JPH0718885B2 - 液体サンプル搬送方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，化学工場，食品工場，製薬工場などの製造工
程中の各種の液体状物質をサンプリングしてこれを分析
に供するさいに，次々に採取されるサンプル液をサンプ
リング現場から分析装置まで空気搬送する液体サンプル
搬送方法および装置に関する。

〔発明の背景と従来技術の問題点〕

パイプ内を流れる液体や容器内の液体のその時点での成
分組成を正確に把握するためにはサンプリングして分析
に供することが必要である。そして，その分析結果を生
産ラインの制御に利用するには理想的にはリアルタイム
の分析が必要とされる。最近では機器分析が発達し、こ
れにともなって分析時間は極めて短くなり且つ正確な分
析値が得られるようになっている。しかし，正確なサン
プリング操作とサンプル液を分析装置まで迅速に搬送す
ることができなければ，正確性と迅速性の要求を満足す
ることができない。

とくに，複雑な製造プラントではサンプリング位置が多
数箇所にわたる場合が多く，分析室はサンプリング位置
より離れた位置に存在するのが一般であるから，各サン
プリング位置での正確なサンプリングと各サンプリング
位置から分析室まで迅速に搬送することがライン制御の
上で重要な要件となる。

最も進んだサンプル液の従来の搬送設備としては，採取
されたサンプル液をカプセルに収納し，このカプセルを
保護容器内にセットしたうえで，分析室まで空気搬送す
ることが提案されている。しかし，この従来方式では，
サンプル液をカプセルに収納したうえで蓋をし，これを
保護容器にセットし，この保護容器を空気搬送路に投入
するといった操作が必要であり，このような操作は自動
化が困難でありサンプリングマンの熟練を要するところ
であった。また，分析室側でも送られてきた保護容器か
らカプセルを取り出す操作と使用済の保護容器をサンプ
リング位置に戻す操作が必要であり，注意深い人的配慮
を必要とした。また，保護容器でカバーされているとは
言え，カプセルの蓋の状態によっては，空気搬送の過程
での衝撃によって蓋が外れ，搬送エラーが発生するばか
りでなく，搬送管路を汚染して分析誤差を生ずる原因と
もなりやすいという問題があった。

本発明の目的とするところは，工場生産ラインの意図す
る箇所，例えばパイプラインの各所のパイプ位置から，
その時点のサンプル液を採取する操作を簡易にするこ
と，容器内に採取したサンプル液をそのまま分析室（検
査室）まで安全且つ迅速に空気搬送することにあり，と
くにサンプリング位置が多数箇所に存在しても各サンプ
リング位置から分析室まで自動サンプリングおよび自動
搬送できる設備を提供することである。

〔発明の構成〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は，ライン内の液体サンプルをサンプリング位置から分
析装置位置まで搬送するにさいし，一端がサンプリング
位置のライン内液体に通じているサンプリング管の他端
に注入針を取付け，内部を減圧にし且つ弾性材料からな
るキャップを取付けたサンプル容器内に，前記の注入針
を該キャップから貫入してサンプル液を吸入し，該注入
針を抜いたあとのサンプル液内装の容器をそのままの状
態で，サンプリング近傍位置から分析装置近傍まで配管
した搬送管内を，該キャップを進行方向に向けて，圧縮
空気を推進力として搬送することを特徴とする液体サン
プル搬送方法にある。

そして，この方法を実施する装置として，サンプリング
位置近傍から分析装置近傍にまで配管されたサンプル容
器搬送管，この搬送管の一端側に接続された圧縮空気
源，サンプリング位置近傍に設置され且つ前記の搬送管
内にサンプル容器を送り出すためのサンプル容器送出装
置，該サンプル容器送出装置の接続位置と圧縮空気源と
の間の管路に介装された圧縮空気発停弁，該サンプル容
器送出装置にセットされているサンプル容器に対してサ
ンプル液を注入するためのサンプル液注入装置，および
サンプル容器搬送終点近傍の搬送管に取付けられた排気
手段，からなる液体サンプル搬送装置であって，前記の
サンプル容器が弾性材料からなるキャップを取付けた減
圧容器からなり，前記のサンプル液注入装置が，一端側
がライン内液体に通じ他端側に注入針を取付けたサンプ
リング管と，このサンプリング管に介装された弁手段と
からなることを特徴とする液体サンプル搬送装置を提供
するものである。

