JP2003130766A

JP2003130766A - ガス分析装置

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Publication number: JP2003130766A
Application number: JP2001325953A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sugimura; 和之杉村; Naoya Sasaki; 直哉佐々木; Masayuki Kaiho; 真行海保; Yukiaki Aikawa; 幸昭相河; Yasuaki Takada; 安章高田; Shigenori Morishima; 成憲森島; Masayuki Takizawa; 正行瀧澤; Hisashi Nagano; 久志永野; Izumi Wake; 泉和氣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP3866554B2

Abstract

(57)【要約】【課題】検出感度の向上したガス分析装置を提供するこ
とにある。【解決手段】気流発生部５により発生した気流は、気流
吐出部１により送出され、吸引部２に向かって送出され
る。吸引部２では、吸引ポンプ７により発生された負圧
により、吸引部２の先端において周辺気体を２次吸込流
１３として一律に吸引する。ここで、気流吐出部１より
送出された移動空気流６は、計測対象物質３を吸引部２
の方向に誘導するとともに、吸引部２の吸引作用と２次
吸込流１３のガイド作用が相まって吸引部内へ押し込む
ような作用を生じせしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス分析装置に係
り、特に、危険物の蒸気などを検出するに好適な可搬型
のガス分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガス分析装置，特に、危険物の蒸
気などを検出するガス分析装置は、たとえば、特開２０
００−２８５７９号公報に記載のように、ノズル状のプ
ローブを用いて、ガスを吸引した後、吸引したガスをイ
オン化し、質量分析装置等のガス分析手段により、ガス
の種類や濃度を分析するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
０００−２８５７９号公報に記載されたものでは、極微
量のガスが一定の領域に限って分布している条件下など
では、吸引時に分析物質以外の不要なガス成分を大量に
取込むこととなり、目標分析物質の濃度が低下し実効感
度が減少するという問題があった。特に、ニトロ化合物
に代表されるような爆発物のように、検査する人や物か
らの蒸気を採取して集める場合には、蒸気自体が極微量
であるため、感度が低下すると、検知不能という自体と
なる。

【０００４】本発明の目的は、検出感度の向上したガス
分析装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、吸引部から吸引したガスを分析す
るガス分析装置において、移動空気流を吐出する気流吐
出部を備え、この気流吐出部から吐出された移動空気流
によって、分析物質を含む目標空気塊を、上記吸引部の
吸引口に押込むようにしたものである。かかる構成によ
り、目標分析物質の吸引効率を向上して、検出感度を向
上し得るものとなる。

【０００６】（２）上記（１）において、好ましくは、
装置自体を移動可能とする移動機構を備えるようにした
ものである。ことを特徴とするガス分析装置。

【０００７】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記吸引部の吸引口の開口面積は、上記気流吐出部から
吐出された移動空気流の上記吸引口における拡がりより
も大きくしたものである。

【０００８】（４）上記（１）において、好ましくは、
上記気流吐出部から吐出される移動空気流の流量は、上
記吸引部における吸引流量よりも大きくしたものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を用いて、本発
明の第１の実施形態によるガス分析装置の構成について
説明する。最初に、図１を用いて、本実施形態によるガ
ス分析装置の全体構成について説明する。図１は、本発
明の第１の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示
すブロック図である。

【００１０】本実施形態によるガス分析装置は、吸引部
２と、吸引管４と、吸引ポンプ７と、イオン源８と、ガ
ス分析部９と、制御判別部１１とを備えている。さら
に、本実施形態では、吐出部１と、気流発生部５と、気
流導入部フィルタ１２とを備えている。吸引管４は、吸
引部２から吸引された吸引ガスを、イオン源８に搬送す
る。吸引されたガスは、イオン源８でイオン化され、ガ
ス分析部９でガスの種類や濃度が分析される。

【００１１】ここで、本実施形態によるガス分析装置の
動作について説明する。気流発生部５により発生した気
流は、気流吐出部１により送出され、吸引部２に向かっ
て送出される。一方、吸引部２では、吸引ポンプ７によ
り発生された負圧により、吸引部２の先端において周辺
気体を２次吸込流１３として一律に吸引する。ここで、
気流吐出部１より送出された移動空気流６は、計測対象
物質３を吸引部２の方向に誘導するとともに、吸引部２
の吸引作用と２次吸込流１３のガイド作用が相まって吸
引部内へ押し込むような作用を生じせしめる。

