(57)【要約】【課題】多種多様なガス濃度をより精度よく算出するガス濃度算出装置を提供する。【解決手段】ガス濃度計測モジュール２は、サンプルガス５０が導入される導入空間１１を形成するガスセル１０と、ガスセル１０の一端に配置された赤外光源２１と、ガスセル１０の他端に配置され、赤外光源２１から放射された赤外光を受光する参照光受光素子３１および信号光受光素子３２と、導入空間１１内において、赤外光源２１と参照光受光素子３１との間の光路中に配置され、赤外光源２１から放射された赤外光に対して不活性な不活性ガスが封入された不活性ガス室４０と、を備える。算出回路３は、ガス濃度計測モジュール２の参照光受光素子３１が受光した光のエネルギー値と信号光受光素子３２が受光した赤外光のエネルギー値との比に基づき、サンプルガス５０中の二酸化炭素の濃度を算出する。【選択図】図１
2011169633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス濃度計測モジュールおよびガス濃度算出モジュールを備え、対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置であって、
前記ガス濃度計測モジュールは、
前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、
前記ガスセルの一端に配置された光源と、
前記ガスセルの他端に配置され、前記光源から放射された光を受光する信号光受光手段および参照光受光手段と、
前記導入空間内において、前記光源と前記参照光受光手段との間の光路中に配置され、前記光源から放射された光に対して不活性な不活性ガスが封入された不活性ガス室と、
を備え、
前記ガス濃度算出モジュールは、前記ガス濃度計測モジュールの前記信号光受光手段が受光した前記光のエネルギー値と前記参照光受光手段が受光した前記光のエネルギー値との比に基づき、前記対象ガスの前記濃度を算出する、
ことを特徴とするガス濃度算出装置。
【請求項２】
前記不活性ガスは、アルゴン、キセノン、窒素の少なくともいずれかを含むものであることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度算出装置。
【請求項３】
ガス濃度計測モジュールおよびガス濃度算出モジュールを備え、対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置であって、
前記ガス濃度計測モジュールは、
前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、
前記ガスセルの一端に配置された光源と、
前記ガスセルの他端側において、前記光源から放射された光を受光するものであって、前記光源から放射された光が前記導入空間内を通る距離が異なる位置に配置された信号光受光手段および参照光受光手段と、
を備え、
前記ガス濃度算出モジュールは、前記ガス濃度計測モジュールの前記信号光受光手段が受光した前記光のエネルギー値と前記参照光受光手段が受光した前記光のエネルギー値との比に基づき、前記対象ガスの前記濃度を算出する、
ことを特徴とするガス濃度算出装置。
【請求項４】
前記光源と前記受光手段との間の光路上に配置され、所定波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス濃度算出装置。
【請求項５】
前記光源は、赤外線を放射するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス濃度算出装置。
【請求項６】
前記対象ガスは二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス濃度算出装置。
【請求項７】
前記対象ガスの前記濃度と前記比との相関関係を示すデータベースまたは近似式を予め格納する格納手段を更に備え、
前記ガス濃度算出モジュールは、前記データベースまたは前記近似式に基づき、前記比に相応する前記濃度を算出する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガス濃度算出装置。
【請求項８】
前記対象ガスの異なる前記受光手段を複数備える前記ガス濃度計測モジュールと、複数の前記受光手段に対応する複数の前記ガス濃度算出モジュールを備える、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス濃度算出装置。
【請求項９】
