JP2007113522A

JP2007113522A - Pump device

Info

Publication number: JP2007113522A
Application number: JP2005307285A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Fukumoto; 信夫福本; Masaru Kondo; 賢近藤
Original assignee: KYOTO KUROMATO KK; YMC Co Ltd
Current assignee: KYOTO KUROMATO KK; YMC Co Ltd
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a syringe pump of a simple structure not requiring change-over of flow passage between a suction flow passage and a delivery flow passage by a solenoid valve or the like. <P>SOLUTION: This pump device 1 includes a plunger 20 and a cylinder 10. A communication hole 24 communicating with a longitudinal direction is formed on the plunger. Transfer medium is sucked through the hole when the plunger moves backward, and the transfer medium is delivered through a delivery port 11 formed on a plunger forward direction rear end surface of the cylinder when the plunger moves forward. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポンプ装置に関し、殊に、マイクロリアクタに使用されるシリンジポンプに関する。 The present invention relates to a pump device, and more particularly to a syringe pump used in a microreactor.

近年、化学品や医薬品をはじめとする様々な合成反応を実施する分野で、従来のバッチ式で行っていた合成反応を微小空間内で連続的に行う製造設備であるマイクロリアクタが注目されている。
このマイクロリアクタは、微小空間で反応を実施することから、熱効率が高いこと、反応率が高いこと、小規模装置を実現できること、省資源合成が可能なこと、ラボスケールからプラントスケールまでの移行がリアクターの並列設置により実現できること、などが特徴として挙げられる。このような特徴から、従来のバッチ式の合成装置では実現できない、新規な機能の素材合成が可能であるのではないかということでも注目されている。 In recent years, in a field where various synthetic reactions including chemicals and pharmaceuticals are performed, a microreactor, which is a manufacturing facility for continuously performing a synthetic reaction performed in a conventional batch system in a minute space, has attracted attention.
Since this microreactor performs the reaction in a very small space, it has a high thermal efficiency, a high reaction rate, a small scale device, a resource-saving synthesis, and a transition from lab scale to plant scale. It can be realized by installing them in parallel. Because of these characteristics, attention is also focused on whether it is possible to synthesize materials with new functions that cannot be realized with conventional batch-type synthesis apparatuses.

マイクロリアクタの基本的なシステムは、原料G１,G２，・・・を供給するためのポンプP１，P2，・・・と、これらの原料を混合するマイクロミキサMM、混合した原料を所定の時間（反応時間に相当する時間）マイクロ空間内に滞留させる滞留時間ユニットRTUとから構成される。そして、実生産（スケールアップ）は、マイクロミキサMM及び滞留時間ユニット、場合によりポンプなどを、所望の生産量を賄える規模になるよう数を増やすことで対応する。これをナンバリングアップと呼ぶ。 The basic system of the microreactor includes pumps P1, P2,... For supplying raw materials G1, G2,..., A micromixer MM for mixing these raw materials, and the mixed raw materials for a predetermined time (reaction The time corresponding to time) is comprised of a residence time unit RTU for residence in the micro space. The actual production (scale-up) is dealt with by increasing the number of micromixers MM and residence time units, and in some cases pumps, to a scale that can cover the desired production volume. This is called numbering up.

さて、マイクロリアクタにおいて、ミキサの構造は用途により様々なタイプのミキサが使用されるが、ポンプは、極めて高速・高圧（数百ｍ/sec線流速で、５０MPa-１００MPaの超高圧）の環境下で反応を実施するなどの特殊な反応をするマイクロリアクタを除き、反応によらず通常共通のポンプを使用することが可能である。しかし、一方で、脈流（ポンプ流量の変動のこと）があると、攪拌性に影響し、その微量な攪拌状態の変動が大きく反応効率を左右してしまう場合もある。このような事情から、マイクロリアクタにおいては、脈流を抑制できるシリンジポンプが一般に好んでよく使用されている。 Now, in the microreactor, various types of mixers are used depending on the application. However, the pump is used in an environment of extremely high speed and high pressure (a few hundred m / sec linear flow rate, 50MPa-100MPa). Except for microreactors that perform special reactions such as carrying out reactions, it is usually possible to use a common pump regardless of the reaction. However, on the other hand, if there is a pulsating flow (pump flow rate fluctuation), the stirring performance is affected, and the minute fluctuation in the stirring state may greatly affect the reaction efficiency. Under such circumstances, in a microreactor, a syringe pump that can suppress a pulsating flow is generally preferably used.

