JP2001004100A - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数種のガスの切換え供給を迅速かつ確実に
行うことができ、特に、複数の試料ガス中の微量不純物
の分析を短時間に、安全かつ高精度で行えるガス供給装
置を提供する。 【解決手段】 複数のガス流入口２１〜２４と、分析器
Ａ等のに接続される１個のガス供給口４１と、複数のガ
ス排出口３１〜３４と、ガス流入口の任意の一つとガス
供給口とを連通させる一つのガス供給経路５１と、ガス
供給口に連通していないガス流入口とガス排出口とをそ
れぞれ連通させる複数のガス排出経路５２〜５４とを有
するとともに、試料ガス経路６１，６２とパージガス経
路７１，７２とを交互に隣接するようにして各ガス流入
口にそれぞれ接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス供給装置に関
し、詳しくは、ガス分析器等の機器へのガスの切換え供
給を迅速かつ確実に行うためのガス供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年の
ガス分析の分野では、複数の試料ガスを一つの分析器で
連続的に短時間で分析する必要性が増大している。この
ため、例えば特開平１０−１２２４９８号公報に記載さ
れているようなガス経路切換手段を使用してガス分析器
に供給する試料ガスを切換えるようにしている。

【０００３】しかし、複数の弁を開閉して試料ガスの切
換えを行うものでは、弁の内部や弁近傍の配管部分にガ
スが滞留してしまうことがあり、ガス種を切換える際に
他種類のガスが試料ガスに混入してしまうことがある。
試料ガス中に混入した他種類のガスは、試料ガスにとっ
て不純物成分となるため、特に、大気圧イオン化質量分
析計（ＡＰＩＭＳ）等の高精度のガス分析器を使用して
高純度ガス中の微量不純物を分析する際には、他種類の
ガスが僅かに混入しても分析結果に大きな影響を及ぼす
ことになる。さらに、試料ガスと混入したガスとが反応
性を有していると、例えば、水素と酸素とのような場合
は、両者が反応して発火するおそれがある。

【０００４】このため、従来のガス分析器では、一つの
試料ガスを分析するたびにパージガスを流して前回の試
料ガスを完全に除去するようにしているが、この操作に
長時間を要しており、複数種の試料ガスを短時間で分析
することができなかった。また、複数の弁を使用した場
合、弁の不具合によって二つ以上の弁が同時に開いた状
態になってしまうと、分析に支障を来すばかりでなく、
ガス同士が反応するおそれもある。

【０００５】一方、ガスクロマトグラフ等では、樹脂製
ローターを使用して供給ガスを選択するガス切換器が用
いられているが、このガス切換器は、内部リークが発生
しやすいため、微量不純物の分析を行うガス分析器、特
に、反応性ガスも分析対象とするガス分析器には適用が
困難であった。

【０００６】そこで本発明は、機器に供給するガスの切
換えを迅速に行える装置、特に、分析に影響を与えるガ
スが混入することを確実に防止しながら迅速かつ安全に
供給ガスの切換えを行うことができ、微量不純物の高精
度な分析を短時間で行うことができるガス供給装置を提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガス供給装置は、２系統以上の試料ガス経
路と、パージガス経路と、ガス分析器等の機器に接続し
た機器接続経路と、排気経路とを有し、前記機器接続経
路に供給するガスを、試料ガス経路のいずれか一つから
供給される試料ガスあるいはパージガス経路から供給さ
れるパージガスに切換えるためのガス供給装置であっ
て、該ガス供給装置は、前記試料ガス経路又はパージガ
ス経路が接続される３個以上のガス流入口と、前記機器
接続経路が接続される１個のガス供給口と、前記排気経
路が接続される２個以上のガス排出口と、前記ガス流入
口の任意の一つと前記ガス供給口とを連通させる一つの
ガス供給経路と、ガス供給口に連通していないガス流入
口と前記ガス排出口とをそれぞれ連通させる２個以上の
ガス排出経路とを有するとともに、前記試料ガス経路と
前記パージガス経路とを交互に隣接するようにして前記
ガス流入口にそれぞれ接続したことを特徴としている。

