(57)【要約】【課題】液相中の溶存ガスの濃度を簡便に計量する。【解決手段】開閉弁１０４を開放した状態でピストン１０５を最小ストローク位置Ｐ１から中間ストローク位置Ｐ２まで移動させて（工程Ｉ）、シリンダ１０２の中に液体を収容した後に開閉弁１０４を閉じてシリンダ１０２内の空間を密閉する（工程ＩＩ）。次いで、ピストン１０５を最大ストローク位置Ｐ３まで移動させて、シリンダ１０２内の密閉空間の容積を拡大することにより減圧する（工程ＩＩＩ）。工程ＩＩから工程ＩＩＩの過程又は工程ＩＩＩで密閉空間内の液体Ｗを加熱し、液体の温度を所定温度Ｔｏまで上昇させる。密閉空間内の液体Ｗは、減圧工程及び加熱工程を経ることにより、溶存ガスを放出し、このガス化に伴う圧力変化によって溶存ガス濃度を計測する。【選択図】  図１
2004219396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶存ガスを含有する一定量の液体を密閉空間に収容する収容工程と、
前記密閉空間を減圧する減圧工程と、
該減圧工程により減圧した前記密閉空間内の液体が所定の温度となるように加熱する加熱工程と、
前記密閉空間内の液体が放出するガスをサンプリングするサンプリング工程と、を含む液相中の溶存ガスのサンプリング方法。
【請求項２】
溶存ガスを含有する液体の源に隣接し且つ該液体源に出入口を通じて連通するシリンダと、該シリンダ内を摺動する容積画成ピストンと、前記出入口を開閉する止栓部材とを用意し、
前記出入口を開放した状態で容積画成ピストンを第１位置まで移動させて前記シリンダ内に第１の密閉空間を作って該シリンダ内に前記液体源の液体を取り込む収容工程と、
前記止栓部材で前記出入口を密閉する密閉空間形成工程と、
前記容積画成ピストンを第２位置まで移動させて前記第１の密閉空間の容積を拡大した第２の密閉空間を作る容積拡大工程と、
該第２の密閉空間を減圧する減圧工程と、
前記第２の密閉空間内の液体を所定温度まで加熱する加熱工程と、
前記第２の密閉空間内の液体が放出するガスをサンプリングするサンプリング工程と、を含む液相中の溶存ガスのサンプリング方法。
【請求項３】
溶存ガスを含有する液体で満たした管体と、該管体を横断する方向に移動可能なスリーブと、該スリーブ内に摺動可能に設けられたピストンとを用意し、
前記スリーブを前記管体内に進出させて該スリーブの開放端を前記管体の側壁に液密状態に当接させると共に前記ピストンを前記スリーブの開放端から所定距離後退させた第１位置に位置決めすることにより、前記スリーブ内に前記液体を収容した所定の容積の密閉空間を形成する密閉空間形成工程と、
該密閉空間内の液体を所定の温度まで加熱する加熱工程と、
前記密閉空間内の液体が放出するガスをサンプリングするサンプリング工程と、を含む液相中の溶存ガスのサンプリング方法。
【請求項４】
溶存ガスを含有する液体で満たした管体と、該管体を横断する方向に移動可能なスリーブと、該スリーブ内に摺動可能に設けられたピストンとを用意し、
前記スリーブを前記管体内に進出させて該スリーブの開放端を前記管体の側壁に液密状態に当接させると共に前記ピストンを前記スリーブの開放端から所定距離後退させた第１位置に位置決めすることにより、前記スリーブ内に前記液体を収容した所定の容積の密閉空間を形成する密閉空間形成工程と、
前記ピストンを前記スリーブの開放端から更に後退させた第２位置に位置決めして、前記スリーブ内の密閉空間の容積を拡大する容積拡大工程と、
該拡大した密閉空間を減圧する減圧工程と、
前記拡大した密閉空間内の液体を所定温度まで加熱する加熱工程と、
前記拡大した密閉空間内の液体が放出するガスをサンプリングするサンプリング工程と、を含む液相中の溶存ガスのサンプリング方法。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか一項に記載のサンプリング方法で得たガスから前記液体に含有する溶存ガスの濃度を検出する工程を有することを特徴とする液相中の溶存ガス濃度計測方法。
【請求項６】
前記検出工程が、前記液体が放出するガスの体積から前記溶存ガスの濃度を検出する、請求項５に記載の液相中の溶存ガス濃度計測方法。
【請求項７】
前記検出工程が、前記液体が放出するガスの圧力又は濃度から前記溶存ガスの濃度を検出する、請求項５に記載の液相中の溶存ガス濃度計測方法。
【請求項８】
前記検出工程により、前記ガスの圧力又は濃度を検出するのに先立ってサンプリングしたガスの体積を小さくする、請求項７に記載の液相中の溶存ガス濃度計測方法。
【請求項９】
前記液体が炭酸水であり、前記加熱工程での所定の温度が約７０℃である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の液相中の溶存ガス濃度計測方法。
【請求項１０】
溶存炭酸ガスを含有する炭酸水の濃度を計測する炭酸ガス濃度計測装置において、
炭酸水を収容可能なシリンダ部材と、
該シリンダ部材の中で摺動して、該シリンダの中に所定量の炭酸水を収容するピストン部材と、
該ピストン部材と同軸に配置され、前記シリンダの入口を閉じて、前記ピストンと協働して前記シリンダ内に所定の容積の密閉空間を形成する止栓部材と、
前記シリンダ内の密閉空間内の炭酸水を所定の温度まで加熱する加熱手段とを有し、
前記密閉空間内に炭酸水を収容した後に、ピストン部材を所定のストローク量移動させて、前記密閉空間の容積を拡大することにより減圧状態を作り、この減圧状態で前記加熱手段により所定温度まで上昇した炭酸水から放出される炭酸ガスから炭酸水に含まれる溶存炭酸ガスの濃度を計測する炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１１】
減圧状態で所定温度まで加熱した炭酸水から放出される炭酸ガスを前記ピストン部材を所定のストローク量移動させることにより圧縮させた後に炭酸水に含まれる溶存炭酸ガスの濃度を計測する、請求項１０に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１２】
