ガス濃度測定装置
【課題】濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定する。
【解決手段】試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するガス濃度測定装置であって、光源が配置された光源ユニットと、前記光源の光路上に配置され、試料セルユニットと、前記光源の光路上に配置され、前記試料セルユニットを透過した前記光源の光を受光して前記測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサが配置されたセンサユニットと、前記濃度測定センサ近傍に前記試料ガスを導入する導入手段とを備えたガス濃度測定装置。
【解決手段】試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するガス濃度測定装置であって、光源が配置された光源ユニットと、前記光源の光路上に配置され、試料セルユニットと、前記光源の光路上に配置され、前記試料セルユニットを透過した前記光源の光を受光して前記測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサが配置されたセンサユニットと、前記濃度測定センサ近傍に前記試料ガスを導入する導入手段とを備えたガス濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々のガスの濃度を測定する装置が開発されている。たとえば医療現場において精製空気（医療用空気）を調製する場合には、医療用空気は、１００％Ｏ2のボンベガスと１００％Ｎ2のボンベガスとを所定の割合で混合する装置を用いる方法や、空気精製装置（圧縮、乾燥、ダスト処理機構を装備）を用いる方法等で調製されている。これらの方法により調製された医療用空気における二酸化炭素（ＣＯ2）濃度は、最大ＣＯ2量が５００ｍｌ／ｍ3（５００ｐｐｍ）以下となるよう連続的に測定され、管理されている。
【０００３】
また、植物のＣＯ2吸収または排出機能の評価装置（光合成評価装置）においても、ＣＯ2分析計が設けられている。かかる評価装置は、たとえば特開２０１０−１０号公報に開示される装置であり、自然環境下における植物の光合成による二酸化炭素吸収または排出機能を評価する装置である。そして、当該評価装置の構成中にはＣＯ2分析計が設けられており、かかるＣＯ2分析計は、ＣＯ2濃度を測定することにより、植物によるＣＯ2吸収または排出機能を高い測定精度により把握することを目的として設置されている。
【０００４】
これら装置における試料ガスの測定方法の１つとして、たとえば図１０および図１１に示されるように、非分散赤外線吸収法を用いてＣＯ2濃度を測定する方法がある。この場合、ガス濃度測定装置１３は、光源１４が配置された光源ユニット１５、必要に応じて光断続手段１６、試料セルを配置した試料セルユニット１７、濃度測定センサ１８（検出器）で構成されてなる。
【０００５】
一般的に、大気中のＣＯ2などの微量成分を測定するには、これらの成分が数百ｐｐｍオーダーでしか含有されていないため、高感度の測定が必要となる。そのため、光源１４には光量の大きいカンタル線などをフィラメントに使用したものを使用し、必要に応じてチョッパーなどで機械的に光を断続する光断続手段１６が備えられている。チョッパーを使用する場合は、チョッパーを駆動するためのモータや外部電源が必要となりガス濃度測定装置１３の部品点数が増加する結果、試料セルと濃度測定センサ１８との間に隙間Ｓが生じやすい。
【０００６】
ここで、大気中のＣＯ2濃度は一般に約３００〜４００ｐｐｍであるが、人の呼気には数％のＣＯ2が含まれているため、ガス濃度測定装置１３の設置場所に人が出入りする場合や人がガス濃度測定装置１３を操作する場合は、ガス濃度測定装置１３の周辺のＣＯ2濃度が変動することとなる。また、燃焼器具がガス濃度測定装置１３の近傍に設置されている場合も同様に、ガス濃度測定装置１３の周辺のＣＯ2濃度が上昇し、光学系周辺（特に濃度測定センサ１８の近傍）のＣＯ2濃度が変動し、正確なＣＯ2濃度を測定できない。
【０００７】
さらに、人の出入りが制限されている場合であっても、そもそもビル管理法に基づく特定建築物（３０００ｍ2以下の商業施設・事務所など）内のＣＯ2濃度の基準は、１０００ｐｐｍ以下と規定されており、医療用空気の基準よりも高いものである。そのため、人の出入りを制限した場所にガス濃度測定装置１３を設置した場合であっても充分に安定かつ正確な測定対象物の濃度を測定できるとは限らないという問題がある。そのため、図１０に示されるように完全に密閉された装置収納ケース１９にガス濃度測定装置１３そのものを収納してガス濃度測定装置１３の周辺空気の流入を遮断したり、すべての隙間をシール材で埋めたり、特許文献１に示されるように分析計を隙間ごとＮ2などの不活性ガスでパージする等の手法が採用されている。
【０００８】
かかる問題は、医療用空気中のＣＯ2濃度の測定のみならず、空気中のＨ2Ｏ濃度を測定する場合にも同様に生じる問題である。また、上記光合成評価装置において植物のＣＯ2吸収または排出機能を、ＣＯ2濃度の測定を通じて把握する場合にも同様に生じる問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６４−２８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、完全に密閉されたケースに装置そのものを収納する場合、装置全体の大型化が問題となる。また、装置を人が操作する場合、ケースの外部から操作できるよう装置を設計せねばならず、技術的にもコスト的にも困難である。また、隙間をシール材で封止するにしても、あらゆる隙間を漏れなく封止ことは困難であり、封止できたとしても、装置のメンテナンス時にそれらのシール材も剥がして交換しなければならず、手間やコストがかかるという問題がある。
【００１１】
さらに、特許文献１に記載のガス濃度測定装置では、光学系の隙間を不活性ガスでパージしているため、測定環境の雰囲気が変動した場合でも周囲の影響（たとえば人の呼気に含まれる高濃度のＣＯ2が検出されることによる測定値の増加）を受けない傾向があるものの、測定対象物以外の不活性ガスをパージガスとして測定時間中常に供給する必要があり、コスト面で問題がある。また、不活性ガスを導入するための装置を備える必要がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、濃度測定センサ又は光源の近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガス濃度測定装置は、試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
光源を有する光源ユニットと、
光源の光路上に配置され、試料ガスが導入される試料セルユニットと、
光源の光路上に配置され、試料セルユニットを透過した光源の光を受光して測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサを有するセンサユニットと、
試料ガスをセンサユニット又は光源ユニットの近傍に供給し、当該センサユニット又は光源ユニットの内部を試料ガスの雰囲気で満たすための導入手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記のガス濃度測定装置によれば、濃度測定センサ又は光源の近傍が試料ガスの雰囲気で満たされるため、測定環境雰囲気が変動する場合であっても、安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能である。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間を極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置を提供することができる。
【００１５】
上記導入手段は、上記試料セルユニットと上記センサユニット又は光源ユニットとの接続部を覆い、試料ガスが導入されるカバーを有していてもよい。
【００１６】
当該構成を有することにより、カバー内を試料ガスで満たすことができるため、濃度測定センサまたは光源周囲の試料ガス雰囲気の変動を防止することができる。その結果、より安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能となる。
【００１７】
ガス濃度測定装置は、濃度測定センサ又は光源の近傍に配置され、光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続機構をさらに備えていてもよい。
【００１８】
