(57)【要約】【課題】キャピラリに加わる圧力の変動によって希釈倍率が大きく変化するのを抑える。【解決手段】室内空気を取り込み、吸着剤２０とシリカゲル２２で精製した精製空気をゼロガスとしてポンプ２６により加圧してゼロガス用調圧器３０へ送る。ゼロガスは調圧器３０で所定の圧力とされ、複数本のキャピラリ３４−１〜３４−６を並列に接続したゼロガス用キャピラリにより約１Ｌ／ｍｉｎの流量に調節される。一方、容器詰め標準ガスは電磁弁４を介して標準ガス用調圧器８へ送られ、同様に所定の圧力でキャピラリ１２ヘ供給されて約１０ｍＬ／ｍｉｎの流量に調節される。ガス混合部１６では、精製空気と標準ガスを混合することで、目的濃度のスパンガスを得てスパンガス出口１８から供給する。【選択図】  図１
2004226077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被希釈ガス流路と希釈ガス流路が混合器に接続され、それぞれの流路はキャピラリを備えているとともにそれらのキャピラリに加わる圧力によってそれぞれの流路の流量が調節されて目的の希釈倍率とされた混合ガスが前記混合器から供給されるガス希釈装置において、
前記希釈ガス流路のキャピラリは複数本が互いに並列に接続されていることを特徴とするガス希釈装置。
【請求項２】
すべてのキャピラリでガスの流れが層流となるように流速及びキャピラリ直径を含む条件が設定されている請求項１に記載のガス希釈装置。
【請求項３】
前記被希釈ガス流路のキャピラリに加わる圧力と前記希釈ガス流路のキャピラリに加わる圧力との差圧を検出する差圧センサが設けられている請求項１又は２に記載のガス希釈装置。
【請求項４】
このガス希釈装置は分析装置にゼロガスとスパンガスを供給する基準ガス供給装置であり、
前記混合器から混合ガスをスパンガスとして供給するスパンガス出口の他に、前記希釈ガス流路で前記混合器よりも上流側に設けられて希釈ガスをゼロガスとして供給するゼロガス出口が設けられている請求項１から３のいずれかに記載のガス希釈装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高濃度のガスを窒素や精製空気などの希釈ガスで目的の濃度に希釈するガス希釈装置に関するものである。
このようなガス希釈装置は、たとえば窒素酸化物などの大気汚染物質を測定する分析装置を校正するための標準ガスを供給する標準ガス供給装置や、試料ガスを希釈して分析装置に供給する希釈サンプリング装置などとして利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
標準ガスを作製する標準ガス調製装置としては、ボンベガスを被希釈ガスとし、精製空気を希釈ガスとして希釈するものがある（特許文献１参照。）。その標準ガス調製装置では、空気がエアポンプにより空気精製機構に送られて精製され、マスフローメータを通ってミキサーに送られる。一方、ボンベガスがガスボンベから毛細管によって流量を調整されながら他のマスフローメータを通ってミキサーに送られ、精製された空気と混合されて標準ガスとなる。このとき精製空気の流量により得られるマスフローメータの出力と、ボンベガスの流量により得られる他のマスフローメータの出力が制御機構に送られ、それらの出力に基づいて空気を送るエアポンプの流量が制御され、目的濃度の標準ガスが作成されて測定装置に供給される。
【０００３】
そのような方式の標準ガス調製装置では、精製空気の流量とボンベガス流量を調整するためにそれぞれの流路にマスフローメータという高価な装置が設けらている。
【０００４】
マスフローメータを使用しない簡略な構造のものとして、被希釈ガスと希釈ガスの各流路にキャピラリを備え、それらのキャピラリに加わる圧力によってそれぞれの流量を調節するようにした標準ガス調製装置も提案されている。
【０００５】
そのような標準ガス調整装置の一例を図２に示す。希釈ガスとして精製空気を使用するために、空気を取り込むポンプ２６の流路の入口に吸着剤２０と水分除去のためのシリカゲル２２が配置されている。取り込まれた空気はフィルタ２４，２８を経てゼロガス用調圧器３０により圧力が調節され、キャピラリ３４を経てガス混合部１６に導かれる。３２は圧力センサであり、ゼロガス用調圧器３０とキャピラリ３４との間に配置され、キャピラリ３４に加わる圧力を検出するためのものである。
