JP2012127776A

JP2012127776A - 加熱乾燥式水分計

Info

Publication number: JP2012127776A
Application number: JP2010278911A
Authority: JP
Inventors: Koji Hattori; 康治服部; Shinji Miyauchi; 真二宮内; Yoshihiro Ueno; 良弘上野; Fujio Inoue; 藤男井上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】直管型のヒータを備える加熱乾燥式水分計において、試料を載置する秤量皿上の温度ムラが生じないようにする。
【解決手段】本発明に係る加熱乾燥式水分計では、チャンバ１の蓋３に、直管型ヒータ４と、該直管型ヒータ４から上部に放射された輻射熱を反射させるための反射板６が取り付けられ、さらに反射板６には、直管型ヒータ４の直上において輻射熱を拡散させるためのＶ字形の拡散部７が設けられている。この拡散部７を設けることにより、直管型ヒータ４の直下における反射板６を介した温度上昇が抑えられると共に、拡散された方向での温度上昇が促進される。その結果、秤量皿２上の温度上昇を均一化することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料の水分率や揮発分率、あるいは乾燥に伴う重量減少量を測定するための加熱乾燥式水分計に関する。

水分計は工業、化学、薬品、食品など幅広い分野で用いられ、測定対象とする試料も固体、液体、気体、粉粒体など様々である。水分量を測定する方法も、試料に照射した光の吸収量を測定する方法や、試料の電気抵抗や静電容量を測定する方法、真空雰囲気に試料を載置し、乾燥させてから乾燥させる前後の質量を測定する方法など数多く存在する。これらの中でも、加熱により試料中の水分を蒸発させ、加熱前後の試料の質量変化を測定する加熱乾燥式の水分計は、多くの種類の試料に対応することができ、製造コストも比較的安価にすむ、といった特長がある。

加熱乾燥式水分計は、特許文献１に見られるように、加熱部と質量測定部の２つに大別される。ここで、加熱部は試料を加熱乾燥させるための加熱手段を備えており、質量測定部は試料を載置する秤量皿と該秤量皿上に載置された質量を測定するための測定手段とを備えている。

特開２００３−３０２３２４号公報

加熱手段としては、ハロゲンヒータや赤外線ヒータなどが用いられる。いずれのヒータを用いるにせよ、ヒータ形状としては直管状のものよりも環状のものの方が均一に試料を加熱することができることが一般に知られている。環状のヒータは直管状のものよりも製造コストが倍近く高くなるため、加熱乾燥式水分計を安価に製造したいのであれば、直管型のヒータを用いることが望ましい。しかしながら、直管型のヒータでは、上記のように温度ムラが生じてしまうため、試料内に水分が蒸発しきれずに残ってしまったり、反対に試料表面を焦がしてしまったりしてしまい、効率的かつ再現性の良い水分測定を行うことができなくなるという問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、直管型のヒータを備える加熱乾燥式水分計において、温度ムラが生じないようにすることである。

以上の課題を解決するために成された本発明に係る加熱乾燥式水分計は、
試料を載置するための秤量皿と、前記秤量皿の上部に、該秤量皿に平行に配設された直管型のヒータと、を有する加熱乾燥式水分計において、
前記ヒータの上面に、該ヒータからの輻射熱を反射させるための反射板を備えると共に、前記反射板が、前記ヒータの直上において前記輻射熱を拡散させるための拡散部を有することを特徴とする。

本発明では、直管型ヒータの上面に反射板を設けることにより、天板が熱を持つことを防ぐと共に、秤量皿上の温度上昇をより高効率なものにしている。しかしながら、本願発明者が行った実験では、ただ反射板を設けるだけでは、秤量皿全体において温度が上昇し、直管型ヒータを用いたことによる温度ムラは改善されなかった。

これに対し、直管型ヒータの直上において、反射板にヒータからの輻射熱を様々な方向に拡散させる拡散部を設けると、直管型ヒータの直下における温度上昇が抑えられ、結果として、全体の温度上昇がほぼ均一となることが確認された。

本発明によれば、直管型ヒータを用いた加熱乾燥式水分計において、秤量皿上の温度ムラを低減することができるため、製造コストを低く抑えることができると共に、試料に焦げが生じたり、乾燥が不十分になることが少なくなり、測定精度を向上させることが可能となる。

本発明に係る加熱乾燥式水分計の一実施例を示す縦断面図(a)、及び上面図(b)。反射板の縦断面形状と直管型ヒータから放射される輻射熱の反射方向の関係を示す模式図。直管型ヒータを用いた従来の加熱乾燥式水分計における秤量皿上の温度分布を示したグラフ(a)、及び本実施例の加熱乾燥式水分計における秤量皿上の温度分布を示すグラフ(b)。拡散部の形状と直管型ヒータの位置の変形例を示す縦断面図。拡散部の他の変形例を示す縦断面図。

図１(a)に、本発明に係る加熱乾燥式水分計（以下、「水分計」と略す）の一実施例の概略縦断面図を示す。この水分計では、チャンバ１内の秤量皿２に試料を載置し、蓋３に取り付けられた直管型ヒータ４によりチャンバ１内の加熱し、試料中の水分を蒸発させつつ又は蒸発させた後に、チャンバ１の下に設けられた、質量センサ等を備える天秤部５により秤量皿２上の試料の質量を測定する。蓋３には、直管型ヒータ４の他、該直管型ヒータ４から上部に放射された輻射熱を反射させるための反射板６、及び、チャンバ１内の温度を測定するためのサーミスタ（図示せず）が取り付けられている。さらに、反射板６には、直管型ヒータ４の直上において輻射熱を拡散させるための拡散部７が設けられている。
なお、チャンバ１内への試料の搬入又はチャンバ１内から試料の搬出は、蓋３を開閉することにより行う。以下、蓋３の把手３１がある方向を「前」、ヒンジ３２がある方向を「後」とし、図１(b)に示す上面図において、この前後方向と直交する方向を「左」又は「右」とする。