この構成により、光源からの赤外線照射を間欠的に行わずとも、赤外線照射を連続的に行いながら、該赤外線の光路を断続することにより、濃度測定センサに到達する赤外線が擬似的に間欠照射されたものとして取り扱うことができる。
【００１９】
導入手段は、光断続機構の近傍に設けられていてもよい。
この構成により、光断続機構の近傍が試料ガスの雰囲気で満たされるので、測定環境雰囲気が変動する場合であっても、安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能である。特に、光断続機構を駆動するためのモータや外部電源が必要となり全体の部品点数が増加する結果、試料セルと濃度測定センサ又は光源との間に隙間が生じやすい。したがって、導入手段を光断続機構の近傍に設けることで、
光断続機構を設けたガス濃度測定装置における問題が解決される。
【００２０】
上記試料ガス中の測定対象物が、ＣＯ2またはＨ2Ｏであってもよい。
【００２１】
当該構成を有することにより、これらの測定対象物の赤外線吸収能を利用して、たとえば非分散赤外線吸収法により不活性ガスを比較対照とした正確な測定が可能となる。
【００２２】
導入手段は、ガス流通路に配置されたスクラバをさらに有していてもよい。
【００２３】
当該構成を有することにより、たとえば試料ガスが排ガス等の粉塵等を含むガスである場合において、有害な粒子および／またはガス成分を吸着、除去することができ、より正確な測定に供できる。また、装置そのものの故障等を未然に防止できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態１）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図２】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態１）にかかるガス濃度測定装置の要部を拡大して示す模式図
【図３】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態３）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図４】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態３）にかかるガス濃度測定装置の別例を説明するための模式図
【図５】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態４）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図６】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態５）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図７】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態６）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図。
【図８】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態７）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図。
【図９】実施例１にかかるガス濃度測定装置と比較例１にかかるガス濃度測定装置を用いたＣＯ2濃度測定試験の結果を示すグラフ
【図１０】従来のガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図１１】従来のガス濃度測定装置の要部を拡大して示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１は、図１に示されるように、光源２が配置された光源ユニット３と、上記光源２の光路上に配置され、試料ガスが導入される試料セルユニット４と、上記光源２の光路上に配置され、上記試料セルユニット４を透過した上記光源２の光を受光して上記測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサ５が配置されたセンサユニット６と、上記試料ガスを導入する導入手段７とを備えてなる。
【００２７】
光源ユニット３は、光源２を配置した部位である。
【００２８】
光源ユニット３における光源２としては特に限定されず、後述の濃度測定センサ５の種類により適宜選択することができる。たとえば、濃度測定センサ５として赤外線受光部を有する濃度測定センサ５を使用する場合は光源２として赤外線光源を選択することが好ましく、その他、可視光源、紫外線光源など種々目的に応じて選択することができる。本実施の形態では、試料ガスとして医療用空気を採用し、測定対象物としてＣＯ2を選択しているため、赤外線光源を選択している。
【００２９】
図１に示されるように、光源２から発せられた光は光路Ａのごとく光源ユニット３から、光源２の光路上に配置された試料セルユニット４に導入される。試料セルユニット４は、試料ガスが導入される部位である。
【００３０】
試料ガスとしては、測定対象物を含んでいるものであれば特に限定されない。測定対象物は、種々選択することができ、たとえばＣＯ2、Ｈ2Ｏ等を選択することができる。試料ガスが、試料セルユニット４に設けられた導入口より試料セルユニット４内に導入される。参照符号Ａ１は、試料ガスの経路を示している。本実施の形態では、測定対象物としてＣＯ2を選択し、そのＣＯ2を含む試料ガスとしては医療用空気を選択している。さらに、測定対象物としてＣＯ2を選択しているため、ＣＯ2が有する赤外線吸収能を利用して濃度を測定することが簡便である等の理由から、光源２として赤外線光源を採用している。
【００３１】
試料セルユニット４は、管状の本体部２０と、試料ガスを本体部２０内に導入する導入口２１と、試料ガスを本体部２０から外に導出する導出口２５とを備える。また、本体部２０の両端には赤外線透過窓６ａ（図２参照）が取り付けられる。試料セルユニット４の材質としては特に限定されず、たとえばステンレス製、アルミニウム製、塩化ビニル製などの管を本体部として使用することができる。また、管の内面にはたとえば金などの金属でメッキを施してもよい。また、赤外線透過窓の材質としては特に制限されず、たとえばフッ化カルシウム、サファイア、その他フッ化リチウム、フッ化バリウム等を使用することができる。本実施の形態では管の内面に金メッキを施したステンレス管を本体部とし、フッ化カルシウム製の赤外線透過窓が使用されている。
【００３２】
濃度測定センサ５は、試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するセンサである。濃度測定センサ５は、光源２の光路上に配置されてなり、これにより、光源２より発せられた光が試料セルユニット４内の測定対象物中を通過し、濃度測定センサ５に到達することとなる。
【００３３】
ここで、赤外線光源を用いた測定対象物の濃度測定方法（非分散型赤外線分析法）について説明する。すなわち、光源２より発せられた赤外線は、試料ガス中を通過するときに、試料ガス中に含まれる測定対象物に特有の波長の赤外線が吸収される。その吸収量を測定することにより対象成分の濃度を測定することができる。吸収量から濃度を算出する際には、以下の一般式（１）で示されるランベルト・ベールの法則（Lambert-Beer law）を利用する。
ｌｏｇ10（Ｉ1／Ｉ0）＝−εｃｌ （１）
（式中Ｉ0は入射光の強度、Ｉ1は出射光の強度、εはモル吸光係数、ｃはサンプル濃度、ｌは吸光層の厚さを指す）
【００３４】
すなわち、光源２より発せられた赤外線は、試料セル部分を通過して、濃度測定センサ５に到達する。濃度測定センサ５には、ＣＯ2の吸収波長帯および吸収の無い波長帯（基準波長：ＲＥＦ）を選択的に通過させる光学フィルタ（図示せず）と固体型赤外線検出器（パイロセンサ）（図示せず）とが組み込まれている。
【００３５】
試料セル部分にＣＯ2を含む試料ガスが入ると、ＣＯ2固有の波長の赤外線が吸収され、対応する濃度測定センサ５に入射する赤外線量が減少する。一方、基準検出器（ＲＥＦ）への入射光は、吸収の無い波長を選択しているため光量は変化しない。したがって、ＣＯ2濃度の検出は、基準検出器の出力と測定成分の濃度測定センサ５の出力の差として算出することができる。
【００３６】
導入手段７は、試料セルユニット４から上記試料ガスを排出させ、排出された上記試料ガスを前記センサユニット６又は光源ユニット３に供給し、センサユニット６又は光源ユニット３の内部を当該試料ガスの雰囲気で満たすための手段である。