【０００６】
一方、被希釈ガスである標準ガスとしてガスボンベからボンベガスが入口２に供給され、電磁弁４からフィルタ６を経て標準ガス用調圧器８により圧力が一定にされ、キャピラリ１２を経てガス混合部１６に導かれる。標準ガスの流路にも標準ガス用調圧器８とキャピラリ１２との間に圧力センサ１０が配置され、キャピラリ１２に印加される圧力を検出している。また、標準ガス用調圧器８とキャピラリ１２との間には分岐流路が設けられ、その分岐流路はキャピラリ１４を経て排気口に導かれている。このキャピラリ１４は標準ガス流路のガス交換を早めるためのものである。
【０００７】
図２の標準ガス調製装置としてのガス希釈装置は、被希釈側、希釈側にそれぞれ流路抵抗の異なる１本ずつのキャピラリを備え、両流路に圧力計を備えている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２７４６０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
希釈倍率が１００倍である場合、図２の装置では被希釈側と希釈側に径の選択や長さの調節によって流路抵抗が１００倍異なるキャピラリが用いられる。また、これらのキャピラリに加わる圧力を調整するための調圧器と圧力計が備えられている。
【００１０】
圧力Ｐと流路抵抗Ｒ、流量Ｆの関係が、単純にＦ∝Ｐ／Ｒであるならば、両方のキャピラリに加わる圧力を等しくさえしておけば、その圧力の絶対値と関係なく流量比や希釈倍率が定まるはずである。
【００１１】
しかしながら、実際には上記のような単純な関係は成り立たず、圧力の変動によって希釈倍率が変化してしまうため、使用中に希釈倍率が不安定となる。そのような不安定さを除くためには、調圧器の設定圧力を一定に保つための精密な温度調節などのために装置が高価なものとなったりする。
【００１２】
そこで、本発明は、被希釈ガス流路と希釈ガス流路が混合器に接続され、それぞれの流路はキャピラリを備えているとともにそれらのキャピラリに加わる圧力によってそれぞれの流路の流量が調節されて目的の希釈倍率とされた混合ガスが前記混合器から供給されるガス希釈装置において、キャピラリに加わる圧力の変動によって希釈倍率が大きく変化するのを抑えることによって精密な温度調節などのための高価な装置を不要にすること目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
キャピラリを備えた流路においては、キャピラリ径が約２〜３倍異なるものを用いれば、同程度の長さで流路抵抗が１００倍程度異なるキャピラリを得ることができる。たとえば被希釈側のキャピラリ径を１００μｍにして流量を１０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、希釈側のキャピラリ径を３００μｍにして流量を１０００ｍＬ／ｍｉｎに設定すれば、流路抵抗を１００倍異ならせることができる。しかし、この場合には前述したように圧力変動に対して流量比が大きく変化し、本発明者の実験によれば、１０％の圧力変動に対しておよそ７％の希釈率変化が発生した。
【００１４】
その原因を検討した結果、上記の例の場合、流れの状態を示すレイノルズ数（Ｒｅ＝ＵＤ／ν：ここで、Ｕは流速、Ｄは直径、νは粘性係数である。）は、被希釈側は１４０で層流、希釈側は４７００で乱流の状態にあることが判った。このように流れの状態が異なるため、圧力の変化に対する流量の変化率が異なっていたのである。
【００１５】
この問題を解決するためには、被希釈側も乱流とするか、又は希釈側も層流とするかのいずれかが必要である。しかしながら、被希釈側は流量が小さいため、どれほどキャピラリ径を細くしても乱流となるより先に流速が音速に達してしまい、乱流とすることができない。このため、希釈側も層流とすることが唯一の解決方法である。
【００１６】
一般に層流と乱流の境界はレイノルズ数２３００付近である。本発明者の実験では、圧力変化に対する特性を被希釈側に近づけるためには、希釈側のレイノルズ数を１０００以下とすることが望ましいことが判った。
