(57)【要約】【課題】  エアポンプを低負荷でエネルギー効率よく運転することができるガス測定装置を提供する。【解決手段】  ガス測定部にエアを流通させるエアポンプ２を設け、ガス測定部１，６に流通されるエア量を制御する流量制御部１６を設けたガス測定装置であって、  エアポンプ２にバッファ部１３を連設して、エアポンプ２と流量制御部１６との間に配置するとともに、バッファ部１３の内圧をモニタする圧力検知部１４を設け、圧力検知部１４の検知圧力に基づいてエアポンプ２の動作を制御する制御部１５を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス測定部にエアを流通させるエアポンプと、そのエア量を制御する流量制御部とを設けたガス測定装置であって、
前記エアポンプと前記流量制御部との間で、前記エアポンプに連接させてバッファ部配置するとともに、前記バッファ部の内圧をモニタする圧力検知部と、前記圧力検知部の検知圧力に基づいて前記エアポンプの動作を制御する制御部とを設けたガス測定装置。
【請求項２】
前記エアポンプが、前記バッファ部を介して、前記ガス測定部にエアを流通可能に配置してあるとともに、前記制御部が、前記バッファ部の内圧が下限しきい値を下回ったときに前記エアポンプを稼働し、前記バッファ部の内圧が上限しきい値に上回ったときに前記エアポンプを稼働停止させる請求項１記載のガス測定装置。
【請求項３】
前記エアポンプが、前記バッファ部を介して、前記ガス測定部からガスを吸引可能に配置してあるとともに、前記流量制御部が、前記バッファ部の内圧が上限しきい値を上回ったときに前記エアポンプを稼働し、前記バッファ部の内圧が下限しきい値を下回ったときに前記エアポンプを稼働停止させる請求項１記載のガス測定装置。
【請求項４】
前記バッファ部に夾雑ガス吸着用のガス吸着剤を内装してある請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス測定装置。
【請求項５】
前記ガス測定部がカラム分離装置を備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス測定部にエアを流通させるエアポンプを設け、前記ガス測定部に流通されるエア量を制御する流量制御部を設けたガス測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記ガス測定装置のエアポンプは、前記ガス測定部に定常的にエア供給すべく、常時稼働させるとともに、前記流量制御部で所定エア量や、所定エア圧のエアを流通させるように制御していた。通常、エアポンプは、少量のガスを常時安定供給することが困難であるため、前記エアポンプは、過剰なエア供給をしなければならず、そのため、前記流量制御部では、余剰に供給されるエアを逃がしたり、流量を絞ってエアを流通制御可能な構成としてある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような構成の流量制御を行うと、前記エアポンプの負荷が高くなり、長期耐久性に悪影響を与えたり、故障の原因になったりするという問題点があった。そこで、エアポンプとして耐久性の高い比較的大型のものを用いるような場合には、前記エアポンプが、過剰にエア供給したり、高負荷で運転したりするため、運転に要するエネルギー効率が低いという問題がある。また、ガス測定装置の小型化に伴い、エアポンプを小型化したいような場合は、特にこのような耐久性が問題となり、実用化が困難となる実情があった。
【０００４】
そこで、本発明のガス測定装置は、上記実状に鑑み、エアポンプを低負荷でエネルギー効率よく運転することができるガス測定装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のガス測定装置の特徴構成は、ガス測定部にエアを流通させるエアポンプと、そのエア量を制御する流量制御部とを設け、前記エアポンプと前記流量制御部との間で、前記エアポンプに連接させてバッファ部配置するとともに、前記バッファ部の内圧をモニタする圧力検知部と、前記圧力検知部の検知圧力に基づいて前記エアポンプの動作を制御する制御部とを設けた点にある。
【０００６】
つまり、前記エアポンプにバッファ部を連設するから、エアポンプによるエア供給が前記バッファ部に迅速に行われ、前記バッファ部の内圧を応答性良く制御しやすい。前記エアポンプと流量制御部との間に配置すると、前記エアポンプにより流通されるエアは前記流量制御部を通るので、前記バッファ部の内圧に対応した圧力をモニタできる。
【０００７】
