JP2022052393A - 混合システムおよび測定システム - Google Patents

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Abstract

【課題】混合剤の使用量を低減し、且つ、混合剤を供給するためのユーティリティを小容量化することができるコンパクトな混合システム、および、当該混合システムを用いた測定システムを提供する。【解決手段】試料と混合する混合剤を吐出する混合剤吐出ノズルと、試料が流れる試料配管の内側に開口して試料を採取する試料採取口と混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する可動機構と、を備える混合システム。【選択図】 図１

Description

本発明は、混合システムおよび測定システムに関する。
従来より、処理済媒体サンプルを抽出し、抽出したサンプルを希釈するシステムが知られている。特許文献１は、粒度分布測定装置における分析のための、処理済媒体を抽出及び準備するサンプリング及び希釈システムを開示する。
特許文献１には、第一の圧力下にある処理流中を流れる処理済媒体の代表サンプルを抽出し、抽出した代表サンプルを混合チャンバへと希釈媒体と共に供給するシステムが開示される。システムは、第二の圧力の源を混合チャンバに接続しており、この第二の圧力は処理流の第一圧力よりも低い値を持つ。抽出流制御装置が混合チャンバを処理流に接続し、第一の位置又はその代わりの第二の位置において機能できる。第一の位置において機能された時には、混合チャンバの第二圧力が処理流の第一圧力と接続され、圧力差に応答して、処理済媒体の一部が処理流から抽出流制御装置を通じて引き抜かれる。更に、第三の圧力下にある希釈媒体源が、抽出流制御装置に接続され含まれる。第三圧力もまた、第二圧力よりも高い値を持つ。抽出流制御装置を第二の位置に機能することにより、処理流の第一圧力が第二圧力から隔離され、第二圧力が希釈媒体源の第三圧力へと接続される。第三圧力と第二圧力との圧力差に応答して、希釈媒体が希釈媒体源から抽出流制御装置を通じて、混合チャンバへと、以前に抽出された処理済媒体の代表サンプルを運びながら流れる。
特表２００２―５０５４２１号公報
特許文献１のような構成を利用してリアルタイムで測定を行う場合、測定毎のタイミングでプローブから測定装置までの配管およびチャンバ内の処理媒体を入れ替え、測定に適した濃度に希釈するために処理媒体の濃度を希釈することが必要である。
しかしながら、プローブから抽出制御装置までの間に、採取した試料の残留が発生する。そして、連続的な測定を行おうとすると、残留の発生により処理媒体の濃度によっては多量の希釈剤が必要になり、大規模な希釈剤供給ユーティリティが必要となる。
そこで、本発明の目的は、混合剤の使用量を低減し、且つ、混合剤を供給するためのユーティリティを小容量化することができるコンパクトな混合システム、および、当該混合システムを用いた測定システムを提供することにある。
本発明の第１の観点によれば、試料と混合する混合剤を吐出する混合剤吐出ノズルと、試料が流れる試料配管の内側に開口して試料を採取する試料採取口と前記の混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する可動機構と、を備える混合システムが提供される。
本発明の第２の観点によれば、前記の混合システムと、前記の混合システムで採取した試料の測定を行う測定部と、を備える測定システムが提供される。
本発明によれば、混合剤の使用量を低減し、且つ、混合剤を供給するためのユーティリティを小容量化することができるコンパクトな混合システム、および、前記の混合システムを用いた測定システムを提供することができる。
本発明の第１実施形態における混合システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態における混合フロー図である。 本発明の第２実施形態における混合システムの構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態における混合フロー図である。 本発明の第３実施形態における混合システムの構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態における混合フロー図である。 本発明の第４実施形態における測定システムの構成を示す概略図である。
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態における混合システムの構成を示す概略図である。
図１に示すように、混合システムは、試料配管１、混合剤吐出ノズル２、アクチュエータ３、送液ポンプ（４、６）、混合剤タンク５、バルブ（７、９）、混合タンク８、試料採取ノズル１０を備えている。
