JP6860089B2 - サンプル温調装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフなどの分析装置に用いられ、サンプルを冷却しながら温調するためのサンプル温調装置に関するものである。

液体クロマトグラフのオートサンプラには、分析対象のサンプルの変質等を防止するために、サンプルを収容したサンプルプレートを冷却して一定温度に維持する機能を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。本願では、このようなサンプルの温調機能を有するオートサンプラなどの装置を総じて「サンプル温調装置」と称する。

サンプルの冷却温調方式としては、特許文献１に示されているように、ペルチェ素子などの冷却素子が取り付けられた金属プレート上にサンプルを収容したサンプルプレートを載置して容器を直接的に冷却する直接冷却方式のほか、サンプルプレートを外気とは熱的に分離された空間（以下、温調空間という。）内に配置し、その温調空間内の空気をペルチェ素子などの冷却素子によって冷却する空気冷却方式が挙げられる。

直接冷却方式は、サンプルプレートを直接的に冷却するため、温調の応答速度が良好であるという利点がある一方で、サンプルプレートの下面側から局所的に冷却するため、サンプルプレートを均一に冷却することが難しいという問題もある。空気冷却方式は、温調の応答速度が直接冷却方式よりも劣る反面、サンプルプレートの配置されている温調空間内が全体的に冷却されるため、直接冷却方式に比べてサンプルプレートを均一に冷却することができる。

特開２０１６−１７６７４９号公報

冷却温調方式として空気冷却方式を採用した場合、温調空間からの冷気漏れによる結露の問題がある。温調空間は、断熱材などによって囲われることで外気と熱的に分離されるが、温調空間内へ配管や配線を引き込むための構造的な制約や装置サイズの制約などによって、断熱材の厚みを十分に確保できない部分が存在する。そのような部分から断熱材の外側へ漏れ出た冷気によって断熱材の表面温度が低下すると、特に高温多湿環境においては、断熱材の表面に結露が発生する虞がある。そのような結露水によって電気基板やバルブといった重要な部品が濡れてしまうと、電気基板の故障やバルブの錆びを引き起こし、装置の重大な故障の原因となり得る。

そこで、本発明は、温調空間から流出する冷気に起因した結露を防止できる構造を提供することを目的とするものである。

本発明に係るサンプル温調装置は、サンプルを内部に収容して前記サンプルの温調を行なうための温調空間と、前記温調空間内が外気と熱的に分離されるように前記温調空間の周囲を囲う断熱層と、前記温調空間内を冷却するための冷却部と、前記断熱層の外面のうち少なくとも一部の面を覆う伝熱板と、前記伝熱板の表面で結露が発生しないように前記伝熱板を加熱するためのヒータと、を備えている。

本発明では、温調空間を囲う断熱層の外面に伝熱板を配置し、その伝熱板をヒータで加熱することによって、温調空間から流出する冷気に起因した結露の発生を防止する。このような結露防止構造は、温調空間を囲う断熱層の外面全体で適用してもよいが、断熱層の外面の一部、すなわち、結露を発生させたくない部分及び／又は結露の発生しやすい部分にのみ適用してもよい。

本発明のサンプル温調装置は、前記伝熱板の外面を覆う外側断熱層をさらに備えていることが好ましい。そうすれば、伝熱板からの放熱量が低減されるので、ヒータによる伝熱板の加熱効率が向上し、より小さいヒータ出力で結露の発生を防止することができる。

より好ましい本発明の実施形態としては、前記伝熱板の表面温度を測定するための表面温度センサと、露点よりも高い目標温度を設定し、前記伝熱板の温度が前記目標温度になるように前記表面温度センサの出力に基づいて前記ヒータの出力を制御するように構成されたヒータ制御部と、を備えたものが挙げられる。

上記の場合、当該サンプル温調装置の外気の温度を測定するための外気温センサをさらに備え、前記ヒータ制御部は、前記伝熱板の温度が、前記外気温センサにより測定される外気の温度に基づいて前記目標温度を設定するように構成されていることが好ましい。結露は外気温との温度差が大きくなるほど発生しやすくなるため、伝熱板の目標温度を外気温に基づいて設定することによって、結露の発生をより確実に防止することができる。

上記の場合、前記ヒータ制御部は、前記目標温度を前記外気温センサにより測定される外気の温度と略同一の温度に設定するように構成されていることが好ましい。そうすれば、伝熱板を加熱するヒータの出力は断熱層から流出する冷気を打ち消すだけの大きさに調節されるため、最小限のヒータ出力で結露の発生を防止することができる。

本発明における前記冷却部の一例は、ペルチェ素子及びファンを備え、前記ペルチェ素子によって冷却された空気を前記温調空間内に配置された前記サンプルに向けて送風するように構成されたものである。

