(57)【要約】  アクチュエータは、支持板と、支持板と熱伝導的に接触しているポンプヘッドと、アクチュエータ本体とを有する。冷却手段は、支持板とアクチュエータ本体との間に配置される。冷却手段は、熱をポンプヘッドから除去してアクチュエータ本体に伝達する構造である。一実施形態では、冷却手段は、２枚の熱伝導板（低温側板と高温側板）と、低温側板と高温側板との間に熱伝導的に接触した状態で配置される熱電素子とを含む。低温側板は、支持板を介してポンプヘッドと熱的に連通されている。高温側板は、アクチュエータ本体と熱的に連通されている。熱電素子は、ポンプヘッドと熱的に連通している低温側板からアクチュエータ本体と熱的に連通している高温側板に熱を伝達することにより、ポンプヘッドから熱を除去する構造である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持板と、支持板の片側に固定されるポンプヘッドであって、支持板と熱的に接触しているポンプヘッドと、支持板の反対側に固定されるアクチュエータ本体と、支持板とアクチュエータ本体との間に配置されて熱的に連通されている冷却手段であって、熱をポンプヘッドから除去してアクチュエータ本体に伝達する構造である冷却手段とを備えるアクチュエータ。
【請求項２】
支持板と冷却手段との間に配置されるプレチラーユニットをさらに備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
冷却手段が、一方が支持板を介してポンプヘッドと熱的に連通しており、他方がアクチュエータ本体と熱的に連通している１組の熱伝導板と、１組の熱伝導板の間で熱伝導板と熱伝導的に接触している熱電素子であって、熱をポンプヘッドと熱的に連通している熱伝導板からアクチュエータ本体と熱的に連通している他方の熱伝導板に伝達することによりポンプヘッドから熱を除去する構造の熱電素子とを備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
熱が伝達される熱伝導板が、支持板と熱伝導的に接続している、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
熱が伝達される熱伝導板の周囲に絶縁体をさらに備える、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
熱が伝達される側の熱伝導板が、アクチュエータ本体と熱伝導的に接続している、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
熱が伝達される側の熱伝導板が、外面を有する、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
熱電素子が、アクチュエータ内部に配置される、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
プランジャをさらに備え、熱電素子はプランジャがポンプヘッドへと延びる際に通る穴を有する、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
プランジャをさらに備え、冷却手段が、一方が支持板を介してポンプヘッドと熱的に連通しており、他方がアクチュエータ本体と熱的に連通している１組の熱伝導板と、１組の熱伝導板の間で熱伝導板と熱伝導的に接触している複数の熱電素子で、プランジャがポンプヘッドへと延びる際に通る中央穴の周囲に配置される複数の熱電素子であって、各々がポンプヘッドと熱的に連通している熱電伝導板からアクチュエータ本体と熱的に連通している他方の熱伝導板に熱を伝達することによりポンプヘッドから熱を除去する構造である熱電素子とを備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
熱が伝達される熱伝導板と熱的に連通している温度センサをさらに備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
冷却手段が、単一のポンプヘッドのみから熱を伝導する構造である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
支持板によって冷却機構と分離されたチャンバをさらに備え、チャンバはアクチュエータからの流体の漏れを流すドレイン管を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
外面を有する熱伝導性部材と、加圧流体を流すためのチャンバを有するポンプヘッドと、ポンプヘッドを冷却する冷却手段であって、アクチュエータ内部のポンプヘッドと熱的に連通しており、熱をポンプヘッドから除去して外面を有する熱伝導性部材に伝達する構造である冷却手段とを備えるアクチュエータ。