試料配管１は、測定対象となる試料が流れる配管であり、試料配管１には、混合剤吐出ノズル２と試料採取ノズル１０が接続されている。
試料採取ノズル１０は、バルブ７を介して混合タンク８と接続されており、試料採取ノズル１０には、試料配管１を流れる試料を採取するための試料採取口が形成されている。
混合剤吐出ノズル２は、ポンプ４を介して混合剤タンク５と接続されており、混合剤吐出ノズル２には、混合剤を吐出するための吐出口が形成されている。また、混合剤吐出ノズル２は、アクチュエータ３の駆動によって試料採取ノズル１０との距離を変化させることができるように設けられている。当該アクチュエータ３は、混合剤吐出ノズル２を移動させ、試料採取口と混合剤吐出ノズル２とのギャップを調整する可動機構を構成している。
試料採取ノズル１０の試料採取口、および、混合剤吐出ノズル２の吐出口は、試料配管１の内部で開口している。アクチュエータ３が駆動して混合剤吐出ノズル２が試料採取ノズル１０に近付いた際、混合剤吐出ノズル２から試料採取ノズル１０へ混合剤が送られるように、それぞれの口が密着して接続される。
なお、それぞれの口が接続された状態では、ノズル内部に試料が侵入しないように、混合剤吐出ノズル２の吐出口にはゴムなどで構成されたシール部材が設けられている。シール部材は、それぞれの口が接続された状態で、混合剤吐出ノズル２及び試料採取口のうちの少なくとも一方への試料の侵入を抑制する密閉機構を構成している。そして、ノズル口をシールすることによって、試料の侵入が抑制されて試料採取の精度が向上する（つまり、目標とする採取量よりも多く採取することを抑制することができる）。
また、試料配管１内の試料が外部に漏れないように混合剤吐出ノズル２を動かすため、試料配管１と混合剤吐出ノズル２は、Оリングまたはダイヤフラムを介して接続される。
試料採取ノズル１０の試料採取口は、試料配管１における試料の流れ方向に対して影にならないように開口することが望ましい（言い換えれば、試料の流れの上流方向から見て試料採取口に重なる障害物が無いことが望ましい）。もし、試料の流れ方向に対して影になるように試料採取口が開口する場合、試料採取口に試料が入らなかったりすることがある。また、試料が粒度分布を持ったスラリーの場合、粒子サイズに応じて採取効率が変化することによって、採取前後の試料の粒度分布が変化することがある。
このような観点から、試料採取口の方向が試料の流れ方向に対して９０°以上であり、且つ、試料の流れの上流方向から見て試料採取口に重なる障害物が無いことが望ましい。これにより、試料採取口から試料を精度良く採取することができる。なお、図１においては、試料採取口の方向の一例が、角度θによって示されている。また、試料採取口は、配管内壁側よりも試料の流れが速い配管中央付近で開口することが望ましい。
混合タンク８は、バルブ７を介して試料採取ノズル１０と接続されており、混合タンク８には、試料採取ノズル１０から試料および混合剤が送られる。更に、混合タンク８は、送液ポンプ６を介して混合剤タンク５と接続されており、混合剤タンク５から混合剤が直接的に送られる。なお、バルブ７は、閉状態で試料採取口から流入した試料の流れを遮断することができる遮断機構を構成している。
混合タンク８では、攪拌装置によって試料と混合剤が混合され、測定に使用する混合液が調整される。攪拌装置は、適切に混合することができれば良く、例えば、攪拌羽により攪拌する装置や超音波により攪拌する装置にすることができる。そして、測定に使用する混合液は、試料を測定する測定部へ送られる。なお、混合タンク８内の試料を入れ替える際は、バルブ９が開放されて、システム外へ混合液が排出される。
ノズルを移動させるアクチュエータ３、送液ポンプ（４、６）、および、バルブ（７、９）、混合タンク８における攪拌装置などの各構成は、入力する電気信号に基づいて動作する構成とされている。そして、混合システムは、各構成を動作させる制御装置を備えたシステムにすることができる。この場合、制御装置は、演算処理装置と、記憶装置（ＲＯＭ）と、を備え、記憶装置には、各構成を適切に動作させるために必要なプログラムが格納される。
なお、制御装置は、図１に示すように、混合システムの一部として設けることができる。しかしながら、制御装置は、混合システムと別体の装置として設けられても良い。制御装置は、各構成を適切に動作させるためのプログラムが格納されているコンピュータであれば良く、例えば、ノート型パソコンであっても良い。この場合、ユーザは、各構成とコンピュータを接続して信号のやり取りをできる環境を構築し、混合システムを適切に動作させることができる。
次に、本実施形態における混合フローの一例について、図２を参照しながら説明する。