上記の場合、前記サンプルはサンプルプレートに保持された状態で前記温調空間の底面側に配置するようになっていてもよい。その場合、ペルチェ素子によって冷却された空気が温調空間の底面側を流れ、温調空間の底面側を覆う断熱層の外面で結露が発生しやすくなると考えらえるので、前記伝熱板を前記温調空間の底面側の断熱層を覆うように設けることが好ましい。

本発明に係るサンプル温調装置の一例は、液体クロマトグラフ用オートサンプラである。オートサンプラでは、温調空間を形成する板金や断熱層に、温調空間の内部へ配管や配線を引き込むための開口を設ける必要があり、そのような開口から温調空間内の冷気が流出する懸念がある。そのような開口が設けられる面に対して上述の結露防止構造を適用すれば、開口から流出する冷気に起因した結露の発生を効果的に防止することができる。

本発明のサンプル温調装置では、温調空間を囲う断熱層の外面に伝熱板を配置し、その伝熱板をヒータで加熱することにより、温調空間から流出する冷気に起因した結露の発生を防止することができる。このような結露防止構造は、断熱層の外面のうち結露の発生させたくない所望の面に適用することができるので、結露水による電子基板の故障やバルブ等の錆びを防ぐことができる。

サンプル温調装置の一実施例を示す概略断面構成図である。 同実施例の伝熱板の温調動作の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るサンプル温調装置の一実施例について説明する。

サンプル温調装置１は、板金などによって形成される板金４内に温調空間２を備えている。板金４の外周面は、後述する冷却部１２の放熱部分を除いて、例えばポリエチレン樹脂発泡材などからなる断熱層６によって覆われている。すなわち、冷却部１２が断熱層６によって外気と熱的に分離されている。

温調空間２内には、サンプルを保持したサンプルプレート１０がラック８に搭載された状態で設置される。サンプルプレート１０は、サンプルを収容した複数のバイアルを保持するものであってもよいし、サンプルを収容する複数のウエルが上面に設けられたものであってもよい。この実施例では、サンプルプレート１０を搭載したラック８が温調空間８内の底面側に設置されるようになっている。

温調空間２を形成する板金４の側壁に冷却部１２が取り付けられている。冷却部１２は、ペルチェ素子１４、ファン１６、吸熱フィン１８及び放熱フィン２０を備えている。ペルチェ素子１４は、吸熱側が温調空間２の内側、放熱側が温調空間２の外側に配置されるように設けられている。吸熱フィン１８はペルチェ素子１４の吸熱面に取り付けられ、放熱フィン２０はペルチェ素子１４の放熱面に取り付けられている。ファン１６は、ペルチェ素子１４によって冷却された空気をサンプルプレート１０へ向けて送風するように設けられている。

このサンプル温調装置１は、例えば液体クロマトグラフ用オートサンプラによって実現されるものである。サンプル温調装置１がオートサンプラである場合には、サンプルプレート１０によって保持されたサンプルを吸入するためのニードルやシリンジポンプ、ニードルを移動させるための駆動機構なども温調空間２内に設けられる。

温調空間２を囲っている断熱層６のうち底面側の断熱層６ａの外側（下側）に、熱伝導性の良好なアルミニウムなどの金属からなる伝熱板２２が設けられており、さらに伝熱板２２の表面が、例えばポリエチレン樹脂発泡材からなる外側断熱層２８によって覆われている。伝熱板２２には、ヒータ２４及び表面温度センサ２６が取り付けられている。ヒータ２４は伝熱板２２の表面温度が露点以下にならないように伝熱板２２を加熱するためのものであり、表面温度センサ２６は伝熱板２２の表面温度を測定するためのものである。

ヒータ２４の出力はヒータ制御部３０によって制御される。ヒータ制御部３０は、表面温度センサ２６によって測定される伝熱板２２の表面温度が目標温度になるように、ヒータ２４の出力を制御するように構成されている。ヒータ制御部３０は、例えばマイクロコンピュータなどの演算素子が所定のプログラムを実行することによって得られる機能である。

伝熱板２２の目標温度は、温調空間２の外側のいずれかの位置に設けられた外気温センサ３２によって測定される温調空間２の外側の温度（外気温）に基づいて、ヒータ制御部３０が設定する。目標温度の好ましい一例は、外気温センサ３２によって測定される外気温と略同一の温度であるが、本発明はこれに限定されず、伝熱板２２の表面において結露が発生しない程度に外気温よりも低い温度又は外気温よりも高い温度を目標温度として設定するように、ヒータ制御部３０が構成されていてもよい。

