JPH05173649A - 温度制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 公知システムの欠点、たとえば弁の短い寿
命、温度制御の低下、ノイズ発生が除去された、冷媒と
して液体ガスを使用する温度制御システムを提供する。 【構成】 別個のソレノイド弁１，５を介してチャンバ
２と放出口１１Ｂとに冷媒が供給され、初期冷却段階に
は、これらの弁１，５が開かれて最大流量の冷媒を通過
させ、所望低温達成後は、その低温維持のため、流量を
低減し、弁を間欠的に開閉するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、囲い内の温度を高い実
際値から低い所望温度へ引下げ、当該のケースの要求に
応じて液相又は気相の液化ガスを囲い内に貫流させ、前
記所望温度を維持するための温度制御システムに関する
ものである。

【０００２】本明細書では、「低い所望温度」と言う場
合は、その前提となる「高い実際温度」と関連した意味
を有している。たとえば、対象物が５０℃であり、これ
を５℃に降下させる必要があれば、５０℃が「高い実際
温度」であり、５℃が「低い所望温度」である。液化ガ
ス冷媒の使用は、低い所望温度が零度以下の温度である
ことを必しも意味しない。

【０００３】市販の液化ガスは、通例、ガスに「液体」
という語を付加して、たとえば液体ヘリウムのように呼
ばれている。本明細書でもこの習慣に従うが、但し、意
味は拡張される。すなわち、「液体ガス」という語を文
脈上、液相、気相のいずれかに特定されない場合には、
これらいずれかの状態の液化ガスを表わす包括的な呼称
として用いる。

【０００４】比較的低価格で入手できる液体窒素は、冷
却媒体（以下冷媒と呼ぶ）として適し、囲み内及び（又
は）囲み内の対象物の温度を、高い温度から−１００℃
以下に引下げる場合によく用いられる。しかし、低い所
望温度が極端に低くなくとも、すなわち０度以上であっ
ても、液体ガスによる冷却は、高い温度降下率が要求さ
れる場合に必要とされる。高い降下率と極めて低い温度
とが同時に得られる必要がある場合には、特に高い熱容
量も必要とさる場合には、事実上選択の余地はほとんど
存在しない。

【０００５】以下で、冷媒としての液体窒素について具
体的に述べようと思うが、そのことは代替冷媒として用
いうる適当な大多数の液体ガスの価値を減じるものでは
ない。

【０００６】

【従来技術】液体ガスによる冷却時に生じる問題は、事
実上、唯一の適切な制御形式が、流量が可変で、予想不
能の場合もある冷媒流を調整することでしか得られない
場合に、かなり狭い限界内、たとえば１℃の限界内で、
低い所望温度を維持するには、どうすればよいかという
点にある。この問題を詳述する前に、液体ガスが市販さ
れるさいに用いられる容器の構造について簡単に触れて
おくのがよかろう。

【０００７】たとえば液体窒素の場合に、デュワー（Ｄ
ｅｗａｒ）と呼ばれる比較的大きなステンレススチール
製貯蔵容器（以下、デュワーと呼ぶ）に入れて市販され
る。このデュワーは、内部の上端から吊され、外側円筒
体から間隔をおいて位置する内側円筒体を有している。
その隙間は真空化され、良好な断熱状態にされ、周囲か
らの熱流を最低限に抑え、液体窒素の気化を、容認しう
る限界内に維持するようになっている。典型的な構成で
は、２つのタップがねじ付けられたマニホールドがデュ
ワーの頂部に備えられおり、一方のタップ、すなわち供
給タップは、内側円筒体の底部近くに達する細長いパイ
プに接続され、液体窒素を使用回路に供給する目的のも
のであり、他方のタップは短いパイプと接続され、この
パイプは、内側円筒体の上端壁を丁度超えたところまで
しか延びていない代りに、気化した液体窒素を、ユーザ
ーが必要とする場合に、引出するのに役立つ。但し、デ
ュワーのメーカーの手で自己加圧が施されていない場
合、ユーザーが約１３７〜１７２キロパスカル（２０〜
２５プサイ）の範囲の圧力に、窒素ガス入りのデュワー
を加圧できるかどうかは別である。デュワー内の気化液
体ガスが生ぜしめる圧力を、以下、デュワー圧と呼ぶ。
この圧力が液体ガスに加わり、液体ガスを強制的に長い
パイプ内を上昇させ、供給タップへ導く。ガスを大気中
へ放出するブローオフ弁により、過剰な圧力発生が防止
される。ユーザーは、加えて、前記第２のタップを介し
て冷媒を放出することによりデュワー圧を低減すること
ができる。デュワーが用いられていない場合は、若干の
気化ガスが、周囲温度、ブローオフ弁のセッティング、
デュワーの断熱状態に応じた頻度で、時々、逃がされ
る。

【０００８】デュワーの供給タップから液体ガスを使用
回路との接続個所へ給送する目的には、適当な長さと口
径の断熱パイプを用いる。このパイプを、通常、「給送
ライン」と呼ぶ。給送ライン内の冷媒が静止状態か、低
流量の流動状態かであれば、冷媒は気相になるだろう。
なぜなら、そのような条件下では、冷媒は、給送ライン
の断熱部を通して漏れる周囲の熱の、冷媒に対する温熱
作用に抗して液相を維持するのに適していないからであ
る。デュワーの供給タップを最初に開いたのち、冷媒
は、気相で給送ラインから流出し、この流出は、適切な
冷媒流量が十分に長く維持されて給送ラインが冷却さ
れ、その結果、気化ガスに液体ガスが取って代るまで続
けられる。この変化に要する時間は、言うまでもなく流
量に左右される。実際、ほとんどの要求の多い使用例
で、気化液体ガスによる冷却への切換えが可能である。
これは、冷媒流量の調整が、所与の周囲温度のさいに給
送ラインを十分に冷却して前記変化を生ぜしめる程度に
はなされないためである。

【０００９】給送ラインは、液体ガスによる冷却が利用
される装置のメーカーから供給される。給送ラインの特
性は、したがって、標準的なデュワー圧を、たとえば約
１３７から１７２キロパスカルの範囲と仮定して、使用
回路との接続個所で要求される最大値に冷媒流量が達し
うるようでなければなるまい。もちろん、標準的でない
給送ラインやデュワー圧も、それらが求められ、それに
応じて冷媒流量が調節されれば、利用できる。

【００１０】以上の背景説明により、囲みの冷却には、
囲みの冷媒流の貫流を維持する必要があることが分かる
であろう。所与の最大流量が、冷却システムの設計範囲
内で最も低温へかなり急速に初期冷却することが要求さ
れると仮定した場合、その流量は、要求された温度に達
するまで連続的に維持され、それ以後は、囲み内の温度
センサに応動する制御手段を介して間欠的なベースで流
量が維持される。前記制御手段は、周囲からの熱伝達効
果を丁度相殺するだけの冷却効果を保証するようにされ
ている。

【００１１】公知の代表的な構成では、冷媒は、温度セ
ンサに応じた命令信号に従って全開か全閉いずれかの動
作を行なうソレノイド弁を通過する。囲みが周囲温度
で、より低い所望温度が０℃より何十度も低い場合、命
令信号は、所望温度に達するまでソレノイド弁を開放し
たままにし、所望温度に達したのちは、間欠的に開弁す
る。

【００１２】急速に極低温に冷却する必要がある場合
は、最大流量は比較的大でなければならないが、低温が
達せられれば、それを維持するために要求される冷却効
果は比較的小さい。冷却効果を十分に減じるには、ソレ
ノイド弁の閉弁頻度を高くせねばならない。この結果、
弁の寿命が著しく短くなり、温度制御が低下し、不快な
ノイズが発生する。これらが公知技術の重大な欠点であ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、公知
システムの欠点の少なくともいくつかの除去された、冷
媒として液体ガスを利用する温度制御システムを提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、チャン
バ内の温度を高い実際温度から低い所望温度に降下さ
せ、液体ガス形態で供給源から供給される制御された冷
媒流をチャンバに通すことにより所望温度を維持する温
度制御システムが、次のものを備えるようにしたのであ
る。すなわち、 ａ）冷媒流を貫流できるようにされたチャンバ、 ｂ）チャンバと放出口とに自動選択式に冷媒を供給する
手段、 ｃ）チャンバ内に配置された温度センサ、 ｄ）低い所望温度を設定するための温定設定手段、 ｅ）チャンバ及び（又は）チャンバ内の対象物に自動選
択式に冷媒を供給し、低い所望設定温度に維持する手段
を制御するために、温度センサと温度設定手段とに応動
する制御装置とを備えるようにした。

【００１５】チャンバという語は、本発明に関するかぎ
り、所望の低い温度に、その内部に配置された単数又は
複数の対象物と一緒に冷却される所与の空間を部分的に
又は全面的に取囲む手段を意味している。

【００１６】所望温度の制御が特に必要とされ、使用の
事情がそれを許すならば、チャンバは、周囲とチャンバ
との間に介在する副次チャンバ内に設け、チャンバ自体
が冷却されるようにし、冷媒が先ずチャンバ本体を貫流
し、次いで副次チャンバを通過するようにする。チャン
バ内の温度は、その場合、精密な限界まで制御できる。
なぜなら、取囲んでいる副次室はチャンバと余り異なら
ず、したがって周囲温度の変化に対する特に効果的なバ
ッファとなるからである。

【００１７】チャンバ内の１つの対象物を低い所望温度
に冷却する場合、対象物温度は、たとえば、温度センサ
が対象物と密接的な熱接触している場合には、チャンバ
の温度を検知する必要はない。

【００１８】これに関連して「冷媒回路」という言葉
は、給送ライン・ターミナルから冷媒を運び、チャンバ
の温度をより低い所望温度に引下げるための手段を意味
している。簡単に言えば、給送ラインは、本発明による
システム内の「冷媒回路」の一部ではないが、その特性
は、冷媒回路の設計と制御に取入れられている。

【００１９】本発明の第１実施例は、小容積及び（又
は）低熱容量のチャンバを、気化液体ガスを通すことで
所望温度に冷却するのに特に適している。この実施例の
場合は、自動選択式にチャンバと放出口とに冷媒を供給
する手段が、電気操作式の冷媒供給弁と冷媒放出弁とを
有し、これらの弁は、それぞれ入口と出口とを有してい
る。

【００２０】冷媒供給弁の入口は、給送ラインを介して
供給デュワーから液体ガス冷媒を受取るようにされてお
り、出口は、チャンバへ冷媒を運ぶ冷媒供給ダクトに接
続するようにする。

【００２１】冷媒供給ダクトから分岐し、冷媒放出弁の
入口へ通じる冷媒放出ダクトが設けられており、冷媒放
出弁の出口は、出口自体に、もしくは出口の延長部に放
出口を有している。

【００２２】制御装置は、２つの弁の開閉を決定するソ
フトウエアに応動するマイクロコンピュータを有してい
る。２つの弁は、それぞれソレノイドにより操作され
る。

【００２３】マイクロコンピュータは、ソフトウエアに
より次のよう調節されている。すなわち、チャンバを所
望温度に引下げる初期冷却段階中には、冷媒供給弁、冷
媒放出弁の双方を開弁状態にしておくのである。

【００２４】冷媒供給ダクト及び冷媒放出ダクトの冷媒
流のインピーダンスは、所与のデュワー圧及び給送ライ
ンのインピーダンスに対して、次のように定められてい
る。すなわち、冷媒流量が、チャンバを設計範囲内の最
低温度へ、容認しうる時間内に引下げる初期冷却に丁度
適合するものとなるように定められているのである。こ
の流量は、冷媒が確実に気相となるように選定される。
あるいは又、流量をより多くして、冷媒を液相で流して
初期冷却段階を短縮するようにすることもできる。

【００２５】冷媒を気相で用いる場合、チャンバの初期
冷却は、供給弁と放出弁を通る冷媒流の累乗効果により
促進される。放出弁を通る冷媒流は、チャンバを通る冷
媒流を減らす傾向があるが、実際には、他の場合より低
温の冷媒がチャンバへ送られることになり、その結果、
双方の弁が協働して十分にチャンバの温度を降下させる
ことになる。

