(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮性流体用のポンプシステムであって、
第１のポンプ出口（２１）を有する第１のポンプ（２０）と、
第２のポンプ出口（３１）を有する第２のポンプ（３０）であって、第１のポンプ（２０）に並列に配置される第２のポンプ（３０）と
を含み、
ここで、該第１のポンプ出口（２１）と、該第２のポンプ出口（３１）とは、主出口（４８）と流体連通する結合部（４０）で合流し、
第１のポンプの第１の出口圧力（ｐ１）の測定値に基づいて、第２のポンプ（３０）の第２の出口圧力（ｐ２）を調節する制御部（５０）であって、第２のポンプ（３０）の第２の出口圧力（ｐ２）を、第１のポンプ（２０）の第１の出口圧力（ｐ１）よりも低く調整および保持するように動作可能である制御部（５０）と
を含む、前記ポンプシステム。
【請求項２】
少なくとも１つの逆止め弁（４６）は、結合部（４０）と、第２のポンプ出口（３１）との間に配置される、請求項１に記載のポンプシステム。
【請求項３】
第１のポンプ（２０）は、第１のポンプ入口（２６）を含み、第２のポンプ（３０）は、第２のポンプ入口（３６）を含み、ここで、第１および第２のポンプ入口（２６；３６）は、圧縮性流体が少なくとも部分的に充填された収納リザーバ（１０２）と並列に連結可能である、請求項１または２に記載のポンプシステム。
【請求項４】
第２のポンプ（３０）の第２の出口圧力（ｐ２）と第１のポンプ（２０）の第１の出口圧力（ｐ１）との差が、所定の最小差を下回った場合、制御部（５０）は、第２のポンプ（３０）を停止状態にするか、または第２のポンプ（３０）のポンプ出力およびポンプ容量の少なくとも一つを低下させるように動作可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項５】
制御部（５０）は、第２のポンプ（３０）の出口圧力（ｐ２）を、第１のポンプ（２０
）の出口圧力（ｐ１）よりも１バールから１０バール低いレベルに調整するように動作可能である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項６】
制御部（５０）に連結され、結合部（４０）上流の第１の出口（２１）と流れ連通する、第１の圧力センサ（４４）をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項７】
制御部（５０）に連結され、結合部（４０）上流の第２の出口（３１）と流れ連通する、第２の圧力センサ（４６）をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項８】
第１および第２のポンプ（２０、３０）は、非同期で駆動される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項９】
第２のポンプの最大体積流量は、第１のポンプ（２０）の最大体積流量の２０％未満、または１５％未満、または１０％未満である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のポンプシステム。
【請求項１０】
クロマトグラフィシステムであって、
少なくとも１種の溶媒を収納および／または準備するための少なくとも１つの収納リザーバ（１０２）と、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のポンプシステム（１０）と、
少なくとも１つの検出または分析ユニット（１１２、１１４）と
を含む、前記クロマトグラフィシステム。
【請求項１１】
ポンプシステム（１０）が加圧ＣＯ2を供給するように動作可能である超臨界流体クロマトグラフィ（ＳＦＣ）システムとして設計された、請求項１０に記載のクロマトグラフィシステム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプシステムを動作させる方法であって、
第１のポンプ（２０）の第１のポンプ出口（２１）で第１の出口圧力（ｐ１）を測定する工程と、
第２の出口圧力（ｐ２）は、第１の出口圧力（ｐ１）よりも低く保持されるように、測定された該第１の出口圧力（ｐ１）に基づいて、第２のポンプ（３０）の第２のポンプ出口（３１）で第２の出口圧力（ｐ２）を調整する工程と
を含む、前記方法。
【請求項１３】
第２の出口圧力（ｐ２）は、第１の出口圧力（ｐ１）よりも１バールから１０バール低く保持される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２の出口圧力（ｐ２）と第１の出口圧力（ｐ１）との差が、所定の最小差を下回った場合、第２のポンプ（３０）を停止状態にするか、または第２のポンプ（３０）のポンプ出力およびポンプ容量の少なくとも一つを低下させる工程をさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロマトグラフィ用途に適したポンプシステムに関し、特に、高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ：ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）または超臨界流体クロマトグラフィ（ＳＦＣ：ｓｕｐｅｒ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）に適したポンプシステムに関する。