特許 7342946 液化二酸化炭素供給装置および超臨界流体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-04

(45)【発行日】2023-09-12

(54)【発明の名称】液化二酸化炭素供給装置および超臨界流体装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 30/26 20060101AFI20230905BHJP

   G01N 30/02 20060101ALI20230905BHJP

   B01D 15/16 20060101ALI20230905BHJP

   B01D 15/40 20060101ALI20230905BHJP

【ＦＩ】

G01N30/26 E

G01N30/02 N

B01D15/16

B01D15/40

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021525453

(86)(22)【出願日】2019-06-11

(86)【国際出願番号】 JP2019023156

(87)【国際公開番号】W WO2020250317

(87)【国際公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-11-18

(73)【特許権者】

【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】▲高▼良 智尋

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 剛志

【審査官】倉持 俊輔

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０４９７４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１７３３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２００３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３３１８８２９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１０１８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２５５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８３８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５１７１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１９０１８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３０／０２，３０／２６，

Ｆ２８Ｄ ７／００，

Ｃ０１Ｂ ３２／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、
第１の冷媒が流れる第１の流路部と、
ポンプ部の上流に設けられ、液化二酸化炭素が流れる第２の流路部と、
冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して前記第１の冷媒を循環するコンプレッサと、
前記ポンプ部の上流に設けられ、板金により形成された側面部、上面部および底面部を有し、前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行い、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を冷却する熱交換器と、
前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給する前記ポンプ部とを備える、液化二酸化炭素供給装置。

【請求項2】

前記熱交換器は、
前記第１の流路部の一部および前記第２の流路部の一部を収容する内部空間を有するブロック部と、
前記第１の流路部と前記第２の流路部との隙間を埋めるように前記ブロック部の前記内部空間に充填される金属材料とを含む、請求項１記載の液化二酸化炭素供給装置。

【請求項3】

分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、
第１の冷媒が流れる第１の流路部と、
ポンプ部の上流に設けられ、液化二酸化炭素が流れる第２の流路部と、
冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して前記第１の冷媒を循環するコンプレッサと、
前記ポンプ部の上流に設けられ、前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行い、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を冷却する熱交換器と、
前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給する前記ポンプ部と、
前記第２の流路部を加熱する第１の加熱部とを備える、液化二酸化炭素供給装置。

【請求項4】

前記熱交換器および前記第１の加熱部よりも下流において、前記第２の流路部に取り付けられ、前記第２の流路部の温度を検出する第１の温度センサをさらに備える、請求項３記載の液化二酸化炭素供給装置。

【請求項5】

分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、
第１の冷媒が流れる第１の流路部と、
ポンプ部の上流に設けられ、液化二酸化炭素が流れる第２の流路部と、
冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して前記第１の冷媒を循環するコンプレッサと、
前記ポンプ部の上流に設けられ、前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行い、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を冷却する熱交換器と、
前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給する前記ポンプ部と、
第２の冷媒が循環する第３の流路部とを備え、
前記熱交換器は、前記第１の流路部と前記第３の流路部との間でさらに熱交換を行い、
前記ポンプ部は、前記第３の流路部の一部が取り付けられたポンプヘッドを含む、液化二酸化炭素供給装置。

【請求項6】

前記第３の流路部を加熱する第２の加熱部をさらに備える、請求項５記載の液化二酸化炭素供給装置。

【請求項7】

前記ポンプヘッドの温度を検出する第２の温度センサをさらに備える、請求項６記載の液化二酸化炭素供給装置。

【請求項8】

分離カラムと、
前記分離カラムに液化二酸化炭素を供給する請求項４記載の液化二酸化炭素供給装置と、
前記液化二酸化炭素供給装置の前記第１の温度センサにより検出される温度が予め設定された温度になるように前記第１の加熱部の動作を制御する制御部とを備える、超臨界流体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液化二酸化炭素供給装置および超臨界流体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超臨界流体クロマトグラフ（ＳＦＣ）または超臨界流体抽出装置（ＳＦＥ）等の超臨界流体装置においては、移動相として超臨界流体を用いて試料の分析または分取が行われる。例えば、特許文献１に記載されたＳＦＣにおいては、液化二酸化炭素が移動相として送液ポンプにより移動相流路に供給される。また、試料注入部により移動相流路に試料が注入される。

