JP2000065819A - ガス測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】供試体からのガス放出を安定して高精度で行い
得るようにしたガス測定装置を提供する。 【解決手段】チャンバ２内の圧力を制御した上で、空気
交換率を一定に保ち、チャンバ２内に存在するガスの測
定を行うようにしたものである。このため、建材等から
放出されるガスを測定する場合に、放出条件を一定に保
って測定精度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物から出る
微量な放出ガスの計測等を安定して高精度で行い得るよ
うにしたガス測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、微量なガスを測定したいとい
う要請がいたる所にある。例えば、近時の例としては、
建材から放出されるホルムアルデヒド、或いはトルエ
ン、キシレン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が、人体
にアレルギー等の障害を引き起こす要因となることが明
らかになってきている。そして、これを受けて、放出ガ
スを抑制すべく種々の試みがなされ、その一環として放
出ガスの測定が行われている。

【０００３】この場合、この種のガスは極めて微量であ
り、測定雰囲気の気体を換気しながらクリーンな状態に
保つ必要があることに鑑みて、既往のガス測定装置は、
内側に測定雰囲気を閉成するチャンバと、前記測定雰囲
気に外部より清浄な気体を導入するための流量制御手段
を備えた導入路と、前記測定雰囲気内の気体を外部に排
出するための排気路とを設け、前記流量制御手段を通じ
て気体導入量を制御し、測定雰囲気内の気体交換率を一
定に保持するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の構成は、気体交換率に専ら主眼を置いたものであ
り、チャンバへの気体導入量、チャンバの大きさ、排気
路の配管径、コンダクタンス等に応じて測定雰囲気の圧
力が成り行きになっている。そして、単にチャンバ内に
充満するガス量を測定するだけであれば、チャンバ内の
圧力が変化しても分圧計算等を通じて正確なガス量を取
り出すことは可能であるが、建材等からの放出ガス量を
測定するといった特殊な用途の下では、雰囲気圧力が放
出量に与える影響は大きく、圧力を成り行きに任せてい
たのでは測定値が全く意味をなさなくなる場合がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、内側に測定雰囲気を閉成するチャン
バと、前記測定雰囲気に外部より清浄な気体を導入する
ための流量制御手段を備えた導入路と、前記測定雰囲気
内の気体を外部に排出するための流量制御手段を備えた
排気路とを具備してなり、両流量制御手段を通じて測定
雰囲気内の圧力及び気体交換率を制御しながら測定雰囲
気のガス測定を行い得るように構成してなることを特徴
とする。

【０００６】このように構成すれば、測定雰囲気の気体
交換率のみならず、圧力も所要の値に制御することがで
きるので、建材等からのガス放出の条件を一定に保ち、
且つ測定雰囲気を換気しながら、建材等より放出される
微量なガスの測定を安定して高精度で行うことが可能と
なる。また、このような構成であれば、圧力によって放
出量がどのように変化するかを測定することにも有効に
使えるものとなる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。この実施例のガス測定装置１は、図１に示す
ように、内側に測定雰囲気Ｓを閉成するチャンバ２と、
前記測定雰囲気Ｓに外部より清浄な気体を導入するため
の導入路３と、前記測定雰囲気Ｓ内の気体を外部に排出
するための排気路１００とを具備してなる。

【０００８】チャンバ２は、図１〜図３に示すように、
筒状をなすチャンバ本体２ａの両開口端に開閉可能に蓋
体２ｂを取着し、この蓋体２ｂの内側にチャンバ本体２
ａの内周面に滑らかに連続する湾曲した鏡板部２ｂ₁を
形成するとともに、内周に有底筒状をなし底部に孔を開
口させた導風板２ｃを適宜水洗いできるように着脱可能
に配置している。また、このチャンバ２には、前記導風
板２ｃの孔に先端を臨ませてファン２ｄが配設してあ
り、このファン２ｄをチャンバ２外のモータ２ｅで駆動
することによって、導風板２ｃのガイド作用を利用し、
チャンバ２の内側に図１に矢印で示すように測定雰囲気
Ｓに存する気体をチャンバ本体２ａの軸心に沿って一端
から他端までその中央部に流通させた後、ファン２ｄに
よりその気体を吸い込んで鏡板部２ｂ₁の内面に沿って
チャンバ本体２ａの一方の開口端側の内周面に導き、更
に導風板２ｃの外周とチャンバ本体２ａの周壁との間に
形成される円環状の隙間Ｔに流通させた後、チャンバ本
体２ａの他方の開口端から鏡板部２ｂ₁の内面に沿って
再びチャンバ本体２ａの中央部に導き循環させるという
循環サイクルを形成するようにしている。試料Ｗはその
測定雰囲気に設けた試料設置台１２にセットされる。こ
の試料設置台１２は、対向面間に試料Ｗを装入するチャ
ンネル状の支持部１２ａを有しており、その支持部１２
ａの一方の面から図示しない押圧棒を突出させて対向面
との間に試料Ｗを狭持するようにしているものである。
その際、押圧棒は、試料Ｗへの接触面積を極力小さくし
て試料Ｗからのガス放出面積を確保するために尖端に向
かって漸次細径となるような概略円錐状のものにしてあ
る。前記チャンバ２の内部は、気体の流通抵抗を極力小
さくするために電解研磨又は鏡面仕上げとなっている。
また、測定雰囲気Ｓを隔てて前記ファン２ｄと対向する
位置には、パンチング板１３が配設してあり、このパン
チング板１３に気体を通過させることによって流れを層
流に近い状態にできるようにしている。

