JP6956173B2 - 蒸発装置および方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、サンプルの乾燥のため、または他のものとの交換での第１の溶媒の除去のためなどの溶媒蒸発の領域に関する。特に、本発明は、渦動を生成する方向付けられたガスの流れによる試験管の中の液体の蒸発のための蒸発装置、本発明に係る装置を用いた溶媒の蒸発のための方法、およびこのような装置を含むシステムに関する。

背景
蒸発システムは、創薬から分析化学まで、実際のあらゆるタイプの実験室において見られ得る。１つの一般的に用いられる蒸発方法は、ノズルからの方向付けられたガスの流れを利用する。方向付けられたガスの流れは、試験管へ、増大した気体／液体境界を作み出す液体表面へ、方向付けられた渦を作り出し、結果として従来の方法よりも蒸発を速める。

ガスおよび用いられるエネルギの観点から迅速で効率的である蒸発プロセスを実現するために、試験管に対するガスの流れの向きが重要であることが示されている。

さらに、ノズルからのガス流の渦動が蒸発効率に影響を及ぼすということも示されている。

本発明の目的の簡単な説明
本発明は、従来技術と比較して向上した効率を有する蒸発装置に関する。したがって、本発明の１つの目的は、蒸発プロセスの向上された制御を可能にし得る、上述されたように方向付けられた渦流を用いる改良された蒸発装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、試験管における効率的な渦動を維持しながら、用いられる試験管の大きさの観点からより汎用性がある蒸発装置を提供することである。

概要
周知の従来技術の蒸発装置と比較して、より汎用性がありより効率的である蒸発装置がここに記載される。

発明者らは、従来用いられる溶媒蒸発装置に関する１つの問題は、各ノズルからのガス流がガス注入口とノズルとの間のガスシステムにおける圧力に大きく依存することであるということを発見した。低いガスの流速のために、ガス圧は、通常ノズルを通して所望の流れを提供するであろう。しかしながら、ガスの流速がより高い場合、ガスシステムの流れ抵抗はガス流を制限し得、システムで生成される過度な圧力によって中和され得る。従来技術のシステムでは、圧力は手動の圧力レギュレータによって制御されており、ノズルを通るガス流を計算するために表形式データが用いられていた。さらに、従来技術のシステムは、圧力の手動調節によって、比較的大雑把なガス流の制御を提供した。

本発明の発明者らは、蒸発プロセスの間に、試験管の液体の量が徐々に減少し、液体表面が徐々にノズルから離れるように移動することとなり、試験管の中の渦動を減少させることを発見した。本発明によれば、液体表面がノズルから離れるように移動するにつれてガス流を徐々に増加させることによって、この作用は低減または除去され得る。

さらに、本発明は、試験管に対するノズルの向きを維持しながら、様々な直径および長さの１つ以上の試験管を保持し得る、汎用性のあるサンプルホルダを提供する。これは、試験管の側壁の一部に力を加えるレバー機構を備える試験管ホルダによって達成される。

したがって、本発明に係る蒸発装置は、向上された汎用性および効率性を提供するであろう。蒸発装置は、少なくとも１つのノズルを有する少なくとも１つのマニホールドと、液体用のタンクユニットと、タンクユニットの中へ挿入されるように構成されるサンプルホルダとを含み、サンプルホルダは、少なくとも１つのノズルに対して規定された位置に、少なくとも１つのサンプルを保持するように構成され、蒸発装置はさらに、制御ユニットを含む。蒸発装置は、ガス供給部に接続されるように構成される注入ポートと、注入ポートの下流に配置される圧力レギュレータとをさらに含み、圧力レギュレータの設定値は、制御ユニットによって制御され、蒸発装置はさらに、圧力レギュレータの下流に配置される制御バルブを含み、少なくとも１つのマニホールドの各々は、制御バルブの対応する排出ポートに接続され、排出ポートは制御ユニットによって制御され、制御ユニットは、圧力レギュレータの設定値を、少なくとも１つのノズルの各々からの所定のガス流を生じる値に設定するように構成される。

