JP3028826B2 - 流体流路の開閉装置及びその開閉制御方法及び閉止確認方法 - Google Patents
流体流路の開閉装置及びその開閉制御方法及び閉止確認方法Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Pipe Accessories (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体流路の開閉方法及びその装置の改良に係
り、特に流路中を流通している溶液が、凝固，融解する
ことにより流路を閉止，開放するように形成された装置
のその開閉方法に関するものである。
り、特に流路中を流通している溶液が、凝固，融解する
ことにより流路を閉止，開放するように形成された装置
のその開閉方法に関するものである。
細胞や蛋白質などの生体試料を取り扱う各種分離・分
析装置用の流路開閉弁としては、次のような機能が要求
される。まず、流路壁部に凹凸がなく流路内に付着した
生体試料を容易に洗浄できること。また、開閉動作時に
生体試料に損傷を与えないこと。さらに、これらの装置
では複数流路を同時に開閉する場合もあり、複数流路の
同時開閉が可能であること。
析装置用の流路開閉弁としては、次のような機能が要求
される。まず、流路壁部に凹凸がなく流路内に付着した
生体試料を容易に洗浄できること。また、開閉動作時に
生体試料に損傷を与えないこと。さらに、これらの装置
では複数流路を同時に開閉する場合もあり、複数流路の
同時開閉が可能であること。
これらを実現する流路開閉装置としては、例えば特開
昭60−199564号公報にみられるように、内部溶液を凝
固，融解することにより流路を閉止（閉塞）ないし開放
する流路開閉弁がある。
昭60−199564号公報にみられるように、内部溶液を凝
固，融解することにより流路を閉止（閉塞）ないし開放
する流路開閉弁がある。
しかしこのものでは、流路開閉弁を冷却し流路を閉止
する際、弁内溶液が凝固し流路が閉止したことを確認で
きないという問題がある。
する際、弁内溶液が凝固し流路が閉止したことを確認で
きないという問題がある。
これは、通常、溶液を急冷した場合、その過渡段階で
は溶液の凝固温度では流路の閉止機能をもたず、凝固部
の流路断面への固着力が流体の流れの圧力より大きくな
つた場合に初めて流路の閉止機能をもつからである。
は溶液の凝固温度では流路の閉止機能をもたず、凝固部
の流路断面への固着力が流体の流れの圧力より大きくな
つた場合に初めて流路の閉止機能をもつからである。
このため、流路閉止に際してはその溶液の凝固点を越
えて急冷し、かつ流路閉止後も冷却手段に定常的に電力
を供給し続ける必要があるため、流路開閉弁温度または
溶液温度は流路閉止後もさらに低下し、凝固温度よりも
かなり低い温度まで冷却されることになる。
えて急冷し、かつ流路閉止後も冷却手段に定常的に電力
を供給し続ける必要があるため、流路開閉弁温度または
溶液温度は流路閉止後もさらに低下し、凝固温度よりも
かなり低い温度まで冷却されることになる。
したがつて、流路閉止後も閉止機能を維持するため必
要以上の電力を冷却手段に供給することになるばかり
か、加熱により弁内溶液を解凍し流路を開放させる際、
十分に低温まで冷却された開閉弁温度を凝固温度以上に
上昇させる必要があるため、解凍に多大な時間を要し、
解凍時の応答性が悪くなつてしまうきらいがあつた。
要以上の電力を冷却手段に供給することになるばかり
か、加熱により弁内溶液を解凍し流路を開放させる際、
十分に低温まで冷却された開閉弁温度を凝固温度以上に
上昇させる必要があるため、解凍に多大な時間を要し、
解凍時の応答性が悪くなつてしまうきらいがあつた。
本発明は、これにかんがみなされたもので、その目的
とするところは、いつたん流路閉止後の閉止状態を維持
する際の低消費電力化を図ると共に、解凍時の応答性を
向上できる流路開閉弁の開閉制御方法を提供することに
ある。
とするところは、いつたん流路閉止後の閉止状態を維持
する際の低消費電力化を図ると共に、解凍時の応答性を
向上できる流路開閉弁の開閉制御方法を提供することに
ある。
すなわち本発明は、流路内の流体を凝固または融解さ
せ、流路を閉塞または開放するようになした流体流路の
開閉方法において、前記流体流路の閉塞に際し、流体を
その流体の凝固温度以下まで冷却して凝固させ、流路を
閉止し、かつ凝固後その流体の凝固温度近傍までその流
体の温度を上昇させるようになし所期の目的を達成する
ようになしたものである。
せ、流路を閉塞または開放するようになした流体流路の
開閉方法において、前記流体流路の閉塞に際し、流体を
その流体の凝固温度以下まで冷却して凝固させ、流路を
閉止し、かつ凝固後その流体の凝固温度近傍までその流
体の温度を上昇させるようになし所期の目的を達成する
ようになしたものである。
この方法であると、弁内溶液が凝固し流路が閉止する
溶液の温度に比較して流路の閉止機能を維持できる温度
は、溶液の凝固温度に極めて近い。すなわち、弁内溶液
がいつたん凝固し流路閉止機能発揮後、その溶液の温度
を凝固温度近傍に戻しても閉止を維持することは可能で
あり、したがつて冷却手段に供給する電力は小さくて良
いのである。
溶液の温度に比較して流路の閉止機能を維持できる温度
は、溶液の凝固温度に極めて近い。すなわち、弁内溶液
がいつたん凝固し流路閉止機能発揮後、その溶液の温度
を凝固温度近傍に戻しても閉止を維持することは可能で
あり、したがつて冷却手段に供給する電力は小さくて良
いのである。
また、弁の開放時、すなわちその状態から加熱手段に
より流路開閉弁を加熱し溶液を融解させる場合には、凝
固温度に極めて近い温度から凝固温度以上に加熱すれば
良いため、解凍による応答性を向上することができるの
である。
より流路開閉弁を加熱し溶液を融解させる場合には、凝
固温度に極めて近い温度から凝固温度以上に加熱すれば
良いため、解凍による応答性を向上することができるの
である。
以下図示した実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。第１図及び第２図は、流路内の溶液を凝固，解凍す
ることにより流路を閉止ないし開放する流体の相変化を
利用した流路開閉装置、すなわち流路開閉弁の一例を示
したものである。図中３は流路で、その周囲に開閉を行
う弁１が配置されている。２は冷却加熱手段である。こ