このとき、前記バッファ部を介して、前記ガス測定部に供給可能に配置してある場合、前記バッファ部内は、内圧を高めながら、供給されるエアを一旦貯留し、その内圧により、前記バッファ部内から前記ガス測定部に向けてエア供給可能となる。本装置では、前記バッファ部内の圧力が十分に高くなるまで前記エアポンプを供給稼働するだけで良く、前記バッファ部の内圧が低下して前記バッファ部から前記ガス測定部への十分な供給ができなくなるまでは、そのエアポンプを稼働停止していても前記ガス測定部への定常的なガス流通が維持されることになる。
【０００８】
具体的には、たとえば、前記エアポンプが、前記バッファ部を介して、前記ガス測定部に供給可能に配置してあるとともに、前記制御部が、前記バッファ部の内圧が下限しきい値を下回ったときに前記エアポンプを稼働し、前記バッファ部の内圧が上限しきい値を上回ったときに前記エアポンプを稼働停止させる。
【０００９】
すなわち、エアポンプ−バッファ部−流量制御部の順にエアを流通する場合、前記制御部によって、前記バッファ部の内圧が下限しきい値と上限しきい値との間の加圧状態になるよう制御維持することができる。そのため、前記バッファ部の内圧を、前記ガス測定部へのガス供給可能な下限値よりも高く維持することができ、常に必要量のエアを前記ガス測定部へ供給することができる。また、前記バッファ部の内圧を前記エアポンプの負荷が大きくなりすぎない程度で、前記エアポンプが頻繁にＯＮ−ＯＦＦを繰り返さないでよい程度の上限しきい値よりも低く維持することができ、エアポンプに大きな負荷を与えず安定動作させることができる。
【００１０】
逆に、前記エアポンプが、前記バッファ部を介して、前記ガス測定部からガスを吸引可能に配置してある場合、前記バッファ部内は、減圧されながら、供給されるガスを排出し、その内圧により前記ガス測定部からエア吸引可能となる。先の場合と同様に、前記バッファ部内の圧力が十分低くなるまで前記エアポンプ供給稼働するだけでよく、前記バッファ部の内圧が上昇して前記ガス測定部から前記バッファ部への十分なエア吸引ができなくなるまでは、そのエアポンプを稼働停止していても前記ガス測定部への定常的なガス流通が維持されることになる。
【００１１】
具体的には、たとえば、前記エアポンプが、前記バッファ部を介して、前記ガス測定部からガスを吸引可能に配置してあるととともに、前記制御部が、前記バッファ部の内圧が上限しきい値を上回ったときに前記エアポンプを稼働し、前記バッファ部の内圧が下限しきい値を下回ったときに前記エアポンプを稼働停止させる。
【００１２】
すなわち、流量制御部−バッファ部−エアポンプの順にエアを流通する場合、前記制御部によって、前記バッファ部の内圧が下限しきい値と上限しきい値との間の減圧状態になるよう制御維持することができる。そのため、前記バッファ部の内圧を、前記ガス測定部へのガス供給可能な上限値よりも低く維持することができ、常に必要量のエアを前記ガス測定部へ供給することができる。また、前記バッファ部の内圧を前記エアポンプの負荷が大きくなりすぎない程度で、前記エアポンプが頻繁にＯＮ−ＯＦＦを繰り返さないでよい程度の下限しきい値よりも高く維持することができ、エアポンプに大きな負荷を与えず安定動作させることができる。
【００１３】
また、このような場合、バッファ部を介してエアを流通させるための力を発揮させているから、エアポンプの機械的な脈動等を緩衝して、安定したエア流を形成することができ、ガス測定が安定して行えるようになる。
【００１４】
さらに、前記バッファ部の内圧をモニタする圧力検知部を設けて、その圧力を検知しておけば、その検知圧力が上述の前記ガス測定部への定常的なガス流通が維持される範囲に維持されるように、前記制御部により前記エアポンプの動作を制御するだけで、前記ガス測定部における定常的なガス流通が維持できる。
【００１５】
従って、上述のようにエアポンプを稼働制御すると、エアポンプは、前記バッファ部内の圧力の状態に応じて稼働停止することができるので、常時稼働していた従来の装置に比べ、エネルギー効率よくエアを流通させることができる。また、ガス測定装置の運転時間中における前記エアポンプの稼働割合を短くできるので、長期耐久性を発揮できるように運転することができる。また、このように稼働制御した場合、前記バッファ部の内圧は必要以上に負荷が高くならないようにできるから、前記エアポンプを低負荷で稼働して、長期耐久性を発揮できるように運転することができる。
【００１６】
尚、制御部は、上限、下限しきい値に基づく制御のみならず、前記内圧の変化度をモニタして、前記エアポンプの動作を予測制御する等種々公知の制御方法を適用することもできる。
【００１７】
また、前記バッファ部に夾雑ガス吸着用のガス吸着剤を内装してあることが好ましい。
【００１８】
