JPH0590091U - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アキュムレータの流路及び接液部の容積及び
表面積を減らす。 【構成】 圧力容器１８内をダイアフラム１９により二
部屋２０ａ，２０ｂに区分する。一方の部屋２０ａには
脈動を除去すべき液体１２の流路１５ａを連結する。他
方の部屋２０ｂには液体２１を封入する。アクチュエー
タ２２を他方の部屋で動作させることにより一方の部屋
の容積を加減し、脈動を低減させる。流路には、液体の
圧力を検出する圧力センサ２３を設ける。アクチュエー
タ制御装置２４は、圧力センサの検出圧力から脈動成分
を抽出し、該脈動成分の高低差に対応してアクチュエー
タを動作させる。ダイアフラムは脈動成分の高低差に対
応した圧力で変形するのみであるから、その面積は小さ
く、また一方の部屋の容積も小さい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、プランジャポンプ等により液体を圧送する際に生ずる圧力の脈動を 減じるためのアキュムレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

液体クロマトグラフィ等のシステムにおいては、液体をプランジャポンプ等で 送るようになっており、その圧送の際に生ずる圧力の脈動を低減するためアキュ ムレータが用いられている。

【０００３】 液体クロマトグラフィ装置では、液体が数十ＭＰa 程度の圧力，数十cc／分以 下の流量で送られるようになっているが、このシステムにおいてもアキュムレー タが用いられる。

【０００４】 該液体クロマトグラフィのシステムは、図６に示されるように、試料となる液 体１を貯留するためのタンク２、液体１の吸着分析等を行う負荷部３、液体１を 前記タンク２から前記負荷部３に送るための流路４ａ，４ｂ、該流路４ａに設け られたポンプ５、前記流路４ａ，４ｂにおける前記ポンプ５と負荷部３との間に 設けられた前記ポンプ５による圧力の脈動を低減するためのアキュムレータ６及 び流路４ａ，４ｂ内の圧力を監視するための圧力計７を備えている。

【０００５】 試料である液体１は、ポンプ５によりタンク２から負荷部３へと流路４ａ，４ ｂ中を圧送され、アキュムレータ６により脈動を除去された後、負荷部３に到達 することになる。

【０００６】 アキュムレータ６は圧力容器８を備えており、該圧力容器８内はダイアフラム ９により二部屋１０ａ，１０ｂに区分けされている。そして、一方の部屋１０ａ には脈動を除去すべき試料の液体１の流路４ａが連結され、他方の部屋１０ｂに は蓄圧用液体１１が封入されている。

【０００７】 しかして、ポンプ５から吐出された液体１は図７（Ａ）のような流量変動を伴 って流路４ａ，４ｂ内を流れる。アキュムレータ６がないものとするとその流れ には図７（Ｂ）のような圧力の脈動成分ΔＰ_{0 1} を生ずるのであるが、この圧力 の脈動成分ΔＰ_{0 1} は、アキュムレータ６により図７（Ｃ）のようにΔＰ_{0 2} ま で低減される。

【０００８】 すなわち、送液に伴い流路４ａ，４ｂの圧力が平均圧力Ｐ₀ まで上昇すると一 方の部屋１０ａ内の液体がダイアフラム９を介して他方の部屋１０ｂ内の蓄圧用 液体１１を押し縮める。そして、該蓄圧用液体１１の圧力が流路４ａ，４ｂ内の 液体の圧力と平衡したところで、押し縮め動作が停止し、ダイアフラム９の変形 が停止する。そして、流路４ａ，４ｂ内における液体の圧力の降下、上昇に伴い 蓄圧用液体１１が膨脹、収縮し、ダイアフラム９を介して流路４ａ，４ｂへの液 体の供給、吸収を行う。これにより、脈動成分ΔＰ_{0 1} はΔＰ_{0 2} まで減少する こととなる。

【０００９】 なお、油圧ポンプによる油圧システムにおいても、脈動の低減にアキュムレー タが用いられている。例えば、実開昭６１−４９１０１号公報のものは圧力の脈 動を電磁石の利用によって能動的に解消するようになっている。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

液体クロマトグラフィ装置は、溶媒に溶け込んだ微量成分の分析をするもので あり、溶媒も多様であることから、流路４ａ，４ｂの材質としてはアキュムレー タ６も含め液体１に対して安定であり、かつ高圧に耐えるSUS 316 材が用いられ るのが一般的である。また、分析したい成分以外の物質の混入を来す要因を排す るべく、液体の流路４ａ，４ｂは、アキュムレータ６を含め極力容積や表面積を 小さくすることが求められる。