シリンジポンプの一般的な形態は、詳述するまでもないから、簡便に説明すると、シリンジ（任意サイズを取り付け可能）と、このプランジャーを駆動させる駆動部と、から構成されている。
シリンジを設置する向きでタイプを分類するとすれば、横向きに据え付けるタイプと、垂直に据え付けるタイプさまざまなタイプとがある。 Since the general form of the syringe pump does not need to be described in detail, it will be briefly described. The syringe pump includes a syringe (which can be attached to an arbitrary size) and a drive unit that drives the plunger.
If the type is classified according to the direction in which the syringe is installed, there are various types that can be installed horizontally, and those that can be installed vertically.

また、吸引・吐出の手動・自動かの違いで分類するとすれば、移送媒体を予め手動で吸引しておき、これを据え付けるタイプ、吸入、吐出ともに自動的に行えるタイプのものがある。
ハーバード社製シリンジポンプカタログ（２００５．１０月販売時）テカン社製シリンジポンプ取説（２００５．１０月販売時） Further, if the classification is based on the difference between manual and automatic suction / discharge, there is a type in which the transfer medium is manually sucked in advance, and a type in which this is installed and a type in which both suction and discharge can be performed automatically.
Harvard syringe pump catalog (at the time of October 2005 sales) Tecan syringe pump manual (at the time of October 2005 sales)

後者の分類のなかの自動で吸引・吐出を行うシリンジポンプに着目すると、吸引口と、吐出口とは、シリンジの先端口で同一に設定されているものばかりである。このようなシリンジポンプでの吸引流路（原料タンクからシリンジまでの流路）と、吐出流路（シリンジからミキサまでの流路）との間の流路の切り替えは電磁バルブで実施するのが通例である。 Focusing on a syringe pump that automatically performs suction and discharge in the latter category, the suction port and the discharge port are only set to be the same at the distal end port of the syringe. Switching of the flow path between the suction flow path (flow path from the raw material tank to the syringe) and the discharge flow path (flow path from the syringe to the mixer) in such a syringe pump is performed by an electromagnetic valve. It is customary.

本発明は、このような、電磁バルブなどによる吸引流路と吐出流路との間の流路切り替え制御を要しない簡便な構造のシリンジポンプを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the syringe pump of the simple structure which does not require the flow-path switching control between the suction flow paths and discharge flow paths by such an electromagnetic valve.

上記目的を達成するために、本発明は、
（１）プランジャーと、シリンダーと、を含むポンプ装置であって、前記プランジャーには、長手方向に連通する連通孔が形成され、プランジャー後退時に該孔を通じて、移送媒体を吸入し、プランジャー前進時にシリンダーのプランジャー前進方向後端面に形成された吐出口を通じて前記移送媒体を吐出するポンプ装置、
（２）前記連通孔からの吸引は、第１のチェックバルブで流通方向が規制され、前記吐出口には、第２のチェックバルブで流通方向が規制されている（１）に記載のポンプ装置、
とした。 In order to achieve the above object, the present invention provides:
(1) A pump device including a plunger and a cylinder, wherein the plunger is formed with a communication hole communicating in the longitudinal direction, and the transfer medium is sucked through the hole when the plunger is retracted, A pump device for discharging the transfer medium through a discharge port formed on a rear end surface of the cylinder in the forward direction of the plunger when the jar is advanced;
(2) The pump device according to (1), wherein the suction from the communication hole is regulated in the flow direction by a first check valve, and the flow direction is regulated in the discharge port by a second check valve. ,
It was.