以下、本実施例の水分計の原理を説明する。
本願発明者は、本実施例の水分計に先だって、図２(a)に示す縦断面形状が椀状となる反射板１６を備える水分計を作製した。この反射板１６は、直管型ヒータ４からその上部に放射された輻射熱４１が、秤量皿２上に均一に反射されるように設計したものである。

しかしながら、図２(a)の反射板１６では温度ムラの低減を行うことができなかった。本願発明者が実験を通して詳細に検討した結果、この原因は、直管型ヒータ４から反射板１６を介して間接的に秤量皿２上に放射される熱は均一であるのに対して、直管型ヒータ４から直接的に秤量皿２に放射される熱は直管型ヒータ４に近い位置の方が強くなるためであることが分かった。

また、図２(b)のように平面状の反射板２６を用いた場合、直管型ヒータ４から直接的に放射される熱と同様に、反射板２６を介して間接的に放射される熱も直管型ヒータ４に近い位置の方がより強くなってしまい、温度ムラの低減を行うことができないことが実験により分かった。

これらの結果を受け、本願発明者は、直管型ヒータ４の直上において、直管型ヒータ４からの熱を様々な方向に拡散させる拡散部７を設けることに想到した（図１(a)及び図２(c)）。直管型ヒータ４の直上に拡散部７を設けることにより、直管型ヒータ４の直下における反射板６を介した温度上昇が抑えられると共に、拡散された方向での温度上昇が促進される。その結果、秤量皿２上の温度上昇を均一化することが可能となる。

図３に、直管型ヒータを搭載した従来の水分計の秤量皿２上における温度分布(a)と、本実施例の水分計の秤量皿２上における温度分布(b)、をそれぞれ示す。なお、図３のグラフは、水分計の設定温度を200℃とした場合に、秤量皿２の中心から半径45mmと半径90mmにおける前後左右の4点及び斜め方向の4点での到達温度を示している。

図３のグラフに示すように、本実施例の水分計（図３(b)）では従来の水分計（図３(a)）と比較して、半径45mmでの到達温度と半径90mmでの到達温度の差が明らかに小さくなっている。また、同じ半径での各点での到達温度の差も小さくなっており、十分な温度ムラの低減効果が得られていることが分かる。

以下に、本実施例の水分計、直管型ヒータを搭載した従来の水分計、環状ヒータを搭載した従来の水分計、のそれぞれの性能を比較した表を示す。

この表に示すように、本実施例の水分計では、環状ヒータ搭載の水分計に比べても同等以上に温度ムラを低減させていることが分かる。

なお、本実施例のような構造の水分計では、図３(b)のグラフに示されるように、試料の搬入・搬出を行う前方向の方が放熱されやすく、温度が低くなる傾向にある。このような場合、図４(a)に示すように、Ｖ字の傾斜を前方向と後方向とで異なるようにすることで、前方向の温度をより上昇させ、前後方向の温度ムラを低減させることができる。また、図４(b)に示すように、直管型ヒータ４の位置を前後方向にずらすことによっても秤量皿２上の温度分布を調整することができる。図４(c)は、図４(b)とは反対に、後方向への輻射熱の反射が大きくなるようにしたものである。このように、拡散部７の形状や直管型ヒータ４の位置を水分計の構造によって適宜変えることにより、秤量皿２上の温度分布を均一にすることが可能となる。

なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができる。例えば、上記実施例では拡散部７としてＶ字の形状を用いたが、図５に示すような、反射板６の表面に凹凸を設けたものを用いることもできる。図５に示す拡散部７では、その表面上で輻射熱４１が乱反射し、直管型ヒータ４の直下への輻射熱４１の反射を弱めることができるため、上記実施例と同様に、直管型ヒータ４の直下とその周辺における温度差を低減させることができ、秤量皿２上の温度分布を均一化することが可能になる。

１…チャンバ
２…秤量皿
３…蓋
３１…把手
３２…ヒンジ
４…直管型ヒータ
４１…輻射熱
５…天秤部
６、１６、２６…反射板
７…拡散部

Claims

試料を載置するための秤量皿と、前記秤量皿の上部に、該秤量皿に平行に配設された直管型のヒータと、を有する加熱乾燥式水分計において、
前記ヒータの上面に、該ヒータからの輻射熱を反射させるための反射板を備えると共に、前記反射板が、前記ヒータの直上において前記輻射熱を拡散させるための拡散部を有することを特徴とする加熱乾燥式水分計。
前記拡散部が反射板にＶ字の形状を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の加熱乾燥式水分計。
前記Ｖ字の頂点の位置を変えることにより、前記秤量皿上の温度分布を調整することを特徴とする請求項２に記載の加熱乾燥式水分計。
前記拡散部が、反射板に凹凸を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の加熱乾燥式水分計。
前記直管型ヒータの位置を変えることにより、前記秤量皿上の温度分布を調整することを特徴とする請求項１〜４に記載の加熱乾燥式水分計。