JP2005214972A - ガスクロマトグラフオーブンのためのオーブン用内開き式インテーク - Google Patents

Abstract

【課題】
ガスクロマトグラフオーブンのためのオーブン用内開き式インテークおよびそれを得る方法を提供することを課題としている。これによって、ガスクロマトグラフオーブンの冷却効率を改善して、より迅速なサイクル時間および試料処理量が得られるようになる。
【解決手段】
ガスクロマトグラフオーブンのためのオーブン用内開き式インテークが、インテークダクトと、該インテークダクトに動作可能に接続されている可動式のインテークフラップとを備えている。該インテークフラップは、開放定位にある時には、オーブンの外部よりはむしろ内部に位置するように配置されており、インテークダクトからオーブン内に空気流を取り入れるための低圧領域を形成するフラップ角度でオーブン内に開放する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスクロマトグラフオーブンに関する。さらに詳細には、オーブン冷却効率に関する。

ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）は、化合物の分離、同定および定量のための物理的な方法である。試料混合物を流動する中性のキャリアガス流中に注入し、この混合体が管またはクロマトグラフカラムを貫流する。カラムの内面には、固定相が塗布または充填されている。試料混合物およびキャリアガス流がカラムを貫流すると、混合物中の成分は、その個々の成分の相対揮発度、および固定相に対するそれぞれの成分の親和性に応じて、固定相によって種々の程度に保持される。つまり、異なる化合物は、固定相によって異なる時間にわたって保持される。混合物の個々の成分が固定相からキャリアガス流中に放出されると、その成分はカラムの出口方向に流され、検出器により検出されて測定される。混合物成分中の特定の化合物は、ピーク保持時間を測定することによって同定することができ、その相対濃度は、ピーク面積を測定することによって決定することができる。

より高速のクロマトグラフィーを得るために、より小型でより蓄熱性の低いオーブンを得ようとする傾向がある。オーブン温度を、特定の速度で制御する必要がある。試験の実施が１回完了した後、オーブンは、一般に、開始温度まで冷却しなければ、別の試料を分析することはできない。より迅速なサイクル時間およびより高い試料処理量を達成するには、オーブンの冷却時間を最小限にすることが望ましい。１つの方法は、加熱時および冷却時の両方で、オーブン内に入る空気流またはオーブン内における空気流を最適化することである。しかし、空気流のパターンを設計もしくは管理することは、視覚化技術が少なくかつコストもかかることから困難である。進歩の多くは、試行錯誤の結果によるものであった。

現在用いられている解決方法は、オーブンの冷却時におけるＧＣオーブン内に入る空気流およびオーブン内における空気流のパターンに、受動的または能動的に影響を与える方法である。例えば、低圧領域にあるオーブンの攪拌ファンの直ぐ後ろにインテークダクトの端部を配置することにより、オーブン内に新鮮空気を受動的に導入するＧＣオーブンもある。この低圧領域は、インテークダクトを通して空気を取り入れるように機能する。より小型のＧＣオーブンでは、より能動的な方法が試みられており、この場合、オーブンの攪拌ファンに対向してインテークを配置し、追加のボクサーファンをインテークダクトに配置して新鮮空気をオーブン内へと取り込むようになっている。しかし、この構成の場合、このボクサーファンの配置のために、ボクサーファンがオーブンの攪拌ファンを阻害するように動作してしまうという欠点が代償として生じる。したがって、攪拌ファンは、冷却時にボクサーファンがこれを阻害できないように、最大出力のみで動作させなければならない。

本発明の課題は、ガスクロマトグラフオーブンのためのオーブン用内開き式インテークおよびそれを得る方法を提供することである。これによって、ガスクロマトグラフオーブンの冷却効率を改善して、より迅速なサイクル時間および試料処理量が得られるようになる。

内部および外部を有するオーブンのためのエアインテークは、インテークダクトおよび可動式のインテークフラップを備えている。可動式のインテークフラップは、インテークダクトに動作可能に接続されており、閉鎖定位および開放定位を有している。インテークフラップは、インテークフラップが開放定位にある時に、オーブンの外部よりはむしろオーブンの内部に位置するように配置されている。開放定位では、インテークフラップは、インテークダクトからオーブン内に空気流を取り入れるための低圧領域を形成するフラップ角度でオーブン内に開放する。

