JP2011149912A - 液漏れ検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、少量の液漏れであっても正確に検知でき、かつ設置スペースに制限があるマイクロ化学プラントに設置できる光学的液漏れ検知装置を提供することを目的とする。
【解決手段】前記シリンジポンプに固定されるホルダー手段と、前記ホルダー手段に連結され、前記シリンジポンプの開口端より重力下方に配置される傾斜面と、前記傾斜面の周囲に設けられた縁壁と、前記傾斜面と縁壁で形成された重力最下部に配置された投光器および受光器と、前記投光器にレーザ光を送るレーザ光源と、前記受光器の光量変化を検知する測定器を備える液漏れ検知装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液漏れ検知装置に関し、特にマイクロ化学プラントにおける液漏れを検知する装置に関する。

マイクロ化学プラントは、マイクロスケール空間内で、物質の混合、反応、および分離等を行う設備である。マイクロ化学プラントでは、少量の試薬を迅速に反応させるので、精密な反応制御が可能である。

マイクロ化学プラントは、実験室段階で確立した製造技術をスケールアップして構築される量産プラントと比較して多くの利点を有する。例えば、少量の試薬を迅速に混合、反応、分離等するので、短い反応時間でかつ所望量の生成物を得ることができる。また、実験室段階で確立した製造技術をナンバリングアップして、容易に量産用設備を構築できる。さらに、爆発等を伴う反応にも適応しやすく、生産プロセスの安全性が向上するといった点である。これらの利点によって、マイクロ化学プラントについての研究開発が近年盛んに行われている。

ところで、マイクロ化学プラントの始動中に装置から液漏れが起きると、マイクロプラントの破損および生成物の精度に影響を及ぼす等の問題が生じる。従って、液漏れが起きた場合、迅速に検知することが必要である。液漏れを検知する装置としては、従来以下のようなものが知られている。

図７には、特許文献１の水検知センサを示す。水検知センサ７１は、ケース７２と、曲げ治具７３と、膨張体７４と、保持治具７５と、曲げ治具７３及び膨張体７４の間に光ファイバ７６を備え、さらに光ファイバ７６の端部に曲げ損失測定装置７７を備える。

この水検知センサでは、液漏れにより水が膨張体７４に接すると、膨張体７４が膨張する。そして、膨張した膨張体７４により光ファイバ７６が曲げ治具７３に押し付けられ、光ファイバ７６に局部的曲げが発生する。局所的曲げ部では、透過光が漏洩して光ファイバ７６中の光の伝達量が損失する。結果、この損失発生位置と光の伝達量の損失を、曲げ損失測定装置７７で検出し、液漏を特定する。

また、図８には、特許文献２の光ファイバ漏液検知装置を示す。光ファイバセンサ漏液検知装置は、レーザ光源８１と、光サーキュレータ８２と、光ファイバ８４と、信号発生器８５と、光ファイバを伝搬する超音波を発生させる超音波発振子８６と、光ファイバを伝搬する超音波の強度を測定するファイバーブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと呼ぶ）８３と、光電変換器８７（反射光用）と、光電変換器８８（透過光用）と、データ収録装置８９とを、備える。

この光ファイバ漏液検知装置では、レーザ光源８１からのレーザ光は、光サーキュレータ８２を介してＦＢＧ８３を設けた光ファイバ８４に入射される。ＦＢＧ８３により反射されたレーザ光は光電変換器８７（反射光用）に入射され、ＦＢＧ８３を透過したレーザ光は光電変換器８８（透過光用）に入射される。

超音波発振子８６は、信号発生器８５からの超音波励起信号を受けて超音波を発生し、光ファイバ８４に超音波を伝搬する。光ファイバ８４に液体が接触すると、その部分では光ファイバ８４から液体に超音波の一部が漏洩し、光ファイバ８４を伝搬する超音波強度が低下する。つまり、液漏れにより光ファイバ８４を伝搬する超音波強度が低下すると、ＦＢＧ８３の歪み状態が変化し、ＦＢＧ８３が反射する光の強度が変化する。

