JPH07308504A - 超臨界抽出用の圧送装置及びその圧送方法 - Google Patents

超臨界抽出用の圧送装置及びその圧送方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 リザーバ内のヘリウムの過剰圧力を使用せ
ず、液体二酸化炭素中の蒸気圧力を使用して、超臨界流
体抽出を行うのに適した高圧まで加圧されたリザーバか
ら液体二酸化炭素を圧送し、ポンプの背圧を低くした新
たな液体二酸化炭素ポンプを提供。 【構成】 超臨界抽出用の圧送装置１２は、超臨界流体
供給源に接続する入口手段と、圧送流体を圧力容器１
８、２４Ａに提供する出口手段と、入口手段及び出口手
段に連通する圧送チャンバ３３６を有するポンプヘッド
手段３００と、ピストン３０４と、圧送チャンバ手段内
への流体の流量を制御する入口弁手段と、圧送チャンバ
手段からの流体の流量を制御する出口弁手段と、入口弁
とポンプチャンバとの間の流路を画成する入口導管手段
と、圧送チャンバと出口弁手段との間の流路を画成する
出口導管手段と、入口手段及びポンプヘッド手段を冷却
する熱電冷却熱交換器手段３８６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超臨界流体抽出に関し、
より具体的には、かかる装置内でその超臨界温度付近に
て液体を送出する往復運動ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超臨界流体抽出において、抽出容器は、
臨界温度以上の温度に保持され、該容器には、その臨界
圧力以上にて流体が供給される。これらの状況下にて、
その抽出容器内の流体は超臨界流体である。超臨界流体
抽出のための一形式の容器において、熱源内には特殊な
構造の抽出容器が設けられる。
【０００３】超臨界抽出に使用される一つの従来型式の
ポンプは、ＨＰＬＣに使用される単一ピストンポンプと
同一である。この型式のポンプは、超臨界流体の抽出に
使用したとき、次のような幾つかの欠点がある。即ち、
（１）ある状況下では、再生作用が生じ、このため、圧
縮熱が流体温度を上昇させる一方、流体は、その圧縮性
を増し、制御の目的のために流量を正確に予測する妨げ
となる再生作用が生じる。（２）ポンプの従来技術のポ
ンプカムは、ポンプチャンバ内の流体が非常な圧縮性で
ある結果、比較的多量のエネルギが高圧にて貯蔵される
ため、カムが上死点を通過した後、ポンプカム歯車列及
び駆動モータの破壊的な逆トルクが生じることである。
【０００４】超臨界流体の抽出に使用されるもう一つの
従来技術のポンプは、現在、脈動を少なくするためにＨ
ＰＬＣで使用されている型式の多数シリンダポンプであ
る。この型式のポンプは、ある状況下では、単一シリン
ダのポンプの問題点があることに加えて、高価で且つ構
造が複雑である。
【０００５】もう一つの別の従来技術のポンプにおい
て、超臨界流体を圧送するピストンを駆動するカムは、
破壊力を小さくすることを目的として戻りストロークが
遅くしてある。この型式のポンプは、脈動を生じ、流体
が供給されない時間が長くなるという欠点がある。
【０００６】従来技術のポンプにおいては、通常、水冷
が採用されており、又は、ポンプの流量が極めて少な
い。その他の従来技術は、供給流体又はポンプヘッドの
何れか一方を冷却することを開示している。かかる従来
技術は、米国特許第５，０８７，３６０号を除いて、供
給流体又はポンプヘッドの何れか一方を冷却することし
か開示しないが、この米国特許第５，０８７，３６０号
において、供給流体及びポンプヘッドの双方を冷却する
が、その双方の冷却に水冷が採用される超臨界流体抽出
システムを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、リザーバ内のヘリウムの過剰圧力を使用せずに、液
体ＣＯ2中の蒸気圧力を使用するだけで、超臨界流体抽
出を行うのに適した高圧まで加圧されたリザーバから液
体ＣＯ2を圧送し、ポンプの背圧を低くした、新規な液
体ＣＯ2ポンプを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を達成するた
め、超臨界抽出用の圧送装置は、超臨界流体源に接続し
得るようにされた入口手段と、圧送された流体を圧力容
器に提供し得るようにされた出口手段と、上記の入口手
段及び出口手段に連通するポンプチャンバを有するポン
プヘッド手段と、ピストンと、前記入口手段を通じて上
記圧送チャンバ内への流体の流れを制御する入口弁手段
と、前記出口手段を通じて前記圧送チャンバ手段からの
流体の流れを制御する出口弁手段と、前記入口弁と前記
ポンプチャンバとの間の流路を画成する入口導管手段
と、前記ポンプチャンバと前記出口弁手段との間の流路
を画成する出口導管手段と、を備えている。該圧送装置
は、入口手段及び出口手段の双方を冷却する、空冷式の
熱電冷却熱交換器手段を特徴とする。
【０００９】入口導管手段及び出口導管手段は、圧縮比
が２．１対１以下であるようにするのに十分に小さいデ
ッドスペースを有することが有利である。ポンプチャン
バは、熱伝導性金属壁と、熱伝導性の小さいピストン及
びピストンスリーブとを備え、流体及び壁に接触する箇
所において、略非金属である。ポンプチャンバは、該ポ
ンプチャンバ内の流体の約半分の容積がポンプチャンバ
の壁に接触し、これにより、著しい温度の蓄積を回避す
るため、十分な圧縮熱が壁から除去されるようにする。
【００１０】熱交換器手段は、アルミニウムに等しく又
はそれ以上の熱伝導性の金属で形成されている。この熱
交換器手段は、ポンプヘッドブロックに接触しており、
また、熱電冷却器が熱交換器と接触している。この熱交
換器の容積は、上記ポンプの排出容積の少なくとも２倍
ある。液体の流量は、２ｍＬ／分以上であり、熱交換器
の容積は、ポンプの排出容積の１０倍以上である。熱交
換器手段の湿潤面の長さ対直径比は、１，８００対１以
上である。熱交換器の流路の長さ、及び流路の直径比
は、流路の少なくとも５０％に亙って少なくとも５０対
１である。
【００１１】回転カム手段は、変位勾配を有するカム
と、ポンプチャンバ内の容積を変化させ、これにより、
該ポンプチャンバがその内部に加圧流体を有するように
する、協働するカム従動子とを備えている。回転カム
は、再加圧面と、排出面と、中間面と、減圧面と、再充
填面とを備えており、これらの面は、カム従動子がこの
順序で縦断し得るように配置されており、また、減圧面
は排出面の最終部分の変位勾配に略等しいが、方向が反
対である最初の変位勾配を有する。中間面は、損傷させ
ずに上記出口弁を閉じると共に、変形を防止するのに十
分に小さいカムとカム従動子との間のヘルツ（Ｈｅｒｔ
ｚｉａｎ）接触力を維持するのに十分な程度に丸味が付
けられている。この減圧弁は、カム従動子が再充填面に
達する迄、カムの回転速度に関してカム従動子の直線速
度が連続的に加速し得るような形状にしてあり、カム従
動子が再充填面に達した時点で、カム従動子は、再充填
面に沿って移動するときのカムの回転速度に関してより
一定の直線速度となり、これにより、流体は、圧送装置
によりその最大圧力まで加圧され、加熱手段に搬送さ
れ、該加熱手段が上記加圧流体を超臨界流体に変換す
る。
【００１２】減圧面におけるカム従動子の連続的に増大
する直線速度は、カム従動子の直線速度の加速度に対応
する。減圧面を縦断する間、変位勾配は、所望の最高の
供給圧力にて作動するときのポンプチャンバ内の圧力に
逆比例する。再充填面が勾配を中断させることなく、減
圧面に接続し、再充填面は、比較的一定の変位勾配を有
する。
【００１３】圧送装置は、ポンプからの流体の排出流量
を測定する計測器を備えている。この計測器は、高圧の
流体流の開始流量に関係した信号を第一の電気信号に変
換する開始流量の検出手段と、上記移動サイクルの各々
にて、変位手段がその限界位置の一方に略配置される時
点を検出する検出手段と、第一の電気信号に基づいて作
動し、該第一の電気信号の変化速度に依存する第二の電
気信号を発生させる微分手段と、上記変位手段の上記周
期的動作の各々にて、第二の電気信号を検出すると共
に、上記高圧の変化速度の変動を検出する検出手段と、
上記流体の供給期間の上記開始後、上記検出手段により
一定時間、オンにされ、検出手段により検出された上記
時間の終了時にオフにされるスイッチ手段とを備えるこ
とを特徴とする。
【００１４】変位手段は、その出力が上記ポンプチャン
バ内の排出量に比例する第三の電気信号である変換器
と、上記スイッチ手段がオンにされている上記時間によ
り設定された限界時間の間の第三の電気信号とポンプの
排出流量に比例する量とを周期的に合算する時間合算手
段と、を備えている。該計測器は、流量を制御する利用
手段を備えている。
【００１５】開始流量の検出手段は、ポンプチャンバ内
の上記液体圧力を検出する圧力変換器手段を備えてい
る。微分手段は、第一の導出信号を発生させる単一微分
器である。検出手段は、第一の導出信号が高い正レベル
から低い正レベルに変化することを検出する手段を備え
ており、該検出手段は、該変位手段が上記最大容積をポ
ンプチャンバから略排出する時点を検出する手段を備え
ており、流量検出手段は、圧力センサであり、また、こ
の信号は、圧力信号、又は流量信号であり、流量検出手
段は流量計である。
【００１６】圧力変換器は、ポンプチャンバ内の液体圧
力を検出し、また、微分手段は、二重微分器であり、検
出手段は、零レベルから負のレベル、又は負のレベルか
ら正のレベルへの上記第二の導出信号の変化を検出し、
感知手段は、変位手段が上記最大容積をポンプチャンバ
から略排出する時点を検出する。
【００１７】圧力変換器は、出口管内の液体圧力を検出
する。微分手段は、出口管内の上記圧力の第一の導出信
号に比例する第二の電気信号を発生させる単一微分器で
あり、感知手段は、変位手段がポンプチャンバから上記
最大容積を略排出する時点を感知する手段を備えてい
る。
【００１８】シールの一側部は超臨界流体と接触し、流
体が上記ピストンを通ることを妨害し、また、上記ピス
トンを上記ポンプ内に支持する支持手段を備えている。
該支持手段は、上記シールの超臨界流体側に配置されて
いる。該支持手段は、上記シールの両側部の各々に支持
されており、これにより、上記ピストン手段は往復運動
するときに整合状態に維持されている。
【００１９】駆動手段が上記ピストンに力を加えて、超
臨界流体を上記チャンバから押し出す方向に該ピストン
を前方に押す。該駆動手段は、ピストン手段の移動方向
に垂直方向への力の成分がピストン手段の移動方向への
力の成分の１０％以下であるようにするのに十分な大き
さの半径の球状面を有する上記ピストン手段と接触した
手段を備えている。上記球状面との接触は、ヘルツァン
接触である。スリーブがピストンと共に動き得るよう、
上記ピストンに取り付けられている。該スリーブは、上
記ピストンの方向に整合された円筒壁と略接触した円筒
形面を有し、これにより、上記ピストンは、動くとき整
合状態に維持される。
【００２０】ピストンの圧力及び動きを測定し、また、
該ピストンの動き及び流体圧力から流体の流量を計算す
ることにより、圧送された超臨界流体を測定する測定手
段が設けられている。該圧力測定手段は、上記超臨界流
体に接触するように配置され得るようにした歪み計手段
を備えており、また、ピストンの動きを測定する手段
は、該ピストン手段の動きに関連して動き得るように取
り付けられた光学手段を備えている。上記圧力検出手段
及びピストンの動きの測定手段の各々は、超臨界流体の
流量を測定する計算手段に接続された電気信号を発生さ
せる、別の異なる手段を備えている。
【００２１】上記ピストンを駆動する駆動手段が設けら
れており、また、該駆動手段を体積流量を測定する上記
手段に電気的に接続するフィードバック制御手段が設け
られており、上記超臨界流体の上記体積流量が上記フィ
ードバック手段により制御される。更に、第一及び第二
の超臨界流体源と、第一及び第二のポンプとが設けられ
ており、該第一及び第二のポンプの各々は、上記第一及
び第二のポンプの圧送量を制御する手段を備えている。
【００２２】フィードバック手段は、上記第一及び第二
のポンプを制御する第一及び第二の手段に接続されてい
る。該フィードバック手段は、コントローラを備えてお
り、上記第一及び第二のポンプの圧送量は、流体の上記
流量が変化するとき、互いに関して変化し、上記第一及
び第二の流体の組成が変化するとき、一定の流量を維持
し得るようにされており、また、上記第一及び第二の弁
手段はミキサ手段に連通する出口手段を備えている。該
ミキサ手段は、上記ポンプ手段への入口に連通し、上記
フィードバックは上記入口手段に供給される変化量を制
御する。
【００２３】流体源に接続し且つポンプヘッドの出口手
段から接続し得るようにしたポンプヘッドの入口手段を
通じて流体を圧送する段階を備え、該出口手段が圧送し
た流体を圧送容器に提供し得るようにされた圧送方法に
して、空冷式の熱電冷却による熱交換器を使用して入口
手段及びポンプヘッドを冷却する段階と、２ｍＬ／分以
上の流量にて液体を圧送する段階とを備え、該熱交換器
の容積がポンプの排出量よりも１０倍以上大きいことを
特徴とする圧送方法が提供される。変位勾配を有する回
転カム、及び協働するカム従動子によりポンプチャンバ
内の容積を変化させ、該ポンプチャンバがその内部に圧
力液体を保持するようにすることが有利である。
【００２４】該カムは、カム従動子が再加圧面、排出
面、中間面、減圧面及び再充填面をこの順序で縦断し得
るように回転し、該減圧面は、排出面の最終部分の変位
勾配に略等しいが、その方向が反対の最初の変位勾配を
有する。中間面は、損傷させずに出口弁を閉じ、変形を
阻止するのに十分に小さい、カムとカム従動子との間の
ヘルツァン接触力を維持するのに十分な丸味が付けられ
ている。上記減圧面は、カム従動子が上記再充填面に達
するまで、カムの回転速度に関するカム従動子の直線速
度を連続的に増し、カム従動子が上記再充填面に達した
とき、カム従動子は再充填面に沿って回転するため、該
カム従動子の速度は、カムの回転速度に関してより一定
の直線速度となる。減圧面を縦断する間に、上記変位勾
配は、所期の最高の供給圧力にて作動するときの上記ポ
ンプチャンバ内の上記圧力に逆比例する。
【００２５】高圧の流体流の圧力を最初の電気信号に変
換する圧力変換器手段により信号が発生される。上記変
位手段が上記移動サイクルの各々にて、その前記両端位
置の一方に略位置する時点が検出され、上記第一の電気
信号が微分されて、前記第一の電気信号の信号速度に依
存する第二の電気信号を発生させる。この第二の電気信
号を検出し、該排出手段の上記周期的動作の各々におけ
る高圧力の変化速度の変動を検出する。スイッチ手段
は、流体の供給期間の開始後に、第二の電気信号を検出
したときにある時間、オンにされ、その時間の終了時に
オフに切り換えられる。位置変換器により第三の電気信
号が発生され、その電気信号の出力は、ポンプチャンバ
内の排出量に比例する。この第三の電気信号は、スイッ
チ手段がオンにされている時間により設定される制限時
間の間で周期的に合算され、その合計値がポンプの排出
量に比例する量として利用される。
【００２６】該スイッチ手段は、流体の供給期間の開始
時に検出手段に応答してオンにされ、流体の供給期間の
終了時にオフとなり、位置変換器により上記ポンプチャ
ンバ内の排出量に比例する第二の電気信号が前記変位手
段に発生される。この第二の電気信号は、上記スイッチ
手段がオンにされている時間により設定された制限時間
の間で周期的に合算され、その合計値がポンプの排出量
に比例する量として利用される。
【００２７】流体の排出の終了時を判断するため、第一
の導出値が小さい正の値から大きい負の値に変化するこ
と、及び流体の排出の終了を判断するため、第一の導出
値が大きい正の値からより小さい正の値に変化すること
が検出される。流体の排出の開始を判断するため、上記
第一の導出値が負の値から正の値に変化すること、及び
流体の排出の終了を判断するため、上記第一の導出値が
正の値から負の値に変化することが検出される。
【００２８】上記ピストンがシールの両側部の各々に支
持されたシールによりピストン手段を通る流体の流れが
妨害される。ピストン手段は、往復運動するとき整合状
態に維持され、駆動手段を前記ピストンまで前方に押す
ことにより、その超臨界流体が上記チャンバから押し出
される。該駆動手段は、ピストン手段の移動方向に垂直
な力の成分がピストン手段の移動方向への力の成分の１
０％以下であるようにするのに十分な大きさの半径の球
状面を有する、上記ピストン手段と接触した手段を備え
ている。
【００２９】スリーブは、上記ピストンの移動方向と整
合された円筒壁と接触状態に維持され、上記スリーブ
は、ピストンが移動するとき、上記ピストンを整合状態
に支持する。圧送された超臨界流体は、ピストンの圧力
及び動きを測定し、ピストンの移動及び流体圧力から流
体の流量を計算することにより、測定される。この圧力
は、超臨界流体に接触する位置に配置された歪み計手段
で測定される。取り付けられた光学手段を前記ピストン
手段の動きに関して動かすことにより、又は前記ピスト
ンの動きに関して該手段を動かすことにより上記該ピス
トンの動きが測定され、計算手段に接続された電気信号
を発生させることにより超臨界流体の流量が測定され
る。
【００３０】上記第一及び第二のポンプの圧送量は、フ
ィードバック手段を前記第一及び第二の手段に接続して
上記第一及び第二のポンプを制御することにより、及び
上記第一及び第二の流体の組成が変化するとき、上記第
一及び第二のポンプの排出量を互いに変化させて流体の
上記流量を変化させることにより制御される。第一の弁
手段及び前記第二の弁手段は、該第一の弁手段が超臨界
流体の第一の弁に連通することを許容するプログラム手
段を含む上記フィードバック手段により制御される。ま
た、該プログラム手段は、上記第二の弁手段が超臨界流
体の第二の源に連通することを許容し、また、出口手段
を有する前記第一及び第二の弁手段がミキサ手段に連通
することを許容し、更に、該ミキサ手段が前記ポンプ手
段への入口に連通することを許容する。フィードバック
手段は、前記入口手段に供給される変動量を制御する。
【００３１】上記の説明から理解されるように、この超
臨界流体抽出技術には、例えば、次のような幾つかの利
点がある。即ち、（１）従来技術の抽出器よりもはるか
に効率が良い。（２）抽出工程の試料注入及び分画分の
採取段階が自動化される。（３）ポンプヘッド及び供給
流体の空気による熱電冷却を別個に且つ同時に行うた
め、より小さく且つよりコンパクトである。（４）適度
に高流量である。（５）シール内のプランジャの整合状
態を向上させることにより、シールの寿命が長くなる。
（６）ポンプから排出される流体量を正確に測定し得
る。（７）水冷が不要である。
【００３２】
【実施例】本発明の上記及びその他の特徴は、添付図面
に関する以下の詳細な説明から一層明らかになるであろ
う。
【００３３】図１において、ポンプ装置、バルブ装置、
収集装置１６及び圧力容器と流体抽出装置の組立体１８
を有する二重チャンネル式超臨界流体抽出装置１０の内
の一チャンネルの流体ダイヤグラムが図解的に示されて
いる。ポンプ装置１２は圧力容器と流体抽出装置の組立
体内の２個の抽出カートリッジを連結する。この目的の
ためポンプ装置１２はティ継手を介して２個の同じバル
ブ装置に連結されており、その内の１つは１４で図示さ
れている。各バルブ装置は２個の抽出カートリッジの対
応するカートリッジ用の２つの出口の１つと別々に連通
している。
【００３４】超臨界抽出装置用に特別に設計したポンプ
（図１に図示せず）は、カムが上死点を通過した後、カ
ム、歯車列及び駆動モータに対する破壊的な逆トルクを
圧送装置が回避することを可能にするカム輪郭を有す
る、カム被動の単一プランジャポンプである。
【００３５】ポンプから排出される流体量は、プランジ
ャの流量及び動きに関係付けられた圧力、又はその他の
パラメータを測定することで求められる。ポンプから排
出される流体量を測定することは、次のようにしてポン
プが作動している間に流量を記録しまたは表示するのに
有用である。即ち、（ａ）ポンプが一定の圧力にて作動
しているとき、ポンプの流動体積、又は流量を記録し又
は表示すること。（ｂ）ポンプを制御して一定の流量を
実現するフィードバックとして有用である。
【００３６】流体の供給容積、又は実際の流量は、高圧
（出口側）又は低圧（入口側）の組成の変動量の何れか
を正確に設定するのに使用される信号を提供する。
【００３７】ポンプヘッド及び供給流体は、別個に且つ
同時に空気−熱電的に冷却される。従来の設計は、水冷
方式であり、又は流量が極めて少ないため、空気による
放熱は満足し得ることは驚くべきことである。また、従
来技術の文献に記載されたような一つの冷却方法のみな
らず、その他の冷却方法にも優る顕著な利点がある。
【００３８】ポンプのプランジャ、又はピストンは、シ
ールの両側部に支持され、シール内のプランジャの整合
状態を向上させることでシールの寿命を長くする。ポン
プヘッド内でのプランジャの支持体は、シールの制御位
置決め手段であり、シールのグランドに対して同心状に
且つ一直線状に機械加工される。ポンプヘッドを冷却す
る結果、シールの交換がより難しくなるため、シールの
寿命を長くするこの構造は、特に有用である。
【００３９】バルブ装置１４及びティ継手２０の他の枝
管へ連結されている第２のバルブ装置（図１には示され
ていない）は、各々２式の異った収集装置１６に連結さ
れており、その内の１式が図１には示されている。これ
は又圧力容器と流体抽出組立体１８内の２個の抽出カー
トリッジの異った１つに連結されている。従って、２つ
の抽出作動を同一のポンプ装置１２を使用して同時に行
うことができる。このような機構において、バルブ装置
１４は、（１）ポンプ装置１２からカートリッジ及び圧
力容器と流体抽出装置の組立体１８の圧力容器内部の間
の空間へ超臨界状態の流体を流動させてカートリッジの
外側及び圧力容器の内側を洗浄させ、（２）カートリッ
ジ内のサンプル１３４の抽出を行うためカートリッジを
介して超臨界状態の流体を流動させるようにする。この
流体はカートリッジの内側及び外側の双方へ送られるた
め、カートリッジは該内側及び外側の間の高い差圧に耐
える必要性がなく経済的に製造することができる。
【００４０】圧力容器と流体抽出装置の組立体１８内へ
入る流体の流れを制御することに加え、バルブ装置１４
は以下の流動をも制御する。すなわち、（１）カートリ
ッジと圧力容器の内部との間の空間から収集装置１６又
は排気装置まで超臨界状態の流体を排出すること、及び
（２）カートリッジの内部から収集装置１６へ抽出物質
を送り別の収集を行うこと、である。
【００４１】抽出処理中にサンプル１３４を保持するよ
うに、前記組立体１８は、加熱ブロック２２、圧力容器
２４及びカートリッジとプラグの組立体２６を備え、こ
のカートリッジとプラグの組立体２６は圧力容器２４の
中へ伸長している。このような構成において、加熱ブロ
ック２２は圧力容器と流体抽出装置の組立体１８内の流
体を抽出用の超臨界状態の流体温度と圧力に維持する。
【００４２】カートリッジとプラグ組立体２６は抽出カ
ートリッジ組立体３０、ブリーチプラグ３２及びノブ３
４を備えている。これらの要素は、相互に連結されてお
り、従って、（１）圧力容器２４は容易にブリーチプラ
グ３２に封着され、（２）抽出カートリッジ組立体３０
はブリーチプラグ３２にスナップ止めされかつノブ３４
