直接加熱管及び該管を用いた流体の加熱方法
充分な加熱速度及び冷却速度を備えると共に、管内にコールドスッポトがなく全体が均一な温度分布となり、或いは、所望の温度勾配を有する温度分布となり、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与えることが可能な直接加熱管、又、管を加熱することによっても近傍の検出器やオープン等の装置への悪影饗を及ぼさない直接加熱管を提供することを目的とし、管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設け、第二の加熱管に電極部を接続した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は液体、気体等の流体を通過させる際に、管を加熱することにより該流体を加熱する直接加熱管に関し、詳しくはガスクロマトグラフにおいて加熱されるカラム、ガスクロマトグラフの試料注入口の加熱管やガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）における分析カラ厶からイオン化室に試料を導入するカラムを保温するためのヒートパイプ（トランスファーライン）、ガスクロマトグラフのカラムから水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器への試料の導入に用いられる加熱される管等であって、電極を管に接続し、直流又は交流の電流を管に直接流して直接加熱される直接加熱管に関する。
【背景技術】
ガスクロマトグラフにおいて、成分分離を行う分離カラムに試料を導入する前にキャピラリーカラムや充填カラムを用いて試料を濃縮し、分析対象成分の分析感度を上げることが行われている。又、ガスクロマトグラフへの試料の導入において、コールドオンカラム注入法やプログラム昇温気化法（ＰＴＶ法）が用いられている。又、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）を用いる場合或いはガスクロマトグラフの検出器として水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器を用いる場合、分析カラムから溶出した成分を質量分析計のイオン化室或いは水素炎イオン化検出器の水素炎部に導入するとき、カラムを保温する等、気体状の試料等を搬送する場合に、気体の凝縮が起こらないように加熱したパイプ、即ちヒートパイプを用いることが行われている。
ガスクロマトグラフにおける試料の濃縮、捕集方法としては主に、試料中の分析対象成分を選択的に吸着捕集する充填剤を充填した充填カラムに試料を送り込み分析対象成分を充填剤に吸着捕集させた後、該カラムを加熱して分析対象成分を充填剤から脱着させる方法や、冷却したカラムに試料を送り込み、試料中の分析対象成分をカラムの内壁に吸着凝縮させて凝集した後に該カラムを加熱して分析対象成分を気化させて高速で脱着させる方法等がある。
そして、このカラムの加熱方法には、例えば第一に第１０図に示すようにシースヒーターのように絶縁されたヒーター管９０を直接カラム等の加熱対象の管９１（以下単に管９１という）に巻くことにより管を加熱する方法、第二に第１１図に示すように管９１とその周りに形成した外管９２からなる二重管構造の管を用い、加熱された空気等の高温ガスを外管９２と管９１の間に形成された空間に通すことにより管を加熱する方法、更には第三に第１２図に示すように、直接加熱管を用いる方法であって、管９１の両端に電極９３，９３を設けて、直接管９１に直流又は交流の電流を流すことで、管９１を加熱する方法、第四に第１３図に示すようにアルミニウム、真鍮などの加熱ブロック９４に管９１と共にヒーター９５、センサー９６を挿入して加熱し、それによって挿入された管９１を加熱保温する方法等があり、例えば、特表平５−５０２７３４や特開平６−２２２０４８に開示されている。
又、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）を用いる場合或いは水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器を用いる場合のガスクロマトグラムのカラムから質量分析計や水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器への試料の運搬に用いられるヒートパイプ、或いはガスクロマトグラフの試料の各種導入法におけるカラムや気化室においても上記と同様の管の加熱方法が用いられている。
しかし、これらの従来のカラムやヒートパイプ等の加熱方法は以下の問題点を有していた。即ち第一の方法はいたって簡単に実施することができるが、例えばガスクロマトグラフに使用するクライオトラップのように、冷却と加熱が交互に行われて、その温度変化が激しい場合、ヒーターの電気的絶縁が破壊されて、危険が伴うことがある。従って、設計上充分な絶縁距離及び安全なワット密度を有するヒーターを選択して使用しなければならず、その結果、管が加熱される速度が充分な速さでないことがある。この加熱速度は第１４図に示すようにクロマトグラムピークの形状に大きく影響を及ぼす。即ち、昇温速度が早いほど試料バンドを狭くし、試料を高感度に検出することが可能となり、昇温速度が遅いほど試料バンドが広くなり、試料を高感度に検出することができなくなるのである。
又、第二の方法も第一の方法と同様に加熱速度が遅いことが第一の欠点である。なぜなら、気体の比熱容量は非常に小さいために、もし急速な加熱を要求するのであれば、大量の高温ガスを一気に流すことが必要であるが、これを実現するためには装置が大掛かりとなり、製作コストも高くなる。
又、第三の方法は管９１自体をヒーターの変わりとして、直接電流を流すことにより、非常に高速な加熱速度を得ることができる。しかし、従来の直接加熱方法では両端の電極部分にヒートマス（熱質量）を有するため、どうしても両端部分の温度が低い、所謂コールドスポットを有してしまうという問題点がある。そして、これを回避するために、両端にわざわざ別途、保温するための加熱部を追加する等の対策を施していた。又、一般的に電極９３と電源部との接続には、ニッケル線や銅線等の電気抵抗の小さい材料を用いているが、電極９３の熱質量をできるだけ小さくするために、電線を直接管に溶接あるはロウ付けするなど非常に組み立てが複雑になっていた。
又、第四の方法は、極めて簡単に実施することができ、ガスクロマトグラフの試料導入部にはよく使用されている。しかし、熱容量が大きいために、加熱するまでの時間を多く必要とすること、逆に冷却を行う場合に、その時間を多く必要とするなど、近年多く使用されるようになったコールド注入法には適応できないのが現実である。又、水素炎イオン化検出器等の検出器への導入部に用いる場合、コレクター部は冷却された状態が望ましいが、この方法を用いた場合にはコレクター部まで加熱してしまい、又、ガスクロマトグラムのオーブンをも加熱することになり、検出器やオーブン等への好ましくない影響を与えていた。