【請求項１５】
熱伝導性部材が、ポンプヘッドに結合される圧力トランスデューサである、請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
熱伝導性部材がアクチュエータ本体である、請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
アクチュエータのポンプヘッドを冷却する方法であって、ポンプヘッドと熱伝導性支持板とを熱伝導的に接触させるステップと、冷却手段と支持板とを熱伝導的に接触させるステップと、冷却手段とアクチュエータ本体とを熱伝導的に接触させるステップと、熱をポンプヘッドから除去してアクチュエータ本体に伝達するように冷却手段を電気的に制御するステップとを含む、方法。
【請求項１８】
アクチュエータのポンプヘッドを冷却する方法であって、ポンプヘッドとアクチュエータの内部の冷却手段とを熱的に連通するステップと、冷却手段と外面を有するアクチュエータの熱伝導性部材とを熱的に連通するステップと、熱をポンプヘッドから除去して外面を有する熱伝導性部材に伝達するように冷却手段を電気的に制御するステップとを含む、方法。
【請求項１９】
支持板と、支持板の片側に固定されるポンプヘッドであって、支持板と熱的に接触しているポンプヘッドと、支持板の反対側に固定されるアクチュエータ本体と、流体流れがポンプヘッドに流入する前に流体流れを冷却するために、支持板と熱的に連通されているプレチラーユニットとを備えるアクチュエータ。
【請求項２０】
プレチラーユニットが、支持板とアクチュエータ本体との間に配置される、請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２１】
ポンプヘッドが、出口ポートと、入口ポートと、出口ポート入口ポートとの間に延在する流体チャンバと、穴開口部とを備え、アクチュエータはさらに、ポンプヘッドの穴開口部を通って流体チャンバへと延びるプランジャであって、ストローク位置の第１の送出端部とストローク位置の第２の吸入端部との間で変位可能なプランジャをさらに備え、プランジャがストローク位置の吸入端部にある時に、流体配管の流体容積は流体チャンバの流体容積より大きくなる、請求項２０に記載のアクチュエータ。
【請求項２２】
プランジャがストローク位置の吸入端部にある時、流体配管の流体容積は流体チャンバの流体容積の少なくとも２倍大きい、請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
プランジャがストローク位置の吸入端部にある時、流体配管の流体容積は流体チャンバの流体容積の少なくとも３倍大きい、請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
プレチラーユニットが、プレチラー本体と、プレチラー本体と熱的に連通している流体配管とを備える、請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
プレチラー本体が凹部を画定し、流体配管は凹部内に配置される、請求項２４に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
プレチラーユニットが、銅のプレチラー本体と、プレチラー本体と熱的に連通しているステンレス鋼の流体配管とを備える、請求項２４に記載のアクチュエータ。
【請求項２７】
プレチラーユニットを冷却するために配置される冷却モジュールをさらに備え、プレチラーユニットは支持板と冷却モジュールとの間に熱的に連通した状態で配置される、請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２８】
冷却手段が、一方がプレチラーユニットと熱的に連通しており、他方がアクチュエータ本体と熱的に連通している１組の熱伝導板と、１組の熱伝導板の間で熱伝導板と熱伝導的に接触している熱電素子であって、プレチラーユニットと熱的に連通している熱伝導板からアクチュエータ本体と熱的に連通している他方の熱伝導板に熱を伝達する構造の熱電素子とを備える、請求項２７に記載のアクチュエータ。
【請求項２９】
冷却モジュールが、冷却モジュール、プレチラーユニット、支持板、ポンプヘッドが熱伝導的に接続することによって、ポンプヘッドを冷却する構造である、請求項２７に記載のアクチュエータ。
【請求項３０】
加圧流体を流すためのチャンバを有するポンプヘッドと、流体流れがチャンバに流入する前に流体流れを冷却するためのプレチラーユニットとを備え、プレチラーの流体容積はチャンバの流体容積より大きい、アクチュエータ。
【請求項３１】
プレチラーの流体容積が、チャンバの流体容積の少なくとも２倍大きい、請求項３０に記載のアクチュエータ。
【請求項３２】