つまり、前記バッファ部ではガスを一時的に貯留してその中に含まれる夾雑ガスや有害ガス等を一時的に保持して滞留させることになる。そのため、前記バッファ部にガス吸着剤を内装していれば、そのガスの滞留時間中に、前記夾雑ガスを吸着除去してガス測定の妨害になるのを防止したり、前記有害ガスを吸着除去して大気放出されるのを防止したりすることができる。
【００１９】
特にエアポンプ−バッファ部−流量制御部の順にエアを流通する場合、前記バッファ部では、ガスが加圧状態でガス吸着剤に接触することになるから、ガス吸着反応がガス脱離反応より、より有利に進行するようになるため、流通されるエアをさらにガス測定に適した清浄なものとすることができる。
【００２０】
また、前記ガス測定部がカラム分離装置を備えていることが好ましく、このようなカラム分離装置を備えたガス測定部は、種々夾雑ガスと混合した被検知ガスを成分分離しつつ成分毎に出力を得るから、より正確なガス測定を行えるという利点がある。
【００２１】
また、バッファ部によって、ガス測定部に対するガス供給が供給圧の脈動が少なくなるから、前記カラム分離装置内のガス流通が安定して、前記カラム分離装置の性能を十分発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明のガス測定装置は、図１に示すように、ガスクロマトグラム分離部（カラム）１にキャリアガスとしての空気を流通させるためのエアポンプ２を設ける。前記カラム１に試料ガスを流通させる供給部１ａおよび排出部１ｂを備える。試料ガスは、前記供給部１ａに対するガス流通路の給気路３に設けられた試料導入部４から供給されて、前記供給部１ａに導かれ、前記供給部１ａに導入された試料ガスは、排出部１ｂからガス流通路の排気路５に排出される。前記排気路５にガス検知部６を設け、前記ガス検知部６からの出力に基づき、試料ガス中の被検知ガス種および被検知ガス濃度を求める演算部８を設けてある。本発明においては、前記カラム１、ガス検知部６をガス測定部と総称するものとする。
【００２４】
前記カラム１は、充填剤の充填されている長尺管状体の一端側の接続される供給部１ａから流入する流体を他端側の接続される排出部１ｂに移流させつつ分離可能に構成してある。
【００２５】
前記カラム１にキャリアガスとしての空気を流通させる給気路３には、前記エアポンプ２の下流側に、夾雑ガスを吸着するガス吸着剤１３ａを内装したバッファ部１３を連設してある。前記ガス吸着剤は、空気中の雑ガスを吸着する。これにより、キャリアガスとして好適に用いられる清浄エアを得る。前記バッファ部には、そのバッファ部の内圧を検知する圧力検知部を設け、前記圧力検知部の検知圧力に基づいて前記エアポンプをＯＮ−ＯＦＦする制御部を設けてある。また、前記給気路３の前記バッファ部１３の下流側には流量制御部１６を設け、前記カラム１に供給されるエア量を一定に維持すべく調整可能に構成してある。
【００２６】
たとえば、エアポンプとして、最大流量１．３Ｌ／分、最高出力圧２０３ｋＰａ（２．０気圧）のものを用い、２０ｍＬ／分の流量のエアを定常供給すべき給気路に対して、２８０ｍＬのバッファ部を設ける。
このとき、前記制御部による前記エアポンプの動作は、前記バッファ部の内圧を、下限しきい値の１４２ｋＰａ（１．４気圧）に達すると、エアポンプを稼働し、上限しきい値の１８２ｋＰａ（１．８気圧）に達すると、エアポンプを停止させるように制御する。
すると、バッファ部の内圧が、上限しきい値から下限しきい値に達するまでの約１２分間エアポンプを停止することができる。逆に、下限しきい値から上限しきい値に達するまでには約１５秒で済み、エアポンプの稼働効率を極めて少なくできた。しかも、その間、エア流量は２０ｍＬ／分で極めて安定し、脈動もなかった。そのため、従来の装置では、装置全体としての通気抵抗が大きく、エアポンプの負荷が大きくなっていたのに対して、エアポンプの消費電力を極めて少なくでき、しかも、寿命を大きく延ばすことができた。
【００２７】
前記ガス検知部６は、前記排気路５にガス検知素子６ａをガス検知室に各別に設けて形成してある。前記ガス検知素子６ａとしては、半導体式ガス検知素子が好適に用いられ、たとえば、以下の構成のものから選択して用いられる。
【００２８】
ガス検知素子６ａ：
＜熱線型ガス検知素子＞
図２に示すように、ガス検知素子６ａは、白金を主成分とし、線径３０μｍ、巻き数１５ｔｕｒｎ、長さ５５０μｍの導線コイル６ｂに、金属酸化物半導体を塗布焼成して球状に形成した感応層６ｃを設けてある。
尚、前記導線コイル６ｂとしては、白金に代えて白金ロジウム、白金パラジウム等の貴金属線コイルを用いると、熱的安定性が高いので好ましい。また、酸化スズに代えて酸化インジウム、酸化鉄、酸化亜鉛、等の金属酸化物半導体も利用可能である。さらに、感応層には、ガス選択性を高める等の目的で、必要に応じてコーティング層６ｄが設けられる。
