(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023173380
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】ガスクロマトグラフ
(51)【国際特許分類】
G01N 30/54 20060101AFI20231130BHJP
【ＦＩ】
G01N30/54 F
G01N30/54 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022085591
(22)【出願日】2022-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100108523
【弁理士】
【氏名又は名称】中川 雅博
(74)【代理人】
【識別番号】100125704
【弁理士】
【氏名又は名称】坂根 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100187931
【弁理士】
【氏名又は名称】澤村 英幸
(72)【発明者】
【氏名】蔵谷 豊
(72)【発明者】
【氏名】増田 真吾
(72)【発明者】
【氏名】小櫻 優
(72)【発明者】
【氏名】小島 雅弘
(57)【要約】
【課題】異なる電源電圧において使用可能であり、高パワーを出力可能なオーブンを備えたガスクロマトグラフを提供することを課題とする。
【解決手段】ガスクロマトグラフ１は、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２を有するオーブン３を備える。ヒーター素子３１，３２は、電源５が第１電圧のとき直列接続され、電源５が第１電圧よりも小さい第２電圧のとき並列接続される。電力制御部４は、直列接続されたヒーター素子３１，３２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦ、または、並列接続された第１ヒーター素子３１への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子４１と、並列接続された第２ヒーター素子３２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子４２とを含む。制御部２は、電源５が第２電圧のとき、制御素子４１，４２を制御することで、並列接続されたヒーター素子３１，３２への電力供給のデューティー比を調整する。
【選択図】図１
【解決手段】ガスクロマトグラフ１は、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２を有するオーブン３を備える。ヒーター素子３１，３２は、電源５が第１電圧のとき直列接続され、電源５が第１電圧よりも小さい第２電圧のとき並列接続される。電力制御部４は、直列接続されたヒーター素子３１，３２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦ、または、並列接続された第１ヒーター素子３１への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子４１と、並列接続された第２ヒーター素子３２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子４２とを含む。制御部２は、電源５が第２電圧のとき、制御素子４１，４２を制御することで、並列接続されたヒーター素子３１，３２への電力供給のデューティー比を調整する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ヒーター素子および第２ヒーター素子を有し、カラムが収容されるオーブンと、
電源から前記オーブンへ供給される電力を制御する電力制御部と、
ガスクロマトグラフの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、前記電源が第１電圧であるとき直列接続され、または、前記電源が前記第１電圧よりも小さい第２電圧であるとき並列接続され、
前記電力制御部は、
直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し、または、並列接続された前記第１ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子と、
並列接続された前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子と、
を含み、
前記制御部は、
前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１制御素子および前記第２制御素子を制御することにより、並列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する、ガスクロマトグラフ。
電源から前記オーブンへ供給される電力を制御する電力制御部と、
ガスクロマトグラフの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、前記電源が第１電圧であるとき直列接続され、または、前記電源が前記第１電圧よりも小さい第２電圧であるとき並列接続され、
前記電力制御部は、
直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し、または、並列接続された前記第１ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子と、
並列接続された前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子と、
を含み、
前記制御部は、
前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１制御素子および前記第２制御素子を制御することにより、並列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する、ガスクロマトグラフ。
【請求項2】
前記制御部は、
前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第１制御素子を制御することにより、直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第１制御素子を制御することにより、直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項3】
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子の抵抗値は同じであり、前記第１電圧は、前記第２電圧の２倍である、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項4】