圧力の設定値は、制御バルブに接続される活性化されたマニホールドの数および単一のノズルからの所定のガス流に依存し得る。

さらに、蒸発装置のサンプルホルダは、汎用性のある試験管ラックを備え、試験管の側壁に対して規定されたノズルの位置を提供し得る。試験管ラックは、試験管を受容するように構成される開口部を備える試験管のための少なくとも１つの仕切りと、レバーを備えるばね機構とを含み得る。ばね機構は、レバーがレバーストップに対して押し付けるアンロード位置と、レバーが試験管を受容するように構成される開口部の一部に対して挿入された試験管の側壁を押し付けるロード位置とのために設けられる。

追加の構成および利点は、以下の説明に記載される。本発明を添付の請求項によって規定されるように限定することは意図されない。本発明の１つ以上の目的を達成するために、たとえば異なる図面によって説明される、様々な実施形態が組み合わされてもよいことが理解されるべきである。

本発明は、ここで、本発明の示される実施例を構成し範囲を限定しない添付の図面を参照して、より詳細に説明される。

蒸発プロセスの制御のためのユニットに接続されている、本発明に係る蒸発装置の模式的なブロック図である。 本発明に係る蒸発装置の要素の、特に図１に示される管ラックが挿入され得るタンクの斜視図である。 本発明に係る蒸発装置の蓋および試験管ラックの斜視図である。 図３から拡大されたセクションＡを示し、本発明に係る試験管ラックおよびマニホールドの断面図を開示する図である。 本発明に係るアンロード位置のレバーとともに試験管ラックの一部を示す図である。 本発明に係るロード位置のレバーとともに試験管ラックの一部を示す図である。 本発明に係る試験管を受容するように構成される開口部を示す図である。 本発明に係るヒータとともにマニホールドを示す図である。

詳細な説明
従来技術よりも、より汎用性がありより効率的である蒸発装置が以下に記載される。

発明者らは、各ノズルからのガス流は圧力レギュレータとノズルとの間のガスシステムにおける圧力に大いに依存するため、周知の蒸発装置には問題が存在することを発見した。低いガスの流速のために、ガス圧はノズルを通して所望の流れを与える。しかしながら、ガスの流速が高い場合、ガスシステムの流れ抵抗はガス流を制限するであろう。これは、システムで生じる過圧によって中和され得る。従来技術のシステムでは、圧力は、手動の圧力レギュレータによって制御されており、ノズルを通るガス流を計算するために、ある種の表形式データが用いられていた。さらに、従来技術のシステムは、ガスシステムにおける圧力を手動で調節することによって、ガス流の大雑把な制御を提供していた。発明者らは、蒸発プロセスの間に、サンプル管の中の液体の量が徐々に減少し、液体表面がノズルから離れるように移動することとなり、それゆえに試験管における渦動が徐々に減少することを発見した。液体表面がノズルから離れるように移動するにつれてガスシステムの圧力を徐々に上昇させることによって、この作用は防がれ得る。

さらに、本発明は、ノズルに対して正確な向きで、様々な直径および長さの試験管を保持または固定し得る試験管ホルダを提供する。これは、試験管の側壁の一部に力をかけて試験管ホルダの一部に対して試験管を押すまたは押し付けることが可能なレバーが設けられる試験管ホルダによって達成される。

図１では、概して１００で示される蒸発装置は、少なくとも１つのノズル１０２を有する少なくとも１つのマニホールド１０１ａ〜ｄと、液体用の関連するヒータ１１３を有する液体用のタンクユニット１０３と、タンクユニットの中へ挿入されるように構成されるサンプルホルダ１０８とを含む。サンプルホルダは、少なくとも１つのノズルに対する規定された位置に、少なくとも１つのサンプルを保持するように構成される。蒸発装置は、ヒータによってタンクの中の液体の温度を制御するように構成される制御ユニット１０４と、ガス供給部に接続されるように構成される注入ポート１０５と、注入ポート１０５の下流に配置される圧力レギュレータ１０６とをさらに含む。圧力レギュレータ１０６の設定値は、制御ユニット１０４によって制御される。蒸発装置は、圧力レギュレータ１０６の下流に配置される制御バルブ１０７を含む。少なくとも１つのマニホールド１０１ａ〜ｄの各々は、制御バルブの対応する排出ポートに接続される。制御バルブは、制御ユニット１０４によって制御される。制御ユニットは、圧力レギュレータの設定値を、少なくとも１つのノズルの各々から所定のガス流を生じさせる値に設定されるように構成される。圧力の設定値は、制御バルブに接続される活性化されたマニホールドの数および単一のノズルからの所定のガス流に依存する。制御ユニット１０４は、制御バルブによってどのマニホールドにガスを流すかを選択するために動作可能である。キャップ１９９によって個々のノズルに栓をすることも可能である。