一態様では、本発明は、クロマトグラフィシステムに関し、別の態様では、クロマトグラフィシステムに適したポンプシステムを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超臨界流体クロマトグラフィでは、超臨界流体を抽出溶媒として使用することによって、ある成分、すなわちマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）から、別の成分、すなわちエクストラクタント（ｅｘｔｒａｃｔａｎｔ）を分離することが可能である。ＳＦＣおよびＨＰＬＣによって、様々な物質を化学的に分析、識別し、定量化することができる。ＳＦＣ用途において、二酸化炭素を超臨界流体として使用する場合、物質の抽出は、超臨界条件下で行わなければならない。二酸化炭素を超臨界流体として選択した場合、抽出は、３１℃の臨界温度よりも高い温度、かつ７４バールの臨界圧力よりも高い圧力で行わなければならない。
【０００３】
クロマトグラフィカラム内部でＣＯ２またはＣＯ２混合物を液体状態で保持するには、クロマトグラフィシステム全体を所定の（ｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄ）圧力レベルで保持しなければならない。この目的で、クロマトグラフィシステム内部の圧力を所定のレベルで保持するために、典型的には、クロマトグラフィカラムの下流、およびそれぞれの（ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ）検出器の下流に背圧レギュレータが設けられる。クロマトグラフィカラムの上流には、典型的には、少なくとも１種の溶媒を加圧するための少なくとも１つのポンプを含む準備ステージ（ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｓｔａｇｅ）が設けられる。
【０００４】
ＨＰＬＣまたはＳＦＣクロマトグラフィ用途では、エタノールおよび／またはＣＯ２などの溶媒を数百バール、典型的には４００バールのレベルまで、さらには１０００バールまたはそれよりも高く加圧しなければならない。こうした圧力範囲では、ＣＯ２などの溶媒は、典型的には、比較的高い圧縮性を示す（ｅｘｈｉｂｉｔ）。往復ポンプなどの従来型ポンプを使用すると、典型的には、ポンプ出口で流体流に供給流の脈動が観察されることがある。
【０００５】
図２には、２つのポンプヘッド２２、２４を有する複式ポンプの形の従来型ポンプ２０が概略的に示されている。ＳＦＣシステムなどのクロマトグラフィ環境では、ポンプ２０の入口２６は、冷却器１２に連結（ｃｏｎｎｅｃｔ）され、この冷却器１２は、溶媒、例えば液体ＣＯ２が少なくとも部分的に充填された収納リザーバ（ｓｔｏｒａｇｅ  ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）１０２と流体連通する。冷却器１２によって、液体溶媒を、明確に規定されたプロセス温度に予め冷却しておくことができる。２つのポンプヘッド２２、２４を有する往復ポンプ２０は、入口２６とポンプ出口２１との間に並列して配置（ａｒｒａｎｇｅ）されたポンプヘッド２２、２４の下流および上流に数個の逆止め弁２３、２５をさらに備える。
【０００６】
動作時、各ポンプヘッド２２、２４は、ピストンを利用して動作し、このピストンは、ポンプヘッドの有効容積（ａｖａｉｌａｂｌｅ  ｐｕｍｐ  ｈｅａｄ  ｖｏｌｕｍｅ）を増大させることによって入口２６から入る流体を吸引し、次いでこの容積を減少させることによって流体を出口２１に分注することを交互に行うカムによって駆動される。流動方向の制御は、吸引中（ｄｕｒｉｎｇ）はポンプヘッド２２、２４を出口圧力から隔離し、分注中は入口圧力から隔離する逆止め弁２３、２５によって行われる。図２には複式型の配置のポンプ２０が示されているが、他の幾何形状、したがって単一のポンプヘッドだけを有する単式ポンプ、または３つもしくは４つのポンプヘッドを有する三重式もしくは四重式ポンプも、クロマトグラフィ用途に一般に適用可能である。
【０００７】
ポンプ２０の出口２１で生じる、流体流の経時的な脈動を図３に概略的に示す。グラフ６０から分かるように、ポンプ２０の出口２１における、加圧液体の経時的な流量、したがって体積流量（ｆｌｏｗ  ｖｏｌｕｍｅ）は、図３によるグラフの様々な流量低下６１によって示されるように、最大流量の約５％まで低下することがある。流体流のこうした不可避的な変動または脈動によって、クロマトグラフィシステムの精度が制限される。
【０００８】
特許文献１では、この問題が認識されている。当該文献には、流体の圧力を増大させるように動作する第１のポンプを含み、また、第１のポンプと直列に連結された第２のポンプを含む、加圧ポンプシステムが記載され、ここで、第２のポンプは、第１のポンプから加圧流体を受け取り、その流体を計量して第２のポンプの出口に供給する。第２のポンプが第１のポンプから受け取る流体の入口圧力は、第２のポンプの入口と出口との間を流れる流体の密度変化が最小限に抑えられるように、第２のポンプの出口における流体出口圧力付近で、またはそれよりも僅かに低く保持される。
【０００９】
