JPH0156377B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱を発生する液体の熱量測定装置、特
にその検出部（calorimetry probe）に関する。

培養あるいは発酵過程を連続的に制御するのに
普通用いられるパラメータはいくつかあるが、そ
れぞれに特別な制限があるため、これらのパラメ
ータを一般的に適用する可能性は少ない。例え
ば、パラメータの一つとしての濁度の測定は、細
胞濃度が高いと測定結果が不確実であり、さらに
その測定は培養過程中に変化する栄養媒体の濁度
によつて影響を受ける。また溶解した酵素の測定
は好気性菌培養においてある限定された期間中の
み正しい情報を与えるにすぎない。さらに、アル
カリや酸素の消費あるいは一酸化炭素の生成の測
定は、いずれもある種の情報を与えるが、その測
定結果は菌の生育に直接関係はなく、異つた生育
条件の下では著しく変化する。

培養あるいは発酵過程の連続監視に好適な方法
としては熱量測定法がある。熱量の直接測定は、
特に培養過程中に急速な新陳代謝の変化が生じる
場合は例えば乾燥細胞の重量測定あるいは濁度制
定よりも優れた方法である。培養菌による熱の発
生は、エネルギー代謝に直接関係するから、熱量
測定法による測定は好気性菌によるプロセスだけ
でなく嫌気性菌によるプロセスにも適用すること
ができる。

熱量測定法を工業的に適用するためにはその測
定を種々の異なる容積の反応タンク内で行なえる
ことが必要である。大きい発酵タンクの場合、発
酵による発熱量を、そのタンクを冷却することに
よりタンクの温度を一定に維持することによつて
間接的に測定することもできる。しかし、この測
定方法は制御の目的のために用いるには非常に粗
雑でしかも時間がかかりすぎる欠点がある。

被測定体を一定の流路に貫流させその間の発熱
量を測定する流通式熱量測定法（flow
calorimetry）は微生物系に適用した場合多くの
利点があるが、またある種の欠点もある。実質的
な利点は、流通式熱量計は非常に精密な測定がで
きるように設計することができ、かつ測定結果が
培養タンクの容積によつては影響されないことで
ある。一方その欠点は、培養菌を測定セルに移送
する間にその新陳代謝が変化し、従つてその発熱
量が変化することがありうることである。

測定セルへの移送による影響を少なくするため
に、非常に短い流路を有する熱量計を用いること
が望まれる。しかし市場で入手できるこの種の熱
量計は、測定セルの前後に配備された熱交換器で
正確な調節を要するために、通常非常に長い流路
を有している。この種の熱量計の一例としては、
例えばスウエーデン特許第329025号に記載された
ものがある。

本発明の目的は、測定されるべき発熱液体中に
浸漬され周囲の液体をヒートシンク（heat sink）
として利用するとももに、被測定液体が貫流され
る測定流路を断熱空間で包囲することによつて流
路内からの熱の消散と外部からの妨害を阻止し、、
短い測定流路によつて安定した正確な熱量測定を
行なうことができる熱量測定装置、特にその検出
部を提供するにある。

以下図面の実施例に従つて本発明を詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例の断面図であつて、
この検出部は液体タンク（図示略）に浸漬される
ようになつている。１は管で、タンク内のまわり
の液体がこの管の中を例えばポンプ（図示略）に
よつて流通せしめられるようになつている。

管１は、例えばステンレススチールからなる保
護カバー６によつて包囲されている。このカバー
内には、二つの温度測定手段、例えば熱電素子
（thermoelement）２，３が管１内の液体の流れ
の方向の上流側と下流側の二個所において管１の
外側に接触配備されている。そして、熱電素子の
それぞれの一方側が管１の外側に接続され、反対
側が管１を取囲むアルミニユームシリンダ４の内
面に接続されている。シリンダ４はカバー６とは
接続されているが、管１との間には狭い断熱空間
５が残されている。

