JP2006308056A

JP2006308056A - 多方切換弁およびこれを用いた分析装置

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Publication number: JP2006308056A
Application number: JP2005134336A
Authority: JP
Inventors: Fujio Koga; 富士夫古賀
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】１つの共通流路に対して複数の流路との接続を可能にするとともに、これらの流路のいくつかが分岐路を有する流路を構成することが可能な切換弁を提供すること。併せて、最小限の配管による確実な流路を構成し、部品点数を少なくして保守の軽減を図ることが可能な分析装置を提供することを目的とする。
【解決手段】接合面Ｓを有し共通流路７および同心円上に配置された複数の流路１〜６とを形成する弁ブロック１１と、接合面Ｔを介して接合面Ｓに接合するとともに、流路１〜６のいずれか１つの流路と共通流路７を接続し、かつ流路１〜６の最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｔｎを接合面Ｔに形成する弁部１２と、弁部１２を回動し流路の切換操作を行う操作部１３を有し、流路１〜６のうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、共通流路７との接続の切換が可能であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の流路の切換を行うことができる多方切換弁に関するもので、特に、試料採取流路に設けて、試料あるいは校正ガスを切換えて検出部に導入する各種ガス分析装置において使用される多方切換弁として有用である。

従来、発生源用測定装置や環境大気用測定装置あるいは自動車排気ガス測定装置などの大気汚染測定装置においては、図８に示すように、試料採取点から分析計までの間に試料流体中の除湿や除塵あるいは定流量化などを目的として、フィルタ、切換弁、導管、除湿器、吸引ポンプ、絞り弁、流量計などが設けられたサンプリング系を構成するとともに、各部材を配管で接続し試料流路を形成している（例えば非特許文献１参照）。

ここでは、分析計に導入する試料と校正ガスの切換を行うために３方向の切換弁（以下ｎ方向の切換弁を「ｎ方切換弁」という。）を用いた場合を例示しているが、校正ガスが例えばゼロガスとスパンガスを用いる場合や複数成分のスパンガスを用いる場合には、図９の切換弁の校正ガス導入口の前段にその切換用として３方切換弁あるいは分岐路を設けて複数のＯＮ−ＯＦＦ機能を有する切換弁（以下「２方切換弁」という。）が設けられる。

このとき、多方切換弁としては、従来から種々の構造の切換弁が用いられ、あるいは提案されている。具体的には、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すような、ロータリー形手動切換弁が提案されている。円筒ハウジング１０１内に円柱状弁部１０７を外部ハンドル１０９により回動可能に配置し、該ハウジング１０１内壁に各々開口したＰポート１１４とＴポート１１７をＡポート１１５またはＢポート１１６に上記弁部１０７の回動により弁部１０７に各々貫通して穿たれた別々の通路１１８または１１９を介して選択的に連通させるようにしたロータリー形手動切換弁において、上記弁部１０７の通路１１８または１１９のうちＰポート１１４と達通する一方の通路１１８とＴポート１１７と連通する他方の通路１１９とを弁部半径方向に沿って上下に交叉配置すると共に、上記一方の通路１１８の弁部周壁部の両開口部に、該通路開口面積より大きな凹部１２０および１２１を各々設け、Ｐポート１１４開口部に対面するー方の凹部１２０よりＡポート１１５またはＢポート１１６と対面する他方の凹部１２１を大面積に形成していることを特徴とする切換弁である（例えば特許文献１参照）。

あるいは、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すような、弁ケースＫの内部に、円板形の弁座Ｚ、その平面に開口する第１及び第２切換ポート５１，５２、これら切換ポートに可逆的に連通する第１及び第２固定ポート６１，６２、扇形を呈し、内側に第２固定ポート６２に常時連通する円弧形の気密連通孔Ｌをもつロータリー式の弁部Ｖを備える切換弁が提案されている。弁部Ｖは、回転ステップ数が制御可能なステッピングモータで駆動される。図１０（Ａ）の位置に弁部Ｖを回転させた場合、第１固定ポート６１から弁ケースＫ内の作動室Ｈ及び第１切換ポート５１を経てガスを供給するとともに、第２固定ポート６２から気密連通孔Ｌ及び第２切換ポート５２を経てガスを供給することができるようにしている。図１０（Ｂ）の位置に弁部Ｖを回転させた場合、第１固定ポート６１から弁ケースＫ内の作動室Ｈ及び第２切換ポート５２を経てガスを供給するとともに、第２固定ポート６２から気密連通孔Ｌ及び第１切換ポート５１を経てガスを供給することができるようにしている。このように、２つの固定ポート６１および６２から２つの切換ポート５１および５２への供給路の切換機能を有している（例えば特許文献２参照）。

日本工業規格「ＪＩＳＢ７９８２−２００２」実公昭５７−１９８９５号公報特開平１０−２８１３２１号公報

しかしながら、従来の多方切換弁を上記の分野に適用する場合においては、以下のような課題を克服する必要があった。

つまり、流路の切換は、単純に１つの流体を特定の１の流路から他の流路に切換える、あるいは複数の流体をそれぞれ流路から各々特定の流路に1対１で切換える場合だけではなく、１の流路を特定の１の流路との接続から分岐して複数の流路に接続する場合や、1つの流路を特定の１の流路との接続から分岐して一方をオーバーフローさせながら他方を別の流路と接続する場合など多様な切換が要求されることがある。具体的にこうした要求には、（ａ）２方切換弁や３方切換弁を追加する、（ｂ）その要求仕様にあった個別の切換弁を作成する、（ｃ）予め流路を設けたパターンに複数の２方切換弁を設置し組合せて切換弁の動作を制御する、などの方法がとられている。

