JP2020085748A - 試料温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料チューブ内の試料の温度分布やチューブ内試料の温度上昇速度にバラツキが生じることなく、そして、所定温度を超えることなく速やかに、正確に且つ衛生的に加温、加熱及び保温を行うことができる加温装置の提供。【解決手段】試料チューブＡを保持する均一な保持孔１ａをその上面に複数備える給熱ブロック１と、給熱ブロック１を加熱するヒータ２と、ヒータ２又は給熱ブロック１の温度を検出する温度センサ４と、温度センサ４の検出温度に基づいてヒータ２の出力を調整する制御手段５を備え、給熱ブロック１は、その中央に、ヒータ２を試料チューブＡの側面に達する深さに保持する受熱孔１ｂを備えると共に、保持孔１ａを、受熱孔１ｂから等距離の位置に、受熱孔１ｂを中心とする仮想円周上に配置して備える試料温度制御装置。【選択図】図２

Description

この発明は、試料を所望温度で所望時間加温し、又は冷却する試料温度制御装置に関するものである。

食品は、様々なアレルギー物質を含んでおり、食した者の体質によって様々なアレルギー症状を引き起こすことが知られている。
その様なアレルギー症状の発症を事前に回避する為には、提供する食品にアレルギー物質となるものが存在するか否かを事前に知ることが必要となる。

アレルギー物質の存否判定など、様々な物質の抽出や成分分析には、所定温度への加温と保温が必要となる場合が多い。
その目的としては、分析環境を整えるなど様々であるが、試料を所定温度へ正確に且つ速やかに上昇させることが好ましいことが多く、場合によっては、加温及び保温の後に、速やかに冷却することが望まれる場合もある。

従来、試料が入れられた容器を保持するための保持孔が多数形成されたアルミブロックを交換可能に収容した恒温器において、当該恒温器の底部に、加温・冷却プレートと温度センサを設置したもの（例えば下記特許文献１参照）が知られている。

特開平８−２７２４５７号公報

しかしながら、前記アルミブロックの底面から加温する従来の技術では、アルミブロックのヒータに近い部分に比べてヒータから遠い部分の温度上昇が遅くなり、その結果、容器に入れられた試料の温度分布や温度上昇にバラツキが生じるという問題が生じる。
その他、試料チューブとアルミブロックとの接触面積にバラツキが出ればその問題がより顕著となる実態もある。

また、温度上昇を早くする際にあっても、所定温度を超える様な過度な加熱は回避せねばならず、単に給熱手段の出力を高める手法を採ることはできないため、アルミブロックなどの給熱媒体の熱伝導性を大いに活用して効率よく、且つ均一に加温することが求められる。
しかも、成分分析の現場においては、衛生管理上、安全上の要件が課される場合も多く、液体などの流動性を持つ給熱媒体を利用することも回避したいという課題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、試料チューブ内の試料の温度分布や温度上昇にバラツキが生じることなく、そして、所定温度を超えることなく速やかに、正確に且つ衛生的に加温、冷却及び保温を行うことができる試料温度制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による試料温度制御装置は、試料チューブを保持するための均一な保持孔をその上面に複数備える給熱ブロックと、当該給熱ブロックを加熱するヒータ又は当該給熱ブロックを冷却するクーラと、当該ヒータ若しくはクーラ又は前記給熱ブロックの温度を検出する温度センサと、当該温度センサの検出温度に基づいて前記ヒータ又はクーラの出力を調整する制御手段を備え、前記給熱ブロックは、前記ヒータ又はクーラを前記試料チューブの貯留部の側方で保持する受熱孔を備えると共に、前記保持孔を、前記受熱孔から等距離の位置に当該受熱孔を中心とする仮想円周上に配置して備えることを特徴とする。

前記給熱ブロックが備えるすべての保持孔は、そこへ挿入された試料チューブの側面が当該保持孔の内面に接するように当該試料チューブを加圧する押え部材を備える構成を採ることができ、各受熱孔に対して均等に熱を供給する上では、当該給熱ブロックは、前記受熱孔を中心とする回転対称形状であることが望ましい。
また、迅速な冷却を求める上では、前記給熱ブロックの表面に通気路を穿設することが望ましい。

多数の試料チューブに対して、同時に同じ処理を施す必要がある場合には、同一の形状を持つ複数の給熱ブロックを各々の周囲に空隙を介在させて配置した給熱ブロック群を備える構成を採ることができる。
また、前記受熱孔に、その長手方向に沿って前記ヒータ若しくはクーラ又は温度センサを直列に配置する構成を採ることもできる。
冷却効率を高めるために、前記給熱ブロック又は前記給熱ブロック群の下方へ外気を均一に供給する送風手段を備える構成を採ることもできる。