対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置におけるガス濃度計測モジュールであって、
前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、
前記ガスセルの一端に配置された光源と、
前記ガスセルの他端に配置され、前記光源から放射された光を受光する信号光受光手段および参照光受光手段と、
前記導入空間内において、前記光源と前記参照光受光手段との間の光路中に配置され、前記光源から放射された光に対して不活性な不活性ガスが封入された不活性ガス室と、
を備えることを特徴とするガス濃度計測モジュール。
【請求項１０】
対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置におけるガス濃度計測モジュールであって、
前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、
前記ガスセルの一端に配置された光源と、
前記ガスセルの他端側において、前記光源から放射された光を受光するものであって、前記光源から放射された光が前記導入空間内を通る距離が異なる位置に配置された信号光受光手段および参照光受光手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度計測モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＤＩＲ（非分散型赤外線吸収）法を利用してガスの濃度算出を行うガス濃度算出装置およびガス濃度計測モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、二酸化炭素などのガスの濃度を算出するガス濃度算出装置が空調システムの分野などで導入されている。このガス濃度算出装置での算出結果に基づいて換気のＯＮ／ＯＦＦなどを制御することにより、空調システムを効率よく作動させ、消費電力の低減を図ることが行われている。このようなガス濃度算出装置にはＮＤＩＲ（Ｎｏｎ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ：非分散型赤外線吸収）法が用いられており、ＮＤＩＲ（非分散型赤外線吸収）法とは、赤外光が対象ガス中を通る際の減衰に基づいてガスの濃度を算出する手法である。
【０００３】
ＮＤＩＲ（非分散型赤外線吸収）法を用いたガス濃度算出装置として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。このガス濃度算出装置は、単一光源からの光をガスセル内に照射し、ガスセル内を通った光を第１の検出器と第２の検出器によって検出している。第１の検出器は、被測定ガス領域と、測定ガス室内に封入された不活性ガス領域と、からなる光路を通過した光を検出している。第２の検出器は、被測定ガス領域と、比較ガス室内に封入された被測定ガスと同種のガス領域と、からなる光路を通過した光を検出している。また、照射光量の増減を第２の検出器で検出し、第１の検出器の出力を校正することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、シリンダ内のサンプルガス濃度を検出するガス濃度算出装置が記載されている。ここでは、シリンダ内を往復動するピストンのヘッドに反射鏡を設けると共に、シリンダのヘッドにはシリンダ内に向けて光源と検出器とを配置する。このような構成により、光源から発せられ且つピストン上の反射鏡で反射された光が検出器で受光される。ピストンの往復動に伴って、反射鏡を経由する光源から検出器までの光路長が変化するため、検出器に受光されるエネルギーが変化する。そして、検出器から出力される出力値の変化に基づいて、サンプルガスの濃度が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５６２４２号公報
【特許文献２】特開平５−１８０７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１に記載されたガス濃度算出装置は、被測定ガスと同種のガスが封入された比較ガス室などを別途配置する必要がある。また、複数の被測定ガスを検出対象とする場合、被測定ガス毎に複数の比較ガス室が必要になる。またガスによっては比較ガス室に充填することが困難な場合もある。
【０００７】