プレチラーの流体容積が、チャンバの流体容積の少なくとも３倍大きい、請求項３０に記載のアクチュエータ。
【請求項３３】
ＣＯ２の流れを分離カラムへと送るポンプを備え、ポンプは、第１のポンプヘッドと、ＣＯ２の流れが第１のポンプヘッドを通過する前にＣＯ２の流れを冷却する第１のプレチラーユニットとを備える第１のアクチュエータ、および第２のポンプヘッドと、ＣＯ２の流れが第１のプレチラーを通過した後、第２のポンプヘッドを通過する前に、ＣＯ２の流れを冷却する、第１のプレチラーと流体連通した第２のプレチラーユニットとを備える第２のアクチュエータを備える、超臨界流体クロマトグラフィーシステム。
【請求項３４】
第１のアクチュエータが、第１のプレチラーと熱的に連通している第１の支持板と、第１の支持板の片側に固定された第１のアクチュエータ本体とを備え、第１のポンプヘッドは第１の支持板の反対側に固定される、請求項３３に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項３５】
第１のプレチラーユニットが、第１の支持板と第１のアクチュエータ本体との間に配置される、請求項３４に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項３６】
第２のアクチュエータが、第２のプレチラーと熱的に連通している第２の支持板と、第２の支持板の片側に固定された第２のアクチュエータ本体とを備え、第２のポンプヘッドは第２の支持板の反対側に固定される、請求項３４に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項３７】
第２のプレチラーユニットが、第２の支持板と第２のアクチュエータ本体との間に配置される、請求項３６に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項３８】
第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとが、流体流れが、第１のプレチラーを通過し、その後、第２のプレチラーを通過し、その後、第２のポンプヘッドを通過し、その後、第１のポンプヘッドを通過するように直列に流体接続される、請求項３３に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項３９】
ポンプからＣＯ２の流れを受け取るための分離カラムをさらに備える、請求項３３に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項４０】
ＣＯ２の流れを第１の温度で維持された第１のアクチュエータに通過させることによりＣＯ２の流れを冷却するステップと、ＣＯ２の流れを第１の温度未満の第２の温度で維持された第２のアクチュエータに通過させることによりＣＯ２の流れをさらに冷却するステップと、その後、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを使用して、ＣＯ２の流れを分離カラムに向かって送出するステップとを含む方法。
【請求項４１】
第１のアクチュエータが第１のプレチラーユニットを備え、第２のアクチュエータは第２のプレチラーユニットを備え、ＣＯ２の流れを第１のアクチュエータに通過させるステップは、ＣＯ２の流れを第１のプレチラーユニットに通過させるステップを含み、ＣＯ２の流れを第２のアクチュエータに通過させるステップは、ＣＯ２の流れを第２のプレチラーユニットに通過させるステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
ＣＯ２の流れを分離カラムに向かって送出するステップが、ＣＯ２の流れを第２のアクチュエータのポンプヘッドに通過させるステップと、ＣＯ２の流れを第１のアクチュエータのポンプヘッドに通過させるステップとを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
ＣＯ２の流れを第１のプレチラーユニットに通過させることによりＣＯ２の流れを第１の温度に冷却するステップと、ＣＯ２の流れを第２のプレチラーユニットに通過させることによりＣＯ２の流れを第１の温度未満の第２の温度にさらに冷却するステップと、その後、ポンプを使用してＣＯ２の流れを分離カラムに向かって送出するステップとを含む方法。
【請求項４４】
ポンプが、（Ｉ）第１のアクチュエータであって、（Ａ）第１のポンプヘッドと、（Ｂ）第１のプレチラーとを備えるアクチュエータと、（ＩＩ）第２のアクチュエータであって、（Ａ）第２のポンプヘッドと、（Ｂ）第２のプレチラーとを備えるアクチュエータとを備え、ＣＯ２の流れを分離カラムに向かって送出するステップは、ＣＯ２の流れを第２のポンプヘッドに通過させるステップと、その後、ＣＯ２の流れを第１のポンプヘッドを通過させるステップとを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