により担持され、そして（３）ノブ３４は当該組立体３
０を抽出管付きの管状圧力容器に挿入しかつ締結するハ
ンドルとして作用する。ここで、抽出管は、その軸心と
整合する出口と、圧力容器２４の内壁及び抽出カートリ
ッジ３０の外側の間の空間用の入口であって圧力容器２
４の内側で当該組立体３０を取り囲む溝を介して設けら
れた抽出カートリッジ組立体３０の内側用の入口と、を
連通させる。
【００４３】かかる構成において、抽出カートリッジ組
立体３０は、ブリーチプラグ３２をねじ込むことにより
圧力容器２４内へ容易に封着され、かつブリーチプラグ
３２のねじを緩ませてノブ３４を持ち上げることにより
容易に取り出される。抽出カートリッジ組立体３０は中
空の内部、入口及び出口を含み、従って抽出されるべき
サンプルが中空の内部に位置決めされかつ超臨界状態の
流体が入口、中空の内部を介して出口へそして収集装置
へと通過するようになされ得る。抽出カートリッジ組立
体３０は抽出室又は抽出管として作用し、圧力容器２４
は抽出容器として、加熱ブロック２２はオーブンとして
作用する。これらの用語は従来では普通に使用されてい
るものである。
【００４４】好適実施例においては、ノブ３４は低い熱
伝導性の材質で造られており、全ての実施例において、
ノブ３４のハンドル部分の加熱を低減するように取り付
けられた少くとも断熱性の熱遮蔽装置を備えていること
が必要である。ノブ３４は圧力容器２４の外側へ伸長し
かつ圧力容器２４とブリーチプラグ３２の封止状態を支
援するようになされている。従って、抽出カートリッジ
組立体３０は圧力容器２４内で適当な温度で維持されて
いる。そしてノブ３４は取り扱いに十分な程度に冷却を
維持するように圧力容器２４の外部にある。
【００４５】好適な実施例では、ノブ３４は断熱材で造
られているが、これは圧力容器２４の内側から伝達され
る熱を遮断するのに必要であるだけのことであり、この
ことは又ノブ３４から圧力容器２４を分離する熱遮蔽に
よってもなし得る。例えば、少くとも１mmの幅を有し、
ノブ３４の断面の少くとも８０％の範囲にわたりその断
面を横切って伸長しカートリッジとノブ３４間の熱移動
のかなりの量を効果的に遮断する断熱ディスクのような
ものであってもよい。断熱ディスクは３０度Ｃで０．０
５カロリー／cm・sec.以下の熱伝導率でなければならな
い。
【００４６】抽出カートリッジ組立体３０は開口部を有
しており、この開口部はいくらかの超臨界状態の流体が
圧力容器２４へ入り抽出管内へ通じる１つの経路に沿っ
て移動し抽出管の出口を介して流出し収集装置へ導く導
管内へと移動することを可能にする。他の臨界超過の状
態の流体はカートリッジの外側を周って第２の経路に沿
って移動し圧力容器２４から汚染物質を取り除き、圧力
を均衡させ他の出口から流出する。抽出カートリッジ組
立体３０の入口及び出口の１つは組立体３０の中心軸線
に沿って入りその他は側部から入り、圧力容器２４が着
座している間相互に部品の回転を可能とし、かつ抽出カ
ートリッジ組立体３０と流体源及び収集装置との連通を
可能にする。熱と流体の損失を減少させるため、カート
リッジの外側と圧力容器２４の内壁間の空間は、洗浄流
用の流れを収容するため及びカートリッジの内側と外側
間の圧力を平衡させるために十分な大きさに限られる。
カートリッジの外側と圧力容器２４の内側間の体積は１
０cm3 以下である。
【００４７】好適実施例においては、入口は圧力容器２
４の内壁とカートリッジ・プラグ組立体２６間の環状の
空間内に開口している。流体は環状の空間から２つの経
路に沿って移動する。これら双方共、狭い孔付きの環状
マニホールドと、ブリーチプラグ３２内の凹所と連通す
る通路とを備えている。１つの経路は抽出カートリッジ
組立体３０内に開口している。他の経路は抽出カートリ
ッジ組立体３０の外側の狭い空間に沿って通じている。
従って、超臨界流体はラビリンス状の経路を経て抽出管
へ入り、同時に、抽出管の外側を通ることにより、抽出
管内の圧力は常時圧力容器２４内の圧力とほぼ同じ圧力
である。圧力がほぼ同じであるため、抽出管内のサンプ
ルから抽出するに際し高圧が望まれるにもかかわらず、
抽出管自体は比較的低価格のプラスチックで形成するこ
とができる。
【００４８】圧力容器２４は金属のような強い材料で全
体的に形成されかつ開放した頂部、入口開口部及び２つ
の出口開口部を有する容器として形成されている。入口
開口部は入口継手４２を受け入れるような寸法となって
いる。この入口継手４２は図１に示されており対応する
熱交換器４０にチェックバルブ６０Ａで直列に連結され
ている。２つの入口開口部の各々は対応する洗浄バルブ
継手４４及び対応する抽出流体用の継手４６のそれぞれ
を受ける寸法となっている。これらの継手により、圧力
容器２４はカートリッジ・プラグ組立体２６をその開口
部端部に受け入れることが可能でありかつカートリッジ
と４６で示す抽出流体バルブ継手の間の連通を可能とす
る。４２で示す入口継手及び４４で示す洗浄バルブ継手
は圧力容器２４の内側との連通を可能とする。
【００４９】圧力容器と流体抽出装置の組立体１８へ入
る又はそれから出る流体の流れを制御するため、バルブ
装置１４は抽出バルブ５０、洗浄流体バルブ５２及び抽
出流体バルブ５４を備えている。
【００５０】抽出流体を圧力容器と流体抽出装置の組立
体１８へ導入するため、抽出流体バルブ５４はティ継手
の１つの枝管を管５６を介して連通させかつ管５８を介
して熱交換器の一端を連通させる。熱交換器の他端は管
６０、チェックバルブ６０Ａ及び管６０Ｂを介して入口
継手４２と連通させる。これらの連結により、抽出流体
バルブ５４は、ポンプ装置１２から熱交換器４０及び入
口継手４２を介して圧力容器へ流れる流体を制御する。
【００５１】圧力容器２４からの洗浄流体を除去するた
め、洗浄流体バルブ５２は、１つのポートを管６２を介
して洗浄バルブ継手４４と連通し、かつ他のポートを管
６４（図１には図示されていない）を介して収集装置１
６又は排出口（図示されていない）と連通しており抽出
カートリッジ組立体３０の外部及び圧力容器２４の内部
からの汚染物質を含んだ流体を除去する。
【００５２】抽出カートリッジ組立体３０からの抽出物
質を取り除くため、抽出物バルブ５０はそのポートの内
の１つを管６６を介して抽出流体用の継手４６と連通し
かつ他のポートを抽出物質を集める管６８を介して収集
装置１６と連通する。これら抽出された物質は、しばし
ば圧力容器と流体抽出装置の組立体１８内のサンプルか
らの分析物又は抽出物と見なされている。
【００５３】便宜性を考慮して、バルブ５２，５４は単
一の手動式制御ノブ７０により操作されるように装着さ
れている。バルブ装置１４へ流体を供給するため、
（１）管５６は圧力流体をポンプ装置１２からティ継手
２０へ移動させ、（２）管７６はティ継手２０の一方の
アームに連結されていて図１には示されていない他の流
体抽出装置のユニットへ圧力流体を移動させ、そして、
（３）ティ継手２０のもう１つのアームは管５６を介し
て抽出流体バルブ５４の入口継手７４へ連結されてい
る。バルブ５０，５２及び５４は、好適な実施例ではＳ
Ｓｉ形式の０２−０１２０である。
【００５４】抽出流出バルブ５４は回転式制御軸８０を
有し、この軸８０は入口ポートを開放又は閉鎖するよう
に回転される。この軸は、又、手動制御ノブ７０により
操作され制御軸８０にピン付けされたはすば歯車８２を
担持する。はすば歯車８４は、洗浄流体バルブ５２の制
御軸１０７にピン付けされていて、はすば歯車８２と噛
み合っており、従って、制御ノブ７０が時計方向へ回転
した時、抽出流体バルブ５４は閉鎖されるが、洗浄流体
バルブ５２の制御軸は回転方向に対して反対方向に噛み
合っているので、ノブ７０の時計方向の回転により洗浄
流体バルブ５２が開放する。
【００５５】２つの軸の２つの歯車の相対的な配置は以
下の通りである。すなわちノブ７０の第１（時計方向）
の位置において、抽出流体バルブ５４は遮断され、洗浄
流体バルブ５２は開放される。この第１の位置から制御
ノブ７０を反時計方向に１３０度回転することにより抽
出流体バルブ５４が開放する一方、洗浄流体バルブ５２
は開放した状態を維持することが可能である。このよう
に、両バルブは、ノブ７０が第１の位置から反時計方向
に１３０度回転された時、開放する。ノブ７０が第１の
位置から反時計方向に２６０度回転されると、抽出流体
バルブ５４は開放されそして洗浄流体バルブ５２が閉鎖
される。従って、制御ノブ７０用の３箇所の定義可能な
位置が存在する。すなわち、（１）バルブ５４が遮断し
かつバルブ５２が開放した状態の時計方向位置、（２）
両バルブが開放した状態の中間位置、そして（３）バル
ブ５４が開放しかつバルブ５２が遮断した状態の完全に
反時計方向の位置、である。
【００５６】抽出バルブ５０は入口継手１２０、出口継
手１２２、手動制御ノブ１３２及び制御軸１２６を備え
ている。回転式制御１２６は制御ノブ１３２に取り付け
られる。抽出バルブ５０が、制御ノブ１３２をその閉鎖
位置から反時計方向へ回すことにより開放された時、流
体は抽出カートリッジ組立体３０から、抽出流体継手４
６、バルブ入口継手１２０、出口継手１２２、管６８を
介して収集装置１６へと流れる。
【００５７】収集装置１６は、洗浄カップリング９０、
洗浄流体収集装置９２、抽出物カップリング９４、分析
用計器９６、及び抽出流体収集装置９８を備えている。
バルブ５２を介して流れる洗浄流体は、洗浄カップリン
グ９０を介して毛細管１１０へ入りそしてそこから洗浄
流体収集装置９２内に入り、溶剤１００の中へと流れ
る。同様に、バルブ５０を介して流れる抽出物質は、管
６８を介して抽出物カップリング９４へ入り、そしてそ
こから毛細管１２８へ入り、好適な実施例では適当な溶
剤１０４を収容した抽出流体収集装置９８の中へ流れ
る。
【００５８】分析用計器９６は従来の公知の方法で光学
カップリング１０２を介して毛細管１２８へ接続されて
いてもよい。光学カップリング１０２は光検出装置及び
毛細管１２８の一部の両側にある光源である。この部分
は光を通過させるように修正されている。この計器９６
は抽出物質を監視しかつ抽出流体収集装置９８への流入
の表示を与え更に光の吸光度についての情報を与える。
他の分析用計器も又、抽出物質の他の特性を表示し同定
するように使用されてもよい。
【００５９】図２には、クリップ止めされた抽出カート
リッジ２６、ノブ３４、及び圧力容器２４に取り外し可
能に取り付けられたブリーチプラグ３２の断面が示され
ている。圧力容器２４は予め加熱ブロック２２内に締り
ばめされている。圧力容器２４は良好な切削性の耐蝕性
を有する３０３ステンレス鋼で製造されかつ円筒形の中
央開口部を有している。この中央開口部は抽出カートリ
ッジ２６、底部端に嵌合する２つの出口用開口部、円筒
形の側壁の開口部を受けかつ入口継手及びブリーチプラ
グ３２の外ねじ１８８と係合するように寸法決めされた
内ねじを有する頂部開口部を受けるように寸法決めされ
ている。加熱ブロック２２は良好な熱伝導性のアルミニ
ウムから製造されており、かつ圧力容器２４を堅く受け
るように寸法決めされた円筒形の開口部を備えている。
ブリーチプラグ３２及び抽出カートリッジ組立体３０は
圧力容器２４内で滑りばめで取り付けられている。ブリ
ーチプラグ３２の外ねじ１８８は圧力容器２４内に内ね
じ２００で係合している。
【００６０】環状の自己作用の高圧シール２０２は封止
面１８６と協働して大気から高圧超臨界流体を封止す
る。そして、環状の高圧シール２０２から離隔した環状
の低圧シール２０４は、圧力容器２４の内部と抽出カー
トリッジ組立体３０の外部の間の空間にある汚染した超
臨界流体が超臨界流体源に逆流するのを防止する。これ
ら２つの環状のシール２０２及び２０４はそれらの間に
ドーナツ状の入口室を形成し、この入口室内には流体入
口４２の出口が流体を導入するように伸長している。汚
染は抽出カートリッジ組立体３０の外壁の指紋又は他の
外来物質により生じる。それで低圧シール２０４はかか
る汚染を防止する。シール２０２，２０４はバルーシー
ル（Ｂａｌ−Ｓｅａｌ）のタイプ５０４ＭＢ−１１８−
ＧＦＰである。
【００６１】超臨界状態の流体は流体入口４２に供給さ
れそして高圧シール２０２及び低圧シール２０４の間の
環状空間内を循環し、更に、圧力容器２４と抽出カート
リッジ３０内に２つの経路に沿って流動する。１つの経
路は洗浄用、他の１つは抽出用である。環状のスペーサ
２０６がシール２０２及び２０４の間のドーナツ状開口
部にあり、これは半径方向貫通孔付きの砂時計の形状の
断面を有し、入口の継手４２から流入する超臨界流体を
スペーサ２０６の反対側へ分配し、そこからブリーチプ
ラグ３２にドリル加工された通路２０８へと流れる。
【００６２】通路２０８はブリーチプラグ３２の凹所１
８０から半径方向に伸長し環状リングへ達する。この通
路２０８は通路２０８の方向とは無関係に凹所と環状リ
ング間の流体に開放経路を与える。通路２０８は、入口
継手４２（内側）に対して非制御の角度付きの位置に開
口している。流体は入口継手４２の出口と連通する砂時
計の形状をしたスペーサ２０６の内方へ湾曲した部分の
一側部から、内方へ湾曲した部分の他側へそしてそこか
ら通路２０８へと流れる。
【００６３】カートリッジとプラグの組立体２６が図２
に示されたように圧力容器２４内へ挿入される場合、ノ
ブ３４は回転されて、１インチ当り８ねじのコネクタを
形成するブリーチプラグ３２の外ねじ１８８は圧力容器
２４の内ねじ２００と係合し、ブリーチプラグ３２をね
じ込んでカートリッジとプラグの組立体２６を圧力容器
２４に取り付ける。底部蓋１４４の円錐形凹部２１０が
継手アダプタ２１４の外部円錐の先端部２１２に達する
と、カートリッジとプラグの組立体２６は更に下方に移
動するのが阻止される。
【００６４】カートリッジとプラグの組立体２６が底部
に達した後更にブリーチプラグ３２をねじ込むことによ
り、継手ニップル１７６の上部の平坦な環状面が帽子状
のワッシャ２１６の平坦な下面に突き当る。この場合、
帽子状のワッシャ２１６は、ブリーチプラグ３２の円筒
形孔２２２にねじ止めされた肩部ねじ２１８の頭部の上
面と対向している。
【００６５】更に、ブリーチプラグ３２を圧力容器２４
内にねじ込むことにより、ニップル１７６がねじの頭部
から離れてワッシャ２０６を持ち上げて、環状面２０５
とワッシャ２１６の隆起部の間のコイルばね２０１を押
圧する。ブリーチプラグ３２の圧力容器２４へのねじ込
みを続けることにより、ブリーチプラグ３２の環状フラ
ンジ１９０が圧力容器２４の上面に突き当たる。このこ
とは、図２に示す通りコイルばね２０１の圧縮の限界位
置を与える。
【００６６】コイルばね２０１の圧縮力は帽子状のワッ
シャ２１６と継手ニップル１７６の上部環状面２０３の
間に低圧封止を提供するのに十分な力である。より重要
なことは、この力は、又、底部蓋１４４の凹所２１０の
円錐面と継手アダプタ２１４の外部の円錐状先端部２１
２を組合せる際の低圧封止をも提供することである。
【００６７】封止面１８６は最初の部分の挿入の間にパ
イロットとして作用し、内ねじ１８８が交差して噛み合
っていないことを確認できる。円筒形の封止面１８６の
端部のテーパ１８９はブリーチプラグ３２がシール２０
２，２０４を通過するのを案内することにより、ブリー
チプラグ３２の挿入中に損傷を与えることはない。
【００６８】凹所２２４、通路２０８、高圧シール２０
２及び係合するねじ１８８と２００の配置は、圧力容器
２４の内部に圧力が作用した時、ブリーチプラグ３２が
不意に外れた場合、圧力容器２４内の流体が高圧シール
２０２を通って漏れかつ噛み合った状態のねじ１８８と
２００を伝わって上昇し、そして装置の圧力を低下させ
る一方、最大作動圧力で安全性を確保するに十分なねじ
係合を保持するような配置に選定される。図２に示す実
施例の最大作動圧力は１０，０００psi （約７０３kg／
cm2 ）である。最大作動温度は１５０度Ｃである。設備
は、３００度Ｃ以上の作動温度で３０，０００psi （約
２，１１０kg／cm2 ）以上の圧力に対して設計する必要
はない。
【００６９】上述の通り、ブリーチプラグ３２、カート
リッジとプラグの組立体２６が圧力容器２４内に組込ま
れた後、ただし抽出の前に、カートリッジとプラグの組
立体２６と圧力容器２４の間の空間は汚染物質が除去さ
れる。かかる除去又は洗浄サイクルの間、超臨界流体が
流体入口４２へ流入し、環状スペーサ２０６により分配
されそして通路２０８を通過する。超臨界状態の流体は
帽子状ワッシャ２１６の外径とブリーチプラグ３２内の
凹所の円筒形内径２３０の間を通る。次に流体は流下し
継手ニップル１７６の外径とブリーチプラグ３２の凹所
１８０の内径２３０の間の環状空間を通過する。次に流
体は止めばね１８４を通過し、頂部蓋１４８の外側、抽
出管１５２及び底部蓋１４４の周りを循環して円周状に
分配する。この流れは底部蓋１４４の下方で圧力容器２
４の底部２４０の上方の環状の空間に集められて排出用
継手４４を介して流出しそれと共に汚染物質を運び去
る。
【００７０】抽出カートリッジの外側と圧力容器２４の
内側間の汚染した流体は抽出容器の内側への通路を通る
ことはない。低圧シール２０４は汚染した流体が通路２
０８へ達するのを阻止する。継手ニップル１７６の大き
い径と凹所１８０の内径２３０の間の狭い隙間及び帽子
状ワッシャ２１６の内径と外径の間の狭い隙間からなる
ラビリンスシールは、汚染物質が拡散して帽子状ワッシ
ャ２１６の上方の空間へ達するのを阻止する。
【００７１】洗浄又は除去サイクルの間、これらの隙間
を介して超臨界流体が下方へ流動し、この隙間が小さい
故に、下方への流動は汚染した流体の渦が、隙間を介し
て通過するのを阻止する。これらの隙間はほんの数千分
の一インチである。ニップル１７６の頂部及び抽出カー
トリッジの底部の円錐形の凹所２１０はばね圧で封止さ
れているため、汚染物質はこれらの通路には入らない。
【００７２】抽出に際しては、入口継手４２から入る超
臨界流体はスペーサリング２０６で占められている空間
に分配され、通路２０８を介して肩部のねじ２１８とワ
ッシャ２１６の内径の間の数千分の一の半径方向隙間を
流下する。流体は更に流下を続け通路２５０、多孔のフ
リット１６２を介して抽出されるべき物質を通過させる
抽出室２５４内に流動する。抽出室２５４は図４におい
てサンプルを受けるため１０cm3 の体積で寸法決めされ
て図示されている。抽出室の流体を通過させた後、流体
はフリット１６０、通路２６０、継手アダプタ２１４及
び継手４６を介してサンプル収集装置へ排出される。
【００７３】毛細管として設計された管を除き、この閉
鎖室内にある全ての導管は外径１／１６インチ（約１．
５９mm）、内径０．０２インチ（約０．５１mm）の３０
０シリーズステンレス鋼で製造されている。
【００７４】組立完了後の作動において、ポート１１４
（図１）を出る純粋流体のバルブ５４（図１）と直接関
連する流体の流れは、導管の近接した部分をら線状に巻
付けることにより形成された熱交換器４０を介し、チェ
ックバルブ６０Ａ及び導管６０Ｂを介して圧力容器２４
の入口継手４２へと流動する。熱交換器４０は、実際
は、加熱ブロック２２を通る長い孔の中に存在するた
め、熱交換器は圧力容器２４及び抽出管３０と同じ温度
である。熱交換器は入口継手４２に流入する流体を抽出
カートリッジ組立体３０とほぼ同じ温度に予め加熱す
る。この温度は流体の臨界温度より高い温度である。ポ
ンプ装置１２が臨界圧よりも高い一定の流体圧を発生す
るように設定されている場合、圧力容器２４に入る流体
は超臨界状態の流体となる。
【００７５】ティ２０の位置で超臨界流体の圧力が一時
的に低下した場合には、チェックバルブ６０Ａが、二重
系統の超臨界抽出装置の第１の系統の圧力容器２４及び
抽出カートリッジ２６からの超臨界流体の逆流を阻止す
る。かかる圧力変動は、第１の系統が抽出している間に
二重系統の抽出装置の第２の系統が突然洗浄された場合
に発生する。各系統はそのようなチェックバルブを必要
とする。
【００７６】洗浄サイクルの間、汚染された流体は継手
４４を離れ、管６２を介して流動し洗浄流体バルブ５２
の入口継手１１６に入る。次に、それは出口継手１１８
から流出し管６４を介してカップリング９０（図１）へ
至る。カップリング９０は水晶の毛細管１１０を結合す
るため、汚染された洗浄ガスが流出する。毛細管の孔
は、７５ミクロンのように十分に小さく、長さも数イン
チのオーダーと十分に長く、適切な量に流れを限定する
に十分な流体抵抗を与える。例えば、３，０００psi
（２１１kg／cm2 ）の圧力ではポンプ装置１２の変位量
に対して５ミリリットル／分である。ポンプ装置１２は
定圧力型ポンプであり、従って、流体の流動は一旦流れ
が安定すると圧力容器２４内の圧力には影響を受けな
い。
【００７７】毛細管１１０の外端部は、収集装置として
作用するイソプロピルアルコールのような適当な溶剤１
００を含んだ洗浄流体収集装置９２（図１）の中に浸さ
れていてもよい。この溶剤を通る泡は適切な流動を表わ
し、溶剤は毛細管１１０の端部が排出された汚染物質に
より塞がれるのを防止する。溶剤は汚染物質を溶解する
ように当業者に公知の方法で選定されるため、毛細管１
１０の端部は塞がれず又、抽出カートリッジの外部に汚
染物質があるかどうか決定することが望まれる場合、溶
剤を後で分析することが可能である。
【００７８】抽出サイクルの間、抽出物は圧力容器２４
の継手４６から流出して管６６を通過する。この管６６
は制御ノブ１３２に取り付けられた回転式制御軸１２６
を有する抽出バルブ５０の入口継手１２０へと伸長して
いる。抽出バルブ５０が閉鎖位置から反時計方向に回転
して開放した時、流体はその継手１２２から流出し管６
８を介して継手９４へと流れる。継手９４は水晶製毛細
管１２８または他の流れ制限装置に接続されている。
【００７９】毛細管１２８は、定圧ポンプ１２の変位に
対して適切な量の流量を発生するに十分な程度小さい５
０ミクロンの孔と、十分な程度長い数インチの長さを有
している。例えば、この場合２ミリリットル／分の流量
である。毛細管１２８の端部は抽出物質収集装置９８の
溶剤１０４内に浸されている。
【００８０】イソプロピルアルコールはいくつかの条件
の下で溶剤１０４に使用される。この溶剤１０４は抽出
物質に対して良好な溶剤でなければならない。溶剤は抽
出物質を通って泡立つガスから抽出物質を溶解すること
により抽出物質を捕獲しなければならず又、毛細管１２
８の端部での閉塞を防止しなければならないからであ
る。
【００８１】溶剤１０４は抽出後取り除かれて、抽出物
質の成分と量を決定するために分析される。毛細管１２
８（同様に毛細管１１０）の長さに沿う圧力及び温度の
低下により、超臨界流体（又は、継手９０若しくは継手
９４が熱せられていない場合には液体）は、室温の溶剤
内に浸されている先端部に流体が達する時までに、ガス
に変化している。
【００８２】抽出装置１０を使用する前に、ポンプ装置
１２は所望の圧力に設定されかつ加熱要素２２は所望の
温度に設定される。フリット１６０付きの底部キャップ
１４４（図２）は抽出管１５２の底部にねじ止めされて
いる。内側凹部１５８は抽出されるサンプルで充填され
又は部分的に充填される。フリット１６２及び上部キャ
ップ１７４はカートリッジとプラグの組立体２６を形成
する抽出管１５２の上面にねじ付けされる。
【００８３】カートリッジとプラグの組立体２６は、ブ
リーチプラグ３２内に配置されたガータばね１８４を通
る抽出カートリッジの継手ニップル１７６をねじ込むこ
とによりブリーチプラグ３２内に結合される。ノブ７０