前記制御部は、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを、前記電源から供給される電流の半波単位で制御する、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項5】
前記制御部は、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給を交互にＯＮする、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項6】
前記制御部は、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を所定値に制限するハードウェア論理素子を含む、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を所定値に制限するハードウェア論理素子を含む、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項7】
前記電源の一端に前記第１制御素子の一端および前記第２制御素子の一端が並列接続され、前記第１ヒーター素子の一端が前記第１制御素子の他端に接続され、前記第１ヒーター素子の他端が前記第２ヒーター素子の一端および第１端子に接続され、前記第２ヒーター素子の他端が第２端子に接続され、前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第２端子が前記電源の他端に接続され、前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１端子が前記電源の他端に接続されるとともに前記第２端子が前記第２制御素子の他端に接続されるよう切り替えられる、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項8】
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、略半円形状を有し、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子が接続されることで、略円形状のヒーター素子として構成される、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【請求項9】
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、略円形状を有し、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子が接続されることで、二重円形状のヒーター素子として構成される、請求項１に記載のガスクロマトグラフ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カラムを収容するオーブンを備えたガスクロマトグラフに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスクロマトグラフは、一般に、試料気化室、カラムおよび検出器を備える。試料気化室では、液体試料が加熱されることで気化する。カラムでは、試料気化室で気化された気体が各化合物に分離される。検出器では、カラムにおいて分離された各化合物の濃度が電気信号として検出される。カラムは、ヒーター素子を備えるオーブンに収容され、分析中には分析条件に適した温度に維持される。
【0003】
ガスクロマトグラフは、多くの国、地域によって使用される。日本の電源電圧は、１００Ｖまたは２００Ｖであり、米国では１１５Ｖまたは２３０Ｖ、欧州では２２０Ｖ～２４０Ｖ等である。ガスクロマトグラフが接続される場所によって供給される電圧が異なるため、ある特定のパワーを有するオーブンを構成するためには、電源電圧に応じたヒーター素子が必要となる。
【0004】
そのような電源電圧の違いに対応するために、異なる電源電圧に対しても共通のパワーを出力可能なカラムオーブンを備えるガスクロマトグラフが提案されている。このカラムオーブンは、同じ抵抗値を有する２つのヒーター素子を有しており、この２つのヒーター素子が直列接続と並列接続のいずれかの接続形態で構成される。例えば、２００Ｖの電源電圧に接続されたときには、ヒーター素子が直列接続され、１００Ｖの電源電圧に接続されたときには、ヒーター素子が並列接続される。このような構成とすることで、このカラムオーブンは、１００Ｖと２００Ｖのいずれの電源電圧から電力供給を受けた場合でも、同じパワーを出力可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－２１１２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述したように、２つのヒーター素子を直列接続および並列接続のいずれかで接続可能な構成とすることで、ユーザは、電源電圧が１００Ｖまたは２００Ｖのいずれの場合であっても、共通のパワーを有するオーブンを備えたガスクロマトグラフを利用できる。しかし、そのような構成のガスクロマトグラフが１００Ｖの電源電圧に接続されたときは、２００Ｖの場合と比べて２倍の電流が流れることになる。
【0007】
電流値が大きくなると、装置内のケーブル等の電気設備に大きな電流が流れるため、それら設備に特別の仕様が要求される。このため、上記のような共通のパワーを有するカラムオーブンを構成する場合、１００Ｖでの使用環境で大きな電流が流れないようにするためには、ヒーター素子の抵抗値をあまり小さくすることはできない。その結果、出力パワーについて共通化はできるものの、２００Ｖの使用環境でも大きなパワーを出力可能な装置として構成することは困難であった。
【0008】
本発明の目的は、異なる電源電圧においても使用可能としながら、高パワーを出力可能なオーブンを備えたガスクロマトグラフを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一局面に従うガスクロマトグラフは、第１ヒーター素子および第２ヒーター素子を有し、カラムが収容されるオーブンと、電源からオーブンへ供給される電力を制御する電力制御部と、ガスクロマトグラフの動作を制御する制御部とを備え、第１ヒーター素子および第２ヒーター素子は、電源が第１電圧であるとき直列接続され、または、電源が第１電圧よりも小さい第２電圧であるとき並列接続され、電力制御部は、直列接続された第１ヒーター素子および第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し、または、並列接続された第１ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子と、並列接続された第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子とを含み、制御部は、電源が第２電圧であるとき、第１制御素子および第２制御素子を制御することにより、並列接続された第１ヒーター素子および第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、異なる電源電圧においても使用可能としながら、高パワーを出力可能なオーブンを備えたガスクロマトグラフを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本実施の形態に係るガスクロマトグラフを示す図である。