また、引用文献２に記載されたガス濃度算出装置では、光路長を変化させるために、ピストンの往復動を用いているため、同時に異なる光路長の光を検出することは原理的に不可能である。また、ピストンの作動による振動等の影響により、ピストンが光路長方向に移動し、光路長が変化することによる測定誤差が発生してしまうといった問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、多種多様なガス濃度をより精度よく算出することができるガス濃度算出装置およびガス濃度計測モジュール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】
【０００９】
本発明に係るガス濃度算出装置は、ガス濃度計測モジュールおよびガス濃度算出モジュールを備え、対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置であって、前記ガス濃度計測モジュールは、前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、前記ガスセルの一端に配置された光源と、前記ガスセルの他端に配置され、前記光源から放射された光を受光する信号光受光手段および参照光受光手段と、前記導入空間内において、前記光源と前記参照光受光手段との間の光路中に配置され、前記光源から放射された光に対して不活性な不活性ガスが封入された不活性ガス室と、を備え、前記ガス濃度算出モジュールは、前記ガス濃度計測モジュールの前記信号光受光手段が受光した前記光のエネルギー値と前記参照光受光手段が受光した前記光のエネルギー値との比に基づき、前記対象ガスの前記濃度を算出する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置におけるガス濃度計測モジュールは、前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、前記ガスセルの一端に配置された光源と、前記ガスセルの他端に配置され、前記光源から放射された光を受光する信号光受光手段および参照光受光手段と、前記導入空間内において、前記光源と前記参照光受光手段との間の光路中に配置され、前記光源から放射された光に対して不活性な不活性ガスが封入された不活性ガス室と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、導入空間内において、光源と参照光受光手段との間の光路中に不活性ガス室を配置したため、光源から放射された光は、導入空間内の対象ガスと、不活性ガスとを通過して参照光受光手段に入射する。更に、光源から放射された光は、導入空間内の対象ガスを通過して信号光受光手段に入射する。このため、参照光受光手段に入射する光が対象ガス中を通る距離は、信号光受光手段に入射する光が対象ガス中を通る距離に比べて、不活性ガスが存在している空間の分だけ短くなる。従って、信号光受光手段および参照光受光手段によって、対象ガスを通る距離が異なる光、即ち、対象ガスによる吸収量が異なる光を同時に測定することができる。
【００１２】
また、この発明では、引用文献１に記載されたガス濃度算出装置のように被測定ガスと同種のガスが封入された比較ガス室などを用いることなく、多種多様なガス濃度を測定することができる構成である。また、複数ガス同時計測も可能である。
【００１３】
また、この発明では、光路長を変化させるために振動等を伴わず、当該振動による位置ずれや付加的なノイズなどが無いので、ガス濃度計測モジュールの光検出精度の低下を防止できる。
【００１４】
また、前記不活性ガスは、アルゴン、キセノン、窒素の少なくともいずれかを含むものであることが好ましい。
【００１５】
この発明では、アルゴン、キセノン、窒素を光が通るときに減衰しない現象を用いて、対象ガスを通る距離が異なる光を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係るガス濃度算出装置は、ガス濃度計測モジュールおよびガス濃度算出モジュールを備え、対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置であって、前記ガス濃度計測モジュールは、前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、前記ガスセルの一端に配置された光源と、前記ガスセルの他端側において、前記光源から放射された光を受光するものであって、前記光源から放射された光が前記導入空間内を通る距離が異なる位置に配置された信号光受光手段および参照光受光手段と、を備え、前記ガス濃度算出モジュールは、前記ガス濃度計測モジュールの前記信号光受光手段が受光した前記光のエネルギー値と前記