こでは、冷却加熱手段２として、電気的な作用で物体を
冷却ないし加熱することができる熱電素子を用いてい
る。この熱電素子は、直流電流の印加により、異種の半
導体の接合部において、片面で吸熱，片面で発熱作用を
起こすペルチエ効果を利用したものであり、素子に印加
する電流の極性を変えることにより吸熱・発熱方向が逆
転するため、物体を冷却及び加熱することができる。こ
の熱電素子の一端には、熱伝導性の良い材質で製作され
た流路開閉弁１が接合され、その内部には円管状の流路
部３が配置されている。一方、冷却加熱手段２の他端
（図中下方端）には、この冷却加熱手段２の必要以上の
発熱をさけるための放熱フイン４が接合されている。ま
た、この冷却加熱手段２の制御は制御装置５で行なわ
れ、流路開閉弁１の温度管理は温度センサ６で行なわれ
る。
る。第１図及び第２図は、流路内の溶液を凝固，解凍す
ることにより流路を閉止ないし開放する流体の相変化を
利用した流路開閉装置、すなわち流路開閉弁の一例を示
したものである。図中３は流路で、その周囲に開閉を行
う弁１が配置されている。２は冷却加熱手段である。こ
こでは、冷却加熱手段２として、電気的な作用で物体を
冷却ないし加熱することができる熱電素子を用いてい
る。この熱電素子は、直流電流の印加により、異種の半
導体の接合部において、片面で吸熱，片面で発熱作用を
起こすペルチエ効果を利用したものであり、素子に印加
する電流の極性を変えることにより吸熱・発熱方向が逆
転するため、物体を冷却及び加熱することができる。こ
の熱電素子の一端には、熱伝導性の良い材質で製作され
た流路開閉弁１が接合され、その内部には円管状の流路
部３が配置されている。一方、冷却加熱手段２の他端
（図中下方端）には、この冷却加熱手段２の必要以上の
発熱をさけるための放熱フイン４が接合されている。ま
た、この冷却加熱手段２の制御は制御装置５で行なわ
れ、流路開閉弁１の温度管理は温度センサ６で行なわれ
る。
このように構成された開閉弁において、閉止する場合
には制御装置５の指令により冷却加熱手段２にて流路開
閉弁１を冷却する。この冷却により、弁内溶液が凝固し
弁としての閉止機能をもつ、また開放する場合には逆に
流路開閉弁１を加熱することにより流路開閉弁内溶液が
融解し弁としての開放機能をもつ。
には制御装置５の指令により冷却加熱手段２にて流路開
閉弁１を冷却する。この冷却により、弁内溶液が凝固し
弁としての閉止機能をもつ、また開放する場合には逆に
流路開閉弁１を加熱することにより流路開閉弁内溶液が
融解し弁としての開放機能をもつ。
尚流路は単数に限らず複数であつてもよい。第３図
（ａ），（ｂ）は流路の本数をｎ段×ｍ列の複数本配置
した場合の流路開閉弁の構造を示している。勿論このよ
うに構成して、冷却加熱手段２により流路開閉弁１を冷
却あるいは加熱すれば、複数の流路を同時に切替えるこ
とができる。
（ａ），（ｂ）は流路の本数をｎ段×ｍ列の複数本配置
した場合の流路開閉弁の構造を示している。勿論このよ
うに構成して、冷却加熱手段２により流路開閉弁１を冷
却あるいは加熱すれば、複数の流路を同時に切替えるこ
とができる。
次にこの開閉する場合の制御方法について説明する
が、その前に、この場合最も問題となる流路閉止時の閉
止耐圧について説明する。第４図は、流路閉止機能発揮
後、溶液温度を十分に低温まで冷却した温度KCから溶液
の凝固温度KOまで変化させ、その温度において、流路に
圧力を加えてどの程度の圧力レベルまで上記閉止機能を
保てるかという閉止耐圧を示したものである。図の横軸
は溶液の温度（Ｋ）を示し、縦軸は閉止圧力（Ｐ）を示
す。図からもわかるように、溶液はいつたん閉止凝固す
れば、溶液温度が凝固温度KOでも十分に冷却された低温
KCでも同様に一定の閉止圧力POを有する、いわゆるステ
ツプ状の特性をもつことがこの度の実験の結果わかつ
た。この閉止圧力POは、例えば流路内径φ1.0mmの流路
開閉弁１では、流路径が同程度の電磁弁の耐圧2kg/cm2
と比較し、数倍の閉止耐圧をもつことを発明者らは確認
した。
が、その前に、この場合最も問題となる流路閉止時の閉
止耐圧について説明する。第４図は、流路閉止機能発揮
後、溶液温度を十分に低温まで冷却した温度KCから溶液
の凝固温度KOまで変化させ、その温度において、流路に
圧力を加えてどの程度の圧力レベルまで上記閉止機能を
保てるかという閉止耐圧を示したものである。図の横軸
は溶液の温度（Ｋ）を示し、縦軸は閉止圧力（Ｐ）を示
す。図からもわかるように、溶液はいつたん閉止凝固す
れば、溶液温度が凝固温度KOでも十分に冷却された低温
KCでも同様に一定の閉止圧力POを有する、いわゆるステ
ツプ状の特性をもつことがこの度の実験の結果わかつ
た。この閉止圧力POは、例えば流路内径φ1.0mmの流路
開閉弁１では、流路径が同程度の電磁弁の耐圧2kg/cm2
と比較し、数倍の閉止耐圧をもつことを発明者らは確認
した。
このことから、本発明の開閉制御方法は流路開閉弁を
冷却し、そして流路閉止後、速やかに溶液をその凝固温
度KOないし凝固温度KOより若干低い温度で維持するよう
に制御するようにしたものである。第１図の８はその指
令手段を示している。
冷却し、そして流路閉止後、速やかに溶液をその凝固温
度KOないし凝固温度KOより若干低い温度で維持するよう
に制御するようにしたものである。第１図の８はその指
令手段を示している。
このようにすると、弁内溶液を融解させ流路を開放状
態とする際に、溶液温度をわずか数度上昇させるだけで
良いため、解凍時間を大幅に短縮できるという効果があ
る。さらにまた例えば通常流路の開閉弁として広く用い
られる電磁弁もそうであるように一般の開閉弁は流路を
開から閉操作ないし閉から開操作し、その状態を維持す
るためには、常にある一定の電力を必要とする。しか
し、本発明の方法であると、弁内溶液がいつたん凝固し
流路閉止機能を発揮後は、溶液の凝固温度KOで維持す
る。すなわち小電力状態で維持されるから、流路閉止後
の冷却加熱手段２の消費電力を大きく低減することがで
きるのである。
態とする際に、溶液温度をわずか数度上昇させるだけで
良いため、解凍時間を大幅に短縮できるという効果があ
る。さらにまた例えば通常流路の開閉弁として広く用い
られる電磁弁もそうであるように一般の開閉弁は流路を
開から閉操作ないし閉から開操作し、その状態を維持す
るためには、常にある一定の電力を必要とする。しか
し、本発明の方法であると、弁内溶液がいつたん凝固し
