(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に太陽光の照射下の屋外環境にて使用するホルダであって、ガス状の大気汚染物質をその表面に吸着し選択的に反応することによって発色あるいは退色していく有機系色素を含浸させた多孔体よりなり前記大気汚染物質を検知するガス検知体を内蔵したガス検知体ホルダにおいて、
上部および下部が開口し可視光に対して透明な筒体に形成されたホルダ本体と、このホルダ本体の周面に設けられ前記ガス検知体を紫外線から保護するＵＶカットフィルムと、前記ホルダ本体の上側開口部に設けられ前記ホルダ本体内の空気を外部に排出する上部構造体と、前記ホルダ本体の下側開口部に設けられ外気を前記ホルダ本体内に導く下部構造体とを備え、
前記下部構造体は、下端側に、照射された太陽光を吸収することにより、上端側に比較して高温となって、ホルダ下部の空気を加熱する着色部を有する
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項２】
請求項１記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記下部構造体の前記着色部は黒く着色されている
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項３】
請求項２記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記下部構造体は透明材料からなり、前記着色部が黒く着色されている
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記上部構造体は上方に向かって広がる漏斗状の開口部を有する
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記上部構造体の開口部に熱放散フィンを設けた
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記上部構造体に冷却液タンクを設けたことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項７】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記上部構造体に物質の相変化に伴う吸熱を利用した冷却体を設けた
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記下部構造体は、下方に向かって広がる形状に形成されている
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記下部構造体に物質の酸化熱を利用した発熱体を設けた
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項１０】
主に太陽光の照射下の屋外環境にて使用するホルダであって、ガス状の大気汚染物質をその表面に吸着し選択的に反応することによって発色あるいは退色していく有機系色素を含浸させた多孔体よりなり前記大気汚染物質を検知するガス検知体を内蔵したガス検知体ホルダにおいて、
上部および下部が開口し可視光に対して透明な筒体に形成されたホルダ本体と、このホルダ本体の周面に設けられ前記ガス検知体を紫外線から保護するＵＶカットフィルムと、前記ホルダ本体の上側開口部に設けられ前記ホルダ本体内の空気を外部に排出する上部構造体と、前記ホルダ本体の下側開口部に設けられ外気を前記ホルダ本体内に導く下部構造体とを備え、
前記ホルダ本体を内管と外管とからなる２重管で構成し、内管の外面と外管の内面のいずれか一方にガス検知体を設け、内管と外管との間に形成された環状隙間を空気の流通路とし、
前記内管は、断熱部材で構成された内管本体と、この内管本体の下部に設けられ、内部に発熱体が充填された内管用下部構造体とを備える
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項１１】
請求項１０記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記発熱体は、物質の酸化熱を利用した発熱体である
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記内管は、前記内管本体の上側に設けられ、内部に冷却体が充填された内管用上部構造体を備える
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項１３】
請求項１２記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記冷却体は、物質の相変化に伴う吸熱を利用した冷却体である
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のうちのいずれか１つに記載のガス検知体ホルダにおいて、
前記下部構造体は、下端側に、照射された太陽光を吸収することにより、上端側に比較して高温となって、ホルダ下部の空気を加熱する着色部を有する