まず、制御装置は、バルブ７を開き（Ｓ１）、アクチュエータ３を駆動して混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０から離し、試料採取を開始させる（Ｓ２）。この状態で所定時間待機することにより、必要量の試料が採取される（Ｓ３）。なお、試料の採取量は待機時間で調整される。
次に、制御装置は、バルブ７を閉じ（Ｓ４）、混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０に近付けて、それぞれの口を接続させる（Ｓ５）。ステップ（Ｓ５）のとき、バルブ７が閉じられて試料の流れが遮断されている。従って、混合剤吐出ノズル２の移動時において、混合タンク８への試料の流れが無いので、混合剤吐出ノズル２の移動時に混合タンク８へ試料が流れることが防止されている。
制御装置は、バルブ７を開き、送液ポンプ４をＯＮにして混合剤を混合剤吐出ノズル２から吐出させ、試料採取ノズル１０内の試料を押し出させる（Ｓ６）。更に、制御装置は、送液ポンプ６をＯＮにして混合タンク８に混合剤を供給させて、混合タンク８内の試料濃度を所定値になるように調整する（Ｓ７）。次に、制御装置は、攪拌装置に混合タンク内の濃度が均一になるように混合させ（Ｓ８）、測定に用いる混合液は測定部へ送られる（Ｓ９）。
制御装置は、バルブ９を開いて不要な混合液を排出させる（Ｓ１０）。試料配管１内の試料の変化をリアルタイムに測定する場合、制御装置は、（Ｓ１）から（Ｓ１０）の処理を繰り返す（Ｓ１１）。
試料を採取する際にノズルや配管などに試料が残留する場合、試料と混合剤を混合するタンクへ送られる試料の量は、残留する試料の量よりも必ず多くなる。そのため、試料が残留した場合、残留する試料の量が採取量の下限量であると言うことができる。
従って、従来のようなシステムを利用して試料と混合剤を混合する場合、採取目標とした試料の量よりも残留する試料の分だけ多くなり、これにより、残留する試料に相当する量の希釈剤が余計に必要となる。そして、リアルタイム的に試料と混合剤を混合する状況においては、混合する回数に応じて必要な希釈剤の量が大きく増えるので、これに伴って、希釈剤を供給するためのユーティリティも大規模化すると言うことができる。
しかしながら、本実施形態では、試料採取後に試料採取ノズル１０内の試料を混合剤で押し流すため、試料の残留が無いと言うことができるので、次の試料採取時では、新しい試料のみを混合タンク８に送ることが可能である。従って、残留を無くして試料採取量を低減させることができるので、使用する混合剤の量を低減することができる。これにより、混合剤使用量を低減し、供給ユーティリティを小容量化したコンパクトな混合システムを提供することができる。
本実施形態では、制御装置は、ステップ（Ｓ２）において試料を採取する場合に試料採取口と混合剤吐出ノズル２とのギャップを広げるようにアクチュエータ３を制御する。これにより、混合剤吐出ノズル２と試料採取口との間のスペースが広くなるので、試料採取口に試料を入り易くすることができ、試料を適切に採取することができる。その一方で、制御装置は、ステップ（Ｓ５）において試料の採取を終える場合に試料採取口と混合剤吐出ノズル２とのギャップを狭めるようにアクチュエータ３を制御する。これにより、混合剤吐出ノズル２から吐出する混合剤を適切に試料採取口に流入させることができる。
また、本実施形態では、送液ポンプ４をＯＮにした（Ｓ６）後に、送液ポンプ６をＯＮにして混合タンクに混合剤を供給した（Ｓ７）例が説明されたが、混合フローの開始後の任意のタイミング（Ｓ１～Ｓ５）から混合剤の供給を開始しても良い。制御装置は、例えば、混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０から離すタイミング（Ｓ２）や試料を採取するために待機する際（Ｓ３）に、混合剤吐出ノズル２から混合剤を吐出させても良く、これにより、混合剤吐出ノズル２の内部への試料の侵入を抑制することができる。
本実施形態では、アクチュエータ３が駆動して混合剤吐出ノズル２が移動する例を説明した。しかしながら、アクチュエータの駆動によって試料採取ノズル１０が移動する構成でも良い。この場合、当該アクチュエータは、試料採取ノズル１０を移動させ、試料採取口と混合剤吐出ノズル２とのギャップを調整する可動機構を構成する。そして、この場合、制御装置は、当該アクチュエータを動作させるプログラムに従って当該アクチュエータを動作させることができる。
本実施形態では、試料採取後に、混合剤吐出ノズル２と試料採取ノズル１０を密着させて接続する例を説明したが、試料採取量に影響を与えない場合、ノズル間に間隔が設けられても良い。また、一方のノズルが他方のノズルに入り込んでも良い。