２つのポンプを直列に連結するには、両方のポンプとも、比較的大きい体積流量を供給できることが必要となる。さらに、この手法を用いると、特に増圧ポンプの排出速度を制御する必要があり、これにはかなりコストがかかり、手間もかかることになり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第８２１５９２２（Ｂ２）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、出口流において、供給流の脈動を低減または解消するように動作可能な、特にクロマトグラフィ用途に適した圧縮性流体用改良型ポンプシステムを提供することである。このポンプシステムは、かなり単純な構造を有し、かつ容易に制御可能でなければならない。さらに、本発明は、クロマトグラフィ用途に適した既存のポンプシステムに後付け可能な（ｒｅｔｒｏｆｉｔｔａｂｌｅ）ポンプシステムを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の態様では、ＣＯ２などの圧縮性流体、特にクロマトグラフィ用途に適した溶媒用のポンプシステムが提案される。このポンプシステムは、第１のポンプ出口を有する第１のポンプを含む。このポンプシステムは、第２のポンプ出口を有する第２のポンプをさらに含む。第１のポンプ出口と、第２のポンプ出口とは、ポンプシステムの主出口と流体連通する結合部（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）で合流する。言い換えれば、結合部の下流に主出口が設けられ、この主出口は、結合部のため第１のポンプ出口および第２のポンプ出口と流体連通する。
【００１３】
このように、第１のポンプ出口から出た流体流と、第２のポンプ出口から出た流体流とは、結合部で合流し、さらに下流に、ポンプシステムの主出口へと、またはポンプシステムの主出口を通って送られる。
【００１４】
さらに、このポンプシステムは、第１のポンプの第１の出口圧力ｐ１の測定値に基づいて、第２のポンプの第２の出口圧力ｐ２を調節する制御部を含む。第１および第２の出口圧力ｐ１およびｐ２は、それぞれ第２のポンプおよび第１のポンプの出口圧力を指定する。さらに、第１のポンプ出口は、第１のポンプの唯一の出口であり、第２のポンプ出口は、第２のポンプの唯一の出口である。典型的には、第１および第２のポンプの各々は、第１または第２のポンプ出口としてそれぞれに指定される１つの出口を含む。
【００１５】
制御部は、第１のポンプの出口圧力ｐ１の測定値に基づいて、第２のポンプの出口圧力ｐ２を調節するように動作可能であるので、第２のポンプが圧力制御によって調節され、それによって第１のポンプ出口の出口流における供給流の脈動を、第２のポンプによって有効に補償する、または少なくとも低減させることができる。ここで、第２のポンプは、第１のポンプの流量または体積流量よりも低減した流量を供給するように寸法設定かつ設計される。第２のポンプは、特に、第１のポンプの出口において流体流に圧力降下または流量低下が生じた特定の時点で、流体流を補助的に供給するように動作可能である。
【００１６】
制御部は、特に、結合部下流の合計圧力および合計流量が所定のレベルを超えることを相殺し、防止するように、第２のポンプの第２の出口圧力を調節するように適用（ａｄａｐｔｅｄ  ｔｏ）されている。したがって、第２のポンプの出口圧力の調節および／または制御は、結合部下流の体積流量を、クロマトグラフィ用途によって主出口下流に求められる所定のマージンまたはレベルの範囲内、典型的には所定の一定体積流量よりも低く保持する働きをする。
【００１７】
第１のポンプは、典型的には主ポンプまたは増圧ポンプとして働き、作用するが、第２のポンプは、補助ポンプまたは分注ポンプとして作用し、働くことができ、この第２のポンプは、第１のポンプの供給流の脈動、すなわち第１のポンプの出口において頻繁に生じる圧力降下または供給流の低下を専ら補償するように適用され、設計されている。
【００１８】
第１および／または第２のポンプの出口圧力を測定し、調節するとは、特に、第１および／または第２のポンプそれぞれの出口を流れるそれぞれの加圧流体の圧力を調節および／または測定することを意味する。
【００１９】
第２のポンプは、特に、第１のポンプ出口の供給流の脈動を補償する働きをするので、第２のポンプの最大体積流量は、第１のポンプの最大体積流量ほど大きくする必要はない。したがって、第２のポンプの寸法は、第１のポンプの寸法に比べて遥かに小型にすることができる。実際上、第２のポンプにかかる費用は、第１のポンプの金銭的投資に比べてかなり低く抑えることができる。このように、このポンプシステムは、かなりコンパクト、かつ費用効率よく維持することができる。さらに、第１のポンプを搭載済みクロマトグラフィシステムのポンプによって置き換えてもよい。第１のポンプに、第２のポンプを結合部および制御部と共に付属させ、連結する（ｃｏｕｐｌｅ）ことによっても、既存のポンプシステムに第２のポンプを後付けして、本発明によるポンプシステムを設けることができる。
【００２０】
さらなる実施形態によれば、少なくとも１つの逆止め弁が、結合部と、第２のポンプ出口との間に配置される。この逆止め弁によって、流体が第１のポンプ出口から第２のポンプ出口の方へと流れるのを効果的に防止することができる。典型的には、逆止め弁は、第１のポンプ出口の圧力が降下して、第２のポンプ出口の圧力レベルを下回ると開く。これは、典型的には、図３に示す圧力降下６１が生じた場合であり、典型的には、第１のポンプ出口の流体流の対応する低下にリンクしている。