はバルブ５４を閉鎖しバルブ５２を開放する排出位置
（図１）に設定される。バルブ１２４は時計回り方向
（閉鎖）の位置に設定される。
【００８４】組立てられたブリーチプラグと抽出カート
リッジは予熱された圧力容器２２内へ挿入されて、環状
フランジ１９０が圧力容器２４の上面と接触するまで圧
力容器２４の中へノブ３４により手動でねじ込まれる
（図４）。圧力容器は熱電対式温度調節装置３６０の制
御の下で所望の温度まで予熱される。カートリッジとプ
ラグの組立体２６は圧力容器２４内で必要な温度まで急
速に上昇する。
【００８５】カートリッジとプラグの組立体２６をサン
プルブロック２４内へ挿入した後、バルブノブ７０は洗
浄位置に回転される。この位置では、両バルブ５４及び
５２は開放される。ポンプ装置１２は所望の流体圧力に
既に設定されているので、流体は管７６，５６、バルブ
５４、管５８、熱交換器４０、管６０、チェックバルブ
６０Ａ，６０Ｂ及び入口継手４２を介して凹所１８０
（図４）内へ流れる。バルブ１２４は閉鎖されているの
で、熱交換器４０により適切な温度に予熱された超臨界
流体は帽子状ワッシャ２１６、継手ニップル１７６を通
過しカートリッジとプラグの組立体２６の外側を周って
流動する。この超臨界流体は抽出カートリッジ組立体３
０の外側の汚染物質及び圧力容器２４の内側の汚染物質
を溶解する。高温の超臨界流体によっても、抽出カート
リッジ組立体３０が適当な作動温度にあることが保証さ
れる。超臨界流体は継手４４から、管６２、バルブ５
２、管６４、継手９２及び毛細管１１０を通って汚染物
質を洗い流す。
【００８６】短時間の洗浄サイクルの後、制御ノブ７０
は抽出位置に設定される。このことにより、バルブ５４
が開放されかつバルブ５２が閉鎖するように設定され
る。かかる設定を行った直後に、操作員が抽出方向に反
時計回りにノブ１３２を回転することによりバルブ１２
４が開放される。圧力がかかった流体は所望の超臨界温
度になるようにバルブ５４を介して熱交換器４０内に入
り、入口継手４２へと流れる。流体は次に凹所１８０内
へ入り、ねじ２１８及び帽子状ワッシャ２１６の内径の
間の環状空間を通り、その後、継手ニップル１７６の内
部と、通路２５０とを介して圧力容器と流体抽出装置の
組立体２６へと流動する。抽出カートリッジの内部サン
プル用凹所２５４（図２）を介して流れる超臨界流体は
凹所２５４内に収容されているサンプル１３４から分析
物質を抽出する。
【００８７】溶液中の分析物質を伴う超臨界流体は、継
手４６、管６６、バルブ１２４、管６８、カップリング
９４及び試験管９８内の収集用溶剤１０４の中に導入す
る毛細管１２８を介して流出する。分析物質は後で分析
するために溶剤１０４で溶解される。抽出が完了した
時、ノブ１３２は閉鎖位置へ時計回り方向へ回転され
る。このことにより、バルブ１２４が閉鎖されて、超臨
界流体の抽出カートリッジ２６への流入が停止する。ノ
ブ７０は、次に、排出位置に時計回り方向に回転され
る。このことにより、バルブ５４が閉鎖しかつバルブ５
２が開放して、圧力容器２４及びカートリッジとプラグ
の組立体２６が毛細管１１０を介して圧力降下する。
【００８８】毛細管１１０の端部を介して発生する泡が
止った時、圧力降下が完了する。ノブ３４は反時計回り
方向に回転されて圧力容器２４からブリーチプラグ３２
及びカートリッジとプラグの組立体２６を取り外す。抽
出カートリッジ組立体３０は空の用済みサンプルへ開放
する。
【００８９】図３は、超臨界流体抽出装置の他の実施例
１０Ａの簡単化した斜視図であり、この実施例では、下
部部分に駆動部（図示しない）を収容するキャビネット
４００、キャビネットの上部部分の抽出部（図示しな
い）、サンプル注入部４０６及び断片（ｆｒａｃｔｉｏ
ｎ）収集部４０８が備っている。超臨界流体抽出装置１
０Ａは、キャビネット４００の前方のパネル４１０から
制御され、そして駆動部は抽出部、サンプル注入部４０
６、及び断片収集部４０８を操作する。断片収集部４０
８は複数のサンプルを連続的に抽出しかつ操作員が最少
限介在することにより別々の容器内のサンプルから抽出
物質を収集するように協働する。
【００９０】本実施例１０Ａの液体抽出装置は図１の実
施例と同様な方法で作動するが、新規なサンプル注入装
置及び断片収集装置と協働するようになされている。こ
の機構において、抽出されるべき一連のサンプルはサン
プルを保持する手段内に予め位置決めされており、又、
このサンプルは一時に１つの抽出装置の中へ自動的に注
入される。抽出装置において、超臨界状態の流体がサン
プルへ供給されそして抽出物質は１つずつサンプルから
取り除かれる。実施例１０と実施例１０Ａとを相互に関
係づけるために、同じ部品は同じ符号を付しているが、
実施例１０Ａでは符号に「Ａ」を付している。
【００９１】抽出物質は断片収集部の個別の容器又は１
つの容器の個別の隔室へ供給される。従って、手動によ
りサンプルを供給する必要性又は個別のサンプル用の超
臨界流体の流れを生じさせる必要性もなく、複数の異っ
た予め位置決めされたサンプルについて複数の抽出を行
うことができる。これらのサンプルは操作員により個別
に物理的に注入される代りに、自動的に機械的に１つず
つ抽出装置へ移動される。
【００９２】キャビネット４００は傾斜角の付いた制御
パネル４１０を有するほぼ直方体の形状をした底部部分
４１２と直立する上部部分４１４を有している。上部部
分４１４は上方に伸長する別の直方体の形状であり、補
充ポンプ等の継手及びファンを収容可能な共通の背面部
分又は後部パネル４１６を有するほぼＬ字形の外形をし
ている。流体接続具４２０が一端から伸長しほぼ超臨界
状態の流体をキャビネット４００へ導入することを可能
とする。Ｌ形キャビネット４００は制御装置を使用する
に便利な傾斜角度付きの前面パネル４１０と、注入され
るサンプル及び収集された抽出物質を取り扱うための
「Ｌ」形の足部上の上面とを有している。
【００９３】キャビネット４００の内部へ接近可能とす
るため、上部部分４１４は、上方に枢動できるように頂
部にヒンジ４２６を有するヒンジ付き前面開放パネル４
２２を備えている。パネル４２２はその底部近傍に開口
部４２４を備えていて比較的高い断片収集受容器の搬入
を可能とする。開口部４２４は、キャビネット４００の
下部部分４１２の頂面から十分な距離だけ離れた点まで
下方に伸長しサンプル注入装置及び断片収集器で使用さ
れる通常の受容器の搬入を可能とする。
【００９４】サンプル注入部４０６は、相互に垂直方向
に離間した上部及び下部回転板４３２，４３４の形状を
したサンプルリール４３０と、上部回転板４３２の収容
孔と、垂直方向長軸線及び開口端を有する円筒状管スリ
ーブ４３６を受ける下部回転板４３４の開口部とを備え
ている。上部開口端４３８は、サンプルリール４３０が
抽出装置の方へ回転する時、サンプルを受け入れかつ取
り除くことを可能にする。
【００９５】かかる機構において、サンプルリール４３
０は回転してサンプルを１つずつ抽出装置へと移動させ
処理する。サンプルリール４３０は水平でありかつキャ
ビネット４００の上部部分４１４内へ伸び更に抽出装置
内へと伸長し、そしてサンプルリール４３０の回転の垂
直軸線は上部部分４１４の外側にあるため、使用者が多
数のスリーブ４３６に容易に接近することが可能とな
り、更に、自動装置により抽出装置内への連続的な回転
が可能となる。好適な実施例では、異ったサンプルを個
別に収容する２４個のスリーブを備え、それらは、人間
の手をわずらわすことなく、抽出装置へ移動される。
【００９６】抽出物質を受けるため、断片収集部４０８
は、サンプルリール４３０と同心状に装着されている
が、サンプルリール４３０の内径より小さい径を有する
水平な断片収集リール４４０を備え、このリール４４０
は、断片収集リール４４０の上部板４４６の周辺に相互
に離間して円形に配列された複数の開口部４４２を有
し、かつ断片収集リール４４０が上昇されてキャビネッ
トから取り外されることを可能にするノブ４４４を中心
部に有する。かかる機構において、断片収集リール４４
０は、ヒンジ付きのパネル４２２がヒンジ４２６の周り
に上方に枢動した後、上昇されかつ取り除かれるか又は
再度挿入される。
【００９７】断片収集リール４４０が所定の位置にある
場合、リール４４０は１個又はそれ以上の個別の容器４
４２が抽出物質を受け入れることが可能な位置へ開口部
４２４を通って自動的に回転される。断片収集リール４
４０はサンプルリール４３０と交互にかつサンプルリー
ルとは独立して移動され、従って、サンプルを注入し抽
出した後、他のサンプル抽出のための注入を行う前に、
１個又はそれ以上の開口部４４２が、抽出物質を受ける
位置に移動される。
【００９８】リール４３０及び４４０は、キャビネット
４００の周縁部外側の一部と共に、キャビネット４００
の上部部分４１４内で回転するため、収集された抽出物
質は取り除かれて装置の操作中に新しいサンプルが追加
される。この目的のため、断片用受容器及びサンプル用
受容器は上方に開放した端部を有しかつその軸心が垂直
状態で装着されている。
【００９９】図４は、キャビネット４００、キャビネッ
ト４００内の駆動部４０２、抽出部４０４、サンプル注
入部４０６及び断片収集部４０８を示す図３の４−４線
を通る長手方向断面図である。駆動部４０２は、制御装
置４５０、サンプル及び抽出物質収納容器のリール駆動
機構４５２、サンプル注入装置駆動部４５４及び流体駆
動部又はポンプ装置４５６を備えている。制御装置４５
０は制御パネル４１０からの情報を受け又、ケーブル４
５８を介して制御パネル４１０へ情報を伝達する。それ
は、更に、ポンプ装置４５６、サンプル及び抽出物質収
納容器リール駆動機構４５２及びサンプル注入装置駆動
部４５４を制御し、これらは協働してサンプルを所定の
位置へ移動させ、抽出装置内へサンプルを注入し、流体
を抽出装置を介して圧送してサンプルを抽出しかつサン
プルを１つずつ連続して収集する。
【０１００】サンプルを注入部４０４へ注入するため、
サンプル注入部４０６は、サンプル及び抽出物質収納容
器リール駆動機構４５２、サンプルリール機構４３０、
及びカートリッジ注入装置機構４６０を備えている。サ
ンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構４５２はサ
ンプルリール機構４３０を駆動してカートリッジ組立体
３０Ａをカートリッジ注入機構４６０の上に運ぶ。この
カートリッジ注入機構４６０はカートリッジ組立体をサ
ンプル注入駆動部４５４の制御の下で上方に圧力容器２
４Ａ内へ持ち上げて、カートリッジ組立体３０Ａ内のサ
ンプルを抽出する。カートリッジ組立体３０Ａ及び圧力
容器２４Ａは図１乃至１４の実施例のカートリッジ組立
体３０と圧力容器２４と同様のものであり、これらは、
反転される頂部側と底部側を有することにより、カート
リッジ組立体３０Ａが底部から圧力容器２４Ａ内へ挿入
されてその中で抽出のために容易に封止され、抽出後重
力により取り除かれることを可能とするようになされて
いる。
【０１０１】サンプルリール機構４３０を駆動するた
め、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構４５
２は中央の伝達機構及び各側にモータを備えている。モ
ータは制御装置４５０の制御の下に伝達機構を駆動し
て、サンプル注入リール機構４３０及び断片収集リール
４４０のいずれか一方又は双方を駆動する。
【０１０２】サンプル注入リール機構４３０は、上部プ
レート４３２、下部プレート４３４を備え、それら双方
はいずれも回転可能であり、一時に、複数のスリーブ４
３６を連続的に、圧力容器２４Ａ内で１個ずつカートリ
ッジの注入を繰り返す位置へ運ぶ。この位置で、カート
リッジは圧力容器２４Ａから取り除かれかつ１個ずつリ
ール機構４３０へ戻される。従って一時にただ１個のカ
ートリッジのみが圧力容器２４Ａに存在することとな
る。
【０１０３】抽出部４０４では、静止した下部プレート
４６２が１個の孔４６４を有している。この孔４６４は
圧力容器２４Ａの開放した下端及びカートリッジ注入機
構４６０の上端と整合している。その結果、３０Ａのよ
うなカートリッジ組立体は、下部プレート４６２の開放
端４６４上で１個ずつ回転されて、サンプルの抽出のた
めに、サンプル注入装置駆動部４５４の制御の下でカー
トリッジ注入機構４６０により圧力容器２４Ａ内へ上方
へ移動される。かかる機構において、カートリッジ組立
体３０Ａが上部及び下部プレート４３２，４３４により
回転される場合、静止した下部プレート４６２が、所定
の位置にそれらカートリッジ組立体３０Ａを保持する
間、カートリッジ組立体３０Ａは開口４６４の上から上
昇用静止プレート４６２を介して圧力容器２４Ａへ連続
的に移動される。
【０１０４】圧力容器２４Ａ内へカートリッジを注入す
るため、カートリッジ注入機構４６０は、サンプル注入
装置駆動部４５４、ピニオン４７０、歯車４７２、多条
ねじ、ナット４７４、対応するねじ４７６、及びピスト
ン又はプラグ３２Ａを備えている。ピニオン４７０は駆
動ギヤモータ４５４の出力軸に装着されていて歯車４７
２の歯と噛合う。歯車４７２は動力ナット４７４に締付
けられるか、又はそれと一体となっている。動力ナット
は、回転する場合、ねじ４７６を上方又は下方に移動さ
せる。支持プラットフォーム４７５、ピストン又はプラ
グ３２Ａ及びサンプル容器３０Ａはねじ４７６の頂部に
より担持されていて上方及び下方へ移動する。ねじ４７
６により下方位置に支持されているプラグ３２Ａの上面
は、固定プレート４６２の開口部４６４の底部と面一と
なっていて、３０Ａのようなカートリッジを中に支持し
かつ最上位置では、ピストン又はプラグ３２Ａを圧力容
器２４Ａの底部に位置決めする。プラグ３２Ａはバル−
シール（Ｂａｌ−Ｓｅａｌ）会社により製造されている
自己作動式のばねで付勢されたシリンダシールを担持す
る。これらのシールは、プラグ３２Ａと圧力容器２４Ａ
の内壁の間に高圧の耐流体性の封止を提供する。
【０１０５】かかる機構において、カートリッジ組立体
３０Ａを上方へ圧力容器２４Ａへ移動させた後、抽出過
程の間、ピストン又はプラグ３２Ａは、圧力容器２４Ａ
の壁部を封止可能であり、そして注出後、新しいカート
リッジが圧力容器２４Ａ内に注入される位置に移動され
た時、カートリッジ組立体３０Ａをサンプルリール機構
４３０の方へ下方へ復帰させて上部注入ハウジング４１
４から外方へ回転させる。ベアリング取付台は同じ垂直
位置に維持しながらナットを回転可能に支持し、従って
ナットは急速進行ねじ又は他のねじ４７６を上方又は下
方に移動させる。
【０１０６】プラグ３２Ａは図１乃至１４の実施例のブ
リーチプラグ３２と同様な機能を行い、中にばね２０１
Ａ及び支持ブロック４８２を支持する開口部を収容する
ことにより、サポートブロック４８２はカートリッジ端
部１４８Ａに対して内方に付勢力を与えてカートリッジ
３０Ａを超臨界流体用の継手に抗して所定の位置に移動
させる。
【０１０７】カートリッジ３０Ａが所定位置に移動され
ブリーチプラグ３２Ａがシール位置に固定された後、カ
ートリッジ３０Ａのサンプルを抽出するため、超臨界流
体を図１の実施例と同じ方法で入口継手４２Ａを介して
流動させる。従って、抽出流体はカートリッジ３０Ａへ
の１つの経路を通りかつカートリッジ３０Ａの外側の別
の経路を通って継手４４Ａへ流れ、そこから洗浄用収集
装置又は排出口へ流れる。抽出物質はカートリッジ及び
サンプルを通過した後、継手４６Ａから流出し後述する
方法でサンプル収集装置へ流動する。
【０１０８】二酸化炭素のような流体を超臨界抽出に適
した温度で圧力容器２４Ａへ送り込むため、（１）ポン
プ４５６はポンプヘッド４９０と電動モータ４９２を備
え、（２）圧力容器２４Ａはその上にアルミニウムの加
熱ブロック２２Ａと、アルミニウムの加熱ブロック内の
開口部２７８Ａと、開口部２７８Ａのロッド状の加熱要
素２７４Ａと、抽出流体用管の継手４２Ａ及び開口部２
７０Ａでアルミニウムの加熱ブロック２２Ａに入る熱交
換器４０Ａとを有している。モータ４９２はポンプ機構
４９０を駆動して流体を開口部２７０Ａへ送り、開口部
２７０Ａ内の熱交換器４０Ａ、接続管６０Ａ及び入口継
手４２Ａを介してカートリッジ３０Ａ及び圧力容器２４
Ａへ送り込む。アルミニウムブロック２２Ａは、二酸化
炭素又は他の有用な抽出流体の温度を制御し、かつ流体
及び目的に対応して抽出流体超臨界温度以上に維持する
一方、開口部２７８Ａ内の加熱ロッド２７４Ａはアルミ
ニウムブロック２２Ａの加熱が必要な時使用される。
【０１０９】ポンプ４５６は適当なポンプでもよいが、
二酸化炭素に適したポンプは、ネブラスカ州，リンカー
ンのイスコ（Ｉｓｃｏ）社により購売されている、イス
コモデル２３５０ＨＰＬＣポンピングシステムで使用さ
れるポンプを高度にモデファイした形式のものである。
しかしながら、二酸化炭素を使用する場合の最も良好な
結果は、ポンプのストロークが１０mmから１５mmに修正
されかつ、小型の低いトラップボリュームのチェックバ
ルブが使用されている。かかる修正はポンプの圧縮比を
１．６４：１から２．６４：１に増大させ、そして変形
が１．５倍に増大する。更に付加的な修正は、（１）良
好な温度伝達のために、３１６ステンレス鋼の代りに、
カーペンターテクノロジー（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）社の１８２ＦＭステンレス鋼を
ポンプヘッドに使用すること、（２）カムの形状を変え
たこと、及び（３）ベアリングを重負荷用としたこと、
である。
【０１１０】抽出物質を収集するために、断片収集部４
０８は、断片収集リール４４０、サンプル及び抽出物質
収納容器リール駆動機構４５２、洗浄流体出口装置５２
０及び抽出物質流体出口装置５２２を備えている。断片
収集リール４４０は、９８Ａのような受容器をハウジン
グ４１４の所定の位置へ移動させる。ここにおいて、後
述する抽出物質の流体出口装置５２２は、圧力容器２４
Ａの継手４６Ａからの流体を、受容器９８のシールを貫
いた後受容器から外へ又は受容器の中へ流動させる。洗
浄流体装置５２０は、洗浄流体を洗浄流体用の継手４４
Ａから圧力制御ユニットへ流動させて、最終的に排出ユ
ニット又は収集ユニットへ流動させる。
【０１１１】収集用の受容器９８Ａを所定の位置に移動
するため、断片収集リール４４０は、ノブ４４４、中間
プレート４４８、上部プレート４４６、下部円盤プレー
ト５３０及び駆動ロッド５３２を備えている。駆動ロッ
ド５３２は固定の円盤プレート５３０内で回転しかつそ
の上部で上部プレート４４６、下部プレート４４８を担
持する。上部プレート４４６及び下部プレート４４８は
それらを貫通する円周方向に間隔を置いて設けられた孔
と整合し、その各々は９８Ａのような収集びんを受け
る。下部円盤プレート５３０は孔を有さず、又移動する
場合は、プレートを支持する。ノブ４４４は、ヒンジ付
きの前面開放パネルがヒンジ４２６の周りに回転して開
いた後断片収集リール４４０をサンプル注入リール４３
０から持ち上げるのに使用することができる。
【０１１２】サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動
機構４５２は収集びんを１つずつハウジング４１４の上
方部分の内側へ移動して抽出物質を受ける。１個又はそ
れ以上の受容器９８Ａが適宜所定の位置に移動されてサ
ンプルカートリッジ３０Ａが抽出される。受容器９８Ａ
は、サンプルカートリッジ３０Ａと共に交互に移動され
る。但しいくつかの受容器９８Ａは、圧力容器２４Ａへ
向ってサンプルカートリッジ３０Ａの１つが動いている
間に移動してもよいし、又はサンプルカートリッジが圧
力容器２４Ａから離れる時に移動してもよい。抽出物質
は継手４６Ａを介して後述の方法で断片収集用の受容器
９８Ａへと流動する。
【０１１３】作動において、抽出物は後述するように継
手４６Ａを通過してサンプル受容器９８Ａ内にはいる。
洗浄管用の継手４４Ａはカートリッジ３０Ａ内の抽出室
と連通しておりそして管６２Ａを介してティ継手５４２
へ連結される。ティ継手５４２の第２のアームは１５，
０００psi(約１０５５kg／cm2 ）で噴出するように目盛
り付けされた過圧防止安全ダイヤフラム５４０に連結さ
れている。これは、圧力容器２４Ａに対して１０，００
０psi(約７０３kg／cm2 ）の最大作動圧力を超過するも
のである。ティ継手５４２の別のアームは洗浄バルブ５
２Ａへ連結されている。洗浄バルブ５２Ａの他側は管６
４Ａを通って第２のティ継手５４４の第１の側へ連結さ
れている。ティ継手５４４の第２の側は管５４８を通っ
て外側の排出ポート５４６へ連結されている。ティ継手
５４４の第３のアームは断片収集びんとしてのサンプル
受容器９８Ａを排出する排出管１１０Ａへ連結されてい
る。このような機構において、継手４４Ａを介して流れ
る洗浄流体は除去され、そして排出ポート５４６へ連結
される管は、後述する方法でサンプルの受容器９８Ａを
排出するのにも使用される。
【０１１４】図５は、図４の５−５線を通る超臨界流体
抽出装置の実施例１０Ａの簡略化した正面断面図であ
り、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構４５
２と、ポンプ４５６と、抽出物質流体出口装置５２２と
を有している。リール駆動機構４５２は、制御装置４５
０（図４）の制御の下でサンプルリール４３０又は断片
収集リール４４０のいずれかを選択的に移動させる。
【０１１５】断片収集リール４４０を選択的に駆動する
ために、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構
４５２は、断片収集用軸５３２、管状の軸５８０、カサ
歯車５８２、カサ歯車５８４、及びギヤモータ５８６を
備えている。制御装置４５０は、断片収集リール４４０
を回転するようにギヤモータ５８６を制御する。かかる
目的のため、軸５３２は管状の軸５８０で保持されてい
る。カサ歯車５８２は軸５３２の端部で締結されており
かつギヤモータ５８６のカサ歯車５８４と噛合ってい
る。制御装置４５０はこれらの歯車を噛合い位置に移動
しかつモータ５８６をしてその出力軸を回転させ、収集
リール４４０（図３及び４）を駆動するがサンプル注入
リール４３０（図３及び４）を駆動しない。
【０１１６】サンプル注入リール４３０を移動するため
に、サンプル及び抽出物質収納容器リール駆動機構４５
２は、ベアリングブロック５９０で支持された管状の軸
５８０と、断片収集用軸５３２と、カサ歯車５８８と、
カサ歯車５９２と、ギヤモータ５９４を備えている。制
御装置４５０はカサ歯車５９２を回転させるようにギヤ
モータ５９４を作動させる。カサ歯車５９２は、断片収
集用軸５３２の下端に取り付けられたカサ歯車と噛合っ
ている。
【０１１７】抽出物質を断片収集びんとしての受容器９
８Ａに流入させるように、抽出物質の流体出口装置５２
２は、ギヤモータ５５２、ピニオン５５４、歯車５５
６、リードねじ５５８、アーム５６０、リストリクタ管
６６Ａを備えている。受容器９８Ａは頂部に貫通するこ
とができるシール部５５０を有している。
【０１１８】シール５５０を貫通して抽出物質を受容器
９８Ａの中に流入させるために、制御装置４５０はギヤ
モータ５５２を始動させる。ギヤモータ５５２は歯車５
５６と係合するピニオン５５４を回転させる。ピニオン
５５４は歯車５５６を回転させ、歯車５５６は回転する
リードねじ５５８と係合しかつそれに締結されている。
アーム５６０はリードねじ５５８で移動可能に装着され
ており、リードねじ５５８を所定の位置まで下降させ
