遠心分離機
【課題】
冷却機構の蒸発温度を段階的に可変にすることにより、製造コストの上昇を抑えつつ、冷却タイムラグを短縮化できるようにした遠心分離機を提供する。
【解決手段】
試料を保持して遠心分離するためのロータ１と、ロータ１を回転させるモータ２と、ロータを収容する回転室を画定するチャンバ４と、チャンバ４の外周に配置され回転室３を冷却するための蒸発器５と、蒸発器５に冷媒を循環させるための圧縮機７と、圧縮機７で圧縮された冷媒を放熱するための凝縮器９と、圧縮され放熱した冷媒を断熱膨張させて蒸発器に供給する絞り機構１０Ａ、１０Ｂと、これらを制御する制御部１２を備えた遠心分離機において、絞り機構１０Ａ、１０Ｂを複数設け、絞り機構１０Ａ、１０Ｂへの冷媒供給を制御部１２より操作可能な開閉弁１１Ａを設け、開閉弁１１Ａを用いて凝縮器９から複数の絞り機構１０Ａ、１０Ｂへの冷媒供給を段階的に可変に制御するようにした。
冷却機構の蒸発温度を段階的に可変にすることにより、製造コストの上昇を抑えつつ、冷却タイムラグを短縮化できるようにした遠心分離機を提供する。
【解決手段】
試料を保持して遠心分離するためのロータ１と、ロータ１を回転させるモータ２と、ロータを収容する回転室を画定するチャンバ４と、チャンバ４の外周に配置され回転室３を冷却するための蒸発器５と、蒸発器５に冷媒を循環させるための圧縮機７と、圧縮機７で圧縮された冷媒を放熱するための凝縮器９と、圧縮され放熱した冷媒を断熱膨張させて蒸発器に供給する絞り機構１０Ａ、１０Ｂと、これらを制御する制御部１２を備えた遠心分離機において、絞り機構１０Ａ、１０Ｂを複数設け、絞り機構１０Ａ、１０Ｂへの冷媒供給を制御部１２より操作可能な開閉弁１１Ａを設け、開閉弁１１Ａを用いて凝縮器９から複数の絞り機構１０Ａ、１０Ｂへの冷媒供給を段階的に可変に制御するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却機構を有する遠心分離機に関し、特に、温度制御のために用いられる絞り機構を安価にて実現しつつ高精度の制御が可能な冷却機構を実現した遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機は、チューブ等の容器に収容した試料をロータに格納し、ロータを回転室内で高速回転させることにより遠心分離を行う。ロータを回転させる駆動装置として、電気式のモータが広く使われている。ロータを高速で回転させると、効率よく試料を遠心分離できるが、ロータの回転速度が高くなりすぎると、ロータの空気摩擦により発生する熱量（風損）によってロータ内に収容した試料の温度が上昇する恐れがある。例えば、回転速度５，０００ｍｉｎ−１〜３０，０００ｍｉｎ−１クラスの遠心分離機においては、ロータの温度が上昇するのを防ぐために、圧縮機を使用したカルノーサイクル形冷却機構が広く使用されている。
【０００３】
また、遠心分離機を多用する生物化学系の試料は、温度で失活する特性を持つことが多く、遠心分離中に試料の温度を適切に制御することが重要である。従来の遠心分離機では、圧縮機を断続運転することにより、ロータの温度を制御することが一般的に行われている。この冷却機構の絞り機構には、最も安価な固定絞り機構キャピラリチューブを用いられることが多く、キャピラリチューブにより影響される冷却能力が、概ね最も温度上昇を起こしやすいロータ、例えば、回転速度が高いロータの負荷に合わせて設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２８４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
遠心分離機の冷却機構は、概ね最も回転速度の高いロータの負荷に合わせて設計されるのが通常であるが、これは、高速回転のロータを冷却する場合、低速のロータを冷却するより、回転室温度をより低温にする必要があるためである。高速ロータ用に設計された冷却機構では、蒸発温度が低いため、低い圧力になるように絞り機構が設定される。そのため、冷却機構の冷媒循環量及び冷却容量はどうしても低くならざるを得ない。一方、最高回転速度１５、０００ｍｉｎ−１以下の中低速の大形ロータは、高速ロータよりも回転室温度が高くても冷却可能である。
【０００６】
一例を挙げると、外気温２５℃において、直径約２１５ｍｍのロータを１８、０００ｍｉｎ−１で運転した場合、その風損は約７００Ｗ、運転中の回転室空気温度は−８℃、試料温度は概ね０℃となるが、同室温・同設置条件下で、直径約３４０ｍｍのロータを１０、０００ｍｉｎ−１で運転した場合、風損は１，０００Ｗを越すにもかかわらず、運転中の回転室空気温度は−８℃、試料温度は−３℃まで冷却可能である。これは直径約３４０ｍｍのロータの表面積が大きく、また、ロータ単位表面積当たりの風損が小さく、冷却するのに必要な回転室空気との温度差が小さくてもロータを十分冷却できるためである。約３００Ｗ大きい風損は、風損負荷増大により若干蒸発温度が高めにシフトするのと、冷媒の液分が蒸発した乾燥ガス冷媒の冷却容量を利用して冷却しているが、乾燥ガス冷媒は湿りガス冷媒と異なり、わずかな熱量を吸収しただけで温度上昇し、ロータの冷却に寄与しなくなる。そのため、中低速で回転する大形ロータのさらなる大形化もしくは高速化は、高速ロータ用に設定したキャピラリチューブのような固定式の絞り機構を利用している限りでは対応が難しいという課題があった。
【０００７】
この問題解決のために、絞り機構を中低速の大形ロータ用に合わせ、高速ロータより高めの蒸発温度に設定すると、同じ圧縮機を使用しても冷却容量は大幅に増加するため、大形ロータの風損を冷却することが可能となる。一方で、高速ロータを使う場合には、蒸発温度を下げることができずに、冷却不足になる問題が発生する恐れがある。これらの対策として、電子膨張弁を採用して絞り機構の絞り量を可変にすれば、中低速の大形ロータ使用時は蒸発温度を高く制御し、高速ロータの場合は蒸発温度を低く制御することが可能であるが、電子膨張弁は高価であり遠心分離機の望ましくないコストアップにつながってしまう。さらに可変速圧縮機を採用し、圧縮機の回転数を上げ、冷媒循環量を上げても、固定絞り機構のままでは、最大能力の更に大きな圧縮機が必要となると同時に所要動力も増大し、成績係数（冷却能力ＫＷ÷冷却消費電力ＫＷ）が下がり非常に不経済なもののとなるので、製造コストとの兼ね合いからそのまま採用することは難しい。
【０００８】
遠心分離機は、ロータを高速回転させ、その際発生する風損を冷却機構により冷却するように構成されるが、ロータが最高回転速度に達する所要時間は１〜３分程度であり、その間に回転室を低温の設定温度から更に数度から十数度低い回転室の制御温度まで冷却することが重要である。しかしながら、回転室の急激な冷却は過大な圧縮機や凝縮器を装備しなければ実現が難しい。遠心分離機もロータも予め使用者の意図した温度に事前に冷却してあっても、ロータの風損を冷却しながら回転室の温度を制御温度まで冷却するには、ロータが設定回転速度に到達した後、数分余計にかかり、この間にロータ内の試料温度が上昇する恐れがある。これが遠心分離機は電源投入したばかりで回転室の温度は室温、ロータも室温からのスタートとなると、ロータが設定回転速度に到達した後、回転室の温度が制御温度に達するは１０分〜１５分もかかってしまうことになる。本問題は絞り機構を可変にし、運転開始直後の蒸発温度より冷却容量の必要な期間に、蒸発温度を上げてやれば、冷却のタイムラグは縮小させることができるが、遠心分離機の冷却機構は固定式の絞り機構を使用しているものが多く、圧縮機や凝縮器の能力が足りていたとしても、蒸発圧力を変えることができなかった。仮に可変速圧縮機を採用し、一時的に冷却容量を増大させたとしても、高速用ロータに合わせた固定式の絞り機構だと、前記のとおり、より最大能力の大きい圧縮機が必要となるだけで不経済である。
【０００９】
一般の遠心分離機は、回転室の温度制御を圧縮機の断続運転制御で行っている。定速回転の圧縮機の場合、その冷却効果を減ずるには、凝縮器での熱交換を風量や水量を調整し冷却容量を減じる、電子膨張弁を使用し冷媒循環量を減じるくらいしか方法がなく、各々風量可変のファン、冷却水の電動調整弁、電子膨張弁等高価な機器が必要となるため採用すると遠心分離機の大幅なコストアップにつながってしまう。冷却効果を止めるには、冷媒を蒸発器に流さず、バイパスさせて圧縮機に戻す、又は冷媒を蒸発器の前で止めるなどの手法もあるが、蒸発器をバイパスして圧縮機に戻した場合は、液分の多い冷媒を圧縮機が吸入し圧縮することになり、シリンダ内で冷媒の液分圧縮が起こり、シリンダの吐出弁を破壊する危険がある。蒸発器の前で冷媒を止めると、圧縮機に冷媒が吸入されないため、圧縮機が温度上昇を起こし短寿命になりやすい。
【００１０】
従って、圧縮機の断続運転が機構的に最も単純で安価であるが、一度圧縮機を停止させると、圧縮機の高圧側と低圧側の圧力差が小さくなるまで圧縮機が再起動できないという問題があり、ロータの風損が大きい場合、圧縮機停止中に回転室の温度が急上昇する恐れがあり、温度制御が粗くなるという問題があった。また、冷却機構をフル稼働させれば、所望の冷却温度は達成できるが、圧縮機の断続運転による温度制御の為、製品仕様の冷却温度近傍では温度制御の精度を向上させることが難しく、製品の冷却仕様を高くせざる得ない問題も発生していた。
【００１１】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、蒸発温度を段階的に可変にすることにより、製造コストの上昇を抑えつつ、冷却のタイムラグを短縮化できる遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、複数の固定絞り機構と開閉弁を用いて、蒸発温度を段階的に可変にでき、回転室の温度変動（ハンチング）を小さくし、温度制御精度の高い遠心分離機を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、同じ圧縮機能力の冷却機構を用いて、高速ロータと、風損の大きい大容量化した又は高遠心加速度化した中低速大形ロータを運転可能とした遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
【００１５】
