(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ガス供給口に供給されたガスを分析装置に導入するためのガス導入装置であって、
a)プランジャの往復動により吸入吐出口からガスを取り込んで吐き出すシリンジポンプと、
b)前記加圧ガス供給口と前記吸入吐出口との間の流路に設けられた入口開閉弁と、
c)前記入口開閉弁と前記吸入吐出口との間の流路に設けられた中間開閉弁と、
d)前記吸入吐出口と前記分析装置へのガス送出口と間の流路に設けられた出口開閉弁と、
e)前記入口開閉弁と前記中間開閉弁との間の流路に接続され、容積可変であって容積が減少する方向に外部から加圧された状態にある緩衝容器部と、
を備えることを特徴とするガス導入装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス導入装置であって、前記中間開閉弁を閉鎖した状態で前記入口開閉弁を開放して前記緩衝容器部内にガスを導入し、その後に、前記入口開閉弁を閉鎖し前記中間開閉弁を開放し且つ前記出口開閉弁を閉鎖した状態で、前記シリンジポンプにより前記緩衝容器部内のガスをシリンジに吸引するように、各開閉弁及びシリンジポンプの動作を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とするガス導入装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガス導入装置であって、前記緩衝容器部の容積に対応した信号を出力する検出手段を備え、前記制御手段は該検出手段の信号に基づいて各開閉弁及びシリンジポンプの動作制御を行うことを特徴とするガス導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置に所定のガスを導入するためのガス導入装置に関し、さらに詳しくは、加圧された状態で供給されるガスを分析装置に導入するためのガス導入装置に関する。ガス導入対象の分析装置の種類は特に問わないが、典型的な分析装置として、ガス中のにおい成分の定量又は定性を行うにおい測定装置やガスクロマトグラフなどが考えられる。
【背景技術】
【０００２】
試料容器に用意されたガスをにおい測定装置やガスクロマトグラフなどの各種分析装置に導入するためのガス導入装置として、特許文献１に記載のガス導入装置が従来知られている。このガス導入装置は、シリンジポンプ（ピストン・シリンダ型ポンプ）の吸入吐出口を試料容器側と分析装置側とに択一的に接続するロータリバルブを備える。基本的な動作としては、まず試料容器内のガスをシリンジポンプに吸引して保持し、その後にロータリバルブにより流路を切り替え、先にシリンジポンプに保持したガスを吐出させて分析装置に導入する。
【０００３】
こうしたガス導入装置を用いて、例えば校正用ガスなどの高圧容器に貯留されたガスを分析装置に導入したい場合、ロータリバルブによりシリンジポンプと高圧容器とが接続されるように流路を切り替えると、ガス圧力がシリンジポンプのシリンジに掛かる。多くの場合、シリンジはガラス製であり、過剰な内圧が掛かると破損するおそれがある。そこで、高圧容器から供給されるガスの一部を大気中に放出することで、配管内やシリンジ内のガス圧を大気圧程度に調整しながら、シリンジポンプによりガスを吸引する方法が採られている。これはオーバーフロー法と呼ばれる方法である。
【０００４】
しかしながら、この方法では多量のガスを無駄に消費するため、使用するガスが高価である場合には運転コストが嵩むという問題がある。また、窒素ガスなど大気中に大量に存在するガスであれば問題ないが、ガスの種類によっては大気中に放出することが望ましくない場合もあり、必ずしもオーバーフロー法を採用できるとは限らない。さらにまた、オーバーフロー法では、配管中のガス圧が下がり過ぎるおそれがあり、配管の接続部などから外気が配管中に侵入し、これが不純物となるという問題もある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、加圧された状態で供給されるガスを無駄に消費することなく、シリンジの耐圧の許容範囲内に配管内のガス圧を抑え、且つ外気の混入も防止することができるガス導入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明は、加圧ガス供給口に供給されたガスを分析装置に導入するためのガス導入装置であって、