前記ピストン部材及び前記止栓部材がカム機構により駆動され、前記ピストン部材を駆動するための第１カムフェースと、前記止栓部材を駆動するための第２カムフェースとが共通のカム部材に形成されている、請求項１０又は１１に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１３】
前記ピストン部材と前記止栓部材のいずれか一方に前記加熱手段が設けられ、他方に圧力検出手段又は濃度検出手段が設けられている、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１４】
炭酸水で満たされた管体内に出没可能なスリーブであって、該管体内に進出したときに該管体を横断して管体の対向壁に液密に当接するスリーブと、
該スリーブ内に挿入されたピストン部材とを有し、
前記スリーブが前記管体内に進出したときに前記ピストン部材と協働して該スリーブ内に炭酸水を収容した所定容量の密閉空間を形成し、
また、
前記密閉空間を減圧する減圧手段と、
前記密閉空間内の炭酸水を所定の温度まで加熱する加熱手段と、
前記密閉空間内を減圧した状態で該加熱手段により炭酸水を加熱することにより該炭酸水が放出する炭酸ガスから炭酸水に含まれる溶存炭酸ガスの濃度を計測する炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１５】
前記密閉空間の減圧が前記ピストン部材を所定のストローク量移動させて前記密閉空間を拡大することにより行われ、
また、減圧状態で所定温度まで加熱した炭酸水から放出される炭酸ガスを前記ピストン部材を所定のストローク量移動させることにより圧縮させた後に炭酸水に含まれる溶存炭酸ガスの濃度を計測する、請求項１４に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１６】
前記スリーブ部材及び前記ピストン部材がカム機構により駆動され、前記スリーブ部材を駆動するための第１カムフェースと、前記ピストン部材を駆動するための第２カムフェースとが共通のカム部材に形成されている、請求項１４又は１５に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１７】
前記減圧が、前記密閉空間に臨んで開口するポートに連通するプランジャー式減圧手段により行われる、請求項１４に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１８】
前記炭酸ガス濃度計測装置が単体の装置としてユニット化されて、炭酸水の源に脱着可能に取り付けることができる、請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【請求項１９】
前記検出手段が検知した圧力又は濃度を圧力信号及び又は濃度信号で出力し、この出力信号を受けて、溶存炭酸ガス濃度を表示するモニタを更に有する請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の炭酸ガス濃度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動又は滞留する液体中の溶存ガスの濃度を計測する方法及びその装置に関する。本発明は、特に、溶存炭酸ガスを含む液体、典型的には、炭酸水又は炭酸泉の溶存炭酸ガスの濃度を計測するのに好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液相中の溶存炭酸ガスの量つまり濃度を分析する方法は存在しているが、化学分析によるか膜などを介して計測する電気的計測方法であった。これらは作業に時間を要し、また、計測する人は、事実上、専門の知識を有する人に限られていた。また、液相から直接的に溶存炭酸ガスの濃度を計測することのできる計測機は、非常に高価であり、例えば家庭用風呂で炭酸泉を楽しみたい人が溶存炭酸ガス濃度を知りたいとしても、従来の計測機は経済的な理由から手軽に利用できるものではなかった。
【０００３】
また、炭酸水を膜に接触させることにより溶存炭酸ガスの濃度を計測することも知られているが、風呂のように、汚れた水質ではすぐに膜の汚染により機能低下してしまうなど様々な不都合があった。
【０００４】
特開平５―１２６７１１号公報は、液相中に溶存している炭酸ガスの濃度を計測することのできる比較的簡便な方法を提案している。すなわち、この公報には、液体を一定量密閉空間に収納した後、この密閉空間の容積を拡大することにより減圧して液相中から炭酸ガスを放出させ、その際の圧力変化などから液相中の溶存炭酸ガスの量つまり濃度を計測する発明が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
炭酸水を例に説明すると、一般に、このような一定量の液を一定容積に閉じ込めて、この密閉空間を減圧して炭酸ガスをガス化させる方法は確かにガス化が起こり溶存炭酸ガスの一部は気体となり密閉容積内の圧力変化をもたらす。これを電気的に計測して濃度データとして使用する場合、溶存炭酸ガスの飽和濃度値は、水温の影響が極めて大きいため、又計測時の水温によっては、同じ溶存ガス濃度であったとしても放出されるガスの量が変化する。しかも、いちいち水温を計測して補正するのはコスト的にも難しく、又補正してもどの程度液相中に残留しているかが通常の場合、溶存有機物の影響もあり正確には解らない、このため溶存炭酸ガス量を短時間で正確に計測することは実際上難しい。
【０００６】
又、膜などを使用する計測装置の場合は、汚れが表面に付着して目詰まりを起し、炭酸イオンがセンサ内部の他のイオンとの電位変化に比較して数値を確定することができなくなる。又、膜に付着する汚れが、溶存炭酸ガスの検出部に張られたガス透過性膜の透過効率を著しく低下させる。このことから、お風呂のようなヌルや垢などの析出する環境での長期間のメンテナンスフリーは不可能である。また、従来のものは亜硝酸イオンの妨害を除く対策を考える必要があり、また、原水を高純度にろ過し続けてセンサ精度を維持するか、薬剤による膜の洗浄工程が必須である。