【０００８】また、本発明のガス供給装置は、内周面が
円錐形状に形成されたバルブ本体と、該バルブ本体の内
周面形状に対応した円錐形状の外周面を有し、バルブ本
体内周に気密状態で回動可能に挿入されるローターと、
該ローターを、ローター外周面とバルブ本体内周面とが
密着する方向に付勢する付勢手段と、前記ローターを所
定角度で回動させるローター回動手段とを備えるととも
に、前記バルブ本体には、バルブ本体周壁の内外に連通
するガス流入口をバルブ本体中心軸を中心とする一つの
円周上に設け、該ガス流入口に隣接させてバルブ本体周
壁の内外に連通するガス排出口をそれぞれ設けるととも
に、ガス流入口を挟んでガス排出口と反対側にバルブ本
体周壁の内外に連通するガス供給口を設け、かつ、前記
ローターの外周面には、隣接する前記ガス流入口とガス
排出口とを任意の一組を除いてそれぞれ接続させる溝状
通路からなるガス排出経路と、ローターの任意の回動位
置で前記ガス供給口に連通するリング状の溝状通路から
なるガス供給部及び該ガス供給部に一端が連通し、他端
が前記ガス流入口に連通する溝状通路からなるガス切換
部を有するガス供給経路とが設けられ、前記試料ガス経
路と前記パージガス経路とが交互に隣接するようにして
前記ガス流入口にそれぞれ接続されていることを特徴と
している。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明のガス供給装置を使
用してガス分析器等の機器にガスを切換え供給する第１
形態例を示す系統図である。このガス供給装置１０は、
２種類の試料ガスを切換えてガス分析器Ａに供給するも
のであって、４個のガス流入口２１〜２４、４個のガス
排出口３１〜３４及び１個のガス供給口４１を有する本
体部１１と、１個のガス供給経路５１及び３個のガス排
出経路５２〜５４を有するガス経路切換部材１２とによ
り形成されている。

【００１０】前記ガス流入口２１〜２４には、第１及び
第２の２系統の試料ガス経路６１，６２と、第１及び第
２の２系統のパージガス経路７１，７２とが接続されて
いる。このとき、試料ガス経路６１，６２を接続したガ
ス流入口２１，２３にそれぞれ隣接する状態にあるガス
流入口２２，２４には、パージガス経路７１，７２をそ
れぞれ接続し、試料ガス同士を隣接させないようにして
いる。また、ガス供給口４１には、ガス分析器Ａにガス
を供給する共通ラインである機器接続経路４２が接続さ
れている。

【００１１】なお、第１試料ガス経路６１には第１試料
ガス供給源Ｓ１が、第２試料ガス経路６２には第２試料
ガス供給源Ｓ２がそれぞれ接続されており、第１パージ
ガス経路７１及び第２パージガス経路７２は、共通のパ
ージガス供給源Ｐに接続している。また、ガス排出口３
１〜３４には排気管（図示せず）がそれぞれ接続されて
いる。

【００１２】前記ガス供給経路５１は、ガス経路切換部
材１２の移動には関係なく常にガス供給口４１に連通し
た状態となっているガス供給部５１ａと、ガス経路切換
部材１２と共に移動して前記ガス流入口２１〜２４のい
ずれかに連通するガス切換部５１ｂとにより形成されて
いる。すなわち、ガス経路切換部材１２を本体部１１内
で回動させることにより、ガス切換部５１ｂと任意のガ
ス流入口２１〜２４のいずれかとを連通させることがで
き、ガス流入口２１〜２４に流入するガスを選択してガ
ス分析器Ａに供給できるように形成されている。

【００１３】さらに、一つのガス流入口、例えば、図１
に示すように、第１試料ガス経路６１を接続したガス流
入口２１がガス切換部５１ｂに連通した状態のときに
は、他のガス流入口２２〜２４は、ガス排出経路５２〜
５４にそれぞれ連通し、各ガス排出経路５２〜５４を介
してガス排出口３２〜３４に連通した状態となるように
形成されている。

【００１４】このように、ガス経路切換部材１２を操作
してガス供給経路５１をガス流入口２１に連通させる
と、第１試料ガス経路６１からガス流入口２１を通って
ガス供給装置１０内に流入した第１の試料ガスが、ガス
供給経路５１を経てガス供給口４１に流出し、機器接続
経路４２を介してガス分析器Ａに供給される状態とな
る。

【００１５】一方、この状態において、第２試料ガス経
路６２を流れる第２の試料ガスと、第１パージガス経路
７１及び第２パージガス経路７２を流れるパージガスと
は、各ガス流入口２２〜２４からガス供給装置１０内に
流入した後、各ガス排出経路５２〜５４を通って各ガス
排出口３２〜３４から排出されており、ガス供給装置１
０内ではガスがよどむことなく連続的に流れている状態
となっている。

