JP2008107091A - Gas concentration measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration measuring device capable of accurately measuring gas concentration without being influenced by ambient temperature even in a cold district and a hot district. <P>SOLUTION: An ozone gas concentration measuring device 1 for the cold district is constituted by a gas detection object 2 which has an exposure part 7 discolored in response to ozone gas, a phase change substance 3 which keeps constant the temperature of the gas detection object 2, a metal container 10 which stores the phase change substance 3, and a heat insulation container B storing the metal container 10 and the gas detection object 2. As for the phase change substance 3, a phase change substance which changes in phase from liquid to solid is used. The heat insulation container B is constituted by a plastic container 11 which has a window 17 and stores the gas detection object 2 and the metal container 10, and a container 12 made of insulation material which has an opening 19 and stores the plastic container 11. The gas detection object 2 is stuck closely onto the surface of the metal container 10 and stored in the plastic container 11 together with the metal container 10, and the exposure part of the gas detection object 2 is exposed outside the heat insulation container B out of the window 17 and the opening 19. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、空気中に含まれているオゾンガス、二酸化窒素ガス等の特定の種類のガスの濃度を測定するガス濃度測定器、特に暑熱地や寒冷地であっても測定環境の温度に影響されることなく高精度に測定することができるガス濃度測定器に関するものである。   The present invention is influenced by the temperature of the measurement environment even in a hot or cold region, particularly a gas concentration measuring device that measures the concentration of a specific type of gas such as ozone gas or nitrogen dioxide gas contained in the air. The present invention relates to a gas concentration measuring device that can measure with high accuracy without any problems.

近年、環境リスクが高いガス状の大気汚染物質、特に光化学オキシダントの主成分を構成するオゾンガス(O3 )や物質の燃焼に伴って発生する二酸化窒素ガス(NO2 )による環境への影響が大きな問題となってきている。特に、オゾンガスは、強力な酸化能を有しているため、それ自体の毒性により空気中の濃度が一定以上(0.1ppm)になると、呼吸器系を刺激し、微量でも長時間吸入していると有害とされている。また窒素酸化物(NOx)ガスは大気汚染の原因物質であり、呼吸器系疾患との関連も指摘されている。このため、有害なオゾンガス、二酸化窒素ガス等の特定のガスの濃度を測定するガス濃度測定器が種々開発、提案されている。 In recent years, the environmental impact of gaseous air pollutants with high environmental risks, especially ozone gas (O 3 ) that constitutes the main component of photochemical oxidants and nitrogen dioxide gas (NO 2 ) generated by the combustion of substances has been greatly affected. It has become a problem. In particular, ozone gas has a strong oxidizing ability, so if the concentration in the air exceeds a certain level (0.1 ppm) due to its toxicity, it stimulates the respiratory system and inhales even a minute amount for a long time. It is considered harmful. Nitrogen oxide (NOx) gas is a causative substance of air pollution, and its relation to respiratory diseases has been pointed out. For this reason, various gas concentration measuring devices for measuring the concentration of specific gases such as harmful ozone gas and nitrogen dioxide gas have been developed and proposed.

このようなガス濃度測定器としては、濾紙、多孔質ガラス等の小型の多孔体(外形寸法1cm平方程度、厚さ8mm以下)に、オゾンなどの検知対象ガスと選択的に反応して変色する例えばインジゴ環を含む有機系色素を含浸させ、この色素を含浸させた部分を検知対象ガスであるオゾンガスによって曝露される曝露部としたガス検知体を用いることで、安価で個人が持ち運びできる超小型のオゾンガス検知用の蓄積型センサが開発されている(例えば、特許文献1,2参照)。   As such a gas concentration measuring device, a small porous body such as filter paper or porous glass (outside dimension of about 1 cm square, thickness of 8 mm or less) selectively reacts with a detection target gas such as ozone and changes its color. For example, by using a gas detector that is impregnated with an organic dye containing an indigo ring and the exposed portion exposed to ozone gas, which is the gas to be detected, is impregnated with this dye. Have been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、多孔質ガラスなどの小型の多孔体に二酸化窒素ガスなどの検知対象ガスと選択的に反応して変色(発色)する色素を含む検知剤を含浸させたものをガス検知体とすることで、安価で個人が持ち運びできる超小型の二酸化窒素ガス検知用の蓄積型センサも開発されている(例えば、特許文献3,4参照)。   In addition, a gas detector is obtained by impregnating a small porous body such as porous glass with a detection agent containing a dye that changes color (coloring) by selectively reacting with a detection target gas such as nitrogen dioxide gas. Also, a storage sensor for detecting an ultra-small nitrogen dioxide gas that is inexpensive and can be carried by an individual has been developed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).

これらのガス濃度測定に用いられる蓄積型センサのうち、特に濾紙などを用いたシート状のガス検知体は、主に1日間の個人のガス曝露量を検知するものであり、オゾン殺菌などでオゾンガスを利用する特殊作業従事者の曝露量の評価を想定している。このシート状ガス検知体は、平均労働時間8時間で労働基準に定められた蓄積濃度量(濃度基準×時間)で、例えば目視可能に変色(退色)するように設計されている。   Among the accumulation-type sensors used to measure these gas concentrations, the sheet-shaped gas detector using filter paper, etc., mainly detects the amount of personal gas exposure for one day. Assume the evaluation of the exposure of special workers who use. This sheet-like gas detector is designed to discolor (discolor), for example, so as to be visually observable at an accumulated concentration amount (concentration standard × time) determined in the labor standard with an average working time of 8 hours.

オゾンガス(二酸化窒素ガスも同様)の測定に際しては、ガス検知体を備えたガス濃度測定器を測定環境下に一定時間曝すと、ガス検知体の曝露部が空気中に含まれているオゾンガスによって曝露されることにより変色(退色)する。この変色の度合いは、特定のガスの濃度と測定時間とによって決まる。すなわち、オゾンガスの濃度が濃い場合は、短時間でも著しく変色し、濃度が薄い場合は変色するのに長時間を要する。そして、この変色した色とカラーチャートに示されているオゾン濃度に対応した色見本とを見比べ、ガス濃度の目盛を読み取ることにより、オゾンガスの濃度を測定している。   When measuring ozone gas (as well as nitrogen dioxide gas), if a gas concentration meter equipped with a gas detector is exposed to the measurement environment for a certain period of time, the exposed part of the gas detector is exposed to ozone gas contained in the air. As a result, the color changes (discolors). The degree of this color change is determined by the concentration of the specific gas and the measurement time. That is, when the concentration of ozone gas is high, the color changes remarkably even in a short time, and when the concentration is low, it takes a long time to change color. Then, the concentration of ozone gas is measured by comparing the discolored color with a color sample corresponding to the ozone concentration shown in the color chart and reading the scale of the gas concentration.

しかしながら、オゾンガスの曝露による人体へのリスクは、フロンガス等のオゾン層破壊物質によって成層圏オゾンが破壊もしくはオゾン層が薄くなった結果、地表に到達する紫外線が強くしかも外気温が氷点下にも達し得る高緯度地域において高いと考えられている。また、自動車、工場等から排出されるNOxや炭化水素(HC)が強い日照と高い気温によって光化学反応を起こすことにより光化学オキシダント(Ox;オゾンが主成分)が生成されるため、外気温度が40℃にも達する低緯度地域においても人体へのリスクが高いと考えられている。このため、高緯度地域と低緯度地域において、環境中のオゾン濃度を個人や家庭レベルで検知することができるオゾンガス濃度測定器の提供が要請されてきている。   However, the risk to the human body due to exposure to ozone gas is that the stratospheric ozone is destroyed or the ozone layer is thinned by ozone layer depleting substances such as chlorofluorocarbon gas, so that the ultraviolet rays that reach the ground surface are strong and the outside temperature can reach even below freezing point. It is considered high in the region. In addition, since NOx and hydrocarbons (HC) emitted from automobiles, factories, etc. cause photochemical reaction due to strong sunlight and high temperature, photochemical oxidants (Ox; ozone is the main component) are generated, so the outside air temperature is 40 It is considered that the risk to the human body is high even in low-latitude areas that reach ℃. For this reason, in high latitude regions and low latitude regions, it has been requested to provide an ozone gas concentration measuring device that can detect the ozone concentration in the environment at an individual or household level.

特開2004−144729号公報JP 2004-144729 A WO2006/016623(PCT/JP2005/014689)号公報WO 2006/016623 (PCT / JP2005 / 014689) 特開平09−274032号公報JP 09-274032 A 特開2000−081426号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-081426

ところで、特定のガスとの選択的な化学反応により退色または発色する有機系色素の退色速度(または発色速度)は、測定環境の温度によって決まる。   By the way, the fading speed (or coloring speed) of an organic dye that fades or develops color by a selective chemical reaction with a specific gas depends on the temperature of the measurement environment.

図14に有機系色素の退色(または発色)の反応速度の温度依存性を示す。
図14では横軸に温度の逆数をとったアレニウスプロットを示し、縦軸に退色(あるいは発色)の反応速度を示している。この図より判るように、高温になるほど退色の反応速度は速くなり、低温になるほど反応速度は遅くなる。
FIG. 14 shows the temperature dependence of the reaction rate of fading (or color development) of organic dyes.
FIG. 14 shows an Arrhenius plot with the reciprocal of temperature on the horizontal axis, and the reaction rate of fading (or color development) on the vertical axis. As can be seen from this figure, the reaction rate of fading increases as the temperature increases, and the reaction rate decreases as the temperature decreases.

一般的に、化学反応の速度は、活性化エネルギによって決まり、温度が10℃異なると、反応速度は2〜3倍異なる。このため、室温(約20℃を想定)動作で8時間で退色(あるいは発色)するように設計されたガス検知体を備えたガス濃度測定器を、寒冷地(例えば、0℃を想定)で使用すると、多孔体内部で起こる化学反応は非常に遅くなる。逆に暑熱地(例えば、40℃を想定)で使用すると化学反応は非常に速くなる。このため、従来は同じガス濃度測定器を用いてガス濃度を測定しても、測定地域の周囲温度によってガス濃度の測定値が異なってしまい、ガス濃度測定器としての信頼性が低く、使用地域が温暖地に制約されるという問題があった。   In general, the rate of chemical reaction depends on the activation energy, and when the temperature differs by 10 ° C., the reaction rate differs by a factor of 2-3. For this reason, a gas concentration measuring device equipped with a gas detector designed to fade (or develop color) in 8 hours at room temperature (assuming about 20 ° C.) is operated in a cold region (for example, assuming 0 ° C.). When used, the chemical reaction that takes place inside the porous body is very slow. On the other hand, when used in a hot place (for example, assuming 40 ° C.), the chemical reaction becomes very fast. For this reason, even if the gas concentration is measured using the same gas concentration measuring instrument, the measured value of the gas concentration differs depending on the ambient temperature of the measurement area, and the reliability as the gas concentration measuring instrument is low, and the area where it is used. However, there was a problem that it was constrained by warm regions.

本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、寒冷地や暑熱地であっても周囲温度に影響されることなくガス濃度を高精度に測定することができるガス濃度測定器を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the object of the present invention is to measure the gas concentration with high accuracy without being affected by the ambient temperature even in cold or hot areas. An object of the present invention is to provide a gas concentration measuring device capable of performing the above.

上記目的を達成するために本発明は、特定のガスに反応して変色する曝露部を有するガス検知体と、このガス検知体の温度を一定に保つ蓄熱体と、この蓄熱体と前記ガス検知体を収納する断熱容器とを備え、前記蓄熱体を大気圧下であって一定の温度範囲内において潜熱によって相変化する相変化物質と、この相変化物質を収納する金属製の容器とで構成し、前記ガス検知体を前記金属製の容器の表面に密着させた状態で前記断熱容器内に収納し、前記断熱容器に前記ガス検知体の曝露部を外部に露呈させる開口部分を設けたものである。   To achieve the above object, the present invention provides a gas detector having an exposed portion that changes color in response to a specific gas, a heat storage body that keeps the temperature of the gas detector constant, the heat storage body, and the gas detection body. A heat insulating container for storing the body, and the heat storage body is composed of a phase change material that changes its phase due to latent heat within a certain temperature range under atmospheric pressure, and a metal container that stores the phase change material. The gas detector is housed in the heat insulating container in close contact with the surface of the metal container, and the heat insulating container is provided with an opening for exposing the exposed portion of the gas detector to the outside. It is.

また、本発明は、特定のガスに反応して変色する曝露部を有するガス検知体と、このガス検知体の温度を一定に保つ蓄熱体と、この蓄熱体と前記ガス検知体を収納する断熱容器とを備え、前記蓄熱体を大気圧下であって一定の温度範囲内において潜熱によって相変化する相変化物質と、この相変化物質を収納する金属製の容器とで構成し、前記断熱容器を、窓を有し前記金属製の容器と前記ガス検知体を収納するプラスチック製の容器と、前記窓に対応して開口部を有し前記プラスチック製の容器を収納する断熱材製の容器とで構成し、前記ガス検知体を前記金属製の容器と前記プラスチック製の容器との隙間に、前記金属製の容器に密着させた状態で配置して前記曝露部を前記窓および前記開口部から断熱容器の外部に露呈させたものである。   The present invention also provides a gas detector having an exposed portion that changes color in response to a specific gas, a heat storage body that keeps the temperature of the gas detector constant, and heat insulation that houses the heat storage body and the gas detector. The heat storage body is constituted by a phase change material that changes phase due to latent heat in a certain temperature range under atmospheric pressure, and a metal container that stores the phase change material, and the heat insulating container. A plastic container that has a window and houses the metal container and the gas detector, and a heat insulating material container that has an opening corresponding to the window and houses the plastic container; The gas detector is disposed in a gap between the metal container and the plastic container in a state of being in close contact with the metal container, and the exposed portion is disposed from the window and the opening. Exposed outside the insulated container .

また、本発明は、前記相変化物質が固体から液体、液体から固体、液体から気体、気体から液体、固体から気体、および気体から固体に相変化する物質のうちのいずれか1つである。   According to the present invention, the phase change substance is any one of a substance that changes phase from solid to liquid, liquid to solid, liquid to gas, gas to liquid, solid to gas, and gas to solid.

また、本発明は、前記金属製の容器を密閉構造とし、前記相変化物質が固体または粉体からなり、その融解熱によりガス検知体の温度を一定に保つものである。   According to the present invention, the metal container has a sealed structure, and the phase change material is made of solid or powder, and the temperature of the gas detector is kept constant by the heat of fusion.

また、本発明は、前記金属製の容器を密閉構造とし、前記相変化物質が液体からなり、その凝固熱によりガス検知体の温度を一定に保つものである。   In the present invention, the metal container has a sealed structure, and the phase change material is made of a liquid, and the temperature of the gas detector is kept constant by heat of solidification.

また、本発明は、前記相変化物質が液体からなり、その気化熱によりガス検知体の温度を一定に保ち、前記金属製の容器に前記相変化物質を吸い上げて容器外部に蒸散させる蒸散部を設けたものである。   Further, the present invention provides a transpiration unit in which the phase change material is a liquid, the temperature of the gas detector is kept constant by the heat of vaporization, and the phase change material is sucked into the metal container and evaporated to the outside of the container. It is provided.

また、本発明は、前記相変化物質が固体からなり、その昇華熱によりガス検知体の温度を一定に保ち、前記金属製の容器に内圧が一定値以上に高くなると外部に逃がす減圧弁を設けたものである。   In addition, the present invention provides a pressure reducing valve that keeps the temperature of the gas detector constant by the sublimation heat of the phase change material and releases it to the outside when the internal pressure becomes higher than a certain value. It is a thing.

また、本発明は、前記相変化物質を、n−パラフィン系炭化水素、有機化合物、香料を溶解した有機溶媒、水和物あるいは相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物のうちのいずれか1つとしたものである。   In the present invention, the phase change material may be an n-paraffin hydrocarbon, an organic compound, an organic solvent in which a fragrance is dissolved, a hydrate or a supercooling inhibitor added with a phase separation inhibitor. Any one of the hydrates added.

また、本発明は、前記蓄熱体が、前記相変化物質がマイクロカプセルに収納され、粉体としての前記マイクロカプセルを金属製の容器に充填することで構成されているものである。   In the present invention, the heat storage body is configured such that the phase change material is housed in a microcapsule and the microcapsule as a powder is filled in a metal container.

また、本発明は、前記マイクロカプセルが樹脂被覆されることにより蓄熱板を形成しており、その表面に金属膜が形成されているものである。   In the present invention, a heat storage plate is formed by coating the microcapsules with a resin, and a metal film is formed on the surface thereof.

また、本発明は、前記相変化物質を、n−エイコサン、n−ノナデカン、n−オクタデカン、n−ヘプタデカン、n−ヘキサデカン、n−ペンタデカン、n−テトラデカン、およびn−トリデカンからなる群より選択される少なくとも1種のパラフィン系炭化水素としたものである。   In the present invention, the phase change substance is selected from the group consisting of n-eicosane, n-nonadecane, n-octadecane, n-heptadecane, n-hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane, and n-tridecane. And at least one paraffinic hydrocarbon.