【０００７】
数多くの人が入浴する業務用や限定的な人が利用する家庭用の人工炭酸泉の溶存炭酸ガスの濃度を計測する場合に、膜の薬剤洗浄や高価な検出装置の交換などを不要にすることができ且つ効率的に長期間安定して溶存炭酸ガス量を計測したいという要請がある。
【０００８】
また、高濃度炭酸水（例えば２０００ｐｐｍ以上）を工業用洗浄水として使用する場合に、洗浄力の安定化を維持するのに、溶存炭酸ガス濃度を定期的に且つ簡便な方法で計測したいという要請がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡便でありながら長期的に安定して液体中の溶存ガス量を計測するのに好都合な液相中の溶存ガスのサンプリング方法を提供することにある。
本発明の目的は、簡便でありながら長期的に安定して液体中の溶存ガス量を計測することのできる液相中の溶存ガス濃度の計測方法を提供することにある。
本発明の目的は、簡単な構造の液相中の溶存ガス濃度計測装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる技術的課題は、本発明によれば、基本的には、
溶存ガスを含有する一定量の液体を密閉空間に収容し、次いで、前記密閉空間を減圧し、この減圧した密閉空間内の液体が所定の温度となるように加熱することにより液体が放出するガスをサンプリングすることにより達成される。
【００１１】
つまり、密閉空間内に取り込んだ一定量の液体を減圧と加熱工程を通して溶存ガスを放出させて、これを例えば、持ち運び可能な小型のサンプリング容器等に閉じ込めてガスクロマタオグラフィーなどで分析したり、又は、サンプリングしたガスを分析機器に直接的に供給して炭酸ガス濃度を計測したり、または、密閉空間内の圧力をセンサで検出して、センサが出力する電圧を例えば予め設定した計量線に従い変換して、予め用意したモニタなどに濃度表示を行う。これによれば、密閉容器内に取り込んだ液体の温度を常に同じ状態となるように管理してあるため、ターゲットとするガスの溶存ガス飽和濃度を一定に保つことができ、その結果、液体に含まれる溶存ガスの濃度を、液体の温度及び雰囲気温度の影響を受けることなく計測することができる。この計測に膜を使用していないため、煩雑なメンテナンスも必要としない。本発明は、醗酵分野から公害計測分野まで広い範囲に適用可能である。
【００１２】
ガス溶存ガスの濃度が低い液体を計測するときには、これから放出されるガスは比較的少なく、したがってガス圧も低く、圧力センサの能力によって、これを正確に検出することができない。これに対応するには、サンプリングしたガスを加圧して、圧力センサの能力に適した圧力まで上昇させた後に、ガス圧を検出するのがよい。このことは、サンプリングしたガスの濃度を検知するときにも同じであり、サンプリングしたガスを加圧して濃度を実質的に高めた後にガス濃度を検知するのがよい。これに適した減圧装置としてプランジャー式減圧装置を挙げることができる。
【００１３】
密閉空間の減圧は、減圧装置を使用してもよいが、密閉空間の容積を拡大することにより行ってもよい。密閉空間の容積をどの程度拡大するかは、液体に含有する溶存ガスの濃度の程度によって決定すればよい。例えば、高濃度の炭酸水であれば、それほど容積を拡大しなくても密閉空間内の液体が放出する炭酸ガスの量が多いため、これを圧力センサや濃度センサで検出するのは容易である。他方、低濃度の炭酸水であれば、容積を充分に拡大して減圧の度合いを大きくすることで液体のガス放出を促すことができる。
【００１４】
溶存ガスが低濃度の液体を対象とするときには、放出ガスの圧力や濃度を検知するときに、これを閉じこめた密閉空間の容積を小さくするのが好ましい。上述したように、低濃度の炭酸水を対象にする場合、炭酸水を収容した密閉空間の容積を充分に拡大して減圧の度合いを大きくすることで炭酸ガスの放出を促すことができるが、炭酸ガスの量は少ないため、これを検知するのは高性能なセンサを用意する必要がある。低濃度炭酸水のように、サンプリングした炭酸ガスの量が本来的に少ないときには、炭酸水が放出した炭酸ガスの圧力や濃度を検知するのときに、この炭酸ガスを収容した密閉空間の容積を縮小させることで、汎用されているセンサで、圧力や濃度を検知することが容易になる。これを実施するのに、液体を収容した密閉空間を拡大して減圧し且つ液体を所定温度まで加熱してガスの放出を促した後、拡大した密閉空間の容積を所定の量だけ小さくした後に、ガス圧又はガス濃度を検知するようにすればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態（図１〜図５）
まず、図１を参照して、第１の実施の形態の概要を説明する。
【００１６】
溶存ガスサンプリング又は濃度測定装置１００は、溶存ガスを含有する液体Ｗが流れる管路や液体Ｗで満たされた管体などの液体源１０１に隣接して配置されたシリンダ１０２を有し、このシリンダ１０２は比較的小さな開口１０３を通じて液体源１０１に連通している。開口１０３には開閉弁１０４が設けられ、開閉弁１０４を開放した状態でピストン１０５を図中右方向に移動させることにより、液体源１０１からシリンダ１０２内へ液体Ｗを取り込むことができる（図１の（Ｉ）参照）。
【００１７】
ピストン１０５は、押し込んだ最小ストローク位置Ｐ１と中間ストローク位置Ｐ２と最大ストローク位置Ｐ３との３つの位置をとることができる。開閉弁１０４を開放した状態でピストン１０５を最小ストローク位置Ｐ１から中間ストローク位置Ｐ２まで移動させて（工程Ｉ）、シリンダ１０２の中に液体Ｗを収容した後に開閉弁１０４を閉じてシリンダ１０２内の空間を密閉する（工程ＩＩ）。次いで、ピストン１０５を最大ストローク位置Ｐ３まで移動させて、シリンダ１０２内の密閉空間の容積を拡大することにより減圧する（工程ＩＩＩ）。工程ＩＩから工程ＩＩＩの過程又は工程ＩＩＩで密閉空間内の液体Ｗを加熱し、液体Ｗの温度を所定温度Ｔｏまで上昇させる。密閉空間内の液体Ｗは、減圧工程及び加熱工程を経ることにより、溶存ガスを放出し密閉空間内でガス化する。
