(57)【要約】【課題】成層圏という非常に過酷な環境下で大気中に含まれる温室効果ガスの濃度をより正確に測定することが可能な温室効果ガスの濃度測定装置を提供する。【解決手段】大気中から取り入れた空気を所定の流量で流通させる空気流通管３と、空気流通管３を流通する空気中に含まれるＣＯ２の濃度を測定する測定装置本体７とを備える濃度測定装置において、空気流通管３に、測定装置本体７に入る前の空気を加熱するシリコンラバーヒータ１２を設ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中から取り入れた空気を流通させる空気流通管と、該空気流通管を流通する空気中に含まれる温室効果ガスの濃度を測定する測定装置本体とを備える温室効果ガスの濃度測定装置であって、
前記空気流通管に、前記測定装置本体に入る前の空気を加熱する第１の加熱手段を設けたことを特徴とする温室効果ガスの濃度測定装置。
【請求項２】
前記空気流通管の少なくとも前記第１の加熱手段を設置する部分に、金属管を用いたことを特徴とする請求項１記載の温室効果ガスの濃度測定装置。
【請求項３】
前記測定装置本体および前記第１の加熱手段を筐体に収め、該筐体にその内部を加熱する第２の加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の温室効果ガスの濃度測定装置。
【請求項４】
前記空気流通管、前記測定装置本体および前記第１の加熱手段を含むガス系機器と、該ガス系機器を制御する電気系機器とを別個のケースに収めて両者間を電気ケーブルで接続したことを特徴とする請求項１記載の温室効果ガスの濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば地球温暖化の要因解明の一助とすべく、大気中に含まれる温室効果ガスの濃度測定を行う測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化への危惧が叫ばれるようになって久しいが、近年、地球温暖化の要因を解明すべく、成層圏の大気中に含まれるＣＯ２（二酸化炭素）その他の温室効果ガスの濃度を測定する装置の開発が進められている。開発が進むそれらの装置のひとつに、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素の濃度を測定するＣＯ２濃度測定装置がある。このＣＯ２濃度測定装置は、飛行船、航空機（いずれも有人、無人を問わない）等の飛行体に搭載されて成層圏に至り、大気の一部を採取してその中に含まれるＣＯ２の濃度測定を行う装置である。
【０００３】
成層圏でのＣＯ２の濃度測定の仕方は次の通りである。まず、ＣＯ２濃度測定装置は、成層圏に至る前に吸引ポンプを駆動させて大気取入口から空気流通管に空気を吸引する。空気流通管に取り入れた空気は、フィルタによって塵や水分を除去される。続いて、マイクロバルブおよびフローセンサによって流量を一定に保つように調節するとともにピエゾバルブによって圧力を調節しながら、取り入れた空気を測定装置本体に通し、ＣＯ２の濃度を測定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、測定を行う環境条件は成層圏という非常に過酷なものであるため、従来のＣＯ２濃度測定装置では、測定装置本体を断熱したケースに収めて保護を行っているが、断熱だけでは周辺の過酷な環境から測定装置本体を分離することが難しく、低温低圧であることが災いして正確な測定が行えないという問題があった。測定装置本体が、気圧が非常に低く外気温は−５０〜−６０℃にも達するという成層圏の過酷な環境下での使用を考慮されていないためである。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、成層圏という非常に過酷な環境下で大気中に含まれる温室効果ガスの濃度をより正確に測定することが可能な温室効果ガスの濃度測定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の温室効果ガスの濃度測定装置を採用する。
すなわち本発明に係る請求項１記載の温室効果ガスの濃度測定装置は、大気中から取り入れた空気を流通させる空気流通管と、該空気流通管を流通する空気中に含まれる温室効果ガスの濃度を測定する測定装置本体とを備える温室効果ガスの濃度測定装置であって、
前記空気流通管に、前記測定装置本体に入る前の空気を加熱する第１の加熱手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、第１の加熱手段を設けることにより、測定装置本体に導かれる空気の温度が高められるので、非常に気温の低い状況下でも正確な濃度測定が可能になる。
【０００８】
請求項２記載の温室効果ガスの濃度測定装置は、請求項１記載の温室効果ガスの濃度測定装置において、前記空気流通管の少なくとも前記第１の加熱手段を設置する部分に、金属管を用いたことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、空気流通管を、熱伝達率が高く伝熱性に優れた金属製にすることにより、第１の加熱手段で発生した熱を損失少なく空気に伝達されるので、測定装置本体に導かれる空気を効率よく加熱することが可能となる。さらに、加熱による空気の温度変化の応答性がよくなって温度調節が行い易くなる。