また、本発明は、前記水和物または相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物が、水和塩化カルシウム、含水硝酸リチウム、硫酸ナトリウム・十水和物(グラウバー塩)、水和炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム・十二水和物、硝酸亜鉛・六水和物、臭化カルシウム・六水和物、硫酸亜鉛・七水和物、臭化鉄・六水和物のうちのいずれか1つとしたものである。   In the present invention, the hydrate or hydrate to which the phase separation inhibitor is added or the hydrate to which the supercooling inhibitor is added is hydrated calcium chloride, hydrated lithium nitrate, sodium sulfate / dehydrated water. Japanese (Glauber salt), hydrated sodium carbonate, disodium hydrogen phosphate dodecahydrate, zinc nitrate hexahydrate, calcium bromide hexahydrate, zinc sulfate heptahydrate, odor Any one of iron and hexahydrate.

また、本発明は、前記有機化合物または香料を溶解した有機溶媒が、トリミリスティン、パルミチン酸メチル、カプリン酸(デカン酸)、d体−乳酸、グリセリン(グリセロール)、酢酸、カプリル酸(オクタン酸)、エチレンジアミン、蟻酸、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、n−ブタン、1−ペンテン、アセトアルデヒド、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレンオキシド、R11、R21、ジクロロメタン、塩化カルボニル、R114、ラウリン酸、p−ニトロフェノール、o−ニトロアニリン、ε−カプロラクタムのうちのいずれか1つとしたものである。   In the present invention, the organic solvent in which the organic compound or fragrance is dissolved is trimyristin, methyl palmitate, capric acid (decanoic acid), d-form-lactic acid, glycerin (glycerol), acetic acid, caprylic acid (octanoic acid). ), Ethylenediamine, formic acid, n-pentane, isopentane, neopentane, n-butane, 1-pentene, acetaldehyde, ethyl methyl ether, diethyl ether, ethylene oxide, R11, R21, dichloromethane, carbonyl chloride, R114, lauric acid, p-nitro One of phenol, o-nitroaniline, and ε-caprolactam is used.

また、本発明は、前記金属製の容器を銅、アルミニウム、銀、タングステン、亜鉛のうちのいずれか1つで製作し、内面に耐食性の保護膜をコーティングし、さらに熱伝導率の良い金属の小片ないしは略球状微粒子または繊維状微粒子を容器内に充填したものである。   In the present invention, the metal container is made of any one of copper, aluminum, silver, tungsten, and zinc, and an inner surface is coated with a corrosion-resistant protective film, and further, a metal having good thermal conductivity. The container is filled with small pieces or substantially spherical fine particles or fibrous fine particles.

また、本発明は、充填する微粒子をアルミナ微粒子、シリカ微粒子のうちのいずれか1つとしたものである。   In the present invention, the fine particles to be filled are any one of alumina fine particles and silica fine particles.

また、本発明は、前記耐食性の保護膜をプラスチック、ガラスまたはフッ素樹脂の表面コート膜としたものである。   In the present invention, the corrosion-resistant protective film is a surface coat film of plastic, glass, or fluororesin.

また、本発明は、前記断熱材製の容器の開口部が形成されている面に、特定のガスの濃度に対応した色を示すカラーチャートが表示されたシートを貼着したものである。   Moreover, this invention sticks the sheet | seat on which the color chart which shows the color corresponding to the density | concentration of specific gas was displayed on the surface in which the opening part of the container made from the said heat insulating material is formed.

さらに、本発明は、前記蒸散部を金属製の容器に設けた蒸散用孔と、この蒸散用孔に挿通され一端が容器外部に突出する吸液性の蒸散部材とで構成したものである。   Further, according to the present invention, the transpiration portion is constituted by a transpiration hole provided in a metal container, and a liquid-absorbing transpiration member inserted into the transpiration hole and protruding at one end to the outside of the container.

本発明においては、蓄熱保温材として固体(粉体)、液体または気体からなる相変化物質を用い、その相変化中(状態変化中)の潜熱(融解熱、凝固熱、昇華熱、蒸発(気化)熱、または凝縮熱)を利用して金属製の容器内の温度を一定に保ち、この温度を金属製の容器とプラスチック製の容器との隙間に介装したガス検知体に金属製の容器からの熱伝導によって導き、ガス検知体の温度を一定に保つようにしたので、周囲温度が高い暑熱地や低い寒冷地であっても、ガス検知体の曝露部に含まれている色素の特定のガスに対する反応速度が速くなったり、遅くなったりせず、正確に測定することができる。   In the present invention, a phase change material consisting of solid (powder), liquid or gas is used as a heat storage and heat retaining material, and latent heat (melting heat, solidification heat, sublimation heat, evaporation (vaporization) during the phase change (during state change). ) Heat or condensation heat) is used to keep the temperature inside the metal container constant, and this temperature is kept in the gap between the metal container and the plastic container. Since the temperature of the gas detector is kept constant by conducting heat from the heat source, the pigment contained in the exposed area of the gas detector is identified even in hot and cold areas where the ambient temperature is high. It is possible to measure accurately without increasing or decreasing the reaction rate with respect to the gas.

固体から液体に相変化する物質は、融解熱を吸収することでガス検知体の温度を一定に保つから、暑熱地での使用に適している。液体から固体に相変化する物質は凝固熱を放出することでガス検知体の温度を一定に保つから、寒冷地での使用に適している。固体から液体に相変化する物質と液体から固体に相変化する物質は、体積変化が少ないために、金属製の容器を密閉構造にすると、相変化物質の消耗を少なくすることができる。   A substance that changes in phase from a solid to a liquid absorbs heat of fusion and keeps the temperature of the gas detector constant, so that it is suitable for use in hot areas. A substance that changes in phase from a liquid to a solid releases heat of solidification to keep the temperature of the gas detector constant, and is therefore suitable for use in cold regions. Since the volume change of the substance that changes phase from solid to liquid and the substance that changes phase from liquid to solid are small, the consumption of the phase change substance can be reduced if the metal container has a sealed structure.

液体から気体に相変化する物質は、蒸発熱(気化熱)を吸収することでガス検知体を一定温度に保持するために、暑熱地での使用に適している。蒸散部は液体を蒸散させて容器外部に逃がし、容器内の圧力上昇による容器の破損を防止する。   A substance that changes phase from liquid to gas absorbs heat of vaporization (heat of vaporization) to keep the gas detector at a constant temperature, and is therefore suitable for use in hot areas. The transpiration unit evaporates the liquid and releases it to the outside of the container, thereby preventing the container from being damaged due to an increase in pressure inside the container.

固体から気体に相変化する物質は、昇華熱を吸収することでガス検知体の温度を一定に保つから、暑熱地での使用に適している。減圧弁は気化した気体を容器外部に逃がし、容器内の圧力上昇による容器の破損を防止する。   A substance that changes in phase from a solid to a gas is suitable for use in a hot area because it absorbs sublimation heat and keeps the temperature of the gas detector constant. The pressure reducing valve allows the vaporized gas to escape to the outside of the container and prevents the container from being damaged due to an increase in pressure inside the container.

先ず、図1を用いて本発明の動作原理を説明する。
一般に、相変化物質(Phase Change Materials:以下、PCMと略す)が固体(または粉末状)、液体または気体に相変化する際には、潜熱(もっと一般には転移熱)と呼ばれる物質の結合状態を変化させるために、温度を変化(上昇あるいは降下)させることなく吸収(あるいは放出)される熱エネルギが必要である。PCMが固相(または液相)状態から液相(または固相)状態に変わる際には、融解(または凝固)の潜熱が必要とされ、その間、圧力など状態値が指定されれば、PCMの温度(転移点、転移温度とも呼ぶ)は融点(または凝固点)と呼ばれる一定温度に固定される。融解(または凝固)の潜熱がやり取りされる間は、固−液の共存相が実現している。固相のPCMが全て液化すると、加えた熱量に比例してPCMの温度は上昇し、沸点に達するとPCMが液相状態から気相状態に変わる。このとき、気化(蒸発)のための潜熱(気化熱あるいは蒸発熱)が必要とされ、その間の温度も沸点に固定される。逆に、PCMが気相状態から液相状態に変わる際には、凝縮(液化)の潜熱(凝縮熱)を放出し、その際の温度も沸点に固定される。
First, the operation principle of the present invention will be described with reference to FIG.
In general, when a phase change material (hereinafter abbreviated as PCM) changes to a solid (or powder), liquid, or gas phase, the bonding state of the substance called latent heat (more commonly, transition heat) is changed. In order to change, thermal energy that is absorbed (or released) without changing (increasing or decreasing) the temperature is required. When PCM changes from a solid phase (or liquid phase) to a liquid phase (or solid phase), a latent heat of melting (or solidification) is required. Is fixed at a constant temperature called a melting point (or freezing point). While the latent heat of melting (or solidification) is exchanged, a solid-liquid coexisting phase is realized. When all of the solid phase PCM is liquefied, the temperature of the PCM rises in proportion to the amount of heat applied, and when reaching the boiling point, the PCM changes from the liquid phase state to the gas phase state. At this time, latent heat (vaporization heat or evaporation heat) for vaporization (evaporation) is required, and the temperature therebetween is also fixed at the boiling point. Conversely, when PCM changes from a gas phase state to a liquid phase state, latent heat (condensation heat) of condensation (liquefaction) is released, and the temperature at that time is also fixed at the boiling point.

また、PCMが固相状態から直接気相状態に変わる(あるいはその逆の)昇華過程では、昇華の潜熱(昇華熱)が必要とされ(あるいは放出され)、その間、PCM(この場合、固相部分)の温度は昇華点に固定される。物質固有の三重点以下の圧力においては液相が存在しないため、蒸発や凝縮、融解や凝固は起こらない。このため昇華過程が起こる。また、臨界点以上の圧力では気相と液相の相違がなくなり、単一の相しか存在しない。   In addition, in the sublimation process in which PCM changes directly from the solid phase to the gas phase (or vice versa), sublimation latent heat (sublimation heat) is required (or released), while PCM (in this case, solid phase) The temperature of the part) is fixed at the sublimation point. Since there is no liquid phase at a pressure below the intrinsic triple point of the substance, evaporation, condensation, melting and solidification do not occur. This causes a sublimation process. At pressures above the critical point, there is no difference between the gas phase and the liquid phase, and there is only a single phase.

一般に、物質の三態間の状態変化は第一種相転移であり、融点、沸点などの転移温度は圧力により変化する。いずれにせよ、極めて大量の転移熱と呼ばれる熱エネルギが、この相変化との関連(すなわち、固相から液相への変化、液相から気相への変化、または固相から気相への変化)でPCMにより吸収される。相変化には大量の転移熱が必要であり、その相転移の過程で大量の熱エネルギが吸収されるにも拘わらず、この相転移の間、PCMの温度は変化せず一定に保持される。   In general, a change in state between three states of a substance is a first-type phase transition, and transition temperatures such as a melting point and a boiling point change with pressure. In any case, a very large amount of heat energy, called transition heat, is associated with this phase change (i.e. change from solid phase to liquid phase, change from liquid phase to gas phase, or from solid phase to gas phase). Change) is absorbed by PCM. A large amount of heat of transition is required for the phase change, and the temperature of the PCM remains unchanged during this phase transition, even though a large amount of heat energy is absorbed during the phase transition process. .

本発明は、大気圧下であって一定の温度範囲内においてPCMがその相状態を変化させる際に、転移熱を吸収あるいは放出することを利用して、PCMに熱接触しているガス検知体の温度がPCMの転移点と総称される一定値に固定または保持されることを基本原理とする。ここで、一定の温度範囲内とは、本ガス濃度測定器が用いられる環境の温度、具体的には寒冷地においては、−20℃〜5℃程度の範囲、暑熱地においては35℃〜50℃程度の範囲を想定している。   The present invention relates to a gas detector that is in thermal contact with PCM by utilizing the absorption or release of transition heat when the PCM changes its phase state within a certain temperature range under atmospheric pressure. The basic principle is that the temperature is fixed or held at a constant value collectively referred to as a PCM transition point. Here, “within a certain temperature range” means the temperature of the environment in which the present gas concentration measuring apparatus is used, specifically, a range of about −20 ° C. to 5 ° C. in a cold region, and 35 ° C. to 50 ° C. in a hot region. The range of about ℃ is assumed.

その場合、本発明において利用される相変化(状態変化)には以下の三種類が考えられる。
(1)PCMが固相(あるいは液相)から液相(あるいは固相)に変化する際に融解熱(あるいは凝固熱)を吸収(あるいは放出)するために、PCMの温度が融点(凝固点)に固定されることを利用する方式
In that case, the following three types of phase changes (state changes) used in the present invention can be considered.
(1) When the PCM changes from the solid phase (or liquid phase) to the liquid phase (or solid phase), the temperature of the PCM is the melting point (freezing point) in order to absorb (or release) the heat of fusion (or heat of solidification). Method that uses fixed to

(2)PCMが液相(あるいは気相)から気相(あるいは液相)に変化する際に蒸発熱または気化熱(あるいは凝縮熱)を吸収(あるいは放出)するために、PCMの温度が沸点に固定されることを利用する方式 (2) When the PCM changes from the liquid phase (or gas phase) to the gas phase (or liquid phase), the PCM temperature absorbs (or releases) heat of evaporation or heat of vaporization (or heat of condensation). Method that uses fixed to

(3)PCMが固相(あるいは気相)から気相(あるいは固相)に変化する際に昇華熱(あるいは凝固熱)を吸収(あるいは放出)するために、PCMの温度が昇華点に固定されることを利用する方式 (3) The temperature of the PCM is fixed at the sublimation point in order to absorb (or release) sublimation heat (or solidification heat) when the PCM changes from the solid phase (or gas phase) to the gas phase (or solid phase). Method to be used

前記(1)の固相から液相に相変化するPCMは融解熱を吸収する。他方、液相から固相に相変化するPCMは、凝固熱を放出する。これらのPCMは、体積変化が僅かであるので、PCMを収容する容器について強い制約を受けない。したがって、容器を密閉構造とすることができる。また、密閉構造にすればPCMの量は不変であるので、PCMが消耗されないという意味で長期間の利用が可能で最も実用的である。   The PCM (1) that changes from a solid phase to a liquid phase absorbs heat of fusion. On the other hand, PCM that changes phase from a liquid phase to a solid phase releases heat of solidification. Since these PCMs have a small volume change, they are not subject to strong restrictions on the containers that contain the PCMs. Therefore, the container can have a sealed structure. In addition, since the amount of PCM does not change if a sealed structure is used, it can be used for a long time in the sense that the PCM is not consumed, and is most practical.

PCMが固相から液相に変化する間に融解潜熱を吸収しているときは、PCMに熱接触しているガス検知体から熱を奪うので、ガス検知体については冷却が行われる。すなわち、固体から液体に相変化するPCMを用いた場合は、ガス検知体が融解潜熱によって冷却され一定温度に保持されるため、暑熱地で使用して好適である。   When the latent heat of fusion is absorbed while the PCM changes from the solid phase to the liquid phase, heat is taken from the gas detector that is in thermal contact with the PCM, so that the gas detector is cooled. That is, when PCM that changes phase from a solid to a liquid is used, the gas detector is cooled by the latent heat of fusion and kept at a constant temperature, and thus is suitable for use in a hot area.

逆に、PCMが液相から固相に変化する間に凝固熱を放出しているときは、PCMに熱接触しているガス検知体が凝固熱により加熱される。すなわち、液体から固体に相変化するPCMを用いた場合は、PCMが凝縮熱を放出してガス検知体を暖め一定温度に保持するため寒冷地で使用して好適である。なお、本発明の後述する第1、第2の実施の形態は、この液体から固体に相変化するPCMを用いたガス濃度測定器に関するものである。   Conversely, when the solidification heat is released while the PCM changes from the liquid phase to the solid phase, the gas detector in thermal contact with the PCM is heated by the solidification heat. That is, when PCM that changes phase from a liquid to a solid is used, the PCM releases heat of condensation to warm the gas detector and keep it at a constant temperature, which is suitable for use in cold regions. The first and second embodiments to be described later of the present invention relate to a gas concentration measuring device using PCM that changes phase from a liquid to a solid.

前記(2)の液相から気相に相変化する際気化熱を吸収するPCMの場合、PCMを蒸散部材を含む蒸散部によって容器外部に蒸発または蒸散させる必要がある。この場合は、PCMの量が使用にともない消費されていくので、長期間の利用はできないが、限定された期間であれば、蒸発の際の沸点に温度を固定することが可能である。また、この場合は、PCMが気化熱を吸収する分、PCMに熱接触しているガス検知体から熱を奪い、ガス検知体の温度を一定温度に保持するので、暑熱地で使用して好適である。なお、本発明の後述する第3の実施の形態は、この液体から気体に相変化するPCMを用いたガス濃度測定器に関するものである。   In the case of the PCM that absorbs the heat of vaporization when the phase is changed from the liquid phase to the gas phase in (2), it is necessary to evaporate or evaporate the PCM to the outside of the container by the evaporating part including the evaporating member. In this case, since the amount of PCM is consumed as it is used, it cannot be used for a long period of time, but the temperature can be fixed at the boiling point during evaporation within a limited period. In this case, since the PCM absorbs the heat of vaporization, it takes heat from the gas detector in thermal contact with the PCM and keeps the temperature of the gas detector at a constant temperature. It is. The third embodiment to be described later of the present invention relates to a gas concentration measuring device using PCM that changes phase from this liquid to a gas.