流路閉止機能を発揮後は、溶液の凝固温度KOで維持す
る。すなわち小電力状態で維持されるから、流路閉止後
の冷却加熱手段２の消費電力を大きく低減することがで
きるのである。
第５図に、冷却加熱手段の消費電力Ｗとその消費電力
による溶液の到達温度Ｋの関係を示す。図からもわかる
ように、消費電力Ｗの増加、すなわち冷却能力の増加に
より溶液の到達温度Ｋは低下の傾向を示し、凝固温度KO
を維持する消費電力WOは最大電力Wmと比較し極めて少な
い値となる。また、凝固温度KO付近では、到達温度の変
化の度合いも大きく、凝固温度KOの維持電力WOと凝固温
度KOより若干低い温度K1の維持電力W1の差は比較的小さ
い。
による溶液の到達温度Ｋの関係を示す。図からもわかる
ように、消費電力Ｗの増加、すなわち冷却能力の増加に
より溶液の到達温度Ｋは低下の傾向を示し、凝固温度KO
を維持する消費電力WOは最大電力Wmと比較し極めて少な
い値となる。また、凝固温度KO付近では、到達温度の変
化の度合いも大きく、凝固温度KOの維持電力WOと凝固温
度KOより若干低い温度K1の維持電力W1の差は比較的小さ
い。
したがつて、流路閉止後溶液温度をその凝固温度KOな
いし凝固温度KOより若干低い温度K1で維持すれば、流路
閉止機能を損なうことなく消費電力を大幅に低減できる
という効果をもつことは明らかである。
いし凝固温度KOより若干低い温度K1で維持すれば、流路
閉止機能を損なうことなく消費電力を大幅に低減できる
という効果をもつことは明らかである。
第６図（ａ），（ｂ）に、これらを考慮した流路の開
閉制御方法及び電力の関係を示す。図の横軸は冷却開始
からの経過時間ｔを示し、縦軸は溶液の温度Ｋと冷却加
熱手段の消費電力Ｗを示す。
閉制御方法及び電力の関係を示す。図の横軸は冷却開始
からの経過時間ｔを示し、縦軸は溶液の温度Ｋと冷却加
熱手段の消費電力Ｗを示す。
なお、本実施例では、流路が閉止する点Niないし領域
VCを、流路開閉操作に先立ち予め求めた場合を例に説明
する。
VCを、流路開閉操作に先立ち予め求めた場合を例に説明
する。
冷却時には、まず冷却による応答性を向上させるた
め、冷却加熱手段に最大消費電力Wmを加え、初期温度KS
の流路開閉弁を、流路閉止点Niを含む流路閉止領域VCま
で冷却し、流路閉止機能をもたせる。次いで、速やかに
溶液温度を溶液の凝固温度KOよりΔＫ度低い温度（KO−
ΔＫ）を維持できる必要最小限の電力W1を制御装置から
冷却加熱手段に加え、一定温度（KO−ΔＫ）に制御す
る。前述のように、この状態でも流路閉止機能を損なわ
ないことは明らかである。
め、冷却加熱手段に最大消費電力Wmを加え、初期温度KS
の流路開閉弁を、流路閉止点Niを含む流路閉止領域VCま
で冷却し、流路閉止機能をもたせる。次いで、速やかに
溶液温度を溶液の凝固温度KOよりΔＫ度低い温度（KO−
ΔＫ）を維持できる必要最小限の電力W1を制御装置から
冷却加熱手段に加え、一定温度（KO−ΔＫ）に制御す
る。前述のように、この状態でも流路閉止機能を損なわ
ないことは明らかである。
ここで、本実施例では、維持温度を凝固温度KOよりΔ
Ｋ度低い温度にしている。これは、温度制御方法として
良く使用されるPID制御等により、定温制御を行つた場
合、通常図にも示すように温度が定常状態に達するまで
は目標設定温度（KO−ΔＫ）に対し数回オーバーシユー
トが発生し、それにより溶液温度が凝固温度KOを越え溶
液が融解することを防止するためである。
Ｋ度低い温度にしている。これは、温度制御方法として
良く使用されるPID制御等により、定温制御を行つた場
合、通常図にも示すように温度が定常状態に達するまで
は目標設定温度（KO−ΔＫ）に対し数回オーバーシユー
トが発生し、それにより溶液温度が凝固温度KOを越え溶
液が融解することを防止するためである。
さて、この状態を維持するために必要な消費電力W
1は、前述の第５図でも示したように凝固温度KOの維持
電力WOと大差なく、冷却時の最大電力Wmと比較し十分小
さい値である。
1は、前述の第５図でも示したように凝固温度KOの維持
電力WOと大差なく、冷却時の最大電力Wmと比較し十分小
さい値である。
本実施例によれば、流路閉止機能発揮後の消費電力W1
は極めて小さい値のため、大幅に消費電力を低減でき、
経済的な流路閉止制御方法を実現できるという効果があ
り、その維持時間が長ければ長いほど効果は顕著となる
ことは明らかである。
は極めて小さい値のため、大幅に消費電力を低減でき、
経済的な流路閉止制御方法を実現できるという効果があ
り、その維持時間が長ければ長いほど効果は顕著となる
ことは明らかである。
また、維持温度も凝固温度KOにかなり近い値に設定可
能なため、冷却加熱手段で流路開閉弁を加熱し弁内溶液
を融解させ流路を開放する際に、溶液温度をわずか数度
上昇させるだけで良いため解凍時間Thを大幅に短縮で
き、加熱時の応答性に優れた流路開放制御方法を実現で
きるという効果がある。
能なため、冷却加熱手段で流路開閉弁を加熱し弁内溶液
を融解させ流路を開放する際に、溶液温度をわずか数度
上昇させるだけで良いため解凍時間Thを大幅に短縮で
き、加熱時の応答性に優れた流路開放制御方法を実現で
きるという効果がある。
さらに、加熱時（流路開放時）には上述のようにわず
か数度の温度上昇で良いため、その際に冷却加熱手段に
供給する電力を比較的小さい値としても、十分な応答性
をもつという効果がある。
か数度の温度上昇で良いため、その際に冷却加熱手段に
供給する電力を比較的小さい値としても、十分な応答性
をもつという効果がある。
次に本発明の他の例について説明する。
ここで、流路閉止点Niを含む流路閉止領域VC内に到達
後の溶液温度を、凝固点温度KO付近に設定する操作回数
は必ずしも１回に限定されるものではない。第７図
（ａ），（ｂ）は、上記操作を２回行つた場合の開閉制
御方法を示したものである。この例では、流路開閉弁を
冷却し、流路閉止点Niに到達した時点tcで、まず溶液温
度を凝固温度KOよりΔＫ度低い温度（KO−ΔＫ）に制御
し定常状態に達した後、さらに溶液温度を凝固温度KOに
より近い温度（KO−ΔＫ′）に設定している。
後の溶液温度を、凝固点温度KO付近に設定する操作回数
は必ずしも１回に限定されるものではない。第７図
（ａ），（ｂ）は、上記操作を２回行つた場合の開閉制
御方法を示したものである。この例では、流路開閉弁を
冷却し、流路閉止点Niに到達した時点tcで、まず溶液温
