特表 2023-527063 回転式投与デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-26

(54)【発明の名称】回転式投与デバイス

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/00 20060101AFI20230619BHJP

【ＦＩ】

G01N1/00 101S

G01N1/00 101T

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022573230

(86)(22)【出願日】2021-06-01

(85)【翻訳文提出日】2022-11-25

(86)【国際出願番号】 IB2021054810

(87)【国際公開番号】W WO2021245558

(87)【国際公開日】2021-12-09

(31)【優先権主張番号】62/704,876

(32)【優先日】2020-06-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522461424

【氏名又は名称】レコ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100096758

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100114845

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 雅和

(74)【代理人】

【識別番号】100148781

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 友和

(72)【発明者】

【氏名】ウィリス， ピーター エム．

(72)【発明者】

【氏名】ラッシュ， ブラッドリー アール．

【テーマコード（参考）】

2G052

【Ｆターム（参考）】

2G052AA02

2G052AA24

2G052AB07

2G052AB11

2G052AC25

2G052AD02

2G052AD22

2G052AD42

2G052BA03

2G052BA17

2G052CA04

2G052CA35

2G052CA38

2G052GA27

2G052GA28

2G052HA02

2G052HA18

2G052HA19

2G052HC09

2G052HC25

2G052HC28

2G052HC42

2G052JA06

2G052JA08

(57)【要約】

分析器具における使用のための回転式投与デバイスは、一次流から二次流に一連の正確なモル量のガスを迅速に移送する。デバイスは、充填、平衡化、及び移送の３つの状態を通って循環する投与ポートを備えた回転チャンバを有する。デバイスは、ある投与量体積が、一次流からのガスで充填され、別の投与量体積が、既知の圧力及び温度で平衡化し、別の投与量体積が、その内容物を二次流に移送するように、重複する方式で、循環する。デバイスは、一連における第１の移送が一次流から適切に充填され、平衡化された投与量であるように、動作を開始する。単一の投与量体積を３つの状態を通って複数回循環させるのではなく、回転式投与器の重複動作により、３分の１の時間で複数の正確なモル量のガスを移送させることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転式投与デバイスであって、
バルブ本体と、
前記バルブ本体に含まれた回転円筒形チャンバであって、軸方向長さを有し、
前記回転円筒形チャンバを通って延在する第１の投与ポートと、
前記回転円筒形チャンバを通って延在する第２の投与ポートと、を含む、回転円筒形チャンバと、
一次ガス流を受容し、前記回転円筒形チャンバの前記第１及び第２のポートのうちの１つに前記一次ガス流を導入するための一次上流ポートと、
二次ガス流を受容し、前記回転円筒形チャンバの前記第１及び第２の投与ポートのうちの１つに前記二次ガス流を導入するための二次上流ポートと、
前記回転円筒形チャンバの前記第１及び第２の投与ポートのうちの１つから前記一次ガス流の残りの部分を受容するための一次下流ポートと、
前記回転円筒形チャンバの前記第１及び第２の投与ポートのうちの１つから前記二次ガス流を受容するための二次下流ポートと、
前記第１及び第２の投与ポートの各々が、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流ポート及び下流ポート、並びに前記ガスを前記二次ガス流に移送するための前記二次上流ポート及び下流ポートと順次整列するように、前記回転円筒形チャンバを回転させるためのモータと、を備える、回転式投与デバイス。

【請求項2】

前記回転円筒形チャンバを通って延在する第３の投与ポートを更に備え、前記一次上流及び下流ポート並びに前記二次上流及び下流ポートが、前記第３の投与ポートに選択的に接続する、請求項１に記載の回転式投与デバイス。

【請求項3】

平衡化ポートを更に備え、前記モータは、前記第１、第２、及び第３の投与ポートの各々が、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流ポート及び下流ポート、前記一次ガス流から前記ガスを平衡化するための前記平衡化ポート、並びに前記ガスを前記二次ガス流に移送するための前記二次上流ポート及び下流ポートと順次整列するように、前記回転円筒形チャンバを回転させる、請求項２に記載の回転式投与デバイス。

【請求項4】

前記第２の投与ポートが、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流及び下流ポートと整列されるときに、前記第１の投与ポートが、前記一次ガス流から前記ガスを平衡化するための前記平衡化ポートと同時に整列される、請求項３に記載の回転式投与デバイス。

