JP2019107578A - 液体供給装置及び液体供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定量圧送供給を行う場合において、精密な微量定量供給が可能となる液体供給装置及び液体供給方法の提供。【解決手段】圧力容器２１内の貯蔵タンク２２に貯蔵された液体２の液面に圧力を加えて、圧力により押し下げられた分の液体２を下流側配管７２より貯蔵タンク２２の外へ吐出する圧力供給手段２０、液体２を貯蔵した貯蔵タンク２２の質量を圧力容器２１の内部で測定する質量測定器５０、貯蔵タンク２２の質量が予め定めた割合で減少するように、空気の圧力を調整するための調整弁２３を作動させる制御手段３０により、定量の液体２を精密に吐出できる液体供給装置及び液体供給方法。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出口から、圧送供給手段を用いて単位時間当たりに一定量で吐出する液体供給装置及び液体供給方法に関する。

ポリマー等の液体を定量供給し、吐出口から吐出するには、一般的に容積式定量ポンプが使用される。代表的な容積式定量ポンプであるギアポンプでは、ギアポンプのケーシング内の２枚の歯車と、ケーシングの隙間により規定される容積に基づき、歯車の回転数に比例して定量で液体を供給することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、ギアポンプ以外の容積式定量ポンプには、ねじポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプなどがあり、それぞれ、液体の定量供給に用いられている。

特開２００２−５０４１号公報

特許文献１に記載されるような、従来のギアポンプは、ギアポンプ自体の構造や部品形状が複雑であるため、洗浄、分解、組立作業に時間を要する。また、洗浄後のギアポンプに残留した液体またはその固化物が製品に混入し、製品不良の原因となることや、残留した液体またはその固化物に菌が繁殖する懸念があり、食品や医療用途に適用するには滅菌管理を徹底する必要がある。さらに、ギアポンプは構造上、歯車の歯元などに液体の滞留部があり、連続生産を行う場合は特に、液体の滞留部で凝集が起こり、製品不良が起こることが懸念される。ギアポンプ以外の容積式定量ポンプであるねじポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプについても同様に、上記に述べた問題が発生する懸念がある。

容積式定量ポンプを使用せずに液体の供給を行う場合、例えば、圧縮空気の圧力により液体を供給する圧送供給手段を用いることが考えられる。この場合の装置構成は、主に圧力調整弁と配管のみであり、ギアポンプの構成部品のような複雑な形状の部品を用いずに済むため、洗浄しやすく、液体の滞留部も少なくでき、菌が繁殖しにくい装置構成にすることができる。また、ポンプを分解・組立する作業自体が無くなるため、作業工程を省略できる利点がある。

しかし、圧送供給手段では、所定の圧力で加圧して液体を供給するため、例えば温度変化により液体の粘度が変化したり、何らかの作用で配管に詰まりが生じて、配管の圧力損失に変化が生じた場合、吐出量が変化してしまい、定量送液することができない懸念がある。

上記のような圧送供給手段を用いて連続吐出を行うためには、液体の粘度が例えば時間経過によって変動したり、微小な異物が配管内や吐出口付近に存在したりしても、液体を圧送により、予め定めた一定の割合の量を安定供給して、吐出口から定量吐出させることが必要とされている。

上記課題を解決する本発明の液体供給装置は、貯蔵タンク内に貯蔵された液体の液面に圧力を加えて、圧力により押し下げられた分の液体を、配管を通じて前記貯蔵タンクの外へ吐出する液体供給装置であって、
圧力容器と、
前記圧力容器内に封入された、液体を貯蔵するための貯蔵タンクと、
前記圧力容器内に前記貯蔵タンクとともに封入され、液体が貯蔵された前記貯蔵タンクの質量を測定する質量測定器と、
前記圧力容器内の気密性を損なわないように圧力容器の壁を貫通し、一方の端が前記圧力容器内で開口した上流側配管と、
前記圧力容器内の気密性を損なわないように圧力容器の壁を貫通し、一方の端が前記貯蔵タンクの内部まで延びて開口し、他方の端に液体の吐出口を備えた下流側配管と、
前記上流側配管の他方の端に接続され、上流側配管を通じて前記圧力容器内に空気を圧送する圧送供給手段と、
前記上流側配管の途中に設けられ、上流側配管内を流れる空気の流量または上流側配管内の空気の圧力を調整するための調整弁と、
前記質量測定器で測定された前記貯蔵タンクの質量が予め定めた割合で減少するように、前記調整弁を作動させる制御手段と、を備えている。

