(57)【要約】【課題】  構成が簡素でありながら、信頼性の高い測定結果を自動的に得ることができるガス量測定装置を提供する。【解決手段】  本発明のガス量測定装置は、予め水が溜められる水槽（３）と、水槽上において開口を下方に向けた倒立姿勢で、開口の部分が水槽内の水に浸漬する高さに配置され、内部には予め開口よりも上方のレベルまで水槽内の液体が収容されるメスシリンダ（４）と、メスシリンダ内にガスを供給するガス管（６）とを備えたガス量測定装置において、水槽が載置される電子天秤（２）と、メスシリンダから水槽に水が押し出されたときに、その押し出された水の質量分だけ電子天秤にかかる質量が増加するように、メスシリンダを倒立姿勢の状態で水槽上に支持する支持台（５）とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2008039634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め内部に液体が収容されたガス捕集容器と、
このガス捕集容器内にガスを供給するガス管と
を備え、前記ガス管からのガスの供給に伴い、その供給されたガスが前記ガス捕集容器内の液体と置換され、置換された該液体が前記ガス捕集容器から押し出されるように構成されたガス量測定装置において、
前記ガス捕集容器から押し出された液体の質量を測定する質量計を備えたことを特徴とするガス量の測定装置。
【請求項２】
前記質量計に載置される液槽と、
前記ガス捕集容器から前記液槽に液体が押し出されたときに、その押し出された液体の質量分だけ前記質量計にかかる質量が増加するように、前記ガス捕集容器を支持する支持台と
をさらに備えた請求項１に記載のガス量測定装置。
【請求項３】
前記質量計が、その測定結果をコンピュータで取得可能な質量データとしてリアルタイムに出力する請求項１又は２に記載のガス量測定装置。
【請求項４】
ガスを供給するガス源と、予め内部に液体が収容され、前記ガス源から供給されるガスを前記液体と置換して内部に捕集する一方、その置換された液体を外部に押し出すガス捕集容器とを用いたガス量測定方法において、該ガス捕集容器から押し出される液体の質量を観測し、この観測結果に基づいて、前記ガス源から供給されるガスの供給量の変化を求めることを特徴とするガス量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス量を測定するガス量測定方法と、このガス量測定方法の実施に適したガス量測定装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、特許文献１が開示するガス量測定装置の要部を再現する。この装置は、予め水が溜められる水槽１１と、この水槽１１上において開口１２ａを下方に向けた倒立姿勢で、開口１２ａの部分が水槽１１内の水に浸漬する高さに配置され、内部には予め開口１２ａよりも上方のレベルまで水槽１１内の水が収容されるメスシリンダ１２と、このメスシリンダ１２内にガスを供給するガス管１３とを備える。メスシリンダ１２は、倒れないように水槽１１に支持され、かつ固定されている。
【０００３】
このガス量測定装置によると、ガス管１３からのガスの供給に伴い、その供給されたガスがメスシリンダ１２内の水と置換され、置換された水がメスシリンダ１２から水槽１１に押し出されることにより、メスシリンダ１２の液面が低下する。このため、メスシリンダ１２の液面のレベルを、メスシリンダ１２に予め付された目盛りから目視で読み取ることにより、ガス管１３より供給されたガスの量を測定することができる。
【０００４】
なお、上記ガス量測定装置以外にも、例えば特許文献２に、測定対象のガスを水上置換により捕集する装置が開示されている。いずれの装置においても、水上置換により容器（例えば、メスシリンダ）に捕集したガスの量を、その容器に付された目盛りを目視で読み取ることにより測定することとされていた。
【０００５】
ところが、上記各装置では、目視で液面のレベルを読み取るため、目盛りの読み取りを誤ってしまう可能性、及び測定者によって読み取り精度にばらつきが生じる可能性がある。また、試料から生成されるガス量の時間的変化を測定しようとする場合、ある時間間隔でメスシリンダの目盛りを読み取って記録する作業が必要となるため、測定者を長時間拘束しなければならない。
【０００６】
そこで、例えば特許文献３は、水上置換法によりガスを捕集する捕集容器に一対の電極を対向配置し、ガスの捕集に伴って捕集容器の液面が低下することに起因した電極間の静電容量の変化に基づいてガス量を測定することを提案する。電極間の静電容量の変化は、それら電極間に交流信号を印加する発振器と、この発振器から出力される交流信号の周波数を計測するカウンタと、カウンタの検出結果を出力する表示装置とを用いて測定される。
【特許文献１】特開平２−９５４４６号公報（第２図）
【特許文献２】特許第３０９８６０８号公報（第２図）