【請求項5】

前記第３の投与ポートが、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流ポート及び下流ポートと整列されるときに、前記第２の投与ポートが、前記一次ガス流から前記ガスを平衡化するための前記平衡化ポートと同時に整列され、前記第１の投与ポートが、前記ガスを前記二次ガス流の中へ移送するための前記二次上流ポート及び下流ポートと同時に整列される、請求項３及び４のいずれか一項に記載の回転式投与デバイス。

【請求項6】

前記バルブ本体の上流端に固定された上流端キャップと、
前記バルブ本体の下流端に固定された下流端キャップと、を更に備え、
前記一次上流ポート及び前記二次上流ポートが、前記上流端キャップにおいて提供され、前記一次下流ポート、前記二次下流ポート、及び前記平衡化ポートが、前記下流端キャップにおいて提供される、請求項１～５のいずれか一項に記載の回転式投与デバイス。

【請求項7】

前記上流端キャップと前記回転円筒形チャンバの上流端面との間に位置決めされた上流端シールと、
前記下流端キャップと前記回転円筒形チャンバの下流端面との間に位置決めされた下流端シールと、を更に備える、請求項６に記載の回転式投与デバイス。

【請求項8】

前記上流端シールが、前記一次上流ポートと連通する２つの開口部、及び前記二次上流ポートと連通する２つの開口部を有し、
前記下流端シールが、前記一次下流ポートと連通する２つの開口部、前記二次下流ポートと連通する２つの開口部、及び前記平衡ポートと連通する１つの開口部を有する、請求項７に記載の回転式投与デバイス。

【請求項9】

前記モータが、中間位置において、前記回転円筒形チャンバを回転させるように構成され、前記第１、第２、及び第３の投与ポートのうちの１つが前記平衡ポートと整列され、もう１つが前記二次上流及び下流ポートと整列され、もう１つが前記一次上流及び下流ポート、前記二次上流及び下流ポート、並びに前記平衡ポートのうちのいずれにも整列されない、請求項８に記載の回転式投与デバイス。

【請求項10】

前記回転円筒形チャンバが、前記回転円筒形チャンバの反対側に上流端面及び下流端面を含み、前記第１及び第２の投与ポートが、両方とも前記上流端面から前記下流端面に延在する、請求項１～９のいずれか一項に記載の回転式投与デバイス。

【請求項11】

正確な量の既知の較正物を一次流から二次流に移送して、前記二次流において検出システムを較正する方法であって、
前記既知の較正物が、前記一次上流ポートに導入され、ある投与量の前記較正物が、前記二次下流ポートを介して、前記二次流に移送される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の回転式投与デバイスを使用することを含む、方法。

【請求項12】

ある投与量の前記較正物のサイズが、多点較正を達成するために変化し得る、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

更なる処理及び分析のための二次流を含む一次ガス流から正確な量の小さな代表的なアリコートを移送する方法であって、前記一次ガス流が、分析される試料の燃焼から進化する燃焼ガスの少なくとも一部分を含み、前記方法が、
前記一次ガス流が、前記一次上流ポートに導入され、正確な量の前記アリコートが、前記二次下流ポートを介して、前記二次流に移送される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の回転式投与デバイスを使用することを含む、方法。

【請求項14】

前記投与量のアリコートのサイズが可変である、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

ガス試料の要素を分析するための元素分析器であって、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の回転式投与デバイスと、
前記回転式投与デバイスの前記一次上流ポートで受容された前記一次ガス流内にガス試料を提供するための試料源と、
前記回転式投与デバイスの前記二次上流ポートで受容された前記二次ガス流においてキャリアガスを提供するためのキャリア源と、
前記二次下流ポートから前記二次ガス流を受容し、前記ガス試料が前記回転式投与デバイスによって導入される前記受容された二次ガス流を分析するための分析セルと、を備える、元素分析器。

【請求項16】

回転式投与デバイスであって、
バルブ本体と、
前記バルブ本体に含まれた回転円筒形チャンバであって、軸方向長さを有し、
前記回転円筒形チャンバの反対側の上流端面及び下流端面と、
前記上流端面から前記下流端面まで延在する第１の投与ポートと、
前記上流端面から前記下流端面まで延在する第２の投与ポートと、
前記上流端面から前記下流端面まで延在する第３の投与ポートと、を含む、回転円筒形チャンバと、
一次ガス流を受容し、前記回転円筒形チャンバの前記第１、第２及び第３の投与ポートのうちの１つに前記一次ガス流を導入するための一次上流ポートと、
二次ガス流を受容し、前記回転円筒形チャンバの前記第１、第２及び第３の投与ポートのうちの１つに前記一次ガス流を導入するための二次上流ポートと、
前記回転円筒形チャンバの前記第１、第２及び第３の投与ポートのうちの１つから前記一次ガス流の残りの部分を受容するための一次下流ポートと、
前記回転円筒形チャンバの前記第１、第２及び第３の投与ポートのうちの１つから前記二次ガス流を受容するための二次下流ポートと、
平衡ポートと、
前記第１、第２、及び第３の投与ポートの各々が、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流ポート及び下流ポート、前記一次ガス流から前記ガスを平衡化するための前記平衡化ポート、並びに前記ガスを前記二次ガス流に移送するための前記二次上流ポート及び下流ポートと順次整列するように、前記回転円筒形チャンバを回転させる、モータと、を備える、回転式投与デバイス。