【００１０】
請求項３記載の温室効果ガスの濃度測定装置は、請求項１または２記載の温室効果ガスの濃度測定装置において、前記測定装置本体および前記第１の加熱手段を筐体に収め、該筐体にその内部を加熱する第２の加熱手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、筐体の内部を加熱する第２の加熱手段を設けることにより、空気流通管や測定装置本体からの熱の損失が少なくなるので、第１の加熱手段の加熱による空気の温度変化の応答性がよくなって温度調節が行い易くなる。
【００１２】
請求項４記載の温室効果ガスの濃度測定装置は、請求項１記載の温室効果ガスの濃度測定装置において、前記空気流通管、前記測定装置本体および前記第１の加熱手段を含むガス系機器と、該ガス系機器を制御する電気系機器とを別個のケースに収めて両者間を電気ケーブルで接続したことを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、ガス系機器と電気系機器とを別個のケースに収めて分離することにより、ガス系機器を作動させたときに熱や振動が生じても電気系機器に伝播しないので、装置の誤作動や測定精度の低下を招くことがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る温室効果ガスの濃度測定装置の実施形態を図１に示して説明する。本実施形態においては、温室効果ガスとして代表的なＣＯ２（二酸化炭素）の濃度測定を行う装置について説明する。
本実施形態のＣＯ２濃度測定装置は、図１に示すように、測定機器その他を収めたガス系機器ケース１と、ガス系機器ケース１に収められた測定機器その他の機材を制御する電気系機器ケース２とに分けて構成されている。両ケース１，２は、ガス系機器ケース１に生じる振動や温度変化が電気系機器ケース２の作動に悪影響を与えないように、分離して配置されており、両ケース１，２に収められた各機器は電気ケーブルＣｂにて接続されている。
【００１５】
ガス系機器ケース１には、大気中から取り入れた空気を流通させるステンレス製の空気流通管３に、空気流通管３の一端に設けられた大気取入口（大気を採取するべくケースの外に露出されている）から空気流通管３に空気を吸い込む吸引ポンプ４と、空気流通管に取り入れた空気に混じる塵や水分を除去するフィルタ５と、空気流通管３を流通する空気の流量を調節するマイクロバルブ６と、空気流通管３を流通する空気のＣＯ２濃度を測定する測定装置本体７と、空気流通管３を流通する空気の流量を計測するフローセンサ８と、空気流通管３を流通する空気を一時的に貯留するバッファボリューム９と、空気流通管３を流通する空気の圧力を調節するピエゾバルブ１０とが、大気取入口側から順に配設されて内蔵されている。
【００１６】
測定装置本体７には、非分散赤外線分析法（Ｎｏｎ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｉｎｆｒａｅｄ）を用いた分析装置が採用されており、上面、下面にそれぞれ２枚ずつシリコンラバーヒータ（第２の加熱手段）１１ａを貼られたケース（筐体）１１に収められている。ケース１１の内側となった空気流通管３には、マイクロバルブ６と測定装置本体７との間に、測定装置本体５に入る直前の空気を管内部で加熱するシリコンラバーヒータ（第１の加熱手段）１２が設けられている。シリコンラバーヒータ１２と測定装置本体７との間の空気配管３には、温度センサＴＳ１が配設されている。また、バッファボリューム９には、圧力センサＰＳ１が配設されている。
【００１７】
フィルタ５とマイクロバルブ６との間の空気流通管１には、２つの三方切替弁１３，１４が配設されている。これらはそれぞれ、測定装置本体７の校正に用いる標準ガス供給部１５と、地上での詳細な分析用に空気を採取する大気採取部１６とに接続されている。
【００１８】
標準ガス供給部１５、大気採取部１６はいずれも２系統設けられている。三方切替弁１４を介して空気流通管３から分岐する分岐管１７は、三方切替弁１８によって系統１７Ａ，１７Ｂに分岐しており、一方の系統１７Ａには、低濃度の標準ガスを詰めた第１のガスボトル１９が接続され、他方の系統１７Ｂには、高濃度の標準ガスを詰めた第２のガスボトル２０が接続されている。いずれの標準ガスもその濃度は既知である。
【００１９】
三方切替弁１３を介して空気流通管３から分岐する分岐管２１は、途中で系統２１Ａ，２１Ｂに分岐されており、これらの系統にサンプルボトル２３，２４がそれぞれ接続されている。２つの系統２１Ａ，２１Ｂはサンプルボトルを挟んで後方で１系統にまとめられており、図示しない排気口に繋がっている。
【００２０】
一方の系統２１Ａには、サンプルボトル２３の前段に三方切替弁２５と開閉切替弁２６とが並んで配設され、サンプルボトル２３の後段には開閉切替弁２７が配設されている。三方切替弁２５から分岐する配管２５ａは他方の系統２１Ｂに接続されている。
【００２１】
他方の系統２１Ｂには、サンプルボトル２４の前段に配管２５ａが接続され、配管２５ａの接続箇所とサンプルボトル２４との間に開閉切替弁２９が配設され、サンプルボトル２４の後段に開閉切替弁３０が配設されている。
【００２２】
さらに、系統２１Ａの三方切替弁２５の前段には、圧力センサＰＳ２が配設され、サンプルボトル２３，２４の後段で１本にまとまった分岐管２１にも、圧力センサＰＳ３が配設されている。
【００２３】