また、図９には、特許文献３の漏液センサを示す。漏液センサ本体部９１は、ケース９２、検知ポイント９３、投光部９４、受光部９５、導液部９６および、電気制御回路９７を備える。

この漏液センサでは、導液部９６は毛管現象により漏液を検知ポイント９３に向けて誘導する。投光部９４から検知ポイント９３に検知光９８を照射する。検知光９８は検知ポイント９３で反射され、受光部９５で受光される。検知ポイント９３において漏液状態と非漏液状態とでは屈折率が異なるので、液漏れにより反射光９９の光量が変化する。漏液による反射光９９の光量変化から、電気制御回路２７は液漏を検知する。

特開２００４−４５２２０号 特開２００７−２４７９８号 特開２００６−２３４３８８号

マイクロ化学プラントは、規模が小さく、使用する材料（溶液）の量も少ない。従って、少量の溶液の流入・流出の制御が重要な技術となる。そこで、マイクロ化学プラントへの溶液の注入は、微量な溶液量の放出を正確に制御できるシリンジポンプによって行われる。シリンジポンプは、簡単にいうと注射器と同様の構造を有し、シリンダとピストンによって構成されている。

このシリンダとピストン間は、極めて気密性が高い。このため、少量の溶液量の吸入及び放出をピストンの位置制御によって正確に行うことができる。しかし、溶液の吸入及び放出を正確に行うために、吸入時のキャビテーションと、使用中の液漏れには注意しなければならない。

吸入時のキャビテーションは、シリンジポンプ内に泡を発生させ、実際の溶液吸引量と、ピストンの制御位置との間に誤差を生じさせる。また、使用中の液漏れも、シリンジポンプ内の残存溶液量とピストンの制御位置との間に誤差を生じさせる。これらは、マイクロ化学プラントへの溶液供給量に誤差を与えることになる。

吸入時のキャビテーションは、ピストンをゆっくり動かすことによって発生を抑制することができる。しかし、使用中の液漏れは、シリンダとピストン間の気密性によるため、パッキングの劣化や、異物の噛み込みといった、操作以外の要因で発生する。そのため、常に液漏れの有無を監視しておく必要がある。

しかしながら、特許文献１乃至３で示した従来の液漏れ検知に関する装置では、装置の構造上、検出部が大きな空間を占めるため、シリンジポンプの液漏れ量である数マイクロリッターから数ミリリッターといった少量の液漏れを検出することはできないという問題があった。また、特許文献１乃至３の液漏れ検知装置は、設置に必要なスペースが大きく、マイクロ化学プラントのシリンジポンプ周辺には配置できないという問題もあった。

本発明は、かかる課題に鑑み、少量の液漏れであっても正確に検知でき、かつ設置スペースに制限があるマイクロ化学プラントに設置できる光学的液漏れ検知装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の液漏れ検知装置は、
シリンジポンプに装着して、前記シリンジポンプからの液漏れを検知する液漏れ検知装置であって、
前記シリンジポンプに固定されるホルダー手段と、
前記ホルダー手段に連結され、前記シリンジポンプの開口端より重力下方に配置される傾斜面と、
前記傾斜面の周囲に設けられた縁壁と、
前記傾斜面と縁壁で形成された重力最下部に配置された投光器および受光器と、
前記投光器にレーザ光を送るレーザ光源と、
前記受光器の光量変化を検知する測定器を備えることを特徴とする。

また、本発明の液漏れ検知装置は、前記開口端の開口方向が水平方向より重力下方に配置されたことを特徴とする。

さらに、開口方向が水平方向よりも重力下方に向けられた開口端と前記傾斜面の間には、滴下棒を配置したことを特徴とする。

本発明の液漏れ検知装置は、上記の構成を有することにより、数マイクロリッタ〜数ミリリッタの、少量の液漏れであっても正確に検知することができる。また、本発明の液漏れ検出装置の検出部は簡素かつコンパクトに構成されるので、設置場所に制約のある狭いマイクロ化学プラント内にも設置することができる。