【００２６】初期冷却段階は、チャンバ又はチャンバ内
の対象物が所望温度に引下げられたときに終了する。し
かし、その時点では、給送ラインや諸部品、たとえば冷
媒供給ダクト、冷媒放出ダクト、チャンバと一緒に冷媒
回路を形成する２つの弁は、未だより高い温度で残され
ている。このことは、冷媒への、かつまた冷媒からの熱
伝達率が、チャンバよりも、前記部品のうちの少なくと
もいくつかでは、はるかに低いことから生じる。このた
め、温度制御システムが、全体的におおよその熱平衡状
態に達するまでには、かなりのタイムラグが存在し、こ
のタイムラグの程度を最終的に決定するのは、より低い
熱伝達率を有する冷媒回路部品である。

【００２７】それゆえ、ソフトウエアを介して次のよう
な措置をとる。すなわち、初期冷却段階に続いて温度制
御システムが熱平衡へ向って安定するまでの間、冷媒供
給弁が開弁状態に維持されるようにし、それによって、
前記部品の熱容量に貯えられた熱の若干がチャンバ内へ
伝えられ、温度上昇することのないよう防止するのであ
る。他方、今度は、チャンバの温度が所望温度以下に降
下するのを確実に防止するため、十分に高くされている
冷却効果を低減する。この措置は、これもソフトウエア
を介して冷媒放出弁を閉じ、おそらくは時々再開して、
維持段階中の偶発的な温度上昇に対処するようにして実
施される。

【００２８】熱平衡に近づくと、放出弁の介入は、次第
に短い時間となる。そして、逐にほぼ又は完全に熱平衡
に達すると、ソフトウエアを介して、供給弁が、チャン
バ内への周囲からの熱漏れを丁度補償するため、間欠的
に制御され操作されるようにする。チャンバ内の温度上
昇による偶発的な温度の乱れは、そのつど対処され、ソ
フトウエアは、冷媒総流量を増量するため放出弁を一時
的に開弁させるように設定されている。

【００２９】大略以上のような実施例の場合、冷媒流量
は、冷媒が液相では冷媒回路に決して入らないように選
定するのが有利である。気相の冷媒を用いると、所望温
度を液相の冷媒の場合より精密に制御可能であることが
分かったからである。

【００３０】この実施例で略説した２つの弁による制御
によって、冷媒供給弁に対する作業負荷が軽減される。
すなわち、この弁は、初期冷却段階が終了したのちは、
冷媒を最大流量に、また中断を最高頻度に制御すること
を要求されないからである。逆に、ほぼ平衡状態が得ら
れた後の、維持目的の中断時には、供給弁は比較的少量
の冷媒を適度に断続して供給するよう制御するのみであ
る。実際の要求に冷媒流量を適応させる結果として、こ
の温度制御システムでは、公知システムと比較して、よ
り精密な温度制御を、より少ない冷媒消費量で、かつま
た供給弁の、はるかに少ない打撃で維持することができ
る。また、放出弁の負荷も少ない。言うまでもなく、放
出弁は、供給弁が開かれていないときに開かれても役に
は立たず、いずれにしても放出弁の開閉頻度は、冷媒流
の主制御を行なう供給弁のそれより常に低いからであ
る。

【００３１】公知システムの単一の弁による制御の欠点
は、比較的大きい容積のチャンバを急速に−１００℃以
下に冷却するような場合に特に著しい。その種のチャン
バの適例はガス・クロマトグラフのオーブンである。こ
のオーブンの場合、クロマトグラフィーの過程の一部と
して、時々、チャンバ内のクロマトグラフのコラムが低
温にさらされ、チャンバの容積が比較的大であるからだ
けではなく、サンプルのインゼクタの可なりの部分が、
「低温スポット」形成を最小限にするために、オーブン
内へ突入せしめられることによって、一層状況が悪化す
るからでもある。更に、インゼクタが実際に熱せられ
る。コラムのアウトプット端が接続されている検出器の
場合も同じように熱せられる。この場合、熱せられるイ
ンゼクタの突入部分や熱せられる検出器も、一つの熱容
量並びに熱源をなし、この熱容量と熱源とが、オーブン
内のコラム等の部品やその他の取付具の熱容量ととも
に、冷媒流量に換算する必要のある総熱負荷を形成して
いる。

【００３２】理解を要する点は、「オーブン」なる語
は、普通、周囲温度を上回る熱源の意味で用いられる
が、クロマトグラフのコラムが内部に配置され、分析目
的でほぼ０℃の温度に冷却されるチャンバを指す場合に
も用いられる。この習慣は、クロマトグラフィー技術分
野では、よく了解されている。

【００３３】かくして、クロマトグラフのオーブンを、
適度な継続時間の分析の進行に見合う比較的速いペース
で−１００℃に冷却する必要がある場合には、この仕事
を果たすのに要求される冷媒流量から言って、給送ライ
ン内の冷媒は液相となるだろう。公知システムの単一の
ソレノイド弁は、急速な冷却のために開弁状態にしてお
くかぎり、特別な問題は生じない。

【００３４】しかし、温度が所望温度に引下げられ、単
一ソレノイド弁が間欠的な操作モードに入ると、この弁
は、オーブン内に配置された温度センサに応動して弁の
開閉時間を調節する手段により制御される。この単一ソ
レノイド弁に達する冷媒は、ほぼ液相と気相との間の閾
値に相当する温度で、いずれかの相を選択することにな
る。冷媒が液相のさいの開弁期間は、気相のさいの開弁
期間より効率が高い。別言すれば、温度センサ信号と弁
の開閉操作との間の関係が、オーブン温度を液相の冷媒
で十分に所定温度に維持できても、より効率の低い気相
の冷媒では維持できない。この結果、温度を２つの相の
間の閾値に近い値に引下げると、前後して続く２つの開
弁により、はじめの開弁は一方の相を、第２の開弁は他
方の相を生じさせ、システムが、閾値の近くをハンチン
グし、所望温度からの、予測しえない逸脱じ生させる傾
向を生じる。

【００３５】本発明の第２実施例の場合、比較的大きい
容積で（又は）高い熱容量のチャンバを、比較的多い流
量の気化液体ガスを用いて−１００℃以下に冷却するの
に適しており、したがって、冷媒が冷媒回路に液相で到
達する危険がある。このため、チャンバ内に熱交換器が
備えてあり、冷媒は、チャンバと放出口とへ自動選択式
に冷媒を供給する手段に到達する前に、この熱交換器を
通過せねばならない。

【００３６】熱交換器は、デュワーからの給送ラインの
アウトプット端に接続されるようにされた冷媒気化ダク
トとして構成され、所定最大流量で気化ダクト上流端に
到達する液相の冷媒が、自動選択的にチャンバと放出口
とへ冷媒を供給する手段に到達する時点までに気化する
ように構成され配置されている。

【００３７】冷媒気化ダクトには、チャンバと冷媒との
間の熱伝達を最大にするのに適切な形状であれば、どの
ようなものでもよいが、適当な長さと口径のパイプであ
れば、一定の用途には十分である。注意すべき点は、熱
伝達が、実際にチャンバの冷却を補助し、したがって冷
媒の消費量を低減する点である。

【００３８】冷媒消費量の低減に更に寄与する手段とし
て、チャンバ内に放出口を設けてある。

【００３９】第１実施例について述べた特徴は、第２実
施例にも選択的に含まれている。冷媒消費量の低減、精
密な温度制御、弁の打撃の激減などの点で、第１実施例
に実現された、公知技術にまさる利点は、第２実施例に
も反映されている。

【００４０】本発明は、部分的に次の認識から生まれて
いる。すなわち、低い所望温度がそれを許す場合にはい
つでも、初期冷却後のチャンバの、より精密な温度制御
が、気相の冷媒流により達せられるという認識である。
しかしまた、次の認識にももとづいている。すなわち、
低い所望温度が液相の液体ガス流によってしか達せられ
ないような場合には、いくつかのステップを踏むことに
より冷媒が回路のどこかの部分で気化することのないよ
うに防止して、既述の公知技術の欠点を除去しうるとす
る認識である。このことは、液相の新しい冷媒が、給送
ライン内及び、周囲囲からの熱伝達にさらされている冷
媒回路内の冷媒に間断なく取って替るようにし、双方の
内部での温度上昇を防止し、冷媒の気化を防止せねばな
らないことを意味する。チャンバへの冷媒流が温度制御
目的で中断されると、バイパス流が設けられていない場
合は、冷媒が加熱されることに留意せねばならない。

【００４１】本発明の第３実施例は、特に、液相の液体
ガス流によってのみ達せられる温度にチャンバを冷却す
るのに適している。この実施例の場合、自動選択式に冷
媒をチャンバと放出口とに供給する手段が、液体ガスを
給送ラインからチャンバ又は放出口へ、あるいはまた双
方へ同時に供給するための２方制御弁を有している。

【００４２】第１と第２の実施例同様、制御装置は、専
用のソフトウエアに従って動作するマイクロコンピュー
タを有している。このマイクロコンピュータは、初期冷
却段階の間、２方弁をチャンバに切換えて、冷媒が放出
口を通過しないように操作する。

【００４３】加えて、このマイクロコンピュータは、初
期冷却段階の終りに続いて、２方弁がチャンバと放出口
との間で間欠的に切換えられることで、低い所望温度が
維持される。そのさい、チャンバへの冷媒供給は、たと
えば周囲からチャンバへの熱伝達を相殺して、所望温度
を上回らないようにするのに必要な頻度で行なわれる。

【００４４】冷媒の気化は、２方弁を通る冷媒流の累積
効果によって給送ラインと冷媒回路の臨界的な加熱が十
分に防止されるようにすることで、確実に阻止される。

【００４５】以上略説したような２方弁の使用によっ
て、次のことが可能になる。すなわち、いちどほぼ温度
平衡に達すると、チャンバを通過する最低流量が維持さ
れ、冷媒が不必要に放出されることがなくなる。

【００４６】２方弁は、ベースが良好な熱接触状態の２
つの等してソレノイド弁を結合し、かつ、給送ラインも
接続されるマニホールドなどにより２つの入口を共通に
することによって、容易にシュミレートされる。

【００４７】全体的に見て、本発明の基本的課題は、公
知技術が解決しえなかった課題、すなわち、ａ）操作員
により設定される低い所望温度に達した制御温度の精密
な制御、ｂ）経済的な冷媒消費の実現、ｃ）容認できる
長さの弁の寿命の達成、ｄ）ノイズの低減等の課題と同
一であり、これに対する簡単かつ適切な解決策を提供す
るものである。

【００４８】これら基本的課題を公知技術が解決しえな
かった主な理由は、低温の維持段階に初期急速冷却段階
に必要とされる最大流量で流量を制御しようとしたこと
にある。これに対し、本発明により得られた解決策は、
内部の対象物を低い所望温度に引下げるチャンバへの冷
媒供給と、低い所望設定温度と比較したチャンバの実際
温度に応動する放出口を通しての冷媒放出との双方を制
御することである。

【００４９】冷媒の、制御された供給に対して制御され
た放出を導入することにより、チャンバに自動選択的に
冷媒を供給する手段が、著しく低減された負荷で操作さ
れることで、前記ａ）からｄ）に示した課題が解決でき
る。

【００５０】公知技術の基本的な課題を確認し、その全
般的解決策を提示した本発明の、さらに副次的な課題
は、冷媒の物理的状態を変化させることに関係する。こ
の冷媒の物理的状態は、達成される温度制御の精密度に
大きく関係している。すなわち、冷媒が気相か液相かで
制御活動の効果が大幅に異なるからである。この副次的
課題の解決策は、次の３つの場合のそれぞれの文脈で表
わすことができよう： １．チャンバが低容積かつ（又は）低熱容量で、冷媒の
液化温度に近い極端に低い所望温度が要求されない場
合、 ２．チャンバの容積及び（又は）熱容量が可なり大き
く、同じく極端に低い所望温度が要求されない場合、 ３．極端に低い所望温度が要求される場合。