また、上記課題を解決する本発明の液体供給方法は、貯蔵タンク内に貯蔵された液体の液面に圧力を加えて、圧力により押し下げられた分の液体を、下流側配管を通じて前記貯蔵タンクの外へ吐出する液体供給方法であって、
液体を貯蔵した貯蔵タンクを圧力容器内に封入し、
下流側配管を前記圧力容器内の気密性を損なわないように圧力容器の壁を貫通させ、前記下流側配管の一方の開口した端を、前記貯蔵タンク内の前記液体の中まで入れ、
前記液体を貯蔵した前記貯蔵タンクの質量を前記圧力容器の内部で測定しながら、前記液体の液面に圧力をかけて、圧力により押し下げられた分の前記液体を、前記下流側配管を通じて下流側配管の他方の端に備えた吐出口から吐出し、
前記貯蔵タンクの質量が予め定めた割合で減少するように、前記液体の液面に加える圧力を調整する。

本発明によれば、液体の定量供給を行う場合において、容積式定量ポンプ使用せずに圧送供給手段を用いることで、分解、組み立ても容易な装置構成にすることができ、液体が滞留する部分を少なくでき、菌が繁殖しづらくなる。また、質量測定器は圧力容器の質量を計測せず、直接、液体が貯蔵された貯蔵タンクの質量を測定する構成のため、定格荷重が小さく、分解能の高い質量測定器を選定することができる。さらに、貯蔵タンクに連通する配管は圧力容器に固定されているため、配管の張力変化分が質量測定器で計測されず、液体残質量変化のみを質量測定器で計測できる。この結果、少量の液体質量変化の計測が可能となり、少量の液体を精密に定量供給することができる。

本発明の液体供給装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の液体供給装置に関わるフィードバック制御のフローチャートである。 本発明の液体供給装置の別形態の構成を示す模式図である。 本発明とは異なる液体供給装置の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明の液体供給装置１の概略構成を示す模式図である。この液体供給装置１は、吐出口１０に対して液体であるポリマー２を定量吐出するための装置である。

液体供給装置１は、圧空を供給する圧空供給装置（図示せず）、圧空が流れる上流側配管７１、ポリマー２が流れる下流側配管７２、ポリマー２を定量吐出する吐出口１０、ポリマー２に圧力を付与することで吐出口１０に貯蔵タンク２２内のポリマー２を供給する圧力付与手段２０、各種制御を行うコンピュータからなる制御手段３０、ポリマー２に付与した圧力を測定する圧力センサ４０、及び貯蔵タンク２２内のポリマー２の質量を測定する質量測定器５０で構成される。以下、各構成要素について詳述する。

圧力付与手段２０は、圧力容器２１、圧力容器２１内に封入されたポリマー２を貯める貯蔵タンク２２、及び調整弁２３で構成されている。

上流側配管７１は、圧力容器２１を貫通して、一方の端が圧力容器２１内で開口しており、他方の端が圧空供給装置につながっている。圧空供給装置から圧送された空気が、上流側配管７１を通じて圧力容器２１へ送られる。上流側配管７１には調整弁２３が設けられている。

