JP5376602B2 - 流体分配装置、マイクロプラント及び流路閉塞検知方法 - Google Patents
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Description
本願は、2008年3月31日に、日本に出願された特願2008−093480号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば下記特許文献1には、上記ナンバリングアップ構造におけるマイクロ流路の流体分配技術として、各々のマイクロ流路にバルブと流量センサとを設けることにより各マイクロ流路の流量を調節することが開示されている。
また、下記特許文献2には、ナンバリングアップ構造の流体混合装置として、複数の流体を当該流体毎に設けられた環状流路で流体を整流化した後、複数の分配流路を用いて各流体を複数に分配すると共に、各分配流路に圧力損出手段を設けることにより、各流体の均等分配を実現することが開示されている。
(1)流体の均等分配を簡単な構成で実現することにより流路の閉塞を防止する。
(2)従来よりも少ない数の計測装置を用いて並列流路の閉塞を検知する。
(3)閉塞流路を特定する。
(4)閉塞流路の閉塞状態(閉塞度)を検知する。
さらに、本発明によれば、運転時において任意の2つの出力流路の流量に基づいて3つ以上の出力流路の閉塞度を検知するので、従来よりも少ない数の計測装置を用いて閉塞流路の閉塞状態(閉塞度)を検知することができる。
図1は、本実施形態に係るマイクロ流体分配装置Mの2次元構成を示す平面図である。また、図2は、本マイクロ流体分配装置Mを用いたマイクロプラントPの構成図である。本マイクロ流体分配装置Mは、ナンバリングアップ構造を有するマイクロプラントPにおいて処理対象流体Wを均等に5分配するためのものであり、図示するように入力マイクロ流路Rc11(入力流路)、枝マイクロ流路Rc21〜Rc44,Rs11〜Rs48(枝流路)及び出力マイクロ流路Rc51〜Rc55(出力流路)から構成されている。
PDC連結モデルは、これら3つの式(4)〜(6)からなる連立方程式を解くことにより各流路a〜dの形状や線速を求めるものである。例えば各流路a〜dにおける長さLb1〜Lb3,Lc1〜Lc3と流体の入口に該当する流路aの線速ua(入口線速)とを定数として与えることにより、3つの変数、つまり流路b〜dにおける線速ub,uc,udを求めることができる。
なお、図5A、図5B、図6A及び図6Bは変形例の一部であって、さらに多数の分流部と合流部とを備えると共にさらに多数の出力流路(並列流路)を備えるものが考えられる。また、出力流路(並列流路)の個数は奇数あるいは偶数の何れであっても良く、分流部と合流部とを組み合わせることにより任意の個数の出力流路(並列流路)に流体を分配することができる。
ステップS1では、流路閉塞判定処理を行う前の事前処理を行う。ステップS1では、出力マイクロ流路Rc51〜Rc55の基準流量(q01〜q05)及び参照流量(q1〜q5)を取得し、それを式(18)に代入して全ての基準流量変化比ri,j(n)を計算し、監視装置6に記憶する。ステップS2では、マイクロプラントを運転させ、流路閉塞判定処理を行う。ステップS2では、出力マイクロ流路Rc51、Rc55の初期流量(Q01、Q05)及び評価流量(Q1、Q5)を取得し、それを式(18−1)に代入して運転時流量変化比(R1,5)を計算し、前記基準流量変化比と比較することにより、閉塞が発生した流路を特定する処理を行う。また、必要に応じて、特定された閉塞流路の流量変化量ΔQ(n)及び閉塞度B(n)を計算する処理を行う。
ここで、基準流量とは、ステップS1において、出力マイクロ流路Rc51〜Rc55が全く閉塞していない状態での各出力マイクロ流路の流量であり、参照流量とは、ステップS1において、出力マイクロ流路Rc51〜Rc55の何れかを強制的に閉塞させた状態での各出力マイクロ流路の流量である。また、初期流量とは、ステップS2において、マイクロプラントの運転開始直後、つまり各出力マイクロ流路に全く閉塞が発生していないと想定する状態での各出力マイクロ流路の流量であり、評価流量とは、ステップS2において、マイクロプラントの運転中における各出力マイクロ流路の流量である。
表8の運転時流量変化比R1,5は表7のr1,5(2)に略一致しているので、本実施形態での閉塞流路はn=2と判断できる。閉塞流路の流量変化ΔQ(n)及び閉塞度B(n)はr1,2(2)=-2.011を用いて計算した。
表8に示すように、出力マイクロ流路Rc51の初期流量Q01、出力マイクロ流路Rc51の評価流量Q1及び閉塞流量の基準流量変化比r1,2(2)を、式(21)及び式(22)に代入して得られる閉塞流路Rc52の流量変化量ΔQ(n)及び閉塞度B(n)は、マイクロ流量計FM2の実測値により得られる流量変化量及び閉塞度に比べて、略一致しているので、監視対象であるマイクロプラントPの閉塞状態を十分に示している。
(1)本マイクロ流体分配装置Mによれば、分流部B11〜B44と合流部G21〜G43とを組み合わせて構成されると共に流体収支式(1)〜(14)及び圧力バランス式(15)〜(17)からなる圧力損失コンパートメント連結モデルに基づいて設計されているので、入力マイクロ流路Rc11に供給された処理対象流体Wの各出力マイクロ流路Rc51〜Rc55への均等分配を簡単な構成で実現することができる。また、この均等分配がロバスト性を有するので、入力マイクロ流路Rc11に供給された処理対象流体Wの流量が変動しても均等分配が維持される。
