JP2019018196A - 流体流通装置及びその流通異常検知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体流通装置は、流路形成体を備える。流路形成体は、複数の流体流路と、各流体流路に対応する複数の検出用空間と、各流体流路とこれに対応する検出用空間とをそれぞれ連通する複数の連通路58と、を形成する。各検出用空間には、その長手方向に並ぶ検出用液体61及び検出用気体62が収容され、これらの間に界面64が形成される。検出用気体62は、流体流路を流れる処理対象流体の圧力の変動に応じて界面64の位置が変動することを許容するように検出用空間内に収容される。
【選択図】図8
Description
前記複数の検出用空間及び連通路は、前記複数の反応流路と同様に前記流路形成体10によって形成される。具体的に、当該流路形成体10の各流路形成板11の裏側面30には、前記複数の導入流路形成溝31〜35に加え、第1検出領域F1、第2検出領域F2及び第3検出領域F3のそれぞれにおいて複数の(この実施の形態では5本の)検出用空間形成溝51,52,53,54,55が形成されるとともに、当該検出用空間形成溝51〜55のそれぞれに対応して複数の連通孔58が形成されている。
前記検出用液体61及び前記検出用気体62は、前記検出用空間のそれぞれにおいてその長手方向に並んで当該検出用液体61と当該検出用気体62との間に前記界面64を形成する。この実施の形態では、前記検出用液体61の上側に前記検出用気体62が位置するように、換言すれば、前記検出用液体61及び前記検出用気体62がそれぞれ前記発光装置71及び前記受光装置72に接触するように、前記検出用空間に収容される。
前記界面位置検出器は、前記界面64の位置を光学的に検出する。具体的に、前記発光装置71は、前記各検出用空間の下側開口を封止するように前記流路形成体10の下端面に装着され、前記検出用空間のそれぞれの内部に当該検出用空間の長手方向(この実施の形態では上下方向)に沿って図7及び図8に矢印で示すように上向きに測定用光を照射する。前記受光装置72は、前記各検出用空間の上側開口を封止するように前記流路形成体10の上端面に装着されるとともに、前記複数の検出用空間のそれぞれに対応する複数の受光素子を含む。各受光素子は、これに対応する検出用空間に照射された測定用光のうち前記検出用液体61及び前記検出用気体62を透過した後の光のみを受けてその強度に対応した電気信号である検出信号を生成し、出力する。当該受光素子が受ける光の強度は、当該受光素子に対応する検出用空間内での前記検出用液体61及び前記検出用気体62のそれぞれの存在領域の長さの比によって変わるので、それぞれの受光素子から出力される検出信号に基いて、それぞれの検出用空間における前記界面64の高さ位置を特定することが可能である。
本発明に係る処理対象流体は、前記第1及び第2流体のような反応操作の対象となる流体に限定されない。換言すれば、本発明に係る流体流通装置は前記マイクロチャネルリアクタに限定されず、よってその流体流路は前記反応流路に限定されない。前記処理対象流体は、例えば、抽出等の他の化学操作を受けるものでもよいし、熱媒体との熱交換によって加熱または冷却されるものでもよい。つまり、本発明に係る流体流通装置は、例えば、抽出操作のための流体流路を形成する抽出装置であってもよいし、処理対象流体とこれを加熱または冷却するための熱媒体との間で熱交換を行わせるための流路を形成する熱交換器であってもよい。
本発明は、流体流路での流通異常による圧力を検出用液体と検出用気体との界面の位置に変換することにより、当該流通異常を検出するための手段の選択の自由度を高める(つまり当該手段が圧力検出器に限定されないようにする)ことを特徴とするものである。従って、前記界面の位置を検出するための具体的手段は自由に設定されることが可能であり、必ずしも当該界面の位置を光学的に検出するものに限られない。
複数の検出用空間のそれぞれにおける界面の初期位置は、図7に示されるように相互揃えられるのではなく互いに異なっていてもよい。この場合も、検出用空間のそれぞれについて設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定することが可能である。また、図7に示されるように前記初期位置が互いに揃えられている場合、検出された複数の界面の位置のばらつきが許容範囲を超える場合に流通異常があると判定することも可能である。
複数の流体流路及びこれらに対応する前記複数の検出用空間の配置及び本数は、自由に設定されることが可能である。例えば、当該複数の流体流路と当該複数の検出用空間とが交差していてもよいし、当該複数の流体流路のそれぞれに対して当該流体流路の並び方向と同じ方向に各検出用空間が隣接していてもよい。つまり、流体流路と検出用空間とが交互に並んでいてもよい。しかし、第1及び第2の実施の形態のように、複数の流体流路が第1の面(第1及び第2の実施の形態では流路形成板11,14の表側面20に相当する平面)に沿って互いに平行に延び、複数の検出用空間が前記第1の面に対してその法線方向に離間しながら当該第1の面に沿う第2の面(第1の実施の形態では流路形成板11の裏側面30、第2の実施の形態では空間形成板15の裏側面50に相当する平面)に沿って延びるような配置は、コンパクトな構造で処理対象流体の流通及びその流通異常の検知を実現することを可能にする。