特に、トレーを撥水性を有する物質で形成または被膜すると、少量の液漏れであっても、効率的にトレーの検出部に液滴を誘引することができ、液漏れの検出感度を高めることができる。

また、電極式のセンサではなく光学式のセンサを採用しているので、電極の腐食を懸念する必要がなく、マイクロ化学プラントで使用される液体の種類に関わらず対応することができる。さらに、シリンダの開口端の開口方向を水平方向より下向きに配置し、開口端と傾斜面の間に滴下棒を配置することで、より少量の液漏れであっても重力最下部に漏れ液を誘導し、漏れを検知することができる。

シリンジポンプの全体構成図である。 本発明の液漏れ検知装置の第１実施の形態の構成を示す図である。 シリンジポンプの開口端の拡大図である。 第１実施形態の断面を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る液漏れ検知装置の一部の図である。 本発明の第３実施形態に係る液漏れ検知装置の一部の図である。 従来技術の液漏れ検知装置である。 別の従来技術の液漏れ検知装置である。 別の従来技術の液漏れ検知装置である。

（実施の形態１）
図１にシリンジポンプ５０の外観を示す。シリンジポンプ５０は、シリンダ５１とピストン５２と制御器５９によって構成される。シリンダ５１は制御器５９にホルダー５７によって固定されており、制御器５９にはピストン５２を微小変位させる駆動部５８が設けられている。ピストン５２の先端５３にはシリンダ５１の内壁との間で、液密を確保するためのパッキング５４が配置されている。制御器５９は、入力信号若しくは予め決められたタイミングで、駆動部５８を動かし、ピストン５２を押し込む、若しくは引き抜くといった動作を行う。シリンダ５１は、使用される形態によって縦、横、斜めと任意の配置にされる。以後の図面では制御器５９を省略する。

図２には、本発明の液漏れ検知装置１の概略を示す。本発明の液漏れ検知装置１は、シリンジポンプ５０のシリンダ５１に対して所定の位置関係に配置されるためのホルダー手段１２と、ホルダー手段１２によってシリンダ５１の開口端５６に対して重力下方に固定され、鉛直線に対して斜めに配置される傾斜面１１と、傾斜面１１の周囲に設けられた縁壁１３と、傾斜面１１と縁壁１３で形成された重力最下部に配置された投光器１４及び受光器１５と、投光器１４に光を送るレーザ光源１６と、受光器１５の光量の変化を検出する光測定器１７とを含む。

ホルダー手段１２は、傾斜面１１をシリンダ５１の開口端５６に対して重力下方に固定するために、シリンダ５１に固定される部分である。図２では、円柱形の真ん中にシリンダ５１が貫通する貫通孔を有する形状であるが、これに限定されない。

傾斜面１１は、シリンダ５１の開口端５６から漏れた溶液を投光器１４と受光器１５で形成される感光部２１に導くための坂である。従って、傾斜面１１はシリンダ５１の開口端５６より重力下方に配置される。ここで、重力下方とは、重力方向で下方を意味する。漏れて落下した溶液を収集するためである。また、傾斜面１１は平面に限定されない。例えば漏斗のように円錐内面状であってもよい。

傾斜面１１にはシリンダ５１が貫通していてもよい。傾斜面１１をシリンダ５１の周囲に配置させるためである。シリンダ５１の周囲と傾斜面１１の間には樹脂やゴム部材等を介在して密着性を高めると、隙間からの液体の漏れ出しをなくして、漏れ出した溶液を効率的に誘引できる。

密着性を高めるための樹脂として、塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、およびエポキシ樹脂、等を使用することができる。また、ゴム部材として、ニトリルゴム、フッ素ゴム、およびポリウレタンゴム、等を使用することができる。

