(57)【要約】【課題】成層圏の大気の一部をなす空気を、成分を変化させることなく採取する。【解決手段】温室効果ガスとして代表的なＣＯ２を含む大気の一部を金属製のサンプルボトル２３，２４に収めて採取する大気採取装置について、サンプルボトル２３，２４に、事前にＣＯ２ガスを封入して低温焼き入れ処理を行ったものを使用する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温室効果ガスを含む大気の一部を金属製の採取ボトルに収めて採取する大気採取装置であって、
前記採取ボトルには、事前に前記温室効果ガスと同質のガスを封入して低温焼き入れ処理を行ったものを使用することを特徴とする大気採取装置。
【請求項２】
前記低温焼き入れ処理として、前記採取ボトルを９０℃以上１２０℃の温度条件下に１０時間放置する焼き入れ工程を、自然徐冷の期間を挟んで少なくとも３回以上繰り返したことを特徴とする請求項１記載の大気採取装置。
【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成層圏に存在する大気を採取する大気採取装置に関する。
【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】
ＣＯ２の濃度測定と同時に、専用のボトルに成層圏の空気を詰めて採取する。採取した空気はボトルごと回収し、地上にて再度ＣＯ２の濃度測定を行うとともに他の温室効果ガスの分析を含めてより詳細な分析を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、成層圏での採取から地上の分析施設にボトルを運ぶには通常数日かかるが、この間にボトルに詰めた空気のＣＯ２濃度が変化してしまうという問題があった。これは、ボトルを構成する材料からの脱ガスが内部に詰めた空気と混ざってしまうためである。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、成層圏の大気の一部をなす空気を、成分を変化させることなく採取することが可能な大気採取装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、次のような構成の大気採取装置を採用する。
すなわち本発明に係る請求項１記載の大気採取装置は、温室効果ガスを含む大気の一部を金属製の採取ボトルに収めて採取する大気採取装置であって、
前記採取ボトルには、事前に前記温室効果ガスと同質のガスを封入して低温焼き入れ処理を行ったものを使用することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の大気採取装置は、請求項１記載の大気採取装置において、前記低温焼き入れ処理として、前記採取ボトルを９０℃以上１２０℃の温度条件下に１０時間放置する焼き入れ工程を、自然徐冷の期間を挟んで少なくとも３回以上繰り返したことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、採取ボトルに対し事前に低温焼き入れ処理を行うことにより、採取ボトルを構成する材料からの脱ガスが抑えられる。これにより、採取ボトル内に採取した大気の一部に含まれる温室効果ガスの正確な濃度が脱ガスによって正しく測定できないという不具合が解消される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る大気採取装置の実施形態を図１ないし図３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の一部として構成された大気採取装置について説明する。
本実施形態のＣＯ２濃度測定／大気採取装置は、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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１１ａを貼られたケース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との間の管外部に、測定装置本体５に入る直前の空気を管内部で昇温するためのシリコンラバーヒータ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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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（採取ボトル）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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
