JP7031507B2 - サンプル温調機能を備えた装置 - Google Patents

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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サンプル温調機能を備えた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調節する機能を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
サンプルの冷却温調方式には、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保持したサンプルプレートを配置して容器を直接的に冷却する直接冷却方式（特許文献１参照。）と、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と、がある。
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。
また、サンプル温調機能を備えたオートサンプラなどの装置では、一般的に、温調空間内にサンプルを設置するために引き出し式のサンプルラックが採用されている。引き出し式のサンプルラックは、サンプルを保持したサンプルプレートを搭載した状態のサンプルラックを筐体側面に設けられたラック挿入口から温調空間内に挿入するだけでよいため、温調空間へのサンプルの設置作業が容易である。
特開２０１６－１７６７４９号公報
引き出し式のサンプルラックは、サンプルラックを所定の位置まで押し込んだときにラック挿入口がサンプルラックの取っ手部によって封止され、それによって温調空間の断熱密閉性が保たれるようになっている。一方で、サンプルラックを温調空間から引き出すとラック挿入口が開放された状態となり、ラック挿入口から外気が流入する。ラック挿入口から流入した空気の露点温度が温調空間内の部品の温度よりも高い場合には、その部品の表面や内部に結露が発生し、金属部品が錆びて動作不良を起こしたり、電子部品がショートしたりするなどの問題が生じる虞がある。
上記の問題は温調方式として空気冷却方式を採用した場合に顕著である。空気冷却方式では温調空間内全体が冷却されるため、外気が流入すると結露が発生しやすい。
そこで、本発明は、サンプルラックを引き出したときのラック挿入口からの外気の流入を抑制することを目的とするものである。
本発明に係る装置は、基本構成として、筐体、温調空間、及び空気温調部を備えている。前記筐体は、引き出し式のサンプルラックの出し入れを行なうためのラック挿入口を一側面に有する。前記温調空間は、前記筐体の内部に設けられ、前記ラック挿入口から挿入されたサンプルラックを収容して当該サンプルラックに搭載されたサンプルの温調を行なうための空間である。前記空気温調部は、前記温調空間内の空気を吸気するための吸気部、前記前記吸気部から取り込まれた空気を前記温調空間に収容された前記サンプルラックへ向かって送風するためのファン、及び前記吸気部から吸気された空気の経路上で当該空気を冷却するように設けられた冷却素子を有するものである。
サンプルラックを引き出したときのラック挿入口からの外気の流入を抑制するための本発明による第１のアプローチは、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出されたときに前記ラック挿入口付近を流れる空気の量を、前記サンプルラックが前記温調空間に収容されているときよりも少なくし、前記ラック挿入口を介した空気の流入を抑制するように、前記空気温調部を構成することである。
上記第１のアプローチの好ましい第１の実施態様は、前記空気温調部は、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出されたときにのみ、前記送風部から送風される空気を前記ラック挿入口よりも高い位置へ上昇させるように機能する上昇ガイドを備えている。サンプルラックが温調空間から引き出されたときに、冷却された空気がラック挿入口の設けられている高さよりも高い位置へ上昇させられるので、サンプルラックが温調空間から引き出されたときに空気温調部で冷却された空気がラック挿入口の付近を流れないようになり、ラック挿入口を介した空気の流出入が抑制される。
上記態様の一例は、前記空気温調部が、前記サンプルラックが前記温調空間に挿入されている状態において、前記サンプルラックの下面と前記温調空間の床面との間に形成された隙間に冷却された空気を送風し、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出された状態において、前記ラック挿入口よりも高い位置に冷却された空気を送風するように構成されているものである。