以下、導入手段７が試料ガスをセンサユニット６に供給する実施形態を説明する。
・実施の形態１では、図１に示されるような試料セルユニット４とセンサユニット６との接続部４１を覆うカバーを採用し、試料セルユニット４から導出された試料ガスを当該カバー内に導入している。具体的には、導出手段としてのカバーは、試料セルユニット４の本体部２０の外周を覆うように配置されている。カバーには、本体部２０から延びる導入管２３が接続されている。また、カバーには、導出口２５が設けられている。
・後述する実施の形態３では、試料セルユニット４とセンサユニット６とを隔てる隔壁に連通孔（図３および図４参照）を設けて導入手段７としている。
・後述する実施の形態４では、図５に示されるように、試料セルユニット４とセンサユニット６を接続する流路を別途設け、センサユニット６の一部（図５では側壁）に試料ガスの出口を設ける構成とする。
【００３７】
従来のように当該導入手段７が無い場合は、センサユニット６の内部は空気で充満されている。そのため、図２に示されるような多くの隙間Ｓから装置周囲の空気が流入し、たとえば装置周囲の空気が人の呼気を含む場合であって、測定対象物がＣＯ2の場合には、呼気中のＣＯ2が濃度測定センサ５の近傍に流入し、安定かつ正確なＣＯ2濃度が測定できないという問題がある。
【００３８】
しかしながら、前述の実施の形態３のように、試料セルユニット４とセンサユニット６とを隔てる隔壁に連通孔を設けている場合には、当該連通孔を介してセンサユニット６内の空間が試料ガスで満たされることとなる。また、前述の実施の形態１の図１および図２に示されるように、カバーが設置されている場合も同様に、隙間Ｓの周囲も含めてセンサユニット６内がすべて試料ガスで充満されることとなる。そのため、仮に隙間Ｓから気体が流入するとしても、かかる気体は試料ガスそのものであり、それが濃度測定センサ５の近傍に流入したとしても、測定値が変動することは無く、安定かつ正確な測定が可能となる。
【００３９】
さらに、本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１には、上記センサユニット６に、赤外線光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続手段８が備えられてなる。当該光断続手段８は、赤外線光源から発せられた赤外線がセンサユニット６内の濃度測定センサ５に間欠的に到達するよう光路を遮る役割を担っている。すなわち、赤外線光源より発せられた赤外線が試料セルユニット４内の測定対象物により一部が吸収され、当該吸収量が濃度測定センサ５で検知されるが、濃度測定センサ５として焦電型赤外線センサやコンデンサマイクロフォンを採用する場合では、赤外線吸収量の検知は、赤外線が到達した瞬間の検出器の出力に依存している。そのため、連続的に新規なデータを検知し続けるためには、濃度測定センサ５に赤外線を間欠的に到達させる必要がある。
【００４０】
ここで、赤外線光源から発せられる赤外線そのものを間欠的に照射することも考えられるが、測定対象物がＣＯ2の場合は、試料ガス中に測定対象物が微量しか含まれていないため、光源２として光量の大きなカンタル線などをフィラメントに使用する必要がある。このような光量の大きな光源２を使用する場合、照射時から非照射時に移行する場合に熱が残存してしまい、間欠的な照射にならないという問題が生じるおそれがある。そのため、赤外線光源を連続的に照射させながら、濃度測定センサ５に届く前に、光路を間欠的に遮断する光断続手段８を設けることにより、連続的に新規なデータの取得を可能としている。
【００４１】
光断続手段８としては特に限定されず、たとえばモータ８ａにより駆動可能なチョッパー８ｂを用いることができる。本実施の形態では、モータ８ａにより回転駆動可能なチョッパー８ｂが備えられてなる。参照符号Ａ２はチョッパー８ｂの回転方向を示している。なお、図２に示されるように、モータ８ａにより駆動可能なチョッパー８ｂの周囲には多くの隙間Ｓが存在するが、これらの隙間Ｓはすべてカバーで覆われており、カバー内には試料ガスが導入されているため、隙間Ｓから濃度測定センサ５近傍に気体が流入するとしても、かかる気体は試料ガスそのものであるため、測定値が変動することは無く、安定かつ正確な測定が可能となる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、濃度測定センサ５として焦電型赤外線センサを用いているため、光断続手段８を備える場合を例示して説明したが、濃度測定センサ５として、たとえばサーモパイル型赤外線センサなどの赤外線吸収量をそのまま出力できるセンサを使用することも可能である。そして、そのような場合には、光断続手段８（チョッパー）は不要となるため、チョッパー周囲の隙間も存在しないこととなる。しかしながら、当該センサを使用する場合であっても、当該センサはメンテナンスを容易に行うことができるよう固着部材によりセンサユニット６内に固着されてなるため、かかる固着部材により生じる隙間Ｓから気体が流入する可能性がある。本実施の形態では、前述の通り、これらの隙間Ｓはすべてカバーで覆われることとなるため、そのような場合であっても安定かつ正確な測定が可能となる。
【００４３】
本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１によれば、濃度測定センサ５の近傍が試料ガスの雰囲気で満たされるため、測定環境雰囲気が変動する場合であっても、試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することが可能となる。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間Ｓを極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置１を提供することができる。さらに、本実施の形態で採用するカバーを使用することにより、試料セルユニット４の周囲を隙間Ｓも含めてすべてカバーで覆い、カバー内を試料ガスで満たすことができるため、気体が隙間Ｓから流入されたとしても濃度測定センサ５の周囲における試料ガスの雰囲気の変動を防止することができる。
【００４４】
なお、上記光源２が赤外線光源であることが好ましい。当該構成を有することにより、試料ガス中のＣＯ2、Ｈ2Ｏなどの測定対象物により、光源２から照射された赤外線が、測定対象物の濃度に応じた量が吸収される。
【００４５】
当該吸収後の赤外線検出値を、既知濃度の測定対象ガスの赤外線検出値と比較することにより、測定対象物の濃度を測定することができる。さらに、赤外線光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続手段８としてチョッパー８ｂが設けられているため、赤外線照射を間欠的に行わずとも、赤外線照射を連続的に行いながら、濃度測定センサ５に到達する赤外線が擬似的に間欠照射されたものとして取り扱うことができる。
【００４６】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置は、測定対象物がＨ2Ｏである以外は実施の形態１と同様であり、装置の構成そのものは図１および図２に示される実施の形態１にかかるガス濃度測定装置１と同様であるため、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４７】
すなわち、測定対象物がＨ2Ｏの場合、測定地の地理的条件、天候の変動、室内環境等により湿度が変動する場合においても、導入手段７により試料ガスを濃度測定センサ５の近傍に導入することができ、ガス濃度測定装置周辺の空気の湿度変化によらず、安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能となる。
【００４８】
（実施の形態３）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置９は、図３および図４に示されるように、試料セルユニット４とセンサユニット６とを隔てる隔壁に連通孔を設けて導入手段７とした以外は実施の形態１と同様であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。図３では、試料ガスが試料セルユニットに設けられた導入口２１により導入され、センサユニット６に設けられた導出口２７により排出される。なお、試料ガスが医療用空気などの特に汚染されていないガスの場合、センサユニット６内の濃度測定センサ５やその近傍が汚染されるおそれが無いことから、図４に示されるように、図３の導入口２１を導出口として使用し、図３の導出口２７を導入口として使用することも可能である。
【００４９】