る。この位置において、リストリクタ管６６Ａは、受容
器９８Ａの蓋５５０を貫通して受容器内の収集流体の表
面５６４の下方にその先端を移動させる。抽出物質がリ
ストリクタ管６６Ａ内に流入した時、排出物が管６６Ａ
から排出管１１０Ａ（図４及び５）を介して取り除かれ
る。
【０１１９】管６６Ａ又は管１１０Ａのいずれか一方が
剛性を有し又は曲げにくい場合、受容器９８Ａ内に管６
６Ａ，１１０Ａを下降させる代りに受容器９８Ａを管６
６Ａ及び１１０Ａまで上昇させるとよい。受容器９８Ａ
をプラグ３２Ａと同様な支持で上昇させることができる
ので、代案の機構は困難なことではない。この支持は直
接プラグ３２Ａに連結されているためプラグ３２Ａと同
期して移動する。
【０１２０】いずれの機構においても、抽出物質は、継
手４６Ａ（図４）を介して流動し、サンプルカートリッ
ジ３０Ａ（図４）から管５２２（図４）、バルブ５０Ａ
及びリストリクタ管６６Ａを介して流動する。管６６Ａ
からの泡の中に存在する抽出物質はトラップ流体１０４
Ａを介して捕獲され、それにより、抽出物質は受容器９
８Ａ内のトラップ流体１０４中に拘束され、そして抽出
流体は排出管１１０Ａ、ティ継手５４４（図４）、管６
６Ａ及び排出ポート５４６（図４）を介して流出する。
抽出物質の収集後、モータ５５２は反転方向に移動して
アーム５６０を上昇させ、アーム５６０はリストリクタ
管６６Ａ及び排出管１１０Ａを受容器９８Ａから移動さ
せる。
【０１２１】ポンプヘッド４９０は高圧で作動すること
により熱が発生するため、ポンプヘッド４９０及び流入
する流体ラインは冷却されるのが好ましい。好適実施例
では、これらは熱電気的（ペルチエ効果）に冷却されて
いて、ポンプヘッド４９０、入口チェックバルブハウジ
ング４９４は温度伝導性を増加するため３１６型ステン
レス鋼よりもむしろカーペンタ１８２ＦＭステンレス鋼
で製造される。
【０１２２】ポンプ作動において、ポンプの駆動モータ
４９２（図４）は、カムハウジング４９５内のカムを歯
車ハウジング４９６内の適当な歯車列を通して駆動す
る。カムハウジング４９５内で回転するカムはポンプの
プランジャを作動する。このプランジャはポンプヘッド
４９０（図５）と協働して液状の二酸化炭素を入口チェ
ックバルブ組立体４９４を介して引き込み、そして出口
チェックバルブ組立体４３６を介して吐出する。一実施
例では、ペルチエ冷却プレート５００は、ポンプヘッド
４９０（図５）の平坦面に装着され、ペルチエ冷却プレ
ート５００の反対側に良好な熱接触を与えるために装着
された冷却フィン５０２を有している。
【０１２３】電流が適当な方向へペルチエ冷却プレート
５００を介して流れた時、熱はポンプヘッド４９０（図
５）から引き出されそして冷却フィン５０２へ排熱され
る。電動モータ４９３（図４）により駆動されるファン
５０４はフィン５０２から熱を引き出す。他のペルチエ
効果で冷却される熱交換器も入口ラインで使用される。
【０１２４】モータ４９２（図４）の速度を制御するた
め、タコメータホイール５０５がモータ４９２の軸に装
着され、一方該ホイールの状態を読み取る信号を与える
ため光電式タコメータセンサ５１０が装着されている。
光電式タコメータ５１０からの信号はモータ４９２の速
度、従ってポンプ４５６の作動速度を表示する。これら
の信号は制御装置４５０で比較されてモータ４９２の速
度を制御するために有用である。
【０１２５】ポンプからの出口ライン５１２の圧力を制
御するため、圧力変換器５１４（図６）は圧力を表示す
る信号を発生させる。この信号は、ポンプの速度を制御
するフィードバック信号として使用される。この構成は
イスコ社のモデル２６０Ｄポンプのようなポンプで与え
られる。
【０１２６】図６において、図４の６−６線を通る、一
部簡略化した断面図が示されており、圧力容器２４Ａに
入るプラグ３２Ａを固定する固定機構６１４と、抽出流
体を制御する制御機構６１６とが示されている。本図に
好適に示されている通り、固定機構６１４は、ギヤモー
タ６００、ピニオン６０２、ラック６０４、固定ピン６
０６、圧力容器２４Ａの孔６０９、ピストン又はエンド
ピース又はブリーチプラグ３２Ａの孔６１０、及び圧力
容器２４Ａの他側を貫通する孔６１２を備えている。ピ
ン６０６の代りに、ウィンチェスタ９４ライフルの固定
機構として従来から使用されている型式のヨークも使用
することができる。この型式の固定機構は図６に示され
るようなピニオン６０２及びラック６０４に装着された
ヨークである。かかる機構において、ヨークを形成する
ように切欠されたスロットを有するプレートが、ラック
及びピニオンにより移動されてプラグ３２Ａの下を通過
し圧力に抗してプラグ３２Ａを保持し、そして圧力容器
２４Ａのスロットと係合することにより、それらの間に
強い支持を与える。前述のプレートのスロットはねじ４
７６のための間隙を提供する。
【０１２７】作用について説明すると、ギヤモータ６０
０は、制御装置４５０（図４）により、圧力容器２４Ａ
の開口部６０９を通り、ピストン３２Ａの開口部６１０
を通りそしてピニオン６０２を回転させて圧力容器２４
Ａの開口部６１２を通る固定ピン６０６を駆動させ、固
定ピン６０６を担持するラック６０４を駆動する。しか
して、圧力容器２４Ａ内の所定の位置にカートリッジ３
０Ａ（図４）が固定される。
【０１２８】ポンプ１２（図１）から圧力容器２４Ａ及
びカートリッジ３０Ａに入る抽出流体の流れを制御する
ため、抽出流体を制御する機構は、ギヤモータ５７０、
ライン５１２から伸長している導管５８Ａに一端が連結
されたバルブ５４Ａ、及び熱交換器４０（図１）内へ通
じる導管５８へ接続する圧力変換器５１４を備えてい
る。作動時には、ギヤモータ５７０は制御装置４５０の
制御の下でバルブ５４Ａを開放し、抽出操作の間、カー
トリッジ３０Ａ及び圧力容器２４Ａへ入る抽出流体の流
動を可能にする。抽出が完了してバルブ５４Ａを閉鎖し
た後、ギヤモータは反対方向へ回転する。
【０１２９】サンプルカートリッジ３０Ａ（図４）は管
状のスリーブ又は本体部分１４０Ａ（図４）とエンドピ
ース１４４Ａ及び４６４Ａ（図４）からなる。エンドピ
ース１４４Ａ及び４６４Ａはステンレス鋼又は不活用の
プラスチックで製造されかつそれぞれの内部に中心決め
されたステンレス鋼製のフリット又はフィルタディスク
を担持する。管状のスリーブ１４０Ａの平坦な狭い両端
部はフリットの周りをＰＴＦＥワッシャと当接して封止
する。このフリットは、フィルタディスクの直径とエン
ドピース１４４Ａ又は４６４Ａのそれぞれの内径との間
の位置で、エンドピースと当接して封止する。
【０１３０】図７において、円筒形のポンプヘッドブロ
ック３００と、ピストン駆動組立体１０２と、ピストン
３０４と、チャンバ３３６と、冷却組立体３０６と、互
いに接続されて、空気−熱電冷却によって流体及びポン
プを冷却する間に、流体を圧送する、ポンプヘッドブロ
ック３００から冷却組立体３０６に熱を伝達する熱交換
器７６３とを備える冷却圧送装置が示してある。流体か
ら冷却組立体に熱を伝達する熱交換器７６２（図１０）
は、図７には示していないが、図１０及び図１１には示
してある。流体の体積は、チャンバ３３６内でのピスト
ン３０４の圧力及び動きによって測定される。冷却組立
体３０６及び熱交換器７６２、７６３（熱交換器７６２
は図７には図示せず）は、液体による冷却方法を採用せ
ず、圧送装置は、液体冷却剤ではなくて、完全に空気に
よって冷却される。
【０１３１】円筒形のポンプヘッドブロック３００は、
略円筒形の流体出口逆止弁３０８及び流体入口弁３１０
を受け入れるねじ付き凹所を有している。流体出口逆止
弁３０８は、（１）従来の流体結合継手用のねじ付き凹
所３１２と、（２）ボール逆止弁要素３１４、３１６
と、（３）弁座３１８、３１９と、（４）円筒形通路３
３０とを備えている。円筒形通路３３０は、逆止弁要素
３１４とポンプチャンバ３３６との間で連通し、流体を
ポンプチャンバ３３６内の流体と接触する状態に保持す
る。弁要素３１４、３１６は、当該技術分野でそれぞれ
公知の方法にて弁座３１８、３１９と協働し、チャンバ
３３６に入る液体の流れを妨害し且つチャンバ３３６か
らポンプ出口への流れを許容する従来の二重ボール逆止
弁組立体を形成する。
【０１３２】流体入口弁３１０は、（１）従来の流体結
合継手を受け入れるねじ付き凹所３２０と、（２）逆止
弁のボール要素３２２、３２４と、（３）弁座３２６、
３２８と、（４）円筒形通路３３４と、を備えている。
逆止弁のボール要素３２２、３２４は、当該技術分野で
公知の方法にて弁座３２６、３２８と協働し、チャンバ
３３６内への液体の流れを制御し且つチャンバ３３６か
らの液体の流れを妨害する従来の二重ボール逆止弁組立
体を形成する。円筒形通路３３４は、逆止弁要素３２２
とポンプチャンバ３３６とを連通させ、流体をポンプチ
ャンバ３３６内の流体と接触状態に保持する。
【０１３３】ポンプヘッド内の取り込まれる流体の体積
を制限するため、流体路３３０、３３４の直径、ピスト
ン３３６と穴３７０との間の環状容積、及びシール３５
６の内部の体積は、取り込まれる液体が排出量の０．９
倍以下に制限し且つ圧縮比２．１対１以上に制限するの
に十分に小さくする。好適な実施例において、流路３３
４は直径が僅か１ｍｍであり、流路３３０は、更に小さ
い。液体二酸化炭素のような極めて可圧縮性の液体を圧
送するためには、大きい圧縮比（圧縮前の体積対ポンプ
による圧縮後の体積比）が特に有利である。それは、高
圧縮比は、ポンプヘッド３００を加熱する前に、圧縮−
加熱された流体を迅速に排出する傾向があり、又、圧縮
／排出ストローク中に流体の圧縮により劣化する体積効
率を改善させ得るからである。体積効率は、１ストロー
クの圧送量を排出量で割った値である。体積効率が大き
い結果、最大流量が増大する。ＨＰＬＣポンプは圧縮比
が小さく、又より大きい入口流体流路を必要とする理由
から、圧縮比はそれ程、重要ではない。ＨＰＬＣポンプ
は、キャビテーションの問題のため、より大きい入口流
体流路を持つ必要がある。
【０１３４】逆止弁ボール３１４、３１６、３２２、３
２４は、合成ルビーから成る球であり、又弁座３１８、
３１９、３２６、３２８は合成サファイアから成ること
が望ましい。ポンプヘッドブロック３００は、熱伝導率
が比較的高く（ステンレス鋼の場合）耐食性に優れ、又
機械加工が容易であるため、望ましくはカーペンター型
１８２ＦＭステンレス鋼であることが望ましいステンレ
ス鋼で形成される。機械加工の容易性の条件が厳しくな
い場合、優れた熱伝導率の点で半硬ニッケルを使用する
ことが出来る。
【０１３５】ピストンロッド３０４を動かすため、ピス
トン駆動組立体３０２は、駆動カム３３８と、ローラカ
ム従動子３４２と、フェルール・アンビル組立体３５
２、３５０と、圧縮ばね３８４と、ヨーク３４６と、管
状スライド３４８とをその主要部品として備えている。
フェルールは、合成サファイアによる排出ロッド、即ち
ピストンロッド３０４の右端部に射出成形により取り付
けられる。ヨーク３４６は、アンビル３５０を支持する
管状スライド３４８の一体部品である。ピストンロッド
３０４に切削された周縁溝３５８は、フェルール３５２
とロッド３０４との確実な機械的結合を保証する。フェ
ルール３５２は、アンビル３５０と同一の材料で形成さ
れている。これと代替的に、アンビルは、研磨ステンレ
ス鋼で形成することが出来る。前者の材料は、圧縮強度
が比較的大きく、圧縮弾性率が比較的小さい、低摩擦率
のプラスチックである。該材料は、フェルール３５２及
びアンビル３５０を形成するために射出成形される。フ
ェルール３５２はロッド３０４上に成形される。
【０１３６】駆動カム３３８がカム従動子３４２を駆動
する一方、該カム従動子は、圧縮ばね３８４の圧力に抗
してフェルール３５２を下方に駆動する。ロッド又はプ
ランジャ３０４はフェルール３５２と共に動いて、チャ
ンバ３３６内を往復運動し、出口弁３０８を通じて流体
を圧送する。ローラカム従動子３４２は、ヨーク３４６
に取り付けたトラニヨン３４４に回転可能に取り付けら
れ、該ヨークは、アンビル３５０と共に回転し得るよう
にアンビル３５０に取り付けられている。
【０１３７】往復運動するサファイア製のピストンロッ
ド３０４は、図７にその最大の退却位置が示してある。
駆動カム３３８が矢印３４１で示した方向に回転する
と、トラニヨン３４４に取り付けられたローラカム従動
子３４２は付勢されて、ヨーク３４６を流体を押し出す
方向に動かし、好適な実施例において、この方向は図７
の左方向に示した入口及び出口の方向である。
【０１３８】ピストンのシール寿命を長くするため、ピ
ストンのストローク中にアンビル３５０が係合するフェ
ルール３５２の表面は大きい半径の球状面にしてあり、
このため、アンビル３５０に対して非整合状態となった
とき、球状面とアンビルとの間の接触線及びその間の力
の方向は、ピストンロッド３０４の軸線に対して垂直な
方向に顕著な大きい力の成分は生じない。この配置の場
合、ピストン３０４は、ピストンストローク中に付勢さ
れて非整合状態になることはない。これは、管状軸受３
５４及びシール３５６の摩耗を軽減し、ロッド３０４の
破損を防止する。
【０１３９】軸受３５４の摩耗を軽減するため、アンビ
ル３５０及びフェルール３５２は、互いにヘルツァン接
触状態にある。この構成において、フェルール３５２の
球場面の押圧程度及びアンビル３５０に対して直角な球
状面の半径に対する側面方向の力は、フェルールの材料
の圧縮弾性率、球状面の直径及び直角の力に関連してい
る。使用する材料、即ち、ゼネラル・エレクトリック
（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）の軸受等級ポリ
エーテルイミド樹脂「ウルテム（Ｕｌｔｅｍ）４００
１」が比較的高強度であること、即ち圧縮強度が２１，
２００ｐｓｉで、圧縮弾性率が比較的小さく、４５０，
０００ｐｓｉであるため、フェルール３５２及びアンビ
ル３５０の圧縮降伏強度の約半分の最大作用圧力にて、
ヘルツァン力が発生される。
【０１４０】例えば、焼入れ型４４０Ｃステンレス鋼の
ようなかかる用途に適した殆んどの従来の材料は、応力
−腐食を生じ、又その材料の圧縮弾性率が大きいため、
この実施例のヘルツァン接触力だけで、この材料はその
目的に満足し得ないものとするのに十分である。しかし
ながら、これに反して、好適な実施例に採用される、遥
かに柔らかいウルテムＮｏ．４００１は逆説的に満足し
得る。
【０１４１】その他の目的に使用される殆んどのポンプ
と異なり、入口流体は、該流体をポンプチャンバ３５６
内に付勢させる圧力状態にある。ポンプチャンバのピス
トン３０４と壁３７０との間の隙間が狭いため、ピスト
ンは、壁３７０に接触することは全くない。その代わ
り、ピストンロッド３０４は、第一の軸受スリーブ３６
４に嵌まり且つ主として該スリーブ３６４により案内さ
れる。スリーブ３６４はポンプチャンバ３３６の直径よ
りも大きい直径のポンプヘッド３００に形成された円筒
形凹所３６６内に押し込み嵌めされ、肩部にてポンプチ
ャンバ３３６の壁３７０に接続する。ポンプチャンバ３
３６の内径（壁３７０）は、スリーブ３６４の内径３６
８よりも僅かに大きく、このためピストン３０４がチャ
ンバ３３６の内径に接触することがない。
【０１４２】第一のスリーブ３６４の内径３６８は、ピ
ストン３０４に関して略きちっと滑り嵌めする。直径方
向隙間は、僅か約０．０２５４ｍｍ（０．００１イン
チ）にしか過ぎず、故に、スリーブは、ピストン３０４
の往復動作を確実に且つ正確に案内する線形軸受として
機能する。ヘリカル状円環状のばね負荷式自己作動シー
ル３５６がポンプヘッドブロック３００に穿孔した穴３
７２に配置されている。ばね負荷式シール３５６のばね
は、シールの確実性を向上させる。使用されるシール
は、ボールシール型Ｎｏ．Ｘ４１６４１である。このシ
ールが非改質ポリエーテルエテルケトン（ｐｏｌｙｅｔ
ｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）から成るリング３７４
により支持されている。
【０１４３】軸受スリーブ３６４は、ステンレス鋼ポン
プヘッド３００の材料より柔らかい材料で形成すること
が望ましい。該スリーブは、適当な化学抵抗スペクト
ル、ピストン３０４に対する低摩擦率を有し、また、寸
法的に安定している必要がある。適当な軸受材料は、降
伏強度５，０００乃至２０，０００ｐｓｉで、十分な変
形性を備えることが必要であると考えられる。
【０１４４】水の存在下で酸を含む流体を圧送するため
にポンプを使用することを目的としない場合の適当な材
料は、Ｎｏ．１バビット（４．５％の銅及び４．５のア
ンチモニを含むスズ）、又は硬化し且つ耐食性が増すよ
うに１０％の金を含むスズ合金である。このスズ合金
は、Ｎｏ．１バビットの耐食性の約２倍の耐食性を有す
る。一方、Ｎｏ．１バビットは、その他の任意のバビッ
トの何れよりも優れた耐食性がある。
【０１４５】これら材料の何れもステンレス鋼ポンプヘ
ッドブロック３００程に優れた耐食性はない。ポンプの
その他の湿潤材料と少なくとも同程度の耐食性を有する
柔軟な金属軸受材料は、６，０００乃至１０，０００ｐ
ｓｉの降伏強度が得られるように焼鈍しした金、又は純
パラジウムである。軸受スリーブ３６４の材料は、耐食
性の領域が極端に広くないか（スズ合金）、又は高価で
ないもの（貴金属、しかしながら、パラジウムは格別に
高価ではない）である。従って、特定の材料は、ポンプ
の所望の用途に依存して、コスト、柔軟な金属材料から
成る軸受スリーブの用途、及び耐食性の妥協として選択
される。
【０１４６】金属は、一般に熱伝導率が大きく、又圧送
される可圧縮性流体の圧縮熱をその超臨界温度付近の温
度にて十分に除去し得るようなものであることが望まし
い。圧縮熱が十分に除去されなかった場合、流体は過度
に加熱し、その密度は急速に低下し、又その圧縮性も急
速に増し、ポンプ内で相当な体積流量を形成することが
困難となり、又は不可能となる。
【０１４７】ピストン及びスリーブに対する好適な材料
に関して流体から十分な熱の除去を可能にするため、金
属壁３７０は、ポンプチャンバ３３６内の流体の最大体
積の約半分と接触し、それ自体、ポンプチャンバ内の相
当量の熱を除去する働きをする。故に、軸受スリーブ３
６４には、性能は僅かに低下するが、熱伝導率の低い材
料を使用することが可能である。このスリーブに提案さ
れる非金属材料は、デュポンの「ＰＦＡ」過フッ化ポリ
エーテルプラスチック、又はＩＣＩ「ピーク」プラスチ
ックである。これらの材料は、液体二酸化炭素内で高圧
にて僅かではあるが相当量膨れ、このため、これら材料
の一つで形成されたスリーブは、金属スリーブに使用さ
れる０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）よりも遥か
に大きい直径方向隙間が得られる迄、最初に機械加工し
なければならない。
【０１４８】ポンプヘッドブロック３００は、支持ブロ
ック３７６を通じて３０３型ステンレス鋼スタッド７１
５、７１７（図１２）の上に緊密にナット止めされ、又
２０３ＥＺ（リョーソン（Ｒｙｅｒｓｏｎ））ステンレ
ス鋼ガイドスリーブ３７８に入る。支持ブロック３７６
は、ＩＣＩ型４５０ＣＡ３０ピーク（炭素繊維強化ポリ
エーテルエテルケトン）から射出成形される。３０３ス
テンレススタッドは、図７に示した断面図の面外となる
ため、図示していない。これらのスタッドは、図１２で
符号７１５、７１７で示してある。これらのナットは、
ポンプヘッド３００内に押し込まれる。支持ブロック３
７６は、熱伝導率が比較的小さく、ポンプヘッドブロッ
ク３００を支持スリーブ３７８から断熱する。支持ブロ
ック３７６の凹所３８０は、管状軸受３５４を直径方向
に緩く支持している。軸受３５４はピークのＩＣＩ型４
５０ＣＦ３０等級のような低摩擦で堅牢なプラスチック
で形成することが望ましい。凹所３８０の底部は、管状
軸受３５４の右端部と軽く対面状態に接触しており、こ
れにより、組み立て中に３０３型ステンレス取り付けボ
ルト（図１２）を締め付ければ、該軸受は支持ディスク
３７４に強く圧縮される。
【０１４９】作用時、カム３３８がシャフト３８２の上
で回転すると、サファイア製ピストン３０４は、その左
方向への移動限界位置に達する迄、左方向に付勢され、
その端部は、ポンプチャンバ３３６の左端部にかなり接
近する。カム３３８は、最大点を経て回転を続け、次
に、圧縮ばね３８４及びチャンバ３３６内の圧力がピス
トン３０４を右方向に付勢し、針軸受ローラカム従動子
３４２はカム３３８の外周と接触したままである。
【０１５０】ピストンロッド３０４のこの往復運動が続
けられ、往復運動する流体ポンプに通常の方法にて、３
２０から入口接続部に入り、３１２にて接続部から出る
流体に対して圧送動作が提供される。ピストン３０４の
直径は、３．１７５ｍｍ（１／８インチ）であり、カム
３３８が一回転する間のその長手方向への移動距離は１
５ｍｍである。その結果、プランジャ３０４が１ストロ
ークする毎に０．１２ｍＬが排出される。
【０１５１】液体二酸化炭素の圧縮熱のため、熱を除去
する何らかの措置を講ずる必要がある、さもなければ、
ポンプヘッド３００内の液体の温度は、ポンプの入口弁
３１０に供給される供給圧力よりも高圧の蒸気圧力に対
応する。この状況のとき、ポンプは流体を導入せず、又
排出もしない。この問題点を解決するため、ある従来技
術の構成は、ＣＯ2供給タンクをヘリウムで過剰加圧す
る。これには次のような幾つかの不利益が伴う。即ち、
（１）ポンプが空になるに伴なって、液体ＣＯ2上方の
ヘッドスペース内のヘリウムの過剰圧力が低下し、ヘッ
ドスペースの容積が増すこと。（２）ヘリウムが液体Ｃ
Ｏ2に溶融して、その密度を低下させ、超臨界流体の抽
出溶液としてのその質が低下する。（３）加圧されたヘ
リウムを含むヘッドスペースがあるタンクからのＣＯ2
は、ＣＯ2のみが充填されたタンクからのＣＯ2よりも高
価となる。
【０１５２】ヘリウムの過剰な圧力を伴わずに二酸化炭
素を圧送するためには、好適な実施例において、冷却組
立体３０６及び熱交換器７６３は、熱電冷却要素３８６
を備えており、該冷却要素は、アルミニウム熱結合スプ
レッダ板３９０から熱を除去する一方、該スプレッダ板
３９０は、ポンプヘッドブロック３００と緊密に熱接触
している。メルコア型（Ｍｅｌｃｏｒ）ＣＰ１．０−１
２７−０５Ｌ熱電要素及びメルコア型ＣＰ１．４−１２
７−０４５Ｌ熱電要素から満足し得る結果が得られ、ま
た、その二つの要素の内、メルコア型ＣＰ１．４−１２
７−０４５Ｌの方が優れた結果が得られる。熱電要素３
８６は方形であり、そのコーナ部分がポンプヘッドブロ
ック３００の外形から突出するため、熱結合スプレッダ
板３９０の方が望ましい。ポンプヘッド３００及びスプ
レッダ板３９０から熱電冷却要素３８６に放出された熱
は、冷却要素３８６内で発生した電気抵抗熱と共に、フ
ィン付きアルミニウム押出し成形品３９２に接続され、
該押出し成形品が熱を除去する。熱除去押出し成形品３
９２は、以下に説明する強制的な空気冷却用の３９６で
示すような多数の冷気通路を画成する、囲繞した薄板金
属シュラウド３９４である。何れの形態でも液体冷却剤
は使用しない。
【０１５３】段付きねじ３９８及び４０１は、位置７１
１、７１３にてポンプヘッドブロック３００にねじ込ま
れる。ねじの段が熱スプレッダ板３９０をポンプヘッド
３００に対して押し付ける。段付きねじは、各々手操作
ノブ４０３、４０５と圧縮波形座金７１７、７１５を備
えており、該座金が冷却組立体３０６のシュラウド３９
４を右方向に付勢して、フィン付きアルミニウム押出し