ガスクロマトグラフオーブンのためのオーブン用内開き式インテークを提供する方法は、オーブン内部の空気流を評価するステップと、インテークフラップの有利な位置を決定するステップと、インテークフラップをオーブンの底部付近の有利な位置に配置するステップとを含む。さらに、この方法は、インテークフラップの開口部のフラップ角度を決定するステップと、１個または複数の冷却ファンからオーブン内に空気流を取り入れることを促進する低圧領域を形成するフラップ角度で、インテークフラップをオーブン内に開放することを可能にするステップとを含む。

これに対応する、ガスクロマトグラフオーブンのための内開き式オーブンインテークを提供するためのシステムは、オーブンの下側に配置されたインテークダクトを備えている。このインテークダクトは、１個または複数の冷却ファンを有している。さらに、このシステムは、オーブンの底部付近の有利な位置に配置されたインテークフラップを備えている。このインテークフラップは、１個または複数の冷却ファンから発生した空気流を、オーブン内部の攪拌ファンから発生する第２の空気流の方向に接近させるように方向付けるフラップ角度でオーブン内に開放する。

ガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブンのためのオーブン用内開き式インテークは、ＧＣオーブン内に開放する内開き式インテークフラップをＧＣオーブンの底部付近に備える。内開き式インテークフラップは、あるフラップ角度で開放して、冷却時に多量の空気流をＧＣオーブン内に取り入れるための低圧領域を形成する。さらに、オーブン用内開き式インテークは、熱がオーブン壁部からより効果的に取り去られるように、ＧＣオーブン内の空気流を操作する。このようなより高い効率によって、より迅速なサイクル時間およびより高い試料処理量を得ることが可能となる。

ガスクロマトグラフオーブンのための内開き式オーブンインテークを提供するシステムおよび方法の好ましい実施態様を、以下の図面を参照して詳細に説明する。添付の図面では、類似の参照符号は類似の構成要素を示す。

ガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブン２１０のためのオーブン用内開き式インテークは、ＧＣオーブン２１０内に開放する内開き式インテークフラップ１１０をＧＣオーブン２１０の底部付近に備える。内開き式インテークフラップ１１０は、あるフラップ角度１５０で開放して、冷却時に多量の空気流３５０をＧＣオーブン２１０内に取り入れるための低圧領域を形成する。さらに、オーブン用内開き式インテーク１２０は、熱がオーブン壁部からより効果的に取り去られるように、ＧＣオーブン内２１０の空気流２５０を操作する。このようなより高い効率によって、より迅速なサイクル時間およびより高い試料処理量を得ることが可能となる。

図１に、インテークダクト１２０と、ＧＣオーブン２１０（図２および３に図示）内に開放する内開き式インテークフラップ１１０とを備えている例示的なオーブン用内開き式インテーク１００を示す。図１に示すインテークダクト１２０は、８０ｍｍのインテークファン１４０（図２および３に図示）を収容する約１６５ｍｍ×８０ｍｍの断面を有していて、この断面は、１６５ｍｍ×３５ｍｍの断面まで収束し、オーブン２１０への妨げが最小限であるようになっている。しかし、その他の形状のインテークダクトも使用することができる。図１に示す内開き式インテークフラップ１１０は、約１６５ｍｍ×３５ｍｍの長く平坦な矩形を有する。しかし、例えば湾曲したエアロフォイル（翼型）構造のような、その他の形状のインテークフラップも使用することができる。図１に示すように、内開き式インテークフラップ１１０はＧＣオーブン２１０内に開放する。一般に、オーブン内に完全に開放する大きな妨害フラップがあると、ＧＣオーブン２１０内部の空気流を遮断してしまうことがあり、こうしたフラップは避けられる。図１の内開き式インテークフラップ１１０は長くて薄く、フラップ角度１５０（図３に図示）でＧＣオーブン２１０内にわずかだけ開放する。内開き式インテークフラップ１１０の形状、サイズおよび構造によって、ＧＣオーブン２１０内部の空気流への妨害は減少する。

