JPH07122606B2 - 液体サンプル採取および送出装置 - 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
に供するために，サンプル液をサンプリング位置から分
析位置（分析室または検査室）まで空気搬送するための
システムに好適に適用できる液体サンプル採取および送
出装置に関する。

〔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，従来の空気搬送方式では，サンプル液をカプセ
ルに収納したうえで蓋をし，これを空気搬送用の保護容
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。

また，サンプリング操作と，サンプリングを終えたあと
の空気搬送管への送出操作を組合せて機械化および自動
化することは簡単にはできなかった。特に多数のサンプ
リング位置が存在する場合には，それらの各位置から所
定量のサンプリング液を間違いなく採取および送出し，
これらを次々に搬送することが必要となり，採取位置が
多くなればなるほど，その採取送出装置は単純且つ正確
に機能する自動化し易い装置であることが要求されるこ
とになる。しかし，これを経済的有利に構成することは
簡単ではなかった。

本発明は，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において，その時点のサン
プル液を採取する操作を簡易にし且つ採取したサンプル
液を分析室（検査室）に通ずる空気搬送管に正確且つ安
全に送出する単純構成の装置の提供を目的としたもので
ある。

〔発明の構成〕

本発明は，前記の目的を達成するサンプル液の採取およ
び送出装置として，底部が空気搬送管の搬送始点位置に
通じ上部に開口をもつサンプル容器送出チャンバーと，
この送出チャンバーの開口を開閉する蓋体と，送出チャ
ンバーの開口に注入針透過性のキャップをもつ内部が減
圧されたサンプル容器を一個づつ押し上げると共に，前
記蓋体により送出チャンバーの開口が閉じられた状態に
おいて該蓋体との間でその押し上げたサンプル容器を保
持する押上部材と，これら蓋体を押上部材との間で保持
されたサンプル容器のキャップに差し込まれる注入針
と，この注入針からプロセス内液体までを連通させたサ
ンプリング管と，このサンプリング管に介装された弁機
構とを備える液体サンプル採取および送出装置を提供す
るものである。

〔発明の詳述〕

以下に図面の実施例に従って本発明の装置を具体的に説
明する。

第１図は，本発明に従うサンプル採取および送出装置を
適用するための空気搬送システム例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本発明に従うサンプ
ル容器送出機構，そして４はその詳細は後述するサンプ
ル液採取機構を表している。

本発明によるサンプル液採取および送出装置４および３
は，各所のサンプリング位置近傍に設置される。そし
て，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の近傍までそのサンプル容器が空気搬送され
る。このために施設される搬送管は，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
機構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の圧縮空気は，サンプル
容器送出機構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18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系列のサンプル採取機構４およびサンプル
容器送出機構３並びに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機構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の途中に管内の液を
流出および停止させる弁機構21（例えば電磁弁またはピ
ンチ弁）が介装され，またこのサンプル容器の先端には
注入針22が取付けられている。以下の説明において弁機
構21として電磁弁21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機構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，注入針透過性のキャップ（例え
ばゴムキャップ）を持つ減圧容器をサンプル容器として
使用することができ，これは，例えば第２図の右上に示
すように，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にした空サンプル容器を液採取
前の容器として使用する。

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図に見られにように，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に圧縮空気
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。

以上の例で説明したように，空気搬送設備に適用するた
めの本発明に従う液体サンプル採取および送出装置は， 底部が空気搬送管の搬送始点位置に通じ上部に開口をも
つサンプル容器送出チャンバー32と， この送出チャンバー32の上部開口を開閉する蓋体40と， 送出チャンバー32の開口に注入針透過性のキャップ28を
もつ内部が減圧されたサンプル容器30を一個づつ押し上
げると共に，蓋体40により送出チャンバー32の開口が閉
じられた状態において該蓋体40との間でその押し上げた
サンプル容器32を保持する押上部材38と， これら蓋体40を押上部材38との間で保持されたサンプル
容器30のキャップ28に差し込まれる注入針22と， この注入針22からプロセス内液体までを連通させたサン
プリング管２と， このサンプリング管２に介装された弁機構（前記の例で
は電磁弁21）と， を必須構成要素として構成されており，この構成によっ
て既述の目的を達成したものである。

なお，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参考図である。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が分岐し，この
排気管11に排気弁10が設けられるが，この排気弁10の開
度を調整すること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の位置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。

なお，本発明装置で使用するサンプル容器内の減圧の程
度を調整すればサンプル液の採取量を調整することがで
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，サンプリング管の弁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規制することができる。ま
た，本発明装置は，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簡単に改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うサンプル採取および送出装置を適
用するための空気搬送システム例を図解的に示した系統
図，第２図は本発明に従う実施例装置の外観を示す斜視
図，第３図乃至第６図はいずれも本発明装置の稼働状態
を示す略断面図，第７図および第８図はいずれも本発明
装置のサンプル液注入動作を側面的に示した図，第９図
は本発明装置を適用してサンプル液を空気搬送送する場
合の搬送システム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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底部が空気搬送管の搬送始点位置に通じ上
   部に開口をもつサンプル容器送出チャンバーと，この送
   出チャンバーの開口を開閉する蓋体と，送出チャンバー
   の開口に注入針透過性のキャップをもつ内部が減圧され
   たサンプル容器を一個づつ押し上げると共に，前記蓋体
   により送出チャンバーの開口が閉じられた状態において
   該蓋体との間でその押し上げたサンプル容器を保持する
   押上部材と，これら蓋体を押上部材との間で保持された
   サンプル容器のキャップに差し込まれる注入針と，この
   注入針からプロセス内液体までを連通させたサンプリン
   グ管と，このサンプリング管に介装された弁機構とを備
   える液体サンプル採取および送出装置。