【００１８】
次の工程ＩＶでシリンダ１０２内の気相（ガス）をサンプリングする。サンプリングしたガスにより、例えばシリンダ１０２に設けた圧力センサにより工程ＩＩＩから工程ＩＶへの移行過程での圧力変化や工程ＩＶでの圧力から溶存ガスの濃度を計測してもよく、或いは、ガスの濃度から溶存ガスの濃度を計測してもよい。また、シリンダ１０２内の気相（ガス）を、シリンダ１０２に連結した分析機器に送り込んで、この分析機器で溶存ガスの濃度を計測するようにしてもよい。
【００１９】
すなわち、炭酸ガスを液相中からガス化させて一定体積中のガス圧や濃度信号として取り出し、圧力センサや濃度センサ（例えば特許第３２３６２５４のような炭酸ガス濃度センサ素子を使用して）によって、圧力変化を電気的信号に置き換えて外部に送信するか又は予め化学分析したデータに適合させる変換を行い、これをデジタル的に数字表示として又は面積変化などのアナログ的表示として図外のモニタに表示するようにしてもよい。
【００２０】
以上の一連の工程が完了したら、開閉弁１０４を開放した後にピストン１０５を最小ストローク位置Ｐ１まで押し込んでシリンダ１０２内の液体Ｗ及びガスを液体源１０１に排出する。
【００２１】
開閉弁１０４は、例えば電磁弁で構成してもよいが、例えば、ピストン１０５を駆動するピストンロッド（図示せず）を中空シャフトで構成し、この中空シャフト及びピストン１０５を貫通する弁棒で構成し、この弁棒を直線動作させることにより、弁棒の先端で開口１０３を開閉するようにしてもよい。
【００２２】
中間ストローク位置Ｐ２及び最大ストローク位置Ｐ３、とくに中間ストローク位置Ｐ２と最大ストローク位置Ｐ３との間のストローク量は、対象とする液体の溶存ガスの濃度によって決定すればよい。また、中間ストローク位置Ｐ２と最大ストローク位置Ｐ３との間に第４のストローク位置Ｐ４を用意し、最大ストローク位置Ｐ３で液体からガスを放出させた後に、第４ストローク位置Ｐ４までピストン１０５を戻した後にガス圧や濃度を検知するようにしてもよい。このようなピストン１０５の停止位置を自在にするには、ピストン１０５の駆動源としてパルスモータのようなコントローラにより自在に停止位置を設定できる駆動源を採用するのがよい。
【００２３】
シリンダ１０２内に取り込んだ液体Ｗを所定温度まで加熱するための手段として、シリンダ１０２の壁やピストン１０５などにヒータを内蔵させると共に、これに付随して温度センサを配置させて、この温度センサにより液体Ｗの温度を監視してもよいが、加熱手段として定温発熱体を採用するのが好ましい。定温発熱体の具体例としては、チタン酸バリウムを主成分とした半導体セラミックからなるＰｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｉｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ（ＰＴＣサーミスタ）が知られている。定温発熱体を採用すれば液体Ｗを所定の温度まで上昇させ且つこの温度を維持することができる。つまり、定温発熱体は加熱手段と温度センサの２つの機能を有する。ちなみに、ＰＴＣサーミスタは、例えば約７０℃の設定温度に到達すると電気抵抗が無限大になって発熱せず、発熱体それ自体で温度を管理できるものであり、これを使用するのが部品点数を少なくするうえで望ましい。
【００２４】
炭酸水中の溶存炭酸ガス濃度を検出するのであれば、水蒸気圧の影響を抑えつつターゲットの炭酸ガスの放出を促すことのできる温度まで加熱するのがよく、具体的には約５０℃〜約７５℃の範囲内の所定の温度を設定するのがよい。
【００２５】
図２〜図５を参照して具体例を説明すると、炭酸ガス濃度計測装置１は、固定ケーシング部材５０などの要素が取付板５１により一体化され、単一のユニットとして管路（図示せず）にネジなどにより脱着可能に固定される。この固定ケーシング部材つまりシリンダ部材５０の中に円筒状ピストン１５が同軸に挿入されている。円筒状ピストン１５はスクリュー２２−Ａ及びこれに螺合した雌ネジ２２を介して駆動用モータ４７に連結され、雌ネジ２２はプレート２２−Ｃを介してピストン１５と一体化されている。駆動用モータ４７が駆動することにより、ピストン１５は、図３の最小ストローク位置、図４の中間ストローク位置、図５の最大ストローク位置を取ることができ、一回の計測作業が完了すると図２の最小ストローク位置に戻る。
【００２６】
円筒状ピストン１５の中には、弁棒つまり止水シャフト３０が上下動可能に設けられている。止水シャフト３０は、駆動モータ４８によって上下動する。駆動モータ４８の出力軸には雌ネジ４８−Ａが設けられ、この雌ネジ４８−Ａに螺合する雄ねじが止水シャフト３０の上端部に形成されている。止水シャフト３０の上部には回止めピン４８−Ｂが突設され、このピン４８−Ｂは上下に延びるスリットによって案内される。これにより、駆動モータ４８の回転動作が止水シャフト３０の上下動作に変換される。
【００２７】
駆動モータ４８は、回止めピン４８−Ｂと係合する２つのリミットスイッチ４６−Ｃ、４６−Ｄによって停止位置が予め設定されているが、駆動モータ４８としてパルスモータを採用するのであれば、このようなリミットスイッチの必要はなくなる。又、円筒状ピストン１５を駆動するためのモータ４７についても、円筒状ピストン１５を３つの位置Ｐ１〜Ｐ３で停止させるためのリミットスイッチなどのモータ回転停止手段２２−Ｂが設けられているが、駆動モータ４７としてパルスモータを採用するのであれば、このようなリミットスイッチの必要はなくなるだけでなく、円筒状ピストン１５の停止位置を自在に設定できるという利点があり、この利点を利用して、ガス圧や濃度を検知するときに、円筒状ピストン１５を最大ストローク位置から戻して、この円筒状ピストン１５を最大ストローク位置と中間ストローク位置との間の第４ストローク位置で停止させた後に、ガス圧や濃度を検知することもできる。これにより汎用のセンサを用いて比較的低濃度の炭酸水の濃度計測を行うことができる。
