(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル本体と当該セル本体に取り付けられる透光性の板材とを含み、当該セル本体と当該板材とにより複数のガス室が形成される相関セルであって、
前記セル本体に設けられ、前記板材を取り付ける取付面と、
前記複数のガス室の各々に対応して前記セル本体に設けられ、当該ガス室に連通する複数の連通路と、
前記複数の連通路の各々に挿入されて当該連通路を気密に封止する封止部材と、
を含み、
前記連通路に連通する前記ガス室に近い前記封止部材の端部の位置は、当該連通路の長さ方向に関する前記取付面の端部の位置よりも当該ガス室から遠いことを特徴とする相関セル。
【請求項２】
前記複数の連通路の各々に雌ねじが形成され、
前記封止部材には、前記雌ねじに対応する雄ねじが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の相関セル。
【請求項３】
前記封止部材は、前記雄ねじよりも大径のねじ頭を有し、
前記ねじ頭が前記セル本体と係合することにより、当該封止部材が当該セル本体に対して位置決めされることを特徴とする請求項２に記載の相関セル。
【請求項４】
前記セル本体は、前記封止部材の前記ねじ頭を受け入れる凹形状の座ぐり部を有することを特徴とする請求項３に記載の相関セル。
【請求項５】
ガス相関法の赤外線吸収方式を用い、試料ガスを分析するガス分析装置であって、
赤外線光を出射する光源と、
前記光源が入射すると共に試料ガスが導入されるセルパイプと、
セル本体と当該セル本体に取り付けられる透光性の板材とを含み、当該セル本体と当該板材とにより複数のガス室が形成され、前記光源からの赤外線光が前記セルパイプに入射する前に透過するように配置される相関セルと、
前記相関セルを回転駆動する駆動源と、
前記セルパイプに入射した赤外線光を受けて当該赤外線光の光量に対応する電気信号に変換する検出器と、
を含み、
前記相関セルは、
前記複数のガス室の各々に対応して前記セル本体に設けられ、当該ガス室に連通する複数の連通路と、
前記複数の連通路の各々に挿入されて当該連通路を気密に封止する封止部材と、
を含み、
前記連通路に連通する前記ガス室に近い前記封止部材の端部の位置は、当該連通路の長さ方向に関する前記板材の端部の位置よりも当該ガス室から遠いことを特徴とするガス分析装置。
【請求項６】
前記複数の連通路の各々に雌ねじが形成され、
前記封止部材には、前記雌ねじに対応する雄ねじが形成されていることを特徴とする請求項５に記載のガス分析装置。
【請求項７】
複数のガス室と、当該複数のガス室の各々に対応して設けられると共に当該ガス室に連通する複数の連通路と、当該ガス室を仕切るための板材を取り付ける取付面と、を有するセル本体に当該板材を固定してなる相関セルの組み立て方法であって、
前記連通路の内面に係合させると共に前記取付面の端部の位置に対応する当該連通路の位置に達しないように封止部材を挿入して当該連通路を気密に閉塞し、
前記取付面の歪みを除去し、
前記板材を前記取付面に固定することを特徴とする相関セルの組み立て方法。
【請求項８】
前記複数の連通路の各々に雌ねじが形成され、
前記封止部材は、前記雌ねじに対応する雄ねじが形成される雄ねじ部を有することを特徴とする請求項７に記載の相関セルの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス相関法による赤外線吸収方式の測定装置に用いられる相関セル、ガス分析装置及び相関セルの組み立て方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＯ，ＣＯ2を始めとした各種のガス濃度の測定にガス相関法が使用されている。このガス相関法は、赤外線吸収方式の測定法であり、具体的には、ＣＯ等の測定対象ガスを封入した測定対象ガス室とＮ2等の不活性ガス（ゼロガス、比較ガス）を封入した比較ガス室とを併有するガス相関セル（相関セル）を用いてガス濃度の測定を行う。すなわち、この相関セルを、測定対象ガスを含む試料ガスが導入される試料セルとこの試料セルに赤外光を入射させる赤外光源との間に配置する。そして、相関セルを回転させて、赤外光の光路上に測定対象ガスが介在するときの試料セルの透過赤外光量と不活性ガスが介在するときの試料セルの透過赤外光量との差を求め、これにより、試料ガス中の測定対象ガス濃度を測定する。