【請求項17】

前記第２の投与ポートが、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流及び下流ポートと整列されるときに、前記第１の投与ポートが、前記一次ガス流から前記ガスを平衡化するための前記平衡化ポートと同時に整列される、請求項１６に記載の回転式投与デバイス。

【請求項18】

前記第３の投与ポートが、前記一次ガス流で充填するための前記一次上流ポート及び下流ポートと整列されるときに、前記第２の投与ポートが、前記一次ガス流から前記ガスを平衡化するための前記平衡化ポートと同時に整列され、前記第１の投与ポートが、前記ガスを前記二次ガス流の中へ移送するための前記二次上流ポート及び下流ポートと同時に整列される、請求項１６又は１７記載の回転式投与デバイス。

【請求項19】

前記バルブ本体の上流端に固定された上流端キャップと、
前記バルブ本体の下流端に固定された下流端キャップと、を更に備え、
前記一次上流ポート及び前記二次上流ポートが、前記上流端キャップにおいて提供され、前記一次下流ポート、前記二次下流ポート、及び前記平衡化ポートが、前記下流端キャップにおいて提供される、請求項１６～１９のいずれか一項に記載の回転式投与デバイス。

【請求項20】

前記上流端キャップと前記回転円筒形チャンバの前記上流端面との間に位置決めされた上流端シールと、
前記下流端キャップと前記回転円筒形チャンバの前記下流端面との間に位置決めされた下流端シールと、を更に備える、請求項１９に記載の回転式投与デバイス。

【請求項21】

前記上流端シールが、前記一次上流ポートと連通する２つの開口部、及び前記二次上流ポートと連通する２つの開口部を有し、
前記下流端シールが、前記一次下流ポートと連通する２つの開口部、前記二次下流ポートと連通する２つの開口部、及び前記平衡ポートと連通する１つの開口部を有する、請求項２０に記載の回転式投与デバイス。

【請求項22】

前記モータが、中間位置において、前記回転円筒形チャンバを回転させるように構成され、前記第１、第２、及び第３の投与ポートのうちの１つが前記平衡ポートと整列され、もう１つが前記二次上流及び下流ポートと整列され、もう１つが前記一次上流及び下流ポート、前記二次上流及び下流ポート、並びに前記平衡ポートのうちのいずれにも整列されない、請求項２１に記載の回転式投与デバイス。

【請求項23】

ガス試料の要素を分析するための元素分析器であって、
請求項１６～２２のいずれか一項に記載の回転式投与デバイスと、
前記回転式投与デバイスの前記一次上流ポートで受容された前記一次ガス流内にガス試料を提供するための試料源と、
前記回転式投与デバイスの前記二次上流ポートで受容された前記二次ガス流においてキャリアガスを提供するためのキャリア源と、
前記二次下流ポートから前記二次ガス流を受容し、前記ガス試料が前記回転式投与デバイスによって導入される前記受容された二次ガス流を分析するための分析セルと、を備える、元素分析器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、正確なモル量のガスを移送するための投与デバイス、特に、元素分析器における使用のための投与デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

有機材料における炭素、水素、及び窒素などの元素の判定は、多くの理由から望ましい。近年、食品市場は試料中のタンパク質の量を判定することに関心を有するようになり、これは、窒素含有量によって判定することができる。したがって、窒素の判定は、栄養市場に有用な情報を提供する上で重要である。炭素対水素比は、様々な他の有機材料における炭素、水素、及び窒素比と同様に、石炭及びコークス試料の特徴付けにおいて望ましい。したがって、元素分析器は、これら及び他の用途にしばらくの間使用されてきた。