計量装置を使用してＣＯ２を分離カラムに向かって送出するステップと、正確な質量流量を達成するために計量装置の温度を制御するステップとを含む方法。
【請求項４６】
計量装置が、冷却モジュールを備え、計量装置の温度を制御するステップは、計量装置のポンプヘッドから熱を除去するために冷却モジュールを電気的に制御するステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
サンプルプラグを計量装置と分離カラムとの間のＣＯ２の流れに導入するステップをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／４５１，２０９号の優先権を主張するものである。米国仮特許出願第６１／４５１，２０９号の内容全体を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、全般的にはアクチュエータに関する。特に、本発明は、アクチュエータのポンプヘッドを冷却するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＦＣ）は、主成分として一般的に二酸化炭素（ＣＯ２）を利用した高圧縮性移動相を使用するものである。確実にこの成分が液体内に残るようにするために、ポンプが臨界温度未満の温度まで冷却される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本発明は、支持板と支持板の片側に固定されるポンプヘッドとを備えたアクチュエータを特徴とする。ポンプヘッドは、支持板と熱的に接触している。アクチュエータ本体は、支持板の反対側に固定される。冷却手段は、支持板とアクチュエータ本体との間で熱的に連通して配置される。冷却手段は、ポンプヘッドから熱を除去して、熱をアクチュエータ本体に伝達する構造である。
【０００５】
別の態様では、本発明は、外面を有する熱伝導性部材と、加圧流体を流すためのチャンバを有するポンプヘッドと、ポンプヘッドを冷却する冷却手段とを有するアクチュエータを特徴とする。冷却手段は、内部でポンプヘッドと熱的に連通している。冷却手段は、熱をポンプヘッドから除去して外面を有する熱伝導性部材に伝達する構造である。
【０００６】
別の態様では、本発明は、アクチュエータのポンプヘッドを冷却する方法を特徴とする。該方法は、ポンプヘッドと熱伝導性支持板とを熱伝導的に接触させるステップと、冷却手段と支持板とを熱伝導的に接触させるステップと、冷却手段とアクチュエータ本体とを熱伝導的に接触させるステップと、熱をポンプヘッドから除去してアクチュエータ本体に伝達するように冷却手段を電気的に制御するステップとを含む。
【０００７】
さらに別の態様では、本発明は、アクチュエータのポンプヘッドを冷却する方法を特徴とする。該方法は、ポンプヘッドとアクチュエータの内部の冷却手段とを熱的に連通するステップと、冷却手段と外面を有するアクチュエータの熱伝導性部材とを熱的に連通するステップと、熱をポンプヘッドから除去して外面を有する熱伝導性部材に伝達するように冷却手段を電気的に制御するステップとを含む。
【０００８】
本発明の上述の利点および他の利点は、以下の説明と添付図面とを参照することでより良く理解されるであろう。複数の図面において、同様の参照符号は同様の構造要素および機構を指すものとする。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、本発明の原理を説明することに重点を置くものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ポンプヘッドを冷却する内部冷却モジュールを有する構造のアクチュエータの一実施形態の断面図である。
【図２】アクチュエータの拡大図である。
【図３】内部冷却モジュールの一実施形態を有する構造のアクチュエータの断面図である。
【図４】内部冷却モジュールを有する構造のアクチュエータの写真である。
【図５】内部冷却モジュールによって得られた試験結果のグラフである。
【図６】プレチラーユニットの一実施形態を有する構造のアクチュエータの断面図である。
【図７】図６に示されたアクチュエータを使用した超臨界流体クロマトグラフィーシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で説明されるポンプヘッドの温度を独立して制御するための冷却モジュールは、アクチュエータ内部に設置される。概要としては、該冷却モジュールは、熱をポンプヘッドから除去して外面を有するアクチュエータの部材、機構、または構成部品、好ましくは、熱伝導性のアクチュエータ本体自体に伝達する。一実施形態では、冷却モジュールは、２枚の熱伝導板の間に挿置された熱電素子から成る。熱伝導板の一方は、（例えば、支持板を介して）ポンプヘッドと熱的に連通し、熱伝導板の他方は、アクチュエータ機構と熱的に連通している。