参照光受光手段が受光した前記光のエネルギー値との比に基づき、前記対象ガスの前記濃度を算出する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置におけるガス濃度計測モジュールは、前記対象ガスが導入される導入空間を形成するガスセルと、前記ガスセルの一端に配置された光源と、前記ガスセルの他端側において、前記光源から放射された光を受光するものであって、前記光源から放射された光が前記導入空間内を通る距離が異なる位置に配置された信号光受光手段および参照光受光手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明では、信号光受光手段および参照光受光手段を、光源から放射された光が導入空間内を通る距離が異なる位置に配置したため、信号光受光手段および参照光受光手段のうちの一方には、他方に比べて、対象ガスを通った距離が短い光が入射する。従って、信号光受光手段および参照光受光手段によって、対象ガスを通る距離が異なる光、即ち、対象ガスによる吸収量が異なる光を同時に測定することができる。
【００１９】
また、この発明では、引用文献１に記載されたガス濃度算出装置のように被測定ガスと同種のガスが封入された比較ガス室などを用いることなく、吸収量の異なる光を測定することができる構成であり、多種多様なガスの濃度を測定することができる。また複数ガス同時計測も可能である。
【００２０】
また、この発明では、光路長を変化させるために振動等を伴わず、当該振動による位置ずれや付加的なノイズなどが無いので、ガス濃度計測モジュールの光検出精度の低下を防止できる。
【００２１】
また、前記光源と前記受光手段との間の光路上に配置され、所定波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタを更に備えることが好ましい。
【００２２】
この発明では、バンドパスフィルタにより信号光受光手段および参照光受光手段がそれぞれ受光する光を同一波長とすることができ、信号光受光手段および参照光受光手段がそれぞれ受光する光の波長が異なることによる光検出精度の低下を防止できる。
【００２３】
また、前記光源は、赤外線を放射するものであることが好ましい。
【００２４】
この発明では、赤外線が対象ガスを通るときにエネルギーが減衰する現象を用いて、対象ガスの濃度を算出することができる。
【００２５】
また、前記対象ガスは二酸化炭素であることが好ましい。
【００２６】
この発明では、光が二酸化炭素等の対象ガスを通るときにエネルギーが減衰する現象を用いて、対象ガスの濃度を算出することができる。
【００２７】
また、前記対象ガスの前記濃度と前記比との相関関係を示すデータベースまたは近似式を予め格納する格納手段を更に備え、前記ガス濃度算出モジュールは、前記データベースまたは前記近似式に基づき、前記比に相応する前記濃度を算出する、ことが好ましい。
【００２８】
この発明では、予め用意したデータベースまたは近似式に基づき、対象ガスの濃度を精度よく算出することができる。
【００２９】
また、前記対象ガスの異なる前記受光手段を複数備える前記ガス濃度計測モジュールと、複数の前記受光手段に対応する複数の前記ガス濃度算出モジュールを備えることが好ましい。
【００３０】
この発明では、対象ガスの異なるガス濃度計測モジュールを複数備えることで、複数のガスの濃度を同時に精度よく算出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、多種多様なガス濃度を同時により精度よく算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態に係るガス濃度算出装置を示す断面図である。
【図２】濃度と比の相関関係を示すデータベースを表す図である。
【図３】濃度と比の相関関係を示すグラフを表す図である。
【図４】ガス濃度算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】ガス濃度算出装置の変形例を示す断面図である。
【図６】実施形態に係るガス濃度算出装置の変形例を示す断面図である。
【図７】実施形態に係るガス濃度算出装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るガス濃度算出装置およびガス濃度計測モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３４】
（ガス濃度算出装置１の全体構成）
