JP2005214977A - ガスクロマトグラフオーブンのためのインテーククロスシート - Google Patents

Abstract

【課題】
ガスクロマトグラフオーブンのためのインテークを改善し、より多量の空気がオーブン内に流入するようにして、オーブンの冷却時間を短縮することである。
【解決手段】
ガスクロマトグラフオーブンのためのインテークが、収束型輪郭形状を有しているインテークダクト１２０と、このインテークダクト１２０の内部に、オーブン内に流入する空気流の方向と平行に配置された１枚または複数のクロスシート１１０とを備えている。この１枚または複数のクロスシートが、インテークダクト１２０に設けられた１個または複数のインテークファン１４０から発生する空気流の回転を減少させて、前記インテークダクト１２０から前記ＧＣオーブン内への空気流の案内を補助する。
【選択図】図６

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。

クロマトグラフィーにおける現在の傾向は、試料サイクル時間を改善して顧客の処理量を増加させる方向に向かっている。サイクル時間は、試料注入時間、オーブン加熱時間、試料分離時間およびオーブン冷却または平衡化時間を含む。試料の滞留時間を短縮させるため、オーブンはますますより強力になって（コイルの消費電力がより高くなって）、より小型になり（蓄熱性がより少なり）つつある。オーブンの寸法が縮小するにつれて、オーブンの吸気および排気のための配管は、より狭い場所に適合させるためまたはオーブンからより遠隔の場所に配置するために、より複雑になることが多い。

小型の高速ＧＣオーブンで用いられる輪郭形状には、収束型輪郭形状を有するインテークダクトに接続された１個または複数の軸流型ボクサーインテークファンが収容される。このインテークファンは、収束型インテークダクトを介してＧＣオーブンに新鮮空気を供給する。収束型インテークダクトの使用により、小型オーブンから隔置されているより大きなインテークファンを冷却時に使用することが可能となる。しかし、より迅速に冷却するために、このシステムをさらに改善することができる。

本発明の課題は、ガスクロマトグラフオーブンのためのインテークを改善し、より多量の空気がオーブン内に流入するようにして、オーブンの冷却時間を短縮することである。

ガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブンのためのオーブン用インテークは、小型オーブンに適合させるための収束型輪郭形状を有する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、ＧＣオーブンに空気流を供給する１個または複数のインテークファンを有している。空気流は、１個または複数のインテークファンから入り、インテークダクトを介してＧＣオーブン内に流入する。オーブン用インテークは、ＧＣオーブン内に流入する空気流の方向と平行に、インテークダクトの内部に配置された１枚または複数枚のクロスシート、すなわちダクト内を横切って延びるシート（薄板）をさらに備えている。この１枚または複数枚のクロスシートは、１個または複数のインテークファンから発生する空気流の回転を減少させ、インテークダクトからＧＣオーブン内に空気流を案内する。

ＧＣオーブン用のインテーククロスシートを提供するシステムは、インテークダクトの一方の端部に位置するＧＣオーブンに適合させるための収束部分を有するインテークダクトを備えている。このシステムは、インテークダクトのもう一方の端部にＧＣオーブンから離れて配置された１個または複数のインテークファンをさらに備えている。この１個または複数のインテークファンは、ＧＣオーブンに空気流を供給する。このシステムは、ＧＣオーブン内に流入する空気流の方向と平行に、インテークダクトの内部に配置された１枚または複数枚のクロスシートをさらに備えている。この１枚または複数のクロスシートは、１個または複数のインテークファンから発生する空気流の回転を減少させ、ＧＣオーブン内に流入する空気流の摩擦損失を減少させる。

オーブンを冷却する方法は、オーブン内に流入する空気流の方向と平行に、インテークダクトの内部に、１枚または複数のクロスシートを設けるステップを有している。インテークダクトは、オーブンに適合するように収束型輪郭形状を有しており、オーブンから隔置された１個または複数のインテークファンを有している。この１個または複数のインテークファンは、オーブンに空気流を供給する。１枚または複数のクロスシートの使用によって、１個または複数のインテークファンから発生した空気流の回転が減少し、オーブンの冷却時間が短縮される。