しかし、こうした方法は、装置の総合性能の面からは新たな課題を抱えることとなる。つまり、（ａ）の場合は装置全体のフローが複雑になり、（ｂ）の場合は切換弁の汎用性は低く、（ｃ）の場合は複数の切換弁を連動して切換える機能が必要となり、いずれの場合も、接続部材の増加に加え制御の輻輳化、保守の煩雑さを招来することとなる。また、現場の装置で手動操作を伴う場合には、操作ミスによる誤動作あるいは接続部の増加に伴うリーク発生など、装置の信頼性にも影響する場合がある。

そこで、本発明は、こうした問題点を解決し、１つの共通流路に対して複数の流路との接続を可能にするとともに、これらの流路のいくつかが分岐路を有する流路を構成することが可能な切換弁を提供することが課題となる。併せて、こうした切換弁を用いることによって、最小限の配管による確実な流路を構成し、部品点数を少なくして保守の軽減を図ることが可能な分析装置を提供することが課題となる。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す多方切換弁およびこれを用いた分析装置によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は、（１）弁部との接合を担う接合面Ｓを有し、該接合面の中心に設けられた１つの共通流路および該共通流路を中心とする同心円上に配置された複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎとを形成するとともに、外部との流路の取合部を有する１つの弁ブロックと、（２）接合面Ｔを介して該接合面Ｓに接合するとともに、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれか１つの流路と前記共通流路を接続し、かつ該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｔｎを前記接合面Ｔに形成する弁部と、（３）該弁部を回動し流路の切換操作を行う操作部を有する多方切換弁であって、前記弁部の停止位置によって、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、前記共通流路との接続の切換が可能であることを特徴とする。

従来は、例えば分析装置において、分析計に導入するガスをどのように分岐するかあるいは集合するかという観点から切換弁の使用方法を設定し、必要な切換弁の選定あるいは新規の切換弁の作製を行うことが一般的であった。本発明者は、分析計へのガス導入路を共通流路として捉え、それに繋がるガス、具体的には試料や校正ガスの切換えあるいはバイパスの有無など種々の仕様に適応可能な切換弁の作製を目指したもので、１つの共通流路を中心に設け、隣接する流路同士を接続可能とする流路を形成した弁部を回動することによって、汎用性の高い流路の選択が可能となった。切換流路の数量などの変更に対しても、弁ブロックに形成される流路を追加あるいは未使用とすることによって幅広く対応することが可能であり、従来にない汎用性の高い切換弁の提供が可能となった。

特に、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）分析装置のように、試料中の二酸化窒素（ＮＯ_２）を一酸窒素（ＮＯ）に変換する手段（試料処理手段）を有する流路（ＮＯｘライン）とかかる手段のない流路（ＮＯライン）との切換えが必要となる場合や、校正ガスとしてゼロガスとスパンガスを用いる場合あるいは複数成分のスパンガスを用いる場合などに対しても、容易に対応することができ、高い有用性を確保することが可能となった。

本発明は、（１）弁部との接合を担う接合面Ｓを有し、該接合面の中心に設けられた１つの共通流路および該共通流路を中心とする同心円上に配置された複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎとを形成し、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを前記接合面Ｓに形成するとともに、外部との流路の取合部を有する１つの弁ブロックと、（２）接合面Ｔを介して該接合面Ｓに接合するとともに、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれか１つの流路と前記共通流路とを接続可能とする弁部と、（３）該弁部を回動し流路の切換操作を行う操作部を有する多方切換弁であって、前記弁部の停止位置によって、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、前記共通流路との接続の切換が可能であることを特徴とする。

上記請求項１記載の発明においては、隣接する流路同士を接続可能とする流路を弁部の接合面に形成することによって複数の流路の接続を可能とする切換弁を構成した。これに対し、本発明においては、弁ブロックに対し、隣接する流路同士を接続可能とする流路を弁部との接合面に形成することによって、同様の機能を構成することを可能としたものである。切換流路の数量などの変更に対しては、上記同様、弁ブロックに形成される流路を追加あるいは未使用とすることによって幅広く対応することが可能であり、従来にない汎用性の高い切換弁の提供が可能となった。

本発明は、（１）弁部との接合を担う接合面Ｓを有し、該接合面の中心に設けられた１つの共通流路および該共通流路を中心とする同心円上に配置された複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎとを形成し、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを前記接合面Ｓに形成するとともに、外部との流路の取合部を有する１つの弁ブロックと、（２）接合面Ｔを介して該接合面Ｓに接合するとともに、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれか１つの流路と前記共通流路を接続し、かつ該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｔｎを前記接合面Ｔに形成する弁部と、（３）該弁部を回動し流路の切換操作を行う操作部を有する多方切換弁であって、前記弁部の停止位置によって、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、前記共通流路との接続の切換が可能であることを特徴とする。