まず、本実施形態に係るガス濃度算出装置１の全体構成について説明する。図１は、ガス濃度算出装置を示す断面図である。ガス濃度算出装置１は、赤外光源２１（特許請求の範囲の「光源」に相当）からの赤外光を受光し、そのエネルギーを測定するガス濃度計測モジュール２と、ガス濃度計測モジュール２による測定結果に基づいてガス濃度を算出する算出回路３（特許請求の範囲の「ガス濃度算出モジュール」に相当）と、算出回路３がガス濃度を算出する際の情報を格納している格納部４（特許請求の範囲の「格納手段」に相当）とを含んで構成され、対象ガスの濃度を算出するものである。算出回路３によって算出されたガス濃度は、図示しない制御装置などに出力され、例えば空調システムなどの制御に利用される。なお、本実施形態では、ガス濃度計測モジュール２に導入されるサンプルガス中の二酸化炭素を濃度算出の対象ガスとした場合の例について説明する。
【００３５】
ガス濃度計測モジュール２は、内部にサンプルガス５０が導入される導入空間１１を形成するガスセル１０と、ガスセル１０の一端に配置された光源部２０と、ガスセル１０の他端に配置されて光源部２０から放射された光を受光する受光部３０（特許請求の範囲の「信号光受光手段および参照光受光手段」に相当）とを含んで構成される。
【００３６】
ガスセル１０は、ガスセル１０の一端側に、導入空間１１内にサンプルガス５０を導入するためのガス導入部１２が設けられ、ガスセル１０の他端側に、導入空間１１内のサンプルガス５０を外部へ排出するためのガス排出部１３が設けられている。なお、図１に示すように出入り口を設けずに多数の穴あき形状でもよい。
【００３７】
光源部２０は、ガスセル１０に結合される筐体２５と、筐体２５内に配置された赤外光源２１と、筐体２５において赤外光源２１と対向する部位に形成されて赤外光源２１が放射する赤外光を筐体２５の外部へ導くための開口部２６と、開口部２６を覆うバンドパスフィルタ２２および窓部材２３と、を含んで構成される。赤外光源２１から放射された赤外光は、窓部材２３、バンドパスフィルタ２２を通ってガスセル１０内に導入される。ここで、赤外光源２１は、４．２μｍ〜４．３μｍの波長域の光を放射するものを用いる。また、バンドパスフィルタ２２は、４．２μｍ〜４．３μｍの波長域の光のみが透過するものを用いる。また、窓部材２３は、赤外線に対して高い透過性を有する材料によって構成されている。なお、後述の窓部材３９，４３についても、窓部材２３と同様の構成とする。
【００３８】
受光部３０は、基板３５上に配置された参照光受光素子３１（特許請求の範囲の「参照光受光手段」に相当）および信号光受光素子３２（特許請求の範囲の「信号光受光手段」に相当）と、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２を覆うキャップ３６と、キャップ３６から参照光受光素子３１と信号光受光素子３２の間の領域に延びる仕切壁３７と、キャップ３６における参照光受光素子３１および信号光受光素子３２と対向する部位にそれぞれ形成された開口部３８と、開口部３８を覆う窓部材３９と、を含んで構成される。参照光受光素子３１および信号光受光素子３２は、受光した赤外光のエネルギー値を、算出回路３へ出力する。
【００３９】
また、ガスセル１０の導入空間１１内において、赤外光源２１と参照光受光素子３１との間の光路中に、不活性ガス室４０が配置される。不活性ガス室４０内には、赤外光源２１から放射される赤外光に対して不活性な不活性ガス４１が封入されている。不活性ガス室４０は、導入空間１１内における受光部３０側の端部に配置されている。また、不活性ガス室４０は、赤外光源２１からの赤外光が入射する側の端部に窓部材４３が配置されている。図示はしないが、バンドパスフィルタ２２を図１に示した位置に設けない場合には、図１の窓部材３９の場所にバンドパスフィルタを設けても良い。つまり、バンドパスフィルタの配置場所は、光源部２０と受光部３０との間の光路上に配置されるのであれば、特に限定はしない。なお、不活性ガス４１として、赤外光源２１から放射された赤外光（４．２μｍ〜４．３μｍの波長）に対して吸収しない（不活性）ガス、例えば、アルゴンやキセノン等の不活性ガス、窒素などを用いる。特に、窒素またはアルゴンを用いることが好ましい。なぜなら、化学的に安定でコスト面でもメリットがあるためである。
【００４０】