【0003】

本素子分析器において、燃焼又は還元炉は、それによって生成される燃焼ガスが分析され得るように、試料材料を燃焼又は還元するために提供され得る。１つのかかる分析器システムは、本譲受人に割り当てられた米国特許第７，０７０，７３８号に記載されている。米国特許第７，４９７，９９１号、同第４，６２２，００９号、同第６，２９１，８０２号、同第６，２７０，７２７号もまた、燃焼システムの構成要素を開示している。

【0004】

投与デバイスは、１つ以上の用途において使用されている。１つの用途において、ガス投与器は、二次流における検出システムの較正の一部として、一次流から二次流に正確な量の既知の較正物を正確に移送するために使用される。設計の中には、一点較正用の単一の投与量サイズを有するものもあれば、多点較正用の２つ以上の投与量サイズを有するものも存在する。

【0005】

別の用途では、一次ガスは、試料の燃焼から進化する燃焼ガスの少なくとも一部分、モル移送デバイスを使用して収集及び平衡化されたガスからなる。投与デバイスは、更なる処理及び分析のために、小さな代表的なアリコートを、一次ガス流から二次流に移送する。二次流における試薬は、アリコートを処理することによって消費されるため、投与量サイズは、分析のコストを最小限に抑えるために、可能な限り小さく作られる。ただし、投与量は、器具が最も要求の厳しい用途で指定された検出限界を達成するのに十分な量である必要がある。オペレータが分析ニーズに最も好適なサイズを選択できるように、１つ以上の投与量サイズが存在し得る。２つの投与量サイズを有する１つの器具において、２つの投与量体積の比率は、約３：１であり、２つの投与量は、一次流において収集された体積ガスの約１／５００及び１／１５００を移送する。

【0006】

反復可能な量のガスを一次流から二次流内に移送する投与デバイスが一般的である。デバイスは一定の温度環境に配置されるか、又はデバイスの温度を正確に測定する手段が提供される。バルブ手段は、典型的には、充填、平衡化、及び移送の３つの状態を通って、投与量を循環させる。平衡状態は、固定体積に含まれた一次ガスが、所望の温度及び圧力で安定することを可能にするために、重要である。投与器の体積、温度、及び圧力を知ることによって、ガスの正確なモル量が知られる。２つ以上の投与量を使用する場合、投与量サイズを選択するために、追加のバルブ手段が必要である。

【0007】

高精度投与の場合、バルブ経路は、低いデッドボリュームを有する必要があり、デバイスは、複数のバルブを同時に作動させる必要がある。双方向バルブを使用してガスの移送を実現する場合、８つのこのようなバルブのバンクが必要であり、実質的なデッドボリュームが存在する可能性が高くなる。あるいは、４つの３方向バルブは、より低いデッドボリュームで同じ動作を提供することができるが、平衡のために一次流を無効にするために追加の２方向バルブが必要である。複数の投与量サイズが存在する場合、いつでも１つの投与量のみが使用される。

【0008】

そのような設計の１つは、構成が同じステムに位置する複数の３方向バルブを本質的に有するステムバルブを使用する。ステムは、２つの位置の間で移動され、全てのバルブを同時に２つの状態（充填及び移送）の間で作動させる。２つの投与量サイズについて、別の同様のステムバルブを使用して、一方又は他方を選択する。バルブ本体は、内部ステムチャンバに延在する８つの外部ポートを有する。複数のＯリングがステムに設置されており、ステムが作動したときにＯリングがポートを通過する必要があるため、ポートがＯリングをスライスしないように滑らかなエッジを有する必要がある。デッドボリュームを最小限に抑えるために、ステム径をできるだけ小さくし、それにより製造が困難になる。外部接続及び内部接続が複数の潜在的な漏出点を生じさせ、バルブをトラブルシュートすることが困難になる。

【発明の概要】

【0009】

開示された発明は、製造及び動作が容易であり、本質的にゼロのデッドボリュームを有し、漏出点がより少ない単純なデバイスを用いて、一次流から二次流に一連の正確なモル量のガスを迅速に移送する問題を解決する。回転式投与デバイスは、回転チャンバと、バルブ本体と、２つの端キャップと、２つの端部シールと、モータと、を備える。回転チャンバは、少なくとも２つの内部投与ポートを有し、これらは、投与量として機能する。シリンダが回転すると、投与量は、充填、平衡化（任意選択的）、及び移送の２つ又は３つの状態を通って循環する。デバイスは、ある投与量体積が、一次流からのガスで充填され、別の投与量体積が、既知の圧力及び温度で平衡化し、別の投与量体積が、その内容物を二次流に移送するように、重複する方式で、循環する。