上記請求項１または２記載の発明においては、隣接する流路同士を接続可能とする流路を弁部あるいは弁ブロックのいずれかの接合面に形成することによって、複数の流路の接続を可能とする切換弁を構成した。これに対し、本発明においては、弁部と弁ブロックの両接合面に、隣接する流路同士を接続可能とする流路を形成することによって、同様の機能を構成することを可能としたものである。両接合面に流路を形成することによって、接続可能な流路の組合せが増加し、さらに汎用性の向上を図ることができる。また、切換流路の数量などの変更に対しては、上記同様、弁ブロックに形成される流路を追加あるいは未使用とすることによって幅広く対応することが可能であり、従来にない汎用性の高い切換弁の提供が可能となった。

本発明は、上記多方切換弁であって、前記共通流路と流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれかを直接接続する流路Ｃｎに対し、前記ＴｎあるいはＳａ、Ｓｂ・・Ｓｎが、前記同心円上の両側に形成することを特徴とする。

上記の発明においては、弁部あるいは弁ブロックのいずれかまたは両方の接合面に、隣接する流路同士を接続可能とする流路を形成することによって、複数の流路の接続を可能とする切換弁を構成した。これに対し、本発明においては、弁部の接合面に共通流路から同心円上の流路に向って設けられた流路の同心円上の両側に、隣接する流路同士を接続可能とする流路を形成することによって、さらに接続可能な流路の組合せが増加し、一層の汎用性の向上を図ることができる。

上記のいずれかに記載の多方切換弁を用いた分析装置であって、共通流路が分析計に、流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちの少なくとも１つが、試料採取流路、校正ガス流路、オーバーフロー流路に接続されることを特徴とする。

本発明に係る多方切換弁は、１つの流路あるいは複数に分岐された流路を１つの共通流路と接続する場合に広い汎用性を有する点に特長がある。こうした特長は、種々の分析装置において、１つの分析計についてのサンプリング系を構成する上において非常に優位性が高く、試料流路や校正ガス流路の切換え、あるいはバイパス流路の設定など分析装置の種々の仕様に適応が可能となる。

例えば、上記ＮＯｘ分析装置におけるＮＯｘラインとＮＯラインとの切換えが必要となる場合や、校正ガスとしてゼロガスとスパンガスを用いる場合や複数成分のスパンガスを用いる場合などに対しても、分析計へのガス導入路を共通流路として捉え、それに繋がるＮＯｘラインやＮＯラインあるいはゼロガスラインやスパンガスラインの切換えを１つの切換弁によって行うことが可能となる。また、切換流路の数量などの変更に対しても容易に対応することができ、従来にない汎用性の高いサンプリング系の構成が可能となる。

このように、本発明によれば、最小限の配管による確実な流路を構成し、部品点数を少なくして保守の軽減を図ることができる分析装置を提供することが可能となった。

以上のように、本発明を適用することによって、１つの共通流路に対して複数の流路との接続を可能にするとともに、これらの流路のいくつかが分岐路を有する流路を構成することが可能になるという、汎用性の高い切換弁を提供することが可能となる。併せて、こうした切換弁を用いることによって、最小限の配管による確実な流路を構成し、部品点数を少なくして保守の軽減を図ることが可能な分析装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、具体例として図面を参照しながら説明する。

＜本発明に係る多方切換弁の基本的な構成（第１構成例）＞
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を利用し複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎ（図１では順に流路１〜６として例示する）を切換えるとともに、内部に分岐路を有し、流路のいくつかについてオーバーフロー用の流路の確保が可能な多方切換弁１０を例示する。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、多方切換弁１０は、共通流路７を含む流路１〜７を形成した弁ブロック１１と、流路Ｔｎを形成した弁部１２と、弁部を回動する操作部１３と、これら部材を保持する保持部１４、および各流路のシール性を保持するシール部材１５から構成される。

流路１〜６は、弁ブロック１１の接合面Ｓにおいて共通流路７を中心とする同心円上に配置され、共通流路７を含め外部との取合部１ａ〜７ａに繋がっている。図１（Ｃ）は、これらの流路と切換機能との関係を明示したものである。各流路は、弁ブロック１１の内部を直線的な流路を形成して取合部１ａ〜６ａに繋げることも可能であるが、図１（Ａ）および（Ｂ）のようにＬ形状の流路を形成し弁ブロックの外周面に取合部１ａ〜６ａを設けることによって、継ぎ手の取り付けや保守点検などが容易となる。

弁部１２は、その接合面Ｔを介して弁ブロック１１と接合するとともに、操作部１３と連結して操作部１３の駆動に合わせて回動する。弁部１２の接合面Ｔと弁ブロック１１の接合面Ｓはシール性を保持しながら、弁部１２の回動に伴い、流路Ｔｎを介して共通流路７と他の流路１〜６のいずれか１つあるいは２以上の流路とを接続することができる。

弁ブロック１１および弁部１２は、気体あるいは液体などの流体が流れる流路を形成することから、加工性や堅牢性などを考慮して金属製や樹脂製とすることが好ましい。また、実際に導入される流体の温度や腐蝕性などを考慮した素材の選定が好ましく、通常耐蝕性の素材として、ステンレス鋼や塩化ビニル、フッ素系樹脂などを用いることができる。

接合面ＳおよびＴは、シール性を保持するために、各流路の外周部にＯリングなどのシール部材を付設する方法、接合面ＳあるいはＴをシリコン系樹脂などの柔軟性の高い素材で被覆する方法、あるいは弁部１２自体を柔軟性の高い素材で作製する方法などを採ることが可能である。

