JP4025296B2 - 流体システム監視方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体システムを監視する新規且つ改良型の方法及び装置に関し、特に、能動式後方シール洗浄方式の高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）ポンプに用いるのに特に適している。

高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）では、一般的には、分離又は分析すべき試料の成分を溶離剤と呼ばれる移動相液体中に溶解し、上記成分をこの移動相液体によって静止相即ちクロマトグラフィーカラムまで運ぶ必要がある。ＨＰＬＣ溶離剤送出装置は、移動相液体を供給し、また、溶解した試料を含んだ移動相液体をカラムに送るために用いられる。液体をカラムに押し込むために、実質的に大気圧から１平方インチ当たり１万ポンド程度の圧力（６８．９４７ＭＰａ）までの範囲にわたる圧力を選択するのが通例である。特別に設計されたＨＰＬＣポンプは、極めて高い圧力に耐え、液体を正確に制御された流量でスムーズ且つ一様に送るために用いられる。
ＨＰＬＣポンプは、一般的には、サファイア又はセラミックスで作られたプランジャを備えるピストンポンプである。ポンプヘッドは、その中で生じる圧力、即ち、システム圧力によりプランジャ表面に圧接されるリップ又は唇部を備えた専用高圧シールを有する。ピストンが溶離剤を新たに吸引すると、ポンプのヘッド室内に滞留している少量の溶離剤が通常、ピストン表面によりシールを通ってシールの後側に運ばれる。この漏れの量は通常非常に僅かなので漏れた溶離剤は蒸発し、圧送プロセスを妨害しない。

塩含有溶離剤が、特に生化学用途で常用されている。しかしながら、圧送される溶離剤がかかる塩を含む場合、かかる蒸発により、問題が生じる。というのは、数回のポンプ行程後、塩結晶がシールの後面に付着堆積する場合があるからである。かかる結晶は、鋭い場合が多く、数回以内のピストン行程でシール表面を破壊する場合がある。シールの後面における塩結晶の成長を阻止するため、ピストンを水性洗浄溶液で満たされた洗浄チャンバにより濡れた状態に保つことが慣例であり、水性洗浄溶液には有機溶剤を加える場合がある。洗浄溶液へのこの有機添加剤は、洗浄チャンバ内の藻類及び菌類の生長を阻害する。
かかる洗浄チャンバは、洗浄液がシールを通って漏れた圧送溶離剤により汚染されるようになるので保守の必要がある。洗浄溶液を定期的に交換しなければ、洗浄溶液は、非常に塩分が高くなって沈澱し、それにより封止状態又はシールを破壊する場合がある。従来、洗浄チャンバ内の洗浄溶液は、洗浄チャンバに流体連結された手動式注入器を用いて交換が行われている。不都合なことに、手動注入器による洗浄では、オペレータが洗浄溶液を定期的に交換したことを覚えておかなければならない。典型的には、洗浄溶液の交換は、無計画に行われ、シールは時期尚早に摩滅する。

新型洗浄設計の中には、新鮮な洗浄溶液を一定の時間間隔で洗浄チャンバ内に運び込んでこれに通す小形補助ポンプを用いるものがある。かかる新型設計を、能動式後方シール洗浄方式と呼ぶ場合がある。洗浄溶液交換サイクルは、塩の量及びＨＰＬＣポンプの作動圧力で決まる。生化学用途がますます普及するにつれ、塩含有溶離剤は、今までよりも一層人気が高まっている。その結果、かかる能動式シール洗浄方式は、ますます普及している。
別の普及している技術的思想は、ウェルネス（wellness）、即ち、予防保全監視法である。アップタイム（動作可能時間）がＨＰＬＣシステムの決定的な判断基準であるので、ＨＰＬＣシステムでは、予防保全監視法は非常に望ましい。多くの場合、稼働停止時間は、試料が失われることを意味し、これは、医薬品業界では、非常にコストが高く付く場合がある。さらに、生産品質管理が医薬品業界において低下すると、薬剤製造は、即座に止められる。かくして、ＨＰＬＣが医薬品の生産品質管理に用いられる標準的な方法なので、ＨＰＬＣシステムの予防保全監視法は、非常に望ましい。

ＨＰＬＣポンプは、定期的に交換の必要のある数個の摩耗部品を有している。ＨＰＬＣポンプの最も応力を受ける摩耗部品は、高圧シールである。ＨＰＬＣポンプが少なくとも２つのピストンを有するので、定期的に交換しなければならないシールが２つある。かかるシールは、高い摩擦状態で数百万回のピストン行程に耐えなければならないことが予想される。検出されないシール摩耗は、予期しないポンプ作動停止の格段に頻度が高い理由である。さらに、検出されなかったシール摩耗は、分析の品質を損なう場合があり、更にＨＰＬＣポンプの他の高価な部品を永続的に損傷させる場合がある。例えば、洗浄溶液は最終的にはピストンプッシャの球軸受けに入り込んでその破壊を引き起こす場合がある。
高圧シールを有する公知システムの上述の欠点及び他の欠点を解決する高圧シールを有するシステムの漏れ監視方式が要望されている。