【０００３】
このようなガス相関法で用いる相関セルについては、従来から種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１には、ガス封入作業時におけるガス漏れの程度が小さい相関セル等が開示されている。すなわち、この相関セルは、検知対象ガスと同種のガスが封入された測定ガス室および比較ガスが封入された比較ガス室を有するものであって、測定ガス室および比較ガス室の各々に連通するガス封入用流路を封止した後、測定ガス室および比較ガス室の各々に所定のガスを封入することにより得られたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９９０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、相関セルについてのガス漏れは、ガス封入作業時のほかにガス封入後にも問題になる。ガス封入後のガス漏れは、測定精度に悪影響を及ぼしてしまうことから、気密性が経時的に変化せずに保持される相関セルが求められる。このようなガス封入後のガス漏れの原因としては、種々の原因が考えられるが、例えば、ガス室を仕切るための複数の部材同士を接着する接着面に歪みがある場合が考えられる。
ガス封入作業時でのガス漏れについては、従来から提案されている技術で対応することが可能であるが、ガス封入後のガス漏れについては提案されていない。
【０００６】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ガスを封入した後のガス漏れ発生を抑制可能な相関セル、ガス分析装置及び相関セルの組み立て方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明が適用される相関セルは、セル本体と当該セル本体に取り付けられる透光性の板材とを含み、当該セル本体と当該板材とにより複数のガス室が形成される相関セルであって、前記セル本体に設けられ、前記板材を取り付ける取付面と、前記複数のガス室の各々に対応して前記セル本体に設けられ、当該ガス室に連通する複数の連通路と、前記複数の連通路の各々に挿入されて当該連通路を気密に封止する封止部材と、を含み、前記連通路に連通する前記ガス室に近い前記封止部材の端部の位置は、当該連通路の長さ方向に関する前記取付面の端部の位置よりも当該ガス室から遠いことを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、前記複数の連通路の各々に雌ねじが形成され、前記封止部材には、前記雌ねじに対応する雄ねじが形成されていることを特徴とすることができる。また、前記封止部材は、前記雄ねじよりも大径のねじ頭を有し、前記ねじ頭が前記セル本体と係合することにより、当該封止部材が当該セル本体に対して位置決めされることを特徴とすることができる。また、前記セル本体は、前記封止部材の前記ねじ頭を受け入れる凹形状の座ぐり部を有することを特徴とすることができる。
【０００９】
他の観点から捉えると、本発明が適用されるガス分析装置は、ガス相関法の赤外線吸収方式を用い、試料ガスを分析するガス分析装置であって、赤外線光を出射する光源と、前記光源が入射すると共に試料ガスが導入されるセルパイプと、セル本体と当該セル本体に取り付けられる透光性の板材とを含み、当該セル本体と当該板材とにより複数のガス室が形成され、前記光源からの赤外線光が前記セルパイプに入射する前に透過するように配置される相関セルと、前記相関セルを回転駆動する駆動源と、前記セルパイプに入射した赤外線光を受けて当該赤外線光の光量に対応する電気信号に変換する検出器と、を含み、前記相関セルは、前記複数のガス室の各々に対応して前記セル本体に設けられ、当該ガス室に連通する複数の連通路と、前記複数の連通路の各々に挿入されて当該連通路を気密に封止する封止部材と、を含み、前記連通路に連通する前記ガス室に近い前記封止部材の端部の位置は、当該連通路の長さ方向に関する前記板材の端部の位置よりも当該ガス室から遠いことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、前記複数の連通路の各々に雌ねじが形成され、前記封止部材には、前記雌ねじに対応する雄ねじが形成されていることを特徴とすることができる。