本発明による試料温度制御装置は、前記給熱ブロックが、前記ヒータ又はクーラを前記試料チューブの貯留部の側方で保持する受熱孔を備えると共に、前記保持孔を、前記受熱孔から等距離の位置に当該受熱孔を中心とする仮想円周上に配置して備える構成を持つことによって、ヒータ又はクーラの熱を、各保持孔に対して均一に且つ極めて効率よく各保持孔の内面へ伝導させることができる。
その結果、容器内の試料の温度分布や試料チューブ内試料の温度上昇にバラツキが生じることもなく、ヒータ又はクーラの出力を過度に供給することも不要となるため、所定温度を超えることもなく、速やかに、正確に且つ衛生的に加温、加熱及び保温を行うことができる。

また、前記給熱ブロックが備えるすべての保持孔に、そこへ挿入された試料チューブの側面が当該保持孔の内面に接するように当該試料チューブを加圧する押え部材を備える構成を採ることによって、試料チューブの保持孔の内壁への接触が均一に且つ確実に行われることとなり、保持孔の内壁から試料チューブへの熱伝導が好適に行われることとなる。

当該給熱ブロックは、前記受熱孔を中心とする回転対称形状を採用することによって、受熱孔から各保持孔へ、より均等に熱を供給することができる。
また、前記給熱ブロックの表面に通気路を穿設すれば、より迅速な冷却を実現することが可能となる。

同一の形状を持つ複数の給熱ブロックを各々の周囲に空隙を介在させて配置した給熱ブロック群を備える構成を採ることによって、周囲に配置された給熱ブロックからの熱伝導を回避し、各給熱ブロックが独立して、上記作用効果を給熱ブロック単位で確実に得ることができ、保持孔を数多く備える構成を採る場合にあっても、保持孔の配置やブロックの配置の相違に伴う熱分布の不均一を生じることを回避できるので、上記試料温度制御装置の作用効果を損なうことなく、多数の試料チューブに対して、同時に均一な加温処理を施すことができる。

前記給熱ブロック又は前記給熱ブロック群の下方へ外気を均一に供給する送風手段を備える構成を採ることによって、冷却効率をも高めることもできる。

本発明による試料温度制御装置の一例を示す斜視図である。 本発明による試料温度制御装置の構成の一例を示す概略図である。 本発明による試料温度制御装置の給熱ブロックの一例を示す平面図である。 本発明による試料温度制御装置の給熱ブロックの一例を示す側面図である。 本発明による試料温度制御装置の給熱ブロック及び断熱ケース等の一例を示す縦断面図である。 本発明による試料温度制御装置の給熱ブロックの一例を示す上方から観た斜視図である。 本発明による試料温度制御装置の給熱ブロックの一例を示す下方から観た斜視図である。 本発明による試料温度制御装置の一例を示す上方から観た要部概略図である。

以下、本発明による試料温度制御装置の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１に示す例は、合成樹脂製筒状の試料チューブＡに直接接して加熱する給熱ブロック１と、当該給熱ブロック１を加熱するヒータ２と、加熱された給熱ブロック１の周辺に外気を供給する送風手段３と、当該ヒータ２又は前記給熱ブロック１の温度を検出する温度センサ４と、当該温度センサ４の検出温度に基づいて前記ヒータ２の出力を調整する制御手段５を備える。

前記給熱ブロック１は、試料チューブＡを保持する均一な保持孔１ａを複数備え、その中央に、前記ヒータ２を前記試料チューブＡの貯留部の側面に達する深さに保持する受熱孔１ｂを下に開口する形態で備える。
前記保持孔１ａは、前記給熱ブロック１の表裏を貫通する丸孔であって、前記受熱孔１ｂから等距離の位置に当該受熱孔１ｂを中心として等距離の位置に等角度間隔（３６０°／保持孔の数）で円形に並べた配置で備える。

前記保持孔１ａは、前記試料チューブＡの貯留部が遊嵌するように、その全長にわたって均一断面の内空部を備え、内空部の突き当たりに平坦な底を備える。当該平坦な底は、如何なる底形状を持った試料チューブＡであろうとも、試料チューブＡの進入量が一定となる上で好適である。