【0003】

移動相および試料は、移動相流路に配置された分離カラムを通過する。ここで、移動相が少なくとも分離カラム内では超臨界状態となるように、移動相流路内の圧力が背圧弁により維持され、分離カラムの温度がカラムオーブンにより維持されている。試料は、分離カラムを通過することにより試料成分ごとに分離され、検出器により検出される。

【文献】特開２０１６－１７３３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

超臨界流体抽出装置においては、二酸化炭素を液相に維持するために、二酸化炭素の流路が冷却される。液化二酸化炭素の容量が大きい場合には、一般に、チラーが流路の冷却に用いられる。しかしながら、チラーは比較的大型であり、かつ床に据え付けられることが多い。そのため、チラーの据付スペースが大きくなることにより、超臨界流体装置が大型化する。また、水等の冷媒を用いて間接的に配管を冷却するので、液化二酸化炭素の温度を安定的に制御することができない。この場合、液化二酸化炭素の密度が不安定になることに伴い、液化二酸化炭素の流量が不安定になる。

【0005】

本発明の目的は、大型化を抑制しつつ液化二酸化炭素を安定的な流量で供給することが可能な液化二酸化炭素供給装置および超臨界流体装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一局面に従う態様は、分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、第１の冷媒が流れる第１の流路部と、ポンプ部の上流に設けられ、液化二酸化炭素が流れる第２の流路部と、冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して前記第１の冷媒を循環するコンプレッサと、前記ポンプ部の上流に設けられ、板金により形成された側面部、上面部および底面部を有し、前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行い、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を冷却する熱交換器と、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給する前記ポンプ部とを備える、液化二酸化炭素供給装置に関する。
本発明の他の局面に従う態様は、分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、第１の冷媒が流れる第１の流路部と、ポンプ部の上流に設けられ、液化二酸化炭素が流れる第２の流路部と、冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して前記第１の冷媒を循環するコンプレッサと、前記ポンプ部の上流に設けられ、前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行い、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を冷却する熱交換器と、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給する前記ポンプ部と、前記第２の流路部を加熱する第１の加熱部とを備える、液化二酸化炭素供給装置に関する。
本発明のさらに他の局面に従う態様は、分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、第１の冷媒が流れる第１の流路部と、ポンプ部の上流に設けられ、液化二酸化炭素が流れる第２の流路部と、冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して前記第１の冷媒を循環するコンプレッサと、前記ポンプ部の上流に設けられ、前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行い、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を冷却する熱交換器と、前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給する前記ポンプ部と、第２の冷媒が循環する第３の流路部とを備え、前記熱交換器は、前記第１の流路部と前記第３の流路部との間でさらに熱交換を行い、前記ポンプ部は、前記第３の流路部の一部が取り付けられたポンプヘッドを含む、液化二酸化炭素供給装置に関する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、液化二酸化炭素供給装置および超臨界流体装置の大型化を抑制しつつ液化二酸化炭素を安定的な流量で供給することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は本発明の一実施の形態に係る超臨界流体装置の構成を示す図である。

【図2】図２は図１の液化二酸化炭素供給装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（１）超臨界流体装置の構成
以下、本発明の実施の形態に係る液化二酸化炭素供給装置および超臨界流体装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る超臨界流体装置の構成を示す図である。図１に示すように、超臨界流体装置２００は、超臨界流体クロマトグラフ（ＳＦＣ）であり、液化二酸化炭素供給装置１００、モディファイア供給装置１１０、混合部１２０、試料供給部１３０、分離カラム１４０、検出器１５０、背圧弁１６０および制御部１７０を備える。

【0010】

超臨界流体装置２００には、ボトル２０１，２０２が設けられる。ボトル２０１には、例えば約５℃に冷却された液化二酸化炭素が移動相として貯留される。液化二酸化炭素供給装置１００は、ボトル２０１に貯留された液化二酸化炭素を冷却しつつ圧送する。液化二酸化炭素供給装置１００の詳細については後述する。

【0011】

ボトル２０２には、有機溶媒等のモディファイアが移動相として貯留される。モディファイア供給装置１１０は、例えば送液ポンプであり、ボトル２０２に貯留されたモディファイアを圧送する。混合部１２０は、例えばグラジエントミキサであり、液化二酸化炭素供給装置１００およびモディファイア供給装置１１０によりそれぞれ圧送された移動相を予め定められた比で混合しつつ供給する。