分離用空間が形成される場合、その形状や位置は、これに対応する流体流路と検出用空間との間に介在するという条件を満たす範囲で自由に設定されることが可能である。例えば、分離用空間は流体流路の長手方向または検出用空間の長手方向と異なる方向に延びる形状のものや、立方体に近い形状のものであってもよい。しかし、第2の実施の形態のように、複数の流体流路が前記第1の面と前記第2の面との間に介在する第3の面(第2の実施の形態では前記流路形成板14の裏側面30)に沿って互いに平行に延びるような配置は、コンパクトな構造で処理対象流体と検出用液体との直接的な接触を阻止することができる利点がある。
流路形成体の具体的な構造は限定されない。当該流路形成体は、例えば、単一の部材からなるブロック状のもの、あるいは、単一層においてのみ流体流路を形成するものでもよい。
本発明に係る検出用空間は、その両端のうちの少なくとも一方の端が封止されていればよく、他方の端は必ずしも封止されていなくてもよい。例えば、本発明に係る流体流通装置の複数の検出用空間の一部または全部が、一方の端は封止されているが他方の端は開放されている開放空間であってもよい。
前記反応流路において例えば完全閉塞が生じた場合、その反応流路には前記処理対象流体が流れず、前記流速uは0となるため、この時の前記計測点の圧力P2は次式(2)で表される。
前記のような圧力変化ΔP(=P2−P1)の分だけ界面64の位置が低下し、よって検出用空間の上端から当該界面64までの距離、つまり前記検出用気体62が占める領域の高さ寸法である気体高さ寸法H、が増大する。正常時の気体高さ寸法をH1、完全閉塞時の気体高さ寸法をH2とすると、両者の関係は次式(3)で表される。
よって、前記圧力変化ΔPに伴う前記基体高さ寸法の変化量ΔHは次式(4)で表される。
次の表1は、前記処理対象流体の粘度μが0.001Pa・s、正常時の処理対象流体の流速uが100mm/s、計測点から流路出口までの距離Lが10m、出口圧力Poが大気圧(≒100kPaA)であって、異常時に計測点圧力が当該大気圧まで低下する場合の、種々の流路径d及び初期気体高さ寸法H1に対応した気体高さ寸法の変化量を示す。
11 流路形成板
20 流路形成板の表側面
21〜25 反応流路形成溝
30 流路形成板の裏側面
40 空間形成板の表側面
41〜45 分離用空間形成溝
48 連通孔
50 空間形成板の裏側面
51〜55 検出用空間形成溝
58 連通孔
61 検出用液体
62 検出用気体
64 界面
66 分離用気体
70 位置検出器
71 発光装置
72 受光装置
81 上側封止板
82 下側封止板
84 バルブ
Claims (18)
- 処理対象流体を流通させるための装置であって、
流路形成体であって、それぞれに処理対象流体が流される複数の流体流路と、当該複数の流体流路のそれぞれに対応する複数の検出用空間であって当該複数の検出用空間のそれぞれが特定の長手方向に延びるとともに当該長手方向の両端のうちの少なくとも一方の端が封止されたものと、前記複数の流体流路のそれぞれにおいて設定された流路接続部位と当該流体流路に対応する前記検出用空間において設定された空間接続部位とに接続されて当該流路接続部位と当該空間接続部位とを連通させる複数の連通路と、を形成する流路形成体と、
前記複数の検出用空間のそれぞれに収容される検出用液体及び検出用気体と、を備え、
前記検出用液体及び検出用気体は、前記検出用空間の長手方向に並んで当該検出用液体と当該検出用気体との間に界面を形成し、かつ、当該検出用液体の存在する領域が前記空間接続部位を含むように、当該検出用空間内に収容され、前記検出用気体は、前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記検出用空間内に収容される、流体流通装置。 - 請求項1記載の流体流通装置であって、前記複数の検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の両端が封止された密閉空間であり、当該密閉空間内に封入される前記検出用気体は前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記長手方向に膨張及び収縮する、流体流通装置。