度を凝固温度KOよりΔＫ度低い温度（KO−ΔＫ）に制御
し定常状態に達した後、さらに溶液温度を凝固温度KOに
より近い温度（KO−ΔＫ′）に設定している。
この方法によれば、溶液温度を凝固温度KOにより近い
値で維持できるため、さらに消費電力を低減できるとと
もに、加熱時の応答性も向上できるという効果がある。
値で維持できるため、さらに消費電力を低減できるとと
もに、加熱時の応答性も向上できるという効果がある。
又さらに、溶液温度が凝固温度KOを越えないよう注意
しながら、上記操作を複数回繰り返し溶液温度を徐々に
凝固温度KOに近づけていけば、さらに消費電力の低減及
び加熱時の応答性を向上できることは明らかである。
しながら、上記操作を複数回繰り返し溶液温度を徐々に
凝固温度KOに近づけていけば、さらに消費電力の低減及
び加熱時の応答性を向上できることは明らかである。
また、第８図（ａ），（ｂ）は、流路開閉弁を冷却
し、流路閉止点Niに到達した時点tcで、溶液温度を凝固
温度KOに設定する開閉制御方法を示したものである。こ
の場合、溶液温度をたとえ瞬間的にでも凝固温度KOを越
えさせないようにする必要があるため、例えばPID制御
により温度制御を行う場合には、比例係数Ｐの値を十分
小さく設定する等の配慮が必要である。
し、流路閉止点Niに到達した時点tcで、溶液温度を凝固
温度KOに設定する開閉制御方法を示したものである。こ
の場合、溶液温度をたとえ瞬間的にでも凝固温度KOを越
えさせないようにする必要があるため、例えばPID制御
により温度制御を行う場合には、比例係数Ｐの値を十分
小さく設定する等の配慮が必要である。
本実施例によれば、１回の温度設定により流路閉止機
能を維持できる最小限の消費電力WOで制御できるため、
操作が簡単に行えることに加え、さらに消費電力の低減
及び加熱の応答性が向上できる効果がある。
能を維持できる最小限の消費電力WOで制御できるため、
操作が簡単に行えることに加え、さらに消費電力の低減
及び加熱の応答性が向上できる効果がある。
また、第７図，第８図で示したように流路開閉弁の最
終維持温度が、凝固温度KO及びそれに限りなく近い温度
（KO−ΔＫ′）の場合、加熱時には冷却加熱手段に供給
する加熱電力を０としても、冷却加熱手段を介しての伝
導による入熱，雰囲気環境からの放射による入熱、さら
に対流による入熱を利用することにより、弁内溶液を解
凍できることは明らかである。
終維持温度が、凝固温度KO及びそれに限りなく近い温度
（KO−ΔＫ′）の場合、加熱時には冷却加熱手段に供給
する加熱電力を０としても、冷却加熱手段を介しての伝
導による入熱，雰囲気環境からの放射による入熱、さら
に対流による入熱を利用することにより、弁内溶液を解
凍できることは明らかである。
ここで、流路閉止点Niを含む流路閉止領域VC内に到達
させる場合、応答性を考慮すれば冷却加熱手段に供給す
る電力を最大にし、最大冷却能力により流路開閉弁を冷
却すれば良いが、使用可能な電力に制約がある場合に
は、この電力を越えないように開閉制御を行う必要があ
る。第９図は、その場合の開閉制御方法を示す。この例
では、冷却時の電力を最大電力Wmより小さい、制約電力
値WSとしている。
させる場合、応答性を考慮すれば冷却加熱手段に供給す
る電力を最大にし、最大冷却能力により流路開閉弁を冷
却すれば良いが、使用可能な電力に制約がある場合に
は、この電力を越えないように開閉制御を行う必要があ
る。第９図は、その場合の開閉制御方法を示す。この例
では、冷却時の電力を最大電力Wmより小さい、制約電力
値WSとしている。
本実施例によれば、冷却時の消費電力値を自由に調整
可能なため、使用電力に制約が課せられている場合にも
容易に対応できるという効果がある。
可能なため、使用電力に制約が課せられている場合にも
容易に対応できるという効果がある。
さて、ここまでの方法では、冷却前の流路開閉弁１の
初期温度KSを溶液の凝固温度KOより比較的高い温度に設
定しているが、あらかじめ、この温度を凝固温度KOより
わずかに高く溶液が凝固しない程度の温度で予冷してお
くことが考えられる。
初期温度KSを溶液の凝固温度KOより比較的高い温度に設
定しているが、あらかじめ、この温度を凝固温度KOより
わずかに高く溶液が凝固しない程度の温度で予冷してお
くことが考えられる。
第10図は、冷却前の流路開閉弁１温度を凝固温度より
やや高い温度KJで予冷した開閉制御方法を示したもので
ある。この温度KJで予冷するための電力は、第５図にも
みるように、凝固温度の維持電力WOよりもさらに少ない
電力で達成でき、流路開閉弁内溶液を凝固させる直前に
行えば良い。
やや高い温度KJで予冷した開閉制御方法を示したもので
ある。この温度KJで予冷するための電力は、第５図にも
みるように、凝固温度の維持電力WOよりもさらに少ない
電力で達成でき、流路開閉弁内溶液を凝固させる直前に
行えば良い。
本実施例によれば、今までの各実施例に対し、流路閉
止点に到達する時間が短縮され、凝固時の応答性が向上
するという効果がある。
止点に到達する時間が短縮され、凝固時の応答性が向上
するという効果がある。
ここで、流路閉止後、溶液温度を凝固温度KO近傍まで
上昇させる際、冷却加熱手段にステツプ状の電力を供給
し制御を行つてきたが、必ずしもこれに限定されるもの
ではない。第11図（ａ），（ｂ）は、最大電力Wmで冷却
し、前記流路閉止点Niに到達後、凝固温度KOよりΔＫ低
い温度（KO−ΔＫ）に維持する電力W1までを同一勾配で
変化させた開閉制御方法を示したものである。
上昇させる際、冷却加熱手段にステツプ状の電力を供給
し制御を行つてきたが、必ずしもこれに限定されるもの
ではない。第11図（ａ），（ｂ）は、最大電力Wmで冷却
し、前記流路閉止点Niに到達後、凝固温度KOよりΔＫ低
い温度（KO−ΔＫ）に維持する電力W1までを同一勾配で
変化させた開閉制御方法を示したものである。
この方法によれば、流路閉止点Niから維持温度（KO−
ΔＫ）に到達するまでに供給する電力が増加し時間tlが
短かくなるため、弁閉止後すぐに開放させるような場合
にも容易に対応できるという効果がある。
ΔＫ）に到達するまでに供給する電力が増加し時間tlが
短かくなるため、弁閉止後すぐに開放させるような場合
にも容易に対応できるという効果がある。
尚以上の説明では、流路閉止後は凝固温度近傍まで戻
す、すなわち凝固温度を維持する旨述べてきたが、次に