【0010】

回転チャンバは、単一の分析中に複数回作動させて、可変であるが正確な量の一次ガスを二次流内に投与することができる。例えば、投入器は、１つの分析のために単回、及び次の分析のために３回作動させて、較正曲線上の２つの点のためのデータを生成することができる。複数の投与量はまた、オペレータがアリコート量を分析要件とより密接に一致させることを可能にする燃焼用途において、柔軟性を提供することができる。

【0011】

本発明の態様は、バルブ本体と、バルブ本体に含まれた回転円筒形チャンバと、を備える回転式投与デバイスを提供することである。回転円筒形チャンバは、軸方向の長さを有し、回転円筒形チャンバを通って延在する第１の投与ポートと、回転円筒形チャンバを通って延在する第２の投与ポートと、を含む。回転式投与デバイスは、一次ガス流を受容し、回転円筒形チャンバの第１及び第２の投与ポートのうちの１つに一次ガス流を導入するための一次上流ポートと、二次ガス流を受容し、回転円筒形チャンバの第１及び第２の投与ポートのうちの１つに二次ガス流を導入するための二次上流ポートと、回転円筒形チャンバの第１及び第２の投与ポートのうちの１つから一次ガス流の残りの部分を受容するための一次下流ポートと、回転円筒形チャンバの第１及び第２の投与ポートのうちの１つから二次ガス流を受容するための二次下流ポートと、第１及び第２の投与ポートの各々が、一次ガス流を充填するための一次上流ポート及び下流ポート、並びに二次ガス流にガスを移送するための二次上流ポート及び下流ポートに順次整列するように、回転円筒形チャンバを回転させるためのモータと、を更に備える。

【0012】

別の態様は、正確な量の既知の較正物を一次流から二次流に移送して、二次流において検出システムを較正する方法を提供することである。方法は、既知の較正物が、一次上流ポートに導入され、ある投与量の較正物が、二次下流ポートを介して、二次流に移送される、本明細書に記載の回転式投与デバイスを使用することを含む。

【0013】

別の態様は、更なる処理及び分析のための二次流を含む一次ガス流から正確な量の小さな代表的なアリコートを移送する方法であって、一次ガス流が、分析される試料の燃焼から進化する燃焼ガスの少なくとも一部分を含む、方法を提供することである。方法は、一次ガス流が、一次上流ポートに導入され、正確な量のアリコートが、二次下流ポートを介して、二次流に移送される、本明細書に記載の回転式投与デバイスを使用することを含む。

【0014】

本発明の別の態様は、バルブ本体と、バルブ本体に含まれた回転円筒形チャンバと、を備える回転式投与デバイスを提供することである。回転円筒チャンバは、軸方向の長さを有し、回転円筒チャンバの反対側の上流端面及び下流端面と、上流端面から下流端面に延在する第１の投与ポートと、上流端面から下流端面まで延在する第２の投与ポートと、上流端面から下流端面まで延在する第３の投与ポートと、を含む。回転式投与デバイスは、一次ガス流を受容し、回転円筒形チャンバの第１、第２、及び第３の投与ポートのうちの１つに一次ガス流を導入するための一次上流ポートと、二次ガス流を受容し、回転円筒形チャンバの第１、第２、及び第３の投与ポートのうちの１つに二次ガス流を導入するための二次上流ポートと、回転円筒形チャンバの第１、第２、及び第３の投与ポートのうちの１つから一次ガス流の残りの部分を受容するための一次下流ポートと、回転円筒形チャンバの第１、第２、及び第３の投与ポートのうちの１つから二次ガス流を受容するための二次下流ポートと、平衡ポートと、第１、第２、及び第３の投与ポートの各々が、一次ガス流を充填するための一次上流ポート及び下流ポート、ガスを平衡化するための平衡ポート、並びに二次ガス流にガスを移送するための二次上流ポート及び下流ポートに順次整列するように、回転円筒形チャンバを回転させるためのモータと、を更に備える。

【0015】

本発明のこれら及び他の特徴、目的、及び利点は、添付の図面を参照しながら、以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

図面では、

【図1】回転式投与デバイスの等角図である。

【図2】図１に示される回転式投与デバイスの上流部分の拡大等角図である。

【図3】図１に示される回転式投与デバイスの下流部分の拡大等角図である。

【図4】図１に示される回転式投与デバイスにおいて使用される回転チャンバの等角図である。

【図5】図１に示される回転式投与デバイスにおいて使用される上流端シールの上面図である。

【図6】図１に示される回転式投与デバイスにおいて使用される下流端シールの上面図である。

【図7A】回転チャンバの投与ポートが位置の第１の通常のセットにある、図１に示される回転式投与デバイスの概略図である。

【図7B】回転チャンバの投与ポートが位置の中間セットにある、図１に示される回転式投与デバイスの概略図である。

【図7C】回転チャンバの投与ポートが位置の第２の通常のセットにある、図１に示される回転式投与デバイスの概略図である。

【図7D】回転チャンバの投与ポートが位置の第３の通常のセットにある、図１に示される回転式投与デバイスの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

