(57)【要約】【課題】  流体中の凝縮物の分離する電子冷却器に関し、多段の冷却機能を有したコンパクトな電子冷却器、およびこれを用いたエネルギー効率の高いコンパクトな高精度の分析装置を提供する。【解決手段】  １以上の流路の冷却機能を有する電子冷却器において、１つの流路の一部に複数の排出路を有することを特徴とする。また、１つの流路の一部に複数の供出路を有することを特徴とする。さらに、ｎ番目の排出路がｎ＋１番目の排出路の内部に配すること、流路にスパイラル部材を配置したことを特徴とする。また、これらのいずれかの電子冷却器を試料処理部に用いたことを特徴とする。【選択図】図１
2005098620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の流体通路（流路）の冷却機能を有する電子冷却器において、１つの流路の一部に複数の凝縮物排出路（排出路）を有することを特徴とする電子冷却器。
【請求項２】
前記１つの流路の一部に複数の試料供出路（供出路）を有することを特徴とする請求項１記載の電子冷却器。
【請求項３】
前記ｎ番目の排出路がｎ＋１番目の排出路の内部に配することを特徴とする請求項１または２に記載の電子冷却器。
【請求項４】
前記流路にスパイラル部材を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子冷却器。
【請求項５】
前記１つの流路に複数の温度検出素子を該流路に沿って配置し、該流路の温度を複数の異なる設定温度によって制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子冷却器。
【請求項６】
複数の冷却素子を前記流路に沿って配置し、流体の温度を順次低下するように温度制御を行う流路を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子冷却器。
【請求項７】
前記設定温度を電子冷却器に導入する流体中の凝縮物含有量に応じて変更可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子冷却器。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれかの電子冷却器を試料処理部に用いたことを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の凝縮物の分離、例えば試料ガス中の水分を除去するために用いられる電子冷却器およびこれを用いた分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発生源用分析装置や環境大気用分析装置あるいは自動車排気ガス分析装置などの大気汚染分析装置においては、試料流体中の除湿を目的として、電子冷却器（以下「冷却器」という。）が多用されている。また、化学プロセスを始め、各種研究用・現場用の成分測定用の分析装置にも冷却器は多く利用されている。
【０００３】
一般に、前記冷却器として、例えば図１０に示すものが知られている（例えば特許文献１参照）。すなわち、図１０において、２１はサーモモジュールで、これを両側からセラミックなどの絶縁性素材よりなる一対の支持プレート２２，２３で支持すると共に、この支持プレート２２，２３間の全周に充填して形成されたシーリング材としてのシリコンゴムよりなる密閉壁２４でサーモモジュール２１を支持プレート２２，２３に封入して冷却部２５が形成されている。２６は冷却部２５の冷却面である支持プレート２２に重ねられた熱交換器で、この熱交換器２６と冷却器２５との間には、それらの熱伝導をよくするために、シリコングリス膜２７を介在させている。２８は熱交換器２６を貫通して設けられたガス供給管で、これに除湿されるサンプルガスが供給される。２９は冷却部２５の放熱面である支持プレート２３側に配置されたフィンなどで形成された放熱部材である。３０は熱交換器２６に重ねた固定プレートで、その両端ブロック図を貫通する固定ボルト３１を、放熱部材２９に形成されたねじ孔３２にねじ込んで、熱交換器２６、冷却部２５が互いに固定されて、冷却器が構成される。このように構成された冷却器においては、ガス供給管２８に供給されたサンプルガスが熱交換器２６を通過する間に、サンプルガスが含む水分をガス供給管２８の内面に結露させて除去することができる。
【０００４】