上記の態様は、前記サンプルラックは前記空気温調部側の端部に導風板を有し、前記空気温調部は前記ファンの送風口側にフードを有し、前記サンプルラックが前記温調空間に挿入されている状態において、前記フードと前記導風板とが当接することによって、前記ファンからの空気を前記サンプルラックの下面と前記温調空間の床面との間に形成された隙間へ導くための経路が形成され、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出された状態において、前記フードと前記導風板とが離間することによって、前記ファンからの空気を前記上昇ガイドによって上方向へ導くための経路が形成されるように構成することで実現することができる。
本発明の第１のアプローチの好ましい第２の実施態様は、前記空気温調部の前記ファンの動作制御を行なうための風量制御部であって、前記サンプルラックが前記収容空間から引き出されたときの前記ファンの風量を、前記サンプルラックが前記温調空間に収容されているときよりも低減させるように構成されている風量制御部を備えたものである。サンプルラックが収容空間から引き出されたときにファンの風量を小さくすれば、温調空間の全体における空気の流れが小さくなるため、結果として、ラック挿入口を介した空気の流出入が抑制される。
なお、上記第１の実施態様及び第２の実施態様は、互いに組み合わせることができ、その相乗効果によって温調空間への外気の流入を抑制する効果をより高めることができる。
サンプルラックを引き出したときのラック挿入口からの外気の流入を抑制するための本発明による第２のアプローチは、温調空間内を冷却された空気によって加圧し、サンプルラックが温調空間から引き出されても、ラック挿入口から温調空間内へ外気が流入しにくい環境を形成することである。
上記第２のアプローチは、装置が、前記温調空間外の空気を略直接的に前記空気温調部の前記吸気部へ導くための外気取込部を備え、前記外気取込部から導入された空気の圧力により前記ラック挿入口を介した空気の流入を抑制するように構成することによって実現することができる。このような外気取込部を設けることで、温調空間内が加圧された状態となってラック挿入口からの外気の流入が抑制される。また、外気取込部から取り込まれた外気は略直接的に空気温調部に取り込まれ、冷却素子によって冷却及び除湿がなされるため、外気取込部から流入する外気に起因して温調空間内に結露が発生することはない。
上述した本発明の第１のアプローチと第２のアプローチは互いに組み合わて実施することができ、組み合わせることによってラック挿入口からの外気の流入を抑制する効果を向上させることができる。
本発明は、液体クロマトグラフ用のオートサンプラに適用することができる。
本発明の第１のアプローチでは、サンプルラックが温調空間から引き出されたときにラック挿入口付近を流れる空気の量が、サンプルラックが温調空間に収容されているときよりも少なくなるので、ラック挿入口を介した空気の流出入が抑制される。これにより、温調空間内における結露の発生が抑制される。
本発明の第２のアプローチでは、温調空間外の空気を略直接的に空気温調部の吸気部へ導くための外気取込部を備えることで、温調空間内が加圧された状態となってラック挿入口からの外気の流入が抑制される。
サンプル温調機能を備えた装置の一実施例を示す概略断面構成図である。 同実施例においてサンプルラックが引き出されたときの温調空間内の空気の流れを説明するための断面図である。 サンプル温調機能を備えた装置の変形例を示す概略断面構成図である。 同変形例においてサンプルラックが引き出されたときの温調空間内の空気の流れを説明するための断面図である。 空気温調部のファンの風量の制御動作を説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る装置の一実施例について説明する。
図１に示されているように、装置１は、筐体２の内部に温調空間４を備えている。温調空間４は板金６によって画され、その板金６の外周面が空気温調部１６の設けられている背面側（図１において右側）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８によって覆われている。
サンプルを保持したサンプルプレート１０は、サンプルラック１２に搭載された状態で温調空間４の底部に設置される。なお、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。筐体２の一側面である正面側（図１において左側）に、サンプルラック１２を先端側から挿入して温調空間４内に収容するための開口であるラック挿入口１４が設けられている。