【００１６】このようにガス供給装置１０を形成すると
ともに、試料ガスとパージガスとを交互に隣接させ、試
料ガス同士を隣接させないようにすることにより、ガス
供給装置内でのリークによって試料ガス同士が混合する
ことを防止することができ、試料ガスの分析精度を向上
させることができる。さらに、ガス分析器Ａに供給する
試料ガスを切換える際には、切換えの途中でパージガス
がガス供給経路５１からガス供給口４１を経てガス分析
器Ａに流れる状態となり、ガスの滞留を発生させること
なく分析済の試料ガスをガス供給装置内から確実にパー
ジすることができる。したがって、分析済の試料ガスの
パージを効率よく行うことができ、残留分が新たな試料
ガス中に混入することがなくなるので、試料ガスの切換
えから測定までの時間を短縮することが可能となり、複
数種の試料ガスの分析を迅速に行うことができる。

【００１７】なお、パージガスとしては、ガス分析器の
種類、試料ガスの種類及び測定対象となる不純物の種類
によって適当なものを選択すればよく、例えば、ガス分
析器がＧＣやＧＣＭＳの場合は、キャリアガスに用いら
れる窒素、アルゴン、ヘリウムが好適であり、ＡＰＩＭ
Ｓの場合は、イオン化ポテンシャルが高く、不純物のイ
オン化に影響を与えないヘリウムやアルゴンが好適であ
る。また、パージガスとして不純物量が２０ｐｐｂ以下
の高純度ガスを使用することにより、ガス置換を効果的
に行うことができる。

【００１８】図２乃至図６は、本発明の第２形態例を示
すもので、八方マルチポジションバルブを本発明のガス
供給装置に使用した例を示している。なお、図２は系統
図、図３は一部断面正面図、図４は要部の断面図、図５
はローターの断面側面図、図６は平面図である。

【００１９】このガス供給装置は、４種類の試料ガスを
切換えてガス分析器Ａに供給するものであって、内周面
が円錐形状に形成された筒状のバルブ本体８１と、この
バルブ本体８１の内周面形状に対応した円錐形状の外周
面を有するローター８２とにより形成されている。

【００２０】前記バルブ本体８１には、バルブ本体中心
軸を中心とする一つの円周上に、バルブ本体周壁の内外
に連通する８個のガス流入口２１〜２８が設けられ、ま
た、これらのガス流入口２１〜２８にそれぞれ隣接する
ように、バルブ本体周壁の内外に連通する８個のガス排
出口３１〜３８が設けられ、さらに、ガス流入口２１〜
２８を挟んでガス排出口３１〜３８と反対側に、バルブ
本体周壁の内外に連通するガス供給口４１が設けられて
いる。

【００２１】一方、前記ローター８２は、バルブ本体８
１の内周に気密状態で回動可能に挿入されるものであっ
て、このローター８２の外周面には、前記ガス流入口２
１〜２８とガス排出口３１〜３８とを連通させるための
溝状通路からなる７個のガス排出経路５２〜５８が設け
られるとともに、ガス流入口２１〜２８の一つとガス供
給口４１とを連通させるガス供給経路５１が設けられて
いる。

【００２２】前記ガス供給経路５１は、ガス供給口４１
の位置に対応するローター外周面にリング状に設けられ
た溝状通路からなるガス供給部５１ａと、該ガス供給部
５１ａに一端が連通し、他端が前記ガス流入口２１〜２
８の一つに連通する溝状通路からなるガス切換部５１ｂ
とにより形成されている。

【００２３】この溝状通路５１ｂと前記ガス排出経路５
２〜５８とは、ガス流入口２１〜２８の配置間隔（４５
度間隔）に対応した等間隔（４５度間隔）でローター外
周面に設けられるものであって、溝状通路５１ｂは、ガ
ス排出経路５２〜５８が設けられていない部分、すなわ
ち、ガス排出経路５２〜５８に接続されていないガス流
入口２１〜２８の一つに連通する位置に設けられてい
る。

【００２４】さらに、前記ガス流入口２１〜２８やガス
排出口３１〜３８、ガス供給口４１と各溝状通路との連
通部分は、ガス溜りが生じないように、滑らかな面で連
続するように形成されている。

【００２５】また、ローター８２には、ローター基端
（大径側）及び先端（小径側）中心からそれぞれ軸部材
８３，８４が突出しており、基端側の軸部材８３には、
ローター回動手段であるアクチュエータ（図示せず）が
接続されている。先端側の軸部材８４は、先端部に雄ね
じ８５を有しており、この雄ねじ８５に螺合したナット
８６と、バルブ本体８１から軸部材８４を囲むように突
出した筒体８７の先端との間に、ローター８２をロータ
ー外周面とバルブ本体内周面とが密着する方向に付勢す
る付勢手段であるコイルスプリング８８が設けられてい
る。ローター外周面とバルブ本体内周面とは、ナット８
６を回してコイルスプリング８８の締付け量を調節する
ことにより、回動性を損わない程度に密着させることが
できる。