より多量の空気をオーブンのインテークダクトを介して供給することにより、ＧＣオーブンの冷却時間が短縮される装置、システムおよび方法が提供される。このシステムおよび方法は、オーブンのインテークダクトにインテーククロスシートを設けて、空気流の回転を分断しかつ減少させ、ＧＣオーブンに流入する新鮮空気の流量を増加させ、ＧＣオーブンの全冷却時間を短縮する。さらに、空気流の改善によって、オーブン壁部の温度をオーブンの空気温度と迅速に一致させることができるので、温度信号のノイズが減少する。その結果、ＧＣオーブンは、平衡の「準備が整った」状態により迅速に達することができる。さらに、クロスシートの使用によって、性能を損失させることなく、高速ＧＣオーブンの構造、特にインテークダクトの位置および形状に関する融通性が得られる。こうした融通性は、ＧＣオーブンがより小型で高速となる傾向が続くと、ますます重要になってくるであろう。

ガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブンのためのインテーククロスシートを設けるシステムおよび方法の好ましい実施態様について、以下の図面を参照して詳細に説明する。図面中、類似の参照符号は類似の構成要素を指示する。

現在の小型で高速のガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブンでは、収束型インテークダクトを使用して、隔置されているより大型のインテークファンを小型のオーブンに接続することができる。しかし、軸流ファンの下流にある収束型輪郭形状は、一般に、軸流ファンによって誘発される空気流の回転を助長し、その結果、著しい摩擦損失を生じる可能性がある。こうした効果は、円錐輪郭形状の特定の場合について、Ｂｌｅｉｅｒ、Ｆｒａｎｋ著、「Ｆａｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ：Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９９８年、１．０９〜１．１１頁）で説明されているが、この説明は、収束形状を有する全ての輪郭形状を含むように拡張できる。誘発された摩擦によって、空気流の速度、およびインテークファンからオーブン内に流入する新鮮空気の量が大幅に減少する。

より多量の空気をオーブンのインテークダクト１２０を介して供給することにより、ＧＣオーブンの冷却時間が短縮される装置、システムおよび方法が提供される。このシステムおよび方法は、オーブンのインテークダクト１２０にインテーククロスシート１１０を設けて、空気流の回転を分断しかつ減少させ、ＧＣオーブンに流入する新鮮空気の流量を増加させ、ＧＣオーブンの全冷却時間を短縮する。さらに、空気流の改善によって、オーブン壁部の温度をオーブンの空気温度と迅速に一致させることができるので、温度信号のノイズが減少する。その結果、ＧＣオーブンは、平衡の「準備が整った」状態により迅速に達することができる。さらに、クロスシート１１０の使用によって、性能を損失させることなく、高速ＧＣオーブンの構造、特にインテークダクト１２０の位置および形状に関する融通性が得られる。こうした融通性は、ＧＣオーブンがより小型で高速となる傾向が続くと、ますます重要になってくるであろう。

図１は、収束型インテークダクト１２０と、この収束型インテークダクト１２０の上流側の一方の端部に位置するインテークファン１４０とを有する例示的なオーブン用インテーク１００を示す。インテークファン１４０は、軸流型ボクサーファンである。インテークファン１４０は、インテークファン１４０から隔置されかつ収束型インテークダクト１２０のもう一方の端部に設けられたＧＣオーブン（図示せず）に新鮮空気を供給する。図１に示すように、インテークダクト１２０のインテークファン１４０に接続されている部分は、ほぼ正方形の断面１９０を有している。さらに、インテークダクト１２０は、ＧＣオーブンへと延びる長方形の断面１９５に収束する。一例として、Ａｇｉｌｅｎｔ６８５０ＧＣオーブンに設けられたインテークダクトは、一辺が約９２ｍｍの正方形断面のダクトであり（９２ｍｍのボクサーファンを収容する）、このダクトは、３５ｍｍ×９２ｍｍの長方形の断面に収束する（ＧＣのキーボードおよびディスプレイの背面に適合する）。インテークダクト１２０は円錐形であってもよいし、円錐形でなくともよい。