（実施の形態４）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置１０は、図５に示されるように、試料セルユニット４とセンサユニット６とを接続する流路３１を設けて導入手段７とし、センサユニット６に試料ガスの導出口２７を設けた以外は実施の形態１と同様であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。図５では、当該流路３１は試料セルユニット４の下部側壁からセンサユニット６の底部に接続されているが、当該流路を設ける箇所は特に制限されない。
【００５０】
（実施の形態５）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置１１は、図６に示されるように、導入手段７にスクラバ１２が設けられている以外は実施の形態１と同様であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５１】
スクラバ１２は、排ガスなどの粉塵等を含む汚染された試料ガスを測定する場合において、濃度測定センサ５の近傍の汚染や、汚染による誤動作を防止するために設けられてなる。スクラバ１２としては特に制限されないが、たとえば内部に活性炭が充填されたスクラバを使用することができる。本実施の形態では、内部に活性炭が充填されたスクラバ１２が用いられている。
【００５２】
以上、上記実施形態のガス濃度測定装置によれば、濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供することができる。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間を極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置を提供することができる。さらに、測定対象ガスが粉塵等を含む汚染されたガスであったとしても、当該ガスから粉塵等を除去して、濃度測定センサの汚染や汚染による誤動作を防止することができる。
【００５３】
（実施の形態６）
以下に述べる実施形態では、図７に示すように、ガス濃度測定装置５１は、試料セルユニット５３と比較セルユニット５５が並んで配置され、それぞれに対応する一対の光源５７、一対の濃度測定センサ５９（コンデンサマイクロフォンなどのニューマチック検出器を含む）、一対の光学フィルタ６１が設けられている。試料セルユニット５３及び比較セルユニット５５と一対の光学フィルタ６１との間には、光断続手段８としてのチョッパーが設けられている。試料セルユニット５３には、試料ガスが導入される導入口５４が設けられている。
【００５４】
この実施形態では、上述のように濃度測定センサ５９、光学フィルタ６１及び光断続手段８によって、センサユニット６０が構成されている。さらにセンサユニット６０は、導入手段７としての密閉ケースによって覆われている。さらに、密閉ケースには、試料セルユニット５３から延びる導入管６７が接続されている。また、密閉ケースには、試料ガスが導出される導出口６９が設けられている。
【００５５】
当該構成を有することにより、密閉ケース内を試料ガスで満たすことができるため、濃度測定センサ周囲の試料ガス雰囲気の変動を防止することができる。その結果、より安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能となる。
【００５６】
（実施の形態７）
以下、導入手段７が試料ガスを光源ユニット３に供給する実施形態を説明する。なお、ガス濃度測定装置７１の基本的な構造は実施の形態６と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
図８に示されるように、光断続手段８が光源５７側に配置され、光源ユニット５６の一部となっている。ガス濃度測定装置７１は、光源ユニット３において光断続手段８が配置された空間を覆う導入手段７としてのカバーを有しており、試料セルユニット５３から導出された試料ガスを当該カバーに導入している。さらに、カバーには、試料セルユニット５３から延びる導入管７７が接続されている。また、カバーには、導出口７９が設けられている。
その結果、光源ユニット５６内が試料ガスで充満されることとなる。そのため、安定かつ正確な測定が可能となる。
【００５８】
導入手段として、光源ユニット全体をカバーで覆ってもよい。
導入管にスクラバを設けてもよい。
導入手段として、試料セルの光源側隔壁に連通孔を形成してもよい。
【００５９】
（実施の形態８）
前記実施形態では、いずれも光断続手段を有していた。しかし、光断続手段を有していないガス濃度測定装置において導入手段を設けてもよい。その場合にも前述と同様の効果が得られる。なお、この場合は、赤外線光源から発せられる赤外線そのものが間欠的に照射される。
【００６０】
以下、実施例により上記実施形態のガス濃度測定装置を具体的に説明する。
【実施例】
【００６１】
図１および図２にかかるガス濃度測定装置１を用いて、Ｎ2ガスを試料ガスとしてＣＯ2濃度を測定した。測定は、２０１０年８月３日の１４時より連続１８時間行った。ガス濃度測定装置の概要は以下の通りである。
光源：赤外線光源（カンタル線、約７Ｗ）
試料ガス：Ｎ2（流速：１Ｌ／ｍｉｎ）
測定対象物：ＣＯ2
濃度測定センサ：焦電型赤外線検出器（パイロセンサ）
光断続手段：チョッパー（回転周波数：５Ｈｚ）
導入手段：プラスチック製カバー
ガス濃度測定装置の設置場所：（株）堀場製作所内実験室
【００６２】
実施例１
上記ガス濃度測定装置を用いてＣＯ2濃度の経時変化を測定した。結果を図９に示す。
表１における参照符号Ｒｃは周辺ＣＯ2濃度（ｐｐｍ）を示し、参照符号Ｒ１は実施例１のＣＯ2濃度測定結果（ＦＳ％（Full Scale %））を示す。
【００６３】
比較例１
導入手段を設けない上記ガス濃度測定装置を用いてＣＯ2濃度の経時変化を測定した。結果を図９に示す。参照符号Ｒ２は比較例１のＣＯ2濃度測定結果（ＦＳ％）を示す。
【００６４】
図９に示されるように、導入手段を設けていない比較例１のガス濃度測定装置では、周辺ＣＯ2濃度の変動により検出されるＣＯ2濃度の値が変動した、一方、導入手段を設けた実施例１にかかるガス濃度測定装置では、周辺ＣＯ2濃度が変動した場合であっても、検出されるＣＯ2濃度の値は変動しなかった。
【００６５】
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
例えば、実施の形態１〜５のガス濃度測定装置の基本的構造に対して、実施の形態６又は７の導出手段を適用してもよい。さらに実施の形態６及び７のガス濃度測定装置の基本的構造に対して実施の形態１〜５のいずれかの導出手段を適用してもよい。
また、前記実施形態では、光源側及びセンサ側のいずれか一方のみに導入手段を設けていたが、両側に導入手段を設けてもよい。
【００６６】
本実施形態によれば、濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供することができる。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間を極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１、９、１０、１１ ガス濃度測定装置
２ 光源
３ 光源ユニット
４ 試料セルユニット
５ 濃度測定センサ
６ センサユニット
６ａ 赤外線透過窓
７ 導入手段
８ 光断続手段
８ａ モータ
８ｂ チョッパー
１２ スクラバ
１９ 装置収納ケース
Ａ 光路
Ａ１ 試料ガスの経路
Ａ２ チョッパーの回転方向
Ｇ ガスケット
Ｒｃ 周辺ＣＯ2濃度
Ｒ１ 実施例１のＣＯ2濃度測定結果
Ｒ２ 比較例１のＣＯ2濃度測定結果
Ｓ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々のガスの濃度を測定する装置が開発されている。たとえば医療現場において精製空気（医療用空気）を調製する場合には、医療用空気は、１００％Ｏ2のボンベガスと１００％Ｎ2のボンベガスとを所定の割合で混合する装置を用いる方法や、空気精製装置（圧縮、乾燥、ダスト処理機構を装備）を用いる方法等で調製されている。これらの方法により調製された医療用空気における二酸化炭素（ＣＯ2）濃度は、最大ＣＯ2量が５００ｍｌ／ｍ3（５００ｐｐｍ）以下となるよう連続的に測定され、管理されている。
【０００３】
また、植物のＣＯ2吸収または排出機能の評価装置（光合成評価装置）においても、ＣＯ2分析計が設けられている。かかる評価装置は、たとえば特開２０１０−１０号公報に開示される装置であり、自然環境下における植物の光合成による二酸化炭素吸収または排出機能を評価する装置である。そして、当該評価装置の構成中にはＣＯ2分析計が設けられており、かかるＣＯ2分析計は、ＣＯ2濃度を測定することにより、植物によるＣＯ2吸収または排出機能を高い測定精度により把握することを目的として設置されている。