【００１１】 しかしながら、従来のアキュムレータ６のダイアフラム９は、送液に伴い流路 ４ａ，４ｂに発生する前記平均圧力Ｐ₀ が蓄圧用液体１１の圧力と釣り合うまで 撓み変形しつつ蓄圧用液体１１を圧縮するものであるから、ダイアフラム９の面 積を小さくすることができない。

【００１２】 すなわち、送液の平均圧力Ｐ₀ を５０MPa としたとき、圧力の脈動成分ΔＰ₀ を２MPa 以内に減らすのに必要なアキュムレータ６による補償量が10マイクロリ ットルとすると、５マイクロリットル／MPa の能力のアキュムレータ６が必要と なる。この場合、アキュムレータ６においては、ポンプ５の停止中における流路 ４ａ，４ｂの圧力が０MPa の時とポンプ５の運転中における流路４ａ，４ｂの圧 力が５０MPa の時との間で蓄圧用液体１１が２５０マイクロリットルの体積変化 を生ずることになり、ダイアフラム９もその体積変化分だけ撓むことになる。従 って、ダイアフラム９の面積は、例えば、厚さ0.1 mmのSUS 316 の板材で波型成 形したものを用いたとしても、少なくとも１０cm² 以上必要となるのである。

【００１３】 なお、蓄圧用液体１１として圧縮率４×１０^-4／MPa の水を用いるものとする と、上記の体積変化量は次のようにして算出することができる。 ［５μl ／MPa ］÷［４×１０^-4／MPa ］＝１２．５ｍl （必要封入液量） ［１２．５ｍl ］×［４×１０^-4／MPa ］×［５０MPa ］＝２５０μl （圧力 ５０MPa における体積変化量） 一方、ダイアフラム９の材質として耐薬品性の高いエラストマ（例えば、デュ ポン社のカルレッツ）を用いると、SUS 316 材を用いた場合に比べ、ダイアフラ ム９の面積を数分の一にすることができる。

【００１４】 しかし、エラストマを使用すると、過去に試料として使用した溶媒が溶出する こともあり、誤った成分を分析するおそれがある。 また、ダイアフラム９としてステンレス材を使用するにしても、或いはエラス トマを使用するにしても、前記圧力容器８の一方の部屋１０ａの容積は平均圧力 ΔＰ₀ によるダイアフラム９の撓み分としての２５０マイクロリットルの容積変 化を許容し、かつダイアフラム９が流路４ａ，４ｂを塞がない程度の大きさを必 要とする。従って、このことからもダイアフラム９の面積を小さくする上で制約 がある。

【００１５】 前記実開昭６１−４９１０１号公報のアキュムレータは、圧力の脈動を電磁石 により解消することができるが、その摺動部が試料等の液体に接触するので、分 析対象を汚染するおそれがある。また、何等かの事情により電流の供給がされな い場合に電磁石の位置が不確定となる。さらに、変位量の制御が困難である。

【００１６】 従って、本考案は、ダイアフラムをエラストマ材によることなく小面積化する ことができると共にアキュムレータの液体流路側の部屋を小容積化することがで き、さらに試料等の液体とアクチュエータとの接触を防止することのできるアキ ュムレータを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

上記問題点を解決するため、本第１の考案は、圧力容器内がダイアフラムによ りに二部屋に区分けされ、一方の部屋には脈動を除去すべき液体の流路が連結さ れ、他方の部屋には液体が封入されたアキュムレータにおいて、前記他方の部屋 で動作することにより前記一方の部屋の容積を加減し、前記脈動を低減するアク チュエータと、前記流路内の液体の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力セン サの検出圧力から脈動成分を抽出し、該脈動成分の高低差に対応して前記アクチ ュエータを動作させるアクチュエータ制御装置とが設けられた構成を採用し、本 第２の考案は、前記第１の考案のアクチュエータが、前記他方の部屋で往復動し て前記一方の部屋の容積を加減するプランジャと、該プランジャを駆動する圧電 素子とを含んだ構成を採用し、本第３の考案は、前記第１又は第２の考案の圧力 センサが前記他方の部屋内の圧力を検出するように配置された構成を採用してい る。