図２は、クロスシートを備えていない例示的なオーブン用インテーク１００の側方断面図であり、空気流の回転２１０の潜在的な傾向を示す。インテークダクト１２０を、収束型輪郭形状１６５と共に示す。インテークファン１４０は、方向１８０で空気流を供給する。空気流は収束型インテークダクト１２０を介して、方向１８５でＧＣオーブン内に流入する。インテークフラップ２５０は、空気流を方向１８５に方向付ける。インテークダクト１２０が一様でない収束断面を有しているので、軸流インテークファン１４０によって軸線１７０を中心として誘発される回転２１０は、インテークダクト１２０の長さにわたって持続する。空気流の回転２１０は、インテークファン１４０以外の源から発生することがある。回転２１０は、空気流が移動する有効距離を増加させ、これにより、インテークダクトの壁部との相互作用によって空気流が受ける摩擦損失が増加する。こうして摩擦が増加すると、ＧＣオーブン内に流入する空気流が減少する。ＧＣオーブン内に流入する空気流の速度および量を増加させるために、１枚または複数のクロスシート１１０（図３Ｂに示す）をインテークダクト１２０に追加して、空気流の回転２１０を減少させる。

図３Ａは、インテークファン１４０を備えている例示的なオーブン用インテーク１００の前面図を示す。図３Ｂは、インテークファン１４０を備えていない例示的なオーブン用インテーク１００の別の前面図を示す。この図３Ｂには、２枚のクロスシート１１０を示す。クロスシート１１０は、インテークファン１４０付近、例えばファン１４０から２ｃｍの場所に、空気流の方向と平行にインテークダクト１２０の内部に配置される。図示のクロスシート１１０は台形であり、その底辺がそれぞれ３５ｍｍおよび９２ｍｍよりもわずかに小さくなっていて、オーブン用インテーク１００の収束部分に近似している。しかし、その他の形状および寸法のクロスシートを使用することもできる。クロスシート１１０は、金属タブ１１５をリベット締めすることによってインテークダクトの壁部に固定することができる。クロスシートを１枚のみ使用する場合には、クロスシートは中心を外して、例えばインテークダクト１２０の幅の３分の１またはインテークファン１４０の直径の３分の１の場所に配置して、回転２１０を分断する。また、追加のクロスシートを使用してもよい。例えば、追加のクロスシートは、図示のクロスシート１１０と平行するように配置することができる。１枚、２枚、３枚またはそれ以上のクロスシートを追加することができる。また、クロスシートは、図示のクロスシート１１０に直交するかまたはこれと直角をなすように追加することができる。好ましい実施態様は、インテークダクト１２０の幅またはインテークファン１４０の直径の３分の１および３分の２の場所に「＝」の形の構成で、すなわちニの字形にもしくは横方向に並列して配置された２枚のクロスシートである。クロスシートの別の配置も可能であり、同様の有利な効果を得ることができる。

図４は、例示的なオーブン用インテーク１００の上側断面図であり、インテークダクト１２０の内部のクロスシート１１０の位置を示す。インテークファン１４０は、空気流を方向１８０で供給する。空気流は、収束型インテークダクト１２０を介してＧＣオーブン内に流入する。上記の通り、インテークファン１４０は、軸線１７０を中心とする空気流の回転２１０を誘発する。クロスシート１１０を使用することによって、空気流が回転２１０を維持する傾向が妨げられ（２２０を参照）、空気流はインテークダクト１２０を介してＧＣオーブンに達するように案内される（２３０を参照）。したがって、あらゆる流体部分のインテークダクト壁部と相互作用する距離が短縮するので、摩擦損失が減少する。摩擦損失が減少することによって空気流の速度が増大し、その結果、冷却時に、より多くの新鮮空気がＧＣオーブン内に流入することが可能となる。クロスシート１１０は、空気流をできるだけ早期に案内するために、インテークファン１４０付近に、例えばインテークファン１４０から２ｃｍの場所に位置していることが好ましい。

図５は、例示的なオーブン用インテーク１００に使用される、空気流の速度を改善するための例示的なクロスシート１１０を示す。クロスシート１１０をインテークダクトの壁部に固定するために、金属タブ１１５がリベット締めされる。その他の固定方法、例えばねじ、ボルトなどを使用してもよい。この図５に示すクロスシート１１０は、インテークダクトの収束型輪郭形状１６５に適合および近似する収束形状１６０を有している。