【図2】２００Ｖの電源を利用する第１の接続形態のオーブンおよび電力制御部を示す図である。
【図3】１００Ｖの電源を利用する第２の接続形態のオーブンおよび電力制御部を示す図である。
【図4】２００Ｖの電源を利用する第１の接続形態における制御方法の一例を示す図である。
【図5】１００Ｖの電源を利用する第２の接続形態における制御方法の一例を示す図である。
【図6】１００Ｖの電源を利用する第２の接続形態における制御方法の別の例を示す図である。
【図7】第２の接続態様におけるオーブンの目標出力に向けた制御方法を示す図である。
【図8】２００Ｖの電源を利用する第１の接続形態のオーブンおよび電力制御部を示す変形例を示す図である。
【図9】１００Ｖの電源を利用する第２の接続形態のオーブンおよび電力制御部を示す変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るガスクロマトグラフ１について説明する。
【0013】
（１）ガスクロマトグラフ１の全体構成
図１は、本実施の形態に係るガスクロマトグラフ１の全体図である。ガスクロマトグラフ１は、制御部２、オーブン３および電力制御部４を備える。図１においては、試料気化室、試料を分離するカラム、および、カラムにおいて分離された各化合物の濃度を電気信号として検出する検出器等の他の構成は図示省略している。
図１は、本実施の形態に係るガスクロマトグラフ１の全体図である。ガスクロマトグラフ１は、制御部２、オーブン３および電力制御部４を備える。図１においては、試料気化室、試料を分離するカラム、および、カラムにおいて分離された各化合物の濃度を電気信号として検出する検出器等の他の構成は図示省略している。
【0014】
制御部２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１およびＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）２２を備える。ＣＰＵ２１は、ガスクロマトグラフ１による分析処理を含む全体制御を行う。ＰＬＤ２２は、ハードウェア論理素子であり、電力制御部４における電力制御にハードウェア制御による制限を与える。
【0015】
オーブン３は、抵抗発熱体である第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２を備える。第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２は、図に示すように略半円形状をしており、ヒーター素子３１，３２全体で略円形形状となっている。ここでは、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の抵抗値は同じである場合を例に説明する。オーブン３は、また、カラム（図示省略）を備える。オーブン３は、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のジュール熱によりオーブン３内の温度を上昇させ、オーブン３内の温度を例えば数十度～４５０度程度の一定温度に維持する。これにより、カラムは分析処理に適した温度に加熱される。オーブン３は、また、温度センサ３３を備える。温度センサ３３において検出された温度情報は、ＣＰＵ２１に通知される。ＣＰＵ２１は、温度センサ３３から取得したオーブン３の温度情報に基づき、オーブン３の温度管理を行う。
【0016】
電力制御部４は、商用電源である電源５によるオーブン３への電力の供給を制御する。電力制御部４は、第１制御素子４１、第２制御素子４２および端子４３ａ～４３ｅを備える。第１制御素子４１および第２制御素子４２は、例えば、サイリスタやトライアックで構成される。電力制御部４は、端子４３ａ，４３ｂを介して電源５に接続される。電力制御部４は、端子４３ｃ～４３ｅを介してオーブン３に接続される。
【0017】
第１制御素子４１および第２制御素子４２は、端子４３ａを介して電源５に並列接続される。第１制御素子４１は、端子４３ｅを介して第１ヒーター素子３１の一端に設けられた端子３１ａに接続される。端子４３ｃは、第１ヒーター素子３１の他端に設けられた端子３１ｂ、および、第２ヒーター素子３２の一端に設けられた端子３２ａに接続される。また、端子４３ｄは、第２ヒーター素子３２の他端に設けられた端子３２ｂに接続される。この実施の形態において、端子４３ｃが本発明に係る第１端子の例であり、端子４３ｄが本発明に係る第２端子の例である。
【0018】
端子４３ｄは、ガスクロマトグラフ１の設定に応じて、第２制御素子４２および端子４３ｂのいずれかに接続される。具体的には、電源５の電圧に応じて、端子４３ｄの接続先が設定される。図１においては、端子４３ｄが第２制御素子４２に接続されている状態を示している。端子４３ｂは、ガスクロマトグラフ１の設定に応じて、端子４３ｃおよび端子４３ｄのいずれかに接続される。具体的には、電源５の電圧に応じて、端子４３ｂの接続先が設定される。図１においては、端子４３ｂが端子４３ｃに接続されている状態を示している。このような構成を有することにより、電力制御部４は電源５の電圧に応じて２通りの接続形態に変更可能である。
【0019】
（２）電力制御部４の接続形態
次に、電力制御部４の２通りの接続形態について説明する。図２は、第１の接続形態を示す。第１の接続形態は、オーブン３において第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が直列接続される形態である。本実施の形態においては、電源５が２００Ｖであるときに、第１の接続形態が利用される。図３は、第２の接続形態を示す。第２の接続形態は、オーブン３において第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が並列接続される形態である。本実施の形態においては、電源５が１００Ｖであるときに、第２の接続形態が利用される。この実施の形態において、２００Ｖが本発明に係る第１電圧の例であり、１００Ｖが本発明に係る第２電圧の例である。
次に、電力制御部４の２通りの接続形態について説明する。図２は、第１の接続形態を示す。第１の接続形態は、オーブン３において第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が直列接続される形態である。本実施の形態においては、電源５が２００Ｖであるときに、第１の接続形態が利用される。図３は、第２の接続形態を示す。第２の接続形態は、オーブン３において第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が並列接続される形態である。本実施の形態においては、電源５が１００Ｖであるときに、第２の接続形態が利用される。この実施の形態において、２００Ｖが本発明に係る第１電圧の例であり、１００Ｖが本発明に係る第２電圧の例である。