前記給熱ブロック１が備えるすべての保持孔１ａは、そこへ挿入された試料チューブＡを、前記受熱孔１ｂの方向に対して一律の角度の方向へ一律に加圧する押え部材６を備える。
前記押え部材６は、様々な試料チューブＡに対して安定的に機能を及ぼす上では、ボールプランジャーがのぞましい。また、試料チューブＡがその上下にわたって均一に保持孔１ａの内面に接するためには、前記押え部材６を保持孔１ａの上部及び下部の双方に配置することが望ましい。

前記給熱ブロック１は、前記受熱孔１ｂを中心とする回転対称形状である。
前記給熱ブロック１は、複数の保持孔１ａが形作る正多角形の各辺と平行な各側面が、前記各辺から各々等距離に位置する多角柱の部分を設けるなど、必要に応じて、すべての保持孔１ａの特性が不均一とならない様な切り欠き部１ｃを穿設することができる。
前記切り欠き部１ｃは、給熱ブロック１の側面に冷却空気を流通させる通気路として機能する。

前記受熱孔１ｂは、前記ヒータ２がちょうど嵌る円筒状の透孔である。
前記ヒータ２は、均一断面の円筒状であり、前記試料チューブＡの貯留部の側方に相当する前記給熱ブロック１の中ほどまで挿し入れた後、前記底板７で封じられる。
前記ヒータ２を装填した上で、前記受熱孔１ｂの内部に空隙が生じる場合には、絶縁性を持ち熱伝導性の高い粉体や固化性を持つ流体等を充填することができる。
前記温度センサ４は、前記ヒータ２に内蔵し、又は当該受熱孔１ｂの内壁面に定着させることによって、当該給熱ブロック１の温度を、前記ヒータ２の温度により近い環境で検出することができる。
例えば図７のように、前記給熱ブロックに孔１ｄを設けて温度センサを挿入し固定すれば、前記給熱ブロック１における所望箇所の温度を正確に検出することができる。
前記ヒータ２又は温度センサ４のケーブルは、当該底板７の中央部に設けられた引出し孔（図示せず）から脱出させる。

前記送風手段３は、前記給熱ブロック１の周辺に外気を供給するために、風を起こすファン３ａと、当該風を所定面積の開口部から前記給熱ブロック１の全面へ風を均一に供給する給風路とで構成される。
前記制御手段５は、ヒータ２及び温度センサ４に供給する電力を発生させる電源部と、当該電源部の出力を調整する制御部を備える。
前記制御部は、前記温度センサ４の出力からヒータ２の出力を検出し、当該出力から前記ヒータ２の温度を導き、前記ヒータ２に供給する電力を、当該温度センサ４の出力から導かれた温度が所望の設定温度となるために十分な量となるように調整する。

図１に示す例は、塗装が施された鉄製の筐体８と、試料チューブＡを直接加熱する給熱ブロック１と、当該給熱ブロック１を収容するために上方へ向けて開口したフッ素樹脂製の断熱ケース９と、当該給熱ブロック１の露出部を覆う保護蓋１０と、給熱ブロック１を加熱する温度センサ４を内蔵した棒状カートリッジヒータ２と、前記給熱ブロック１に風を送る送風装置（送風手段）３と、当該カートリッジヒータ２及び送風装置３に制御された電力を供給する制御装置（制御手段）５と、当該制御装置５を操作する操作盤１１と、当該操作情況及び制御情況を表示する表示盤１２を備える。

前記給熱ブロック１は、熱伝導性が比較的高いとされるアルミ製のブロックである。
当該給熱ブロック１は、上部及び下部が前記受熱孔１ｂを中心とする円筒状であり、中間部は、３つの保持孔１ａが形作る三角形の三辺と平行な各側面が、前記三辺から各々等距離に位置する三角柱となるように切り欠き部１ｃが穿設されている。
前記切り欠き部１ｃは、給熱ブロック１の側面に空気を流通させる通気路として機能する。

前記断熱ケース９は、前記給熱ブロック１を収容し得るだけの円筒状内空部を形成するようにフッ素樹脂を有底円筒状に成形したものであって、その側面の一部に、前記給熱ブロック１の側面に面した通気孔９ａを備える（図２参照）。
前記給熱ブロック１は、前記断熱ケース９の内空部の中央に当該断熱ケース９の内面との間にそれぞれ空隙を介在する様に配置されている。
前記給熱ブロック１及び前記断熱ケース９は、前記筐体８の下部に渡し掛けられたフレーム１８にビス止めにより固定される。
その際、前記給熱ブロック１と前記断熱ケースとの間に合成樹脂製のスペーサ１４を挟んでビス止めすることによって、ヒータ２から当該給熱ブロック１へ供給された熱が、熱伝導性の良い金属部分を伝って当該断熱ケース９の外へ逃げないようにされている。