【００２８】
止水シャフト３０は図２から図３まで上昇して出入口を開放し、また円筒状ピストン１５を図４の中間ストローク位置まで上昇させることにより、管路に通じる給水口１０から液溜部１１に流入した液体がシリンダ内に取り込まれる。シリンダの出入口近傍には好ましくはＰＴＣサーミスタからなる加熱部１３−Ａが設けられ、シリンダ内に取り込んだ液体の加熱を開始する。次に、図５に図示のように、止水シャフト３０を下降させてシリンダ出入口を閉じてシリンダ内空間を密閉した後、円筒状ピストン１５を最大ストローク位置まで上昇させて一定時間、この最大ストローク位置を保持する。これによりシリンダ内の密閉空間は、減圧状態になり且つ加熱により液相中の炭酸ガスが放出される。
【００２９】
放出された炭酸ガスは円筒状ピストン１５と止水シャフト３０との間のガス通路３２及び検出管路２０を通じて圧力をガス圧検知装置１９に伝え、この検知装置１９で電圧又は電流信号に変換される。この信号はコントローラ（図示せず）に送られて所定の分析計量線に従いデジタル数値に変換されて図外のモニタに濃度が表示される。ガス圧検知装置１９に代えて濃度を検知するものであってもよい。この一回の計測工程が終了したら加熱部１３Ａの電源がＯＦＦとなる。また、円筒状ピストン１５が先行して図３の最小ストローク位置まで戻り、次いで、止水シャフト３０が下降してシリンダ出入口を閉じる図２の初期位置に戻る。止水シャフト３０に先だって円筒状ピストン１５の下降動作を先行させることにより、検出管路２０のガスやシリンダ内の液体を管路に排出することができる。
【００３０】
図２に図示の炭酸ガス濃度計測装置１においては、加熱部１３−Ａを幾つかに分割して固定ケーシング部材つまりシリンダ部材５０に配置すると共に、この分割した加熱部を収容した部分をパーツ化することにより、加熱手段が故障したときには当該部分のパーツだけを交換できるようにしてもよい。
【００３１】
また、図１に示す装置１では濃度検知装置１９は別ユニットとして描かれているが、電気的な変化を電圧などで取り出せる歪計測素子や固体電解質型炭酸ガスセンサ素子を、固定ケーシング部材つまりシリンダ部材５０の内面や、円筒状ピストン１５の中に内蔵してもよい。
【００３２】
第１の実施の形態の変形例（図６〜図８）
上述した第１の実施の形態では、第１駆動用モータ４７によりピストン１５を駆動し、第２駆動モータ４８により可動弁棒つまり止水シャフト３０を駆動するようにしたが、この変形例では、ピストン１５及び止水シャフト３０をカム機構により駆動するようにしてある。
【００３３】
すなわち、変形例のセンサシステム１５０はカム部材５８１を有し、このカム部材１５１は、減速モータ１５２によって駆動される。カム部材１５１は、図７で左側に第１のカムフェース１５４が形成され、右側に第２のカムフェース１５５が形成されている。すなわち、一つのカム部材１５１に２つのカムフェース１５４、１５５が形成され、この共通のカム部材１５１によって、ピストン１５と止水シャフト３０の動作が制御されるようになっている。
【００３４】
共通のカム部材１５１は、第１のカムフェース１５４を含む第１のカム部材と、第２のカムフェース１５５を含む第２のカム部材とを例えば一体成型することにより物理的に一体化したものであってもよく、或いは、第１のカムフェース１５４を含む第１のカム部材と、第２のカムフェース１５５を含む第２のカム部材とを別に製造し、これら第１、第２のカム部材同士を例えば凹凸嵌合により一体化したものであってもよい。
【００３５】
第１のカムフェース１５４に当接する第１のカムフォロア１５６は、第１リンク１５７を介してピストン１５の上端に連結されている。また、第２のカムフェース１５５に当接する第２のカムフォロア１５９は、第２リンク１６０を及び可動板１６１を介して止水シャフト３０の上端に連結されており、可動板１６１は、ケース１６３の上下に延びる長孔１６４に案内されて上下に移動可能である。なお、図６を参照して、ピストン１５に関連した第１リンク１５７は支点１６５を中心に揺動可能であり、止水シャフト３０に関連した第２リンク１６０は支点１６６を中心に揺動可能である。そして、第１リンク１５７は、第１引っ張りバネ１６７により、第１カムフォロア１５６を第１カムフェース１５４と当接する方向に付勢されており、第２リンク１６０は、第２引っ張りバネ１６８により、第２カムフォロア１５９を第２カムフェース１５５と当接する方向に付勢されている。
【００３６】
このカム機構によるピストン１５及び止水シャフト３０の動作を図８に示す。同図から分かるように、ピストン１５は、上述した最小ストローク位置Ｐ１、中間ストローク位置Ｐ２、最大ストローク位置Ｐ３の他に、中間ストローク位置Ｐ２と最大ストローク位置Ｐ３との間のガス検出ストローク位置Ｐ４をとるようになっており、このガス検出ストローク位置Ｐ４をとったときに、ガス圧の検出が行われる。また、ヒータ１３−Ａによる加熱は、第２位置Ｐ２から最大ストローク位置Ｐ３、次いでガス検出ストローク位置Ｐ４に至る直前まで行われ、ガス圧検出のときにはヒータ５７３はＯＦＦされる。
【００３７】
ヒータ５７３のＯＮ／ＯＦＦ及びガス圧検出とカム位置とを同期させるために、図７に示すように、カム部材１５１の側面に全周に亘って延びるリング１６９を単数又は複数設け、このリング１６９に切欠きを設けて、この切欠きを光センサ１７０で検出することにより、カム回転角度を検出するようにしてもよい。
【００３８】
第２の実施の形態（図９〜図１３）
まず、図９を参照して、第２の実施の形態の概要を説明する。
【００３９】
溶存ガスサンプリング又は濃度測定装置２００は、溶存ガスを含有する液体Ｗの源２０１に開口するシリンダ２０２と、このシリンダ２０２の開口２０３に臨んで止栓部材２０４とを有し、止栓部材２０４は、シリンダ開口２０３を開閉する。
【００４０】
シリンダ開口２０３を開放した状態で、ピストン２０５が、液体源２０１に隣接した最小ストローク位置Ｐ１から中間ストローク位置Ｐ２に移動し、次いで、止栓部材２０４でシリンダ開口２０３を閉じることにより、液体源２０１からシリンダ１０２内へ液体Ｗを取り込むことができる（図９の（ＩＩ）参照）。