【0020】
（２－１）第１の接続形態（電源２００Ｖ：ヒーター素子直列接続）
図２に示すように、第１の接続形態においては、端子４３ｄは端子４３ｂに接続される。第１の接続形態においては、端子４３ｄは第２制御素子４２と接続されないため、第２制御素子４２は使用されない。また、第１の接続形態においては、端子４３ｃと電源５との間は接続されない。これにより、端子４３ａ，４３ｂ間で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が直列接続される。電源５から第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に供給される電力は、第１制御素子４１によりＯＮ／ＯＦＦされる。
図２に示すように、第１の接続形態においては、端子４３ｄは端子４３ｂに接続される。第１の接続形態においては、端子４３ｄは第２制御素子４２と接続されないため、第２制御素子４２は使用されない。また、第１の接続形態においては、端子４３ｃと電源５との間は接続されない。これにより、端子４３ａ，４３ｂ間で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が直列接続される。電源５から第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に供給される電力は、第１制御素子４１によりＯＮ／ＯＦＦされる。
【0021】
オーブン３の温度は、ＣＰＵ２１の制御により調整される。ＣＰＵ２１は、分析条件で設定されたオーブン３の目標温度に基づいて第１制御素子４１を制御し、電源５から供給される電力を制御する。ＣＰＵ２１は、温度センサ３３（図２においては図示省略）により検出した温度情報をモニタしつつ、目標温度へ向けた制御を行う。ＣＰＵ２１による第１制御素子４１に対する制御命令は、ＰＬＤ２２を経由して実行される。ＰＬＤ２２は、第１制御素子４１に対する制御をハードウェアにより制限する。
【0022】
図４は、２００Ｖの電源を利用する第１の接続形態における制御方法の一例を示す図である。図４の上段は、電源５から供給される電流の交流波形を示しており、横軸は時間、縦軸は電流値である。図４の下段は、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２への電力供給タイミングを示しており、上段の交流波形と時間軸を合わせて描かれている。本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、第１制御素子４１を交流波形の半波単位で制御する。
【0023】
図４において、交流波形で黒塗りされている時間帯は、第１制御素子４１をＯＮにし、オーブン３に電流を供給する時間帯である。下段の円のうち上側の半円は第１ヒーター素子３１を、下側の半円は第２ヒーター素子３２を模式的に表している。上側の半円で黒塗りされている時間帯は第１ヒーター素子３１に電力が供給されている時間帯、下側の半円で黒塗りされている時間帯は第２ヒーター素子３２に電力が供給されている時間帯を示す。第１の接続形態では第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２は直列接続されているため、ヒーター素子３１，３２の両方に電力が供給されるか、あるいはヒーター素子３１，３２のいずれにも電力が供給されないかのいずれかの制御が行われる。
【0024】
図４において、期間Ｔ１１は、オーブン３を１００％のパワー（フルパワー）で加熱する期間である。したがって、期間Ｔ１１においては、全ての時間において第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に電力が供給される。つまり、ＣＰＵ２１は、期間Ｔ１１においては全ての時間で第１制御素子４１がＯＮとなるよう制御指示を与える。図４において、期間Ｔ１２は、オーブン３を６６％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ１２においては、半波単位で３回に２回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に電力が供給される。つまり、ＣＰＵ２１は、期間Ｔ１２においては半波単位で３回に２回の割合で第１制御素子４１がＯＮとなるよう制御指示を与える。図４において、期間Ｔ１３は、オーブン３を３３％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ１３においては、半波単位で３回に１回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に電力が供給される。つまり、ＣＰＵ２１は、期間Ｔ１３においては半波単位で３回に１回の割合で第１制御素子４１がＯＮとなるよう制御指示を与える。
【0025】
このように、第１の接続形態においては、ＣＰＵ２１は、第１制御素子４１を制御することで、任意のデューティー比でオーブン３を加熱制御する。ＣＰＵ２１は、分析条件で与えられた目標温度と温度センサ３３から取得した温度情報に基づいて、オーブン３を加熱するためのデューティー比を決定する。
【0026】
（２－２）第２の接続形態（電源１００Ｖ：ヒーター素子並列接続）
図３に示すように、第２の接続形態においては、端子４３ｄは第２制御素子４２に接続される。第２の接続形態においては、第１制御素子４１および第２制御素子４２の両方を使用し、オーブン３の出力を制御する。また、第２の接続形態においては、端子４３ｂは端子４３ｃに接続される。これにより、端子３１ｂおよび端子３２ａは、端子４３ｃを介して電源５と接続される。これにより、端子４３ａ，４３ｂ間で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が並列接続される。電源５から第１ヒーター素子３１に供給される電力は、第１制御素子４１によりＯＮ／ＯＦＦされ、電源５から第２ヒーター素子３２に供給される電力は、第２制御素子４２によりＯＮ／ＯＦＦされる。
図３に示すように、第２の接続形態においては、端子４３ｄは第２制御素子４２に接続される。第２の接続形態においては、第１制御素子４１および第２制御素子４２の両方を使用し、オーブン３の出力を制御する。また、第２の接続形態においては、端子４３ｂは端子４３ｃに接続される。これにより、端子３１ｂおよび端子３２ａは、端子４３ｃを介して電源５と接続される。これにより、端子４３ａ，４３ｂ間で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２が並列接続される。電源５から第１ヒーター素子３１に供給される電力は、第１制御素子４１によりＯＮ／ＯＦＦされ、電源５から第２ヒーター素子３２に供給される電力は、第２制御素子４２によりＯＮ／ＯＦＦされる。
【0027】
