(57)【要約】【課題】簡単な構造で流体を所定圧力変動内で供給することができる、安価な流体の定圧力機構を提供する。【解決手段】熱伝導体ブロック２２、第１の端板２０及び第２の端板２４で、中空部に密閉空間を構成した予備加熱容器２３と、第２の端板２４に設けられたチューブ入口取付部２６に一方の端部を固定し、チューブ入口取付部２６から予備加熱容器２３の外部を経由して、第２の端板２４のチューブ支持部２７を貫通して、予備加熱容器２３の内部に導入され、第１の端板２０に設けられたチューブ出口取付部２９に他方の端部を固定した抵抗チューブ２８とを備える。流体が入口ポート２５から予備加熱容器２３の内部に注入され、予備加熱容器２３で予備加熱された後、チューブ入口取付部２６から、抵抗チューブ２８に送り込まれ、チューブ出口取付部２９から予備加熱容器２３の外に送り出されることにより、流体を一定圧力に制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の熱伝導体ブロック、入口ポートを有し、前記熱伝導体ブロックの中空部の一方の端部に固定された第１の端板、前記中空部の他方の端部に固定された第２の端板を有し、前記熱伝導体ブロック、前記第１及び第２の端板で、前記中空部に密閉空間を構成した予備加熱容器と、
前記熱伝導体ブロックを加熱温調するヒータと、
前記第２の端板に設けられたチューブ入口取付部に一方の端部を固定し、前記チューブ入口取付部から前記予備加熱容器の外部を経由して、前記第２の端板のチューブ支持部を貫通して、前記予備加熱容器の内部に導入され、前記第１の端板に設けられたチューブ出口取付部に他方の端部を固定した抵抗チューブ
とを備え、流体が前記入口ポートから前記予備加熱容器の内部に注入され、前記予備加熱容器で予備加熱された後、前記チューブ入口取付部から、前記抵抗チューブに送り込まれ、前記チューブ出口取付部から前記予備加熱容器の外に送り出されることにより、前記流体を一定圧力に制御することを特徴とする定圧力機構。
【請求項２】
前記予備加熱容器の外部を経由して前記予備加熱容器から露出した前記抵抗チューブの部分を含めて、前記予備加熱容器全体を、断熱材で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の定圧力機構。
【請求項３】
前記予備加熱容器の前記流体の進行方向に垂直な断面積が、前記抵抗チューブの長手方向に垂直な断面積に比して３０倍以上大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定圧力機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質分析計等に使用可能な流体の定圧力機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電率方式のＴＯＣ計では、採取した状態で測定された試料水の導電率と、試料水にＵＶ（紫外線）を照射して有機物を分解した後に測定された導電率との差分から、有機性汚濁物に係るＣＯ２量を決定し、試料水に含まれるＴＯＣ値を算出する。この導電率方式のＴＯＣ計に試料水を供給する場合、一般には、減圧弁を備えたレギュレータによって、試料水の圧力の変動を低減し、試料水の流量を略一定に保つという方法がとられていた（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ＴＯＣ計の周囲温度の変化等に起因する試料水圧力変化に対応して試料水の圧力・流量を制御するものではなく、「略一定」の圧力・流量設定しかできない。一方、レギュレータやオリフィスを使用せずに、抵抗チューブを用いて、チューブ内を流れる流体の圧力損失を利用して流量又は圧力を制御する方法が知られている。周囲温度、流体温度が変化すると、抵抗チューブの内径及び流体の粘性抵抗が変化するので、抵抗チューブの温度調節が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４-１７７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、抵抗チューブ中の水の流速が速いので、温度調節した熱伝導体ブロックに抵抗チューブを接触しても、抵抗チューブ内を通る水の温度が熱伝導体ブロックの温度まで十分到達しきらないうちに抵抗チューブを通り過ぎてしまい、圧力や流量の制御が困難である。一方、マスフローコントローラを用いて試料水流量を制御する方法もあるが、装置が高価になる上、流体を定圧力に制御するのは困難である。