図６は、例示的なオーブン用インテーク１００の側方断面図を示し、ＧＣオーブン内に流入する空気流の方向１８５を示す。上記のとおり、インテークファン１４０は空気流を方向１８０で供給する。空気流は、インテークファン１４０の直ぐ前で、インテークダクト１２０の内部に位置するクロスシート１１０によって案内される（２３０を参照）。案内された空気流は、収束型インテークダクト１２０を介してＧＣオーブン内に方向１８５で流入する。クロスシート１１０を使用することによって、インテークファン１４０により誘発されて、インテークダクト１２０の収束型輪郭形状１６５により持続される空気流の回転２１０が減少し、ＧＣオーブン内に流入する新鮮空気の流速および量が増加する。

ＧＣオーブンの全冷却時間は、ＧＣオーブン内に流入する新鮮空気の流速が増加すると短縮される。また、空気流が改善されることによって、オーブン壁部の温度が迅速にオーブンの空気温度と一致することが可能となるので、温度信号のノイズが減少する。したがって、ＧＣオーブンは、より迅速に平衡の「準備の整った」状態に達することができる。さらに、クロスシートを使用することによって、性能が損失することなく、高速ＧＣオーブンの設計上の融通性を得ることができる。例えば、収束型インテークダクトを使用することによって、小型オーブンから隔置されているより大きなインテークファンを冷却時に使用することができるようになり、空気流の回転２１０により誘発される摩擦損失が生じることがない。

次に、以下の実験によって、クロスシート１１０を使用することによる利点を説明する。このために、特に、ＧＣオーブンから開放空気へと排気される空気の流量を測定した。

１番目の実験では、一連の空気流測定を行った。この実験では、Ａｇｉｌｅｎｔ６８５０インナーオーブンのような絶縁または支持体がないオーブンに、軸流ファン１４０および１枚または複数のクロスシート１１０を取り付けた。クロスシートを、オーブンのインテークダクト１２０内の様々な場所に配置した。オーブン攪拌ファンは、この実験では配置されていない。オーブンは、プラスチックのカバーで封止した。

オーブンから排気される空気の流量を、ベーン式風速計および熱線風速計の両方を用いて測定した。風速計は、空気速度を測定して表示する機器である。空気速度は、オーブンの排気ダクト（図示せず）の横断面全体にわたって異なるので、４箇所で測定して平均速度を求めた。この実験は、室温、標準圧力下で実施した。表１に実験結果を示す。

ベーン式風速計により測定された値と熱線風速計により測定された値との間には、絶対値に多少の矛盾が存在するが、傾向は明らかである。空気速度は、クロスシート１１０が存在する場合に増加している。この特定の応用例では、２枚より多くのクロスシート１１０を使用した場合、改善はほとんど見られない。したがって、２枚のクロスシートが好ましい。

１枚のクロスシートを使用するという特別な場合には、クロスシートは中心を外して、例えばインテークダクトの幅の３分の１の場所に配置されており、これにより、表１に示すような有利な結果が得られた。しかし、クロスシートをインテークダクトの幅に沿って中心に配置した場合には、冷却時間は実際に増加した。

２番目の実験は、さらに特定用途向けである。この実験では、１枚または複数のクロスシート１１０を取り付けたＧＣオーブン、例えばＡｇｉｌｅｎｔ６８５０ＧＣプロトタイプオーブンの冷却プロファイルを、クロスシート１１０を備えていない同一のＧＣオーブンのそれと比較した。表２は、Ａｇｉｌｅｎｔプロトタイプオーブンの冷却時間を示し、このオーブンの輪郭形状は、壁部の材料を除いて標準のＡｇｉｌｅｎｔ６８５０ＧＣオーブンに類似する。さらに、この実験では、より効率的なインテークファン１４０を使用し、２枚のクロスシート１１０について観察された利点は、以下の表２に示すように明らかである。

この実験で示されているように、インテークダクト１２０の内部に２枚のクロスシート１１０を追加することによって、ＧＣオーブンの冷却時間は１６％を超えて短縮される。

ＧＣオーブンのためのインテーククロスシートを設けるシステムおよび方法を、例示的な実施例と関連して説明したが、当業者は、これらの示唆を考慮して多くの変更が可能であり、この応用がその変形を含むことが意図されていることを理解するであろう。