下流側配管７２は、圧力容器２１を貫通して、一方の端が圧力容器２１内にある貯蔵タンク２２の内部まで延びて開口しており、他方の端がポリマー２の吐出口１０となっている。貯蔵タンク２２の内部にある側の端部は、貯蔵タンク２２内のポリマー２が少なくなっても、先端がポリマー２に浸かっている程度まで延ばしておく。吐出口１０には、ここには図示しないノズル等が接続されている。下流側配管７２を通じて、貯蔵タンク２２に貯められたポリマー２が吐出口１０へ供給される。下流側配管７２には開閉切替バルブ６１が設けられており、開閉切替バルブ６１が開の状態で、貯蔵タンク２２から吐出口１０へポリマー２が供給可能となる。

調整弁２３は、圧空の流量を調整しても、圧力を調整してもよいが、本実施形態では、圧力を調整するレギュレータ（圧空源と繋がる電空レギュレータ）を使用する。調整弁２３は制御手段３０によって制御され、圧力容器２１内の貯蔵タンク２２に入っているポリマー２の圧力（内圧）を変化させる。具体的には、吐出口１０よりも高い圧力となるように貯蔵タンク２２のポリマー２を加圧する。この時の圧力値を「圧送圧力値」とする。

制御手段３０は、圧力センサ４０が出力した圧力値と、質量測定器５０が出力した質量測定値を検知し、調整弁２３を制御する。

圧力センサ４０は、調整弁２３から吐出口１０までの間のポリマー２の圧力、またはポリマー２に付与する圧力を計測するセンサである。本実施形態では、圧力センサ４０は、調整弁２３と圧力容器２１との間の上流側配管７１の途中に設けられており、これら調整弁２３と圧力容器２１との間のポリマー２に付与する圧力を測定している。圧力センサ４０によってポリマー２の圧力が測定される箇所を「圧力測定の対象位置」とする。この圧力測定の対象位置は、調整弁２３から吐出口１０までの間のポリマー２の圧力、またはポリマー２に付与する圧力を測定できる箇所であれば、別の位置であってもよい。

質量測定器５０は、圧力容器２１内に封入され、貯蔵タンク２２及び貯蔵タンク内のポリマー２の質量を測定し、その質量測定値を、制御手段３０に出力する機能を有している。質量測定器５０は、本実施形態ではロードセルである。質量測定器５０は、制御手段３０で予め設定しておいた計測時間ごとに、制御手段３０へ質量測定値を出力し続ける。

圧力容器２１についてもう少し詳細に説明する。図１に示すように、圧力容器２１には、貯蔵タンク２２と質量測定器５０が封入されている。圧力容器２１を貫通する上流側配管７１と下流側配管７２は、圧力容器２１に固定されている。上流側配管７１、下流側配管７２、及び、質量測定器５０と制御手段３０を接続する配線は、それぞれ圧力容器２１を貫通して圧力容器２１と接続しているが、接続箇所から空気が漏れないようにして、圧力容器２１内の気密性が保たれている。例えば２個のフェルールを内蔵する継手で接続することで、圧力容器２１の気密性を保つことができる。

以上の構成を備えている液体供給装置１によって行われる供給方法について説明する。まず、吐出開始の準備ために、開閉切替バルブ６１が閉の状態で、圧力容器２１内の貯蔵タンク２２内のポリマー２の圧力を規定の圧送圧力値まで加圧する処理が行われる。この圧送圧力値は、制御手段３０で設定されている値である。

圧力容器２１内の圧力が圧送圧力値まで上昇したことを圧力センサ４０で確認後、開閉切替バルブ６１を開にする。この時の貯蔵タンク内のポリマー２の質量を「ポリマー初期質量Ｗ」と呼び、制御手段３０に記憶される。

圧送圧力値まで加圧された圧空が、圧力容器２１内の貯蔵タンク２２内のポリマー２の液面を押した体積だけ、ポリマー２が下流側配管７２を通じて吐出口１０から吐出され、貯蔵タンク２２内のポリマー２の質量が減少する。貯蔵タンク２２と、貯蔵タンク２２内のポリマー２の質量を質量測定器５０で測定し、測定した測定値を制御手段３０に出力する。制御手段３０は、予め設定した所定の時間後に測定値をポリマー初期質量Ｗから減算し、測定吐出量を算出する。そして、制御手段３０は、測定吐出量が一定の範囲内に収まるように調整弁２３を制御して、圧力容器２１内の圧力、つまり貯蔵タンク２２に貯めたれているポリマー２の液面にかかる圧力を調整する。