最初に図１を参照すると、回転円筒形チャンバ２０、バルブ本体３０、上流端キャップ４０、下流端キャップ５０、上流端シール６０、下流端シール７０、及びモータ８０を有する回転式投与デバイス１０が示されている。図７Ａに最もよく示されるように、５つのガス経路は、デバイス１０に接続する：一次上流経路Ａ、一次下流経路Ｂ、二次上流経路Ｃ、二次下流経路Ｄ、及び下流平衡経路Ｅ。

【0018】

図４に最もよく示されるように、回転円筒形チャンバ２０は、上流端面２１及び下流端面２２を含む、シリンダの回転軸に垂直な平坦な端面２１及び２２を有する。図示される例では、３つの等体積投与ポート２４、２６、及び２８は、チャンバ２０の長さを両端面２１及び２２まで延在し、デバイス１０の内部投与量体積として機能する。しかしながら、投与ポート２４、２６、及び２８は、各ポートから異なるサイズの投与量を可能にするために異なる体積を有し得ることに留意されたい。図５に示すように、投与ポート２４、２６、及び２８は、端面２１及び２２の中心から固定された半径Ｒ１に位置し、互いに１２０°離れて配置される。３つの投与ポート２４、２６、及び２８が、開示される実施例に示されるが、２つの投与ポートのみが必要であり、追加の投与ポートが提供され得る。このような追加の投与ポートは、様々な理由により提供され得る。例えば、追加の平衡時間が所望される場合、追加の投与ポート及び追加の平衡位置が充填位置と移送位置との間に提供されてもよい。充填を待つだけの追加のポート及び位置も存在する。投与ポート２４、２６、及び２８は、回転円筒形チャンバ２０の軸に対して平行に延在するように示されているが、投与ポートは、この軸に対してある角度で延在してもよいか、又はチャンバ２０の湾曲した側壁上のチャンバ２０に出入りしてもよい。

【0019】

図１に戻って参照すると、バルブ本体３０は、回転円筒形チャンバ２０を受容するための大きな円筒形ボア、及びそれが自由に回転することを可能にしながら、チャンバ２０を半径方向に収縮するためのベアリング（図示せず）を有する。上流キャップ４０及び下流キャップ５０は、バルブ本体３０に締結され、回転円筒形チャンバ２０を軸方向に保持する。

【0020】

上流端シール６０は、上流端キャップ４０と上流端面２１との間に位置する。下流端シール７０は、下流端キャップ５０と下流端面２２との間に位置する。図２に最もよく示されるように、シール６０及び７０は、好ましくは、キャップ４０及び５０と接触しているエラストマー材料６２、７２、並びにＰＴＦＥなどの低摩擦材料６３、７３、又はチャンバ２０の回転端面２１、２２と接触している他の材料から構成される。エラストマー材料６２、７２は、低摩擦密封面を端面２１及び２２に押し付け続けるためのばね力を提供する。シール６０及び７０は、チャンバ２０が回転するときに回転しないように、キャップ４０及び５０内に保持される。

【0021】

上流シール６０及び上流端面２１（図５）を見る上流キャップ４０から見ると、６つの位置が、チャンバの回転軸を参照して画定される。これらの位置は、半径Ｒ１で、６０°間隔で配置されている。０°位置の選択は任意である。６つの位置は時計回りに１～６と標識付けられている。図６は、上流端から見た下流シール７０上の位置を示す。

【0022】

図１、図２及び図７Ａ～図７Ｄに示されるように、上流キャップ４０の外部の一次上流ポート４２は、上流一次経路Ａに接続し、二次上流ポート４４は、上流二次経路Ｃに接続する。これらの２つのポート４２及び４４は、投与ポート２４、２６、及び２８とのインターフェースに内部的に延在する。一次上流ポート４２は、位置１を占め、二次上流ポート４４は、位置５を占める。上流キャップ４０の内面における上流溝状経路４６及び４８は、以下に更に記載されるように、バルブが起動及び正常の２つの位置で動作することを可能にする。上流キャップ４０上で、第１の上流溝状経路４６は、位置１と位置２との間に延在し、第２の上流溝状経路４８は、位置４と位置５との間に延在する。