本発明の一つの特徴によれば、試料を保持して遠心分離するためのロータと、ロータを回転させるモータと、ロータを収容する回転室を画定するチャンバと、チャンバの外周に配置され回転室を冷却するための蒸発器と、蒸発器に冷媒を循環させるための圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱するための凝縮器と、圧縮され放熱した冷媒を断熱膨張させて蒸発器に供給する絞り機構と、これらを制御する制御部を備えた遠心分離機において、絞り機構を複数設け、絞り機構への冷媒供給を制御部より操作可能な開閉弁を設け、この開閉弁を用いて凝縮器から複数の絞り機構への冷媒供給を段階的に可変に制御するようにした。複数の絞り機構には、それぞれ開閉弁を設けるようにしても良いし、複数の絞り機構のうち一部の絞り機構にだけ開閉弁を設けて残りの絞り機構は常時開状態としても良い。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、制御部は、回転室の冷却を高速化する必要がある際には開閉弁を開いて、蒸発器へ供給する冷媒量を多くなるように制御する。また制御部は、圧縮機の運転中に絞り機構への開閉弁を操作することにより、回転室の温度制御を行う。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御部は、装着されたロータを識別し、ロータの種類及び遠心分離回転速度に応じて開閉弁の制御の有無を選択する。制御部には記憶手段を設け、ロータの種類と開閉弁の制御情報を対応させて格納しておく。開閉弁の制御情報は、制御弁を開閉制御するための回転速度である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、冷却機構を有する遠心分離機において絞り機構を複数設け、絞り機構への冷媒供給を制御部より操作可能な開閉弁を設け、開閉弁を用いて凝縮器から複数の絞り機構への冷媒供給を段階的に可変に制御するようにした。この結果、蒸発温度を段階的に操作でき、冷却に温度差を必要とする高速ロータは開閉弁を閉じることにより蒸発器への冷媒供給量を減らして、蒸発温度を低くして冷却することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、複数の絞り機構にそれぞれ開閉弁を設けるので、複数の固定絞り機構を個別に制御することができ、蒸発温度を段階的に操作することができる。また、高風損時の回転室の温度制御を圧縮機の断続運転でなく、蒸発温度の切り替えで制御できるため、回転室の温度変化の少ない精度の高い温度制御が可能となる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、複数の絞り機構のうち一部の絞り機構に開閉弁を設け、残りの絞り機構は常時開状態とされるので、複数の蒸発温度を設定することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、制御部は、回転室の冷却を高速化する必要がある際には開閉弁を開いて、蒸発器へ供給する冷媒量を多くなるように制御するので、風損が大きくても冷却に温度差を必要としない中低速の大形ロータを使用する際は開閉弁を開いて蒸発器への冷媒供給量を増やし蒸発温度を高くすることにより、効果的に冷却することが可能になる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、制御部は、圧縮機の運転中に絞り機構への開閉弁を操作することにより、回転室の温度制御を行うので、回転室のハンチングを小さくし、温度制御精度の高い遠心分離機を実現することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、制御部は、装着されたロータを識別し、ロータの種類及び遠心分離回転速度に応じて開閉弁の制御の有無を選択するので、装着されたロータの種類に応じて適切な開閉弁の制御を行うことができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、制御部に記憶手段を設け、ロータの種類と開閉弁の制御情報を対応させて格納しておくので、装着されるロータにあわせて蒸発温度を効率よく操作できる。この結果、回転室を急速に冷却する必要のある運転初期に開閉弁を開き、蒸発器への冷媒供給量を増やすことにより回転室を早く冷却することが可能となり、運転初期の試料温度上昇を抑えることができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、開閉弁の制御情報は、制御弁を開閉制御するための回転速度であるので、使用者によって設定された遠心分離回転速度に応じて適切に制御弁を開閉制御することができる。
【００２６】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。
【図２】コンデンシングユニットの蒸発温度と冷却容量の関係を示すグラフである。
【図３】遠心分離機の各冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化の一例を表す図である。
【図４】従来技術と本発明による温度制御における冷却機構動作と冷却関連部の温度変化の一例を示す図である。
【図５】装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルである。
【図６】本発明の実施例に係る遠心分離機の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】複数の絞り機構と開閉弁を有する本発明の第２の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る、装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図１は本発明の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。
【００２９】
ロータ１は試料を収容した容器を保持し、チャンバ４の内部に装着され、駆動部２によって高速に回転される。チャンバ４により画定される回転室３は、ドア１４により密閉可能であり、チャンバ４の外周に蒸発器５が配置されることにより回転室３の内部が所定の低温状態に冷却される。チャンバ４の所定の箇所には温度センサ６が設けられ、温度センサ６によって回転室３の内部の空気温度を計測することによりロータ１の温度を間接的に測定する。回転室３を冷却するための冷却機構は、蒸発器５、圧縮機７、凝縮器９、ファン８、キャピラリチューブ（固定絞り機構）１０Ａ及び１０Ｂを含んで構成され、これらは戻り配管１５及び配管１６〜１８を介して接続される。本実施例のおける冷却機構では空冷式の凝縮器９を用いているが、水冷式の凝縮器を用いることも可能であり、その場合はファン８を省くことも可能である。
【００３０】
凝縮器９の出力側の配管１７と蒸発器５側の配管１８の間には、２つのキャピラリチューブ１０Ａ及び１０Ｂが並列に接続される。キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂは、圧縮機７で圧縮され、凝縮器９及びファン８で冷却された液化した高圧の冷媒を、低圧になっている蒸発器５に導入する部品で、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂの内径とその長さで冷媒流量がおおよそ決まる。ここで、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂの内径が細ければ冷媒は少量しか流れず、蒸発器５での蒸発温度は低くなり、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂの内径が太ければ冷媒が大量に流れるため、蒸発器５での蒸発温度は高くなる。
【００３１】
キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂは、例えば銅管で製造され、お互いが同じ径で同じ長さで構成される。本実施例においては、一方のキャピラリチューブ１０Ｂにだけ開閉弁１１Ａが設けられ、キャピラリチューブ１０Ｂへの流路を開放又は閉鎖することができる。本実施例では、開閉弁１１Ａを閉鎖することにより絞り流路はキャピラリチューブ１０Ａだけとなり、開閉弁１１Ａを開放することにより絞り流路はキャピラリチューブ１０Ａと１０Ｂの２本分となる。このように１つの開閉弁を操作することにより、キャピラリチューブ１０Ｂへの冷媒の流れを操作することができ、使用するキャピラリチューブの数を１本又は２本のいずれかを選択することが可能となる。
【００３２】
回転室３には温度センサ６が設けられ、回転室３の空気温度が計測される。蒸発器５から圧縮機７への戻り配管１５には温度センサ１９が設けられ、これにより圧縮機７の入口における冷媒の温度が測定される。温度センサ６及び１９の出力は制御部１２に伝達される。制御部１２は、ロータ１の回転制御、圧縮機７の稼働と停止の指示、ファン８の回転、開閉弁１１Ａの開閉駆動等を含む遠心分離機全体の制御を行うもので、図示しないマイクロプロセッサや記憶装置を含む電子回路で構成される。制御部１２は、温度センサ６の出力を用いて制御することにより蒸発器５の冷却能力を調整する。尚、蒸発器５の冷却能力の調整は、温度センサ６の出力だけを用いて調整することが可能である（その場合、温度センサ１９を省くことも可能である）が、これに加えて又はこれとは別に温度センサ１９の出力を用いて蒸発器５の冷却能力を調整することも可能である。温度センサ１９の出力を用いることにより圧縮機７の入口における冷媒の温度が測定され、開閉弁１１Ａが開放される急速冷却時の、蒸発器５の冷却状態が判別でき、開閉弁１１Ａを閉じ、より低い蒸発温度へ移行するタイミングを正確に計ることができる。
【００３３】
本実施例においては、回転するロータ１の温度を直接測定することができないので、制御部１２は温度センサ６の計測した回転室３の空気温度と、ロータ１の種類と、回転速度から間接的にロータ１の温度を算出する。
一般的に、温度差のある媒体間での移動熱量Ｑは、
Ｑ＝Ａ・Ｋ・（Ｔ１−Ｔ２）
但し、Ａは伝熱面積、Ｋは伝熱係数、Ｔ１は被冷却物の温度、Ｔ２は冷却体の温度、
となる。これを遠心分離機のロータ１の熱交換に当てはめると蒸発器５からロータ１への移動熱量Ｑ、つまりロータ１の空気摩擦発熱量（風損）Ｑは、
Ｑ＝Ａｒ・Ｋ・（Ｔｒ−Ｔｅ）
但し、Ａｒはロータ１の表面積、Ｋは総括伝熱係数、Ｔｒはロータの温度、Ｔｅは蒸発器温度、となる。
【００３４】
遠心分離機において、風損が大きく冷却が問題となる回転速度領域では、回転室３内部の空気は十分に乱流に達し、総括伝熱係数Ｋはほとんど変わらないため、支配的因子はロータ１の表面積Ａｒと、ロータ１と蒸発器５の温度差（Ｔｒ−Ｔｅ）となる。これらの式より表面積の大きいロータ１は同じ風損量であっても、より少ないロータ１と蒸発器５の温度差（Ｔｒ−Ｔｅ）で冷却可能なことがわかる。逆に高回転速度で回転する表面積Ａｒの小さいロータ１は必要なロータ１と蒸発器５の温度差（Ｔｒ−Ｔｅ）が大きくなるため、より低い蒸発温度Ｔｅが必要となる。
【００３５】
一方、圧縮機７の冷却容量は凝縮器９の大きさにより制限を受けるが、冷媒の蒸発温度が高いほど冷却容量は増加する。その関係の一例を図２にて示す。図２は圧縮機７、凝縮器９、ファン８を一体化した公知のコンデンシングユニットの蒸発温度と冷却容量の関係を示したものである。実線は圧縮機吸入温度４．４℃の時の冷却容量であり、破線は圧縮機吸入温度４．４℃時の冷媒の蒸発潜熱による冷却容量を示す。蒸発温度を−３０℃から−２７℃に高くすると、冷却容量が３５５Ｗから４１９Ｗになり６４Ｗ上昇し、冷却容量が１８％ほど向上する。この際、実際に冷却に寄与する蒸発潜熱は、２７２Ｗから３２７Ｗへと５５Ｗ上昇し、２０％増加する。本発明は、このような遠心分離機特有の負荷形態と、圧縮機の一般的特性に着目し、使用するキャピラリチューブの本数を選択することにより蒸発温度を段階的に切り替えるように構成し、冷却機構を安価に実現するものである。