【0012】

試料供給部１３０は、例えばインジェクタであり、分析対象の試料を混合部１２０により供給された移動相とともに分離カラム１４０に導入する。分離カラム１４０は、図示しないカラム恒温槽の内部に収容され、導入された移動相中の液化二酸化炭素が超臨界状態となるように、所定の温度（本例では約４０℃）に加熱される。分離カラム１４０は、導入された試料を化学的性質または組成の違いにより成分ごとに分離する。

【0013】

検出器１５０は、例えば吸光度検出器であり、分離カラム１４０により分離された試料の成分を検出する。検出器１５０による検出結果は、例えば各成分の保持時間と検出強度との関係を示す超臨界流体クロマトグラムの生成に用いられる。背圧弁１６０は、移動相中の液化二酸化炭素が少なくとも分離カラム１４０内で超臨界状態となるように、移動相の流路の圧力を二酸化炭素の臨界圧力以上（例えば８ＭＰａ）に維持する。

【0014】

制御部１７０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータ等を含み、液化二酸化炭素供給装置１００、モディファイア供給装置１１０、混合部１２０、試料供給部１３０、分離カラム１４０（カラム恒温槽）、検出器１５０および背圧弁１６０の各々の動作を制御する。また、背圧弁１６０の下流にフラクションコレクタ等の分取装置が設けられる場合には、制御部１７０は、検出器１５０による検出結果に基づいて分取装置の動作をさらに制御する。なお、制御部１７０は、背圧弁１６０に設けられてもよい。

【0015】

（２）液化二酸化炭素供給装置の構成
図２は、図１の液化二酸化炭素供給装置１００の構成を示す図である。図２に示すように、液化二酸化炭素供給装置１００は、冷却部１０およびポンプ部２０を備える。また、液化二酸化炭素供給装置１００には、流路部１，２，３が設けられる。流路部１～３の各々は、例えば配管である。流路部１～３は、それぞれ第１～第３の流路部の例である。以下の説明では、流路部２，３において、液化二酸化炭素または冷媒が流れる方向を下流方向と定義し、その反対方向を上流方向と定義する。

【0016】

冷却部１０は、熱交換器１１、コンプレッサ１２、貯留部１３および送液部１４を含む。熱交換器１１は、ブロック部１１ａおよび金属材料１１ｂを含む。ブロック部１１ａは、板金により形成された４つの側面部、上面部および底面部により構成され、直方体形状を有する。ブロック部１１ａの内部には、流路部１，２，３の各々の一部が収容される。金属材料１１ｂは、例えば錫を含み、溶融された状態でブロック部１１ａの内部に充填される。これにより、ブロック部１１ａ内において、流路部１，２，３間の隙間が金属材料１１ｂにより埋められる。

【0017】

流路部１の両端部は、ブロック部１１ａから引き出され、コンプレッサ１２に接続される。コンプレッサ１２は、冷凍サイクルが繰り返されるように、フルオロカーボン４０７Ｃ（Ｒ－４０７Ｃ）等の冷媒を、流路部１を通して循環させる。これにより、ブロック部１１ａ内が冷却される。なお、本例では、流路部１はブロック部１１ａ内においてコイル状に巻回された状態で設けられる。そのため、十分に長い流路部１を用いる場合でも、ブロック部１１ａはコンパクトに維持される。したがって、十分に長い流路部１を用いることにより、ブロック部１１ａ内を十分に冷却することができる。

【0018】

流路部２は、ボトル２０１と混合部１２０との間を接続する。流路部２には、上流から下流に向かって熱交換器１１およびポンプ部２０が介挿される。ブロック部１１ａ内において、金属材料１１ｂを介して流路部１と流路部２との間で熱交換が行われる。これにより、ボトル２０１から混合部１２０に供給される液化二酸化炭素が冷却される。なお、本例では、流路部２はブロック部１１ａ内において蛇行するように設けられる。そのため、ブロック部１１ａ内に設けられる流路部２の部分を長くすることができる。したがって、液化二酸化炭素を十分に冷却することができる。

【0019】

貯留部１３には、例えばボトルであり、濃度６０％のエチレングリコール等の冷媒が貯留される。送液部１４は、例えばダイアフラムポンプであり、貯留部１３に貯留された冷媒を、流路部３を通してポンプ部２０に圧送する。送液部１４とポンプ部２０との間における流路部３の部分には、熱交換器１１が介挿される。ブロック部１１ａ内において、金属材料１１ｂを介して流路部１と流路部３との間で熱交換が行われる。これにより、送液部１４からポンプ部２０に供給される冷媒が冷却される。ポンプ部２０に供給された冷媒は、流路部３を通して貯留部１３に戻される。