すなわち本発明においては，内部を減圧にしたキャップ
付き容器をサンプル採取容器並びに搬送容器に使用する
ことに一つの特徴がある。この減圧サンプル容器の減圧
の程度の調整によって容器内に取り入れるサンプル液の
量を調整することができる。また，減圧を利用してサン
プリング管から容器内にサンプル液を吸入することがで
き，この吸入は容器に取付けた弾性材料からなるキャッ
プに注入針を差し込むことによって達成できる。そし
て，この弾性材料からなるキャップは空気搬送の過程で
クッション材として作用すると共に容器内は圧送用空気
の圧力よりも低い圧に保つことができるので空気搬送が
安全に行われる。したがって本発明においては，搬送の
ための保護容器は特に必要ではなく，サンプル液を減圧
吸入したままの容器それ自身を搬送管に投入して搬送す
ればよい。この場合，該キャップが進行方向となるよう
に搬送管に投入する。本発明によると，サンプリング操
作やサンプル容器の搬送管への送り出しは自動化が簡単
にでき，且つ搬送動作も自動制御化が容易にできる。

〔発明の詳述〕

以下に図面を参照しながら本発明の内容を具体的に説明
する。

第１図は，本発明に従うサンプル液搬送システムの全体
を図解的に示したものである。１は工場内に配管された
プロセスパイプを示しており，このプロセスパイプ１内
の液を所定の位置からサンプリングするために，サンプ
リング管２が取付けられる。このサンプリング管２は必
要とするサンプリング位置の数に応じてその位置のパイ
プ１にそれぞれ取付けられる。３はその詳細は後述する
サンプル容器送出装置，そして４はその詳細は後述する
サンプル液注入装置を表している。

本発明においては，サンプリング位置近傍に設置したサ
ンプル容器送出装置３から，これより離れた場所にある
分析室（検査室）内の分析装置５の近傍までサンプル容
器を空気搬送するものであり，このために，両者の間に
空気搬送管が施設される。この搬送管は，図示の例で
は，メイン搬送管６と，各サンプル容器送出装置３から
このメイン搬送管６に接続点７で接続される支流搬送管
８と，からなっている。メイン搬送管６は分析室の分析
装置５の近傍まで延びており，その終端（搬送終点）に
はサンプル容器受入装置９が設置される。そしてこのサ
ンプル容器受入装置９よりも若干上流側に排気弁10を持
つ排気管11が取付けられている。

12は圧縮空気源であり，この圧縮空気源12から搬送用圧
縮空気を各サンプル容器送出装置３に管路13を経て送気
する。各管路13は図示の例ではメイン圧縮空気路14から
分岐して接続されている。そして，各圧縮空気管路13に
は圧縮空気発停弁15が介装されている。なお，圧縮空気
源12の圧縮空気には，サンプル容器送出装置３やサンプ
ル容器受入装置９等の作動部の動力源として利用され，
このための配管（16,17等）がなされている。

18は中央監視制御盤,19はサンプル送出側の端末制御
盤，そして20はサンプル受入側の端末制御盤を示してお
り，端末制御盤19や20は中央監視制御盤の制御下におか
れる。

なお，第１図では，メイン圧縮空気管路14からメイン搬
送管６の間に,4系列のサンプル容器送出装置とこれに付
随する設備を並列接続した例を示しており，参照番号を
付していない系列のものも，参照番号を付したものと全
く同じ装置構成からなっている。また，この系列数はサ
ンプリング位置の必要数に応じて自由に増減できるもの
であり，例えばサンプリング位置が20箇所あれば，同一
の装置を20系列配設すればよいことになる。