【００２１】
第１および第２のポンプ出口の結合部によって、主出口の流体流をかなり一定に、かつ圧力降下のないレベルで保持することができ、これは、第１のポンプ出口において生じるいかなる圧力降下または流体流の低下も、第２のポンプ出口の補足的な補償流体流によって補償することができるからである。ここで、結合部と、第２のポンプ出口との間の逆止め弁は、実質的に遅延のない動作を実現する多数の様々な形で実施可能である。このように、逆止め弁によって、第１のポンプ出口における圧力降下または流体流の低下は、第２のポンプ出口において第２のポンプによって供給される流体流によってほぼ即座に補償することができる。
【００２２】
別の実施形態によれば、第１のポンプは、第１のポンプ入口を含む。第２のポンプも、第２のポンプ入口を含む。第１および第２のポンプ入口はどちらも、圧縮性流体が少なくとも部分的に充填された収納リザーバと並列に連結可能である。典型的には、第１および第２の入口は、全く同一の収納リザーバに連結可能、または実際に連結されている。収納リザーバと、第１および第２のポンプ入口との間には、圧縮性液体を、第１および／または第２のポンプによって加圧する前に所定の温度に予め冷却するための冷却器を設けることができる。どちらのポンプも全く同一の収納容器と流体連通するので、第１および第２のポンプは、クロマトグラフィ用途に適した同種の溶媒を加圧し、供給するように適用されている。
【００２３】
言い換えれば、別の実施形態によれば、第１および第２のポンプは、互いに対して並列に配置される。したがって、貯蔵容器に供給された加圧流体は、第１のポンプを通り、結合部を通って主出口へと流れるか、または第２のポンプを介し、結合部を通って主出口へと流れることができる。第１および第２のポンプを、収納リザーバと主出口との間の流体経路に並列に配置することによって、流量が異なる、したがって費用効果の高い、第１のポンプと第２のポンプとで異なるポンプ構成を実現することができる。
【００２４】
別の実施形態によれば、制御部は、第２のポンプの出口圧力を、第１のポンプの出口圧力よりも低く調整するように動作可能である。上記で既に述べたように、言及しているポンプの出口圧力とはいずれも、それぞれのポンプによって加圧された加圧流体の流体圧力を指すものである。第２のポンプの出口圧力を第１のポンプの出口圧力よりも少なくとも僅かに低く調整することによって、供給流の脈動のいかなる過剰補償も、有効に防止することができる。第２のポンプの動作圧力を、第１のポンプの所定の出口圧力よりも低く保持することによって、主出口における合計圧力を第１のポンプの所定の出口圧力よりも低く、またはその所定の出口圧力で保持することができる。
【００２５】
第２のポンプの出口圧力の調整は、典型的には制御部によって実施され、制御部は、マイクロコントローラによって、またはＰＬＣ制御システム、または同様の制御システムもしくは制御ループによって実施することができる。第２のポンプの出口圧力の調整は、第１のポンプの実際に測定された出口圧力に依存して、第２のポンプを一時的にスイッチオンしたり、スイッチオフしたりすることを含むことができる。第１のポンプ出口の加圧流体流に圧力降下が生じた場合、かかる圧力降下は、ほぼ即座に検出されることになる。その結果、第２のポンプは、直ちに起動する（ａｃｔｉｖａｔｅ）ことになる。この例では、第２の出口圧力の調節または調整は、第２のポンプの出口圧力を動的に改変することによって、例えばポンプ容量またはポンプ出力を連続的に上昇および／または低下させることによって、等しく達成できることに留意されたい。
【００２６】
代替例として、第２のポンプは、第２の出口圧力、したがって第２のポンプ出口内部の流体圧力の測定値に基づいて制御し、動作させることも考えられる。このように、制御部は、第２のポンプ出口においてかなり一定の圧力レベルをもたらすことができる。第１のポンプ出口の圧力レベルが降下して所定のレベルを下回った場合、結合部と第２のポンプ出口との間にある逆止め弁を開き、それによって第２の出口の圧力降下をもたらすことができ、それによって第２のポンプの調節ループが、第２のポンプの体積流量を増大させて、圧力降下を相殺し、第２のポンプ出口の流体圧力を所定の一定レベルで保持することができるように動作可能となる。
【００２７】
別の実施形態では、制御部は、第２のポンプの出口圧力を調整するように動作可能であり、したがって第２の出口圧力ｐ２を、第１のポンプの出口圧力ｐ１よりも１バールから１０バール低いレベルに調整することができる。本例では、第１のポンプの出口圧力は、第１のポンプのかなり一定の、所定の出口圧力に関し、かかる圧力は、主出口に連結され、そこから供給を受けるクロマトグラフィシステムが一般に必要とするものである。典型的な動作シナリオでは、第１のポンプは、数百バール、典型的には約４００バール、さらにはそれよりも高い圧力をもたらす。次いで、第２のポンプの圧力は、第１のポンプの圧力レベルに比べて１〜１０バール低い圧力レベルに調整され、調節される。第２のポンプの出口圧力ｐ２を、第１のポンプの出口圧力ｐ１の圧力レベルよりも僅かに低い圧力レベルに調整し、かつ第１および第２のポンプ出口を並列に配置しておくことによって、第１のポンプの供給流の脈動を、第２のポンプの作用によってほぼ完全に補償することができる。
