WO2021214978A1 - 熱伝導度検出器 - Google Patents

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    • G01N30/64Electrical detectors
    • G01N30/66Thermal conductivity detectors

Definitions

  • the present invention relates to a thermal conductivity detector, which is one of the detectors used for component detection in a gas chromatograph.
  • a thermal conductivity detector is known as one of the detectors for gas chromatographs.
  • a filament is arranged in a measurement cell through which a gas flows, and a component in the gas is quantified by detecting the amount of heat exchange performed between the filament and the gas. Since the amount of heat exchange between the filament and the gas fluctuates depending on the flow rate of the gas flowing through the measurement cell, if the flow rate of the gas flowing through the measurement cell fluctuates, the baseline of the measurement data also fluctuates, which adversely affects the analysis result.
  • the size of the detector becomes large. In order to stabilize the baseline while reducing the capacity of the buffer space, it is necessary to increase the fluid resistance by reducing the inner diameter of the flow path at the outlet of the buffer space. However, if the fluid resistance at the outlet of the buffer space is increased, there is a problem that the sample is likely to be clogged at that portion.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize both stabilization of the baseline and miniaturization of the detector.
  • the thermal conductivity detector according to the present invention is provided with a measurement cell, which is a space in which a filament for heat exchange with a gas is arranged, and a cell inlet for allowing the gas to flow into the measurement cell.
  • a cell block provided with a cell outlet for flowing out gas from the measurement cell, an outlet flow path leading to the cell outlet of the cell block, and a buffer space inside, and the gas is transferred to the buffer space.
  • a buffer block that has an inflow port for inflowing into and an outlet for discharging gas from the buffer space, and the inflow port is fluidly connected to the outlet flow path, and a large fluid resistance of the outlet. It is attached to the buffer block so as to hold the fluid resistance portion for allowing the gas discharged from the discharge port to pass through the fluid resistance portion, and can be removed from the buffer block together with the fluid resistance portion. It is provided with a discharge member provided.
  • the subject of the present invention is to make it possible to easily replace the fluid resistance portion when the fluid resistance portion for increasing the fluid resistance at the outlet (exhaust port) of the buffer space is clogged.
  • a resistance tube, a filter, and the like can be mentioned as ones that realize the fluid resistance portion.
  • the fluid resistance part is realized by a resistance tube, it is necessary to attach a fine resistance tube with an outer diameter of 1 mm or less to the buffer block according to the miniaturization of the buffer space, but such a fine resistance tube is common. It is not possible to attach it to the outlet of the buffer space by the same connection method as the pipe.
  • the fluid resistance portion is held by the discharge member that is detachably attached to the buffer block, and the fluid resistance portion can be attached to and detached from the buffer block by attaching and detaching the discharge member to and from the buffer block.
  • the fluid resistance portion is held by the discharge member detachably attached to the buffer block, and the fluid resistance portion is made into the buffer block by attaching and detaching the discharge member to the buffer block.
  • the fluid resistance portion can be easily replaced when the fluid resistance portion is clogged, and both the stabilization of the baseline and the miniaturization of the detector can be realized.
  • the thermal conductivity detector 1 includes a cell block 2, an outlet pipe 4, a buffer block 6, and a discharge member 8.
  • the cell block 2 includes a measurement cell 10 in which the filament 12 is arranged, and also includes a cell inlet 11 for allowing gas to flow into the measurement cell 10 and a cell outlet 13 for allowing gas to flow out of the measurement cell 10. ing.
  • One end of an outlet pipe 4 forming an outlet flow path is fluidly connected to the cell outlet 11 of the cell block 2.
  • the filament 12 is for exchanging heat with the gas flowing in the measurement cell 10.
  • the thermal conductivity detector 1 quantifies the components contained in the gas by reading a signal corresponding to the amount of heat exchange between the gas flowing through the measurement cell 10 and the filament 12.
  • the buffer block 6 is provided with a buffer space 14 inside. Further, the buffer block 6 includes an inflow port 15 for allowing gas to flow into the buffer space 14 and an discharge port 16 for discharging gas from the buffer space 14.