【００５１】広義での第１の場合は、初期冷却段階やそ
れに続く維持段階を含めた全温度制御操作を通じて、温
度制御システムが気相の液体ガスを使用するように予め
措置しておくことで、適切に対処できる。但し、いく分
適切でない点は、初期冷却段階に、例外的に急速冷却率
に達せねばならない場合には、液相の冷媒が用いられる
点である。第２の場合は、少なくとも低温維持段階で
は、冷媒回路内に液相の冷媒が流れることのないように
することで対処でき、更に第３の場合は、初期冷却、低
温維持いずれの段階にも気相の形成を防止することによ
り対処できる。より一般的に言えば、低温維持段階の流
量制御は、気相又は液相いずれかの状態の冷媒に対して
行ない、２つの状態の組合せに対しては行なわないよう
にする。副次的課題の解決から得られる利点は、基本的
課題の解決から得られる利点に加えられる。

【００５２】

【実施例】次に添付図面につき、本発明を詳説する：図
１には本発明による温度制御システム全体が略示してあ
る。このシステムは、ソレノイド弁１の形式の自動制御
式冷媒供給弁と、大気中へ少量の漏れを生じるようにし
たチャンバ２と、冷媒供給ダクト３と、冷媒放出ダクト
と、マイクロコンピュータ制御装置６の形式の、ソレノ
イド弁１，５の制御装置とを有している。チャンバ２の
漏れは、チャンバ２を本来漏れが生じるように設計する
か（図８）、もしくは放出口を介して生じるようにして
おく（図３、図５参照）。冷媒供給ダクト３は、Ｔ字形
コネクタ３Ａのアーム３Ａ１，３Ａ２と、アーム３Ａ２
に結合とされたパイプ３Ｂとを有し、アーム３Ａ１が、
ソレノイド弁１の出口（図示せず）と直接に接続されて
いる。また、冷媒放出ダクトはパイプ４に供給されたア
ーム３Ａ３を有している。パイプ４は、ファン４Ｂから
の加熱空気にさらされているコイル状部分４Ａを有して
いる。前記パイプ４は、ソレノイド弁５の形式の冷媒放
出弁の入口（図示せず）へ冷媒を供給する。ソレノイド
弁５の出口は放出口をなしているか、又は放出口へ通じ
ている（図２）。

【００５３】チャンバ２内には温度センサ２Ｂが配置さ
れている。このセンサ２Ｂは、制御装置６へ通じる１対
のリード線（後述する）を有している。チャンバ２に実
質的に１個の冷却対象物、たとえば低温トラップ管を収
容しようとする場合、温度センサには、局所的な感知
器、有利には、対象と良好な熱接触する熱電対を用い
る。他方、チャンバに複数の対象物を収容するか、又は
囲みスペースの温度が支配的な重要性をもつ場合、たと
えばガス・クロマトグラフのオーブンを冷却する場合に
は、温度センサには、有利には拡散器、特に、白金レジ
スタ・センサを用いる。このセンサは、チャンバ内に配
置されるが、チャンバ内の対象物には接触しないように
する。符号２Ｂで示したのは一般仕様のセンサで、たと
えば図６及び図７に示した温度制御システムの場合のよ
うに、前記２種類のセンサのどちらも使用可能な場合の
どちらかのセンサを示しており、あるいは又、一方のセ
ンサが他方のセンサに優先して用いられる場合の、一方
又は他方のセンサを示している。これは、たとえば、図
３、図４、図５、図８で説明したセンサである。

【００５４】前記ソレノイド弁ないし冷媒供給弁１、ソ
レノイド弁ないし冷媒放出弁５、冷媒供給ダクト３、冷
媒放出ダクト４、チャンバ２が、以下では、既述の冷却
回路の協働部品を形成するものと見なされる。

【００５５】使用時、窒素デュワー（図示せず）からの
液体窒素は、矢印Ａの方向で供給弁１の入口（図示せ
ず）へ供給され、弁１が開くと、アーム３Ａ１、３Ａ
２、パイプ３Ｂを介してチャンバ２へ送られる。チャン
バ２からは、矢印Ｂ方向に放出口を介して大気中へ漏ら
されるか、もしくは、チャンバ２内にくまなく拡散され
たのち、チャンバ２に備わる複数漏れ個所から同時に漏
出できる。

【００５６】加えて、冷媒は、ソレノイド弁５の入口へ
アーム３Ａ１、３Ａ３、パイプ４を介して送られる。こ
の結果、弁５が開くと、若干の冷媒が弁５の出口から矢
印Ｃの方向で大気中へ放出される。

【００５７】図２の実施例の場合、冷媒給送ライン７
は、既述のように窒素デュワーから冷媒を給送するさい
に周囲からの熱漏れを最低限に抑えるため、断熱スリー
ブ７Ａを備えており、直角コネクタ８を介してソレノイ
ド弁１の入口１Ａ（図では隠れた位置にある）にガス密
に接続されている。コネクタ８の一方のアームは前記入
口１Ａにねじ付けられ、他方のアームは給送ライン７の
パイプ・ユニオン７Ｂとねじ結合されている。ソレノイ
ド弁１は、フランジ９Ａの下からねじにより保持された
断熱スラブ１０を介してフレーム９のフランジ９Ａに支
持されている。したがって、図２では見えない。

【００５８】不必要な反復を避けるため、図２に示した
冷媒回路内のすべての継手は、以下、すべて雄ねじと雌
ねじの対から成るガス密のねじ継手と理解されたい。

【００５９】ソレノイド弁１の出口１ＢはＴ字形コネク
タ３Ａのアーム３Ａ１に結合されており、冷媒供給ダク
ト３（図１）は、パイプ３Ｂがパイプ・ユニオン３Ｂ１
を介してアーム３Ａ２に連結されることで完成する。パ
イプ３Ｂは、弾性的なスリーブ３Ｂ２により熱絶縁され
ている。スリーブ３Ｂ２は、チャンバ２を貫通し、入口
個所でチャンバ２と一緒にシールを形成している。

【００６０】Ｔ字形コネクタ３Ａのアーム３Ａ３は、パ
イプ・ユニオン４Ｃを介しパイプ４に結合し、パイプ４
はコイル状の中間部４４を有している。同じような継手
が、パイプ４の下流端部に設けられており、パイプ・ユ
ニオン４Ｄとアダプタ５Ａ１との係合部を含んでいる。
アダプタ５Ａ１はソレノイド弁５の入口５Ａにねじ込ま
れている。ソレノイド弁５は、フレーム９と一体のブラ
ケット９Ｂにねじ９Ｂ１，９Ｂ２により固定されてい
る。アダプタ５Ｂ１とパイプ・ユニオン１１Ａは、弁５
の放出パイプ１１と出口５Ｂ（図では隠れて見えない）
との間の継手を形成するように協働している。パイプ１
１の端部１１Ｂは放出口をなしている。パイプ１１が除
去された場合には、出口５Ｂが放出口として機能する。

【００６１】フレーム９は、ソレノイド弁１，５を支承
しているのに加えて、下方のアングル状延長部９Ｃによ
りしずく受け１２を保持している。この延長部９Ｃは、
上方へ曲げられた保持フランジ９Ｃ１、９Ｃ２を有して
いる。しずく受け１２は有利にはプラスチック製のトレ
イであり、しずくを捕集するのに役立っいる。このしず
くは上方の冷媒回路から生じる。このしずくは、回路使
用時の周囲温度による表面の霜形成と、それに続く回路
オフ時のデフロストとの結果である。

【００６２】弁１の主な操作上の要求は、−１００℃以
下のサーマルウエルで十分に機能しうることである。弁
５の場合には、同じ要求をなしえない。これは、パイプ
４にコイル状部分４Ａがあり、この部分にファン４Ｂか
ら暖気が当たるからである。

【００６３】図２に示したファン４Ｂは、周知の容易に
入手可能の、電動モータが組付けられた５枚羽根ファン
である。ファンのハブは、回転方向を示す矢印Ｄを付し
たモータ回転部と一体である。定置部分はコイル状部分
４Ａに向かい合っているが、図では見ることができな
い。この定置部分は、支持フレームにストラットにより
リンク結合されている。これらのストラットとフレーム
とを図示すれば、コイル状部分４Ａの大部分を隠してし
まうことになるので、図には省略してある。モータは、
交流電力を、たとえば記号で示した公共給電線からリー
ド線４Ｂ１，４Ｂ２を介して供給される。

【００６４】温度制御システムが装置の一部であり、こ
の装置内には熱が発生せしめられ、抽出ファンが既に備
えられている場合には、コイル状部分をファンの排出流
内に配置するように取り計らいさえすればよい。図２で
は、ファンが既に前記装置からの熱を抽出できるものと
仮定されている。そうでない場合や、設計上の何らかの
理由から加温ファンを備えるのが好ましくない場合に
は、パイプのコイル状部分４Ａを除去し、弁５を弁１の
仕様と同じ仕様のものにする。

【００６５】チャンバ２は、その目的や、そのなかで冷
却される対象物の形状に応じて、どのような形状及び寸
法にすることもできる。図２に示した平行６面体のアル
ミニウム製ボックスは、それゆえ、好都合な形状及び寸
法の一例にすぎない。

【００６６】電気設備に関しては、弁１及び弁５の内部
のソレノイド（もちろんソレノイドはいずれも見えな
い）は、それぞれリード線対１Ｃ１−１Ｃ２，５Ｃ１−
５Ｃ２を介して制御装置６に接続されている。リード線
の別の対２Ｂ１−２Ｂ２は、温度センサ２Ｂを制御装置
６に接続している。制御装置６は、リード線Ｓ１，Ｓ２
を介して２４Ｖの直流給電源ＤＣにより励起される。

【００６７】図１のさいに既に述べたように、図２で
は、チャンバ２には単数の対象物が収容され、その温度
が精密に制御されている。この場合、温度センサ２Ｂ
は、有利には対象物に溶接された熱電対である。あるい
は又、チャンバ２に複数の対象物が収容されて、囲み内
の温度が実際的目的のために検知されねばならない場合
には、温度センサは、極めて細い白金ワイヤ製の多くの
ワィンディングを有するコイル状の抵抗であるのが有利
である。

【００６８】温度センサの性質上、制御装置６の操作に
は有意な影響を及ぼさないので、この操作を、どちらか
一方の温度センサが用いられていることを前提として説
明することとする。

【００６９】図６及び図７の説明は、図２の実施例とそ
の変化形に当てはまるものである。但し、図９と図１０
の実施例は、図１１のフローチャートに従った、ソフト
ウエアの変化形を必要とする。

【００７０】図６の場合、制御装置６は、外側の破線で
示したフレーム内の部品で示されており、温度センサ２
Ｂ（図２）から入力信号を受取り、ソレノイド弁１，５
内のソレノイドそれぞれに励起出力信号を送り、これら
の弁の開又は閉に応じて給送又は中断が行なわれる。温
度センサ２Ｂの出力信号は、増幅器６Ａにより増幅さ
れ、アナログ−デジタル変換器６Ｂによりデジタル信号
に変えられ、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）６Ｃ１と、マ
イクロプロセッサ６Ｃ２と、読取り書込みメモリ（ＲＡ
Ｍ）６Ｃ３とに通じるバス（６Ｄ）を介してマイクロコ
ンピュータ６Ｃに達する。バス６Ｄは、また、低い所望
温度をユーザが設定できるようにするキーパット６Ｅと
ディスプレー６Ｆとに連絡されている。ディスプレー６
Ｆは、要求された温度と、温度制御システムにより実際
に達成された温度との両方を表示する。ＲＯＭ６Ｃ１に
記憶されたソフトウエア・プログラムにより決定され
る、コンピュータのアウトプットはラッチ６Ｇへ送られ
る。ラッチ６Ｇは、２つのチャネルに分岐している。一
つは弁１の制御用チャネルであり、他の弁５の制御用チ
ャネルである。はじめのチャネルは、リレー６Ｉ１を操
作する十分な電力を与えるドライブ６Ｈ１を有してい
る。リレー６Ｉ１は、弁１のソレノイドを操作する。第
２のチャネルも、同じようにドライブ６Ｈ２と、弁５の
ソレノイドを操作するリレー６Ｉ２を有している。