第２図は，第１図におけるサンプル容器送出装置３の付
近の装置の外観を斜視図で示したものである。第２図に
見られるように，プロセスパイプ１にサンプリング管２
を取付けてこのサンプリング管２内にパイプ１内の液を
取り入れる。このサンプリング管２の途中に，サンプリ
ング液の流出と停止を調整する弁手段例えば電磁弁21
（またはピンチ弁）が介装され，そしてこのサンプリン
グ管２の先端には注入針22が取付けられている。以下の
説明において該弁手段21として電磁弁を使用した例で説
明するが，これはピンチ弁であってもよい。電磁弁21か
ら注入針22に到るサンプリング管はフレキシブルパイプ
からなっており，注入針22を保持するホルダー23がガイ
ド板24の上をシリンダー25の作動により往復運動する。
本発明に従うサンプル液注入装置は，このように，パイ
プ１内の液に一端が通じ，他端に注入針22をもつサンプ
リング管２と，このサンプリング管２の途中に介装され
た弁手段21と，注入針22を往復運動させるシリンダーピ
ストン機構とからなっている。

一方，本発明装置では既述のように弾性材料からなるキ
ャップを持つ減圧容器をサンプル容器として使用するも
のであり，これは，第２図の右上に示すように，例えば
試験管の形状をもつ一端開口の円筒容器本体27にゴム製
キャップ28を被せたものである。このゴムキャップ28を
本体27に被せた状態のものを，以後の説明においてサン
プル容器30と呼ぶことにする。本発明では容器内を所定
の圧力に減圧したサンプル容器30をサンプル容器送出装
置３にセットする。

サンプル容器送出装置３は，サンプル容器30をほぼ水平
方向に寝かせて一列に積み上げるサンプル容器スタッカ
ー部31と，このサンプル容器スタッカー部31の最下段に
存在するサンプル容器を一個だけ注入位置にシフトして
セットする機構と，このセット位置で注入針22をゴムキ
ャップ28に差し込み（第２図では注入針22が差し込まれ
た状態を示している）サンプリング管２内の液を容器30
内に吸入したあと，このサンプリング完了容器をゴムキ
ャップ28を施したまま搬送管８に投入する機構を備えて
いる。これらの機構の詳細は第３図〜第６図を参照して
後述するが，第２図に見られるように，水平に対してや
や吐出方向を上向きにした搬送管８に対して（水平に対
して若干の上向き角をつけた搬送管８に対して），この
搬送管８の上に，サンプル容器送出装置３の１部である
サンプル容器30の送出チャンバー32を接続するように
し，また，サンプル容器送出装置３の１部であるサンプ
ル容器スタッカー部31は垂直方向にするよりは若干斜め
にしておくほうがよい。サンプル容器送出装置３が接続
された位置よりも下流側の搬送管８には，第１図に示し
た圧縮空気源12に通ずる圧縮空気管路13が接続され，こ
の圧縮空気管路13に圧縮空気発停弁15が取付けられてい
る。この圧縮空気発停弁15は電磁弁である。なお，第２
図において,34はサンプル容器を注入位置にシフトする
ためのシリンダー,35はサンプル容器をシフト位置に保
持する動作と搬送管８に投入する動作を行なうための圧
送蓋開閉用シリンダーを示している。これらの動作態様
は以下に説明する。