上記構造により、伝熱板２２の温度が露点以下にならないように制御されるため、底面側の断熱層６ａの外側で結露が発生しなくなる。このため、温調空間２内へ配管や配線を引き込むための開口を板金４の底面に設けた場合でも、その開口からの冷気の流出に起因する結露の発生を防止することができる。したがって、外側断熱層２８よりも下方へ結露水が滴下しないので、外側断熱層２８よりも下方の位置に電子回路やバルブ等の部品を配置することができる。

次に、図２のフローチャートを用いて、伝熱板２２の温度制御動作の一例について説明する。

ヒータ制御部３０を機能としてもつ電子回路には、表面温度センサ２６の信号と外気温センサ３２の信号が一定時間ごとに取り込まれる（ステップＳ１）。ヒータ制御部３０は、表面温度センサ２６の信号と外気温センサ３２の信号が取り込まれる度に、以下の動作を実行する。まず、外気温センサ３２によって測定された外気温に基づいて目標温度を設定する（ステップＳ２）。目標温度は、露点よりも高い温度であり、例えば外気温と略同一の温度である。目標温度を設定した後、その目標温度と表面温度センサ２６によって測定された伝熱板２２の表面温度との差分を求め（ステップＳ３）、伝熱板２２の表面温度を目標温度に近づけるように、差分値に基づいてヒータ２４の出力を調節する（ステップＳ４）。

なお、伝熱板２２の目標温度を外気温と同一の温度とする場合、ヒータ制御部３０は、外気温センサの信号と表面温度センサの信号との差分をとり、その差分値に基づいてヒータ２４の出力を調節するように構成されていてもよい。

以上において説明したサンプル温調装置１では、底面側の断熱層６ａの外側にのみ伝熱板２２、ヒータ２４、表面温度センサ２６及び外側断熱層２８からなる結露防止構造が設けられているが、このような結露防止構造は必要に応じて断熱層６の任意の面の外側に設けることができる。

また、外側断熱層２８はヒータ２４による伝熱板２２の加熱効率の向上を目的として設けられているものであり、結露を防止する観点からは必須の構成要件ではない。

１ サンプル温調装置
２ 温調空間
４ 板金
６，６ａ 断熱層
８ ラック
１０ サンプルプレート
１２ 冷却部
１４ ペルチェ素子
１６ ファン
１８ 吸熱フィン
２０ 放熱フィン
２２ 伝熱板
２４ ヒータ
２６ 表面温度センサ
２８ 外側断熱層
３０ ヒータ制御部
３２ 外気温センサ

Claims (8)

1. サンプルを内部に収容して前記サンプルの温調を行なうための温調空間と、
   前記温調空間内が外気と熱的に分離されるように前記温調空間の周囲を囲う断熱層と、
   冷却された空気を前記温調空間内に送風し、前記温調空間内を冷却するための冷却部と、
   前記断熱層の外面のうち少なくとも一部の面を覆う伝熱板と、
   前記伝熱板の表面で結露が発生しないように前記伝熱板を加熱するためのヒータと、を備えた分析装置用サンプル温調装置。
2. 前記伝熱板の外面を覆う外側断熱層をさらに備えている、請求項１に記載の分析装置用サンプル温調装置。
3. 前記伝熱板の表面温度を測定するための表面温度センサと、
   露点よりも高い目標温度を設定し、前記伝熱板の温度が前記目標温度になるように前記表面温度センサの出力に基づいて前記ヒータの出力を制御するように構成されたヒータ制御部と、を備えた請求項１又は２に記載の分析装置用サンプル温調装置。
4. 当該サンプル温調装置の外気の温度を測定するための外気温センサをさらに備え、
   前記ヒータ制御部は、前記外気温センサにより測定される外気の温度に基づいて前記目標温度を設定するように構成されている、請求項３に記載の分析装置用サンプル温調装置。
5. 前記ヒータ制御部は、前記目標温度を前記外気温センサにより測定される外気の温度と略同一の温度に設定するように構成されている、請求項４に記載の分析装置用サンプル温調装置。
6. 前記冷却部は、ペルチェ素子及びファンを備え、前記ペルチェ素子によって冷却された空気を前記温調空間内に配置された前記サンプルに向けて送風するように構成されたものである、請求項１から５のいずれか一項に記載の分析装置用サンプル温調装置。
7. 前記サンプルはサンプルプレートに保持された状態で前記温調空間の底面側に配置され、
   前記伝熱板は、前記温調空間の底面側の断熱層を覆うように設けられている、請求項６に記載の分析装置用サンプル温調装置。
8. 前記サンプル温調装置は液体クロマトグラフ用オートサンプラである、請求項１から７のいずれか一項に記載の分析装置用サンプル温調装置。
   

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