操作部１３は、図１（Ａ）においては手動式のタイプを例示しているが、電動式の適用も可能である。また、電動式の場合においても、ロータリー式のように常時回動する場合や、弁部１２の位置を所定時間固定する場合がある。後者においてはステッピングモータによって駆動し、弁部１２の固定位置に併せたステップあるいは一方向だけではなく正逆両方向に駆動させることも可能となる。

＜本発明に係る多方切換弁の基本的な機能＞
次に、上記構成を有する多方切換弁の基本的な機能について説明する。
図２は、操作部１３を回動し、切換位置を（Ａ）〜（Ｅ）とした場合の共通流路７と流路１〜６との接続状態を一覧に例示したものである。操作部１３の位置、弁部１２溝の位置、弁ブロック１１の接合面Ｓの接続状態、およびそのときのガスの流れ方向（つまり、流路１、流路２、流路３、および流路５から共通流路７にガスが供給される場合の流路の接続状態を示す）を示している。ただし、ここで示すガスの流れ方向は例示に過ぎず、実際には多方切換弁１０の使用条件によって任意に決定されるものであり、これに限定されるものではないことはいうまでもない。

なお、ここでは、流路Ｔｎを、共通流路７と他の流路１〜６のいずれか１つとを接続する流路Ｔａと、該流路Ｔａと接続し同心円上の流路１〜６のうちの最も隣接する流路間の接続を可能とする流路ＴｂからなるＬ形状あるいは鍬形状の流路として記載するが、流路の形状はこれに限定されるものではない。共通流路７と他の流路１〜６のいずれか１つを接続する流路とともに、該流路と接続しつつ流路１〜６のうちの最も隣接する２つの流路の接続が可能で流路を形成できる形状であれば適用が可能である。具体的には共通流路７を要部とする扇形状あるいは三角形状などを挙げることができる。

切換位置（Ａ）または（Ｂ）においては、弁部１２に設けた流路Ｔａによって共通流路７と流路１のみまたは流路２のみが接続される。ただし、図示した位置のみならず、弁部１２に設けた流路Ｔｂの一部が流路１または流路２と接続していれば両流路の接続機能が生じることから、固定位置の厳格な管理は必要がない。従って、手動切換における操作の容易性を確保することができ、あるいはステッピングモータを用いた自動切換場合においては比較的粗いステップにて簡易に制御することが可能となる。かかる機能は、本発明の全てにおいて適用することができる。このとき、弁部１２の流路Ｔｂの位置を流路Ｔａに対して反対に形成した場合にも同様である。

一方、切換位置（Ｃ）においては、流路Ｔａによって共通流路７と流路３が接続されると同時に、流路Ｔｂを介して流路３と流路４、さらには共通流路７と流路４とが接続される。つまり、２つに分岐された流路３と流路４が共通流路７に接続される状態となる。また、切換位置（Ｄ）においては、同様に共通流路７と流路５が接続されると同時に、流路Ｔｂを介して流路５と流路６が接続され、その結果２つに分岐された流路５と流路６が共通流路７に接続される状態となる。

さらに切換位置（Ｅ）における実線状態あるいは破線状態とすることによって、共通流路７を流路１〜６のいずれにも接続しない状態を形成することが可能となる。

このように、共通流路７から捉えれば、単数の流路１または流路２と共通流路７が直結する機能、および２つの流路、つまり流路３と流路４または流路５と流路６と共通流路７が直結する機能を、１つの多方切換弁１０が有することになる。こうした機能は従来の切換弁にはない機能であり、特に後述するような、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）分析装置のように試料中の二酸化窒素（ＮＯ_２）を一酸窒素（ＮＯ）に変換する手段（試料処理手段）を有する流路とかかる手段のない流路との切換えが必要となる場合や、校正ガスとしてゼロガスとスパンガスを用いる場合や複数成分のスパンガスを用いる場合など各種ガス分析装置に適用することで、高い有用性を発揮することができる。

また、この構成において流路の数量の増減あるいは分岐路の増減などの変更が必要となった場合には、弁ブロック１１に形成される流路を追加あるいは未使用とすることによって幅広く対応することが可能である。追加する場合には、例えば図３（Ａ）に示すように、流路８を同心円上に設けることによって具体化することができ、さらに数量が多い場合には、同心円上の分割比（図１、図２および図３（Ａ）においては８分割している）を多くすることで具体化が可能である。図３（Ｂ）では、１０分割の場合を例示する。

＜本発明に係る多方切換弁の他の構成例とその機能＞
上記では、回動される弁部１２の接合面Ｔに設けられた流路Ｔｎによって、分岐された流路への切換えを行うことができる多方切換弁１０の構成を例示したが、これに代えて、図４に示すように、弁ブロック１１の接合面Ｓに流路ＳａおよびＳｂを設けることによって、同様の機能を有する多方切換弁１０を構成することができる（第２構成例）。

このとき弁部１２の接合面Ｔには、共通流路７と流路１〜６のいずれかに接続する流路Ｔａのみが設けられる。弁部１２の構造が非常に単純で、多様な仕様に対する対応を弁ブロック１１に依存することで、機能の簡素を図るとともに、流路を接続する場合の弁部１２の固定位置を任意に設定することができる。接合面ＴおよびＳを除く、基本的な構成は第１構成例と同様である。