また、傾斜面１１は撥水性を付与されているのが望ましい。シリンダ５１からの少量の漏れであっても、傾斜面１１上を転がり落ち、感光部２１に届くためである。撥水性材料としては、フッ化水素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）、ケイ素樹脂（例えば、ジメチルシリコン）、およびＨＩＲＥＣ（登録商標）等の物質が好適に利用できる。

縁壁１３は、傾斜面１１の周囲に形成された壁である。シリンダ５１の開口端５６から落ちた溶液が、傾斜面１１から零れ落ちないために設けられる。従って、図２ではシリンダ５１の周囲に平行に形成されているが、この方向に限定されない。また、傾斜面１１の全周を囲むように形成されなくてもよい。ただし、本発明の液漏れ検知装置１は、シリンダ５１の開口端５６から漏れた溶液を感光部２１に集めて検知するので、感光部２１が配置される部分には縁壁１３は形成されなければならない。傾斜面１１と縁壁１３で形成され、傾斜面１１を転がり落ちた溶液が溜まる部分を重力最下部２０と呼ぶ。

傾斜面１１と縁壁１３で形成された重力最下部２０には、投光器１４と受光器１５で形成される感光部２１が配置される。投光器１４は、レーザ光源１６と光ファイバ１８から構成される。光ファイバ１８の先端からレーザ光が射出される。受光器１５は、光測定器１７と光ファイバ１９から形成され、光ファイバ１９の先端から入射した光の強度を光測定器１７が検知する。光ファイバ１８，１９の先端には集光用のレンズが設けられていてもよい。

なお、図２では、レーザ光源１６と光測定器は１７同一の筐体内に形成された場合を示したが、それぞれ別々の筐体であってもよい。なお、筐体の中には制御装置２５も含まれる。制御装置２５は、液漏れ検知装置１の動作を制御する。

光ファイバ１８，１９同士の先端は、並列に固定される。光ファイバ同士を並列に固定された部分を感光部２１と呼ぶ。感光部２１からはレーザ光が放出されるが、受光器側ファイバ１９がレーザ光の射出方向と同じ方向を向いているので、そのままでは、光測定器１７にはレーザ光は入ってこない。

図２で示すように、感光部２１は傾斜面１１と縁壁１３で形成される重力最下部２０に向けて配置される。従って、投光器側ファイバ１８から放出されたレーザ光は、重力最下部２０に当たり、その反射光が受光器側ファイバ１９で検出される。

次に本発明の液漏れ検知装置１の動作について説明する。まず、溶液の漏れがない状態で、図２のように本発明の液漏れ検知装置１をシリンダ５１に設置する。感光部２１は、重力最下層部２０に配置され、その状態で受光器１５が受ける光の強度を記録する。この際の光強度が基準強度となる。基準強度の記録は制御装置２５の制御によってレーザ光源１６と光測定器１７を制御して取得する。

図３には、シリンダ５１の開口端５６の拡大図を示す。シリンダ５１とピストン５２の先端５３の間は、液密性を確保するために、パッキング５４が配置されている。しかし、経時劣化や異物の噛み込みによって液漏れが発生する場合がある。漏れた溶液は、ピストン５２が引き上げられた際に、シリンダ５１の開口端５６から零れ落ちる６１，６２。

図４を参照して、零れ落ちた溶液６１はシリンダ５１の側壁を伝って、傾斜面１１に到達し、傾斜面１１を伝って重力最下部２０に到達する。溶液が重力最下部２０に配置された感光部２１に到達すると、投光器１４から射出されたレーザ光を乱反射させ、受光器１５で検知される光の強度が変化する。この際の光強度と基準強度を比較し、予め決めておいた閾値より大きく変化した際に、液漏れが生じたと制御装置２５が判断する。