そこで、本発明は従来の上記問題点を解決し、充分な加熱速度及び冷却速度を備えると共に、管内にコールドスポットがなく全体が均一な温度分布となり、或いは、所望の温度勾配を有する温度分布となり、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与えることが可能な直接加熱管を提供することを目的とする。又、管を加熱することによっても近傍の検出器やオーブン等の装置への悪影響を及ぼさない直接加熱管、更には廉価に製造可能である簡単な構成の直接加熱管を提供することを目的とする。又、電極部に関して組み立てやすさを考慮した設計が可能な直接加熱管を提供することを目的とする。更に、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与える加熱方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記課題を解決するための第一の手段は、流体を通過させる際に該流体を加熱する直接加熱管であって、該管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第二の手段は、第一の手段において、直接加熱管の加熱所望部位の全長に渡って第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第三の手段は、第一の手段において、直接加熱管の加熱所望部位の両端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第四の手段は、第一の手段において、直接加熱管の加熱所望部位の一端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第五の手段は、第一乃至第４の手段のいずれか一手段において、第二の加熱管に電極部を接続したことを特徴とする直接加熱管である。
又、第六の手段は、第五の手段において、第二の加熱管に電極部を直接接続したことを特徴とする直接加熱管である。
又、第七の手段は、第一乃至第六の手段のいずれか一手段において、第一の加熱管又は／及び第二の加熱管の肉厚に勾配変化を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第八の手段は、第一乃至第七の手段のいずれか一手段において、直接加熱管はカラム又はヒートパイプであることを特徴とする直接加熱管である。
又、第九の手段は、管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けた直接加熱管を用い、第二の加熱管に電極部を接続して第一の加熱管を加熱し、該管内を通過する流体を加熱する方法である。
上記のような本発明によれば、直接加熱管は充分な加熱速度及び冷却速度を備えると共に、管内にコールドスポットがなく全体を均一な温度分布とすること、又、所望の温度勾配を有する温度分布とすることが可能となり、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与えることが可能となった。又、直接加熱管を加熱することによっても近傍の検出器やオーブン等の装置への悪影響を及ぼすことがなくなった。更には直接加熱を廉価に製造可能である簡単な構成とすることができた。又、直接加熱管の電極部に関して組み立てやすさを考慮した設計が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明一実施例斜視図であり、第２図は本発明他実施例断面図であり、第３図は本発明と従来法の効果の違いを示す概略図であり、第４図は本発明一実施例概念図であり、第５図は本発明実施例１の縦断面図であり、第６図は本発明実施例１の比較例の縦断面図であり、第７図は本発明実施例１と比較例の効果の違いを示すグラフであり、第８図は本発明実施例２の縦断面図であり、第９図は本発明実施例３の縦断面図であり、第１０図は本発明実施例４の縦断面図であり、第１１図は加熱管の従来例を示す断面図であり、第１２図は加熱管の従来例を示す断面図であり、第１３図は直接加熱管の従来例を示す断面図であり、第１４図は加熱管の従来例を示す断面図であり、第１５図は管の昇温速度がクロマトグラムピークの形状に及ぼす影響を示すクロマトグラムである。
発明を実施する為の最良の形態
以下本発明を実施するための最良の形態を図に従って説明する。直接加熱管１（以下単に管１という）は円筒状の第一の加熱管２と第一の加熱管２の外側に設置した円筒状の第二の加熱管３，３を備えて構成されている。第二の加熱管３，３は第一の加熱管２の両端から外方へ放射状に第一の加熱管２に垂直に植立したフランジ４，４の端部から第一の加熱管２中心部方向へ適宜長に形成し、第二の加熱管３の側面は第一の加熱管２の側面と平行に、即ち第二の加熱管３は第一の加熱管２の外側に第一の加熱管２と同心円上に設置している。このようにして管１の第二の加熱管３を設けた箇所は二重管構造を備えている。
管１は充填カラム、固定相をコーティング或いは充填している又はしていないキャピラリーカラム等の各種カラム、ヒートパイプ、ガスクロマトグラフ質量分析計のガスクロマトグラフと質量分析計間のトランスファーラインその他加熱することが必要な各種直接加熱管として使用されるものである。管１は第一の加熱管２内に加熱対象の流体を直接通過させるものと、第一の加熱管２内に加熱対象の流体を通過させる別途の管を設置するものがある。管１に用いられる材料は管１の用途とそれに適合する使用温度範囲に依存し、主に銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、合金であり、耐熱性金属又はステンレススチールが多くの用途に適合するが、導電性セラミックや導電性ポリマーも使用が可能である。管１の全長は特に限定されず、その用途に応じて決定するが、主に概ね１０〜５００ｍｍの範囲のものが使用される。
第二の加熱管３及びフランジ４は第一の加熱管２と同一の素材を用いることが望ましいが、電気の良導体であり熱伝導率が高い他の素材を用いて構成することも可能である。又、第一の加熱管２と第二の加熱管３の接続部は通常その熱質量が最少になるようにすることが望ましい。
第一の加熱管２は従来の直接加熱管そのものに相当し、第二の加熱管３は管１の加熱所望部位における第一の加熱管２内の温度分布を一定に保つ、或いは所望の温度勾配を有する温度分布とするための管である。即ち、第二の加熱管３は第二の加熱管３に設置した電極部６から通電されることにより、第一の加熱管２に通電して加熱すると共に、第二の加熱管３自体が加熱され、放熱して第一の加熱管２をその放射熱により加熱する作用を備える管である。ここで加熱所望部位とは管１の全長の内第一の加熱管２内の加熱をするべき範囲であり、管１の全長に渡る場合やその一部の場合がある。
第二の加熱管３は管１の加熱所望部位の少なくとも一部分に設け、加熱所望部位の適宜範囲を二重管構造とする。第二の加熱管３の設置態様としては、管１の全長が加熱所望部位である場合には、上述のように第二の加熱管３，３を第一の加熱管２の両端部に設ける他、両端を第一の加熱管２に接続した一本の第二の加熱管３を第一の加熱管２の全長に渡って設けて管１の全長を二重管構造としてもよい。又、管１の一部が加熱所望部位である場合には、加熱管３，３を加熱所望部位の第一の加熱管２の両端から中心方向へ延設して管１の適宜の範囲を二重管構造とし、或いは加熱所望部位の両端と接続した一本の第二の加熱管３を加熱所望部位に渡って設けて加熱所望部位の全長を二重管構造としてもよい。又、管１の加熱所望部位の一端部は加熱所望温度を維持し、他端部は所望加熱温度より低温でもよい場合には、第二の加熱管３を管１の加熱所望部位の加熱所望温度を維持したい側の一端にのみ設けることとしてもよい。
フランジ４は第二の加熱管３を第一の加熱管２に接続する部材である。尚、フランジ４は第二の加熱管３を第一の加熱管２に固定すると共に第一の加熱管２の外側に適宜距離にて保持可能であればその植立方向は限定されず、必ずしもフランジ４の端部に第一の加熱管２又は第二の加熱管３を接続する必要はなく、フランジ４の適宜箇所に第一の加熱管２又は第二の加熱管３を接続することとしてもよい。フランジ４は環状であって肉厚を第一の加熱管２或いは第二の加熱管３と同等とするほか、適宜の厚みを持たせることとしてもよく、更には管１とカラム等との接続に用いるカラム接続口等の部材をフランジとして用いることとしてもよい。又、フランジ４を設けずに第二の加熱管３を第一の加熱管２に溶接等により直接接続することとしてもよい。