【００３６】
図１に示すように本実施例では、冷却機構に２個のキャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂを設け、キャピラリチューブ１０Ａは開閉弁１１Ａの開閉により冷媒を流したり止めたりする制御が可能として、キャピラリチューブ１０Ｂには開閉弁を設けずに常に導通状態とした。本発明の目的を達成するために、キャピラリチューブ１０Ｂ側にも開閉弁を設けても良いが、製造コストの上昇を招くので、本実施例では開閉弁の数を少なく構成した。
【００３７】
遠心分離機の使用者は、ロータ１に試料を収容し、ロータ１を回転室３内の駆動部２の回転軸先端にセットする。次に、ロータ１の種類、回転速度、温度設定等の運転情報を、図示しない操作パネル等の入力部を介して制御部１２に入力する。この運転情報より、装着されたロータ１の風損の大きさと、中低速で回転される大形ロータか、高速で回転される小形ロータかを判別し、開閉弁１１Ａを開閉操作する。装着されたロータ１が、冷却容量よりロータ１と蒸発器５の温度差が優先される高速ロータの場合は開閉弁１１Ａを閉じるように制御し、蒸発器５に流れる冷媒流量を少なくすることによって蒸発器５の蒸発温度を低くし、ロータ１と蒸発器５の温度差を大きくする。
【００３８】
一方、装着されたロータ１が、ロータ１と蒸発器５の温度差より冷却容量を優先する中低速の大形ロータの場合は、開閉弁１１Ａを開き、冷媒流量を増やすことにより蒸発器５の蒸発温度を上げ、冷却容量を増大させる。本発明になる冷却機構を備えた遠心分離機は、蒸発温度を段階的であるが可変にすることが可能となり、従来の冷却機構と同じ圧縮機７の能力のまま、従来と同様の高速ロータと、従来より風損の大きい大容量化又は高遠心加速度化した中低速大形ロータをも運転可能にすることができる。
【００３９】
図３は、遠心分離機の各冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化の一例を示すグラフである。各グラフの横軸は経過時間であり、（１）から（６）のグラフで同一スケールにて表示している。図３（１）は、ロータ１の回転速度３１である。回転速度３１は駆動部２に含まれるモータの回転速度を検出することにより検出できる。回転速度３１は、遠心分離運転が開始されてロータ１の加速により上昇し、設定された回転速度ＮＡに到達した後に一定回転速度にて回転する。
【００４０】
制御部１２は、装着されたロータ１の種類を識別し、使用者により設定されたロータ１の回転速度、回転室３の現在温度に応じて、設定された回転速度ＮＡでロータ１を回転させた場合に、回転室３の内部の空気温度は何度であるべきかを算出し、冷却機構を制御する。設定温度が低温であれば、制御部１２はスタートとほぼ同時に圧縮機７、ファン８を動作させ、回転室３の急速な冷却を開始する。図３（２）はその際のロータ温度３２を示す。実線で示す曲線が本実施例におけるロータ温度３２である。ロータ１が回転を開始して設定された回転速度ＮＡに近づくと、風損の影響によりロータ１の温度がわずかに上昇するが、一方で稼働を開始した冷却機構の冷却作用によって回転室３内が冷却されるため、ロータ１の温度上昇が防止されて、ほぼ元の温度に止まる。図３（２）において点線で示す曲線が、従来の遠心分離機におけるロータ温度４２であり、ロータ温度３２はロータ温度４２に比べて、ロータ１が整定された後の温度上昇部分が大幅に小さくなっていることが理解できるであろう。
【００４１】
図３（３）に示す曲線は、回転室３の内部温度（空気温度）を示す空気温度３３である。本実施例の遠心分離機では、２つのキャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂを用いて冷媒の流れを制御できるように構成した。従って、冷却容量より蒸発温度が重要視される高速ロータの高速運転の場合は、運転開始から所定時間だけ、又は、温度センサ６（又は１９）の測定値が所定温度を下回るまで開閉弁１１Ａを開き、冷媒の流量を多くする制御を行う。この結果、ロータ１の回転開始直後から回転室３の空気温度が制御温度にまで下がるのに要する所要時間を低減し、その期間のロータ１の温度上昇を抑制することができる。図３（３）において点線で示す空気温度４３は従来技術による回転室３の内部温度（空気温度）を示す。本実施例によれば、開閉弁１１Ａを開いて２つのキャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂを用いて冷媒の流量を多くする制御が可能となるので、回転室３の温度を急速に低下させることが可能となる。
【００４２】
図３（４）は、蒸発器５の入口温度曲線と出口温度曲線であり、実線で示すのが本実施例による入口温度曲線３４と出口温度曲線３５であり、点線で示すのが従来技術による入口温度曲線４４と出口温度曲線４５である。本実施例の場合は、ロータと蒸発器の温度を大きくする為に、蒸発潜熱だけの冷却能力を用いるようにするので、稼働後一定時間が経過して温度が安定した後においては蒸発器５の入口温度と出口温度はほとんど同じになる。冷却機構の運転直後においては出口温度の方が高くなり、入口温度が低くなる。しかしながら、本実施例では早い段階で入口温度曲線３４と出口温度曲線３５がほぼ同じ温度に収束するので、早期に冷却機構を安定して動作させることが可能となる。尚、従来に示す冷却機構では、始動直後に入口温度曲線４４が低くなり、出口温度曲線４５が高くなり、両者の温度差が大きい。また、両者の温度がほぼ同じになるのは、入口温度曲線３４と出口温度曲線３５の収束ポイントに比べて大幅に遅いポイントとなる。
【００４３】
図３（５）は開閉弁１１Ａの開閉状態３６を示すグラフである。従来の冷却機構においてはキャピラリチューブ１０Ｂだけの制御となるので、開閉弁１１Ａが閉状態、つまり開閉状態４６で示す制御と同等である。本実施例では、入口温度曲線３４と出口温度曲線３５の温度差が十分小さくなるまでは、開閉弁１１Ａを開き、十分小さくなった後には開閉弁を閉じるように制御し、遠心分離運転の最中に開閉弁１１Ａの開閉動作を行うようにした。図３（６）は圧縮機７の動作状況３７を示すグラフであるが、本実施例においては圧縮機７を断続駆動させるものではなく、連続駆動させて開閉弁１１Ａを用いて冷却能力を調整するようにした。
【００４４】
次に図４を用いてロータ１が整定中の冷却機構の動作について説明する。図４は本実施例による温度制御における冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化を示すもので、実線で示すグラフが本実施例の制御によるものであり、点線で示す曲線が従来例における制御によるものを示している。遠心分離機は使用者の設定したロータの種類、回転速度、温度より、従来の圧縮機断続運転（１本のキャピラリチューブを使用）では回転室３の空気温度のハンチング幅が大きくなると判断される場合、２本目のキャピラリチューブを用いた温度制御方法へ切り替える。このため、制御部１２は使用者が設定した運転条件により、回転室３の空気温度の制御温度を算出する。回転室３の空気温度が圧縮機７の運転により、算出した制御温度より低くなった場合、開閉弁１１Ａを開き、蒸発器５内の圧力を上げ、冷媒の蒸発温度を高くし、回転室３の空気温度を上昇させる。回転室３の空気温度が所定温度まで上昇した後、開閉弁１１Ａを閉じれば、回転室温度は下がる為、電磁弁の開閉のみで温度制御が可能となる。点線で示す部分は、従来技術の圧縮機断続運転による温度制御での冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化を示したものである。
【００４５】
本実施例では、図４（４）の６４に示すように圧縮機７を断続駆動させる従来の制御方法と異なり、５４のように圧縮機７を連続駆動させたままで制御する。一方、図４（３）の５３に示すように必要に応じて開閉弁１１Ａを開閉するようにして冷却能力を制御している。そのため、図４（１）に示すようにロータ１の温度が、従来の温度曲線６１に比べて本実施例の温度曲線５１の振幅が小さい上に周期が短くなる。したがって、ロータ１の温度の変動幅を小さくすることができる。図４（２）は回転室３の温度であり、回転室の温度が低くなったら開閉弁１１Ａを開き、回転室３の温度が高くなったら開閉弁１１Ａを閉じるように制御しているので、従来の温度曲線６２に比べて本実施例の温度曲線５２が大幅に小さくなる。
【００４６】
図５は、装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルである。通常、遠心分離機においては回転室３内に装着されるロータ１の種類が制御部１２により識別され、ロータ名７１、ロータＩＤ７２、そのロータの許容される最高回転速度７３、回転半径７４、インバランス検出レベル７５等の各種制御情報があらかじめ制御部１２に格納されている。これは図５に示す内容がデータテーブル形式で、制御部１２の含まれる図示しない記憶装置に記録される。本実施例においてはこのデータテーブルにキャピラリ選択回転速度７６を追加した。キャピラリ選択回転速度７６は、使用者によって設定される遠心分離のための回転速度が、キャピラリ選択回転速度７６よりも大きい場合には、開閉弁１１Ａを開く制御を行うことを意味する。回転速度がキャピラリ選択回転速度７６よりも小さい場合には、開閉弁１１Ａを開かないので、キャピラリチューブ１０Ａ側の通路は用いられずに、キャピラリチューブ１０Ｂ側だけが使われる。
【００４７】
以上のように、本実施例における制御では装着されたロータ１の種類を識別して、識別されたロータごとに異なるキャピラリ選択回転速度７６を用いて冷却機構を制御するようにした。このように制御することにより、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂと開閉弁１１Ａを用いたシンプルな冷却機構を用いて精度の良い冷却制御を行うことができる。
【００４８】
次に図６のフローチャートを用いて、本発明の実施例に係る遠心分離機の制御手順を説明する。図６に示す制御手順は、制御部１２に含まれるマイコンによってプログラムを実行することによりソフトウェアで実現される。まず、使用者は遠心分離を行う試料容器、遠心分離の回転速度に適したロータ１を選択し、回転室３内に装着して、図示しない操作パネルから遠心分離のための運転設定情報を入力する（ステップ８１）。ここで操作パネルから入力される情報は、遠心分離を行う際の設定回転速度、ロータ１の設定温度、ロータ１の運転時間、ロータＮｏ等である。
【００４９】
これら必要な情報が入力されると、制御部１２は設定された回転速度が適切であるか、即ち、設定回転速度が、図５のデータテーブルに格納された最高回転速度７３によって規定された回転速度以下であるかを判定する（ステップ８２）。ここで、使用者によって設定された回転速度がデータテーブルに格納された最高回転速度７３より大きい場合は、設定エラーである旨のアラーム表示をして（ステップ８３）、ステップ８１に戻る。設定された回転速度がデータテーブルに格納された最高回転速度７３以下の場合は、使用者による遠心分離のスタートスイッチが入力されるのを待ち、入力されたら駆動部２を起動することによりロータ１の加速を開始する（ステップ８４）。