一方、分析装置の性能は、試料採取部に用いた上記のような冷却器の除湿能力つまり冷却能力に依存することが多い一方、二酸化硫黄（ＳＯ2 ）や二酸化窒素（ＮＯ2 ）のように水分に溶解し易い測定成分については、冷却部での溶解損失が大きいことから、各種の工夫が必要となる。例えば、通常は図１１のように、試料をドレンセパレータ１２に供給し雰囲気温度で凝縮水を分離した後、冷却器１０に導入して凝縮・除湿する方法が採られるが、除湿のための冷却温度が２〜５℃として設定されることが多く急冷による溶解損失が多くなることから、ドレンセパレータ後に２段の冷却器を設け、いわゆる３段階除湿により徐々に冷却除湿を行うことが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
具体的には、図１２に示すような方法によって試料が除湿処理される。加熱配管１１にて加熱されつつ、多量の水分を含む試料がドレンセパレータ１２に供給され、凝縮水が分離される。このときドレンセパレータ１２は例えば約４０℃で保温され、溶解損失を一定にすることができる。次に試料は４０℃程度に温度調節（温調）された配管１３を通じて設定温度が例えば２０℃の初段冷却器１０ａに送られ、２０℃で冷却除湿され再び凝縮水が分離される。さらに試料は設定温度が例えば２℃の第２段の冷却器１０ｂに供給され、２℃で冷却除湿され３度目の凝縮水の分離が行われる。こうして溶解損失率を減少し、かつ一定の溶解損失率で冷却除湿することができることによって、測定誤差の低減を図るものである。
【特許文献１】実開平６−６３１１７号公報
【特許文献２】特公昭５６−２５９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の方式の除湿器では、試料の冷却のみならず、凝縮水の発生に伴い全ての凝縮水を設定温度まで冷却することとなり、冷却素子の負担が大きくなることがある。また、多段除湿にあっては、その段数に応じた数量の冷却器が必要となり、装置の大型化を招くおそれがある。さらに、初段冷却器にて冷却された試料を第２段の冷却器に供給する場合、夏季などにおいては一旦配管によって雰囲気温度に加温されることとなり、第２段の冷却器に対して負荷を与える可能性がある。あるいは、こうした条件を緩和するために、各部材の配置等に別途の工夫が必要となるなどの装置構成上の制約を受けることとなる。
【０００７】
つまり、本発明の解決しようとする課題は、冷却素子の負担を軽減するとともに、多段の冷却機能にも対応可能で、効率の良い気液分離が可能なコンパクトな電子冷却器を提供するとともに、これを用いたエネルギー効率の高いコンパクトな高精度の分析装置を提供する点である。また、併せて両者の部品点数を削減して製作費用を低減することのできる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す電子冷却器およびこれを用いた分析装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
本発明は、１以上の流体通路（流路）の冷却機能を有する電子冷却器において、１つの流路の一部に複数の凝縮物排出路（排出路）を有することを特徴とする。本発明者は、気液が混合する試料においては気体の顕熱よりもはるかに大きな潜熱を吸収し冷却する必要があることから、凝縮物の冷却を最小限にすることが冷却器の熱効率の改善に非常に有効であることを見出したもので、１つの流路に複数の排出路を設けることで、冷却素子の負担を軽減するとともに、多段の冷却機能にも対応可能で、効率の良い気液分離が可能なコンパクトな電子冷却器を提供することができる。
【００１０】
また、前記１つの流路の一部に複数の試料供出路（供出路）を有することを特徴とする。前記多段の冷却機能を応用し、こうした構成によって、複数の露点の試料を同時に取出すことができる。例えば、測定対象として水溶性の測定成分（水溶性成分）を含む分析装置の試料処理部において、水溶性成分を溶解の少ない温度での除湿処理を行って測定し、他の成分はさらに低温での除湿処理を行い測定することによって、各成分の性状に合った最適の処理方法を選択し精度よく測定することができる。
【００１１】
ここで、前記ｎ番目の排出路がｎ＋１番目の排出路の内部に配することを特徴とする。１つの流路に複数の排出路を効率的な配するためには、排出路を多重構造にすることが適切であることを案出したもので、排出路のコンパクト化と合わせ、先に分離した凝縮水を冷却素子から順次遠くに配することで吸収される潜熱を大きく減少させることができ、さらに効率の良い気液分離を可能とすることができる。
【００１２】