【0020】

本例では、ポンプ部２０は並列プランジャ方式のポンプであり、２個のポンプヘッド２１，２２を含む。ポンプ部２０において、流路部２は、主流路部２ａ，２ｂおよび分岐流路部２ｃ，２ｄを含む。主流路部２ａ，２ｂは、冷却部１０および混合部１２０にそれぞれ接続される。分岐流路部２ｃ，２ｄは、主流路部２ａ，２ｂ間を２つの流路に分岐するように並列に配置される。ポンプヘッド２１，２２は、分岐流路部２ｃ，２ｄにそれぞれ介挿され、ボトル２０１に貯留された液化二酸化炭素を、冷却部１０を通して混合部１２０に交互に圧送する。

【0021】

また、ポンプ部２０において、流路部３は、主流路部３ａ，３ｂおよび分岐流路部３ｃ，３ｄを含む。主流路部３ａ，３ｂは、冷却部１０の熱交換器１１および貯留部１３にそれぞれ接続される。分岐流路部３ｃ，３ｄは、主流路部３ａ，３ｂ間を２つの流路に分岐するように並列に配置され、ポンプヘッド２１，２２の表面にそれぞれ取り付けられる。熱交換器１１から主流路部３ａを通して供給された冷媒は、分岐流路部３ｃ，３ｄを流れる。これによりポンプヘッド２１，２２が冷却される。分岐流路部３ｃ，３ｄを流れた冷媒は、主流路部３ｂを通して貯留部１３に戻される。

【0022】

（３）制御部の動作
上記の冷却機構によれば、熱交換器１１内において、流路部１が例えば約－３０℃に冷却され、流路部２，３の各々が例えば約－１０℃に冷却される。一方で、流路部２を流れる液化二酸化炭素の温度は、他の値（本例では約５℃）であることが好ましい。また、ポンプヘッド２１，２２の温度は、他の値（本例では約５℃）であることが好ましい。

【0023】

そこで、ブロック部１１ａから引き出された流路部２，３の下流部分にそれぞれ加熱部１５，１６が取り付けられる。加熱部１５，１６は、それぞれ第１および第２の加熱部の例である。また、加熱部１５よりも下流において、流路部２の表面に温度センサ４が取り付けられる。さらに、ポンプヘッド２１，２２の表面に温度センサ５，６がそれぞれ取り付けられる。温度センサ４～６の各々は、例えばサーミスタを含む。温度センサ４は第１の温度センサの例であり、温度センサ５，６は第２の温度センサの例である。加熱部１５，１６の動作は、図１の制御部１７０により独立して制御される。

【0024】

具体的には、加熱部１５の動作は、温度センサ４により検出される温度が所望の温度になるように制御される。ここで、温度センサ４は、流路部２の表面に直接取り付けられるので、流路部２を流れる液化二酸化炭素の温度が流路部２の温度として正確に検出される。したがって、上記の制御により、流路部２を流れる液化二酸化炭素の温度を所望の温度に維持することができる。温度センサ４は、高い伝熱性を有する導電性テープまたは導電性接着剤により流路部２にそれぞれ固定されてもよい。この場合、流路部２の温度をより高い精度で検出することができる。

【0025】

同様に、加熱部１６の動作は、温度センサ５，６により検出される温度が所望の温度になるように制御される。これにより、ポンプヘッド２１，２２の温度を所望の温度に維持することができる。なお、温度センサ５，６は、分岐流路部３ｃ，３ｄの表面に直接取り付けられ、ポンプヘッド２１，２２の温度を分岐流路部３ｃ，３ｄの温度としてそれぞれ検出してもよい。

【0026】

（４）効果
本実施の形態に係る超臨界流体装置２００においては、流路部２を冷却するためにチラーを用いる必要がないので、液化二酸化炭素供給装置１００の大型化が抑制される。この場合、液化二酸化炭素供給装置１００を床に据え付けることなく、卓上に載置することが可能になる。したがって、超臨界流体装置２００内に広いスペースを確保するとともに、省スペース化することができる。