一方、気相から液相に相変化するPCMを用いた場合は、気相から液相へ変化する際に凝縮熱を放出し、この凝縮熱によってガス検知体の温度を一定に保持するため、寒冷地で使用して好適である。ただし、この場合は、予めPCMを容器に加圧注入する必要があるので耐圧容器を必要とする。   On the other hand, when using PCM that changes phase from the gas phase to the liquid phase, the heat of condensation is released when changing from the gas phase to the liquid phase, and the temperature of the gas detector is kept constant by this condensation heat. Suitable for use in cold regions. However, in this case, since it is necessary to pressurize and inject PCM into the container in advance, a pressure resistant container is required.

前記(3)の固相から気相に相変化するPCMを用いた場合は、固相から気相へ変化する際に昇華熱を吸収する現象を利用する。昇華の際にはPCMの体積膨張が大きいので、PCMを収納する容器については密閉構造とすることができず、減圧弁などを用いて内圧を逃がすことが必要である。さらに、この場合は、PCMが昇華熱を吸収する分、熱接触しているガス検知体より熱を奪い、ガス検知体の温度を一定温度に保持するので、暑熱地で使用して好適である。また、このPCMも液体から気体に相変化するPCMと同様に、PCMの量は、使用にともない消費されていくので、長期間の利用はできない。しかし、限定された期間であれば、昇華の際の転移点(昇華点)に温度を固定することが可能である。なお、本発明の第4の実施の形態は、この固体から気体に相変化するPCMを用いたガス濃度測定器に関するものである。   When the PCM that changes phase from the solid phase to the gas phase is used, the phenomenon of absorbing sublimation heat when changing from the solid phase to the gas phase is used. Since the volume expansion of PCM is large during sublimation, the container for storing PCM cannot have a sealed structure, and it is necessary to release the internal pressure using a pressure reducing valve or the like. Furthermore, in this case, since the PCM absorbs sublimation heat, it takes heat away from the gas detector that is in thermal contact, and keeps the temperature of the gas detector at a constant temperature. . Also, this PCM is not used for a long period of time because the amount of PCM is consumed with use in the same manner as PCM that changes phase from liquid to gas. However, the temperature can be fixed at the transition point (sublimation point) during sublimation within a limited period. The fourth embodiment of the present invention relates to a gas concentration measuring device using PCM that changes phase from a solid to a gas.

一方、気相から固相に相変化するPCMを用いた場合は、気相から固相へ変化する際に放出される凝固熱によってガス検知体の温度を一定に保持するため、寒冷地で使用して好適である。ただし、この場合は予め気体状態のPCMを圧縮により固化可能な状態にして容器に充填する必要があるので、圧縮装置と耐圧容器を必要とする。   On the other hand, when PCM that changes phase from gas phase to solid phase is used, the temperature of the gas detector is kept constant by the heat of solidification released when changing from gas phase to solid phase. It is preferable. However, in this case, since it is necessary to fill the container with PCM in a gaseous state that can be solidified by compression in advance, a compression device and a pressure vessel are required.

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図2は本発明をオゾンガス濃度測定器に適用した第1の実施の形態を示す分解斜視図、図3は図2のIII −III 線断面図である。本実施の形態は、液体状態の相変化物質が固化する際に凝固熱を利用した寒冷地で使用して好適なオゾンガス濃度測定器に適用した例を示す。全体を参照符号1で示すオゾンガス濃度測定器は、ガス検知体2と、このガス検知体2の温度を一定に保持するために用いられる蓄熱体Aと、この蓄熱体Aと前記ガス検知体2を収納する断熱容器Bとを備えている。なお、蓄熱体Aと断熱容器Bは、蓄熱保温体を構成している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
2 is an exploded perspective view showing a first embodiment in which the present invention is applied to an ozone gas concentration measuring device, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. This embodiment shows an example in which the present invention is applied to an ozone gas concentration measuring device that is suitable for use in a cold district that uses heat of solidification when a phase change material in a liquid state is solidified. An ozone gas concentration measuring device generally indicated by reference numeral 1 includes a gas detector 2, a heat storage body A used to keep the temperature of the gas detector 2 constant, and the heat storage body A and the gas detector 2. And a heat insulating container B for storing. In addition, the thermal storage body A and the heat insulation container B comprise the thermal storage thermal insulation body.

前記ガス検知体2は、特定のガスであるオゾンガスと選択的に反応して変色(退色または発色)する有機系色素を、多孔質ガラスまたは濾紙等のセルロース系を含むシート状の多孔質担体6の所望の箇所に含浸させることにより形成されており、有機系色素を含浸された部分がオゾンガスに曝露されると変色する曝露部7を構成している。曝露部7は、例えば有機系インジゴ環を含む色素と、保湿剤と、酸もしくは酸性領域に緩衝作用がある緩衝溶液を担持させることにより形成することができる。なお、本実施の形態においては、有機系色素としてインジゴ環を含む色素を用い、曝露部7を多孔質担体6の中央に形成した例を示したが、これに限らず略全面に形成してもよい。   The gas detector 2 is a sheet-like porous carrier 6 containing an organic dye that selectively reacts with ozone gas, which is a specific gas, and discolors (discolors or develops color), such as porous glass or filter paper. The exposed portion 7 is formed by impregnating a desired portion of the material, and the portion impregnated with the organic dye is discolored when exposed to ozone gas. The exposed portion 7 can be formed, for example, by supporting a dye containing an organic indigo ring, a humectant, and a buffer solution having a buffering action in an acid or acidic region. In the present embodiment, an example in which a dye containing an indigo ring is used as an organic dye and the exposed portion 7 is formed at the center of the porous carrier 6 is shown. Also good.

このようなガス検知体2によれば、大気中に含まれている低い濃度(ppbオーダー)のオゾンガスを、インジゴ環を有する色素のオゾンガスによる分解に対応した退色反応またはインジゴ環を有する色素がオゾンガスによる分解の結果生じた分解生成物を原因とする発色反応として検知することができる。   According to such a gas detector 2, a low concentration (ppb order) ozone gas contained in the atmosphere is converted into ozone gas from a fading reaction corresponding to decomposition of the pigment having an indigo ring by ozone gas or a pigment having an indigo ring. It can be detected as a color reaction caused by a decomposition product generated as a result of decomposition by the above.

インジゴ環を有する色素としては、例えばインジゴ、インジゴカルミンナトリウム塩、インジゴカルミンカリウム塩、インジゴレッドなどを用いることが好適である。保湿剤としては、グリセリン、エチレングリコールなどを用いることが好適である。酸としては、酢酸、リン酸、酒石酸などを用いることが好適である。緩衝溶液としては、pHが1〜4、好ましくは2〜3、さらに好ましくは3〜4の範囲で緩衝作用がある緩衝溶液、例えば酢酸と酢酸ナトリウム、もしくはリン酸とリン酸二水素ナトリウム、もしくは酒石酸と酒石酸ナトリウムからなる緩衝溶液が用いられる。   As the pigment having an indigo ring, for example, indigo, indigo carmine sodium salt, indigo carmine potassium salt, indigo red and the like are preferably used. As the humectant, glycerin, ethylene glycol or the like is preferably used. As the acid, it is preferable to use acetic acid, phosphoric acid, tartaric acid and the like. As the buffer solution, a buffer solution having a buffering action in the range of pH 1-4, preferably 2-3, more preferably 3-4, such as acetic acid and sodium acetate, or phosphoric acid and sodium dihydrogen phosphate, or A buffer solution consisting of tartaric acid and sodium tartrate is used.

ガス検知体2の具体的な作製に際しては、容器内に例えば、0.06gのインジゴカルミンと、酸としての3.0gのクエン酸と、保湿剤としての15gのグリセリンとを入れ、これらに水を所定量加えることにより、インジゴカルミンを溶解させて調整し、50gの検知溶液を作製する。   In the specific production of the gas detector 2, for example, 0.06 g of indigo carmine, 3.0 g of citric acid as an acid, and 15 g of glycerin as a moisturizer are placed in a container, and water is added to these. Is added to dissolve indigo carmine to prepare 50 g of detection solution.

次に、この検知溶液中にセルロース濾紙(例えば、アドバンティック社製の濾紙No.2)を一定時間浸漬して取り出した後、セルロース濾紙中に含まれている水分を風乾によって蒸発させる。これにより、曝露部7が藍色のガス検知体2ができあがる。ガス検知体2の大きさは、30×30mm程度で、厚さが1〜2mm程度である。   Next, cellulose filter paper (for example, filter paper No. 2 manufactured by Advantic Co., Ltd.) is dipped in this detection solution and taken out for a predetermined time, and then water contained in the cellulose filter paper is evaporated by air drying. Thereby, the exposure part 7 completes the indigo blue gas detector 2. The size of the gas detector 2 is about 30 × 30 mm, and the thickness is about 1 to 2 mm.

このようにして作製したガス検知体2について、オゾンガス発生器からのオゾンガスを含む被検ガス中に一定時間(例えば、8時間)曝して変色の度合いを肉眼で観察した。被検ガス中のオゾンガスは、ガス検知体2のグリセリンが保持している水分に取り込まれ、その後、インジゴ環を有する色素のC=C2重結合を分解する反応を引き起こす。色素分子の構造と電子状態が変化して可視領域の600nm付近の吸収が変化する。このため、ガス検知体2の曝露部7の色(藍色)は薄く退色する。   The gas detector 2 thus produced was exposed to a test gas containing ozone gas from an ozone gas generator for a certain time (for example, 8 hours), and the degree of discoloration was observed with the naked eye. The ozone gas in the test gas is taken into the water held by the glycerin of the gas detector 2 and then causes a reaction to decompose the C = C double bond of the dye having an indigo ring. The structure and electronic state of the dye molecule change, and the absorption near 600 nm in the visible region changes. For this reason, the color (blue) of the exposed part 7 of the gas detector 2 fades faintly.

一方、インジゴ色素の分解によって生じた分解生成物は可視光領域の波長400nm付近に光の吸収を持つため、曝露部7は黄色に変色(発色反応)し始める。このように、ガス検知体2の曝露部7がオゾンガスによって曝露されると、色素の退色反応と発色反応とが同時に起きるため、オゾン濃度がppbオーダーであっても変色し確実に検知できる。   On the other hand, the decomposition product generated by the decomposition of the indigo dye has light absorption in the vicinity of a wavelength of 400 nm in the visible light region, so that the exposed portion 7 starts to turn yellow (coloring reaction). As described above, when the exposed portion 7 of the gas detector 2 is exposed to ozone gas, the fading reaction and coloring reaction of the dye occur simultaneously, so that even if the ozone concentration is in the ppb order, the color changes and can be detected reliably.

前記蓄熱体Aは、蓄熱保温材3と、この蓄熱保温材3を収納する熱伝導性の良い容器10とで構成される。蓄熱保温材3としては、大気圧下であって一定の温度範囲内において潜熱によって相変化するPCM(以下、PCM3という)が用いられる。熱伝導性の良い容器10としては、熱伝導率の高い金属製の容器(以下、金属製の容器または金属製容器という)が用いられる。   The heat storage body A includes a heat storage and heat insulating material 3 and a container 10 having good thermal conductivity for storing the heat storage and heat insulating material 3. As the heat storage and heat insulating material 3, PCM (hereinafter referred to as PCM3) that undergoes a phase change due to latent heat within a certain temperature range under atmospheric pressure is used. As the container 10 having good thermal conductivity, a metal container having high thermal conductivity (hereinafter referred to as a metal container or a metal container) is used.

前記PCM3は、前記金属製の容器10とともに前記断熱容器Bに収納された状態において転移点よりやや高温の状態に保持されることで液体状態に保持されており、固化するときの凝固熱を放出することにより、ガス検知体2および後述する金属製の容器10を加熱してこれらの温度を一定に保持する。   The PCM 3 is held in a liquid state by being held at a temperature slightly higher than the transition point in the state where it is housed in the heat insulating container B together with the metal container 10, and releases heat of solidification when solidified. By doing so, the gas detector 2 and the metal container 10 described later are heated to keep these temperatures constant.

ここで、PCM3は、ガス検知体2の動作温度として想定される温度範囲に相転移点をもつ物質が選択される。そこで、40℃以下でかつ室温近傍で使用可能な幾つかのPCMの物性値を以下の表1に示す。大きく分類して、PCM3には式Cn2n+2 で示されるn−パラフィン系炭化水素(すなわち、直鎖状炭化水素)、水和塩並びに有機物がある。好ましいパラフィン系炭化水素は、上記式中のnが13から20の範囲にあるものである。PCM3に好適な水和塩としては、水和塩化カルシウム、含水硝酸リチウム、硫酸ナトリウム、・十水和物(グラウバー塩)、水和炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム・十二水和物、硝酸亜鉛・六水和物、臭化カルシウム・六水和物、硫酸亜鉛・七水和物、臭化鉄・六水和物を挙げることができる。また、その他のPCM3に好適な有機物としては、トリミリスティン、パルミチン酸メチル、カプリン酸(すなわち、デカン酸)、d体−乳酸、グリセリン(グリセロール)、酢酸、カプリル酸(すなわち、オクタン酸)、エチレンジアミン、蟻酸を挙げることができる。 Here, as the PCM 3, a substance having a phase transition point in the temperature range assumed as the operating temperature of the gas detector 2 is selected. Table 1 below shows the physical property values of some PCMs that can be used at about 40 ° C. or less and near room temperature. Broadly classified, PCM3 includes n-paraffinic hydrocarbons represented by the formula C n H 2n + 2 (ie, linear hydrocarbons), hydrated salts and organic substances. Preferred paraffinic hydrocarbons are those in which n is in the range of 13 to 20 in the above formula. Hydrated salts suitable for PCM3 include hydrated calcium chloride, hydrous lithium nitrate, sodium sulfate, decahydrate (Glauber salt), hydrated sodium carbonate, disodium hydrogen phosphate twelve hydrate, nitric acid Examples include zinc hexahydrate, calcium bromide hexahydrate, zinc sulfate heptahydrate, and iron bromide hexahydrate. Other organic substances suitable for PCM3 include trimyristin, methyl palmitate, capric acid (ie, decanoic acid), d-form-lactic acid, glycerin (glycerol), acetic acid, caprylic acid (ie, octanoic acid), Examples include ethylenediamine and formic acid.

前記ガス検知体2が有効に動作する温度T1 としては、室温近傍の値、すなわち、7℃から30℃の範囲の温度が必要である。相転移温度が上記条件の範囲内にあるPCM3としては、相転移温度7℃のRT6(パラフィン系物質)、12℃のRT10(パラフィン系物質)、28℃のコンフォテンプ(登録商標)、アウトラスト(登録商標)(パラフィンワックス)等を利用することなどが想定される。 The temperature T 1 at which the gas detector 2 operates effectively requires a value near room temperature, that is, a temperature in the range of 7 ° C. to 30 ° C. PCM3 having a phase transition temperature within the above range includes RT6 (paraffinic material) having a phase transition temperature of 7 ° C, RT10 (paraffinic material) having a phase transition temperature of 7 ° C, Contempemp (registered trademark) having a temperature of 28 ° C, and Outlast. It is assumed that (registered trademark) (paraffin wax) or the like is used.

Figure 2008107091
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前記金属製の容器10は、横長矩形の薄箱型に形成されており、上蓋13に形成したPCM3を注入するための注入口14を金属製のキャップ15によって気密状態となるように閉塞することにより密閉型の容器を形成している。また、金属製の容器10は、収納するPCM3の材質によっては腐食するおそれがあるため、内面全体(好ましくは表面も)にプラスチック、ガラスまたはフッ素樹脂からなる耐食性保護膜がコーティングされている。   The metal container 10 is formed in a horizontally long rectangular thin box shape, and the inlet 14 for injecting the PCM 3 formed in the upper lid 13 is closed with a metal cap 15 so as to be airtight. Thus, a sealed container is formed. Further, since the metal container 10 may corrode depending on the material of the PCM 3 to be stored, the entire inner surface (preferably also the surface) is coated with a corrosion-resistant protective film made of plastic, glass, or fluororesin.