上記では、混合剤吐出ノズル２の吐出口にシール部材が設けられることついて説明した。しかしながら、試料の採取に影響しない場合、試料採取ノズル１０の試料採取口にシール部材が設けられても良い。この場合、当該シール部材は、それぞれの口が接続された状態で、ノズル内部への試料の侵入を抑制する密閉機構を構成する。
上記では、制御装置が各構成を動作させる例について説明した。しかしながら、混合システムを適切に動作させることができる場合、制御装置による制御に代えて、ユーザ等が操作を行い、混合システムを適切に動作させても良い。この場合、ユーザ等の操作対象になる構成は、ユーザ等によって操作することができる構成とされる。
例えば、アクチュエータ３が手動制御することができる構成（一例として、スイッチ式でＯＮ／ＯＦＦ制御することができる構成）にされ、ユーザ等が適宜のタイミングで当該アクチュエータ３を操作して、ユーザ等は混合システムを適切に動作させても良い。
次に、第２実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、上記の第１実施形態で説明した混合システムよりも試料採取精度を向上させた例を説明する。なお、上述した実施形態と同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明を省略することがある。
図３は、本実施形態における混合システムの構成を示す概略図である。図３に示すように、混合システムは、試料配管１、混合剤吐出ノズル２、アクチュエータ（３、１５、１６）、送液ポンプ（４、６）、混合剤タンク５、バルブ（７、９）、混合タンク８、試料採取ノズル１０、ピストン（１３、１４）を備えている。
本実施形態において、試料配管１、混合剤吐出ノズル２、送液ポンプ（４、６）、混合剤タンク５、混合タンク８、試料採取ノズル１０の配置は、第１実施形態の場合と同じである。しかしながら、混合剤吐出ノズル２の内部には、シール部１１とピストン１３が追加されており、試料採取ノズル１０の内部には、シール部１２とピストン１４が追加されている。また、ピストン１３を可動させるアクチュエータ１５、および、ピストン１４を可動させるアクチュエータ１６が追加されている。
それぞれのピストン（１３、１４）は、対応するアクチュエータ（１５、１６）の駆動によってノズルの中心軸方向に沿って前後移動することができる。また、前方向へ伸長したピストン（１３、１４）の先端部が対応するシール部（１１、１２）に突き当たるように、または、対応するシール部（１１、１２）の内側まで移動するように、それぞれのシール部（１１、１２）の大きさが設定されている。それぞれのシール部（１１、１２）の内径は、対応するノズル（２、１０）の内径よりも小さく、且つ、対応するピストン（１３、１４）の外径と同程度またはそれ以上に設定されている。
本実施形態によれば、ピストン（１３、１４）の先端部を対応するシール部（１１、１２）に突き当て、または対応するシール部（１１、１２）の内側まで移動させることによって、対応するノズル（２、１０）の内部へ試料配管１の内側を流れる試料が侵入することを抑制することができる。従って、シール部１１およびピストン１３は、混合剤吐出ノズル２への試料の侵入を抑制する密閉機構を構成する。また、シール部１２およびピストン１４は、試料採取ノズル１０への試料の侵入を抑制する密閉機構を構成する。
ノズルを移動させるアクチュエータ３、ピストンを移動させるアクチュエータ（１５、１６）、バルブ（７、９）などの各構成は、入力する電気信号に基づいて動作する構成とされている。そして、混合システムは、各構成を動作させる制御装置を備えたシステムにすることができる。この場合、制御装置は、演算処理装置と、記憶装置（ＲＯＭ）と、を備え、記憶装置には、各構成を適切に動作させるために必要なプログラムが格納される。
次に、本実施形態における混合フローの一例について、図４を参照しながら説明する。
まず、制御装置は、アクチュエータ３を駆動して混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０から離し（Ｓ２１）、ピストン１４を開いて試料採取を開始させる（Ｓ２２）。この状態で所定時間待機することによって、必要量の試料が採取される（Ｓ２３）。なお、試料の採取量は待機時間で調整する。
次に、制御装置は、混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０に近付けて、それぞれの口を接続させる（Ｓ２４）。
制御装置は、ピストン１３を開き（Ｓ２５）、送液ポンプ４をＯＮにして混合剤を混合剤吐出ノズル２から吐出させ、試料採取ノズル１０内の試料を押し出させる（Ｓ２６）。更に、制御装置は、送液ポンプ６をＯＮにして混合タンク８に混合剤を供給して、混合タンク８内の試料濃度が所定値になるように調整する（Ｓ２７）。次に、制御装置は、攪拌装置を制御して混合タンク内の濃度が均一になるように混合し（Ｓ２８）、混合液は測定部へ送られる（Ｓ２９）。