【００１１】
有利には、冷却モジュールは使用者の目には見えない、すなわち、いくつかの実施形態では、アクチュエータの利用者がアクセスできる領域に新しい部品は存在せず、冷却モジュールは支持板の裏側に配置されている。メンテナンスの観点から見れば、冷却モジュールをアクチュエータ内に設置するのにポンプヘッド部品を変更する必要がないので、ポンプヘッドシールを交換する新しい手順が必要でない。これらの利点の中でも、冷却モジュールを形成するのに使用されるソリッドステート構成部品はメンテナンスの必要がない。さらに、冷却モジュールは、ポンプヘッドの熱的安定性を向上させ、周囲温度に関係なく密度制御を改善し、流体の圧力が既知である条件下で正確な質量流量を達成することができる。
【００１２】
図１および図２は、ポンプヘッド１２とアクチュエータ本体１４とを有するアクチュエータ１０の一実施形態を示している。（図２は、ポンプヘッド１２近くのアクチュエータ１０の拡大図である）。ポンプヘッド１２は、一端が圧力トランスデューサ１６に固定され、他端が支持板１８の片側に固定される。支持板１８の反対側に固定されるのは、アクチュエータ本体１４である。一実施形態では、アクチュエータ１０は、バイナリソルベントマネージャ（ＢＳＭ）の一部であり、２つの別個のシリアルフローポンプを使用して、リザーバから溶媒を取り出して溶媒組成物を送出する。ＢＳＭの実装例としては、Ｗａｔｅｒｓ社（ミルフォード、マサチューセッツ州）製のＡＣＱＵＩＴＹバイナリソルベントマネージャがある。
【００１３】
ポンプヘッド１２は、出口ポート２０と、入口ポート２２と、流体チャンバ２４と、穴開口部２６と、支持板１８に固定されるハウジング３０を受承して位置合わせする凹部２８とを含む。ポンプヘッド１２内の流体チャンバ２４は、それぞれ流体を受け取って排出するための出口ポート２０および入口ポート２２と流体連通している。いくつかの実施形態では、ハウジング３０は、内部に液体を集めて、プランジャ表面に付着する可能性のある任意の微粒子が付着したプランジャを洗浄するチャンバを備える。例えば、低圧シールアセンブリ３２および高圧シールアセンブリ３４のようなシールアセンブリは、ハウジング３０内に液体を収容する働きをする。
【００１４】
アクチュエータ本体１４は、モータ３６と、プランジャ４０に機械的に連結された駆動機構３８とを含む。プランジャ４０は、ポンプヘッド１２の穴開口部２６を通って流体チャンバ２４へと延びる。本明細書に記載されている冷却機構は、往復動プランジャと接続された状態で示されているが、例えば、回転して固定子に取り付けられた回転子を回転させるシャフトのような回転シャフトを有するアクチュエータを使用してもよい。用語「ロッド」は、本明細書では、往復式もしくは回転式に関係なく、プランジャ、シャフト、ロッド、およびピストンまで広い意味で使用されている。参照符号４２は、アクチュエータ本体１４内の隔室に対応し、図３に関連して説明されているように、ポンプヘッド１２の温度を制御する冷却モジュールを収容するように採用することができる。
【００１５】
図３は、ポンプヘッド１２の冷却を独立して制御するための内部冷却モジュール５０の一実施形態を有する構造のアクチュエータ１０の断面図である。冷却モジュール５０は、低温側板５４と高温側板５６との間に配置された熱電素子５２を含む。一実施形態では、熱電素子５２はペルティエ素子であり、電力を使用して、片側から反対側に熱を伝達するヒートポンプとして動作することにより素子の両側で温度差を発生させる。生じる温度差は、複数の変数、すなわち、熱電素子５２の材料特性、低温側から除去される熱量、チャンバの平均温度、および駆動電流／電圧によって決まる。この実施形態では、熱電素子は、プランジャ４０を収容する中央穴を有する。プランジャの運動を妨げなければ、他の形状の熱電素子を使用してもよい。
【００１６】
低温側板５４は、支持板１８と熱伝導的に接触している。支持板１８の材料は、熱伝導率を向上させるように選択される。高温側板５６は、アクチュエータ本体１４と熱伝導的に接触している。アクチュエータ本体１４以外に、またはアクチュエータ本体１４に加えて、アクチュエータの他の熱伝導性部材、機構、または構成部品が、高温側シンクとして機能してもよい。低温側板５４および高温側板５６も同様に、プランジャ４０を収容する中央穴を有する。熱電チップ５２の動作を制御する電極（図示せず）は、絶縁体５８と高温側板５６との間に延在する。一実施形態では、高温側板５６は銅製である。絶縁体５８は、低温側板５４および熱電チップ５２の周囲に配置されて、低温側板５４および熱電チップ５２を周囲環境から絶縁し、高温表面と低温表面との間の熱的連通を最小限に抑える。高温側板５６は、熱が高温側板５６から周囲環境に直接放射されるように外面６０を有する。留め具６２は、冷却モジュール５０を支持板１８に固定する。冷却モジュールの動作時に、低温側板５４は、熱をポンプヘッド１２から取り出して高温側板５６に伝達する。熱は、高温側板５６からアクチュエータ本体１４に伝達され、熱はアクチュエータ本体１４から周囲環境へと放射される、伝導される、または対流する。高温側を冷却するのに、高温側にヒートシンク、ファン、および／または液体冷却装置が使用されてもよい。