ことを特徴とするガス検知体ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境リスクが高いガス状の大気汚染物質、特に、光化学オキシダントの主成分を構成するオゾンや物質の燃焼に伴って発生する二酸化窒素の環境中濃度を個人や家庭レベルで検知するためのオゾン検知体や二酸化窒素検知体等からなるガス検知体を、太陽光照射下の屋外で利用可能にしたガス検知体ホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ろ紙、多孔質ガラス等の小型の多孔体に検知対象ガス（例えば、オゾン）と選択的に反応して退色する有機色素を含浸させたものをガス検知体とすることで、個人が持ち運びできる超小型のガス検知用の蓄積型センサが開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
また、多孔質ガラス等の小型の多孔体に検知対象ガス（例えば二酸化窒素）と選択的に反応して発色する有機色素を含浸させたものをガス検知体とすることで、個人が持ち運びできる超小型のガス検知用の蓄積型センサが開発されている（例えば、特許文献６、７参照）。
【０００４】
これらのガス濃度測定に用いられる蓄積型センサのうち、特にシート状のガス検知体は、主に１日間のガスヘの個人被爆量を検知するものであり、オゾン殺菌等でオゾンガスを利用する特殊作業従事者の曝露量評価を想定している。このシート状ガス検知体は、平均労働時間８時間で労働基準に定められた蓄積濃度量（濃度基準×時間）で退色するように設計されている。
【０００５】
しかし、ガス状大気汚染物質（オゾン）の曝露によるリスクは、屋内環境におけるよりも日照の強い屋外環境下の方が著しいと考えられ、ガス（オゾン）検知体の紫外線（以下、ＵＶと略称する）を含む太陽光照射下の屋外での利用が強く要請されていた。
【０００６】
被測定対象ガス（オゾンあるいは二酸化窒素）との選択的な反応により退色（あるいは発色）する有機系色素は、日照に含まれる紫外線に対しても退色（あるいは発色）反応を示すため、試薬を含浸させたろ紙あるいは多孔質ガラスそのものを太陽光の照射下の屋外に持ち出した場合、被測定対象ガス（オゾンあるいは二酸化窒素）への曝露に起因する吸光度変化（特定波長における吸光度減少は退色として、あるいは吸光度増加は発色として出現）のみを検知することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明者らは、図１４（ａ）、（ｂ）に示すような耐ＵＶ型のガス検知体バッチ１を考案した。このガス検知体バッチ１は、台紙２上にシート状のガス検知体３を貼り付け、このガス検知体３の上方をＵＶ成分をカットする機能をもつＵＶカットフィルム４によって覆ったものである。このガス検知体バッチ１では、ガス検知体３とＵＶカットフィルム４との間に、ガス検知体３と試料空気５との接触を可能にするために１〜５ｍｍの間隔ｄを設定している。なお、符号６で示すものは退色（あるいは発色）の色具合から目視により、検知したガスの濃度を換算し指示するとともに使用上の注意事項を表示したカラーチャートである。
【０００８】
ここで、図１４に示すガス検知体バッチ１においては、検知される試料空気５は、ガス検知体３の上面を覆うＵＶカットフィルム４の対向する２辺と台紙２との間に設けられた開口部７より導入され、ガス検知体３内の有機色素と選択的に反応してガス検知体３を退色（あるいは発色）させるはずであった。
【０００９】
しかるに、実験結果によると、図１４（ｂ）に破線で示すように、ガス検知体３の開口部７に近い側縁部付近と中央部とではガス（オゾンあるいは二酸化窒素）による退色（あるいは発色）８が不均一になり、幅方向中央の両端部に退色または発色しない不変部分９が残ることが判明した。
【００１０】
この原因は、空気５の粘性により、ガス検知体３の表面に境界層領域が形成され、ＵＶカットフィルム４の中央部では、ほとんど試料空気５の置換が起こらないためと考えられる。
【００１１】
他方、開口部７の近傍では、境界層の厚さがきわめて薄く、試料空気５がガス検知体３の表面に到達するため、ガス検知体３の表面に垂直な方向からの被検出対象ガス分子が充分供給され、退色（あるいは発色）反応が起きたためと考えられる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１４４７２９号公報
【特許文献２】特願２００４−２３４４３０号公報
【特許文献３】特願２００４−３２０３８７号公報
【特許文献４】特願２００５−０１７９７７号公報
【特許文献５】特願２００５−０７４６３５号公報
【特許文献６】特開平０９−２７４０３２号公報