切換位置（Ａ）または（Ｂ）においては、弁部１２に設けた流路Ｔａによって共通流路７と流路１のみまたは流路２のみが接続される。一方、切換位置（Ｃ）においては、流路Ｔａによって共通流路７と流路３が接続されると同時に、弁ブロック１１の接合面Ｓに設けた流路Ｓａを介して流路３と流路４、さらには共通流路７と流路４とが接続される。つまり、接合面Ｓ上において２つに分岐された流路３と流路４が共通流路７に接続される状態となる。また、切換位置（Ｄ）においては、同様に共通流路７と流路５が接続されると同時に、接合面Ｓに設けた流路Ｓｂを介して流路５と流路６が接続され、その結果２つに分岐された流路５と流路６が共通流路７に接続される状態となる。さらに切換位置（Ｅ）における実線状態あるいは破線状態とすることによって、共通流路７を流路１〜６のいずれにも接続しない状態を形成することが可能となる。

また、このとき弁ブロック１１は一体物である必要はなく、例えば、流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを含む接合面Ｓを別体にすることも可能である。該別体部分のみを交換するだけで、流路Ｆａ〜Ｆｎの数量や配置あるいは流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎの数量や配置など、各種の要求仕様に合った構成に迅速に対応することが可能となる。

具体的に、流路Ｆａ〜Ｆｎの数量および流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎの数量を増やした場合の状態を、図４の切換位置（Ｆ）および切換位置（Ｇ）に例示する。接合面Ｓに設けた流路Ｓｃによって接続する流路８と流路８Ａ、および流路Ｓｄによって接続する流路９と流路９Ａを形成することによって、切換位置（Ｆ）においては、２つに分岐された流路８と流路８Ａが共通流路７に接続される状態となり、切換位置（Ｇ）においては、２つに分岐された流路９と流路９Ａが共通流路７に接続される状態となる。

＜第３構成例とその機能＞
さらに、図５に多方切換弁の第３構成例を示す。構成例１の弁部１２と構成例２の弁ブロック１１とを組合せたもので、２つの分岐路だけではなく３つに分岐した流路を形成することができるなど従来にない汎用性の高い切換弁の提供が可能となった。

切換位置（Ａ）〜（Ｅ）においては、第１構成例および第２構成例と同様、共通流路７と流路１のみまたは流路２のみの接続、および分岐された流路３と流路４あるいは流路５と流路６が共通流路７に接続される状態となり、共通流路７を流路１〜６のいずれにも接続しない状態を形成することが可能となる。

本構成の特徴の１つは、切換位置（Ｆ）において、弁部１２の流路Ｔａによって共通流路７と流路６が接続されると同時に、Ｔｂによって流路６と流路２が接続され、弁ブロック１１の流路Ｓｂによって流路５が接続される点にある。つまり、共通流路７に対し流路２、流路５、および流路６という３つの流路を同時に接続可能とすることができる。

また、もう１つの特徴として、切換位置（Ｇ）においては、弁部１２の流路Ｔａによって共通流路７と流路４が接続されると同時に、Ｔｂによって流路４と流路５が接続され、弁ブロック１１の流路Ｓａによって流路３、流路Ｓｂによって流路６が接続される点にある。つまり、共通流路７に対し４つの流路を同時に接続可能とすることができる。

このように、共通流路７から捉えれば、単数の流路１または流路２と共通流路７が直結する機能、および２〜４つの流路と共通流路７が直結する機能を、１つの切換弁１０が有することになる。こうした機能は従来の切換弁にはない機能であり、例えば複数の既知濃度のガスを混合する場合など各種ガス発生装置あるいは分析装置に適用することで、高い有用性を発揮することができる。

さらに、このとき、流路Ｔｂあるいは流路Ｓａ，Ｓｂ・・Ｓｎは必ずしも流路１〜７と同一の断面積を有する必要はなく、分岐した流路の流量のバランスを変える場合には、流路Ｔｂあるいは流路Ｓａ，Ｓｂ・・Ｓｎの断面積を小さく絞込み、流れに対して抵抗を設けることも可能である。この機能は構成例１〜のいずれにも適用可能であることはいうまでもない。

また、上記同様弁ブロック１１は一体物である必要はなく、弁部１２とともに接合面Ｓを含む別体のみを交換するだけで、各種の要求仕様に合った構成に迅速に対応することが可能となる。

＜第４構成例とその機能＞
上記第１構成例および第３構成例では、弁部１２の接合面Ｔに設けられた流路Ｔｂを、流路Ｔａに対して一方向にのみ形成した多方切換弁１０の構成を例示したが、これに代えて、図６に示すように、接合面Ｔに設ける流路Ｔｎを、流路Ｔａが最初に接続される流路Ｃｎに対して両方向に張出した流路Ｔｃを形成することによって、さらなる多機能を有する多方切換弁１０を構成することができる（第４構成例）。なお、流路Ｔｎの形状がこれに限定されないことは第１構成例など上記の通りである。又は共通流路７を要部とする扇形状や三角形状などの適用された場合にはその中心軸が接する流路が実質的に流路Ｃｎとなる。

このとき弁部１２の接合面Ｔに設けられた流路Ｔａによって、共通流路７と流路１〜６のいずれかに接続すると同時に、流路Ｔｃによって最大張出した両方向の２つの流路と接続ができることから、共通流路７に対し１〜３つの流路との接続が可能となる。