本発明は、（１）プランジャーと、シリンダーと、を含むポンプ装置であって、前記プランジャーには、長手方向に連通する連通孔が形成され、プランジャー後退時に該孔を通じて、移送媒体を吸入し、プランジャー前進時にシリンダーのプランジャー前進方向後端面に形成された吐出口を通じて前記移送媒体を吐出するポンプ装置であるので、非常に簡便な構造で、電磁バルブなどにより電気的制御によって流路の切り替えをすることなく吸引・吐出のポンプ動作を実施することが可能となる。更に、プランジャーに形成された孔を通じて吸引するという形態をとるので、部品として特注品を用いる必要がなく、低コストで新規構造のポンプを製造することが可能となる。 The present invention is (1) a pump device including a plunger and a cylinder, wherein the plunger is formed with a communication hole communicating in the longitudinal direction, and the transfer medium is passed through the hole when the plunger is retracted. Since the pump device sucks and discharges the transfer medium through a discharge port formed on the rear end surface of the cylinder in the forward direction of the plunger when the plunger moves forward, it has a very simple structure and is electrically controlled by an electromagnetic valve or the like. Suction / discharge pump operation can be performed without switching the path. Furthermore, since it takes the form of sucking through a hole formed in the plunger, it is not necessary to use a custom-made product as a part, and it becomes possible to manufacture a pump having a new structure at low cost.

また、本発明は、（２）前記連通孔からの吸引は、第１のチェックバルブで流通方向が規制され、前記吐出口には、第２のチェックバルブで流通方向が規制されている（１）に記載のポンプ装置であるので、簡便な構造・構成で、吸引・吐出流路の流通方向を規制することが可能となる。 In the present invention, (2) the flow direction of suction from the communication hole is regulated by a first check valve, and the flow direction is regulated by a second check valve at the discharge port (1 Therefore, the flow direction of the suction / discharge flow path can be regulated with a simple structure / configuration.

図１は、本発明にかかるポンプ装置の実施形態を説明するための概念図である。
この図に示すとおり、本発明のポンプ装置１は、シリンダー部１０と、プランジャー部２０と、プランジャー部駆動部３０と、制御部４０とから構成される。
シリンダー部１０の先端部には、移送媒体を吐出するための吐出口１１が開設され、筒状内部空間１２内に、プランジャー２０がそのヘッド部２１を液密状態に密接させて前後方向に駆動可能に挿入されている。なお、本明細書において、「前方向」とは、シリンダー部の先端側への駆動方向をいい、「後方向」とは、その方向と反対側への駆動方向をいう。吐出口１１には、チェックバルブCB2が設置され、吐出方向にしか移送媒体が流通しないように流通方向が規制されている。 FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a pump device according to the present invention.
As shown in this figure, the pump device 1 of the present invention includes a cylinder part 10, a plunger part 20, a plunger part driving part 30, and a control part 40.
A discharge port 11 for discharging the transfer medium is opened at the tip of the cylinder portion 10, and the plunger 20 closes the head portion 21 in a liquid-tight state in the cylindrical inner space 12 in the front-rear direction. It is inserted so that it can be driven. In the present specification, “front direction” refers to the driving direction toward the tip of the cylinder portion, and “rear direction” refers to the driving direction toward the opposite side. A check valve CB2 is installed at the discharge port 11, and the flow direction is restricted so that the transfer medium flows only in the discharge direction.