管１、即ち第一の加熱管２の全長は特に限定されず、その用途に応じて決定するが、概ね１０〜５００ｍｍの範囲のものが使用される。第二の加熱管３の全長は特に限定されないが、要求される第一の加熱管２内の温度勾配に応じて設定すればよく、０ｍｍ〜第一の加熱管２の全長の範囲で設定可能である。ここで、０ｍｍとは第二の加熱管３を管１の所望加熱部位の一端部にのみ設ける場合の第二の加熱管３を設けない他端部、又は管１の所望加熱部位の一端部には第二の加熱管３、他端部にはフランジ４のみを設けて該フランジ４に電極を接続する場合を意味している。
第一の加熱管２の径Ｄ１は特に限定されず、その用途に応じて適宜に設計すればよいが、概ね０．５〜２５ｍｍの範囲が主に用いられる。第二の加熱管３の径Ｄ２は第一の加熱管２の径Ｄ１以上であれば特に限定されないが、通常第一の加熱管２の径に依存する。即ち第二の加熱管３の径は、Ｄ２＝Ｄ１＋ΔＤで求められ、ΔＤは概ね１〜１０ｍｍの範囲に設定することが妥当である。ここで第一の加熱管２と第二の加熱管３の距離は１／２ΔＤである。勿論ΔＤはこの範囲に限定されず、加熱のために要求される電源容量、加熱管に設置される温度センサー、加熱管に設置される冷却機構等の外的要因に応じて適宜の値とすることが可能である。尚、ΔＤは第二の加熱管３をフランジを用いずに直接第一の加熱管２に設置した場合、第一の加熱管２又は／及び第二の加熱管３の肉厚に勾配変化をもたせた場合には一定値ではなくなる。
第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は特に限定されないが、使用される材料にも依存するが、略０．０５〜０．５ｍｍの範囲が好ましい。尚、第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は加熱に用いられる電源容量にも依存される。又、第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は夫々の全長に渡って均一な厚さとするのではなく、温度勾配を均一にするため又は任意の温度勾配にするために肉厚に勾配変化をもたらすこととしてもよい。又、第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は同一の肉厚としてもよいが、異なる肉厚としてもよい。勿論、第二の加熱管３の全長、肉厚ｔ２は加熱に用いられる電源容量により第二の加熱管３が放熱し第一の加熱管２をその放射熱により過熱可能な範囲にすることは必要である。
そして、第一の加熱管２及び第二の加熱管３の全長、径、及び肉厚を適宜調整することにより、フランジ４の有無により、更には電極部６の設置位置により第一の加熱管２内の温度勾配を任意に設定が可能である。又、第一の加熱管２と第二の加熱管３は円筒状に限定されず、断面が楕円形、正方形その他の多角形等に形成してもよく、第一の加熱管２と第二の加熱管３が異なる断面を有していてもよい。又、管１の諸地点において第二の加熱管３は第一の加熱管２と同心円上、又は第二の加熱管３と第一の加熱管２の距離を同一に設置することが望ましいが、必ずしも同心円上、同一の距離にする必要はない。
第二の加熱管３の外側には電極部６を設けている。電極部６と電源部６９との接続には、特に限定されないが、導線６１を用いニッケル線や銅線のような電気抵抗の小さい材料を用いることが望ましい。電極部は従来の一重管での直接加熱の場合、電極部の熱質量をなるべく小さくするために電線を直接管に溶接或いはロウ付けするなど、非常に組立が複雑となっていたが、本発明によれば電極部６の熱質量については考慮する必要がないので、組み立てやすさを重視した設計が可能である。従って、電極部６は電線を直接第二の加熱管３に溶接或いはロウ付けすることは勿論、導線６１を第二の加熱管３を挿通可能な孔を有する電極プレート６２に接続し、該電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通し、電極プレート６２をナット６３ａ，６３で構成されるダブルナット６３等を用いて固定する、或いは導線６１を第二の加熱管３に捲き付けてダブルナット６３で挟持固定する等適宜の設置方法が採用可能である。
電極部６は第二の加熱管３に直接設置する他、第二の加熱管３と接続した導電性を有するフランジ等に設置してもよい。又、所望加熱部位の一端のみに第二の加熱管３を設ける場合、他端の電極部６は第一の加熱管２に直接設置し或いは第一の加熱管２と接続したフランジ等に設置すればよい。
管１をこのように二重管の構成とし、第二の加熱管３に電極部６を設けることにより、第二の加熱管３と第一の加熱管２の間に放射熱の作用が働き、電極部６における熱質量の損失に伴う第一の加熱管２の温度低下を防止することが可能となる。その結果、第３図に示すように第一の加熱管２内の温度分布は、加熱管に直接電極部を設けた従来例では電極部を設けた管の端部の温度は設定値より大幅に低くなるのに対して、本発明の二重構造の管によれば管の端部の温度も略設定値を示し、管全体に渡って均一な温度分布を示すことが可能となる。
尚、第４図に示すように、管１には従来の直接加熱管と同様に第一の加熱管２に設置した温度センサー９７を比較演算部９８に接続し、設定部９９において予め設定した管内の加熱所望温度と温度センサー９７からの温度情報を比較演算部９８で処理し、電源部６９でフィードバック制御を行い、管１の加熱所望部位の温度を調整する構成としている。
【実施例】
以下本発明の二重管構造を備える管１の実施例を図に従って説明する。
［実施例１］
第５図は本発明の直接加熱管１をガスクロマトグラムの試料導入部に応用した一実施例の縦断面図である。第一の加熱管２は試料気化部を構成し、第一の加熱管２の下端からフランジ４を放射状に植立し、該薄板環状のフランジ４外周端に第二の加熱管３を第一の加熱管２の略中間点まで第一の加熱管２と同心円状に設置している。その他通常のガスクロマトグラムの試料導入部と同様にカラム８０、ライナー８１、キャリアガスライン８２、排出ライン８３、セプタム８４等を備えて構成されている。第一の加熱管２及び第二の加熱管３とフランジ４は溶接により結合している。第二の加熱管３の上端部にフランジ７１、フランジ７１の外周端にチューブ７２、チューブ７２の上端部にフランジ７３を設け、フランジ７３に電極部６を設置している。又、第一の加熱管２の上端部に第一の加熱管２から垂直且つ放射状に植立するフランジ７５を設け、該フランジ７５に電極部６を設置している。第一の加熱管２の外径は６．３５０ｍｍ、肉厚は０．１５２ｍｍ、長さは７２ｍｍ、第二の加熱管３の外径は９．５２５ｍｍ、肉厚は０．１５２ｍｍ、長さは２９ｍｍであり、両管ともその材質はステンレススチールである。フランジ４、フランジ７１、チューブ７２、フランジ７３及びフランジ７５の肉厚は０．５ｍｍであり、その材質はステンレススチールである。
この実施例１の比較例として、第６図に示すような加熱する管９１の外側に加熱管でない、即ち発熱して、加熱をする管９１をその放射熱で加熱する能力のない管であって肉厚０．５ｍｍ，材質はステンレススチールの通常の外管７９を、実施例１の第二の加熱管３に替えて設け、外管７９に電極部６を接続した構成とした試料導入部を用い、夫々の管内の温度分布を測定した結果を第７図に示す。第７図からもわかるように第二の加熱管３を設けた部分は下端において若干の温度低下が見られるもの、第二の加熱管３を設けない比較例のような極端な温度低下はなく、管１の下端から１０〜４０ｍｍの範囲で略均一な温度分布となっている。一方比較例の一重管ではその温度分布に著しい変化が見られる。