サンプルボトル２３，２４は、図２に示すように、円筒形の胴部３０の両側に半球状の端部３１，３２が純アルゴン溶接されたものである。ボトル内面は電解研磨されており、純水で洗浄された後、さらに純水の蒸気でスチーム洗浄されている。
【００２０】
サンプルボトル２３，２４については、スチーム洗浄の後、ＣＯ２ガスを封入して低温焼き入れ処理が実施されている。この焼き入れ処理は、より具体的には、ＣＯ２標準ガスを封入したサンプルボトル（スチーム洗浄を終えた素のボトル）を１００℃の温度条件下に１０時間放置する焼き入れ工程を、自然徐冷の期間を挟んで３回繰り返すというものである。この焼き入れ処理を行うことにより、サンプルボトル２３，２４における脱ガスが効果的に抑えられることが以下の実験によって明らかとなっている。
【００２１】
図３には、４つのボトルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄについてそれぞれ上記の低温焼き入れ処理を実施し、焼き入れ工程を１回終えるごとにボトルを装置内部の所定の位置に取り付けてＣＯ２濃度測定を行い、系統２１Ａ（または２１Ｂ）を流れる空気のＣＯ２濃度（以下、系統内のＣＯ２濃度とする）と任意時間経過後のボトル内のＣＯ２濃度とを比較した結果を示す。
【００２２】
図に示すように、焼き入れ工程を１回終えたボトルについての測定では、系統内よりもボトル内のＣＯ２濃度が０．５〜０．８（ｐｐｍ）増加し（平均の増加量は０．７（ｐｐｍ））、焼き入れ工程を２回終えたボトルについての測定では、系統内よりもボトル内のＣＯ２濃度が０．４〜１．５（ｐｐｍ）増加し（平均の増加量は０．７（ｐｐｍ））、焼き入れ工程を３回終えたボトルについての測定では、系統内よりもボトル内のＣＯ２濃度が０．０〜０．５（ｐｐｍ）増加したことがわかる（平均の増加量は０．４（ｐｐｍ））。このように、焼き入れ工程を３回繰り返したボトルはＣＯ２濃度の増加が微量になり、なかには全くＣＯ２濃度の増加が見られなかったものもあり、焼き入れよる脱ガス抑制という効果が目に見えて現れる結果となった。
【００２３】
上記のように構成されたＣＯ２濃度測定／大気採取装置を用いて行う、大気採取の仕方は次の通りである。
まず、成層圏に至る前に吸引ポンプ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】
ＣＯ２濃度の測定を終えたら、系統２１Ａ，２１Ｂに成層圏の大気の一部であった空気を系統２１Ａ，２１Ｂに導き、開閉弁２６，２７、おなじく開閉弁２９，３０を開いてサンプルボトル２３，２４内の空気を成層圏の空気と置換し、十分な時間が経過した後に各開閉弁を閉じてサンプルボトル２３，２４を密閉する。
【００２５】
成層圏の大気サンプルの採取を終えたら、ＣＯ２濃度測定／大気採取装置を搭載した飛行体を地上または海上に降下させ、サンプルボトル２３，２４を回収して地上の高度な設備を使って再度ＣＯ２の濃度測定を行うともにより詳細な分析を行う。
【００２６】
上記のように構成されたＣＯ２濃度測定／大気採取装置においては、サンプルボトル２３，２４に対し事前に上記のごとく低温焼き入れ処理を行うことにより、サンプルボトル２３，２４を構成する材料からの脱ガスが抑えられるので、サンプルボトル２３，２４内に採取した大気の一部に含まれるＣＯ２の正確な濃度が脱ガスによって正しく測定できないという不具合が解消される。
【００２７】
なお、本実施形態においては、１００℃の温度条件下に１０時間放置する焼き入れ工程を、自然徐冷の期間を挟んで３回繰り返しているが、焼き入れの回数を増やすほど脱ガス抑制の効果が高まる。少なくとも３回、焼き入れを行えば十分な抑制効果が得られるということである。また、焼き入れの温度は１００℃に限らず、９０℃以上１２０℃の温度条件下であれば同等の効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、採取ボトルに対し事前に低温焼き入れ処理を行うことにより、採取ボトルを構成する材料からの脱ガスが抑えられる。これにより、採取ボトル内に採取した大気の一部に含まれる温室効果ガスの正確な濃度が脱ガスによって正しく測定できないという不具合が解消されるので、成層圏の空気を、成分を変化させることなく採取することができる。
【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、成層圏の大気を採取する大気採取装置の構造を示す概略構成図である。
【図２】大気採取装置を構成するサンプルボトルの外観を示す図である。
【図３】サンプルボトルの濃度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２３，２４　サンプルボトル
【図１】
2004069556.tif 000003
【図２】
2004069556.tif 000004
【図３】
2004069556.tif 000005