概要を述べると、本発明の一特徴は、液体チャンバ、洗浄チャンバ、リザーバ、供給ポンプ、戻りライン及び検出器を有する装置に関する。液体チャンバは、流体を液体チャンバ内に封入するシールを有する。洗浄チャンバは、シールに隣接して設けられている。リザーバは、洗浄溶液を洗浄チャンバに供給する。供給ポンプは、洗浄溶液の一方向の流れをリザーバから洗浄チャンバに供給する。戻りラインは、洗浄チャンバからの戻り流をリザーバに運び、戻り流は、液体チャンバから洗浄チャンバへの流体の漏れの部分とリザーバに戻る洗浄溶液の部分を含む。検出器は、一方向流れの流量と戻り流の流量との間に差があるかどうかを判定する。

一実施形態では、液体チャンバは、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）ポンプのポンプ室である。ＨＰＬＣポンプは、ポンプ室、シール及び洗浄チャンバを貫通するピストンを有するのがよい。装置は、１、２、３又は４以上の液体チャンバ及びこれと同数の１、２、３又は４以上の洗浄チャンバを有するのがよく、液体チャンバは各々、シールを有し、洗浄チャンバは、各シールに１つずつ隣接して位置している。
好ましくは、供給ポンプは、蠕動ポンプである。好ましくは、検出器は、液滴カウンターである。一実施形態では、検出器は、リザーバに解除自在に係合するキャップと、戻りラインと流体連結可能であって、キャップを貫通して延びる戻り通路と、キャップを貫通してリザーバ内へ延びる１対の間隔を置いて位置する電極とを有し、電極の端部は、戻り通路からリザーバ内へ落下した洗浄溶液の液滴が端部を通過するときに端部間の空間を橋渡しするよう戻り通路の下に位置決めされている。

本装置は、検出回路を更に有するのがよく、電極の間を通り且つそれらの間の空間を橋渡しする洗浄溶液の液滴の数を監視するために、電極は、検出回路に作動的に結合されている。検出回路は、供給ポンプの作動状態を監視するのがよい。検出回路は、供給ポンプが稼働しており且つ検出器がリザーバに入る戻り流の液滴を検出していることを指示する第１の信号を出すことができる。検出回路は、供給ポンプが稼働しており且つ検出器がリザーバに入る戻り流の液滴を検出していないことを指示する第２の信号を出すことができる。検出回路は、供給ポンプが稼働しておらず且つ検出器がリザーバに入る戻り流の液滴を検出していることを指示する第３の信号を出すことができる。検出回路は、電極間の導電率が連続して存在していることを指示する第４の信号を出すことができる。

本発明の別の特徴は、液体チャンバ、流体を流体チャンバ内に封入するシール及びシールに隣接して設けられた洗浄チャンバを有するシステム中の漏れを監視する方法に関する。この方法は、リザーバから洗浄チャンバへの洗浄溶液の一方向の流れを供給する段階と、戻り流の流量と一方向流れの流量との間に差があるかどうかを判定する段階とを有し、戻り流は、液体チャンバから洗浄チャンバへの流体の漏れの部分と、リザーバに戻る洗浄溶液の部分とを含む。
本方法は、戻り流の流量が所定の予想閾値よりも上回っていることを指示する第１の信号を出す段階を更に有するのがよい。本方法は、一方向流れの流量が、戻り流の流量よりも多いことを指示する第２の信号を出す段階を更に有するのがよい。本方法は、一方向流れの流量が、戻り流の流量よりも少ないことを指示する第３の信号を出す段階を更に有するのがよい。本方法は、リザーバのレベルが所定レベルを超えていることを指示する第４の信号を出す段階を更に有するのがよい。

本発明の目的は、流体システムを監視する方法及び装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、能動式後方シール洗浄システムを有する高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）ポンプに用いられる上述した形式の方法及び装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、シール劣化状態を判定するために漏れを連続して監視するのに適した上述した形式の方法及び装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、能動式後方シール洗浄方式の作動状態即ちウェルネスを監視する上述した形式の方法及び装置を提供することにある。

本発明の流体システムを監視する方法及び装置は、本願の一部に組み込まれてその一部をなす添付の図面、本発明の以下の詳細な説明から明らかであり、又はこれらに詳細に記載されている他の特徴及び利点を有し、図面及び本発明の詳細な説明は一緒になって、本発明の原理を説明するのに役立つ。

次に、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照し、本発明の例は、添付の図面に示されている。本発明を好ましい実施形態と関連して説明するが、これら好ましい実施形態は、本発明をこれら実施形態に限定するものではないことは理解されよう。これとは逆に、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲に含まれる変形例、改造例及び均等例を包含するものである。