収束型インテークダクトおよびインテークファンを有する例示的なオーブン用インテークを示す図である。 クロスシートを備えていない図１の例示的なオーブン用インテークの側方断面図であり、空気流が回転する潜在的な傾向を示す。 インテークファンを有する図１の例示的なオーブン用インテークの前面図である。 インテークファンを備えている図１の例示的なオーブン用インテークの別の前面図である。 図１の例示的なオーブン用インテークの上側断面図であり、インテークダクトの内部のクロスシートの位置を示す。 図１の例示的なオーブン用インテークに使用されている、空気流の速度を改善するための例示的なクロスシートを示す図である。 図１の例示的なオーブン用インテークの側方断面図であり、ＧＣオーブン内への空気流の方向を示す。

符号の説明

１００ オーブン用インテーク
１１０ クロスシート
１１５ 金属タブ
１２０ インテークダクト
１４０ インテークファン
１６０ 収束形状
１６５ 収束型輪郭形状
１７０ 軸線
１８０ 方向
１８５ 方向
１９０ 断面
１９５ 断面
２１０ 空気流の回転
２２０ 回転が分断された空気流
２３０ 案内された空気流
２５０ インテークフラップ

Claims (10)

1. ガスクロマトグラフ（ＧＣ）オーブンのためのオーブン用インテーク（１００）であって、
   小型のオーブンに適合するように収束型輪郭形状（１６５）を有しているインテークダクト（１２０）であって、空気流をＧＣオーブンに供給する１個または複数のインテークファン（１４０）を有しており、１個または複数のインテークファン（１４０）から発生した空気流を、当該インテークダクト（１２０）を介して前記ＧＣオーブン内に流入させるインテークダクト（１２０）と、
   前記ＧＣオーブン内に流入する空気流の方向と平行に、前記インテークダクト（１２０）の内部に配置されている１枚または複数のクロスシート（１１０）であって、前記１個または複数のインテークファン（１４０）から発生する空気流の回転を減少させて、前記インテークダクト（１２０）から前記ＧＣオーブン内への空気流の案内を補助する１枚または複数のクロスシート（１１０）とを備えているオーブン用インテーク。
2. 前記１枚または複数のクロスシート（１１０）の各々が、前記インテークダクトの収束型輪郭形状に適合する収束形状を有している、請求項１に記載のオーブン用インテーク。
3. 前記１枚または複数のクロスシート（１１０）の各々が、１個または複数の金属タブ（１１５）をリベット締めすることによってインテークダクト（１２０）に固定されている、請求項１に記載のオーブン用インテーク。
4. 前記インテークダクト（１２０）の内部に配置されていて、該インテークダクト（１２０）を介して空気流を案内するクロスシート（１１０）の数が、２枚、３枚または４枚のうちのいずれかである、請求項１に記載のオーブン用インテーク。
5. １枚のクロスシート（１１０）が、空気流の回転の軸線（１７０）に関して中心を外して設置されていて、前記インテークダクト（１１０）を介して空気流を案内する、請求項１に記載のオーブン用インテーク。
6. 前記１枚または複数のクロスシート（１１０）が、前記インテークダクト（１２０）の内部で１個または複数のインテークファン（１４０）に隣接して配置されている、請求項１に記載のオーブン用インテーク。
7. ２枚の前記クロスシート（１１０）が、前記インテークダクト（１２０）の幅の３分の１および３分の２の場所にニの字形に配置されている、請求項１に記載のオーブン用インテーク。
8. オーブンを冷却する方法であって、
   空気流が前記オーブン内に流入する方向と平行に、インテークダクト（１２０）の内部に、１枚または複数のクロスシート（１１０）を設けるステップを有し、前記インテークダクト（１２０）が、前記オーブンに適合するように収束型輪郭形状（１６５）を有していて、前記オーブンから隔置されている１個または複数のインテークファン（１４０）を有しており、該１個または複数のインテークファン（１４０）が前記オーブンに空気流を供給し、
   さらに、前記１枚または複数のクロスシート（１１０）によって、前記１個または複数のインテークファン（１４０）から発生する空気流の回転を減少させて、オーブンの冷却時間を短縮することを可能にするステップを有する方法。
9. 前記１枚または複数のクロスシート（１１０）の各々が、前記インテークダクト（１２０）の前記収束型輪郭形状（１６５）に適合する収束形状（１６０）を有している、請求項８に記載の方法。
10. ２枚のクロスシート（１１０）を前記インテークダクト（１２０）の内部に配置して、該インテークダクト（１２０）を介しての空気流の案内を補助するステップをさらに有している、請求項８に記載の方法。

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