また、前記流路にスパイラル部材を配置したことを特徴とする。こうした構造によって所定の容積空間における管壁との接触時間を大きくするとともに、スパイラル部材の内芯を多重管とすることで支柱の役割とともに排出路の確保に有効となり、より一層効率の良い気液分離が可能なコンパクトな電子冷却器を提供することができる。
【００１３】
本発明は、前記１つの流路に複数の温度検出素子を該流路に沿って配置し、該流路の温度を複数の異なる設定温度によって制御することを特徴とする。冷却器の流路において複数の温度検出素子（温度センサ）を該流路に沿って配置し複数の異なる設定温度によって制御することによって、流路の最適温度分布の多段制御をすることができるとともに、発生する凝縮水を各段ごとに設けられた排出路で処理することで、多段の冷却機能を有したコンパクトな電子冷却器を提供することができる。
【００１４】
また、本発明は、複数の冷却素子を前記流路に沿って配置し、流体の温度を順次低下するように温度制御を行う流路を有することを特徴とする。複数の冷却素子を流路に沿って配し所望の冷却温度に到達するまでに段階的に低下させていくことで、各冷却素子の能力を相互に補完することができるとともに、発生する凝縮水を各段階ごとに設けられた排出路で処理することで、流路内での冷却速度のバラツキを少なくし、凝縮量のバラツキを抑制することができる。
【００１５】
また、前記設定温度を電子冷却器に導入する流体中の凝縮物含有量に応じて変更可能であることが好適である。冷却器内での凝縮物の発生は、流体中の特定物質の凝縮物への溶解損失を招くことがあり、凝縮物への溶解を最小にするには、多段冷却による多段階の凝縮が好ましい。また、凝縮物への溶解は、冷却器に導入される試料中の凝縮物含有量によって変化する。従って、凝縮物への溶解に伴う損失などを最小限に止め安定した冷却器の特性を得るためには、試料中の凝縮物含有量に応じて流路の設定温度を調整し、最適な温度分布の制御をすることが好ましい。
【００１６】
本発明は、上記のいずれかの電子冷却器を試料処理部に用いた分析装置において好適である。こうした冷却器は１つの器材で、優れた熱効率を有するとともに、多段の冷却除湿を行うことができることから、分析装置の試料採取部における除湿器として利用することによって、エネルギー効率の高いコンパクトな高精度の分析装置を提供するが有効である。具体的には、水溶性成分を含む試料を冷却除湿する場合などにおいて、段階的に目的とする冷却温度に到達することによって凝縮水の発生速度を略均一化し、また発生する凝縮水を各段階ごとに設けられた排出路で処理することで、凝縮水への溶解に伴う損失の発生を最小限に抑えることによって測定誤差を大きく低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明は、多段の冷却機能にも対応可能で、試料を効率よく冷却することができるという利点がある。また、部品点数も大幅に減らすことができるので製作コストを低減することができるという利点がある。特に分析装置の試料処理部における除湿器として利用することによって、溶解損失による測定誤差を大きく低減し、エネルギー効率の高いコンパクトな高精度の分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一例を示す電子冷却器の構成図である。図１（Ａ）において、サーモモジュールを含む冷却素子１が冷却面をブロック２ｂと接して該ブロック２ｂを冷却するとともに、放熱面をフィン４と接して放熱している。試料はブロック２ａに設けられた流路３に供給され順次冷却・除湿されるとともに、試料中の水分は凝縮水として排出される。ブロック２は第１段冷却用ブロック２ａと第２段冷却用ブロック２ｂとからなり、ブロック２ｂには温度センサ５が設けられている。ブロック２ｂは一面を冷却素子１の冷却面と接し所望の冷却温度Ｔｂをなるように制御される。ブロック２ａはその一部をブロック２ｂと接し、周囲温度Ｔｓと冷却温度Ｔｂとの中間的な温度Ｔａとなる。このとき、ブロック２ａと２ｂを一体とすることも可能であるが、試料の冷却温度を流路に沿って段階的に低下し、徐々に凝縮水を排出することで、冷却効率の向上を図り冷却素子の負担の軽減を図ることができることから、別ブロックの方が好ましい。また、ブロック２ａの一面に加熱部材および温度センサを設け、略一定の温度になるように制御し、いわゆる多段階除湿を行うことも可能である。
【００２０】
つまり、図１（Ｂ）において、流路入口３ａ（ブロック２ａのポイントＡ）から導入された略周囲温度Ｔｓ飽和の水分を含む試料は、徐々に冷却されポイントＢで温度Ｔａとなる。このとき、ＡＢ間において発生した凝縮水はそのまま下方部にある排出口３ｃから排出される。次に、試料はブロック２ｂの入口３ｂから徐々に冷却されポイントＣで第２段設定温度Ｔｂとなる。このとき、ＢＣ間において発生した凝縮水はそのまま下方部にある排出口３ｅから排出される。このように冷却処理された試料は、ポイントＤを介して流路出口３ｄから供出される。