第３図〜第６図はいずれもサンプル容器送出装置３の縦
断面図を示したものであるが，その動作過程を図番の順
に表してある。これらの図において,31は第２図で説明
したようにやや斜めにして設置されたサンプル容器スタ
ッカー部であり，このスタッカー31内に複数のサンプル
容器30が一列に装着される。このスタッカー部31の下方
にはアクチエータ部37が接続される。このアクチエータ
部37には，スタッカー部31の最下段のサンプル容器を受
ける台座37がスタッカー部31の軸とほぼ直角方向に設置
される。この台座37の上縁は，サンプル容器30を搬送管
８に落下させる送出チャンバー32の上端に通じている。
38は台座37上のサンプル容器一個を送出チャンバー32の
方に押し上げる部材であり，この押上部材38はシリンダ
ー34によって往復運動するピストンロッド39に接続され
ている。一方，このアクチエータ部37には，送出チャン
バー32の上端開口を開閉する蓋体40が取付けられる。こ
の蓋体40は，前記押上部材38と同一方向に往復運動する
別のピストンロッド41によって別の台座42上を往復運動
し，これによって送出チャンバー32の上端開口を開閉動
作する。この動作を行なうピストンロッド41はシリンダ
ー35への作動流体の圧入と脱圧によって行われる。シリ
ンダー34および35の作動流体としては，搬送用の圧縮空
気と源を同じくする圧縮空気を利用することができる。
蓋体40は，前記の押上部材38によって押上られた一個の
サンプル容器をこの蓋体40の上に一時的に係止できるよ
うに，サンプル容器係止部43が設けられている。

以上のように構成されたサンプル容器送出装置の動作態
様を第３〜６図の順に説明すると，第３図は始動前の状
態を示しており，蓋体40が送出チャンバー32の上端開口
を閉じており，且つサンプル容器は台座37の最下端の位
置（スタッカー部31の位置）に存在している。つまり，
蓋体40のピストンロッド41は伸長した位置に，また押上
部材38のピストンロッド39は引き込まれた位置にある。

第４図は，蓋体40の位置は第３図の位置のままにした状
態で，ピストンロッド39を伸長して押上部材38をシフト
した状態を示しており，この状態でサンプル容器一個が
蓋体40の上にシフトされる。すなわち，一個のサンプル
容器が，送出チャンバー32を閉じている蓋体40の上に，
その軸をほぼ水平にしてシフトされる。このシフト位置
においてサンプル容器のゴムキャップが先の第２図に示
した注入針22を受け入れるように位置決めされており，
この位置で注入針22をゴムキャップに貫入させ，電磁弁
21を開いてサンプル液を減圧容器内にその減圧を利用し
て吸入し，この吸入が終われば注入針22をゴムキャップ
から引き出す。

第５図は，サンプル液の注入を終えたサンプル容器を送
出チャンバー32に落とす状態を示している。すなわち，
蓋体40のピストンロッド41をシリンダー35内に引き込む
ことによって送出チャンバー32の上端開口を開き，蓋体
40の上に乗っていたサンプル液内装の容器をその自重で
送出チャンバー32内に落下させる。この蓋体40が開いて
いる状態では押上部材38はシフト位置に保持しておくの
がよい。送出チャンバー32に残留する圧縮空気がスタッ
カー部側に逆流するのを阻止するからである。送出チャ
ンバー32に落下した容器は引き続いて搬送管８内に落下
し発射位置に収まる。

第６図は，第５図の動作のあと，台座37はシフト位置を
保持したままで蓋体40を閉じた状態を示している。この
状態で搬送管８内の発射位置に収まっているサンプル容
器を発射させる。これは，圧縮空気管路13の圧縮空気発
停弁15を開くことによって行なう。第６図の動作のあと
は第３図の動作に戻り，以後これを繰り返す。

第７図および第８図は，第４図で説明したシフト位置に
あるサンプル容器に対してサンプル液注入装置を作動す
る動作を図解的に示したものである。第７図ではサンプ
ル容器送出装置内のシフト位置にある減圧サンプル容器
30に対して注入針22がそのゴムキャップ28側に同軸的に
向かい合っている状態を示す。第８図は注入針22をゴム
キャップ28に貫入してサンプル液を注入している状態を
示している。この動作は，第２図で説明したように，注
入針22を保持するホルダー23をガイド板24の上でシリン
ダー25とそのピストンロッド45の作動によりスライドさ
せる。そして注入針22がゴムキャップ28に貫入したら，
電磁弁21を開く。これによってサンプリング管２内の液
は減圧容器内にその減圧によって吸入される。そして，
この吸入動作が終えたら電磁弁21を閉じて第７図の位置
に復帰する。