【特許文献７】特開２０００−０８１４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＵＶによって退色（あるいは発色）する有機色素を多孔質ガラスないしろ紙等のセルロース系を含む多孔質体に含浸させて被測定対象ガス（オゾンあるいは二酸化窒素）を検知するという上記原理を利用したガス検知体を、ＵＶ成分を含む日照の強い屋外においても、ＵＶによる妨害効果（ＵＶにより有機色素が分解され、ＵＶが無い場合に想定される被測定対象ガスとの選択的反応を妨害する効果）を無くすことができ、また空気の滞留に起因した退色むらあるいは発色むらを回避することができるようにしたガス検知体ホルダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、第１の発明は、主に太陽光の照射下の屋外環境にて使用するホルダであって、ガス状の大気汚染物質をその表面に吸着し選択的に反応することによって発色あるいは退色していく有機系色素を含浸させた多孔体よりなり前記大気汚染物質を検知するガス検知体を内蔵したガス検知体ホルダにおいて、上部および下部が開口し可視光に対して透明な筒体に形成されたホルダ本体と、このホルダ本体の周面に設けられ前記ガス検知体を紫外線から保護するＵＶカットフィルムと、前記ホルダ本体の上側開口部に設けられ前記ホルダ本体内の空気を外部に排出する上部構造体と、前記ホルダ本体の下側開口部に設けられ外気を前記ホルダ本体内に導く下部構造体とを備え、前記下部構造体は、下端側に、照射された太陽光を吸収することにより、上端側に比較して高温となって、ホルダ下部の空気を加熱する着色部を有するものである。
【００１５】
第２の発明は、前記下部構造体の前記着色部は黒く着色されているものであり、第３の発明は、前記下部構造体は透明材料からなり、前記着色部が黒く着色されているものである。
第４の発明は、前記上部構造体が上方に向かって広がる漏斗状の開口部を有するものである。
【００１６】
第５の発明は、前記上部構造体の開口部に熱放散フィンを設けたものである。
【００１７】
第６の発明は、前記上部構造体に冷却液タンクを設けたものである。
【００１８】
第７の発明は、前記上部構造体に物質の相変化に伴う吸熱を利用した冷却体を設けたものである。
【００１９】
第８の発明は、前記下部構造体を下方に向かって広がる形状に形成したものである。
【００２１】
第９の発明は、前記下部構造体に物質の酸化熱を利用した発熱体を設けたものである。
【００２２】
第１０の発明は、主に太陽光の照射下の屋外環境にて使用するホルダであって、ガス状の大気汚染物質をその表面に吸着し選択的に反応することによって発色あるいは退色していく有機系色素を含浸させた多孔体よりなり前記大気汚染物質を検知するガス検知体を内蔵したガス検知体ホルダにおいて、上部および下部が開口し可視光に対して透明な筒体に形成されたホルダ本体と、このホルダ本体の周面に設けられ前記ガス検知体を紫外線から保護するＵＶカットフィルムと、前記ホルダ本体の上側開口部に設けられ前記ホルダ本体内の空気を外部に排出する上部構造体と、前記ホルダ本体の下側開口部に設けられ外気を前記ホルダ本体内に導く下部構造体とを備え、前記ホルダ本体を内管と外管とからなる２重管で構成し、内管の外面と外管の内面のいずれか一方にガス検知体を設け、内管と外管との間に形成された環状隙間を空気の流通路とし、前記内管は、断熱部材で構成された内管本体と、この内管本体の下部に設けられ、内部に発熱体が充填された内管用下部構造体とを備えたものである。
第１１の発明は、前記発熱体を、物質の酸化熱を利用した発熱体としたものである。
第１２の発明は、前記内管は、前記内管本体の上側に設けられ、内部に冷却体が充填された内管用上部構造体を備えているものである。
第１３の発明は、前記冷却体を、物質の相変化に伴う吸熱を利用した冷却体としたものである。
第１４の発明は、前記下部構造体は、下端側に、照射された太陽光を吸収することにより、上端側に比較して高温となって、ホルダ下部の空気を加熱する着色部を有するものである。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明においては、ＵＶカットフィルムによってガス検知体を覆いＵＶから保護している。したがって、太陽光が直接照射される屋外環境であっても、最も懸念される濃度誤差要因であるＵＶ照射による色素の退色効果に起因したガス検知濃度値の誤差因子を取り除くことができる。
試料空気は下部構造体に入ると、対流によってホルダ本体内を通って上部構造体から外部に排出されるので、ホルダ本体内に滞留せず、滞留に起因した退色むらあるいは発色むらを回避することができる。
【００２４】
第２、第３の発明においては、下部構造体を黒色に着色しているので、この黒色部分が太陽光に照射されている間、太陽光を吸収して高温状態となり、周辺の空気を加熱する。このため、加熱された空気は膨張して熱対流を起こして上昇気流となりホルダ本体内を通り上部構造体から外部に排出され、試料空気の換気特性を高める。したがって、ガス検知体の空気の滞留に起因した退色むらや発色むらが起きるようなことがない。
第４の発明においては、上部構造体に上方に向かって広がる漏斗状の開口部を設けているので、ホルダ内の試料空気を外部に良好に排出する。
【００２５】
第５の発明においては、上部構造体の開口部に設けた放熱フィンによって熱を放散させるようにしているので、上部構造体の温度を下部構造体よりも低温に保つことができる。このため、ホルダ本体内に上昇気流を発生させることができ、試料空気の換気特性（ホルダ内部の下から上への試料空気の流れ）を高めることができる。温度差が保持される限り、上昇気流によりガス検知体表面には常に試料空気が供給されるので、ガス検知体の空気の滞留に起因した退色むらあるいは発色むらが回避される。