二つの熱電素子２，３は差動増幅器７に接続さ
れ、この増幅器の出力は記録装置８に接続されて
いる。

上述の熱量測定装置は次のように動作する。培
養液体が、管１内に下方から流入され、第１の熱
電素子２によつてこの液体とアルミニユームシリ
ンダ４の間の温度差が測定される。この液体は管
１内を流れていくが、第１熱電素子２を通過した
あとは、管１とシリンダ４との間の空間５によつ
て周囲から熱的に絶縁されている。従つて微生物
によつて発生された熱は消散されずに管１内の液
体の温度を上昇させる。そして第２の熱電素子に
よつてこの液体とシリンダー４の間の温度差が再
び測定される。

二つの熱電素子２，３からの測定信号は差動増
幅器７によつて比較される。これらの測定信号の
差は二つの測定点間を通過する間の管１内の液体
の温度上昇、従つて微生物の活動を表わす。

この場合問題となるのは、タンク内の液体の全
体にわたつて温度を均一に維持することができず
かつ液体全体の温度がいくぶん変化することであ
る。このために記録曲線はその平均値を中心とし
て変動する。従つて記録の評価が困難となり、急
激な変動を補正する信号処理が必要である。この
ような信号処理は、本発明の装置においては次の
三つの方法のいずれかを用い、熱電素子２，３か
らの測定信号の処理回路（図示省略）を適当に構
成することによつて可能である。

１ 低域ろ波（low pass filtration） この方法の欠点は単一の大きな妨害
（disturbance）が長時間記録に影響を及ぼすこ
とである。

２ 第１の測定点からの信号を、液体が第１の測
定点から第２の測定点まで移動するのに要する
時間と同じ時間だけ遅延させる方法。

この方法によれば、第１測定点における妨害
が第２測定点における等価な妨害によつて補正
される。

３ 循環積分（cyclical integration） 積分は予定された期間行われる。各期間の終
りにおける積分値が記憶装置に送られ、そのレ
ベルが記録される。

液体の温度変動を補償する他の方法は、第２図
に示す構成によつても行うことができる。第２図
において第１図と共通の参照数字は対応する部品
を示す。第２図では厚いアルミニユームシリンダ
４の代りに薄い管９を使用している。この管は例
えば銀のような熱容量が小さく、熱伝導率が大き
い材料から作られている。この管は、その一部す
なわち管９と保護カバー６の間に配備された接触
リング１０の部分を除いて、全表面にわたつて包
囲する保護カバーから熱的に絶縁されている。

第２図に示した実施例の利点は、接触リング１
０を変位自在にしておけば、このリングを調節す
ることにより周囲の液体の温度変化が両測定点に
同時に達するようにすることができる点である。
さらに温度妨害が外側カバーのどの部分に生じた
かに関係なく両測定点が同時に影響を受けるの
で、これによつて測定結果が影響されることはな
い。

本発明によれば、測定対象の液体が貫流せしめ
られる管１を断熱空間５で包囲したので、管内の
液体中に発生した熱は外部へ消散されず、また管
内の液体は外部から熱的影響を受けることがな
く、短い測定流路によつて発熱量の測定を正確に
行なうことができる。

さらに、二つの熱電素子２，３のそれぞれの一
端に熱容量の大きな単一のシリンダー４を熱的に
接触配置することにより、両熱電素子２，３に実
質上同一の安定した基準温度を与えることができ
安定した正確な測定が可能となる。

また、二つの熱電素子２，３のそれぞれの一端
に熱伝導率の高い管９を熱的に接触配置するとと
ももに、周囲の液体からの熱をこの管９の一局所
で受けこの熱を実質上同時に両熱電素子２，３に
伝えるように構成することにより、周囲の液体に
温度変化または局所的温度差が生じても、両熱電
素子の基準温度に差を生ぜしめめることがなく安
定した正確な測定が可能となる。