なお，リアルタイムでのサンプリングが必要とされる場
合には，サンプリング管２内（特に電磁弁21から注入針
22に到る管路内）に存在する前段階の残液を排出する動
作をサンプリング動作前に行なう。これは，第２図に示
す廃液容器47に注入針22を向けたうえで電磁弁21を開
き，サンプリング管２内に残留している廃液を廃液容器
47に棄てることによって行なう。この場合，第２図に示
すように廃液容器47をピストンロッド48で支持し，この
ピストンロッド48をシリンダー49で往復運動させること
によって廃液容器47を復帰位置にある注入針22の先端に
移動させるようにすればよい。

第９図は，サンプル液を内装したサンプル容器30を空気
搬送する状態を図解的に示したものである。搬送始点で
あるサンプル容器送出装置の送出チャンバー32から，搬
送管８のプラットホーム50にその自重で落下するサンプ
ル容器30は，ゴムキャップ28を搬送側に向けて該プラッ
トホーム50に静止する。この状態で圧縮空気発停弁15を
開く。これによってサンプル容器30はゴムキャップ28を
先頭に向けた状態で搬送管８から接続点７を経てメイン
搬送管６に入り終点に向けて空気搬送される。終点近傍
のメイン搬送管６には排気管11が設けられ，この排気管
11に排気弁10が設けられる。この排気管11の開度調整に
よってサンプル容器の搬送速度を調整することができ
る。この排気管11から若干下流側に終点となるサンプル
容器受入装置９が設けられる。排気管11からこのサンプ
ル容器受入装置９までは減速しながら惰力でサンプル容
器が移動する。惰力に加え重力も作用するようにその間
の搬送管を若干下降の傾斜を設けておいてもよい。サン
プル容器受入装置９は，一端開口の筒体からなるキャッ
チボックス53を備えており，このキャッチボックス53の
開口54がメイン搬送管６の終端開口位置（サンプル容器
受入位置）と垂直下方位置（サンプル容器放出位置）と
の間を首振り運動するように，このキャッチボックス53
の底部側を支持部材55に回転可能に支持させてある。キ
ャッチボックス53内に，その受入位置でゴムキャップを
底にして受入れられたサンプル容器は，キャッチボック
ス53を放出位置（垂直位置）に回転した場合にゴムキャ
ップを上にした状態でガイド56を経て台座57の上に落下
し，この台座57においてホルダー58によって支持され
る。以後は，このホルダー58に保持された状態でゴムキ
ャップを外されて分析装置に入る。

第10図および第11図は搬送管８とメイン搬送管６との接
続点７の状態を示す外観図である。これらの図に見られ
るように，ほぼ水平方向に設置してあるメイン搬送管６
に対して支流管である搬送管８を上から接続する（第10
図）か，少なくとも水平に接続する（第11図）するのが
よい。もっともこの接続に当たってはメイン搬送管６に
対して搬送管８を鋭角をもって接続する。これによって
接続点においてもサンプル容器はスムースに移動する。
またゴムキャップが先頭にあるから僅かな衝撃があって
もゴムキャップがさらに容器内に押し込まれることはあ
っても外れることは防止される。この現象はキャッチボ
ックス53に当接したときにも生じ，この場合にもゴムキ
ャップは一層強く容器に押し込まれることになるし，ゴ
ムキャップ自身が衝突の衝撃をやわらげる緩衝材として
作用する。また，容器内にはサンプル液が圧入されてい
るのではなく減圧下でその減圧を利用して吸入されたも
のであるから，搬送管内の圧縮空気の圧よりも低い圧に
容器内が維持されており，このために，ゴムキャップが
外れる方向への内圧は作用せず，逆にゴムキャップが締
まる方向に圧が作用するので，ゴムキャップが外れるよ
うな事故は未然に防止できる。