制御装置は、バルブ９を開いて不要な混合液を排出させる（Ｓ３０）。制御装置は、ピストン（１３、１４）を閉じて初期状態に戻す（Ｓ３１）。試料配管１内の試料の変化をリアルタイムに測定する場合、制御装置は、Ｓ２１からＳ３１の処理を繰り返す（Ｓ３２）。
上記した第１実施形態によれば、混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０から離した直後（Ｓ２）から、試料配管１内の試料が混合剤吐出ノズル２の内部へ濃度拡散によって侵入するため、試料採取量が狙いの量よりも多くなる（つまり、目標とする採取量よりも多くなる）と考えられる。また、試料採取ノズル１０への試料流入は、待機期間（Ｓ３）だけでなく、ステップ（Ｓ２）やステップ（Ｓ５）で混合剤吐出ノズル１０の移動期間においても発生するため、試料採取量を移動期間中の試料流入量より少なく設定することができない。
そこで、本実施形態によれば、ノズル（２、１０）の内部にピストン（１３、１４）を設置してノズル口をシールするため、濃度拡散や混合剤吐出ノズル２の移動期間の試料流入を抑制することができ、試料採取の精度を向上させることができる。
本実施形態では、送液ポンプ４をＯＮにした（Ｓ２６）後に、送液ポンプ６をＯＮにして混合タンク８に混合剤を供給した（Ｓ２７）例を説明したが、制御装置は、混合フローの開始後の任意のタイミング（Ｓ２１～Ｓ２５）から混合剤の供給を開始しても良い。
本実施形態では、試料採取後に混合剤吐出ノズル２と試料採取ノズル１０を接続させる例を説明したが、試料採取量に影響を与えない場合、ノズル間に間隔が設けられても良い。
また、試料採取ノズル１０をアクチュエータによって移動させる構成でも良い。この場合、当該アクチュエータは、試料採取ノズル１０を移動させ、試料採取口と混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する可動機構を構成する。そして、この場合、制御装置は、当該アクチュエータを動作させるプログラムに従って当該アクチュエータを動作させることができる。
上記の第１実施形態の場合と同様に、ステップ（Ｓ２４）においてノズル（２、１０）それぞれを接続する際、バルブ７が混合タンク８側への試料の流れを遮断しても良い。
上記の第１実施形態の場合と同様に、混合システムを適切に動作させることができる場合、制御装置による制御に代えて、ユーザ等が操作を行い、混合システムを適切に動作させても良い。この場合、ユーザ等の操作対象になる構成は、ユーザ等によって操作することができる構成とされる。
次に、第３実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、上記の第２実施形態で説明した混合システムよりも部品点数を削減させ、更に試料採取精度を向上させた例を説明する。なお、上述した実施形態と同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明を省略することがある。
図５は、本実施形態における混合システムの構成を示す概略図である。図５に示すように、混合システムは、試料配管１、混合剤吐出ノズル２、アクチュエータ（３、１６）、送液ポンプ（４、６）、混合剤タンク５、バルブ９、混合タンク８、試料採取ノズル１０、ピストン１８、コントローラ１７を備えている。
本実施形態では、試料配管１、混合剤吐出ノズル２、送液ポンプ（４、６）、混合剤タンク５、混合タンク８、試料採取ノズル１０の配置は、第２実施形態の場合と同じである。しかしながら、混合剤吐出ノズル２に設置されたシール部１１およびピストン１３を削減し、更にアクチュエータ１５を削減している。また、試料採取ノズル１０内に設置したピストン１４の構造を変更した構造となっている。
コントローラ１７は、送液ポンプ４の流量を制御するためのコントローラである。コントローラ１７は、ＣＰＵやＲＯＭ等を備える構成にすることができる。ＲＯＭには、送液ポンプ４を適切に動作させるためのプログラムが格納され、コントローラ１７は、送液ポンプ４の流量を制御することができる。
ピストン１８は、先端側の外径よりも基端側の外径の方が大きく設定された段付き形状であり、ピストン１８の基端側には、大径部１９が形成されている。大径部１９の外径は、試料採取ノズル１０の内径よりも小さく設定されており、試料採取ノズル１０の内径にできるだけ近いほうが好ましい。
本実施形態では、ピストン１８が閉じる方向（図中左側）へ移動することによって、試料採取ノズル１０内の混合剤が大径部１９によって吐出される。従って、ピストン１８の大径部１９は、混合剤や試料を含んだ混合剤を、試料採取口から試料配管１へ逆流させる逆流機構を構成している。