【００２６】
第６の発明においては、上部構造に冷却タンクを設けているので、上部構造体と下部構造体との間の温度差を長時間にわたって維持することができ、ホルダ本体内に上昇気流を発生させることができる。したがって、試料空気の換気特性を高めることができ、ガス検知体の空気の滞留に起因した退色むらや発色むらが起きるようなことがない。
【００２７】
第７の発明においては、上部構造体に冷却体を設けているので、上部構造体と下部構造体との間の温度差を長時間にわたって維持することができ、ホルダ本体内に上昇気流を発生させることができる。したがって、試料空気の換気特性を高めることができ、ガス検知体の空気の滞留に起因した退色むらや発色むらが起きるようなことがない。
【００２８】
第８の発明においては、下部構造体を下方に向かって広がる形状に形成しているので、表面積が広くて太陽光の熱を多く受け、試料空気の換気特性を高めることができる。したがって、ガス検知体の空気の滞留に起因した退色むらや発色むらが起きるようなことがない。
【００３０】
第９の発明においては、下部構造体に設けた物質の酸化熱を利用した発熱体を設けているので、上部構造体と下部構造体との間の温度差を長時間にわたって維持することができる。したがって、ホルダ本体内に上昇気流を発生させることができ、試料空気の換気特性を高めることができる。
【００３１】
第１０の発明においては、ホルダ本体を２重管構造とし、その内管と外管との間を試料空気の流通路としているので、通路の断面積が小さくなり、上昇気流の流速を速くすることができ、試料空気の換気特性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すガス検知体ホルダの外観斜視図、図２は同ホルダの断面図、図３は上部構造体と下部構造体を取り外したホルダ本体の斜視図である。なお、従来技術で説明した構成部品と同一のものについては同一符号をもって示す。これらの図において、全体を符号１０で示すガス検知体ホルダは、ガス状大気汚染物質（例えば、オゾンあるいは二酸化窒素）を検知するシート状のガス検知体３を内蔵するホルダ本体１１と、このホルダ本体１１の上側開口部１４ａに設けられた中空体からなる上部構造体１２と、ホルダ本体１１の下側開口部１４ｂに設けられた同じく中空体からなる下部構造体１３とで構成されている。上部構造体１２と下部構造体１３は、それぞれホルダ本体１１に対して着脱可能に取付けられており、ガス検知体３の取付けや取出しを容易にしている。
【００３３】
前記ホルダ本体１１は、可視光に対して透明なプラスチックまたはガラスによって両端が開放する円筒状に形成されており、内部にはガス状の大気汚染物質（例えば、オゾンあるいは二酸化窒素）を検知するシート状のガス検知体３が収納されている。また、その外周面には前記ガス検知体３をＵＶから保護するＵＶカットフィルム４とカラーチャート６が貼り付けられている。
【００３４】
ガス検知体３のホルダ本体１１内への収納方法としては、ガス検知体３が紙等のシート状である場合には、図１に示すように筒状に弾性変形させ、シート母材自体の弾性によってホルダ本体１１の内周面に密着させて収納する。一方、ガス検知体３が多孔質ガラスを母材としている場合には、図３に示すようにホルダ本体１１の内周面に軸線方向に形成した２つの溝１５にガス検知体３の両側縁部を差し込むことによって収納する。
【００３５】
このように、ガス検知体３をホルダ本体１１内に収納してＵＶカットフィルム４によりＵＶから保護すれば、太陽光に含まれるＵＶが直接ガス検知体３の有機色素に到達して被検知ガスによる選択的な化学反応と干渉しないようにすることができる。
【００３６】
ガス検知体３をＵＶカットフィルム４が被覆されたホルダ本体１１内に収容する場合、ホルダ本体１１内への試料空気５の換気特性を良好にし滞留を防止することが必須となる。
【００３７】
そこで、本発明においては、上記した通りホルダ本体１１の上側開口部１４ａと下側開口部１４ｂに上部構造体１２と下部構造体１３を取付け、これら構造体によってホルダ１０内部を試料空気５が下から上に向かって流れるようにしている。
【００３８】
前記上部構造体１２は、プラスチック、金属等によって一体に形成されるもので、内面に雌ねじ１６が形成された下方に開放する円筒状のキャップ部１２Ａと、このキャップ部１２Ａの上面中央に上方に向かって拡径するように一体に突設された漏斗状の開口部１２Ｂとからなり、前記雌ねじ１６を前記ホルダ本体１１の上端側外周面に形成した雄ねじ１７に螺合することにより前記キャップ部１２Ａがホルダ本体１１の上側開口部１４ａに取付けられている。また、キャップ部１２Ａの外周面には、一対のフック１８が一体に突設されており、これらのフック１８にはガス検知体ホルダ１０を吊り下げるための紐が挿通されるようになっている。前記開口部１２Ｂは、上下両端が開放し前記キャップ部１２Ａの内部に連通している。
【００３９】