【００１８】

【作用】 本第１の考案において、脈動成分を含んだ液体が、圧力容器の一方の部屋に流 入すると、圧力センサが流路内の液体の圧力を検出する。

【００１９】 アクチュエータ制御装置は、圧力センサの検出圧力から脈動成分を抽出し、該 脈動成分の高低差に対応してアクチュエータを動作させる。 アクチュエータは、他方の部屋で動作することにより、同部屋に封入された液 体を介してダイアフラムを撓ませ、圧力容器の一方の部屋の容積を加減し、前記 脈動を低減する。

【００２０】 他方の部屋の液体は、専らアクチュエータの動きをダイアフラムに撓みとして 伝達する役割を持つだけでよいので、蓄圧に供する場合に必要な数〜十数ミリリ ットルの容量にする必要がなく、例えば１ミリリットル以下でも十分である。ま た、圧縮率も小さくて良い。

【００２１】 従って、アキュムレータ動作時の平均圧力が５０MPa あったとしても、他方の 部屋の液体の収縮は微小であり、ダイアフラムは脈動成分の高低差に対応した撓 み分だけ変形することになり、それだけダイアフラムの変形量は少なくて済む。 また、ダイアフラムの変形量が少ないから、圧力容器の一方の部屋の容積も少な くて済む。

【００２２】 また、アクチュエータは、圧力容器の一方の部屋の液体には接触しないので、 分析等に支障を来さない。 本第２の考案において、アクチュエータ制御装置により圧電素子が制御され、 圧電素子によりプランジャが駆動される。

【００２３】 プランジャは、圧力容器の他方の部屋で往復動し、前記一方の部屋の容積を加 減する。 本第３の考案において、圧力センサは圧力容器の他方の部屋内における液体の 圧力を検出する。この圧力は一方の部屋の液体の圧力として利用される。

【００２４】

【実施例】

以下、図面に基づき本考案に係るアキュムレータの実施例について説明する。 実施例１ 本考案に係るアキュムレータを液体クロマトグラフィ装置に適用した場合につ いて、図１に基づき説明する。

【００２５】 該液体クロマトグラフィのシステムは、試料となる液体１２を貯留するための タンク１３，液体１２の吸着分析等を行う負荷部１４，液体１２を前記タンク１ ３から前記負荷部１４に送るための流路１５ａ，１５ｂ，該流路１５ａに設けら れたポンプ１６，前記流路１５ａ，１５ｂにおける前記ポンプ１６と負荷部１４ との間に設けられた前記ポンプ１６による圧力の脈動を低減するためのアキュム レータ１７を備えている。

【００２６】 試料である液体１２は、ポンプ１６によりタンク１３から負荷部１４へと流路 １５ａ，１５ｂ中を圧送され、アキュムレータ１７により脈動を除去された後、 負荷部１４に到達することになる。

【００２７】 アキュムレータ１７は圧力容器１８を備えており、該圧力容器１８内はダイア フラム１９により二部屋２０ａ，２０ｂに区分けされている。そして、一方の部 屋２０ａには脈動を除去すべき試料の液体１２の流路１５ａ，１５ｂが連結され 、他方の部屋２０ｂには液体２１が封入されている。

【００２８】 前記圧力容器１８には、その他方の部屋２０ｂで動作することにより一方の部 屋２０ａの容積を加減し、前記脈動を低減するアクチュエータ２２が取り付けら れている。

【００２９】 アクチュエータ２２は、例えば、前記他方の部屋２０ｂで往復動して前記一方 の部屋２０ａの容積を加減するプランジャ２２ａと、該プランジャ２２ａを駆動 する圧電素子２２ｂとを有した構造である。

【００３０】 プランジャ２２ａは、圧力容器１８の壁を貫いてその液体２１の封入された他 方の部屋２０ｂ内に入り込んでいる。プランジャ２２ａが圧力容器１８の壁と接 する箇所にはシール材（図示せず）が設けられ、液体２１が漏れ出ないようにな っている。

【００３１】 圧電素子２２ｂは、この場合、積層形であり、外部から印加された電圧に対応 して積層方向に伸縮する性質を有する。前記プランジャ２２ａは、圧電素子２２ ｂの一端に取り付けられている。

【００３２】 前記タンク１３から圧力容器１８へと液体１２を導く流路１５ａには、流路１ ５ａ，１５ｂ内の液体の圧力を検出する圧力センサ２３が設けられている。 この圧力センサ２３からの信号はアクチュエータ制御装置２４により処理され るようになっている。

【００３３】 アクチュエータ制御装置２４は、前記圧力センサ２３の検出圧力から脈動成分 を抽出し、該脈動成分の高低差に対応してアクチュエータ２２を動作させるよう になっている。すなわち、アクチュエータ２２は、該脈動成分のみ（図２中ΔＰ ₀ ）の高い方の圧力値に対応してプランジャ２２ａを圧力容器１８外に向って引 き出し、低い方の圧力値に対応してプランジャ２２ａを圧力容器１８内に向って 押し込むのである。