プランジャー駆動部３０は、図示しない公知のモーター（ACモーター、ステッピングモーターいずれにも限定されず、様々のモーターを使用可能）と、そのモーターの駆動力をo往復運動に変換してプランジャーに伝達する公知の駆動力伝達機構（ギア、プーリーなどで構成）で構成されている。
制御部４０は、ポンプの駆動制御を実施する。図示しない、ユーザインターフェースを備え、該インターフェースから入力された各種制御情報（動作モード、流速など）に基づいて、電気信号に変換し、プランジャー駆動部３０における動作を制御する。この制御は、プランジャーの単位時間当たりの移動量を所定量に制御して行う公知の手法である。 The plunger drive unit 30 is a known motor (not limited to either an AC motor or a stepping motor, not shown) and a driving force of the motor is converted into a reciprocating motion. It is composed of a known driving force transmission mechanism (consisting of gears, pulleys, etc.) for transmission.
The control unit 40 performs drive control of the pump. A user interface (not shown) is provided, which is converted into an electrical signal based on various control information (operation mode, flow rate, etc.) input from the interface, and controls the operation of the plunger drive unit 30. This control is a known technique that is performed by controlling the amount of movement of the plunger per unit time to a predetermined amount.

さて、ポンプ装置１の特徴点は、プランジャー２０の構造と、ポンプ吸引・吐出動作にある。以下、この点について説明する。
まず、プランジャー２０は、長手方向に連通する連通孔が形成されている。この連通孔は、移送媒体の吸引通路となる。本通路の形態として、図２（該図は、シリンジポンプの要部拡大図である）に示すように、その長手方向中程部分の側面から軸部付近まで第１孔２２が、その第１孔２２と連通するように軸部に沿って、第２孔２３が形成されて、「長手方向に連通する連通孔」２４を形成することができる。この連通孔の第１孔２２には、吸引配管２５が接続され、図示しない移送媒体を貯留したタンクに連通し、この配管と、連通孔を通じた移送媒体の吸入が可能となっている。また、チェックバルブCB1が設置され、連通孔にて吸引方向にしか移送媒体が流通しないように流通方向が規制されている。 The features of the pump device 1 are the structure of the plunger 20 and the pump suction / discharge operation. Hereinafter, this point will be described.
First, the plunger 20 is formed with a communication hole communicating in the longitudinal direction. This communication hole serves as a suction passage for the transfer medium. As a form of this passage, as shown in FIG. 2 (this figure is an enlarged view of the main part of the syringe pump), a first hole 22 is formed from the side surface of the middle portion in the longitudinal direction to the vicinity of the shaft portion. A second hole 23 is formed along the shaft portion so as to communicate with the hole 22, and a “communication hole communicating in the longitudinal direction” 24 can be formed. A suction pipe 25 is connected to the first hole 22 of the communication hole and communicates with a tank storing a transfer medium (not shown), and the transfer medium can be sucked through the pipe and the communication hole. Also, a check valve CB1 is installed, and the flow direction is restricted so that the transfer medium flows only in the suction direction through the communication hole.

次に動作である。プランジャー後退時に前記孔２４を通じて、移送媒体を吸入し、プランジャー前進時にシリンダーのプランジャー前進方向後端面に形成された前記吐出口１１を通じて前記移送媒体を吐出する。その動作を、図３に模式的に図示した。（a）図に示すとおり、「吐出モード」では、プランジャーが前方向に移動し、充填された移送媒体を吐出口１１から制御量に対応する量（速度で）吐出する。（ｂ）図に示すとおり、「吸引モード」では、プランジャーが後方に移動し、前記孔２４から移送媒体を吸入する。なお、「吐出モード」、「吸引モード」とは、ポンプの動作可能状態を示すモードであり、前記モード設定では、吐出動作を、後者モード設定では、吸引動作を行う。ここで、この吸引、吐出動作のおりに、移送媒体が逆流しないように、前記連通孔からの吸引は、第１のチェックバルブCB１で流通方向が規制され、前記吐出口からの吐出は第２のチェックバルブCB2で流通方向が規制されることとなる。 Next is the operation. When the plunger is retracted, the transfer medium is sucked through the hole 24, and when the plunger is advanced, the transfer medium is discharged through the discharge port 11 formed in the rear end surface of the cylinder in the plunger advance direction. The operation is schematically shown in FIG. (A) As shown in the figure, in the “discharge mode”, the plunger moves in the forward direction and discharges the filled transfer medium from the discharge port 11 in an amount (at a speed) corresponding to the control amount. (B) As shown in the figure, in the “suction mode”, the plunger moves backward and sucks the transfer medium from the hole 24. Note that the “discharge mode” and “suction mode” are modes indicating the operational state of the pump, and the discharge operation is performed in the mode setting, and the suction operation is performed in the latter mode setting. Here, the suction direction from the communication hole is regulated by the first check valve CB1 so that the transport medium does not flow back during the suction and discharge operations, and the discharge from the discharge port is the second. The check valve CB2 will restrict the flow direction.