  • the other end of the outlet pipe 4 is fluidly connected to the inflow port 15 of the buffer block 6.
  • the cross-sectional area of the buffer space 14 perpendicular to the inflow direction of the gas from the inflow port 15 is larger than the cross-sectional area perpendicular to the flow path direction of the inner flow path (that is, the outlet flow path) of the outlet pipe 4.
  • the discharge member 8 is detachably attached to the buffer block 6.
  • the measurement cells 10 may be fluidly connected to a common buffer space 14, and two measurement cells 14 are provided in the buffer block 6. Each of the two measurement cells 10 may be fluidly connected to a separate buffer space 14.
  • the discharge member 8 includes a resistance tube 20, a holding member 22, a fixing member 24, and a seal ring 26.
  • the resistance tube 20 is, for example, a fine linear tube having an outer diameter of 1 mm or less and an inner diameter of 0.5 mm or less, and forms a fluid resistance portion for increasing the fluid resistance of the discharge port 16.
  • the holding member 22 is made of an elastic resin material (for example, silicon rubber), and holds the outer peripheral surface of the resistance tube 20 by penetrating the resistance tube 20.
  • the fixing member 24 has a recess for fitting and holding the holding member 22, and is detachably attached to a portion of the buffer block 6 where the discharge port 16 is provided while the holding member 22 is held in the recess. It is a metal member to be used.
  • a cylindrical protrusion 18 is provided on the outer surface of the buffer block 6 where the discharge port 16 is provided, and a screw is provided on the outer peripheral surface of the protrusion 18.
  • a screw is provided on the inner peripheral surface of the fixing member 24 of the discharging member 8 to be screwed with a screw on the outer peripheral surface of the protrusion 18 of the cushioning block 6. By rotating the fixing member 24, the discharging member 24 is discharged to the cushioning block 6.
  • the member 8 can be attached and detached.
  • the discharge member 8 is attached to the buffer block 6 so that the resistance pipe 20 allows fluid communication between the buffer space 14 and the atmosphere.
  • the seal ring 26 is sandwiched between the tip of the protrusion 18 of the buffer block 6 and the holding member 22 of the discharge member 8.
  • the seal ring 26 is for deforming the resin holding member 22 at the tip of the protrusion 18 to improve the sealing property, thereby preventing gas from being discharged from a path other than the resistance tube 20.
  • the fluid resistance to the gas discharged from the discharge port 16 is increased, the capacity of the buffer space 14 can be reduced, and the buffer block 6 can be miniaturized. Since the resistance tube 20 is fine, a sample may be clogged in the resistance tube 20, but the discharge member 8 that integrally holds the resistance tube 20 can be easily attached and detached by the rotation of the fixing member 24. The resistance tube 20 can be easily replaced.
  • a filter metal crystal filter, ceramic filter, etc.
  • the filter may be held by the holding member 22 or may be brazed to the fixing member 24 of the discharge member 8.
  • the structure for attaching / detaching the discharge member 8 to / from the buffer block 6 is not limited to the one using screwing of screws, and any structure may be used as long as the discharge member 8 can be attached / detached to / from the buffer block 6. Further, the discharge member 8 does not necessarily have to be directly attached to and detached from the buffer block 6, and may be configured to be attached to and detached from the buffer block 6 via a pipe.
  • a heat insulating portion for preventing the temperature of the discharge member 8 from dropping is provided. It may be provided.
  • the heat insulating member 30 surrounds the discharge member 8 so that the heat transferred to the discharge member 8 does not escape through the metal outlet pipe 4 and the buffer block 6.
  • the heat insulating portion is composed of a metal heat conductive block 32 in contact with the discharge member 8 and a heater 34 for heating the heat conductive block 32.
  • thermal conductivity detector according to the present invention The examples described above merely exemplify the embodiments of the thermal conductivity detector according to the present invention.
  • the embodiment of the thermal conductivity detector according to the present invention is as follows.
  • a measuring cell which is a space in which a filament for heat exchange with a gas is arranged, is provided inside, and the gas is allowed to flow into the measuring cell.