【００１７】
レイノルズ数を小さくするためには、キャピラリ径を太くして流速を下げる方法もあるが、定義式から判るように流速Ｕを下げた効果が径Ｄを大きくした効果と打ち消しあい、効率が悪い。また太いキャピラリで細いキャピラリと同じだけの流路抵抗を得るためには、長いキャピラリが必要となり、費用の点で不利である。
【００１８】
そこで、キャピラリ径は変化させず、１本あたりの流量を減らすことでレイノルズ数を下げることとした。
すなわち、本発明は希釈ガス側のキャピラリとして複数本のキャピラリを並列に並べて用いるようにしたものである。
【００１９】
より好ましくは、すべてのキャピラリでガスの流れが層流となるように流速及びキャピラリ直径を含む条件が設定されていることである。
このように、複数本のキャピラリを並列に並べて用いることにより、キャピラリに加わる圧力の変化に対して希釈率変化を抑えることができる。
【００２０】
そして、このように調圧器の設定圧力変化に対して安定な方式が確立されたことにより、両流路の個別の圧力を測定して厳密に調節することが必須ではなくなり、例えば両流路の差圧を測定し監視して調節するだけで、所定の希釈倍率を得ることができるようになる。
【００２１】
本発明のガス希釈装置が適用される１つの例は、分析装置にゼロガスとスパンガスを供給する基準ガス供給装置である。その場合、混合器から混合ガスをスパンガスとして供給するスパンガス出口の他に、希釈ガス流路で混合器よりも上流側に設けられて希釈ガスをゼロガスとして供給するゼロガス出口が設けられていることが好ましい。これにより、ゼロガス純度を低下させることを防ぐことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１に基づいて説明する。
この実施例は本発明の用途として窒素酸化物などの大気汚染物質を測定する装置を校正するための基準ガス供給装置を示したものである。
【００２３】
希釈ガスとして精製空気を使用するために、空気を取り込むポンプ２６の流路の入口に吸着剤２０と水分除去のためのシリカゲル２２が配置されている。取り込まれた空気はフィルタ２４，２８を経てゼロガス用調圧器３０により圧力が調節され、キャピラリ３４−１〜３４−６の並列流路を経て電磁弁４２からガス混合部１６に導かれる。ガス混合部１６には混合ガスをスパンガスとして供給するスパンガス出口１８が接続されている。
【００２４】
電磁弁４２はキャピラリ３４−１〜３４−６が入力ポートであり、ガス混合部１６側が常開（ＮＯ）のポートであり、常閉（ＮＣ）のポートにはゼロガス出口４４が接続されている。電磁弁４２は、通常はキャピラリ３４−１〜３４−６を経た精製空気がガス混合部１６に導かれるように流路を接続しており、切り替えることによりキャピラリ３４−１〜３４−６をゼロガス出口４４に接続して精製空気をゼロガスとして供給できるようになる。
【００２５】
被希釈ガスである標準ガスとしてガスボンベからボンベガスが入口２に供給され、電磁弁４からフィルタ６を経て標準ガス用調圧器８により圧力が一定にされ、キャピラリ１２を経てガス混合部１６に導かれる。標準ガス流路のガス交換を早めるための流路として、標準ガス用調圧器８とキャピラリ１２との間には分岐流路が設けられ、その分岐流路はキャピラリ１４を経て排気口に導かれている。
【００２６】
希釈側と被希釈側の圧力差を検知するために、希釈側のゼロガス用調圧器３０とキャピラリ３４−１〜３４−６の間と被希釈側の標準ガス用調圧器８とキャピラリ１２の間には差圧センサ４０が設けられている。４１はその差圧センサ４０の指示値を表示する表示部である。差圧センサ４０と表示部４１を備えていることにより、両流路の差圧が所定の範囲内にあるかどうかを知ることができる。もし範囲を外れていた場合には調圧器８，３０を操作して差圧を調整することで、所定の希釈倍率に戻すことができるので、差圧センサ４０の無い場合に比べて、使用中に気づかないうちに希釈倍率がずれていた、などと事態を避けることができる。
【００２７】
次に、この実施例の動作を説明する。