以上の構成により、赤外光源２１から放射された赤外光のうち、参照光受光素子３１に入射する赤外光は、導入空間１１中のサンプルガス５０と不活性ガス室４０中の不活性ガス４１を通る。信号光受光素子３２に入射する赤外光は、導入空間１１中のサンプルガス５０を通る。従って、参照光受光素子３１によって受光される赤外光は、信号光受光素子３２によって受光される赤外光よりも、サンプルガス５０内を通る距離が不活性ガス４１が存在している空間の分だけ短くなる。即ち、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２によって、サンプルガス５０の二酸化炭素による吸収量が異なる赤外光を同時に受光することができる。ここでは、図１に示すように、サンプルガス５０中の二酸化炭素分子５１により、赤外光が吸収される。
【００４１】
（格納部４の格納情報）
次に、格納部４が格納する情報について説明する。格納部４には、二酸化炭素の濃度と、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２が受光する赤外光のエネルギー値の比と、の相関関係を示す近似式が予め格納されている。
【００４２】
一般に、光源からの赤外線エネルギー値をＩ０、受光手段に到達する赤外線エネルギー値をＩ、光源から受光手段までの光路長さをｌ、対象ガスの濃度をＣ、吸収係数をμとすると、ランバート・ベールの法則により、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μ・Ｃ・ｌ）…（１）
【００４３】
上記関係に基づき、ランバート・ベールの法則を用いて、各二酸化炭素の濃度毎に、参照光受光素子３１が受光したエネルギー値Ａと、信号光受光素子３２が受光したエネルギー値Ｂとを予め算出する。つまり、既知のＩ０，μ，Ｃ，ｌを上記式（１）に代入し、Ｉを求めることにより、エネルギー値Ａ，Ｂを算出する。更に、エネルギー値Ｂとエネルギー値Ａの比（Ｂ／Ａ）を算出する。これらの算出した値と、二酸化炭素の濃度とを対応付け、図２に示すように、二酸化炭素の濃度とエネルギー値の比の相関関係を示すデータベースを作成する。更に、図２に示すデータベースより、図３に示す二酸化炭素の濃度とエネルギー値の比の相関関係を示すグラフを求め、エネルギー値の比（Ｂ／Ａ）と二酸化炭素の濃度との近似式（例えば、濃度＝ｆ（比））を算出する。算出した近似式は、格納部４に格納しておく。
【００４４】
なお、本実施形態では、赤外光源２１から参照光受光素子３１へ入射する赤外光がサンプルガス５０中を通る距離を例えば２Ｌとし、赤外光源２１から信号光受光素子３２へ入射する赤外光がサンプルガス５０を通る距離を例えば３Ｌとすることで、光路長を異ならせる。また、図２のデータベースでは、データベース作成の便宜上、二酸化炭素の濃度がゼロｐｐｍの時のエネルギー値Ａ，Ｂが１となるように規格化してある。
【００４５】
参照光受光素子３１が受光したエネルギー値Ａと信号光受光素子３２が受光したエネルギー値Ｂの比と、二酸化炭素の濃度とが対応していることにより、図２のデータベースや、近似式を用いることにより、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２が実際に受光した光のエネルギー値の比に基づいて、二酸化炭素の濃度を算出することができる。
【００４６】
（二酸化炭素の濃度算出処理）
次に、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２が受光した光のエネルギー値より、算出回路３が、二酸化炭素の濃度を算出する処理の流れについて説明する。なお、算出回路３は、ＣＰＵ等を含んで構成された回路である。図４は、二酸化炭素濃度算出処理の流れを示すフローチャートである。
【００４７】
ステップＳ１０１において算出回路３は、参照光受光素子３１で受光された光のエネルギー値Ａと信号光受光素子３２で受光された光のエネルギー値Ｂとを取得する。
【００４８】
次に、ステップＳ１０２において算出回路３は、取得したエネルギー値Ｂとエネルギー値Ａの比（Ｂ／Ａ）を算出する。ステップＳ１０３において算出回路３は、格納部４に格納された近似式を用いて、ステップＳ１０２で算出した比（Ｂ／Ａ）から二酸化炭素の濃度を算出する。近似式を用いて濃度を算出することにより、算出処理を容易に行うことができる。
【００４９】
ステップＳ１０４において算出回路３は、算出された二酸化炭素の濃度を示す信号を、図示しない制御装置などに出力する。二酸化炭素の濃度を示す信号は、例えば、制御装置において空調の制御等に利用される。
【００５０】
（本実施形態の作用・効果）