サンプルラック１２の基端にはサンプルラック１２を保持するための取っ手部１２ａが設けられている。取っ手部１２ａのサンプルラック先端側面（図において右側の面）の周縁部にパッキンが取り付けられており、サンプルラック１２が先端側から温調空間内４へ挿入されたときに取っ手部１２ａのパッキンがラック挿入口１４の縁と当接し、ラック挿入口１４の密閉性が保たれるようになっている。
また、サンプルラック１２は、温調空間４の床面との間に隙間３２をもって温調空間４内に配置される。サンプルラック１２の先端部には導風板１２ｂが設けられている。導風板１２ｂは、例えばサンプルラック１２の先端から鉛直上方へ延びるように設けられている。導風板１２ｂは、後述するフード２４とともに冷却された空気をサンプルラック１２の下面と温調空間４の底面との間の隙間３２へ導くためのものである。サンプルラック１２の基端側に、サンプルラック１２と温調空間４の床面との間の隙間３２を流れる空気を上方へ抜けさせるための開口１２ｃが設けられている。
筐体２の背面側に空気温調部１６が設けられている。空気温調部１６は、冷却素子であるペルチェ素子１８、ファン２０、吸気部２２、フード２４、上昇ガイド２６、放熱フィン２８及び吸熱フィン３０を備えている。空気温調部１６は、温調空間４内の空気を吸気部２２から吸気してペルチェ素子１８で冷却し、温調空間４内のサンプルプレート１２へ向かって冷却された空気を送風するためのものである。
ペルチェ素子１８は、吸熱側が温調空間４の内側、放熱側が温調空間４の外側に配置されるように設けられている。吸熱フィン３０はペルチェ素子１８の吸熱面に取り付けられ、放熱フィン２８はペルチェ素子１８の放熱面に取り付けられている。ファン２０は温調空間４内の下部において筐体２の正面側へ向けて空気を送風するように設けられている。吸気部２２は、温調空間４内の吸気部近傍に設けられた吸気用の開口である。
ファン２０の送風口側にフード２４と上昇ガイド２６が設けられている。フード２４は、温調空間４内に収容されたサンプルラック１２の導風板１２ｂとともに、ファン２０によって送風される空気をサンプルラック１２の下面と温調空間４の床面との間の隙間３２へ導くように設けられている。上昇ガイド２６は、サンプルラック引出し時にファン２０によって送風される空気を温調空間４内の上部、すなわちラック挿入口１４が設けられている高さよりも上方へ導くように設けられている。
サンプルラック１２が温調空間４内に収容されているときは、導風板１２ｂとフード２４によって上方へ向かう空気の流れが遮断されるので、上昇ガイド２６は機能しない。そのため、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されている状態では、図１において矢印で示されているように、吸気部２２から吸気されてペルチェ素子１８により冷却された空気は、サンプルラック１２の下面と温調空間４の床面との間の隙間３２を流れてサンプルラック１２の開口部１２ｃから上方へ抜け、再び吸気部２２から吸気されるという循環経路をとる。
一方で、図２に示されているように、サンプルラック１２が温調空間４から引き出されたときは上昇ガイド２６が機能する。ファン２０によって送風される空気は上昇ガイド２６によって温調空間４内の上部へ上昇し、再び吸気部２２から吸気されるという循環経路をとる。これにより、ラック挿入口１４の付近における空気の流れが小さくなり、ラック挿入口１４を介した空気の流出入が抑制される。
なお、図１及び図２に示した実施例では、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されているときに、ファン２０によって送風される空気がサンプルラック１２の下面と温調空間４の床面との間の隙間３２を流れるように構成されているが、本発明はこのような構成に限定されず、冷却された空気がサンプルラック１２に沿って流れるような構成であればいかなる構成であってもよい。
図３及び図４は、冷却された空気をサンプルラック１２に沿って流すための構成の変形例であり、図１及び図２の構成に代えて図３及び図４の構成を採用してもよい。
図３及び図４の変形例では、サンプルラック１２のサンプルプレート１０の上方にカバー１２ｄが取り付けられており、サンプルラック１２の底板とカバー１２ｄとの間に空気が流れる空間４０が形成されている。なお、カバー１２ｄには、例えばサンプルプレート１０に保持されたサンプルを採取するためのニードルを通過させるための貫通孔が設けられていてもよい。