【００２１】
このときの試料の各ポイントにおける温度変化を、図２に示す。ブロック２ａに設けられた排出路３ｅがない場合を仮想し、仮想条件の温度分布を破線（ｂ）によって表わすと、Ｂ点の温度Ｔａ’が本発明の場合の温度Ｔａと比較して少し高めになる。ＡＢ間で発生した凝縮水がＢＣ間まで流れ、これらを冷却するために多くの（負の）エネルギーを必要とするためであり、こうした局部的な冷却を必要とする熱の伝達機構の形成は、冷却素子に過大の負荷を与え、冷却器の熱効率のバランスを悪化させることになる。一方、本発明における温度分布は図２の実線（ａ）で表わされるように、Ｂ点の温度Ｔａを低下することができる。ＡＢ間で発生した凝縮水を排出することで、ＢＣ間での冷却熱を減少させ冷却素子の負担を大幅に軽減することができるとともに、Ｂ点の温度Ｔａを低下することができる。Ｂ点の温度低下は、ＢＣ間を冷却するための冷却素子の負担をさらに軽減することができる。このように、ブロックの温度低下と冷却素子の負担軽減が相互に作用し合って、冷却器の効率的な熱伝達を図ることができる。なお、上記においては、凝縮水の２段階排出方法を構成例としたが、排出路の数量を３以上とし順次排出することも可能である。
【００２２】
このように、本発明は、１以上の流路の冷却機能を有する電子冷却器において、１つの流路の一部に複数の排出路を有することを特徴とする。気液が混合する試料においては気体の顕熱よりもはるかに大きな潜熱を吸収し冷却する必要があることから、凝縮水の冷却を最小限にすることが冷却器の熱効率の改善に非常に有効である。つまり、１つの流路に複数の排出路を設けることで、冷却する凝縮水を大幅に減少させて冷却素子の負担を軽減するとともに、多段の冷却機能にも対応可能で効率の良い気液分離が可能なコンパクトな電子冷却器を提供することができる。
【００２３】
本発明の第２の構成を図３に例示する。前記１つの流路の一部に複数の供出路を有することを特徴とする。つまり、ブロック２ａのＢ点を経過した試料を一部供出口３ｆから供出可能とし、残りの試料はさらに低温のＣ点を介して供出口３ｄから供出される。このとき、ＡＢ間によって発生した凝縮水は排出口３ｃから排出され気液分離されるため、前者の試料はＢ点の温度Ｔａの露点を有し、後者の試料は上記同様Ｃ点の温度Ｔｂの露点を有することとなる。このとき、後述のように、（１）ブロック２ａの一面に加熱部材６および温度センサ５ａを設けて、あるいは（２）ブロック２ａの一面に冷却素子１ａおよび温度センサ５ａ（さらには加熱部材６）を設けることによって、供出口３ｆから供出される試料は略一定の温度Ｔａになるように制御することができる。こうした構成は、２段階に限らず３以上の多段階除湿にも適用が可能であり、１つの冷却器の１つの流路を用いて、複数の異なった露点を有する試料を同時に取出すことができる。また、このときの試料のポイントＡ〜Ｄにおける温度は、図２に示す実線のとおりであり、ポイントＦにおいてはＡとＤの中間的な温度の試料で、露点はＴａとなる。
【００２４】
本構成は、具体的には後述のように、水溶性成分を含む試料を測定対象とする分析装置の試料処理部において適用することが可能であり、水溶性成分の溶解が少ない温度で除湿処理を行った試料によって水溶性成分を測定し、さらに低温での除湿処理を行った試料によって他の成分を測定することによって、各成分の性状に合った最適の処理方法を選択し精度よく測定することができる。
【００２５】
図４は、本発明の第３の構成例を示す電子冷却器の構成図である。前述のような複数の排出路を有する場合であって、ｎ番目の排出路がｎ＋１番目の排出路の内部に配することを特徴とする。つまり、図４（Ａ）に示す流路ＡＣ間に、例えば図４（Ｂ）に示すような部材７を挿入することで２つの排出路３ｃおよび３ｅを形成することができ、さらに例えば図４（Ｃ）に示すように順次これを複数配することで、複数の排出路を形成することができる。部材７は漏斗状体７ａと管７ｂおよび通路７ｃからなり、発生した凝縮物を漏斗状体７ａで集めて排出路を形成する管７ｂから排出するとともに、試料を分離して通路７ｃから管７ｂの外壁および挿入する外管の内壁との間の空間部を介して次の冷却部Ｃに導入する。このとき、最初に生成した凝縮物の温度は比較的高く、冷却器の熱効率の面からは冷却熱を奪うことなく排出されることが好ましい。