前記下部構造体１３は、可視光に対して透明なプラスチック、好ましくは導電性を有するプラスチックによって両端が開放し下方に向かって広がる截頭円錐形（スカート形状）に形成され、下端側の内周面が黒色に着色されている。なお、２０は黒色の着色部、２１は非着色部（透明部）である。そして、下部構造体１３は、前記ホルダ本体１１の下側開口部１４ｂに接続環２２を介して取付けられている。接続環２２は、加熱された下部構造体１３の高い表面温度が熱伝導によりホルダ本体１１に伝わらないようにするために、熱伝導特性の低い材料、好ましくは断熱材によって製作されている。また、接続環２２の外周面の上下端部には、ホルダ本体１１の雌ねじ２３と下部構造体１３の雌ねじ２４が螺合する雄ねじ２５，２６がそれぞれ形成されている。
【００４０】
下部構造体１３に関しては、太陽熱の吸収が着色部２０において持続する限り、非着色部２１と比較して温度が高い状態に保持される。
【００４１】
下部構造体１３の下端側の内周面に黒色の着色部２０を設けておくと、直射日光に照射されている間、着色部２０が太陽熱を吸収するため下部構造体１３の温度を非着色部２１との比較において高くし、ホルダ下部の試料空気５を加熱する。このため、加熱された試料空気５は熱膨張して浮力により上昇気流となって下部構造体１３、ホルダ本体１１および上部構造体１２内を上昇し、上部構造体１２の上側開口部から外部に排出される。着色部２０が形成される範囲は、下部構造体１３の下側の２／３程度である。
【００４２】
空気に対しては、動粘性係数ν＝１．５０１×１０−5（ｍ2ｓ−1 ）（２０℃）、温度伝導率Ｋ＝０．２２１６×１０−4（ｍ2ｓ−1）、体積膨張係数α＝３．４１×１０−3（℃−1）であるから、ホルダ本体１１の大きさとして高さｄ＝５ｃｍを仮定して、臨界Rayleigh 数として管壁と空気間に摩擦がある場合の値１７０８を取ったとしても、熱対流が起こるための温度差は、△Ｔ＝０．１℃程度である。すなわち、次式（１）
【００４３】
【数１】
0004589217.tif 000002
【００４４】
で必要な温度差は高々０．１℃である。
【００４５】
太陽光により照射され、下部構造体１３が上部構造体１２よりも上記（１）式が示す臨界温度以上の温度差を生じれば熱対流が発生する。末広がり型の下部構造体１３の周辺部で加熱された試料空気５は、この熱対流により下部構造体１３内を上昇して集められ円筒形状のホルダ本体１１内に導入される。ホルダ本体１１の内部にはガス検知体３が、このホルダ本体１１の軸線と平行に収納されているので、このガス検知体３を取り囲むように試料空気５が流れ、ガス検知体３の周辺の空気を換気する。
【００４６】
ここで、下部構造体１３の黒く着色された部分２０が太陽光により照射された場合の表面温度について考察する。
地球大気層の外縁において太陽光線に垂直な面に入射する単位面積・単位時間当たりの放射強度の値（太陽定数Ｓ）は約１．３７（ｋＷ/ｍ2）である。このうち、雲等による反射により約３０％が失われ、オゾン層や、大気中の水蒸気等により約２０％が吸収されるものの、残り約５０％は地表に達する。そこで、地表面で太陽光に垂直な面が受ける日射強度は約６６４Ｗ/ｍ2と概算される。
【００４７】
外気温２５℃の中に設置され、太陽からの輻射エネルギとして地表日射強度（Ｓ0 ＝）６６４（Ｗ/ｍ2）を受けている板（簡単のため太陽光に対して垂直に置かれているとする）の輻射平衡温度を求めると、対流による熱伝達が起こっていない初期状態においては、太陽から吸収される正味のエネルギが周囲との長波長による輻射熱交換が釣り合っていることから、吸収率をα（表１参照）、Stefan-Boltmann係数をσ（＝５．６７×１０−8（Ｗ/ｍ2・Ｋ4）として、次式が成り立つ。
【００４８】
【数２】
0004589217.tif 000003
【００４９】
【表１】
0004589217.tif 000004
【００５０】
下部構造体１３の黒く着色されている部分２０の表面に対して、表１よりαsun＝０．９６、α25℃＝０．９５を用いて計算すると、Ｔ＝３７４．８（Ｋ）＝１０２（℃）となる。
【００５１】
勿論、黒く着色された部分２０が、常に太陽光に対して垂直ではないので、表面温度１０２℃というのは最大値と考えてよい。参考のため、白く着色されている場合を想定すると、表１よりαsun＝０．１２、α25℃＝０．９を用いて、Ｔ白
＝３１１Ｋ＝３８．７℃となり、予測どおり、太陽光に対しては、白色面の方が黒色面よりも低温であることが確認できる。
【００５２】
本実施の形態の場合、下部構造体１３の下端部２０は黒色に着色され、これより上方部分２１（ホルダ本体１１も含めて）は透明であるので、黒く着色された部分２０が、非着色部２１に比較して高温となることに違いはない。そして、その温度差が０．１℃以上あれば、熱対流が起こる。
【００５３】
次に、発生した自然対流により、黒く着色された部分２０の温度がどの程度変化するかを考察する。対流熱伝達は一括してニュートンの冷却の法則により、次式（３）で与えられる。
【００５４】
【数３】
0004589217.tif 000005
【００５５】
