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JPH07117508B2 - 流体熱量測定装置 - Google Patents

流体熱量測定装置

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Publication number
JPH07117508B2
JPH07117508B2 JP63177732A JP17773288A JPH07117508B2 JP H07117508 B2 JPH07117508 B2 JP H07117508B2 JP 63177732 A JP63177732 A JP 63177732A JP 17773288 A JP17773288 A JP 17773288A JP H07117508 B2 JPH07117508 B2 JP H07117508B2
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JP
Japan
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calorific value
heat
calorimeter
fluid
detection unit
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP63177732A
Other languages
English (en)
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JPH0227246A (ja
Inventor
敏 森本
芳雄 田中
正次郎 伊藤
Original Assignee
工業技術院長
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Filing date
Publication date
Application filed by 工業技術院長 filed Critical 工業技術院長
Priority to JP63177732A priority Critical patent/JPH07117508B2/ja
Priority to US07/379,364 priority patent/US4993842A/en
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Publication of JPH07117508B2 publication Critical patent/JPH07117508B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00Measuring quantity of heat
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00Measuring quantity of heat
    • G01K17/06Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G01N25/4806Details not adapted to a particular type of sample
    • G01N25/4813Details not adapted to a particular type of sample concerning the measuring means
    • G01N25/482Details not adapted to a particular type of sample concerning the measuring means concerning the temperature responsive elements