【０００４】
これら装置における試料ガスの測定方法の１つとして、たとえば図１０および図１１に示されるように、非分散赤外線吸収法を用いてＣＯ2濃度を測定する方法がある。この場合、ガス濃度測定装置１３は、光源１４が配置された光源ユニット１５、必要に応じて光断続手段１６、試料セルを配置した試料セルユニット１７、濃度測定センサ１８（検出器）で構成されてなる。
【０００５】
一般的に、大気中のＣＯ2などの微量成分を測定するには、これらの成分が数百ｐｐｍオーダーでしか含有されていないため、高感度の測定が必要となる。そのため、光源１４には光量の大きいカンタル線などをフィラメントに使用したものを使用し、必要に応じてチョッパーなどで機械的に光を断続する光断続手段１６が備えられている。チョッパーを使用する場合は、チョッパーを駆動するためのモータや外部電源が必要となりガス濃度測定装置１３の部品点数が増加する結果、試料セルと濃度測定センサ１８との間に隙間Ｓが生じやすい。
【０００６】
ここで、大気中のＣＯ2濃度は一般に約３００〜４００ｐｐｍであるが、人の呼気には数％のＣＯ2が含まれているため、ガス濃度測定装置１３の設置場所に人が出入りする場合や人がガス濃度測定装置１３を操作する場合は、ガス濃度測定装置１３の周辺のＣＯ2濃度が変動することとなる。また、燃焼器具がガス濃度測定装置１３の近傍に設置されている場合も同様に、ガス濃度測定装置１３の周辺のＣＯ2濃度が上昇し、光学系周辺（特に濃度測定センサ１８の近傍）のＣＯ2濃度が変動し、正確なＣＯ2濃度を測定できない。
【０００７】
さらに、人の出入りが制限されている場合であっても、そもそもビル管理法に基づく特定建築物（３０００ｍ2以下の商業施設・事務所など）内のＣＯ2濃度の基準は、１０００ｐｐｍ以下と規定されており、医療用空気の基準よりも高いものである。そのため、人の出入りを制限した場所にガス濃度測定装置１３を設置した場合であっても充分に安定かつ正確な測定対象物の濃度を測定できるとは限らないという問題がある。そのため、図１０に示されるように完全に密閉された装置収納ケース１９にガス濃度測定装置１３そのものを収納してガス濃度測定装置１３の周辺空気の流入を遮断したり、すべての隙間をシール材で埋めたり、特許文献１に示されるように分析計を隙間ごとＮ2などの不活性ガスでパージする等の手法が採用されている。
【０００８】
かかる問題は、医療用空気中のＣＯ2濃度の測定のみならず、空気中のＨ2Ｏ濃度を測定する場合にも同様に生じる問題である。また、上記光合成評価装置において植物のＣＯ2吸収または排出機能を、ＣＯ2濃度の測定を通じて把握する場合にも同様に生じる問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６４−２８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、完全に密閉されたケースに装置そのものを収納する場合、装置全体の大型化が問題となる。また、装置を人が操作する場合、ケースの外部から操作できるよう装置を設計せねばならず、技術的にもコスト的にも困難である。また、隙間をシール材で封止するにしても、あらゆる隙間を漏れなく封止ことは困難であり、封止できたとしても、装置のメンテナンス時にそれらのシール材も剥がして交換しなければならず、手間やコストがかかるという問題がある。
【００１１】
さらに、特許文献１に記載のガス濃度測定装置では、光学系の隙間を不活性ガスでパージしているため、測定環境の雰囲気が変動した場合でも周囲の影響（たとえば人の呼気に含まれる高濃度のＣＯ2が検出されることによる測定値の増加）を受けない傾向があるものの、測定対象物以外の不活性ガスをパージガスとして測定時間中常に供給する必要があり、コスト面で問題がある。また、不活性ガスを導入するための装置を備える必要がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、濃度測定センサ又は光源の近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガス濃度測定装置は、試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
光源を有する光源ユニットと、
光源の光路上に配置され、試料ガスが導入される試料セルユニットと、
光源の光路上に配置され、試料セルユニットを透過した光源の光を受光して測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサを有するセンサユニットと、
試料ガスをセンサユニット又は光源ユニットの近傍に供給し、当該センサユニット又は光源ユニットの内部を試料ガスの雰囲気で満たすための導入手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記のガス濃度測定装置によれば、濃度測定センサ又は光源の近傍が試料ガスの雰囲気で満たされるため、測定環境雰囲気が変動する場合であっても、安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能である。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間を極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置を提供することができる。
【００１５】
上記導入手段は、上記試料セルユニットと上記センサユニット又は光源ユニットとの接続部を覆い、試料ガスが導入されるカバーを有していてもよい。
【００１６】
当該構成を有することにより、カバー内を試料ガスで満たすことができるため、濃度測定センサまたは光源周囲の試料ガス雰囲気の変動を防止することができる。その結果、より安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能となる。
【００１７】
ガス濃度測定装置は、濃度測定センサ又は光源の近傍に配置され、光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続機構をさらに備えていてもよい。
【００１８】
この構成により、光源からの赤外線照射を間欠的に行わずとも、赤外線照射を連続的に行いながら、該赤外線の光路を断続することにより、濃度測定センサに到達する赤外線が擬似的に間欠照射されたものとして取り扱うことができる。
【００１９】
導入手段は、光断続機構の近傍に設けられていてもよい。
この構成により、光断続機構の近傍が試料ガスの雰囲気で満たされるので、測定環境雰囲気が変動する場合であっても、安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能である。特に、光断続機構を駆動するためのモータや外部電源が必要となり全体の部品点数が増加する結果、試料セルと濃度測定センサ又は光源との間に隙間が生じやすい。したがって、導入手段を光断続機構の近傍に設けることで、
光断続機構を設けたガス濃度測定装置における問題が解決される。
【００２０】
上記試料ガス中の測定対象物が、ＣＯ2またはＨ2Ｏであってもよい。
【００２１】
当該構成を有することにより、これらの測定対象物の赤外線吸収能を利用して、たとえば非分散赤外線吸収法により不活性ガスを比較対照とした正確な測定が可能となる。
【００２２】
導入手段は、ガス流通路に配置されたスクラバをさらに有していてもよい。
【００２３】
当該構成を有することにより、たとえば試料ガスが排ガス等の粉塵等を含むガスである場合において、有害な粒子および／またはガス成分を吸着、除去することができ、より正確な測定に供できる。また、装置そのものの故障等を未然に防止できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態１）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図２】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態１）にかかるガス濃度測定装置の要部を拡大して示す模式図
【図３】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態３）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図４】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態３）にかかるガス濃度測定装置の別例を説明するための模式図