ＣＰＵ２１は、分析条件で設定されたオーブン３の目標温度に基づいて第１制御素子４１および第２制御素子４２を制御し、電源５からの電力供給を制御する。ＣＰＵ２１は、温度センサ３３（図３では図示省略）により検出した温度情報をモニタしつつ、目標温度へ向けた制御を行う。ＣＰＵ２１による第１制御素子４１および第２制御素子４２に対する制御命令は、ＰＬＤ２２を経由して実行される。
【0028】
図５は、１００Ｖの電源を利用する第２の接続形態における制御方法の一例を示す図である。図５の上段は、図４の上段の図と同様、電源５から供給される電流の交流波形を示しており、横軸は時間、縦軸は電流値である。図５の下段は、図４の下段の図と同様、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２への電力供給タイミングを示しており、上段の交流波形と時間軸を合わせて描かれている。このように、本実施の形態においては、ＣＰＵ２１は、第１制御素子４１および第２制御素子４２を交流波形の半波単位で制御する。
【0029】
図５において、交流波形で黒塗りされている時間帯は、第１制御素子４１および／または第２制御素子４２をＯＮにし、オーブン３に電流を供給する時間帯である。図５で示す交流波形は、電流値の極大値がＩ１とＩ２の２値を取る。極大値がＩ１となるのは、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の両方に電力が供給されるときである。極大値がＩ２となるのは、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給されるときである。第２の接続形態では第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２は並列接続されているため、ヒーター素子３１，３２の両方に電力が供給される場合、ヒーター素子３１，３２のいずれかに電力が供給される場合、ヒーター素子３１，３２のいずれにも電力が供給されない場合がある。ヒーター素子３１，３２の両方に電力が供給される場合、電流の極大値がＩ１である。ヒーター素子３１，３２のいずれかに電力が供給される場合、電流の極大値がＩ２である。
【0030】
図５において、期間Ｔ２１は、オーブン３を６６％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ２１においては、半波単位で３回に１回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の両方に電力が供給される。期間Ｔ２１においては、半波単位で３回に２回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給される。つまり、ＣＰＵ２１は、期間Ｔ２１においては半波単位で３回に１回の割合で第１制御素子４１および第２制御素子４２の両方がＯＮとなるよう制御指示を与える。ＣＰＵ２１は、期間Ｔ２１においては半波単位で３回に２回の割合で第１制御素子４１および第２制御素子４２のいずれかがＯＮとなるよう制御指示を与える。
【0031】
図５において、期間Ｔ２２は、オーブン３を５０％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ２２においては、全期間において第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給される。つまり、ＣＰＵ２１は、期間Ｔ２２においては全期間において第１制御素子４１および第２制御素子４２のいずれかがＯＮとなるよう制御指示を与える。
【0032】
図５において、期間Ｔ２３は、オーブン３を３３％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ２３においては、半波単位で３回に１回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれにも電力が供給されない。期間Ｔ２３においては、半波単位で３回に２回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給される。つまり、ＣＰＵ２１は、期間Ｔ２３においては半波単位で３回に１回の割合で第１制御素子４１および第２制御素子４２の両方がＯＦＦとなるよう制御指示を与える。ＣＰＵ２１は、期間Ｔ２３においては半波単位で３回に２回の割合で第１制御素子４１および第２制御素子４２のいずれかがＯＮとなるよう制御指示を与える。
【0033】
（２－３）第２の接続態様におけるオーブンの目標出力に向けた制御方法
図６および図７は、１００Ｖ電源に対応する第２の接続形態の別の制御方法の一例を示す図である。図６においても、図４等と同様、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２は、交流波形の半波単位で制御される。図６において、期間Ｔ３１は、オーブン３を６０％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ３１においては、半波単位で５回に１回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の両方に電力が供給される。期間Ｔ３１においては、半波単位で５回に４回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給される。
図６および図７は、１００Ｖ電源に対応する第２の接続形態の別の制御方法の一例を示す図である。図６においても、図４等と同様、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２は、交流波形の半波単位で制御される。図６において、期間Ｔ３１は、オーブン３を６０％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ３１においては、半波単位で５回に１回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の両方に電力が供給される。期間Ｔ３１においては、半波単位で５回に４回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給される。
【0034】
図６において、期間Ｔ３２は、オーブン３を３０％のパワーで加熱する期間である。したがって、期間Ｔ３２においては、半波単位で５回に２回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれにも電力が供給されない。期間Ｔ３２においては、半波単位で５回に３回の割合で第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給される。
【0035】
そして、期間Ｔ３１，Ｔ３２のいずれの場合でも、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれかに電力が供給されるとき、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２には、交互に電力が供給される。これにより、オーブン３内における温度むらが生じることを防止している。