上記のように構成されたＣＯ２濃度測定装置を用いて行う、成層圏でのＣＯ２の濃度測定の仕方は次の通りである。
まず、ＣＯ２濃度測定装置は、成層圏に至ると吸引ポンプ４を駆動させて大気取入口から空気流通管３に空気を吸引する。空気流通管３に取り入れた空気は、フィルタ５によって塵や水分を除去される。続いて、フローセンサ８による空気流量の検出結果に基づいてマイクロバルブ６を作動させ、空気流通管３を流れる空気流量を一定に保つように調節するとともに、ピエゾバルブ１０によって圧力を調節しながら、取り入れた空気を測定装置本体７に通し、ＣＯ２の濃度を測定する。
【００２４】
測定に先立つ測定装置本体７の校正には、第１のガスボトル１９に詰めた低濃度の標準ガスと、第２のガスボトル２０に詰めた高濃度の標準ガスとを用いる。これらのガスを測定装置本体７に導いて濃度測定を行い、得られた測定値を既知の濃度と比較して測定装置本体７の校正を行うことにより、環境の変化によって生じる測定誤差を補正するのである。校正を終えたら、測定装置本体７に大気の一部であった空気を導き、実際にＣＯ２の濃度測定を行う。
【００２５】
事前の校正および実際の測定を行う間は、シリコンラバーヒータ１２を作動させて空気流通管３を流れる空気を加熱するとともに、シリコンラバーヒータ１１ａを作動させてケース１１の内部を加熱することにより、測定装置本体７に導かれる空気の温度が高められる。このとき、空気流通管３にはステンレス製の管が使用されているので伝熱性に優れており、管内を通じる空気の加熱が効果的に行われる。しかも、シリコンラバーヒータ１２を通じる過程で加熱されて測定装置本体７に導かれる空気の温度は、温度センサＴＳ１によって常時検出されており、シリコンラバーヒータ１２は、センサＴＳ１の検出結果に基づいて空気の温度を測定に適した温度（例えば４５℃）に保つように加熱作用を調節される。
【００２６】
このように、成層圏という非常に過酷な環境下にあっても、測定装置本体７においては一定の温度条件でＣＯ２濃度測定が行えるので、大気中のＣＯ２濃度をより正確に測定することが可能である。
【００２７】
なお、本実施形態においては、成層圏という過酷ではあるが温度変化の小さい領域においてＣＯ２濃度の測定を行う場合について説明したが、本発明の濃度測定装置によれば、対流圏から成層圏に移行する過程、つまり温度が大きく変化する過程でＣＯ２濃度の測定を行う場合でも、測定装置本体に導かれる空気の温度を一定に保って正確にＣＯ２濃度の測定を行うことができる。
【００２８】
本実施形態においては、ＣＯ２を測定対象の温室効果ガスとしたが、本発明の濃度測定装置はＣＯ２に限らずその他の温室効果ガスの測定に用いることができる。その場合、測定装置本体７には測定対象のガス濃度を測定できる機能を有するものを選択する必要があるのはいうまでもない。
【００２９】
本実施形態においては、加熱手段としてシリコンラバーヒータを採用したが、それ以外の構造のヒータを採用しても構わない。また、空気流通管３にはステンレス製の管を採用したが、熱伝達率が高く伝熱性に優れた金属製の管であればステンレスに限らずその他の材料からなる管を使用しても構わない。また、金属管を使用する箇所は空気流通管３すべてではなく、少なくともシリコンラバーヒータ１２を配設する部分だけであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定装置本体に入る前の空気を加熱する第１の加熱手段を設けることにより、測定装置本体に導かれる空気の温度が高められるので、非常に気温の低い状況下でも正確な濃度測定を行うことができる。
【００３１】
本発明によれば、空気流通管を、熱伝達率が高く伝熱性に優れたステンレス製にすることにより、第１の加熱手段で発生した熱を損失少なく空気に伝達されるので、測定装置本体に導かれる空気を効率よく加熱することが可能となる。さらに、加熱による空気の温度変化の応答性がよくなって温度調節が行い易くなる。これにより、測定すべき空気を適温に保って正確な濃度測定を行うことができる。
【００３２】
本発明によれば、筐体の内部を加熱する第２の加熱手段を設けることにより、空気流通管や測定装置本体からの熱の損失が少なくなるので、第１の加熱手段の加熱による空気の温度変化の応答性がよくなって温度調節が行い易くなる。これにより、測定すべき空気を適温に保って正確な濃度測定を行うことができる。
【００３３】
本発明によれば、ガス系機器と電気系機器とを別個のケースに収めて分離することにより、ガス系機器を作動させたときに熱や振動が生じても電気系機器に伝播しないので、装置の誤作動や測定精度の低下を招くことがない。これにより、正確な濃度測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態を示す図であって、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素の濃度を測定するＣＯ２濃度測定装置の構造を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　　　ガス系機器ケース
２　　　電気系機器ケース
３　　　空気流通管
７　　　測定装置本体
１１ａ　シリコンラバーヒータ（第２の加熱手段）
１１　　ケース（筐体）
１　　シリコンラバーヒータ（第１の加熱手段）
Ｃｂ　　電気ケーブル
【図１】
2004069557.tif 000003