JPH06182259A - ロータ温度制御法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、遠心分離装置のロータ温度制御装
置に関するものであり、ロータ温度によらず、ロータを
速く安定に目標温度にすることである。 【構成】 本発明は、ロータ温度センサ４と環境温度測
定手段２１とロータ温度制御装置１７とＣＰＵ２０とで
構成し、ロータの温度を目標温度とするために所用の温
度制御装置の運転率を、ロータの目標温度と環境温度と
から決定してロータ温度を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、遠心分離装置におけるロ
ータの温度制御法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の温度制御法の一つには、図７の様
にロータの温度が目標温度より高く誤差Ｅをもてば温度
制御装置の運転率を１００％とし、目標温度よりも低け
れば運転率を０％とするような、ロータ温度の瞬時値に
よるＯＮ−ＯＦＦ制御がある。この制御ではロータ温度
に対する制御の遅れのために、図８のようにロータ温度
のリップルが大きくなる問題がある。また、この問題を
解決する別の方法として、図９の様に温度制御装置の運
転率をロータ温度の誤差の大きさに比例させる比例制御
（Ｐ制御）がよく行われる。しかし、比例制御の場合に
はロータ温度の誤差が無くなってしまうと運転率が０と
なるため、図１０のように運転率とバランスするため
の、ある誤差ｅが残ってしまう。そこで比例制御だけで
は用いられず、この誤差ｅを無くすために、誤差ｅを経
時的に加算して運転率に加える積分制御（Ｉ制御）を併
用する、一般にＰＩ制御と呼ばれる制御法がとられ、こ
の場合には図１１のように、積分によって前記誤差ｅが
無くなるための運転率Ｄが与えられてロータが目標温度
となる。

【０００３】また、上記積分制御は発生する誤差を時間
的に積分するためにロータ温度の変化に対しての応答が
遅い、そこで更に、応答性改善のためにロータ温度の変
化量（微分値）に見合った運転率を加える微分制御（Ｄ
制御）なども併用された一般にＰＩＤ制御と呼ばれる制
御法がとられたりしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術では、
温度制御装置の運転率は、ロータ温度の目標温度に対す
る誤差Ｅに比例する。このため、遠心分離装置の運転開
始時に、ロータ温度が目標温度とは大きく異なる場合に
は、前記温度誤差が大きいので温度制御装置の運転率が
大きく、短い時間でロータを目標温度にすることができ
る。が、始めからロータ温度が目標温度に近く、温度誤
差Ｅが小さい場合には、温度制御装置の運転率が小さく
なり、ロータを目標温度に一致させるまでに、時間がか
かる。即ち、ロータの温度誤差の大小により温度制御装
置の運転率が大きく左右される欠点がある。

【０００５】また、遠心分離装置の使われ方として、短
時間で、高精度に分離するため、あるいは生体等の試料
を損なわないために、しばしば、予め、試料をいれたロ
ータを目標温度近くに冷却しておいて、分離運転を行
う。こうした場合、上記欠点によって、ロータが目標温
度になるまでに時間がかかる不具合を生じる。

【０００６】本発明の目的は、上記した欠点を無くし、
運転開始時のロータ温度に依らず、短時間でロータを目
標の温度に一致させることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロータを目標
の温度に保つために所用の温度制御装置の運転率が、目
標温度と遠心分離装置の環境温度、および、遠心分離装
置に固有の熱系によってのみ決まることに着目し、上
記、環境温度と目標温度とをパラメータとして、運転率
を決定する。

【０００８】

【作用】上記のように運転率を決定すれば、ロータ温度
に左右されることがないので、運転開始時のロータ温度
が、目標温度に近い場合でも運転率が０％となることが
なく、始めから適切な運転率でロータ温度制御を行える
作用がある。

【０００９】

【実施例】まず、本発明にかかるロータ温度制御部のブ
ロックを図１に示し、その構成を説明する。ロータ温度
センサ４がロータ６の温度を測定し、その出力がＡ／Ｄ
コンバータ１８を介してＣＰＵ２０に入力される。ま
た、本発明にかかる環境温度センサ２１の出力もＡ／Ｄ
コンバータを介してＣＰＵに入力される。一方、ＣＰＵ
はドライバ１９を介して温度制御装置１７を運転し、上
記ロータ温度と環境温度によってロータ温度を制御する
構成となっている。