Claims (8)
- 入力流路に供給された流体を3以上の出力流路に均等分配して出力する流体分配装置であって、
複数の枝流路を組み合わせて形成され、少なくとも3つの流体の分流部と、少なくとも1つの流体の合流部と、各出力流路の閉塞を監視する監視装置と、3以上の出力流路のうち任意の2つの出力流路に各々設けられた2つの流量計と、を備え、
流体収支式と圧力バランス式からなる圧力損失コンパートメント連結モデルに対応するように形成されるとともに、
前記監視装置は、
事前処理として、全ての出力流路が閉塞を発生していない状態における前記各流量計の計測値を基準流量として取得し、前記各流量計が設けられていない出力流路が閉塞した場合における前記各流量計の計測値を参照流量として取得し、一方の流量計の基準流量と参照流量との差と他方の流量計の基準流量と参照流量との差の割合を基準流量変化比として記憶し、
この事前処理後の運転時には、運転開始時に前記各流量計の計測値を初期流量として取得し、その後の運転における前記各流量計の計測値を評価流量として取得し、一方の流量計の初期流量と評価流量との差と他方の流量計の初期流量と評価流量との差の割合を運転時流量変化比として計算し、
当該運転時流量変化比と前記基準流量変化比との比較に基づいて閉塞が発生した出力流路を特定することを特徴とする流体分配装置。 - 前記監視装置は、
事前処理として、全ての出力流路に流量計を設けた状態において全ての出力流路が閉塞を発生していない状態における前記各流量計の計測値を基準流量として取得し、出力流路を順次閉塞させた場合における前記各流量計の計測値を参照流量として順次取得し、各流量計における基準流量と参照流量との差と異なる流量計の基準流量と参照流量との差の割合を基準流量変化比としてそれぞれ記憶し、
この事前処理後の運転時には、運転開始時に前記各流量計の計測値を初期流量として取得し、その後の運転における前記各流量計の計測値を評価流量として取得し、初期流量と評価流量とから得られる流量変化率と前記基準流量変化比との積に基づいて各出力流路の閉塞度を検知する
ことを特徴とする請求項1記載の流体分配装置。 - 前記監視装置は、閉塞が発生した出力流路が特定された場合に、当該閉塞が発生した出力流路の閉塞度を検知することを特徴とする請求項2記載の流体分配装置。
- ナンバリングアップ構造のマイクロプラント用に微細に形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の流体分配装置。
- 請求項4記載の流体分配装置を介して処理対象流体を各マイクロ処理装置に均等分配して処理を施すことを特徴とするマイクロプラント。
- 入力流路に入力された流体を3以上の出力流路に均等に分配出力する流体分配装置の設計方法であって、
前記流体分配装置を、複数の枝流路を組み合わせることにより少なくとも3つの流体の分流部と少なくとも1つの流体の合流部とを備える形状とし、
流体収支式と圧力バランス式からなる圧力損失コンパートメント連結モデルを前記流体分配装置に適用することを特徴とする流体分配装置の設計方法で設計された流体分配装置について、
事前処理として、全ての出力流路が閉塞を発生していない状態における任意の2つの出力流路の流量を基準流量として取得し、前記2つの出力流路以外の出力流路が閉塞した場合における前記2つの出力流路の流量を参照流量として取得し、前記2つの出力流路の一方における基準流量と参照流量との差と他方における流量計の基準流量と参照流量との差の割合を基準流量変化比として記憶し、
この事前処理後における運転時には、流体分配装置の運転開始時に前記2つの出力流路の流量を初期流量として取得し、その後の運転における前記2つの出力流路の流量を評価流量として取得し、前記2つの出力流路の一方における流量計の初期流量と評価流量との差と他方における流量計の初期流量と評価流量との差の割合を運転時流量変化比として計算し、
当該運転時流量変化比と前記基準流量変化比との比較に基づいて閉塞が発生した出力流路を特定する
ことを特徴とする流路閉塞検知方法。 - 入力流路に入力された流体を3以上の出力流路に均等に分配出力する流体分配装置の設計方法であって、
前記流体分配装置を、複数の枝流路を組み合わせることにより少なくとも3つの流体の分流部と少なくとも1つの流体の合流部とを備える形状とし、
流体収支式と圧力バランス式からなる圧力損失コンパートメント連結モデルを前記流体分配装置に適用することを特徴とする流体分配装置の設計方法で設計された流体分配装置について、
事前処理として、全ての出力流路が閉塞を発生していない状態において全ての出力流路の流量を基準流量として取得し、出力流路が順次閉塞した場合における全ての出力流路の流量を参照流量として順次取得し、各出力流路における基準流量と参照流量との差と異なる出力流路の基準流量と参照流量との差の割合を基準流量変化比としてそれぞれ記憶し、
この事前処理後の運転時には、流体分配装置の運転開始時に任意の2つの出力流路の流量を初期流量として取得し、その後の運転における前記2つの出力流路の流量を評価流量として取得し、初期流量と評価流量とから得られる流量変化率と前記基準流量変化比との積に基づいて各出力流路の閉塞度を検知する
ことを特徴とする流路閉塞検知方法。 - ナンバリングアップ構造のマイクロプラント用に微細に形成された流体分配装置に適用することを特徴とする請求項6または7記載の流路閉塞検知方法。
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