蒸発システムは、制御ユニット１０４に接続される温度センサ１１０を備え得る。この温度センサ１１０は、タンクユニット１０３の中の液体の温度を測定するために配置される。この温度センサ１１０の位置は、タンクユニットの底部から離れていてもよく、液体の水位の検査を可能にする。

ヒータは活性化されるが温度上昇が温度センサによって検出されない場合は、これは制御ユニットによって決定されてもよい。

さらに、蒸発システムは、タンクユニットに異なる深さで配置される複数の温度センサを含んでもよい。このように、液位検出器が達成される。液位検出器は、蒸発装置が第２のタンクユニットと、タンクユニットと流体接続するポンプ装置とを含む場合に有用であり得る。ポンプ装置は、制御ユニットによって制御され得る。この態様では、挿入されたサンプルホルダが異なる体積を有する場合であっても、タンクユニットの液位は制御され一定に維持されることができる。言うまでもなく、たとえば浮遊装置、様々なタイプの光学検出器など、他の種類の液位検出器が用いられてもよい。

さらに、蒸発装置は、ヒータ１１３の温度を感知するように構成される追加の温度センサ１１２を含んでもよい。このように、タンクユニットが空になり、タンクユニットの温度センサが温度を感知しないこととなる場合に生じ得る過度な温度から、ヒータが守られる。

さらに、制御ユニットは、圧力レギュレータから制御バルブユニットまでのガス圧を徐々に上昇させるように構成されてもよい。このように、渦動が徐々に高まり、飛び散りが最小化され得ることとなる。

さらに、制御バルブユニットは、規定された時間にわたって圧力レギュレータからのガス圧を徐々に上昇させるように構成されてもよい。このように、最適な渦動が蒸発全体を通して達成されることができる。

さらに、制御バルブユニット１０７は、複数の電気的に活性化されたバルブを備えてもよい。各バルブは、対応するマニホールド１０１ａ〜ｄに接続される。この接続は、クイックフィットコネクタ１０９によって達成され得、マニホールドの素早い交換を可能にし、ノズル間の異なるピッチを有するマニホールドが用いられる場合に有用であり得る。これは、制御ユニットがどの１つのマニホールドまたは複数のマニホールドを活性化するべきかを制御することを可能にする。

さらに、圧力レギュレータ１０６は、制御ユニット１０４に接続される圧力センサを備え得る。このように、蒸発装置の各ノズルからの流れの正確な読み出しがディスプレイユニット１１１上に示され得る。

さらに、タンクユニットは、タンクユニット１０３での有機物の成長を防ぐように構成されるＵＶ装置と流体接続されてもよい。ＵＶ装置は、代替的または追加的に、タンクの加熱のために用いられてもよい。

図２は、斜視図で、概して２００で示される、本発明に係る図のような蒸発装置を示す。タンクユニット２０３は、蒸発プロセスの目視検査を可能にする、透明な側壁を有する。さらに、タンクユニット２０３は、タンクユニットを逆さまにすることなくタンクユニット２０３が空にされることを可能にする、ドレインバルブ２１２を備える。

マニホールド２０１ａ〜ｄは、タンクユニット２０３への容易なアクセスを可能にするヒンジ連結された蓋２１３に取り外し可能に接続される。マニホールドは、マニホールドの軸方向においてマニホールドを操作するように構成される、ハンドル２１４も備える。これは、試験管ラック２０４に対するノズルの正確な調整を可能にする。

ディスプレイユニット２１１は、タッチスクリーンインターフェースを備えてもよい。これは、蒸発装置の容易な制御を可能にする。

別の実施形態では、蒸発装置は、外部の換気システムに接続され得る、蒸発した物質を排出管に移送するように構成されるファンを備える。このように、蒸発装置は、ベンチトップで配置されることができ、ヒュームフードに配置される必要がなくなる。