a)プランジャの往復動により吸入吐出口からガスを取り込んで吐き出すシリンジポンプと、
b)前記加圧ガス供給口と前記吸入吐出口との間の流路に設けられた入口開閉弁と、
c)前記入口開閉弁と前記吸入吐出口との間の流路に設けられた中間開閉弁と、
d)前記吸入吐出口と前記分析装置へのガス送出口と間の流路に設けられた出口開閉弁と、
e)前記入口開閉弁と前記中間開閉弁との間の流路に接続され、容積可変であって容積が減少する方向に外部から加圧された状態にある緩衝容器部と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
緩衝容器部を加圧する（外圧を加える）手段は特に問わないが、例えば重錘、つまり重力を利用して加圧を行う手段、ばねやゴムなどの弾性力や付勢力を利用して加圧を行う手段などが考えられる。いずれにしても、この加圧によって大気圧よりも大きく、且つ加圧ガス供給口に供給されるガス圧よりは小さな、所定の圧力を緩衝容器部に加える。
【０００９】
本発明に係るガス導入装置では、加圧ガス供給口には高圧のガスが供給されるが、一方、分析装置に対してはできるだけ大気圧に近い状態でガスを送出したいという要求がある。緩衝容器部は、加圧ガス供給口とガス送出口との間にあって、ガス圧を調整する緩衝器又は調圧器の作用を有する。
【００１０】
本発明に係るガス導入装置では、まず第１段階として、中間開閉弁を閉鎖した状態で入口開閉弁を開放する。すると、緩衝容器部の外圧よりも供給ガス圧のほうが大きいため、緩衝容器部内にガスが流入する。所定量のガスが緩衝容器内に導入されたならば、又はその所定量に相当する所定時間だけガスを緩衝容器内に導入したならば、入口開閉弁を閉鎖する。このときの入口開閉弁と中間開閉弁との間の流路（配管）内のガス圧は、緩衝容器部の外圧とほぼ同じになる。
【００１１】
その後に第２段階として、中間開閉弁を開放し出口開閉弁は閉鎖された状態で、シリンジポンプにおいてプランジャを引くことにより、緩衝容器部内のガスをシリンジに吸引する。中間開閉弁を開放したときの流路（配管）内のガス圧は、入口開閉弁から出口開閉弁までの全流路の内容積及び緩衝容器部内に貯留されたガスの量に依存するから、このガス圧が大気圧よりも若干高くなるように貯留されるガスの量を定めておく。緩衝容器部内のガスをシリンジポンプに吸引してシリンジ内に保持した後に、第３段階として、中間開閉弁を閉じ出口開閉弁を開き、プランジャを押すことにより、ガスをガス送出口から分析装置へと送り出す。
【００１２】
第２段階において、ガス圧が大気圧より若干高くなるように設定する理由は、ガス圧が高いとシリンジに保持されるガス中の分子のモル比が高くなって分析の正確性に支障をきたす場合があるからである。したがって、こうした問題がないならば、上記ガス圧は大気圧よりも高くシリンジの耐圧よりも低い範囲でありさえすればよい。
【００１３】
上記のような一連の操作はオペレータが手動で行うことも可能であるが、好ましくは、中間開閉弁を閉鎖した状態で入口開閉弁を開放して緩衝容器部内にガスを導入し、その後に、入口開閉弁を閉鎖し中間開閉弁を開放し且つ出口開閉弁を閉鎖した状態で、シリンジポンプにより緩衝容器部内のガスをシリンジに吸引するように、各開閉弁及びシリンジポンプの動作を制御する制御手段をさらに備え、自動的に一連の操作が行われるようにするとよい。
【００１４】
こうした自動制御のためには、緩衝容器部の容積に対応した信号を出力する検出手段を備え、制御手段は該検出手段の信号に基づいて各開閉弁及びシリンジポンプの動作制御を行うようにするとよい。検出手段としては、メカニカルなスイッチ、光センサなどの非接触式のセンサなどを用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るガス導入装置によれば、従来のオーバーフロー法のように供給されたガスの一部を大気中に放出する必要がないので、ガスを無駄に消費しない。したがって、運転コストを抑えることができるとともに、不所望のガスを大気に放出することによる環境汚染も防止できる。また、シリンジ内のガス圧をシリンジの耐圧範囲内に収めるようにすることができるので、シリンジの破損のおそれもない。さらにまた、配管内を大気圧よりも高いガス圧に維持することができるので、配管の接続部などから外気が配管内に混入することを防止でき、分析装置に導入するガスの純粋性を保証することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るガス導入装置の一実施例を、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるガス導入装置の概略構成図である。
