JPH0617066Y2

JPH0617066Y2 - 流体の状態変化の測定装置

Info

Publication number: JPH0617066Y2
Application number: JP1989113618U
Authority: JP
Inventors: 克俊丹野; 靖彦椎木; 友繁堀; 健介伊藤; 哲郎中村
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1994-05-02
Anticipated expiration: 2004-05-02
Also published as: JPH0352660U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は流体の状態変化、特に粘性の変化を測定する装
置に関し、例えばゲル化食品のゲル形成時期の測定や、
接着剤、スラリー等の粘性変化の測定及び、培養工程の
菌体増加に伴う粘性の変化からその菌体量を測定した
り、菌体が生産する生産物の濃度などを粘性変化と関連
づけて測定するための流体変化の測定装置に関するもの
である。

（従来の技術）従来、実願昭６２−１２６７５１号において流体中に鋼
球を落下させ、その落下速度から流体粘度を測定する手
段が開示されている。

また、本出願人は先に特開昭６２−１８５１４６号にお
いて、流体中に発熱体を挿入して流体への熱の移動の変
化を計測することによって、粘性などの流体の状態の変
化を測定する方法を開示しており、更に乱流条件の下で
もこの方法を利用して測定できるセンサーとして特開昭
６３−２１２８４０号を開示している。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、実願昭６２−１２６７５１号のような力
学的手段では、被測定物に大きな力が加わるため構造破
壊を伴う流体については測定できない。また、サンプリ
ングをしなければならないから連続的な測定ができな
い。更に測定に際して他の要因による振動で影響を受け
ないよう、測定は静かな場所で行う必要がある。

特開昭６２−１８５１４６号のような測定方法にあって
は、静止系、流動系の何れの流体状態も測定できるが、
静止系を主体とした測定を行うようにすることは、実際
の利用態様では流動系にある流体について測定しなけれ
ばならないことが多いであろうことから問題がある。ま
た、流動系にある流体について測定できるようにする方
法として、流体をサンプリングして静止槽内で測定する
方法や、バイパスを設けてその中で測定する方法、流動
系内に複数のセンサーを配設してそれらで総合的に測定
する方法などもあるが、サンプリングする方法は細菌が
発生したり、何れの部分で流体をサンプリングするかな
どの問題となる。また、バイパスを設ける方法は装置が
複雑になり、バイパス内の洗浄不良等の問題が生ずる。
複数のセンサーを配設する方法は装置が複雑となりセン
サーの個数によっては高価な設備が必要になるし、測定
値の分析が複雑になる。

加えて、発熱体センサーによる測定においてはセンサー
周囲の流体が乱流であるとセンサーの発熱量を一定に保
つことが困難なため、測定誤差を少なくするためにはセ
ンサー周囲の流体を層流状態にすることが望ましく、特
開昭６３−２１２８４０号はこれを可能にしたものであ
るが、流体を保護筒内に引き込む際にピストンでセンサ
ーに無理な力がかかり易く、また測定が筒内の流体につ
いてに限られるため筒外で刻々と状態変化するような流
体の測定に適さない。

一方、流体を撹拌するような搬送機構を持つ測定装置を
構成する場合、例えば動物細胞や植物細胞、糸状菌など
の濃度やそれらの生産物の濃度を測定しようとすると、
搬送機構で撹拌することによって細胞や菌に機械的衝撃
を与えて破壊しやすく、生産に悪影響を与えると共に測
定誤差の原因にもなる。細胞を破壊してしまうと生産の
低下や細胞内組織液の流出によって、生産物の濃度を低
下させて測定を困難にさせる原因になる。

また、培養系ではセンサーを取り付けたまま高温高圧の
条件下で測定できる装置は、従来少ない。

（課題を解決するための手段）本考案は以上の技術的課題を解決すべく、流体の導入口
と排出口を有する外筒内に流体を一定流速で搬送する一
軸偏心ポンプで構成される搬送装置と流体の状態変化を
検出するセンサーとを流体の搬送方向に対して直列配列
となるように構成した流体の状態の測定装置を創案し
た。

（作用）以上の構成からなる本考案の測定装置は、搬送装置で外
筒内に流体を搬送しながらセンサーで流体の状態変化を
検出するようにしたものであって、流体槽内の流れが不
安定であるようなときでも、外筒内で常に一定の流速の
流れを生じさせて流体の状態を測定できるものである。

しかして、センサーは流体の温度を検出する測温センサ
ーと、発熱しながらその温度を検出する発熱体センサー
で構成することにより、流体とセンサーの温度差から、
粘性等の流体の状態変化を測定することができる。この
場合、各センサーは流体の流れ方向に沿って配置する。

また、流体の搬送装置は一軸偏心ポンプで構成すること
により、外筒内に流体を搬送させる際に流体を撹拌する
ことがなく、細胞や菌に機械的衝撃を与えず、破壊させ
ない。