【００１７】
アクチュエータ内の１つまたは複数の位置で、フィードバック制御するために温度測定がなされてもよい。好適な実施形態では、低温側板５４に、または低温側板５４の近くに温度センサが配置される。
【００１８】
図４は、内部冷却モジュールを有する構造のアクチュエータの２枚の異なる角度からの写真である。冷却モジュールの見えている部分は、高温側板５６と絶縁体５８である。
【００１９】
図５は、内部冷却モジュールの一実施形態によって得られた試験結果のグラフである。ｘ軸は、ペルティエ素子５２が動作されるデューティーサイクルに相当する。ｙ軸は、ポンプヘッドから除去され、低温側板から高温側板に伝達された熱量（ワット）である。４つのプロットはそれぞれ、ペルティエ素子の動作電圧（１０ｖもしくは１２ｖ）およびファンサイズ（小型もしくは大型）の４つの試験の組み合わせの１つを示している。赤い横線は、好ましい除去熱量を示している。４つのプロットは、冷却モジュールが１００％のデューティーサイクルで動作した時に、除去熱量は、好ましい除去熱量に対して２０から５０％のマージンが得られることを示している。
【００２０】
別の実施形態では、プレチラーユニットが、支持板１８と冷却モジュール５０の低温側板５４との間に配置される（例えば、ボルト締めされる）。図６は、該プレチラーユニット７０を有する構造のアクチュエータ１０の断面図である。プレチラーユニット７０は、流体が流体チャンバ２４に流入する前に流体を冷却するように機能する。
【００２１】
プレチラーユニット７０は、支持板１８および低温側板５４と熱伝導的に接触しているプレチラー本体７２を含む。プレチラー本体７２は、熱伝導性材料（例えば、銅）から成る。プレチラー本体７２は、プランジャ４０を収容する貫通孔７４を形成する。
【００２２】
アクチュエータ本体１４とポンプヘッド１２との間にプレチラーユニット７０を追加することにより部品数が増えるので、より大きな公差の積み上げを生じてしまう。この問題を克服するために、低圧シールアセンブリ３２の後方のプランジャ４０（プランジャ４０の近位端部４１）の長さを延長可能にしてもよい。
【００２３】
さらに、プレチラーユニット７０は、プレチラー本体７０の凹部７７内に配置され、プレチラー本体７０と熱的に連通した流体配管７６を含む。流体配管７６は、耐熱エポキシによって凹部７７内で保持される。あるいは、またはさらには、プレチラー本体７０と流体配管７６との間の熱伝達を確実にするために、凹部７７に熱グリースが使用されてもよい。あるいは、またはさらには、凹部７７内で流体配管７６を保持してプレチラー本体７０との熱的連通を確実にするために、はんだが使用されてもよい。代わりに、銅板内に溝が機械加工されてもよい。流体配管７６は、貫通孔７４を取り囲み、プレチラーユニット７０の流体容積を画定する５巻きの０．０４０内径のステンレス鋼管７８を含む。プレチラーユニット７０の流体容積は、好ましくは、流体チャンバ２４の流体容積（すなわち、プランジャ４０が吸入ストロークの端部に位置する場合に流体を受け取ることができる容積）より大きく、例えば、約１４０μＬより大きい。この点に関して、プレチラーユニット７０は、約４００μＬから約５００μＬ、例えば、約４２６μＬの流体容積を有することができる。プレチラーユニット７０の流体容積は、流体チャンバ２４の流体容積の約３倍より大きくすることができる。流体配管７６は、管７８に接続された、または管７８と一体になった入口８０と出口８２とを含み、このことにより外側の流体接続が可能になる。
【００２４】
動作時に、低温側板５４は、熱をプレチラーユニット７０から取り出して高温側板５６に伝達する。熱は、高温側板５６からアクチュエータ本体１４に伝達され、熱はアクチュエータ本体１４から周囲環境へと放射される、伝導される、または対流する。プレチラーユニット７０の冷却も同様に、ポンプヘッド１２と支持板１８との熱伝導的接触および支持板１８とプレチラーユニット７０との熱伝導的接触によって、ポンプヘッド１２を冷却する効果がある。
【００２５】