【０００９】導入路３は、始端に設けた外気導入口３ａ
を大気中に開放し終端に設けた吹出口３ｂを前記チャン
バ本体２ａを貫通してチャンバ２の内部に挿入するとと
もに、始端近傍より下流に向かってエアポンプ７ａ、エ
アフィルタ７ｂ及びマスフローコントローラ７ｃからな
る移送手段７を配置してなるもので、この移送手段７で
空気を清浄にした後、後述する加湿機構５で加湿して空
気をチャンバ２内に導入するようにしている。前記マス
フローコントローラ７ｅは、本発明の流量制御手段とし
ての役割を担うもので、後述する圧力コントローラ２０
０からの制御信号Ｓｘを受けて、導入路３を流通する気
体の流量を制御し得るものである。

【００１０】また、排気路１００は、始端１００₁を前
記チャンバ本体２ａを貫通してチャンバ２の内部に挿入
し終端１００₂を大気中に開放するとともに、始端１０
０₁近傍より下流に向かってエアポンプ１００ａ、エア
フィルタ１００ｂ及びマスフローコントローラ１００ｃ
を配置してなる。前記マスフローコントローラ１００ｃ
も、本発明の流量制御手段としての役割を担うもので、
次に述べる圧力コントローラ２００からの制御信号Ｓｙ
を受けて、排気路１００を流通する気体の流量を制御し
得るものである。

【００１１】すなわち、圧力コントローラ２００は、検
出端をチャンバ２内に挿入してなる圧力センサ２ｒから
の圧力信号Ｓｐと、マスフローコントローラ１００ｃか
らの流量信号Ｓｆとを入力し、流量信号Ｓｆに基づいて
排気路１００のマスフローコントローラ１００ｃに予め
定めた排気流量とするような制御信号Ｓｙを出力すると
ともに、圧力信号Ｓｐに基づいて導入路３のマスフロー
コントローラ７ｅにチャンバ２内圧力を予め定めた所定
圧力とするような制御信号Ｓｘを出力するものである。
この実施例で空気交換率は、５００リットルチャンバで
１回／ｈあたり８、３３リットル／分と４．１６リット
ル／分とを選択できるようにしてある。また、チャンバ
内圧力は、数ｍｍＨ₂Ｏ〜数百ｍｍＨ₂Ｏの範囲で自在な
設定が可能とされている。

【００１２】そして、チャンバ２への導入部および排気
部、並びにチャンバ本体２ａの複数箇所に、サンプリン
グ用のポート２ｐ、２ｑ、２ｓを設けておき、これらの
ポート２ｐ、２ｑ、２ｓでガスをサンプリングして、ガ
スの成分がどこでどのように変化しているかを分析する
ことができるようにしている。なお、前述した加湿機構
５は次のような構成になっている。すなわち、この加湿
機構５は、バブリング方式のもので、図４に示すよう
に、バブリングタンク４と、このバブリングタンク４を
内部の水中に浸漬させてなる調温用タンク４Ｘと、この
調温用タンク４Ｘ内の水温を調節する水温調節手段６と
を具備している。

【００１３】バブリングタンク４は、気密性を有し、超
純水を充填したその内部に前記導入路３を引き込んでい
る。具体的には、導入路３はその一部が分断され、その
分断部分の上流端３ｃは気体を気泡化するための要素３
ｄを取り付けた状態でバブリングタンク４の液相部４ａ
に浸漬され、下流端３ｅはバブリングタンク４の気相部
４ｂに配設されて、導入前の空気を一旦水中に気泡状態
で放出させた後、チャンバ２に向かわせるようにしてい
る。また、液相部４ａと気相部４ｂの間は、調温用タン
ク４Ｘ外に配置した給水タンク８を介して接続され、こ
の給水タンク８にバルブ８ａを有する給水路８ｂを通じ
て外部から超純水が給水されるようにしてある。給水タ
ンク８の水位はバブリングタンク４の水位に連動してお
り、外部から水位の確認ができるようになっている。