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明は、簡単な構造で流体を所定圧力変動内で供給することができる、安価な流体の定圧力機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様は、（イ）中空の熱伝導体ブロック、入口ポートを有し、熱伝導体ブロックの中空部の一方の端部に固定された第１の端板、中空部の他方の端部に固定された第２の端板を有し、熱伝導体ブロック、第１及び第２の端板で、中空部に密閉空間を構成した予備加熱容器と、（ロ）熱伝導体ブロックを加熱温調するヒータと、（ハ）第２の端板に設けられたチューブ入口取付部に一方の端部を固定し、チューブ入口取付部から予備加熱容器の外部を経由して、第２の端板のチューブ支持部を貫通して、予備加熱容器の内部に導入され、第１の端板に設けられたチューブ出口取付部に他方の端部を固定した抵抗チューブとを備える流体の定圧力機構に関する。即ち、本発明の態様に係る定圧力機構においては、流体が入口ポートから予備加熱容器の内部に注入され、予備加熱容器で予備加熱された後、チューブ入口取付部から、抵抗チューブに送り込まれ、チューブ出口取付部から予備加熱容器の外に送り出されることにより、流体が一定圧力に制御される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構造で流体を所定圧力変動内で供給することができる、安価な流体の定圧力機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る定圧力機構を有する連続水質分析システムを示す模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る定圧力機構を用いた場合の、抵抗チューブ出口における試料水の周囲温度依存性を比較例と比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面は模式的なものであり、同一の部分には同一の符号を付してある。又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに限定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る定圧力機構を有するＴＯＣ測定システムは、試料導入系１と、試料導入系１から導入された流体（試料水）の圧力を一定にする定圧力機構２と、定圧力機構２で圧力を一定にされた流体のＴＯＣ量を測定するＴＯＣ計３とを備える。なお、図１では、定圧力機構２とＴＯＣ計３とを接続する配管１５ｅに圧力センサ４を設けているが、圧力センサ４は、本発明の実施の形態に係る定圧力機構２の効果を実証するために用いているのであって、安価なシステムを目的とする場合は省略可能である。
【００１２】
試料導入系１は、試料水採取ダクト１１と、試料水採取ダクト１１の壁を貫通して一方の端部を取り付けた配管１５ａと、配管１５ａの他方の端部が上部から内部に向って挿入固定されたドレンポット１２と、ドレンポット１２の上部に一方の端部を接続した配管１５ｂと、配管１５ｂの他方の端部を上部から内部に向って挿入固定した吸引用気密容器１３と、吸引用気密容器１３の上部に一方の端部を接続した配管１５ｃと、配管１５ｃの他方の端部に吸入側を接続した吸引モータ１４と、吸引モータ１４の吐出側に一方の端部を接続した配管１５ｄとを有する。
【００１３】
定圧力機構２は、筒状の熱伝導体ブロック２２と、熱伝導体ブロック２２の外側表面に接して設けられ、熱伝導体ブロック２２を加熱する筒状のヒータ２１と、熱伝導体ブロック２２の内部の中空部分に設けられた抵抗チューブ２８を有する。熱伝導体ブロック２２は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材料が好ましい。
【００１４】
熱伝導体ブロック２２の中空部分の一方の端部（左側端部）には、外部に向って凸形状をなす入口ポート２５、外部に向って凸形状をなすチューブ出口取付部２９を有する第１の端板２０が熱伝導体ブロック２２の中空部分を塞ぐように設けられている。一方、熱伝導体ブロック２２の中空部分の他方の端部（右側端部）には、外部に向って凸形状をなすチューブ入口取付部２６、外部に向って凸形状をなすチューブ支持部２７を有する第２の端板２４が熱伝導体ブロック２２の中空部分を塞ぐように設けられている。第１の端板２０と第２の端板２４とで中空部分を両側から挟む密閉空間を構成して、試料水を貯蔵して加熱する予備加熱容器２３が形成されている。
【００１５】
図１に示すように、配管１５ｄの一方の端部は、入口ポート２５に接続され、入口ポート２５を介して流体としての試料水が予備加熱容器２３の内部に導入可能に構成されている。抵抗チューブ２８の一方の端部は、チューブ入口取付部２６に予備加熱容器２３の外側（図１において右側）から内側（図１において左側）に向って固定されている。抵抗チューブ２８は、チューブ入口取付部２６から予備加熱容器２３の外側（図１において第２の端板２４の右側）を経由して、再度、第２の端板２４の方向に向かい、チューブ支持部２７を貫通して予備加熱容器２３の内部に入り、予備加熱容器２３の内部を右側から左側へ進み、チューブ出口取付部２９を貫通して予備加熱容器２３の外（図１において第１の端板２０の左側）に出ている。チューブ出口取付部２９を貫通して予備加熱容器２３の外側に出た抵抗チューブ２８の他の端部は、圧力センサ４に接続されている。抵抗チューブ２８の長さは、予備加熱容器２３に収納されている部分をらせん状等の立体形状にすることによって調整できる。