【図５】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態４）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図６】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態５）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図７】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態６）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図。
【図８】本発明のガス濃度測定装置の一実施形態（実施の形態７）にかかるガス濃度測定装置を説明するための模式図。
【図９】実施例１にかかるガス濃度測定装置と比較例１にかかるガス濃度測定装置を用いたＣＯ2濃度測定試験の結果を示すグラフ
【図１０】従来のガス濃度測定装置を説明するための模式図
【図１１】従来のガス濃度測定装置の要部を拡大して示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１は、図１に示されるように、光源２が配置された光源ユニット３と、上記光源２の光路上に配置され、試料ガスが導入される試料セルユニット４と、上記光源２の光路上に配置され、上記試料セルユニット４を透過した上記光源２の光を受光して上記測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサ５が配置されたセンサユニット６と、上記試料ガスを導入する導入手段７とを備えてなる。
【００２７】
光源ユニット３は、光源２を配置した部位である。
【００２８】
光源ユニット３における光源２としては特に限定されず、後述の濃度測定センサ５の種類により適宜選択することができる。たとえば、濃度測定センサ５として赤外線受光部を有する濃度測定センサ５を使用する場合は光源２として赤外線光源を選択することが好ましく、その他、可視光源、紫外線光源など種々目的に応じて選択することができる。本実施の形態では、試料ガスとして医療用空気を採用し、測定対象物としてＣＯ2を選択しているため、赤外線光源を選択している。
【００２９】
図１に示されるように、光源２から発せられた光は光路Ａのごとく光源ユニット３から、光源２の光路上に配置された試料セルユニット４に導入される。試料セルユニット４は、試料ガスが導入される部位である。
【００３０】
試料ガスとしては、測定対象物を含んでいるものであれば特に限定されない。測定対象物は、種々選択することができ、たとえばＣＯ2、Ｈ2Ｏ等を選択することができる。試料ガスが、試料セルユニット４に設けられた導入口より試料セルユニット４内に導入される。参照符号Ａ１は、試料ガスの経路を示している。本実施の形態では、測定対象物としてＣＯ2を選択し、そのＣＯ2を含む試料ガスとしては医療用空気を選択している。さらに、測定対象物としてＣＯ2を選択しているため、ＣＯ2が有する赤外線吸収能を利用して濃度を測定することが簡便である等の理由から、光源２として赤外線光源を採用している。
【００３１】
試料セルユニット４は、管状の本体部２０と、試料ガスを本体部２０内に導入する導入口２１と、試料ガスを本体部２０から外に導出する導出口２５とを備える。また、本体部２０の両端には赤外線透過窓６ａ（図２参照）が取り付けられる。試料セルユニット４の材質としては特に限定されず、たとえばステンレス製、アルミニウム製、塩化ビニル製などの管を本体部として使用することができる。また、管の内面にはたとえば金などの金属でメッキを施してもよい。また、赤外線透過窓の材質としては特に制限されず、たとえばフッ化カルシウム、サファイア、その他フッ化リチウム、フッ化バリウム等を使用することができる。本実施の形態では管の内面に金メッキを施したステンレス管を本体部とし、フッ化カルシウム製の赤外線透過窓が使用されている。
【００３２】
濃度測定センサ５は、試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するセンサである。濃度測定センサ５は、光源２の光路上に配置されてなり、これにより、光源２より発せられた光が試料セルユニット４内の測定対象物中を通過し、濃度測定センサ５に到達することとなる。
【００３３】
ここで、赤外線光源を用いた測定対象物の濃度測定方法（非分散型赤外線分析法）について説明する。すなわち、光源２より発せられた赤外線は、試料ガス中を通過するときに、試料ガス中に含まれる測定対象物に特有の波長の赤外線が吸収される。その吸収量を測定することにより対象成分の濃度を測定することができる。吸収量から濃度を算出する際には、以下の一般式（１）で示されるランベルト・ベールの法則（Lambert-Beer law）を利用する。
ｌｏｇ10（Ｉ1／Ｉ0）＝−εｃｌ （１）
（式中Ｉ0は入射光の強度、Ｉ1は出射光の強度、εはモル吸光係数、ｃはサンプル濃度、ｌは吸光層の厚さを指す）
【００３４】
すなわち、光源２より発せられた赤外線は、試料セル部分を通過して、濃度測定センサ５に到達する。濃度測定センサ５には、ＣＯ2の吸収波長帯および吸収の無い波長帯（基準波長：ＲＥＦ）を選択的に通過させる光学フィルタ（図示せず）と固体型赤外線検出器（パイロセンサ）（図示せず）とが組み込まれている。
【００３５】
試料セル部分にＣＯ2を含む試料ガスが入ると、ＣＯ2固有の波長の赤外線が吸収され、対応する濃度測定センサ５に入射する赤外線量が減少する。一方、基準検出器（ＲＥＦ）への入射光は、吸収の無い波長を選択しているため光量は変化しない。したがって、ＣＯ2濃度の検出は、基準検出器の出力と測定成分の濃度測定センサ５の出力の差として算出することができる。
【００３６】
導入手段７は、試料セルユニット４から上記試料ガスを排出させ、排出された上記試料ガスを前記センサユニット６又は光源ユニット３に供給し、センサユニット６又は光源ユニット３の内部を当該試料ガスの雰囲気で満たすための手段である。
以下、導入手段７が試料ガスをセンサユニット６に供給する実施形態を説明する。
・実施の形態１では、図１に示されるような試料セルユニット４とセンサユニット６との接続部４１を覆うカバーを採用し、試料セルユニット４から導出された試料ガスを当該カバー内に導入している。具体的には、導出手段としてのカバーは、試料セルユニット４の本体部２０の外周を覆うように配置されている。カバーには、本体部２０から延びる導入管２３が接続されている。また、カバーには、導出口２５が設けられている。
・後述する実施の形態３では、試料セルユニット４とセンサユニット６とを隔てる隔壁に連通孔（図３および図４参照）を設けて導入手段７としている。
・後述する実施の形態４では、図５に示されるように、試料セルユニット４とセンサユニット６を接続する流路を別途設け、センサユニット６の一部（図５では側壁）に試料ガスの出口を設ける構成とする。
【００３７】
従来のように当該導入手段７が無い場合は、センサユニット６の内部は空気で充満されている。そのため、図２に示されるような多くの隙間Ｓから装置周囲の空気が流入し、たとえば装置周囲の空気が人の呼気を含む場合であって、測定対象物がＣＯ2の場合には、呼気中のＣＯ2が濃度測定センサ５の近傍に流入し、安定かつ正確なＣＯ2濃度が測定できないという問題がある。
【００３８】
しかしながら、前述の実施の形態３のように、試料セルユニット４とセンサユニット６とを隔てる隔壁に連通孔を設けている場合には、当該連通孔を介してセンサユニット６内の空間が試料ガスで満たされることとなる。また、前述の実施の形態１の図１および図２に示されるように、カバーが設置されている場合も同様に、隙間Ｓの周囲も含めてセンサユニット６内がすべて試料ガスで充満されることとなる。そのため、仮に隙間Ｓから気体が流入するとしても、かかる気体は試料ガスそのものであり、それが濃度測定センサ５の近傍に流入したとしても、測定値が変動することは無く、安定かつ正確な測定が可能となる。
【００３９】
さらに、本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１には、上記センサユニット６に、赤外線光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続手段８が備えられてなる。当該光断続手段８は、赤外線光源から発せられた赤外線がセンサユニット６内の濃度測定センサ５に間欠的に到達するよう光路を遮る役割を担っている。すなわち、赤外線光源より発せられた赤外線が試料セルユニット４内の測定対象物により一部が吸収され、当該吸収量が濃度測定センサ５で検知されるが、濃度測定センサ５として焦電型赤外線センサやコンデンサマイクロフォンを採用する場合では、赤外線吸収量の検知は、赤外線が到達した瞬間の検出器の出力に依存している。そのため、連続的に新規なデータを検知し続けるためには、濃度測定センサ５に赤外線を間欠的に到達させる必要がある。