【００１２】この結果、吸引部２では通常であれば、先
端部周辺から一律に周囲の気体を吸入するところ、気流
６及び２次吸込流１３により誘導されたガス成分を積極
的に吸引することとなる。この後、吸引部２より吸入さ
れた対象ガスはイオン源８においてイオン化され、ガス
分析部に計測され、インターフェース１０を経由して判
別処理部１１によりガスの同定がなされる。

【００１３】ここで、図２を用いて、本実施形態による
ガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーショ
ン結果について説明する。図２は、本発明の第１の実施
形態によるガス分析装置における吸込み流れの数値シミ
ュレーション結果の説明図である。

【００１４】図２は、気流吐出部１から吐出した押込み
流に伴う吸込み流れの数値シミュレーション結果を示し
ており、気流の速度ベクトルを図示している。吐出管２
１から放出された押込み空気流２２は、直接、吸込み口
２３に吸引されている。

【００１５】ここで、気流吐出部１から吐出した押込み
流は、ジェットであり、吸込み口２３に至るまでの押込
み流の断面積の拡がりが多くないものである。例えば、
気流吐出部１の出口の面積をＡ１とし、気流吐出部１の
出口と、吸込み口２３の入口の距離をＸとすると、吸込
み口２３の入口における押込み流の面積Ａ２は、ほぼＸ
に比例して大きくなる。一方、吸込み口２３の入口部は
ラッパ状に開口しており、開口断面積Ｂ１は、吸込み口
２３の入口における押込み空気流２２の面積Ａ２よりも
大きく、Ｂ１＞Ａ２としており、押込み空気流２２は、
そのまま、吸込み口２３から吸引される。従って、押込
み空気流２２によって、押込み空気流の付近にある計測
対象物質は、効率的に吸込み口２３から吸引されること
になり、押込み空気流２２の周囲にある空気等の吸引さ
れる割合が低下するために、吸引される気体中の計測対
象物質の相対的な濃度を高くでき、分析感度を向上する
ことができる。

【００１６】一方、図３を用いて、従来のガス分析装置
における吸込み流れの数値シミュレーション結果につい
て説明する。図３は、従来のガス分析装置における吸込
み流れの数値シミュレーション結果の説明図である。

【００１７】図３に示す例では、押込み空気流のない場
合で、しかも、吸込み口３１は円筒状であり、図２に示
した吸込み口２３のように入口部がラッパ状になってい
ない場合である。この場合の数値シミュレーション結果
は、図示するように、吸引部３１に対して周辺大気から
の吸込み流３２が、全方向から一律吸引されており、指
向性がなく、したがって、計測対象物質に対する吸引効
率がよくないものである。

【００１８】なお、計測対象物質が含まれる検査領域
は、図１に示すように大気中の一領域の場合のみでな
く、壁面上であっても、複数の壁面などによって一部ま
たは全部が閉じた空間であってもよいものである。

【００１９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、吸引ノズルのみで対象ガスを収集する場合に比較し
て、積極的に対象ガスを多く含むガスを吸引することが
可能になる。したがって、測定対象物質の吸引効率を高
められるため、分析感度が向上するものである。

【００２０】また、吸引効率を向上できるため、総吸引
ガス量を少量化でき、その結果として、吸引ポンプ部等
吸引機構を小型化することができる。また、吸引部に導
入する迄の時間を短縮できるため、総計測時間を短縮す
ることができる。

【００２１】さらに、押込み流による押込み圧力が加わ
るため、イオン源を大気圧状態に近づけることができ
る。従来、ノズルから負圧によって測定対象物質を吸引
する場合、イオン源の内部圧力も負圧の影響で低下す
る。イオン源は大気圧程度でイオン化する場合がもっと
もイオン化効率が高いのに対して、圧力が低下するとイ
オン化効率も低下する。それに対して、本実施形態で
は、イオン源の圧力を大気圧付近まで戻すこととなり、
イオン化効率を上げることができる。なお、このような
加圧効果は、押込み流そのものに持たせる場合のみでな
く、吸引口近傍に別途設ける加圧装置によっても達成し
うるものである。

【００２２】次に、図４及び図５を用いて、本発明の第
２の実施形態によるガス分析装置の構成について説明す
る。図４は、本発明の第２の実施形態によるガス分析装
置の全体構成を示すブロック図である。図５は、図４の
要部拡大断面図である。なお、図１と同一符号は、同一
部分を示している。