ファン２０の送風口側には、図１及び図２の実施例と同様に、フード２４及び上昇ガイド２６が設けられている。フード２４は、温調空間４内に収容されたサンプルラック１２のカバー１２ｄの先端側端部と当接するように設けられており、ファン２０によって送風される空気を空間４０へ導くようになっている。サンプルラック１２が温調空間４内に収容されているときは、カバー１２ｄとフード２４によって上方へ向かう空気の流れが遮断されるので、上昇ガイド２６は機能しない。そのため、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されている状態では、図３において矢印で示されているように、吸気部２２から吸気されてペルチェ素子１８により冷却された空気は、空間４０内をカバー１２ｄの先端側から基端側へ流れてから上方へ抜け、再び吸気部２２から吸気されるという循環経路をとる。
一方で、図４に示されているように、サンプルラック１２が温調空間４から引き出されたときは上昇ガイド２６が機能する。ファン２０によって送風される空気は上昇ガイド２６によって温調空間４内の上部へ上昇し、再び吸気部２２から吸気されるという循環経路をとる。これにより、ラック挿入口１４の付近における空気の流れが小さくなり、ラック挿入口１４を介した空気の流出入が抑制される。
図１に戻って説明を続けると、空気温調部１６の吸気部２２の近傍に通気口３４が設けられている。通気口３４は外気を吸気部２２へ略直接的に導くための外気取込部を構成するものである。通気口３４が設けられていることにより、空気温調部１６の吸気部２２に外気が取り込まれ、それによって温調空間４内が加圧される。温調空間４内が加圧されることで、サンプルラック１２が引き出されてラック挿入口１４が開放されたときに、ラック挿入口１４からの外気の流入が抑制される。通気口３４から流入した外気は略直接的に空気温調部１６に取り込まれてペルチェ素子１８によって冷却及び除湿がなされるため、通気口３４からの流入空気に起因して温調空間４内で結露が発生することはない。
また、ファン２０の風量を制御するための風量制御部３８が設けられている。風量制御部３８はプログラムがマイクロコンピュータなどの演算素子によって実行されることによって得られる機能であり、例えば装置１の動作管理を行なうために当該装置１に搭載された制御回路基板によって実現される。
風量制御部３８は、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されている場合と収容されていない場合とでファン２０の回転速度を変化させるように構成されている。具体的には、風量制御部３８は、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されている場合には予め設定された第１の回転数でファン２０を駆動し、サンプルラック１２が温調空間４から引き出された場合には第１の回転数よりも小さい第２の回転数でファン２０を駆動する。これにより、ラック挿入口１４が開放されているときの温調空間４内の空気の流れが小さくなり、ラック挿入口１４を介した空気の流出入が抑制される。
温調空間４内にサンプルラック１２が収容されているか否かは、例えば光学的なセンサを用いて検知することができる。この実施例では、温調空間４の底面側にラックセンサ３６が埋設されている。風量制御部３８は、ラックセンサ３６からのセンサ信号に基づき、温調空間４内にサンプルラック１２が収容されているか否かを検知してファン２０の風量を制御するように構成されている。なお、ラックセンサ３６は、サンプルラック１２が所定位置に設置されているか否かを検知できるものであればいかなるセンサであってもよく、またいかなる位置に設けられていてもよい。
風量制御部３８によるファン２０の回転数制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。
風量制御部３８は一定時間ごとにラックセンサ３６からの信号を読み取り（ステップＳ１）、温調空間４内の所定の位置にサンプルラック１２が設置されているか否かを検知する（ステップＳ２）。風量制御部３８は、サンプルラック１２が温調空間４内の所定の位置に設置されている場合には、予め設定された第１の回転数（通常回転数）でファン２０を駆動する（ステップＳ３）。一方で、サンプルラック１２が温調空間４内の所定の位置に設置されていない場合、すなわち、サンプルラック１２が温調空間４から引き出されている場合には第２の回転数（低回転数）でファン２０を駆動する（ステップＳ４）。