本発明においては、最も内部にある排出路が最も早く生成した凝縮物を排出するために用いられ、外方向に配された複数の排出路から順次低温化された凝縮物が排出されることとなるため、各排出路内に存在する凝縮物が奪う冷却熱はその排出路の壁面との温度差に基く熱量だけであり非常に小さな値となる。従って、排出する凝縮物が持出すエネルギーを最小量にすることができるという好ましい状況を確保しながら、非常にコンパクトな構造で効率的な冷却を行うことができる。また、図４（Ａ）および（Ｃ）において破線で示すように、各排出路に対応した試料供出路３ｆや３ｆ’を設けることも可能である。なお、このときの試料のポイントＡ〜Ｄにおける温度は、図２に示す実線のとおりであり、ポイントＦおよびＦ’においてはＡとＤの中間的な温度で露点ＢおよびＣ’の試料となる。
【００２６】
このように、本発明が目指す、１つの流路における複数の排出路の効率的な配置には、（１）排出路を多重構造にすることが適切であり、（２）先に分離した凝縮水を冷却素子から順次遠くに配することで吸収される潜熱を大きく減少させることができる、ことを利用することが非常に有効であり、こうした構成によって、効率の良い気液分離を可能とし、複数の排出路を有するコンパクトな冷却器の供給を図ることができる。
【００２７】
また、本発明の第４の構成を図５に例示する。前記複数の排出路を形成するために、流路にスパイラル部材８および８’を配置したことを特徴とする。ここで、スパイラル部材８および８’とは、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、芯管８ｂおよび８’ｂの周りに螺旋状の仕切り８ｄおよび８’ｄを設けた部材をいい、流路を長くするとともに、管壁からの熱伝達を良くして実質的に試料の伝熱面積を増大する働きがある。また、同時に図５（Ｃ）のように多重管を構成する場合において仕切り８ｄによって管同士を保持しあう構造を形成することから、各管の固定つまり一定の大きさの流路を確保し、多重管の保持強度を上げる働きもある。具体的には、図５（Ｂ）に示す構造体を図５（Ａ）の流路ＡＢ間およびＢＣ間に挿入することで２つの排出路３ｃおよび３ｅを形成することができ、さらに例えば図５（Ｃ）に示すように順次これを複数配することで、複数の排出路を形成することができる。スパイラル部材８および８’の挿入によって、発生した凝縮物は漏斗状体８ａで集められて排出路を形成する管８ｂから排出されるとともに、試料は分離されて通路８ｃから管の外壁および挿入する外管の内壁との間の螺旋状の仕切り８ｄによって熱交換を行いながら次の冷却部Ｃに導入される。また、図５（Ａ）および（Ｃ）において破線で示すように、各排出路に対応した試料供出路３ｆや３ｆ’を設けることも可能である。なお、このときの試料のポイントＡ〜Ｄにおける温度は、図２に示す実線のとおりであり、ポイントＦおよびＦ’においてはＡとＤの中間的な温度で露点ＢおよびＣ’の試料となる。
【００２８】
こうした構造によって所定の容積空間における管壁との接触時間を大きくするとともに、スパイラル部材の内芯を多重管とすることで支柱の役割とともに排出路の確保に有効となり、より一層効率の良い気液分離が可能なコンパクトな電子冷却器を提供することができる。
【００２９】
本発明については、上記の構成に加え、前記１つの流路に複数の温度検出素子を該流路に沿って配置し、該流路の温度を複数の異なる設定温度によって制御することが好適である。冷却器の流路において複数の温度検出素子（温度センサ）を該流路に沿って配置し複数の異なる設定温度によって制御することによって、流路の最適温度分布の多段制御をすることができるとともに、発生する凝縮水を各段ごとに設けられた排出路で処理することで、多段の冷却機能を有したコンパクトな電子冷却器を提供することができる。
【００３０】
具体的な構成（第５の構成例）を図６に例示する。図６（Ａ）において、温度センサ５ａおよび５ｂが設けられた２つのブロック２ａおよび２ｂを配し、ブロック２ｂの一面に設けられた冷却素子１によって所望の冷却温度である第２段の設定温度Ｔｂに制御される。ブロック２ａはその一部をブロック２ｂと接してブロック２ｂによる熱伝達（冷却）を受けるとともに一面に加熱部材６を設けることで、周囲温度Ｔｓと冷却温度Ｔｂとの中間的でかつ略一定の第１段の設定温度Ｔａになるように制御される。なお、Ｔａの許容幅が大きな場合にあっては、上記加熱部材６を省略することも可能である。図６（Ｂ）において、流路入口３ａから導入された試料は、徐々に冷却されポイントＢで第１段の設定温度Ｔａとなる。