流量範囲が狭く、制御可能な最
小流量と最大流量との比を１：１０以上に広くすること
は困難である。また、大流量の送液を行う場合、ポンプ
の駆動部分の回転数を上げるしかなく、液体の種類にも
よるが、キャビテーションによる発泡等、好ましくない
現象が発生してしまう。

【０００７】また、少量多品種生産では１つのポンプで
種々の組成の液体を送らなくてはならない。しかし、シ
ール部等は洗浄性が悪く、長い時間洗浄するか、交換し
て使用するなどの対応が必要である。

【０００８】このように、ポンプは多くの問題点を抱え
つつも、制御性、応答性が良いこと、種々の型式が生産
されており、目的に合わせた選択がしやすいこと等か
ら、幅広い分野で用いられいている。

【０００９】一方、取り扱う液体の特性により、ポンプ
が使用できないものがあり、その代替手段として、液体
の入っている容器を加圧して送液する方法がある。例え
ば、特公平１−５３５７２号公報に記載されている方法
では、密閉型の通い容器に入れられた液体を、ゴミ等が
混入しないようにしながら、上述の通い容器を加圧する
ことで送液を行っている。また、特開昭６２−３８２３
２号公報に記載されている方法では、クリーンルーム等
における薬品の送液方法に加圧手段を用いている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような加圧手段を用いた流量制御方法は、単にポンプ
の代替手段としてのものであり、ポンプよりも優位性が
有るために用いられた訳ではない。というのも気体には
圧縮性があり、その制御が難しいからである。そこで、
上述したようなポンプの欠点を改善するとともに、さら
にポンプよりも優位性を持つ、加圧手段による液体の流
量制御方法が望まれている。

【００１１】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、高精度の流量制御が可能であること、容器内に存在
する液体の全量を流量制御しながら別の容器へ送液する
こと、幅広い流量範囲に対応すること、及び液体にかけ
る圧力が低圧でも作動することが可能な、加圧手段によ
る液体の流量制御方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の液体の流量制御方法では、液体の存在する
貯蔵容器に圧力をかけて前記液体を別容器に移送させる
とき、前記貯蔵容器内の圧力と、前記貯蔵容器から前記
別容器へと前記液体を移送する送液ラインの開度とを調
節することにより、前記液体の流量を制御している。

【００１３】前記液体の流量は、前記貯蔵容器に設けら
れ、貯蔵容器内の圧力を測定し、測定値を信号に変換す
る圧力検出器と、前記貯蔵容器に設けられ、前記貯蔵容
器内の圧力を調節する圧力調節装置と、前記送液ライン
の途中に設けられ、送液ラインの流量を測定し、測定値
を信号に変換する流量検出器と、前記送液ラインの途中
に設けられ、前記送液ラインの開度を調節する開度調節
装置と、前記圧力検出器、及び前記流量検出器から受信
した圧力、及び流量の測定値に基づいて、所定の流量に
制御されるように、前記圧力調節装置、及び前記開度調
節装置を制御して、前記圧力、及び前記開度を調節する
流量制御装置によって制御されている

【００１４】また、前記開度調節装置は、前記送液ライ
ンの途中に設けられ、送液ラインの断面積を可変的に増
減させる開度調節弁と、その開度調節弁を駆動する駆動
手段とから構成されることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の液体の流量制御
方法を適用した液体供給装置を示す模式図である。液体
供給装置１は、液体が入っている貯蔵タンク１１と、そ
の液体が送液される容器１２と、貯蔵タンク１１から容
器１２まで液体を送液する送液ライン１３と、流量制御
装置１４とから構成される。

【００１６】貯蔵タンク１１には、圧力調節装置２０が
設けられており、圧力調節装置２０は、圧力タンク２１
と圧力調節弁２２とから構成されている、圧力タンク２
１は、圧力調節弁２２を介して貯蔵タンク１１に接続さ
れており、圧力調節弁２２の開度を調整することによ
り、貯蔵タンク１１内の圧力を所定の値に調節すること
ができる。