【0036】
このように、ＣＰＵ２１は、第１制御素子４１および第２制御素子４２を個別に制御することで、任意のデューティー比でオーブン３を加熱制御する。ＣＰＵ２１は、分析条件で与えられた目標温度と温度センサ３３から取得した温度情報に基づいて、オーブン３を加熱するためのデューティー比を決定する。
【0037】
図７は、図６で示す第２の接続態様において、オーブン３の目標出力に向けた制御方法を示す図である。図において、１～２４の数字は、半波単位での時間を示す連続番号である。「積算」の欄には、オーブン３の目標出力の積算値が示されている。期間Ｔ３１において目標出力は６０％であるので、半波単位ごとに６０の値が加算される。期間Ｔ３２において目標出力は３０％であるので、半波単位ごとに３０の値が加算される。「出力」の欄において、“上”が第１ヒーター素子３１に対して、“下”が第２ヒーター素子３２に対して、“両方”がヒーター素子３１，３２の両方に対して電力が供給されることを意味する。“無”は、ヒーター素子３１，３２のいずれにも電力が供給されないことを意味する。ヒーター素子３１，３２のいずれかに電力が供給されたときの出力は５０であり、両方に電力が供給されたときの出力は１００である。「余り」の欄は、目標出力との差を示す。
【0038】
時間１では、目標出力として６０が加算され、第１ヒーター素子３１に電力が供給されるため５０が減算され、「余り」は１０となる。時間２では、時間１の「余り」１０に目標出力６０が加算され、第２ヒーター素子３２に電力が供給されるため５０が減算され、「余り」は２０となる。時間５では、時間４の「余り」４０に目標出力として６０が加算され、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に電力が供給されるため１００が減算され、「余り」は０となる。つまり、「積算」が５０を超えない場合は、ヒーター素子３１，３２のいずれかにも電力は供給されない。「積算」が５０を超えて、かつ、１００を超えない場合は、ヒーター素子３１，３２のいずれかに電力が供給される。「積算」が１００を超える場合は、ヒーター素子３１，３２の両方に電力が供給される。
【0039】
期間Ｔ３２においても同様に、時間１３では、時間１２の「余り」２０に目標出力３０が加算され、第１ヒーター素子３１に電力が供給されるため５０が減算され、「余り」は０となる。時間１４では、時間１３の「余り」０に目標出力３０が加算されるが、「積算」が３０であり、５０に満たないので、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２のいずれにも電力が供給されず、「余り」は３０となる。
【0040】
（３）実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態のガスクロマトグラフ１は、オーブン３を電源５の電圧に応じて第１の接続形態と第２の接続形態のいずれかの設定により使用可能である。例えば、電源５が２００Ｖであるとき、ガスクロマトグラフ１を第１の接続形態とすることで、オーブン３を高出力の装置として使用できる。つまり、第１の接続形態において、オーブン３が高いパワーを出力できるように、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２として、抵抗値が充分に小さいものを使用可能である。
以上説明したように、本実施の形態のガスクロマトグラフ１は、オーブン３を電源５の電圧に応じて第１の接続形態と第２の接続形態のいずれかの設定により使用可能である。例えば、電源５が２００Ｖであるとき、ガスクロマトグラフ１を第１の接続形態とすることで、オーブン３を高出力の装置として使用できる。つまり、第１の接続形態において、オーブン３が高いパワーを出力できるように、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２として、抵抗値が充分に小さいものを使用可能である。
【0041】
第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の抵抗値が小さくなると、例えば、電源５が１００Ｖである場合であって第２の接続形態で使用されるとき、回路の構成上、大きな電流が流れることになる。電力制御部４に大きな電流が流れる場合、ケーブル等の電気設備に特別の仕様が求められるという問題がある。しかし、本実施の形態のガスクロマトグラフ１は、第２の接続形態においては、第１制御素子４１および第２制御素子４２のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に供給する電力のデューティー比を１００より小さくすることができる。供給電力のデューティー比を調整することにより、第２の接続形態においても電流値が高くなることを抑制できる。これにより、例えば１００Ｖと２００Ｖなど、異なる電圧の電源５に接続可能なユニバーサル電源対応のガスクロマトグラフ１を提供することができる。このガスクロマトグラフ１は、２００Ｖなど高電圧の環境ではオーブン３が高出力の装置として機能し、１００Ｖなど標準電圧の環境では、オーブン３が標準出力の装置として機能する。
【0042】
従来、２つのヒーター素子を直列接続と並列接続の２つの接続形態で使用可能することで、電源が１００Ｖと２００Ｖのいずれの場合であってもオーブンが同じパワーを出力可能とする試みはされている。例えば、電源電圧がＶと２Ｖの２系統であるとし、２つのヒーター素子の抵抗をいずれもＲとする。そして、電源電圧が２Ｖの場合にヒーター素子を直列、電源電圧がＶの場合にヒーター素子を並列に接続する。この場合、ヒーター素子が直列接続および並列接続の場合で、いずれも電力は２Ｖ＾２／Ｒである。しかし、直列接続の場合の電流がＶ／Ｒであるのに対して、並列接続の場合の電流が２倍の２Ｖ／Ｒとなる。このため、１００Ｖ使用時の電流が大きくならないようにするため、Ｒの値をあまり小さくすることはできず、２００Ｖ使用時に求められるパワーが得られないという問題があった。しかし、ガスクロマトグラフのオーブンのパワーは、オーブン性能の指標の一つであり、ユーザは２００Ｖの電源使用時にはオーブンを高出力で使用したいというニーズがある。このため、本実施の形態のガスクロマトグラフ１では、電力供給のデューティー比を調整することで、１００Ｖ使用時のパワーを抑えることとした。これにより、ヒーター素子の抵抗値を小さくして２００Ｖ使用時にオーブン３を高出力としながら、１００Ｖ使用時に流れる電流の値が大きくなり過ぎないようにすることができた。
【0043】
以上のような目標出力に向けた第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２への電力供給制御は、ＣＰＵ２１による第１制御素子４１および第２制御素子４２のＯＮ／ＯＦＦ制御により実現する。さらに、本実施の形態においては、ＣＰＵ２１の制御命令を、ＰＬＤ２２を介して第１制御素子４１および第２制御素子４２に与えるようにしている。これにより、第１制御素子４１および第２制御素子４２のＯＮ／ＯＦＦ制御をハードウェアによって制限することができる。