【００１１】
更に本発明を別の観点から捉えると、本発明が適用される相関セルの組み立て方法は、複数のガス室と、当該複数のガス室の各々に対応して設けられると共に当該ガス室に連通する複数の連通路と、当該ガス室を仕切るための板材を取り付ける取付面と、を有するセル本体に当該板材を固定してなる相関セルの組み立て方法であって、前記連通路の内面に係合させると共に前記取付面の端部の位置に対応する当該連通路の位置に達しないように封止部材を挿入して当該連通路を気密に閉塞し、前記取付面の歪みを除去し、前記板材を前記取付面に固定することを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記複数の連通路の各々に雌ねじが形成され、前記封止部材は、前記雌ねじに対応する雄ねじが形成される雄ねじ部を有することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスを封入した後のガス漏れ発生を抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、本実施の形態に係るガス分析装置１を示す概略構成図である。図１は、ガス分析装置１の上側から見た断面図であり、図２の（ａ）は、ガス分析装置１を試料ガス出口２３側から見た縦断面図であり、図２の（ｂ）は、ガス分析装置１を多重反射ミラー２５側から見た側面図である。なお、図１及び図２の（ａ）では、赤外線光の光路を破線で図示している。
図１及び図２に示すように、ガス分析装置１は、ガス相関法によりガス濃度を測定するものであり、赤外線光を出射（照射）する赤外線光源１１と、赤外線光源１１からの赤外線光が入射されるセルパイプ２と、赤外線光源１１とセルパイプ２との間の赤外線光の光路上に配置される外形が円盤状の相関セル３と、相関セル３とセルパイプ２との間に位置すると共に相関セル３に取り付けられるチョッパ１２と、相関セル３及びチョッパ１２を一定の速度で回転させるための駆動力を発生するモータ１３と、セルパイプ２に入射される赤外線光を受光して電気信号に変換する赤外線光検出器１４と、を備えている。
【００１５】
セルパイプ２は、内部空間２１と、試料ガス（サンプル、測定対象ガス）を内部空間２１に導入するための試料ガス入口２２と、内部空間２１の試料ガスを排出するための試料ガス出口２３と、を備えている。すなわち、試料ガス入口２２から連続的に導入された試料ガスは、内部空間２１を通って試料ガス出口２３から連続的に排気される。なお、ここにいう試料ガスの一例としては、大気中の一酸化炭素濃度を連続的に測定するための大気ガス等を挙げることができる。
【００１６】
また、セルパイプ２は、赤外線光の指向性が維持されるように内部空間２１の中に配置された複数の反射面を備えている。具体的に説明すると、セルパイプ２は、チョッパ１２を通過して内部空間２１に入射される赤外線光の光路を変える反射ミラー２４と、互いに対向して配置される２つの多重反射ミラー２５，２６と、２つの多重反射ミラー２５，２６での反射を順に繰り返した赤外線光が最終的に赤外線光検出器１４に向かうように光路を変える反射ミラー２７と、を備えている。
【００１７】
更に説明すると、内部空間２１に入射された赤外線光は、内部空間２１から出射されるまでの間に試料ガスによって吸収されるので、赤外線光量の減衰の程度を検出することにより試料ガスでのガス濃度を測定している。このため、光路長を長く確保すれば、それだけ測定精度を高めることが可能になる。本実施の形態でのセルパイプ２は、上述したように内部空間２１の中を複数回反射させる構成を採用することで、セルパイプ２の外形をコンパクトにしつつ光路長を長くすることが可能になり、ガス分析装置１の小型化を図ることが可能になる。
【００１８】