【特許文献３】特開平６−３１７４４６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３の装置によると、自動的にガス量を測定できるため、測定者を長時間拘束しなくて済むとともに、ガス量の測定結果が表示出力されるため、液面のレベルを目視で読み取る作業が不要となる等の利点があるものの、電極が貼り付けられた構造をもつ捕集容器が必要であり、しかも電極間の静電容量を測定するためには、発振器、周波数カウンタ、表示装置、及びそれらを接続する配線が少なくとも必要となるため部品点数が多くかつ装置構成が複雑になりやすいという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、構成の簡素な装置を用いながら、目視で液面のレベルを読み取る場合よりも信頼性の高い測定結果を得ることができるガス量測定技術を提供することにある。また、本発明の目的は、構成の簡素な装置を用いながら、ガス量を自動的に測定することができるガス量測定技術を提供することにある
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、予め内部に液体が収容されたガス捕集容器（４）と、このガス捕集容器内にガスを供給するガス管（６）とを備え、前記ガス管からのガスの供給に伴い、その供給されたガスが前記ガス捕集容器内の液体と置換され、置換された該液体が前記ガス捕集容器から押し出されるように構成されたガス量測定装置において、前記ガス捕集容器から押し出された液体の質量を測定する質量計（２）を備えたことを特徴とするガス量の測定装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、予め液体が溜められる液槽（３）と、前記液槽上において開口を下方に向けた倒立姿勢で、少なくとも該開口の部分が前記液槽内の液体に浸漬するように配置され、内部には予め該開口よりも上方のレベルまで前記液槽内の液体が収容されるガス捕集容器（４）と、前記ガス捕集容器内にガスを供給するガス管（６）とを備え、前記ガス管からのガスの供給に伴い、その供給されたガスが前記ガス捕集容器内の液体と置換され、置換された該液体が前記ガス捕集容器から前記液槽に押し出されるように構成されたガス量測定装置において、前記液槽が載置される質量計（２）と、前記ガス捕集容器から前記液槽に液体が押し出されたときに、その押し出された液体の質量分だけ前記質量計にかかる質量が増加するように、前記ガス捕集容器を前記倒立姿勢の状態で前記液槽上に支持する支持台（５）とを備えたことを特徴とするガス量測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
測定対象とするガスの供給量の変化を、質量計の測定値の変化に反映させることが可能となる。質量計の出力からガスの供給量の変化を把握する場合、液面の位置と目盛りの位置とを目視で照合する作業が不要となるため、かかる作業を要していた従来技術に比べると、読み取りを誤ってしまう可能性、及び測定者によって読み取り精度にばらつきが生じる可能性を低減することができ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、質量に基づいてガス量を測定するため、静電容量に基づいてガス量を測定していた従来技術に比べると、電極や発振器等が不要となって、装置構成の簡素化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるガス量測定装置を示す。例えばＲＳ２３２Ｃケーブルによってパーソナルコンピュータ１とデータ通信可能に接続された電子天秤２の上に、ビーカで構成される水槽３が載置されている。水槽３には、予め水が溜められている。水槽３上には、メスシリンダ４が、その開口４ａを下方に向けた倒立姿勢で、少なくとも開口４ａの部分が水槽３内の水に浸漬する高さに配置されている。メスシリンダ４の内部には、予め開口４ａよりも上方のレベルまで水槽３内の水が収容されている。メスシリンダ４内の水と、水槽３内の水とはメスシリンダ４の開口４ａを介して流通自在となっている。
【００１３】
支持台５が、メスシリンダ４を支持している。具体的には、支持台５は、メスシリンダ４の胴部直径よりも広く、メスシリンダ４の底部座板４ｂの直径よりも狭い間隔をあけて配置された一対の梁５ａ及び５ｂを有していて、メスシリンダ４は、その底部座板４ｂを梁５ａ及び５ｂに載せた状態で、それら梁５ａ及び５ｂの間に嵌っている。
【００１４】
ガス管６が、水槽３内を経由して開口４ａからメスシリンダ４内に挿入されている。ガス管６は、測定対象となるガスを生成するガス源７に接続されていている。ガス源７は、ガスを生成する状態に調整された試料７ａと、この試料７ａを収容した気密な試料容器７ｂと、この試料容器７ｂが収容され、試料７ａの温度を所望の温度に調整する温度調整器７ｃとよりなる。試料容器７ｂに、ガス管６が接続されている。なお、温度調整器７ｃは、例えば恒温器よりなる。試料７ａの温度管理が不要な場合は、温度調整器７ｃが不要であることはいうまでもない。
【００１５】