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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、流体熱量測定装置の改良に関するものであ
る。さらに詳しくいえば、本発明は、複数種類、例えば
2種の、気体、液体あるいは溶液の混合、希釈、反応時
に発生、吸収する熱量を経時的に正確かつ精密に測定す
るための改良された流体熱量測定装置に関するものであ
る。
従来の技術 熱量計は、その熱量の検出方法から断熱型、等温型、伝
導型の3種に大別される。この伝導型は、熱量の検出方
法が熱伝導体を兼ねた感熱体(熱電対、熱電堆、サーモ
パイルなど)により行われるものであるが、その中のフ
ロー式は、混合、希釈、反応に付される複数の気体、液
体あるいは溶液などの流体をそれぞれの細いサンプル通
路パイプを通して熱量検出用感熱体上の1本のサンプル
通路パイプに入り込むように流入、混合させ、熱量を検
出、測定するものである。このような伝導型フロー式の
熱量計は、熱量検出が容易で、操作が単純で、平衡温度
に達するまでの所要時間を短縮、節減でき、微小測定値
に影響を及ぼす蒸気相を考慮しなくてもよいために、試
験、研究にしばしば用いられる。
この型式の従来の熱量計の熱量検出部は、反応熱検出素
子上に熱伝導性のよい金属板を付し、その上に通路パイ
プを同心円的渦状に配して挟み込み固定化するか、ある
いは熱伝導性のよい金属円柱を用いてその外周にサンプ
ル通路パイプを巻き付け、その金属板あるいは金属円柱
を含めての温度変化を測定するものであって、反応熱検
出素子表面上に直接サンプル通路パイプを設置するもの
は知られていなかった。しかしながら、このような熱量
計では、少量の試料流体に比して熱容量の大きい物体の
温度変化分をも測定しなければならず、高感度の測定が
困難であるという欠点がある。
発明が解決しようとする課題 ところで、近年、生体物理化学の分野においてはタンパ
ク質や核酸等の生体分子や血液細胞等細胞機能を解明し
たり、それらの微妙な反応の固体差を微小反応熱量差と
して経時的変化をも含め検出しうる熱量測定装置が、医
療上診断や治療のための原因究明その他の目的で強く要
望されている。
本発明は、このような事情の下、高感度で、熱量検出を
安定に迅速に行うことができ、混合、希釈、反応におけ
る経時変化の直接測定が可能である流体熱量測定装置を
提供することを目的としてなされたものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、前記の目的を達成するために種々研究を
重ねた結果、複数個の検出効率の高い熱量検出ユニット
の複数個を断熱性隔壁を介して分割配列し、かつ各熱量
検出ユニットを独立熱量検出部とすることにより、その
目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、伝導型フロー式熱量計において、
平行に対向して配置した熱量検出素子ブロックの対向面
の間に、電気抵抗線をコイル状に巻き付けたサンプル通
路パイプを蛇行させた形状で直接挟み込んで構成した熱
量検出ユニットの複数個を、断熱性隔壁を介して分割配
列し、かつ各熱量検出ユニットを独立熱量検出部とした
ことを特徴とする流体熱量測定装置を提供するものであ
る。
本発明装置において、熱量検出部の部品として用いる熱
量検出素子ブロックは、通常の平板状熱量検出素子の複
数個の各側壁で接触させて直列に配列して構成された平
板状体を平行に対向して配置したものである。そして、
このような構造のブロックとすることにより、熱起電力
を増大させて感度を向上させるとともに、複数の熱量検
出素子を断熱性材料で仕切って分割することによって、
混合、希釈、反応の際に発生する熱の経時的変化を直接
測定することができる。従来の熱量測定装置において
は、全体の経時的変化を非直接的なデータから計算によ
って求めうるだけであって、流体の流入位置による経時
的変化を直接測定することは不可能であった。
また、本発明装置においては、上記の構造の熱量検出素
子ブロックにおける前記平板状体の各対向面の間に、電
気抵抗線をコイル状に巻き付けたサンプル通路パイプを
蛇行させた形状で直接挟み込むことにより各熱量検出ユ
ニットを構成することが必要であり、このようにするこ
とによって従来の同心円渦巻状あるいは円柱表面へのス
パイラル巻付け状のものに比べ流体のより均一な混合及
び長い通路間での温度差比較により正確な熱量測定を行
うことができる。さらに、基準熱量測定用の電気抵抗線
をサンプル通路パイプ上に直接コイル状に巻き付けてい
るため、従来のフロー式熱量計における伝導体の1か所
に固定設置する方法に比べてより均一に良好な基準熱量
を電気的に与えることができる。
このようにして構成された熱量検出ユニットは、断熱性
隔壁例えば断熱板を介して、複数個がそれぞれ独立熱量
検出部を構成して連結され、各熱量検出ユニットに対す
る熱起電力の測定と基準熱量の供給を行いうるようにな
っている。
実施例 次に添付図面にしたがって本発明装置の実施例を説明す
る。
第1図は、本発明装置の検出部を構成する1個の熱量検
出ユニットを上下に2部分に分解したものの斜視図であ
って、この熱量検出ユニットは、直列的に、直線上に各
側面で接触して配列した複数個の熱量検出素子から成る
熱量検出ブロックとその面上に、直接接触して配置され
ている、マンガニン線4を電気抵抗線としてコイル状に
巻き付けた内径0.86mm、外径1.27mmのポリエチレンチュ
ーブから成る蛇行状のサンプル通路パイプ3で構成され
ている(第1図では、メルコア社製P/W FCO.6−66−06
Lサーモモジュールを片面に3個、サンプル通路パイプ