当該給熱ブロック１は、試料チューブＡを保持する均一な透孔を保持孔１ａとして３つ備え、その中央に、前記ヒータ２を前記試料チューブＡの側面に達する深さに保持する受熱孔１ｂを上下に開口する形態で備える。
前記保持孔１ａは、前記給熱ブロック１の表裏を貫通する丸孔であって、前記受熱孔１ｂから等距離の位置に当該受熱孔１ｂを中心として１２０度間隔の配置で備える。
前記保持孔１ａは、前記試料チューブＡの貯留部が遊嵌するように、その全長にわたって均一断面の内空部を備え、前記給熱ブロック１の下面に、アルミ製の底板７を定着することによって、当該底板７が重なって封じられた各透孔は、上に開口した有底の保持孔１ａとして機能する。

前記給熱ブロック１が備えるすべての保持孔１ａは、そこへ挿入された試料チューブＡを前記受熱孔１ｂに向けて一律に加圧する押え部材６を上下一対備える。
この例の前記押え部材６は、前記保持孔１ａの上部及び下部に保持されたボールプランジャーである。各ボールプランジャーは、各保持孔１ａを取り囲む壁のうちで受熱孔１ｂから最も遠い壁面に支持され、各々、当該保持孔１ａに向けて付勢されたボールを支持する。

この例で用いた前記ヒータ２は、例えば、金属製のシースに、発熱体であるニクロム線及びマグネシア等の絶縁粉末並びに当該ヒータ２の温度を検出する熱電対を温度センサ４として封入したカートリッジヒータ２である。
このようなカートリッジヒータ２は、一般的に、温度昇温のスピードが高く、設定温度に至る温度上昇を速やかに行うことができる。

前記筐体８は、塗装を施した鉄製の箱であって、上板に前記給熱ブロック１を通過させ得る差し入れ口１３を備えると共に、下全面が開放した直方体状の本体８ａと、下開口部を封じる底蓋８ｂとからなる。
前記底蓋８ｂは、通気用の隙間を形成すべく、下開口部の形状より僅かに狭く設定されている（図２参照）。

前記給熱ブロック１は、上記のごとく、前記断熱ケース９の底壁中央に合成樹脂製のスペーサ１４を挟んでビスで固定されているため、当該給熱ブロック１と前記断熱ケース９は、前記フレーム１８に、当該給熱ブロック１を当該断熱ケース９の内空部中央に封入する態様で一体的に支持される。
前記断熱ケース９の開口部及びその内空部中央に支持された前記給熱ブロック１の上面は、前記差し入れ口１３と正対し、前記給熱ブロック１の上面全体を、当該差し入れ口１３から露出させる。
前記保護蓋１０は、フッ素樹脂製の円盤状の断熱プレートであり、当該保護蓋１０の周縁部が前記筐体８の差し入れ口１３の縁に掛かる状態で、前記給熱ブロック１にビスで固定される。

前記保護蓋１０には、前記給熱ブロック１に設けられたすべての保持孔１ａを個別に露出させる窓孔１０ａが設けられており、当該保護蓋１０の存在により、試料チューブＡの差し入れの際には、作業者の手が直接給熱ブロック１に触れることを回避することができる。
また、この例は、当該保護蓋１０の外縁に沿って当該保護蓋１０の上方を覆う有底円筒状のカバー１５を備える。

前記カバー１５は、筐体８の上板に当接する有底円筒状のカバーである。
試料チューブＡが装填された領域を当該カバー１５で上から覆えば、試料チューブＡの熱放散（熱量の喪失）をより好適に回避することができる。
この例のカバー１５は、透明なアクリル樹脂から成形され、その底面に埋め込まれた磁石によって鉄製の上板に磁力による吸着が行われ、安定した加温空間が確保される。

以上の構成によって、試料チューブＡを加熱する領域は、空気、フッ素樹脂及びアクリル樹脂に囲まれ、前記給熱ブロック１と比較的熱伝導性の高い金属部分の直接的な接触は回避されるため、試料温度制御装置の操作の際に、熱を感じることもなく、ヒータ２の熱量が試料に無駄なく供給されることとなる。

前記送風装置３は、前記断熱ケース９の側壁に、その風が前記給熱ブロック１の側面に当たるように固定し、前記制御装置５は、前記給熱ブロック１の側方の空きスペースに、前記筐体８の上板の裏側に固定するなどして設置する。
前記送風装置３は、前記断熱ケース９の通気孔９ａの形態や配置を調整することによって、当該断熱ケース９の給気及び排気を調整し、給熱ブロック１の側面にバランス良く風を供給する構成とすることもできる。
前記制御装置５を操作する前記操作盤１１及び前記表示盤１２は、前記筐体８の上板の前方に配置され、所望温度、所望温度の保持時間及び冷却時間の設定ボタン並びにそれらの表示画面及び始動スイッチなどを備える。

