JP5170464B2 - ガスクロマトグラフ - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ制御されたガスクロマトグラフに関する。

ガスクロマトグラフは分析用のカラムを収容してこれを分析所定の温度に加熱制御するオーブンを有する。オーブンはヒータを備え、温度調節器によりこのヒータへの供給電力が制御される。また、オーブンは冷却のため内部の熱気を排出する排気口と、外部の冷気を取り込む給気口とが設けられ（以下、これらを一括して給排気口と記す）、それぞれ開閉式の扉（以下、フラップと記す）を備え、パルスモータ等によりその開度が制御される（例えば、特許文献１参照）。

オーブンの温度は一般に室温付近から４００℃程度まで制御可能であるが、５０℃程度以上の温度域では給排気口をほぼ閉じた状態で制御され、それ以下の室温近辺の温度域ではフラップを適度に開いて温度制御を行う。また、高温での分析後、次の分析に備えてオーブン温度を下げるときはフラップを全開する。

フラップの開閉制御は一般にオープンループ制御であり、特許文献１にも記されているようにパルスモータ特有のバックラッシュの問題もあって、フラップの開閉を繰り返すうちにフラップの位置ずれが生じ、フラップが閉じるべきときに僅かに隙間が開いた状態が生じ、熱漏れが増加することがある。しかし、その状態でも、温度調節器が自動的にヒータ電力を増加させることにより設定温度が維持され、分析は支障なく行われることが多い。

但し、設定温度が高温（例えば３００℃以上）である場合にフラップが完全に閉じていないと、熱漏れのため設定温度まで昇温できないとか、設定温度に到達するまで非常に長時間を要する等の問題が起こる。こうした事態に対処するため、所定時間内に設定温度に達しない場合は、フラップが閉じていないと判断して警報を発する仕組みを備えた装置もある。

特開２００２−１３９４８３号公報

上述の如くフラップが完全に閉じていなくても、その程度が甚だしくない場合は分析遂行に殆ど支障がないので、オペレータもこれに気付かずそのまま分析を続けていることが多いのが実情である。しかし、この状態は、正常な場合に比べて消費電力が大きいので、運転コストが増大するばかりでなく、地球環境問題も絡めてエネルギー節減が求められる昨今の情勢に照らしても好ましいことではない。

フラップを完全に閉ざすために、従来からフラップを強制閉止する手段が用意されている。これは「初期化」とも呼ばれる操作であって、フラップを駆動するパルスモータに、フラップが完全に閉じてパルスモータが負荷の増大により脱調を起こすまで駆動パルスを送り続ける方法である。この操作により、機構的不具合がない限りフラップを完全に閉ざすことは可能であるが、フラップが閉じているかどうかをチェックする手段が無いことが問題であった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、オーブンの給排気口が閉じているか否かを簡単にチェックできる手段を備えたガスクロマトグラフを提供し、以てエネルギー節減の一助とすることを目的とする。

本発明になるガスクロマトグラフは上記課題を解決するために、ヒータの電力を実測する手段と、予め定めた前記ヒータの標準消費電力を設定温度の関数として記憶する記憶手段と、任意の設定温度における前記ヒータの電力の実測値と前記関数から求められる当該設定温度における標準消費電力とを比較して前者が後者を所定の超過限度を超えて上回るときは前記フラップの閉止不全と判定するフラップ閉止チェック手段を備えて構成される。

本発明は上記のように構成されているので、オペレータはフラップが閉じていないことを適時に掌握して、フラップの開閉を正常化するための手立てを講ずることが可能となり、これにより電力の浪費を抑えることができる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 ヒータの標準消費電力の一例をグラフ化した図である。 フラップ閉止チェックの動作過程を示すフロー図である。

図１に、本発明の一実施例であるガスクロマトグラフの構成のうち、特に本発明に直接関わる部分のみをブロック図で示す。
同図において、１はオーブンであって、その内部にカラム１１が収容され、ヒータ１２で分析所定の温度に加熱される。オーブン１の背面には給排気口を開閉する扉であるフラップ１３が設けられ、フラップ駆動モータ１４で開閉される。なお、実際にはフラップ１３は、前述の通り給気用と排気用がそれぞれ設けられるが、この図では便宜上１個のフラップ１３で代表させてある。