高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）ポンプは、高圧に耐え、液体を正確に制御されたスムーズ且つ一様な流量で送るよう特別に設計されている。本明細書に記載する目的上、「高圧」という用語は、ほぼ大気圧から１インチ当たり１万ポンド程度の圧力（１万ｐｓｉ、即ち、６８．９４７ＭＰａ）までを範囲とする場合があるＨＰＬＣポンプの作動圧力を意味している。
ＨＰＬＣポンプのシール漏れが流量の不正確さの原因となることを理解すべきである。新品のシールであれば、かかる不正確さは、一般的には、約３００ｂａｒ（３０ＭＰａ）で０．０５％以下であり、ＨＰＬＣポンプが約１００ｂａｒ（１０Ｍｐａ）の従来の圧力で稼働される場合、不正確さは実質的に０．０５％よりも低い。漏れのレベルは、種々の要因で左右され、かかる要因としては、用いられるポンプの形式、例えば、低圧グラジエント（ＬＰＧ）ポンプ、高圧グラジエント（ＨＰＧ）ポンプ又はＨＰＧ−プレプポンプが挙げられる。さらに漏れのレベルを左右する他の要因としては、用いられる特定の溶離剤、特に、その溶離剤の粘度、流量、システム圧力、即ち、ポンプの作動圧力が挙げられる。

かかるポンプの漏れは、塩の結晶がＨＰＬＣポンプの高圧シールの後面に堆積していることをクロマトグラフィー技師及び専門家が通常観察しているので知られている。従来型ＨＰＬＣポンプのユーザは、しばしば、かかるポンプの後方シール洗浄パイプラインがしばらくすると詰まってしまうということを観察する。観察力の鋭いユーザは、かかる観察が高圧シールを通る漏れが生じたことを意味すると認識するであろう。しかしながら、ユーザが怠慢であったり、或いは、かかる観察結果の意義が分からなかったりする場合、甚大な損傷がＨＰＬＣポンプに生じる場合がある。

本発明による流体システム監視装置は、ＨＰＬＣポンプの高圧シールを通る漏れが生じたかどうかを判定するために、ＨＰＬＣポンプの能動式後方シール洗浄システムを連続的に監視する。本発明の流体システム監視装置は又、洗浄溶液回路とも呼ばれる能動式後方シール洗浄システムの全体的な作動状態を監視する。特に、本発明の装置を用いると、技術者にＨＰＬＣポンプの高圧シールを通る漏れ、かかる漏れの程度、及び洗浄溶液システムとも呼ばれている能動式後方シール洗浄回路の全体的な作動状態について積極的に警報を出すことができる。しかしながら、本発明の方法及び装置は、他形式のポンプ及び／又は流体システムを監視してポンプ及び／又は流体システムのシール漏れを監視するために用いるのにも適していることを理解すべきである。

次に、同一の部分は同一の参照符号で示されている種々の図面を参照し、関心を図１に向けると、図１は、本発明による流体システム監視装置３０を示している。装置３０は、ＨＰＬＣポンプの高圧シールを監視するのに特に有用である。装置３０は、一般的には閉鎖回路である後方シール洗浄回路を含んでおり、この後方シール洗浄回路は、洗浄溶液リザーバ３２から蠕動ポンプ３６まで延び、更に、１以上のＨＰＬＣポンプ、例えば、３１，３１ａ及び流量検出器３７を通ってリザーバに戻っている。特に、閉鎖流体回路は、第１のＨＰＬＣポンプ３１まで延びる供給ライン３８と、第１のＨＰＬＣポンプから第２のＨＰＬＣポンプ３１ａまで延びる中間ライン４１と、第２のＨＰＬＣポンプから検出器３７まで延びる戻りライン４２とを有している。

図２に示す一実施形態では、ＨＰＬＣポンプ３１は、ピストンポンプであり、このピンストンポンプは、クロマトグラフィィーカラムに周知の仕方で送るべき移動相を形成するように、クロマトグラフィー溶離剤を溶離剤供給ライン４３に沿って圧送する。ＨＰＬＣポンプ３１は、往復動プランジャ即ちピストン４７を含み、このピストン４７は、ＨＰＬＣポンプ３１のハウジング４８内に形成された高圧チャンバ即ちヘッドチャンバ内に作動的に延びている。ピストン４７は、サファイア、ジルコニウム、セラミックス又は他の公知の適当な材料で作られている。高圧チャンバ４８は、一部が１以上の高圧シール４９，５０により流体的にシールされており、プランジャ４７は、かかる高圧シール４９，５０を貫通している。
図２に示すように、高圧シール４９の後側に続き、小さな支持リング５２及びシールリング５３が設けられている。ピストン４７が後方に、即ち図２の右側に向かって動いて新しいクロマトグラフィー溶離剤を吸い込むと、ヘッドチャンバ４８内に滞留している少量のクロマトグラフィー溶離剤がピストン４７の表面により高圧シール４９を通ってシール４９の後側、即ち右側に運ばれる。高圧シール４９が新品の場合であっても、クロマトグラフィー溶離剤のかかる漏れが微量生じる場合がある。事実、かかる漏れは、１ｍｌ／分において０．１％〜１％の流れ正確さを許容する従来型製造仕様の範囲内にある。一般に、かかる漏れは取るに足りず、微量の溶離剤は蒸発するに過ぎず、圧送プロセスを妨害することはない。