図３では、切断開放図で、マニホールドを有する蓋２１３が、試験管ラック３０４とともに示される。各マニホールドは、マニホールドの軸方向におけるマニホールドの動きを可能にする、関連するハンドル３１４を有する。試験管ラック３０４は、試験管の縁に沿って摺動し所望の位置に固定可能である、調整可能な要素３１５を含む。これは、異なる長さの試験管が試験管ラック３０４に保持され嵌合されることを可能にする。ノズルと協働する試験管ラック２０４の有利な構成をさらに示すために、領域Ａが図４に拡大され示される。

図４は、示された図３からの断面斜視図Ａである。この図では、ノズル４０２を有するマニホールド４０１は、試験管ラック４０４の開口部４２２に向かって方向付けられる。開口部４２２は試験管を受容するように構成される。試験管ラック４０４は、試験管を受容するように構成される開口部を有する上部要素４１７を含む。試験管ラック４０４は、上部要素４１７に取り付けられるレバー４１９をさらに含む。試験管ラック４０４は、上部要素４１７の開口部４２２に対応する開口部４２３を有する中間部要素４２０を含む。中間部要素は、挿入の間に試験管をガイドするためのガイド要素４２１も含む。レバーは、曲げ可能な領域と、挿入された試験管に係合するように構成される領域とを備え得る。他の実施形態では、レバー４１９は、ばね機構４１８を備える。試験管ラックの機能をさらに明らかにするために、より機能的な説明が図５を参照して提供される。

図５ａ）は、試験管ラック５０４およびノズル５０２を有するマニホールド５０１の模式的な図である。試験管ラック５０４は、試験管５３５のための少なくとも１つの仕切り５３０を含み、試験管ラックは、試験管５３５を受容するように構成される上部要素５１７の開口部５２２を含む。試験管ラックは、レバー５１９を備える。レバー５１９は、レバーが仕切り５３０の中へ延在するアンロード位置のために構成される。ノズルは、開口部５２２の側壁からの距離ｘに位置する。開口部は、長さＤを有する主軸を有する。

図５ｂ）では、ロード位置が示され、レバー５１９は、挿入された試験管５３５の側壁を、開口部５２２，５２３の一部およびガイド要素５２１に対して押し付ける。ガイド要素は、レバーが試験管をガイド要素に対して押し付ける間に、試験管を開口部５２３を通してガイドするために設けられる。開口部５２２を通した試験管の挿入の間、試験管の閉鎖端部は、試験管の閉鎖端部が調整可能な要素５１５と接触するまでレバー５１９が試験管の側壁に沿って摺動し始めるまで、レバー５１９を押す。このように、ノズルに対する試験管の極めて正確な位置合わせが提供され、直径ｄを有する試験管５３５の側壁からの距離ｘによって示される。

図６には、開口部６２２，６２３のための形状の実施形態が開示される。開口部は、その間に様々な距離を有する２つの対向する側壁６５２，６５３を備える。したがって、側壁は、θの中間角度を有する。この角度θは、９０°〜１３０°の範囲内にあり、最も好ましくは１１０°である。このように、異なる直径ｄを有する試験管は、主軸Ｄを有する開口部に嵌合され得る。マニホールド５０１の軸方向位置、これによるノズルの位置を制御するハンドル３１４によって、試験管の開放端部に対するノズル位置のわずかな最終調整が調整され得る。図６に示されるように、異なる直径を有する試験管６５０，６５１は、良好な正確性で、ノズルに対して、本発明に従って位置合わせされる。

図７には、Ｔコネクタ７５０を介してマニホールド７０１の中へ挿入される加熱要素７０２を含む、代替的なマニホールド７０１が開示される。このように、マニホールドにおけるガスはノズル７０２を通って出る前に加熱されることができ、蒸発スピードのために有利である。したがって、本発明の利点は、予め加熱されたガスを使用し得るということであり、従来の溶媒蒸発と比較して効率も向上させ得る。

しかしながら、ガスは、注入口の下流に配置される他のまたは追加の加熱手段で加熱されてもよい。

レバーは、プラスチック材料で製造され得る。
本発明は、加熱されたタンクに存在する少なくとも１つの管を有する蒸発器を用いて、かつ、１つのノズルまたは複数のノズルを介して各管に提供される渦ガス流を用いて、溶媒を蒸発する方法にも関する。本発明に係る装置に関して上述されるように、各試験管の中の減少する体積は、ガスの流速の徐々の変化によって補われる。１つの実施形態では、ガスの流速は、徐々に増加される。有利な実施形態では、蒸発効率をさらに向上させるために、当該方法はまた、試験管に予め加熱されたガスを提供する。特定的な実施形態では、タンクはＵＶによって加熱される。