配管２０は、試料採取ノズル１０と混合タンク８に接続される。配管２０と試料採取ノズル１０との接続位置は、ピストン１８を全閉（図中左側に移動させた）状態では、大径部１９と重なり、且つ、ピストン１８を全開（図中右側に移動させた）状態では、大径部１９と重ならないように設定される。
ノズルを移動させるアクチュエータ３、コントローラ１７、バルブ９などの各構成は、入力する電気信号に基づいて動作する構成とされている。そして、混合システムは、各構成を動作させる制御装置を備えたシステムにすることができる。この場合、制御装置は、演算処理装置と、記憶装置（ＲＯＭ）と、を備え、記憶装置には、各構成を適切に動作させるために必要なプログラムが格納される。
次に、本実施形態における混合フローの一例について、図６を参照しながら説明する。
まず、制御装置は、送液ポンプ４をＯＮ（Ｓ４１）にし、ピストン１８の押出し動作を開始（Ｓ４２）させた後、混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０から離す（Ｓ４３）。このとき送液ポンプ４の流量は、試料が混合剤吐出ノズル２の内部へ濃度拡散しないように、あらかじめ調整された流量になっている。従って、混合剤吐出ノズル２への試料の流入が抑制されている。なお、このときの送液ポンプ４の流量は、コントローラ１７によって設定されている。制御装置は、ピストン１８を閉じる方向（図中左側）に所定速度で移動させる。このとき、大径部１９によって試料採取ノズル１０内の混合剤がノズル入口から吐出される。このときの吐出流量は、あらかじめ調整された流量となっており、この吐出流量は、ノズル２内への試料の濃度拡散を抑制できるように調整されている。この吐出流量は、ピストン１８の移動速度を設定することによって調整される。
次に、制御装置は、ピストン１８を開く方向（図中右側）に移動させる（Ｓ４４）。所定時間の待機によって必要量の試料が採取される（Ｓ４５）。その後、制御装置は、ステップ（Ｓ４２）と同様にピストン１８の押出し動作を開始させ（Ｓ４６）、試料採取ノズル１０への試料の侵入を抑制しながら混合剤吐出ノズル２を試料採取ノズル１０に近付けて、それぞれの口を接続させる（Ｓ４７）。
その後、制御装置は、送液ポンプ４の出力流量を変更し（Ｓ４８）、ピストン１８を全開にして（Ｓ４９）、試料採取ノズル１０内の試料を押し出させる。更に、制御装置は、送液ポンプ６をＯＮにして混合タンク８に混合剤を供給して、混合タンク８内の試料濃度が所定値になるように調整する（Ｓ５０）。次に、制御装置は、攪拌装置を制御して混合タンク内の濃度が均一になるように混合し（Ｓ５１）、混合液を測定部へ送る（Ｓ５２）。
制御装置は、不要な混合液はバルブ９を開いて排出させる（Ｓ５３）。制御装置は、ピストン１８を押出し待機位置まで移動させて初期状態に戻す（Ｓ５４）。試料配管１内の試料の変化をリアルタイムに測定する場合、制御装置は、Ｓ４１からＳ５４を繰り返す（Ｓ５５）。
第２実施形態の混合システムは、ピストン（１３、１４）を閉じた状態であっても、ピストン（１３、１４）の先端面と、シール部（１１、１２）の内側で囲まれた空間にある試料をステップ（Ｓ２６）で取り込む構造となっているため、試料採取量をこれより少なく設定することができない。
しかしながら、本実施形態では、逆流機構であるピストン１８の大径部１９が混合剤を押し出すことによって（つまり、上記の説明の例では、ステップＳ４２やステップＳ４６においてピストン１８が押出し動作をすることによって）、混合システムは、混合剤吐出ノズル２および試料採取ノズル１０から試料配管側への流れを形成することができるので、不必要な試料採取量をゼロに近付けることができる。これにより、材料によってはμLオーダーの試料採取精度を実現することができる。
なお、混合剤を押し出すピストン１８の移動速度（言い換えれば、試料採取ノズル１０からの混合剤の吐出流量）は、適宜の手法によって設定することができる。例えば、制御装置は、コントローラ１７の流量制御に関するデータを取得してピストン１８の移動速度を設定しても良い。また、流量を計測するセンサが適宜に設けられ、制御装置は、当該センサによって取得されたデータを利用してピストン１８の移動速度を設定しても良い。
上記の実施形態の場合と同様に、混合システムを適切に動作させることができる場合、制御装置による制御に代えて、ユーザ等が操作を行い、混合システムを適切に動作させても良い。この場合、ユーザ等の操作対象になる構成は、ユーザ等によって操作することができる構成とされる。
次に、第４実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、第３実施形態で説明した混合システムを用いて、混合剤を再利用して別途の混合剤ユーティリティを不要とした測定システムの例を説明する。なお、上述した実施形態と同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明を省略することがある。