しかしながら、圧送されたクロマトグラフィー溶離剤が塩添加物を含む場合、ほんの数回のポンプ行程又はサイクル後に小さな塩結晶が高圧シール４９の後面に堆積する場合があるので、かかる漏れ及びその後の蒸発は望ましくない。これら塩結晶は、極めて鋭く、数回以内のピストン行程でシール４９を破壊する場合がある。

シール４９を通るクロマトグラフィー溶離剤の漏れに起因する高圧シール４９の後面上の塩結晶を最小限に抑え且つ／又は防止する洗浄チャンバ５８が設けられている。図４に最も明確に示すように、洗浄チャンバ５８は、プランジャ４７が貫通して延びるボア５７を有する。ピストン４７の表面と洗浄チャンバ５８のボア５７の表面との間に、リングギャップが形成されている。公知のＨＰＬＣポンプは、約０．２ｍｍ程度のリングギャップを有する場合がある。高圧シール４９を通って漏れるクロマトグラフィー溶離剤は、ピストン４７とボア５７との間のリングギャップを通って洗浄チャンバ５８内に押し込まれることになる。かくして、漏れたクロマトグラフィー溶離剤はまた、シール４９の後面に接触し、それによりシール４９の劣化を招く場合がある。事実、かかる漏れは、システムの他のコンポーネントまで染み出てこれに接触し、それによりかかるコンポーネントの恒久的且つ費用のかかる損傷を生じさせる場合がある。

かかる漏れの悪影響を阻止し且つ防止するため、洗浄チャンバ５８は、ピストン４７を濡れた状態に保ち、塩結晶の生成を阻止するために、洗浄溶液をピストン４７の表面に送るよう設計されている。洗浄溶液は一般に水であるが、他の洗浄溶液を使用しても良いことを理解すべきである。好ましくは、洗浄溶液は、洗浄チャンバ内での藻類及び菌類の生長を阻止するよう約５％〜１０％有機顔料が加えられた水である。例えば、本発明に従って使用できる洗浄溶液の一つは、約５％ＭｅＯＨを含む水である。
洗浄溶液は、供給ライン３８を経て洗浄チャンバ５８に送られる。かくして、洗浄溶液は、洗浄チャンバ５８に入り、洗浄チャンバ５８を貫通するピストン４７の部分を一周する。洗浄チャンバ５８の後部は、第２のシール５０によってシールされている。洗浄溶液は、中間ライン４１を経て洗浄チャンバ５８から出て、かくして漏れに起因して洗浄チャンバ５８内に存在するクロマトグラフィー溶離剤の幾分か又は全てを洗い流す。

図１に示すように、蠕動ポンプ３６は、洗浄溶液をＨＰＬＣポンプ３１内の洗浄チャンバ５８に向かってそして洗浄溶液を洗浄チャンバの中へ圧送するために用いられる。特に、蠕動ポンプ３６は、洗浄溶液供給ライン３８から洗浄溶液を吸い込み、そして洗浄溶液をＨＰＬＣポンプ３１，３１ａ内の高圧チャンバ中へ押し込む。蠕動ポンプ３６は、小径ローラ６３を備えた大径ホイール６０を有し、これら小径ローラは、供給ラインを構成する管３８を絞り、かくして洗浄溶液を洗浄溶液供給ライン３８に沿って押し出してこれをＨＰＬＣポンプ３１の洗浄チャンバ５８の入口からその中へ押し込む。
蠕動ポンプ３６は、簡単な従来設計のものであり且つ洗浄溶液に接触しないので、本発明に用いるのに特に適している。かくして、蠕動ポンプは、洗浄溶液に起因する腐蝕の作用を受けない。蠕動ポンプ３６の簡単な機械的設計により、蠕動ポンプ３６を停止させたときに、洗浄溶液供給ライン３８内の洗浄溶液の逆流が防止される。蠕動ポンプ３６のこの構成により、一方向流れ構成が得られ、その利点は、以下において明らかになろう。供給ラインの中を通る洗浄溶液の一方向の流れの流量は、限定するわけではないが、蠕動ポンプ速度及び供給ラインの直径を含む幾つかの要因に基づいて周知の仕方で近似させることができることを理解すべきである。

装置３０が正しく機能しているとき、即ち、洗浄溶液が洗浄溶液回路から漏れ出ておらず、過剰量の溶離剤が洗浄溶液回路中へ漏れ込んでいない場合、戻り流の流量は、実質的に一方向流れの流量と等しい。洗浄溶液の流量は、代表的には、ＨＰＬＣポンプを通る溶離剤の流量の２〜３倍の大きさであることを理解すべきである。かくして、溶離剤の漏れがＨＰＬＣポンプの製造仕様内にあるとき、戻り流の流量は、一方向流れの流量の１％の何分の一かの範囲内にある。したがって、リザーバに戻る予想戻り流量は、蠕動ポンプによって設定された一方向流れの近似流量に基づいて決定できる。所定の予測閾値を装置３０が正しく機能しているかどうかを判定する目的で予想戻り流量の所望のパーセンテージに設定するのがよい。