【００７１】弁１と弁５のそれぞれが開閉する期間は、
ＲＯＭ６Ｃ１内に記憶されたソフトウエア・プログラム
により決定される。このプログラムは、温度センサ２Ｂ
からの信号を、キーパッド６Ｅ上にセットされた低い所
望温度と比較し、マイクロコンピュータ６Ｃをしてラッ
チ６Ｇを操作させ、弁１内のソレノイドをドライブ６Ｈ
１とリレー６Ｉ１を介し、弁５内のソレノイドをドライ
ブ６Ｈ２とリレー６Ｉ２を介して、それぞれ制御し、冷
媒流状態を、チャンバ２が所望設定温度に冷却されるよ
うにする。もちろん、従来のソレノイド弁は２つの状
態、つまり、励起時には全開、非励起時には全閉となる
以外にない。但し、要求があれば、逆の状態にすること
はできる。

【００７２】ＲＯＭ６Ｃ１内に記憶されたプログラム
は、実際に、図７のフローチャートに示された要求を実
施する。この要求を以下で説明することにする。

【００７３】図７についての以下の説明には、図１から
図６にも妥当する説明が含まれている。図７の場合、ソ
フトウエアの命令による一連の操作は、マイクロコンピ
ュータがＲＡＭメモリ６Ｃ３をゼロに設定する等の初期
化手続を行なう６Ｃ１Ｂのところで開始される。先行す
るブロック６Ｃ１Ａは、キーパッド６Ｅ上のトグルキー
６Ｅ１を押すことにより操作員が制御装置に初期介入
し、スイッチ動作を生じさせることを示すものにすぎな
い。初期化が行なわれたのち、操作員は、ディスプレー
６Ｆを介してプロンプトを与えられ、キーパッド６Ｅの
計算器型キーマトリクス６Ｅ２内の適当なキーを押すこ
とにより低い所望温度を入力できる。この操作は、符号
６Ｃ１Ｃのブロックで行なわれ、１つのランにおける操
作員による第２の、そして最後の介入をなすものであ
る。マイナス記号付きの符号Ｘは、キーパッド６Ｅで設
定された低い所望温度値を示す。マイナスの記号は、よ
り高い実際温度より低い値を表わしており、必しも氷点
下の温度を示すものではない。プログラムにより命令さ
れる第１の弁制御操作は、ブロック６Ｃ１Ｄに示した操
作により行なわれる。これにより２つのソレノイド弁
１，５が全開し、チャンバ２の急速初期冷却が可能にな
る。これにより、チャンバ２が周囲温度から低い所望設
定温度に引下げられる。冷却の進行中、チャンバ２内の
温度は、温度センサ２Ｂにより検知され、ソフトウエア
の制御下でＲＡＭ６Ｃ３内に記憶された設定値と比較さ
れ、チャンバ内の実際温度が０．２５℃だけより低い所
望温度（−Ｘで示す）より高くはないかどうか、たとえ
ば所望設定温度が−１００℃と仮定した場合、実際温度
が−１００．２５℃より高いかどうか、が実証される
（６Ｃ１Ｅ）。その解答が「イエス」であれば、ソフト
ウエアは待機ループに入る。これが、ブロック６Ｃ１Ｅ
のブランチＹＥＳで示してある。「ノー」の場合は、続
くブロック６Ｃ１ＦへのルートＮＯへ進み、ソフトウエ
アが弁１を開弁状態のままに維持し、弁５は閉弁され
る。このことは冷却効果は低減されるが、チャンバ２を
通る冷媒流量は維持され、実際には僅かに増加するが、
温度は、より高く維持される。なぜなら、弁５が、チャ
ンバの流量と放出流量から成る高い総流量を維持するよ
う補助することがなく、その結果、周囲温度に影響され
る冷媒給送部品が僅かに加温されはじめるからである。

【００７４】ソフトウエアによる実際温度のモニタリン
グは、ブロック６Ｃ１Ｇでの設問の解答を得るために続
けられる。この設問は、制御システムの要求によって実
際温度が所望設定温度を有意には上回らないことを示唆
しており、設定温度を下回る逸脱は比較的狭い限界内で
許されることが分かる。いま、この解答が「イエス」と
すれば、更に冷却が求められ、ルートＹＥＳを通ってブ
ロック６Ｃ１Ｄへブランチバックし、このブロックから
のシーケンスが繰返される。ソフトウエアのブランチバ
ックは、解答が「ノー」になるまで続く。その場合、解
答は、ブロック６Ｃ１Ｈでの設問、すなわち実際温度は
設定温度より１．５℃低いかという問に対する解答であ
る。答が「ノー」であれば、ブランチＮＯを介してソフ
トウエアは待機ループへ入る。答が「イエス」であれ
ば、実際温度が設定温度より低いことを意味し、したが
って冷却効果が低減されねばならない。このため、ブロ
ック６Ｃ１Ｉでは弁１と弁２双方の閉弁が要求される。
この最後の操作の効果は、モニタされ、ブロック６Ｃ１
Ｊでの設問が、ソフトウエアにより答えられねばならな
い。実際温度が、設定温度を０．５℃下回る温度より高
ければ、万事オーケーであり、ソフトウエアは待機ルー
プへ入る。そうでなければ、ルートＮＯをブロック６Ｃ
１Ｆへブランチバックし、そこからシーケンスを反復す
る。比較的定常状態にシステムが落着くまでに、若干の
反復が必要となる。この状態に近似した場合、実際温度
は設定温度より可なり低くなるだろう。これは、ブロッ
ク６Ｃ１Ｇの問に対する解答が「ノー」となる傾向があ
ること、また、弁１を間欠的に開閉し、弁５は大ていは
閉じた状態にして、偶発的な障害による実際温度の上昇
が生じないようにする場合、制御にはブロック６Ｃ１
Ｈ、６Ｃ１Ｉ、６Ｃ１Ｊにより示したステップが含まれ
ることを意味している。障害が生じた場合、制御システ
ムは、それが除去され、ブロック６Ｃ１Ｆを含むループ
が再び動作するまで、ブロック６Ｃ１Ｄを含むループを
介して一時的に弁５を開弁することで反応する。 図
２、図６、図７に関して説明した実施例は、特定用途に
適している。これらの用途に応じて、チャンバ２の形
状、寸法、その他の物理的特性が決定される。若干の用
途では、冷媒の通る放出口は不用である。チャンバとし
て機能する囲みが、ほとんど不可避的に漏れ個所を有す
るからである。たとえばガスクロマトグラフのオーブン
などが、それである。あるいは又、逆止め弁を有する放
出口や有さない放出口が望ましい場合もある。たとえば
低温トラップのハウジングの場合である。図２のチャン
バ２は、見れば分かるように、双方の場合をシンボリカ
ルに示したものである。

【００７５】典型的な場合は、チャンバ２が、吸着剤を
入れた円筒形チューブを有する低温トラップを収容して
いる場合である。トラップ内にはガス状の分析サンプル
が入っており、他方、チューブの温度は、長時間にわた
り低い所望温度に維持され、これに極めて短い中断が続
き、この中断の間に温度は比較的高い値に上昇し、ガス
・クロマトグラフのコラム内への注入の時に集中的な
「プラグ」形状の、サンプルの熱脱着が生じる。

【００７６】この種の低温トラップはＵＫ特許第２０８
５３０９号に開示されている。この特許は、本出願にす
べて取入れられている。前記特許の図３には円筒形チュ
ーブがＵ字形チューブ１で示され、このチューブ１は、
オーム加熱に適し、熱電ポンプ７と協働し、ハウジング
９内に収容されている。ハウジング９は、本発明の場合
同様、チャンバ２（図２）として機能するようにされ、
Ｕ字形チューブ１温度を熱電ポンプ７で達成可能な氷点
下温度以下に十分に引下げることができる。本発明の図
２に示したチャンバ２は、前記特許の図３のハウジング
９に替えることができる。但し、ハウジング９は、その
場合、チャンバ２の壁部に設けた適当な寸法の放出口、
又は図３の放出口２Ａのようなはけ口を有していなけれ
ばならない。本発明による温度制御システムは、熱電ポ
ンプを絶縁する必要なしに零度以下の温度が要求される
場合には、いつでも前記ＵＫ特許のシステムに簡単に付
加することができる。熱電対１Ｂ１，１Ｂ２（ＵＫ特許
の図３）は、同じく図３と図４の制御装置６と共用でき
るだろうが、Ｕ字形チューブ１に溶接されたもう一つの
熱電対は、ＵＫ特許による公知温度制御に干渉すること
なしに、本発明によるシステムの付加を容易にするもの
である。

【００７７】本発明は、低温トラップに用いる場合の諸
要求を満たすのに適している。トラップのチューブの熱
容量が、最低に低減されねばならず、液体ガス冷却の目
的で必要とされる熱交換器などの特別な熱容量が容認さ
れない場合に、図３の構成は特に効果的である。特別な
熱容量が容認されない理由は、それが加熱サイクルを長
引かせ、「プラグ」の形成される時間を延ばすことで、
コラム内のプラグの長さを引き延ばしてクロマトグラム
の解像度を損うためである。図３には、図２のチャンバ
２を透明にして示してある。軸平面に沿って支えられる
２つの半部２Ｄ１，２Ｄ２から成る縦方向に延びるジャ
ケット２Ｄ内に画定されるチャンバ本体を収容する副次
室として機能する。ジャケット２Ｄは、極めて低い熱容
量の、直線的で円筒形の、壁の薄いステンレス製チュー
ブ２Ｃを取り囲んでいる。ジャケット２Ｄの内壁とチュ
ーブ２Ｃの外表面との間には、環状の室２Ｄ３が延びて
いる。この環状の室２Ｄ３の幅は、ジャケット２Ｄの円
筒形内表面からの、チューブ２Ｃのスペーサとして役立
つ３つの突起２Ｄ４により決定される。

【００７８】ジャケット２Ｄの上半部２Ｄ１は２つのニ
ップル２Ｄ１Ａ，２Ｄ１Ｂを備え、これらのニップルに
は、パイプ３Ｂの分岐管３Ｂ３Ａ，３Ｂ３Ｂが、それぞ
れＴ字形コネクタ３Ｂ３Ｃを介して接続されている。こ
れらニップルは、冷媒をチャンバ２Ｄ３へ送入し、チュ
ーブ２Ｃの周囲に渦を生じさせ、チャンバ２Ｄ３の縦方
向両端部から副次チャンバ２内へ放出する。これら両端
部は、突起２Ｄ４の個所以外は解放状態にされている。
ニップルは、また、縦方向に間隔をおいて形成され、吸
着剤が入っているチューブ２Ｃ中央部分の周囲に冷媒が
十分に分配されるようにされている。副次チャンバ２
は、そのふたをシールし、パイプ２Ｅを介して乾燥窒素
を送入することで、周囲の湿気の侵入を防止されてい
る。パイプ２Ｅは、パッキング２Ｅ１と協働し、冷媒供
給弁１が閉じられているときも、副次チャンバは、内部
にガスの正圧が維持されていることにより、周囲からの
僅かの漏れに対し護られている。副次チャンバには、逆
止め弁を有する放出口２Ａが設けてある。この放出口
は、チャンバ内の圧力が３４４７Ｎ／ｍ²（０．５ｐｓ
ｉ）に達すると開かれるようになっている。副次チャン
バ内に湿気があると、低温トラップの性能に有害な影響
を及ぼす。熱容量が加算されて容認できない値になるだ
ろうからだ。このために、全体の熱容量を最小限に抑え
ることが設計上の要求となった。ジャケット２Ｄは、そ
れ自体では熱容量が低く、関連するすべての熱容量は、
実際、チューブ２Ｃの有効部分の温度が、熱脱着のため
に上昇させられる率に僅かの影響しか及ぼさない程度ま
で低減された。チューブ２Ｃは、適当な吸着剤（図示せ
ず）を含んでおり、２つの溶接されたリード線２Ｃ１，
２Ｃ２を有している。これらのリード線により、チュー
ブ中心区域は、オーム加熱によって急速に温度上昇す
る。このオーム加熱は、前記リード線を介し、ＡＣ電源
からステップダウン・トランスフォーマＴを経て高圧電
流が通る結果である。トランスフォーマＴの一次側はス
イッチＳＷ１により励起される。熱電対形式の温度セン
サ２Ｂ（図４）は、チューブ２Ｃの中央区域近くに溶接
され、熱電対のリード線２Ｂ１，２Ｂ２は、ジャケット
半部２Ｄ１の穴を通され、制御装置６（図２）のところ
へ延びている。ガス・サンプルは、チューブ２Ｃへパイ
プ２Ｃ３を介して運ばれ、熱脱着後、パイプ２Ｃ４を介
してガス・クロマトグラフ（図示せず）のコラムへ送ら
れる。副次チャンバ２には、シール用のパッキング２Ｃ
３Ａ、２Ｃ４Ａが取付けられ、それらのなかにパイプ２
Ｃ３，２Ｃ４が通されている。