【００５０】
次に、ロータ１の回転が開始した直後に、ロータ１に表示される識別子を識別することによりロータＩＤを検出し、使用者によって入力されたロータ名とロータＩＤ７２の対応関係が正しいかを判定する（ステップ８５）。ロータ１を識別するための識別装置は、これまで種々の方法が提案されている。例えば、ロータ１の回転軸を中心とした同一円周上の等角度間隔の格子点上にロータの種類に応じて互いの配置角度を異ならしめた４個のマグネットを配置したアダプタを取付け、マグネットの配置角度を検出する磁気センサを回転室内に所定問隔で配置し、隣接する磁気センサがマグネットを検出した検出強度に対して所定の演算を行うことによりマグネットの位置を算出し、ロータの種類を特定することができる。ステップ８６で対応関係が正しくない場合は、制御部１２は図５のデータテーブルを用いて、設定された回転速度が、識別子によって検出されたロータＩＤ７２に対応する最高回転速度７３よりも低いか否かを判定する。最高回転速度７３よりも低い場合は、そのままロータＩＤを変更することで遠心分離運転が可能であるので、ロータ名の表示を変更してステップ８９に進む（ステップ８８）。最高回転速度７３よりも低い場合は、遠心分離運転を継続させることができないので、アラーム表示をするとともにロータ１を減速させてステップ８１に戻る（ステップ８７）。
【００５１】
ステップ８５において、使用者によって入力されたロータ名とロータＩＤ７２の対応関係が正しい場合は、図５に示すデータテーブルを参照して、検出されたロータＩＤから対応するキャピラリ選択回転速度７６の値を得て、使用者により設定された回転速度が、得られたキャピラリ選択回転速度７６よりも高いか否かを判定する（ステップ８９）。設定回転速度がキャピラリ選択回転速度７６よりも高い場合は、開閉弁１１Ａの開閉有りの制御を選択し（ステップ９０）、設定回転速度がキャピラリ選択回転速度７６よりも低い場合は、開閉弁１１Ａを常に閉のまま、つまりキャピラリチューブ１０Ａを使わずにキャピラリチューブ１０Ｂだけを使用する制御を選択する（ステップ９１）。
【００５２】
次に、ステップ９０又は９１で選択された制御モードを用いて、設定された時間の遠心分離運転を行う（ステップ９２）。ステップ９０にて開閉弁１１Ａを用いる制御が選択された場合は、図３、図４で説明した制御方法に基づいて冷却機構が制御される。また、ステップ９０にて開閉弁１１Ａを用いない制御（開閉弁は常に閉鎖）が選択された場合は、キャピラリチューブ１０Ｂだけを使用して公知の制御方法を用いて冷却機構が制御される。
【００５３】
次に、設定された時間だけ遠心分離運転が行われたかを判定し（ステップ９３）、設定時間が経過していない場合はステップ９２に戻る。設定時間が経過した場合は、駆動部２を停止するように制御することによりロータ１の回転を停止させ、圧縮機７を停止することにより冷却機構の運転を停止させて、遠心分離運転を終了する（ステップ９４）。
【００５４】
以上のように、本実施例によれば、操作可能な冷媒流路の開閉弁と、複数の固定絞り機構（キャピラリチューブ）を装備することにより、蒸発温度を段階的に操作することが可能となり、コストをかけずに可変絞り機構と同等の制御を実現することが可能となる。しかも、この蒸発温度の段階的な操作は、装着されるロータ１と遠心分離のための設定回転速度に応じて制御されるので、冷却機構を高精度で制御することができる。尚、本実施例ではキャピラリチューブを２本用い、開閉弁を１つ用いたが、これだけに限られずに、キャピラリチューブをｍ本用い、開閉弁をｎ本（但し０＜ｎ≦ｍ）用いるようにしても良い。また、本実施例では固定絞り機構としてキャピラリチューブを用いたが、その他の絞り機構を用いるようにしても良い。
【実施例２】
【００５５】
次に図７及び図８を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図７は、複数の絞り機構と開閉弁を有する第２の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。図７において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図７の遠心分離機において、第１の実施例と異なることは、３本のキャピラリチューブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを用いることと、キャピラリチューブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃへの冷媒の流れを開閉操作する開閉弁１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃをそれぞれに設けたことである。キャピラリチューブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０の流路径や長さは、いずれも同じとしても良いし、それぞれ異なるように設定しても良い。本冷却機構の場合は、キャピラリチューブの使用の有無、使用する場合の開閉弁１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）の開閉の有無の組合せにより最大で６つの蒸発温度が選択できることになる。この開閉弁１１１の制御は、図８に示すデータテーブルを用いて制御部１２によって制御される。
【００５６】
図８は、装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルである。このデータテーブルは制御部１２内の図示しない記憶装置に予め格納しておくもので、ロータ１に関する情報として実施例１で示したデータテーブルと同様に、ロータ名１０１、ロータＩＤ１０２、そのロータの許容される最高回転速度１０３、回転半径１０４等の各種制御情報が格納される。第２の実施例においては、さらに開閉弁１１１により制御可能な３つのキャピラリ選択情報１０５〜１０７が格納される。各キャピラリ選択情報１０５〜１０７には、回転速度の範囲と、開閉弁１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）の開閉状態を格納する。これらの開閉状態はロータ１の回転速度に応じて３段階で細かく規定される。
【００５７】
例えば、装着されたロータ１が“Ｒ１０Ａ”の場合は、使用者によって設定される遠心分離のための回転速度が、０〜５、０００ｍｉｎ−１、５，００１〜８，０００ｍｉｎ−１、８，００１〜１０，０１０ｍｉｎ−１の範囲で異なる。例えば、設定回転速度が７，０００ｍｉｎ−１の場合は、キャピラリ選択情報１０６の範囲に該当するため、開閉弁１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）＝（開、開、閉）の状態で制御されることになる。つまり、開閉弁１１１Ａと１１１ｂは、開閉を伴う制御がされるが、開閉弁１１１Ｃは常時閉鎖した状態とされる。
【００５８】
第２の実施例によれば、３組のキャピラリチューブと開閉弁を用いることにより、装着されるロータにあわせて蒸発温度を多段階に制御でき、回転室を急速に冷却する必要のある運転初期に開閉弁を開き、蒸発器への冷媒供給量を増やすことにより回転室を素早く冷却することか可能となる。また、このような多段階の制御を、構造が簡素で安価なキャピラリチューブと開閉弁で実現できるので、製造コストの上昇を抑えた遠心分離機を実現できる。
【００５９】
第２の実施例によれば、複数の絞り機構にそれぞれ開閉弁を設けるので、複数の固定絞り機構を個別に制御することができ、蒸発温度を段階的に操作することができる。この結果、回転室の温度変化の少ない精度の高い温度制御が可能となる。
【００６０】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、図１においてキャピラリチューブ１０Ｂ側には開閉弁が設けられていないが、キャピラリチューブ１０Ｂ側にも同様に開閉弁を設けるようにしても良い。また、図７に示す遠心分離機のように複数の絞り機構と開閉弁を持つ冷却機構の場合、任意の複数の開閉弁を非同期に操作するように制御しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１ ロータ ２ 駆動部 ３ 回転室 ４ チャンバ
５ 蒸発器 ６ 温度センサ ７ 圧縮機 ８ ファン
９ 凝縮器 １０Ａ、１０Ｂ キャピラリチューブ １１Ａ 開閉弁
１２ 制御部 １４ ドア １５ 戻り配管
１６、１７、１８ 配管 １９ 温度センサ
３１、４１ 回転速度 ３２、４２ ロータ温度 ３３、４３ 空気温度
３４、４４ 入口温度曲線 ３５、４５ 出口温度曲線
３６、４６ 開閉状態 ３７ 動作状況 ５１、６１ 温度曲線
５２、６２ 温度曲線 ７１ ロータ名 ７２ ロータＩＤ
７３ 最高回転速度 ７４ 回転半径
７５ インバランス検出レベル ７６ キャピラリ選択回転速度
８２ 設定回転速度 １０１ ロータ名 １０２ ロータＩＤ
１０３ 最高回転速度 １０４ 回転半径
１０５〜１０７ キャピラリ選択情報
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ キャピラリチューブ
１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ） 開閉弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却機構を有する遠心分離機に関し、特に、温度制御のために用いられる絞り機構を安価にて実現しつつ高精度の制御が可能な冷却機構を実現した遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機は、チューブ等の容器に収容した試料をロータに格納し、ロータを回転室内で高速回転させることにより遠心分離を行う。ロータを回転させる駆動装置として、電気式のモータが広く使われている。ロータを高速で回転させると、効率よく試料を遠心分離できるが、ロータの回転速度が高くなりすぎると、ロータの空気摩擦により発生する熱量（風損）によってロータ内に収容した試料の温度が上昇する恐れがある。例えば、回転速度５，０００ｍｉｎ−１〜３０，０００ｍｉｎ−１クラスの遠心分離機においては、ロータの温度が上昇するのを防ぐために、圧縮機を使用したカルノーサイクル形冷却機構が広く使用されている。
【０００３】
また、遠心分離機を多用する生物化学系の試料は、温度で失活する特性を持つことが多く、遠心分離中に試料の温度を適切に制御することが重要である。従来の遠心分離機では、圧縮機を断続運転することにより、ロータの温度を制御することが一般的に行われている。この冷却機構の絞り機構には、最も安価な固定絞り機構キャピラリチューブを用いられることが多く、キャピラリチューブにより影響される冷却能力が、概ね最も温度上昇を起こしやすいロータ、例えば、回転速度が高いロータの負荷に合わせて設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２８４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