成形品３９２を押し付けて、電気要素３８６との十分な
熱接触関係にする。
【０１５４】ノブ４０３、４０５によりねじ３９８、４
０１のねじを緩め、シュラウド３９４及びフィン３９２
を解放し、又フィン付押出し成形品３９２とポンプヘッ
ド３００との間に挟持された、熱電要素３８６及び熱ス
プレッダ板３９０を解放させることにより、冷却組立体
３０６はポンプヘッド３００から取り外すことが出来
る。これにより、２つのステンレス鋼ねじ７１５、７１
７（図１２）にアクセスすることが可能となり、ねじ頭
がポンプヘッドブロック３００内に押し込まれた状態と
なる。これらのねじは、スペーサブロック３７６のポン
プヘッドを取り付けスリーブ３７８に保持する。これら
のねじを取り外せば、ポンプヘッドブロック３００が取
り外され、必要であればシール３５６を交換することが
可能となる。
【０１５５】冷却組立体３０６及び熱交換器７６３を取
り外すと、交換のためにシール３５６にアクセスするこ
とがより困難となる。これを補正するため、より少ない
交換で済むようにシールの寿命を長くすることが望まし
い。この目的のため、軸受スリーブ３６４は、ピストン
３０４とシール３５６の中心内で極めて正確に中心決め
し、これにより、この型式のポンプに一般的なものより
も遥かに長いシール寿命とする。この一直線状の関係
は、シールの半径方向応力を最小にし、シールの寿命を
著しく長くすることが可能となる。
【０１５６】スリーブ軸受３６４及びシール３５６の中
心線が同一線に従うのを確実にするため、ポンプヘッド
３００を製造するとき、最初に次の３つの段階を行う。
即ち、（１）ポンプヘッドブロック３００に穴３７０、
３６６を形成する。（２）軸受スリーブ３６４用として
選択された材料から成る、中実なロッドを切削して、穴
３６６に十分に強固に嵌まる外径にする。（３）次に、
スリーブ３６４を穴３６６内に押し込む。
【０１５７】スリーブ３６４を穴３６６内に押し込んだ
後、次の２つの段階を行う。即ち、（１）ポンプヘッド
ブロック３００を精密旋盤内にチャック止めし、シール
３５６の凹所又はグランド３６６を切削する。（２）穿
孔工具を慎重に交換するのに必要以上、旋盤の設定状態
を妨害せずに軸受スリーブ３６４の内側穴３６８を穿孔
し、グランド３６６の中心及びスリーブ３６４の穴の中
心３６８を一直線状にする。
【０１５８】旋盤から取り外した後、次の３つの段階を
行う。即ち、（１）軸受スリーブ３６４にパラジウムを
使用する場合、ポンプヘッドブロック３００及びスリー
ブ３６４を低圧アルゴン雰囲気内で８２０°Ｃにて、５
時間焼鈍しし、その雰囲気中で冷却させる。（２）冷却
したポンプヘッドブロックを熱処理炉から取り出し、シ
ール３５６をグランド３６６に組み付け、支持ディスク
３７４をその外側に組み立てる。（３）支持ブロック３
７６内及び取り付けスリーブ３７８内で半径方向に浮動
する軸受３５４にポンプヘッドブロック３００を組み付
ける前に、カム３３８を回転させ、図７に示す位置より
も左側に更に突出しなくなる迄、ピストン３０４を退却
させる。
【０１５９】プランジャ３０４が退却されるように該プ
ランジャを回転させ得るようにするため、光学的フラグ
７２２（図１２）及びセンサ７２４（図１２）は、ポン
プコントローラと協働して、プログラム又はコンピュー
タ制御の下、押釦機能を提供し、ユーザがモータ駆動機
構を操作し、カム３３８を回転させ、ポンプヘッドブロ
ック３００を支持ブロック３７６及びガイドスリーブ３
７８に組み付けたとき、スリーブ３６４の全長の約１／
２又は１／３を満たす距離だけピストン３０４が動くよ
うにする。このとき、プランジャ３０４は更に外方に動
くことは望ましくなく、それは、かかる動きにより、ポ
ンプヘッドをプランジャに組み付けたとき、プランジャ
が不必要に破損する虞れが増すからである。
【０１６０】次に、ポンプヘッドブロック３００をロッ
ド又はピストン３０４に挿入したならば、ナット止めし
且つ締め付けた保持スタッド（図１２）の上をポンプヘ
ッドブロック３００が摺動するとき、支持リング３７４
が半径方向に浮動する軸受スリーブ３５４を圧縮し且つ
該スリーブに接する位置となるかなり前に、ピストン３
０４は、軸受スリーブ３６４の内面により所定位置に正
確に拘束される。その結果、軸受スリーブ３５４は、そ
の圧縮前にロッド３０４及びスリーブ３６４に対して一
直線状に配置される。
【０１６１】この圧縮後、第二の軸受スリーブ３５４
は、半径方向に配置され且つ圧縮力により所定位置にロ
ックされ、その中心軸線は、第一の軸受スリーブ３６
４、ロッド３０４の中心軸線と一直線状となる。これ
は、ピストン３０４を拘束し、第一のスリーブ３６４が
シールと一直線状にあるため、その中心軸線がシール３
５６の中心軸線と一直線状に往復運動する。ロッド３０
４は、第一及び第二の軸受スリーブ３６４、３５４によ
りシール３５６の両側部に支持されている。ロッド３０
４の軸線、第一のスリーブ３６４の穴の軸線、シール３
５６の軸線及び第二のスリーブ３５４の穴の軸線は、全
て互いに一直線状である。その結果、ロッド３０４がシ
ール３５６に関して正確に且つ強固に一直線状に整合さ
れるため、実質的に且つ確実に長いシール寿命が得ら
れ、シールの側部方向又は非整合摩耗が無視し得る程度
となる。
【０１６２】軸受スリーブ３６４は、極く近接し且つ同
一の金属ブロック内にあるため、ピストンロッド３０４
は、ポンプチャンバ３３６の中心軸線と正確な一直線状
に作動するように拘束される。このように、チャンバ３
３６のポンプチャンバ壁３７０は、ピストン３０４の直
径よりも遥かに大きい内径とする必要はなく、ポンプヘ
ッドの排出されずに残る容積が少なくなる。その結果、
圧縮比は２．６４対１と大きくなり、これは、本出願の
シール３５６内のばねに代えて、中実なプラスチックリ
ングを使用する実施例と十分に比肩可能な値である。こ
の大きい圧縮比は、高圧縮性の液体を高圧まで圧送する
とき、高流量の性能に必要とされる高体積率を実現する
ために必要である。
【０１６３】シール、スリーブ軸受及びプランジャは、
その他のある種のポンプの場合のように、ポンプヘッド
の後方ではなくて、ポンプヘッド内部に配置され、又は
埋め込まれるため、十分な圧縮比が得られるようにポン
プチャンバの直径３７０を十分に小さくする場合、逆止
弁に達する流体流路３３０、３３４の付近にてポンプチ
ャンバ壁にプランジャが食い込んで、切削を生ずるよう
な虞れは無くなる。プランジャが切削される場合、プラ
ンジャ又はその切片自体がシールを破損させ、プランジ
ャをシールに関して一直線にすることにより、シールの
寿命を長くしようとする試みは効を奏しない。
【０１６４】圧送装置の機械的部品によるピークトルク
を増すことなく、再加圧及びポンプチャンバ３３６の再
充填速度を最大にするため、ポンプチャンバ３３６（図
１）内の流体の減圧に起因する最大の逆トルクは、モー
タ７２６（図１２）又はカムシャフト３８２で示すよう
に、最大圧力による排出中の最大トルクに略等しくな
る。これは、運転騒音を最小にし、信頼性を最大にす
る。これは、その臨界点付近の液体を圧送するポンプ、
又超臨界流体の供給を行うポンプの場合のように、予め
加圧し且つ可圧縮性液体を圧送するポンプにとって重要
なファクターである。このことは、貯蔵圧縮エネルギが
大きいため重要であり、これは、高性能の液体クロマト
グラフィポンプでは得られないことである。
【０１６５】図８及び図９において、カム３３８の２つ
の型式７３０及びカム作動プランジャの変位曲線７３６
の２つの型式７２８が示してある。符号７３０で示した
カム３３８の２つの型式は、輪郭７３２、７３４の部分
の点で互いに異なっている。符号７３２で示した形状の
型式のものは、図７のカム３３８と同一である。形状７
３４の型式のものは、従来の急速充填ＨＰＬＣポンプの
カムと同様の形状をしている。
【０１６６】図９において、カムが一回転する毎に対応
するカム従動子３４２（図７）及びピストン３０４（図
７）の直線状の動きを示す、１９．０５ｍｍ（０．７５
インチ）のカム従動子の展開線又はカム従動子の変位外
形７３６が示してある。直径２２．２２５ｍｍ（０．８
７５インチ）のカム従動子の寿命は長く、変位外形の差
は無視し得る程度である。ＨＰＬＣカムとカム３３８の
変位外形の比較は、符号７２８で示してある。符号７３
８で示した曲線は、図７のカム３３８のカム面７３２に
対応し、符号７４０で示した曲線は、従来の急速充填Ｈ
ＰＬＣポンプのカム、即ち、カム３３８のカム面７３４
に対応する。ＨＰＬＣ型カム（曲線７４０）は、７，５
００ｐｓｉの圧力にて供給トルクの約２倍のピーク逆ト
ルクを発生させる。展開線７３８で示したカム３３８
は、排出トルクのピークに等しいピーク逆トルクを発生
させる。これは、前方ストローク（排出方向）の時間を
短くしたり、又は逆ストローク（即ち、減圧及び再充
填）の時間を増すことなく、行われる。
【０１６７】この構成の場合、最大の供給トルクは、増
加せず、排出圧力の脈動も一定である。これは、勿論、
例えば、次のようなＨＰＬＣポンプのカムの特定の特徴
を実現することなくしては得られない。即ち、再充填が
緩やかで、その後にポンプチャンバに充填し、入口逆止
弁を閉じる待機領域（カム従動子の速度が略零となる領
域）が続く。これは、ＨＰＬＣポンプのカムがキャビテ
ーションを回避するために必要である。供給液体の圧力
が室温の蒸気圧力に対応し、ポンプチャンバ内の液体蒸
気圧力が約１０°Ｃ低い温度に対応するため、このこと
は、超臨界流体の抽出供給ポンプには、不要である。
【０１６８】カム３３８の位置Ａ（図７及び図８）は、
カムの最大半径、又はピストン３０４の上死点（伸長位
置）を示す。減圧が終了し、ポンプチャンバ３３６の再
充填が開始するカムの点は、位置Ｃとして示してある。
カムの最小半径は、位置Ｅとして示してあり、ポンプチ
ャンバ３３６の最大容積及びピストン３０４の最大後退
位置に対応する。これらの位置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、それ
ぞれカム３３８の回転位置に対応し、位置Ａ、Ｃ、Ｄ、
Ｅは、カム従動子３４２に接触し、又カム曲線７３６の
対応する位置に対応しているため、位置Ｅ′、Ｅの間の
展開線７３６（図９）で一層良く示すように、各３６０
°の回転毎に位置Ｅ′が現れる。位置Ｅ′にて開始し
て、面Ｅ′−Ａの第一の部分は、減圧面となる。面Ｅ′
−Ａの残りの（第二の）部分は、排出面となる。位置Ａ
の付近及び該位置Ａの各側部の面は中間面となる。面Ａ
−Ｃは、減圧面、面Ｃ−Ｅは、再充填面となる。
【０１６９】カム従動子３４２によりカム３３８に戻さ
れた逆トルクは、位置Ａから位置Ｃまで伸長するカム位
置にて排出トルクに略等しい値に制御される。カム従動
子３４２、故にピストン３０４の上死点速度後の変位開
始勾配部分は、カムの上死点前（位置Ａの後）のカムの
線形ら旋状の外形により生じる変位勾配と等しく且つそ
の反対方向となるようにしなければならない。排出面の
変位勾配角度は、位置Ａに近付くに伴ない、零まで低下
する。減圧面の変位勾配角度は、位置Ａにて零であり、
次に、その大きさは排出勾配の負の値まで増大する。形
成される円形の領域、即ち位置Ａの周りの中間面は、カ
ム従動子に対するヘルツァン接触力を低下させ、カムの
変形、カム従動子の過剰の動きを阻止し、出口逆止弁３
０８（図７）が損傷せずに静かに閉じることを可能にす
る。これは、ピストン３０４の速度及び送出される流体
速度が遅いからである。
【０１７０】上死点後の変位は、カムの回転の関数であ
り、位置Ｃまで加速状態で増大する。位置Ｃは、ポンプ
チャンバを供給圧力まで減圧する位置に対応する。二酸
化炭素の供給圧力が８７０ｐｓｉ、その流体温度１５°
Ｃ、及びヘッド圧力７．５００ｐｓｉの場合、圧縮比は
約１．２５となる。これは、ポンプチャンバの容積がデ
ッド容積の１．２５倍に増大することに対応する。
【０１７１】カムの回転に対する変位速度、又はプラン
ジャ速度は、カムの回転が位置Ａから位置Ｃまで増加す
るに伴ない連続的に加速する必要がある。カムシャフト
のトルクは、変位勾配角度ｘピストン３０４の圧力に等
しい。故に、位置Ａから位置Ｃまでのカムシャフトのト
ルクは、変位勾配がピストン３０４に加わる圧力の逆数
に比例するならば、一定に保たれる。
【０１７２】位置Ｃ、Ｅの間にてポンプチャンバには、
供給液体が充填される。この期間中、加速度は小さい
（略一定の変位速度）ことが望ましい。それは、これが
圧力低下が最小で、また、蒸発の可能性が最小の状態に
て供給流体を受け得るための効率的な状態であるからで
ある。かかる比較的直線状の領域は、概ね、位置Ｄとし
て示してある。平滑に運転するためには、減圧領域Ａ−
Ｃと再充填面Ｃ−Ｅとの接合部の間で勾配が中断しない
ことが望ましい。モータ電流を測定することにより、一
定の回転速度で作動し、この特徴を具備するポンプは、
排出トルクと同一の大きさの減圧トルク（又、再充填ト
ルク）を発生させることが分かった。
【０１７３】一つの実施例において、カム及び電気駆動
モータは、ポンプチャンバの減圧及び再充填の逆トルク
間隔中、能動的に過速度となることが許容される。その
結果、（１）排出圧力が高圧であるとき、最大圧送量が
僅かではあるが、有利な程度に増大する。（２）逆トル
ク状態下にてモータ速度を制御する必要がないため、モ
ータの駆動回路が簡略化する。サーボループは、流体排
出中のモータ速度を制御するために使用され。このし、
又、サーボループは、ダニエル・Ｇ・ジェメソン（Ｄａ
ｎｉｅｌ Ｇ．Ｊａｍｅｓｏｎ）等による係属中の米国
特許出願第０７／８４３，６２４号の「多数溶剤の排出
装置（ＭＵＬＴＩＰＬ ＳＯＬＶＥＮＴＤＥＬＩＶＥＲ
Ｙ ＳＹＳＴＥＭ）」に開示されたものと同様に機能す
る。米国特許出願第０７／８４３，６２４号に記載され
た注射器ポンプの各ストロークと同様の方法にて、往復
運動するポンプの各ストロークが制御される、モータ駆
動装置を使用することが可能である。その主な相違点
は、本発明のポンプストロークの排出中の瞬間的な圧力
をその前のポンプストロークの排出中の平均又は合算圧
力と組み合わせ、また、圧力フィードバックの目的のた
め、この圧力の情報を利用することが有利であることが
判明した点である。この組み合わせた圧力フィードバッ
ク信号を使用して、モータ制御を行う結果、より安定し
且つ正確な制御装置が得られる。
【０１７４】典型的なＨＰＬＣポンプカムにおいて、位
置Ａ直後の変位曲線は、位置Ｅの直前の変位曲線よりも
曲率半径が小さい（通常、半分以下）。位置Ａの後の変
位曲線は半径が小さく、減圧領域を迅速に横断し、再充
填を迅速に開始し、このため、再充填期間の時間は比較
的長く且つゆっくりと行われる。流入する流体は、大気
圧でしかなく、ポンプヘッドの内部におけるキャビテー
ションの発生は、大気圧よりも僅か１０ｐｓｉ低い圧力
で開始するから、ポンプチャンバ内のキャビテーション
を阻止するためには、ゆっくりと再充填する必要があ
る。入口ストロークが余りに急激であるならば、入口弁
及び入力管内における粘性で且つ慣性な流体力のため、
この圧力低下に容易に上廻ることが出来る。キャビテー
ションは、流れを不確実にし、又は変動させる。
【０１７５】しかしながら、圧送装置１２には、２２°
Ｃの二酸化炭素のような高圧の流体が供給され、この液
圧は、約８７０ｐｓｉのそれ自体の蒸気圧力によって加
圧されており、従って、キャビテーションを生ずる可能
性が少ない。ポンプは、１６°Ｃ以下に冷却され、この
温度は、少なくとも１００ｐｓｉ、低い蒸気圧力の結果
である。これは、ＨＰＬＣポンプで利用可能な吸引圧力
の約１０倍である。
【０１７６】吸引期間の終了時に、典型的なＨＰＬＣポ
ンプのカムにより、減速がゆっくりと生じ（変位曲線の
曲率半径が大きい）、略零速度にて長い停止時間とな
り、入口逆止弁３１０（図７）が閉じるための時間を与
える。ＨＰＬＣの可動相の粘度は、典型的に、液体二酸
化炭素の１０倍であるため、この状態は必要とされ、こ
のため、ＨＰＬＣポンプの逆止弁内のボールは落下し
て、よりゆっくりと閉じる。しかしながら、減圧中によ
り大きい曲率により失われる時間を補正するため、本発
明のポンプの変位曲線は、再充填時間の終了時により長
い半径であることが望ましい。本発明のポンプにおい
て、曲線の減圧量は、再充填期間の終了時の曲率半径よ
りも大きく、少なくとも２倍の大きさであることが望ま
しい。曲線７３８にて位置Ａから位置Ｃに減圧変位をす
るためには、曲線７４０上における同一変位の場合にお
けるよりも少なくとも１．５倍のカム回転を必要とす
る。曲線７４０は、イスコ（Ｉｓｃｏ）モデル２３５０
のような通常の単一ピストンＨＰＬＣポンプの変位量に
対応する。再充填中のＣＯ2ポンプの場合、位置Ｃから
位置Ｅへの変位中、平均変位の勾配角度は、かかるＨＰ
ＬＣポンプのものよりも少なくとも２０％大きい。
【０１７７】一例として、デッド容積が８０μＬで、１
５ｍｍのストロークの場合の変位量が１２０μＬのポン
プについて、表１には、減圧が停止し、また、新たな液
体の吸引が開始する位置における上死点に対応したプラ
ンジャの位置に対するカムの回転に関する好適なカム従
動子のプランジャの変位量が示してある。
【０１７８】表１に掲げた好適な変位勾配角度は、次の
ようにして曲線７３８（図９）から得たものである。即
ち、（１）横列１−７５００÷７５００＝１、（２）横
列２−７５００÷４４６０＝１．６８、（３）横列３−
７５００÷２４００＝３．１２、（４）横列４−７５０
０÷１３５０＝５．５６、（５）横列５−７５００÷８
７０＝８．６２。
【０１７９】 表１ 位置Ａ＋から ポンプチャンバの プリッツァ等からの 流体の排出中の 位置Ｃまでの 容積 ポンプチャンバ内の 好適な変位勾配 カム従動子の マイクロリットル 圧力ＰＳＩＧ 図９のＡ＋から 変位量 Ｃまでの曲線 ７３８）勾配＝Ｓ 位置Ａ＋ ０％ ８０ ７５００ −Ｓ ２５％ ８５．１ ４４６０ −１．６８Ｓ 位置Ｂ ５０％ ９０．２ ２４００ −３．１２Ｓ ７５％ ９５．４ １３５０ −５．５６Ｓ 位置Ｃ １００％ １００．５ ８７０ −８．６２Ｓ 表１において、二酸化炭素の温度は１５°Ｃである。圧
力と容積との関係は、Ｋ．Ｓ．ピッツァ（Ｐｉｔｚｅ
ｒ）等がＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、７７、３４３
３（１９５５）に掲げた表から求めたものである。位置
Ａの直前の相対的排出量（変位勾配）は「Ｓ」である。
位置Ａの直前及び直後の位置は、Ａ−及びＡ＋と称す
る。これらの二つの位置の間にて、カム面は著しく円形
にしてあり、位置Ａにおける勾配は零である。この計算
は、等温膨張に基づくものであり、大きい誤差を生じる
とは考えられない。
【０１８０】図１０において、ポンプヘッド及び冷却組
立体３０６用の熱交換器７６３（図７）に類似した空冷
式の供給流体熱交換器７６２が示してある。熱交換器７
６２は、スパイラルコイル７４２と、アルミニウムディ
スク７４４、７４６と、熱電冷却要素７５４とを備えて
いる。熱電冷却要素７５４は、入口弁接続具３１０（図
７）をコイル７４２に接続する管７７２を通じて流体が
ポンプ装置１２（図７）の入口弁接続具３１０に達する
前に、コイル７４２に接続された管７７０を通じてスパ
イラルコイル７４２に入る流体を予冷する。
【０１８１】スパイラルコイル７４２は、外径１．５２
４ｍｍ×１．０１６ｍｍ（０．０６インチ×０．０４イ
ンチ）であり、アルミニウム製ディスク７４４、７４６
の間に挟持されたステンレス鋼管で形成される。この寸
法の管には、１．０１６ｍｍ（０．０４インチ）の穴
は、不当に大き過ぎる。符号７４８で示すように、空隙
スペースは断熱材で充填されているため、スパイラルコ
イル７４２は、ディスク７４４、７４６と密に熱接触し
ている。ねじ７５０は、アルミニウムディスク７４４、
７４６を共に圧縮するが、熱伝導性のアルミニウムスペ
ーサ７５２がスパイラル状に巻いた管７４２の著しい平
坦化を阻止する。
【０１８２】アルミニウム製ディスク７４４は、スペー
サ７５２を通じて熱電冷却要素７５４の片側と及びディ
スク７５４と良好に熱接触している。熱電冷却器７５４
は、熱電冷却器３８６（図７）と同一型式である。熱電
冷却要素７５４の第二の側部は、フィン付きアルミニウ
ム押出し成形品３９２と十分に熱接触している。このフ
ィン付きアルミニウム押出し成形品３９２は、符号３９
６で示すようなフィンの間に強制的な空冷通路を画成す
る薄板金属シュラウド３９４により包み込まれている。
これらねじ頭部の下方にてねじ７５６Ａ乃至７５６Ｄ及
びばね座金７６０Ａ−７６０Ｄ（図１０には、座金７６
０Ｂ、７６０Ｄのみが図示）により付与される締め付け
力により、４つのねじ７５６Ａ−７５６Ｄ（図１０に
は、ねじ７５６Ｂ、７５６Ｄのみが図示）が熱伝導率の
小さいプラスチック製クランプ部材７５８Ａ−７５８Ｄ
（図１０には、部材７５８Ｂ、７５８Ｄのみが図示）を
ディスク７４６に対して圧縮する。これらのねじは、フ
ィン付き押出し成形品３９２内にねじ込まれ、十分に締
め付けられて、熱電冷却器７５４の両側部に対する熱接
触が実現される。これらのねじ７５６Ｂ、７５６Ｄ、ば
ね座金７６０Ｂ、７６０Ｄ及びクランプ部材７５８Ｂ、
７５８Ｄは、図１０に示してある。その他の２組みの座
金及びクランプ部材は断面図の位置外となるため、この
図には示していない。
【０１８３】ディスク７４４、７４６は、４点ばね負荷
クランプ部材を備えるから、ディスク７４４、７４６及
び管７４２のスパイラルコイルにより形成された組立体
は、熱電冷却要素７５４をフィン付きアルミニウム押出
し成形品３９２に対して挟持する。熱電要素７５４に電
流を流すことにより、ディスク７４４に隣接する熱電要
素７５４の側部をしてディスク７４４から熱を吸引し、
これにより、該ディスクを冷却し且つ管７４２のスパイ
ラルコイルを冷却し、また、このスパイラルコイル内の
管の中身を冷却する。アルミニウムディスク７４４から
吸収された熱、及び熱電冷却装置７５４内の伝熱要素の
電気的抵抗により発生された電気熱は、フィン付きアル
ミニウム押出し成形品３９２に放出される。この熱は、
冷却通路を流れる空気流によりフィン付き押出し成形品
３９２から除去され、該冷却通路の一方は、符号３９６
で示してあり、かかる空気流は、図面の面内の方向に向
かう。何れの形態でも液体冷却剤は、使用されていない
ことに留意すべきである。
【０１８４】熱交換器７６２内のスパイラル状に巻いた
管７４２のコイルの冷却長さは、１９０５ｍｍ（７５イ
ンチ）であり、管が内径１．０１６ｍｍ（０．０４イン
チ）である場合、その結果、熱交換器の容積は、１．５
ｍＬとなる。熱交換器の容積は、ポンプ１２の排出量の
２倍よりも遥かに小さくてはならず、さもなければ、殆
ど冷却前の液体は、ポンプの吸入ストローク中に十分に
冷却されず、熱交換器を通って迅速に流動する。その結
果、熱交換器は効果的でなくなる。
【０１８５】熱交換器の容積をポンプの変位量の２倍以
上まで増大させた場合、特に、熱交換器内での流体との
接触時間が長いため、流量が２ｍＬ／分以上であると
き、熱交換器の効率は更に向上する。好適な実施例にお
いて、１．５ｍＬの熱交換器の容積は、ポンプの０．１
２ｍＬの排出量の１０倍以上である。好適な実施例にお
いて、上述の熱交換器の湿潤面の長さ対直径の比は、１
８７５対１である。これは、大きい接触面積対容積比を
提供し、これは、圧送される、例えば二酸化炭素のよう
な液体を効率良く冷却する。許容可能な効率を得るため
には、長さ対直径の比は、少なくとも５０対１とする必