［実施例２］
第８図は本発明の直接加熱管をガスクロマトグラムのクライオトラップ用のカラムに応用した一実施例の縦断面図である。管１、第一の加熱管２は全長１００ｍｍ、第一の加熱管２の内径１ｍｍ、肉厚０．０５ｍｍ、第一の加熱管２の両端部から高さ０．９５ｍｍの薄板環状のフランジ４，４を形成し、フランジ４から第一の加熱管２と同心円上に第二の加熱管３を設置し、第二の加熱管３は夫々長さ３０ｍｍ、内径３ｍｍ、肉厚０．０５ｍｍとした。電極部６は導線６１を電極プレート６２に接続し、電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通してダブルナット６３で挟持固定して構成し、フランジ４から２０ｍｍの位置に設置した。第一の加熱管２、第二の加熱管３及びフランジ４の材質はステンレススチールである。尚、ダブルナット６３，６３間には従来の冷却機構と同様の冷却用媒体入口４２及び出口４１を有する中空間４０を備え、管１を被覆している。
［実施例３］
第９図は本発明の直接加熱管をガスクロマトグラムのカラム終端と検出器５（ここではＦＩＤ）の接続部に応用した一実施例の縦断面図である。管１として全長６０ｍｍのヒートパイプを用い、全長６０ｍｍ、外径１．６ｍｍの第一の加熱管２の両端にフランジ４，４を設け、該フランジ４，４外周端部から第一の加熱管２中心方向へ、全長２４ｍｍの第二の加熱管３，３を設けた。第一の加熱管２及び第二の加熱管３の材質はステンレススチールである。ヒートパイプの検出器５側のフランジ４には幅０．８ｍｍの薄板環状のフランジ４を用いているが、カラム側の、第一の加熱管２と第二の加熱管３の接続は、フランジ４としてステンレス製のカラム接続口４９を利用している。管１のカラム側端部の製造法としてはカラム接続口４９に第二の加熱管３をレーザー溶接等により溶接し、その外側に第一の加熱管２を同様に溶接する方法が採用可能である。ＦＩＤ５側の電極部６は導線６１を第二の加熱管３を挿通可能な孔を有する電極プレート６２に接続し、該電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通し、電極プレート６２をＦＩＤに絶縁体６８を介してボルト５９で固定し、ガスクロマトグラフィー側の電極部６は導線６１を電極プレート６２に接続し、電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通してダブルナット６３で挟持固定して構成した。電極部６，６はフランジ４から１６ｍｍの位置に設置した。カラム終端と検出器５の接続部に管１を応用することにより、管１即ちヒートパイプと検出器の接続部にオーリング５１を使用することが可能になり、従来法と比較してガスクロマトグラムのオーブン（図示せず）やＦＩＤのコレクター部５２に対する熱の影響を著しく低減可能となっている。
［実施例４］
第１０図は本発明の直接加熱管をＧＣ／ＭＳ用トランスファーラインに応用した一実施例の縦断面図である。ＧＣ／ＭＳ用トランスファーラインとしての管１又は第一の加熱管２は一般的に全長１５０ｍｍ〜３００ｍｍ、第二の加熱管３の全長５０ｍｍ〜１００ｍｍが使用されるが、特に限定されない。本実施例においては、第一の加熱管２を全長１５０ｍｍ、外径１．６ｍｍ、肉厚０．１５ｍｍとし、第一の加熱管２の両端にフランジ４，４を設け、該フランジ４，４外周端部から第一の加熱管２中心方向へ、全長７０ｍｍ、外径３．２ｍｍ、肉厚０．１５ｍｍの第二の加熱管３，３を延設した。第一の加熱管２及び第二の加熱管３の材質はステンレススチールである。イオン化源接続口４８側のフランジ４には薄板環状のフランジ４を用いているが、カラム側の、第一の加熱管２と第二の加熱管３の接続は、フランジ４としてステンレス製のカラム接続口４９を利用している。管１のカラム側端部の製造法としてはカラム接続口４９に第二の加熱管３をレーザー溶接等により溶接し、その外側に第一の加熱管２を同様に溶接する方法が採用可能である。電極部６は導線６１を電極プレート６２に接続し、電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通してダブルナット６３で挟持固定して構成し、第二の加熱管３の管１中心側端部に設置した。電極部６，６間には構造的強度増加のために筒状の絶縁体４４を挟持させた。その他通常のＧＣ／ＭＳ用トランスファーラインと同様にイオン化源接続口４８、真空保持用フランジ４５、温度センサー９７等を備えて構成されている。
本発明の二重構造を備える管１は上記実施例の直接加熱管に限定されず、キャピラリーカラムの一部を二重構造としたもの等各種カラム、ヒートパイプ、その他加熱することが必要な各種直接加熱管を含み、又、その数値に於いても各実施例の数値に限定されることなく、様々な数値を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
以上のように本発明はガスクロマトグラフにおいて加熱されるカラム、ガスクロマトグラフの試料注入口の加熱管やガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）における分析カラムからイオン化室に試料を導入するカラムを保温するためのヒートパイプ（トランスファーライン）、ガスクロマトグラフのカラムから水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器への試料の導入に用いられる加熱される管等、流体を通過させる際に、直流又は交流の電流を管に直接流して管を加熱することにより該流体を加熱する直接加熱管として有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【技術分野】
本発明は液体、気体等の流体を通過させる際に、管を加熱することにより該流体を加熱する直接加熱管に関し、詳しくはガスクロマトグラフにおいて加熱されるカラム、ガスクロマトグラフの試料注入口の加熱管やガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）における分析カラ厶からイオン化室に試料を導入するカラムを保温するためのヒートパイプ（トランスファーライン）、ガスクロマトグラフのカラムから水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器への試料の導入に用いられる加熱される管等であって、電極を管に接続し、直流又は交流の電流を管に直接流して直接加熱される直接加熱管に関する。
【背景技術】
ガスクロマトグラフにおいて、成分分離を行う分離カラムに試料を導入する前にキャピラリーカラムや充填カラムを用いて試料を濃縮し、分析対象成分の分析感度を上げることが行われている。又、ガスクロマトグラフへの試料の導入において、コールドオンカラム注入法やプログラム昇温気化法（ＰＴＶ法）が用いられている。又、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）を用いる場合或いはガスクロマトグラフの検出器として水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器を用いる場合、分析カラムから溶出した成分を質量分析計のイオン化室或いは水素炎イオン化検出器の水素炎部に導入するとき、カラムを保温する等、気体状の試料等を搬送する場合に、気体の凝縮が起こらないように加熱したパイプ、即ちヒートパイプを用いることが行われている。