このとき、ＡＢ間において発生した凝縮水はそのまま下方部にある排出口３ｃから排出される。次に、試料はブロック２ｂの入口３ｂから徐々に冷却されポイントＣで第２段の設定温度Ｔｂとなる。このとき、ＢＣ間において発生した凝縮水はそのまま下方部にある排出口３ｅから排出される。このように冷却処理された試料は、ポイントＤを介して流路出口３ｄから供出される。ここで、ＢＣ間においては、新たに発生する凝縮水以外の液を含まないことから、第２段の設定温度Ｔｂに冷却するための冷却素子の負担は大幅に軽減することができ、かつポイントＢにおける第１段の温度制御も少ない負荷で容易に行うことができる。また、図６（Ｂ）において鎖線で示すように、各排出路に対応した試料供出路Ｆを設けることも可能である。なお、このときの試料のポイントＡ〜Ｄにおける温度は、図２に示す実線のとおりであり、ポイントＦにおいてはＡとＤの中間的な温度で露点Ｂの試料となる。
【００３１】
また、本発明は、複数の冷却素子を前記流路に沿って配置し、流体の温度を順次低下するように温度制御を行う流路を有することが好適である。複数の冷却素子を流路に沿って配し所望の冷却温度に到達するまでに段階的に低下させていくことで、各冷却素子の能力を相互に補完することができるとともに、発生する凝縮水を各段階ごとに設けられた排出路で処理することで、流路内での冷却速度のバラツキを少なくし、凝縮量のバラツキを抑制することができる。
【００３２】
具体的な構成（第６の構成例）は、既述の本発明の第２構成例において（２）として述べたように、図３に示すように、ブロック２ｂに設けられた冷却素子１ｂに加え、さらにブロック２ａの一面に冷却素子１ｂを設けたものであり、設定温度によっては加熱部材６を設けることも可能である。各々別個の冷却素子を設けて各ブロックの独立した温度制御を可能とするとともに、複数の素子を流路に沿って配置しそれぞれの素子がほぼ同じ容量の熱を吸収することによって、流体の温度を順次低下することができとともに、相互に各素子の負荷を軽減しつつ独立した制御が可能となり、流路の最適な温度分布の形成をすることが容易になる。特に、各流路における試料が含有する凝縮水の量が非常に少ないことから温度制御も非常に精度よく行うことができる。なお、図３では冷却素子およびブロックを２つ用いた場合を例示したが、１のブロックを用いることや３つ以上の冷却素子を用いることも可能である。
【００３３】
さらに、前記設定温度を該電子冷却器の周囲温度に応じて変更可能であることが好適である。図７のように、第１段の設定温度をＴａ、第２段の設定温度をＴｂとする２段冷却式の冷却器において、ある周囲温度Ｔｓのときの流路の温度分布を実線（ａ）で示す。ここで、周囲温度がＴｓ’に変化したときであって設定温度ＴａおよびＴｂをそのままにした場合には、流路入口から第１段の冷却部までのＡＢ間における温度分布は破線（ｂ）のような急勾配を有することとなる。通常流路入口の露点は周囲温度と同様に変化することから、ＡＢ間における凝縮水の発生は大幅に増加することとなり、ＢＣ間での発生量とのバランスが大きく崩れることとなり、複数の冷却素子を用いた場合にあっては、前段の冷却素子に対する負荷が大幅に増加することとなる。本発明では周囲温度の上昇に合せて、第１段の設定温度をＴａ’に上昇させ鎖線（ｃ）のような流路の温度分布を形成することによって、流路各所での凝縮水の発生量を略均等にすることができる。また、周囲温度が低下した場合にあっては、逆に前段の凝縮水の発生の減少に伴うバランスの崩れが生じることとなり、第１段の設定温度を下げることで流路各所での凝縮水の発生量の略均一化を図ることができる。つまり、効率的な冷却器の特性を維持するために、周囲温度に応じて流路の設定温度を調整し最適な温度分布の制御をするものである。周囲温度に応じて中間の複数のポイントでの設定温度を変更することが可能な、1 つの流路に１つの供出路を有する多段冷却方式に対して特に有効な構成であるといえる。
【００３４】
本発明の第７の構成例を図８に示す。図８（Ａ）および（Ｂ）において、冷却器に供給された試料は通常略同じ温度で冷却器から供出する場合が多いことから、所望の温度に冷却除湿された試料を流路出口３ｄ（および３ｆ）から供出するに際し、ＣＤ間（およびＢＦ間）の流路をブロック２ｂおよび２ａと接するように配置し、ＡＣ間（およびＡＢ間）において試料から放出された熱量を与えて試料温度を徐々に上昇させる点を特徴とする。つまり、ポイントＢおよびＣで凝縮水と分離された試料は、温度Ｔｂ（およびＴａ）という低温流体でありブロック２ｂおよび２ａを通過することで両ブロックの冷却に利用することができるとともに、非常に顕熱の小さな流体であることから両ブロックを介してＴｓ近くに容易に昇温することができる。