【0023】

図１、図３、及び図７Ａ～図７Ｄに示されるように、下流キャップ５０は、３つの下流ポート５１、５２、及び５３を有する。一次下流ポート５１は、一次下流経路Ｂに外部接続し、二次下流ポート５２は、二次下流経路Ｄに接続し、平衡化下流ポート５３は、平衡下流経路Ｅに接続する。これらの３つの下流ポート５１、５２、及び５３は、内部に延在し、投与ポート２４、２６、及び２８のいずれかとインターフェースする。一次下流ポート５１は、位置１を占め、二次下流ポート５２は、位置５を占め、平衡ポート５３は、位置３を占める。下流キャップ５０の内面には、２つの下流溝状経路５４及び５５が存在する。第１の下流溝状経路５４は、位置１と位置２との間に延在し、第２の下流溝状経路５５は、位置４と位置５との間に延在する。背圧を使用する平衡が望ましくない場合、平衡ポート５３は排除されてもよい。

【0024】

端部シール６０及び７０において、キャップ４０及び５０におけるポート及び溝状経路と整列する経路が存在する。

【0025】

端面２１及び２２は、それらが回転するときに密封面に最小限の摩耗を与えるように仕上げられる。

【0026】

チャンバ２０を回転させるために、モータ８０のシャフト上の同様の形状の嵌合カップリングによって係合され得るように、非円形の形状を有する、下流端面２２の中央に特徴８２が存在する。モータ８０は、下流キャップ５０に締結されるステッピングモータであってよく、モータシャフト上の特徴は、下流キャップ５０において開口部８３を通過し、下流シール７０は、チャンバ面２２上の嵌合特徴８２と係合して、チャンバ２０を回転させる。

【0027】

通常の条件下では、内部投与ポート２４、２６、及び２８は、図７Ａに示されるように、キャップ４０及び５０上の位置１、３、及び５、並びに端部シール６０及び７０と整列する：位置１は充填中であり、位置３は平衡化中であり、位置５は移送中である。図７Ａに示される例では、第１の投与ポート２４は、大気排気１０６であり得る下流一次ガス流Ｂに余分なガスが流れる間、上流一次ガス流Ａからのガスで第１の投与ポート２４を充填するために、ポート４２及び５１と連通して位置１と整列される。第２の投与ポート２６は、背圧排気ガス流Ｅによって確立され得る特定の圧力で平衡化するために、平衡ポート５３と連通するための位置３において整列される。第３の投与ポート２８は、上流二次ガス流Ｃが、第３の投与ポート２８を通って下流二次ガス流Ｄ内に流れることを可能にするために、ポート４４及び５２と連通する位置５において整列される。次いで、以下で更に説明するように、チャンバ２０は、サイクルごとに時計回りに１２０°回転される。

【0028】

しかしながら、第１の移送については、平衡位置３にある投与ポート（第２の移送ポート２６）におけるガスが不明であるため、チャンバ２０を時計回りに１２０°前進させることによって開始することは望ましくないため、二次ガス流Ｄへの移送は望ましくない。このため、起動時に、チャンバ２０は、その投与ポート２４、２６、及び２８が位置２、４、及び６と整列するように、中間位置まで反時計回りに６０°回転される。端キャップ４０及び５０内の溝付きチャネル４６、４８、５４、及び５５、並びに端シール６０及び７０は、一次上流及び下流経路Ａ及びＢ、並びに二次上流及び下流経路Ｃ及びＤを延在させて、中間位置２及び４に到達する。図７Ｂに示されるように、位置３にあった第２の投与ポート２６は、現在、位置２に充填されるように移動され、移送位置５にあった第３の投与ポート２８は、現在も、位置４において二次ガス流の流路を提供し、位置１において充填されていた第１の投与ポート２４は、現在、その入力及び出力がブロックされた状態で、位置６で待機位置に戻される。