  • a cell block provided with a cell inlet and a cell outlet for allowing gas to flow out from the measurement cell, an outlet flow path leading to the cell outlet of the cell block, and a buffer space inside, and gas is supplied.
  • a buffer block having an inflow port for flowing into the buffer space and an outlet for discharging gas from the buffer space, and the inflow port being fluidly connected to the outlet flow path, and a fluid at the discharge port.
  • a fluid resistance portion for increasing resistance is attached to the buffer block so that the gas discharged from the discharge port passes through the fluid resistance portion, and can be removed from the buffer block together with the fluid resistance portion. It is provided with a discharge member provided so as to be able to do so.
  • the fluid resistance portion is a resistance tube.
  • the outer diameter of the resistance tube is 1 mm or less. It is difficult to attach and detach a fine resistance tube having an outer diameter of 1 mm or less to the buffer block by screwing or the like, but in the embodiment of the present invention, the resistance tube is attached to the buffer block as the discharge member is attached or detached. On the other hand, since it is removable, even a fine resistance tube can be easily replaced.
  • the discharge member includes a holding member that holds the outer peripheral surface of the resistance pipe, and a fixing member that is detachably fixed to the buffer block while holding the holding member. Can be done.
  • the holding member can be made of an elastic resin material. According to such an aspect, it is possible to prevent the fine resistance tube from being bent.
  • the fluid resistance portion is a filter.
  • a heat insulating unit for preventing a temperature drop of the discharge member is further provided. According to such an aspect, clogging of the sample can be suppressed in the fluid resistance portion.
  • the heat insulating unit may include a heat conductive block in contact with the discharge member and a heater for heating the heat conductive block.

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Abstract