本実施の形態での相関セル３は、所定濃度の測定対象ガスと同種のガスが封入された測定ガス室（測定対象ガス室）４２（図４参照）と、赤外線に対して不活性な比較対象ガスが封入された比較ガス室４３（図４参照）と、を備えている。この相関セル３の具体的な構造については後述する。
【００１９】
チョッパ１２は、ノイズを低減するために赤外線光をチョッピングしてセルパイプ２に導入するために設けられたものであり、赤外線光を断続させるための図示しない複数のスリットを有する。
【００２０】
モータ１３は、図示しない制御部により制御されるものであり、その出力軸には、カップリング（回転軸）１５が固定して取り付けられている。このため、モータ１３の駆動力は、出力軸からカップリング（回転軸）１５を介して相関セル３に伝達される。これにより、相関セル３は、チョッパ１２と共に一定の速度で一方向に回転する。付言すると、赤外線光源１１から出射された赤外線光は、相関セル３を通過した後にチョッパ１２により通過が許容されると、セルパイプ２に入射することになる。
なお、モータ１３とセルパイプ２との間には、カップリング１５、赤外線光源１１、相関セル３及びチョッパ１２を覆うカバー１６が配設されている。カバー１６は、図１では一点鎖線で図示され、図２の（ｂ）では実線で図示されている。
【００２１】
赤外線光検出器１４は、ホルダ部材１７を介してプリント基板１８に実装されている。そして、プリント基板１８は、カバー１９内に配設されており、これにより、外部からの光を遮断している。なお、赤外線光検出器１４としては、例えばＰｂＳｅ素子などの赤外線光に感度を有する素子で構成することが考えられる。
【００２２】
本実施の形態に係るガス分析装置１では、赤外線光源１１からの赤外線光が、相関セル３及びチョッパ１２を通過した後に、セルパイプ２を通って赤外線光検出器１４に入り、光量に比例した電気信号に変換される。これにより、試料ガス中の測定対象ガス濃度を所定の演算で求めることができる。
【００２３】
図３は、相関セル３の概略構成図である。
図３に示すように、相関セル３は、セル本体としてのホイール４と、ホイール４の両面に接着剤にて接着（固着）される透光性の板材としての窓板５と、ホイール４の連通路４４に形成されている雌ねじに対応する雄ねじ部６３を有するねじ部材６と、を備えている。
なお、ホイール４の材質は、常温付近での熱膨張率がサファイアに近い材質（例えばコバール）であり、窓板５の材質は、サファイアであり、ねじ部材６の材質はステンレスである。
【００２４】
窓板５は、所定の厚さを有する板材であり、中央に貫通穴５１を有する。この貫通穴５１は、ホイール４の回転穴４１に対応する形状である。また、窓板５は、円形状に形成されており、外周面としての端部５２を有する。窓板５の外径寸法は、ホイール４の取付面４６の外径寸法と略同一である。窓板５の表面及び裏面は、平たんに形成されている。
【００２５】
ねじ部材６は、雄ねじ部６３と、雄ねじ部６３の先端である端部６１と、雄ねじ部６３よりも大径のねじ頭６２と、を有する。言い換えると、ねじ部材６の一端が端部６１であり、他端がねじ頭６２である。更に説明すると、ねじ部材６は、連通路４４と螺合し、これにより、連通路４４を閉塞する。このため、ねじ部材６を用いると、連通路４４を気密に封止することが可能である。したがって、ねじ部材６を、封止部材ないしシール部材と言うことができる。
付言すると、ねじ部材６が連通路４４と螺合すると、端部６１が最も奥側（測定ガス室４２又は比較ガス室４３に近接する側）に位置している。また、本実施の形態では、シール部材としてのねじ部材６をねじ締結によりホイール４の連通路４４に固定している。
【００２６】
ここで、ホイール４とねじ部材６との相対的な位置関係について説明する。ホイール４の連通路４４の長さ方向（図３の左右方向、ホイール４の半径方向）に関して、ホイール４の端部４７の位置は、ねじ部材６の端部６１の位置よりも測定ガス室４２又は比較ガス室４３に近い。言い換えると、ねじ部材６の端部６１は、ホイール４の端部４７の位置よりも測定ガス室４２又は比較ガス室４３から遠くに位置している。なお、ホイール４の端部４７と窓板５の端部５２との相対的な位置は、略同一である。
【００２７】
更に説明すると、ホイール４の端部４７とねじ部材６の端部６１とは、ホイール４の連通路４４の長さ方向に関して、互いに離間している。すなわち、端部４７と端部６１とは、距離δだけ離間している。