図７は、図６のアクチュエータ１０を利用した超臨界流体クロマトグラフィーシステム１００を示す図である。ＳＦＣシステム１００は、ソルベントマネージャ１１０、ＳＦＣマネージャ１４０、サンプルマネージャ１７０、カラムマネージャ１８０、および検出器モジュール１９０を含む複数の積み重ね可能なモジュールを含む。
【００２６】
ソルベントマネージャ１１０は、二酸化炭素（ＣＯ２）源１０２（例えば、圧縮ＣＯ２を入れたタンク）からＣＯ２を受け取る第１のポンプ１１２から成る。ＣＯ２は、第１のポンプ１１２に向かう途中で、ＳＦＣマネージャ１４０の入口遮断弁１４２およびフィルタ１４４を通過する。第１のポンプ１１２は、直列に接続されたアキュムレータアクチュエータ１０ａと主アクチュエータ１０ｂとを備える。アキュムレータアクチュエータ１０ａは、ＣＯ２をシステム１００に送る。主アクチュエータ１０ｂは、アキュムレータアクチュエータ１０ａを補充し、アキュムレータアクチュエータ１０ａを補充しながらシステム１００にＣＯ２を送る。
【００２７】
アキュムレータアクチュエータ１０ａおよび主アクチュエータ１０ｂはそれぞれ、図６に示されている構造を有し、ＣＯ２の多段階プレ冷却を実行するように設計される。ＣＯ２は、ＳＦＣマネージャ１４０からアキュムレータアクチュエータ１０ａのプレチラーユニット７０ａを通って移動する。アキュムレータアクチュエータ１０ａは、内部冷却モジュールによって約１２℃の温度に制御される。ＣＯ２は、アキュムレータアクチュエータ１０ａのプレチラーユニット７０ａを通過した後、主アクチュエータ１０ｂのプレチラーユニット７０ｂ内を移動する。主アクチュエータ１０ｂは、内部冷却モジュールによって約２℃の温度に制御される。
【００２８】
ＣＯ２は、比較的低い圧力（例えば、約７００ｐｓｉから約１２００ｐｓｉ）でプレチラーユニット７０ａ、７０ｂの両方を通過した後に、主アクチュエータ１０ｂの流体チャンバを通過し（例えば、図６のアイテム２４を参照）、その後、アキュムレータアクチュエータ１０ａの流体チャンバを通過する。
【００２９】
アキュムレータアクチュエータ１０ａは１２℃に制御されるので、ＣＯ２は、アキュムレータアクチュエータ１０ａのプレチラーユニット７０ａを通過する時は、おそらくガス状になると考えられる。確実にＣＯ２がシステム１００に液状で送られるようにするために、ＣＯ２の液化は主アクチュエータ１０ｂによって行われる。プレチラーユニット７０ｂの流体容積は主アクチュエータの流体チャンバの流体容積（すなわち、プランジャが吸入ストロークの端部に達した時の容積）より大きいので、確実に十分な容積のＣＯ２が利用可能であり、ＣＯ２がアキュムレータアクチュエータ１０ａのポンプヘッドを通過する前に、主アクチュエータ１０ｂがＣＯ２を液化することができる。
【００３０】
アキュムレータアクチュエータ１０ａは、システム１００へのＣＯ２の流れを計量する計量装置の働きをする。アキュムレータアクチュエータ１０ａの温度を（例えば、内部冷却モジュールによって）制御することができるのは、特に、有利である場合がある。さらに具体的には、質量流量は、温度さらには圧力および体積流量に左右される。したがって、温度を制御することができることにより、より正確な質量流量が得られ、そして、より正確なクロマトグラフィーを提供することができる。
【００３１】
一部の例では、ソルベントマネージャ１１０はさらに、第２のポンプ１１４を含む。第２のポンプ１１４は、有機共溶媒源１０４から有機共溶媒（例えば、メタノール、水（Ｈ２Ｏ）など）を受け取るために直列接続された主アクチュエータ１１６とアキュムレータアクチュエータ１１８とを備えることができる。アキュムレータアクチュエータ１１８は、共溶媒をシステム１００に送る。主アクチュエータ１１６は、アキュムレータアクチュエータ１１８を補充しながらシステム１００に共溶媒を送る。
【００３２】
圧力を監視するために、それぞれのポンプヘッドの出口ポートにトランスデューサが接続される。ソルベントマネージャ１１０はさらに、第１のポンプ１１２および第２のポンプ１１４の主アクチュエータおよびアキュムレータアクチュエータを駆動するための電気駆動装置を含む。ＣＯ２および有機共溶媒の流体流れはティー部１２０で混合されて、注入弁サブシステム１５０へと続く移動相流体流れを形成し、注入弁サブシステム１５０は移動相流体流れに分離するためのサンプルプラグを注入する。
【００３３】
図示されている例では、注入弁サブシステム１５０は、ＳＦＣマネージャ１４０内に配置された補助弁１５２と、サンプルマネージャ１７０内に配置された注入弁１５４とから成る。補助弁１５２と注入弁１５２とは流体接続され、これら２つの弁の動作は、サンプルプラグを移動相流体流れに導入するように調整される。注入弁１５４は、サンプルマネージャ１７０内のサンプル源（例えば、バイアル）からサンプルプラグを抽出するように動作し、補助弁１５２は、注入弁１５４に対して出入りする移動相流体の流れを制御するように動作する。ＳＦＣマネージャ１４０はさらに、補助弁１５２作動させる弁アクチュエータと、弁の作動を駆動するための電気駆動装置とを含む。同様に、サンプルマネージャ１７０はさらに、注入弁１５４を作動させる弁アクチュエータと、弁の作動を駆動するための電気駆動装置とを含む。