【００１７】圧力調節装置２０としては、現在市販され
ているものは各社特徴があり、非常に応答速度の早いも
のもあれば、比較的ゆっくり立ちあがるものもある。比
較的ゆっくり立ち上がるものは、予め添加開始前に所定
圧力に設定することも可能であり、立ち上がりが非常に
早いものは、添加開始信号と同時に加圧することも可能
である。

【００１８】また、貯蔵タンク１１には、攪拌装置２
３、及び圧力検出器２４が備えられている。攪拌装置２
３は回転ブレード２６をモーターにより回転させ、貯蔵
されている液体が全体に均一になるように攪拌する。

【００１９】送液ライン１３の一端は、貯蔵タンク１１
の底弁１１ａに、他端は、容器１２の上方に接続されて
おり、その途中には、貯蔵タンク１１側から容器１２側
に向かって順番に、配管内圧検出器２７、流量検出器２
８、開度調節装置２９が設けられている。

【００２０】流量検出器２８としては、精密な流量測定
が可能で、なおかつ測定した流量を信号に変換して、リ
アルタイムで送信可能なものであればよく、例えば電磁
流量計、質量流量計、超音波流量計、及びオーバル流量
計等がよい。一般的に流量計は、精度が保証されている
測定範囲が、最小流量と最大流量との比で１：５〜１０
程度であり、本発明が求める１：１０以上の流量範囲に
対応するには、流量範囲の異なる複数の流量計を用意
し、必要に応じて交換すれば良い。

【００２１】圧力検出器２４により測定された圧力と、
流量検出器２８により測定された流量は信号に変換され
て、流量制御装置１４に送信される。これらの測定値を
受信した流量制御装置１４は、送液ライン１３の流量
を、予め入力された所定値に制御するため、前記圧力と
流量の測定値に応じて、貯蔵タンク１１内の圧力と、送
液ライン１３の開度の適性値をそれぞれ導き出し、圧力
調節装置２０、及び開度調節装置２９に送信する。

【００２２】圧力調節装置２０及び開度調節装置２９
は、流量制御装置１４から受信した値に合わせるよう
に、圧力調節弁２２の開度、及び送液ライン１３の開度
を調節する。

【００２３】開度調節装置２９としては、図２の要部断
面図で示す、電動機制御型の開度調節弁を有するものを
使用してもよい。開度調節装置２９は、開度調節弁３
６、弁箱３８、サーボモータ３９、リードスクリュー４
０、移動部材４１、及びガイド軸４２とから構成されて
いる。流量制御装置３１の信号を受けてサーボモータ３
９が駆動し、リードスクリュー４０を回動させる。リー
ドスクリュー４０が回転されることにより移動部材４１
が、ガイド軸４２の軸心方向に沿って上下に移動する。
開度調節弁２９は、弁軸４３を介して移動部材４１に固
定されている。これにより、サーボモータ３９がリード
スクリュー４０を回転させると、開度調節弁３６が昇降
する。開度調節弁３６は、円錐形状の弁頭４４、及びそ
の弁頭４４の周縁に形成される弁当り面４５から構成さ
れる。

【００２４】弁箱３８には、弁入口３８ａ，及び弁出口
３８ｂが設けられている。この弁入口３８ａ及び弁出口
３８ｂが送液ライン１６、又は１７の途中に接続され、
送液されてきた液体は、弁入口３８ａから弁箱３８内に
入り、弁出口３８ｂから出ていく。開度調節弁３６が上
方に行くほど、弁箱３８内を流れる液体の流量が大きく
なり、下方に行くと流量が小さくなる。また、弁閉鎖時
には、弁当り面４５が弁座３８ｃにしっかりと当接し
て、弁出口３８ｂ側への流れを停止する。なお、このよ
うな電動器制御型の開度調節弁については、例えば特開
昭６４−３５０９０号公報に詳しく説明されている。

【００２５】

【実施例】本実施例では、図１で示す液体供給装置１に
おいて、貯蔵タンク１１として３００ｌの容量を持つも
のを使用し、送液される液体として、粘度２０ｃｐの高
分子水溶液を使用する。なお、この高分子水溶液には、
容器や配管等への付着を防止するための界面活性剤が添
加されている。また、圧力調節弁２２としては東京精密
株式会社製のサーボ弁（Ｐ０７６−１０３）を使用し、
流量検出器２８としては横河電機製の電磁流量計を使用
したが、広範な流量範囲では精度が保証されていないた
め、予め入力する流量の設定値を考慮して、メーカーの
カタログ値で保証されている精度保証範囲内で最適な型
式の流量計を選択し、必要に応じて交換した。