【００１４】調温用タンク４Ｘは、前記バブリングタン
ク４を内部に収容してなるもので、バブリングタンク４
を完全に浸漬させ得る量の水が充填されている。この調
温用タンク４Ｘには、水温を調節するための水温調節手
段６として、冷却コイル６ａを備えた冷凍器６ｂと、ヒ
ータ６ｃとが付帯して設けてある。またこの調温用タン
ク４Ｘの外部には、上層部と下層部の間を接続するよう
にしてポンプ９ａを有する循環系路９ｂが付設してあ
り、この循環系路９ｂを通じて調温用タンク４Ｘ内の水
を常時均質に攪拌するようにしている。

【００１５】そして、この加湿機構５に対して、チャン
バ２内の湿度及び調温用タンク４Ｘ内の水温に基づき前
記水温調節手段６を制御する温度制御手段１０を設けて
いる。制御手段１０は、図１及び図４に示すように、主
制御系１０Ａ及び２次制御系１０Ｂから構成される。主
制御系１０Ａは、チャンバ２内の測定雰囲気Ｓに検出端
を配置した温湿度センサ１０ａと、この温湿度センサ１
０ａからの信号Ｓ１を入力し予め定めた設定値Ｓ０と比
較してその偏差εに基づいて制御信号Ｓ２を出力する主
湿度調節計１０ｂとを具備してなるもので、チャンバ２
内の湿度が設定値に維持されるように前記水温調節手段
６を制御する。この水温調節手段６は、具体的には湿度
を上げたいときにはヒータ６ｃがＯＮにされ、湿度を下
げたいときにはヒータ６ｃがＯＦＦにされて、このヒー
タ６ｃがＯＦＦにされたときに冷凍器６ｂの冷熱によっ
て水温が下がるようになっている。また、２次制御系１
０Ｂは、前記調温用タンク４Ｘ内の水中に浸漬して配置
した温度センサ１０ｃと、この温度センサ１０ｃからの
信号Ｓ３を前記主湿度調節計１０ｂからの制御信号Ｓ２
と共に入力して該制御信号Ｓ２に補償を加える副調節計
１０ｄとを具備してなるもので、前記調温用タンク４Ｘ
内の水温を検出しその検出値に基づいて前記制御信号Ｓ
２を主制御系１０Ａよりも小さい時定数で補償し、新た
な制御信号Ｓ４として水温調節手段６に出力するもので
ある。すなわち、この２次制御系１０Ｂはいわゆるカス
ケード制御系として構成されたもので、調温用タンク４
Ｘに対してチャンバ２が離れた位置にあり且つ内容量が
大きいこと、また途中の配管類に結露や気体の圧力変動
が生じ得ることに起因し、調温用タンク４Ｘの水温変化
に対してチャンバ２内の湿度応答が遅れたり値が不正確
になることを防止するために、より時定数の小さい２次
制御系１０Ｂによってチャンバ２内の湿度に応答遅れや
不正確さが生じる前にそれを是正する方向に主温度調節
計１０ｂからの制御信号Ｓ２を補償するものである。

【００１６】また、このガス測定装置１は、前記チャン
バ２の外側に配置されチャンバ２を介して測定雰囲気Ｓ
の気体との間で間接的な熱交換を行う調温機構１１を備
えている。この調温機構１１は、チャンバ２の外周に付
設した蛇管１１ａと、この蛇管１１ａの入口１１ａ１と
出口１１ａ２の間を接続する水循環系路１１ｂと、この
水循環系路１１ｂに配置した水温調節手段１１ｃと、こ
の水温調節手段を制御する制御手段２０とを具備してな
る。

【００１７】蛇管１１ａは、詳しい図示を省略するが、
チャンバ本体２ａの軸心に並行な往路と復路が該チャン
バ本体２ａの円周方向に沿って交互に間欠的に配置され
るように１本の管を千鳥状に引き回すことにより構成さ
れている。水循環系路１１ｂは、途中に水タンク１１ｄ
及びポンプ１１ｅを配置している。

【００１８】水温調節手段１１ｃは、冷却ユニット１１
ｆ及びヒータ１１ｇから構成されるもので、チャンバ２
を出た水を冷却ユニット１１ｆで一旦冷却した後、ヒー
タ１１ｇで温度調節し、再びチャンバ２に送り込むよう
にしている。制御手段２０は、前記制御手段１０と同
様、主制御系２０Ａ及び２次制御系２０Ｂから構成され
る。主制御系２０Ａは前記温湿度検出センサ１０ａから
検出される温度Ｓ５を主温度調節計２０ｂにおいて設定
値Ｓ６と比較し、それが一致するように制御信号Ｓ７を
出力するものである。また、２次制御系２０Ｂは、チャ
ンバ２内の温度応答遅れが大きいことに鑑み、主制御系
２０Ａの応答性や安定度を改善する目的で、ヒータ１１
ｇを通過する水の水温Ｓ８を検出し、その値に基づいて
前記主温度調節計２０ｂから出る制御信号Ｓ７を副調節
計２０ｃにおいて補償し、新たな制御信号Ｓ９を電力調
節器１１ｈに入力してヒータ１１ｇへの通電を制御する
ようにしているものである。