遠心分離機の冷却機構は、概ね最も回転速度の高いロータの負荷に合わせて設計されるのが通常であるが、これは、高速回転のロータを冷却する場合、低速のロータを冷却するより、回転室温度をより低温にする必要があるためである。高速ロータ用に設計された冷却機構では、蒸発温度が低いため、低い圧力になるように絞り機構が設定される。そのため、冷却機構の冷媒循環量及び冷却容量はどうしても低くならざるを得ない。一方、最高回転速度１５、０００ｍｉｎ−１以下の中低速の大形ロータは、高速ロータよりも回転室温度が高くても冷却可能である。
【０００６】
一例を挙げると、外気温２５℃において、直径約２１５ｍｍのロータを１８、０００ｍｉｎ−１で運転した場合、その風損は約７００Ｗ、運転中の回転室空気温度は−８℃、試料温度は概ね０℃となるが、同室温・同設置条件下で、直径約３４０ｍｍのロータを１０、０００ｍｉｎ−１で運転した場合、風損は１，０００Ｗを越すにもかかわらず、運転中の回転室空気温度は−８℃、試料温度は−３℃まで冷却可能である。これは直径約３４０ｍｍのロータの表面積が大きく、また、ロータ単位表面積当たりの風損が小さく、冷却するのに必要な回転室空気との温度差が小さくてもロータを十分冷却できるためである。約３００Ｗ大きい風損は、風損負荷増大により若干蒸発温度が高めにシフトするのと、冷媒の液分が蒸発した乾燥ガス冷媒の冷却容量を利用して冷却しているが、乾燥ガス冷媒は湿りガス冷媒と異なり、わずかな熱量を吸収しただけで温度上昇し、ロータの冷却に寄与しなくなる。そのため、中低速で回転する大形ロータのさらなる大形化もしくは高速化は、高速ロータ用に設定したキャピラリチューブのような固定式の絞り機構を利用している限りでは対応が難しいという課題があった。
【０００７】
この問題解決のために、絞り機構を中低速の大形ロータ用に合わせ、高速ロータより高めの蒸発温度に設定すると、同じ圧縮機を使用しても冷却容量は大幅に増加するため、大形ロータの風損を冷却することが可能となる。一方で、高速ロータを使う場合には、蒸発温度を下げることができずに、冷却不足になる問題が発生する恐れがある。これらの対策として、電子膨張弁を採用して絞り機構の絞り量を可変にすれば、中低速の大形ロータ使用時は蒸発温度を高く制御し、高速ロータの場合は蒸発温度を低く制御することが可能であるが、電子膨張弁は高価であり遠心分離機の望ましくないコストアップにつながってしまう。さらに可変速圧縮機を採用し、圧縮機の回転数を上げ、冷媒循環量を上げても、固定絞り機構のままでは、最大能力の更に大きな圧縮機が必要となると同時に所要動力も増大し、成績係数（冷却能力ＫＷ÷冷却消費電力ＫＷ）が下がり非常に不経済なもののとなるので、製造コストとの兼ね合いからそのまま採用することは難しい。
【０００８】
遠心分離機は、ロータを高速回転させ、その際発生する風損を冷却機構により冷却するように構成されるが、ロータが最高回転速度に達する所要時間は１〜３分程度であり、その間に回転室を低温の設定温度から更に数度から十数度低い回転室の制御温度まで冷却することが重要である。しかしながら、回転室の急激な冷却は過大な圧縮機や凝縮器を装備しなければ実現が難しい。遠心分離機もロータも予め使用者の意図した温度に事前に冷却してあっても、ロータの風損を冷却しながら回転室の温度を制御温度まで冷却するには、ロータが設定回転速度に到達した後、数分余計にかかり、この間にロータ内の試料温度が上昇する恐れがある。これが遠心分離機は電源投入したばかりで回転室の温度は室温、ロータも室温からのスタートとなると、ロータが設定回転速度に到達した後、回転室の温度が制御温度に達するは１０分〜１５分もかかってしまうことになる。本問題は絞り機構を可変にし、運転開始直後の蒸発温度より冷却容量の必要な期間に、蒸発温度を上げてやれば、冷却のタイムラグは縮小させることができるが、遠心分離機の冷却機構は固定式の絞り機構を使用しているものが多く、圧縮機や凝縮器の能力が足りていたとしても、蒸発圧力を変えることができなかった。仮に可変速圧縮機を採用し、一時的に冷却容量を増大させたとしても、高速用ロータに合わせた固定式の絞り機構だと、前記のとおり、より最大能力の大きい圧縮機が必要となるだけで不経済である。
【０００９】
一般の遠心分離機は、回転室の温度制御を圧縮機の断続運転制御で行っている。定速回転の圧縮機の場合、その冷却効果を減ずるには、凝縮器での熱交換を風量や水量を調整し冷却容量を減じる、電子膨張弁を使用し冷媒循環量を減じるくらいしか方法がなく、各々風量可変のファン、冷却水の電動調整弁、電子膨張弁等高価な機器が必要となるため採用すると遠心分離機の大幅なコストアップにつながってしまう。冷却効果を止めるには、冷媒を蒸発器に流さず、バイパスさせて圧縮機に戻す、又は冷媒を蒸発器の前で止めるなどの手法もあるが、蒸発器をバイパスして圧縮機に戻した場合は、液分の多い冷媒を圧縮機が吸入し圧縮することになり、シリンダ内で冷媒の液分圧縮が起こり、シリンダの吐出弁を破壊する危険がある。蒸発器の前で冷媒を止めると、圧縮機に冷媒が吸入されないため、圧縮機が温度上昇を起こし短寿命になりやすい。
【００１０】
従って、圧縮機の断続運転が機構的に最も単純で安価であるが、一度圧縮機を停止させると、圧縮機の高圧側と低圧側の圧力差が小さくなるまで圧縮機が再起動できないという問題があり、ロータの風損が大きい場合、圧縮機停止中に回転室の温度が急上昇する恐れがあり、温度制御が粗くなるという問題があった。また、冷却機構をフル稼働させれば、所望の冷却温度は達成できるが、圧縮機の断続運転による温度制御の為、製品仕様の冷却温度近傍では温度制御の精度を向上させることが難しく、製品の冷却仕様を高くせざる得ない問題も発生していた。
【００１１】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、蒸発温度を段階的に可変にすることにより、製造コストの上昇を抑えつつ、冷却のタイムラグを短縮化できる遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、複数の固定絞り機構と開閉弁を用いて、蒸発温度を段階的に可変にでき、回転室の温度変動（ハンチング）を小さくし、温度制御精度の高い遠心分離機を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、同じ圧縮機能力の冷却機構を用いて、高速ロータと、風損の大きい大容量化した又は高遠心加速度化した中低速大形ロータを運転可能とした遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
【００１５】
本発明の一つの特徴によれば、試料を保持して遠心分離するためのロータと、ロータを回転させるモータと、ロータを収容する回転室を画定するチャンバと、チャンバの外周に配置され回転室を冷却するための蒸発器と、蒸発器に冷媒を循環させるための圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱するための凝縮器と、圧縮され放熱した冷媒を断熱膨張させて蒸発器に供給する絞り機構と、これらを制御する制御部を備えた遠心分離機において、絞り機構を複数設け、絞り機構への冷媒供給を制御部より操作可能な開閉弁を設け、この開閉弁を用いて凝縮器から複数の絞り機構への冷媒供給を段階的に可変に制御するようにした。複数の絞り機構には、それぞれ開閉弁を設けるようにしても良いし、複数の絞り機構のうち一部の絞り機構にだけ開閉弁を設けて残りの絞り機構は常時開状態としても良い。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、制御部は、回転室の冷却を高速化する必要がある際には開閉弁を開いて、蒸発器へ供給する冷媒量を多くなるように制御する。また制御部は、圧縮機の運転中に絞り機構への開閉弁を操作することにより、回転室の温度制御を行う。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御部は、装着されたロータを識別し、ロータの種類及び遠心分離回転速度に応じて開閉弁の制御の有無を選択する。制御部には記憶手段を設け、ロータの種類と開閉弁の制御情報を対応させて格納しておく。開閉弁の制御情報は、制御弁を開閉制御するための回転速度である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、冷却機構を有する遠心分離機において絞り機構を複数設け、絞り機構への冷媒供給を制御部より操作可能な開閉弁を設け、開閉弁を用いて凝縮器から複数の絞り機構への冷媒供給を段階的に可変に制御するようにした。この結果、蒸発温度を段階的に操作でき、冷却に温度差を必要とする高速ロータは開閉弁を閉じることにより蒸発器への冷媒供給量を減らして、蒸発温度を低くして冷却することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、複数の絞り機構にそれぞれ開閉弁を設けるので、複数の固定絞り機構を個別に制御することができ、蒸発温度を段階的に操作することができる。また、高風損時の回転室の温度制御を圧縮機の断続運転でなく、蒸発温度の切り替えで制御できるため、回転室の温度変化の少ない精度の高い温度制御が可能となる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、複数の絞り機構のうち一部の絞り機構に開閉弁を設け、残りの絞り機構は常時開状態とされるので、複数の蒸発温度を設定することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、制御部は、回転室の冷却を高速化する必要がある際には開閉弁を開いて、蒸発器へ供給する冷媒量を多くなるように制御するので、風損が大きくても冷却に温度差を必要としない中低速の大形ロータを使用する際は開閉弁を開いて蒸発器への冷媒供給量を増やし蒸発温度を高くすることにより、効果的に冷却することが可能になる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、制御部は、圧縮機の運転中に絞り機構への開閉弁を操作することにより、回転室の温度制御を行うので、回転室のハンチングを小さくし、温度制御精度の高い遠心分離機を実現することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、制御部は、装着されたロータを識別し、ロータの種類及び遠心分離回転速度に応じて開閉弁の制御の有無を選択するので、装着されたロータの種類に応じて適切な開閉弁の制御を行うことができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、制御部に記憶手段を設け、ロータの種類と開閉弁の制御情報を対応させて格納しておくので、装着されるロータにあわせて蒸発温度を効率よく操作できる。この結果、回転室を急速に冷却する必要のある運転初期に開閉弁を開き、蒸発器への冷媒供給量を増やすことにより回転室を早く冷却することが可能となり、運転初期の試料温度上昇を抑えることができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、開閉弁の制御情報は、制御弁を開閉制御するための回転速度であるので、使用者によって設定された遠心分離回転速度に応じて適切に制御弁を開閉制御することができる。