ここで、対流による熱の移動速度ｑ（Ｗ）は、表面温度（Ｔ表面）と流体温度（Ｔ∞）との全体の温度差と伝熱面積Ａにそれぞれ比例し、その比例係数ｈ（Ｗ/ｍ2）は垂直方向への対流による熱伝達率である。
【００５６】
したがって、熱対流がある場合のエネルギ収支式は、次式（４）となる。
【００５７】
【数４】
0004589217.tif 000006
【００５８】
対流する空気の温度（Ｔ∞ ）は、外気温２５℃よりも、式（１）により０．１℃以上高い温度であるが、ここではほぼ等しいとして近似すると、表面温度（Ｔ表面）を求める（４）式で未知数は、垂直方向への対流による熱伝達率ｈとなる。
【００５９】
問題を簡単にするため、地表日射強度（Ｓo＝）６６４Ｗ/ｍ2を受けている黒く着色された垂直に設置された板が、裏面を断熱され、外気温２５℃の空気の下で、自由対流により放熱している際の表面温度（Ｔ表面）を求める。
【００６０】
板からの熱伝達は等熱流速であると仮定する。さらに、求める表面温度（Ｔ表面）が判らないので、膜温度（Ｔf ）と空気の物性値を適当に仮定する。自然対流の垂直方向への熱伝導率は略ｈo＝１０（Ｗ/ｍ2・℃）であるから、近似的に、表面温度と流体温度の差△Ｔ（＝Ｔ表面−Ｔ∞ ）の概算値として、△Ｔ＝Ｓo・αsun ／ｈo＝６６４・０．９６／１０＝６４℃を得る。このときの膜温度は、Ｔf＝６４/２＋２５＝５７℃である。５７℃における空気の物性値は、動粘性率ν＝１８．７３×１０−6（ｍ2/ｓ）、体積膨張率β＝１/Ｔf＝３．０３×１０−3℃、熱伝導率κ＝０．０２８５１（Ｗ/ｍ・℃）、プラントル数Ｐｒ＝０．７０１を用いて、系の特性長さをｘ＝５×１０−2（ｍ）、Ｎｕをヌセルト数として、修正グラスホフ数Ｇｒ＊を求めると、次式（５）となる。
【００６１】
【数５】
0004589217.tif 000007
【００６２】
この範囲の流れは層流であることが判る。したがって、層流域では、局所熱伝達率は、次式（６）となる。
【００６３】
【数６】
0004589217.tif 000008
【００６４】
そして、式（６）を逆に解いて次式（７）を得る。
【００６５】
【数７】
0004589217.tif 000009
【００６６】
この局所熱伝達率（ｈｘ）の値は、Ｔfを推定するのに用いた近似値ｈo（＝１０（Ｗ/ｍ2・℃）よりも大きいので、△Ｔを再計算すると、△Ｔ＝Ｓo・αsun／ｈx＝６６４・０９６／１２．５＝５１．０℃を得る。よって修正された膜温度は、Ｔf＝５１/２＋２５＝５０．５≒５１℃である。５１℃における空気の物性値は、動粘性率ν＝１８．１２×１０−6（ｍ2/ｓ）、体積膨張率β＝１/Ｔf＝３．０８×１０−3（℃−1）、熱伝導率κ＝０．０２８０６（Ｗ/ｍ・℃）、プラントル数Ｐｒ＝０．７０３を用いて、修正グラスホフ数はＧｒx＊＝１．３１×１０7となるので、局所熱伝達率は、ｈx＝１２．５１９（Ｗ/ｍ2・℃）で、先に求めた値にほぼ収束している。これ以上繰返し計算を行っても精度は向上しない。よって、この新しい収束値を用いた温度差は、△Ｔ（＝Ｔ表面−Ｔ∞）＝Ｓo・αsun／ｈx＝６６４・０．９６／１２．５＝５１．０℃である。
【００６７】
したがって、垂直方向の熱対流がある場合でも、黒く着色された部分２０の平均表面温度は、Ｔ表面＝５１＋２５＝７６℃となる。勿論、黒く着色された部分２０が、常に太陽光に対して垂直に位置しているわけではないので、この表面温度７６℃という値は、熱対流がある場合の最大値と考えてよい。
【００６８】
いずれにせよ、地表日射強度によってもたらされる着色部分２０の表面温度が、式（１）で与えられる臨界温度以上になり得ることが明らかとなった。
【００６９】
このようにして、本発明の第１の実施の形態では、図１４に示すガス検知体３の上方をＵＶカットフィルム４で覆った場合に生じたような試料空気５の滞留を、熱対流によって回避するようにしているので、試料空気５の滞留に起因するガス検知体３の退色むら（あるいは発色むら）８（図１４（ｂ）参照）を無くすことができる。また、いうまでもなくＵＶカットフィルム４を備えているので太陽光中のＵＶがガス検知体３へ直接到達するようなことはない。
【００７０】
上記した第１の実施の形態では、ホルダ本体１１の形状として、加工の容易な円筒形状を想定して説明したが、これに何ら限定されるものではない。例えば、図４に示す第２の実施の形態におけるガス検知体ホルダ３０のように、ホルダ本体３１をｎを３以上の整数として、ｎ角形の筒状体であってもよいし、さらに、多角形以外の任意の断面形状の筒体、例えば中心線と直交する断面形状が楕円形の筒状体であってもよいことは云うまでもない。なお、図４では、ホルダ本体３１をｎ＝４の角筒形に形成した例を示している。このため、上部構造体３２の筒部３２Ａを角筒形に形成し、開口部３２Ｂを上方に向かって広がる逆截頭角錐形（逆台形）とし、下部構造体３３を下方に向かって広がる截頭角錐形（台形）としている。そして、上部構造体３２と下部構造体３３をホルダ本体１１に対して嵌合、接着によって取付けている。その他の構造は第１の実施の形態と全く同一である。
【００７１】
第１の実施の形態におけるガス検知体ホルダ１０の場合、熱対流により下部で吸収した熱は、暖められた試料空気５が上昇することで、ホルダ本体１１の内部上方へと移動する。