【００４０】
ここで、赤外線光源から発せられる赤外線そのものを間欠的に照射することも考えられるが、測定対象物がＣＯ2の場合は、試料ガス中に測定対象物が微量しか含まれていないため、光源２として光量の大きなカンタル線などをフィラメントに使用する必要がある。このような光量の大きな光源２を使用する場合、照射時から非照射時に移行する場合に熱が残存してしまい、間欠的な照射にならないという問題が生じるおそれがある。そのため、赤外線光源を連続的に照射させながら、濃度測定センサ５に届く前に、光路を間欠的に遮断する光断続手段８を設けることにより、連続的に新規なデータの取得を可能としている。
【００４１】
光断続手段８としては特に限定されず、たとえばモータ８ａにより駆動可能なチョッパー８ｂを用いることができる。本実施の形態では、モータ８ａにより回転駆動可能なチョッパー８ｂが備えられてなる。参照符号Ａ２はチョッパー８ｂの回転方向を示している。なお、図２に示されるように、モータ８ａにより駆動可能なチョッパー８ｂの周囲には多くの隙間Ｓが存在するが、これらの隙間Ｓはすべてカバーで覆われており、カバー内には試料ガスが導入されているため、隙間Ｓから濃度測定センサ５近傍に気体が流入するとしても、かかる気体は試料ガスそのものであるため、測定値が変動することは無く、安定かつ正確な測定が可能となる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、濃度測定センサ５として焦電型赤外線センサを用いているため、光断続手段８を備える場合を例示して説明したが、濃度測定センサ５として、たとえばサーモパイル型赤外線センサなどの赤外線吸収量をそのまま出力できるセンサを使用することも可能である。そして、そのような場合には、光断続手段８（チョッパー）は不要となるため、チョッパー周囲の隙間も存在しないこととなる。しかしながら、当該センサを使用する場合であっても、当該センサはメンテナンスを容易に行うことができるよう固着部材によりセンサユニット６内に固着されてなるため、かかる固着部材により生じる隙間Ｓから気体が流入する可能性がある。本実施の形態では、前述の通り、これらの隙間Ｓはすべてカバーで覆われることとなるため、そのような場合であっても安定かつ正確な測定が可能となる。
【００４３】
本実施の形態にかかるガス濃度測定装置１によれば、濃度測定センサ５の近傍が試料ガスの雰囲気で満たされるため、測定環境雰囲気が変動する場合であっても、試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することが可能となる。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間Ｓを極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置１を提供することができる。さらに、本実施の形態で採用するカバーを使用することにより、試料セルユニット４の周囲を隙間Ｓも含めてすべてカバーで覆い、カバー内を試料ガスで満たすことができるため、気体が隙間Ｓから流入されたとしても濃度測定センサ５の周囲における試料ガスの雰囲気の変動を防止することができる。
【００４４】
なお、上記光源２が赤外線光源であることが好ましい。当該構成を有することにより、試料ガス中のＣＯ2、Ｈ2Ｏなどの測定対象物により、光源２から照射された赤外線が、測定対象物の濃度に応じた量が吸収される。
【００４５】
当該吸収後の赤外線検出値を、既知濃度の測定対象ガスの赤外線検出値と比較することにより、測定対象物の濃度を測定することができる。さらに、赤外線光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続手段８としてチョッパー８ｂが設けられているため、赤外線照射を間欠的に行わずとも、赤外線照射を連続的に行いながら、濃度測定センサ５に到達する赤外線が擬似的に間欠照射されたものとして取り扱うことができる。
【００４６】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置は、測定対象物がＨ2Ｏである以外は実施の形態１と同様であり、装置の構成そのものは図１および図２に示される実施の形態１にかかるガス濃度測定装置１と同様であるため、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４７】
すなわち、測定対象物がＨ2Ｏの場合、測定地の地理的条件、天候の変動、室内環境等により湿度が変動する場合においても、導入手段７により試料ガスを濃度測定センサ５の近傍に導入することができ、ガス濃度測定装置周辺の空気の湿度変化によらず、安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能となる。
【００４８】
（実施の形態３）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置９は、図３および図４に示されるように、試料セルユニット４とセンサユニット６とを隔てる隔壁に連通孔を設けて導入手段７とした以外は実施の形態１と同様であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。図３では、試料ガスが試料セルユニットに設けられた導入口２１により導入され、センサユニット６に設けられた導出口２７により排出される。なお、試料ガスが医療用空気などの特に汚染されていないガスの場合、センサユニット６内の濃度測定センサ５やその近傍が汚染されるおそれが無いことから、図４に示されるように、図３の導入口２１を導出口として使用し、図３の導出口２７を導入口として使用することも可能である。
【００４９】
（実施の形態４）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置１０は、図５に示されるように、試料セルユニット４とセンサユニット６とを接続する流路３１を設けて導入手段７とし、センサユニット６に試料ガスの導出口２７を設けた以外は実施の形態１と同様であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。図５では、当該流路３１は試料セルユニット４の下部側壁からセンサユニット６の底部に接続されているが、当該流路を設ける箇所は特に制限されない。
【００５０】
（実施の形態５）
本実施の形態におけるガス濃度測定装置１１は、図６に示されるように、導入手段７にスクラバ１２が設けられている以外は実施の形態１と同様であり、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５１】
スクラバ１２は、排ガスなどの粉塵等を含む汚染された試料ガスを測定する場合において、濃度測定センサ５の近傍の汚染や、汚染による誤動作を防止するために設けられてなる。スクラバ１２としては特に制限されないが、たとえば内部に活性炭が充填されたスクラバを使用することができる。本実施の形態では、内部に活性炭が充填されたスクラバ１２が用いられている。
【００５２】
以上、上記実施形態のガス濃度測定装置によれば、濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供することができる。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間を極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置を提供することができる。さらに、測定対象ガスが粉塵等を含む汚染されたガスであったとしても、当該ガスから粉塵等を除去して、濃度測定センサの汚染や汚染による誤動作を防止することができる。
【００５３】
（実施の形態６）
以下に述べる実施形態では、図７に示すように、ガス濃度測定装置５１は、試料セルユニット５３と比較セルユニット５５が並んで配置され、それぞれに対応する一対の光源５７、一対の濃度測定センサ５９（コンデンサマイクロフォンなどのニューマチック検出器を含む）、一対の光学フィルタ６１が設けられている。試料セルユニット５３及び比較セルユニット５５と一対の光学フィルタ６１との間には、光断続手段８としてのチョッパーが設けられている。試料セルユニット５３には、試料ガスが導入される導入口５４が設けられている。
【００５４】