【００２８】
さらなる実施形態によれば、ポンプシステムは、制御部に連結され、結合部上流の第１のポンプ出口と流れ連通する、少なくとも第１の圧力センサを含む。第１の圧力センサによって、第１のポンプの出口圧力ｐ１を第１のポンプ出口で測定することが可能となる。このように、制御部によって第１の出口圧力ｐ１を常に監視することができる。
【００２９】
さらなる実施形態では、ポンプシステムはまた、制御部に連結され、結合部上流の第２のポンプ出口と流れ連通する、少なくとも第２の圧力センサを含む。第２の圧力センサによって、第２のポンプの第２の出口圧力ｐ２を測定することができる。第１および第２の圧力センサの信号を比較することによって、第１および第２のポンプ間の、したがって第１および第２のポンプ出口間の圧力差を求めることが可能となる。したがって、第２のポンプの動作をも調節するように適用された制御部によって、第１および第２の出口圧力ｐ１−ｐ２間の圧力差を所定のマージン、すなわちｘ２とｘ１の範囲内、典型的には１バールから１０バールの間に保つことができる。
【００３０】
制御部は第２の圧力センサと連結されているため、また、制御部は第２のポンプの動作を制御するようにその駆動部にも連結されているため、制御部、第２の圧力センサ、および第２のポンプは、制御ループとして配置され、または制御ループを形成（ｆｏｒｍ）している。このように、ポンプシステムの動作中の、第２のポンプの動作および挙動は、明確に規定された所定の形で制御することができ、したがって第２のポンプによって供給される体積流量および圧力は、第１のポンプの圧力に追従することになる。このように、ポンプシステム、特に第２のポンプは、第１または主ポンプの流体流の脈動、流量変動、および／または動作モードの変更にも動的に反応することができる。
【００３１】
一般に、第１および第２のポンプは、同等の型のものでよいが、同等の型のものである必要はない。第２のポンプは、第１のポンプの供給流の脈動を、広範な体積流量にわたっても有効に補償する働きをするので、第１および／または第２のポンプは、１つ、２つ、３つ、または４つのポンプヘッドをそれぞれ特色とする単式ポンプ、複式ポンプ、三重式ポンプ、または四重式ポンプとして実施されることが考えられる。第１および第２のポンプは、幾何形状および寸法が大幅に異なってもよい。さらに、供給流の脈動を補償するために、第１および第２のポンプが非同期で駆動されることが特に有利である。
【００３２】
単独で考えると、第２のポンプも、連続モードで駆動される場合には供給流の脈動を示すことがある。第２のポンプの体積流量は、典型的には第１のポンプの体積流量よりも少ないので、第２のポンプの供給流の脈動が、第１のポンプの供給流の脈動と時間的に重ならないようにすると特に有利である。供給流の脈動がそのように互いに重なるのを回避するために、第１および第２のポンプが非同期で、または互いに独立して駆動されると有利である。
【００３３】
別の実施形態によれば、第２のポンプの最大体積流量は、第１のポンプの最大体積流量の２０％未満、または１５％未満、または１０％未満である。第２のポンプは、分注または補助ポンプとしてのみ作用し、第１のポンプ出口の流体流の供給流量ギャップを専ら補償する働きをするだけなので、大体積流量を供給する必要はない。典型的には、第２のポンプの体積流量は、第１のポンプの体積流量の１０％から２０％の間、典型的には１０％から１５％の間の範囲でよい。
【００３４】
別の態様によれば、少なくとも１種の溶媒を収納および／または準備するための少なくとも１つの収納リザーバを有するクロマトグラフィシステムも、提供される。このクロマトグラフィシステムは、上述のポンプシステムをさらに含む。典型的な実施形態では、クロマトグラフィシステムはまた、クロマトグラフィカラムと、物質を分析、識別し、定量化するための少なくとも１つの検出または分析ユニットとを含む。
【００３５】
さらなる態様では、クロマトグラフィシステムは、超臨界流体クロマトグラフィシステムとして、またはＨＰＬＣシステムとして設計され、ここで、そのポンプシステムは、加圧ＣＯ２、またはエタノール、メタノール、アセトン、ジエチルエーテル、もしくは同様の溶媒などの他の圧縮性流体を供給するように動作可能である。
【００３６】
この改良型ポンプシステムを用いると、クロマトグラフィシステムに入る溶媒流を、かなり一定した、脈動のない溶媒流として供給することができる。実際上、クロマトグラフィシステムの測定結果を、著しく改善することができる。
【００３７】
さらなる態様では、変換キットが提供され、この変換キットによって、第１の、したがって主ポンプの供給流の脈動を補償するように、クロマトグラフィシステムの従来型ポンプシステムに、収納リザーバ、ならびにポンプシステムの主出口に並列に連結された第１および第２のポンプを後付けすることができる。この変換キットは、少なくとも第２のポンプ、結合部、および制御部を含む。したがって、第２のポンプは、分枝部中、または収納リザーバと主出口との間の流路に平行に延び、しかし第１のポンプを通って延びる流路中に配置されることになる。
【００３８】