【００１０】次に、本発明の一実施例の遠心分離機であ
る図２、および、そのロータ温度制御ブロックである図
３を用いて詳しく説明する。分離すべき試料の挿入され
たロータ６は、モータ１４によって高速回転し、遠心力
によって試料が分離される。この分離運転中は、真空チ
ャンバ１５の内部は図示しない真空ポンプによって高真
空度に保たれている。

【００１１】また、ロータ温度センサ４はベース３と前
記ロータ６に対向するようにベース３に設けられた輻射
温度センサ２と、同様に該ベースに設けられたベース温
度センサ１とで構成されている。輻射温度センサ２はロ
ータ６からの輻射エネルギーを受けて、該ロータ６とベ
ース３との温度差を計測する。また、ベース温度センサ
１が、ベース３の温度を計測している。ロータ温度は、
これら（（ロータ６とベース３との温度差）＋ベース温
度）として計測される。この測定は図３の様に、輻射温
度センサ２とベース温度センサ１の各々の出力をＡ／Ｄ
コンバータ１８を介してＣＰＵ２０に取り込み、ＣＰＵ
２０が上記の演算をすることで行われる。

【００１２】一方、ロータ温度制御装置１７は、ロータ
６を囲むボウル７と、該ボウル７の底部に設けられたデ
ィスタンスピース８と、電子冷却・加熱素子９と、該電
子冷却・加熱素子９の他の一面に設けられた放熱様のフ
ィンプレート１０、及び放熱フィン１１と、該放熱フィ
ンを冷却するための冷却ファン１２とから成る。

【００１３】上記電子冷却・加熱素子９は、通電電流に
応じた吸熱量を生じる特性を持っており、該電子冷却・
加熱素子９が、図３の様にＣＰＵ２０によってドライバ
１９を介して通電することで駆動され、温度制御装置１
７が働く。

【００１４】ロータ温度制御時は、一例としてロータ６
を冷却する場合には、上記電子冷却・加熱素子９は上面
から吸熱し、従ってこの面に取り付けられたディスタン
スピース８とボウル７が低温となり、ロータ６は該ボウ
ル７によって輻射冷却される。この時、電子冷却・加熱
素子９の下面は発熱するが、この面に取り付けられたプ
レート１０及び放熱フィン１１を筐体１６の底部に設け
られた吸気孔１３から外気を取り込み冷却ファン１２で
冷却することによって排熱する。この時放熱フィン１１
と熱交換して温まった空気は、図示しない排気孔から筐
体１６外へ排出されて内部循環する事無く、常に放熱フ
ィン１１が外気と熱交換出来る様に注意が払われてい
る。

【００１５】また別の例としてロータ６を加熱する場合
には、図３のドライバ１９内で電子冷却・加熱素子９へ
の通電方向を反転することにより、上記とは逆に電子冷
却・加熱素子９の下面が吸熱側、上面が発熱側となる。
これにより、上面に取り付けられたボウルが高温とな
り、ロータ６は該ボウル７により輻射加熱される。

【００１６】上記のいずれの場合も放熱フィン１１とプ
レート１０は外気にさらされるので、外気温と近い温度
を保つ。

【００１７】以上において、本実施例のロータ温度制御
装置は計測されたロータ温度に対しＣＰＵ２０がドライ
バ１９を介して、一定サイクルでの通電率、即ち温度制
御装置の運転率を変えることで、電子冷却・加熱素子９
の吸熱量を変えて、ロータ温度を制御するものである。

【００１８】ここで、前記ベース温度センサ１は、上記
した様にその温度が外気に近いフィンプレート１０上に
設けることにより、図４に示す様に常に外気温に近く、
従って、外気温を即ち環境温度を代表出来る。こうした
理由により、本実施例では、該ベース温度センサ１が、
本発明にかかるところの図１における環境温度測定手段
２１となっている。