【0027】

また、水等の冷媒を用いることなく流路部２を直接的に冷却することが可能になる。そのため、液化二酸化炭素の温度が安定になることにより、液化二酸化炭素の密度が安定になる。これらの結果、液化二酸化炭素供給装置１００および超臨界流体装置２００の大型化を抑制しつつ液化二酸化炭素を安定的な流量で供給することができる。

【0028】

また、温度センサ４により検出される温度に基づいて、加熱部１５により流路部２が加熱される。ここで、温度センサ４は流路部２の表面に直接に取り付けられるので、流路部２の温度を、当該流路部２を流れる液化二酸化炭素の温度として高い精度で検出することが可能になる。そのため、液化二酸化炭素の温度を所望の温度に容易に調整することが可能になる。これにより、液化二酸化炭素をより安定的な流量で供給することができる。

【0029】

また、液化二酸化炭素の流量が小さい場合には、熱交換器１１からポンプ部２０までの流路部２の部分において、外気の影響により液化二酸化炭素の温度が変動しやすい。この場合でも、熱交換器１１により流路部１と流路部３との間で熱交換が行われる。さらに、温度センサ５，６によりそれぞれ検出されるポンプヘッド２１，２２の温度に基づいて、流路部３の温度が所望の温度になるように加熱部１６により調整される。これにより、流路部３を流れる冷媒を介してポンプヘッド２１，２２が所望の温度に冷却される。その結果、ポンプ部２０により供給される液化二酸化炭素の温度をさらに安定にすることができる。

【0030】

（５）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態において、冷却部１０はポンプ部２０のポンプヘッド２１，２２を冷却可能に構成されるが、実施の形態はこれに限定されない。ポンプヘッド２１，２２の温度が十分に安定な場合、または他の温度調整装置によりポンプヘッド２１，２２の温度が調整される場合には、冷却部１０はポンプ部２０のポンプヘッド２１，２２を冷却可能に構成されなくてもよい。

【0031】

（ｂ）上記実施の形態において、加熱部１５はブロック部１１ａから引き出された流路部２の下流部分に取り付けられるが、実施の形態はこれに限定されない。加熱部１５は、ブロック部１１ａから引き出された流路部２の上流部分に取り付けられてもよい。この場合でも、温度センサ４は、熱交換器１１および加熱部１５よりも下流において、流路部２に取り付けられる。

【0032】

同様に、加熱部１６はブロック部１１ａから引き出された流路部３の下流部分に取り付けられるが、実施の形態はこれに限定されない。加熱部１６は、ブロック部１１ａから引き出された流路部３の上流部分に取り付けられてもよい。

【0033】

また、熱交換器１１により流路部２を流れる液化二酸化炭素が所望の温度に冷却される場合には、流路部２に加熱部１５が取り付けられなくてもよい。熱交換器１１によりポンプヘッド２１，２２が所望の温度に冷却される場合には、流路部３に加熱部１６が取り付けられなくてもよい。

【0034】

（ｃ）上記実施の形態において、超臨界流体装置２００はＳＦＣとして構成されるが、実施の形態はこれに限定されない。超臨界流体装置２００は、超臨界流体抽出装置（ＳＦＥ）として構成されてもよい。あるいは、超臨界流体装置２００は、検出器１５０に代えて質量分析装置（ＭＳ）が設けられたＳＦＣ‐ＭＳとして構成されてもよい。

【0035】

（６）態様
（第１項）一態様に係る液化二酸化炭素供給装置は、
分離カラムを含む超臨界流体装置に液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給装置であって、
第１および第２の流路部と、
冷凍サイクルが繰り返されるように前記第１の流路部を通して第１の冷媒を循環するコンプレッサと、
前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記第２の流路部を流れる液化二酸化炭素を前記分離カラムに供給するポンプ部とを備えてもよい。

【0036】

この液化二酸化炭素供給装置においては、冷凍サイクルが繰り返されるように第１の流路部を通して第１の冷媒がコンプレッサにより循環される。この場合、熱交換器において、第１の流路部と第２の流路部との間で熱交換が行われ、第２の流路部が冷却される。したがって、第２の流路部を流れる液化二酸化炭素が冷却される。第２の流路部において冷却された液化二酸化炭素は、ポンプ部により超臨界流体装置の分離カラムに供給される。