切換位置（Ａ）においては、弁部１２に設けた流路Ｔａによって共通流路７と流路１のみが接続される。一方、切換位置（Ｂ）においては、流路Ｔａによって共通流路７と流路２が接続されると同時に、流路Ｔｃを介して流路２と流路６とが接続される。つまり、接合面Ｔ上において、２つに分岐された流路２と流路６が共通流路７に接続される状態となる。また、切換位置（Ｃ）においては、同様に共通流路７と流路３が接続されると同時に、流路Ｔｃを介して流路３と流路４が接続され、その結果２つに分岐された流路３と流路４が共通流路７に接続される状態となる。さらに切換位置（Ｄ）においては、同様に共通流路７と流路５が接続されると同時に、流路Ｔｃを介して流路５が流路４と流路６が接続され、その結果３つに分岐された流路４、流路５および流路６が共通流路７に接続される状態となる。

このように、共通流路７から捉えれば、１〜３つの流路を選択し接続することができるという機能を有する多方切換弁１０を構成することができる。

上記の技術思想は、弁ブロック１１の接合面Ｓに設けられる流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを同心円上の流路１〜６の両側に張り出すように形成することによって、同様の機能を有する多方切換弁１０を構成することができる（第５構成例）。上記第４構成例との関係において、第１構成例に対する第２構成例に相当する機能となる。

また、弁ブロック１１の接合面Ｓに設けられる流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを同心円上の流路１〜６の両側に張り出すように形成するとともに、弁部１２の接合面Ｔに設けられる流路Ｔｃについて流路Ｔａに対して両側に張り出すように形成することによって、さらに多数の流路の同時接続が可能な機能を有する多方切換弁１０を構成することができる（第６構成例）。上記第４構成例との関係において、第１構成例に対する第３構成例に相当する機能となる。

＜本発明に係る多方切換弁を用いた分析装置＞
次に、本発明に係る多方切換弁の応用例について説明する。複数の流路あるいは複数に分岐された流路を切換えて、１つの共通流路と接続することができるという本発明に係る多方切換弁が有する機能は、例えば、種々の分析装置において有効性を発揮することができる。つまり、１つの分析計についてのサンプリング系を構成する上において、こうした機能は非常に優位性が高く、試料流路や校正ガス流路の切換え、あるいはバイパス流路の設定など分析装置の種々の仕様に適応が可能となる。

図７は、試料処理部に本発明に係る多方切換弁を用いた分析装置、具体的には試料中のＮＯｘ成分測定用分析装置を例示する。

試料入口２１から吸引採取された試料は、ダストフィルタ２２によって清浄にした後、気液分離器２３、ミスト処理器２４を経由して二分され、一方（ＮＯｘライン２５ａ）は試料処理手段として試料中のＮＯ_２をＮＯに変換するコンバータ２５を経由して多方切換弁２６、二次フィルタ２７、吸引ポンプ２８、除湿器２９、圧力調整器３０、流量計３１を介して、測定手段（ＮＯ分析計）３２に導入され、他方（ＮＯライン３３ａ）は何も処理されずに流路抵抗３３を経由して多方切換弁２６以降の処理を経てＮＯ分析計３２に導入される。

このとき、ＮＯｘライン２５ａとの切換は多方切換弁２６によって行われ、多方切換弁２６の共通流路が二次フィルタ２７を介して吸引ポンプ２８に接続され、ＮＯ分析計３２に繋がっている（分析計ライン３２ａ）。試料測定において、通常はＮＯｘライン２５ａがＮＯ分析計ライン３２ａに接続され、ＮＯのみの測定においてＮＯｘライン２５ａからＮＯライン３３ａへの切換が行われる。

また、多方切換弁２６には校正ガスとしてゼロガス３４およびスパンガス３５が接続され、校正時に各々切換えてＮＯ分析計ライン３２ａに接続し、ＮＯ分析計３２に導入される。校正ガス導入時には、サンプリング用の吸引ポンプ２８への過負荷防止のため、ゼロガス３４およびスパンガス３５の一部を各々バイパスライン３４ａおよび３５ａから放出する方法が採られる。つまり、多方切換弁２６には、校正時のみにＮＯ分析計ライン３２ａへの接続と同時にバイパスライン３４ａまたは３５ａへの接続を行うとともに、通常の測定時にはゼロガス３４およびスパンガス３５を停止する機能が要求される。

本発明の第１構成例に係る多方切換弁２６を適用することによって、こうした要求を満たすことが可能となる。つまり、図２における流路７にＮＯ分析計ライン３２ａ、流路１にＮＯｘライン２５ａ、流路２にＮＯライン３３ａ、流路３にゼロガス３４、流路５にスパンガス３５、流路４にバイパスライン３４ａ、流路６にバイパスライン３５ａ、を各々接続し、通常のＮＯｘ測定時には切換位置（Ａ）、ＮＯ測定時には切換位置（Ｂ）、ゼロ校正時には切換位置（Ｃ）、スパン校正時には切換位置（Ｄ）、分析装置停止時には切換位置（Ｅ）とすることによって、上記機能を確保することができる。ゼロ校正時の切換位置（Ｃ）にあっては、ゼロガス３４が流路３から流路７を経由してＮＯ分析計ライン３２ａに供給されると同時に、流路４を介してバイパスライン３４ａにも流すことができる。スパン校正時の切換位置（Ｄ）にあっては、スパンガス３５が流路５から流路７を経由してＮＯ分析計ライン３２ａに供給されると同時に、流路６を介してバイパスライン３５ａにも流すことができる。