この流路閉止の確認方法について説明する。まず、開閉
確認Ｓに関連し、かつ弁の基本仕様の一つである流路閉
止時の応答性の点についてのべると、本発明で対象とし
ている流体の相変化を利用した流路開閉弁１において
は、応答性は冷却開始から溶液が凝固し、かつ流体に所
定の圧力を加えても、流路の閉止状態を維持できるよう
になるまでの時間として表わすことができる。この時間
は、冷却加熱手段により弁内溶液を冷却する能力、換言
すれば冷却加熱手段２に供給する電力に依存し、電力を
増大させることにより早く流路を閉止できる。
す、すなわち凝固温度を維持する旨述べてきたが、次に
この流路閉止の確認方法について説明する。まず、開閉
確認Ｓに関連し、かつ弁の基本仕様の一つである流路閉
止時の応答性の点についてのべると、本発明で対象とし
ている流体の相変化を利用した流路開閉弁１において
は、応答性は冷却開始から溶液が凝固し、かつ流体に所
定の圧力を加えても、流路の閉止状態を維持できるよう
になるまでの時間として表わすことができる。この時間
は、冷却加熱手段により弁内溶液を冷却する能力、換言
すれば冷却加熱手段２に供給する電力に依存し、電力を
増大させることにより早く流路を閉止できる。
第12図に、その電力を変化させた場合の流路の閉止状
態を示す。横軸は冷却開始からの経過時間ｔを示し、縦
軸は温度Ｋを示す。ここで、温度については、説明を簡
単にするため流路開閉弁の温度と溶液の温度とを同一と
して取り扱うことにする。図中破線で示すW1〜W4の特性
は、冷却加熱手段２の冷却能力、すなわち冷却加熱手段
２の消費電力を変化させた場合の冷却特性であり、消費
電力には、W4＞W3＞W2＞W1の関係がある。このように、
消費電力を変化させると、溶液温度は初期温度KSから徐
々に低下し、それぞれ図中N1〜N4の位置で流路閉止機能
をもち、消費電力の減少に伴い、流路閉止点N1〜N4位置
は経過時間ｔが長く、かつ温度Ｋが高い方向へ推移す
る。これは、消費電力の減少により、冷却能力が低下し
溶液の到達温度が高くなるためである。
態を示す。横軸は冷却開始からの経過時間ｔを示し、縦
軸は温度Ｋを示す。ここで、温度については、説明を簡
単にするため流路開閉弁の温度と溶液の温度とを同一と
して取り扱うことにする。図中破線で示すW1〜W4の特性
は、冷却加熱手段２の冷却能力、すなわち冷却加熱手段
２の消費電力を変化させた場合の冷却特性であり、消費
電力には、W4＞W3＞W2＞W1の関係がある。このように、
消費電力を変化させると、溶液温度は初期温度KSから徐
々に低下し、それぞれ図中N1〜N4の位置で流路閉止機能
をもち、消費電力の減少に伴い、流路閉止点N1〜N4位置
は経過時間ｔが長く、かつ温度Ｋが高い方向へ推移す
る。これは、消費電力の減少により、冷却能力が低下し
溶液の到達温度が高くなるためである。
したがつて、この種の流路開閉弁１では、流路を閉止
させるためには、冷却加熱手段２により流路開閉弁１を
冷却し、溶液温度を前記流路閉止点N1〜N4を結ぶ流路閉
止ラインＬ（図中２点鎖線）を含む下方の領域（図中ハ
ツチング部分）VC内まで冷却させる必要がある。
させるためには、冷却加熱手段２により流路開閉弁１を
冷却し、溶液温度を前記流路閉止点N1〜N4を結ぶ流路閉
止ラインＬ（図中２点鎖線）を含む下方の領域（図中ハ
ツチング部分）VC内まで冷却させる必要がある。
このように、冷却負荷に当して十分な冷却能力をもつ
冷却加熱手段２により負荷を急冷した場合、その過渡段
階では、溶液の凝固温度KOでは凝固しても流路を閉止で
きない。すなわち凝固しつつ溶液の移動があるというこ
とである。
冷却加熱手段２により負荷を急冷した場合、その過渡段
階では、溶液の凝固温度KOでは凝固しても流路を閉止で
きない。すなわち凝固しつつ溶液の移動があるというこ
とである。
本発明は閉止したことを確認、すなわち溶液の移動が
ないことを確認するために流路を閉止できる流路閉止領
域VCを把握するようにしたもので、この流路閉止領域VC
を把握する方法として、実際に流路開閉弁１の開閉制御
操作を行う前にあらかじめその特性を求めておくように
したものである。
ないことを確認するために流路を閉止できる流路閉止領
域VCを把握するようにしたもので、この流路閉止領域VC
を把握する方法として、実際に流路開閉弁１の開閉制御
操作を行う前にあらかじめその特性を求めておくように
したものである。
すなわちあらかじめ第４図に示すような特性を把握し
ておき、開閉制御操作時には求めた特性を利用し冷却開
始からの経過時間もしくは閉止点Niに到達する温度によ
り流路閉止機能を確認するのである。このように、事前
に求めておくことで実際の流路開閉制御操作を簡便に行
うことができる。
ておき、開閉制御操作時には求めた特性を利用し冷却開
始からの経過時間もしくは閉止点Niに到達する温度によ
り流路閉止機能を確認するのである。このように、事前
に求めておくことで実際の流路開閉制御操作を簡便に行
うことができる。
また、もう一つの確認方法として、例えば第13図
（ａ），（ｂ）に示すように、流路開閉弁１に流路３と
は別に、閉止確認用流路７を設け、その一端に圧力セン
サ８を付設し、その信号を流路開閉弁１の制御装置５に
取り込むように構成するのである。このように構成され
た流路開閉弁１を冷却加熱手段２で冷却すれば、弁内溶
液の凝固に伴い閉止確認用流路７の圧力が上昇しこれを
圧力センサ８で検出することにより流路閉止機能を確認
できる。本方法を用いれば、流路開閉弁１の寸法形状、
冷却加熱手段２、さらに冷却開始温度等の各種仕様が変
化した場合でも、その都度流路閉止領域VCを求める必要
がなく、容易に対応することができる。
（ａ），（ｂ）に示すように、流路開閉弁１に流路３と
は別に、閉止確認用流路７を設け、その一端に圧力セン
サ８を付設し、その信号を流路開閉弁１の制御装置５に
取り込むように構成するのである。このように構成され
た流路開閉弁１を冷却加熱手段２で冷却すれば、弁内溶
液の凝固に伴い閉止確認用流路７の圧力が上昇しこれを
圧力センサ８で検出することにより流路閉止機能を確認
できる。本方法を用いれば、流路開閉弁１の寸法形状、
冷却加熱手段２、さらに冷却開始温度等の各種仕様が変
化した場合でも、その都度流路閉止領域VCを求める必要
がなく、容易に対応することができる。
これら２通りの流路の閉止機能確認方法は、用途によ
り使いわけすることが好ましい。
り使いわけすることが好ましい。