【００７２】
ホルダ本体１１の内部上方に到達した暖かい空気はホルダ本体１１の上部を加熱する結果、太陽光に照射された当初に形成されたホルダ１０の上部と下部との温度差は次第に小さくなっていく。そして最終的には、上部と下部の温度差がなくなった時点で熱対流による上昇気流は消失する。
【００７３】
この上昇気流が持続するためには、ホルダ１０の上部と下部との間に、温度差を維持させ続ける必要がある。
【００７４】
温度差を維持し、結果として上昇気流をなくならないようにするための対策としては、例えば、（１）ホルダ上部の熱容量を大きくして多少の加熱では昇温しないようにする、（２）ホルダ上部の放熱特性を良くして加熱されても放熱により温度が上昇しないようにするなどの対策を講じることが好ましい。
【００７５】
そこで、第３の実施の形態して、図５および図６に示すガス検知体ホルダ４０においては、上部構造体４２をキャップ部４２Ａと、上方に拡径する逆截頭円錐形の開口部４２Ｂとで構成し、この開口部４２の外周面に複数枚の放熱フィン４５を周方向に等間隔をおいて一体に突設している。なお、ホルダ本体１１と下部構造体１３は第１の実施の形態と全く同一である。
【００７６】
ホルダ４０のデザイン性を考慮して、上部構造体４２は鉄等の金属で一体に鋳造し、メッキしておくとよい。メッキするのは、太陽光照射下で、表面により太陽光を反射し、輻射熱の吸収による上部構造体４２が昇温するのを抑制するためである。
【００７７】
また、第４の実施の形態として、図７および図８に示すガス検知体ホルダ５０においては、上部構造体５２のホルダ本体１１の上側開口部に取付けられるキャップ部５２Ａを冷却液５５が注入される冷却液タンクとし、このタンク５２Ａの中央に前記ホルダ本体１１の内部に連通する上方に拡径した逆截頭円錐形の開口部５２Ｂを一体に設けている。冷却液タンク５２Ａの周面には冷却液５５を注入するための注入口５６が設けられており、この注入口５６を栓５７によって閉塞している。なお、その他の構造は第１の実施の形態と全く同一である。
【００７８】
以上、第３、第４の実施の形態においても、太陽光照射により常時加熱が続く下部構造体１３によって暖められた試料空気５は、熱対流により上昇してホルダ本体１１および上部構造体４２または５２を通って開口部４２Ｂまたは５２Ｂより外部に排気される。すなわち、ホルダ本体１１の内部には常時下部にて加熱された空気による上昇気流が発生しており、ホルダ内部の換気が行われるので滞留することはない。
【００７９】
図９および図１０は本発明の第５の実施の形態を示すガス検知体ホルダの外観斜視図および断面図である。
この実施の形態におけるガス検知体ホルダ６０は、さらに積極的にホルダ上部と下部間の温度差を維持するために、上部構造体１２に設けた漏斗状の開口部１２Ｂの外周に冷却体６１を設け、下部構造体１３の外周に発熱体６２を設けたものである。その他の構造は上記した第１の実施の形態と全く同一である。
【００８０】
冷却体６１としては、物質の相変化に伴う吸熱を利用した冷却体（例えば、「冷えピタ」、「熱さまシート」、いずれも商標名）が用いられる。このような冷却体６１は、高含水性高分子基剤や水溶性高分子基剤からなるジェルの水分が蒸発する際に気化熱を奪うことにより冷却効果を発揮するものである。
【００８１】
発熱体６２としては、物質の酸化熱を利用した発熱体（例えば、鉄粉の酸化熱を利用した「ホカロン」、商標名）が用いられる。この場合、下部構造体１３は、熱伝導をよくするために金属材料によって製作される。
【００８２】
図１１は本発明の第６の実施の形態を示すガス検知体ホルダの外観斜視図、図１２（ａ）は同ホルダの断面図、（ｂ）は上部押え用フィンの斜視図、（ｃ）は下部押え用フィンの斜視図、図１３は内管構造の構成図である。これらの図において、この実施の形態におけるガス検知体ホルダ７０は、ホルダ本体７１を外管７２と内管（内管構造体ともいう）７３とからなる二重管で構成している。
【００８３】
外管７２に関しては、図１〜図３に示したホルダ本体１１と同一構造で構成し、その上端開口部に図１に示した上部構造体１２を取付けたが、これに限らず図５に示した熱放散フィン付きの上部構造体４２、図７に示した冷却液タンク５２Ａ付きの上部構造体５２または図９に示した冷却体６１を備えた上部構造体１２を用いてもよい。
【００８４】
いずれの場合にせよ、二重管構造の内管７３の構造体に関しては、図１３に示すように、断熱部材で構成された中空の内管本体７３Ａと、この内管本体７３Ａの上側に設けられた円錐形状の頭部をもつ内管用上部構造体７３Ｂと、内管本体７３Ａの下部に設けられた逆截頭円錐形に形成された内管用下部構造体７３Ｃとで略紡錘形状に構成されている。
【００８５】
内管用上部構造体７３Ｂは、金属材料で構成され、内部に物質の相変化に伴う吸熱を利用した冷却体６１が充填され、その円錐形状の頭部には気化ガスを放散するために複数の小孔７４が形成されている。
【００８６】
他方、内管用下部構造体７３Ｃも金属材料で構成されているが、内部には物質の酸化熱を利用した発熱体６２が充填されている。そして、この内管用下部構造体７３Ｃの底面には、酸素を吸入するために複数の小孔７５が形成されている。