蠕動ポンプに代えて他形式のポンプを本発明に使用できることを理解すべきである。例えば、逆止弁を備えたピストンポンプも又、洗浄溶液を本発明に従って供給する簡単な一方向流れ構成を提供する。変形例として、本発明に従って、逆止弁と組み合わせた主ピストン運動に由来する膜ポンプ機構、モータにより駆動される一方向膜ポンプ又は他の適当な形態を使用してもよい。

図１に示す実施形態では、中間ライン４１により、ＨＰＬＣポンプ３１の洗浄チャンバ５８の出口とＨＰＬＣポンプ３１ａの洗浄チャンバ５８の入口とを流体連結している。上述したように、本発明に従って１、２、３又は４以上のポンプ及びこれと同数の洗浄チャンバを利用できる。したがって、洗浄チャンバを互いに流体連結する適当な数の中間ラインが設けられることになる。戻りライン４２は、洗浄チャンバ５８への出口から延びていて、洗浄溶液を検出器３７を通してリザーバ３２に送り戻す。

図５及び図６に示す一実施形態では、流量検出器３７は、リザーバ３２用のリザーバキャップ６４と一体形成されている。リザーバキャップ６４は、リザーバ３７のネック６５に係合し、リザーバを周知の仕方で流体的に封止する。リザーバキャップ６４は、円筒形スカート６９及びスカート６９内に受け入れられた着脱自在なベース７０を有している。図示の実施形態では、ベース７０は、ばねクリップにより周知の仕方でスカート６９に固着されている。しかしながら、ベース７０とスカート６９を本発明に従って一体形成してもよいことを理解すべきである。
ベース７０は、供給ライン３８が着脱自在に取り付けられた供給出口７１を有している。ベース７０は、リザーバ３２の底部に隣接して下方に延びる供給ライン７４を支持している。ベース７０は、戻りライン４２を受け入れ、戻り通路７６と流体連通した戻りポート７５を更に有し、戻りライン４２からの洗浄溶液は、戻り通路７６を通ってリザーバ３２に戻る。

リザーバキャップ６４は、液滴カウンターの形態をした導電率検出器を備えている。直径方向両側に配置された１対のピン８０が、ベース７０からリザーバ３２の内部へ下方に延びている。ピン８０は、洗浄溶液がリザーバ３２に戻るときにピン８０の間を落下する洗浄溶液の液滴の数を測定する電子検出器回路８１の電極を形成する。好ましくは、ピンは、導電材料で作られ又はこれでめっきされている。例えば、電極を本発明に従って銅、金、プラチナ、銀、チタン又は他の適当な金属で作るのがよい。
ピン８０の端部は、戻り通路７６から落下する洗浄溶液の液滴が両方のピン８０の端部に瞬間的に接触するよう配置されている。洗浄溶液が或る程度の導電性を備えているので、その各液滴が両方のピン８０に瞬間的に接触すると、各液滴は又、検出器回路８１の回路を瞬間的に閉じる。かくして、検出器回路８１を動作可能状態にすることにより、ピン８０の間を通る液滴の数を求めることができ、かくしてリザーバ３２に戻る洗浄溶液の流量を求めることができる。特に、検出器回路８１は、単位時間当たりのピン８０の間を通る液滴の数を求め、かくして、リザーバ３２に戻る洗浄溶液の流量を求めることができる。

供給ライン３８を通る洗浄溶液の一方向流れの流量を周知の手段で近似でき、検出器回路８１がリザーバ３２に戻る洗浄溶液の戻り流量を求めることができるので、流量検出器３７は、一方向流れの流量と戻り流量との間に差があるかどうかを判定することができる。「差」という用語は、一方向流れの流量と戻り流量との間の実際の流量の差について用いることができる。しかしながら、本発明の目的上、「差」という用語は、蠕動ポンプ３６が作動していて一方向流れが存在すると見なされる場合であっても流量検出器３７が戻り流量を検出しない場合、及び、蠕動ポンプ３６が作動しておらず一方向流れが存在していないと見なされる場合であっても流量検出器３７が戻り流量を検出する場合にも当てはまる。

ピン８０は又、リザーバ内を所定の流体高さよりも下に延び、したがって、リザーバ内の洗浄溶液が所定高さ又はレベルを超えると電子回路も橋渡しされるようになる。さらに、ピン８０のこの形態により、検出器回路８１は、リザーバがリザーバの満杯具合を判定することができる。例えば、検出器回路８１がピン８０の間に一定の導電率を検出した場合、検出器回路は、リザーバが満杯であることを指示する信号を出力する。