【００２８】
このように、本実施の形態では、ねじ部材６を相関セル３に螺合する場合に、ねじ部材６の端部６１がホイール４と窓板５とを互いに接着する接着面（取付面４６）まで到達しない構造を採用している。したがって、ねじ部材６をホイール４の連通路４４に締め込むことでホイール４が応力を受けたときに、その応力がホイール４の取付面４６に及ぼす影響が軽減される。このため、ねじ部材６をホイール４に螺合させることに伴う接着面の歪みの発生を防止することができる。
【００２９】
図４は、ホイール４を説明する図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の線IVb−IVbによる断面図である。
図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホイール４は、所定の厚さの円盤形状であり、中心部に厚さ方向に延びる回転穴４１を有する。また、ホイール４は、回転穴４１の周りに位置する測定ガス室４２及び比較ガス室４３を有する。すなわち、測定ガス室４２及び比較ガス室４３は、外周面４ａと回転穴４１との間に位置している。この測定ガス室４２と比較ガス室４３とは、互いに同じ形状であり、かつ、回転穴４１に対する位置関係も同じである。
【００３０】
ホイール４は、外周面４ａから半径方向に延びる連通路４４を２つ有する。２つの連通路４４の一方は、測定ガス室４２に連通するものであり、他方は、比較ガス室４３に連通するものである。これら連通路４４の各々には、雌ねじが形成されている。この連通路４４の雌ねじは、上述したように、ねじ部材６の雄ねじ部６３（図３又は図５参照）に対応するものである。
また、各連通路４４の外周面４ａの側には、凹形状の座ぐり４５が形成されている。この座ぐり４５は、ねじ部材６のねじ頭６２を受け入れ可能な外径寸法である。
【００３１】
ホイール４は、略平たんに形成された取付面４６を有する。この取付面４６は、ホイール４の他の面よりも平たん度が高くなるように形成されている。そして、取付面４６は、窓板５が接着剤にて取り付けられる面（接着面）である。
【００３２】
更に説明すると、ホイール４の取付面４６に窓板５が取り付けられると、測定ガス室４２及び比較ガス室４３の両側が外部と仕切られる。これにより、測定ガス室４２及び比較ガス室４３は、連通路４４を介して外部に連通することになる。
【００３３】
ホイール４は、チョッパ１２を取り付けるための取付穴４８を有する。取付穴４８は、回転穴４１と同じ方向に延びている。なお、チョッパ１２には、ホイール４の取付穴４８に対応する図示しない取付穴が形成されている。
【００３４】
図５は、相関セル３の組み立て方法を説明するための分解斜視図である。
相関セル３の組み立てに際し、図５に示すように、ホイール４、２つの窓板５及び２つのねじ部材６を用意する。これらホイール４、窓板５及びねじ部材６は、上述した構造のものである。
【００３５】
ここで、ホイール４の端部４７と座ぐり４５とは、半径方向に関して距離Ｔだけ離間して位置している。また、ねじ部材６の雄ねじ部６３の長さは、長さＳである。付言すると、図３に示す距離δは、距離Ｔから長さＳを減じた値である。すなわち、δ＝Ｔ−Ｓである。
【００３６】
相関セル３の組み立ての手順としては、まずホイール４の連通路４４にねじ部材６を締め込み、その後に、ホイール４の取付面４６についての仕上げ工程に入る。この取付面４６は、高精度で加工されて平たんになっているものの、ねじ部材６を締め込むことに起因して歪みが発生する場合が想定される。更に説明すると、ホイール４の連通路４４にねじ部材６を締め込んでも、ねじ部材６の端部６１が取付面４６の端部４７には到達しないので、歪みの発生が抑制される。しかしながら、歪みが全く発生しないということは必ずしも言えない。仮に、そのような歪みが発生した場合に、その歪みが残存している状態で窓板５をホイール４の取付面４６に接着すると、ガス封入後にガス漏れが起こる可能性がある。仕上げ工程は、このようにして発生した取付面４６の歪みを除去することで、ガス封入後のガス漏れを防止して気密性の高い相関セルを製造するための作業である。