【００８７】
このような紡錘形状の内管構造体７３は、内管本体７３Ａと内管用上部構造体７３Ｂが外管７２内に挿入され、内管用下部構造体７３Ｃが下部構造体１３内に挿入され、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すような上部押え用フィン７７と下部押え用フィン７８によって保持される。
【００８８】
このように内管構造体７３を外管７２に抑え用フィン７７，７８を介して収容すると、内管本体７３Ａ、内管用上部構造体７３Ｂと外管７２との間には環状の隙間８０が形成されるため、この隙間８０を試料空気５の流通路としている。
【００８９】
このように本実施の形態においては、内管構造体７３がその上部と下部にそれぞれ冷却体６１と発熱体６２を内蔵しているので、内管用下部構造体７３Ｃに接触した試料空気５は暖められることにより上昇気流を形成し、外管７２の下部構造体１３により集められて外管７２と内管構造体７３との間に形成された環状の流通路８０に導かれる。外管７２の内面または内管７３の外面のいずれか一方に付けられたガス検知体３は、導入された試料空気５中の被検出対象ガスと選択的に反応して退色（あるいは発色）する。
【００９０】
内管構造体７３と外管７２の間の流通路８０を上昇してきた試料空気５は、外管７２の上部構造体１２を暖めるが、内管構造体７３の内管用上部構造体７３Ｂ内に充填された冷却体６１によって本ガス検知体ホルダ７０の上部構造値Ａ１２と下部構造体１３との間の温度差を長時間にわたって維持することができ、ホルダ本体７１内部に上昇気流を発生させ続けることができる。したがって、使用空気５の換気特性を高めることができ、ガス検知体３の空気の滞留に起因した退色むらや発色むらがおきるようなことはない。
【００９１】
このように本発明においては、ＵＶカットフィルム４によってＵＶからガス検知体３を保護しているので、太陽光が直接照射される屋外環境での使用において、最も懸念される濃度誤差要因であるＵＶ照射によるガス検知体３内の色素の退色（あるいは発色）効果に起因したガス検知濃度値の誤差因子を取り除くことができ、検知精度を向上させることができる。
【００９２】
また、本発明においては、ホルダの下部を上部よりも高温になるように構成し、この温度差を利用して試料空気５を加熱することにより上昇気流を発生させるようにしているので、温度差が保持される限りこの上昇気流によってガス検知体３が必要とする試料空気の換気を充分に行うことができる。これにより、ガス検知体３の表面には常に試料空気が供給されるので、空気の滞留に起因した退色むらや発色むらの発生を未然に防止することができる。
【００９３】
以上により、ＵＶ等の強い照射のある屋外にても、有機色素を含浸された多孔質体より構成された比色反応式ガス検知体によるガス検知が、ＵＶによる干渉を受けることなく、またＵＶカットフィルム４の被覆に起因した試料空気の滞留を生じることなく可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す紫外線耐性を備えたガス検知体ホルダの外観斜視図である。
【図２】同ホルダの断面図である。
【図３】ホルダ本体の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すガス検知体ホルダの斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示すガス検知体ホルダの斜視図である。
【図６】同ホルダの断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示すガス検知体ホルダの斜視図である。
【図８】同ホルダの断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示すガス検知体ホルダの斜視図である。
【図１０】同ホルダの断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態を示すガス検知体ホルダの外観斜視図である。
【図１２】（ａ）は同ホルダの断面図、（ｂ）は上部押え用フィンの斜視図、（ｃ）は下部押え用フィンの斜視図である。
【図１３】内管構造の構成図である。
【図１４】（ａ）はガス検知体バッチの従来例を示す斜視図、（ｂ）は同ガス検知体の平面図である。
【符号の説明】
【００９５】
３…ガス検知体、４…ＵＶカットフィルム、１０…ガス検知体ホルダ、１１…ホルダ本体、１２…上部構造体、１２Ｂ…漏斗状の開口部、１３…下部構造体、２０…着色部分、４２…上部構造体、４５…熱放熱フィン、５２…上部構造体、５２Ａ…冷却液タンク、６１…冷却体、６２…発熱体、７２…外管、７３…内管。
【図１】
0004589217.tif 000010
【図２】
0004589217.tif 000011
【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】
0004589217.tif 000022
【図１４】
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