【００７９】図２の実施例の変化形である第３図の実施
例では、選択できる最低温度が−１００℃である。チャ
ンバ２Ｄ３の容積は１ｃｃである。チューブ２Ｃとジャ
ケット２Ｄの合計熱容量は、周囲温度から−１００℃へ
の冷却時間が９０秒にすぎず、この初期冷却に必要とさ
れた冷媒流量が中程度であったことから示唆される。冷
却回路の種々の構成要素のインピーダンスは、所望温度
への初期冷却に必要とされる最大冷媒流量時に弁１の入
口に液体窒素が達ししえないように選定した。そして、
このことは、言うまでもなく、弁１の下流のすべての他
の冷媒回路部品に液体窒素が届いてはならないことを意
味している。いちど気化した液体窒素は、適当な液化プ
ラント内で非常な高圧処理を受けることなしには再液化
はできないからである。チャンバ２Ｄ３への供給ダクト
のインピーダンスと、放出弁５を介して大気中へ通じる
放出ダクトのインピーダンスとは、放出弁５とチャンバ
放出口２Ａとを介して大気中へ放出される合計流量が、
本発明による所望温度制御を確保する最低限の流量であ
るように、相互に選定されている。こうすることによ
り、冷媒低消費量の利点をフルに利用できる。図２、図
３の実施例は、特に、低温トラップの諸要求が大部分は
液体ガスによる冷却によってしか満たされないような場
合に、好適である。

【００８０】図５の場合、図３に示したジャケット２Ｄ
が、図２のチャンバ２内に適合せしめられている。この
チャンバは、図５では副次チャンバとして機能し、透明
図で示されている。図３で説明した部品については、放
出口２Ａ以外は説明を省略する。トラップ・チューブ２
ＣとトランスフォーマＴとの間の電気的接続部も、図示
しない。

【００８１】ジャケット２Ｄは、直列接続されたマルチ
ステージのトップステージ２Ｆ１上に組付けられてい
る。熱電ポンプ２Ｆはリード線２Ｆ７Ａ，２Ｆ７Ｂを有
している。これらのリード線は、パッキング２Ｆ７Ｃを
貫通し、スイッチＳＷ２を介しＡＣ公共給電源から給電
される安定化されたＤＣ電源ＰＳへ通じている。ステー
ジ２Ｆ１は、また、アルミニウム製スラブ２Ｆ２により
支持されている。スラブ２Ｆ２はステージ２Ｆ３に支え
られ、ステージ２Ｆ３はスラブ２Ｆ４に支えられてい
る。第３ステージ２Ｆ５は図では見えない。このステー
ジは、スラブ２Ｆ４と、ヒートシンク・ブロック２Ｆ６
の平らな頂面２Ｆ６Ａとの間に位置している。ブロック
２Ｆ６の頂面は、副次チャンバ２のフロアとして役立
ち、フードの形式を有し、このフードのベース縁部がブ
ロック２Ｆ６に支えられ、ヒートシンク２Ｆ６に対しシ
ールされている。副次チャンバ２は、図３の副次チャン
バ２の場合同様、放出口２Ａと適合せしめられている。

【００８２】すべての接触面対は、相互間のサーマル・
インピーダンスが出来るだけ低減されるように接着され
ている。スラブ２Ｆ４は、全積層をナイロンねじ２Ｆ４
Ｂによりヒートシング・ブロック２Ｆ６の頂面２Ｆ６Ａ
に固定するため、４個のラグ２Ｆ４Ａを有している。同
じように、スラブ２Ｆ２は、ラグ２Ｆ３Ａとナイロンね
じ２Ｆ３Ｂとの協働によりスラブ２Ｆ４に固定されてい
る。最後に、ジャケット半部２Ｄ２（図３）は、ナイロ
ンねじ２Ｄ２Ａによりスラブ２Ｆ３に固定されている。

【００８３】ヒートシンク・ブロック２Ｆ６と協働して
いる熱電ポンプ２Ｆの操作は公知であり、既述のＵＫ特
許に記載されている。この操作は、液体ガス温度制御シ
ステムの操作とは無関係であり、ユーザーは、低い所望
温度を達成する場合、熱電ポンプ又は液体ガス・システ
ムいずれかを用いて、所望温度、たとえば−５０℃を得
るか、もしくは、熱電ポンプを付加的に用いることによ
り−１００℃を達成するか、いずれかを任意に選択でき
る。図２から図５に示した実施例は、明らかに、通常は
熱電ポンプが用いられるが、液体ガスを冷媒として用い
なければ冷却要求を満たしえない場合も少なくないとい
った状況に適したものである。本発明による温度制御シ
ステムは、熱電ポンプ・システムの付属部品を形成する
ようにするのが有利である。

【００８４】熱電ポンプ２Ｆを付加的に用いる場合で
も、若干の熱は依然としてヒートシンク・ブロック２Ｆ
６を介して放散される。この熱は、ヒートシンクのひれ
を通る空気を引出し、コイル状部４Ａ上に排出するファ
ン４Ｂ（図２）によって利用される。

【００８５】言うまでもなく、図２の実施例の場合、チ
ャンバ２内の構成は一般化したものなので、この構成を
種々特殊化した複数の実施例を得ることができる。そう
した実施例は、いずれも、他のすべての点では、図２で
説明した構造と操作を共有するものである。したがっ
て、既述のＵＫ特許と結合された図２の実施例は、前記
ＵＫ特許に記述された低温トラップに付加的に用いるこ
とのできる第１の変化実施例である。したがって、どち
らかのシステムを他とは無関係に用いるか、本発明のシ
ステムを旧システムに付加して用いるかすることができ
る。同じように、図３及び図４の構成と結合された図２
の実施例は、第２の変化実施例であり、この変化実施例
では、チャンバ２が、その内部のチャンバ本体の副次チ
ャンバとして機能している。そして、チャンバ本体は、
極めて小さい容積と熱容量を有し、特に急速なサーマル
・レスポンスを有する低温トラップの一部をなしてい
る。終りに、図２と図５とは、第３の変化実施例を示
し、この場合は、第２の変化実施例同様の液相冷媒によ
る冷却が、第１変化実施例の場合のように、熱電ポンプ
による冷却に付加される。

【００８６】図８の実施例の場合、図２のような、２個
の弁による温度制御システムが、次のような場合に適す
るように、少し変えられている。すなわち、チャンバの
容積と熱容量とが可なり大きく、したがって、液相の冷
媒が供給弁１に達する可能性が排除できない場合であ
る。図８の場合、図２のチャンバ２が、ガスクロマトグ
ラフ（図示せず）の一部であるクロマトグラフのオーブ
ンの形式をとっている。オーブン本体は、５個の固定壁
により形成される平行６面体ボックス内の、典型的には
１０，０００ｃｃの容量のスペースである。５個の固定
壁は、頂壁１３Ａ、底壁１３Ｂ、２つの側壁１３Ｃ，１
３Ｄ、後壁１３Ｅ、前壁１３Ｆである。前壁１３Ｆは、
側壁１３Ｄに固定されたレール１３Ｄ１上と側壁１３Ｃ
に固定されたレール１３Ｃ１（図示せず）上をそれぞれ
スライド可能のライナ１３Ｆ１，１３Ｆ２とを有してい
る。前壁１３Ｆは、事実上は、スライド可能なドアであ
り、このドアを開けば、ボックス、すなわちオーブン１
３の内部へ接近可能であり、完全に閉じれば、オーブン
１３は、周囲から、ある程度まで断熱されたチャンバと
なる。若干の熱伝達は漏れの形式で不可避的に生じる。

【００８７】ガスクロマトグラフィー用オーブンは、普
通、ドアが閉じられても周囲に対して気密にシールはさ
れない。事実、空気が漏れるため、液体ガスを使用する
場合、冷媒を放出するための設備は必要としない。オー
ブン１３も例外ではなく、図２に符号２Ａで示した放出
口のような脱気穴は不要である。

【００８８】ドア１３Ｆには、クロマトグラフのインゼ
クタ１３Ｆ３と検出器１３Ｆ４が配置されている。クロ
マトグラフのコラム１３Ｆ５の入力端はインゼクタ１３
Ｆ３に、出力端は検出器１３Ｆ４に接続されている。注
意すべきは、インゼクタ１３Ｆ３と検出器１３Ｆ４は、
ドアが閉じられると、オーブン・スペース内へ突出する
点である。

【００８９】図２と図８の実施例は、多くの共通の部品
を有している。したがって、似た部品には似た説明を行
なった。制御装置６による供給弁１の制御がリード線１
Ｃ１，１Ｃ２を介し、放出弁５の制御がリード線５Ｃ
１，５Ｃ２を介して行なわれるのは、図２、図６、図７
の説明通りである。

【００９０】冷却回路についての１つの重要な変化は、
デュワーからの給送ラインが供給弁１に直接接続されて
いない点である。給送ライン７は、使用時には、内部の
冷媒気化ダクト１３Ｇに接続される。このダクト１３Ｇ
は、後壁１３Ｅの裏側近くを通り、おおよそ後壁１３Ｅ
の輪郭に沿ってほぼ完全なループを形成したのち、後壁
１３Ｅ外側のパイプ・ユニオン１３Ｇ１のところで終っ
ている。パイプ・ユニオン１３Ｇ１により、ダクト１３
Ｇは、短いアングル状パイプ１３Ｇ２を介して弁１の入
口に接続されている。弁１の出口には、Ｔ字形パイプ３
Ａ（図２のＴ字形コネクタとアダプタは、図面を簡単に
するため省略したが符号３Ａは、そのまま用いた）の垂
直アームの一端が接続され、他端は放出弁５に接続され
ている。この弁５は、図２の弁５と機能は同じだが、物
理的には図２と図８の弁１と同じである。温熱ループ４
Ａの作用により可能になる低コストの放出弁を有する図
２の構成は除去されている。これは、クロマトグラフィ
ーに用いる場合に要求される高い流量のさいには、放出
弁のコストを引下げるより冷媒消費量を低減させるほう
が、より重要だからである。Ｔ字形パイプ３Ａの水平ア
ーム３Ｂは、外部のパイプ・ユニオン３Ｃ１を介して、
オーブン１３内の延長パイプ３Ｃに結合されている。図
１の部品３Ａ１，３Ａ２，３Ｂを有する冷媒供給ダクト
は、図８のＴ字形パイプ３Ａの垂直アームの下半部と、
水平アーム３Ｂと、ユニオン３Ｃ１と、延長パイプ３Ｃ
とにより形成されている。図１の部品３Ａ１，３Ａ３，
４を有する冷媒放出ダクトは、図８ではＴ字形パイプの
２個の垂直アームにより示されている。

【００９１】放出パイプ１１は、弁５の出口と接続され
ている。図２の対応部品と比較して簡略化してあり、オ
ーブン１３内を所定長さにわたって延びる延長パイプ１
１Ｃに外部パイプ・ユニオンにより結合されたアングル
状パイプ１１Ｂを有している。パイプ１１Ｃの端部１１
Ｃ１は放出口を形成している。

【００９２】それゆえ、冷媒消費量低減のため、冷媒供
給ダクトと冷媒放出ダクトの双方ともが、オーブン１３
内部の、これらダクトに冷媒を供給する弁から僅かの間
隔のところに位置せしめられている。