さらに、少なくとも１つ、典型的には２つの、すなわち上述の、変換キットに付属させてもよい第１および第２の圧力センサが、第１および第２のポンプの第１および第２のポンプ出口にそれぞれ配置されることになる。さらに、少なくとも第２のポンプは、その出口圧力ｐ２を、第１のポンプの出口圧力ｐ１よりも僅かに低い所定のレベルに調整するように、制御部によって動作し、制御される。
【００３９】
変換キットによって、ＨＰＬＣまたはＳＦＣシステムなどのクロマトグラフィシステムの既存のポンプシステムに、かなりコスト効率がよく、かつ容易な形で後付けすることができる。
【００４０】
別の態様では、上述のポンプシステムを動作させる方法が提供される。前記方法は、第１のポンプの第１のポンプ出口で第１の出口圧力ｐ１を測定する工程と、測定された第１の出口圧力に基づいて、第２のポンプの第２のポンプ出口で第２の出口圧力を調整する工程とを含む。第２のポンプ出口の第２の出口圧力ｐ２は、第１のポンプ出口の出口圧力よりも僅かに低く調整され、かつ／または保持される。このように、第２のポンプによって供給される体積流量は、第１のポンプによって生じる加圧流体流の頻繁な降下を専ら補償する働きをする。少なくとも第２のポンプが専ら圧力調整され、かつ第２の出口圧力ｐ２が第１の出口圧力ｐ１よりも少なくとも僅かに低いので、第１および第２のポンプによって、第１のポンプおよび第２のポンプの分枝部、または主出口で流体流を入念かつ量的に測定しなくとも、均質かつ一定の体積流量を供給することができる。
【００４１】
本方法のさらなる実施形態では、第２の出口圧力ｐ２は、第１の出口圧力ｐ１よりも１バールから１０バール低く保持される。典型的には、第１および第２のポンプの出口圧力レベルは、約数百バール、典型的にはＳＦＣ用途の場合約４００バールである。しかし、第１および第２のポンプの出口圧力のレベルは１０００バール程度まで高い場合も考えられる。また、ここでも、出口圧力ｐ１とｐ２との圧力差は、１バールから１０バールの間の範囲でよい。あるいは、第１および第２の出口圧力間の圧力差は、ｐ１の合計圧力の０．２５％から２．５％の間の範囲も考えられる。
【００４２】
本発明は、ポンプシステム、かかるポンプシステムを含むクロマトグラフィシステム、およびかかるポンプシステムまたはクロマトグラフィシステムを動作させる方法にもそれぞれ等しく関連することに言及しておきたい。ポンプシステムに関して言及し、説明したいかなる特色、効果、および利点も、クロマトグラフィシステム、およびポンプシステムを動作させる方法にも等しくあてはまるものであり、その逆もまた同様である。
【００４３】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な改変および変更を行うことができることが当業者には明白であろう。さらに、添付の特許請求の範囲で使用するいかなる参照符号も、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではないことに留意されたい。
【００４４】
以下、一実施形態の様々な特色、態様、利点、および応用例（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｃｅｎａｒｉｏ）について、図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＳＦＣシステムとして実施されるクロマトグラフィシステムの概略図である。
【図２】従来技術による従来型ポンプを有するＳＦＣシステムの準備ステージを示す図である。
【図３】従来技術によるポンプの体積流量を経時的に示す図である。
【図４】本発明によるポンプシステムの一実施形態を示す図である。
【図５】図４によるポンプシステムの体積流量を経時的に示す図である。
【図６】図４によるポンプシステムを動作させる方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１によるブロック図は、超臨界流体クロマトグラフィシステム１００、特にかかるクロマトグラフィシステム１００の準備ステージ１０６または１０８内のポンプシステム１０の一実装形態を概略的に示した図である。例示の実施形態では、システム１００は、溶媒として、メタノールに加えて超臨界ＣＯ２を使用している。図１に示すように、ＣＯ２は収納リザーバ１０２に供給され、メタノールは収納リザーバ１０４に供給される。ＣＯ２収納リザーバ１０２は、準備ステージ１０６と流体連結する。準備ステージ１０６は、図４に示し、以下で説明するように、熱交換器１２、すなわち冷却器１２、およびポンプシステム１０を含む。
【００４７】
同様に、メタノール収納リザーバ１０４も、典型的にはそれぞれのポンプ、および熱交換器を含む、対応する準備ステージ１０８と流体連結する。準備ステージ１０８の下流には、典型的にはプローブ注入器１０９が設けられる。次いで、ＣＯ２成分と、メタノール成分とは、プローブとともに混合され、クロマトグラフィカラム１１０に供給される。クロマトグラフィカラム１１０の下流には、少なくとも１つの検出または分析ユニット１１２、１１４が設けられる。
【００４８】
例示のブロック図では、ＵＶ検出器１１２、および質量分光器１１４が設けられている。ＵＶ検出器１１２の下流には、背圧レギュレータ１１６、および熱交換器１１８がさらに設けられている。熱交換器１１８を出たエアゾールは、ガス−液体分離器１１９に供給される。ＣＯ２成分は環境に放出されるが、メタノール成分は、フラクションコレクタ１２０に収集される。収集されたフラクションは、主フラクション１２２として自動的に収集することができ、余分なメタノールは廃棄されることになる。