一般に、戻りライン４２に沿って戻る洗浄溶液の流れは、戻り通路７６の底縁部のところに液滴を形成し、かかる液滴は、リザーバ３２内に落下して戻る。流体液滴サイズはその組成に応じて様々であるが、特定の流体の液体サイズはかなり一定している。

図示の実施形態は流体システムを監視する比較的簡単且つ信頼性の高い装置を提供するが、流体システムを監視する他の方法を本発明に従って使用できることを理解すべきである。例えば、本発明の装置は、漏れ流量が洗浄溶液の供給流量よりも多いリザーバへの戻り流を生じさせているかどうかを判定するために、リザーバとこの中に入っている流体の総流量を監視しても良い。これと同様に、装置は、漏れ流量が洗浄溶液の供給流量よりも多いリザーバへの戻り流を生じさせ、かくして、リザーバ内の流体の量を増加させているかどうかを判定するために、リザーバ内の流体の液体表面高さを監視しても良い。例えば、光センサ又はスイマ（swimmer）を用いて液体表面高さを監視することができる。さらに、漏れ流量が洗浄溶液の供給流量よりも多いリザーバへの戻り流を生じさせているかどうかを判定するために、流量計を戻りライン中に取り付けても良い。
液滴の実際の検出は、本発明の方法及び装置に従って様々であってよいことも又理解すべきである。例えば、光学式液滴検出センサ、例えば光バリヤを用いてリザーバ内へ落下する液滴を検出することができる。変形例として、容量性液滴検出センサを用いてリザーバ内へ落下する液滴を検出してもよい。

動作原理及び使用原理を説明すると、図示のシステム３０は、リザーバ３２に戻る洗浄溶液の戻り流量を作動状態、即ち、蠕動ポンプ３６のパラメータと組み合わせて監視し、それにより技術者は幾つかの作動条件を識別することができる。

第１に、蠕動ポンプ３６が作動しており、且つ、流量検出器３７が液滴を検出すると、検出器回路８１は、洗浄チャンバ３８中を洗浄循環し且つ高圧シール４９の後面を洗浄するのに十分な洗浄液をリザーバ３２が収容していることを指示する第１の信号８２を出す。この第１の作動状態は、漏れた液体をピストン４７の表面及び高圧シール４９の後側から洗い落とすために、一般的には、定期的に作動される。能動式後方シール洗浄回路即ち洗浄溶液システムがＨＰＬＣポンプの１時間の作動時間ごとに約５分間作動すると、この第１の作動状態は、一般に、約８％のデューティサイクルを有する。
上述したように、装置３０が正しく機能しているとき、戻り流の流量は、一方向流れの流量と実質的に等しい。かくして、流量検出器３７が所定の予想閾値を超える戻り流量を検出し、従って、装置３０が正しく機能していることを表すとき、第１の信号８２を出す検出器回路を設けるのがよい。

第２に、蠕動ポンプ３６が作動しているが、流量検出器３７がリザーバ３７に戻る液滴を検出しない場合、検出器回路８１は、装置のコンポーネントが故障していることを指示する第２の信号８５を出す。この第２の作動状態は、リザーバが空であるか、閉じられた洗浄溶液回路が故障しているかのいずれかを指示している。例えば、ライン３８，４１，４２のうち１つに漏れがあると、それにより洗浄溶液は、リザーバ３２に戻らないでこのラインから漏れる。したがって、装置３０により第２の作動状態が存在していることが判定されると、システムは、適当な警告信号として第２の信号８５を出す。

第３に、蠕動ポンプ３７が作動していないが、流量検出器がリザーバ３７に戻る液滴を検出した場合、検出器回路８１は、高圧シールのうちの１つ、例えばシール４９が漏れを生じていることを指示する第３の信号８６を出す。蠕動ポンプ３７の構成により、蠕動ポンプ３７は、ポンプを停止すると、供給ライン３８を挟んで締め付け又は閉鎖する。洗浄溶液回路は、閉回路なので、洗浄溶液は、蠕動ポンプ３７をいったん停止させても、供給ライン３８を経てリザーバに逆流して戻ることはなく、引き続き下流側に流れて戻りライン４２を経てリザーバに戻る。この第３の作動状態は、ＨＰＬＣポンプがクロマトグラフィー溶離剤を洗浄溶液回路中へ圧送していることを指示している。したがって、装置３０により第３の作動状態が存在していることが判定されると、システムは、適当な警告信号として第３の信号８６を出す。
第３の作動状態を監視することは、特に有益である。というのは、流量検出器３７は、「漏れ」状態と「漏れ無し」状態を識別できるだけでなく、検出器回路は、シール劣化の連続監視を可能にするからである。上述したように、蠕動ポンプ３７のデューティサイクルは、１時間当たり約５分間作動するに過ぎないので低い。残りの時間、即ち、約５５分間、流量検出器３７は、高圧シール４９を通るクロマトグラフィー溶離剤の漏れにより生じる液滴をカウントすることができる。シールが新品であり、又は許容限度内の状態にある場合でも、流量検出器３７は、１時間当たり非常に僅かな数の液滴を検出する。しかしながら、シールが摩耗すると、流量検出器３７は、ポンプを停止させている間、漸増する数の液滴を検出する。かくして、検出回路８１は、所定の「１時間当たりの許容液滴」閾値に基づいて第３の信号を警告レベルとして出すことができるよう構成されたものであるのがよい。好ましくは、この警告閾値は、調節可能である。