２はこのガスクロマトグラフをコントロールする制御部であって、内蔵または外付のコンピュータで構成される。温度制御部２１は、前述したヒータ１２に供給する電力を制御してオーブン１の温度を所定値に保つ。フラップ制御部２２は、温度制御部２１からの信号を受けてフラップ駆動モータ１４に駆動パルスを送ることでフラップ１３の開度を調節する。ヒータ電力測定手段２３は、ヒータ１２に流れる電流を測定し、その電流値と既知のヒータ１２の抵抗値からオームの法則によりヒータ１２で消費される電力を算出する。

ヒータ１２の消費電力については、フラップ１３の開閉制御が正常に行われている場合の標準的な値（標準消費電力）が予め設定温度のいくつかのポイントで実験的に定められている。その一例を図２に示す。同図は、横軸にオーブン１の設定温度、縦軸にヒータ１２の消費電力をとった座標上に、一例として或るガスクロマトグラフ機種について実験的に定めた標準消費電力をプロットし、さらにプロットした各点間を直線で結んで補間したグラフである。

各点間を結ぶ直線は一次関数で表わすことができる。例えば、図２における１００℃から１５０℃までの区間では、標準消費電力Ｐは設定温度ｔの関数として
Ｐ＝１．２ｔ＋５０
と表わされ、その他の区間についても同様に関数化できる。以下、こうして関数化された全ての温度区間の関数を総合して、Ｐ（ｔ）と表記する。
この関数Ｐ（ｔ）は、記憶手段２４に記憶されているので、これを呼び出すことにより任意の設定温度Ｔａにおける標準消費電力Ｐａを求めることができる。

フラップ閉止チェック手段２５は、上記したオーブン１の設定温度ｔ、その温度におけるヒータ１２の消費電力Ｐｍ、及び関数Ｐ（ｔ）を用いてフラップ１３の閉止チェックを行う。以下、その動作を図３に基づき順を追って説明する。
図３は、フラップ閉止チェックの動作過程を示すフロー図である。
（１）オーブン温度が或る設定温度Ｔａで安定している状態で、フラップ閉止チェックコマンドを実行させる。
（２）このオーブンの設定温度Ｔａにおけるヒータ１２の消費電力Ｐｍを測定する。
（３）記憶手段２４に記憶されている関数Ｐ（ｔ）を用いて設定温度Ｔａにおける標準消費電力Ｐａを算出する。

（４）上記のＰｍとＰａを比較し、Ｐｍ-Ｐａ＞Ｋであればフラップ閉止不全として、フラップ初期化（フラップの強制閉止）信号を発し、フラップ制御部２２を介してフラップ１３の強制閉止を試みる。
（５）ここで、Ｋは消費電力の超過限度であって、例えば、Ｐａの１０％と定める。
再度、ヒータ１２の消費電力Ｐｍ´を測定し、Ｐｍ´とＰａを比較し、なおもＰｍ´-Ｐａ＞Ｋであれば、フラップ閉止不能、即ちフラップ開閉システムに何らかの故障ありと判断して警報表示する。
（６）上記（４）または（５）における比較の結果、Ｐｍ（またはＰｍ´）-Ｐａ＜Ｋであれば、フラップ１３の位置は正常と判断してその旨をランプ等で表示し、チェックを終了する。

なお、より簡略化された手順として、上記（４）の段階で初期化信号を出さずに、図３に点線で示すように、直ちに警報を表示する構成でもよい。この場合、警報に従ってオペレータが手動で初期化を行い、また必要なメンテナンスを行えばよい。

本発明はガスクロマトグラフに利用できる。

１ オーブン
２ 制御部
１１ カラム
１２ ヒータ
１３ フラップ
１４ フラップ駆動モータ
２１ 温度制御部
２２ フラップ制御部
２３ ヒータ電力測定手段
２４ 記憶手段
２５ フラップ閉止チェック手段

Claims (2)

1. カラムを収容して設定温度に制御するオーブンと、該オーブンを加熱するための電力制御可能なヒータと、該オーブンの内外を連通する給排気口を開閉する開度制御可能なフラップとを備えて成るガスクロマトグラフにおいて、前記ヒータの消費電力を実測する手段と、予め定めた前記ヒータの標準消費電力を前記設定温度の関数として記憶する記憶手段と、任意の設定温度における前記ヒータの消費電力の実測値と前記関数から求められる当該設定温度における標準消費電力とを比較して前者が後者を所定の限度値を超えて上回るときは前記フラップの閉止不全と判定するフラップ閉止チェック手段を備えることを特徴とするガスクロマトグラフ。
2. 前記フラップ閉止チェック手段によりフラップの閉止不全と判定されたとき前記フラップを強制閉止させる手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のガスクロマトグラフ。

Images