【００３７】
具体的に説明すると、仕上げ工程は、ホイール４にねじ部材６を締め込んだ状態で取付面４６を、例えば耐水ペーパにて磨る。このように、ガス封入口としての連通路４４にねじ部材６を予め締め込んでから取付面４６を仕上げることにより、仮に取付面４６に歪みが生じたとしても、窓板５を取付面４６に接着する前の段階で取付面４６の歪みを除去することが可能になる。取付面４６の歪みが除去されたか否かは、目視により連通路４４の近傍の取付面４６に接着剤による干渉縞が観察されるかどうかで判断することができる。
【００３８】
仕上げ工程の終了後には、例えば紫外線硬化樹脂の接着剤をホイール４の取付面４６に塗布し、取付面４６に窓板５を取り付けて紫外線を照射することで、ホイール４に窓板５を接着する。これにより、相関セル３の組み立てが完了する。
【００３９】
付言すると、このような相関セル３の組み立てが完了した後に、ガス封入工程を行う。このガス封入工程としては、まず、工具を用いてねじ部材６をホイール４から取り外す。そして、連通路４４から相関セル３の測定ガス室４２に測定対象ガスを充填した後にねじ部材６を連通路４４に締め込む。これにより、測定対象ガスが測定ガス室４２に封入される。なお、封入する際にねじ部材６を締め込む場合に、締め付けトルクが所定の値になるようにすると好ましい。
同様に、連通路４４から相関セル３の比較ガス室４３に比較ガスを充填した後にねじ部材６を連通路４４に締め込んで比較ガスを比較ガス室４３に封入する。ねじ部材６の締め込み後に、例えば紫外線硬化樹脂の接着剤をホイール４の座ぐり４５に充填する。これにより、ねじ部材６の緩みを防止することができる。なお、このようなガス封入工程は、専用の容器内で行われる。
【００４０】
本実施の形態に係るガス分析装置１は、例えば、大気中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を連続して測定する測定装置に組み込むことが可能である。この大気中一酸化炭素測定装置は、大気汚染防止法による常時監視や環境アセスメント（環境影響評価）に主に使用されるものであり、測定データをテレメータを介して観測局（中央監視センタ）へ送信したり、各種入出力信号をテレメータを介して送受信したりする構成が採用される場合がある。なお、この大気中一酸化炭素測定装置では、一酸化炭素を含む大気ガスを試料ガスとするが、セルパイプ２に導入する前に、種々の処理を行う。具体的には、大気ガスに含まれる塵埃をフィルタで除去したり、パーマピュアドライヤで赤外線光を吸収する水分を除去したりする処理等である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態に係るガス分析装置を示す概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係るガス分析装置を示す概略構成図である。
【図３】相関セルの概略構成図である。
【図４】ホイールを説明する図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の線IVb−IVbによる断面図である。
【図５】相関セルの組み立て方法を説明するための分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ガス分析装置、１１…赤外線光源、１２…チョッパ、１３…モータ、１４…赤外線光検出器、１５…カップリング、１６，１９…カバー、１７…ホルダ部材、１８…プリント基板、２…セルパイプ、２１…内部空間、２２…試料ガス入口、２３…試料ガス出口、２４，２７…反射ミラー、２５，２６…多重反射ミラー、３…相関セル、４…ホイール、４ａ…外周面、４１…回転穴、４２…測定ガス室、４３…比較ガス室、４４…連通路、４５…座ぐり、４６…取付面、４７，５２，６１…端部、４８…取付穴、５…窓板、５１…貫通穴、６…ねじ部材、６２…ねじ頭、６３…雄ねじ部、Ｓ…長さ、Ｔ…距離、δ…距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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