ガスクロマトグラフにおける試料の濃縮、捕集方法としては主に、試料中の分析対象成分を選択的に吸着捕集する充填剤を充填した充填カラムに試料を送り込み分析対象成分を充填剤に吸着捕集させた後、該カラムを加熱して分析対象成分を充填剤から脱着させる方法や、冷却したカラムに試料を送り込み、試料中の分析対象成分をカラムの内壁に吸着凝縮させて凝集した後に該カラムを加熱して分析対象成分を気化させて高速で脱着させる方法等がある。
そして、このカラムの加熱方法には、例えば第一に第１０図に示すようにシースヒーターのように絶縁されたヒーター管９０を直接カラム等の加熱対象の管９１（以下単に管９１という）に巻くことにより管を加熱する方法、第二に第１１図に示すように管９１とその周りに形成した外管９２からなる二重管構造の管を用い、加熱された空気等の高温ガスを外管９２と管９１の間に形成された空間に通すことにより管を加熱する方法、更には第三に第１２図に示すように、直接加熱管を用いる方法であって、管９１の両端に電極９３，９３を設けて、直接管９１に直流又は交流の電流を流すことで、管９１を加熱する方法、第四に第１３図に示すようにアルミニウム、真鍮などの加熱ブロック９４に管９１と共にヒーター９５、センサー９６を挿入して加熱し、それによって挿入された管９１を加熱保温する方法等があり、例えば、特表平５−５０２７３４や特開平６−２２２０４８に開示されている。
又、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）を用いる場合或いは水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器を用いる場合のガスクロマトグラムのカラムから質量分析計や水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器への試料の運搬に用いられるヒートパイプ、或いはガスクロマトグラフの試料の各種導入法におけるカラムや気化室においても上記と同様の管の加熱方法が用いられている。
しかし、これらの従来のカラムやヒートパイプ等の加熱方法は以下の問題点を有していた。即ち第一の方法はいたって簡単に実施することができるが、例えばガスクロマトグラフに使用するクライオトラップのように、冷却と加熱が交互に行われて、その温度変化が激しい場合、ヒーターの電気的絶縁が破壊されて、危険が伴うことがある。従って、設計上充分な絶縁距離及び安全なワット密度を有するヒーターを選択して使用しなければならず、その結果、管が加熱される速度が充分な速さでないことがある。この加熱速度は第１４図に示すようにクロマトグラムピークの形状に大きく影響を及ぼす。即ち、昇温速度が早いほど試料バンドを狭くし、試料を高感度に検出することが可能となり、昇温速度が遅いほど試料バンドが広くなり、試料を高感度に検出することができなくなるのである。
又、第二の方法も第一の方法と同様に加熱速度が遅いことが第一の欠点である。なぜなら、気体の比熱容量は非常に小さいために、もし急速な加熱を要求するのであれば、大量の高温ガスを一気に流すことが必要であるが、これを実現するためには装置が大掛かりとなり、製作コストも高くなる。
又、第三の方法は管９１自体をヒーターの変わりとして、直接電流を流すことにより、非常に高速な加熱速度を得ることができる。しかし、従来の直接加熱方法では両端の電極部分にヒートマス（熱質量）を有するため、どうしても両端部分の温度が低い、所謂コールドスポットを有してしまうという問題点がある。そして、これを回避するために、両端にわざわざ別途、保温するための加熱部を追加する等の対策を施していた。又、一般的に電極９３と電源部との接続には、ニッケル線や銅線等の電気抵抗の小さい材料を用いているが、電極９３の熱質量をできるだけ小さくするために、電線を直接管に溶接あるはロウ付けするなど非常に組み立てが複雑になっていた。
又、第四の方法は、極めて簡単に実施することができ、ガスクロマトグラフの試料導入部にはよく使用されている。しかし、熱容量が大きいために、加熱するまでの時間を多く必要とすること、逆に冷却を行う場合に、その時間を多く必要とするなど、近年多く使用されるようになったコールド注入法には適応できないのが現実である。又、水素炎イオン化検出器等の検出器への導入部に用いる場合、コレクター部は冷却された状態が望ましいが、この方法を用いた場合にはコレクター部まで加熱してしまい、又、ガスクロマトグラムのオーブンをも加熱することになり、検出器やオーブン等への好ましくない影響を与えていた。
そこで、本発明は従来の上記問題点を解決し、充分な加熱速度及び冷却速度を備えると共に、管内にコールドスポットがなく全体が均一な温度分布となり、或いは、所望の温度勾配を有する温度分布となり、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与えることが可能な直接加熱管を提供することを目的とする。又、管を加熱することによっても近傍の検出器やオーブン等の装置への悪影響を及ぼさない直接加熱管、更には廉価に製造可能である簡単な構成の直接加熱管を提供することを目的とする。又、電極部に関して組み立てやすさを考慮した設計が可能な直接加熱管を提供することを目的とする。更に、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与える加熱方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記課題を解決するための第一の手段は、流体を通過させる際に該流体を加熱する直接加熱管であって、該管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第二の手段は、第一の手段において、直接加熱管の加熱所望部位の全長に渡って第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第三の手段は、第一の手段において、直接加熱管の加熱所望部位の両端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第四の手段は、第一の手段において、直接加熱管の加熱所望部位の一端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第五の手段は、第一乃至第４の手段のいずれか一手段において、第二の加熱管に電極部を接続したことを特徴とする直接加熱管である。
又、第六の手段は、第五の手段において、第二の加熱管に電極部を直接接続したことを特徴とする直接加熱管である。
又、第七の手段は、第一乃至第六の手段のいずれか一手段において、第一の加熱管又は／及び第二の加熱管の肉厚に勾配変化を設けたことを特徴とする直接加熱管である。
又、第八の手段は、第一乃至第七の手段のいずれか一手段において、直接加熱管はカラム又はヒートパイプであることを特徴とする直接加熱管である。
又、第九の手段は、管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けた直接加熱管を用い、第二の加熱管に電極部を接続して第一の加熱管を加熱し、該管内を通過する流体を加熱する方法である。