熱伝導度検出器(1)は、ガスとの間で熱交換を行なうためのフィラメント(12)が配置された空間である測定セル(10)が内部に設けられ、前記測定セル(10)にガスを流入させるためのセル入口(11)、及び、前記測定セル(10)からガスを流出させるためのセル出口(13)を備えているセルブロック(2)と、前記セルブロック(2)の前記セル出口(13)に通じる出口流路(4)と、内部に緩衝空間(14)を有するとともに、ガスを前記緩衝空間(14)へ流入させるための流入口(15)及び前記緩衝空間(14)からガスを排出するための排出口(16)を有し、前記流入口(15)が前記出口流路(4)と流体接続されている緩衝ブロック(6)と、前記排出口(16)の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部(20)を保持し、前記排出口(16)から排出されるガスに前記流体抵抗部(20)を通過させるように前記緩衝ブロック(6)に取り付けられ、前記流体抵抗部(20)とともに前記緩衝ブロック(6)から取り外すことができるように設けられている排出部材(8)と、を備えている。

Description

熱伝導度検出器
 本発明は、ガスクロマトグラフにおいて成分検出に用いられる検出器の1つである熱伝導度検出器に関するものである。
 ガスクロマトグラフの検出器の1つとして熱伝導度検出器が知られている。熱伝導度検出器は、ガスが流れる測定セル内にフィラメントが配置されており、フィラメントとガスとの間で行われる熱交換量を検出することによってガス中の成分を定量するものである。フィラメントとガスとの熱交換量は測定セルを流れるガスの流量によって変動するため、測定セルを流れるガスの流量が変動すると測定データのベースラインも変動し、分析結果に悪影響を与える。
 上記理由から、測定セルを流れるガスの流量を一定に維持することが重要である。測定セルを流れるガスの流量が変動する要因として大気圧の変動が挙げられる。測定セルの出口は大気開放されているため、大気圧が変動すると測定セルの入口と出口との間の圧力差が変動し、それによって測定セルを流れるガスの流量が変動する。そのため、測定セルの下流に緩衝空間を設け、さらに緩衝空間の出口に一定の流体抵抗をもたせることで、大気圧変動が測定セルの出口に伝わりにくくして測定セルの出口における圧力変動を抑制し、測定データのベースラインを安定させることが提案されている(特許文献1参照。)。
特開2016-080413号公報
 測定セルの下流に緩衝空間を設ける場合、緩衝空間の容積が大きく、かつ、緩衝空間の出口の流体抵抗が大きいほど、測定セルの出口における圧力変動の抑制効果が高くなってベースラインが安定する。一方で、測定セルの下流に大容量の緩衝空間を設けると検出器が大型化してしまう。緩衝空間の容量を小さくしながらベースラインを安定させるためには、緩衝空間の出口の流路内径を小さくするなどして流体抵抗を大きくする必要がある。しかし、緩衝空間の出口の流体抵抗を大きくすると、その部分でサンプルが詰まりやすくなるという問題がある。
 本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ベースラインの安定化と検出器の小型化の両立を実現することを目的としたものである。
 本発明に係る熱伝導度検出器は、ガスとの間で熱交換を行なうためのフィラメントが配置された空間である測定セルが内部に設けられ、前記測定セルにガスを流入させるためのセル入口、及び、前記測定セルからガスを流出させるためのセル出口を備えているセルブロックと、前記セルブロックの前記セル出口に通じる出口流路と、内部に緩衝空間を有するとともに、ガスを前記緩衝空間へ流入させるための流入口及び前記緩衝空間からガスを排出するための排出口を有し、前記流入口が前記出口流路と流体接続されている緩衝ブロックと、前記排出口の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部を保持し、前記排出口から排出されるガスに前記流体抵抗部を通過させるように前記緩衝ブロックに取り付けられ、前記流体抵抗部とともに前記緩衝ブロックから取り外すことができるように設けられている排出部材と、を備えている。
 本発明の主題は、緩衝空間の出口(排出口)の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部で詰まりが発生したときに流体抵抗部を容易に交換できるようにすることである。ここで、流体抵抗部を実現するものとして抵抗管、フィルタなどが挙げられる。流体抵抗部を抵抗管によって実現する場合は、緩衝空間の小容積化に応じて外径1mm以下といった微細な抵抗管を緩衝ブロックに取り付ける必要があるが、そのような微細な抵抗管は一般的な配管と同様の接続方法で緩衝空間の排出口に取り付けることは不可能である。本発明では、緩衝ブロックに対して着脱可能に取り付けられる排出部材に流体抵抗部を保持させ、緩衝ブロックに対する排出部材の着脱によって流体抵抗部を緩衝ブロックに対して着脱できるようにした。
 上記のとおり、本発明に係る熱伝導度検出器では、緩衝ブロックに対して着脱可能に取り付けられる排出部材に流体抵抗部を保持させ、緩衝ブロックに対する排出部材の着脱によって流体抵抗部を緩衝ブロックに対して着脱できるようにしたので、流体抵抗部で詰まりが発生したときに流体抵抗部を容易に交換でき、ベースラインの安定化と検出器の小型化の両立を実現できる。
熱伝導度検出器の一実施例を示す断面図である。 同実施例の排出部材の構造を示す断面図である。 熱伝導度検出器の他の実施例を概略的に示す断面図である。 熱伝導度検出器のさらに他の実施例を概略的に示す断面図である。