以上のようにして本発明によると，工場内の多数のサン
プリング位置から分析装置までサンプル液を正確且つ迅
速に搬送することができ，既述の目的が効果的に達成さ
れる。そして，本発明によると，容器内の減圧の程度を
調整することによってサンプル液の採取量を調整でき
る。つまり容器内に若干の空気またはガスが残留するよ
うな減圧状態ではその残留する気体の量に応じてサンプ
ル液の収容量が決まる（パイプラインの液圧と容器内の
圧が平衡に達した時点で吸入量が飽和する）ことにな
り，サンプリング管の電磁弁（21）の開閉時間やサンプ
リング管の径などはサンプリング量の因子とはならな
い。したがって正確にサンプリング量を期制することが
できる。また，本発明によるとラインの変更などによっ
てサンプリング位置や数が変更しても支流搬送管を施設
して即座に対応することができるし，既設のプロセスラ
インにおいてもそのライン自体に変更を加えることなく
サンプリング動作と搬送動作をもつ改造ラインに改善で
き，リアルタイム分析による製造設備の新鋭化に大きく
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うサンプル液搬送方式の全体を図解
的に示した系統図，第２図は第１図のサンプル容器送出
装置付近の装置外観を示す斜視図，第３図乃至第６図は
いずれもサンプル容器送出装置の稼働状態を示す略断面
図，第７図および第８図はいずれもサンプル液注入装置
の稼働状態を側面的に示した図，第９図は本発明に従う
サンプル液搬送方式を図解的に示した機器配置系統図，
第10図および第11図はいずれも搬送管の接続点の状態を
示す外観図である。 １……プロセスパイプ,2……サンプリング管,3……サン
プル容器送出装置,4……サンプル液注入装置,6……メイ
ン搬送管,7……接続点,8……支流搬送管,9……サンプル
容器受入装置,10……排気弁,11……排気管,12……圧縮
空気源,13……圧縮空気管路,15……圧縮空気発停弁,18
……中央監視制御盤,21……電磁弁またはピンチ弁,22…
…注入針,27……サンプル容器本体,28……ゴムキャッ
プ,30……サンプル容器,31……スタッカー部,32……送
出チャンバー,38……押上部材,40……蓋体,53……キャ
ッチボックス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ライン内の液体サンプルをサンプリング位
   置から分析装置位置まで搬送するにさいし，一端がサン
   プリング位置のライン内液体に通じているサンプリング
   管の他端に注入針を取付け，内部を減圧にし且つ弾性材
   料からなるキャップを取付けたサンプル容器内に，前記
   の注入針を該キャップから貫入してサンプル液を吸入
   し，該注入針を抜いたあとのサンプル液内装の容器をそ
   のままの状態で，サンプリング近傍位置から分析装置近
   傍まで配管した搬送管内を，該キャップを進行方向に向
   けて，圧縮空気を推進力として搬送することを特徴とす
   る液体サンプル搬送方法。
2. 【請求項２】サンプリング位置近傍から分析装置近傍に
   まで配管されたサンプル容器搬送管，この搬送管の一端
   側に接続された圧縮空気源，サンプリング位置近傍に設
   置され且つ前記の搬送管内にサンプル容器を送り出すた
   めのサンプル容器送出装置，該サンプル容器送出装置の
   接続位置と圧縮空気源との間の管路に介装された圧縮空
   気発停弁，該サンプル容器送出装置にセットされている
   サンプル容器に対してサンプル液を注入するためのサン
   プル液注入装置，およびサンプル容器搬送終点近傍の搬
   送管に取付けられた排気手段，からなる液体サンプル搬
   送装置であって，前記のサンプル容器が弾性材料からな
   るキャップを取付けた減圧容器からなり，前記のサンプ
   ル液注入装置が，一端側がライン内液体に通じ他端側に
   注入針を取付けたサンプリング管とこのサンプリング管
   に介装された弁手段とからなることを特徴とする液体サ
   ンプル搬送装置。