また、バイパスライン３４ａまたは３５ａは最終的には集合されることから、本発明の第４構成例に係る多方切換弁１０を適用することによって１つのバイパスラインとして扱うことも可能である。つまり、図６における流路７にＮＯ分析計ライン３２ａ、流路１にＮＯｘライン２５ａ、流路２にＮＯライン３３ａ、流路３にゼロガス３４、流路５にスパンガス３５、流路４にバイパスライン（図示せず）、を各々接続し、通常のＮＯｘ測定時には切換位置（Ａ）、ＮＯ測定時には切換位置（Ｂ）、ゼロ校正時には切換位置（Ｃ）、スパン校正時には切換位置（Ｄ）とすることによって、上記機能を確保することができる。流路６は未使用につき、取合部６ａを閉とするか、流路６を形成していない弁ブロック１１を用いる。ゼロ校正時の切換位置（Ｃ）にあっては、ゼロガス３４が流路３から流路７を経由してＮＯ分析計ライン３２ａに供給されると同時に、流路４を介してバイパスラインにも流すことができる。スパン校正時の切換位置（Ｄ）にあっては、スパンガス３５が流路５から流路７を経由してＮＯ分析計ライン３２ａに供給されると同時に、同じく流路４を介してバイパスラインにも流すことができる。バイパスラインを共通化することによって配管などの流路構成部材を低減し保守の軽減を図ることができる。

ここで、コンバータ２５は、例えば、グラファイトや活性炭粒子などを担体とし、その表面にモリブデン系触媒を担持させたカーボン系のエレメントを所定量封入したユニットを用いることによって低温で９０〜９５％以上の高い変換効率を確保することが可能である。

また、ＮＯ分析計３２は、ＮＯ用検出手段及びＮＯ_２用検出手段を有する方法であれば、特に制限はなく、化学発光式分析計や非分散式赤外線分析計あるいは非分散式紫外線分析計などを用いることができる。

さらに、図７のように、ＮＯ分析計３２だけではなく、他の成分測定用（例えば、一酸化炭素（ＣＯ）や酸素（Ｏ_２）の分析計３６および３７を設けた場合には、第２構成例に係る多方切換弁１０を用いることによって、上記と同様の機能を確保することができる。

つまり、図４の切換位置（Ｆ）および切換位置（Ｇ）のように、流路８にスパンガスＣＯ（図示せず）を、流路９にスパンガスＯ_２（図示せず）を、流路８Ａおよび流路９Ａにバイパスラインを接続し、ＣＯのスパン校正時には切換位置（Ｆ）にし、Ｏ_２のスパン校正時には切換位置（Ｇ）にする。ＣＯのスパン校正時には、ＣＯのスパンガスが流路８から流路７を経由してＮＯ分析計ライン３２ａに供給されると同時に、流路８Ａを介してバイパスラインにも流すことができる。Ｏ_２のスパン校正時には、Ｏ_２のスパンガスが流路９から流路７を経由してＮＯ分析計ライン３２ａに供給されると同時に、流路９Ａを介してバイパスラインにも流すことができる。

以上のように、本分析装置によれば、試料処理を要し複数の流路の切換を行う場合などのように、校正ガスの切換を含めた多数の流路の切換えを要する場合において、試料処理部の構成手段を低減し、配管部材を含めた保守の軽減、リークなどのトラブルの軽減を図ることが可能となる。特に複数成分の測定装置においては、仕様に合った多方切換弁の選択を行うことが可能となり高い汎用性を確保することができる。

なお、上記では、試料中のＮＯｘ成分測定用分析装置を例示したが、むろんこうした構成に限定されるものではなく種々の試料処理あるいは複数の測定成分や測定原理の異なる分析装置にも適用可能である。

＜その他の応用例＞
本発明に係る多方切換弁は、上記のような分析装置における試料処理手段の１つとして利用することができるばかりではなく、複数の成分の混合手段あるいは混合ガス発生手段として利用することができる。具体的には、例えば、反応プロセスを検証するための反応ガス発生装置に利用することができる。個々の成分ガスは入手可能である場合において、以下のような優位性を得ることができる。

（１）単純にこれらうちの１つのガスあるいは複数成分を追加する際に多方切換弁を用いることが可能となる。共通流路に対し、１〜３または４つの流路を順次切換１つずつあるいは複数追加することによって、反応成分の追加に伴う反応性を追及することが可能となる。

例えば、第４構成例において、図６における流路７に反応槽（図示せず）と繋がる流路を、流路２、流路５および流路６にそれぞれ異なる反応物質を接続した場合を想定する。切換位置（Ｆ）においては、流路２に接続された反応物質が流路７を介して反応槽に導入される。次に、切換位置（Ｆ）を切換位置（Ｂ）に変更すると、流路２に加えて流路６に接続された、合計２種類の反応物質を、流路７を介して反応槽に導入することができる。さらに、切換位置（Ｂ）から切換位置（Ｇ）に変更すると、流路２および流路６に加えて流路５に接続された、合計３種類の反応物質を、流路７を介して反応槽に導入することができる。このように、反応物質を１つずつ追加した場合の反応性の追跡を１つの切換弁の操作によって行うことができる。