【００３４】 従って、ダイアフラム１９は、試料の液体１２の平均圧力（図２中Ｐ₀ ）によ っては変形せず、脈動成分の高低差（図２中ΔＰ₀ ）に対応した撓み分だけ変形 することになり、それだけダイアフラム１９の変形量は少ない。

【００３５】 アクチュエータ制御装置２４は、図４に示されるように、増幅回路２７、微分 回路２８、アクチュエータ駆動回路２９を有しており、微分回路２８により上記 急変する圧力の変動成分のみを抽出するようになっている。また、アクチュエー タ制御装置２４は、図５に示されるように、増幅回路３０の次に微分・増幅回路 ３１と反転回路３２とが並列に設けられ、さらに、加算回路３３、アクチュエー タ駆動回路３４が設けられた構成とすることもできる。かくすることにより、ア クチュエータ２２が平均圧力の影響を受けて縮む場合、その縮み量を反転回路３ ２で補正することができる。

【００３６】 なお、アクチュエータ２２は、電気信号により液体２１の封入された他方の部 屋の容積を減少又は増加させる働きをするものであれば、上記構成のものに限ら ず他の構成のものであってもよい。また、圧力センサ２３は、流路１５ａ，１５ ｂの圧力に相当する圧力が検出できる箇所であれば上記箇所に限らず他の箇所に 設置してもよい。

【００３７】 次に、上記アキュムレータ１７の動作について、図１，図２及び図７に基づい て説明する。 ポンプ１６の送液量は図２（Ａ）のように変動し、流路１５ａ，１５ｂ内の液 体の圧力は図７（Ｂ）のように変動しようとする。すなわち、送液量が増減する と、流路１５ａ，１５ｂ内及び圧力容器１８内の圧力も増減する。

【００３８】 圧力センサ２３は、そのような圧力変動を検知し、アクチュエータ制御装置２ ４に信号を送る。 アクチュエータ制御装置２４は、圧力センサ２３からの信号を受けて圧力の脈 動成分ΔＰ₀ のみを拡大して抽出し、アクチュエータ２２に電気信号を送る。

【００３９】 アクチュエータ２２は、アクチュエータ制御装置２４の制御信号により動作し 、図２（Ｃ）のように他方の部屋２０ｂの容積を加減する。すなわち、脈動成分 の高い方の圧力値に対応してプランジャ２２ａが圧力容器１８外に向って移動し 、該部屋２０ａの容積を増大させて液体１２を圧力容器１８内に吸収する。逆に 、低い方の圧力値に対応してプランジャ２２ａが圧力容器１８内に向って移動し 、該部屋２０ａの容積を減少させて液体１２を流路１５ａ，１５ｂ側に補填する のである。そして、その間ダイアフラム１９は脈動成分ΔＰ₀ の圧力差に対応し た撓み分だけ変形し、平均圧力Ｐ₀ によっては撓まないのである。

【００４０】 かくて、図７（Ｃ）と図２（Ｂ）との対比から明らかなように、上記アキュム レータ１７により脈動成分ΔＰ₀ はより一層低減される。 なお、ポンプ１６が停止状態にあったり、ポンプ１６の送液量が時間的に一定 で変動がない場合、圧力センサ２３の検出圧力の変動成分は０であるから、アク チュエータ制御装置２４はアクチュエータ２２に対して圧力容器１８の各部屋２ ０ａ，２０ｂの容積を増減させるための信号を送らない。また、同じ理由から圧 力センサ２３の検出する圧力の変動成分以外の圧力成分すなわち平均圧力Ｐ₀ に 対しても信号を送らない。従って、流路１５ａ，１５ｂの圧力が一定でさえあれ ば、各部屋２０ａ，２０ｂの容積は流路１５ａ，１５ｂの平均圧力Ｐ₀ の低いか 高いかにより変動しない。

【００４１】 実施例２ 図３に示されるように、このアキュムレータ２５は、圧力センサ２６を他方の 部屋２０ｂ内の液体２１の圧力を検出するように配置されている。

【００４２】 液体２１の圧力は一方の部屋２０ａ内の試料の液体１２の圧力に等しく、該圧 力の信号がアクチュエータ制御装置２４に送られるようになっている。 このように実施例１におけると異なり流路１５ａ，１５ｂに圧力検知のための 液体導入孔等を設けないでもよいので、流路の容積，表面積を一層小さくするこ とができる。