本実施形態では、導入空間１１内において、赤外光源２１と参照光受光素子３１との間の光路中に不活性ガス４１を配置したため、赤外光源２１から放射された赤外光は、導入空間１１内のサンプルガス５０と、不活性ガス４１とを通過して参照光受光素子３１に入射する。更に、赤外光源２１から放射された赤外光は、導入空間１１内のサンプルガス５０を通過して信号光受光素子３２に入射する。
【００５１】
このため、参照光受光素子３１に入射する赤外光がサンプルガス５０中を通る距離は、信号光受光素子３２に入射する赤外光がサンプルガス５０中を通る距離に比べて不活性ガス４１が存在している空間の分だけ短くなる。従って、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２によって、サンプルガス５０中を通る距離が異なる赤外光、即ち、サンプルガス５０内の二酸化炭素による吸収量が異なる赤外光を同時に測定することができる。
【００５２】
また、ガス濃度算出装置１は、引用文献１に記載されたガス濃度算出装置のように被測定ガスと同種のガスが封入された比較ガス室などを用いることなく、吸収量の異なる光を測定することができる構成であり、多種多様なガスの濃度を測定することができる。また多種同時計測も可能である。
【００５３】
また、光路長を変化させるために振動等を伴わず、当該振動による位置ずれや付加的なノイズなどが無いので、ガス濃度計測モジュール２の光検出精度の低下を防止できる。
【００５４】
また、不活性ガス室４０に封入する不活性ガス４１として、アルゴン、キセノン、窒素を用いることにより、これらのガス中を赤外光が通るときに減衰しない現象を用いて、サンプルガス５０を通る距離が異なる赤外光を得ることができる。
【００５５】
また、バンドパスフィルタ２２により、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２がそれぞれ受光する光を同一波長とすることができ、参照光受光素子３１および信号光受光素子３２がそれぞれ受光する光の波長が異なることによる光検出精度の低下を防止できる。
【００５６】
また、赤外光源２１が赤外線を放射することにより、赤外線がサンプルガス５０を通るときに二酸化炭素によってエネルギーが減衰する現象を用いて、サンプルガス５０中の二酸化炭素の濃度を算出することができる。
【００５７】
また、赤外光がサンプルガス５０中の二酸化炭素を通るときにエネルギーが減衰する現象を用いて、サンプルガス５０中の二酸化炭素の濃度を算出することができる。
【００５８】
予め、格納部４内に近似式を格納しておくことにより、近似式に基づいて対象ガスの濃度を精度よく算出することができる。
【００５９】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００６０】
例えば、図４のステップＳ１０３において、算出回路３は近似式を用いて二酸化炭素の濃度を算出するものとしたが、近似式を用いずに二酸化炭素の濃度を算出してもよい。この場合、予め、図２に示すデータベースをテーブル化したものを格納部４に格納しておく。算出回路３は、取得したエネルギー値Ａとエネルギー値Ｂを、格納部４に格納されたテーブルと比較し、該テーブルより濃度を直接算出してもよい。この場合には、図２に示すデータベースよりエネルギーの比（Ｂ／Ａ）と二酸化炭素の濃度との間の近似式を算出するまでもなく、テーブルを用いて濃度を算出することができる。
【００６１】
また、不活性ガス室４０を用いずに、サンプルガス５０中を通る光の光路長を変更することができる。例えば、図５に示すガス濃度算出装置１Ａのように、ガスセル１０Ａの形状に段差を設け、参照光受光素子３１Ａを信号光受光素子３２Ａよりも赤外光源２１側に配置してもよい。
【００６２】
このように、参照光受光素子３１Ａおよび信号光受光素子３２Ａを、赤外光源２１から放射された赤外光が導入空間１１Ａ内を通る距離が異なる位置に配置したため、参照光受光素子３１Ａには、信号光受光素子３２Ａに比べて、サンプルガス５０を通った距離が短い赤外光が入射する。従って、参照光受光素子３１Ａおよび信号光受光素子３２Ａによって、サンプルガス５０を通る距離が異なる光、即ち、サンプルガス５０内の二酸化炭素による吸収量が異なる赤外光を同時に測定することができる。
【００６３】
なお、上記実施形態では、ガス濃度算出装置１，１Ａによって二酸化炭素の濃度を算出する場合について説明したが、これ以外のガスの濃度を算出可能であることはいうまでもない。また、濃度を測定しようとするガスに応じて、光源やバンドパスフィルタの種類を適宜追加することにより、複数のガスの濃度を同時に算出することができる。また、赤外光源２１から参照光受光素子３１へ入射する赤外光がサンプルガス５０中を通る距離を２Ｌとし、赤外光源２１から信号光受光素子３２へ入射する赤外光がサンプルガス５０を通る距離を３Ｌとしたが、これに限定されるものではなく、濃度を測定しようとするガスの測定レンジや精度などから適宜最適化を行うことができる。