（２）複数の成分ガスを多方切換弁に接続し共通流路を反応槽に接続した状態において、当初特定の複数の成分ガスを導入し混合したガスを所定の条件を確保した後に、反応を開始あるいは反応を促進するガスに切換えることによって、反応性を検証することが可能となる。

例えば、第３構成例において、図５における流路７に反応槽（図示せず）と繋がる流路を、流路４〜６にそれぞれ異なる反応物質を接続した場合を想定する。切換位置（Ｃ）においては、流路５と流路６に接続された反応物質が流路７を介して反応槽に導入される。切換位置（Ｆ）に変更すると、流路５と流路６に加えて流路２に接続された、合計３種類の反応物質を、流路７を介して反応槽に導入することができる。

さらに、切換位置（Ｃ）から切換位置（Ｇ）に変更すると、流路５、流路６に加えて流路３と流路４に接続された、合計４種類の反応物質を、流路７を介して反応槽に導入することができる。このように、１または２の追加導入された反応物質による反応性の追跡を１つの切換弁の操作によって行うことができる。

以上は、気体の多方切換弁およびそれを用いたガス分析装置を中心に述べたが、本発明は、上記のような気体だけでなく、液体等にも適用が可能であり、これらの成分測定や、また、各種測定原理にも適用が可能であり、上記に限定されるものでないことはいうまでもない。

本発明に係る多方切換弁の基本的な構成（第１構成例）を例示する説明図。第１構成例に係る多方切換弁の基本的な機能を概略的に例示する説明図。第１構成例に係る多方切換弁の応用例を概略的に例示する説明図。本発明に係る多方切換弁の他の構成（第２構成例）を例示する説明図第３構成例に係る多方切換弁の構成を例示する説明図。第４構成例に係る多方切換弁の構成を例示する説明図。試料処理部に本発明に係る多方切換弁を用いた分析装置を例示する説明図。従来技術に係る分析装置の構成を例示する説明図。従来技術に係る多方切換弁の１の構成を例示する説明図。従来技術に係る多方切換弁の他の構成を例示する説明図。

符号の説明

１〜９、８Ａ、９Ａ流路
１ａ〜７ａ取合部
１０、２６多方切換弁
１１弁ブロック
１２弁部
１３操作部
２５コンバータ
２５ａＮＯｘライン
３２測定手段（ＮＯ分析計）
３２ａ分析計ライン３２ａ
３３流路抵抗
３３ａＮＯライン
３４ゼロガス
３５スパンガス
３４ａ、３５ａバイパスライン
３６ＣＯ分析計
３７Ｏ_２分析計
Ｃｎ流路
Ｆａ〜Ｆｎ流路
Ｓ、Ｔ接合面
Ｓａ〜Ｓｎ流路
Ｔａ〜Ｔｎ流路

Claims

弁部との接合を担う接合面Ｓを有し、該接合面の中心に設けられた１つの共通流路および該共通流路を中心とする同心円上に配置された複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎとを形成するとともに、外部との流路の取合部を有する１つの弁ブロックと、
接合面Ｔを介して前記接合面Ｓに接合するとともに、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれか１つの流路と前記共通流路を接続し、かつ該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｔｎを前記接合面Ｔに形成する弁部と、
該弁部を回動し流路の切換操作を行う操作部を有する多方切換弁であって、
前記弁部の停止位置によって、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、前記共通流路との接続の切換が可能であることを特徴とする多方切換弁。
弁部との接合を担う接合面Ｓを有し、該接合面の中心に設けられた１つの共通流路および該共通流路を中心とする同心円上に配置された複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎとを形成し、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを前記接合面Ｓに形成するとともに、外部との流路の取合部を有する１つの弁ブロックと、
接合面Ｔを介して該接合面Ｓに接合するとともに、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれか１つの流路と前記共通流路とを接続可能とする弁部と、
該弁部を回動し流路の切換操作を行う操作部を有する多方切換弁であって、
前記弁部の停止位置によって、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、前記共通流路との接続の切換が可能であることを特徴とする多方切換弁。
弁部との接合を担う接合面Ｓを有し、該接合面の中心に設けられた１つの共通流路および該共通流路を中心とする同心円上に配置された複数の流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎとを形成し、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｓａ、Ｓｂ・・Ｓｎを前記接合面Ｓに形成するともに、外部との流路の取合部を有する１つの弁ブロックと、
接合面Ｔを介して該接合面Ｓに接合するとともに、該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれか１つの流路と前記共通流路を接続し、かつ該流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎの最も隣接する流路同士を接続可能とする流路Ｔｎを前記接合面Ｔに形成する弁部と、
該弁部を回動し流路の切換操作を行う操作部を有する多方切換弁であって、
前記弁部の停止位置によって、前記流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちのいずれか１つの流路あるいは複数の流路と、前記共通流路との接続の切換が可能であることを特徴とする多方切換弁。
前記共通流路と流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのいずれかを直接接続する流路Ｃｎに対し、前記ＴｎあるいはＳａ、Ｓｂ・・Ｓｎが、前記同心円上の両側に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多方切換弁。
請求項１〜４のいずれかに記載の多方切換弁を用いた分析装置であって、共通流路が分析計に、流路Ｆａ、Ｆｂ・・Ｆｎのうちの少なくとも１つが、試料採取流路、校正ガス流路、オーバーフロー流路に接続されることを特徴とする分析装置。