【0044】
例えば、ＰＬＤ２２において、第１制御素子４１および第２制御素子４２のいずれか一方のみだけＯＮとする制限を掛けておけば、オーブン３の出力が５０％を超えないよう制限させることができる。上記の図５で説明した第２の接続形態の例では、ＰＬＤ２２によって、ヒーター素子３１，３２の両方がＯＮとされた後は、半波単位で２回はヒーター素子３１，３２の両方が同時にＯＮされないよう制限される。これにより、１００Ｖの電源使用時に最大パワーを６６％に制限することができる。また、図５の例では６６％のパワー制御時に瞬間的には大きな電流が流れる。しかし、ＰＬＤ２２によってデューティー比を５０％に制限することで、瞬間的な電流の最大値も抑制することができる。つまり、ＰＬＤ２２によって、第１制御素子４１および第２制御素子４２に対する電力供給のデューティー比を所定値に制限することができる。ＣＰＵ２１が何等かの理由で誤った命令を出した場合であっても、ハードウェア制御によりオーブン３の出力に制限を掛けることが可能である。
【0045】
（４）変形例
次に、本実施の形態のガスクロマトグラフ１の変形例を説明する。図８および図９は、変形例に係るガスクロマトグラフ１が備えるオーブン３Ａおよび電力制御部４を示す図である。電力制御部４の構成は上記の実施の形態と同様である。オーブン３Ａが備える第１ヒーター素子３１Ａおよび第２ヒーター素子３２Ａは略円形状をしている。そして、第１ヒーター素子３１Ａおよび第２ヒーター素子３２Ａは、円の中心を合わせるように配置され、ヒーター素子全体として二重円形状の構成となっている。このような構成とすることで、オーブン３における温度のむらが発生することを抑制できる。上記の実施の形態では、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に交互に電力を供給することにより温度のむらの発生を抑制しているが、この変形例ではそのような制御を行うことなくオーブン３内の温度を均一に維持することができる。
次に、本実施の形態のガスクロマトグラフ１の変形例を説明する。図８および図９は、変形例に係るガスクロマトグラフ１が備えるオーブン３Ａおよび電力制御部４を示す図である。電力制御部４の構成は上記の実施の形態と同様である。オーブン３Ａが備える第１ヒーター素子３１Ａおよび第２ヒーター素子３２Ａは略円形状をしている。そして、第１ヒーター素子３１Ａおよび第２ヒーター素子３２Ａは、円の中心を合わせるように配置され、ヒーター素子全体として二重円形状の構成となっている。このような構成とすることで、オーブン３における温度のむらが発生することを抑制できる。上記の実施の形態では、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２に交互に電力を供給することにより温度のむらの発生を抑制しているが、この変形例ではそのような制御を行うことなくオーブン３内の温度を均一に維持することができる。
【0046】
上記実施の形態においては、第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の抵抗値が同じである場合を例に説明したが、これは一例である。第１ヒーター素子３１および第２ヒーター素子３２の抵抗値は異なってもよい。上記実施の形態では、電源電圧が２００Ｖのときにガスクロマトグラフ１が第１の接続形態で使用され、電源電圧が１００Ｖのときにガスクロマトグラフ１が第２の接続形態で使用される場合を例に説明したが、これは一例である。第２の接続形態で接続される電源の電圧が、第１の接続形態で接続される電源の電圧よりも低い場合に使用するメリットがある。例えば、電源電圧が２３０Ｖのときに第１の接続形態を、１１５Ｖのときに第２の接続形態を使用するようにしてもよい。
【0047】
上記の実施の形態においては、本実施の形態の制御部２、オーブン３および電力制御部４を備えるガスクロマトグラフ１を例に説明したが、本実施の形態は、ガスクロマトグラフ質量分析計にも適用可能である。
【0048】
（５）態様
上述した複数の例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した複数の例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【0049】
（第１項）
一態様に係るガスクロマトグラフは、
第１ヒーター素子および第２ヒーター素子を有し、カラムが収容されるオーブンと、
電源から前記オーブンへ供給される電力を制御する電力制御部と、
ガスクロマトグラフの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、前記電源が第１電圧であるとき直列接続され、または、前記電源が前記第１電圧よりも小さい第２電圧であるとき並列接続され、
前記電力制御部は、
直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し、または、並列接続された前記第１ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子と、
並列接続された前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子と、
を含み、
前記制御部は、
前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１制御素子および前記第２制御素子を制御することにより、並列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する。
一態様に係るガスクロマトグラフは、
第１ヒーター素子および第２ヒーター素子を有し、カラムが収容されるオーブンと、
電源から前記オーブンへ供給される電力を制御する電力制御部と、
ガスクロマトグラフの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、前記電源が第１電圧であるとき直列接続され、または、前記電源が前記第１電圧よりも小さい第２電圧であるとき並列接続され、
前記電力制御部は、
直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し、または、並列接続された前記第１ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１制御素子と、
並列接続された前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２制御素子と、
を含み、
前記制御部は、
前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１制御素子および前記第２制御素子を制御することにより、並列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整する。
【0050】