【００４９】
図４に示すポンプシステム１０は、２つのポンプ、すなわち第１のポンプ２０、および第２のポンプ３０を含む。第１および第２のポンプ２０、３０は、並列に配置されている。第１のポンプ２０は、第１のポンプ入口２６を含み、この入口は、ポンプシステム１０によって加圧予定の流体を収容している収納リザーバ１０２と直接流体連通する。収納リザーバ１０２と、第１および第２のポンプ２０、３０との間には、液体を所定の温度に予め冷却しておくための冷却器１２が配置されている。ポンプ２０は、例えば図２に示すように、従来技術で既知のポンプ２０と同一でよい。本実施形態では、ポンプ２０は、２つのポンプヘッド２２、２４を特色とする複式ポンプである。典型的には、ポンプヘッド２２、２４は、動作中のポンプ２０の発熱を相殺するように冷却される。
【００５０】
分注または補助ポンプとして作用する第２のポンプ３０も、２つのポンプヘッド３２、３４を有する複式ポンプを含む。第１のポンプ２０と同様に、第２のポンプ３０も、ポンプヘッド３２の下流および上流に逆止め弁３３を含み、ポンプヘッド３４の下流および上流にも逆止め弁３５をさらに含む。複式ポンプ設計では、ポンプヘッド３２と３４とを並列に連結する必要がある。第２のポンプ３０はまた、第１のポンプ２０の第１のポンプ入口２６に並列の第２のポンプ入口３６を含む。図４に示すように、第１のポンプ入口２６、すなわち第１のポンプ２０の入口と、第２のポンプ入口３６、すなわち第２のポンプ３０のポンプ入口３６とは、冷却器１２および／または収納リザーバ１０２と個々に連結され、かつどちらも冷却器１２および／または収納リザーバ１０２と流体連通する。あるいは、第１および第２のポンプ入口２６、３６が独立に収納リザーバ１０２に連結されることも考えられる。
【００５１】
ポンプシステム１０は、結合部４０をさらに含み、本実施形態では、結合部４０はＴ分岐部として設計されている。このように、第１のポンプ出口２１、すなわち第１のポンプ２０の出口２１と、第２のポンプ出口３１、すなわち第２のポンプ３０の出口３１とは、結合部４０で合流している。第１および第２のポンプ出口２１、３１によって供給される流体流は、結合部４０を経由して合流し、どちらも主出口４８に案内（ｇｕｉｄｅ）され、ここから図１に示すクロマトグラフィシステム１００に入る。図４に示すポンプシステム１０は、準備ステージ１０６、１０８のうちの少なくとも一方に組み込むことができる。また、ポンプシステム１０をクロマトグラフィシステム１００の準備ステージ１０６、１０８の両方に組み込むことも考えられる。
【００５２】
図４に示すポンプシステム１０はまた、第１のポンプ２０の出口圧力ｐ１の測定値に基づいて、第２のポンプ３０の第２の出口圧力ｐ２を調節する制御部５０を含む。出口圧力ｐ２、ｐ１を制御し、測定するために、２つの圧力センサ４４、４６が第１および第２のポンプ出口２１、３１にそれぞれ設けられている。第１の圧力センサ４４は、第１のポンプ出口２１の流体経路の、結合部４０の上流であるが第１のポンプ２０の下流に配置されている。第１の圧力センサ４４によって、第１のポンプ２０の出口圧力ｐ１が検出可能かつ／または量的に測定可能である。第２のポンプ３０がない場合、出口圧力ｐ１は、図３のグラフ６０に示した体積流量と同様に振る舞う。したがって、出口圧力は、大幅な降下６１を周期的、または頻繁に受ける。
【００５３】
第２のポンプ３０の流体経路、したがって第２のポンプ出口３１の下流であるが結合部４０の上流に、逆止め弁４２が設けられている。逆止め弁４２は、加圧流体が第２のポンプ３０の方へと第２のポンプ出口３１に逆流するのを防止するだけでなく、第１のポンプ出口２１の出口流の規則的な供給流の脈動６１を実質的に補償する有効な手段となる。
【００５４】
第１の出口圧力ｐ１が降下して所定の閾値を下回った場合、逆止め弁４２が少なくとも一時的に開き、したがって第２のポンプ３０から出た補助的な流体流が結合部４０に入り、主出口流が結合部４０下流の主出口４８へと、そこを通って流れるのに寄与することになる。第１のポンプ出口２１の圧力が上昇して所定の通常レベルまで戻ると、第１のポンプ出口２１と第２のポンプ出口３１との間の瞬間圧力差ｐ１−ｐ２は下がり、所定の閾値を下回る。その結果、逆止め弁４２は閉じる。
【００５５】
逆止め弁４２は、多くの様々な形で実施することができる。逆止め弁４２は、付勢されたばね（ｓｐｒｉｎｇ）でよく、したがって完全に機械的に実施することができる。逆止め弁４２はまた、例えば制御部５０によって電気的に制御可能な電気機械弁または電磁弁として実施してもよい。
【００５６】
既に述べたように、第２の圧力センサ４６がまた、第２のポンプ出口３１に設けられている。第２の圧力センサ４６は、典型的には逆止め弁４２の上流、したがって結合部４０の上流に配置されている。第２の圧力センサ４６によって、第２のポンプ３０によって供給される第２の出口圧力ｐ２を測定することができる。第１および第２の圧力センサ４４、４６はどちらも制御部５０に連結されているので、制御部５０は、第１および第２のポンプ出口２１と３１との間の圧力差ｐ１−ｐ２を求め、監視するように動作可能である。
【００５７】