次に図２を用いて、吐出量フィードバック制御方法について説明する。図２は、制御手段３０が行うフィードバック制御のフローチャートを示している。制御手段３０には、いわゆるラダー回路でプログラミングされたプログラムが収納されており、圧力付与手段２０の調整弁２３のフィードバック制御には、図２に示すフローチャートに基づいてプログラミングされている。図２において、ＳＶは事前に定めておく一定時間当たりのポリマー２の設定吐出量（ｇ）、αは設定吐出量に対して許容される公差（ｇ）、ＰＶ_ｎは質量測定器５０のｎ回目の測定による吐出口１０への一定時間当たりの実際の吐出量（ｇ）、ＭＶ_ｎは質量測定器５０がｎ回目に測定した時の規定の圧送圧力値（ｋＰａ）、γはフィードバック係数、ＭＶ_ｎ＋１はフィードバック後の圧送圧力値（ｋＰａ）を示している。

上記ＰＶ_ｎの数値の測定方法は、質量測定器５０で測定したポリマー初期質量Wから一定時間経過後の質量測定値を減算することで求めている。例えば１分間のポリマー２の吐出口１０への供給量を求めるには、質量測定器５０で最初に測定してから１分後に再度質量測定器５０で測定し、最初の測定値から１分後の測定値を減算した数値を１分間当たりの実際の吐出量ＰＶ_１としている。以降同様に１分間隔で計測を行い、前回の測定値との差を測定供給量ＰＶ_ｎとし、質量測定器５０から測定吐出量ＰＶ_ｎに対応する信号を制御手段３０に出力している。

上記のようにして求めた測定吐出量ＰＶ_ｎが設定吐出量ＳＶの公差αの範囲内に収まっている場合、即ち｜ＳＶ−ＰＶ_ｎ｜≦αであるときは、フィードバック係数γの数値をγ１として制御手段３０に設定している。また、測定吐出量ＰＶ_ｎが設定吐出量ＳＶの公差αの範囲外である場合、即ち｜ＳＶ−ＰＶ_ｎ｜＞αであるときは、フィードバック係数γの数値をγ２として同様に制御手段３０に設定している。

上記のようにして求められたＳＶ、ＰＶ_ｎ、ＭＶ_ｎ、α、γの各数値を下記式（１）に代入してフィードバック制御後の圧送圧力値ＭＶ_ｎ＋１を求めている。
・ＭＶ_ｎ＋１＝ＭＶ_ｎ＋γ{（ＳＶ−ＰＶ_ｎ）×ＭＶ_ｎ／ＰＶ_ｎ} ・・・式（１）。

求められた圧送圧力値ＭＶ_ｎ＋１の数値は、制御手段３０の内部では、規定の圧送圧力値ＭＶ_ｎの数値と置き換えられると共に、制御手段３０から調整弁２３へ圧送圧力値ＭＶ_ｎ＋１の信号が出力され、圧力容器２１内の貯蔵タンク２２内のポリマー２に圧送圧力値ＭＶ_ｎ＋１に基づく圧力を付与している。以降、上記した内容を繰り返し一定時間ごとにフィードバック制御を行い、調整弁２３の圧送圧力値ＭＶ_ｎ＋１を適宜調整して、実際のポリマー２の吐出量と設置吐出量ＳＶの差が大きくならないように補正し、ポリマー２の時間当たりの定量吐出を行っている。