【００２６】以上の構成の液体供給装置１を使用して、
液体を精密に計量して送液することが可能な流量範囲の
限界について調査する。流量範囲の限界を調べるために
は、先ず、上述した高分子水溶液の代わりに、貯蔵タン
ク１１内に水を満たし、圧力調節弁２２の開度を調節
し、貯蔵タンク１１に、４９ｋＰａの圧力をかけたと
き、流量検出器２８が示す流量が１ｌ／ｍｉｎとなるよ
うな開度調節装置２９の開度を事前に調べておく。以
下、このように、実際の送液を開始する前に、貯蔵タン
ク１１内の圧力を所定値に設定し、送液ライン１３内に
水を流したとき、流量検出器２８が示す流量が所定値に
なるような、開度調節装置２９の開度を基準開度とす
る。

【００２７】次に、開度調節装置２９の開度を、前述し
た圧力４９ｋＰａ、流量１ｌ／ｍｉｎのときの基準開度
にするとともに、貯蔵タンク１１内の圧力が４９ｋＰａ
となるように圧力調節弁２２の開度を調整し、攪拌装置
２３を始動させ、さらに、貯蔵タンク１１の底弁１１ａ
を開放して、容器１３内へ高分子水溶液を送る。このと
き、流量検出器２８が測定した瞬時流量値と、基準開度
の流量値（１ｌ／ｍｉｎ）との差は、±０．４８％以内
というものである。この差の値が小さい程、液体供給装
置１において流量が精密に制御されていることになり、
この場合十分な精度であるといえる。

【００２８】このようにして、基準開度の流量値の設定
を上げていき（圧力値は４９ｋＰａで固定する。）、そ
れに合わせて開度調節装置２９の開度を徐々に開放し
て、容器１３への送液を続けていくことにする。また、
その都度、基準開度の流量値と、流量検出器２８で測定
した瞬時流量値とを比較する。そうしていくと、これ以
上開度を開放しても、送液ライン１３を構成する配管自
体が抵抗となり、流量が増加しない領域となった。この
ときの限界の基準開度での流量値と、瞬時流量値との差
は±１％以内であり、まだ精度的には余裕がある。

【００２９】さらに、制御可能な流量値の上限を調べて
いくために、圧力が４９ｋＰａのままでは流量が増加し
ないので、開度調節装置２９を上述した限界の基準開度
に固定し、さらに圧力の設定を上げていくことにする。
これによって、基準開度の流量値と、流量検出器２８の
示す測定値との差が±１％以内となる限界の流量値を調
べる。この結果、２１５．６ｋＰａの圧力をかけ、４
８．３ｌ／ｍｉｎとなるときが限界であった。

【００３０】以上の調査結果により、本発明の液体供給
装置は、制御可能な流量範囲の最低流量が１ｌ／ｍｉ
ｎ、最大流量が４８．３ｌ／ｍｉｎとなり、約１：４８
という非常に広範な設定で、液体の添加流量制御が可能
である。

【００３１】次に第２の実施例について説明する。本実
施例では図１で示す液体供給装置１において、貯蔵タン
ク１１として３００ｌの容量を持つものを使用し、送液
される液体として、粘度２０ｃｐの高分子水溶液を使用
する。なお、この高分子水溶液には、容器や配管等への
付着を防止するための界面活性剤が添加されている。ま
た、圧力調整弁２２としては東京精密株式会社製のサー
ボ弁（Ｐ０７６−１０３）を使用し、流量検出器２８と
してはオーバル流量計を使用する。また、流量制御装置
１４としては、山武製のワンループコントローラーを使
用する。この流量制御装置１４は、送液開始時の流量パ
ターン、定常時の瞬時流量精度、送液終了時の流量パタ
ーン、及びトータル送液量等の設定を予め入力して制御
するものである。