【００３５】
すなわち、少なくとも一部に、前記流体の温度が順次上昇する流路を有することによって、試料自体の性状に合った熱交換機能を利用した点に特徴がある。冷却前後の試料を向流的に流れるように流路を形成することで、一旦冷却器内で形成された低温試料の（負の）熱量を冷却器に導入された試料の冷却のために利用し冷却素子の補助的役割を果たすとともに、冷却器に導入された試料の熱量を供出試料の加温に利用することで、効率的な熱交換を行うことが可能となる。従って、コンパクトかつ効率的な冷却器を構成することができる。また、本発明の段階的な冷却手法は、向流の温度差が比較的小さな状態で熱交換を行うことができることから、さらに有効な温度制御手段となりうる。
【００３６】
また、冷却器による流体の冷却によって気液混合状態が生じる場合であっては、流路の所定範囲において凝縮物発生量が略一定となるように流路の温度分布を設定し、温度制御することが好適である。気液が混合する試料において、試料温度を１℃低下させるために必要なエネルギー吸収量は試料温度によって異なることから、冷却器流路を一定勾配の単純な温度分布とすることはエネルギー効率の面で効果的ではないこととの知見を基に、複数の排出路から略均等に凝縮水を排出するように温度制御を行うものである。すなわち、凝縮水の発生量を一定にするための流路各部の温度条件を算出し、流路が最適な温度分布（傾斜）を有するように制御する。このように、試料の性状に合った温度分布の制御の方が、冷却素子の負荷の少なく熱伝達も効率であり好ましい。
【００３７】
また、上記の各構成例において、前記設定温度を電子冷却器に導入する流体中の凝縮物含有量に応じて変更可能であることが好適である。上述のように、冷却器内での凝縮物の発生は、流体中の特定物質の凝縮物への溶解損失を招くことがあり、凝縮物への溶解を最小にするには、多段冷却による多段階の凝縮が好ましい。また、凝縮物への溶解は冷却器に導入される試料中の凝縮物含有量によって変化し、冷却器に供給される試料中の凝縮物含有量つまり試料の露点は、試料自体の性状あるいは周囲温度とともに変化する場合があることから、流路での凝縮量や流路の温度分布は試料自体の性状あるいは周囲温度によって変化する。従って、凝縮物への溶解に伴う損失などを最小限に止め安定した冷却器の特性を得るためには、試料中の凝縮物含有量に応じて流路の設定温度を調整し、最適な温度分布の制御をすることが好ましい。また、上記のような複数の供出路あるいは排出路を有する冷却器の場合には、こうした温度分布の制御との相乗効果によって、非常に溶解損失の少ない冷却器の供給が可能となる。
【００３８】
具体的には、測定対象としてＳＯ2 などの水溶性成分を含む分析装置の試料処理部を例にとれば、予め水溶性成分の冷却器内での溶解損失を最小とする流路各部の温度分布を求めておき、試料中の水分量に応じて、各部の設定温度を制御し最適な温度分布にすることによって、試料の性状に合った最適の処理方法を選択し精度よく測定することができる。このときの最適な温度分布は、ＳＯ2 など測定成分固有の特性に対応して、実験的に知得することが可能であるとともに、溶解度の温度変化特性および流路温度の分布から計算して求めることも可能である。
【００３９】
本発明は、上記のいずれかの電子冷却器を試料処理部に用いた分析装置において好適である。複数の排出路によって順次凝縮物を流路から排除することで、試料が実際に通過する流路に存在する凝縮物を極力少なくすることが可能となり、凝縮物の影響を最小限として測定することができる分析装置を供給することが可能となる。具体的には、水溶性の測定成分を含む試料を冷却除湿する場合などにおいて、段階的に目的とする冷却温度に到達することによって凝縮水の発生速度を略均一化し、また発生する凝縮水を各段階ごとに設けられた排出路で処理することで、凝縮水への溶解に伴う損失の発生を最小限に抑えることによって測定誤差を大きく低減することが可能となる。
【００４０】
また、こうした冷却器は１つの器材で多段の冷却除湿を行うことができることから、従来複数の冷却器を必要とした分析装置の試料採取部における除湿器として利用することによってコンパクトな分析装置を提供することが可能となる。具体的には、図１１に示す構成要素からなる分析装置において、冷却器１０として本発明の冷却器のいずれかを適用することによって、図１２に示す構成要素からなる分析装置とほぼ同等の性能を確保することができる。つまり、１の冷却器によって多段除湿が可能となり、装置のコンパクト化、配管や接続部材などの削減、さらに試料漏洩可能性や保守・点検の軽減を図ることができる。