第２電圧使用時の電流値を抑えることができる。これにより、ヒーター素子の抵抗値を小さくすることが可能であり、第１電圧使用時にオーブンを高出力な構成とすることができる。異なる電源電圧においても使用可能としながら、高パワーを出力可能なオーブンを備えたガスクロマトグラフを提供することができる。
【0051】
（第２項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、
前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第１制御素子を制御することにより、直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整してもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、
前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第１制御素子を制御することにより、直列接続された前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を調整してもよい。
【0052】
第１電圧使用時のオーブンの出力を調整可能である。
【0053】
（第３項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子の抵抗値は同じであり、前記第１電圧は、前記第２電圧の２倍であってもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子の抵抗値は同じであり、前記第１電圧は、前記第２電圧の２倍であってもよい。
【0054】
ユニバーサル電源に対応したガスクロマトグラフを提供可能である。
【0055】
（第４項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを、前記電源から供給される電流の半波単位で制御してもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを、前記電源から供給される電流の半波単位で制御してもよい。
【0056】
オーブンの出力を所望のデューティー比で調整可能である。
【0057】
（第５項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給を交互にＯＮしてもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給を交互にＯＮしてもよい。
【0058】
オーブン内の温度むらを抑制することができる。
【0059】
（第６項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を所定値に制限するハードウェア論理素子を含んでもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記制御部は、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子への電力供給のデューティー比を所定値に制限するハードウェア論理素子を含んでもよい。
【0060】
オーブンのデューティー比をハードウェアにより制限することで、オーブンのパワーに制限を掛けることが可能である。
【0061】
（第７項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記電源の一端に前記第１制御素子の一端および前記第２制御素子の一端が並列接続され、前記第１ヒーター素子の一端が前記第１制御素子の他端に接続され、前記第１ヒーター素子の他端が前記第２ヒーター素子の一端および第１端子に接続され、前記第２ヒーター素子の他端が第２端子に接続され、前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第２端子が前記電源の他端に接続され、前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１端子が前記電源の他端に接続されるとともに前記第２端子が前記第２制御素子の他端に接続されるよう切り替えられてもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記電源の一端に前記第１制御素子の一端および前記第２制御素子の一端が並列接続され、前記第１ヒーター素子の一端が前記第１制御素子の他端に接続され、前記第１ヒーター素子の他端が前記第２ヒーター素子の一端および第１端子に接続され、前記第２ヒーター素子の他端が第２端子に接続され、前記電源が前記第１電圧であるとき、前記第２端子が前記電源の他端に接続され、前記電源が前記第２電圧であるとき、前記第１端子が前記電源の他端に接続されるとともに前記第２端子が前記第２制御素子の他端に接続されるよう切り替えられてもよい。
【0062】
端子間の接続を変更することで、第１電圧および第２電圧に対応可能である。
【0063】
（第８項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、略半円形状を有し、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子が接続されることで、略円形状のヒーター素子として構成されてもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、略半円形状を有し、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子が接続されることで、略円形状のヒーター素子として構成されてもよい。
【0064】
第１ヒーター素子および第２ヒーター素子を合わせることにより、オーブン内を加熱する円形のヒーター素子として利用される。
【0065】
（第９項）
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、略円形状を有し、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子が接続されることで、二重円形状のヒーター素子として構成されてもよい。
第１項に記載のガスクロマトグラフにおいて、
前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子は、略円形状を有し、前記第１ヒーター素子および前記第２ヒーター素子が接続されることで、二重円形状のヒーター素子として構成されてもよい。
【0066】
第１ヒーター素子および第２ヒーター素子のいずれかに電力が供給された場合にも、オーブン内の温度むらを抑制することができる。
【符号の説明】
【0067】
１…ガスクロマトグラフ、２…制御部、２１…ＣＰＵ、２２…ＰＬＤ、３…オーブン、３１…第１ヒーター素子、３２…第２ヒーター素子、３３…温度センサ、４…電力制御部、４１…第１制御素子、４２…第２制御素子、５…電源
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】