【００９３】オーブン１３内には、側壁１３Ｃに隣接し
てヒータコイル１３Ｈと電気式のファン１３Ｉとが配置
されている。双方とも格子１３Ｊの背後に位置し、これ
らの部品の合計熱容量は可なり有意であり、オーブンの
総熱容量に加えられる。オーブンの総熱容量は冷却過程
で計算せねばならない。同様に重要な点は、オーブンの
ドア１３Ｆに付加されたインゼクタ１３Ｆ３と検出器１
３Ｆ４の双方とも、無視しえない付加的熱容量を生ぜし
めるだけでなく、更に悪いことに、これらのデバイス
は、クロマトグラフのコラム１３Ｆ５の各端部と、この
端部に結合されるデバイスとの間に低温「スポット」が
形成されるのを防ぐため、加熱されるのが普通だという
点である。図２、図６、図７のさいに説明した温度制御
システムが応動するコイル状白金抵抗の形式の温度セン
サ２Ｂも、オーブンの側壁１３Ｃ内に配置されている。
配置される位置は、オーブン１３内のスペース温度を検
知するのに適した位置である。センサ２Ｂは、リード線
２Ｂ１，２Ｂ２を有し、これらのリード線を介しセンサ
２Ｂは制御装置６に接続されている。

【００９４】クロマトグラフィー用オーブン内の算定総
熱容量は可なりの値である。このため、低い所望温度が
特に低温であったり、期待される冷却速度が特に急速で
あったり、あるいはまた、これらの両方が同時に要求さ
れたりする場合には、極めて多量の冷媒流量が要求され
る。この結果、冷媒は、冷媒回路内のどの個所までも液
態で到達できる。既述のように、そうした場合、公知シ
ステムにより単一の弁が用いられていれば、温度制御が
十分には行なわれず、冷媒消費量も多量となる。図２の
場合に説明した２個の弁による制御システムは、そうし
た極端な場合にも対処できる。その場合、最大冷媒流量
は、双方の弁１，５が開かれる初期冷却段階にのみ必要
となるだけである。初期冷却段階が終れば、弁５は、大
方は閉じたままである。これは、次のことを意味する。
すなわち、弁１が流量を低減して開き続けており、その
流量では、給送ライン７から弁に到達する冷媒は、ゆっ
くり流れる間に周囲熱にさらされて気化態となるかもし
れないということである。しかし、弁１には給送ライン
７から直接にではなく、冷媒気化ダクト１３Ｇを介して
間接的に冷媒を供給することで、弁１が間欠的に動作す
る場合に冷媒回路に液体ガスが到達する可能性が避けら
れる。その理由は次の通りである：オーブン１３内で、
冷媒気化ダクト１３Ｇはオーブンの可なりの熱容量の一
部をなしている。ダクト１３Ｇへ伝達される熱は、オー
ブン内の、冷却されている物理的部品からのものであ
る。オーブンが初期冷却段階のスタート時に、周囲温度
であり、しかも、スタート前に３０分間ほど、冷媒がデ
ュワーに接続された給送ライン７を流動しなかったと仮
定すると、冷媒を最大流量にするため弁１と弁５とを全
開にしても、液体ガスが冷媒気化ダクト１３Ｇに入るこ
とはない。なぜなら、冷媒が給送ライン７内で静止して
いる間に、周囲熱の伝達により冷媒が気化するからであ
る。大量の流量のため給送ラインが十分冷却され気化を
防止するので、その後しばらくの間、冷媒はダクト１３
Ｇの上流端部に液相で到達するが、ダクト１３Ｇの下流
端部に到達するまでには気化されるだろう。ダクト１３
Ｇ内を流れる冷媒にオーブンの各部品から熱が伝達され
るからである。初期冷却段階のスタートに近くなると、
この冷媒流量は最大値となろう。

【００９５】設定した低い所望温度に近づき、オーブン
各部品の温度がダクト１３Ｇ内の冷媒の温度に近くなる
につれて、冷媒の熱収収は低減するが、同じ最大流量が
維持され、要求される冷却率が確保される。設定した所
望温度が低いときには、次の場合が十分に予想される。
すなわち、冷媒気化ダクト１３Ｇとオーブンの各部品と
の間のサーマル・カップリングが、ダクト１３Ｇの上流
端部に到達する液体ガスが下流端部に到達するまでに確
実に気化するほど十分でない場合である。このため、サ
ーマル・カップリングが、最悪の場合に十分に対処しう
るように、設計上の考慮が必要である。換言すれば、冷
媒気化ダクト１３Ｇの熱交換性能は、そうしたサーマル
・カップリングを得るのに十分なものでなければならな
い。このことは、図８の実施例の場合、ダクト１３Ｇの
長さと配置とを適切にすることで達せられる。

【００９６】冷媒気化ダクト１３Ｇは、オーブン各部品
から熱を吸収することによって、熱交換器として機能
し、冷却過程を補助する点を指摘しておく必要がある。
同じことは、オーブン内へ導かれている冷媒供給ダクト
や冷媒放出パイプのランについても言える。これらのラ
ンは、それぞれ、図８の符号３Ｃと１１Ｃで示されてい
る。

【００９７】図８の実施例では、選択可能の最低温度
は、図３及び図５の実施例の場合同様、設計上の選択に
より−１００℃に固定してある。しかし、このことは、
より低い温度には適応できないという意味ではない。一
般的に言って、最低温度は、冷媒として用いるガスの液
化温度より２０℃から５０℃高くすべきだろう。窒素の
場合、その最低温度は−１９６℃である。オーブン１３
の容積は約１０，０００ｃｃであり、その有効熱容量
は、オーブンの温度を周囲温度でスタートして１℃／ｓ
ｅｃ上昇させるのに約５００ワットを要するような値で
ある。周囲温度から−１００℃へ冷却する時間は約６分
である。このようなオーブン内の冷媒気化ダクト１３Ｇ
は、口径７ｍｍ、壁厚１．２ｍｍ、長さ８００のｍｍの
アルミニウム管製で、図８に示した位置に配置されてい
る。このダクト１３Ｇは、オーブンが完全に作動し、再
循環ファン１３Ｉが回転し、検出器１３Ｆ４とインゼク
タ１３Ｆ３が周囲温度を上回る２５０℃に初期加熱さ
れ、ドア１３Ｆが固く閉じられている場合に、弁１の入
口に冷媒が液相で到達するのを防止するのに適してい
る。

【００９８】冷媒気化ダクト１３Ｇは、初期冷却段階の
終りごろには−１００℃の最低温度に近いオーブン温度
にさらされるのに対し、冷媒流量は依然としてその最大
値を維持している場合、ダクト１３Ｇは、給送ライン７
と同じラインが周囲温度にさらされると仮定した場合よ
り、はるかに液相の冷媒を気化する可能性は少ないと思
われる。第１に、給送ライン７と周囲との間のサーマル
・カップリングが、非常に弱い。このことは、熱伝達に
対する抵抗が可なり高いことを意味し、仮に十分な冷媒
流量が与えられれば、冷媒は、容易に、気化しない温度
に達することができ、実験室に見られるような正常な使
用条件下では周囲温度が何度であろうと、ほとんど構わ
ない。しかし、ダクト１３Ｇがオーブンの各部品から熱
を受取り、各部分とは可なり密接なサーマル・カップリ
ングをなしている場合には、前記のようにはいかない。
約−１００℃で、これらの部品は、窒素の液化温度より
約９６℃高い温度である。したがって、ダクト１３Ｇが
初期冷却段階の終りに−１００℃より低い温度になると
はいえ、窒素の液化温度に近づく結果、オーブンの各部
品からダクト１３Ｇへの著しい熱伝達が生じる。ここで
重要なのは、この熱伝達が、ファン１３Ｉのミキシング
機能により助成される点である。このファンの正規の機
能は、クロマトグラフのコラム１３Ｆ５のコイル状部内
を通る空気流を再循環させ、ファンのインテーク側へコ
イル状部の外側をこえて戻すことにある。気化した液体
ガスがオーブン１３を通過するときにも、同じ作用を発
揮する。

【００９９】初期冷却段階が終って、弁５は、ほとんど
は閉弁状態となるが、弁１は低減された流量の冷媒を通
すようになると、本発明による２弁制御の利点の一つが
発揮され、冷媒が液相で冷却回路内に見出され、給送ラ
イン７自体内には最少源の冷媒が見出されることになる
だろう。時には、弁１と弁５とが、一緒に短時間再び開
弁することがある。すなわち、温度制御システムが安定
化したのち、３０分間程度、たとえば周囲の偶然的な温
度上昇な温度上昇に対処するために開弁する。しかし、
そのような場合には、ダクト１３Ｇよりも給送ライン７
が一時的に温度上昇するだろう。しかし、液相の冷媒が
流過しうるだけ十分に給送ライン７を冷却するのに要す
る時間よりはるか以前に、障害は除去され、弁５がもう
いちど閉じられることで、給送ライン７のそれ以上の冷
却は防止されよう。以上、述べたことは、図８の実施例
の操作を簡単化して定性的に分析したものである。定量
分析は極めて複雑であり、いずれにしても、ここでは不
必要である。

【０１００】図３の実施例では、チャンバ２Ｄ３内では
有意な熱容量が加算されないと仮定されている。これに
当てはまるのは、チューブ２Ｃ内のガス・サンプルの低
温での吸着に続いて、急速な熱脱着サイクルが始まり、
数秒後にはこのチューブの温度が上昇せしめられる場合
である。クロマトグラフのオーブンの場合は、加算され
る熱容量はそれほど臨界的ではない。なぜなら、前記の
ような急速な加熱サイクルは現実的ではないからであ
る。図３の実施例と図８の実施例とは別の問題に対処す
るものである。前者の場合、力点は精密な温度制御を行
ない、熱容量の加算を防止することにある。後者の場合
は、前者の精密な温度制御を大容積の冷却に適合させる
一方、冷媒供給弁１の間欠的な作動時に冷却回路内に液
体ガスが存在するのを防止することに力点が置かれてい
る。双方とも、単一弁による公知技術の制御システムよ
り明らかな利点を有している。

【０１０１】図９の実施例は、気相とは異なる液相の液
体ガスを、初期冷却段階にも、その後に続く段階にも使
用するもくろみである。初期冷却段階に続く段階には、
温度制御システムが熱平衡に向かう一方、冷媒は間欠的
に供給される。

【０１０２】これから説明する理由で、電気制御式２方
弁１Ａ５は、共通の入口１Ａ５Ａと、別々の出口１Ａ５
Ｂ，１Ａ５Ｃを有し、使用時には、液相の液体ガス冷媒
を給送ライン７から受取る。第１の出口１Ａ５Ｂは、放
出口１１Ｂを有する冷媒放出パイプ１１と接続され、第
２の出口１Ａ５Ｃは、チャンバ２へ通じる冷媒供給ダク
ト３と接続されている。チャンバ２には、放出口２Ａと
組付けの逆止め弁が備えられている。これは図３の場合
に述べた通りである。弁１Ａ５は、制御装置６の自動制
御下にあり、双方の間のリンクＬは電気的接続を表わし
ている。この制御は、次のように行なわれる。すなわ
ち、液相冷媒が、入口１Ａ５Ａから連続的に、出口１Ａ
５Ｂへ通じる通路（放出路）か、出口１Ａ５Ｃへ通じる
通路（供給路）かへ入る。これらの通路は両方とも破線
で示してある。

【０１０３】チャンバ２の初期冷却の間、制御装置６
は、供給路を動作させ、液相冷媒流は連続的にチャンバ
を通り、放出口２Ａから放出され、これが、チャンバ又
は内部の対象物が所望温度に達するまで続く。そのあ
と、制御装置の操作は次のように行なわれる。すなわ
ち、チャンバ２へ通じる供給路が間欠的に開閉され、こ
の開時間が、チャンバへの周囲熱伝達による温度上昇を
相殺するのに十分な冷媒流量をチャンバに通すのに要す
る時間によって決定されるようにするのである。この開
時間が終ると、供給路は閉じられ、放出路が開かれ、冷
媒がパイプ１１から放出される。言いかえると、冷媒流
は、一方又は他方の通路を介して連続的に維持される。