【００１９】なお、前記導入路３から導入される気体に
対してもその導入直前における結露を防止するためにヒ
ータ７ｆを設け、このヒータ７ｆを制御すべく、前記主
温度調節計２０ｂを利用して主制御系３０Ａを構成する
とともに、副調節計３０ｃを用いた２次制御系３０Ｂを
構成している。すなわち、この２次制御系３０Ｂは、ヒ
ータ７ｆからの信号Ｓ１０と前記主温度調節系２０ｂか
らの信号Ｓ７とを入力し、新たに補償した制御信号Ｓ１
１をヒータ７ｆを駆動するための電力調節器７ｇに出力
するカスケード制御系を構成しているものである。

【００２０】なお、図において符号４０で示すものはレ
コーダである。また、チャンバ２には、上記以外の機能
として、ガスパージと過熱（ベーキング）による高温洗
浄機能をもたせてある。この場合、ポンプ７ａに入出力
切換機構を用い（図示しない）チャンバ２内を減圧しつ
つ内部温度を上げ、また適当な箇所からＮ₂を導入して
パージする態様が一例として挙げられる。この場合は、
加湿機構５を一時的にこの導入路３から外すことができ
るように三方弁７ｈが設けてある。また、蛇管に代え
て、ウォータジャケット等を採用することもできる。さ
らに、内部にベーキング用のヒータを入れてパージする
ようにしてもよい。この場合、ベーキングが終わり、試
料Ｗの測定を開始するときには、チャンバ２からヒータ
を取り出すようにすればよい。

【００２１】以上のように構成される本実施例のガス測
定装置１を稼働すると、導入路３を介してバブリングタ
ンク４内に導入されるクリーンな空気は、気泡状態で超
純水中を通過した後、その時の調温用タンク４Ｘの水温
に等しい露点温度の飽和空気となってチャンバ２内に移
送される。チャンバ２内にはファン２ｄによって循環サ
イクルが形成されており、導入される空気量と排気され
る空気量とが制御されながら、チャンバ２内は予め定め
た所定圧力の下に常に一定の空気交換率で新しい空気に
代謝されながら、特に測定雰囲気Ｓには層流に近い極め
て安定した流れが形成され、チャンバ２内の温度も調温
機構１１を通じて一定に制御される。このため、例えば
チャンバ２内の測定雰囲気Ｓに建材等の試料Ｗを収容
し、試料Ｗから出るホルムアルデヒドやＶＯＣ等のガス
測定に供すると、微量なガス放出も明確な圧力条件の下
に安定して高精度で検出することが可能となる。また、
このような構成であれば、設定圧力を変えることで圧力
によって放出量がどのように変化するかを測定すること
もできるので、建材のガス放出特性をより多角的に分析
する場合等にも極めて有用なものとなり得る。

【００２２】なお、上記実施例では、空気交換率の制御
を排気路内のマスフローコントローラで行い、チャンバ
内圧力の制御を導入路内のマスフローコントローラで行
ったが、空気交換率とチャンバ内圧力という２つの制御
量を制御できれば、これら２つのマスフローコントロー
ラをどのように制御しても構わない。また、マスフロー
コントローラに代えて、図１におけるポンプ７ａ、１０
０ａを可変形のものとし、これらを流量制御手段として
用いることも可能である。その他の構成も、図示実施例
のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形が可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、チャン
バ内の圧力を制御した上で、空気交換率を一定に保ち、
チャンバ内に存在するガスの測定を行うようにしたもの
である。このため、建材等から放出されるガスを測定す
るような場合に、放出条件を一定に保って測定を高精度
で安定して行うことが可能となり、ガス放出の対圧力特
性等も容易に試験できるという優れた効果が奏されるも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式的な構成図。

【図２】同実施例の正面図。

【図３】同側面図。

【図４】同実施例の部分説明図。

【符号の説明】

１…ガス測定装置 ２…チャンバ ３…導入路 ７ｃ…流量制御手段（マスフローコントローラ） １００…排気路 １００ｃ…流量制御手段（マスフローコントローラ） Ｓ…測定雰囲気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側に測定雰囲気を閉成するチャンバと、
   前記測定雰囲気に外部より清浄な気体を導入するための
   流量制御手段を備えた導入路と、前記測定雰囲気内の気
   体を外部に排出するための流量制御手段を備えた排気路
   とを具備してなり、両流量制御手段を通じて測定雰囲気
   内の圧力及び気体交換率を制御しながら測定雰囲気のガ
   ス測定を行い得るように構成してなることを特徴とする
   ガス測定装置。