第４に、検出回路８１が連続する導電率を検出する場合、検出回路８１は、リザーバ３２が満杯であり、空にすべきことを指示する。一般に、洗浄溶液リザーバ３２は当初、洗浄溶液、例えば水で半分まで満たされている。時間の経過につれ、リザーバ３２は、シール４９の漏れに起因して満杯になる。漏れがひどくなればなるほどそれだけ一層リザーバ３２が満杯になるのが早くなる。この第４の作動状態は、リザーバ３２内の流体のレベルがピン８０の下端部よりも上に上昇し、かくして電子回路中のギャップを連続して橋渡ししていることを指示する。したがって、装置３０の検出回路８１により、第４の作動状態が存在していることが判定されると、システムは、適当な警告信号として第４の信号８７を出す。

図示の実施形態の装置はＨＰＬＣポンプ内の幾つかの高圧シールのうちどれが漏れを起こしているかを特に正確に突き止めるよう構成されているわけではないが、それにもかかわらず、この装置は、漏れがＨＰＬＣポンプ内の全ての高圧シールを新しいものに交換するのがよいという結果となったことを技術者に警告する。全ての高圧シールの交換は個々のシールの交換よりも僅かに費用が高くつくが、クロマトグラフィーシステムの稼働停止時間を最小限に抑えるためには大抵の場合、全ての高圧シールを交換するのが望ましい場合がある。
高圧シールを１つ交換するにせよ、２つ交換するにせよ、或いは全て交換するにせよ、いずれにせよ、技術者は、ＨＰＬＣポンプを一時的に解除する必要がある。かくして、システム全体が所定期間の間、多くは少なくとも１日使用停止される。かかる稼働停止時間の費用は、全てのシールを交換する場合の比較的取るに足りないほどの費用よりも遥かに高い。さらに、１つのシールが摩滅すると、他のシールも間もなく摩滅する蓋然性が高い。別法として、技術者は、どの高圧シールを交換しなければならないかを判定するために、ポンプの停止中、シールを目視検査し又はシールを隔離してもよい。いずれの場合においても、本発明の装置は、統制された実験室にとって有利である。というのは、この装置は、技術者に漏れがあることを警告し、漏れが不正確な流れを招くので、即応措置を取ることができるからである。

有利には、本発明による流体システム監視方法及び装置を用いると、洗浄溶液の圧送密度を連続的に監視し、かくして高圧シールを連続的に監視することができる。
有利には、本発明による流体システム監視方法及び装置は、システムそれ自体のウェルネスを監視するために用いることができるフィードバックをもたらす。特に、システムのフィードバックに基づく一般的な警告は、技術者の関心をシステムに引き付けることができ、蠕動ポンプ及び／又は閉鎖流体回路が正しく機能していないという警報を技術者に出すことができる。
本発明による流体システム監視方法及び装置の利点としては、リザーバが所定の閾値よりも高いか又は低いために注意を必要とするかどうかを判定するために用いることができる信頼性のある情報をもたらすことにある。例えば、本装置は、リザーバが一杯であるか又は空であるかの警告を技術者に出すことができる。
本発明による流体システム監視方法及び装置の別の利点は、製作及び維持に要する費用が安上がりな簡単な設計であるということにある。
有利には、本発明の方法及び装置は、クロマトグラフィーのデータピークが「ふらつく」理由を突き止めるために用いることができる漏れ監視を可能にする。

説明の便宜上及び特許請求の範囲における正確な定義上、「上」又は「上方」、「下」又は「下方」、「内側」及び「外側」は、図に表示された特徴の位置に関し本発明の特徴を説明するために用いられている。
多くの点において、種々の図の設計変更例は、それに先行する設計変更例に似ており、同一の符号の後に添え字ａを付けて対応の部分を示している。
本発明の特定の実施形態の上述の説明は、例示のために行われたものである。かかる実施形態は、本明細書に記載したものが全てではなく、本発明を開示した形態そのものに限定するものではなく、明らかなこととして、上記教示に照らして多くの改造例及び変形例を想到できる。実施形態は、本発明の原理及びその実際の用途を最もよく説明するために選択されて説明されたものであり、それにより、当業者は、本発明及び計画した特定の用途に合うような種々の設計変形を施した種々の実施形態を最善の形態で利用できるよう。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びこれらの均等範囲に基づいて定められる。