【００４３】 因みに、図８において示される本考案のアキュムレータと従来のアキュムレー タとの対比から明らかなように、従来においてはダイアフラム９の変形量が大き く、かつ液体１１の容量が大きいのに対し、本考案においてはダイアフラム１９ の変形が極めて小さく、かつ液体２１の容量も極めて少ない。なお、図中各種数 値は前記計算式に基づいて得たものである。

【００４４】

【考案の効果】

本第１，第２，第３の考案によれば、流路の圧力の低いか高いかによるのでな く、専ら流路の圧力の変動によってのみ圧力容器の各部屋の容積を変化させるこ とができるので、各部屋の容積変動幅は従来のアキュムレータの場合に比して小 さい。従って、圧力容器の流路側の部屋の容積も小さくて済み、ダイアフラムの 表面積も小さくて済み、液体の流路の容積も低減できる。また、このことから、 液体クロマトグラフィ装置における脈動の除去に好適である。

【００４５】 また、ダイアフラムの撓みが少ないので、その構成材料としてSUS316等の金属 を用いることができ、エラストマを用いる必要がない。従って、過去に試料とし た溶媒が溶出する等の不都合が防止され、液体クロマトグラフィ装置等に使用し て好適である。

【００４６】 また、本第２の考案によれば、通電されていない状態であっても流路の平均圧 力の大きさによる移動が極めて少なく、ダイアフラムに無理な撓みを与えること がない。また、平均圧力の大きさによるアクチュエータのわずかな移動も、圧力 に比例したわずかなＤＣバイアス電圧を重畳させることにより容易にキャンセル することができる。さらに、高い周波数応答性が得られるので、１kHz 程度の領 域まで脈動吸収能力を向上できる。

【００４７】 また、本第３の考案によれば、流路に圧力検知のための液体導入孔等を設けな いでもよいので、流路の容積，表面積を一層小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るアキュムレータを備えた液体クロ
マトグラフィ装置の概念図である。

【図２】（Ａ）はポンプの時間当り送液量と時間との関
係グラフ、（Ｂ）は液体圧力と時間との関係グラフ、
（Ｃ）は圧力容器の一方の部屋の容積と時間との関係グ
ラフである。

【図３】他の実施例に係るアキュムレータの部分切欠断
面図である。

【図４】アクチュエータ制御装置のブロック図である。

【図５】アクチュエータ制御装置の他の態様のブロック
図である。

【図６】従来のアキュムレータを備えた液体クロマトグ
ラフィ装置の概念図である。

【図７】従来のアキュムレータに関するグラフであり、
（Ａ）はポンプの時間当り送液量と時間との関係グラ
フ、（Ｂ）はアキュムレータの無い場合の液体圧力と時
間との関係グラフ、（Ｃ）はアキュムレータを備えた場
合の液体圧力と時間との関係グラフである。

【図８】本考案のアキュムレータを従来のアキュムレー
タと対比して示す説明図である。

【符号の説明】

１２…液体 １５ａ，１５ｂ…液体の流路 １７，２５…アキュムレータ １８…圧力容器 １９…ダイアフラム ２０ａ…一方の部屋 ２０ｂ…他方の部屋 ２１…液体 ２２…アクチュエータ ２２ａ…プランジャ ２２ｂ…圧電素子 ２３，２６…圧力センサ ２４…アクチュエータ制御装置

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器内がダイアフラムによりに二部
   屋に区分けされ、一方の部屋には脈動を除去すべき液体
   の流路が連結され、他方の部屋には液体が封入されたア
   キュムレータにおいて、前記他方の部屋で動作すること
   により前記一方の部屋の容積を加減し、前記脈動を低減
   するアクチュエータと、前記流路内の液体の圧力を検出
   する圧力センサと、前記圧力センサの検出圧力から脈動
   成分を抽出し、該脈動成分の高低差に対応して前記アク
   チュエータを動作させるアクチュエータ制御装置とが設
   けられていることを特徴とするアキュムレータ。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータは、前記他方の部屋
   で往復動して前記一方の部屋の容積を加減するプランジ
   ャと、該プランジャを駆動する圧電素子とを含んでなる
   ことを特徴とする請求項１のアキュムレータ。
3. 【請求項３】 前記圧力センサは前記他方の部屋内の圧
   力を検出するように配置されたことを特徴とする請求項
   １又は２のアキュムレータ。