図７は、本実施形態における測定システムの構成を示す概略図である。図７に示すように、測定システムは、混合システム２６、送液ポンプ（２１、２４、２９）、測定部２２、バッファタンク２３、フィルタ２５、試料抜取り配管２８を備えている。送液ポンプ（２１、２４、２９）は、入力する信号に基づいて動作する構成とされている。混合システム２６の機械的な構成は、第３実施形態で説明した構成と同じである。本実施形態において、制御装置は、混合システムの場合における構成の他に、送液ポンプ（２１、２４、２９）の動作の制御も行うことができる。
本実施形態の測定システムでは、試料が流れる製造ラインの配管２７に抜取り配管２８が設けられており、送液ポンプ２９によって試料が吸出され、混合システム２６内の試料配管１に試料が導入される。
送液ポンプ２１は、混合タンク８内の混合剤と試料との混合液を測定部２２へ送液する。
測定部２２では、混合液に含まれる試料の状態が測定される。測定内容は、例えば、試料に含まれる成分の分析、試料に含まれる粒子の粒度分布測定、カメラ等による粒子の形状解析などである。なお、測定部２２おいてカメラのような測定機材を用いる場合、当該測定機材は、当該測定機材が備える制御装置によって制御されても良いし、測定システムの制御装置が、当該測定機材の動作を制御することができるように構成されても良い。
測定部２２を通過した混合液および混合タンク８から排出された混合液は、バッファタンク２３に貯められる。そして、本実施形態では、バッファタンク２３において、試料の比重が混合剤の比重より大きい場合の粗分離（いわゆる、沈降分離）が行われる。即ち、この粗分離においては、時間の経過に従って試料がバッファタンク２３の底部に沈降するので、試料と分離した上澄みが、送液ポンプ２４によって吸出される。なお、ここでは試料と混合剤の比重差を利用する沈降分離について説明されたが、他の公知の手法（例えば、遠心分離）により粗分離が行われても良い。粗分離の手法は、粗分離する対象となる試料に応じて（例えば、粒子のサイズや粒子の形状、粒子の凝集性などを考慮して）、公知の手法に基づいて適宜に決定することができる。
送液ポンプ２４によってバッファタンク２３から吸い出された上澄みは、フィルタ２５で濾過されて残留する固形分が取り除かれる。そして、フィルタ２５を通過した液体は、混合剤タンク５に戻され、混合剤として再利用される。なお、例えば、測定する試料の濃度などを考慮して測定部２２を通過する混合液に含まれる固形分の量が少ないと考えられる場合、測定部２２を通過した混合液をバッファタンク２３で粗分離することを省略し、当該混合液をフィルタ２５で直接的に濾過しても良い。
本実施形態で説明した測定システムは、混合システムで採取した試料の測定を行う測定部２２と、固形分を分離するフィルタ２５と、を備え、混合システムで混合された試料が測定部２２を通過後に、フィルタ２５において固形分が分離され、フィルタ２５を通過した成分が混合剤として再利用される。
この測定システムは、システム内で混合剤を再利用することができるので、混合剤を供給するためのユーティリティを新たに必要としない。但し、処理を繰り返すに従って、固形分を分離するための装置（本実施形態では、バッファタンク２３やフィルタ２５）に試料が蓄積されるので、例えば、所定の処理回数毎に試料を除去することやフィルタ２５を交換することが必要となる。
しかし、測定システムは、第３実施形態で示した混合システムを用いることによって、処理1回当りの試料採取量を最小でμＬオーダーまで低減することができる。これにより、固形分を分離するための装置（本実施形態では、バッファタンク２３やフィルタ２５）に蓄積される試料の量が大幅に低減され、試料の除去やフィルタの交換の頻度を大幅に低減することができる。
また、粒子を含む試料をより正確に測定する場合、界面活性剤などの分散剤を添加して凝集を抑制することが必要になる場合があるが、本実施形態では分散剤を添加された混合剤を再利用することができるため、高価な分散剤の使用量を大幅に削減することができる。
なお、本実施形態では、混合システムとして第３実施形態で説明した混合システムを利用した例を説明したが、第１実施形態や第２実施形態で説明した混合システムを利用してもよい。
また、混合剤の再利用を行うための構成を省略して、測定システムは、上記で説明した混合システムと、測定部と、を備えるシステムにすることができる。これにより、混合剤の使用量を低減し、且つ、混合剤を供給するためのユーティリティを小容量化することができるコンパクトな混合システムを用いた測定システムが提供される。
測定システムを適切に動作させることができる場合、制御装置による制御に代えて、ユーザ等が操作を行い、測定システムを適切に動作させても良い。この場合、ユーザ等の操作対象になる構成は、ユーザ等によって操作することができる構成とされる。