 以下、本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
 図1に示されているように、熱伝導度検出器1は、セルブロック2、出口配管4、緩衝ブロック6及び排出部材8を備えている。
 セルブロック2は、フィラメント12が配置された測定セル10を内部に備え、かつ、測定セル10にガスを流入させるためのセル入口11及び測定セル10からガスを流出させるためのセル出口13を備えている。セルブロック2のセル出口11には出口流路をなす出口配管4の一端が流体接続されている。フィラメント12は測定セル10内を流れるガスとの間で熱交換を行なうためのものである。熱伝導度検出器1は、測定セル10を流れるガスとフィラメント12との間の熱交換量に応じた信号を読み取ることによって、ガス中に含まれる成分の定量を行なう。
 緩衝ブロック6は、内部に緩衝空間14を備えている。さらに緩衝ブロック6は、緩衝空間14へガスを流入させるための流入口15及び緩衝空間14からガスを排出するための排出口16を備えている。緩衝ブロック6の流入口15には出口配管4の他端が流体接続されている。流入口15からのガスの流入方向に垂直な緩衝空間14の断面積は、出口配管4の内側の流路(すなわち、出口流路)の流路方向に垂直な断面積よりも大きい。排出部材8は緩衝ブロック6に対して着脱可能に取り付けられている。
 なお、図1では、セルブロック2の内部に1つの測定セル10のみが図示されているが、サンプルガス用の測定セルとリファレンスガス用の測定セルの2つの測定セル10がセルブロック2の内部に設けられていてもよい。セルブロック2内に2つの測定セル10が設けられている場合、それらの測定セル10は共通の緩衝空間14に流体接続されていてもよいし、2つの緩衝空間14が緩衝ブロック6内に設けられ、2つの測定セル10のそれぞれが別々の緩衝空間14に流体接続されていてもよい。
 図2に示されているように、排出部材8は、抵抗管20、保持部材22、固定部材24及びシールリング26を備えている。抵抗管20は、例えば外径が1mm以下、内径が0.5mm以下の微細な直線形状の管であり、排出口16の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部をなしている。保持部材22は、弾力性を有する樹脂材料(例えばシリコンゴム)で構成され、抵抗管20を貫通させることによって抵抗管20の外周面を保持する。固定部材24は、保持部材22を嵌め込んで保持するための凹部を有し、その凹部で保持部材22を保持した状態で緩衝ブロック6の排出口16が設けられている部分に着脱可能に取り付けられる金属製の部材である。
 緩衝ブロック6の外面における排出口16が設けられている部分に円筒形状の突起18が設けられ、その突起18の外周面にネジが設けられている。排出部材8の固定部材24の内周面には、緩衝ブロック6の突起18の外周面のネジと螺合するネジが設けられており、固定部材24を回転させることで、緩衝ブロック6に対する排出部材8の着脱を行なうことができるようになっている。
 排出部材8は、抵抗管20が緩衝空間14と大気との間を流体連通させるように緩衝ブロック6に取り付けられる。緩衝ブロック6の突起18の先端と排出部材8の保持部材22との間にシールリング26が挟み込まれている。シールリング26は、突起18の先端部において樹脂製の保持部材22を変形させてシール性を高め、それによって抵抗管20以外の経路からガスが排出されることを防止するためのものである。
 上記構造により、排出口16から排出されるガスに対する流体抵抗が大きくなり、緩衝空間14の容量を小さくして緩衝ブロック6の小型化を図ることができる。抵抗管20は微細であるため、抵抗管20内においてサンプルの詰まりが発生し得るが、抵抗管20を一体的に保持する排出部材8が固定部材24の回転によって容易に着脱可能であるため、抵抗管20の交換が容易である。
 なお、排出口16の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部として、抵抗管20に代えてフィルタ(金属結晶体フィルタ、セラミックフィルタなど)を用いることもできる。その場合、フィルタは、保持部材22に保持されていてもよいし、排出部材8の固定部材24にロウ付けされていてもよい。
 また、緩衝ブロック6に対する排出部材8の着脱構造はネジの螺合を利用したものに限定されるものではなく、排出部材8を緩衝ブロック6に対して着脱できるものであれば何でもよい。また、排出部材8は必ずしも緩衝ブロック6に対して直接的に着脱される必要はなく、配管を介して緩衝ブロック6に着脱されるように構成されてもよい。
 また、図3及び図4に示されているように、抵抗管20などの流体抵抗部で詰まりが発生することを防止するために、排出部材8の温度が低下することを防止する保温部を設けてもよい。図3の例では、金属製の出口配管4及び緩衝ブロック6を介して排出部材8に伝わる熱が逃げないように、排出部材8の周囲を囲う断熱部材30によって保温部を構成している。図4の例では、排出部材8に接触する金属製の熱伝導性ブロック32と熱伝導性ブロック32を加熱するヒータ34によって保温部を構成している。