このような金属製の容器10に関しては次の2点を特に考慮することが望ましい。
(1)PCM3との熱の出し入れは、その容器の壁を通って行われるので、この壁とPCM3との間の伝熱特性を十分によくしておく必要がある。例えば、容器壁に熱的にしっかりと結合されたハニカム構造を容器内につくることによって伝達面積を増加させる。また、重力場中で利用するので、PCM3の自然対流を促進させて熱伝達をよくするため、ハニカム構造のコアを鉛直方向に並べる。さらに、PCM素材そのものの熱伝導率の低さを改善するために、熱伝導率の良い金属の小片ないしは略球状微粒子または繊維状微粒子を充填し、これにPCM3を満たすことで、金属製容器10とPCM3とで構成される蓄熱体Aの有効熱伝導率を大きくしてガス検知体2への伝熱促進が図れる。充填剤としては、アルミナ微粒子(直径1mm、密度3880[kg/m3 ]、比熱0.3[kJ/kg・K]、熱伝導率17[W/mK])、あるいはシリカ微粒子(直径1mm、密度2590[kg/m3 ]、比熱0.75[kJ/kg・K]、熱伝導率0.745[W/m・K]などが望ましい。
(2)熱膨張と相変化による多少の体積変化に対処するために、容器には適当な柔軟性をもたせるか、容器壁を強固なものにして圧力上昇に耐えさせる必要がある。そのためにも、PCM3は完全に容器内に詰め込まず、多少の空間を容器内に残して充填することが望ましい。
Regarding such a metal container 10, it is desirable to consider the following two points.
(1) Since heat is taken in and out of the PCM 3 through the wall of the container, it is necessary to sufficiently improve heat transfer characteristics between the wall and the PCM 3. For example, the transmission area is increased by creating a honeycomb structure in the container that is thermally and securely bonded to the container wall. Moreover, since it uses in a gravitational field, in order to promote the natural convection of PCM3 and to improve heat transfer, the core of a honeycomb structure is arranged in a perpendicular direction. Furthermore, in order to improve the low thermal conductivity of the PCM material itself, the metal container 10 is filled by filling a small piece of metal having a good thermal conductivity, or substantially spherical fine particles or fibrous fine particles, and filling this with PCM3. And heat transfer to the gas detector 2 can be promoted by increasing the effective thermal conductivity of the heat storage body A constituted by the PCM 3. As the filler, alumina fine particles (diameter 1 mm, density 3880 [kg / m 3 ], specific heat 0.3 [kJ / kg · K], thermal conductivity 17 [W / mK]), or silica fine particles (diameter 1 mm, A density of 2590 [kg / m 3 ], a specific heat of 0.75 [kJ / kg · K], a thermal conductivity of 0.745 [W / m · K], and the like are desirable.
(2) In order to cope with some volume change due to thermal expansion and phase change, it is necessary to give the container appropriate flexibility or to make the container wall strong to withstand pressure rise. For this purpose, it is desirable that the PCM 3 is not completely filled in the container, but is filled while leaving some space in the container.

上記(1)に記したように、PCM3を収容する金属製の容器10は、PCM3が相変化する際に放出する凝固熱を、容器の壁を介してPCM3と熱接触しているガス検知体2に良好に伝達する必要がある。つまり、良好に熱伝達を行うために、熱伝導率が大きい値をもつ材料で容器10を製作することが必要である。他方、選定されたPCM3を長期保存するためには、PCM3に対して不溶性、耐食性を持つ材料により容器10を構成する必要がある。さらに、上記(2)に記載したように、PCM3が相変化する際の体積変化に耐える強度をもった材料であることが望ましい。そうした材料として、熱伝導の比較的大きな金属を表2に示す。   As described in (1) above, the metal container 10 that accommodates the PCM 3 is a gas detector that is in thermal contact with the PCM 3 through the wall of the container for the solidification heat released when the PCM 3 undergoes a phase change. 2 needs to be transmitted well. That is, in order to perform heat transfer satisfactorily, it is necessary to manufacture the container 10 with a material having a large thermal conductivity. On the other hand, in order to store the selected PCM 3 for a long period of time, it is necessary to configure the container 10 with a material that is insoluble and corrosion resistant to the PCM 3. Furthermore, as described in the above (2), it is desirable that the material has a strength capable of withstanding a volume change when the PCM 3 undergoes a phase change. Table 2 shows metals having a relatively large thermal conductivity as such materials.

Figure 2008107091
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表2によれば、例えば、室温近傍で大きな熱伝導率κ[W/m・K]を持つ銅(κ=386[W/m・K]、20℃)、銀(418[W/m・K]、20℃)(あるいは金(295[W/m・K]、20℃))、あるいはアルミニウム(204[W/m・K]、20℃)などの金属を、容器10の構成材料とすることが考えられる。   According to Table 2, for example, copper having a large thermal conductivity κ [W / m · K] near room temperature (κ = 386 [W / m · K], 20 ° C.), silver (418 [W / m · K). K], 20 ° C.) (or gold (295 [W / m · K], 20 ° C.)) or aluminum (204 [W / m · K], 20 ° C.) as a constituent material of the container 10. It is possible to do.

前記断熱容器Bとしては、前記金属製容器10を収納する断熱性のプラスチック材料からなる容器11(以下、プラスチック製の容器またはプラスチック製容器という)と、このプラスチック製容器11を収納する断熱材製の容器(以下、断熱材製容器ともいう)12とで構成されている。このため、オゾンガス濃度測定器1は、金属製の容器10、プラスチック製の容器11および断熱材製の容器12とからなる三層構造の容器を備えている。   As the heat insulating container B, a container 11 made of a heat insulating plastic material for storing the metal container 10 (hereinafter referred to as a plastic container or a plastic container) and a heat insulating material for storing the plastic container 11 are used. 1 (hereinafter also referred to as a heat-insulating material container) 12. For this reason, the ozone gas concentration measuring device 1 includes a three-layered container including a metal container 10, a plastic container 11, and a heat insulating material container 12.

前記プラスチック製の容器11は、前記金属製の容器10との間にガス検知体2を挟みこみ実装して良好な熱接触を実現するために、金属製の容器10の形状に整合できるように成形可能なプラスチック材料によって横長矩形の薄箱型に製作されている。また、このプラスチック製の容器11は、上方に開放した開放部16を有し、前面板11Aの表面一側寄りには、矩形の窓17が形成されている。この窓17は、ガス検知体2の曝露部7と略同じ大きさを有している。プラスチック製の容器11の底板11Bの中央部には、金属製の容器10を押し出す際に利用される指用穴18が形成されている。   The plastic container 11 can be matched to the shape of the metal container 10 in order to achieve good thermal contact by sandwiching the gas detector 2 between the metal container 10 and mounting. It is manufactured in a horizontally-long rectangular thin box shape using a moldable plastic material. The plastic container 11 has an open portion 16 that opens upward, and a rectangular window 17 is formed near one surface of the front plate 11A. The window 17 has substantially the same size as the exposed portion 7 of the gas detector 2. In the central portion of the bottom plate 11B of the plastic container 11, a finger hole 18 used when the metal container 10 is pushed out is formed.

前記断熱材製の容器12は、上方に開放した容器からなり、前面には曝露用の開口部19が前記プラスチック製の容器11の窓17に対応して形成されるとともにオゾンガスの濃度に対応した色を示すカラーチャート21を表示したシート20が貼着されている。窓17と開口部19は、略同一の大きさを有している。このような断熱材製の容器12は、測定時に金属製の容器10を収納するプラスチック製の容器11が収納された後、上方に開口する開口部22が蓋体23によって閉塞される。蓋体23も断熱材製の容器12と同様な断熱材によって形成されている。   The container 12 made of heat insulating material is a container opened upward, and an opening 19 for exposure is formed on the front surface corresponding to the window 17 of the plastic container 11 and corresponds to the concentration of ozone gas. A sheet 20 displaying a color chart 21 indicating colors is attached. The window 17 and the opening 19 have substantially the same size. In such a heat insulating material container 12, a plastic container 11 that houses a metal container 10 is stored at the time of measurement, and then an opening 22 that opens upward is closed by a lid 23. The lid body 23 is also formed of the same heat insulating material as the heat insulating material container 12.

このような金属製容器10、プラスチック製容器11および断熱材製容器12からなる三層構造の容器において、前記ガス検知体2は、金属製容器10とプラスチック製容器11との間に形成した隙間30に挿入され、曝露部7がプラスチック製容器11の窓17および断熱材製容器12の開口部19から断熱容器Bの外部に臨んでいる。また、このガス検知体2は、蓄熱体Aの熱が良好に伝達されるように金属製容器10の表面に密着した状態で隙間30に挿入されている。なお、ガス検知体2の曝露部7以外の部分は、プラスチック製容器11によって覆われている。   In such a three-layered container including the metal container 10, the plastic container 11, and the heat insulating material container 12, the gas detector 2 has a gap formed between the metal container 10 and the plastic container 11. The exposed portion 7 faces the outside of the heat insulating container B through the window 17 of the plastic container 11 and the opening 19 of the heat insulating container 12. In addition, the gas detector 2 is inserted into the gap 30 in a state of being in close contact with the surface of the metal container 10 so that the heat of the heat storage body A can be satisfactorily transmitted. Note that portions other than the exposed portion 7 of the gas detector 2 are covered with a plastic container 11.

前記シート20は、ガス検知体2のシート状担体6と同一の材質からなり、表面には前記カラーチャート21と、オゾンガスの濃度を表示する0ppb、400ppb、800ppbの目盛24と、オゾンガス濃度測定器1の使用注意書き25が印刷され、かつ表裏面全体がプラスチックコートされている。   The sheet 20 is made of the same material as the sheet-like carrier 6 of the gas detector 2, and has a color chart 21 on its surface, a scale 24 of 0 ppb, 400 ppb and 800 ppb for indicating the concentration of ozone gas, and an ozone gas concentration measuring device. 1 usage warning 25 is printed, and the entire front and back surfaces are plastic-coated.

カラーチャート21は、3つに色区分されており、オゾン濃度がそれぞれ0ppb、400ppb、800ppbにおける色見本21a〜21cで構成されている。オゾン濃度が0ppbの色見本21aは、測定前におけるガス検知体2の曝露部7の色と同じ藍色を呈しており、オゾン濃度が400ppbの色見本21bの色は色見本21aより退色した状態を示す色であり、オゾン濃度が800ppbの色見本21cは色見本21bよりさらに退色した状態を示す色である。なお、カラーチャート21は、オゾン濃度を段階的に示すものに限らず、オゾン濃度をグラデーションの形で連続的に表示するものであってもよい。   The color chart 21 is divided into three colors, and is composed of color samples 21a to 21c with ozone concentrations of 0 ppb, 400 ppb, and 800 ppb, respectively. The color sample 21a having an ozone concentration of 0 ppb exhibits the same indigo color as the color of the exposed portion 7 of the gas detector 2 before measurement, and the color of the color sample 21b having an ozone concentration of 400 ppb is faded from the color sample 21a. The color sample 21c having an ozone concentration of 800 ppb is a color that indicates a further faded state from the color sample 21b. The color chart 21 is not limited to the one that indicates the ozone concentration step by step, and may be one that continuously displays the ozone concentration in the form of a gradation.

PCM3の選択に当たって考慮すべき点は、第1に与えられた作動温度範囲内に凝固点のある液体であること、第2にそのような液体のうちで潜熱が大きくて熱サイクルに対して安定していること、第3に容器材料とうまく適合することである。想定されるPCM材料に対する金属製容器10の材料の耐食性データを表3に示す。   The points to be considered when selecting PCM3 are that the liquid has a freezing point within the given operating temperature range, and secondly, among such liquids, the latent heat is large and stable against thermal cycles. Third, it fits well with the container material. Table 3 shows the corrosion resistance data of the material of the metal container 10 with respect to the assumed PCM material.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

PCM3として、例えば、n−パラフィン系のn−オクタデカンを選択した場合、その融点および融解熱は上記表1よりそれぞれ28.2℃および243[kJ/kg]である。そして、PCM3を収納する金属製容器10の材料としては表2より熱伝導率が大きな値をもつ銅が選択可能である。   For example, when n-octadecane of n-paraffin type is selected as PCM3, the melting point and heat of fusion are 28.2 ° C. and 243 [kJ / kg] from Table 1 above, respectively. And as a material of the metal container 10 which accommodates PCM3, copper with a larger thermal conductivity than Table 2 can be selected.

前記プラスチック製の容器11としては、その内部に収納される蓄熱体Aおよびガス検知体2に外気の温度の影響を受けにくくする必要があるので、可能な限り断熱特性のよい材料を選定することが望ましい。そうした材料として、熱伝導率の比較的小さなプラスチックを表4に示す。   As the plastic container 11, it is necessary to make the heat storage body A and the gas detection body 2 housed in the plastic container 11 less susceptible to the temperature of the outside air. Is desirable. Table 4 shows plastics having a relatively low thermal conductivity as such materials.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

例えば、断熱性のプラスチックとしては、室温近傍での熱伝導率κが0.1前後のポリスチレン(0.125[W/m・K]、300K)、アクリル(0.189[W/m・K]、300K)、塩化ビニール(0.161[W/m・K]、300K)などが考えられる。最後に、これら全体を外気より断熱するために用いる断熱材料の熱物性値を表5に示す。   For example, as a heat-insulating plastic, polystyrene (0.125 [W / m · K], 300K) or acrylic (0.189 [W / m · K) having a thermal conductivity κ of around 0.1 near room temperature. ], 300K), vinyl chloride (0.161 [W / m · K], 300K) and the like. Finally, Table 5 shows the thermophysical values of the heat insulating materials used to insulate all of them from the outside air.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

発泡プラスチック系断熱材(押出法ポリスチレンフォーム、ビーズ法ポリスチレンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム)は、金型を用いて成形が可能であるため、断熱材製の容器12として利用可能である。他方、無機繊維系断熱材(代表的なものとして、グラスウール、ロックウール)の場合、繊維状の材料を保持するための容器を別途準備する必要があり、本発明のガス濃度測定器には適さない。   The foamed plastic heat insulating material (extruded polystyrene foam, beaded polystyrene foam, rigid polyurethane foam) can be used as the heat insulating material container 12 because it can be molded using a mold. On the other hand, in the case of an inorganic fiber-based heat insulating material (typically glass wool, rock wool), it is necessary to prepare a container for holding the fibrous material separately, which is suitable for the gas concentration measuring device of the present invention. Absent.

表5より、断熱材製の容器12の断熱材料としては、熱伝導率が0.04[W/m・K]以下の物質、発泡プラスチック系断熱材の押出法ポリスチレンフォーム(κ=0.028〜0.040[W/m・K])、ビーズ法ポリスチレンフォーム(κ=0.034〜0.043[W/m・K])、硬質ポリウレタンフォーム(κ=0.023〜0.026[W/m・K])、あるいはエアロゲル、特に、シリカエアロゲル(κ=0.017[W/m・K])などを利用することが考えられる。   From Table 5, as a heat insulating material of the container 12 made of heat insulating material, a material having a thermal conductivity of 0.04 [W / m · K] or less, an extruded polystyrene foam (κ = 0.028) of a foamed plastic heat insulating material. To 0.040 [W / m · K]), bead method polystyrene foam (κ = 0.034 to 0.043 [W / m · K]), rigid polyurethane foam (κ = 0.023 to 0.026 [K]). W / m · K]), or aerogel, particularly silica aerogel (κ = 0.17 [W / m · K]) or the like may be used.

このようなオゾンガス濃度測定器1によるオゾンガスの測定に際しては、液相のPCM3を金属製の容器10内に注入口14から充填してキャップ15で注入口14を気密に閉塞する。   When measuring ozone gas with such an ozone gas concentration measuring device 1, the liquid phase PCM 3 is filled into the metal container 10 from the inlet 14, and the inlet 14 is hermetically closed with the cap 15.

次に、この金属製の容器10の前面所定箇所にガス検知体2を密着させた状態で、金属製の容器10をプラスチック製の容器11に収納し、ガス検知体2の曝露部7を窓17から容器外部に露呈させる。プラスチック製の容器11の上方開放部16の内側縁には、ガス検知体2および金属製の容器10の抜けを防止する断面三角形の突状体からなる抜け防止部31が一体に突設されている。   Next, the metal container 10 is housed in a plastic container 11 in a state in which the gas detector 2 is brought into close contact with a predetermined position on the front surface of the metal container 10, and the exposed portion 7 of the gas detector 2 is connected to a window. 17 to the outside of the container. On the inner edge of the upper open portion 16 of the plastic container 11, a drop prevention portion 31 made of a projecting body having a triangular cross section for preventing the gas detector 2 and the metal container 10 from coming off is integrally projected. Yes.

次に、プラスチック製の容器11を断熱材製の容器12内に装填して蓋体23で開口部22を閉塞する。これによりオゾンガス濃度測定器1の組立てが完了する。   Next, the plastic container 11 is loaded into the heat insulating material container 12, and the opening 22 is closed with the lid 23. Thereby, the assembly of the ozone gas concentration measuring device 1 is completed.

このようなオゾンガス濃度測定器1は、オゾンガスが存在する環境下に一定時間(例えば、8時間)設置して使用するか、または測定者が携帯した状態で使用する。測定者が携帯使用する場合は、例えば断熱材製の容器12の背面側にピン34付きのクリップ33を両面粘着テープ35によって固定し、ピン34を測定者の衣服に止めて使用するか、あるいはオゾンガス濃度測定器1を紐や鎖等の吊り下げ手段で首や腰に吊して使用する。   Such an ozone gas concentration measuring device 1 is installed and used for a certain period of time (for example, 8 hours) in an environment where ozone gas exists, or is used while being carried by a measurer. When the measurer is to be carried around, for example, the clip 33 with the pin 34 is fixed to the back side of the container 12 made of heat insulating material by the double-sided adhesive tape 35 and the pin 34 is fixed to the measurer's clothes or used. The ozone gas concentration measuring device 1 is used by suspending it from the neck or waist by a hanging means such as a string or a chain.