１ 試料配管
２ 混合剤吐出ノズル
３ アクチュエータ
４ 送液ポンプ
５ 混合剤タンク
６ 送液ポンプ
７ バルブ
８ 混合タンク
９ バルブ
１０ 試料採取ノズル
１１、１２ シール部
１３、１４ ピストン
１５、１６ アクチュエータ
１７ コントローラ
１８ ピストン
１９ 大径部
２０ 配管
２１ 送液ポンプ
２２ 測定部
２３ バッファタンク
２４ 送液ポンプ
２５ フィルタ
２６ 混合システム
２７ 配管
２８ 抜取り配管
２９ 送液ポンプ

Claims (11)

  1. 試料と混合する混合剤を吐出する混合剤吐出ノズルと、
    試料が流れる試料配管の内側に開口して試料を採取する試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する可動機構と、
    を備えることを特徴とする混合システム。
  2. 請求項１に記載の混合システムであって、
    前記混合剤吐出ノズルおよび前記試料採取口のうちの少なくとも一方への試料の流入を抑制する密閉機構を備えることを特徴とする混合システム。
  3. 請求項１に記載の混合システムであって、
    試料を採取する際に、前記混合剤吐出ノズルへの試料の流入を抑制するために、前記混合剤吐出ノズルから混合剤を吐出することを特徴とする混合システム。
  4. 請求項１に記載の混合システムであって、
    混合剤または試料を含んだ混合剤を、前記試料採取口から前記試料配管へ逆流させる逆流機構を備えることを特徴とする混合システム。
  5. 請求項１に記載の混合システムであって、
    試料採取口の方向が試料の流れ方向に対して９０°以上であり、且つ、試料の流れの上流方向から見て前記試料採取口に重なる障害物が無いことを特徴とする混合システム。
  6. 請求項１に記載の混合システムであって、
    前記可動機構の動作を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、試料を採取する場合に前記試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを広げるように前記可動機構を制御し、試料の採取を終える場合に前記試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを狭めるように前記可動機構を制御することを特徴とする混合システム。
  7. 請求項１に記載の混合システムであって、
    前記試料採取口から流入した試料の流れを遮断することができる遮断機構と、
    前記遮断機構の動作を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを狭める際に、試料の流れを遮断するように前記遮断機構を制御することを特徴とする混合システム。
  8. 請求項４に記載の混合システムであって、
    前記逆流機構の動作を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、前記試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する際に、混合剤または試料を含んだ混合剤を前記試料採取口から前記試料配管へ逆流させることを特徴とする混合システム。
  9. 試料と混合する混合剤を吐出する混合剤吐出ノズルと、試料が流れる試料配管の内側に開口して試料を採取する試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する可動機構と、を備える混合システムと、
    前記混合システムで採取した試料の測定を行う測定部と、
    を備えることを特徴とする測定システム。
  10. 請求項９に記載の測定システムであって、
    固形分を分離するフィルタを備え、
    前記混合システムで混合された試料が前記測定部を通過後に、前記フィルタにおいて固形分が分離され、前記フィルタを通過した成分が混合剤として再利用されることを特徴とする測定システム。
  11. 請求項１０に記載の測定システムであって、
    前記可動機構の動作を制御する制御装置を備え、
    前記混合システムは、混合剤または試料を含んだ混合剤を、前記試料採取口から前記試料配管へ逆流させる逆流機構を備え、
    前記制御装置は、前記逆流機構の動作を制御し、
    前記制御装置は、前記試料採取口と前記混合剤吐出ノズルとのギャップを調整する際に、混合剤または試料を含んだ混合剤を前記試料採取口から前記試料配管へ逆流させることを特徴とする測定システム。
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