上記のような本発明によれば、直接加熱管は充分な加熱速度及び冷却速度を備えると共に、管内にコールドスポットがなく全体を均一な温度分布とすること、又、所望の温度勾配を有する温度分布とすることが可能となり、管内を通過させる流体の温度を一定に保ち、或いは該流体の温度に所望の変化を与えることが可能となった。又、直接加熱管を加熱することによっても近傍の検出器やオーブン等の装置への悪影響を及ぼすことがなくなった。更には直接加熱を廉価に製造可能である簡単な構成とすることができた。又、直接加熱管の電極部に関して組み立てやすさを考慮した設計が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明一実施例斜視図であり、第２図は本発明他実施例断面図であり、第３図は本発明と従来法の効果の違いを示す概略図であり、第４図は本発明一実施例概念図であり、第５図は本発明実施例１の縦断面図であり、第６図は本発明実施例１の比較例の縦断面図であり、第７図は本発明実施例１と比較例の効果の違いを示すグラフであり、第８図は本発明実施例２の縦断面図であり、第９図は本発明実施例３の縦断面図であり、第１０図は本発明実施例４の縦断面図であり、第１１図は加熱管の従来例を示す断面図であり、第１２図は加熱管の従来例を示す断面図であり、第１３図は直接加熱管の従来例を示す断面図であり、第１４図は加熱管の従来例を示す断面図であり、第１５図は管の昇温速度がクロマトグラムピークの形状に及ぼす影響を示すクロマトグラムである。
発明を実施する為の最良の形態
以下本発明を実施するための最良の形態を図に従って説明する。直接加熱管１（以下単に管１という）は円筒状の第一の加熱管２と第一の加熱管２の外側に設置した円筒状の第二の加熱管３，３を備えて構成されている。第二の加熱管３，３は第一の加熱管２の両端から外方へ放射状に第一の加熱管２に垂直に植立したフランジ４，４の端部から第一の加熱管２中心部方向へ適宜長に形成し、第二の加熱管３の側面は第一の加熱管２の側面と平行に、即ち第二の加熱管３は第一の加熱管２の外側に第一の加熱管２と同心円上に設置している。このようにして管１の第二の加熱管３を設けた箇所は二重管構造を備えている。
管１は充填カラム、固定相をコーティング或いは充填している又はしていないキャピラリーカラム等の各種カラム、ヒートパイプ、ガスクロマトグラフ質量分析計のガスクロマトグラフと質量分析計間のトランスファーラインその他加熱することが必要な各種直接加熱管として使用されるものである。管１は第一の加熱管２内に加熱対象の流体を直接通過させるものと、第一の加熱管２内に加熱対象の流体を通過させる別途の管を設置するものがある。管１に用いられる材料は管１の用途とそれに適合する使用温度範囲に依存し、主に銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、合金であり、耐熱性金属又はステンレススチールが多くの用途に適合するが、導電性セラミックや導電性ポリマーも使用が可能である。管１の全長は特に限定されず、その用途に応じて決定するが、主に概ね１０〜５００ｍｍの範囲のものが使用される。
第二の加熱管３及びフランジ４は第一の加熱管２と同一の素材を用いることが望ましいが、電気の良導体であり熱伝導率が高い他の素材を用いて構成することも可能である。又、第一の加熱管２と第二の加熱管３の接続部は通常その熱質量が最少になるようにすることが望ましい。
第一の加熱管２は従来の直接加熱管そのものに相当し、第二の加熱管３は管１の加熱所望部位における第一の加熱管２内の温度分布を一定に保つ、或いは所望の温度勾配を有する温度分布とするための管である。即ち、第二の加熱管３は第二の加熱管３に設置した電極部６から通電されることにより、第一の加熱管２に通電して加熱すると共に、第二の加熱管３自体が加熱され、放熱して第一の加熱管２をその放射熱により加熱する作用を備える管である。ここで加熱所望部位とは管１の全長の内第一の加熱管２内の加熱をするべき範囲であり、管１の全長に渡る場合やその一部の場合がある。
第二の加熱管３は管１の加熱所望部位の少なくとも一部分に設け、加熱所望部位の適宜範囲を二重管構造とする。第二の加熱管３の設置態様としては、管１の全長が加熱所望部位である場合には、上述のように第二の加熱管３，３を第一の加熱管２の両端部に設ける他、両端を第一の加熱管２に接続した一本の第二の加熱管３を第一の加熱管２の全長に渡って設けて管１の全長を二重管構造としてもよい。又、管１の一部が加熱所望部位である場合には、加熱管３，３を加熱所望部位の第一の加熱管２の両端から中心方向へ延設して管１の適宜の範囲を二重管構造とし、或いは加熱所望部位の両端と接続した一本の第二の加熱管３を加熱所望部位に渡って設けて加熱所望部位の全長を二重管構造としてもよい。又、管１の加熱所望部位の一端部は加熱所望温度を維持し、他端部は所望加熱温度より低温でもよい場合には、第二の加熱管３を管１の加熱所望部位の加熱所望温度を維持したい側の一端にのみ設けることとしてもよい。
フランジ４は第二の加熱管３を第一の加熱管２に接続する部材である。尚、フランジ４は第二の加熱管３を第一の加熱管２に固定すると共に第一の加熱管２の外側に適宜距離にて保持可能であればその植立方向は限定されず、必ずしもフランジ４の端部に第一の加熱管２又は第二の加熱管３を接続する必要はなく、フランジ４の適宜箇所に第一の加熱管２又は第二の加熱管３を接続することとしてもよい。フランジ４は環状であって肉厚を第一の加熱管２或いは第二の加熱管３と同等とするほか、適宜の厚みを持たせることとしてもよく、更には管１とカラム等との接続に用いるカラム接続口等の部材をフランジとして用いることとしてもよい。又、フランジ４を設けずに第二の加熱管３を第一の加熱管２に溶接等により直接接続することとしてもよい。
管１、即ち第一の加熱管２の全長は特に限定されず、その用途に応じて決定するが、概ね１０〜５００ｍｍの範囲のものが使用される。第二の加熱管３の全長は特に限定されないが、要求される第一の加熱管２内の温度勾配に応じて設定すればよく、０ｍｍ〜第一の加熱管２の全長の範囲で設定可能である。ここで、０ｍｍとは第二の加熱管３を管１の所望加熱部位の一端部にのみ設ける場合の第二の加熱管３を設けない他端部、又は管１の所望加熱部位の一端部には第二の加熱管３、他端部にはフランジ４のみを設けて該フランジ４に電極を接続する場合を意味している。
第一の加熱管２の径Ｄ１は特に限定されず、その用途に応じて適宜に設計すればよいが、概ね０．５〜２５ｍｍの範囲が主に用いられる。第二の加熱管３の径Ｄ２は第一の加熱管２の径Ｄ１以上であれば特に限定されないが、通常第一の加熱管２の径に依存する。即ち第二の加熱管３の径は、Ｄ２＝Ｄ１＋ΔＤで求められ、ΔＤは概ね１〜１０ｍｍの範囲に設定することが妥当である。ここで第一の加熱管２と第二の加熱管３の距離は１／２ΔＤである。勿論ΔＤはこの範囲に限定されず、加熱のために要求される電源容量、加熱管に設置される温度センサー、加熱管に設置される冷却機構等の外的要因に応じて適宜の値とすることが可能である。尚、ΔＤは第二の加熱管３をフランジを用いずに直接第一の加熱管２に設置した場合、第一の加熱管２又は／及び第二の加熱管３の肉厚に勾配変化をもたせた場合には一定値ではなくなる。
第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は特に限定されないが、使用される材料にも依存するが、略０．０５〜０．５ｍｍの範囲が好ましい。尚、第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は加熱に用いられる電源容量にも依存される。又、第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は夫々の全長に渡って均一な厚さとするのではなく、温度勾配を均一にするため又は任意の温度勾配にするために肉厚に勾配変化をもたらすこととしてもよい。又、第一の加熱管２の肉厚ｔ１及び第二の加熱管３の肉厚ｔ２は同一の肉厚としてもよいが、異なる肉厚としてもよい。勿論、第二の加熱管３の全長、肉厚ｔ２は加熱に用いられる電源容量により第二の加熱管３が放熱し第一の加熱管２をその放射熱により過熱可能な範囲にすることは必要である。