【００４１】
さらに、複数の供出路を有する冷却器１０を分析装置に用いた場合には、複数の異なる露点の試料を１つの冷却器によって得ることができる。分析装置の試料処理部の具体的な構成を図９に例示する。加熱配管１１を介して導入された試料は、ドレンセパレータ１２によって雰囲気温度で凝縮水を分離した後、冷却器１０に導入して凝縮・除湿処理を行い分析計に供給され測定される。このとき、同一試料中の成分であっても、上述のように、例えば、ＳＯ2 やＮＯ2 のような水溶性成分は、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ2 ）のような非水溶性成分と異なる冷却温度で処理することが好ましい。従って、前者を例えば、５〜１５℃の範囲内で設定した冷却部位から取り出して分析計１４ａに供給し、後者を２〜５℃で設定した冷却部位から取り出して分析計１４ｂに供給することで、１つの冷却器で両者にとって最適条件で測定することができる。つまり、水溶性成分は、冷却器内部での凝縮水との接触の減少と合わせて、設定温度上昇による溶解損失および吸着による応答遅れの大幅な軽減を図ることができることで総合的な測定精度の向上をはかることができる一方、非溶解成分は、従来同様水分による干渉影響などの軽減による測定精度の向上を確保することができる。このように、測定対象として水溶性成分を含む分析装置の試料処理部において適用した場合には、水溶性成分の溶解が少ない温度で除湿処理を行った試料をもって水溶性成分を測定し、他の成分はさらに低温での除湿処理を行った試料をもって測定することによって、各成分の性状に合った最適の処理方法を選択し精度よく測定することができる。
【００４２】
さらに、凝縮物を順次凝縮物を流路から排除することで、確実な試料処理を確保するとともに、優れた熱効率を有することからエネルギー効率の高いコンパクトな高精度の分析装置を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上は、主として水分を含む試料を中心に述べたが、同様の技術は、複数の露点を有する有機混合物についても適用されるものである。例えば、ブタンやペンタンやヘキサンの混合物について、本発明の適用は非常に有効であり、上記に限定されるものでないことはいうまでもない。また、１つ流路の場合を述べたが、複数の流路を有する冷却器においても適用可能である。特に、各流路において凝縮物の存在が少ないことから、複数の流路を有する場合であっても冷却素子の負担が大幅に軽減され、エネルギー効率の高いコンパクトな冷却器およびこれを用いた分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る電子冷却器の第１の構成例を示す説明図
【図２】本発明に係る電子冷却器の特性を例示する説明図
【図３】本発明に係る電子冷却器の第２の構成例を示す説明図
【図４】本発明に係る電子冷却器の第３の構成例を示す説明図
【図５】本発明に係る電子冷却器の第４の構成例を示す説明図
【図６】本発明に係る電子冷却器の第５の構成例を示す説明図
【図７】本発明に係る電子冷却器の特性を例示する説明図
【図８】本発明に係る電子冷却器の第６の構成例を示す説明図
【図９】本発明に係る分析装置の構成例を示す説明図
【図１０】従来技術に係る電子冷却器の１の構成例を示す説明図
【図１１】従来技術に係る分析装置の１の構成例を示す説明図
【図１２】従来技術に係る分析装置の他の構成例を示す説明図
【符号の説明】
【００４５】
１    冷却素子
２    ブロック
３    試料流路（流路）
４    フィン
５    温度検出素子（温度センサ）
６    加熱部材
７    部材
８    スパイラル部材
【図１】
2005098620.tif 000003
【図２】
2005098620.tif 000004
【図３】
2005098620.tif 000005
【図４】
2005098620.tif 000006
【図５】
2005098620.tif 000007
【図６】
2005098620.tif 000008
【図７】
2005098620.tif 000009
【図８】
2005098620.tif 000010
【図９】
2005098620.tif 000011
【図１０】
2005098620.tif 000012
【図１１】
2005098620.tif 000013
【図１２】
2005098620.tif 000014