以上説明したガス量測定装置の作用は次の通りである。前提として、電子天秤２の測定結果は質量データとしてパーソナルコンピュータ１にリアルタイムに出力されるようになっている。ガス源７でガスが生成されると、その生成されたガスが、ガス管６を通ってメスシリンダ４内に吐出される。ガス管６から吐出されたガスは水上置換によりメスシリンダ４に捕集され、捕集されたガスと置換された水が、メスシリンダ４から水槽３に押し出される。即ち、ガス管６からガスが吐出されるたびに、その吐出されたガスの体積に応じた体積の水がメスシリンダ４から水槽３に押し出される。
【００１６】
支持台５がメスシリンダ４を支持しているため、図１の状態では、メスシリンダ４の質量と、メスシリンダ４内に収容された水のうち水槽３の液面よりも高い部分ある水の質量とは、電子天秤２には加わらず、メスシリンダ４から水槽３に水が押し出されるたびに、その押し出された水の質量分だけ電子天秤２に加わる質量が増加する。メスシリンダ４からは、ガス管６から吐出されるガスの体積に応じた体積の水が押し出されるため、電子天秤２の測定値の時間的変化から、ガス管６から吐出されるガスの量（体積）の時間的変化を把握することができる。
【００１７】
なお、図４に示した従来の装置は、質量計を備えない点で、図１の装置と相違するのは勿論であるが、仮に図４において、水槽１１を電子天秤に載置したとしても、メスシリンダ１２の荷重が水槽１１に加わっているため、メスシリンダ１２から水槽１１に水が押し出されることによっては電子天秤の測定値は変化しない。測定対象とするガスの供給量の変化を、質量計の測定値の変化に反映させることができるようにした点が、図１に示すガス量測定装置の最大の特徴である。
【００１８】
また、図１の装置では、ガス量の測定開始のときに、電子天秤２に対して、そのときの電子天秤２の測定値をゼロ点とし、以降はそのゼロ点に対する相対質量が出力されるように、ゼロ点設定操作を行っておけば、電子天秤２の測定結果を水の密度（単位体積あたりの質量）で割ることにより、各時点でのガスの累積供給量を知ることができる。
【００１９】
なお、この場合は、メスシリンダ４から押し出される水の体積が、ガス管６から吐出されるガスの体積に等しいと近似し、かつ水の密度を１[ｇ／ｃｃ]とすれば、電子天秤２において［ｇ］の単位で出力された数値の時系列データ（質量データ）を、そのままガスの累積供給量を［ｃｃ］の単位で表したものとして取り扱える。さらに、電子天秤２から出力された時系列データ（質量データ）をパーソナルコンピュータ１において微分（差分）すれば、各時点でガス源７において生成されたガス量を知ることもできる。
【００２０】
但し、メスシリンダ４内の気圧は、試料容器７ｂ内の気圧とは異なる。即ち、図１のように、メスシリンダ４の液面が、水槽３の液面よりも上方に位置するときは、メスシリンダ４内のガスは大気圧よりも低い圧力に減圧（膨張）される。一方、図示はしないが、メスシリンダ４の液面が、水槽３の液面よりも下方に位置するときは、メスシリンダ４内のガスは大気圧よりも高い圧力に加圧（圧縮）される。このように、メスシリンダ４内では、捕集されたガスが大気圧よりも圧縮又は膨張された状態となるため、厳密には、ガス管６から吐出されたガスの体積と等しい体積の水がメスシリンダ４から押し出される訳ではない。そこで、メスシリンダ４内でガスが圧縮又は膨張されることに起因したガス量の測定誤差を補正するための補正演算処理を、質量データに対して施すようにしてもよい。補正演算や微分（差分）処理は、パーソナルコンピュータ１にて行うことができる。
【００２１】
なお、図１の装置では、メスシリンダ４の液面が、開口４ａの位置に達するまでガス量の測定を行える。メスシリンダ４がその内部に捕集したガスの浮力によって上方に変位してしまうことを阻止するために、メスシリンダ４を固定手段によって支持台５に固定してもよい。ここで固定手段とは、ボルト及びナットは勿論、ガムテープ等も含む概念とする。
【００２２】
但し、メスシリンダ４に作用しうる最大浮力（メスシリンダ４内の、メスシリンダ４の開口４ａのレベルから水槽３の開口のレベルまでの容積と等しい容積の水の質量）が、メスシリンダ４の質量以下となるような関係に、水槽３に対するメスシリンダ４の配置高さを決めておくと、上記固定手段を用いなくても、メスシリンダ４の浮上を回避できる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態のガス量測定装置によると、測定対象とするガスの供給量の変化を、電子天秤２の測定値の変化に反映させることが可能となる。電子天秤２の出力からガスの供給量の変化を測定することができるため、目視によって液面のレベルを読み取ることを要していた従来技術に比べると、信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、既存の汎用品であるメスシリンダやビーカを用いて装置を構成でき、しかも静電容量によってガス量を測定する場合に必要であった電極や発振器等及びそれらを接続する配線構造が不要となるため、構成の簡素な装置を実現できる。
【００２４】