【００４１】
次いで、ピストン２０５を最大ストローク位置Ｐ３まで移動させて、シリンダ２０２内の密閉空間の容積を拡大することにより減圧する（工程ＩＩＩ）。図示の例では、止栓部材２０４にヒータが内蔵されており、工程ＩＩから工程ＩＩＩの過程又は工程ＩＩＩでヒータがＯＮされて密閉空間内の液体Ｗを加熱し、液体Ｗの温度を所定温度Ｔｏまで上昇させる。密閉空間内の液体Ｗは、減圧工程及び加熱工程を経ることにより、溶存ガスを放出し密閉空間内でガス化する。
【００４２】
次の工程ＩＶでシリンダ２０２内の気相（ガス）をサンプリングする。サンプリングしたガスにより、例えばシリンダ２０２やピストン２０５に設けた圧力センサにより工程ＩＩＩから工程ＩＶへの移行過程での圧力変化や工程ＩＶでの圧力から溶存ガスの濃度を計測してもよく、或いは、ガスの濃度から溶存ガスの濃度を計測してもよい。また、シリンダ２０２内の気相（ガス）を、シリンダ２０２に連結した分析機器に送り込んで、この分析機器で溶存ガスの濃度を計測するようにしてもよい。
【００４３】
以上の一連の工程が完了したら、止栓部材２０４を初期位置まで戻してシリンダ開口２０３を開放した後にピストン２０５を最小ストローク位置Ｐ１まで押し戻してシリンダ２０２内の液体Ｗ及びガスを液体源２０１に排出する。
【００４４】
シリンダ２０２内に取り込んだ液体Ｗを所定温度まで加熱するための手段として、シリンダ２０２の壁や止栓部材２０４或いはピストン２０５などにヒータを内蔵させると共に、これに付随して温度センサを配置させて、この温度センサにより液体Ｗの温度を監視してもよいが、加熱手段としてＰＴＣサーミスタであるのがよい。
【００４５】
図１０〜図１３を参照して具体例を説明すると、図１０に示す溶存炭酸ガス濃度計測装置２は、円筒状ピストン１５の中を貫通して配置された止水シャフト２６の先端部に加熱部１３が内蔵されている。図１１の状態では、止水シャフト２６は下端ストローク位置にあって円筒状ピストン１５と止水シャフト２６との間のガス通路２１が液溜部１１に開放され、残留ガスが液溜部１１に排出される。
【００４６】
次いで、サンプリングが開始され、図１２に示すように円筒状ピストン１５は中間ストローク位置まで引き上げられると共に止水シャフト２６も引き上げられる。これにより、液溜部１１内の液体が一定量シリンダ内に収容され、また、止水シャフト２６によりシリンダ開口が閉じられると、シリンダ内空間は密閉空間になる。
【００４７】
こうして止水シャフト２６の先端部の加熱部１３がＯＮして加熱されながら図１３のように円筒状ピストン１５が最大ストローク位置まで上昇して密閉空間の容積を拡大することにより減圧し、この最大ストローク位置を一定時間保つ。シリンダ内の密閉空間では、液相中の溶存炭酸ガスがガス化し、このガス化したガスは、ガス通路２１及び検出管路２０を通ってガス圧検知又は濃度検知装置１９に伝達される。
【００４８】
一回の計測が完了すると、加熱部１３の電源がＯＦＦし、また、止水シャフト２６と円筒状ピストン１５が図１１の初期位置に戻る。ここで検知装置１９と検出管路２０の中にある残留炭酸ガスは、図外の管路に入口１０と出口１２を通じて連通する液溜部１１に排出される。
【００４９】
第３の実施の形態（図１４〜図１６）
まず、図１４を参照して、第３の実施の形態の概要を説明する。
【００５０】
溶存ガスサンプリング又は濃度測定装置３００は、溶存ガスを含有する液体Ｗで満たされた管体３０１を挟んで第１、第２のシリンダ３０２、３０３が配置され、この第１、第２のシリンダ３０２、３０３は互いに対向して位置している。
【００５１】
第１のシリンダ３０２には第１ピストン３０４が挿入され、第２のシリンダ３０３には止栓ピストン３０５が挿入されている。第１ピストン３０４は、最小ストローク位置Ｐ１（図１４の（Ｉ））と、中間ストローク位置Ｐ２と、最大ストローク位置Ｐ３との３つの位置を取ることができる。
【００５２】
止栓ピストン３０５は、管体３０１から退却した第１位置と、管体３０１を横断して第１シリンダ３０２の開口を閉じる第２位置とをとることができる。
【００５３】
先ず、第１ピストン３０４が最小ストローク位置Ｐ１から中間ストローク位置Ｐ２まで移動して、管体３０１から第１シリンダ３０２の中に液体を取り込む。次いで、止栓ピストン３０５を前進させて、この止栓ピストン３０５の先端で第１シリンダ３０２の開口を閉じる（工程ＩＩ）。これにより、止栓ピストン３０５と第１ピストン３０４とで挟まれた所定容積の密閉空間が形成される。
【００５４】
次いで、第１ピストン３０４を最大ストローク位置Ｐ３まで移動させて、第１シリンダ３０２内の密閉空間の容積を拡大することにより減圧する（工程ＩＩＩ）。工程ＩＩから工程ＩＩＩの過程又は工程ＩＩＩで密閉空間内の液体Ｗを加熱し、液体Ｗの温度を所定温度Ｔｏまで上昇させる。密閉空間内の液体Ｗは、減圧工程及び加熱工程を経ることにより、溶存ガスを放出し密閉空間内でガス化する。
【００５５】
次の工程ＩＶで第１シリンダ３０２内の気相（ガス）をサンプリングする。サンプリングしたガスにより、例えば第１シリンダ３０２に設けた圧力センサにより工程ＩＩＩから工程ＩＶへの移行過程での圧力変化や工程ＩＶでの圧力から溶存ガスの濃度を計測してもよく、或いは、ガスの濃度から溶存ガスの濃度を計測してもよい。また、第１シリンダ３０２内の気相（ガス）を、第１シリンダ３０２に連結した分析機器に送り込んで、この分析機器で溶存ガスの濃度を計測するようにしてもよい。
【００５６】
以上の一連の工程が完了したら、止栓ピストン３０５を退却させて第１シリンダ３０２を管体３０１に開放し、次いで、第１ピストン３０４を最小ストローク位置Ｐ１まで戻して、第１シリンダ３０２内の液体及びガスを液体源３０１に排出する。
【００５７】