図２は、インテークが閉鎖している時の例示的なオーブン用内開き式インテーク１００の側方断面図を示す。内開き式インテークフラップ１１０は、ＧＣオーブンの底部（線１６０）でＧＣオーブン２１０内に開放することができる。ＧＣオーブン２１０は、ＧＣオーブン２１０の内部に空気流２５０を提供する攪拌ファン２２０を備えている。インテークダクト１２０は、ＧＣオーブン２１０の底部に配置され、より小型に作られたオーブンに適合する。例えば、このインテークダクト１２０は、オーブンのドアから約５ｍｍに配置されたオーブン２１０の底部の中央に配置される。インテークダクト１２０は、均一な断面または不均一な断面のステンレス鋼またはアルミニウム材料から製造することができる。

インテークダクト１２０は、１個または複数の冷却ファン１４０を備えている。冷却時、内開き式インテークフラップ１１０はスナップ式に開放し、空気が冷却ファン１４０からインテークダクト１２０を通ってＧＣオーブン２１０内に流入することが可能となる。空気は、次に、ＧＣ２１０オーブンからエキゾーストダクト２３０（図２に閉鎖状態を図示）を通って開放空間へと排出される。内開き式インテークフラップ１１０は、図２では閉鎖されているが、ＧＣオーブン２１０内の空気流２５０に接近させるようなフラップ角度１５０で開放して（図３に図示）、その結果、空気はインテークダクト１２０からＧＣオーブン２１０内へ、より効果的に取り込まれる。

図３に、インテークが開放している時の例示的なオーブン用内開き式インテーク１００の側方断面図を示す。冷却時、内開き式インテークフラップ１１０は、約０°〜９０°の範囲のフラップ角度１５０でＧＣオーブン２１０内にスナップ式に開放する。動作中の冷却ファン１４０は、新鮮空気を、内開き式インテークフラップ１１０を通過させて上方にＧＣオーブン２１０内に送り込む。

フラップ角度１５０で開放している内開き式インテークフラップ１１０は、オーブンインテーク１００の冷却ファン１４０により導入される空気流３５０を、オーブン内部の攪拌ファン２２０からの空気流２５０の方向に接近させるように方向付けて、この空気流もしくは冷気流３５０の流入を促進する。また、内開き式インテークフラップ１１０上を流れる、オーブンの攪拌ファン２２０からの高速流により、内開き式インテークフラップ１１０の上部に低圧領域が形成される。この低圧領域は、追加の空気流を他の領域から、例えばオーブン用インテーク１００から、ＧＣオーブン２１０内に取り入れるのに役立つ。この原理は、ベルヌーイの法則と呼ばれる。したがって、冷却ファン１４０が空気３５０をＧＣオーブン２１０内に送り込むように機能することに加えて、ＧＣオーブン２１０内部の空気流が、この機能を補助するように圧力を形成する。

フラップ開放角度１５０は、攪拌ファン２２０から発生して内開き式インテークフラップ１１０が配置された領域を通過して流れる空気流２５０の角度に基づいて決定される。ＧＣオーブン２１０内部の空気流２５０の分裂を防止するため、フラップ角度１５０は、好ましくは、内開き式インテークフラップ１１０が配置された領域を通過して流れる空気流２５０の角度に近付けられる。様々な角度で開放する内開き式インテークフラップ１１０を使用して一連の実験を行い、任意のあらゆるＧＣオーブン２１０内部の空気流２５０を評価し、内開き式インテークフラップ１１０の有利な位置、および最も迅速な冷却が得られるフラップ角度１５０を決定する。フラップ角度１５０は、通常、各オーブン構造に特有であり、いくつかのパラメーターの中でも特にＧＣオーブン２１０のサイズおよび形状、攪拌ファン２２０の速度および位置、ならびに冷却ファン１４０の速度によって決まる。フラップ角度の範囲は、０°〜９０°である。フラップ角度１５０のいくつかの例は、３０°、４０°、５０°および６０°である。例えば、３０°のフラップ角度は、小型の高速ＧＣオーブン２１０のために使用され、ＧＣオーブン２１０内部の空気流２５０を著しく妨害することなしに、比較的迅速に冷却することができる。

図３を参照すると、オーブン用インテーク１００は、第２のフラップ１１５を任意に備えることができる。内開き式インテークフラップ１１０がフラップ角度１５０で開放している時、第２のフラップ１１５は、冷却ファン１４０からＧＣオーブン２１０に流れる空気流３５０の方向に沿って配置することができる。内開き式インテークフラップ１１０がスナップ式に閉鎖すると、第２のフラップ１１５は９０°旋回し、ＧＣオーブン２１０と冷却ファン１４０との間に空気絶縁層１７０（図２に図示）を形成し、冷却ファン１４０は高温のオーブン２１０から絶縁される。