要がある。非円形断面の熱交換器は、表面対容積比が、
長さ対直径比が５０対１の管の比に少なくとも等しいこ
とが必要である。
【０１８６】図１１には、ポンプヘッドブロック３００
（ポンプのその他の部分は、図１１に図示せず）、及び
冷却組立体３０６に取り付けたインライン形熱交換器７
６２を備える圧送装置１１００が示してある。シュラウ
ド付き（箱型）プロペラファン７６４は、符号７６６で
示すように、フィン付きアルミニウム成形品３９２の空
気通路３９６（図７及び図１０）内に外気を吸引する。
ファン７６４は、水頭１２．７ｍｍ（０．０５インチ）
のときの静水圧力が約９５ｃｆｍの空気流を発生させる
ニデック（Ｎｉｄｅｃ）Ｎｏ．Ａ３０１０８とすること
が出来る。空気は、通路３９６から出て、矢印７６８で
示すように、ファンにより排出される。これは、熱電冷
却要素３８６（図７）、７５４（図１０）を流れる電流
と協働し、インライン形熱交換器７６２及びポンプヘッ
ドブロック３００を冷却する。
【０１８７】作用時、その超臨界温度付近の液体が管７
７０を通って熱交換器７６２に入り、スパイラルコイル
７４２（図１０）を通ってその内方のスパイラル通路内
で冷却され、管７７２を通って熱交換器から出る。管７
７２は、入口逆止弁組立体３１０（図７）のねじ付き凹
所３２０（図７）内に配置された管接続具に接続され
る。
【０１８８】液体が熱交換器７６２からポンプヘッドブ
ロック３００に流れる間に、加温されるのを防止するた
め、管７７２には、管状断熱体７７４が取り付けられて
おり、熱交換器７６２の冷却効率は、その断熱性覆い７
７６により向上する。更に、ポンプヘッドブロック３０
０の冷却効率は、可撓性断熱体７７８を円筒形に巻き付
けることにより向上する。
【０１８９】熱電冷却器３８６、７５４は、電気的に直
列に接続され、直流電源（図示せず）からメルコア（Ｍ
ｅｌｃｏｒ）ＣＰ１．０−１２７−０５Ｌ熱電要素に対
し２．５アンペア、約１１．５ボルト、又はメルコア型
ＣＰ１．４−１２７−０４５Ｌ熱電要素に対し３．８ア
ンペア、７．７ボルトが給電される。こうした状態に
て、メルコアＣＰ１．０−１２７−０５Ｌ熱電要素は、
約１４ワットの熱を圧送し、メルコア型ＣＰ１．４−１
２７−０４５Ｌ熱電要素は約１６ワットの熱を圧送す
る。このためには、両熱電要素は同一量の電力、即ち２
９ワットを必要とする。
【０１９０】図１２において、モータ７２６、変速器７
９２、カム３３８、カム従動子３４２、ポンプヘッドブ
ロック３００及び冷却組立体３０６を備える圧送モジュ
ール７８０の簡略化した平面図が示してある。モータ７
２６は、図７に示すように、変速機７９２を通じてカム
３３８に接続されてカム３３８及びカム従動子３４２を
駆動して、ポンプを作動させる。ねじ付きステンレス鋼
スタッド７１５、７１７（図１２）は、圧送ブロックと
取り付けスリーブ３７８との間に挟持されたプラスチッ
ク製支持ブロック３７６によりポンプヘッドブロック３
００を取り付けスリーブ３７８に対して保持する。取り
付けスリーブ３７８は、スタッド用のタップ穴を有し、
成形したプラスチックポンプ本体７８２内に強固に取り
付けられる。
【０１９１】上述のように、管状スライド３４８は、取
り付けスリーブ３７８の穴内を往復運動する。その往復
運動動作は、ローラ軸受カムの従動子３４２に接触した
カム３３８を回転させることにより駆動され、該従動子
３４２は、管状スライド３４８の一体部分である二つの
ヨーク３４６（図７）に配置されたトラニオン３４４
（図７）により支持されている。カム３３８は、シャフ
ト３８２により支持される一方、該シャフト３８２は、
ボール軸受７８４、７８６により支持されている。
【０１９２】その回転の流体排出部分に対応したカムの
外形は、線形のら旋状であることが有利である。軸受７
８６は着脱可能な板７８８に取り付けられる一方、該着
脱可能な板７８８は、プラスチック製ポンプ本体７８２
に締結されている。シャフト３８２のハブ７９０は、光
学的フラッグ７２２を支持する一方、該フラッグは、ポ
ンプ本体７８２に締結された板７８８に取り付けられた
センサ７２４と協働する。
【０１９３】図１２に示すように、符号７２２のフラッ
グ位置は、図示するようにカムの位置に対応する。カム
が約９０°回転すると、該カムは、ロッドがスリーブ３
６４（図７）の約半分を満たすのに十分な距離だけロッ
ド３０４を外方に伸長させる位置にある。このフラッグ
の位置は仮想線８００で示してある。この位置にて、フ
ラッグ７２２はセンサ７２４を妨害し、その結果、上述
のロッド位置を示す出力信号が発生される。ロッド３０
４が約最大限外方に伸長すると、フラッグはセンサ７２
４を自由にし、ポンプチャンバ３３６（図７）からの流
体の排出の略終了を表示する。
【０１９４】変速機７９２は、カムシャフト３８２を駆
動モータ７２６のシャフト７９４の左方向シャフト伸長
部（図示せず）に結合する１２対１の減速歯車箱を備え
ている。駆動モータ７２６は、シャフト３８２よりも高
速度で回転する。歯車箱には、その内部の可動部品の寿
命を長くするために、その一部に油が充填されている。
この油は、緊密に嵌まる歯車箱のカバーにより保持され
ている。
【０１９５】シャフト７９４の可視端部は、回転計ディ
スク、又はエンコーダ７９８を支持するハブ７９６を保
持している。ディスク７９８は図１５にも示してある。
回転計ディスク７９８（図１２）は、その外周付近に多
数の穴８０４（穴数は２００とすることが便宜である）
を有しており、これらの穴は、光センサ１４５４Ａと協
働して、モータ７２６のロータ及びその回転計ディスク
７９８の角速度に比例するパルス反復速度を発生する。
この反復パルスを発生させる光センサ１４５４Ａは、ブ
ラケット８０５に取り付けられる一方、該ブラケット
は、モータ７２６に締結されている。モータ７２６は、
ピットマン型１４２０５Ｂ７４９の２４ボルト直流モー
タとすることが出来る。
【０１９６】上記の構成によれば、同一の個々の種類の
構成要素を備える二重圧送装置におけるよりも、最高圧
力７，５００ｐｓｉを含む任意の圧力にて、より多量の
流量が得られる。これらの構成要素には、断熱ポンプへ
ッド、断熱熱交換器、熱電冷却要素、放熱手段、及び冷
却ファンがあるが、二つの圧送装置が同時に並列に運転
される。かかる一つの圧送装置のへッドは、熱電的に冷
却されるが、その入口管は冷却されない。かかる圧送装
置の第二のものは冷却されず、その入口流体は熱交換器
により冷却される。これら二つのポンプの流量は共に合
算し且つ測定される。二重の圧送装置は、一つではな
く、比較的高価な圧送装置を二つ必要とするが、その機
能は劣る。このように、「利得の低下の法則」と称され
る熱力学の第二法則の共通の系の基では、その殆んど
が、精々、その構成要素の合計値に等しく、通常は、熱
装置の部品の合計値よりも小さいが、より少ない構成要
素でより優れた結果が得られる。全体の値がその部品の
合計値よりも小さいことは、２段階のような熱電冷却に
よる階段状の熱過程のとき、特に顕著である。これは驚
くべき結果である。更に、上述の構成は、より予見可能
な結果が得られ、異なる冷却機構を備える構造における
ような不規則な特性は生じない。
【０１９７】図１３には、流量及び／又は圧力を測定
し、この目的のため、ポンプへッドブロック３００、入
口弁３１０、出口弁３０８、圧送装置１２に関係した脈
動圧力を測定する圧力変換器９４８及び流量を測定する
流量計９５７を有する圧送装置及び測定装置が簡略化し
た概略図で示してある。この脈動圧力を測定する少なく
とも二つの手段及び流量を測定する少なくとも二つの手
段が設けられている。
【０１９８】プランジャロッド３０４（図７）のストロ
ークサイクル中、ポンプチャンバ３３６（図７）内の変
動圧力を測定するため、ポンプへッドの前面は端ぐり穴
９３６を有しており、該端ぐり穴は、該端ぐり穴９３６
の底部とポンプチャンバ９３４の端部との間に比較的薄
い金属層９４０を形成する。このように、端ぐり穴９３
６の底部に形成されたダイアフラムの厚さは、ポンプへ
ッドの材料の疲労耐久限界にてポンプへッド３００内の
最高圧力に耐えるのに十分でなければならない。
【０１９９】ダイアフラムの圧力変換器の歪み計測要素
９３８が端ぐり穴９３６の端部にて薄い金属層９４０の
中央部分に結合されている。計測器９３８からの電気導
線９４２は、従来の微分増幅器（図１３に図示せず）ま
で伸長し、該増幅器は、ポンプへッド内の圧力に比例す
る出力信号（図示せず）を発生する。
【０２００】これと代替的に、市販のフロースロー圧力
変換器９４８が弁９６５を閉じ、弁９６９が開放して流
量計９５７への流れを阻止する状態にて、ポンプへッド
３００が出口管９５２に接続されている。この場合の変
動圧力は小さく、出口逆止弁組立体３０８（図７）が作
動するため、ポンプへッド内の変動に完全には対応しな
い。圧力変換器９４８からの導体９５０は従来の微分増
幅器に接続されており、該増幅器の出力は、ポンプの排
出管９５２内の流体圧力に比例する。管９５９は、超臨
界流体抽出器（図示せず）のような利用装置に流体を供
給する。
【０２０１】ダイアフラム歪み計測要素９３８により検
出される圧力は、ポンプの再充填ストローク中に入口管
９３０の圧力まで低下する。ポンプへッドの出口管９５
２に設けた圧力変換器９４８により検出された圧力は、
ポンプの吸引ストローク中、全体として零に又は入口圧
力まで低下しない。これは、吸引ストローク中、ポンプ
からの排出流は停止するが、出口管に接続された高圧流
体装置内における可圧縮性流体のコンプライアンスによ
り貯蔵された圧力のため、その圧力が高圧レベルに維持
されるからである。しかしながら、例えば、出口まで流
体が流動して超臨界流体抽出器に普通程度の流量、又は
高流量を供給する場合、吸引ストローク中に圧力が僅か
に低下する。流量が極めて少ないとき、抽出器の内部容
積が大きい場合、圧力の低下は十分でなく、役立ち得な
い。かかる場合、圧力の変化ではなく、流量の変化が測
定される。
【０２０２】一実施例において流量の変化を測定するた
め、出口管９５２は、ポンプ３００の出口接続管３０８
に接続され、圧力変換器９４８は、管９５１を通じて管
９５２に接続され、また、管９５３が管９５２に接続さ
れて毛管絞り弁９５７に達している。弁９６５は、開放
する一方、弁９６７は閉じられている。流体は、管９５
２、９５３、絞り弁９５７、管９５９を通ってポンプの
出口接続管３０８から超臨界抽出器に流動する。流体の
供給中、流体は、毛管絞り弁９５７を通って左方向から
右方向に流れる。これにより、管９５３の圧力は超臨界
抽出器内の圧力を上廻る。この流れに起因する上昇圧力
は、圧力変換器９４８により検出され、ポンプからの流
体の供給量を表示する。
【０２０３】十分に多量の流量のとき、絞り弁、又は流
量計９５７における圧力低下は、不都合な程に顕著とな
る。この圧力低下は、特に、出圧力が高いときに、ポン
プからの流れを顕著に低下させるのに十分な顕著さの程
度である。ばね負荷式逆止弁９６１は、絞り弁又は流量
計９５７に接続することが出来る。この逆止弁は、５０
又は１００ポンド／平方インチのような適度の圧力にて
開放するように設定され、このため、絞り弁９５７がポ
ンプ３００によるヘッド圧力を高流量のとき、この量よ
りも増大させることはない。
【０２０４】もう一つの実施例において、熱流量計が箇
所９５７に設けられ、ポンプ３００から超臨界抽出器ま
での流量を測定し、弁９６７は閉じられている。出口か
らポンプへの流れは、管９５１、９５３を通って電気絶
縁継手に、及び従来の熱流量検出管に達する。この流量
検出管は、別の絶縁継手により超臨界抽出器の入口管９
５９に結合されている。
【０２０５】絶縁管は、電気抵抗の温度係数が比較的大
きい金属で形成することが望ましい。その内径は、ポン
プ３００によるヘッド圧力を増大させることなく、最高
の作動圧力のとき、最大流量を顕著に減少させる箇所ま
で所望の最大流量を運ぶのに必要とされる以上の値では
ないようにする。この管は、熱質量が小さく、そのた
め、その肉厚が最大の作用圧力を確実に保持する以上の
ものでないようにする必要がある。
【０２０６】電気的導線が従来の電気的測定装置を電気
接続管の両端に接続している。該測定装置は、電気絶縁
管を通って流れる電流を測定する。この電流は、管を流
れる電流がないとき、管を顕著に加熱するのに十分な量
である。この管は、ポンプ３００から流入する流れに応
答して冷却する。流動する流体は、流体よりも高温の管
から熱を除去する。この温度低下は、管の電気抵抗を低
下させ、これは、電気的測定装置によって検出される。
圧力変換器９４８からの電気的測定値に代えて、この測
定装置からの電気的出力を使用することが出来る。
【０２０７】所望の最大流量のとき、管の圧力低下は、
ポンプ３００の性能を顕著に劣化させるのに十分である
ならば、ばね負荷式の逆止弁９６１を並列に接続するこ
とが出来る。この構成において、ポンプ３００により供
給される圧力は、超臨界的抽出器の入力圧力にばね負荷
式逆止弁９６１の破断圧力を加えた圧力よりも低くなる
ことはない。流量が極めて小さい流れが開始したことを
検出するのに迅速な応答性が必要とされる場合、検出管
を一定の温度に保つ測定装置を使用することが望まし
く、又、この場合、管をかかる一定の温度に保つのに必
要とされる電圧、電流又は電圧が測定される。この測定
値が流量を示す。ダニエル・ジーン・ジェメソン等によ
る米国特許第０８／０２７，２５７号、「超臨界抽出装
置及び方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯ
Ｄ ＦＯＲ ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ ＥＸＴＲＡ
ＣＴＩＯＮ）」には、一定温度の流体が管に充填された
状態を保つコントローラが記載されている。
【０２０８】更なる改良点は、検出管を二つの部分に分
割し、その上流部分は加熱せず、下流部分が加熱される
ようにすることである。両方の管部分の温度は、コント
ローラにより測定し、その下流部分は上流部分よりも一
定温度だけ高い温度に加熱する。その結果、広範囲の流
量、大気温度及び流体の供給温度に亙ってより確実な信
頼性が得られる。
【０２０９】図１４には、圧送状態を測定することによ
り、非常に可圧縮性の液体を圧送するポンプの流量を正
確に設定する第一の測定回路９９１の概略図的な回路図
が示してある。この目的のため、測定回路９９１は、そ
の主要な構成要素として、二重微分器、又は微分増幅器
９９２と、アンドゲート１０５３と、光学的近似上死点
センサ９９８と、逆パルス発生装置１１５６と、アンド
ゲート１１５８と、インバータ１１６４と、アンドゲー
ト１１６８と、回転計センサ１４５４Ａとを備えてい
る。
【０２１０】第一の方法により且つ回路１４を使用し
て、ストローク終了情報及び流体排出開始情報に基づい
て流量を測定するため、ポンプチャンバの圧力変換器要
素９３８からの圧力信号が導体９９０の二重微分器９９
２に印加され、これに応答して、該二重微分器９９２
は、導体９９６によりアンドゲート１０５３の一つの入
力にパルスを伝達する。ポンプ３００（図１２及び図１
３）には、光学的近似上死点センサ９９８が設けられて
いる（図１４）。このセンサは、その発光ダイオードの
電流が抵抗器１１５０により設定され、負荷抵抗器１１
５２がその電流を検出する。
【０２１１】電流の流れを示す負荷抵抗器１１５２にお
けるこの電位の低下により、導体１１５４に電圧が生
じ、該導体は、フラッグ７２２（図１２）がその光路を
中断する間を除いて、論理的高レベルにある。その後の
この光路の再設定により、論理的高レベルが発生し、こ
のレベルは逆パルス発生装置１１５６に付与される。
【０２１２】パルス発生装置１１５６は、近似上死点状
態が開始したことに対応する５マイクロ秒の時間の論理
的低レベルパルスを発生させる。導体１０６１の低電圧
は、アンドゲート１１５８の入力に現れる。アンドゲー
ト１０５３、１１５８は、導線１０５４、１０５５によ
りＲ−Ｓフリップフロップに接続される。
【０２１３】二重微分器９９２がこのＲ−Ｓフリップフ
ロップの入力導線９９６に負パルスを印加したとき、導
体１１６２は論理的低レベルにラッチされる。この低レ
ベルは、インバータ１１６４の入力に伝達され、該イン
バータの出力１１６６が負となる。これにより、アンド
ゲート１１６８が作動し、該ゲートは、導体１１６０に
てパルス列を受け取る。
【０２１４】この導体１１６０のパルス列は、回転計デ
ィスク７９８（図１２及び図１７）を介してモータ速度
を監視する回転計センサ１４５４Ａから得られる。抵抗
器１１７２が光センサ１４５４Ａの発光ダイオードを流
れる電流を設定し、また、センサ１４５４Ａのフォトト
ランジスタを流れる電流は、抵抗器１１７４を通り、該
抵抗器１１７４は、光センサ１４５４Ａの光路を流れる
回転計ディスク７９８の貫通穴８０４（図１２）に対応
した電圧パルス列を発生させる。出力１１６６が高いと
き、アンドゲート１１６８が作動されるため、ゲートの
出力導線１１７６は、ポンプヘッド３００からの流体の
排出中の体積流量を示すゲート制御された回転計パルス
を発生させる。
【０２１５】排出ストロークの終了時、近似上死点セン
サ９９８は、カムシャフト３８２（図１２）上の光学的
フラグ７２２（図１２）が通過したことを検出し、導線
１１５６に論理的高レベルを発生し、又導線１０６０に
論理的低パルスを発生させる。これは、ナンドゲート１
０５３、１１５８から成るＲ−Ｓフリップフロップを再
設定し、導線１１６２及びインバータ１１６４に論理的
高レベルを付与し、故に、導線１１６６に低レベルを付
与し、アンドゲート１１６８を遮断し、導線１１７６の
パルス列を停止させる。
【０２１６】ピストン３０４の各ストロークに対応し且
つナンドゲート１１６８の出力１１７６に現れるパルス
列中のパルス数は、そのストローク中にポンプから排出
される高圧流体に比例する。この論理回路からはその他
のパルスが得られる。導線１０６６のパルス列は、ポン
プモータ７２６（図１２）の全運転の運動速度範囲を現
わす連続的回転計信号に対応する。インバータ１０６２
からの導線１２０４の出力は、光学的フラグ７２２（図
１２）が光センサ（図１２のセンサ７２４に対応する）
の妨害を停止する時間、論理的高レベルとなる。この論
理的高レベルは、カム３３８が上死点に達したときに開
始する。ナンドゲート１０７２は、導線１１７６の出力
の対応した値である出力を導線１０７４に発生する。導
線１０７４の出力は、ポンプヘッドから流れがないこと
に対応する駆動モータの回転部分を表示するパルス列で
ある。
【０２１７】例えば、一定の圧力で圧送するとき、その
流量を知ることが望ましく、これは、超臨界流体抽出装
置でしばしば経験されることである。プランジャロッド
３０４が左方向（最小変位量）まで完全に移動して開始
される完全なストロークサイクル中、ポンプヘッド３０
０のポンプチャンバ３３６（図７）内の典型的圧力は、
６０００ｐｓｉである。
【０２１８】次に、ポンプサイクルは、ロッド３０４が
右方向に比較的急速に動いてポンプチャンバを再充填
し、次に、再度、左方向にゆっくりと戻ってポンプチャ
ンバを再加圧し、ポンプの出口から流体を排出する。何
ら限定するものではないが、典型的な作動圧力は、６０
００ポンド／平方インチである。チャンバ３３６内の圧
力は、その前の排出ストロークの最終段階で６０００ポ
ンド／平方インチから開始し、この時点にて、ピストン
３０４は反転し、圧力は、室温における二酸化炭素の蒸
気圧力である、典型的に８００ｐｓｉの吸入圧力に向け
て低下する。
【０２１９】図示した実施例において、液化二酸化炭素
のような適当な液体供給源に達する入口管に接続された
逆止弁３１０（図７）を通じてポンプチャンバが充填さ
れるとき、チャンバ３３６内の圧力は、８７０ｐｓｉで
ある。ロッド３０４は、その最大の右方向移動点に達
し、再充填が停止し、ロッドは左方向に戻り始め、その
前の液体二酸化炭素を圧縮する。この時間内の圧力は、
その最低レベルから上昇する。
【０２２０】ポンプチャンバ３３６内の圧力が出口管の
圧力に達したとき、何れの装置が接続されるているかど
うかを問わず、逆止弁３０８が開放する。流体の排出期
間中に出口逆止弁３０８が開放したときのポンプチャン
バ３３６内の圧力は、その前のストロークの終了時の６
０００ポンド／平方インチよりも数パーセント低い。こ
れは、流体を利用する装置がその流体の一部を高圧管及
びその関連する流体保持構成要素から排出し、これによ
り、圧力を低下させるためである。
【０２２１】排出ストローク中、圧力は、排出ストロー
クの終了時まで漸進的に上昇し、その圧力は当初の６０
００ポンド／平方インチに戻る。この時点で、プランジ
ャロッド３０４はそのストロークの最左側部分を完了
し、退却し始める。これにより、圧力が低下し、上述の
サイクルが反復される。液体の排出期間中の圧力は、そ
のストローク中、僅かしか変化しない。平均圧力は、一
定の圧力に極く近似した値と考えることが出来る。排出
時間に亙りピストンロッド３０４の速度を合算した場
合、その結果は、ピストン３０４の完全なストロークサ
イクル当りに排出される容積となる。
【０２２２】ロッド３０４の排出ストローク（左方向ス
トローク）に対応したカム３３８の部分（図７）が線形
ら旋状である場合、ポンプストローク当りの流量測定値
の合算は、その排出時間に亙るポンプの駆動モータ速度
を合算することにより行うことが出来る。この時間の終
了部分は、カム３３８の上死点位置に対応するから、ま
た、ポンプチャンバ３３６内の圧力上昇が停止する時点
と見なすことが出来るから容易に判断される。前者は、
センサ１４５４Ａ（図１２）の出力により求めることが
出来、該センサは、プランジャロッド３０４の略上死点
位置に対応して、光学的フラグ７２２（図１２）から信
号を発生させる。合算のためのモータ速度の測定は、歯
車箱７９２を通じてカム３３８を駆動するモータ７２６
のシャフト７９４に取り付けられた回転計ディスク７９
８と協働する光センサ１４５４Ａ（図１２）により発生
されたパルス列のパルスを計数することで容易に行われ
る。
【０２２３】顕著な問題点は、プランジャロッド３０４
の各サイクルにて、流体の排出を開始する時点を判断す
ることである。これは、ポンプヘッドの圧力信号と時間
とを単一又は二重微分することにより便宜に行われる。
第一の微分は、再充填中の圧力が最初に上昇する下降勾
配に対応する。微分器の電子機器の飽和限界のため、こ
の信号は、低下した後に一定となる。
【０２２４】この信号は、新たな液体二酸化炭素が入口
逆止弁を通ってポンプチャンバ３３６内に流動する時間
に圧力が上昇するに伴い漸進的に増大し、次に、ピスト
ン３０４の左方向への動きによりポンプチャンバ３３６
内に圧力が蓄積するに伴い、漸進的に直線状に増大す
る。次に、信号は、ポンプチャンバ内で圧力の低下に伴
い減少し、このとき、ポンプチャンバ内の圧力が出口管
内の圧力を僅かに上廻るときに出口逆止弁３０８が開放
する。この信号は、次のポンプサイクルの開始時に低下
するまで、排出中に数パーセントの圧力上昇に対応して
ゆっくりと増大する。
【０２２５】信号が小さい正の値から大きい負の値に変
化するとき、ポンプチャンバ内の圧力の第一の微分値又
は第一の導出値を利用して、ポンプ排出ストロークの終
了時を検出することが出来る。この情報は、ストローク
終了センサ７２４（図１２）からの信号と互換可能に使
用することが出来る。また、この情報は、微分信号がよ
り大きい正のレベルからより小さい正のレベルに変化す
るとき、次のストロークの流体排出の開始時を検出する