【００２６】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。
【図２】コンデンシングユニットの蒸発温度と冷却容量の関係を示すグラフである。
【図３】遠心分離機の各冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化の一例を表す図である。
【図４】従来技術と本発明による温度制御における冷却機構動作と冷却関連部の温度変化の一例を示す図である。
【図５】装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルである。
【図６】本発明の実施例に係る遠心分離機の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】複数の絞り機構と開閉弁を有する本発明の第２の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る、装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図１は本発明の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。
【００２９】
ロータ１は試料を収容した容器を保持し、チャンバ４の内部に装着され、駆動部２によって高速に回転される。チャンバ４により画定される回転室３は、ドア１４により密閉可能であり、チャンバ４の外周に蒸発器５が配置されることにより回転室３の内部が所定の低温状態に冷却される。チャンバ４の所定の箇所には温度センサ６が設けられ、温度センサ６によって回転室３の内部の空気温度を計測することによりロータ１の温度を間接的に測定する。回転室３を冷却するための冷却機構は、蒸発器５、圧縮機７、凝縮器９、ファン８、キャピラリチューブ（固定絞り機構）１０Ａ及び１０Ｂを含んで構成され、これらは戻り配管１５及び配管１６〜１８を介して接続される。本実施例のおける冷却機構では空冷式の凝縮器９を用いているが、水冷式の凝縮器を用いることも可能であり、その場合はファン８を省くことも可能である。
【００３０】
凝縮器９の出力側の配管１７と蒸発器５側の配管１８の間には、２つのキャピラリチューブ１０Ａ及び１０Ｂが並列に接続される。キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂは、圧縮機７で圧縮され、凝縮器９及びファン８で冷却された液化した高圧の冷媒を、低圧になっている蒸発器５に導入する部品で、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂの内径とその長さで冷媒流量がおおよそ決まる。ここで、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂの内径が細ければ冷媒は少量しか流れず、蒸発器５での蒸発温度は低くなり、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂの内径が太ければ冷媒が大量に流れるため、蒸発器５での蒸発温度は高くなる。
【００３１】
キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂは、例えば銅管で製造され、お互いが同じ径で同じ長さで構成される。本実施例においては、一方のキャピラリチューブ１０Ｂにだけ開閉弁１１Ａが設けられ、キャピラリチューブ１０Ｂへの流路を開放又は閉鎖することができる。本実施例では、開閉弁１１Ａを閉鎖することにより絞り流路はキャピラリチューブ１０Ａだけとなり、開閉弁１１Ａを開放することにより絞り流路はキャピラリチューブ１０Ａと１０Ｂの２本分となる。このように１つの開閉弁を操作することにより、キャピラリチューブ１０Ｂへの冷媒の流れを操作することができ、使用するキャピラリチューブの数を１本又は２本のいずれかを選択することが可能となる。
【００３２】
回転室３には温度センサ６が設けられ、回転室３の空気温度が計測される。蒸発器５から圧縮機７への戻り配管１５には温度センサ１９が設けられ、これにより圧縮機７の入口における冷媒の温度が測定される。温度センサ６及び１９の出力は制御部１２に伝達される。制御部１２は、ロータ１の回転制御、圧縮機７の稼働と停止の指示、ファン８の回転、開閉弁１１Ａの開閉駆動等を含む遠心分離機全体の制御を行うもので、図示しないマイクロプロセッサや記憶装置を含む電子回路で構成される。制御部１２は、温度センサ６の出力を用いて制御することにより蒸発器５の冷却能力を調整する。尚、蒸発器５の冷却能力の調整は、温度センサ６の出力だけを用いて調整することが可能である（その場合、温度センサ１９を省くことも可能である）が、これに加えて又はこれとは別に温度センサ１９の出力を用いて蒸発器５の冷却能力を調整することも可能である。温度センサ１９の出力を用いることにより圧縮機７の入口における冷媒の温度が測定され、開閉弁１１Ａが開放される急速冷却時の、蒸発器５の冷却状態が判別でき、開閉弁１１Ａを閉じ、より低い蒸発温度へ移行するタイミングを正確に計ることができる。
【００３３】
本実施例においては、回転するロータ１の温度を直接測定することができないので、制御部１２は温度センサ６の計測した回転室３の空気温度と、ロータ１の種類と、回転速度から間接的にロータ１の温度を算出する。
一般的に、温度差のある媒体間での移動熱量Ｑは、
Ｑ＝Ａ・Ｋ・（Ｔ１−Ｔ２）
但し、Ａは伝熱面積、Ｋは伝熱係数、Ｔ１は被冷却物の温度、Ｔ２は冷却体の温度、
となる。これを遠心分離機のロータ１の熱交換に当てはめると蒸発器５からロータ１への移動熱量Ｑ、つまりロータ１の空気摩擦発熱量（風損）Ｑは、
Ｑ＝Ａｒ・Ｋ・（Ｔｒ−Ｔｅ）
但し、Ａｒはロータ１の表面積、Ｋは総括伝熱係数、Ｔｒはロータの温度、Ｔｅは蒸発器温度、となる。
【００３４】
遠心分離機において、風損が大きく冷却が問題となる回転速度領域では、回転室３内部の空気は十分に乱流に達し、総括伝熱係数Ｋはほとんど変わらないため、支配的因子はロータ１の表面積Ａｒと、ロータ１と蒸発器５の温度差（Ｔｒ−Ｔｅ）となる。これらの式より表面積の大きいロータ１は同じ風損量であっても、より少ないロータ１と蒸発器５の温度差（Ｔｒ−Ｔｅ）で冷却可能なことがわかる。逆に高回転速度で回転する表面積Ａｒの小さいロータ１は必要なロータ１と蒸発器５の温度差（Ｔｒ−Ｔｅ）が大きくなるため、より低い蒸発温度Ｔｅが必要となる。
【００３５】
一方、圧縮機７の冷却容量は凝縮器９の大きさにより制限を受けるが、冷媒の蒸発温度が高いほど冷却容量は増加する。その関係の一例を図２にて示す。図２は圧縮機７、凝縮器９、ファン８を一体化した公知のコンデンシングユニットの蒸発温度と冷却容量の関係を示したものである。実線は圧縮機吸入温度４．４℃の時の冷却容量であり、破線は圧縮機吸入温度４．４℃時の冷媒の蒸発潜熱による冷却容量を示す。蒸発温度を−３０℃から−２７℃に高くすると、冷却容量が３５５Ｗから４１９Ｗになり６４Ｗ上昇し、冷却容量が１８％ほど向上する。この際、実際に冷却に寄与する蒸発潜熱は、２７２Ｗから３２７Ｗへと５５Ｗ上昇し、２０％増加する。本発明は、このような遠心分離機特有の負荷形態と、圧縮機の一般的特性に着目し、使用するキャピラリチューブの本数を選択することにより蒸発温度を段階的に切り替えるように構成し、冷却機構を安価に実現するものである。
【００３６】
図１に示すように本実施例では、冷却機構に２個のキャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂを設け、キャピラリチューブ１０Ａは開閉弁１１Ａの開閉により冷媒を流したり止めたりする制御が可能として、キャピラリチューブ１０Ｂには開閉弁を設けずに常に導通状態とした。本発明の目的を達成するために、キャピラリチューブ１０Ｂ側にも開閉弁を設けても良いが、製造コストの上昇を招くので、本実施例では開閉弁の数を少なく構成した。
【００３７】
遠心分離機の使用者は、ロータ１に試料を収容し、ロータ１を回転室３内の駆動部２の回転軸先端にセットする。次に、ロータ１の種類、回転速度、温度設定等の運転情報を、図示しない操作パネル等の入力部を介して制御部１２に入力する。この運転情報より、装着されたロータ１の風損の大きさと、中低速で回転される大形ロータか、高速で回転される小形ロータかを判別し、開閉弁１１Ａを開閉操作する。装着されたロータ１が、冷却容量よりロータ１と蒸発器５の温度差が優先される高速ロータの場合は開閉弁１１Ａを閉じるように制御し、蒸発器５に流れる冷媒流量を少なくすることによって蒸発器５の蒸発温度を低くし、ロータ１と蒸発器５の温度差を大きくする。
【００３８】
一方、装着されたロータ１が、ロータ１と蒸発器５の温度差より冷却容量を優先する中低速の大形ロータの場合は、開閉弁１１Ａを開き、冷媒流量を増やすことにより蒸発器５の蒸発温度を上げ、冷却容量を増大させる。本発明になる冷却機構を備えた遠心分離機は、蒸発温度を段階的であるが可変にすることが可能となり、従来の冷却機構と同じ圧縮機７の能力のまま、従来と同様の高速ロータと、従来より風損の大きい大容量化又は高遠心加速度化した中低速大形ロータをも運転可能にすることができる。
【００３９】
図３は、遠心分離機の各冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化の一例を示すグラフである。各グラフの横軸は経過時間であり、（１）から（６）のグラフで同一スケールにて表示している。図３（１）は、ロータ１の回転速度３１である。回転速度３１は駆動部２に含まれるモータの回転速度を検出することにより検出できる。回転速度３１は、遠心分離運転が開始されてロータ１の加速により上昇し、設定された回転速度ＮＡに到達した後に一定回転速度にて回転する。
【００４０】
制御部１２は、装着されたロータ１の種類を識別し、使用者により設定されたロータ１の回転速度、回転室３の現在温度に応じて、設定された回転速度ＮＡでロータ１を回転させた場合に、回転室３の内部の空気温度は何度であるべきかを算出し、冷却機構を制御する。設定温度が低温であれば、制御部１２はスタートとほぼ同時に圧縮機７、ファン８を動作させ、回転室３の急速な冷却を開始する。図３（２）はその際のロータ温度３２を示す。実線で示す曲線が本実施例におけるロータ温度３２である。ロータ１が回転を開始して設定された回転速度ＮＡに近づくと、風損の影響によりロータ１の温度がわずかに上昇するが、一方で稼働を開始した冷却機構の冷却作用によって回転室３内が冷却されるため、ロータ１の温度上昇が防止されて、ほぼ元の温度に止まる。図３（２）において点線で示す曲線が、従来の遠心分離機におけるロータ温度４２であり、ロータ温度３２はロータ温度４２に比べて、ロータ１が整定された後の温度上昇部分が大幅に小さくなっていることが理解できるであろう。