【００１９】また、上記のようにロータ温度制御系は、
ロータ６からボウル７、ディスタンスピース８、電子冷
却・加熱素子９、冷却フィン１２を通って外気へ至る熱
の流入・流出の経路で構成されるため、ロータ温度と外
気温度が決まると、その中間のボウル７等の温度は系の
機械的構成に伴う一定の割合で決まる。従って、電子冷
却・加熱素子９の吸熱量、即ち温度制御装置の運転率は
一義的に決まる。これは、一例をもって示せば図５の様
になっている。

【００２０】以上から、外部より入力されるロータの目
標温度Ｔｓ，および計測された環境温度Ｔａにたいし
て、ロータを目標温度にするための、温度制御装置の所
用の運転率Ｄは以下となる。

【００２１】Ｄ＝Ｋ・（Ｔａ−Ｔｓ） ここで、Ｋは前記したように遠心分離装置の温度制御系
の機械的構成により一定の割合で決まる係数であり、装
置に固有のものである。

【００２２】本実施例ではＣＰＵ２０が上記の運転率計
算を運転の開始時に行い、ロータ温度制御開始時からロ
ータ６を目標温度にするために所用の運転率Ｄで温度制
御装置を運転する。更に、従来のＰＩＤ制御も併用して
ロータ温度誤差Ｅに比例する運転率ｄを前記運転率Ｄに
加えることにより、誤差が大きいときには所用よりも大
きな運転率で、誤差が無くなれば所用の運転率Ｄで運転
されるため、運転開始時にロータ温度誤差が大きい場合
はもちろん、図６の様に運転開始時にロータ温度が目標
温度に近い場合でも、スムーズに速くロータが目標温度
になる。

【００２３】

【発明の効果】以上の様に制御する本発明によれば、運
転開始時のロータ温度と無関係に、温度制御装置の所用
の運転率が得られるので、運転開始時のロータ温度によ
らず、いつも安定に、速く、ロータを目標温度に一致さ
せることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるロータ温度制御系のブロック図
である。

【図２】本発明にかかる遠心分離装置の一実施例の構成
図である。

【図３】図１のロータ温度制御系のブロック図である。

【図４】環境温度測定手段の特性例を示すグラフであ
る。

【図５】運転率の環境温度特性例を示すグラフである。

【図６】実施例の運転状態の一例を示すグラフである。

【図７】従来の運転率の決定法の一例を示すグラフであ
る。

【図８】図７の運転状態の一例を示すグラフである。

【図９】従来の運転率の決定法のもう一つの例を示すグ
ラフである。

【図１０】図９の運転状態の一例を示すグラフである。

【図１１】従来の運転状態のもう一つの例を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１はベース温度センサ、２は輻射温度センサ、３はベー
ス、４はロータ温度センサ、６はロータ、７はボウル、
８はディスタンスピース、９は電子冷却・加熱素子、１
０はフィンプレート、１１は冷却フィン、１２は冷却フ
ァン、１７は温度制御装置、１８はＡ／Ｄコンバータ、
１９はドライバ、２０はＣＰＵ、２１は環境温度測定手
段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を挿入したロータを回転して、試料
   を分離する遠心分離装置であって、冷却器または加熱器
   の少なくとも一方から成る温度制御装置とロータ温度セ
   ンサとを有して、ロータ温度により前記温度制御装置の
   運転率を変えて、ロータを目標温度にする遠心分離装置
   のロータ温度制御法において、遠心分離装置の環境温度
   を測定する手段を有し、環境温度とロータの目標温度と
   から、ロータを目標温度にするために前記温度制御装置
   の運転率を決定することを特徴とする遠心分離装置のロ
   ータ温度制御法。
2. 【請求項２】 上記運転率は、予め一つあるいは複数が
   記憶されており、遠心分離装置の運転の度に、環境温度
   とロータの目標温度とに合致するものが選択されること
   を特徴とする請求項１記載のロータ温度制御法。
3. 【請求項３】 上記運転率は、遠心分離装置の運転の度
   に環境温度とロータの目標温度とから計算されることを
   特徴とする請求項１記載のロータ温度制御法。