しかして一軸偏心ポンプの稼動に支障のないようにこれ
に対してセンサーを直列配列にしたものである。

（実施例）以下本考案の実施例を説明する。

本考案は流体と発熱体を熱的に接触させ、その発熱体の
温度と流体の温度との差に基ずいて流体の状態の変化を
測定する方法を利用したものである。即ち、本出願人が
特開昭６２−１８５１４６号において示したように、流
体の状態が変化すると流体の見かけの粘性が変化し、こ
の流体の見かけの粘性変化は流体中に配置した発熱体と
流体の温度差から知ることができる。

例えば、熱の伝達状況を表す熱伝達率αにあっては、発
熱体と流体の温度差と次式のような関係がある。

α＝Ｑ／Ｓ（θｓ−θ∞）Ｑ：発熱体の発熱量Ｓ：発熱体の表面積 θｓ：発熱体の表面温度 θ∞：流体の温度従って、発熱体と流体の温度差から流体の状態変化を種
々検出することができる。この場合、発熱体として、例
えば本出願人が特開平１−４４８３８号において示した
ような、金属細線で構成される発熱体センサーなどが好
適に利用され、センサーの電流値や抵抗値から発熱体の
温度、発熱量などを知ることができる。なお、発熱体セ
ンサーの表面温度θｓは先に特開昭６３−２１７２６１
号において示したように発熱体センサーの抵抗値から容
易に算出される温度θｗと一定の関数関係にあることか
ら、知ることができる。

そして、例えば流体の温度変化が小さく一定の電流値で
も発熱量が一定であると見なせるような場合には、発熱
体の温度と流体の温度を経時的に測定して温度差の変化
から流体の状態変化を検出する。また、流体の温度が大
きく変動するときはＱ＝Ｒｉ２Ｒ：センサーの抵抗値ｉ：センサーに通電された電流値において、発熱量Ｑが一定になるように電流値を適宜制
御することにより、同様に発熱体と流体の温度差の変化
から流体の状態変化を検出できるようになる。また、流
体の流れが乱流であると、発熱センサー周囲での発熱状
態にムラが生じ、ノイズ発生の原因となるので、流体を
一定の流速で流すことがより正確な測定を可能にする。

本考案は以上のように発熱体の温度と流体の温度との差
に基ずいて流体の状態の変化を測定する方法を利用した
測定装置を構成するに際し、流体の導入口と排出口を有
する外筒内に流体を一定流速で搬送する一軸偏心ポンプ
からなる搬送装置と流体の状態変化を検出するセンサ
ー、すなわち流体の温度を検出する測温センサーと発熱
しながらその温度を検出する発熱センサーとを直列配列
とすることにより、外筒内で外部の流体の流れに影響さ
れない安定した測定ができるようにしたものである。

第１図は一つの測定装置（Ａ）を流体槽（Ｂ）に取り付
けた状態の断面図であり、（１）は外筒、（２）は発熱
体センサー、（３）は測温センサーであって、これら両
センサー（２）（３）は装置本体（４）によって外筒
（１）と平行になるようにして固定されている。

（５）…はリード線であり、装置本体（４）後方から引
き出されて図示しない制御装置に接続されている。

装置本体（４）が流体槽（Ｂ）の槽壁（６）の開口部
（７）に嵌入して固定リング（８）で固定されているこ
とにより、外筒（１）は流体槽（Ｂ）内に充填された流
体（ｆ）中に浸漬されるようになっている。

外筒（１）の前端面には導入口（１０）が穿設されてお
り、また外筒（１）の後方には排出口（１１）が穿設さ
れている。そして、外筒（１）内に配設された螺旋羽根
（１２）が回転することにより、導入口（１０）から外
筒（１）内に流体（ｆ）が流れ込んでセンサー（２）
（３）に沿って流れ、排出口（１１）から順次排出され
るようになっている。

（１３）は螺旋羽根（１２）の回転軸であって、装置本
体（４）後部のメカシール部（１４）の後端から突出し
て、モーター（１５）で駆動されるギヤボックス（１
６）の出力軸（１７）に接続されている。

以上のように構成されたものによれば、螺旋羽根（１
２）で外筒（１）内においてセンサー（２）（３）と平
行に流体（ｆ）を流しながらセンサー（２）（３）で流
体（ｆ）の状態変化を検出することができる。

しかしながら以上のような装置を用いると流体がライン
上であったり、タンク内で攪拌されている状態では、流
体自体に流動があり、この流体自体の流動による流速と
螺旋羽根による導入力が加算され、流速が増したり逆に
相殺するように働いたりして、測定装置である筒体内の
流速を保証できなく、層流状態が保証できなくなるとい
う問題が生じる。

そこで筒体の流体入口方向を変更して筒体内での流体の
層流状態が確保できる良好な測定環境を実現する必要が
ある。

また、流体の熱伝達率や動粘性率など、熱に関する物性
値を求める場合は、流体の流速や、流量自体も測定にお
ける基礎値となり、一定流速、一定流量を保証できるも
のであれば、より高度の流体の物性測定結果が得られる
ものである。

したがって本考案の測定装置（Ａ）に一軸偏心ポンプを
用いるものである。一軸偏心ポンプを用いる理由は螺旋
羽根と同様に流体に一定流速を与えることができるのみ
ならず、定量ポンプであるところから一定流量の流体を
流すことができるからである。