第２のフラップは、４節リンクシステムのようなリンクシステム（図示せず）により、内開き式インテークフラップ１１０に連結することができる。４節リンクシステムは、「回転」継手のみからなる機構である。このリンクシステムは、ソレノイド（図４に図示）のような制御デバイスにより制御することができる。この制御デバイスにより、予め規定された様々な角度でフラップ１１０、１１５を開放することができる。例えば、このリンクシステムは、第２のフラップ１１５を９０°駆動し、内開き式インテークフラップを９０°未満のフラップ角度１５０だけ駆動する。ステップモータ、比例ソレノイドまたはその他のタイプの比例制御デバイスのような、フラップ１１０、１１５を作動させるその他の方法を使用してもよい。こうした比例制御デバイスにより、フラップ１１０、１１５がより穏やかに閉鎖することが可能となり、オーブン内の熱平衡があまり乱されない。予期しない電力損失が起こった場合には、制御デバイスは、スイッチとして機能して、フラップ１１０、１１５を自動的にスナップ式に閉鎖することができ、電力損失時にオーブンと冷却ファンとを別個に維持する。別の方法では、第２のフラップ１１５は、機械的にまたは別の形式で、独自の制御デバイスを有することができる。

図４は、インテークダクト１２０および内開き式インテークフラップ１１０を備えている例示的なオーブン用内開き式インテーク１００の正面図である。内開き式インテークフラップ１１０は、フラップ角度１５０で、ＧＣオーブンの底部（線１６０）付近でＧＣオーブン２１０内に開放する。オーブン用インテーク１００は、内開き式インテークフラップ１１０のためのスイッチまたは制御部材として使用される、スプリングリターン付きのソレノイド１３０も備えている。上述の通り、ソレノイド１３０は、内開き式インテークフラップ１１０に接続され、内開き式インテークフラップ１１０の開放角度を調節する。

図５は、ＧＣオーブン２１０のためのオーブン用内開き式インテークを提供する例示的な方法を示すフローチャートである。この方法は、ＧＣオーブン２１０内部の空気流２５０を評価した（ブロック５１０）後、ＧＣオーブン２１０内の内開き式インテークフラップ１１０の有利な位置を決定する（ブロック５２０）。この方法により、ＧＣオーブン２１０の底部付近の有利な位置に内開き式インテークフラップ１１０を配置する（ブロック５３０）。次に、この方法により、内開き式インテークフラップ１１０が配置された領域を通って流れるＧＣオーブン２１０内の空気流２５０の角度に基づいて、内開き式インテークフラップ１１０のフラップ開放角度１５０を決定する（ブロック５４０）。この方法により、内開き式インテークフラップ１１０が、開口部からＧＣオーブン２１０内に流入する空気流を最大限にするフラップ角度１５０で、ＧＣオーブン内に開放することが可能となる（ブロック５５０）。冷却ファン１４０は、空気流を生成するために使用することができる。この方法により、フラップ角度１５０を制御する制御デバイスも提供できる（ブロック５６０）。その一実施態様は、内開き式インテークフラップ１１０の開放角度を制御して調節するソレノイド１３０である。この方法により、ＧＣオーブン２１０と冷却ファン１４０との間に空気絶縁層１７０を形成する第２のフラップ１１５も提供できる。

ＧＣオーブンのためのオーブン用内開き式インテークを提供するためのシステムおよび方法について、例示的な一実施態様に関連して説明したが、当業者は、これらの示唆するところにより多くの変更が可能であって、本出願がこれらの変形を含むことを意図していることを理解するであろう。