そして、第一の加熱管２及び第二の加熱管３の全長、径、及び肉厚を適宜調整することにより、フランジ４の有無により、更には電極部６の設置位置により第一の加熱管２内の温度勾配を任意に設定が可能である。又、第一の加熱管２と第二の加熱管３は円筒状に限定されず、断面が楕円形、正方形その他の多角形等に形成してもよく、第一の加熱管２と第二の加熱管３が異なる断面を有していてもよい。又、管１の諸地点において第二の加熱管３は第一の加熱管２と同心円上、又は第二の加熱管３と第一の加熱管２の距離を同一に設置することが望ましいが、必ずしも同心円上、同一の距離にする必要はない。
第二の加熱管３の外側には電極部６を設けている。電極部６と電源部６９との接続には、特に限定されないが、導線６１を用いニッケル線や銅線のような電気抵抗の小さい材料を用いることが望ましい。電極部は従来の一重管での直接加熱の場合、電極部の熱質量をなるべく小さくするために電線を直接管に溶接或いはロウ付けするなど、非常に組立が複雑となっていたが、本発明によれば電極部６の熱質量については考慮する必要がないので、組み立てやすさを重視した設計が可能である。従って、電極部６は電線を直接第二の加熱管３に溶接或いはロウ付けすることは勿論、導線６１を第二の加熱管３を挿通可能な孔を有する電極プレート６２に接続し、該電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通し、電極プレート６２をナット６３ａ，６３で構成されるダブルナット６３等を用いて固定する、或いは導線６１を第二の加熱管３に捲き付けてダブルナット６３で挟持固定する等適宜の設置方法が採用可能である。
電極部６は第二の加熱管３に直接設置する他、第二の加熱管３と接続した導電性を有するフランジ等に設置してもよい。又、所望加熱部位の一端のみに第二の加熱管３を設ける場合、他端の電極部６は第一の加熱管２に直接設置し或いは第一の加熱管２と接続したフランジ等に設置すればよい。
管１をこのように二重管の構成とし、第二の加熱管３に電極部６を設けることにより、第二の加熱管３と第一の加熱管２の間に放射熱の作用が働き、電極部６における熱質量の損失に伴う第一の加熱管２の温度低下を防止することが可能となる。その結果、第３図に示すように第一の加熱管２内の温度分布は、加熱管に直接電極部を設けた従来例では電極部を設けた管の端部の温度は設定値より大幅に低くなるのに対して、本発明の二重構造の管によれば管の端部の温度も略設定値を示し、管全体に渡って均一な温度分布を示すことが可能となる。
尚、第４図に示すように、管１には従来の直接加熱管と同様に第一の加熱管２に設置した温度センサー９７を比較演算部９８に接続し、設定部９９において予め設定した管内の加熱所望温度と温度センサー９７からの温度情報を比較演算部９８で処理し、電源部６９でフィードバック制御を行い、管１の加熱所望部位の温度を調整する構成としている。
【実施例】
以下本発明の二重管構造を備える管１の実施例を図に従って説明する。
［実施例１］
第５図は本発明の直接加熱管１をガスクロマトグラムの試料導入部に応用した一実施例の縦断面図である。第一の加熱管２は試料気化部を構成し、第一の加熱管２の下端からフランジ４を放射状に植立し、該薄板環状のフランジ４外周端に第二の加熱管３を第一の加熱管２の略中間点まで第一の加熱管２と同心円状に設置している。その他通常のガスクロマトグラムの試料導入部と同様にカラム８０、ライナー８１、キャリアガスライン８２、排出ライン８３、セプタム８４等を備えて構成されている。第一の加熱管２及び第二の加熱管３とフランジ４は溶接により結合している。第二の加熱管３の上端部にフランジ７１、フランジ７１の外周端にチューブ７２、チューブ７２の上端部にフランジ７３を設け、フランジ７３に電極部６を設置している。又、第一の加熱管２の上端部に第一の加熱管２から垂直且つ放射状に植立するフランジ７５を設け、該フランジ７５に電極部６を設置している。第一の加熱管２の外径は６．３５０ｍｍ、肉厚は０．１５２ｍｍ、長さは７２ｍｍ、第二の加熱管３の外径は９．５２５ｍｍ、肉厚は０．１５２ｍｍ、長さは２９ｍｍであり、両管ともその材質はステンレススチールである。フランジ４、フランジ７１、チューブ７２、フランジ７３及びフランジ７５の肉厚は０．５ｍｍであり、その材質はステンレススチールである。
この実施例１の比較例として、第６図に示すような加熱する管９１の外側に加熱管でない、即ち発熱して、加熱をする管９１をその放射熱で加熱する能力のない管であって肉厚０．５ｍｍ，材質はステンレススチールの通常の外管７９を、実施例１の第二の加熱管３に替えて設け、外管７９に電極部６を接続した構成とした試料導入部を用い、夫々の管内の温度分布を測定した結果を第７図に示す。第７図からもわかるように第二の加熱管３を設けた部分は下端において若干の温度低下が見られるもの、第二の加熱管３を設けない比較例のような極端な温度低下はなく、管１の下端から１０〜４０ｍｍの範囲で略均一な温度分布となっている。一方比較例の一重管ではその温度分布に著しい変化が見られる。
［実施例２］
第８図は本発明の直接加熱管をガスクロマトグラムのクライオトラップ用のカラムに応用した一実施例の縦断面図である。管１、第一の加熱管２は全長１００ｍｍ、第一の加熱管２の内径１ｍｍ、肉厚０．０５ｍｍ、第一の加熱管２の両端部から高さ０．９５ｍｍの薄板環状のフランジ４，４を形成し、フランジ４から第一の加熱管２と同心円上に第二の加熱管３を設置し、第二の加熱管３は夫々長さ３０ｍｍ、内径３ｍｍ、肉厚０．０５ｍｍとした。電極部６は導線６１を電極プレート６２に接続し、電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通してダブルナット６３で挟持固定して構成し、フランジ４から２０ｍｍの位置に設置した。第一の加熱管２、第二の加熱管３及びフランジ４の材質はステンレススチールである。尚、ダブルナット６３，６３間には従来の冷却機構と同様の冷却用媒体入口４２及び出口４１を有する中空間４０を備え、管１を被覆している。
［実施例３］
第９図は本発明の直接加熱管をガスクロマトグラムのカラム終端と検出器５（ここではＦＩＤ）の接続部に応用した一実施例の縦断面図である。管１として全長６０ｍｍのヒートパイプを用い、全長６０ｍｍ、外径１．６ｍｍの第一の加熱管２の両端にフランジ４，４を設け、該フランジ４，４外周端部から第一の加熱管２中心方向へ、全長２４ｍｍの第二の加熱管３，３を設けた。第一の加熱管２及び第二の加熱管３の材質はステンレススチールである。ヒートパイプの検出器５側のフランジ４には幅０．８ｍｍの薄板環状のフランジ４を用いているが、カラム側の、第一の加熱管２と第二の加熱管３の接続は、フランジ４としてステンレス製のカラム接続口４９を利用している。管１のカラム側端部の製造法としてはカラム接続口４９に第二の加熱管３をレーザー溶接等により溶接し、その外側に第一の加熱管２を同様に溶接する方法が採用可能である。ＦＩＤ５側の電極部６は導線６１を第二の加熱管３を挿通可能な孔を有する電極プレート６２に接続し、該電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通し、電極プレート６２をＦＩＤに絶縁体６８を介してボルト５９で固定し、ガスクロマトグラフィー側の電極部６は導線６１を電極プレート６２に接続し、電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通してダブルナット６３で挟持固定して構成した。電極部６，６はフランジ４から１６ｍｍの位置に設置した。カラム終端と検出器５の接続部に管１を応用することにより、管１即ちヒートパイプと検出器の接続部にオーリング５１を使用することが可能になり、従来法と比較してガスクロマトグラムのオーブン（図示せず）やＦＩＤのコレクター部５２に対する熱の影響を著しく低減可能となっている。