- 請求項1または2記載の流体流通装置であって、前記複数の検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の一方の端のみが封止されて他方の端が開放された開放空間であり、当該開放空間内の前記検出用気体は前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記開放空間内に対して出入する、流体流通装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の一方の端が封止されて他方の端に開閉装置が接続された開閉可能空間であり、前記開閉装置は当該開閉装置が接続された端を封止する閉状態と当該開閉装置が接続された端を開放して前記開閉可能空間に対する前記検出用気体の出入りを許容する開状態とに切換可能であり、前記検出用気体は前記開閉装置が前記閉状態にあるときに前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記長手方向に膨張及び伸縮する、流体流通装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記複数の流体流路が第1の面に沿って互いに平行に延び、前記複数の検出用空間が前記第1の面に対してその法線方向に離間しながら当該第1の面に沿う第2の面に沿って延びる、流体流通装置。
- 請求項5記載の流体流通装置であって、前記複数の検出用空間は、当該検出用空間に対応する前記流体流路に沿って延びる、流体流通装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記複数の連通路のそれぞれは、当該連通路に対応する前記流体流路と前記検出用空間との間に介在して当該流体流路と当該検出用空間とに連通する分離用空間を含み、当該分離用空間内に前記流体流路を流れる処理対象流体と前記検出用液体との間に介在する分離用気体が収容される、流体流通装置。
- 請求項7記載の流体流通装置であって、前記複数の流体流路が第1の面に沿って互いに平行に延び、前記複数の検出用空間が前記第1の面に対してその法線方向に離間しながら当該第1の面に沿う第2の面に沿いかつ当該検出用空間に対応する前記流体流路に沿うように延び、前記複数の分離用空間は、前記第1の面と前記第2の面との間に介在する第3の面に沿いかつ当該分離用空間に対応する前記流体流路及び前記検出用空間に沿うように延びる、流体流通装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記流路形成体のうち前記各検出用空間の長手方向の少なくとも一方の端を封止する部位は当該流路形成体の外部から当該端に至るまでの光の透過を許容する透光性をもつ、流体流通装置。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記界面の位置を検出する界面位置検出器をさらに備える、流体流通装置。
- 請求項10記載の流体流通装置であって、前記界面位置検出器は、前記界面の位置を光学的に検出するものであって、前記検出用空間内にその長手方向に沿って測定用光を照射する発光装置と当該測定用光を受けてその強度に対応した信号を出力する受光装置とを含む、流体流通装置。
- 請求項11記載の流体流通装置であって、前記発光装置から前記検出用液体に照射された測定用光のうち当該検出用液体を透過した後の光を受けるように前記受光装置が配置される、流体流通装置。
- 請求項11記載の流体流通装置であって、前記検出用気体を通じて前記界面に前記測定用光を照射するように前記発光装置が配置され、かつ、当該測定用光のうち当該界面において反射される光を受けるように前記受光装置が配置される、流体流通装置。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の流体流通装置における前記複数の流体流路での前記処理対象流体の流通の異常を検知するための方法であって、前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置を検出することと、正常状態からの前記界面の位置の変動に基いて前記流通の異常の判定を行うことと、を含む、流体流通装置の流通異常検知方法。
- 請求項4記載の流体流通装置における前記複数の流体流路での前記処理対象流体の流通の異常を検知するための方法であって、前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置を検出することと、正常状態からの前記界面の位置の変動に基いて前記流通の異常の判定を行うことと、前記開閉可能空間における界面位置に応じて当該開閉可能空間に接続されている前記開閉装置を前記開状態と前記閉状態との間で切換えることと、を含む、流体流通装置の流通異常検知方法。
- 請求項14または15記載の流体流通装置の流通異常検知方法であって、前記界面の位置が、前記検出用空間内にその長手方向に沿って測定用光を照射する発光装置と当該測定用光を受けてその強度に対応した信号を出力する受光装置とを用いて光学的に検出される、流体流通装置の流通異常検知方法。
- 請求項16記載の流体流通装置の流通異常検知方法であって、前記複数の検出用空間について共通の発光装置及び受光装置を用いて前記界面の位置が検出される、流体流通装置の流通異常検知方法。
- 請求項14〜17のいずれかに記載の流体流通装置の流通異常検知方法であって、前記界面の位置について予め設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定される、流体流通装置の流通異常検知方法。
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