【００１７】
本実施例のガス導入装置１において、加圧ガス供給口２とシリンジポンプ８の吸引吐出口９ａとの間のガス導入流路３には、上流側から入口開閉弁４、緩衝容器部５、中間開閉弁７が配設されている。一方、シリンジポンプ８の吸引吐出口９ａとガス送出口１５との間のガス送出流路１３には、出口開閉弁１４が配設されている。シリンジポンプ８は、吸引吐出口９ａを一端に有するシリンジ９と、該シリンジ９内で往復動自在に嵌挿されたプランジャ１０と、プランジャ１０の位置を検知するセンサ１１と、を含み、プランジャ１０はモータ等の駆動源を含むプランジャ駆動部１２により駆動される。緩衝容器部５は大気圧よりも高い一定の外圧が加えられた容積可変の容器であり、その内容積に対応した信号を出力するためのセンサ６が付設されている。制御部１６はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを中心に構成され、センサ６、１１などからの信号を受け、所定のプログラムに従って、各開閉弁４、７、１４、及び、プランジャ駆動部１２の動作を制御する。加圧ガス供給口２には高圧ガス容器２０が接続され、ガス送出口１５には例えばにおい測定装置などの分析装置２１が接続される。
【００１８】
図２は図１中の緩衝容器部５及びセンサ６の一実施形態を示す図である。この例では、位置が固定された円筒状のシリンダ５ａの内側にピストン５ｂが嵌挿され、ピストン５ｂが上下に摺動することによりシリンダ５ａの内容積が可変となっている。ピストン５ｂの上部には所定重量の重錘５ｃが固定され、この重錘５ｃに作用する重量によってピストン５ｂは大気圧よりも高い一定の圧力Ｐ１を受ける。この圧力Ｐ１は加圧ガス供給口２に供給されるガス圧Ｐｇよりも低くしておくが、当然、大気圧よりは高い。重錘５ｃの代わりに、ばねやゴムなどによる弾性力や付勢力を利用して圧力を加えてもよいが、こうした弾性力や付勢力は経時変化が生じるので、その点で重錘５ｃは好ましい選択である。
【００１９】
センサ６は、ピストン５ｂが下降してシリンダ５ａの内容積がＶ１となったときにオンする最下点スイッチ６ａと、ピストン５ｂが上昇してシリンダ５ａの内容積がＶ２となったときにオンする最上点スイッチ６ｂと、から成る。後述するように、ピストン５ｂは両スイッチ６ａ、６ｂがそれぞれオンする範囲内で移動可能であり、それ故にシリンダ５ａの内容積の変化の範囲はＶ１〜Ｖ２である。もちろん、ここで使用しているようなメカニカルなスイッチに代えて、光センサなど別のセンサを用いてピストン５ｂの位置やシリンダ５ａの内容積を検出するようにしてもよい。
【００２０】
本実施例のガス導入装置による分析装置２１へのガス導入動作を説明する。まず初期状態として、緩衝容器部５においてピストン５ｂは、図２（Ｂ）に示すように最も下降した位置にあるものとする。また、シリンジポンプ８のプランジャ１０は最も押し入れられた状態にあるものとする。
【００２１】
（１）緩衝容器部５へのガスの貯留
制御部１６は中間開閉弁７を閉鎖する一方、入口開閉弁４を開放する。加圧ガスの圧力Ｐｇは緩衝容器部５の外圧Ｐ１よりも高いため、高圧ガス容器２０内のガスは加圧ガス供給口２からシリンダ５ａに流れ込み、これによってピストン５ｂは徐々に押し上げられる。そして、図２（Ａ）に示すようにピストン５ｂが最高位まで上昇して最上点スイッチ６ｂがオンすると、この信号を受けた制御部１６が入口開閉弁４を閉鎖する。これにより、それ以上のガスの流入はなくなり、内容積Ｖ２に相当する量のガスがシリンダ５ａに保持される。このときのシリンダ５ａ及び入口開閉弁４と中間開閉弁７との間のガス導入流路３内のガス圧は、緩衝容器部５の外圧Ｐ１とほぼ同じとなる。
【００２２】
（２）シリンジポンプ８へのガスの吸引
制御部１６は出口開閉弁１４を閉鎖し、中間開閉弁７を開放する。すると、入口開閉弁４とシリンジポンプ８の吸引吐出口９ａとの間のガス導入流路３と、出口開閉弁１４と吸引吐出口９ａとの間のガス送出流路１３とが一体に繋がる。このため、その直前にシリンダ５ａに保持されていたガスの一部は上記流路に広がる。それによってガス圧は若干下がるが、そのガス圧が大気圧よりも若干（例えば２％程度）高くなるように、流路の内容積に応じてシリンダ５ａに保持されるガスの量が設定される。このガス圧がシリンジ９の内部にも掛かるが、その耐圧範囲以下であるため、破損等のおそれはない。