測定環境の大気中にオゾンガスが存在すると、ガス検知体2の曝露部7がオゾンガスによって曝露されて変色する。この変色した色とカラーチャート21の色見本21a〜21cとを見比べることにより、オゾンガスの曝露量を測定することができる。すなわち、曝露部7の色が色見本21bの色と略等しければ、オゾン濃度400ppbと判定し、色見本21cの色と略等しければ、オゾン濃度800ppbと判定する。   When ozone gas is present in the atmosphere of the measurement environment, the exposed portion 7 of the gas detector 2 is exposed to ozone gas and changes color. By comparing this discolored color with the color samples 21a to 21c of the color chart 21, the exposure amount of ozone gas can be measured. That is, if the color of the exposed portion 7 is substantially equal to the color of the color sample 21b, the ozone concentration is determined to be 400 ppb, and if it is approximately equal to the color of the color sample 21c, the ozone concentration is determined to be 800 ppb.

寒冷地での測定において、金属製の容器10内に充填されている液状のPCM3は全て凍結するために凝固熱を放出する。この凝固熱を放出するまでは金属製容器10内のPCM3は凍結せず、金属製容器10の温度は凝固点に固定される。このため、金属製の容器10は、この凝固熱によって加熱され一定温度に保持される。また、この金属製の容器10の温度は熱伝導によってガス検知体2にも伝達されるため、ガス検知体2も一定温度に保持される。この一定温度は、PCM3が完全に固化するまで保持される。したがって、寒冷地であってもガス検知体2の曝露部7に含まれている有機系色素の化学変化が外気温度によって遅くなったりすることがなく、オゾン濃度を正確に測定することができる。凝固熱は、一般に単位質量当たりで与えられるので、その動作可能時間は、金属製容器10に貯蔵しているPCM3の質量で決まる。つまり、測定時間を長くしたい場合は、大量のPCM3を用い、短時間でよいときは少量のPCM3を用いればよい。   In the measurement in a cold region, the liquid PCM 3 filled in the metal container 10 releases all solidification heat to freeze. Until the solidification heat is released, the PCM 3 in the metal container 10 is not frozen, and the temperature of the metal container 10 is fixed at the freezing point. For this reason, the metal container 10 is heated by the heat of solidification and maintained at a constant temperature. Further, since the temperature of the metal container 10 is also transmitted to the gas detector 2 by heat conduction, the gas detector 2 is also maintained at a constant temperature. This constant temperature is maintained until the PCM 3 is completely solidified. Therefore, even in a cold region, the chemical change of the organic dye contained in the exposed portion 7 of the gas detector 2 is not delayed by the outside air temperature, and the ozone concentration can be accurately measured. Since the heat of solidification is generally given per unit mass, the operable time is determined by the mass of the PCM 3 stored in the metal container 10. That is, when it is desired to extend the measurement time, a large amount of PCM3 is used. When a short time is required, a small amount of PCM3 may be used.

金属製の容器10は固−液共存相の一定圧力に耐えれば充分であるので、金属製の容器10を構成する金属板の厚さを薄くするなどしてオゾンガス濃度測定器1の重量を軽減することが可能である。なお、オゾン濃度の測定が終了すると、ガス検知体2を断熱容器Bから取り出して新しいガス検知体2と交換することにより、金属製の容器10および断熱容器B自体は再利用することができる。また、PCM3も消耗がほとんどなく、固相から液相に戻すことによりそのまま利用することができる。   Since it is sufficient for the metal container 10 to withstand a certain pressure of the solid-liquid coexisting phase, the weight of the ozone gas concentration measuring device 1 is reduced by reducing the thickness of the metal plate constituting the metal container 10. Is possible. When the measurement of the ozone concentration is completed, the metal container 10 and the heat insulating container B itself can be reused by taking out the gas detecting body 2 from the heat insulating container B and replacing it with a new gas detecting body 2. Further, PCM3 is hardly consumed and can be used as it is by returning from the solid phase to the liquid phase.

図4(a)〜(c)は、オゾンガス濃度測定器1の各部を通過する1次元熱伝導を模擬して示す図である。
同図(a)は大気曝露用の窓17と開口部19を含まない断面における熱伝導を模擬して示す図、(b)は蓋体23を含む断面における熱伝導を模擬して示す図、(c)は大気曝露用の窓17と開口部19を含んだ断面における熱伝導を模擬して示す図である。大半の部分は、図4(a)に示すように温度T1 のPCM3は熱伝導率κ1 で厚さδ1 の金属製容器10に貯蔵されている。また、この金属製容器10は、断熱性を有するプラスチック製の容器11(熱伝導率κ2 、厚さδ2 )中に収納されている。さらに、全体は断熱材で構成された断熱材製の容器12(熱伝導率κ3、厚さδ3)を介して、温度T外気の大気に曝されている。
FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating one-dimensional heat conduction that passes through each part of the ozone gas concentration measuring device 1.
The figure (a) is the figure which simulates and shows the heat conduction in the cross section which does not include the window 17 and the opening part 19 for atmospheric exposure, (b) is the figure which simulates and shows the heat conduction in the cross section including the cover body 23, (C) is the figure which simulates and shows the heat conduction in the cross section containing the window 17 and opening part 19 for atmospheric exposure. For the most part, as shown in FIG. 4A, the PCM 3 having a temperature T 1 is stored in a metal container 10 having a thermal conductivity κ 1 and a thickness δ 1 . The metal container 10 is housed in a plastic container 11 (thermal conductivity κ 2 , thickness δ 2 ) having heat insulation properties. Furthermore, the whole is exposed to the atmosphere of the temperature T outside air through a container 12 (thermal conductivity κ 3 , thickness δ 3 ) made of a heat insulating material.

以下、PCM3としてはn−オクタデカンを、金属製の容器10の材質としては銅を、シート状ガス検知体2の材質としては濾紙(熱伝導率κ4 =0.13[W/m・K]、厚さδ4 =100[μm]=0.1[mm])を、そして、プラスチック製の容器11の材質としてはポリエチレンを、断熱材製の容器12の材質としては押出法ポリスチレンフオームを想定して、大気曝露によってどれだけ熱エネルギが外気へ逃げるかを概算し、必要なPCM3の質量を算出する。なお、以下の概算では、外気との自然対流による熱伝達係数hをh=10[W/m2 ・K]とする。 Hereinafter, n-octadecane is used as PCM3, copper is used as the material of the metallic container 10, and filter paper is used as the material of the sheet-like gas detector 2 (thermal conductivity κ 4 = 0.13 [W / m · K]. , Thickness δ 4 = 100 [μm] = 0.1 [mm]), polyethylene is assumed as the material of the plastic container 11, and extruded polystyrene foam is assumed as the material of the container 12 made of the heat insulating material. Then, it is estimated how much heat energy escapes to the outside air by exposure to the atmosphere, and the required mass of PCM 3 is calculated. In the following estimation, the heat transfer coefficient h by natural convection with the outside air is h = 10 [W / m 2 · K].

単位面積当たりの熱移動速度(q/A)は、どの境界面でも同一であることから、フーリエの熱伝導の法則を用いて、次式が成り立っ。   Since the heat transfer rate per unit area (q / A) is the same at any boundary surface, the following equation is established using Fourier's law of heat conduction.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

ここで、Aは伝熱面積、qは単位時間当たりの熱移動量である。   Here, A is a heat transfer area, and q is a heat transfer amount per unit time.

上記式(1)より、T2 ,T3 ,T4 を消去して総括伝熱係数Uaを求めると、次式(2)で与えられる。 From the above equation (1), when T 2 , T 3 and T 4 are eliminated and the overall heat transfer coefficient U a is obtained, the following equation (2) is given.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

総括熱伝熱係数Uaを用いると、熱移動量qは、次式(3)により与えられる。 When the overall heat transfer coefficient U a is used, the heat transfer amount q is given by the following equation (3).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

ここで、△T全体≡(T1 −T外気)は、PCMの温度Tl と外気温T外気との総温度差を表している。厚さδ1 =1[mm]、κ1 =384[W/m・K]の銅、厚さδ2 =1.5[mm]、κ2 =0.34[W/m・K]のポリエチレン製の容器11、厚さδ3 =1[cm]、κ3 =0.028[W/m・K]の押出法ポリスチレンフォームの樹脂製容器12から構成された多層構造に対して、前記総括伝熱係数Ua は、2.17[W/m2 ・K](断熱材厚1[cm]の場合)、あるいは1.22[W/m・K](断熱材厚2[cm]の場合)となる。 Here, △ T entire ≡ (T 1 -T outside air) represents the total temperature difference between the temperature T l and the outside air temperature T outside air PCM. Copper of thickness δ 1 = 1 [mm], κ 1 = 384 [W / m · K], thickness δ 2 = 1.5 [mm], κ 2 = 0.34 [W / m · K] For a multilayer structure comprising a polyethylene container 11 and a resin container 12 of extruded polystyrene foam having a thickness δ 3 = 1 [cm] and κ 3 = 0.028 [W / m · K], The overall heat transfer coefficient U a is 2.17 [W / m 2 · K] (when the heat insulating material thickness is 1 [cm]) or 1.22 [W / m · K] (the heat insulating material thickness is 2 [cm]). In the case of

また、容器上部では、図4(b)に示すように、温度Tl に保持されたPCM3は熱伝導率κ1 で厚さδ1 の金属製容器10に貯蔵され、この金属製容器10は熱伝導率κ3 で厚さδ3 の断熱材製の容器12を介して、温度T外気の大気に曝されている。上記(1)式と同様に考えることで、この部分での総括伝熱係数Ub は次式(4)により与えられる。 In the upper part of the container, as shown in FIG. 4B, the PCM 3 held at the temperature T 1 is stored in a metal container 10 having a thermal conductivity κ 1 and a thickness δ 1. It is exposed to the atmosphere of the temperature T outside air through a container 12 made of a heat insulating material having a thermal conductivity κ 3 and a thickness δ 3 . Considering in the same manner as the above equation (1), the overall heat transfer coefficient U b in this portion is given by the following equation (4).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

厚さδ1 =1[mm]、κ1 =384[W/m・K]の銅、厚さδ3 =1[cm]、κ3 =0.028[W/m・K]の押出法ポリスチレンフォームから構成された多層構造に対して、前記総括伝熱係数Ub は、2.19[W/m2 ・K](断熱材厚1[cm]の場合)、あるいは1.23[W/m・K](断熱材厚2[cm]の場合)となり、図4(a)の構成における値と略同一であることが判る。すなわち、Ub≒Uaである。よって断熱性プラスチック材料を用いた容器11の断熱効果は微々たるものであるといえる。 Extrusion method with thickness δ 1 = 1 [mm], κ 1 = 384 [W / m · K], thickness δ 3 = 1 [cm], κ 3 = 0.028 [W / m · K] For a multilayer structure composed of polystyrene foam, the overall heat transfer coefficient U b is 2.19 [W / m 2 · K] (when the heat insulating material thickness is 1 [cm]), or 1.23 [W / M · K] (in the case of a heat insulating material thickness of 2 [cm]), which is substantially the same as the value in the configuration of FIG. That is, U b ≈U a . Therefore, it can be said that the heat insulation effect of the container 11 using a heat insulating plastic material is insignificant.

さて、開口部19では図4(c)に示すようにPCM3は熱伝導率κ1 で厚さδ1 の金属製の容器10に貯蔵され、この金属製の容器10は熱伝導率κ4 で厚さδ4 のガス検知体2(主に紙により構成)を介して、温度T外気の大気に曝されている。上記(1)式と同様に考えることで、この部分での総括伝熱係数Ucは、次式(5)によって与えられる。厚さδ1 =1[mm]、κ1 =384[W/m・K]の銅、厚さδ4 =0.1[mm]、κ4 =0.13[W/m・K]のガス検知体2から構成された多層構造に対して、前記総括伝熱係数Uc は、9.92[W/m2 ・K ]である。この部分の伝熱は、空気による熱対流によりほぼ決まっている。 4C, the PCM 3 is stored in a metal container 10 having a thermal conductivity κ 1 and a thickness δ 1 , and the metal container 10 has a thermal conductivity κ 4 . It is exposed to the atmosphere of temperature T outside through a gas detector 2 (mainly composed of paper) having a thickness δ 4 . Considering in the same manner as the above equation (1), the overall heat transfer coefficient U c in this portion is given by the following equation (5). Copper of thickness δ 1 = 1 [mm], κ 1 = 384 [W / m · K], thickness δ 4 = 0.1 [mm], κ 4 = 0.13 [W / m · K] The overall heat transfer coefficient U c is 9.92 [W / m 2 · K] with respect to the multilayer structure formed of the gas detector 2. The heat transfer in this part is almost determined by heat convection by air.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

ここで、搭載すべきPCM3の量をM[kg]、PCM3の単位質量当りの潜熱をHm〔kJ/kg〕とすると、このPCM3が相変化する間に外部環境へ放出する熱量Q〔J〕は、Q=M・Hmで与えられる。   Here, when the amount of PCM 3 to be mounted is M [kg] and the latent heat per unit mass of PCM 3 is Hm [kJ / kg], the amount of heat Q [J] released to the external environment while the PCM 3 undergoes phase change. Is given by Q = M · Hm.

いま、名刺サイズ、すなわち縦9cm×横6cm×厚2cmの金属製容器10を仮定する。前記表1よりPCMであるオクタデカンの融解熱Hmは243[kJ/kg]、密度ρは固体の場合850[kg/m3 ]であるから、固体のオクタデカンの質量Mは次式(6)によって与えられる。 Now, a metal container 10 having a business card size, that is, 9 cm long × 6 cm wide × 2 cm thick is assumed. From Table 1, since the heat of fusion Hm of octadecane, which is PCM, is 243 [kJ / kg] and the density ρ is 850 [kg / m 3 ] in the case of a solid, the mass M of the solid octadecane is given by the following formula (6). Given.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

また、その融解熱Qは、次式(7)によって与えれられる。   The heat of fusion Q is given by the following equation (7).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

このPCM3を充填した金属製の容器10の全表面積Sは、次式(8)によって与えられる。

Figure 2008107091
The total surface area S of the metal container 10 filled with the PCM 3 is given by the following equation (8).
Figure 2008107091

このうち、大気曝露している部分の表面積S1 は、次式(9)によって与えられる。 Of these, the surface area S 1 of the portion exposed to the atmosphere is given by the following equation (9).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

第1の実施の形態で示された構造のオゾンガス濃度測定器1において、PCM3であるオクタデカンが温度T1 =30℃に保温されている状態から、外気温0℃の環境に曝露されたとすると、総温度差ΔT全体=30℃であり、大気曝露されている部分とそれ以外の部分の熱抵抗は、それぞれR大気曝露=(A開口部 ・Uc)-1=(2.25×10-4×9.92)-1=448[℃/W]、Rそれ以外=(A被曝部 ・Ua)-1=(1.6575×10-2×2.19)-1=27.55[℃/W](断熱材厚さ1cmの場合)または49.1[℃/W](断熱材厚さ2cmの場合)である。これらが並列接続されているので、全熱抵抗1/R全体=1/R大気曝露 +1/Rそれ以外で与えられ、それぞれR全体=25.95[℃/W](断熱材厚1cmの場合)または44.25[℃/W](断熱材厚2cmの場合)である。 In the ozone gas concentration measuring device 1 having the structure shown in the first embodiment, when octadecane which is PCM3 is kept at a temperature T 1 = 30 ° C., it is exposed to an environment having an outside temperature of 0 ° C. The total temperature difference ΔT overall = 30 ° C., and the thermal resistance of the part exposed to the atmosphere and the other part are: R atmospheric exposure = (A opening / Uc) −1 = (2.25 × 10 −4) × 9.92) −1 = 448 [° C./W], R otherwise = (A exposed part / Ua) −1 = (1.6575 × 10 −2 × 2.19) −1 = 27.55 [° C. / W] (when the heat insulating material thickness is 1 cm) or 49.1 [° C./W] (when the heat insulating material thickness is 2 cm). Since these are connected in parallel, the total thermal resistance is given by 1 / R overall = 1 / R atmospheric exposure + 1 / R, otherwise R overall = 25.95 [° C / W] (when the insulation thickness is 1 cm) ) Or 44.25 [° C./W] (when the heat insulating material thickness is 2 cm).

したがって、図4に示す多層構造から外気へと逃げていく熱移動量qは、q=△T全体/R全体=1.16[W](断熱厚1cmの場合)または0.68[W](断熱材厚2cmの場合)である。 Therefore, the amount of heat transfer q escaping from the multilayer structure shown in FIG. 4 to the outside air is q = ΔT overall / R overall = 1.16 [W] (when the heat insulation thickness is 1 cm) or 0.68 [W]. (When the thickness of the heat insulating material is 2 cm).

したがって、PCM3が相変化する間に供給できる総熱量Qをこの単位時間当たりの熱移動量qで割ることによって、温度T1 に保持される時間τは、次式(10)で与えられる。 Therefore, the time τ held at the temperature T 1 by dividing the total amount of heat Q that can be supplied during the phase change of the PCM 3 by the heat transfer amount q per unit time is given by the following equation (10).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

よって、開口部19の面積が1.5[cm2 ]の場合、断熱材厚を2cmとした断熱材製の容器12を用いることで、転移温度である28.2℃に約9.1[h]程度ほど保持できることが判る。 Therefore, when the area of the opening 19 is 1.5 [cm 2 ], by using the heat insulating material container 12 having a heat insulating material thickness of 2 cm, the transition temperature of 28.2 ° C. is about 9.1 [ h] It can be seen that it can be held to the extent.