インテークダクトと、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブン内に開放する内開き式インテークフラップとを備えている例示的なオーブン用内開き式インテークを示す。 図１の例示的なオーブン用内開き式インテークの、インテークが閉鎖している場合の側方断面図を示す。 図１の例示的なオーブン用内開き式インテークの、インテークが開放している場合の側方断面図を示す。 図１の例示的なオーブン用内開き式インテークの正面図を示す。 ＧＣオーブンのためのオーブン用内開き式インテークを提供する例示的な方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ オーブン用内開き式インテーク
１１０ 内開き式インテークフラップ
１１５ 第２のフラップ
１２０ インテークダクト
１３０ ソレノイド
１４０ 冷却ファン
１５０ フラップ角度
１６０ オーブンの底部
２１０ オーブン
２２０ 攪拌ファン
２５０ 空気流
３５０ 空気流

Claims (10)

1. 内部および外部を有するオーブン（２１０）のための内開き式エアインテークであって、
   インテークダクト（１２０）と、
   該インテークダクト（１２０）に動作可能に接続された可動式のインテークフラップ（１１０）であって、閉鎖定位および開放定位を有しており、開放定位にある時には当該インテークフラップ（１１０）が、前記オーブン（２１０）の外部よりはむしろオーブン（２１０）の内部に位置するように配置されているインテークフラップ（１１０）とを備えており、
   前記開放定位で、前記インテークフラップ（１１０）が、低圧領域を形成するフラップ角度（１５０）でオーブン（２１０）内に開放し、インテークダクト（１２０）から前記オーブン内に空気流（３５０）を取り入れることを特徴とする、オーブン用内開き式エアインテーク。
2. 前記インテークフラップ（１１０）が開放定位にある時、インテークフラップ（１１０）の全てがオーブン（２１０）内部に位置することを特徴とする、請求項１に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
3. 前記インテークダクト（１２０）がオーブン（２１０）の下に配置されており、前記インテークダクト（１２０）が１個または複数の冷却ファン（１４０）を有していて、前記インテークフラップ（１１０）が開放している時に、１個または複数の冷却ファン（１４０）から空気流（３５０）が取り込まれ、前記インテークフラップ（１１０）が、前記１個または複数の冷却ファン（１４０）から発生する空気流（３５０）を、前記オーブン（２１０）内部の攪拌ファン（２２０）から発生する第２の空気流（２５０）の方向に接近させるように方向付ける、請求項１に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
4. 前記インテークフラップ（１１０）が、前記オーブン（２１０）内の有利な位置に配置され、該有利な位置が、オーブン（２１０）内部の空気流（２５０）の評価（５１０）に基づいて決定されている、請求項１に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
5. 前記フラップ角度（１５０）が、前記オーブン（２１０）内部の空気流（２５０）の評価（５１０）に基づいて決定されている、請求項１に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
6. 前記インテークフラップ（１１０）にリンクシステムを介して接続されている第２のフラップ（１１５）をさらに備えている、請求項１に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
7. 前記インテークフラップ（１１０）および前記第２のフラップ（１１５）を制御するソレノイド（１３０）をさらに備えており、前記第２のフラップ（１１５）が第２の角度で開放する時に、前記インテークフラップ（１１０）がフラップ角度（１５０）で開放する、請求項８に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
8. 前記フラップ角度（１５０）が０°から９０°の範囲の角度であることを特徴とする、請求項１に記載のオーブン用内開き式エアインテーク。
9. ガスクロマトグラフオーブン（２１０）のためのオーブン用内開き式エアインテークを提供する方法であって、
   オーブン（２１０）内部の空気流（２５０）を評価するステップ（５１０）と、
   インテークフラップ（１１０）の有利な位置を決定するステップ（５２０）と、
   前記インテークフラップ（１１０）を、前記オーブン（２１０）の底部付近の有利な位置に配置するステップ（５３０）と、
   前記インテークフラップ（１１０）の開口部のフラップ角度（１５０）を決定するステップ（５４０）と、
   前記インテークフラップ（１１０）が、前記フラップ角度（１５０）で前記オーブン（２１０）内へ開放することを可能にし、１個または複数の冷却ファン（１４０）から前記オーブン（２１０）内に空気流（３５０）を取り入れるような低圧領域を形成するステップ（５５０）とを有する方法。
10. 前記インテークフラップ（１１０）が、１個または複数の冷却ファン（１４０）から発生する空気流（３５０）を、オーブン（２１０）内部の攪拌ファン（２２０）から発生する第２の空気流（２５０）の方向に接近させるように方向付けるフラップ角度（１５０）でオーブン内に開放することを可能にするステップをさらに有する、請求項９に記載の方法。

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