なお、圧送圧力値ＭＶ_ｎとＭＶ_ｎ＋１が異なる理由の一つとして、ポリマー２の粘度（粘性）の変化がある。ポリマー２の粘度が変化する原因の一つとして、連続吐出する場合に、運転初期と運転終了時にポリマー２の温度が変化し、ポリマー２の粘度変化に影響を与えることが考えられる。ポリマー２の温度が上昇すると、ポリマー２の粘度が減少し、液体供給装置１の下流側配管７２を流れるポリマー２の圧力損失が一般的に小さくなる（以下、状態変化という）。その結果、それまでと同じ吐出圧ＭＶ_ｎを用いてポリマー２を加圧すると、圧力損失が小さくなっていることから、吐出口１０では所望の吐出量より余剰に吐出され、吐出量超過が発生する恐れがある。

ここで、制御手段３０は、これまで述べたように予め定めた一定の間隔で圧力付与手段２０における圧送圧力値を補正する処理を行っているため、前記状態変化が発生していても、迅速にその変化に応じた圧送圧力値が設定され、適切な定量吐出を行うことが可能となる。

なお、液体供給装置１は、貯蔵タンク２２内のポリマー２を吐出し終えると、ポリマー供給終了とし、圧力容器２１を開放して、貯蔵タンク２２内にポリマー２を再度充填し、液体供給を繰り返し行う。

ここで、圧力容器２１内に貯蔵タンク２２と質量測定器５０を封入する理由を説明する。図４を参照する。図４は液体供給装置２０１を模式的に示す図面である。液体供給装置２０１は、質量測定器２５０が圧力容器２２１の内部から取り除かれ、圧力容器２２１の下に配置された以外は、図１の液体供給装置１と同じ構成である。

液体供給装置２０１は、貯蔵タンク２２２を圧力容器２２１内に封入し、圧力容器２２１ごと質量測定器２５０で測定する構成である。そのため、質量測定器２５０で測定する対象となる質量は、圧力容器２２１、貯蔵タンク２２２、及びポリマー２の合計の質量となる。圧力容器２２２は内圧に耐える頑丈な構造にする必要があるため、一般的に質量が重くなってしまう。そのため、質量測定器２５０としては、質量測定上限範囲（以下、定格質量という。）が大きい測定器を選定する必要がある。一般に、定格質量の大きい質量測定器は、測定可能な最小間隔が大きくなり、少量の質量変化を高精度に計測ができない（以下、「分解能が小さい」と呼ぶ）。つまり、質量測定器２５０では、貯蔵タンク２２２内のポリマー２の質量変化を精度よく測定することができない。

さらに、圧送により貯蔵タンク２２２内のポリマー２が吐出口２１０から吐出され、貯蔵タンク２２２内のポリマー２の質量が減少してくると、質量測定器２５０に内蔵されているロードセルに加わる荷重が小さくなりロードセルのひずみが小さくなる。そうすると、質量測定器２５０の上に圧力容器２２１が直接置かれているので、ロードセルのひずみが解消した分だけ、圧力容器２２１が浮き上がることになる。ところが、上流側配管２７１と下流側配管２７２は、圧力容器２２１内の気密を損なわないように圧力容器２２１に固定されているため、多少なりとも上流側配管２７１と下流側配管２７２により、圧力容器２２１に対して圧力容器２２１が浮き上がるのを拒む方向の力が加わってしまう。そのため、貯蔵タンク２２２内からポリマー２が減った分の質量が正確に質量測定器２５０の測定値に反映されず、上流側配管２７１と下流側配管２７２により押し戻された分だけ質量測定に誤差として測定されてしまい、少量の質量変化を計測することが困難になる。

一方、図１の液体供給装置１に例示される本発明の液体供給装置では、質量測定器５０で測定する対象となる質量は、貯蔵タンク２２とポリマー２の合計の質量のみである。貯属タンク２２は高圧に耐える構造にする必要がなく軽量にできるので、質量測定器５０としては、定格質量が小さい測定器を選定できる。その結果、少量の質量変化を高精度に計測がすることができる。また、質量測定器５０の上には貯蔵タンク２２が置かれているだけであり、貯蔵タンク２２には、貯属タンク２２が浮き上がるのを拒むような配管などが接続されていないので、貯蔵タンク２２内からポリマー２が減った分の質量が正確に質量測定器５０の測定値に反映される。