なお、全体が完全に溶解しているPCM3を冷却すると、PCM3の熱容量と熱流量との関係にしたがって次第に温度が下降し、やがて凝固点温度に達すると凝固が始まる。凝固が進行している間中、その温度は一定に保持され、全部が凝固し終わるとまた温度は下降を始める。逆に、温度を上げていくと融解熱の吸収によりこれとは正反対の相変化(固体から液体への相変化)が起こる。   In addition, when PCM3 which the whole melt | dissolves completely is cooled, according to the relationship between the heat capacity of PCM3 and a heat flow, temperature will fall gradually, and solidification will begin when it reaches freezing point temperature soon. While solidification is in progress, the temperature is kept constant, and once everything has solidified, the temperature begins to drop again. Conversely, when the temperature is raised, the opposite phase change (phase change from solid to liquid) occurs due to absorption of heat of fusion.

以上がPCM3の理想的な温度挙動ではあるが、実際には、凝固に関してはかなりの程度の過冷却状態が現れ、かつPCM内部の温度の不均一もあり、理想的な場合とは少し異なる温度変化を示すことも懸念される。   The above is the ideal temperature behavior of PCM3. However, in reality, a considerable degree of supercooling appears for solidification, and the temperature inside PCM is uneven, which is slightly different from the ideal case. There is also concern about showing changes.

特に、高純度の媒質をPCM3として用いた場合には、過冷却の程度が大きくなる傾向があるので、やや不純物の混入したPCM3を用いてもよい。その場合、不純物の混入によるPCM3の分解、あるいは構造材の腐食などが促進される可能性があるので、不純物の選定に関しては、金属製容器10の材質もよく考慮に入れて選択することが望ましい。   In particular, when a high-purity medium is used as PCM3, since the degree of supercooling tends to increase, PCM3 in which impurities are slightly mixed may be used. In that case, decomposition of the PCM 3 due to contamination of impurities or corrosion of the structural material may be promoted. Therefore, it is desirable that the material of the metal container 10 is selected in consideration of the selection of impurities. .

そこで、本発明において用いられるPCM3としては、PCM3(例えば、n−オクタデカン)以外に、公知の蓄熱保温材、n−パラフィン(n−オクタデカンとは別の融点をもつもの)、グリセリン等の低分子化合物、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、フッ素樹脂等のポリマー、水不溶性吸水性樹脂、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、微粉シリカ、合成マイカ等の増粘剤、フェノール系、アミン系、ヒドロキシルアミン系、硫黄系、リン系等の酸化防止剤、クロム酸塩、ポリリン酸塩、亜硝酸ナトリウム等の金属腐食防止剤、ステアリン酸塩、ベヘン酸塩等の脂肪酸の金属塩からなる過冷却防止剤等の添加剤を適宜添加してもよい。   Therefore, as PCM3 used in the present invention, in addition to PCM3 (for example, n-octadecane), a known heat storage and heat-retaining material, n-paraffin (having a melting point different from n-octadecane), and low molecules such as glycerin. Compound, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyethylene, cross-linked polyethylene, polymer such as fluororesin, water-insoluble water-absorbent resin, carboxymethylcellulose, sodium alginate, potassium alginate, fine silica, synthetic mica, thickener, phenolic, amine-based , Hydroxylamine-based, sulfur-based, phosphorus-based and other antioxidants, chromate, polyphosphate, metal corrosion inhibitors such as sodium nitrite, and fatty acid metal salts such as stearate and behenate. You may add additives, such as a cooling inhibitor, suitably.

また、本実施の形態では、PCM3の例としてパラフィン、特に、オクタデカンを念頭に記載したが、それ以外には、融解熱Hm[kJ/kg]が200前後の水和塩、例えば、水和塩化カルシウム、含水硝酸リチウム、硫酸ナトリウム・十水和物(グラウバー塩)、水和炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム・十二水和物、硝酸亜鉛・六水和物などの使用も可能である。また、その他のPCM3に好適な有機物としては、トリミリスティン、パルミチン酸メチル、カプリン酸(デカン酸)、d体−乳酸、グリセリン(グリセロール)、酢酸、カプリル酸(オクタン酸)、エチレンジアミン、蟻酸なども使用可能である。   In this embodiment, paraffin, particularly octadecane, is described as an example of PCM3, but other than that, a hydrated salt having a heat of fusion Hm [kJ / kg] of around 200, for example, hydrated chloride Calcium, hydrous lithium nitrate, sodium sulfate decahydrate (Glauber salt), hydrated sodium carbonate, disodium hydrogen phosphate dodecahydrate, zinc nitrate hexahydrate, and the like can also be used. Other organic substances suitable for PCM3 include trimyristin, methyl palmitate, capric acid (decanoic acid), d-form-lactic acid, glycerin (glycerol), acetic acid, caprylic acid (octanoic acid), ethylenediamine, formic acid, etc. Can also be used.

また、固体状のPCM3の例として、直径2〜3μmのマイクロカプセル中にPCM3を充填した蓄熱マイクロカプセル等を用いてもよく、上記の第1の実施の形態において詳述したように、固体や液体の純物質に限定されるものではないことはいうまでもない。   As an example of solid PCM3, a heat storage microcapsule filled with PCM3 in a microcapsule having a diameter of 2 to 3 μm may be used. As described in detail in the first embodiment, Needless to say, it is not limited to liquid pure substances.

例えば、表1に記載のコンフォテンプは、直径が2〜3μmの金属酸化物ゲルで被覆された蓄熱マイクロカプセル(Thermasorb:登録商標)がウレタンフォームに分散されたものである。この蓄熱マイクロカプセルの内部にはn−パラフィン系の直鎖炭化水素等のPCMが充填されており、温度により液体および固体と状態変化することにより、熱を吸収したり放出する機能をマィクロカプセル自体が有している。   For example, the comforter shown in Table 1 is one in which heat storage microcapsules (Thermasorb (registered trademark)) coated with a metal oxide gel having a diameter of 2 to 3 μm are dispersed in urethane foam. This thermal storage microcapsule is filled with PCM such as n-paraffinic straight chain hydrocarbons, and the microcapsule functions to absorb and release heat by changing the state between liquid and solid depending on temperature. It has itself.

同様に、表1に記載のPMCD(三木理研工業社)は、殻材料のメラミン樹脂により芯物質パラフィンを被覆したパウダー状の蓄熱蓄冷マイクロカプセルであり粉体形状で提供される。   Similarly, the PMCD (Miki Riken Kogyo Co., Ltd.) shown in Table 1 is a powder-like heat storage regenerator microcapsule coated with a core material paraffin with a shell material melamine resin and is provided in a powder form.

そこで、図5に示す第2の実施の形態のように、PCM3を充填したマイクロカプセルを用いてもよい。すなわち、この実施の形態は、本発明を構成するガス検知体2の動作温度に対応した転移点をもつ直径が2〜3μmの粉体からなるPCM3を蓄熱マイクロカプセル36(36A,36B)に充填し、このマイクロカプセル36を金属製容器10の中に最密充填することで、本発明の第1の実施の形態で説明したような蓄熱体を構成したものである。この場合、PCM3をマイクロカプセル36に収納した状態で金属容器10に充填するだけであるので、PCM3による腐食を防止するために金属容器10の内面に耐食保護膜をコートしたりする工程を省くことが可能となる。マイクロカプセル36を構成する殻部分そのものが、内蔵されるPCM3の耐酸化性や耐溶剤性、あるいは機械的耐応力性および耐燃性を向上させる被覆となっている。   Therefore, a microcapsule filled with PCM3 may be used as in the second embodiment shown in FIG. That is, in this embodiment, the thermal storage microcapsule 36 (36A, 36B) is filled with PCM3 made of powder having a diameter of 2 to 3 μm having a transition point corresponding to the operating temperature of the gas detector 2 constituting the present invention. Then, the microcapsule 36 is filled in the metal container 10 in a close-packed manner to constitute the heat storage body as described in the first embodiment of the present invention. In this case, since the PCM 3 is only filled in the metal container 10 in a state of being accommodated in the microcapsule 36, a process of coating a corrosion-resistant protective film on the inner surface of the metal container 10 in order to prevent corrosion due to the PCM 3 is omitted. Is possible. The shell portion constituting the microcapsule 36 itself is a coating that improves the oxidation resistance, solvent resistance, mechanical stress resistance and flame resistance of the built-in PCM 3.

同様に、表1に記載のアウトラストは、パラフィンワックスを充填したやはり直径2〜3μmの蓄熱マイクロカプセルをアクリルファイバ内に分散させた繊維状の蓄熱保温材である。この繊維状の蓄熱保温材を金属製容器10の中に充填することで、本発明の第1の実施の形態で説明した蓄熱体を構成することも可能である。   Similarly, the outlast shown in Table 1 is a fibrous heat storage and heat insulating material in which heat storage microcapsules filled with paraffin wax and having a diameter of 2 to 3 μm are dispersed in acrylic fibers. It is also possible to configure the heat storage body described in the first embodiment of the present invention by filling the fibrous heat storage heat retaining material into the metal container 10.

一般に、直径dμmの剛体球を一辺の長さdの立方体に充填させると、単純立方格子状に充填させた場合は剛体球の占有率はπ/6=0.524に過ぎず、0.476もの空隙が残留する。蓄熱量はマイクロカプセル内のPCMの量で決まるので、剛体球の占有率をもっと向上させる必要がある。そこで、最密充填構造といわれる面心立方格子状(あるいは六方最密充填構造)に充填させると、剛体球の占有率は√2π/6=0.740まで向上するが、それでも依然として0.26の空隙が残留する。そこで、面心位置とそれを取り囲む四つの格子点位置にある半径√2d/4の鋼体球が作る隙間を別の直径をもつ第2の剛体球により埋めることにすると、その第2の剛体球の直径は第1の剛体球の直径の(2−√2)/2=0.293倍であればよい。この第2の剛体球を空隙に埋めることにより、充填率は3π(20−14√2)/128=0.0148だけ増加する。したがって、直径2μmの蓄熱マイクロカプセル36Aとともに直径0.586μmの蓄熱マイクロカプセル36Bを金属製容器10に充填し、物理的に振動を与えるなどすることで充填率が約0.755の蓄熱体を構成することが可能である。   In general, when a solid sphere having a diameter of d μm is filled into a cube having a side length d, when the solid sphere is filled in a simple cubic lattice, the occupation ratio of the hard sphere is only π / 6 = 0.524, and 0.476 Voids remain. Since the amount of heat storage is determined by the amount of PCM in the microcapsule, it is necessary to further improve the occupation ratio of the hard sphere. Therefore, when filling a face-centered cubic lattice shape (or hexagonal close-packed structure), which is called a close-packed structure, the occupancy of the hard sphere is improved to √2π / 6 = 0.740, but still 0.26. Voids remain. Therefore, if the gap formed by the steel ball of radius √2d / 4 at the position of the face center and the four lattice points surrounding it is filled with the second hard ball having a different diameter, the second rigid body The diameter of the sphere may be (2-√2) /2=0.293 times the diameter of the first hard sphere. By filling the second hard sphere in the gap, the filling rate increases by 3π (20−14√2) /128=0.148. Therefore, the heat storage microcapsule 36A having a diameter of 2 μm and the heat storage microcapsule 36B having a diameter of 0.586 μm are filled in the metal container 10 to physically vibrate, thereby forming a heat storage body having a filling rate of about 0.755. Is possible.

いうまでもなく、金属製容器10の中に上記の方法により粉体の蓄熱マイクロカプセル36を充填した後は、上蓋13にある注入口14(図2)を金属製のキャップ15によって気密状態となるように閉塞することにより密閉型の容器を形成する。あるいは、金属製容器10と略同体積の型枠を準備し、その中に粒子直径2μmおよび0.586μmのそれぞれにピーク粒径をそれぞれもつ蓄熱マイクロカプセルを充填して、上記と同様に物理的に振動を与えるなどして充填率を向上させた上で、残る空隙0.245にメタクリル酸メチル液体を圧入、浸透させ、紫外線照射などによってラジカルを発生させて付加重合させる。最終的に、蓄熱マイクロカプセルで充填されたポリメタクリル酸メチル(またはアクリル樹脂)を得る。ここで圧入、浸透させるメタクリル酸メチル液体は、予め有機溶媒に溶解したものを紫外線照射等により、その粘度がマイクロカプセルで充填された容器内に浸透していく程度まで付加重合させたものを用いる。   Needless to say, after the metal container 10 is filled with the powder heat storage microcapsules 36 by the above-described method, the injection port 14 (FIG. 2) in the upper lid 13 is made airtight by the metal cap 15. By closing so as to form a sealed container. Alternatively, a mold having approximately the same volume as that of the metal container 10 is prepared, and heat storage microcapsules each having a peak particle diameter of 2 μm and 0.586 μm are filled therein, and the same as above. In addition, the filling rate is improved by applying vibration to the liquid, and methyl methacrylate liquid is press-fitted and penetrated into the remaining gap 0.245, and radicals are generated by ultraviolet irradiation or the like to perform addition polymerization. Finally, polymethyl methacrylate (or acrylic resin) filled with heat storage microcapsules is obtained. Here, the methyl methacrylate liquid to be press-fitted and permeated is obtained by subjecting a liquid previously dissolved in an organic solvent to addition polymerization to such an extent that the viscosity penetrates into a container filled with microcapsules by ultraviolet irradiation or the like. .

この場合、アクリル樹脂は蓄熱板などの形状を保持するための骨格部材として作用し、蓄熱作用そのものは蓄蓄熱マイクロカプセルによって担われる。因みに、純粋なアクリル樹脂(PMMA=ポリメタクリル酸メチル)の熱伝導率は0.21[W/m・K]であるので、どちらかというと断熱材に近い熱伝導特性である。しかし、この蓄熱板の全体積の75%はPCMが構成しており、骨格材であるPMMAの構成比は24%程度に過ぎない。   In this case, the acrylic resin acts as a skeleton member for maintaining the shape of a heat storage plate or the like, and the heat storage action itself is carried by the heat storage microcapsules. Incidentally, since the thermal conductivity of pure acrylic resin (PMMA = polymethyl methacrylate) is 0.21 [W / m · K], it is a thermal conductivity characteristic close to that of a heat insulating material. However, 75% of the total volume of the heat storage plate is constituted by PCM, and the composition ratio of PMMA as a skeleton material is only about 24%.

充填する粉末状のPCMとして、メラミン樹脂被覆された蓄熱蓄冷マイクロカプセルを用いる場合には、蓄熱板を構成するための骨格樹脂としてはメラミン樹脂が好適である。この場合も、メラミンとホルマリンを予め反応させてメチロールメラミン、ジメチロールメラミン、トリメチロールメラミンが生成された中間体の溶液を準備しておく。溶液の粘度は、この溶液が上記蓄熱蓄冷マイクロカプセル充填体へ浸透する程度のものに留めておく。中間体溶液を前記充填体に浸透させた後、マイクロカプセルのメラミン被膜を破壊しない程度の温度に加熱してメチレン化反応を行わせて硬化することで、最終的にメラミン樹脂が骨格となった蓄熱蓄冷マイクロカプセルの充填された蓄熱板が得られる。因ちに、純粋なメラミン樹脂の熱伝導率は0.32〜0.421[W/m・K]程度あり、PMMAの1.5〜2倍の熱伝導率をもつ。PMMAでの議論と同様、メラミン樹脂は骨格材であるに過ぎず、蓄熱作用そのものはこの蓄熱板の全体積の75%を占有している蓄熱蓄冷マイクロカプセルによって担われていることはいうまでもないことである。これらの蓄熱板は、PCM3を充填した金属製容器10と同様の作用をもたらすものである。ただし、熱伝導率を高めるとともに脱ガス化対策として、蓄熱板の表面全体にアルミニウム等の金属膜を蒸着等によって形成しておくことが望ましい。このような金属膜を形成しておくと、金属製容器10が必ずしも必要ではなく、ガス濃度測定器自体を軽量化することが可能である。   When a heat storage cold storage microcapsule coated with melamine resin is used as the powdery PCM to be filled, melamine resin is suitable as the skeleton resin for constituting the heat storage plate. Also in this case, an intermediate solution in which melamine and formalin are reacted in advance to produce methylol melamine, dimethylol melamine, and trimethylol melamine is prepared. The viscosity of the solution is kept at such a level that the solution penetrates into the heat storage cold storage microcapsule filling body. After allowing the intermediate solution to penetrate into the filler, the melamine resin finally became a skeleton by heating to a temperature that does not destroy the melamine coating of the microcapsules and causing the methyleneation reaction to cure. A heat storage plate filled with heat storage cold storage microcapsules is obtained. Incidentally, the thermal conductivity of pure melamine resin is about 0.32 to 0.421 [W / m · K], which is 1.5 to 2 times that of PMMA. As in the discussion at PMMA, melamine resin is only a skeleton material, and it goes without saying that the heat storage action itself is carried by heat storage cold storage microcapsules that occupy 75% of the total volume of this heat storage plate. It is not. These heat storage plates bring about the same action as the metal container 10 filled with PCM3. However, it is desirable to form a metal film such as aluminum on the entire surface of the heat storage plate by vapor deposition or the like as a measure against degasification while increasing the thermal conductivity. If such a metal film is formed, the metal container 10 is not necessarily required, and the gas concentration measuring device itself can be reduced in weight.