なお、以上において説明した実施例では、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されている場合と収容されていない場合とで空気の循環経路を変化させる機能（機能１）、サンプルラック１２が温調空間４内に収容されている場合と収容されていない場合とでファン２０の風量を変化させる機能（機能２）、及び外気を略直接的に空気温調部１６へ取り込んで温調空間４内を加圧する機能（機能３）のすべての機能を備えた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの機能１－３のうちいずれか１つ又は２つの機能のみを備えたものであってもよい。
また、以上において説明した実施例の装置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。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４内に設けられる。
１ 装置
２ 筐体
４ 温調空間
６ 板金
８ 断熱層
１０ サンプルラック
１２ サンプルプレート
１４ ラック挿入部
１６ 空気温調部
１８ ペルチェ素子
２０ ファン
２２ 吸気部
２４ フード
２６ 上昇ガイド
２８ 放熱フィン
３０ 吸熱フィン
３２ 温調空間の床面とサンプルラックとの間の隙間
３４ 通気口（外気取込部）
３６ ラックセンサ
３８ 風量制御部
４０ サンプルラックとカバーとの間の空間

Claims (6)

  1. 引き出し式のサンプルラックの出し入れを行なうためのラック挿入口を一側面に有する筐体と、
    前記筐体の内部に設けられ、前記ラック挿入口から挿入されたサンプルラックを収容して当該サンプルラックに搭載されたサンプルの温調を行なうための温調空間と、
    前記温調空間内の空気を吸気するための吸気部、前記吸気部から取り込まれた空気を前記温調空間に収容された前記サンプルラックへ向かって送風するためのファン、及び前記吸気部から吸気された空気の経路上で当該空気を冷却するように設けられた冷却素子を有する空気温調部と、を備え、
    前記空気温調部は、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出されたときに前記ラック挿入口付近を流れる空気の量を、前記サンプルラックが前記温調空間に収容されているときよりも少なくし、前記ラック挿入口を介した空気の流入を抑制するように構成されており、
    前記空気温調部は、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出されたときにのみ、前記ファンから送風される空気を前記ラック挿入口よりも高い位置へ上昇させるように機能する上昇ガイドを備えている、装置。
  2. 前記空気温調部は、前記サンプルラックが前記温調空間に挿入されている状態において、前記サンプルラックの下面と前記温調空間の床面との間に形成された隙間に冷却された空気を送風し、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出された状態において、前記ラック挿入口よりも高い位置に冷却された空気を送風するように構成されている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記サンプルラックは前記空気温調部側の端部に導風板を有し、
    前記空気温調部は前記ファンの送風口側にフードを有し、
    前記サンプルラックが前記温調空間に挿入されている状態において、前記フードと前記導風板とが当接することによって、前記ファンからの空気を前記サンプルラックの下面と前記温調空間の床面との間に形成された隙間へ導くための経路が形成され、
    前記サンプルラックが前記温調空間から引き出された状態において、前記フードと前記導風板とが離間することによって、前記ファンからの空気を前記上昇ガイドによって上方向へ導くための経路が形成されるように構成されている、請求項２に記載の装置。
  4. 前記空気温調部の前記ファンの動作制御を行なうための風量制御部であって、前記サンプルラックが前記温調空間から引き出されたときの前記ファンの風量を、前記サンプルラックが前記温調空間に収容されているときよりも低減させるように構成されている風量制御部を備えている、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
  5. 前記温調空間外の空気を前記空気温調部の前記吸気部へ導くための外気取込部をさらに備えている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記装置は液体クロマトグラフ用のオートサンプラである、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
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