以上の理由より、少量の液体の高精度な定量供給を実現するためには、図１で示す通り、圧力容器２１内に貯蔵タンク２２と質量測定器５０を封入する構成にすることが必要である。

次に、本発明の液体供給装置の別形態について説明する。図３は液体供給装置１０１の構成を示す模式図である。液体供給装置１０１は、ポリマー２を定量吐出する吐出口１１０、ポリマー２に圧力を付与することで貯蔵タンク１２２ａ又は１２２ｂ内のポリマー２を吐出口１１０に供給する圧力付与手段１２０、各種制御を行うコンピュータからなる制御手段１３０、ポリマー２に付与した圧力を測定する圧力センサ１４０、並びに貯蔵タンク１２２ａ及び１２２ｂ内それぞれのポリマー２の質量を測定する質量測定器１５０ａ及び１５０ｂで構成される。図３に示すとおり、貯蔵タンク１２２ａと質量測定器１５０ａを圧力容器１２１ａ内に封入し、貯蔵タンク１２２ｂと質量測定器１５０ｂを圧力容器１２１ｂ内に封入する。

圧力容器１２１ａと圧力容器１２１ｂを調整弁１２３に接続するために、上流側配管１７１を上流側分岐点Ｔ１で分岐し、分岐上流配管１７１ａと１７１ｂを設けている。

圧力容器１２１ａと圧力容器１２１ｂを吐出口１１０に接続するため、下流側配管１７２を下流側分岐点Ｔ２で分岐し、分岐下流側配管１７２ａと分岐下流側配管１７２ｂを設けた。分岐下流側配管１７２ａと１７２ｂにはそれぞれ、開閉切替バルブ１６１ａ、１６１ｂを１つずつ設けている。貯蔵タンク１２２ａと１２２ｂに連通する分岐下流側配管１７２ａと１７２ｂは、圧力容器１２１ａと１２１ｂにそれぞれ固定される。

液体供給装置１０１は、最初に吐出した貯蔵タンク１２２ａ内のポリマー２の質量が、制御手段１３０で予め設定した下限質量を下回った場合に、開閉切替バルブ１６１ａを閉、開閉切替バルブ１６１ｂを開にすることで、貯蔵タンク１２２ｂからポリマー２を吐出し、貯蔵タンクを切り替えてポリマー２を連続的に吐出することができる。貯蔵タンク１２２ｂ内のポリマー２の質量が下限質量になる前に、貯蔵タンク１２２ａにポリマー２を予め再充填し、貯槽タンク１２２ｂ内のポリマー２の質量が、制御手段１３０で予め設定した下限質量を下回った場合に、開閉切替バルブ１６１ｂを閉、開閉切替バルブ１６１ａを開にすることで、さらに貯蔵タンクを切り替えてポリマー２を連続的に吐出でき、以降この動作を繰り返すことで、ポリマー２の連続吐出が可能になる。

なお、本発明の液体供給装置１０１は、に示すとおり、圧力容器、貯蔵タンク、質量測定器、開閉切替バルブをそれぞれ２セットで構成しているが、３セット以上の並列接続で構成して、貯蔵タンクの切替を行い、ポリマー２の連続吐出を行ってもよい。

次に本発明について、以下の実施例でより具体的に説明するが、本発明はこの実施例のみに制限されるものではない。

（実施例）
図１の液体供給装置１を用いて、ポリマー２の吐出を行った。ポリマー２はユニルーブ（日油製）で粘度が２７００ｍＰａ・ｓ、ポリマー初期質量Ｗは９．５ｋｇであった。圧力容器２１の質量は２５．５ｋｇ、貯蔵タンク２２の質量は０．５ｋｇであった。調整弁２３は、電空レギュレータを使用し、開閉切替バルブ６１は３方電磁弁を使用した。上流側配管７１及び下流側配管７２はフッ素樹脂製で内径６ｍｍ、長さは上流側配管７１が１０００ｍｍ、下流側配管７２も１０００ｍｍを用いた。質量測定器５０は、定格質量１０ｋｇの質量測定器（東洋測器製、分解能：±２．５ｇ）を使用した。