室内空気を取り込み、吸着剤２０とシリカゲル２２で精製した精製空気をゼロガスとしてポンプ２６により加圧してゼロガス用調圧器３０へ送る。ゼロガスは調圧器３０で所定の圧力とされ、複数本のキャピラリ３４−１〜３４−６を並列に接続したゼロガス用キャピラリにより約１Ｌ／ｍｉｎの流量に調節される。
【００２８】
一方、容器詰め標準ガスは電磁弁４を介して標準ガス用調圧器８へ送られ、同様に所定の圧力でキャピラリ１２ヘ供給されて約１０ｍＬ／ｍｉｎの流量に調節される。
【００２９】
ガス混合部１６では、精製空気と標準ガスを混合することで、目的濃度のスパンガスを得てスパンガス出口１８から供給する。
【００３０】
希釈側のキャピラリが１本の場合、被希釈側のキャピラリ径を１００μｍにして流量を１０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、希釈側のキャピラリ径を３００μｍにして流量を１０００ｍＬ／ｍｉｎに設定したとき、流路抵抗を１００倍異ならせることができたが、１０％の圧力変動に対しておよそ７％の希釈率変化が発生した。それに対し、この実施例では、同じ内径３００μｍのキャピラリを用いた場合、キャピラリを６本に分けて１本あたりの流量を１７０ｍＬ／ｍｉｎに減らせば、レイノルズ数は約８００となり、１０％の圧力変化に対して希釈率変化２％以下に改善することができた。
【００３１】
実施例の装置は、大気汚染物質を測定する測定装置を校正するためのガス発生装置を示したものであるので、ゼロ点校正用のゼロガスを供給する機能も備えている。ゼロガス出口４４とスパンガス出口１８は共通にすることもできるが、共通にした場合にはこの基準ガス供給装置から測定装置までの配管にスパンガスによる汚染が生じ、ゼロガス純度を低下させるおそれがあるため、ゼロガス出口４４とスパンガス出口１８は分けられているものである．
【００３２】
実施例においては、希釈側の流路に６本のキャピラリ３４−１〜３４−６を並列に配置しているが、本発明では並列に配置される希釈側のキャピラリの本数は限定されるものではなく、流量とキャピラリ径の選択により様々な組合わせが可能である。
【００３３】
実施例のように被希釈側と希釈側に調圧器８，３０を設ける替わりに、一方の圧力を参照して他方の圧力が同じになるよう制御する「等圧弁」を用いることもできる．
【００３４】
また、実施例では差圧センサ４０で検出した差圧を表示するのみにとどめ、調整作業は作業者にゆだねているが、これに限定されるものではなく、フイードバック制御などにより自動調整するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明では、被希釈ガス流路と希釈ガス流路が混合器に接続され、それぞれの流路はキャピラリを備えているとともにそれらのキャピラリに加わる圧力によってそれぞれの流路の流量が調節されて目的の希釈倍率とされた混合ガスが前記混合器から供給されるガス希釈装置において、希釈ガス流路のキャピラリとして複数本が互いに並列に接続されているものとしたので、希釈ガス流路に１本のキャピラリを備えた場合より圧力変化に対して安定なガス希釈装置となる。
また、被希釈ガス流路のキャピラリに加わる圧力と希釈ガス流路のキャピラリに加わる圧力との差圧を検出する差圧センサを設けた場合には、圧力変化がおきた場合にも容易に所定の希釈倍率に調整することができるようになる。
また本発明のガス希釈装置を測定装置の基準ガス供給装置に適用した場合には、より信頼性の高い測定値を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例を示す流路図である。
【図２】検討されている基準ガス供給装置を示す流路図である。
【符号の説明】
２      ボンベガス入口
４      電磁弁
８      標準ガス用調圧器
１２      キャピラリ
１６      ガス混合部
１８      スパンガス出口
２０      吸着剤
２２      シリカゲル
２６      ポンプ
３０      ゼロガス用調圧器
３４−１〜３４−６      キャピラリ
４０      差圧センサ
４１      表示部
４２      電磁弁
４４      ゼロガス出口
【図１】
2004226077.tif 000003
【図２】
2004226077.tif 000004