【0029】

第２の投与ポート２６を充填した後、チャンバ２０は、第２の投与ポート２６に含まれた第１の投与量を位置３で平衡化するために、元の開始位置（図７Ａ）まで時計回りに６０°前進する。その後、チャンバ２０は、通常通り、サイクルごとに時計回りに１２０°前進する。例えば、図７Ａの位置から図７Ｃに示される位置に移動して、第２の投与ポート２６は、第１の投与量を上流二次流Ｃからのキャリアガスを使用して下流二次流Ｄに移送するために、平衡位置３から移送位置５に前進され、第１の投与ポート２４は、充填位置１から平衡位置３に移動され、第３の投与ポート２８は、移送位置５から充填位置１に移動される。次に、チャンバ２０は、チャンバ２０が図７Ｃの位置から図７Ｄの位置まで回転するように、再び時計回りに１２０°前進し、第１の投与ポート２４は、上流二次ガス流Ｃを介して、キャリア源１０２からのキャリアガスを使用して、第２の投与量を下流二次ガス流Ｄに移送するために、平衡位置３から移送位置５に前進され、第３の投与ポート２８は、充填位置１から平衡位置３に移動され、第２の投与ポート２６は、移送位置５から充填位置１に移動される。次に、チャンバ２０は、図７Ｄの位置から図７Ａの初期位置までチャンバ２０が回転するように、再び時計回りに１２０°前進し、第３の投与ポート２８における第３の投与量が、二次ガス流Ｄに移送され得る。

【0030】

チャンバ２０は、回転を続け、二次ガス流Ｄに投与量を送達してもよい。回転の数は、特定の分析のために所望されるモル投与量に依存する。この回転式投与デバイス１０は、したがって、投与ポート２４、２６、及び２８のうちの１つからの単一の投与量の増分である任意の特定の投与量の選択を可能にする。回転チャンバ２０は、単一の分析中に複数回作動させて、可変であるが正確な量の一次ガスを二次ガス流内に投与することができる。例えば、回転式投与デバイス１０は、１つの分析のために単回、及び次の分析のために３回作動させて、較正曲線上の２つの点のためのデータを生成することができる。複数の投与量はまた、オペレータがアリコート量を分析要件とより密接に一致させることを可能にする燃焼用途において、柔軟性を提供することができる。

【0031】

回転式投与デバイス１０は、一次ガス流から二次ガス流に一連の正確なモル量のガスを迅速に移送することができる。回転式投与デバイス１０は、製造及び動作が容易であり、本質的にゼロのデッドボリュームを有し、漏出点がより少ない単純なデバイスである。

【0032】

回転式投与デバイス１０は、正確な量の既知の較正物を一次ガス流から二次ガス流に移送して、二次流において検出システムを較正する方法において使用され得る。方法は、既知の較正物が、一次上流ポート４２に導入され、ある投与量の較正物が、二次下流ポート５２を介して、二次流に移送される、本明細書に記載の回転式投与デバイス１０を使用することを含む。ある投与量の較正物のサイズは、多点較正を達成するために変化し得る。

【0033】

回転式投与デバイス１０はまた更なる処理及び分析のための二次流を含む一次ガス流から正確な量の小さな代表的なアリコートを移送する方法であって、一次ガス流が、分析される試料の燃焼から進化する燃焼ガスの少なくとも一部分を含む、方法において使用され得る。方法は、一次ガス流が、一次上流ポート４２に導入され、正確な量のアリコートが、二次下流ポート５２を介して、二次流に移送される、本明細書に記載の回転式投与デバイス１０を使用することを含む。アリコートの投与量のサイズは可変である。

【0034】

したがって、回転式投与デバイス１０は、回転式投与デバイス１０の一次上流ポート４２で受容された一次ガス流Ａ内にガス試料を提供するための試料源１００を含む、元素分析器における使用に適している。試料源１００は、燃焼炉であり得る。好適な燃焼炉の構成要素の例は、米国特許第７，４９７，９９１号、同第４，６２２，００９号、同第６，２９１，８０２号、及び同第６，２７０，７２７号に開示されている。要素分析器はまた、回転式投与デバイス１０の二次上流ポート４４で受容された二次ガス流Ｃにおいてキャリアガスを提供するためのキャリア源１０２を含んでもよい。元素分析器は、二次下流ポート５２から二次ガス流Ｄを受容し、ガス試料が回転式投与デバイス１０によって導入される受容された二次ガス流Ｄを分析するための少なくとも１つの分析セル１０４を更に含むことができる。加えて、要素分析器は、一次下流ポート５１から受容された一次ガス流Ｂを大気中に排気するための大気排気１０６と、所望の圧力で平衡ポート５３に接続された、投与ポートにおける投与量を所望の圧力に持ち込む、ポート５３を平衡化するために結合された背圧排気１０８と、を含み得る。

【0035】

本明細書の教示を考慮すれば、複数の双方向又は一方向のバラストを使用して、分析器の性能を向上させることができることが、当業者に明らかとなるであろう。また、これら及び他の修正が、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく行われ得ることも、当業者には明らかであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【国際調査報告】