そのもっとも広い局面では、本発明の方法は、本明細書に記載された、１つの管または複数の管の溶媒表面を低下させるための補償を可能にする制御ユニットを備える従来の蒸発器を利用してもよい。特定的な局面では、当該方法は、本発明に係る蒸発装置を用いる。

Claims (9)

1. 蒸発装置（１００）であって、
   少なくとも１つのノズル（１０２）を有する少なくとも１つのマニホールド（１０１ａ〜ｄ）と、
   液体用のタンクユニット（１０３）と、
   前記タンクユニットの中へ挿入されるように構成されるサンプルホルダとを備え、前記サンプルホルダは、前記少なくとも１つのノズルに対して規定された位置に、少なくとも１つのサンプルを保持するように構成され、前記蒸発装置（１００）はさらに、
   制御ユニット（１０４）と、
   ガス供給部に接続されるように構成される注入ポート（１０５）と、
   前記注入ポート（１０５）の下流に配置される圧力レギュレータ（１０６）とを備え、
   前記圧力レギュレータ（１０６）の設定値は、前記制御ユニット（１０４）によって制御され、前記蒸発装置（１００）はさらに、
   前記圧力レギュレータ（１０６）の下流に配置される制御バルブ（１０７）を備え、前記少なくとも１つのマニホールド（１０１ａ〜ｄ）の各々は、前記制御バルブの対応する排出ポートに接続され、前記制御バルブは、前記制御ユニット（１０４）によって制御され、
   前記制御ユニットは、前記圧力レギュレータの前記設定値を、前記少なくとも１つのノズルの各々からの所定のガス流を生じさせる値に設定するように構成され、
   前記サンプルホルダ（１０８）は、試験管ラック（２０４，３０４，４０４，５０４）を備え、前記試験管ラック（２０４，３０４，４０４，５０４）は、試験管（５３５）を受容するように構成される開口部（５２２，６２２）を備え、
   前記開口部は、９０°〜１３０°の範囲内の中間角度θを有する側壁を備える、蒸発装置（１００）。
2. 前記圧力レギュレータの前記設定値は、前記制御バルブに接続されたマニホールドの数および単一のノズルからの所定のガス流によって決まる、請求項１に記載の蒸発装置。
3. 前記制御ユニットは、第１の低圧から設定された圧力までガス圧を徐々に上昇させるように構成される、請求項１または請求項２に記載の蒸発装置。
4. 各マニホールドは、ハンドル（３１４）によって、長手方向に調整可能である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸発装置。
5. 前記試験管ラック（２０４，３０４，４０４，５０４）は、
   レバー（４１９，５１９）を備え、前記レバー（４１９，５１９）は、
   前記レバーが区画（５３０）の中へ延在する、アンロード位置と、
   前記レバーが前記試験管を受容するように構成される前記開口部の一部に対して挿入された前記試験管（５３５）の側壁を押し付ける、ロード位置とのために構成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蒸発装置。
6. 前記試験管ラック（２０４，３０４，４０４，５０４）は、
   前記試験管（５３５）を受容するように構成される前記開口部（４２２）を備える上部要素（４１７，５１７）を備え、前記レバーは、前記上部要素（４１７）に動作可能に接続され、下方向へかつ少なくとも部分的に前記区画（５３０）の中へ延在し、前記試験管ラック（２０４，３０４，４０４，５０４）はさらに、
   前記試験管を受容するように構成される開口部（４２３，５２３，６２３）を備える中間部要素（４２０，５２０）を備え、前記中間部要素は、挿入の間に前記開口部（５２３，６２３）を通して前記試験管をガイドするように構成されるガイド要素（４２１，５２１）をさらに備える、請求項５に記載の蒸発装置。
7. 前記試験管ラックは、上部要素および中間部要素の下方に配置される調整可能な要素（４１５，５１５）を備え、前記調整可能な要素は、異なる長さの試験管が前記試験管ラックに用いられることを可能にするために、垂直方向に調整可能である、請求項５または請求項６に記載の蒸発装置。
8. 前記レバーは、プラスチック材料で作製される、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の蒸発装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蒸発装置が用いられる、溶媒を蒸発させる方法。

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