ために使用することが出来る。
【０２２６】第二の微分値又は第二の導出値は、第一の
導出値の下方勾配に対応する負のパルス及び第一の導出
値の上方勾配に対応する正のパルスを提供する。第一の
導出値は、光センサフラグ７２２（図１２）から得られ
た情報に正確に対応する。第二の導出値の負のパルス
は、丁度、排出の開始時に生じ、故に、ポンプストロー
ク当りの排出量を判断する合算過程の開始に使用するこ
とが出来る。
【０２２７】第二の方法により流量を測定するとき、ダ
イヤフラム変換器歪み計測手段９３８（図１３）により
ポンプのヘッド圧力を測定することに代えて、圧力変換
器９４８又は熱流量計９５７により排出圧力又はポンプ
流量が監視される（図１３）。この方法を実施するため
圧力変換器９４８を使用するものと仮定した場合、スト
ロークの開始時におけるポンプ出力の圧力は、６０００
ｐｓｉであり、ピストンは、その前のストロークの終了
位置にあり、次に、ポンプは上死点を通過し、該ポンプ
は、最初にポンプヘッド内の取り込まれた残りの液体を
減圧し、次に、供給リザーバから追加の液体を吸引し、
最後に、ロッド３０４（図７）が吸引した液体を排出圧
力まで減圧する。この期間中、変換器９４８（図１３）
により検出されたポンプ出口における圧力は、超臨界流
体抽出器のような接続された装置による需要のため、低
下する。
【０２２８】典型的に、この期間中、圧力は数パーセン
ト低下する。最初の圧力が６０００ｐｓｉの場合、圧力
は、例えば、５８５０ｐｓｉに低下する。この時点にて
ポンプチャンバ３３６の中身（図７）は、ヘッド圧力を
僅かに越える圧力まで再加圧され、出口逆止弁３０８
（図７）が開放して加圧流体を出口管に導入する。圧力
はその開始レベルから６０００ｐｓｉのその最終レベル
まで漸進的に上昇する。合算点は、二重導出値ではな
く、単一の微分値（単一の時間導出値）で求め且つ上述
のように処理し且つ使用することが出来る。
【０２２９】圧力変換器９４８からの導体９５０（図１
３）の圧力信号は、微分増幅器（図示せず）により増幅
され、単一の反転微分器に送られる。適当な二重微分器
９９２（図１４）は、米国特許第４，８８２，０６３号
に記載されている。適当な単一の反転微分器は、米国特
許第４，８８２，０６３号に記載した二重微分器の半分
から得られる。論理回路は、図１４と同一であり、単一
の反転微分器を使用し、流体が排出される間の体積流量
を表示する導線１１７６のゲート制御された回転計パル
ス、及び流体が排出されない期間中のパルスを含む信号
を発生させる。流量を表示するゲート制御された出力パ
ルスは、導線１１７６で利用可能である。
【０２３０】圧力情報ではなく、流量センサの情報を使
用して、各ストローク毎の流体の排出の開始時を検出す
るため、毛管絞り弁（図１３）と共に圧力変換器９４８
からの情報、又は熱流量計９５７（図１３）内の検出管
の抵抗に関する情報、又は流量計９５７内の電気検出装
置により検出管に供給された電気に関する情報に基づく
流量情報を表現する信号は、流体を毛管絞り弁を通るよ
うに強制する時点の間、高レベルであり、又は電気信号
は、流量計９５７内の加熱管に対して高出力レベルであ
り、流れが熱を運ぶに伴い、一定の温度に維持する。こ
の信号は、零ではないため、該信号は従来の固定又は追
跡手段により零レベルに関して調節し、又は従来の微分
器により微分する必要がある。
【０２３１】本明細書の目的上、後者の方法が使用され
る。この信号の第一の微分値は、線９９６（図１４）で
微分器９９２の出力に現れる短いスパイクである。この
信号は、Ｒ−Ｓフリップフロップ要素１０５３の入力に
付与され、排出流の期間中、ポンプの排出量を表示する
ゲート制御された回転計パルス、及び排出流がないと
き、導線１０７４におけるゲート制御された回転計パル
スに基づいて作動する。
【０２３２】図１３及び図１４に関して上述した実施例
の代替例において、減圧時間、吸引時間及び再加圧時間
３９６中のカム又は駆動モータの回転を合算し、その値
をカムの一回転に対応した公知の整数から差し引くこと
により、流量を求めることが出来る。また、一定の流量
にて圧送することが望ましいことも多く、これは、流体
が極めて圧縮性である場合、正確に行うことは困難であ
る。
【０２３３】図１５には、流体の圧縮性に関係なく、図
１３又は図１４の構成からの流量に関するゲート制御さ
れたパルス使用して、一定の流量となるようにポンプモ
ータの速度を制御する定流量コントローラ１２００が示
してある。これらの回転計パルスは、サーボ作動ポンプ
モータを直接制御するフィードバックとして使用するこ
とは出来ない。これは、パルスの非連続的な性質のた
め、圧送サーボにて、ポンプモータのロータが回転する
間に飛び出し且つ跳ね上がるからである。
【０２３４】図１５に示すように、ゲート制御された回
転計パルス列を使用して、ポンプのモータ速度制御サー
ボに対する設定電圧を制御することが出来る。該制御サ
ーボは、モータ速度を一定速度に制御し、この速度は、
各ポンプストローク毎に更新される。同一種類のスキー
ムを使用して、位置制御サーボの更新したモータロータ
の角度位置を制御することが出来る。基本的思想は、設
定電圧（又はデジタル設定信号）を流体の実際の流体の
排出中に生じるカム３３８の回転時間の部分に等しく又
は比例する量で割ることである。この後者の量は、スト
ローク当りのゲート制御された流れパルス数に比例す
る。等式１−８は、この割り算を行う理由の数学的説明
である。
【０２３５】図１５の実施例が作用するとき、その前の
排出ストロークの終了時に、導線１０６３の電圧は、５
マイクロ秒間、増大する。この電圧は、ＯＲゲート１１
０２に付与され、このことは、誤って導線１０７５に生
じるパルスが導線１１０３を通じて１２ビットの二進法
カウンタ１１０４に伝達されることがないことを確実に
する。抵抗器１１０６、コンデンサ１１０７及びシュミ
ットインバータ１１０８による１．６マイクロ秒の遅延
時間の後、導線１１１２は負となる。ＯＲゲート１１１
３は、抵抗器１１０９、コンデンサ１１１０及びインバ
ータ１１１１と協働して、デジタル・アナログ変換器１
１１８の「書き込み」入力に接続された導線１１１６に
６００ナノ秒の論理的低レベルパルスを発生させる。
【０２３６】変換器１１１８のフィードバック抵抗器ポ
ート（導線１１２５）には、流量設定電圧「ＶS」が付
与される。カウンタ１１０４は、４０４０Ｂ型であり、
デジタル・アナログ変換器は、ＤＡＣ１２１０型であ
る。導線１１１６の論理的低パルスによりデジタル・ア
ナログ変換器１１１８は、１２ビットの線１１１７にて
１２ビットのパルス積算信号を読み取り且つ記憶させ
る。また、導線１１１４のＯＲゲート１１１３の出力
は、ＯＲゲート１１３６にも伝達され、該ＯＲゲート
は、抵抗器１１３２、ダイオード１１３３、コンデンサ
１１３４及びインバータ１１３５と協働して、導線１１
０５に６００ナノ秒の正パルスを発生させる。これによ
り、カウンタ１１０４は、再度、零設定される。
【０２３７】図１４のアンドゲート１１６８からゲート
制御された流れパルスの次の列は、全ての論理電圧レベ
ルがその通常の低レベルに戻った後に開始される。流れ
パルスは、ＯＲゲート１１０２を通じて導線１０７５に
伝達され、カウンタ１１０４のクロック入力に入る。該
カウンタは、これらの流れパルスを積算し、流れパルス
が停止したとき、流体の排出終了時に１２ビットの二進
法コード導線１１１７の出力を完了する。次に、上述の
ように、導線１１１６が低圧となったとき、この出力を
デジタル・アナログ変換器１１１８に入力する。この手
順は、ポンプの各ストローク毎に繰り返し、以下に説明
するように、各ストロークの終了時に更新されたモータ
速度の設定値が提供される。
【０２３８】作動増幅器１１２６は、３０８Ａ型とする
ことか出来る。増幅器１１２６の出力導線１１２７は、
導線１１２３により変換器１１１８の基準ポートに接続
されている。デジタル・アナログ変換器１１１８及び作
動増幅器１１２６は、アナログ入力電圧ＶSが導線１１
１７にて１２ビットの二進法数字により分割されるよう
に接続されている。これは、図１４に従い且つ１９８８
年版のナショナル・セミコンダクタズ・リニア・データ
ブック（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒｓ Ｌｉｎｅａｒ Ｄａｔａｂｏｏｋ）２、Ｒｅｖ．
１の４−７０頁の記載に基づくものである。
【０２３９】導線１１２３−１１２７−１１２８の出力
電圧は、電圧ＶSをストローク当りのゲート制御された
流れパルスの数に比例する数で割った値に比例する。こ
れは、等式８に従い、ポンプモータの速度を設定する制
御電圧である。この電圧は、各排出ストローク毎に更新
される。この電圧は、サーボ増幅器１１２９、ポンプ駆
動モータ７２６、シャフト１１５０、ポンプ７８０、シ
ャフト７９４、回転計７９８、センサ１４５４Ａ、サー
ボループを閉じる周波数対電圧変換器１１３０から成る
従来の速度サーボコントローラに導線１１２８を介して
付与される。
【０２４０】等式１：Ｖ設定点＝ｋ１×平均排出流量＝
ＶS（図１５） 等式３：「カムの回転当りの総パルス」＝ｋ4 等式５：Ｖ制御＝導線１１２８の制御信号＝Ｖfb［サー
ボ作用］ ［等式１、２、３、６から］ ンプ速度は、サーボ作用により制御電圧に比例する値に
保たれた。これにより、モータ速度及びポンプ速度は、
流量の設定電圧ＶSに直接且つ常に比例する流量を発生
させる値に維持される。
【０２４１】上述の定流量運転に代えて、ポンプは定圧
力で運転することも出来る。定圧力回路は、当該技術分
野で公知である。その例としては、米国特許第３，９８
５，４６７号及び同第４，７７５，４８１号がある。超
臨界流体の性質を変更するため、その他の流体を定量供
給し又は比例配分することが出来る超臨界流体供給装置
を備えることが望ましい。定流量の運転状態でこれを行
う一例が米国特許第３，３９８，６８９号に記載されて
いる。定圧力運転状態でこれを行う一例は、その開示内
容を引用して本明細書の一部に加えた、１９９２年２月
２７日出願のＤ．Ｇ．ジェメソン及びＲ．Ｗ．アリント
ン（Ａｌｌｉｎｇｔｏｎ）による米国特許出願第０７／
８４３，６２４号に記載されている。
【０２４２】定圧力運転の場合、実際の流量を知ること
が有益である。図１６において、導線１０７５のゲート
制御された流れパルス及び導線１０６３のカムの回転パ
ルスを利用して、これを行う流量インジケータ／コント
ローラ１４００が示してある。実際の流量は、単位時間
当りの流量に等しく、カム３３８の回転時間当り、カム
が一回転するときのゲート制御された流れパルス数に比
例することが理解される。
【０２４３】実際の流量を示すゲート制御されたパルス
は、ポンプの一ストローク中に導線１０７５（図１５及
び図１６）を介してカウンタ１４０７に供給される。そ
のストロークによる流体の排出の終了時、導線１４０８
のカウンタ出力は、排出された流量を表示する。この出
力は、分割器１４０３の分子入力に導入される。カム３
３８の各回転の完了を表示する５マイクロ秒のパルスが
導線１０６３を介して合算器（積分器）１４０１の入力
に導入される。
【０２４４】積分器１４０１の導線１４０２の出力は、
カム３３８（図７）が一回転する時間を示す。導線１０
６３の５マイクロ秒のパルスの間、積分器１４０１及び
カウンタ１４０７は、その出力を一定に保ち又は保持す
る。積分器１４０１及びカウンタ１４０７は、導線１４
０２の各パルスの直後に再設定される。導線１４０２の
出力は、分割器１４０３の分母入力に接続され、このた
め導線１４０８による分割器の出力は、導線１０６３に
よる５マイクロ秒のパルス間の流量に相当する。この時
間の間、サンプル及び保持出力１４０６は、導線１４０
４を介して５マイクロ秒のパルスにより励起されるた
め、導線１４０８に流量信号を記憶させる。
【０２４５】その直前のポンプストロークに関係する流
量信号がサンプル及び保持出力導線１４０７に設定させ
る。導線１４０７の流量信号がディスプレイ１４１０に
導入され、該ディスプレイは、ポンプが定流量モード又
は定圧力モードで運転しているか否かに関係なく、実際
の流量を表示する。また、ポンプが定流量モード又は定
圧力モードで作動しているか否かに関係なく、実際の超
臨界流体の流量に対し所定の比率で改質剤流体を超臨界
流体に定量供給する、流体改質ポンプを制御する場合と
同様に、この信号は、制御目的にも使用することが出来
る。かかる比例制御用の超臨界流体の流量信号は、導線
１４１１を介して利用可能である。
【０２４６】図１７には、流体改質ポンプを制御する目
的にて、定圧力の超臨界流体抽出装置にゲート制御され
た流れパルス発生器１１００（図１５も参照）及び流量
インジケータ／コントローラ１４００（図１６も参照）
を使用し、超臨界流体が超臨界流体抽出器１５８０の入
口に入るときの流量に比例する所定の量にて該ポンプが
改質剤流体を超臨界流体圧送装置１５７０（図１７）の
入口に定量供給する状態が示してある。
【０２４７】タンク１５０１は、弁１５０２及び供給管
１５０３を通じて液体二酸化炭素１５０１Ａを供給管の
逆止弁１５０４に供給する。逆止弁１５０４の排出側は
Ｔ字形の第一のアーム１５０６を通じて管１５０５に接
続されており、Ｔ字形の第二のアーム１５０６から出
て、ボーデン管又はその他の脈動圧力減衰及び流体貯蔵
装置１５１２に入る。ボーデン管１５１２の排出側は、
管７７０を通じて前冷却熱交換器７６２（図１１）に導
入される。この熱交換器の出口は、管７７２（図１１）
を通じて往復運動ポンプ７８０（図１２）の入口に接続
される。ポンプ７８０のポンプヘッドブロック、及び前
冷却された熱交換器７６２（図１１）は、ファン７６４
（図１１）により直接、空冷される放熱手段３０６に熱
的に接続された熱電要素（図示せず）により、冷却され
る。これらの構成要素７６２、７８０、３０６及び熱電
冷却要素は上述の通りである。
【０２４８】ポンプ７８０の出口は、管９５２（図１
３）によりフロースロー圧力変換器９４８（図１３）の
入口に接続されている。圧力変換器９４８の出口は、管
９４４（図１３）により超臨界流体抽出器１５８０の流
体入口に接続され、該抽出器は、本出願の基礎となる出
願の更に親出願に記載された型式の超臨界抽出器の一つ
とすることが出来る。管９４４（図１３）内の流体圧力
を表示する圧力変換器９４８（図１３）からの電気信号
は、導線９０６（図１３）、９０６Ｃによって定圧力ポ
ンプの制御装置１５９０に送られる。該制御装置１５９
０は、本明細書で上述した公知の定圧力ポンプの制御装
置の型式の一つとすることが出来る。
【０２４９】定圧力制御装置１５９０の制御出力は、導
線１５９７を通じてポンプ７８０の電気駆動モータ７２
６（図１２）に伝達される。該電気駆動モータ７２６に
は、その回転速度を示す電気信号を線１０６６を介して
ゲート制御された流れパルス発生器１１００に供給し、
また、線１０６６Ｃを介して定圧力ポンプの制御装置１
５９０に供給する回転計手段（図示せず）が設けられて
いる。該ポンプの制御装置１５９０は、モータの回転速
度及び位置情報、並びにポンプの排出圧力の情報を得る
ために使用し、上述の公知の技術に従って一定圧力が得
られるようにポンプ速度を制御することが出来る。カム
位置変換器（図１２の７２２−７２４。図１６には図示
せず）は、ポンプ７８０の一部であり、ポンプカム及び
プランジャの位置を表示する電気信号を導線１０５８Ｂ
に発生し、この信号をゲート制御された流れパルス発生
器１１００の第二の入力に供給する。管９４４内の流体
圧力を示す信号が管９０６Ｅのゲート制御されたパルス
発生器１１００の第三の入力に供給される。
【０２５０】本明細書で上述したように、パルス発生器
１１００は、ポンプ７８０の各ストロークの上死点の最
小チャンバ容積付近のカムの位置を表示する、５マイク
ロ秒パルスの電気的出力を導線１０６３に発生させる。
パルス発生器１１００からの導線１０７５の第二の出力
は、モータ７２６の回転に対応するゲート制御されたパ
ルスであり、故に、ポンプの排出側における流体導線９
５２（図１３）の実際の流れ排出中におけるポンプ７８
０内のカム（図示せず）の回転に対応する。導線１０６
３、１０７５は、流量インジケータ／コントローラ１４
００の二つの入力側に接続されている。本明細書で上述
したように、制御装置１４００は、管９５２（図１３）
を流れる流体の実際の流量に比例した電圧を導線１４１
１に発生させる。
【０２５１】導線１４１１は、比率改質調節器／プログ
ラマ１５５０の入力側に接続される。調節器／プログラ
マ１５５０は、導線１４１１の電圧を測定して、液体ポ
ンプ１５０９のアナログ制御入力に接続された導線１４
１１に制御信号を提供する、従来の電位差計とすること
が出来る。これと代替的に、調節器／プログラマ１５５
０は、米国特許第３，３９８，６８９号に開示されたよ
うな二つのプログラムチャンネルの一方のようなプログ
ラム手段を備え、管９５２（図１３）内を流れる流体の
総流量に関してポンプ１５０９に圧送される流体の比率
をプログラム化することが可能である。液体ポンプ１５
０９は、そのポンプヘッド１５１０により発生された流
量を制御し得るように導線１５２８を介して０乃至１０
ボルトの直流信号を受け取る、イスコ（Ｉｓｃｏ）モデ
ル２３５０ＨＰＬＣポンプとすることが出来る。
【０２５２】逆止弁１５０４は、ポンプヘッド１５１０
から供給タンク１５０１への改質剤液体の逆流を防止す
る。殆んどの時間、ポンプ７８０は液体を排出してお
り、該ポンプが液体を吸引する時間は殆んどないから、
上記逆止弁がなかったならば逆流が生じる可能性があ
る。この排出時間中、ポンプヘッド１５１０からの余剰
液体は、ボーデン管１５１２が膨張することで貯蔵され
る。
【０２５３】ポンプヘッド１５１０の入口は、導線１５
０８により溶剤セレクタ及びミキサー１５４０に接続さ
れている。溶剤ミキサー及びセレクタ１５４０は、ＨＰ
ＬＣ用途に通常、使用されている、イスコ、モデル２３
６０組成勾配プログラマ及びフォーマーとすることが出
来る。流体管９５２（図１３）内の流量が少なく、改質
剤組成の比率が少ないとき、管１５０８内の流速は、セ
レクタミキサ１５４０を使用して改質剤組成の各種の組
成分をプログラム化することが実際的でない程に十分に
遅い。イスコ、モデル２３６０勾配プログラム中の混合
チャンバの容積は、１ｍＬ程度とし、導線９５２の流量
が１ｍＬ／分であり、所望の改質剤濃度が５％であるな
らば、流体管１５０８における流体の需要量は、僅か５
０マイクロリットル／分に過ぎない。しかしながら、プ
ログラム化可能なセレクタミキサ１５４０は、日常的に
使用する前に超臨界抽出方法を開発する間に、異なる混
合改質剤の組成を設定するのに極めて有用である。
【０２５４】ミキサ及びセレクタ１５４０は、フラスコ
１５４２、１５４５、１５４８内に保持して三つの異な
る改質剤液体１５４３、１５４６、１５４９内に浸漬さ
れる三つの流体供給管１５４１、１５４４、１５４７を
備えている。この構成により、ミキサ及びセレクタ１５
４０は、任意の組み合わせによるこれら液体を混合し、
その混合体をポンプヘッド１５１０の入口側に連続的な
流れとして供給する。
【０２５５】ポンプヘッド１５１０の出口１５７１は、
セレクタ弁１５７０に達し、また、該セレクタ弁は、図
示した位置にあり、流体を管１５１１を通じてポンプヘ
ッド１５１０からＴ字形の第三のアーム１５０６に供給
し、ここで改質剤流体は、液体二酸化炭素と、又は加熱
することで抽出器１５８０内の超臨界流体に変換される
その他の液体と混合される。ミキサ・セレクタ１５４０
により溶剤組成を変化させるとき、弁１５７０は、導線
１５７１が導線１５７２に接続し、該導線がポンプヘッ
ド１５１０の排気側に通気するように再設定される。次
に、ポンプ１５０９を比較的高速度で運転し、その内部
の流体の湿潤容積を排出し、又ミキサ・セレクタ１５４
０内部の流体の湿潤容積を排出し、新たに選択した流体
組成で再充填する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単一の超臨界流体抽出装置の作用
を示す概略図である。
【図２】採取カートリッジ、ブリーチプラグの圧力容器
及び加熱ブロックの部分断面図である。
【図３】一連の試料を自動的に抽出可能である本発明の
別の実施例の斜視図である。
【図４】図３の線４−４に沿った断面図である。
【図５】図４の線５−５に沿った断面図である。
【図６】図５の線６−６に沿った断面図である。
【図７】ポンプヘッド、その駆動カム、熱電冷却手段の
部分断面図である。
【図８】ＨＰＬＣポンプの駆動カムと本発明のカムとの
相違点を示す、二つの超臨界カムの平面図である。
【図９】ＨＰＬＣポンプの駆動カムと本発明のポンプの
駆動カムとの相違点を示す、展開線図である。
【図１０】流体入口の熱交換器の部分断面図である。
【図１１】熱電冷却手段に組み立てられた金属ポンプヘ
ッド、インライン型熱交換器、及び放熱された熱を熱電
冷却手段から除去するファンの部分平面図である。
【図１２】圧送装置及びその駆動機構を構成する、駆動
カムと、駆動カムの支持軸受と、減速歯車箱と、電気駆
動モータと、位置変換器を含むポンプヘッドの平面図で
ある。
【図１３】本発明の圧送機構の概略図である。
【図１４】図１３の実施例に有用な制御回路の概略図的
な回路図である。
【図１５】本発明のポンプモータ速度を制御する定流量
コントローラの概略図である。
【図１６】本発明の定圧力運転のための実際の流量を求
めるのに使用される流量インジケータ／コントローラの
ブロック図である。
【図１７】本発明のゲート制御された流れパルス発生器
及び流量インジケータの概略図である。
【図１８】本発明に有用な弁の断面図である。
【図１９】装置の作動回路のブロック図である。
【図２０】図１９のブロック図の一部の概略図的な回路
図である。
【図２１】図１９のブロック図の別の部分の概略図的な
回路図である。
【符号の説明】
１０ 超臨界流体抽出装置 １２ 圧送装置（ポ
ンプ装置） １４ 弁装置 １６ コネクタ装置 １８、２４ 圧力容器及び流体抽出組立体 ２０ Ｔ字形継手 ２２ 加熱ブロック ２６ カートリッジ及びプラグ組立体 ３０ 抽出カートリッジ組立体 ３２ ブリーチプラ
グ ３４ ノブ ４０ 熱交換器 ４２ 入口接続具 ４４ 排気弁接続具 ４６ 流体接続具 ５０ 抽出弁 ５２ 流体排気弁 ５４ 流体抽出弁 ５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８ 管 ７０ 制御ノブ ７６ 管 ８０ 制御シャフト ８２、８４ スパー
歯車 ９０ 排出継手 ９２ 排出流体コネ
クタ ９４ 抽出液継手 ９６ 計測器 ９８ 抽出流体コネクタ １００、１０４ 溶剤 １０２ 光学的継手 １０７ 制御シャフト １１０ 毛管 １２２ 出口接続具 １２４ 弁 １２６ 制御シャフト １２８ 毛管 １４４ 底部キャップ １８４ ガーターば
ね １３２ 制御ノブ １３４ 試料（サン
プル） ２００ 雌ねじ ２０２ 環状の高圧
シール ２０４ 環状の低圧シール ２０８ 通路 ２１０ 円錐形凹所 ２１２ 円錐形先端 ２１６ 帽子状座金 ２１８ 肩ねじ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デール・エイ・デーヴィソン アメリカ合衆国ネブラスカ州68366，グリ ーンウッド，ダヴェイ・ロード 19415 (72)発明者 デール・クレイ アメリカ合衆国ネブラスカ州68502，リン カーン，スミス・ストリート 2020 (72)発明者 ロビン・アール・ウィンター アメリカ合衆国オレゴン州97132，ニュー バーグ，クレストヴュー・ドライブ 2601 (72)発明者 ヨゼフ・テーラニ アメリカ合衆国ネブラスカ州68516，リン カーン，ディアー・クリーク・ドライブ 4811