第１シリンダ３０２内に取り込んだ液体Ｗを所定温度まで加熱するための手段として、例えば止栓ピストン３０５や第１ピストン３０４或いは第１シリンダ３０２の壁にＰＴＣサーミスタなどのヒータを内蔵させるのがよく、炭酸水中の溶存炭酸ガス濃度を検出するのであれば、水蒸気圧の影響を抑えつつターゲットの炭酸ガスの放出を促すことのできる温度まで加熱するのがよく、具体的には約５０℃〜約７５℃の範囲内の所定の温度を設定するのがよい。
【００５８】
図１５、図１６を参照して具体例を説明すると、図１５は水平式計測装置３を示し、図１６は垂直式計測装置４を示す。これらの図面において、固定ケーシング部材５３の中にガス圧検知部４０と加熱部１３が両方とも可動可能に装着され、図１５の水平式計測装置３ではガス圧検知部４０と加熱部１３とが水平方向に対向して位置しており、図１６の垂直式計測装置４ではガス圧検知部４０と加熱部１３とが垂直方向に対向して位置している。
【００５９】
図１４で説明した第１ピストン３０４が、第１駆動モータ１７−Ａによって駆動されるガス検知部４０に相当し、図１４の止栓ピストン３０５が、第２モータ１８−Ａによって駆動される加熱部１３に相当する。
【００６０】
装置３、４は、図１４で説明したように動作して、溶存ガス濃度を計測するが、図１５の水平式計測装置３にあっては、ガス検知部４０は、密閉空間を拡大して溶存ガスを放出させるときに、水面より上に位置するように配置されており、加熱部１３は水面より下に位置するように配設されている。
【００６１】
第４の実施の形態（図１７、図１８）
まず、図１７を参照して、第４の実施の形態の概要を説明する。
【００６２】
溶存ガスサンプリング又は濃度測定装置４００は、溶存ガスを含有する液体Ｗが満たされた管体４０１を横断する方向に進退するスリーブ４０２を有し、このスリーブ４０２の中に、ＰＴＣサーミスタなどの加熱手段を内蔵したピストン４０３が挿入されている。また、スリーブ４０２に対向する位置にはポート４０４が開口されている。
【００６３】
ピストン４０３はスリーブ４０２の先端に位置する第１ストローク位置Ｐ１と、スリーブ４０２の中間部分に位置する第２ストローク位置Ｐ２との２つの位置をとることができる。
【００６４】
装置４００の動作は、先ず、ピストン４０３を後退させて第２ストローク位置Ｐ２に位置決めし、次いで、スリーブ４０２を前進させて管体４０１の対向面に液密に当接させる。これにより、スリーブ４０２の中に、所定量の液体を収容した密閉空間が形成される。
【００６５】
次いで、ピストン４０３に内蔵した加熱手段をＯＮさせて、収容した液体を所定の温度に加熱する。収容した液体を加熱することにより液体から放出されたガスはポート４０４を通じてサンプリングされ、前述したのと同じ方法で、管体４０１を流れる液体中の溶存ガスの濃度の測定が行われる。
【００６６】
図１８を参照して具体例を説明すると、炭酸ガス濃度計測装置５は、駆動モータ４３によって遮蔽スリーブ４２が加熱部１３側に移動して給水口１０と吐水口１２との間の液溜部１１の流水空間に一定量の遮蔽された密閉空間を作り出し、この密閉空間に連通している減圧装置４４は、遮蔽シリンダ４２が上昇して密閉空間を形成した後加熱部の電源がＯＮ状態となる同時に減圧装置４４が作動して液相中からの溶存炭酸ガスの放出を行わせる。
【００６７】
ここに減圧装置４４はプランジャーポンプ式の減圧装置であるのがよい。プランジャーポンプ式の減圧装置であれば、プランジャーのストロークを制御することにより減圧度合いを任意に設定することが可能であり、また、例えば比較的低濃度の炭酸水の溶存ガス濃度を計測するときに、最初に、プランジャーを大きくストロークさせて大きな減圧状態を一定時間維持して液相中からガスの放出を促し、次いで、プランジャーを多少戻す又は減圧前の位置まで戻した後に、ガス圧又はガス濃度を検知すればよい。これによれば、ガス圧検知又は濃度検知装置１９の能力に適した圧力範囲又は濃度範囲でガス圧又は濃度を検知することができる。
【００６８】
第５の実施の形態（図１９、図２０）
まず、図１９を参照して、第５の実施の形態の概要を説明する。
【００６９】
溶存ガスサンプリング又は濃度測定装置５００は、溶存ガスを含有する液体Ｗで満たされた管体５０１を横断する方向に進退するスリーブ５０２を有し、このスリーブ５０２の中に、ＰＴＣサーミスタなどの加熱手段を内蔵したピストン５０３が挿入されている。
【００７０】
ピストン５０３はスリーブ５０２の先端に位置する第１ストローク位置Ｐ１と、スリーブ５０２の中間部分に位置する第２ストローク位置Ｐ２と、スリーブ５０２の先端から大きく離れた第３ストローク位置Ｐ３との３つの位置をとることができる。
【００７１】
装置５００の動作は、先ず、ピストン５０３を後退させて第２ストローク位置Ｐ２に位置決めし、次いで、スリーブ５０２を前進させて管体５０１の対向面に液密に当接させる。これにより、スリーブ５０２の中に、所定量の液体を収容した密閉空間が形成される（工程ＩＩ）。
【００７２】
次いで、ピストン５０３を第３ストローク位置Ｐ３まで後退させて、スリーブ５０２内の密閉空間の容積を拡大することにより減圧する（工程ＩＩＩ）。工程ＩＩから工程ＩＩＩの過程又は工程ＩＩＩで密閉空間内の液体Ｗを加熱し、液体Ｗの温度を所定温度Ｔｏまで上昇させる。密閉空間内の液体Ｗは、減圧工程及び加熱工程を経ることにより、溶存ガスを放出し密閉空間内でガス化する。
【００７３】
次の工程でシリンダ１０２内の気相（ガス）をサンプリングする。サンプリングしたガスの圧力又は工程ＩＩＩでの圧力変化などにより液体中の溶存ガスの濃度を計測することができる。以上の一連の工程が完了したら、図１９の工程Ｉに示す初期状態に戻す。
【００７４】
図２０を参照して具体例を説明すると炭酸ガス濃度計測装置６は、駆動モータ４３によって遮蔽スリーブ４２が上昇してガス圧検知部４０を液溜部１１の空間で一定量の密閉空間を形成し、次いで、加熱部１３の電源がＯＮして加熱を行いつつ駆動モータ１８−Ａによって加熱部１３を下方向に移動して密閉空間を拡大して、密閉空間を減圧状態にし、この減圧状態を一定時間保つ。このようにして、液相中から放出された炭酸ガスの濃度又は圧力がガス検知装置４０により検知される。