【００３２】以上の構成の液体供給装置１を使用して、
上記第１の実施例と同様に、事前に開度調節装置２９の
開度の設定を行い、１４７ｋＰａの圧力をかけ２０ｌ／
ｍｉｎの流量となるときの基準開度にする。この状態で
送液を開始し、流量が安定化するまでの立ち上がり時
間、流量が安定してからの定常状態、及び送液終了時の
流量安定性を確認する。

【００３３】底弁１１ａを開いて、流量検出器２８の測
定値が０〜２０ｌ／ｍｉｎまで立ち上がるのにかかる時
間は、従来のポンプを用いた液体供給装置と同等か、そ
れより短い時間であった。そして、流量が一定に定まっ
たときの瞬時流量値と、基準開度の流量値（２０ｌ／ｍ
ｉｎ）との差は、±０．６％以内というものであり、非
常に安定した流れが得られた。

【００３４】送液終了直前、流量検出器２８の測定値は
約２％減少したが、これは、既に貯蔵タンク１１内の液
体が全て無くなり、送液ライン１３中に残った液体が通
過しているときの値である。そして、送液終了後、内
壁、回転シャフト２６等に付着した分以外は、貯蔵タン
ク１１、及び送液ライン１３内に残った液体は無かっ
た。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、液体の
存在する貯蔵容器に圧力をかけ、前記液体を別容器に移
送する際に、前記貯蔵容器の圧力と、前記液体を送液す
る送液ラインの開度とを調節することにより、高精度の
流量制御が可能であるとともに、広範な流量範囲で制御
することが可能になる。さらに、液体によっては気泡の
混入を抑えるために、キャビテーションの発生しない低
圧で送液しなければならないものもあるが、本発明で
は、流量制御する方法を、圧力と開度という２種類の調
節手段で行っているため、このような場合、貯蔵容器に
かける圧力を低圧で固定し、送液ラインの開度を調節す
ることにより流量を制御することが可能である。あるい
は、ポンプによる送液の場合、液体がポンプに送液され
なくなると、配管中に液体が残ってしまうことがある
が、本発明の場合、貯蔵容器内にある液体が全て別容器
に送液されるまで圧力をかけつづけることにより、全量
を流量制御して送液することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した液体供給装置を示す模式図で
ある。

【図２】送液ラインの開度を調節する開度調節装置を示
す要部断面図である。

【符号の説明】

１１貯蔵タンク１１ａ，底弁１２容器１３送液ライン２０圧力調節装置２１圧力タンク２２圧力調節弁２３攪拌装置２４圧力検出器２８流量検出器２９開度調節装置３１流量制御装置３６開度調節弁３８弁箱３９サーボモータ４０リードスクリュー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野見山徹雄神奈川県南足柄市中沼210番地富士写真フイルム株式会社内Ｆターム(参考） 3E083 AA20 4F042 BA06 BA12 CA01 CB03 CB07 CB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体の存在する貯蔵容器に圧力をかけて
前記液体を別容器に移送させるとき、前記貯蔵容器内の
圧力と、前記貯蔵容器から前記別容器へと前記液体を移
送する送液ラインの開度とを調節することにより、前記
液体の流量を制御する液体の流量制御方法。
【請求項２】前記液体の流量は、前記貯蔵容器に設け
られ、貯蔵容器内の圧力を測定し、測定値を信号に変換
する圧力検出器と、前記貯蔵容器に設けられ、前記貯蔵
容器内の圧力を調節する圧力調節装置と、前記送液ライ
ンの途中に設けられ、送液ラインの流量を測定し、測定
値を信号に変換する流量検出器と、前記送液ラインの途
中に設けられ、前記送液ラインの開度を調節する開度調
節装置と、前記圧力検出器、及び前記流量検出器から受
信した圧力、及び流量の測定値に基づいて、所定の流量
に制御されるように、前記圧力調節装置、及び前記開度
調節装置を制御して、前記圧力、及び前記開度を調節す
る流量制御装置によって制御されることを特徴とする請
求項１記載の液体の流量制御方法。
【請求項３】前記開度調節装置は、前記送液ラインの
途中に設けられ、送液ラインの断面積を可変的に増減さ
せる開度調節弁と、その開度調節弁を駆動する駆動手段
とから構成されることを特徴とする請求項２記載の液体
の流量制御方法。