【００４１】
図３（３）に示す曲線は、回転室３の内部温度（空気温度）を示す空気温度３３である。本実施例の遠心分離機では、２つのキャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂを用いて冷媒の流れを制御できるように構成した。従って、冷却容量より蒸発温度が重要視される高速ロータの高速運転の場合は、運転開始から所定時間だけ、又は、温度センサ６（又は１９）の測定値が所定温度を下回るまで開閉弁１１Ａを開き、冷媒の流量を多くする制御を行う。この結果、ロータ１の回転開始直後から回転室３の空気温度が制御温度にまで下がるのに要する所要時間を低減し、その期間のロータ１の温度上昇を抑制することができる。図３（３）において点線で示す空気温度４３は従来技術による回転室３の内部温度（空気温度）を示す。本実施例によれば、開閉弁１１Ａを開いて２つのキャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂを用いて冷媒の流量を多くする制御が可能となるので、回転室３の温度を急速に低下させることが可能となる。
【００４２】
図３（４）は、蒸発器５の入口温度曲線と出口温度曲線であり、実線で示すのが本実施例による入口温度曲線３４と出口温度曲線３５であり、点線で示すのが従来技術による入口温度曲線４４と出口温度曲線４５である。本実施例の場合は、ロータと蒸発器の温度を大きくする為に、蒸発潜熱だけの冷却能力を用いるようにするので、稼働後一定時間が経過して温度が安定した後においては蒸発器５の入口温度と出口温度はほとんど同じになる。冷却機構の運転直後においては出口温度の方が高くなり、入口温度が低くなる。しかしながら、本実施例では早い段階で入口温度曲線３４と出口温度曲線３５がほぼ同じ温度に収束するので、早期に冷却機構を安定して動作させることが可能となる。尚、従来に示す冷却機構では、始動直後に入口温度曲線４４が低くなり、出口温度曲線４５が高くなり、両者の温度差が大きい。また、両者の温度がほぼ同じになるのは、入口温度曲線３４と出口温度曲線３５の収束ポイントに比べて大幅に遅いポイントとなる。
【００４３】
図３（５）は開閉弁１１Ａの開閉状態３６を示すグラフである。従来の冷却機構においてはキャピラリチューブ１０Ｂだけの制御となるので、開閉弁１１Ａが閉状態、つまり開閉状態４６で示す制御と同等である。本実施例では、入口温度曲線３４と出口温度曲線３５の温度差が十分小さくなるまでは、開閉弁１１Ａを開き、十分小さくなった後には開閉弁を閉じるように制御し、遠心分離運転の最中に開閉弁１１Ａの開閉動作を行うようにした。図３（６）は圧縮機７の動作状況３７を示すグラフであるが、本実施例においては圧縮機７を断続駆動させるものではなく、連続駆動させて開閉弁１１Ａを用いて冷却能力を調整するようにした。
【００４４】
次に図４を用いてロータ１が整定中の冷却機構の動作について説明する。図４は本実施例による温度制御における冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化を示すもので、実線で示すグラフが本実施例の制御によるものであり、点線で示す曲線が従来例における制御によるものを示している。遠心分離機は使用者の設定したロータの種類、回転速度、温度より、従来の圧縮機断続運転（１本のキャピラリチューブを使用）では回転室３の空気温度のハンチング幅が大きくなると判断される場合、２本目のキャピラリチューブを用いた温度制御方法へ切り替える。このため、制御部１２は使用者が設定した運転条件により、回転室３の空気温度の制御温度を算出する。回転室３の空気温度が圧縮機７の運転により、算出した制御温度より低くなった場合、開閉弁１１Ａを開き、蒸発器５内の圧力を上げ、冷媒の蒸発温度を高くし、回転室３の空気温度を上昇させる。回転室３の空気温度が所定温度まで上昇した後、開閉弁１１Ａを閉じれば、回転室温度は下がる為、電磁弁の開閉のみで温度制御が可能となる。点線で示す部分は、従来技術の圧縮機断続運転による温度制御での冷却機構の動作と冷却関連部の温度変化を示したものである。
【００４５】
本実施例では、図４（４）の６４に示すように圧縮機７を断続駆動させる従来の制御方法と異なり、５４のように圧縮機７を連続駆動させたままで制御する。一方、図４（３）の５３に示すように必要に応じて開閉弁１１Ａを開閉するようにして冷却能力を制御している。そのため、図４（１）に示すようにロータ１の温度が、従来の温度曲線６１に比べて本実施例の温度曲線５１の振幅が小さい上に周期が短くなる。したがって、ロータ１の温度の変動幅を小さくすることができる。図４（２）は回転室３の温度であり、回転室の温度が低くなったら開閉弁１１Ａを開き、回転室３の温度が高くなったら開閉弁１１Ａを閉じるように制御しているので、従来の温度曲線６２に比べて本実施例の温度曲線５２が大幅に小さくなる。
【００４６】
図５は、装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルである。通常、遠心分離機においては回転室３内に装着されるロータ１の種類が制御部１２により識別され、ロータ名７１、ロータＩＤ７２、そのロータの許容される最高回転速度７３、回転半径７４、インバランス検出レベル７５等の各種制御情報があらかじめ制御部１２に格納されている。これは図５に示す内容がデータテーブル形式で、制御部１２の含まれる図示しない記憶装置に記録される。本実施例においてはこのデータテーブルにキャピラリ選択回転速度７６を追加した。キャピラリ選択回転速度７６は、使用者によって設定される遠心分離のための回転速度が、キャピラリ選択回転速度７６よりも大きい場合には、開閉弁１１Ａを開く制御を行うことを意味する。回転速度がキャピラリ選択回転速度７６よりも小さい場合には、開閉弁１１Ａを開かないので、キャピラリチューブ１０Ａ側の通路は用いられずに、キャピラリチューブ１０Ｂ側だけが使われる。
【００４７】
以上のように、本実施例における制御では装着されたロータ１の種類を識別して、識別されたロータごとに異なるキャピラリ選択回転速度７６を用いて冷却機構を制御するようにした。このように制御することにより、キャピラリチューブ１０Ａ、１０Ｂと開閉弁１１Ａを用いたシンプルな冷却機構を用いて精度の良い冷却制御を行うことができる。
【００４８】
次に図６のフローチャートを用いて、本発明の実施例に係る遠心分離機の制御手順を説明する。図６に示す制御手順は、制御部１２に含まれるマイコンによってプログラムを実行することによりソフトウェアで実現される。まず、使用者は遠心分離を行う試料容器、遠心分離の回転速度に適したロータ１を選択し、回転室３内に装着して、図示しない操作パネルから遠心分離のための運転設定情報を入力する（ステップ８１）。ここで操作パネルから入力される情報は、遠心分離を行う際の設定回転速度、ロータ１の設定温度、ロータ１の運転時間、ロータＮｏ等である。
【００４９】
これら必要な情報が入力されると、制御部１２は設定された回転速度が適切であるか、即ち、設定回転速度が、図５のデータテーブルに格納された最高回転速度７３によって規定された回転速度以下であるかを判定する（ステップ８２）。ここで、使用者によって設定された回転速度がデータテーブルに格納された最高回転速度７３より大きい場合は、設定エラーである旨のアラーム表示をして（ステップ８３）、ステップ８１に戻る。設定された回転速度がデータテーブルに格納された最高回転速度７３以下の場合は、使用者による遠心分離のスタートスイッチが入力されるのを待ち、入力されたら駆動部２を起動することによりロータ１の加速を開始する（ステップ８４）。
【００５０】
次に、ロータ１の回転が開始した直後に、ロータ１に表示される識別子を識別することによりロータＩＤを検出し、使用者によって入力されたロータ名とロータＩＤ７２の対応関係が正しいかを判定する（ステップ８５）。ロータ１を識別するための識別装置は、これまで種々の方法が提案されている。例えば、ロータ１の回転軸を中心とした同一円周上の等角度間隔の格子点上にロータの種類に応じて互いの配置角度を異ならしめた４個のマグネットを配置したアダプタを取付け、マグネットの配置角度を検出する磁気センサを回転室内に所定問隔で配置し、隣接する磁気センサがマグネットを検出した検出強度に対して所定の演算を行うことによりマグネットの位置を算出し、ロータの種類を特定することができる。ステップ８６で対応関係が正しくない場合は、制御部１２は図５のデータテーブルを用いて、設定された回転速度が、識別子によって検出されたロータＩＤ７２に対応する最高回転速度７３よりも低いか否かを判定する。最高回転速度７３よりも低い場合は、そのままロータＩＤを変更することで遠心分離運転が可能であるので、ロータ名の表示を変更してステップ８９に進む（ステップ８８）。最高回転速度７３よりも低い場合は、遠心分離運転を継続させることができないので、アラーム表示をするとともにロータ１を減速させてステップ８１に戻る（ステップ８７）。
【００５１】
ステップ８５において、使用者によって入力されたロータ名とロータＩＤ７２の対応関係が正しい場合は、図５に示すデータテーブルを参照して、検出されたロータＩＤから対応するキャピラリ選択回転速度７６の値を得て、使用者により設定された回転速度が、得られたキャピラリ選択回転速度７６よりも高いか否かを判定する（ステップ８９）。設定回転速度がキャピラリ選択回転速度７６よりも高い場合は、開閉弁１１Ａの開閉有りの制御を選択し（ステップ９０）、設定回転速度がキャピラリ選択回転速度７６よりも低い場合は、開閉弁１１Ａを常に閉のまま、つまりキャピラリチューブ１０Ａを使わずにキャピラリチューブ１０Ｂだけを使用する制御を選択する（ステップ９１）。
【００５２】
次に、ステップ９０又は９１で選択された制御モードを用いて、設定された時間の遠心分離運転を行う（ステップ９２）。ステップ９０にて開閉弁１１Ａを用いる制御が選択された場合は、図３、図４で説明した制御方法に基づいて冷却機構が制御される。また、ステップ９０にて開閉弁１１Ａを用いない制御（開閉弁は常に閉鎖）が選択された場合は、キャピラリチューブ１０Ｂだけを使用して公知の制御方法を用いて冷却機構が制御される。
【００５３】
次に、設定された時間だけ遠心分離運転が行われたかを判定し（ステップ９３）、設定時間が経過していない場合はステップ９２に戻る。設定時間が経過した場合は、駆動部２を停止するように制御することによりロータ１の回転を停止させ、圧縮機７を停止することにより冷却機構の運転を停止させて、遠心分離運転を終了する（ステップ９４）。
【００５４】
以上のように、本実施例によれば、操作可能な冷媒流路の開閉弁と、複数の固定絞り機構（キャピラリチューブ）を装備することにより、蒸発温度を段階的に操作することが可能となり、コストをかけずに可変絞り機構と同等の制御を実現することが可能となる。しかも、この蒸発温度の段階的な操作は、装着されるロータ１と遠心分離のための設定回転速度に応じて制御されるので、冷却機構を高精度で制御することができる。尚、本実施例ではキャピラリチューブを２本用い、開閉弁を１つ用いたが、これだけに限られずに、キャピラリチューブをｍ本用い、開閉弁をｎ本（但し０＜ｎ≦ｍ）用いるようにしても良い。また、本実施例では固定絞り機構としてキャピラリチューブを用いたが、その他の絞り機構を用いるようにしても良い。