【０１０４】冷媒放出パイプ１１や、冷媒供給ダクト
３、チャンバ２、放出口２Ａを有する直列の組合せのイ
ンピーダンスは、次のように選ばれている。すなわち、
いずれかの通路を通り間欠的に流れる冷媒の累積効果に
より、液体ガスが気化温度まで上昇するのが十分に防止
され、その結果、公知システムの単一弁制御に比して改
善された温度制御が達せられるように選ばれている。公
知システムでは、既述の理由で、偶発的な気化により温
度制御の質が低下するからである。繰返して言えば、チ
ャンバへの冷媒供給と冷媒の放出との双方を制御するこ
とにより、冷媒消費量は、目立って低減する。供給段階
には放出がカットオフされることを考えれば、容易に認
められる。冷媒供給に対し放出を制御する措置を取らな
ければ、チャンバへの冷媒供給のオン、オフ両段階の間
じゅう、放出が連続的に行なわれることになるだろう。

【０１０５】図１０は、単一の２方弁が、図８に示した
同じ構造の弁１と弁５とにより容易にシミュレートされ
る様子を示したものである。２つの弁のベースを支える
ポートは、簡単に一緒に結合され、良好な熱接触状態に
あり、隣接する入口１Ａ，５Ａは、マニホールドＭによ
り集められ、マニホールドＭには給送ライン７が接続さ
れている。図９では符号１Ａ５（符号１と５を指す）を
用いた理由が、今や明らかとなろう。実際的見地から
は、このシミュレーションは、２方弁として設計された
単一弁より便利である。この種の単一弁は、低温工学的
に利用するためには入手しにくいからである。

【０１０６】図９及び図１０に示した制御装置（図１０
では、弁１と弁５から、それぞれ制御装置６へ通じる電
気リード線が符号ＬＬ１，ＬＬ２で表わしてある）は、
図６に示したものと同じであるが、異なる点は、マイク
ロコンピユータ６Ｃを条件づけるソフトウエアが、図１
１のフローチャートに示したのとは異なる命令を実行す
る点である。いずれの図でも、チャンバ２内の温度セン
サ２Ｂは、図１と図２の制御装置６へ信号を送る。

【０１０７】図１１では、ステップ１４Ａ，１４Ｂ，１
４Ｃが、図７の最初の３つのステップに合致する。ステ
ップ１４Ｄで、制御装置６の一部をなすマイクロコンピ
ュータが、図９の２方弁１Ａ５の供給路を開き、放出路
をカットオフ状態にして、チャンバ２の初期冷却段階を
開始させる。符号１４Ｅで示された待機ループにより、
所望温度−Ｘより温度が高い間は冷却段階を継続するこ
とが保証される。Ｘの前のマイナス記号は、図７のフロ
ーチャートで説明したのと同じ意味である。符号１４Ｆ
は別の待機ループであり、このループにより、実際温度
が所望温度より約１５℃低い温度にされるまで冷却段階
が続けられる。この場合には、ステップ１４Ｇに示され
ているように、弁１Ａ５の供給路（ＳＰ）が閉じられ、
放出路（ＶＰ）が開かれている。最後にステップ１４Ｈ
の待機ロープが、２方弁１Ａ５をステップ１４Ｇで設定
された状態に維持し、これを実際温度が所望温度より１
０℃低い温度となるまで続ける。実際温度が−（Ｘ＋１
０）℃を上回っていれば、全制御操作がステップ１４Ｄ
から反復される。

【０１０８】図９のシステムが、最初に作動せしめられ
ると、冷媒は、弁１Ａ５と、冷却回路の残りの部分とを
気相で流過する。しかし、交互にチャンバ２と放出パイ
プ１１を介して大気中へ放出される冷媒により、間もな
く、気相の冷媒が、冷却回路内で液相の冷媒に確実に替
えられることになろう。

【０１０９】注意を要する点は、温度制御が、気相の冷
媒を使用できるほど十分に所望温度が高い場合のように
精密ではないという点である。この原因は、液相冷媒の
温度が、気相冷媒の温度と比較すると、極めて狭い範囲
内で変化することにある。これが、本発明によれば、所
望温度が極端な低温でない場合には、気相冷媒による温
度制御が好ましいとされる主な理由である。

【０１１０】上述の２方弁１Ａ５の制御は、必要な変更
を加えた上で、図１０のシミュレーションも同じように
妥当する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２に示した実施例を紹介する略示図。

【図２】他の変化形の基礎となる、本発明の温度制御シ
ステムの基本実施例の斜視図。

【図３】本発明を低温トラップの冷却に用いた場合の変
化形を示した図。

【図４】図３の一部の詳細図。

【図５】図３の低温トラップを熱電ポンプに付加して用
いた場合の、本発明による温度制御システムの変化形。

【図６】マイクロコンピュータを有する制御装置のブロ
ック図。この制御装置により、各実施例内で所望温度の
達成と安定化が制御される。

【図７】図９及び図１０の実施例以外の各実施例内で、
専用ソフフトウエアにもとづきマイクロコンピュータに
より実施される温度制御操作のフローチャート。

【図８】本発明をクロマトグラフィー用オーブンに適用
した場合の実施例を示した図。

【図９】２方弁を介して液態の冷媒のみにより極低温の
所望温度を達成し維持することの可能な、図２の実施例
の変化形。

【図１０】底部を互いに結合された２つの等しいソレノ
イド弁と、マニホールドを有する２つの入口とによりシ
ミュレートされた上方弁を備えた、図９の変化形。

【図１１】図９及び図１０に示した変化形に適用可能の
専用ソフトウエアにもとづき、制御装置内のマイクロコ
ンピュータにより実施される操作を示したフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ 冷媒供給弁（ソレノイド弁）、 １Ａ 入口、
１Ａ５ ２方弁、１Ａ５Ａ 入口、 １Ａ５Ｂ，
１Ａ５Ｃ 出口、 １Ｂ 出口、 １Ｃ１，１Ｃ２
リード線、 ２ （副次）チャンバ、 ２Ａ
放出口、 ２Ｂ 温度センサ、 ２Ｂ１，２Ｂ２ リ
ード線、 ２Ｃ チューブ、 ２Ｃ３，２Ｃ４ パ
イプ、 ２Ｃ３Ａ，２Ｃ４Ａ パッキング、 ２Ｄ
ジャケット、 ２Ｄ１，２Ｄ２ ジャケット半部、
２Ｄ１Ａ，２Ｄ１Ｂ ニップル、 ２Ｄ２Ａ ナ
イロンねじ、 ２Ｄ３ 環状室、チャンバ、 ２Ｄ４
突起、 ２Ｅ パイプ、 ２Ｅ１ パッキン
グ、 ２Ｆ 熱電ポンプ、 ２Ｆ１ トップステー
ジ、 ２Ｆ２ アルミニウム製スラブ、 ２Ｆ３
ステージ、 ２Ｆ３Ａ ラグ、 ２Ｆ３Ｂ ナイロ
ンねじ、 ２Ｆ４スラグ、 ２Ｆ４Ａ ラグ、 ２Ｆ
４Ｂ ナイロンねじ、 ２Ｆ６ヒートシンク・ブロッ
ク、 ２Ｆ７Ａ，２Ｆ７Ｂ リード線、 ３ 冷媒
供給ダクト、 ３Ａ１ アーム、 ３Ａ２ アー
ム、 ３Ｂ パイプ、 ３Ｂ３Ａ，３Ｂ３Ｂ 分岐
管、 ３Ｂ３Ｃ Ｔ字形コネクタ、 ４ 冷媒放出
ダクト、 ４Ａ コイル状部分、 ４Ｂ ファン、
４Ｂ１，４Ｂ２リード線、 ４Ｄ パイプ・ユニオ
ン、 ５ 冷媒放出弁（ソレノイド弁）、 ５Ａ
入口、 ５Ｂ１ アダプタ、 ５Ｃ１，５Ｃ２ リ
ード線、６ 制御装置、 ６Ａ増幅器、 ６Ｂ Ａ
Ｄ変換器、 ６Ｃ マイクロコンピュータ、 ６Ｃ１
読出し専用メモリ、 ６Ｃ２ マイクロプロセッ
サ、 ６Ｃ３ 読取り書込みメモリ、 ６Ｄ バ
ス、 ６Ｅ キーパッド、 ６Ｅ１ トグルキー、
６Ｅ２ キーマトリクス、 ６Ｆ ディスプレー、
６Ｇ ラツチ、 ６Ｈ１ ドライブ、 ６Ｈ２
ドライブ、 ６Ｉ１ リレー、 ６Ｉ２ リレ
ー、 ７ 冷媒給送ライン、 ７Ａ 断熱スリー
ブ、 ８ 直角コネクタ、 ９ フレーム、 ９Ａ
フランジ、９Ｂ ブラッケット、 ９Ｂ１，９Ｂ
２ ねじ、 ９Ｃ 延長部、 ９Ｃ１，９Ｃ２
保持フランジ、１０ 断熱スラブ、 １１Ａ パイ
プ・ユニオン、 １１Ｂ アングル状パイプ、 １１
Ｃ 延長パイプ、 １１Ｃ１ パイプ端部、 １２
しずく受け、 １３ オーブン、 １３Ａ頂壁、
１３Ｂ 底壁、 １３Ｃ，１３Ｄ 側壁、 １３
Ｃ１ レール、１３Ｅ 後壁、 １３Ｆ 前壁、
１３Ｆ１，１３Ｆ２ ランナ、 １３Ｆ３ イン
ゼクタ、 １３Ｆ４ 検出器、 １３Ｆ５ コラ
ム、 １３Ｇ 冷媒気化ダクト、 １３Ｇ１ パイ
プ・ユニオン、 １３Ｈ ヒータコイル、 １３Ｉ
電気式ファン、 １３Ｊ 格子