さて、本発明の流体を冷却凝固させ、又その凝固を熱
を加えて解くようにした流体の開閉制御方法において、
流体を凝固させ流体の移動をなくしその閉塞状態を保つ
に際し、凝固した流体温度を、その流体の凝固温度近傍
まで上昇させる方法は、必ずしも、流路の切り替え機能
にのみ限定されるものではない。
を加えて解くようにした流体の開閉制御方法において、
流体を凝固させ流体の移動をなくしその閉塞状態を保つ
に際し、凝固した流体温度を、その流体の凝固温度近傍
まで上昇させる方法は、必ずしも、流路の切り替え機能
にのみ限定されるものではない。
例えば、細胞や蛋白質などの生体試料を観察する場合
にも適用できるものである。通常、これら生体試料は常
温下では働きが活発であり、観察手段の視野の大きさが
有限のため、長時間観察することは困難であるが、試料
を凍結させ移動を防止することにより、これを実現する
ことができる。この場合、凍結凝固の過程で試料が破壊
しないように適切な温度管理を行い凝固させることは重
要であるが、 いつたん完全に凝固させた生体試料は充分低温まで冷
却されたその温度レベルを維持する必要はなく、冷却手
段に供給する電力を低減させ解凍しない程度の温度まで
上昇させても、充分に当初の目的を達成することができ
る。
にも適用できるものである。通常、これら生体試料は常
温下では働きが活発であり、観察手段の視野の大きさが
有限のため、長時間観察することは困難であるが、試料
を凍結させ移動を防止することにより、これを実現する
ことができる。この場合、凍結凝固の過程で試料が破壊
しないように適切な温度管理を行い凝固させることは重
要であるが、 いつたん完全に凝固させた生体試料は充分低温まで冷
却されたその温度レベルを維持する必要はなく、冷却手
段に供給する電力を低減させ解凍しない程度の温度まで
上昇させても、充分に当初の目的を達成することができ
る。
このように、生体試料の観察に適用した場合、観察時
の低消費電力下を図ることが可能になることに加え、解
凍に要する時間も短縮できるため、効率良く試料の観察
を行えるという効果がある。
の低消費電力下を図ることが可能になることに加え、解
凍に要する時間も短縮できるため、効率良く試料の観察
を行えるという効果がある。
以上種々述べてきたように、本発明の開閉方法によれ
ば、流体流路の閉塞に際し、流体をその流体の凝固温度
以下まで冷却して凝固させ、かつ凝固後その流体の凝固
温度近傍までその流体の温度を上昇維持させるようにな
したから、閉止状態を維持するに際し、外部からの供給
エネルギーは少量でよく、また開放に際しても、凝固温
度に近い温度からの加熱となるので、短時間の解放が可
能、すなわち応答性の向上をはかることができる。
ば、流体流路の閉塞に際し、流体をその流体の凝固温度
以下まで冷却して凝固させ、かつ凝固後その流体の凝固
温度近傍までその流体の温度を上昇維持させるようにな
したから、閉止状態を維持するに際し、外部からの供給
エネルギーは少量でよく、また開放に際しても、凝固温
度に近い温度からの加熱となるので、短時間の解放が可
能、すなわち応答性の向上をはかることができる。
第１図は本発明の流体流路の開閉装置の一実施例を示す
斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第３
図（ａ）は流体流路の開閉装置の他の例を示す縦断側面
図、第３図（ｂ）はその側面図、第４図は開閉装置の閉
止圧力と温度との関係を示す特性図、第５図は冷却加熱
手段に供給する電力の大きさと溶液の到達温度との関係
を示す曲線図、第６図（ａ）は本発明の開閉装置の制御
方法を説明するための温度曲線図、第６図（ｂ）はその
ときの消費電力を示す線図、第７図（ａ），（ｂ）〜第
11図（ａ），（ｂ）は夫々本発明の開閉装置の他の制御
方法を説明するための温度曲線及び消費電力に示す線
図、第12図は消費電力を変化させた場合の流路の閉止状
態を示す線図、第13図（ａ）は本発明の流路閉止状態を
確認方法を説明するための開閉装置の縦断側面図、第13
図（ｂ）はその側面図である。 １……開閉を行う弁、２……冷却加熱手段、３……流
路、５……制御装置、８……指令手段。
斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第３
図（ａ）は流体流路の開閉装置の他の例を示す縦断側面
図、第３図（ｂ）はその側面図、第４図は開閉装置の閉
止圧力と温度との関係を示す特性図、第５図は冷却加熱
手段に供給する電力の大きさと溶液の到達温度との関係
を示す曲線図、第６図（ａ）は本発明の開閉装置の制御
方法を説明するための温度曲線図、第６図（ｂ）はその
ときの消費電力を示す線図、第７図（ａ），（ｂ）〜第
11図（ａ），（ｂ）は夫々本発明の開閉装置の他の制御
方法を説明するための温度曲線及び消費電力に示す線
図、第12図は消費電力を変化させた場合の流路の閉止状
態を示す線図、第13図（ａ）は本発明の流路閉止状態を
確認方法を説明するための開閉装置の縦断側面図、第13
図（ｂ）はその側面図である。 １……開閉を行う弁、２……冷却加熱手段、３……流
路、５……制御装置、８……指令手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 洋一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 高木 勇輔 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 三谷 健司 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 浜野 亘男 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 平１−302133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−199564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−128025（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 1/00 F16L 55/10
Claims (6)
- 【請求項１】流路内の流体を、その流体の凝固点を越え
て冷却し凝固させ、この流体の凝固により流路を閉塞状