すなわち一軸偏心ポンプを用いることにより一定流速、
一定流量が保証されて、より高度の流体の物性測定結果
がえられるからである。以下本案装置を第３図について
説明する。第３図には外筒（１）先端に一軸偏心ポンプ
（２０）を装着したものが示されている。

（２１）は一軸偏心ポンプ（２０）を稼働させる偏心軸
であって、回転軸（２２）と継手（２３）で連結されて
いる。回転軸（２２）は第１図のものと同様に、装置本
体（４）後部のメカシール部（第３図では図示せず）の
後端から突出して、モーターで駆動されるギヤボックス
の出力軸に接続されている。

その他の構成は第１図のものと同様であり、同じものに
は同じ符号を付してある。

このものによれば、一軸偏心ポンプ（２０）で外筒
（１）内に流体（ｆ）を流しながらセンサー（２）
（３）で流体（ｆ）の状態変化を検出することができる
もので、外筒（１）内に常に一定の流速でかつ一定の流
量の流れを生じさせることができ、安定した測定が行え
るのである。

第４Ａ〜Ｃ図は本考案にかかる測定装置（Ａ）の取り付
け態様を説明するため、細胞培養槽（Ｃ）を例にした図
面であって、第４Ａ図に示すように、細胞培養槽（Ｃ）
には流体（ｆ）の注入口（３０）、排出ドレイン（３
１）、ガスの供給口（３２）、ガス抜き口（３３）、撹
拌装置（３４）、覗き窓（３５）などが設けられている
（第４Ｂ、Ｃ図では省略）。

第４Ａ図は測定装置（Ａ）を細胞培養槽（Ｃ）に対して
水平となるように取り付けたものを示しており、第４Ｂ
図は細胞培養槽（Ｃ）に対してやや下方に傾くようにし
て取り付けたものを示している。第４Ｃ図は細胞培養槽
（Ｃ）の側方に流体を循環させるバイパス（３６）を設
け、このバイパス（３６）内に測定装置（Ａ）を装着す
るようにしたものを示している。

しかして、本考案の測定装置（Ａ）の取り付け態様は何
れの配置としても良く、しかも、細胞培養槽（Ｃ）のよ
うに槽内の流体が撹拌装置（３４）で撹拌されて乱流と
なっているような場合であっても、一軸偏心ポンプ（２
０）で外筒（１）内に一定流速でかつ一定流量で流体
（ｆ）を流すことによって層流が保証され、センサー
（２）（３）で流体（ｆ）の濃度変化等を検出できるか
ら、安定した測定が行えるという利点がある。

（考案の効果）以上いずれにしても本考案の一軸偏心ポンプを用いた測
定装置によれば、センサーの傾きや周囲の流体の流れに
影響されないで、外筒内で常に一定の流速と一定流量で
流れを生じさせて流体の状態を測定できるから、信頼度
の高い安定した測定ができ、しかも周囲の流体の状態変
化をオンタイムで知ることができる。

また、動物細胞や植物細胞、糸状菌などの濃度やそれら
の生産物の濃度を測定する場合においても、培養液の撹
拌による影響を受けることがなく、また細胞や菌に機械
的衝撃を与えて破壊するようなことがない。

加えて、培養槽などのように高温高圧処理で滅菌処理を
行うようなものについても滅菌処理時から測定装置を取
り付けておくことができて測定装置を別途滅菌処理する
といった手間が省け、また流体を槽外にサンプリングす
るようなこともないので滅菌性を高くできるという優れ
た特徴がある。

そして流体の状態変化を検出するセンサーを流体の搬送
方向に対して直列配列となるように構成したから一軸偏
心ポンプの稼動に支障なく測定ができる。

なお、センサーの温度や熱伝達率と流体の粘性変化との
相関関係から流体の濃度を知ることも可能である。ま
た、測定上のノイズと感度の関係から流体の流速を多段
階に制御できるようにしておくと、幅の広い測定が行え
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１、２図はある測定装置の縦断面図と正面図、第３図
は本考案にかかる測定装置の縦断面、第４Ａ〜Ｃ図は測
定装置の取り付け態様の説明図をそれぞれ表す。Ａ……
測定装置、Ｂ……流体槽、Ｃ……細胞培養槽、ｆ……流
体、１……外筒、２……発熱体センサー、３……測温セ
ンサー、１０……流体導入口、１１……流体排出口、２
０……一軸偏心ポンプ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開平３−46851（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】流体の導入口と排出口を有する外筒内に一
定流速で流体を搬送する一軸偏心ポンプで構成される搬
送装置と流体の状態変化を検出するセンサーとを流体の
搬送方向に対して直列配列となるように構成した流体の
状態の測定装置。
【請求項２】センサーは流体の温度を検出する測温セン
サーと、発熱しながらその温度を検出する発熱体センサ
ーからなり、かつこれらセンサーは流体の搬送方向に沿
って配置されていることを特徴とする請求項(1)の流体
の状態変化の測定装置。