【００１６】
圧力センサ４の出口には、ＴＯＣ計３に接続された配管１５ｅの一方の端部が接続されている。ＴＯＣ計３は、配管１５ｅの他方の端部に接続され、有機物を分解する前の導電率を測定する第１導電率計３１と、第１導電率計３１に接続され、有機物を分解するＵＶ酸化分解装置３２と、ＵＶ酸化分解装置３２に接続され、有機物を分解した後の導電率を測定する第２導電率計３３とを備える。
【００１７】
図１に示す構成において、試料水（流体）がダクト１１から配管１５ａを通してドレンポット１２に導入され、配管１５ｂを通して吸引用気密容器１３に溜めこまれる。吸引用気密容器１３に溜めこまれた試料水は、吸引用気密容器１３から配管１５ｃを通して吸引モータ１４によって吸引され、吸引モータ１４のあらかじめ設定した吐出量で配管１５ｄに吐出され、試料水入口凸部２５から予備加熱容器２３の内側に入る。試料水（流体）は予備加熱容器２３を充たして所定の温度に加熱温調された後、チューブ入口取付部２６から抵抗チューブ２８に送り込まれる。
【００１８】
ここで、抵抗チューブ２８としては、例えば内径０．２５〜０．７５ｍｍφ程度で、長さ５００〜１０００ｍｍ程度のものが好ましく、この程度の内径と長さの場合、吸引モータ１４の吐出量にもよるが、試料水流量は例えば１０〜１５ｍＬ／ｍｉｎ程度の範囲の値に、抵抗チューブ２８の配管抵抗から設定することが可能となる。予備加熱容器２３内に充たされた試料水は、ヒータ２１によって熱伝導体ブロック２２が加熱温調されることにより温度制御される。その際、端板２４の中に埋め込むようにして、或いは端板２４を貫通する等により、端板２４の予備加熱容器２３内部の試料水近くに、温度センサを設けることで、試料水の温度制御を直接行うことができ、より応答性の良い温度制御が行える。予備加熱容器２３の内部に収納された抵抗チューブ２８は、予備加熱容器２３に充たされた試料水に、流速の低い状態で浸漬されている。抵抗チューブ２８内を通過する試料水は、抵抗チューブ２８に導入される前に、流速の低い状態で予備加熱容器２３に充たされているので、容易に熱伝導体ブロック２２と同じ温度に予備加熱される。
【００１９】
予備加熱の効率を考慮すると、予備加熱容器２３の流速方向に垂直の断面積は、抵抗チューブ２８の断面積より３０倍以上大きく設計するのが好ましい。予備加熱容器２３を充たした試料水全部が抵抗チューブ２８中の流速よりも３０倍以上遅い状態で所定の温度に予備加熱された後、試料水が抵抗チューブ２８に導入されるようにすれば、抵抗チューブ２８の内部を通過する試料水の温度は、流速が速くなっても一定に保たれる。予備加熱容器２３の流速方向に垂直の断面積は、抵抗チューブ２８の断面積より３０倍以上大きくなればなるほど加熱効率が向上するが、実用上、予備加熱容器２３のサイズの増大を考慮すれば、予備加熱容器２３の流速方向に垂直の断面積は、抵抗チューブ２８の断面積より１００００倍程度までとすれば良い。
【００２０】
抵抗チューブ２８を通過した試料水は、チューブ出口取付部２９から予備加熱容器２３の外に出て、配管１５ｅを通してＴＯＣ計３に供給され、ＵＶ酸化分解装置３２によって有機物を分解する前後の導電率を、第１導電率計３１と、第２導電率計３３で測定し、それらの差分から試料水中の有機性汚濁物に係るＣＯ２量を決定し、ＴＯＣ量が算出される。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る定圧力機構によれば、レギュレータ、圧力計、オリフィス、マスフローコントローラ等の、流体の圧力、流量制御装置を使用せずに、図１に示したような簡便な装置構成を用いることにより、周囲温度が変化しても流体温度や抵抗チューブ２８が変化しない安価な流体の定圧力機構を実現できる。このため、本発明の実施の形態に係る定圧力機構によれば、抵抗チューブ２８の内径及び流体の粘性抵抗が変化しないようにできるため、一定圧力の流体をＴＯＣ計３等の外部機器に送り込むことができる。
【００２２】
（実施例）