【００２６】そして、前記ガス流入口２１〜２８には、
第１〜第４の４系統の試料ガス経路６１〜６４と、パー
ジガス経路７０から分岐した第１〜第４の４系統のパー
ジガス経路７１〜７４とを交互に隣接させた状態で、試
料ガス同士が隣接しないようにして接続され、ガス供給
口４１には、ガス分析器Ａにガスを供給する機器接続経
路４２が接続されている。

【００２７】このように形成したガス供給装置は、軸部
材８３に接続したアクチュエータを４５度ステップで作
動させることにより、ガス流入口２１〜２８の中の任意
の一つ、例えば、第１のガス流入口２１と、ガス供給経
路５１の溝状通路５１ｂの端部とを連通させ、他のガス
流入口２２〜２８をガス排出経路５２〜５８にそれぞれ
連通させた状態にすることができる。

【００２８】これにより、ガス流入口２１に接続した第
１試料ガス経路６１からの第１の試料ガスを、第１試料
ガス経路６１、ガス流入口２１、ガス供給経路５１、ガ
ス供給口４１及び機器接続経路４２を通してガス分析器
Ａに供給している状態となり、他の試料ガス及びパージ
ガスは、各ガス流入口２２〜２８からガス排出経路５２
〜５８を経てガス排出口３２〜３８に排出している状態
となる。

【００２９】このとき、ガス流入口２１の両隣に位置す
るガス流入口２２，２８には、第１パージガス経路７１
及び第４パージガス経路７４がそれぞれ接続されている
ため、ガス供給装置内でリークが生じても、第１の試料
ガスに混入するおそれがあるのは、分析結果に影響を与
えることがないパージガスだけであり、第２〜第４の試
料ガスが第１の試料ガスに混入することを防止すること
ができる。したがって、高純度ガス中の微量不純物の分
析も確実に行うことができ、反応性ガスの混合も防止で
きる。

【００３０】また、ガス分析器Ａに供給する試料ガス種
を切換える際にローター８２を４５度ずつ回動させる
と、試料ガスが流れていた共通の経路にパージガスが必
ず流れる状態になるので、この切換えの際にも、反応性
を有する試料ガス同士が混合することはない。

【００３１】さらに、ガス分析器Ａに供給されていない
試料ガスも、ガス排出経路５２〜５８からガス排出口３
２〜３８に排出されており、常に独立した経路をそれぞ
れ流れているので、ガス供給装置内や配管内で滞留する
ことがなく、ガスの滞留による悪影響も解消することが
できる。作動不良等が発生しても、複数種の試料ガスが
同時に共通の経路に流れることはないので、反応性ガス
が反応したりすることもない。

【００３２】上記構造のガス供給装置において、第１試
料ガス経路６１〜第４試料ガス経路６４に、不純物濃度
がサブｐｐｂレベルである高清浄な窒素、酸素、アルゴ
ン及び水素を、毎分３リットルでそれぞれ流し、第１パ
ージガス経路７１〜第４パージガス経路７４に、同様に
不純物濃度をサブｐｐｂレベル以下まで精製したアルゴ
ンを毎分０．２リットルで流すように設定するととも
に、機器接続経路４２にはガス分析器ＡとしてＡＰＩＭ
Ｓを接続した。

【００３３】この状態で、窒素中の酸素濃度を測定した
ところ、０．０９ｐｐｂという測定結果が得られた。こ
の測定結果は、あらかじめこの窒素のみを流した状態で
測定した結果と同じであった。一方、隣接するガス流入
口に窒素と酸素とを流し、時間ｔが経過した時点で酸素
の供給を停止したときにおける窒素中の酸素濃度の変化
を図７に示す。この図７に示す結果から、隣接するガス
流入口に窒素と酸素とをそれぞれ流すと、ガス供給装置
の内部リークの影響で酸素濃度が平均０．５９ｐｐｂに
上昇してしまったことがわかる。したがって、ガス供給
装置１０の各ガス流入口に試料ガスを隣接させて接続す
ると、内部リークの影響で測定値に誤差を生じることが
わかる。