図２は、他の実施形態によるガス量測定装置を示す。この装置は、一端がガス源７に接続されるガス管６と、このガス管６の他端と気密に接続され、ガス管６から吐出されるガスを捕集する気密容器８であって、予め内部に水が収容され、ガス管６からのガスを水と置換して内部に捕集し、置換された水を外部に押し出す気密容器８と、この気密容器８が載置される支持台９と、気密容器８内の水と水槽３内の水とを流通可能とする水管１０とを備える。水槽３が電子天秤２に載置されている点は、図１の装置と同様である。
【００２５】
要するに、この装置は、図１のメスシリンダ４に代わる気密容器８を支持台９上に載置し、ガス管６を通して気密容器８内にガスが導入されると、その導入されたガスの体積に応じた体積の水が気密容器８内から水管１０を通して水槽３に押し出されるように構成されてなるもので、図１の装置と同様、測定対象のガスと置換された水が水槽３に押し出されることによる電子天秤２の測定結果の増加傾向から、ガス量を測定することができる。
【００２６】
また、気密容器８を水槽３よりも高い位置に配置したので、気密容器８内のガス圧が高くなりすぎることによる測定精度の低下を防止できる。但し、この装置では、気密容器８とガス管６及び水管１０との接続部分をそれぞれゴム栓等よりなる気密構造８ａ及び８ｂとすることが必要であるとともに、水管１０が別途必要となるので、装置構成の簡素化及び部品点数の削減という観点からは、図１の装置の方が優れている。
【００２７】
図３は、さらに他の実施形態によるガス量測定装置を示す。この装置は、図２の装置において、支持台９と水槽３とを省略し、気密容器８を直接電子天秤２に載せたもので、図１及び図２の装置とは異なって、ガス源７で生成されたガス量を電子天秤２の測定結果の減少傾向から求めるようにしたものである。水槽３が不要となるため部品点数を削減できる利点がある。但し、図２の装置と同様、気密容器８とガス管６及び水管１０との接続部分を気密構造８ａ及び８ｂとすることが必要であるため、装置構成の簡素化という観点からいえば、図１の装置の方が優れている。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明は要するに、ガスを供給するガス源と、予め内部に液体が収容され、ガス源から供給されるガスを液体と置換して内部に捕集する一方、その置換された液体を外部に押し出すガス捕集容器とを用いたガス量測定方法において、ガス捕集容器から押し出される液体の質量を観測できるようにし、その観測結果に基づいてガス源から供給されるガスの供給量の変化を把握するようにしたことを特徴とするもので、ガス捕集容器や質量計等の配置関係は、特に図１〜図３に示した関係に限られない。
【００２９】
また、上記各実施形態では、測定対象のガスを捕集するためにそのガスと置換する液体として水を採用したが、測定対象のガスと液体とは、ガスが液体に溶けないか又は溶けにくい関係にあれば特に限定されない。液体として水を採用する場合は、二酸化炭素ガス、水素ガス、又は酸素ガス等を測定対象とすることができる。測定対象がメタンガスの場合は、液体として飽和食塩水を使用することが好ましい。液体としては、水銀を用いることもできる。
【００３０】
また、上記各実施形態では、質量計としての電子天秤が、その測定結果をデジタルデータ（質量データ）としてパーソナルコンピュータに出力するようにしたが、コンピュータは必ずしも必須でない。質量計において、その測定結果が表示出力され、その表示出力を測定員が読み取って記録するようにしてもよい。この場合であっても、メスシリンダの液面の位置を目盛りの位置と照合する作業を要していた従来に比べると、測定結果の信頼性を向上できる。
【００３１】
また、温度調整器７ｃからコンピュータ１に対して、試料７ａの温度を表す温度データが出力されるようにし、コンピュータ１において、ガス量の変化を温度と対応づけて観測できるようにしてもよい。この他、種々の設計変更及び組合せが可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態によるガス量測定装置の概略図。
【図２】本発明の他の実施形態によるガス量測定装置の概略図。
【図３】本発明のさらに他の実施形態によるガス量測定装置の概略図。
【図４】従来のガス量測定装置の要部を示す概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１…パーソナルコンピュータ（コンピュータ）、２…電子天秤（質量計）、３…水槽（液槽）、４…メスシリンダ（ガス捕集容器）、４ａ…開口、５…支持台、５ａ,５ｂ…梁、６…ガス管、７…ガス源、７ａ…試料、７ｂ…試料容器、７ｃ…温度調整器、８…気密容器（ガス捕集容器）、８ａ,８ｂ…気密構造、９…支持台、１０…水管、１１…水槽、１２…メスシリンダ、１２ａ…開口、１３…ガス管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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