【００２３】図４に示すように、本実施形態によるガス
分析装置は、吸引部４１と、吸引したガスを搬送する吸
引管４２と、移動機構４４と、可搬型ガス分析部４５
と、制御判別部１１とから構成されている。吸引部４１
の内部には、図５を用いて後述するように、図１に示し
た吐出部１と吸引部２とに相当する機構が備えられてい
る。また、可搬型ガス分析部４５の内部には、図１に示
した吸引ポンプ７と、イオン源８と、ガス分析部９と、
気流発生部５と、気流導入部フィルタ１２とに相当する
機構が備えられている。

【００２４】次に、図５に示すように、吸引部４１の内
部には、吐出部１ａと、吸引部２ａが備えられている。
吐出部１ａと吸引部２ａの位置関係は、図１に示したよ
うに、直線配置ではなく、測定対象物体１００である壁
面などに対して、角度が付けられている。従って、吐出
部１ａから噴出した移動空気流６ａによって、測定対象
物体１００の表面付近に存在する蒸気などを吸引部２ａ
方向に誘導するとともに、吸引部２ａの吸引作用と２次
吸込流１３ａのガイド作用とあいまって、吸引部２ａ内
に測定対象の蒸気などを押し込む作用がある。

【００２５】次に、本実施形態のガス分析装置の動作に
ついて説明する。吸引部４１は、吸引管４２により可搬
型ガス分析部４５に接続される。可搬型ガス分析部４５
には、例えば，タイヤ、キャタピラのような任意の移動
機構４４がとり付けられており、容易に移動できる構造
となっている。使用者は、可搬型ガス分析部４５を牽引
移動して計測を行う場所に設置し、吸引部４１を測定対
象物１００に近づけることにより、対象ガスを吸引し、
計測を行える。計測パラメータの制御や計測結果の表示
は、分析部４５に併設される制御判別部１１で計測と同
時に行う。

【００２６】本実施形態によれば、従来に比較して少な
いの吸引量での分析が可能となり、小型のガス分析部と
組み合わせた可搬運用が可能となる。

【００２７】次に、図６を用いて、本発明の第３の実施
形態によるガス分析装置の構成について説明する。図６
は、本発明の第３の実施形態によるガス分析装置の全体
構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号
は、同一部分を示している。

【００２８】本実施形態では、図１に示した空気源であ
る圧縮機のような気流発生部５と、移動空気流を発生す
るためのノズルのような吐出部１とに代えて、電気駆動
式ファンなどのターボ機械５１を用いている。ターボ機
械５１の前または後ろにはクリーンな気流を導入するた
めのフィルタ５２が設置されている。

【００２９】なお、ターボ機械５１とフィルタ５２と
は、それぞれ、一つずつ備えているが、ターボ機械５１
とフィルタ５２を計測対象物質３の周囲に複数個設置す
ることで、空間捕集能力を高めることも可能である。

【００３０】本実施形態によれば、吐出空気流を発生さ
せるための機構が、図１の構成に比して単純になるか
ら、吸引部を小型軽量化できる。また、圧縮機による移
動空気流、即ちジェットを用いるような場合と比して、
運転状態の制御が容易になる。

【００３１】次に、図７を用いて、本発明の第４の実施
形態によるガス分析装置の構成について説明する。図７
は、本発明の第４の実施形態によるガス分析装置の全体
構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号
は、同一部分を示している。

【００３２】本実施形態では、図１に示した構成に加え
て、吸引ポンプ７と気流導入フィルタ１２とを接続する
循環路６１を設けている。吸引ポンプ７を通過した空気
流は、一部が大気放出流れ６４となり、残りが循環路６
１を通る循環流６２として、気流導入フィルタ１２に戻
る。フィルタ１２では、循環流６２に大気からの新規導
入流６３を加え、気流発生装置５へと導く。

【００３３】なお、本実施形態において、大気放出流れ
６４や新規導入流れ６３は無しでもよいものである。ま
た、気流発生装置５及び吐出部１の構成は、例えば、図
６に示したターボ機械５１とフィルタ５２を用いてもよ
いものである。さらに、気流発生装置５をなくして、吸
引ポンプ７が、気流発生装置５の機能を兼ねるようにす
ることもできる。

【００３４】本実施形態によれば、吸引空気流の一部ま
たは全部が、再循環させられて吸引部における押し出し
空気として利用されるため、押出し空気流の発生源を、
可搬型ガス分析装置内のポンプで兼用したり、または別
の発生源であっても、分析装置内に設置したりすること
が可能となり、吸引部の小型化、即ち可搬型タイプに有
利となる。また、一度目の吸引でガス分析部９に至らな
かった分析物質３を再循環させることにより、再吸引す
ることが可能となるので、検出精度が向上する。