ここで、上記第1の実施の形態においては、寒冷地において使用するオゾンガス濃度測定器1について説明したが、本オゾンガス濃度測定器1を使用する場所の平均気温に合わせて、金属製容器10に貯蔵するPCM3の相状態を変更することで、暑熱地でも利用することができる。その場合、暑熱地においては、固体から液体に相変化する際の融解熱を利用したオゾンガス濃度測定器を用いればよい。すなわち、固体が液体に変化するときは、外部から融解熱を吸収するため、PCM3の温度は融解点に固定される。このため、金属製の容器10の熱が奪われ、この融解点に固定される。また、金属製の容器10が冷却されると、ガス検知体2の温度も下がり融解点に保持される。したがって、PCM3が固体から液体に完全に相変化するまではガス検知体2の温度を一定に保持することができ、オゾンガスの測定を行なうことができる。   Here, in the said 1st Embodiment, although the ozone gas concentration measuring device 1 used in a cold region was demonstrated, according to the average temperature of the place where this ozone gas concentration measuring device 1 is used, it is set to the metal container 10. By changing the phase state of the PCM 3 to be stored, it can be used even in hot areas. In that case, an ozone gas concentration measuring device using heat of fusion at the time of phase change from solid to liquid may be used in a hot region. That is, when the solid changes to a liquid, the heat of fusion is absorbed from the outside, so the temperature of the PCM 3 is fixed at the melting point. For this reason, the heat | fever of the metal container 10 is deprived and it fixes to this melting point. Further, when the metal container 10 is cooled, the temperature of the gas detector 2 is lowered and held at the melting point. Therefore, the temperature of the gas detector 2 can be kept constant until the PCM 3 completely changes from solid to liquid, and ozone gas can be measured.

図6は本発明をオゾンガス濃度測定器に適用した第3の実施の形態を示す分解斜視図、図7は図6のVII −VII 線断面図である。この実施の形態は、液体状態のPCM3が気化する際の蒸発熱(気化熱)を利用した暑熱地で使用して好適なオゾンガス濃度測定器40に適用したものである。なお、上記した第1の実施の形態と同一構成部材、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。   6 is an exploded perspective view showing a third embodiment in which the present invention is applied to an ozone gas concentration measuring device, and FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. This embodiment is applied to an ozone gas concentration measuring device 40 suitable for use in a hot area using the heat of vaporization (heat of vaporization) when the PCM 3 in a liquid state is vaporized. Note that the same constituent members and portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

液体状態のPCM3を収納する金属製の容器10の上蓋13には、PCM3の注入口14と、PCM3を容器外部に蒸散させる複数個の蒸散部41が設けられている。注入口14は、PCM3を注入した後、キャップ15によって気密に封止される。蒸散部41は、上蓋13に形成された複数個の蒸散用孔42と、容器内部のPCM3を吸い上げて容器外部に蒸散させる蒸散部材43とで構成されている。特に、液状のPCM3を一定割合で大気中に蒸散させるための蒸散部材43としては、吸液性のよい材料、例えば撚糸やフェルト等が用いられ、その内端が金属製容器10内のPCM3に浸漬され、外端が蒸散用孔42を通って容器外部に導出されている。このため、蓋体23にもPCM3を容器外部に蒸散させるために複数個の挿通孔46が前記各蒸散部41に対応して形成されている。なお、その他の構成は、上記した第1の実施の形態と同一である。   The upper lid 13 of the metallic container 10 that stores the PCM 3 in a liquid state is provided with an inlet 14 for the PCM 3 and a plurality of transpiration units 41 that evaporate the PCM 3 to the outside of the container. The inlet 14 is hermetically sealed by the cap 15 after injecting the PCM 3. The transpiration unit 41 includes a plurality of transpiration holes 42 formed in the upper lid 13 and a transpiration member 43 that sucks up the PCM 3 inside the container and evaporates it outside the container. In particular, as the evaporating member 43 for evaporating the liquid PCM 3 into the atmosphere at a constant rate, a material having a good liquid absorbing property, such as twisted yarn or felt, is used, and the inner end of the evaporating member 43 is the PCM 3 in the metal container 10. It is immersed and the outer end is led out of the container through the transpiration hole 42. For this reason, a plurality of insertion holes 46 are also formed in the lid 23 corresponding to the transpiration portions 41 in order to evaporate the PCM 3 to the outside of the container. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

図8は温度が液状のPCMの臨界温度以下にある場合のPCMの圧力−体積線図である。
等温状態で体積が可変の場合、PCM3が液相状態では体積の微増にともない圧力は急減し、気相状態では体積の増加にともない圧力は低減する。気−液共存状態では、体積変化が起きても圧力は一定値に保持される。これは、気−液共存状態では、体積の変化を調整するように気相の液化あるいは液相の気化が起こり、圧力が一定になるように調整されているためである。
FIG. 8 is a pressure-volume diagram of PCM when the temperature is below the critical temperature of liquid PCM.
When the volume is variable in the isothermal state, the pressure rapidly decreases as the volume increases slightly when the PCM 3 is in the liquid phase state, and the pressure decreases as the volume increases in the gas phase state. In the gas-liquid coexistence state, the pressure is maintained at a constant value even if the volume changes. This is because in the gas-liquid coexistence state, gas phase liquefaction or liquid phase vaporization occurs so as to adjust the volume change, and the pressure is adjusted to be constant.

以下に詳しく示すように、本発明の第3の実施形態では、液状のPCM3の気化熱を利用してガス検知体2の温度を一定温度に保持する。そのために、撚糸などの蒸散部材43に液状のPCM3を染み込ませ、大気中へ蒸散させることで、沸点温度に固定するとともに、金属製容器10内の気化による圧力増加を防止している。この場合、金属製容器10は気−液共存相の一定圧力に耐えれば充分であるので、金属製容器10を構成する金属板の厚さを薄くするなどして金属製容器10の重量を低減することが可能である。   As will be described in detail below, in the third embodiment of the present invention, the temperature of the gas detector 2 is maintained at a constant temperature using the heat of vaporization of the liquid PCM 3. For this purpose, liquid PCM 3 is infiltrated into a transpiration member 43 such as a twisted yarn and transpiration into the atmosphere, thereby fixing the boiling point temperature and preventing an increase in pressure due to vaporization in the metal container 10. In this case, since it is sufficient for the metal container 10 to withstand a certain pressure of the gas-liquid coexisting phase, the weight of the metal container 10 is reduced by reducing the thickness of the metal plate constituting the metal container 10. Is possible.

オゾン濃度の測定時間は、PCM3の量、言い換えればPCM3が完全に蒸発するまでの時間によって決定される。なお、オゾン濃度の測定が終了すると、ガス検知体2を断熱容器Bから取り出して新しいガス検知体2と交換することにより、金属製容器10および断熱容器Bは再利用することができる。   The measurement time of the ozone concentration is determined by the amount of PCM3, in other words, the time until PCM3 is completely evaporated. When the measurement of the ozone concentration is completed, the metal container 10 and the heat insulation container B can be reused by taking out the gas detection body 2 from the heat insulation container B and replacing it with a new gas detection body 2.

液状のPCM3が金属製容器10の内部に存在して、気相−液相共存状態を保持すると、金属製容器10の温度T1 は、内蔵した液状のPCM3の沸点温度に固定される。そこで、金属製容器10に収納するPCM3の種類を替えることによって沸点を変え、必要とする動作温度を実現することができる。したがって、暑熱地で利用することを想定すると、金属製容器10に貯蔵すべきPCM3としては、沸点が該当地城の平均気温より数度下にあるような揮発性液体などが考えられる。液状のPCM3が蒸散する際の気化熱Hbによって、金属製容器10の温度は一定値(沸点温度)に保たれる。 When the liquid PCM 3 is present inside the metal container 10 and maintains the gas phase-liquid phase coexistence state, the temperature T 1 of the metal container 10 is fixed to the boiling point temperature of the built-in liquid PCM 3. Therefore, by changing the type of PCM 3 stored in the metal container 10, the boiling point can be changed and the required operating temperature can be realized. Therefore, assuming use in a hot area, the PCM 3 to be stored in the metal container 10 may be a volatile liquid whose boiling point is several degrees below the average temperature of the local castle. The temperature of the metal container 10 is maintained at a constant value (boiling point temperature) by the vaporization heat Hb when the liquid PCM 3 evaporates.

ここで、液体から気体に相変化するPCM3は、ガス検知体2の動作温度として想定される温度範囲に転移点をもつ物質が選択される。そこで、40℃以下でかつ室温近傍で使用可能な幾つかのPCM3の物性値を以下の表6に示す。   Here, as the PCM 3 that changes in phase from a liquid to a gas, a substance having a transition point in the temperature range that is assumed as the operating temperature of the gas detector 2 is selected. Accordingly, the physical properties of several PCMs 3 that can be used at a temperature below 40 ° C. and near room temperature are shown in Table 6 below.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

本発明の本実施の形態に好適な有機化合物系のPCM3としては、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、n−ブタン、1−ペンテン、アセトアルデヒド、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレンオキシド、R11(すなわち、トリクロロフルオロメタン、CCl3F )、R21(すなわち、ジクロロフルオロメタン、CHCl2F)、ジクロロメタン、塩化カルボニル(すなわち、ホスゲン、COCl2 )、R114(すなわち、1,2−ジクロロテトラフルオロエタン、C2Cl2F4)を挙げることができる。 The organic compound-based PCM3 suitable for the present embodiment of the present invention includes n-pentane, isopentane, neopentane, n-butane, 1-pentene, acetaldehyde, ethyl methyl ether, diethyl ether, ethylene oxide, R11 (ie, trichloro Fluoromethane, CCl 3 F), R21 (ie, dichlorofluoromethane, CHCl 2 F), dichloromethane, carbonyl chloride (ie, phosgene, COCl 2 ), R114 (ie, 1,2-dichlorotetrafluoroethane, C 2 Cl 2 F 4 ).

室温近傍に沸点のある液体は、有機系の化合物ならびに冷媒液体に多く存在するが、可燃性のものが多く、人体への有害性などを考慮すると、あまりよいものがない。   Many liquids having a boiling point near room temperature are present in organic compounds and refrigerant liquids, but many of them are flammable and are not very good in view of their harm to the human body.

なお、第3の実施の形態におけるオゾンガス濃度測定器40の動作原理は、融解熱Hmの代わりに気化熱Hbを利用する点で第1および第2の実施の形態と異なっている。ただし、蒸散により液状のPCM3の量が減少していくので、定期的にPCM3の量を補充する必要がある。   The operating principle of the ozone gas concentration measuring device 40 in the third embodiment is different from those in the first and second embodiments in that the heat of vaporization Hb is used instead of the heat of fusion Hm. However, since the amount of liquid PCM3 decreases due to transpiration, it is necessary to replenish the amount of PCM3 periodically.

図9は、PCMの温度−圧力線図で、Aは水の場合の温度−圧力線図、Bは水以外の一般的な物質の温度−圧力線図である。温度の上昇にともなって、一定体積の容器に密封された液状のPCM(A,B)は気体に相変化するので、容器の内圧が増大する。この内圧に耐えられる強度が容器には求められる。   FIG. 9 is a temperature-pressure diagram of PCM, A is a temperature-pressure diagram in the case of water, and B is a temperature-pressure diagram of a general substance other than water. As the temperature rises, the liquid PCM (A, B) sealed in a fixed volume container changes into a gas, and the internal pressure of the container increases. The container is required to be strong enough to withstand this internal pressure.

具体的に考察するため、PCM3として沸点が27.9℃のイソペンタンを選択すると、金属製容器10はアルミや銅等が想定される。ただし、動作時間について考察するためには、蒸発の際の蒸発熱のみではなく、蒸発速度できまるPCM3の減少量が問題となる。   For concrete consideration, when isopentane having a boiling point of 27.9 ° C. is selected as PCM3, the metal container 10 is assumed to be aluminum, copper or the like. However, in order to consider the operation time, not only the heat of evaporation during evaporation but also the amount of decrease in PCM3 that can be achieved by the evaporation rate becomes a problem.

今、25℃で静止した空気層を通して等温下で蒸散部材43からPCM3が蒸発して拡散してゆく過程について、ステファンの法則(Stefan’s Law)が成り立っていると仮定すると、PCM3の総移動量m (蒸発量)は、次式(11)により与えられる。 Assuming that Stefan's Law is established for the process of PCM3 evaporating and diffusing from the transpiration member 43 through an air layer stationary at 25 ° C under the same temperature, the total movement of PCM3 The amount m liquid (evaporation amount) is given by the following equation (11).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

ここで、Aは蒸散の面積[m2 ](=9.8×10-7[m2 ]、蒸散用孔42の直径0.5[mmφ]が5本程度とする)、pは大気圧(=1.013×105 [Pa])、(z2 −z1 )は蓋体23に設けられた蒸散用の挿通孔46の長さ(=2×10-2[m]、ただし断熱厚2[cm]の場合、したがって、zl は上蓋13の高さで、z2 は蓋体23の蒸散用通気孔46の高さ)、P液1はz1 の上蓋13にある蒸散用孔42におけるPCM3の分圧で、ここでは25℃でのイソペンタンの飽和蒸気圧(=9.184×104 [Pa])を仮定する。他方、z2 の位置にある断熱材製の蓋体23に設けられた蒸散用通気孔46でのPCM3の蒸気圧p液2は乾燥空気中に拡散するから0である。M相変化物質 はPCM3の分子量(Mイソペンタン=72.1)、T外気は外気温度で25℃であり、R0( =8.314[J/mo1・K])はガス定数、イソペンタンの25℃での拡散係数Dは、D=8.42×10-6[m2]を用いる(N.H.Chen,D.F.Othmer,J.Chem.Eng.Data,7,37(1962))。よって、イソペンタンの蒸発速度mイソペンタンは、次式(12)によって与えられる。 Here, A is the area of transpiration [m 2 ] (= 9.8 × 10 −7 [m 2 ], the diameter of the transpiration hole 42 is about 0.5 [mmφ]), and p is atmospheric pressure. (= 1.013 × 10 5 [Pa]), (z 2 −z 1 ) is the length of the insertion hole 46 for evaporation provided in the lid 23 (= 2 × 10 −2 [m], but heat insulation) In the case of a thickness of 2 [cm], therefore, z l is the height of the upper lid 13, z 2 is the height of the transpiration vent 46 of the lid 23, and P liquid 1 is for transpiration in the upper lid 13 of z 1 . Assuming the partial pressure of PCM3 in the hole 42, here, the saturated vapor pressure of isopentane at 25 ° C. (= 9.184 × 10 4 [Pa]). On the other hand, the vapor pressure p liquid 2 of PCM3 in the evaporating ventilation hole 46 provided in the lid 23 made of heat insulating material at the position z 2 is 0 because it diffuses into the dry air. M phase change material is the molecular weight of PCM3 (M isopentane = 72.1), T outside air is 25 ° C. at outside temperature, R 0 (= 8.314 [J / mo1 · K]) is gas constant, 25 of isopentane. The diffusion coefficient D at 0 ° C. uses D = 8.42 × 10 −6 [m 2 ] (NHChen, DFOthmer, J. Chem. Eng. Data, 7, 37 (1962)). Accordingly, the evaporation rate m of isopentane , m isopentane, is given by the following equation (12).

Figure 2008107091
Figure 2008107091

上記した第1の実施の形態と同様に、名刺サイズ、すなわち、縦9cm×横6cm×厚2cmの金属製容器10を仮定すると、イソペンタン(液体)の密度ρは、ρ=0.62007[g/cm3 ]であるから、この金属製容器10には、M=ρV=0.62007×9×6×2=66.97[g]のイソペンタンが存在する。上記の蒸発速度で減少していくとすると、全部蒸発するのに2.322×107 [s]=6.45×103 [h]の時間を必要とする。全て蒸発してしまうと金属製容器10の温度はイソペンタンの転移点に固定されなくなるので、全部でなく約1/3が蒸発するまでの時間としても、2.18×103 [h]=90[day]の時間はイソペンタンが金属製容器10内に1/3以上の量残留することになる。 As in the first embodiment, assuming a metal container 10 having a business card size, that is, 9 cm long × 6 cm wide × 2 cm thick, the density ρ of isopentane (liquid) is ρ = 0.62007 [g / Cm 3 ], this metal container 10 has isopentane of M = ρV = 0.62007 × 9 × 6 × 2 = 66.97 [g]. If it decreases at the above evaporation rate, it takes 2.322 × 10 7 [s] = 6.45 × 10 3 [h] to evaporate all. When all of them evaporate, the temperature of the metal container 10 is not fixed at the transition point of isopentane. Therefore, even when not all but about 1/3 evaporates, 2.18 × 10 3 [h] = 90 During the [day] time, isopentane remains in the metal container 10 in an amount of 1/3 or more.