この実施形態では、上述のように濃度測定センサ５９、光学フィルタ６１及び光断続手段８によって、センサユニット６０が構成されている。さらにセンサユニット６０は、導入手段７としての密閉ケースによって覆われている。さらに、密閉ケースには、試料セルユニット５３から延びる導入管６７が接続されている。また、密閉ケースには、試料ガスが導出される導出口６９が設けられている。
【００５５】
当該構成を有することにより、密閉ケース内を試料ガスで満たすことができるため、濃度測定センサ周囲の試料ガス雰囲気の変動を防止することができる。その結果、より安定かつ正確に試料ガス中の測定対象物の濃度を測定することが可能となる。
【００５６】
（実施の形態７）
以下、導入手段７が試料ガスを光源ユニット３に供給する実施形態を説明する。なお、ガス濃度測定装置７１の基本的な構造は実施の形態６と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
図８に示されるように、光断続手段８が光源５７側に配置され、光源ユニット５６の一部となっている。ガス濃度測定装置７１は、光源ユニット３において光断続手段８が配置された空間を覆う導入手段７としてのカバーを有しており、試料セルユニット５３から導出された試料ガスを当該カバーに導入している。さらに、カバーには、試料セルユニット５３から延びる導入管７７が接続されている。また、カバーには、導出口７９が設けられている。
その結果、光源ユニット５６内が試料ガスで充満されることとなる。そのため、安定かつ正確な測定が可能となる。
【００５８】
導入手段として、光源ユニット全体をカバーで覆ってもよい。
導入管にスクラバを設けてもよい。
導入手段として、試料セルの光源側隔壁に連通孔を形成してもよい。
【００５９】
（実施の形態８）
前記実施形態では、いずれも光断続手段を有していた。しかし、光断続手段を有していないガス濃度測定装置において導入手段を設けてもよい。その場合にも前述と同様の効果が得られる。なお、この場合は、赤外線光源から発せられる赤外線そのものが間欠的に照射される。
【００６０】
以下、実施例により上記実施形態のガス濃度測定装置を具体的に説明する。
【実施例】
【００６１】
図１および図２にかかるガス濃度測定装置１を用いて、Ｎ2ガスを試料ガスとしてＣＯ2濃度を測定した。測定は、２０１０年８月３日の１４時より連続１８時間行った。ガス濃度測定装置の概要は以下の通りである。
光源：赤外線光源（カンタル線、約７Ｗ）
試料ガス：Ｎ2（流速：１Ｌ／ｍｉｎ）
測定対象物：ＣＯ2
濃度測定センサ：焦電型赤外線検出器（パイロセンサ）
光断続手段：チョッパー（回転周波数：５Ｈｚ）
導入手段：プラスチック製カバー
ガス濃度測定装置の設置場所：（株）堀場製作所内実験室
【００６２】
実施例１
上記ガス濃度測定装置を用いてＣＯ2濃度の経時変化を測定した。結果を図９に示す。
表１における参照符号Ｒｃは周辺ＣＯ2濃度（ｐｐｍ）を示し、参照符号Ｒ１は実施例１のＣＯ2濃度測定結果（ＦＳ％（Full Scale %））を示す。
【００６３】
比較例１
導入手段を設けない上記ガス濃度測定装置を用いてＣＯ2濃度の経時変化を測定した。結果を図９に示す。参照符号Ｒ２は比較例１のＣＯ2濃度測定結果（ＦＳ％）を示す。
【００６４】
図９に示されるように、導入手段を設けていない比較例１のガス濃度測定装置では、周辺ＣＯ2濃度の変動により検出されるＣＯ2濃度の値が変動した、一方、導入手段を設けた実施例１にかかるガス濃度測定装置では、周辺ＣＯ2濃度が変動した場合であっても、検出されるＣＯ2濃度の値は変動しなかった。
【００６５】
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
例えば、実施の形態１〜５のガス濃度測定装置の基本的構造に対して、実施の形態６又は７の導出手段を適用してもよい。さらに実施の形態６及び７のガス濃度測定装置の基本的構造に対して実施の形態１〜５のいずれかの導出手段を適用してもよい。
また、前記実施形態では、光源側及びセンサ側のいずれか一方のみに導入手段を設けていたが、両側に導入手段を設けてもよい。
【００６６】
本実施形態によれば、濃度測定センサの近傍を試料ガスの雰囲気で満たすことにより、測定環境雰囲気の変動によらずに試料ガス中の測定対象物の濃度を安定かつ正確に測定することのできるガス濃度測定装置を提供することができる。また、パージガスを別途準備する必要が無く、密閉ケースによる装置の保護や、隙間を極端に減らした装置設計も不要であり、低コストとなるガス濃度測定装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１、９、１０、１１ ガス濃度測定装置
２ 光源
３ 光源ユニット
４ 試料セルユニット
５ 濃度測定センサ
６ センサユニット
６ａ 赤外線透過窓
７ 導入手段
８ 光断続手段
８ａ モータ
８ｂ チョッパー
１２ スクラバ
１９ 装置収納ケース
Ａ 光路
Ａ１ 試料ガスの経路
Ａ２ チョッパーの回転方向
Ｇ ガスケット
Ｒｃ 周辺ＣＯ2濃度
Ｒ１ 実施例１のＣＯ2濃度測定結果
Ｒ２ 比較例１のＣＯ2濃度測定結果
Ｓ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
光源を有する光源ユニットと、
前記光源の光路上に配置され、試料ガスが導入される試料セルユニットと、
前記光源の光路上に配置され、前記試料セルユニットを透過した前記光源の光を受光して前記測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサを有するセンサユニットと、
前記試料ガスを前記センサユニット又は前記光源ユニットの近傍に供給し、当該センサユニット又は前記光源ユニットの内部を前記試料ガスの雰囲気で満たすための導入手段とを備えたガス濃度測定装置。
【請求項２】
前記導入手段は、前記試料セルユニットと前記センサユニット又は前記光源ユニットとの接続部を覆うカバーである請求項１記載のガス濃度測定装置。
【請求項３】
前記センサユニット又は前記光源ユニットに、赤外線光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続機構が設けられてなる請求項１または２記載のガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記導入手段は、前記光断続機構の近傍に設けられている、請求項２又は３に記載のガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記試料ガス中の測定対象物が、二酸化炭素または水である請求項１〜４のいずれかに記載のガス濃度測定装置。
【請求項６】
前記導入手段が、スクラバをさらに備える請求項１〜５のいずれかに記載のガス濃度測定装置。
【請求項１】
試料ガス中の測定対象物の濃度を測定するガス濃度測定装置であって、
光源を有する光源ユニットと、
前記光源の光路上に配置され、試料ガスが導入される試料セルユニットと、
前記光源の光路上に配置され、前記試料セルユニットを透過した前記光源の光を受光して前記測定対象物の濃度を測定する濃度測定センサを有するセンサユニットと、
前記試料ガスを前記センサユニット又は前記光源ユニットの近傍に供給し、当該センサユニット又は前記光源ユニットの内部を前記試料ガスの雰囲気で満たすための導入手段とを備えたガス濃度測定装置。
【請求項２】
前記導入手段は、前記試料セルユニットと前記センサユニット又は前記光源ユニットとの接続部を覆うカバーである請求項１記載のガス濃度測定装置。
【請求項３】
前記センサユニット又は前記光源ユニットに、赤外線光源から発せられた赤外線を間欠的に遮蔽する光断続機構が設けられてなる請求項１または２記載のガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記導入手段は、前記光断続機構の近傍に設けられている、請求項２又は３に記載のガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記試料ガス中の測定対象物が、二酸化炭素または水である請求項１〜４のいずれかに記載のガス濃度測定装置。
【請求項６】
前記導入手段が、スクラバをさらに備える請求項１〜５のいずれかに記載のガス濃度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５００９５（Ｐ２０１２−１５００９５Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２０７８（Ｐ２０１１−２５２０７８）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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