【００７５】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、例えば図２に例示した装置１のような構造のものにあっては、計測後にガスを炭酸水管路に排出するのが好ましいのは云うまでもないが、この排出を強制的に行うために、別機構でこの排出系に空気を送り込みんで、検出管路２０などを大気で満たすようにしてもよい。また、この検出管路２０に加熱手段を付設して、検出管路２０を例えば６５℃以上の温度に保つようにして、一般細菌を死滅させるようにしてもよい。
【００７６】
また、図１８の装置５でプランジャーポンプ式の減圧装置４４による減圧を例示したが、他の装置１〜３、６でも、ピストン部材を移動させる代わりに減圧装置４４を採用して減圧工程を行うようにしてもよい。このような減圧装置４４を採用したときには、密閉空間と減圧装置４４とを連通するガス通路に、計測後に空気を送り込んで、空気で希釈するのが濃度計測誤差の発生を抑えるのに好ましい。
【００７７】
また、第２、第３などの実施の形態において、密閉空間を拡大して減圧し且つ密閉空間内の液体を所定温度まで加熱してガスの放出を促した後に、密閉空間の容積を縮小させた後にガス圧や濃度を検知するようにしてもよい。このようなピストンの停止位置を自在にするには、ピストンの駆動源としてパルスモータのようなコントローラにより自在に停止位置を設定できる駆動源を採用するのがよい。
【００７８】
例えば、本発明を、人工的に生成した炭酸泉の濃度を計測するのに適用した場合、計測した濃度をモニタで数値表示するようにすれば、ユーザが、どの程度の炭酸ガス濃度の炭酸泉に入浴しているかを入浴中に知ることができる。また、例えば、規定した濃度以上の炭酸泉であるときには、炭酸泉の供給を強制停止したり、生成する炭酸泉の濃度を強制的に下げるなどの安全対策を施すのが容易になる。
【００７９】
また、本発明により産業用や医療用としても高濃度炭酸水による洗浄及びその装置の発達を可能にする。本発明は、生鮮野菜などにおいて、虫や汚れや細菌などを同時に取り除く洗浄機等には作業効率向上やＨＡＣＣＰ（ハセップ基準）の持つ記録管理という品質の安定生産には欠かせないものであると言え、本発明により、こうした効果が得られる簡便で安定した液相中の溶存炭酸ガスの計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の原理を説明するための説明図である。
【図２】第１の実施の形態の具体例の炭酸ガス濃度計測装置の構成を例示する図である。
【図３】図２に示す装置の作用説明図であり、計測終了時に計測装置内のガス圧排出を示す図である。
【図４】図２に示す装置の作用説明図であり、計測装置内に炭酸水を導入する状態を示す図である。
【図５】図２に示す装置の作用説明図であり、計測装置内に形成した密閉空間を拡大して減圧し且つ加熱して炭酸水から炭酸ガスを放出させる状態を示す図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例を示す断面図であり、カム機構により動作する。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】共通カム部材に形成された２つのカムフェースによる動作タイミング図である。
【図９】第２の実施の形態の原理を説明するための説明図である。
【図１０】第２の実施の形態の具体例の炭酸ガス濃度計測装置の構成を例示する図である。
【図１１】図１０に示す装置の作用説明図であり、計測終了時に計測装置内のガス圧排出を示す図である。
【図１２】図１０に示す装置の作用説明図であり、計測装置内に炭酸水を導入してこれを密閉した状態を示す図である。
【図１３】図１０に示す装置の作用説明図であり、計測装置内に形成した密閉空間を拡大して減圧し且つ加熱して炭酸水から炭酸ガスを放出させる状態を示す図である。
【図１４】第３の実施の形態の原理を説明するための説明図である。
【図１５】第３の実施の形態の一つの具体例の炭酸ガス濃度計測装置の構成を例示する図である。
【図１６】第３の実施の形態の他の具体例の炭酸ガス濃度計測装置の構成を例示する図である。
【図１７】第４の実施の形態の原理を説明するための説明図である。
【図１８】第４の実施の形態の具体例の炭酸ガス濃度計測装置の構成を例示する図である。
【図１９】第５の実施の形態の原理を説明するための説明図である。
【図２０】第５の実施の形態の具体例の炭酸ガス濃度計測装置の構成を例示する図である。
【符号の説明】
１    第１の実施の形態の炭酸ガス濃度計測装置
２    第２の実施の形態の炭酸ガス濃度計測装置
３    第３の実施の形態に含まれる炭酸ガス濃度計測装置
４    第３の実施の形態の他の例の炭酸ガス濃度計測装置
５    第４の実施の形態の炭酸ガス濃度計測装置
６    第５の実施の形態の炭酸ガス濃度計測装置
１１                  液溜部
１３、１３−Ａ        加熱部
１４                  止水シャフト先端部
１５                  円筒状ピストン
１７、１８、１７−Ａ  駆動モータ
４３、１８−Ａ        駆動モータ
１９                  ガス圧又は濃度検知装置
２０                  検出管路
２１、３２            ガス通路
２６、３０            止水シャフト
４０                  ガス検知部
４１                  加熱部ピストン
４２                  遮蔽スリーブ
４４                  減圧装置
１５１                  カム部材
１５４                  止水シャフト用カムフェース
１５５                  ピストン用カムフェース
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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