【００３４】
注入されたサンプルプラグを含有する移動相流れは、注入弁サブシステム１５０から、カラムマネージャ１８０内の分離カラム１８２内へと移動し、ここでサンプルプラグは個々の構成成分に分離される。カラムマネージャ１８０は、複数の分離カラムと、種々の分離カラム間の切り替えを行うための入口切り替え弁１８４および出口切り替え弁１８６とを備える。
【００３５】
移動相流体流れは、分離カラム１８２を通過した後、検出器モジュール１９０内に収容されている検出器１９２（例えば、フローセル／フォトダイオードアレイ式の検出器）へと移動し、その後、排出弁１４６を通って、廃棄物入れ１０６へと廃棄される前にＳＦＣマネージャ１４０内の背圧調整器１４８へと移動する。排出弁１４６と背圧調整器１４８との間に、トランスデューサ１４９が配設される。
【００３６】
背圧調整器１４８は、システムの流体圧力を制御する、または変更するように調節可能である。このことにより、システムの稼働ごとに圧力を変更することができる。ＣＯ２の性質は化合物が分離カラム１８２から抽出される速さに影響を与えるので、圧力を変更できることで圧力に基づいた異なる分離が可能になる。通常、背圧調整器１４８は、システム圧力を約１５００ｐｓｉから約６０００ｐｓｉの範囲で維持するのに使用される。
【００３７】
さらに図７には、概略的に示されるように、コンピュータによるシステム制御装置１０８が示されており、これはＳＦＣシステム１００の調整動作を支援することができる。個々のモジュール１１０、１４０、１７０、１８０、１９０の各々はさらに、自身の制御電子回路を含み、イーサネット（登録商標）接続１０９を介して互いに、かつシステム制御装置１０８とインターフェースをとることができる。各々のモジュールの制御電子回路は、システム制御装置１０８または他のモジュールから受信した信号に応答してそれぞれのモジュールの部品（例えば、ポンプ、弁など）の動作を制御するためのコンピュータ可読命令（ファームウェア）を有する不揮発性メモリを含んでもよい。各々のモジュールの制御電子回路はさらに、コンピュータ可読命令を実行し、入力を受信し、出力を送信するための少なくとも１つのプロセッサを含んでもよい。制御電子回路はさらに、プロセッサの１つからのデジタル出力を、ポンプまたは弁のうちの関連ポンプまたは弁を（例えば、関連ポンプまたは弁のアクチュエータによって）作動させるためのアナログ信号に変換するための１つまたは複数のデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を含んでもよい。制御電子回路はさらに、例えば、システムセンサ（例えば、圧力トランスデューサ）からのアナログ信号をプロセッサの１つに入力するデジタル信号に変換するための１つまたは複数のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含んでもよい。一部の例では、これらの制御電子回路の種々の機構の一部または全てがマイクロコントローラに組み込まれてもよい。
【００３８】
流体がポンプヘッドの流体チャンバに流入する前に流体を冷却するのにプレチラーが使用される一実施形態について説明したが、別の実施形態では、流体がポンプヘッドから出た後に流体を冷却するプレチラーユニットを使用してもよい。
【００３９】
本発明は、特定の好適な実施形態に関して図示および説明したが、当然、当業者は、以下の請求項によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、これらの実施形態の形態や細部は種々の変更がなされてもよいことは理解できるであろう。例えば、本明細書では、主に、往復式プランジャの用途に関して説明したが、冷却システムの種々の実施形態は、ロータリー式プランジャの用途でも使用可能である。さらに、必要であれば、より大きな負荷を除去するために、本明細書で説明した冷却モジュールとともに他の熱除去手段が使用されてもよい。また、ＳＦＣ用途に関して説明したが、本発明の原理は、ポンプヘッドの温度制御が望ましい任意の他のタイプの用途で使用されるアクチュエータにおいて実現されてもよい。例えば、ポンプヘッドの温度制御により、周囲温度に関係なく、例えば、ＨＰＬＣおよびＵＰＬＣのような他のタイプの液体クロマトグラフィーの用途でより再現可能で正確な結果が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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