 以上において説明した実施例は、本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態を例示したにすぎない。本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態は以下のとおりである。
 本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態では、ガスとの間で熱交換を行なうためのフィラメントが配置された空間である測定セルが内部に設けられ、前記測定セルにガスを流入させるためのセル入口、及び、前記測定セルからガスを流出させるためのセル出口を備えているセルブロックと、前記セルブロックの前記セル出口に通じる出口流路と、内部に緩衝空間を有するとともに、ガスを前記緩衝空間へ流入させるための流入口及び前記緩衝空間からガスを排出するための排出口を有し、前記流入口が前記出口流路と流体接続されている緩衝ブロックと、前記排出口の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部を保持し、前記排出口から排出されるガスに前記流体抵抗部を通過させるように前記緩衝ブロックに取り付けられ、前記流体抵抗部とともに前記緩衝ブロックから取り外すことができるように設けられている排出部材と、を備えている。
 本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態の第1態様では、前記流体抵抗部が抵抗管である。
 上記第1態様において、前記抵抗管の外径は1mm以下である。外径が1mm以下である微細な抵抗管を緩衝ブロックにネジ止め等によって着脱可能に取り付けることは困難であるが、本発明の実施形態では、排出部材の着脱に伴って抵抗管を緩衝ブロックに対して着脱可能であるため、微細な抵抗管であっても交換が容易である。
 また、上記第1態様において、前記排出部材は、前記抵抗管の外周面を保持する保持部材、及び、前記保持部材を保持した状態で前記緩衝ブロックに着脱可能に固定される固定部材を備えることができる。
 上記の場合、前記保持部材は弾力性を有する樹脂材料により構成することができる。このような態様により、微細な抵抗管が折れ曲がることを防止できる。
 本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態の第2態様では、前記流体抵抗部はフィルタである。
 本発明に係る熱伝導度検出器の実施形態の第3態様では、前記排出部材の温度低下を防止する保温部をさらに備えている。このような態様により、流体抵抗部においてサンプルの詰まりを抑制することができる。
 上記第3態様において、前記保温部は、前記排出部材に接する熱伝導性ブロック及び前記熱伝導性ブロックを加熱するためのヒータを備えることができる。
   1   熱伝導度検出器
   2   セルブロック
   4   出口配管
   6   緩衝ブロック
   8   排出部材
   10   測定セル
   11   セル入口
   12   フィラメント
   13   セル出口
   14   緩衝空間
   15   流入口
   16   排出口
   18   突起
   20   抵抗管(流体抵抗部)
   22   保持部材
   24   固定部材
   26   シールリング
   30   断熱部材
   32   熱伝導性ブロック

Claims (8)

  1.  ガスとの間で熱交換を行なうためのフィラメントが配置された空間である測定セルが内部に設けられ、前記測定セルにガスを流入させるためのセル入口、及び、前記測定セルからガスを流出させるためのセル出口を備えているセルブロックと、
     前記セルブロックの前記セル出口に通じる出口流路と、
     内部に緩衝空間を有するとともに、ガスを前記緩衝空間へ流入させるための流入口及び前記緩衝空間からガスを排出するための排出口を有し、前記流入口が前記出口流路と流体接続されている緩衝ブロックと、
     前記排出口の流体抵抗を大きくするための流体抵抗部を保持し、前記排出口から排出されるガスに前記流体抵抗部を通過させるように前記緩衝ブロックに取り付けられ、前記流体抵抗部とともに前記緩衝ブロックから取り外すことができるように設けられている排出部材と、を備えた熱伝導度検出器。
  2.  前記流体抵抗部は抵抗管である、請求項1に記載の熱伝導度検出器。
  3.  前記抵抗管の外径は1mm以下である、請求項2に記載の熱伝導度検出器。
  4.  前記排出部材は、前記抵抗管の外周面を保持する保持部材、及び、前記保持部材を保持した状態で前記緩衝ブロックに着脱可能に固定される固定部材を備えている、請求項2に記載の熱伝導度検出器。
  5.  前記保持部材は弾力性を有する樹脂材料により構成されている、請求項4に記載の熱伝導度検出器。
  6.  前記流体抵抗部はフィルタである、請求項1に記載の熱伝導度検出器。
  7.  前記排出部材の温度低下を防止する保温部をさらに備えている、請求項1に記載の熱伝導度検出器。
  8.  前記保温部は、前記排出部材に接する熱伝導性ブロック及び前記熱伝導性ブロックを加熱するためのヒータを備えている、請求項7に記載の熱伝導度検出器。
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