3をもう一面の熱量検出素子ブロック表面で挟み込んで
ブロック形成させるために両面で6個用いている。熱起
電力はサーモモジュール1個について5〜6mV/℃であ
る)。
これらの各部品は、適当な接着剤、例えば放熱性シリコ
ーンにより接着されて相互に固定されている。
第2図は、本発明装置の熱量検出部の1例を示す断面図
であって、この例においては、熱量検出ユニット3個が
用いられており、これらは、これらを支える金属製のヒ
ートシンク2(熱容量の大きな恒温体もしくは熱だめ、
ここではアルミニウムブロック)とともに、熱伝導の不
良な2mm厚さのテフロン板あるいはテフロン棒からなる
隔壁5で隔離されている。
第2図中の3個の熱量検出ユニットは、それぞれ独立し
て熱量検出部として動作するように配設され、発生・吸
収熱量が熱起電力(30〜36mV/℃)として測定される。
また、基準熱量として正確に電気抵抗値(ここでは約50
Ω)を定めたマンガニン線4がコイル状に同様に各熱量
検出ユニットごとに独立に通路パイプ上に巻きつけられ
ている。この第1図に示す熱量検出ユニット3個が
(各、熱起電力V、基準熱量測定の電気抵抗線の抵抗値
Ω)、熱伝導の不良導体を挟んで直線状に接続されて熱
量検出部が形成されている。サンプル通路パイプ3の全
長は72.4mである。第1図の熱量検出ユニットは、さら
に、第2図の恒温体ヒートシンク7(アルミニウムブロ
ック製)に6のビス穴を利用してビス止めされることに
よって固定される。また、恒温体7は8のビス穴を利用
してより大きな熱容量の恒温体に重ね合わされて第3図
11の本発明の熱量計本体を形成する。9は測定さるべき
2種の流体の入口であり、10は混合・反応を受けた2種
の流体の出口である。
第3図は本発明装置の全体の構造を示す斜視図である。
熱量計本体11は金属材質(ここではステンレス鋼)の中
空円筒容器12中に台座を付して設置され、容器12中の内
部13には温度の均一性を期すとともに外部恒温水槽から
の水の侵入を防ぐためにパーフロロカーボン(ここでは
フロリナート)を充満させる。この容器12ごと±1/1000
℃の恒温水槽中に浸漬し、充分に恒温になった後に流体
の混合による希釈、反応の熱量を測定した。
第4図、第5図は本発明装置により測定された結果のグ
ラフである。第4図では、検出部の中の下部(第2図の
最下位の熱量検出ユニット)から順に第1(I)、第2
(II)、第3(III)の各ユニットの熱量検出(熱起電
力測定、正確には単位時間当りの熱起電力測定)状況を
それぞれI、II、IIIで示した。各ユニットに独立的に
電気的基準熱量を与えた場合で、図の上からI、II、II
Iに与えた場合を示す。他の熱量検出ユニットへの影響
はほとんど無いか、あっても流速に関係した再現性のあ
る結果が得られ、全く独立的に各熱量検出ユニット中で
の発生熱量を測定することができる。さらに、第5図は
タンパク質反応及び血液細胞の反応例の特徴を示す。流
速各60〜60ml/hrで反応及び被反応液を流入させると、
明らかに反応が第1検出ユニットで急激に起こり、その
後の経時変化が第2(場合によっては第3)の検出ユニ
ットの応答に表われる。この流速であると、第2、第3
の検出ユニットでの検出は混合・反応後数秒〜数10秒で
の経時変化に相当する。流速によってベースライン(基
準状態)は異なるが、明らかな再現性のある発熱量ある
いは吸熱量の測定ができた。タイムラグを置いての発熱
あるいは吸熱の場合にはそれぞれの応答から定量的に熱
量を求めることができる。流速の可変によって巾広い経
時変化の測定が可能である。また、現在、フロー型熱量
計として市販されているものは1μW程度の検出感度で
あるが、本発明装置の測定では0.1μW程度の極めて高
感度、高精度での測定が可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の検出部を構成する反応熱検出素子
ブロックの1例を示す斜視図、第2図は本発明装置の熱
量検出ユニットの1例の断面図、第3図は本発明装置全
体の斜視図、第4図は本発明の検出ユニットの各一部
(3分の1)に電気的基準熱量を与えた場合の発生熱起
電力状態を示すグラフ、第5図は、実際の反応における
発生熱起電力状態を示すグラフである。図中符号は以下
のものを示す。 1……熱量検出素子 2……金属ブロック 3……サンプル通路パイプ 4……検定用ヒーター抵抗線 5……隔壁 6……ビス止め穴 7……ヒートシンク用金属ブロック 8……ビス止め穴 9……流体入り口 10……流体出口 11……熱量計本体 12……中空円筒容器 13……円筒内充填不活性液体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伝導型フロー式熱量計において、平行に対
    向して配置した熱量検出素子ブロックの対向面の間に、
    電気抵抗線をコイル状に巻き付けたサンプル通路パイプ
    を蛇行させた形状で直接挟み込んで構成した熱量検出ユ
    ニットの複数個を、断熱性隔壁を介して分割配列し、か
    つ各熱量検出ユニットを独立熱量検出部としたことを特
    徴とする流体熱量測定装置。
JP63177732A 1988-07-15 1988-07-15 流体熱量測定装置 Expired - Lifetime JPH07117508B2 (ja)

Priority Applications (2)

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JPH0227246A JPH0227246A (ja) 1990-01-30
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