液漏れが生じたと判断した場合は、少なくとも液漏れ発生信号３５を発信させる。液漏れ発生信号３５は、マイクロ化学プラント全体を司る制御装置に送信されてもよいし、液漏れ警報灯３６や警報音を生じさせても良い。以上のように本発明の液漏れ検知装置１によれば、シリンジポンプ５１の微量な液漏れを高い精度で検知することができる。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態に係る液漏れ装置２を示す図である。投光器および受光器は省略した。重力最下部２０に感光部２１を設置する点は実施の形態１と同じである。本実施の形態では、シリンダ５１は、液注入出口５５を上部に配置し、重力下方にはピストン５２がある。以上の配置にするために、本実施の形態の液漏れ装置２は、傾斜面１１に連結された支柱２２とホルダーバンド２３によってシリンダ５１に固定される。支柱２２とホルダーバンド２２を合わせてホルダー手段１２となる。

また、シリンダ５１は鉛直方向７に対して傾いて配置され、傾斜面１１とシリンダ５１の開口端５６の間に滴下棒３０を配置する。なお、図５中鉛直方向は符号７で、水平方向は符号８で示す。シリンダ５１を傾けて配置するのは、シリンダ５１の内壁を伝わって落ちる溶液を収集しやすくするためである。また滴下棒３０は、開口端５６から傾斜面１１に溶液を伝えやすくするためである。本実施の形態は、シリンダ５１の開口端５６を重力下方に向けているので、より少量の漏れを検知することができる。

（実施の形態３）
図６は、本実施の形態に係る液漏れ装置３を示す図である。本実施の形態では、シリンダ５１は平方向８からシリンダ開口端５６が重力下方を向くように傾けて配置される。そして、傾斜面１１は、開口端５６より重力下方に配置される。このような配置関係を維持するために、傾斜面１１に連結されたホルダー手段１２がシリンダ５１に装着される。シリンダを水平方向に向けることで、ピストンの操作方向に重力が作用しなくなるので、溶液の流出精度は向上する。

シリンダ５１の開口端５６に滴下棒３０を配置する点は、実施の形態２と同じである。本実施の形態でも投光器および受光器の表示は省略した。しかし、重力最下部２０に配置する。本発明の液漏れ検知装置３は、シリンダ５１が水平方向８に配置されていても、適用することができる。

本発明は、光学的液漏れ検知装置に関し、特に、マイクロ化学プラントにおける液漏れを検知する装置に利用される。

１ 液漏れ検知装置
１１ 傾斜面
１２ ホルダー手段
１３ 縁壁
１４ 投光器
１５ 受光器
１６ レーザ光源
１７ 光計測器
１８ 投光器側光ファイバ
１９ 受光器側光ファイバ
２０ 重力最下部
２１ 感光部
２２ 支柱
２３ バンドホルダー
２５ 制御装置
３０ 滴下棒
３５ 液漏れ発生信号
３６ 漏れ警報灯
５０ シリンジポンプ
５１ シリンダ
５２ ピストン
５３ ピストンの先端
５４ パッキング
５５ 液注入出口
５６ シリンダの開口端
５７ ホルダー
５８ 駆動部
５９ 制御器

Claims (3)

1. シリンジポンプに装着して、前記シリンジポンプからの液漏れを検知する液漏れ検知装置であって、
   前記シリンジポンプに固定されるホルダー手段と、
   前記ホルダー手段に連結され、前記シリンジポンプの開口端より重力下方に配置される傾斜面と、
   前記傾斜面の周囲に設けられた縁壁と、
   前記傾斜面と縁壁で形成された重力最下部に配置された投光器および受光器と、
   前記投光器にレーザ光を送るレーザ光源と、
   前記受光器の光量変化を検知する測定器を備える液漏れ検知装置。
2. 前記開口端の開口方向が重力水平方向より下に配置された請求項１に記載された液漏れ検知装置。
3. 前記開口端と前記傾斜面の間に滴下棒を有する請求項２に記載された液漏れ検知装置。