さらに、制御部５０は、第２のポンプ３０の駆動部３７に連結されている。このように、制御部５０によって、出口圧力、したがって第２の出口圧力ｐ２を調整し調節することができる。第１の圧力センサ４４によって第１の出口圧力ｐ１を測定し、第２の圧力センサ４６によって第２の出口圧力ｐ２を測定することによって、制御部５０は、第２の出口圧力ｐ２を第１の出口圧力ｐ１の圧力レベルよりも少なくとも僅かに低く保持するように動作可能である。このように、第２のポンプｐ２の動作は、供給流の脈動を有効に補償する働きをするが、第２の出口圧力ｐ２の圧力レベルは常に第１の出口圧力ｐ１の所定のレベルよりも低くなるので、主出口４８における合計圧力は、第１のポンプ２１の所定の圧力レベルを超えることはない。
【００５８】
典型的には、第１の出口圧力ｐ１と第２の出口圧力ｐ２との間の差は、第１の出口圧力ｐ１の０．２５％から２．５％の間の範囲となるように調節される。
【００５９】
図５のグラフ１６０と図３のグラフ６０との比較から、第２のポンプ３０を第１のポンプ２０と並列に実装し、使用することによって、供給流の脈動、および主出口４８の流れの圧力降下または体積流量低下６１がたちまち低減していることが即座に明白である。図５のグラフ１６０から分かるように、経時的な体積流量は、典型的には、体積流量の全体レベルまたは第１の出口圧力ｐ１の圧力レベルの１％〜５％未満のかなり小さい降下１６１またはリプルを示している。
【００６０】
図６による流れ図２００は、ポンプシステム１０を動作させる方法の実装形態の方式をかなり簡易的に示している。第１の工程２０２において、少なくとも第２のポンプ３０の第２の出口圧力ｐ２が監視され、測定される。その後の工程２０４において、測定された第２の出口圧力ｐ２が、第１のポンプ２０の所定かつ一定の第１の出口圧力ｐ１と比較される。測定された第２の出口圧力ｐ２はまた、第１の圧力センサ４４によって第１の出口３１で実際に測定された第１の圧力ｐ１と比較してもよい。第１の出口圧力ｐ１と第２の出口圧力ｐ２との間の圧力差ｐ１−ｐ２が所与の上限閾値ｘ１を上回る場合、次の工程２０６で、第２のポンプ３０が起動することになる。その結果、第２の出口圧力ｐ２が上昇し、この出口圧力ｐ２は工程２０２で測定されることになる。圧力差ｐ１−ｐ２がなおも大きすぎる場合、第１および第２の出口圧力ｐ１とｐ２との間の圧力差が、ｘ１よりも小さいが、ｐ１とｐ２との間の圧力差の下限閾値を規定しているｘ２よりも大きいと工程２０４において判定されるまで、工程２０２、２０４、２０６のループが続く。
【００６１】
次いで、本方法は工程２０８に続き、ここで第２の出口圧力ｐ２が再び第１の出口圧力ｐ１と比較される。しかし、工程２０４とは異なり、ここでは、出口圧力ｐ１とｐ２との間の差が所与の最小閾値ｘ２を上回るように制御し、そのようになっているかを判定する。典型的には、出口圧力ｐ１とｐ２との間の圧力差は、１バールよりも大きくなければならず、または第１の出口圧力ｐ１の０．２５％よりも大きくなければならない。言い換えれば、工程２０８において、第２の出口圧力ｐ２が第１の出口圧力ｐ１よりも少なくとも１バール低いかのチェックが実施される。
【００６２】
工程２０８において、第２の出口圧力ｐ２が第１の出口圧力ｐ１との最小差に近付いていると判定された場合、工程２１０において、第２のポンプ３０が停止状態（ｄｅａｃｔｉｖａｔｅｄ）になる。
【００６３】
第２の出口圧力ｐ２が第１の出口圧力ｐ１との所定の差の範囲内にある限り、したがって圧力差ｐ１−ｐ２がｘ２よりも大きいがｘ１よりは小さい限り、本方法は、工程２０２、２０４、２０８、および２０６のループを続ける。第２の出口圧力ｐ２が、第１の出口圧力ｐ１に近付き、したがって第１および第２の出力ｐ１とｐ２との差が下がって所定の最小差ｘ２を下回った場合、第２のポンプ３０は、工程２１０において停止状態になる。
【００６４】
第２のポンプ３０を起動または停止させるのではなく、第２のポンプ３０のポンプ動力またはポンプ容量をそれに応じて調整することもまた、一般に考えられる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ポンプシステム
１２  冷却器
２０  第１のポンプ
２１  ポンプ出口
２２  ポンプヘッド
２３  逆止め弁
２４  ポンプヘッド
２５  逆止め弁
２６  ポンプ入口
３０  第２のポンプ
３１  ポンプ出口
３２  ポンプヘッド
３３  逆止め弁
３４  ポンプヘッド
３５  逆止め弁
３６  ポンプ入口
３７  駆動部
４０  結合部
４２  逆止め弁
４４  圧力センサ
４６  圧力センサ
４８  主出口
５０  制御部
６０  グラフ
６１  降下
１００  クロマトグラフィシステム
１０２  収納リザーバ
１０４  収納リザーバ
１０６  準備ステージ
１０８  準備ステージ
１０９  プローブ注入器
１１０  クロマトグラフィカラム
１１２  ＵＶ検出器
１１４  分光器
１１６  背圧レギュレータ
１１８  熱交換器
１１９  液体ガス分離器
１２０  フラクションコレクタ
１２２  主フラクション
１６０  グラフ
１６１  降下
【図１】
0006559145.tif 000002
【図２】
0006559145.tif 000003
【図３】
0006559145.tif 000004
【図４】
0006559145.tif 000005
【図５】
0006559145.tif 000006
【図６】
0006559145.tif 000007