【実施例２】
【００５５】
次に図７及び図８を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図７は、複数の絞り機構と開閉弁を有する第２の実施例に係る遠心分離機の構成を示す模式図である。図７において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図７の遠心分離機において、第１の実施例と異なることは、３本のキャピラリチューブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを用いることと、キャピラリチューブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃへの冷媒の流れを開閉操作する開閉弁１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃをそれぞれに設けたことである。キャピラリチューブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０の流路径や長さは、いずれも同じとしても良いし、それぞれ異なるように設定しても良い。本冷却機構の場合は、キャピラリチューブの使用の有無、使用する場合の開閉弁１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）の開閉の有無の組合せにより最大で６つの蒸発温度が選択できることになる。この開閉弁１１１の制御は、図８に示すデータテーブルを用いて制御部１２によって制御される。
【００５６】
図８は、装着されるロータとキャピラリチューブ選択との対応関係を示すデータテーブルである。このデータテーブルは制御部１２内の図示しない記憶装置に予め格納しておくもので、ロータ１に関する情報として実施例１で示したデータテーブルと同様に、ロータ名１０１、ロータＩＤ１０２、そのロータの許容される最高回転速度１０３、回転半径１０４等の各種制御情報が格納される。第２の実施例においては、さらに開閉弁１１１により制御可能な３つのキャピラリ選択情報１０５〜１０７が格納される。各キャピラリ選択情報１０５〜１０７には、回転速度の範囲と、開閉弁１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）の開閉状態を格納する。これらの開閉状態はロータ１の回転速度に応じて３段階で細かく規定される。
【００５７】
例えば、装着されたロータ１が“Ｒ１０Ａ”の場合は、使用者によって設定される遠心分離のための回転速度が、０〜５、０００ｍｉｎ−１、５，００１〜８，０００ｍｉｎ−１、８，００１〜１０，０１０ｍｉｎ−１の範囲で異なる。例えば、設定回転速度が７，０００ｍｉｎ−１の場合は、キャピラリ選択情報１０６の範囲に該当するため、開閉弁１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ）＝（開、開、閉）の状態で制御されることになる。つまり、開閉弁１１１Ａと１１１ｂは、開閉を伴う制御がされるが、開閉弁１１１Ｃは常時閉鎖した状態とされる。
【００５８】
第２の実施例によれば、３組のキャピラリチューブと開閉弁を用いることにより、装着されるロータにあわせて蒸発温度を多段階に制御でき、回転室を急速に冷却する必要のある運転初期に開閉弁を開き、蒸発器への冷媒供給量を増やすことにより回転室を素早く冷却することか可能となる。また、このような多段階の制御を、構造が簡素で安価なキャピラリチューブと開閉弁で実現できるので、製造コストの上昇を抑えた遠心分離機を実現できる。
【００５９】
第２の実施例によれば、複数の絞り機構にそれぞれ開閉弁を設けるので、複数の固定絞り機構を個別に制御することができ、蒸発温度を段階的に操作することができる。この結果、回転室の温度変化の少ない精度の高い温度制御が可能となる。
【００６０】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、図１においてキャピラリチューブ１０Ｂ側には開閉弁が設けられていないが、キャピラリチューブ１０Ｂ側にも同様に開閉弁を設けるようにしても良い。また、図７に示す遠心分離機のように複数の絞り機構と開閉弁を持つ冷却機構の場合、任意の複数の開閉弁を非同期に操作するように制御しても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１ ロータ ２ 駆動部 ３ 回転室 ４ チャンバ
５ 蒸発器 ６ 温度センサ ７ 圧縮機 ８ ファン
９ 凝縮器 １０Ａ、１０Ｂ キャピラリチューブ １１Ａ 開閉弁
１２ 制御部 １４ ドア １５ 戻り配管
１６、１７、１８ 配管 １９ 温度センサ
３１、４１ 回転速度 ３２、４２ ロータ温度 ３３、４３ 空気温度
３４、４４ 入口温度曲線 ３５、４５ 出口温度曲線
３６、４６ 開閉状態 ３７ 動作状況 ５１、６１ 温度曲線
５２、６２ 温度曲線 ７１ ロータ名 ７２ ロータＩＤ
７３ 最高回転速度 ７４ 回転半径
７５ インバランス検出レベル ７６ キャピラリ選択回転速度
８２ 設定回転速度 １０１ ロータ名 １０２ ロータＩＤ
１０３ 最高回転速度 １０４ 回転半径
１０５〜１０７ キャピラリ選択情報
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ キャピラリチューブ
１１１（１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ） 開閉弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持して遠心分離するためのロータと、該ロータを回転させるモータと、該ロータを収容する回転室を画定するチャンバと、該チャンバの外周に配置され前記回転室を冷却するための蒸発器と、該蒸発器に冷媒を循環させるための圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を放熱するための凝縮器と、圧縮され放熱した冷媒を断熱膨張させて前記蒸発器に供給する絞り機構と、これらを制御する制御部を備えた遠心分離機において、
前記絞り機構を複数設け、
前記絞り機構への冷媒供給を前記制御部より操作可能な開閉弁を設け、
前記開閉弁を用いて前記凝縮器から複数の前記絞り機構への冷媒供給を段階的に可変に制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記複数の絞り機構にそれぞれ開閉弁を設けることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記複数の絞り機構のうち一部の前記絞り機構に開閉弁を設け、
残りの前記絞り機構は、常時開状態とされることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記制御部は、回転室の冷却を高速化する必要がある際には前記開閉弁を開いて、前記蒸発器へ供給する冷媒量を多くなるように制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の遠心分離機。
【請求項５】
前記制御部は、前記圧縮機の運転中に前記絞り機構への開閉弁を操作することにより、前記回転室の温度制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の遠心分離機。
【請求項６】
前記制御部は、装着された前記ロータを識別し、前記ロータの種類及び遠心分離回転速度に応じて前記開閉弁の制御の有無を選択することを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項７】
前記制御部に記憶手段を設け、
前記ロータの種類と前記開閉弁の制御情報を対応させて格納しておくことを特徴とする請求項６に記載の遠心分離機。
【請求項８】
前記開閉弁の制御情報は、前記開閉弁を開閉制御するための回転速度であることを特徴とする請求項７に記載の遠心分離機。
【請求項１】
試料を保持して遠心分離するためのロータと、該ロータを回転させるモータと、該ロータを収容する回転室を画定するチャンバと、該チャンバの外周に配置され前記回転室を冷却するための蒸発器と、該蒸発器に冷媒を循環させるための圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を放熱するための凝縮器と、圧縮され放熱した冷媒を断熱膨張させて前記蒸発器に供給する絞り機構と、これらを制御する制御部を備えた遠心分離機において、
前記絞り機構を複数設け、
前記絞り機構への冷媒供給を前記制御部より操作可能な開閉弁を設け、
前記開閉弁を用いて前記凝縮器から複数の前記絞り機構への冷媒供給を段階的に可変に制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記複数の絞り機構にそれぞれ開閉弁を設けることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記複数の絞り機構のうち一部の前記絞り機構に開閉弁を設け、
残りの前記絞り機構は、常時開状態とされることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記制御部は、回転室の冷却を高速化する必要がある際には前記開閉弁を開いて、前記蒸発器へ供給する冷媒量を多くなるように制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の遠心分離機。
【請求項５】
前記制御部は、前記圧縮機の運転中に前記絞り機構への開閉弁を操作することにより、前記回転室の温度制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の遠心分離機。
【請求項６】
前記制御部は、装着された前記ロータを識別し、前記ロータの種類及び遠心分離回転速度に応じて前記開閉弁の制御の有無を選択することを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項７】
前記制御部に記憶手段を設け、
前記ロータの種類と前記開閉弁の制御情報を対応させて格納しておくことを特徴とする請求項６に記載の遠心分離機。
【請求項８】
前記開閉弁の制御情報は、前記開閉弁を開閉制御するための回転速度であることを特徴とする請求項７に記載の遠心分離機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５５３３０（Ｐ２０１１−２５５３３０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３２９０１（Ｐ２０１０−１３２９０１）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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