態となし、又その凝固を熱により解いて流路を解放する
ようになした流体流路の開閉制御方法において、 前記流体流路の閉塞の状態を保つに際し、 前記凝固した流体を、 その流体の凝固閉塞したときの温度よりは高く、かつそ
の流体の凝固点よりは低い温度で、 冷却しつづけるようにしたことを特徴とする流体流路の
開閉制御方法。 - 【請求項２】流路内を流動している溶液を、その溶液の
凝固点を越えて冷却凝固させて流路を閉止し、又その凝
固を熱を加えて解き、溶液を流動可能にするようになし
た流体流路の開閉制御方法において、 前記流路を閉止し、かつ閉止状態を保つに際し、溶液を
冷却凝固させて流路を閉止させた後、その冷却能力を溶
液の凝固温度近傍まで鈍化させ、その鈍化状態を保つよ
うにしたことを特徴とする流体流路の開閉制御方法。 - 【請求項３】流路内の流体を、電力冷却手段によりその
流体の凝固点を越えて冷却凝固させて流路を閉塞し、又
その凝固を熱により解いて流路を開放するようになした
流体流路の開閉制御方法において、 前記流体流路の閉塞の状態を保つに際し、 前記流体が凝固閉塞したときの供給電力より少ない電力
で流体を冷却するようにしたことを特徴とする流体流路
の開閉制御方法。 - 【請求項４】流路内の流体を凝固または融解させ、流路
を閉塞または開放するようになした流体流路の開閉制御
方法において、 前記流体流路の閉塞に際し、流体をその流体の凝固温度
以下まで冷却凝固させて閉止させ、かつ閉止後その流体
の凝固温度近傍までその流体の温度を上昇させるように
したことを特徴とする流体流路の開閉制御方法。 - 【請求項５】物体を冷却，加熱する冷却加熱手段と、該
冷却加熱手段に接合された熱伝達手段と、該熱伝達手段
に埋設ないし接合された冷却加熱流路と、前記冷却加熱
手段を冷却ないし加熱制御する制御手段から構成され、
前記冷却加熱手段により冷却加熱流路内の流体を凝固な
いし融解させることにより流路を閉止または開放するよ
うになした流路の開閉制御方法において、前記冷却加熱
手段により前記熱伝達手段を冷却し冷却加熱流路内の流
体を凝固させ、冷却加熱流路が閉止機能をもった後、冷
却加熱流路内の流体の温度を流体の凝固温度より低い温
度まで上昇させるようにしたことを特徴とする流体流路
の開閉制御方法。 - 【請求項６】流体流路に近接して配置され、流路内の流
体を凝固または融解させる冷却加熱装置と、 該冷却加熱装置に凝固または融解の指令を与える制御装
置と、を備え、流路内の流体を凝固または融解させ、流
路を閉塞または開放するようになした流体流路の開閉装
置において、 前記制御装置に、 流路閉塞時、その流体の凝固温度以下まで冷却し、かつ
凝固後その流体の凝固温度近傍まで流体温度を上昇させ
る指令手段を、設けたことを特徴とする流体流路の開閉
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2056373A JP3028826B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 流体流路の開閉装置及びその開閉制御方法及び閉止確認方法 |
| US07/667,664 US5101848A (en) | 1990-03-09 | 1991-03-11 | Shut off apparatus for a fluid passage, method for controlling the same, and method for confirming closing of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2056373A JP3028826B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 流体流路の開閉装置及びその開閉制御方法及び閉止確認方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03259726A JPH03259726A (ja) | 1991-11-19 |
| JP3028826B2 true JP3028826B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=13025454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2056373A Expired - Lifetime JP3028826B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | 流体流路の開閉装置及びその開閉制御方法及び閉止確認方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5101848A (ja) |
| JP (1) | JP3028826B2 (ja) |
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| FR2764696B1 (fr) * | 1997-06-17 | 1999-08-13 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif de prelevement d'echantillons de fluide comportant une vanne de controle a commande thermique |
| US6238613B1 (en) | 1999-07-14 | 2001-05-29 | Stratasys, Inc. | Apparatus and method for thermoplastic extrusion |
| US6578596B1 (en) | 2000-04-18 | 2003-06-17 | Stratasys, Inc. | Apparatus and method for thermoplastic extrusion |
| JP3548858B2 (ja) * | 2001-01-22 | 2004-07-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 流量の制御方法及びそれに用いるマイクロバルブ |