【００２９】
＜基板型ガス検知素子＞
図３に示すように、ガス検知素子６ａは、アルミナ基板６ｅ上に金属酸化物半導体を主成分とする膜層（感応層）６ｃを備えて構成されており、この金属酸化物半導体膜層６ｃに電気的に接続された検出電極としての白金薄膜電極６ｇを備えて構成されている。そして、この白金薄膜電極６ｇに対して、この電極間における抵抗値の変化を検出するように、検出端子が設けられる。さらに、アルミナ基板６ｅの裏面側に白金薄膜ヒーター６ｈが備えられ、これにセンサ温度制御装置への加熱端子６ｆを設けて加熱手段が構成されている。この加熱手段は、センサの動作に適する４５０〜５５０℃にガス検知素子６ａを加熱維持する。さらに、感応層には、ガス選択性を高める等の目的で、必要に応じてコーティング層６ｄが設けられる。
【００３０】
前記ガス検知部において、それぞれのガス検知素子は、ブリッジ回路等からなるガス検知回路９に組み込まれ、前記ガス検知素子６ａの被検知ガス検知による抵抗値の変化等に基づく出力をガス検知出力として取り出すことができるよう接続される。
【００３１】
得られたガス測定装置では、シリンジ等により試料ガスを前記試料導入部４より前記カラム１にチャージする。前記エアポンプ２により、前記カラム１からガスを吸引すると、前記カラム１の供給部上流側の給気部１０より前記カラム１に空気が導入され、チャージされた試料が展開される。展開された試料は、順次成分毎に分離されつつ、前記排出部１ｂ側に排出される。この排出された各成分が順次ガス検知部６に誘導され、ガス検知素子６ａに接触する。すると、前記ガス検知素子６ａの見かけ抵抗値は変化するので、前記ガス検知回路９からその抵抗値の変化に対応するガス検知出力が得られる。
【００３２】
前記ガス検知素子６ａからのガス検知出力は演算部８に入力され、前記演算部８において前記ガス検知出力を基に演算して、種々のガスを識別するとともに、検知された被検知ガスの濃度を求められる。
演算により求められたガス種および被検知ガスのガス濃度は、表示部１２に表示され、分析結果を知ることができる。
【００３３】
また、前記給気路３には前記試料導入部４とは別に、装置校正用の標準空気を導入する標準空気導入部１７、および、現場雰囲気ガスを試料ガスとして吸引自在にする試料吸引導入部１８を設けてあり、種々の態様でのガス分析を可能とするとともに、その態様に応じた装置の校正を可能にしてある。
【実施例２】
【００３４】
本発明のガス測定装置は、図４に示すように、ガス検知部６に検知対象ガスとして被検知ガスを含有する空気を吸引流通させるためのエアポンプ２を設ける。前記ガス検知部の上流側には、ガス吸引部１０を設け、給気路３を介して、検知対象ガス中の被検知ガスを、ガス検知部６、流量制御部１６、バッファ部１３の順に吸引し、エアポンプ下流側の排気部１１に排出される。前記ガス検知部６からの出力に基づき、検知対象ガス中の被検知ガス種および被検知ガス濃度を求める演算部８を設けてある。本発明においては、前記ガス検知部６をガス測定部と総称するものとする。
【００３５】
前記バッファ部１３には、そのバッファ部１３の内圧を検知する圧力検知部１４を設け、前記圧力検知部１４の検知圧力に基づいて前記エアポンプ２をＯＮ−ＯＦＦする制御部１５を設けてある。
【００３６】
たとえば、エアポンプ２として、最大流量１．３Ｌ／分、最高出力圧２０３ｋＰａ（２．０気圧）のものを用い、２０ｍＬ／分の流量のエアを定常供給すべき給気路に対して、２８０ｍＬのバッファ部を設ける。
このとき、前記制御部による前記エアポンプの動作は、前記バッファ部の内圧を、下限しきい値の３０ｋＰａ（０．３気圧）に達すると、エアポンプを停止し、上限しきい値の６１ｋＰａ（０．６気圧）に達すると、エアポンプを稼働させるように制御する。
【００３７】
図中、その他の実施例１と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
ガス測定装置のエアポンプを低負荷でエネルギー効率よく運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ガス測定装置の概略図
【図２】熱線型ガス検知素子の概略図
【図３】基板型ガス検知素子の概略図
【図４】ガス測定装置の概略図
【符号の説明】
【００４０】
２          エアポンプ
１，６      ガス測定部
１６        流量制御部
２          エアポンプ
１３        バッファ部
１５        制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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