［実施例４］
第１０図は本発明の直接加熱管をＧＣ／ＭＳ用トランスファーラインに応用した一実施例の縦断面図である。ＧＣ／ＭＳ用トランスファーラインとしての管１又は第一の加熱管２は一般的に全長１５０ｍｍ〜３００ｍｍ、第二の加熱管３の全長５０ｍｍ〜１００ｍｍが使用されるが、特に限定されない。本実施例においては、第一の加熱管２を全長１５０ｍｍ、外径１．６ｍｍ、肉厚０．１５ｍｍとし、第一の加熱管２の両端にフランジ４，４を設け、該フランジ４，４外周端部から第一の加熱管２中心方向へ、全長７０ｍｍ、外径３．２ｍｍ、肉厚０．１５ｍｍの第二の加熱管３，３を延設した。第一の加熱管２及び第二の加熱管３の材質はステンレススチールである。イオン化源接続口４８側のフランジ４には薄板環状のフランジ４を用いているが、カラム側の、第一の加熱管２と第二の加熱管３の接続は、フランジ４としてステンレス製のカラム接続口４９を利用している。管１のカラム側端部の製造法としてはカラム接続口４９に第二の加熱管３をレーザー溶接等により溶接し、その外側に第一の加熱管２を同様に溶接する方法が採用可能である。電極部６は導線６１を電極プレート６２に接続し、電極プレート６２に第二の加熱管３を挿通してダブルナット６３で挟持固定して構成し、第二の加熱管３の管１中心側端部に設置した。電極部６，６間には構造的強度増加のために筒状の絶縁体４４を挟持させた。その他通常のＧＣ／ＭＳ用トランスファーラインと同様にイオン化源接続口４８、真空保持用フランジ４５、温度センサー９７等を備えて構成されている。
本発明の二重構造を備える管１は上記実施例の直接加熱管に限定されず、キャピラリーカラムの一部を二重構造としたもの等各種カラム、ヒートパイプ、その他加熱することが必要な各種直接加熱管を含み、又、その数値に於いても各実施例の数値に限定されることなく、様々な数値を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
以上のように本発明はガスクロマトグラフにおいて加熱されるカラム、ガスクロマトグラフの試料注入口の加熱管やガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）における分析カラムからイオン化室に試料を導入するカラムを保温するためのヒートパイプ（トランスファーライン）、ガスクロマトグラフのカラムから水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）等の検出器への試料の導入に用いられる加熱される管等、流体を通過させる際に、直流又は交流の電流を管に直接流して管を加熱することにより該流体を加熱する直接加熱管として有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させる際に該流体を加熱する直接加熱管であって、該管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管。
【請求項２】
直接加熱管の加熱所望部位の全長に渡って第二の加熱管を設けたことを特徴とする請求項１記載の直接加熱管。
【請求項３】
直接加熱管の加熱所望部位の両端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする請求項１記載の直接加熱管。
【請求項４】
直接加熱管の加熱所望部位の一端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする請求項１記載の直接加熱管。
【請求項５】
第二の加熱管に電極部を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の直接加熱管。
【請求項６】
第二の加熱管に電極部を直接接続したことを特徴とする請求項５記載の直接加熱管。
【請求項７】
第一の加熱管又は／及び第二の加熱管の肉厚に勾配変化を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載の直接加熱管。
【請求項８】
直接加熱管はカラム又はヒートパイプであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の直接加熱管。
【請求項９】
管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けた直接加熱管を用い、第二の加熱管に電極部を接続して第一の加熱管を加熱し、該管内を通過する流体を加熱する方法。
【請求項１】
流体を通過させる際に該流体を加熱する直接加熱管であって、該管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けたことを特徴とする直接加熱管。
【請求項２】
直接加熱管の加熱所望部位の全長に渡って第二の加熱管を設けたことを特徴とする請求項１記載の直接加熱管。
【請求項３】
直接加熱管の加熱所望部位の両端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする請求項１記載の直接加熱管。
【請求項４】
直接加熱管の加熱所望部位の一端部に第二の加熱管を設けたことを特徴とする請求項１記載の直接加熱管。
【請求項５】
第二の加熱管に電極部を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の直接加熱管。
【請求項６】
第二の加熱管に電極部を直接接続したことを特徴とする請求項５記載の直接加熱管。
【請求項７】
第一の加熱管又は／及び第二の加熱管の肉厚に勾配変化を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載の直接加熱管。
【請求項８】
直接加熱管はカラム又はヒートパイプであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の直接加熱管。
【請求項９】
管の加熱所望部位において、第一の加熱管の外側に第一の加熱管に接続した第二の加熱管を設けた直接加熱管を用い、第二の加熱管に電極部を接続して第一の加熱管を加熱し、該管内を通過する流体を加熱する方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７８３５４
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【発行日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１７８５０（Ｐ２００５−５１７８５０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００１５６４
【国際出願日】平成１６年２月１３日（２００４．２．１３）
【出願人】（３９００３０１８８）ジーエルサイエンス株式会社 (37)
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【発行日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００１５６４
【国際出願日】平成１６年２月１３日（２００４．２．１３）
【出願人】（３９００３０１８８）ジーエルサイエンス株式会社 (37)
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