| FR2831081B1 (fr) * | 2001-10-24 | 2004-09-03 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d'injection parallelisee et synchronisee pour injections sequentielles de reactifs differents |
| US7094379B2 (en) * | 2001-10-24 | 2006-08-22 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for parallel and synchronous injection for sequential injection of different reagents |
| US6557575B1 (en) | 2001-11-19 | 2003-05-06 | Waters Investments Limited | Fluid flow control freeze/thaw valve for narrow bore capillaries or microfluidic devices |
| JP4369373B2 (ja) * | 2002-12-09 | 2009-11-18 | ウオーターズ・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | ペルチエベースの凍結融解弁およびその使用方法 |
| US7315109B1 (en) * | 2003-08-15 | 2008-01-01 | Medrad, Inc. | Actuators and fluid delivery systems using such actuators |
| US7204264B2 (en) * | 2004-04-21 | 2007-04-17 | Waters Investments Ltd. | High pressure capillary micro-fluidic valve device and a method of fabricating same |
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| US7694694B2 (en) * | 2004-05-10 | 2010-04-13 | The Aerospace Corporation | Phase-change valve apparatuses |
| US7686040B2 (en) * | 2004-06-24 | 2010-03-30 | The Aerospace Corporation | Electro-hydraulic devices |
| US7721762B2 (en) * | 2004-06-24 | 2010-05-25 | The Aerospace Corporation | Fast acting valve apparatuses |
| US7650910B2 (en) * | 2004-06-24 | 2010-01-26 | The Aerospace Corporation | Electro-hydraulic valve apparatuses |
| WO2006059911A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Global Technologies (Nz) Ltd | Method of sample analysis and apparatus therefor |
| US20090145576A1 (en) * | 2005-08-11 | 2009-06-11 | Eksigent Technologies, Llc | Microfluid based apparatus and method for thermal regulation and noise reduction |
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| DE102012220558A1 (de) | 2012-11-12 | 2014-05-15 | Tilmann Rogge | Thermo-rheologisches Ventil, Durchflussregler und Dosiervorrichtung |
| US10100729B2 (en) * | 2015-01-19 | 2018-10-16 | Hamilton Sundstrand Corporation | Cooling device for electro-pneumatic controller |
| US10864520B2 (en) | 2015-07-22 | 2020-12-15 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Fluidic devices with freeze-thaw valves with ice-nucleating agents and related methods of operation and analysis |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4203472A (en) * | 1978-06-20 | 1980-05-20 | Dulaney Burrell C | Device for stopping fluid flow from a pipe |
| JPH0814337B2 (ja) * | 1988-11-11 | 1996-02-14 | 株式会社日立製作所 | 流体自体の相変化を利用した流路の開閉制御弁及び開閉制御方法 |
-
1990
- 1990-03-09 JP JP2056373A patent/JP3028826B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-03-11 US US07/667,664 patent/US5101848A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03259726A (ja) | 1991-11-19 |
| US5101848A (en) | 1992-04-07 |
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