【００３４】また、ＡＰＩＭＳに供給する試料ガスを酸
素から窒素に切換えた際の各不純物（メタン、二酸化炭
素、水分、一酸化炭素、水素、酸素）の濃度を連続して
測定した結果を図８に示す。この図８に示す結果から、
共通ラインであるガス供給装置内のガス供給経路５１か
らガス供給口４１を経て機器接続経路４２に至るライン
中に残る酸素は、窒素によってサブｐｐｂレベルまで迅
速に置換することができ、また、水分等の不純物の分析
には影響を与えていないことがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数種のガスの切換えを迅速かつ確実に行えるので、複
数種の試料ガス中に含まれる微量不純物の分析を、分析
に影響を与えるガスが混入することを確実に防止しなが
ら迅速かつ安全に行うことができ、分析精度の向上や信
頼性の向上が図れる。また、複数の弁を使用するガス供
給装置に比べて装置コストの低減も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガス供給装置の第１形態例を示す系
統図である。

【図２】 本発明のガス供給装置の第２形態例を示す系
統図である。

【図３】 ガス供給装置の一部断面正面図である。

【図４】 同じく要部の断面図である。

【図５】 ローターの断面側面図である。

【図６】 ガス供給装置の平面図である。

【図７】 隣接するガス流入口に窒素と酸素とを流した
ときの酸素濃度変化を示す図である。

【図８】 試料ガスを酸素から窒素に切換えた際の各不
純物の濃度変化を示す図である。

【符号の説明】

１０…ガス供給装置、１１…本体部、１２…ガス経路切
換部材、２１〜２８…ガス流入口、３１〜３８…ガス排
出口、４１…ガス供給口、４２…機器接続経路、５１…
ガス供給経路、５１ａ…ガス供給部、５１ｂ…ガス切換
部、５２〜５８…ガス排出経路、６１，６２…試料ガス
経路、７１，７２…パージガス経路、８１…バルブ本
体、８２…ローター、８３，８４…軸部材、８５…雄ね
じ、８６…ナット、８７…筒体、８８…コイルスプリン
グ、…、Ａ…ガス分析器、Ｐ…パージガス供給源、Ｓ
１，Ｓ２…試料ガス供給源、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西名 明 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 Ｆターム(参考） 3H054 AA01 BB16 BB24 CA08 GG01 3H067 AA16 AA22 CC32 CC46 DD03 DD12 DD22 EA13 EB08 FF12 GG05 GG26 3J071 AA02 BB11 BB14 CC13 FF16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２系統以上の試料ガス経路と、パージガ
   ス経路と、ガス分析器等の機器に接続した機器接続経路
   と、排気経路とを有し、前記機器接続経路に供給するガ
   スを、試料ガス経路のいずれか一つから供給される試料
   ガスあるいはパージガス経路から供給されるパージガス
   に切換えるためのガス供給装置であって、該ガス供給装
   置は、前記試料ガス経路又はパージガス経路が接続され
   る３個以上のガス流入口と、前記機器接続経路が接続さ
   れる１個のガス供給口と、前記排気経路が接続される２
   個以上のガス排出口と、前記ガス流入口の任意の一つと
   前記ガス供給口とを連通させる一つのガス供給経路と、
   ガス供給口に連通していないガス流入口と前記ガス排出
   口とをそれぞれ連通させる２個以上のガス排出経路とを
   有するとともに、前記試料ガス経路と前記パージガス経
   路とを交互に隣接するようにして前記ガス流入口にそれ
   ぞれ接続したことを特徴とするガス供給装置。
2. 【請求項２】 内周面が円錐形状に形成されたバルブ本
   体と、該バルブ本体の内周面形状に対応した円錐形状の
   外周面を有し、バルブ本体内周に気密状態で回動可能に
   挿入されるローターと、該ローターを、ローター外周面
   とバルブ本体内周面とが密着する方向に付勢する付勢手
   段と、前記ローターを所定角度で回動させるローター回
   動手段とを備えるとともに、前記バルブ本体には、バル
   ブ本体周壁の内外に連通するガス流入口をバルブ本体中
   心軸を中心とする一つの円周上に設け、該ガス流入口に
   隣接させてバルブ本体周壁の内外に連通するガス排出口
   をそれぞれ設けるとともに、ガス流入口を挟んでガス排
   出口と反対側にバルブ本体周壁の内外に連通するガス供
   給口を設け、かつ、前記ローターの外周面には、隣接す
   る前記ガス流入口とガス排出口とを任意の一組を除いて
   それぞれ接続させる溝状通路からなるガス排出経路と、
   ローターの任意の回動位置で前記ガス供給口に連通する
   リング状の溝状通路からなるガス供給部及び該ガス供給
   部に一端が連通し、他端が前記ガス流入口に連通する溝
   状通路からなるガス切換部を有するガス供給経路とが設
   けられ、前記試料ガス経路と前記パージガス経路とが交
   互に隣接するようにして前記ガス流入口にそれぞれ接続
   されていることを特徴とするガス供給装置。