本発明による流体システム監視装置の斜視図である。 図１の流体システム監視装置と共に用いられ且つ高圧シールの拡大詳細図を含むＨＰＬＣポンプの分解斜視図である。 図１の流体システム監視装置と共に用いられ且つ各々が洗浄チャンバを有する２つのＨＰＬＣポンプの部分断面分解斜視図である。 図３の１つの洗浄チャンバの拡大部分断面図である。 図１の線５−５における断面で切断した、図１の流体システム監視装置のリザーバ及び検出器の斜視図である。 図１の線６−６における断面で切断した、図１の流体システム監視装置のリザーバ及び検出器の斜視図である。

Claims (19)

1. 流体システムを監視する装置であって、
   液体チャンバと、
   流体を前記液体チャンバ内に封入するシールと、
   前記シールに隣接した状態で前記液体チャンバから見て前記シールの反対側に設けられた洗浄チャンバと、
   洗浄溶液を前記洗浄チャンバに供給するリザーバと、
   洗浄溶液の一方向の流れを前記リザーバから前記洗浄チャンバに供給する供給ポンプと、
   前記洗浄チャンバからの戻り流を前記リザーバに運ぶ戻りラインと、を有し、
   前記戻り流は、前記液体チャンバから前記洗浄チャンバへの前記流体の漏れの部分と前記リザーバに戻る前記洗浄溶液の部分とを含み、
   更に、前記一方向流れの流量と前記戻り流の流量との間に差があるかどうかを判定する検出器を有していることを特徴とする装置。
2. 前記液体チャンバは、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）ポンプのポンプ室であることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ＨＰＬＣポンプは、前記ポンプ室、前記シール及び前記洗浄チャンバを貫通するピストンを有していることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 更に、複数の液体チャンバ及び複数の洗浄チャンバを有し、前記液体チャンバは各々、シールを有し、前記洗浄チャンバは、前記シールに１つずつそれに隣接して位置していることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記供給ポンプは、蠕動ポンプであることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記検出器は、液滴カウンターであることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記検出器は、前記リザーバ内へ延びる１対の互いに間隔を置いた電極を有し、前記電極の端部は、前記リザーバ内へ落下した洗浄溶液の液滴が前記端部を通過するときに液滴が前記端部の間の空間を橋渡しするよう位置決めされていることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 更に、検出回路を有し、前記電極は、前記電極相互間を通り且つ前記電極の間の空間を橋渡しする洗浄溶液の液滴の数を監視するために、前記検出回路に作動的に結合されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記検出回路は、前記供給ポンプのパラメータを監視することを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記検出回路は、前記供給ポンプが稼働しており且つ前記検出器が前記リザーバに入る戻り流の液滴を検出していることを指示する第１の信号を出すことを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記検出回路は、前記供給ポンプが稼働しており且つ前記検出器が前記リザーバに入る戻り流の液滴を検出していないことを指示する第２の信号を出すことを特徴とする請求項９記載の装置。
12. 前記検出回路は、前記供給ポンプが稼働しておらず且つ前記検出器が前記リザーバに入る戻り流の液滴を検出していることを指示する第３の信号を出すことを特徴とする請求項９記載の装置。
13. 前記検出回路は、前記電極の間に連続する導電率が存在することを指示する第４の信号を出すことを特徴とする請求項８記載の装置。
14. 更に、前記リザーバに解除自在に係合するキャップと、前記戻りラインと流体連結される戻り通路と、を有し、前記戻り通路は、前記キャップを貫通して延び、前記１対の間隔を置いて位置する電極は、前記キャップを貫通して前記リザーバ内へ延び、前記電極の端部は、前記戻り通路から前記リザーバ内へ落下した洗浄溶液の液滴が前記端部を通過するときに液滴が前記端部の間の空間を橋渡しするように、前記戻り通路の下に位置決めされていることを特徴とする請求項７記載の装置。
15. 液体チャンバ、流体を前記流体チャンバ内に封入するシール及び前記シールに隣接して設けられた洗浄チャンバを有するシステム中の漏れを監視する方法であって、
    リザーバから前記洗浄チャンバへの洗浄溶液の一方向の流れを供給する段階と、
    戻り流の流量と前記一方向流れの流量との間に差があるかどうかを判定する段階と、を有し、前記戻り流は、前記液体チャンバから前記洗浄チャンバへの前記流体の漏れの部分と、前記リザーバに戻る前記洗浄溶液の部分とを含むことを特徴とする方法。
16. 更に、前記戻り流の流量が所定の予想閾値よりも上回っていることを指示する第１の信号を出す段階を有していることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 更に、前記一方向流れの流量が、前記戻り流の流量よりも多いことを指示する第２の信号を出す段階を有していることを特徴とする請求項１５記載の方法。
18. 更に、前記一方向流れの流量が、前記戻り流の流量よりも少ないことを指示する第３の信号を出す段階を有していることを特徴とする請求項１５記載の方法。
19. 更に、前記リザーバのレベルが所定レベルを超えていることを指示する第４の信号を出す段階を有していることを特徴とする請求項１５記載の方法。

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