図１に例示した定圧力機構１００を用いて、周囲温度を７℃，２５℃，４３℃にそれぞれ設定して、熱伝導体の材料としてアルミニウムを用いた熱伝導体ブロック２２を５０±２．５℃に温調し、予備加熱容器２３に流体として試料水を注入し、試料水を予熱した。チューブ入口取付部２６から抵抗チューブ２８に入った試料水は、チューブ支持部２７から予備加熱容器２３に収納された抵抗チューブ２８を通って、チューブ出口取付部２９から予備加熱容器２３の外に出て、出口で抵抗チューブ２８の端部に接続された圧力センサ４によって試料水圧力を測定した。ここで、抵抗チューブ２８はポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）製の内径０．５ｍｍφ、長さ７５０ｍｍのものを用いた。この際、吸引モータ４の吐出量を試料水流量の初期値が１２．５ｍｌ／ｍｉｎとなるように設定した。
【００２３】
（比較例）
周囲温度を７℃，２５℃，４３℃にそれぞれ設定して、流体として試料水を、５０±２．５℃に温調したアルミニウムブロックに接触させたＰＴＦＥ製抵抗チューブに直接送り込んだ。抵抗チューブの試料水出口の試料水圧力を圧力センサによって測定した。ここで、抵抗チューブの内径寸法と長さ、及び試料水流量は実施例と同様とした。
【００２４】
表１は、周囲温度７℃、２５℃、４３℃の場合の、圧力センサ４によって測定した抵抗チューブ２８の試料水出口の試料水圧力測定値を示したものである。試料水圧力測定値は、周囲温度２５℃での試料水圧力測定値を１００％として規格化した。
【表１】
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【００２５】
図２は、表１の結果を図示したものである。表１、図２から、実施例の、試料水を５０℃に予熱してから５０℃に温調した抵抗チューブ２８に送り込んだ場合には、抵抗チューブ２８の出口での試料水圧力は、周囲温度２５℃での試料水圧力に対して、周囲温度７℃の場合には９９．９〜１０．４％とほとんど変らず、周囲温度が４３℃になっても試料水圧力は１０３．３〜１０３．４％と変動が小さく±５％の仕様範囲に保たれているのが明らかである。
【００２６】
一方、比較例の、予熱していない試料水を、熱伝導体ブロック２２に接触させて５０℃に温調した抵抗チューブ２８に直接送り込んだ場合には、周囲温度が７℃又は４３℃になると、抵抗チューブ２８の出口での試料水圧力は、周囲温度２５℃での試料水圧力に対して、ともに１０％以上変動している。
【００２７】
実施例では、試料水を５０±２．５℃に温調された予備加熱容器２３に送り込むだけで、５０℃より低い温度で周囲温度が変動しても、抵抗チューブ２８の出口における圧力変動は十分小さく、±５％の仕様範囲に保つことができることが分かる。
【００２８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものではない。この開示から、当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００２９】
例えば、上記の実施の形態では、抵抗チューブ２８の一部が予備加熱容器２３の外側に出ているが、この予備加熱容器２３の外側に露出した抵抗チューブ２８を含めて、定圧力機構２全体を断熱材で覆うことにより、抵抗チューブ２８の温度変動を周囲の温度変動から遮断できるので、流体の圧力変動を更に小さくすることができる。
【００３０】
又、上記の実施の形態で説明した定圧力機構は、上記の説明から明らかなように、レギュレータやマスフローコントローラ等の流体の流量制御装置を使用せずに、抵抗チューブ２８を用いて一定流量に制御することが可能であり、周囲温度が変化しても流体温度や抵抗チューブ２８が変化しないため、抵抗チューブ２８の内径及び流体の粘性抵抗が変化しないので、簡単な構成で、流体の定流量機構としても機能することは明らかである。
【００３１】
従って、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の定圧力機構は、流体の1つである、排水、環境水、水道水、下水、純水、各種用水等の水の定圧力機構として採用可能であり、ＴＯＣ計等の水質分析計の分野に本発明の定圧力機構を用いれば、所定の流量の試料水を所定の圧力変動内で供給することができるので、高精度の水質分析が可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１…試料水導入系
１１…ダクト
１２…ドレンポット
１３…吸引用気密容器
１４…吸引モータ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ…配管
２…定圧力機構
２０…第１の端板
２１…ヒータ
２２…アルミニウムブロック
２３…予備加熱容器
２４…第２の端板
２５…入口ポート
２６…チューブ入口取付部
２７…チューブ支持部
２８…抵抗チューブ
２９…チューブ出口取付部
３…ＴＯＣ計
３１…第１導電率計
３２…ＵＶ酸化分解装置
３３…第２導電率計
４…圧力センサ
【図１】
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【図２】
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