また、質量測定器５０による一回の測定時間を１分、１分当たりのポリマー２の設定吐出量ＳＶを５０ｇ、許容公差αを±５．０ｇ(±１０％)、既定の初期吐出圧ＭＶ_１を２００ｋＰａとした。

フィードバック係数γは、測定吐出量ＰＶ_ｎが設定吐出量ＳＶの公差αの範囲内に収まっている場合、即ち｜ＳＶ−ＰＶ_ｎ｜≦αであるときは、フィードバック係数γの数値を０．１≦γ１≦０．７の範囲で制御手段３０に設定した。また、測定吐出量ＰＶ_ｎが設定吐出量ＳＶの公差αの範囲外である場合、即ち｜ＳＶ−ＰＶ_ｎ｜＞αであるときは、フィードバック係数γの数値を０．８≦γ２≦１．２の範囲で上記同様に設定した。なお、フィードバック係数γの設定範囲は本実施例に基づいて経験的に求められた数値範囲である。本実施例では、質量測定器５０の測定による吐出量ＰＶが公差範囲内にある場合（γ１）は０．２に、公差範囲外の場合（γ２）は１．０として設定した。

上記設定値に基づいて、液体供給装置１によりユニルーブを吐出させた結果、開始より３分までは単調増加し、開始３分後の測定吐出量ＰＶは５６ｇであり、設定吐出量ＳＶである５０ｇの許容範囲±５０ｇを超過していたが、開始４分後の測定吐出量ＰＶは５０ｇとなり、設定吐出量ＳＶの許容範囲α内に入り、それ以降も１５０分間、４８ｇ〜５０ｇの間の値で吐出でき、設定吐出量ＳＶ＝５０ｇの許容範囲α＝±５ｇ以内で安定した状態となった。吐出開始時の室温は１８．９℃であり、吐出終了時は３０．０℃に変化しており、温度条件変化があっても単位時間当たりに一定量で吐出できた。

（比較例）
次に図４を用いて、本発明の比較例である液体供給装置２０１について説明する。図４の液体供給装置２０１を用いて、ポリマー２の吐出を行った。実施例と同じく、ポリマー２はユニルーブ（日油製）で粘度が２７００ｍＰａ・ｓ、ポリマー初期質量Ｗは９．５ｋｇであった。圧力容器２２１の質量は２５．５ｋｇ、貯蔵タンク２２２の質量は０．５ｋｇであった。調整弁２２３は、電空レギュレータを使用し、開閉切替バルブ２６１は３方電磁弁を使用した。上流側配管２７１及び下流側配管２７２はフッ素樹脂製で内径６ｍｍ、長さは上流側配管２７１が１０００ｍｍ、下流側配管２７２も１０００ｍｍを用いた。

また、質量測定器２５０による一回の測定時間を１分、１分当たりのポリマー２の設定吐出量ＳＶを５０ｇ、許容公差αを±５．０ｇ(±１０％)、既定の初期吐出圧ＭＶ_１を２００ｋＰａとした。フィードバック係数γは、質量測定器２５０の測定による吐出量ＰＶが公差範囲内にある場合（γ１）は０．２に、公差範囲外の場合（γ２）は１．０として設定した。