【0037】

この構成によれば、第２の流路部を冷却するためにチラーを用いる必要がないので、液化二酸化炭素供給装置の大型化が抑制される。また、水等の冷媒を用いることなく第２の流路部を直接的に冷却することが可能になる。そのため、液化二酸化炭素の温度が安定になることにより、液化二酸化炭素の密度が安定になる。これらの結果、液化二酸化炭素供給装置の大型化を抑制しつつ液化二酸化炭素を安定的な流量で供給することができる。

【0038】

（第２項）第１項に記載の液化二酸化炭素供給装置において、
前記熱交換器は、
前記第１の流路部の一部および前記第２の流路部の一部を収容する内部空間を有するブロック部と、
前記第１の流路部と前記第２の流路部との隙間を埋めるように前記ブロック部の前記内部空間に充填される金属材料とを含んでもよい。

【0039】

この場合、金属材料を介して第１の流路部と第２の流路部との間で効率よく熱交換を行うことができる。

【0040】

（第３項）第１または２項に記載の液化二酸化炭素供給装置において、
前記第２の流路部を加熱する第１の加熱部をさらに備えてもよい。

【0041】

この場合、第２の流路部を加熱することにより、第２の流路部の温度を容易に所望の温度に維持することができる。これにより、第２の流路部を流れる液化二酸化炭素の温度を所望の温度に維持することができる。

【0042】

（第４項）第３項に記載の液化二酸化炭素供給装置において、
前記熱交換器および前記第１の加熱部よりも下流において、前記第２の流路部に取り付けられ、前記第２の流路部の温度を検出する第１の温度センサをさらに備えてもよい。

【0043】

この場合、第１の温度センサは第２の流路部に取り付けられるので、第２の流路部の温度を、当該第２の流路部を流れる液化二酸化炭素の温度として高い精度で検出することが可能になる。そのため、検出された温度に基づいて、第２の流路部を流れる液化二酸化炭素の温度を第１の加熱部により容易に調整することが可能になる。これにより、液化二酸化炭素をより安定的な流量で供給することができる。

【0044】

（第５項）第１または２項に記載の液化二酸化炭素供給装置において、
第２の冷媒が循環する第３の流路部をさらに備え、
前記熱交換器は、前記第１の流路部と前記第３の流路部との間でさらに熱交換を行い、
前記ポンプ部は、前記第３の流路部の一部が取り付けられたポンプヘッドを含んでもよい。

【0045】

液化二酸化炭素の流量が小さい場合には、熱交換器からポンプ部までの第２の流路部の部分において、外気の影響により液化二酸化炭素の温度が変動しやすい。この場合でも、上記の構成によれば、第３の流路部によりポンプヘッドが冷却される。これにより、ポンプ部により供給される液化二酸化炭素の温度をさらに安定にすることができる。

【0046】

（第６項）第５項に記載の液化二酸化炭素供給装置において、
前記第３の流路部を加熱する第２の加熱部をさらに備えてもよい。

【0047】

この場合、第３の流路部を加熱することにより、第３の流路部の温度を容易に所望の温度に維持することができる。これにより、第３の流路部を流れる第２の冷媒を介してポンプヘッドの温度を所望の温度に維持することができる。その結果、ポンプ部により供給される液化二酸化炭素の温度を所望の温度に維持にすることができる。

【0048】

（第７項）第６項に記載の液化二酸化炭素供給装置において、
前記ポンプヘッドの温度を検出する第２の温度センサをさらに備えてもよい。

【0049】

この場合、第２の温度センサにより検出された温度に基づいて、第３の流路部の温度を第２の加熱部により容易に調整することができる。

【0050】

（第８項）他の態様に係る超臨界流体装置は、
分離カラムと、
前記分離カラムに液化二酸化炭素を供給する請求項４項に記載の液化二酸化炭素供給装置と、
前記液化二酸化炭素供給装置の前記第１の温度センサにより検出される温度が予め設定された温度になるように前記第１の加熱部の動作を制御する制御部とを備えてもよい。

【0051】

この超臨界流体装置においては、上記の液化二酸化炭素供給装置の第１の温度センサにより検出される温度が予め設定された温度になるように、第１の加熱部の動作が制御部により制御される。これにより、第２の流路部を流れる液化二酸化炭素の温度が所望の温度に維持される。この構成によれば、液化二酸化炭素供給装置の大型化を抑制しつつ液化二酸化炭素をより安定的な流量で分離カラムに供給することができる。

【図1】

【図2】