【００２３】
それから制御部１６はプランジャ駆動部１２により、プランジャ１０を所定速度で引き出すように作動させる。すると、緩衝容器部５のシリンダ５ａに保持されているガスがシリンジ９内に吸引され、それに伴ってピストン５ｂが下降してシリンダ５ａの内容積は減少してゆく。そして、ピストン５ｂが図２（Ｂ）に示すように最下位まで下がると、最下点スイッチ６ａがオンする。この信号を受けた制御部１６はプランジャ１０の引き出しを停止させ、中間開閉弁７を閉鎖する。これにより、シリンジ９の内容積の増加が停止するので、ガス圧がそれ以上下がることはない。即ち、ガスをシリンジ９に吸引し始める前から吸引を停止するまでの間、ガス圧が大気圧よりも若干高い状態に保たれることが保証される。それにより、配管内のガス圧が大気圧よりも下がって外気が流入することを防止できる。
【００２４】
（３）シリンジポンプ８からのガスの吐出
制御部１６は中間開閉弁７を閉鎖した状態で、出口開閉弁１４を開放する。そして、プランジャ駆動部１２により、プランジャ１０を所定速度で押し込むように作動させる。すると、シリンジ９内に保持されていたガスがプランジャ１０に押され、ガス送出流路１３を経てガス送出口１５から分析装置２１へ送られる。そして、制御部１６はセンサ１１の検出信号によりプランジャ１０が所定位置まで押し込まれたことを認識すると、プランジャ１０の動作を停止させる。
【００２５】
以上のような一連の動作により、加圧された状態で供給されるガスを略大気圧まで減圧して分析装置２１へと送り込むことができる。この間、加圧ガス供給口２からガス送出口１５に至る流路（配管）内のガス圧は大気圧よりも高い状態に維持されるため、外気がガスに混じることを防止でき、純粋なガスを分析装置２１に供給することができる。
【００２６】
なお、シリンジポンプ８のシリンジ９の内容積が緩衝容器部５のシリンダ５ａの内容積よりも大きい場合に、上記（１）及び（２）の操作を複数回繰り返すことで、シリンジ９内に十分な量のガスを保持し、その後に（３）の操作を行って、複数回の吸引動作でシリンジ９内に保持しておいたガスをまとめて分析装置２１へと送り出すようにしてもよい。
【００２７】
また、制御部１６による各開閉弁４、７、１４及びプランジャ駆動部１２の動作制御のタイミングをスイッチ６ａ、６ｂのオン検知により行うのではなく、例えば時間で以て決めることもできる。具体的には、例えば、加圧ガス供給口２に供給されるガスの圧力が既知であれば、そのガス圧のほか、加圧ガス供給口２と中間開閉弁７との間のガス導入流路３の内容積などから、上記（１）の段階において、緩衝容器部５に流入するガスの流速を計算することができる。この流速が求まれば、シリンダ５ａの内容積がＶ１からＶ２に達するまでの時間ｔを計算することができる。そこで、最上点スイッチ６ｂのオンを監視する代わりに、入口開閉弁４を開いた時点から時間ｔが経過するのを待ち、時間ｔ経過時点で入口開閉弁４を閉鎖してもよい。
【００２８】
また、（２）の段階において、プランジャ１０の引き出し速度を一定とすれば、シリンダ５ａの内容積がＶ２からＶ１に減少するまでの時間も計算することができる。これによって、最下点スイッチ６ａの検知信号も不要とすることができる。また、最下点スイッチ６ａの検知信号に代えて、シリンジポンプ８のプランジャ１０の位置の検知信号を利用することもできる。
【００２９】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることも当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例によるガス導入装置の概略構成図。
【図２】図１中の緩衝容器部及びセンサの一実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ガス導入装置
２…加圧ガス供給口
３…ガス導入流路
４…入口開閉弁
５…緩衝容器部
５ａ…シリンダ
５ｂ…ピストン
５ｃ…重錘
６…センサ
６ａ…最下点スイッチ
６ｂ…最上点スイッチ
７…中間開閉弁
８…シリンジポンプ
９…シリンジ
９ａ…吸引吐出口
１０…プランジャ
１１…センサ
１２…プランジャ駆動部
１３…ガス送出流路
１４…出口開閉弁
１５…ガス送出口
１６…制御部
２０…高圧ガス容器
２１…分析装置
【図１】
0004957599.tif 000002
【図２】
0004957599.tif 000003