質量測定器２５０としては、圧力容器２２１分の質量も測定する必要があるため、必要な定格質量は３５．５ｋｇ以上となり、定格荷重５０ｋｇの質量測定器（東洋測器製、分解能：±１２．５ｇ）を使用した。設定吐出量ＳＶが５０ｇのときの許容公差α±５ｇ（±１０％）より、質量測定誤差の方が大きくなり、許容公差の精度で質量測定を行うことができなかった。比較例の構成では、設定吐出量ＳＶの許容公差α内で定量吐出するために必要な質量測定の分解能が得られず、設定吐出量ＳＶの許容公差α内で定量吐出できないことが明白であり、所望の吐出精度で吐出ができなかった。

本発明は、液体の定量供給において、微小の厳密吐出を必要とする分野全般に適用可能な技術である。本発明は特に、菌体管理、汚染管理の必要な液体を供給する場合に有用である。

１、１０１、２０１、：液体供給装置
２：ポリマー
１０、１１０、２１０：吐出口
２０、１２０、２２０：圧力付与手段
２１、２２１：圧力容器
２２、２２２：貯蔵タンク
２３、１２３、２２３：調整弁
３０、１３０、２３０：制御手段
４０、１４０、２４０：圧力センサ
５０、２５０：質量測定器
６１、２６１：開閉切替バルブ
７１、１７１、２７１：上流側配管
７２、１７２、２７２：下流側配管
１２１ａ：圧力容器１
１２１ｂ：圧力容器２
１２２ａ：貯蔵タンク１
１２２ｂ：貯蔵タンク２
１５０ａ：質量測定器１
１５０ｂ：質量測定器２
１６１ａ：開閉切替バルブａ
１６１ｂ：開閉切替バルブ
１７１ａ：分岐上流側配管１
１７１ｂ：分岐上流側配管２
１７２ａ：分岐下流側配管１
１７２ｂ：分岐下流側配管２
Ｔ１：上流側分岐点
Ｔ２：下流側分岐点

Claims (2)

1. 貯蔵タンク内に貯蔵された液体の液面に圧力を加えて、圧力により押し下げられた分の液体を、配管を通じて前記貯蔵タンクの外へ吐出する液体供給装置であって、
   圧力容器と、
   前記圧力容器内に封入された、液体を貯蔵するための貯蔵タンクと、
   前記圧力容器内に前記貯蔵タンクとともに封入され、液体が貯蔵された前記貯蔵タンクの質量を測定する質量測定器と、
   前記圧力容器内の気密性を損なわないように圧力容器の壁を貫通し、一方の端が前記圧力容器内で開口した上流側配管と、
   前記圧力容器内の気密性を損なわないように圧力容器の壁を貫通し、一方の端が前記貯蔵タンクの内部まで延びて開口し、他方の端に液体の吐出口を備えた下流側配管と、
   前記上流側配管の他方の端に接続され、上流側配管を通じて前記圧力容器内に空気を圧送する圧空供給手段と、
   前記上流側配管の途中に設けられ、上流側配管内を流れる空気の流量または上流側配管内の空気の圧力を調整するための調整弁と、
   前記質量測定器で測定された前記貯蔵タンクの質量が予め定めた割合で減少するように、前記調整弁を作動させる制御手段と、
   を備えた液体供給装置。
2. 貯蔵タンク内に貯蔵された液体の液面に圧力を加えて、圧力により押し下げられた分の液体を、下流側配管を通じて前記貯蔵タンクの外へ吐出する液体供給方法であって、
   液体を貯蔵した貯蔵タンクを圧力容器内に封入し、
   下流側配管を前記圧力容器内の気密性を損なわないように圧力容器の壁を貫通させ、
   前記下流側配管の一方の開口した端を、前記貯蔵タンク内の前記液体の中まで入れ、
   前記液体を貯蔵した前記貯蔵タンクの質量を前記圧力容器の内部で測定しながら、前記液体の液面に圧力をかけて、圧力により押し下げられた分の前記液体を、前記下流側配管を通じて下流側配管の他方の端に備えた吐出口から吐出し、
   前記貯蔵タンクの質量が予め定めた割合で減少するように、前記液体の液面に加える圧力を調整する、
   液体供給方法。

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