【００３５】次に、図８を用いて、本発明の第５の実施
形態によるガス分析装置の構成について説明する。図８
は、本発明の第５の実施形態によるガス分析装置の全体
構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号
は、同一部分を示している。

【００３６】本実施形態では、図１に示したジェットを
発生する気流発生部５や、図６に示したターボ機械によ
る移動空気流を用いる代わりに、容積型の圧縮機７１を
用いて空気流を移動させるようにしている。図示する例
では、圧縮機７１として、回転するスクリュー歯車型の
圧縮機を示しているが、単純な歯車型，ピストンを用い
たレシプロ型など他の形式の圧縮機も用いることができ
る。また、圧縮機７１の圧縮率は必ずしも高い必要はな
く、取り込んだ空気塊を小部屋７２によってイオン源８
の方向に運搬する作用があればよいものである。すなわ
ち、吸引部による吸込流量よりも、圧縮機からの吐出流
量を大きくすればよいものである。吸込流量が例えば、
２〜３Ｌ／ｍｉｎとするとき、圧縮機７１によって形成
される空気流量は、吸込流量の１０〜２０％増加した量
とすれば良い。

【００３７】なお、以上の説明では、吸引ポンプ７と容
積型圧縮機７１の双方を空気駆動源として利用している
が、吸引ポンプが無い状態でもシステムの運転が可能で
ある。

【００３８】本実施形態によれば、押込み空気流は噴流
ではなく、容積型圧縮機の複数の小部屋に捕獲される空
気塊が、容積型圧縮機の動きに合わせて移動することに
よって、移動空気流の効果を生むものであるため、ジェ
ット状の気流を用いるわけではないので、対象領域のガ
スを誤って拡散させてしまうようなことがなく、安定し
た分析を行ったり、調査範囲を絞ったりすることができ
る。同時に、圧縮機であるから加圧効果により、イオン
化効率が改善される。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、検出感度を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるガス分析装置の
全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施形態によるガス分析装置に
おける吸込み流れの数値シミュレーション結果の説明図
である。

【図３】従来のガス分析装置における吸込み流れの数値
シミュレーション結果の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態によるガス分析装置の
全体構成を示すブロック図である。

【図５】図４の要部拡大断面図である。

【図６】本発明の第３の実施形態によるガス分析装置の
全体構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第４の実施形態によるガス分析装置の
全体構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第５の実施形態によるガス分析装置の
全体構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…吐出部２…吸引部３…計測対象物質４…吸引管５…気流発生部６…送出された移動空気流７…吸引ポンプ８…イオン源９…ガス分析部１０…入出力インターフェース１１…制御判別部１２…気流導入部フィルタ１３…２次吸込流２１…吐出管２２…押込み空気流２３…吸込み口３１…吸引部３２…周辺大気からの吸込み流４１…吸引部４２…吸引管４４…移動機構４５…可搬型ガス分析部５１…ターボ機械５２…気流導入部フィルタ６１…循環路６２…循環流６３…新規導入流れ６４…大気放出流れ７１…容積型圧縮機７２…小部屋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海保真行茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者相河幸昭神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所ディフェンスシステム事業部内 (72)発明者高田安章東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者森島成憲神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所ディフェンスシステム事業部内 (72)発明者瀧澤正行神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所ディフェンスシステム事業部内 (72)発明者永野久志東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者和氣泉東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2G052 AD02 AD22 AD42 BA14 CA02 CA12 CA14 GA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸引部から吸引したガスを分析するガス分
析装置において、移動空気流を吐出する気流吐出部を備え、この気流吐出部から吐出された移動空気流によって、分
析物質を含む目標空気塊を、上記吸引部の吸引口に押込
むことを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】請求項１記載のガス分析装置において、装置自体を移動可能とする移動機構を備えることを特徴
とするガス分析装置。
【請求項３】請求項１記載のガス分析装置において、上記吸引部の吸引口の開口面積は、上記気流吐出部から
吐出された移動空気流の上記吸引口における拡がりより
も大きいことを特徴とするガス分析装置。
【請求項４】請求項１記載のガス分析装置において、上記気流吐出部から吐出される移動空気流の流量は、上
記吸引部における吸引流量よりも大きいことを特徴とす
るガス分析装置。