図８に示す例は、同一の形状を持つ複数の給熱ブロック１６を周囲に空隙を介在し均等な密度で配置した給熱ブロック群を備える試料温度制御装置である。
この例において、各給熱ブロック１６に設けられた保持孔１６ａは４つであり、前記受熱孔１６ｂから等距離の位置に、当該受熱孔１６ｂを中心として９０度間隔の配置で備える。

この例の保護蓋は、給熱ブロック１６及びそれを支持する断熱ケース１７を、前記実施例１と同様に吊下げて支持する。
前記断熱ケース１７は、各給熱ブロック１６について個別の断熱ケース１７を備える構成を採ることができる他、すべての給熱ブロック１６を単一の断熱ケース１７に収容する構成を採ることもできる。

前記送風装置３は、前記筐体８の底蓋８ｂに、その風が前記給熱ブロック１の底面に当たるように固定し、前記制御装置５は、その横の空きスペースに固定する。
前記送風手段３は、前記給熱ブロック１６又は前記給熱ブロック群の下方へ外気を均一に供給する。

前記カートリッジヒータ２は、各給熱ブロック１，１６に対してそれぞれ１つを挿入することを基本とするが、各給熱ブロック１，１６の受熱孔１ｂ，１６ｂへ直列に複数のヒータ（温度センサ４内蔵）２を挿入すれば、各給熱ブロック１，１６の上部、下部、又は中間部の温度を各ヒータ２に内装された温度センサ４で検出し、その検出結果をフィードバック制御することによって、温度分布の不均一を補償することが可能となる。

前記実施例１又は実施例２などにおいて、前記ヒータに替えてペルチェ素子などのクーラを用いる構成や、ヒータとクーラを併用する構成をとることも可能である。
また、その際においても、給熱ブロック１，１６にその温度を検出するための温度センサを付設するにあたり、ヒータ又はクーラと一体とする構成又は別体とする構成のいずれを選択することもできる。

Ａ 試料チューブ，
１ 給熱ブロック，１ａ 保持孔，１ｂ 受熱孔，１ｃ 切り欠き部，１ｄ 孔，
２ ヒータ，
３ 送風手段，３ａ ファン，
４ 温度センサ，５ 制御装置，
６ 押え部材，７ 底板，
８ 筐体，８ａ 本体，８ｂ 底蓋，
９ 断熱ケース，９ａ 通気孔，
１０ 保護蓋，１０ａ 窓孔，
１１ 操作盤，１２ 表示盤，１３ 差し入れ口，１４ スペーサ，１５ カバー，
１６ 給熱ブロック，１６ａ 保持孔，１６ｂ 受熱孔，
１７ 断熱ケース，１８ フレーム，

Claims (6)

1. 試料チューブを保持するための均一な保持孔をその上面に複数備える給熱ブロックと、
   当該給熱ブロックを加熱するヒータ又は当該給熱ブロックを冷却するクーラと、
   当該ヒータ若しくはクーラ又は前記給熱ブロックの温度を検出する温度センサと、
   当該温度センサの検出温度に基づいて前記ヒータ又はクーラの出力を調整する制御手段を備え、
   前記給熱ブロックは、前記ヒータ又はクーラを前記試料チューブの貯留部の側方で保持する受熱孔を備えると共に、前記保持孔を、前記受熱孔から等距離の位置に当該受熱孔を中心とする仮想円周上に配置して備えることを特徴とする試料温度制御装置。
2. 前記給熱ブロックが備えるすべての保持孔は、そこへ挿入された試料チューブの側面が当該保持孔の内面に接するように当該試料チューブを加圧する押え部材を備える請求項１に記載の試料温度制御装置。
3. 前記給熱ブロックは、前記受熱孔を中心とする回転対称形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の試料温度制御装置。
4. 前記給熱ブロックの表面に通気路を穿設したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の試料温度制御装置。
5. 同一の形状を持つ複数の給熱ブロックを各々の周囲に空隙を介在させて配置した給熱ブロック群を備えることを特徴とする前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の試料温度制御装置。
6. 前記受熱孔に、その長手方向に沿って前記ヒータ若しくはクーラ又は温度センサが直列に配置されていることを特徴とする前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の試料温度制御装置。
   

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