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超臨界流体供給源に接続し得るようにさ
    れた入口手段と、圧送された流体を圧力容器（１８、２
    ４Ａ）に提供し得るようにされた出口手段と、該入口手
    段及び該出口手段に連通するポンプチャンバ（３３６）
    を有するポンプヘッド手段（３００）と、ピストン（３
    ０４）と、前記入口手段を通じて前記圧送チャンバ（３
    ３６）手段内への流体の流量を制御する入口弁手段と、
    前記弁手段を通じて前記圧送チャンバ手段（３３６）か
    らの流体の流量を制御する出口弁手段と、前記入口弁と
    前記ポンプチャンバ（３３６）との間の流路を画成する
    入口導管手段と、前記ポンプチャンバ（３３６）と前記
    出口弁手段との間の流路を画成する出口導管手段とを備
    える、超臨界抽出用の圧送装置（１２）にして、 前記入口手段及び前記ポンプヘッド手段（３００）の双
    方を冷却する空冷による熱電冷却熱交換器手段（３８
    ６）を備えることを特徴とする圧送装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧送装置（１２）にし
    て、前記入口導管手段及び出口導管手段が２．１対１以
    上の圧縮比となるのに十分に小さいデッドスペースを有
    することを特徴とする圧送装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の圧送装置（１２）にし
    て、前記ポンプヘッド（３００）が金属製であり、前記
    ポンプチャンバ（３０６）が伝導性金属壁を有し、ピス
    トン（３０４）及びピストンスリーブが低熱伝導率であ
    り、又前記流体及び壁に接触する箇所にて略非金属製で
    あり、 前記ポンプチャンバ（３３６）が、該ポンプチャンバ
    （３３６）内の流体の容積の約半分がポンプチャンバ壁
    に接触しているような形態とされ、これにより、前記壁
    から十分な圧縮熱が除去されて顕著な温度の蓄積を回避
    し得るようにしたことを特徴とする圧送装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れかの項に記
    載の圧送装置（１２）にして、前記熱交換手段がアルミ
    ニウムに等しく、又はそれ以上の熱伝導率を有する金属
    製であり、 該熱交換手段が、ポンプヘッドブロック（３００）に接
    触し、 熱電冷却器（３８６）が熱交換器（７６３）に接触して
    いることを特徴とする圧送装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４の何れかの項に記
    載の圧送装置（１２）にして、前記熱交換器（７６３）
    が前記ポンプの排出量の２倍の容積を有することを特徴
    とする圧送装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の圧送装置（１２）にし
    て、前記液体の流量が２ｍＬ／分以上であり、 前記熱交換器の容積が前記ポンプの排出量の１０倍以上
    であり、 前記熱交換手段の湿潤面の長さ対直径比が１，８００対
    １以上であることを特徴とする圧送装置。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６の何れかの項に記
    載の圧送装置（１２）にして、前記熱交換器の流路の長
    さ対該流路の直径比が該流路の少なくとも５０％に亙っ
    て少なくとも５０対１であることを特徴とする圧送装
    置。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７の何れかの項に記
    載の圧送装置（１２）にして、変位勾配を有するカムを
    備える回転カム手段（３３８）と、ポンプチャンバ（３
    ３６）内の容積を変化させ、該ポンプチャンバ（３３
    ６）がその内部に加圧液体を有するようにする協働する
    カム従動子とを備え、前記回転カム（３３８）が、再加
    圧面（Ｅ１−Ａ）と、排出面（Ｅ１−Ａ）と、中間面
    （Ａ）と、減圧面（Ａ−Ｃ）と、再充填面（Ｃ−Ｅ）と
    を備え、上記面が、前記カム従動子（３４２）が上記の
    順序で横断し得るように配置され、 前記減圧面が、排出面の最終部分の変位勾配に略等しい
    が、方向が反対の最初の変位勾配を有し、 前記中間面が、損傷を与えずに前記出口面を閉じること
    を許容し、又前記カム（３３８）とカム従動子（３４
    ２）との間に変形を阻止するのに十分に小さい値のヘル
    ツァン接触力を維持するのに十分な丸味が付けられ、 前記減圧面が、カム従動子（３４２）が前記再充填面に
    達する迄、カムの回転速度に関してカム従動子の連続的
    に増大する線形速度を発生させる形状とされ、 カム従動子が前記再充填面に達したとき、カム従動子
    （３４２）が、再充填面に沿って走行するときのカムの
    回転速度に関してより一定の線形速度で移動するように
    し、これにより、流体が圧送装置による最高圧力により
    加圧され、加熱手段に搬送され、 該加熱手段が、前記加圧された流体を超臨界流体に変換
    するようにしたことを特徴とする圧送装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の圧送装置（１２）にし
    て、前記減圧面の連続的に増大する線形カム従動子の速
    度が該カム従動子の線形速度の加速度に対応することを
    特徴とする圧送装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８又は請求項９の何れかに記載
    の圧送装置（１２）にして、前記減圧面（Ａ−Ｃ）が反
    転する間に、変位勾配が、所望の最高の排出圧力にて作
    動するとき、前記ポンプチャンバ内の圧力に逆比例する
    ようにしたことを特徴とする圧送装置。
  11. 【請求項１１】 請求項８、請求項９又は請求項１０の
    何れかの項に記載の圧送装置（１２）にして、前記再充
    填面（Ｃ−Ｅ）が、勾配を中断させることなく、前記減
    圧面（Ａ−Ｃ）に接続し、 前記再充填面が、比較的一定の変位勾配を有することを
    特徴とする圧送装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載の前記ポンプからの流
    体の排出流量を測定する測定器を含む圧送装置（１２）
    にして、高圧流体流の開始流量に関連した信号を第一の
    電気信号に変換する開始流量検出手段（１４５４Ａ）
    と、前記変位手段が前記移動サイクルの各々にてその前
    記両端位置の一方に略配置される時点を検出する検出手
    段（７２２）と、前記第一の電気信号に作用して、第一
    の電気信号の変化速度に依存する第二の電気信号を発生
    させる微分手段（９９２）と、第二の電気信号を検出し
    且つ前記変位手段の前記周期的動作の各々における変化
    速度の変動を検出する検出手段と、前記流体の排出期間
    の前記開始後に前記検出手段によりある時間、オンにさ
    れ、前記検出手段により検出された前記時間の終了時に
    オフとされる、スイッチ手段とを備え、 前記変位手段が、前記ポンプチャンバ内の変位量に比例
    する第三の電気信号である出力を発生する位置変換器を
    有し、 前記スイッチ手段がオンにされている前記時間により設
    定された制限時間の間で前記第三の電気信号、及びポン
    プの排出流量に比例した量を周期的に合算する時間合算
    手段を備えることを特徴とする圧送装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の圧送装置（１２）
    にして、前記計測器が流量を制御する利用手段を備える
    ことを特徴とする圧送装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１２又は請求項１３の何れかに
    記載の圧送装置（１２）にして、前記設定流量の検出手
    段が、前記ポンプチャンバ内の前記液体圧力を検出する
    圧力変換器手段を備え、 前記微分手段（９９２）が、第一の導出信号を発生させ
    る単一微分器であり、 前記検出手段が、第一の導出信号が高い正レベルから低
    い正レベルに変化することを検出する手段を備え、 前記検出手段が、該変位手段が前記最大容積を前記ポン
    プチャンバ（３３６）から略排出する時点を検出する手
    段を備え、 前記流れ及び検出手段が圧力センサであり、 前記信号が圧力信号であり、又は流れ及び検出手段が流
    量計であることを特徴とする圧送装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１２乃至請求項１４の何れかの
    項に記載の圧送装置（１２）にして、前記圧力変換器
    が、ポンプチャンバ（３３６）内の液体圧力を検出し、 前記微分手段が、二重微分器であり、前記検出手段が、
    零レベルから負のレベル、又は負のレベルから正のレベ
    ルへの前記第二の導出信号の変化を検出し、前記感知手
    段が、前記変位手段が前記最大容積をポンプチャンバか
    ら排出する時点を検出することを特徴とする圧送装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１２乃至請求項１５の何れかに
    記載の圧送装置（１２）にして、前記圧力変換器が、出
    口管内の液体圧力を検出し、 前記微分手段が、出口管内の前記圧力の第一の導出信号
    に比例する第二の電気信号を発生させる単一微分器であ
    り、 前記感知手段が、前記変位手段がポンプチャンバから上
    記最大容積を略排出する時点を検出する手段を備えるこ
    とを特徴とする圧送装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１乃至請求項１６の何れかの項
    に記載の圧送装置（１２）にして、前記ピストン（３０
    ４）が、液体が該ピストン（３０４）を通ることを妨害
    するため一側部が超臨界流体と接触したシール（３５
    ６）と、前記シール（３５６）の超臨界流体側に配置さ
    れた、前記ピストン（３０４）を前記ポンプ内に支持す
    る支持手段とを有し、 前記支持手段が、前記シール（３５６）の両側部の各々
    に支持され、これにより、前記ピストン手段（３０４）
    が往復運動するとき、整合状態に維持されることを特徴
    とする圧送装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の圧送装置（１２）
    にして、前記ピストン（３０４）に力を加えて、超臨界
    流体を前記チャンバ（３３６）から押し出す方向に該ピ
    ストンを前方に押出す駆動手段を備え、 該駆動手段（３０４）が、ピストン手段の移動方向に垂
    直方向への力の成分がピストン手段の移動方向への力の
    成分の１０％以下であるようにするのに十分な大きさの
    半径の球状面（３５２）を有する、前記ピストン手段
    （３０４）と接触した手段を備えることを特徴とする圧
    送装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の圧送装置（１２）
    にして、前記球状面との接触がヘルツァン接触であるこ
    とを特徴とする圧送装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１７乃至請求項１９の何れかの
    項に記載の圧送装置（１２）にして、前記ピストンと共
    に動き得るよう、該ピストンに取り付けられたスリーブ
    （１４０Ａ）を備え、 該スリーブ（１４０Ａ）が、前記ピストンの方向に整合
    された円筒壁と略接触した円筒形面を有し、これによ
    り、該ピストン（３０４）が、動くとき整合状態に維持
    されるようにしたことを特徴とする圧送装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１乃至請求項２０の何れかの項
    に記載の圧送装置（１２）にして、前記ピストン（３０
    ４）の圧力及び動きを測定し、又、前記ピストン（３０
    ４）の動き及び流体圧力から流体の流量を計算すること
    により、圧送された超臨界流体を測定する測定手段が設
    けられることを特徴とする圧送装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の圧送装置（１２）
    にして、前記圧力測定手段が、前記超臨界流体に接触す
    るよう配置され得るようにした歪み計手段（９３８）を
    備え、 前記ピストンの動きを測定する手段が、前記ピストン手
    段（３０４）の動きに関連して動き得るように取り付け
    られた光学手段を備え、 前記圧力検出手段及びピストンの動きの測定手段の各々
    が、超臨界流体の流量を測定する計算手段に接続され
    た、電気信号を発生させる、別の異なる手段を備えるこ
    とを特徴とする圧送装置。
  23. 【請求項２３】 請求項１乃至請求項２２の何れかの項
    に記載の圧送装置（１２）にして、前記ピストン（３０
    ４）を駆動する駆動手段と、該駆動手段を前記体積流量
    測定手段に電気的に接続するフィードバック制御手段と
    を備え、前記超臨界流体の前記体積流量が前記フィード
    バック手段により制御されることを特徴とする圧送装
    置。
  24. 【請求項２４】 請求項１乃至請求項２３の何れかの項
    に記載の圧送装置（１２）にして、第一及び第二の超臨
    界流体源と、第一及び第二のポンプとが設けられ、 前記第一及び第二ポンプの各々が、該第一及び第二のポ
    ンプの圧送量を制御する手段を備え、 前記フィードバック手段が、前記第一及び第二のポンプ
    を制御する第一及び第二の手段に接続され、 前記フィードバック手段が、コントローラを備え、前記
    第一及び第二のポンプの圧送量が、流体の前記流量が変
    化するとき、互いに関して変化し、前記第一及び第二の
    流体の組成が変化するとき、一定の流量を維持し得るよ
    うにし、 前記第一及び第二の弁手段が、ミキサ手段に連通する出
    口手段を備え、該ミキサ手段が、前記ポンプ手段（２４
    Ａ）への入口に連通し、 前記フィードバックが前記入口手段に供給される変動量
    を制御することを特徴とする圧送装置。
  25. 【請求項２５】 流体源に且つポンプヘッドの出口手段
    から接続し得るようにされたポンプヘッド（３００）の
    入口手段を通じて流体を圧送する段階を備え、 該出口手段が、圧送された流体を圧送容器（１８）に提
    供し得るようにされた圧送方法にして、 空冷式の熱電冷却による熱交換器を使用して、入口ポン
    プヘッドを冷却する段階と、２ｍＬ／分以上の流量にて
    液体を圧送する段階とを備え、 前記熱交換器の容積がポンプの排出量よりも１０倍以上
    大きいようにしたことを特徴とする圧送方法。
  26. 【請求項２６】 請求項２５に記載の圧送方法にして、
    変位勾配を有する回転カム、及び協動するカム従動子に
    より、ポンプチャンバ（３３６）内の前記容積を変化さ
    せる段階を備え、 該ポンプチャンバがその内部に圧力液体を保持するよう
    にし、 カム従動子が再加圧面、排出面、中間面、減圧面及び再
    充填面をこの順序で縦断し得るように前記カム（３３
    ８）を回転させる段階を備え、 前記減圧面が、排出面の最終部分の変位勾配に略等しい
    が、その方向が反対の最初の変位勾配を有し、 前記中間面は、カム（３３８）とカム従動子との間に、
    損傷せずに出口弁を閉じ、変形を阻止するのに十分に小
    さい、へルツアン接触力を維持するのに十分な丸味が付
    けられ、 前記減圧面は、カム従動子が前記再充填面に達する迄、
    カムの回転速度に関するカム従動子（３４２）の直線速
    度を連続的に増し、 カム従動子が前記再充填面に達したとき、カム従動子が
    再充填面に沿って回転する場合、前記カム従動子（３４
    ２）の速度が、カムの回転速度に関してより一定の直線
    速度となるようにしたことを特徴とする方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２６に記載の圧送方法にして、
    前記減圧面を縦断する間に、前記変位勾配が、所期の最
    高の供給圧力にて作動するときの前記ポンプチャンバ
    （３３６）内の前記圧力に逆比例するようにしたことを
    特徴とする圧力方法。
  28. 【請求項２８】 請求項２５乃至請求項２７の何れかの
    項に記載の方法にして、高圧の流体流の圧力を最初の電
    気信号に変換する圧力変換器手段により信号を発生させ
    る段階と、前記変位手段が、前記移動サイクルの各々に
    て、その前記両端位置の一方に略位置する時点を検出す
    る段階と、前記第一の電気信号を微分して、前記第一の
    電気信号の信号速度に依存する第二の電気信号を発生さ
    せる段階と、前記第二の電気信号を検出する段階と、前
    記排出手段の前記周期的動作の各々における高圧力の変
    化速度の変動を検出する段階と、流体の供給期間の開始
    後に、第二の電気信号を検出したときにある時間、スイ
    ッチ手段をオンにして、その時間の終了時に該スイッチ
    手段をオフに切り換える段階と、位置変換器により、前
    記ポンプチャンバ（３３６）内の排出量に比例した第三
    の電気信号を発生させる段階と、前記スイッチ手段がオ
    ンされている前記時間により設定される制限時間の間で
    該第三の電気信号を周期的に合算する段階と、その合算
    値をポンプの排出量に比例する量として利用する段階と
    を備えること特徴とする方法。
  29. 【請求項２９】 請求項２５乃至請求項２８の何れかの
    項に記載の方法にして、流体の供給期間の開始時に前記
    検出手段に応答して前記スイッチ手段をオンにし、流体
    の供給期間の終了時に該スイッチ手段をオフにする段階
    と、位置変換器により前記ポンプチャンバ内の排出量に
    比例する第二の電気信号を発生させる段階と、前記スイ
    ッチ手段がオンにされている時間により設定された制限
    時間の間で前記第二の電気信号を周期的に合算する段階
    と、その合算値をポンプの排出量に比例する量として利
    用する段階とを備えることを特徴とする方法。
  30. 【請求項３０】 請求項２５乃至請求項２９の何れかの
    項に記載の方法にして、流体の排出の終了時を判断する
    ため、前記第一の導出値が小さい正の値から大きい負の
    値に変化することを検出する段階、及び流体の排出の終
    了を判断するため、前記第一の導出値が大きい正の値か
    ら小さい正の値に変化することを検出する段階と、又は
    流体の排出の開始を判断するため、前記第一の導出値が
    負の値から正の値に変化することを検出する段階、及び
    流体の排出の終了を判断するため、前記第一の導出値が
    正の値から負の値に変化することを検出する段階と、を
    備えることを特徴とする方法。
  31. 【請求項３１】 請求項２５乃至請求項３０の何れかの
    項に記載の方法にして、ピストン手段（３０４）を通る
    流体の流れをシール（３５６）により妨害する段階を備
    え、前記ピストンが、前記シール（３５６）の両側部の
    各々に支持され、 前記ピストン手段（３０４）が、往復運動するとき整合
    状態に維持されるようにし、 駆動手段を前記ピストンまで前方に押すことにより、前
    記超臨界流体を前記チャンバから押し出す段階を備え、 前記駆動手段が、ピストン手段（３０４）の移動方向に
    垂直な力の成分が該ピストン手段（３０４）の移動方向
    への力の成分の１０％以下であるようにするのに十分な
    大きさの半径の球状面を有する、前記ピストン手段と接
    触した手段を備え、 スリーブを前記ピストンの方向と整合された円筒壁と接
    触状態に維持する段階を備え、前記スリーブが、ピスト
    ンが移動するとき、該ピストンを整合状態に支持するよ
    うにしたことを特徴とする方法。
  32. 【請求項３２】 請求項２５乃至請求項３１の何れかの
    項に記載の方法にして、ピストンの圧力及び動きを判断
    し、ピストンの動き及び流体圧力から流体の流量を計算
    することにより、圧送された超臨界流体を測定する段階
    を備えることを特徴とする方法。
  33. 【請求項３３】 請求項３２に記載の方法にして、前記
    超臨界流体に接触する位置に配置された歪み計測手段
    （９３８）により圧力を測定する段階と、 取り付けられた光学手段を前記ピストン手段（３０４）
    の動きに関して動かすことにより前記ピストンの動きを
    測定する段階、又は前記手段を前記ピストンの動きに関
    して動かすことにより前記ピストンの動きを測定する段
    階と、前記計算手段に接続された電気信号を発生させる
    ことにより、超臨界流体の流量を測定する段階と、を備
    えることを特徴とする方法。
  34. 【請求項３４】 前記第一及び第二のポンプの圧送量を
    制御する段階を備える、請求項２５乃至請求項３３の何
    れかの項に記載の方法にして、フィードバック手段を前
    記第一及び第二の手段に接続することにより、前記第一
    及び第二のポンプを制御する段階と、流体の前記流量が
    変化し、前記第一及び第二の流体の組成が変化すると
    き、前記第一及び第二のポンプの排出量を互いに変化さ
    せて、一定の流量を維持する段階とを備えることを特徴
    とする方法。
  35. 【請求項３５】 請求項３４に記載の方法にして、プロ
    グラム手段を含む前記フィードバック手段により前記第
    一の弁手段及び前記第二の弁手段を制御する段階と、該
    第一の弁手段が超臨界流体の第一の弁に連通することを
    許容する段階と、前記第二の弁手段が超臨界流体の第二
    の供給源に連通することを許容する段階と、出口手段を
    有する前記第一及び第二の弁手段がミキサ手段に連通す
    ることを許容する段階と、前記ミキサ手段が前記ポンプ
    手段への入口に連通することを許容する段階とを備え、 前記フィードバック手段が前記入口手段に供給される変
    動量を制御することを特徴とする方法。
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