Claims (44)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内の温度を高いほうの実際値か
   ら低いほうの所望値へ降下させ、供給源から供給される
   液体ガス形態の冷媒の流量を制御してチャンバを通すこ
   とにより前記の低い所望温度に温度を維持する温度制御
   システムにおいて、 ａ）冷媒流が流過できるようにされたチャンバと、 ｂ）冷媒の放出口を形成する手段と、 ｃ）チャンバと冷媒放出口とに自動選択的に冷媒を供給
   する手段と、 ｄ）チャンバ内に配置された温度センサと、 ｅ）低い所望温度を設定する温度設定手段と、 ｆ）温度センサと温度設定手段とに応動する制御装置と
   を有しており、この制御装置により、自動選択的に冷媒
   を供給する手段が制御され、チャンバ及び（又は）チャ
   ンバ内の何らかの対象物が、低い所望温度に降下せしめ
   られ、その温度が維持されることを特徴とする温度制御
   システム。
2. 【請求項２】 作動時に制御装置が、自動選択的に冷媒
   を供給する前記手段をして同時にチャンバと冷媒放出口
   とへ、予め定めた累加的な流量で冷媒を送るようにさ
   せ、チャンバ及び（又は）チャンバ内の何らかの対象物
   の初期冷却を行なって、システムの実際の限度内で、要
   求通りの短い時間で低い設定所望温度にすることを特徴
   とする、請求項１記載の温度制御システム。
3. 【請求項３】 初期冷却が完了したのち、したがって、
   低い設定所望温度にはじめに達したのち、システムが保
   留段階に入り、この間には、低い設定所望温度からの逸
   脱に対しては、自動選択的に冷媒を供給する手段に対し
   制御装置が命令することにより対処され、冷媒流が、時
   間を限って断続的にチャンバを通過するようにされ、か
   つまた、より高い冷却率が瞬間的に要求される場合に
   は、チャンバと放出口の双方に冷媒を通すようにされ、
   その結果、システムは、定常段階へ向って収束するに至
   り、この定常段階の間には、たとえば周囲の障害による
   偶発的な温度上昇に対処する必要がある場合を除いて、
   放出口への冷媒供給はカットオフされ、チャンバへの供
   給は、休止時間が次第に長くなり、かつ（又は）持続時
   間が短くなるようにされていることを特徴とする請求項
   ２記載の温度制御装置。
4. 【請求項４】 チャンバと冷媒放出口とに自動選択的に
   冷媒を供給する手段が、電気式に制御可能な冷媒供給弁
   と冷媒放出弁とを有し、これら各弁が入口と出口とを有
   することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１
   項記載の温度制御システム。
5. 【請求項５】 冷媒供給弁が、給送ラインを介して冷媒
   源から冷媒を受取るために配置され、その出口が、チャ
   ンバへ冷媒を給送する供給ダクトに接続されていること
   を特徴とする、請求項４記載の温度制御システム。
6. 【請求項６】 冷媒供給弁が、冷媒放出弁の入口へ冷媒
   を供給する冷媒放出ダクトに、付加的に接続されてお
   り、冷媒放出弁の出口が冷媒放出口を構成するか、もし
   くは冷媒放出口へ通じているかすることを特徴とする、
   請求項５記載の温度制御システム。
7. 【請求項７】 低い設定所望温度にチャンバを初期冷却
   する間、制御装置により、冷媒供給弁と冷媒放出弁と
   が、ほぼ最大の所定冷媒流量を通過させる状態にされる
   ことを特徴とする、請求項４から６までのいずれか１項
   記載の温度制御システム。
8. 【請求項８】 制御装置が、初期冷却段階の終りに設定
   所望温度に達してシステムが保留段階に入った後に、冷
   媒供給弁と冷媒供給弁双方の断続的な作動を生ぜしめる
   ようにされており、保留段階の間、冷媒供給弁は、顕著
   な温度上昇傾向に対処するため臨時に冷却が必要とされ
   るときに一時的に開弁される場合を除いて、大部分は間
   欠的に作動することを特徴とする、請求項７記載の温度
   制御システム。
9. 【請求項９】 更に、制御装置が、チャンバへの冷媒流
   を冷媒供給弁がカットオフするカットオフ時間、並びに
   冷媒放出弁が放出口への冷媒流をカットオフするカット
   オフ時間を長くする機能を有することを特徴とする、請
   求項８記載の温度制御システム。
10. 【請求項１０】 制御装置がマイクロコンピュータを有
    しており、作動時には、このマイクロコンピュータが、
    チャンバ及び（又は）チャンバ内の何らかの対象物の、
    温度センサにより検知された実際温度を示す信号と、温
    度設定手段を介して操作員が設定する低い所望温度とを
    比較し、冷媒供給ソレノイド弁と冷媒放出ソレノイド弁
    との作動を、マイクロコンピュータに利用可能のソフト
    ウエア・プログラムに従って制御することを特徴とす
    る、請求項１から９までのいずれか１項記載の温度制御
    システム。
11. 【請求項１１】 チャンバには、熱電冷却装置に熱的に
    接続されている対象物が収容されており、システムは、
    低い所望温度が前記冷却装置の冷却域外である場合、付
    加冷却ができるようにされていることを特徴とする、請
    求項１から１０までのいずれか１項記載の温度制御シス
    テム。
12. 【請求項１２】 前記対象物が低温トラップ中空体であ
    ることを特徴とする請求項１１記載の温度制御システ
    ム。
13. 【請求項１３】 前記中空体がジャケットにより取囲ま
    れたチューブであり、チャンバがシステムの内部空間内
    に画定された数立方センチメートルの小さな容積を有す
    ることを特徴とする、請求項１２記載の温度制御システ
    ム。
14. 【請求項１４】 前記ジャケットが、チャンバの容量を
    はるかに超える副次チャンバにより取囲まれており、こ
    の副次チャンバが大気中へ通じる脱気口を備えているこ
    とを特徴とする、請求項１３記載のの温度制御システ
    ム。
15. 【請求項１５】 作動時に冷媒流が、まずチャンバに入
    り、次いでチャンバから副次チャンバに入り、最後に前
    記脱気口を介して大気中へ放出されるようにチャンバと
    副次チャンバとが構成されていることを特徴とする、請
    求項１４記載の温度制御システム。
16. 【請求項１６】 脱気口が弁を有し、この弁が所定の冷
    媒圧力下で大気中へ開かれることを特徴とする、請求項
    １５記載の温度制御システム。
17. 【請求項１７】 チャンバに大気中へ通じる脱気口が設
    けられていることを特徴とする、請求項１から１２まで
    のいずれか１項記載の温度制御システム。
18. 【請求項１８】 前記脱気口に弁が備えてあり、この弁
    が所定冷媒圧力下で大気中へ開くことを特徴とする、請
    求項１６記載の温度制御システム。
19. 【請求項１９】 チャンバ内には冷媒蒸発ダクトが収容
    され、このダクトは、一端が給送ラインに接続されるよ
    うにされ、他端が、自動選択的にチャンバと放出口とに
    冷媒を供給する手段に接続されていることを特徴とす
    る、請求項１から１０までのいずれか１項記載の温度制
    御システム。
20. 【請求項２０】 放出口がチャンバ自体に設けられてい
    ることを特徴とする、請求項１９記載の温度制御システ
    ム。
21. 【請求項２１】 チャンバが、ガス・クロマトグラフィ
    ー用オーブンとして構成されていることを特徴とする、
    請求項１９又は２０記載の温度制御システム。
22. 【請求項２２】 作動時に冷媒により生じる流れに対す
    るインピーダンスと、チャンバと放出口とに自動選択式
    に冷媒を供給する手段に対し制御装置により及ぼされる
    制御とが、冷媒を気相で前記手段に出入させることを特
    徴とする、請求項１から２１までのいずれか１項記載の
    温度制御システム。
23. 【請求項２３】 チャンバと放出口とに自動選択式に冷
    媒を供給する手段が、電気制御式の２方弁を有し、液体
    冷媒が、給送ラインからチャンバと放出口双方に同時に
    ではなく、これらのいずれかに送られることを特徴とす
    る、請求項１記載の温度制御システム。
24. 【請求項２４】 制御装置がマイクロコンピュータを有
    しており、作動時にこのマイクロコンピュータが、温度
    センサにより検知される、チャンバ及び（又は）チャン
    バ内の何らかの対象物の実際温度を示す信号と、温度設
    定手段を介して操作員により設定された低い所望温度と
    を比較し、マイクロコンピュータがソフトウエア・プロ
    グラムに従って２方弁の操作を制御することを特徴とす
    る、請求項２３記載の温度制御システム。
25. 【請求項２５】 前記マイクロコンピュータが、初期急
    速冷却段階中にのみチャンバに冷媒を流過させるよう
    に、２方弁を切換えるように調節されていることを特徴
    とする、請求項２４記載の温度制御システム。
26. 【請求項２６】 前記マイクロコンピュータが、初期冷
    却段終了後に、２方弁をチャンバと放出口との間で周期
    的に切換えて、低い設定所望温度以上にチャンバ温度が
    上昇する傾きがある場合にはチャンバへの熱伝達が相殺
    される程度の頻度で、チャンバに冷媒を供給するように
    し、同時に、チャンバの冷媒流がカットオフされたとき
    に、冷媒が気化せぬように防止するようにすることを特
    徴とする、請求項２５記載の温度制御システム。
27. 【請求項２７】 ２方弁が、２つのソレノイド弁により
    構成されており、これらのソレノイド弁が良好に熱接触
    しているベースと、給送ラインから並列的に供給を受け
    るように連結された２つの入口とを有することを特徴と
    する、請求項２３から２６のいずれか１項記載の温度制
    御システム。
28. 【請求項２８】 添付略示図の図１、図２、図６、図
    ７、又は図２、図３、図６、図７、又は図２、図５、図
    ６、図７、又は図６、図７、図８、又は図６、図９、図
    １１、又は図６、図１０、図１１について説明した温度
    制御システム。
29. 【請求項２９】 工業的に使用可能で、チャンバ内の温
    度を高いほうの実際温度から低いほうの所望温度へ降下
    させ、その温度を低い所望温度に維持するために、供給
    源から液体ガス形態の冷媒の制御流をチャンバに通す温
    度制御法において、次のステップ、すなわち ａ）チャンバ内の温度の検知するステップ、 ｂ）はじめに前記の低い所望温度に達せしめ、次いで所
    要使用期間の間その温度を維持するために、チャンバ内
    の温度に関連して選択的に冷媒流をチャンバと放出口と
    に通すように調整するステップとを有することを特徴と
    する温度制御法。
30. 【請求項３０】 所定の高い冷媒流量が、はじめに前記
    の低い所望温度を達成するため、初期冷却段階の間、チ
    ャンバと放出口双方を通るように維持されることを特徴
    とする、請求項２９記載の温度制御法。
31. 【請求項３１】 前記の低い所望温度を維持する維持段
    階に、選択的にチャンバと放出口とに冷媒流を時間を決
    めて間欠的に通過させ、前記維持段階中には、温度制御
    が、主として、チャンバ温度に応じてチャンバに冷媒を
    間欠的に流過させる一方、放出口を流過する冷媒流はカ
    ットオフし、臨時に冷却が求められる場合には、冷媒を
    チャンバに通すさいに同時に放出口にも一時的に通すこ
    とで、放出口流過の頻度を減らすことを特徴とする、請
    求項２９又は３０記載の温度制御法。
32. 【請求項３２】 温度制御が定常状態に近づくと、温度
    制御は、ほとんど全くチャンバを流過する冷媒流は間欠
    的にされ、冷媒流の休止時間が次第に長くなるに対し、
    放出口を流過する冷媒流はカットオフされ、周囲温度ピ
    ークに起因するような偶発的な急激な温度上昇に対処す
    るために、時折、再導入されるだけであることを特徴と
    する、請求項２９から３１までのいずれか１項記載の温
    度制御法。
33. 【請求項３３】 冷媒流が電気制御可能な手段により制
    御されることを特徴とする、請求項２９から３２までの
    いずれか１項記載の温度制御法。
34. 【請求項３４】 チャンバを流過する冷媒流が、電気式
    に操作される冷媒供給弁により制御され、放出弁を通る
    冷媒流は電気式に操作される冷媒放出弁により制御され
    ることを特徴とする、請求項３３記載の温度制御法。
35. 【請求項３５】 チャンバと放出口とを通る冷媒流が、
    ソフトウエア・プログラムに応じてマイクロコンピュー
    タを介して、それぞれ選択的に制御されることを特徴と
    する、請求項２９から３４までのいずれか１項記載の温
    度制御法。
36. 【請求項３６】 凝縮目的で低温トラップの温度を引下
    げるために用いる場合、内部に配置された吸着剤上でサ
    ンプルが、トラップを流過するキャリヤ・ガスに飛沫同
    伴することを特徴とする、請求項２９から３５までのい
    ずれか１項記載の温度制御法。
37. 【請求項３７】 トラップ温度を必要レベルに急速に上
    昇させることにより、ガス・クロマトグラフのコラム内
    へ前記サンプルを脱着するステップを含むことを特徴と
    する、請求項３６記載の温度制御法。
38. 【請求項３８】 チャンバと放出口それぞれを通る冷媒
    流が、チャンバと放出口とに気相でのみ送られるように
    調整されることを特徴とする、請求項２９から３７まで
    のいずれか１項記載の温度制御法。
39. 【請求項３９】 ガスクロマトグラフィー用オーブンの
    温度を引下げるのに用いることを特徴とする、請求項２
    ９から３５までのいずれか１項記載の温度制御法。
40. 【請求項４０】 所定の熱交換が、流入冷媒とオーブン
    との間で行なわれ、そのあとで冷媒流が、選択的にオー
    ブンか放出口かを通るように調整され、冷媒が液相で調
    整を受けることが防止されることを特徴とする、請求項
    ３８記載の温度制御法。
41. 【請求項４１】 液相の、所定の高い冷媒流量が、前記
    の低い所望温度に最初に到達させるための初期冷却段階
    の間のみ、チャンバを流過せしめられることを特徴とす
    る、請求項２９記載の温度制御法。
42. 【請求項４２】 冷媒流が、初期冷却段階が完了したの
    ち、チャンバと放出口との間のいずれかに送られること
    を特徴とする、請求項４１記載の温度制御法。
43. 【請求項４３】 コンピュータ・プログラムに応動する
    マイクロコンピュータにより制御される電気制御式２方
    弁を流過する冷媒流を調整するステップを含むことを特
    徴とする、請求項４２記載の温度制御法。
44. 【請求項４４】 添付略示図の図１、図２、図６、図
    ７、又は図２、図３、図４、図６、又は図２、図５、図
    ６、図７、又は図６、図７、図８、又は図３、図９、図
    １１、又は図６、図１０、図１１について、実質的に説
    明した温度制御法。