以下本発明の態様を要約例示する。

(1) 熱を発生する被検液体中にこの液体と熱交換
可能に浸漬される中空の保護カバーと、 この保護カバー内に配備され前記被検液体中
に浸漬される管と、 前記被検液体を前記管の一端から他端へ貫流
させるための手段と、 前記保護カバー内に配備され外面がこの保護
カバーに接触するとともに内面が前記管を断熱
空間を隔てて包囲する大きい熱容量を有する筒
と、 前記管の外面にこの管内の液体の流れの方向
の上流側および下流側の二個所においてのみ接
触せしめられるとともに、前記筒の内面に接触
せしめられることによりこの筒を介して前記保
護カバーに熱的に接続された一対の熱電素子と
からなり、 前記熱を発生する被検液体中に浸漬された保
護カバーと前記被検液体が貫流する管との温度
差を前記二個所において測定することにより前
記管内を流れる液体の発熱量を測定するように
したことを特徴とする熱量測定装置。

(2) 熱を発生する被検液体中にこの液体と熱交換
可能に浸漬される中空の保護カバーと、 この保護カバー内に配備され前記被検液体中
に浸漬される第１の管と、 前記被検液体を前記第１の管の一端から他端
へ貫流させる手段と、 前記保護カバー内に配備され内面が前記第１
の管を断熱空間を隔てて包囲するとともに外面
が前記保護カバーに１個の接触リングのみを介
して接続された高い熱伝導率を有する第２の管
と、 前記第１の管の外面にこの管内の液体の流れ
の方向の上流側および下流側の二個所において
のみ接触せしめられるとともに、前記第２の管
の内面に前記二個所に対応する二個所において
のみ接触せしめられることにより前記第２の管
および接触リングを介して前記保護カバーに熱
的に接続された一対の熱電素子とからなり、 前記熱を発生する被検液体中に浸漬された保
護カバーと前記被検液体が貫流する第１の管と
の温度差を前記二個所において測定することに
より前記第１の管内を流れる液体の発熱量を測
定するようにしたことを特徴とする熱量測定装
置。

(3) 前記接触リングが前記第２の管および保護カ
バーに沿つて変位可能である(2)項の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一の発明の実施例の概略構成図、第
２図は第二の発明の実施例の概略構成図である。 １……管、２，３……熱電素子、４……シリン
ダー、５……断熱空間、６……保護カバー、７…
…差動増幅器、８……記録装置、９……管、１０
……接触リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱を発生する被検液体中にこの液体と熱交換
   可能に浸漬される中空の保護カバーと、 この保護カバー内に配備され前記被検液体中に
   浸漬される管と、 前記被検液体を前記管の一端から他端へ貫流さ
   せるための手段と、 前記保護カバー内に配備され外面がこの保護カ
   バーに接触するとともに内面が前記管を断熱空間
   を隔てて包囲する大きい熱容量を有する筒と、 前記管の外面にこの管内の液体の流れの方向の
   上流側および下流側の二個所においてのみ接触せ
   しめられるとともに、前記筒の内面に接触せしめ
   られることによりこの筒を介して前記保護カバー
   に熱的に接続された一対の熱電素子とからなり、 前記熱を発生する被検液体中に浸漬された保護
   カバーと前記被検液体が貫流する管との温度差を
   前記二個所において測定することにより前記管内
   を流れる液体の発熱量を測定するようにしたこと
   を特徴とする熱量測定装置。 ２ 熱を発生する被検液体中にこの液体と熱交換
   可能に浸漬される中空の保護カバーと、 この保護カバー内に配備され前記被検液体中に
   浸漬される第１の管と、 前記被検液体を前記第１の管の一端から他端へ
   貫流させる手段と、 前記保護カバー内に配備され内面が前記第１の
   管を断熱空間を隔てて包囲するとともに外面が前
   記保護カバーに１個の接触リングのみを介して接
   続された高い熱伝導率を有する第２の管と、 前記第１の管の外面にこの管内の液体の流れの
   方向の上流側および下流側の二個所においてのみ
   接触せしめられるとともに、前記第２の管の内面
   に前記二個所に対応する二個所においてのみ接触
   せしめられることにより前記第２の管および接触
   リングを介して前記保護カバーに熱的に接続され
   た一対の熱電素子とからなり、 前記熱を発生する被検液体中に浸漬された保護
   カバーと前記被検液体が貫流する第１の管との温
   度差を前記二個所において測定することにより前
   記第１の管内を流れる液体の発熱量を測定するよ
   うにしたことを特徴とする熱量測定装置。