本発明のポンプ装置は、一連での作動のみならず、複数連での作動も可能である。図４に示すように、複数のポンプ装置１ａ，１ｂ‥を並列的に１台の制御装置（PC）で同時にタイミングを揃えて（図４（a））、又は、タイミングを異ならせて（図４（b））吸引・吐出の動作を制御することが可能である。
前者のタイミングを同時に制御する場合として、ナンバリングアップしたマイクロリアクタ装置への送液動作などが挙げられる。後者のタイミングを異ならせる場合として、１つのマイクロリアクタ構造体（マイクロミキサ＋滞留時間ユニットの直列接続体）への移送媒体の連続供給動作などが挙げられる。後者では、２連のポンプの動作タイミングを異ならせて制御することで、連続供給を可能とするが、この場合脈流を低減させることが制御上重要な課題となる。そのために、位相を異ならせる程度、吐出圧をモニターしこれをフィードバック制御、及び／又は、吐出圧とプランジャー移動量の関係を一定時間学習させる制御などを考慮して制御ソフトを策定することが一般的に考案され、本発明でもこのような方法を採用することは無論可能である。 The pump device of the present invention can be operated not only in a series but also in a plurality of series. As shown in FIG. 4, a plurality of pump devices 1a, 1b,... Are arranged in parallel at the same time by a single control device (PC) (FIG. 4 (a)) or at different timings (FIG. 4). 4 (b)) It is possible to control suction / discharge operations.
Examples of the case where the former timing is simultaneously controlled include a liquid feeding operation to a numbered up microreactor apparatus. As a case where the latter timing is varied, there is a continuous supply operation of the transfer medium to one microreactor structure (micromixer + series connection unit of residence time units). In the latter case, continuous supply is possible by controlling the operation timing of the two pumps to be different, but in this case, reducing the pulsating flow is an important control issue. For this purpose, control software can be formulated in consideration of the control of monitoring the discharge pressure to the extent that the phase differs and feedback control of this and / or learning the relationship between the discharge pressure and the plunger movement amount for a certain period of time. Of course, it is possible to adopt such a method in the present invention.

本発明は、マイクロリアクタにおける連続生産用のポンプ装置として利用することができ、新産業の創出に資するものである。 The present invention can be used as a pump device for continuous production in a microreactor, and contributes to the creation of a new industry.

本発明にかかる実施形態を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating embodiment concerning this invention. シリンジポンプの要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of a syringe pump. 本発明のポンプ装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the pump apparatus of this invention. 本発明のポンプ装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the pump apparatus of this invention.

Explanation of symbols

１ポンプ装置
１０シリンダー部
２０プランジャー部
２４連通孔
３０プランジャー部駆動部
４０制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump apparatus 10 Cylinder part 20 Plunger part 24 Communication hole 30 Plunger part drive part 40 Control part

Claims

A pump device including a plunger and a cylinder,
The plunger is formed with a communication hole that communicates in the longitudinal direction, sucks the transfer medium through the hole when the plunger moves backward, and passes through a discharge port formed on the rear end surface of the cylinder in the plunger advance direction when the plunger moves forward. A pump device for discharging the transfer medium.

2. The pump device according to claim 1, wherein the suction from the communication hole is regulated in a flow direction by a first check valve, and a flow direction is regulated in the discharge port by a second check valve.