【００６４】
ここで、図６に複数種類のガスが混在したサンプルガスのガス濃度を検出するための変形例を示す。上述のように種類の異なるガスの濃度を算出するには、複数の被測定ガスのそれぞれに吸収される異なる波長の光をガスセル内にそれぞれ放射する光源と、それぞれの光源からの光がサンプルガスを通過する領域において光路長の異なる２つの光路を構成するように参照光受光素子と信号光受光素子とを配置した検出部と、を１ユニットとして、それぞれのユニットにおいてガス濃度を測定する必要がある。そこで、本願のガス濃度計測モジュールにおいて、不活性ガス室及び参照光受光素子と、信号光受光素子とを一対とした検出部を複数用い、各検出部それぞれにガス濃度算出モジュールを接続することで、実現可能である。図６には、一例として４種類のガスが混在したサンプルガスのガス濃度を測定するガス濃度算出装置１Ｂを例示している。
【００６５】
図６に示すように、ガス濃度算出装置１Ｂは、対象ガスの異なる受光部１３０Ａ〜１３０Ｄを備えるガス濃度計測モジュール２Ａと、受光部１３０Ａ〜１３０Ｄに対応するガス濃度算出モジュール（算出回路３Ａ〜３Ｄ及び格納部４Ａ〜４Ｄ）を備える。ガスセル１１０の一端側にはそれぞれ異なる波長の光を放射する光源１２１Ａ〜１２１Ｄが配置されている。各光源１２１Ａ〜１２１Ｄから放射された光は、それぞれ受光部１３０Ａ〜１３０Ｄにおいて受光される。なお、放射する光の波長範囲が広く、各対象ガスの吸収に利用できる波長域を含むものであれば、一つの光源を用いることができる。
【００６６】
受光部１３０Ａ〜１３０Ｄは、それぞれ参照光受光素子１３１Ａ〜１３１Ｄと信号光受光素子１３２Ａ〜１３２Ｄとを備えている。光源１２１Ａ〜１２１Ｄと、参照光受光素子１３１Ａ〜１３１Ｄとの間の光路中に、光源１２１Ａ〜１２１Ｄから放射された光に対してそれぞれ不活性な不活性ガスが封入された不活性ガス室１４０Ａ〜１４０Ｄが配置されている。ここで、不活性ガス室１４０Ａ〜１４０Ｄ及び参照光受光素子１３１Ａ〜１３１Ｄと、信号光受光素子１３２Ａ〜１３２Ｄと、をそれぞれ１対として検出部が構成されている。また、各検出部が測定対象とするガスが吸収する波長の光を透過させ、それ以外の波長の光を遮断するバンドパスフィルタ１２２Ａ〜１２２Ｄが、各光源１２１Ａ〜１２１Ｄの前面にそれぞれ配置される。なお、各検出部毎に算出されるガス濃度の算出方法については、上述のアルゴリズムと同じである。
【００６７】
また、図７に、不活性ガス室を用いずに、光源から参照光受光素子までの距離と、光源から信号光受光素子までの距離を異ならせたものとして、４種類のガスが混在したサンプルガスのガス濃度を測定するガス濃度算出装置１Ｃを例示している。つまり、ガスセル２１０の形状に段差を設け、光源１２１Ａから放射された光を受光する受光部２３０Ａにおいて、参照光受光素子２３１Ａを信号光受光素子２３２Ａよりも光源１２１Ａ側に配置したものである。同様に、光源１２１Ｂ〜１２１Ｄから放射された光をそれぞれ受光する各受光部２３０Ｂ〜２３０Ｄについても、参照光受光素子２３１Ｂ〜２３１Ｄを信号光受光素子２３２Ｂ〜２３２Ｄよりもそれぞれ光源１２１Ｂ〜１２１Ｄ側に配置したものである。
【００６８】
また、ガス濃度算出装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃで算出されたガスの濃度は、空調の制御以外にも、ガスの濃度を算出する様々な機器に適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ガス濃度算出装置、２，２Ａ…ガス濃度計測モジュール、３，３Ａ〜３Ｄ…算出回路、１０，１０Ａ，１１０，２１０…ガスセル、１１，１１Ａ…導入空間、２０…光源部、２１…赤外光源、２２，１２２Ａ〜１２２Ｄ…バンドパスフィルタ、３０，１３０Ａ〜１３０Ｄ，２３０Ａ〜２３０Ｄ…受光部、３１，３１Ａ，１３１Ａ〜１３１Ｄ，２３１Ａ〜２３１Ｄ…参照光受光素子、３２，３２Ａ，１３２Ａ〜１３２Ｄ，２３２Ａ〜２３２Ｄ…信号光受光素子、４０，１４０Ａ〜１４０Ｄ…不活性ガス室、４１…不活性ガス、１２１Ａ〜１２１Ｄ…光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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