図10は本発明の第4の実施の形態を示す分解斜視図、図11は減圧弁の断面図である。この実施の形態は、固体(または粉末)状態のPCM3が気化する際の昇華熱を利用した暑熱地で使用して好適なオゾンガス濃度測定器60に適用したものである。固体(粉末状)のPCM3が金属製容器10内に存在して、気−固相共存状態を保持する限り、金属製容器10の温度は内蔵した固体(粉末)状のPCM3の昇華温度に固定される。固体からの昇華により、容器10の内部圧力は高くなるので、この圧力を上蓋13に設けた減圧弁61によって容器外部に逃がすことにより、金属製容器10を沸点温度に固定するとともに、金属製容器10内のPCM3の気化による圧力増加を防止している。この場合、金属製容器10は固−気共存相の一定圧力に耐え得る形状、厚さ等が要求される。   FIG. 10 is an exploded perspective view showing a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a sectional view of a pressure reducing valve. This embodiment is applied to an ozone gas concentration measuring device 60 suitable for use in a hot area using sublimation heat when the PCM 3 in a solid (or powder) state is vaporized. As long as the solid (powdered) PCM3 exists in the metal container 10 and the gas-solid phase coexistence state is maintained, the temperature of the metal container 10 is fixed to the sublimation temperature of the solid (powdered) PCM3 incorporated. Is done. Since the internal pressure of the container 10 is increased by sublimation from the solid, the metal container 10 is fixed at the boiling point temperature by letting this pressure escape to the outside of the container by the pressure reducing valve 61 provided on the upper lid 13. The pressure increase due to the vaporization of PCM3 in 10 is prevented. In this case, the metal container 10 is required to have a shape and thickness that can withstand a certain pressure of the solid-gas coexisting phase.

このため、本実施の形態においては、金属製容器10の横断面形状を楕円形にしている。また、プラスチック製の容器11も、金属製容器10を収納し得る大きさの横断面形状を楕円形とし、さらに断熱材製容器12についてもプラスチック製の容器11を収納し得る大きさの横断面形状を楕円形としている。   For this reason, in this Embodiment, the cross-sectional shape of the metal container 10 is made elliptical. The plastic container 11 also has an elliptical cross-sectional shape that can accommodate the metal container 10, and the heat-insulating container 12 also has a cross-section that can store the plastic container 11. The shape is an ellipse.

金属製容器10に収納されるPCM3の種類を替えることにより昇華点を変え、必要とする動作温度を実現することができる。例えば、暑熱地で利用することを想定すると、金属製容器10に貯蔵すべきPCM3としては、昇華点が該当地域の平均気温より数度下にあるような昇華性固体などが考えられる。PCM3が昇華する際の昇華熱Hsによって、金属製容器10の温度は、一定値(昇華点)に保たれる。   By changing the type of PCM 3 stored in the metal container 10, the sublimation point can be changed and the required operating temperature can be realized. For example, assuming use in a hot area, the PCM 3 to be stored in the metal container 10 may be a sublimable solid having a sublimation point that is several degrees below the average temperature in the area. The temperature of the metallic container 10 is kept at a constant value (sublimation point) by the sublimation heat Hs when the PCM 3 sublimates.

ここで、固体から気体に相変化するPCM3はガス検知体2の動作温度として想定される温度範囲に転移点をもつ物質が選択される。そこで、40℃以下でかつ室温近傍で使用可能な幾つかのPCMの物性値を以下の表7に示す。   Here, a substance having a transition point in the temperature range assumed as the operating temperature of the gas detector 2 is selected for the PCM 3 that changes phase from solid to gas. Therefore, Table 7 below shows physical property values of some PCMs that can be used at about 40 ° C. or less and near room temperature.

Figure 2008107091
Figure 2008107091

本発明の本実施の形態に好適な有機化合物系のPCM3としては、デカン酸(すなわち、カプリン酸)、ラウリン酸(すなわち、ドデカン酸)、p−ニトロフェノール、o−ニトロアニリン、ε−カプロラクタムを挙げることができる。   Examples of the organic compound-based PCM3 suitable for this embodiment of the present invention include decanoic acid (ie, capric acid), lauric acid (ie, dodecanoic acid), p-nitrophenol, o-nitroaniline, and ε-caprolactam. Can be mentioned.

図11において、前記減圧弁61は、両端開放の円筒体からなる本体63と、同じく両端開放の筒体からなり前記本体63の上端側開口部に螺合されたキャップ64と、本体63内に組み込まれたボール65およびこのボール65を下方に付勢し、シートリング66に押し付ける圧縮コイルばね67と、この圧縮コイルばね67とボール65を収納する筒体68と、本体63の下端部に螺合されたダブルナット69等で構成されている。本体63は、下端部が上蓋13に形成したねじ孔に螺合され、ダブルナット69によって固定されている。ボール65は、通常シートリング66に圧接されることにより減圧弁61を全閉状態に保持しており、金属製容器10内の圧力が一定値以上に上昇すると圧縮コイルばね67に抗して押し上げられ、減圧弁61を開くように構成されている。すなわち、金属製容器10内の内圧は、気化したPCM3の飽和蒸気圧だけ増加するので、この圧力増加分を減圧弁61が逃がすようにしている。なお、キャップ64によって圧縮コイルばね67のボール65に対する押圧力を調整することによって、開弁開始動作圧を変更することができる。この動作圧は、1.1気圧程度に設定される。なお、蓋体23には貫通孔62が減圧弁61(図10)に対向する位置に形成されている。   In FIG. 11, the pressure reducing valve 61 includes a main body 63 formed of a cylindrical body open at both ends, a cap 64 which is also formed of a cylindrical body open at both ends, and is screwed into an upper end side opening of the main body 63, and the main body 63. The assembled ball 65 and the compression coil spring 67 that urges the ball 65 downward and presses the ball 65 against the seat ring 66, the cylindrical body 68 that houses the compression coil spring 67 and the ball 65, and the lower end of the main body 63 are It is composed of a combined double nut 69 or the like. The main body 63 is screwed into a screw hole formed in the upper lid 13 at the lower end, and is fixed by a double nut 69. The ball 65 is normally pressed against the seat ring 66 to hold the pressure reducing valve 61 in a fully closed state, and is pushed up against the compression coil spring 67 when the pressure in the metal container 10 rises above a certain value. The pressure reducing valve 61 is opened. That is, the internal pressure in the metal container 10 increases by the saturated vapor pressure of the vaporized PCM 3, so that the pressure reducing valve 61 releases the increased pressure. The valve opening start operating pressure can be changed by adjusting the pressing force of the compression coil spring 67 against the ball 65 by the cap 64. This operating pressure is set to about 1.1 atm. A through hole 62 is formed in the lid 23 at a position facing the pressure reducing valve 61 (FIG. 10).

このオゾンガス濃度測定器60の動作原理は、上記した第1および第2の実施の形態で示した融解熱Hmの代わりに昇華熱Hsを利用する点で異なっている。ただし、固体(粉末)状のPCM3は、昇華により気化すると減圧弁61を介して大気中に拡散して量が減少していくので、定期的に固体(粉末)状のPCM3を補充する必要がある。   The operating principle of the ozone gas concentration measuring device 60 is different in that sublimation heat Hs is used instead of the heat of fusion Hm shown in the first and second embodiments. However, since solid (powder) PCM3 is vaporized by sublimation and diffuses into the atmosphere via the pressure reducing valve 61, the amount of the PCM3 needs to be periodically replenished. is there.

このようなオゾンガス濃度測定器60においても、金属製の容器10の温度は固体状のPCM3が全て気化するまでその昇華温度に固定されるので、暑熱地であってもガス検知体2の曝露部7に含まれている有機系色素の化学変化が外気温度によって速くなったりすることがなく、オゾン濃度を正確に測定することができる。   Also in such an ozone gas concentration measuring device 60, the temperature of the metal container 10 is fixed to the sublimation temperature until all of the solid PCM 3 is vaporized, so that the exposed portion of the gas detector 2 even in a hot region. The chemical concentration of the organic dye contained in 7 is not accelerated by the outside air temperature, and the ozone concentration can be measured accurately.

図12は、本発明の第5の実施の形態を示すオゾンガス濃度測定器70の外観斜視図である。この実施の形態は、蓄熱体Aおよび断熱容器Bを縦長の薄箱型に形成し、紐71によって首から吊下げて使用するように構成したものである。オゾンガス濃度測定器70は、第3の実施の形態と同様に液体から気体に相変化するPCMを用いた暑熱地用の測定器を構成している。   FIG. 12 is an external perspective view of an ozone gas concentration measuring device 70 showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the heat storage body A and the heat insulation container B are formed in a vertically long thin box shape and are used by being suspended from the neck by a string 71. The ozone gas concentration measuring device 70 constitutes a measuring device for a hot region using PCM that changes phase from a liquid to a gas as in the third embodiment.

図13は、本発明の第6の実施の形態を示すオゾンガス濃度測定器80の外観斜視図である。この実施の形態は、同じく蓄熱体Aおよび断熱容器Bを縦長の薄箱型に形成し、ピン34とクリップ81によって衣服に止めて使用するように構成したものである。オゾンガス濃度測定器80は、第3の実施の形態と同様に液体から気体に相変化するPCMを用いた暑熱地用の測定器を構成している。   FIG. 13 is an external perspective view of an ozone gas concentration measuring device 80 showing a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the heat storage body A and the heat insulating container B are similarly formed in a vertically long thin box shape, and are used by being fastened to clothes by pins 34 and clips 81. The ozone gas concentration measuring device 80 constitutes a measuring device for a hot region using PCM that changes phase from a liquid to a gas as in the third embodiment.

なお、本発明は上記した実施の形態に何ら限定されるものではなく、種々の変形、変更、組み合わせが可能である。例えば、上記した実施の形態においては、いずれもオゾンガスに反応する色素としてインジゴ環を有する色素を用いたが、これに限らずトリフェニルメタン色素やフクソイミン環等を用いてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications, changes, and combinations are possible. For example, in the above-described embodiment, a dye having an indigo ring is used as a dye that reacts with ozone gas. However, the present invention is not limited to this, and a triphenylmethane dye, a fuxoimine ring, or the like may be used.

また、上記した実施の形態は、いずれもオゾンガス濃度測定器1,40,60,70,80に適用した例について説明したが、これに何ら特定されるものではなく、例えば検知剤として二酸化窒素ガス(NO2 )に反応するジアゾ化試薬およびカップリング試薬の混合物等を多孔体に含浸させたガス検知体を用いた場合には、二酸化窒素ガス濃度測定器にも適用することが可能である。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example applied to ozone gas concentration measuring device 1,40,60,70,80, all are not specified to this, For example, nitrogen dioxide gas is used as a detecting agent. When a gas detector in which a porous body is impregnated with a mixture of a diazotizing reagent that reacts with (NO 2 ) and a coupling reagent is used, the present invention can also be applied to a nitrogen dioxide gas concentration measuring device.

さらに、液体から固体、液体から気体、固体から気体に相変化するPCMを用いたガス濃度測定器に限らず、固体から液体(暑熱用)、気体から液体(寒冷地用)、気体から固体(寒冷地用)に相変化する物質を用いたガス濃度測定器にも適用することが可能である。その場合、上記したように、金属製容器10を耐圧構造としたり、圧縮機を用いればよい。   Furthermore, not only a gas concentration measuring device using a PCM that changes phase from liquid to solid, liquid to gas, and solid to gas, but from solid to liquid (for heat), from gas to liquid (for cold regions), from gas to solid ( It can also be applied to a gas concentration measuring device using a phase-changing substance (for cold regions). In that case, as described above, the metal container 10 may have a pressure-resistant structure or a compressor.

さらにまた、断熱容器は、プラスチック製の容器と断熱材製の容器を一体に形成したものであってもよい。   Furthermore, the heat insulation container may be formed by integrally forming a plastic container and a heat insulation material container.

本発明の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of operation of this invention. 本発明の第1の実施の形態を示すオゾンガス濃度測定器の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the ozone gas concentration measuring device which shows the 1st Embodiment of this invention. 図2のIII −III 線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. (a)〜(c)は多層構造を通過する一次元熱伝導を模擬して示す図である。(A)-(c) is a figure which simulates and shows the one-dimensional heat conduction which passes a multilayer structure. 本発明の第2の実施の形態を示すオゾンガス濃度測定器の断面図である。It is sectional drawing of the ozone gas concentration measuring device which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態を示すオゾンガス濃度測定器の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the ozone gas concentration measuring device which shows the 3rd Embodiment of this invention. 図6のVII −VII 線断面図である。It is the VII-VII sectional view taken on the line of FIG. 液状相変化物質の圧力−体積線図である。It is a pressure-volume diagram of a liquid phase change substance. 相変化物質の温度−圧力線図である。It is a temperature-pressure diagram of a phase change substance. 本発明の第4の実施の形態を示すオゾンガス濃度測定器の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the ozone gas concentration measuring device which shows the 4th Embodiment of this invention. 減圧弁の断面図である。It is sectional drawing of a pressure reducing valve. 本発明の第5の実施の形態を示すガス濃度測定器の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the gas concentration measuring device which shows the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態を示すガス濃度測定器の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the gas concentration measuring device which shows the 6th Embodiment of this invention. 有機系色素の退色(または発色)反応速度の温度依存性(アレニウスプロット)を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence (Arrhenius plot) of the fading (or coloring) reaction rate of an organic dye.

符号の説明Explanation of symbols

1…オゾンガス濃度測定器、2…ガス検知体、3…相変化物質、7…曝露部、10…金属製の容器、11…プラスチック製の容器、12…断熱材製の容器、17…窓、19…開口部、21…カラーチャート、36…マイクロカプセル、41…蒸散部、42…蒸散用孔、43…蒸散部材、40…オゾンガス濃度測定器、60…オゾンガス濃度測定器、61…減圧弁、70,80…オゾンガス濃度測定器、A…蓄熱体、B…断熱容器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ozone gas concentration measuring device, 2 ... Gas detector, 3 ... Phase change substance, 7 ... Exposed part, 10 ... Metal container, 11 ... Plastic container, 12 ... Heat insulation container, 17 ... Window, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Opening part, 21 ... Color chart, 36 ... Microcapsule, 41 ... Evaporation part, 42 ... Evaporation hole, 43 ... Evaporation member, 40 ... Ozone gas concentration measuring device, 60 ... Ozone gas concentration measuring device, 61 ... Pressure reducing valve, 70, 80 ... ozone gas concentration measuring device, A ... heat storage, B ... heat insulation container.

Claims (18)

特定のガスに反応して変色する曝露部を有するガス検知体と、このガス検知体の温度を一定に保つ蓄熱体と、この蓄熱体と前記ガス検知体を収納する断熱容器とを備え、
前記蓄熱体を大気圧下であって一定の温度範囲内において潜熱によって相変化する相変化物質と、この相変化物質を収納する金属製の容器とで構成し、
前記ガス検知体を前記金属製の容器の表面に密着させた状態で前記断熱容器内に収納し、前記断熱容器に前記ガス検知体の曝露部を外部に露呈させる開口部分を設けたことを特徴とするガス濃度測定器。
A gas detector having an exposed portion that changes color in response to a specific gas, a heat storage body that keeps the temperature of the gas detector constant, and a heat insulating container that houses the heat storage body and the gas detection body,
The heat storage body is composed of a phase change material that changes phase by latent heat in a certain temperature range under atmospheric pressure, and a metal container that stores the phase change material,
The gas detector is housed in the heat insulating container in close contact with the surface of the metal container, and an opening is provided in the heat insulating container to expose the exposed portion of the gas detector to the outside. Gas concentration measuring instrument.
特定のガスに反応して変色する曝露部を有するガス検知体と、このガス検知体の温度を一定に保つ蓄熱体と、この蓄熱体と前記ガス検知体を収納する断熱容器とを備え、
前記蓄熱体を大気圧下であって一定の温度範囲内において潜熱によって相変化する相変化物質と、この相変化物質を収納する金属製の容器とで構成し、
前記断熱容器を、窓を有し前記金属製の容器と前記ガス検知体を収納するプラスチック製の容器と、前記窓に対応して開口部を有し前記プラスチック製の容器を収納する断熱材製の容器とで構成し、
前記ガス検知体を前記金属製の容器と前記プラスチック製の容器との隙間に、前記金属製の容器に密着させた状態で配置して前記曝露部を前記窓および前記開口部から断熱容器の外部に露呈させたことを特徴とするガス濃度測定器。
A gas detector having an exposed portion that changes color in response to a specific gas, a heat storage body that keeps the temperature of the gas detector constant, and a heat insulating container that houses the heat storage body and the gas detection body,
The heat storage body is composed of a phase change material that changes phase by latent heat in a certain temperature range under atmospheric pressure, and a metal container that stores the phase change material,
The heat insulating container is made of a plastic container having a window and containing the metal container and the gas detector, and a heat insulating material having an opening corresponding to the window and containing the plastic container. With a container of
The gas detector is disposed in a gap between the metal container and the plastic container in a state of being in close contact with the metal container, and the exposed portion is disposed outside the heat insulating container from the window and the opening. Gas concentration measuring device characterized by being exposed to
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記相変化物質が固体から液体、液体から固体、液体から気体、気体から液体、固体から気体、および気体から固体に相変化する物質のうちのいずれか1つであることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The gas concentration is characterized in that the phase change substance is any one of a substance that changes phase from solid to liquid, liquid to solid, liquid to gas, gas to liquid, solid to gas, and gas to solid. Measuring instrument.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記金属製の容器を密閉構造とし、
前記相変化物質が固体または粉体からなり、その融解熱によりガス検知体の温度を一定に保つことを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The metal container has a sealed structure,
A gas concentration measuring device characterized in that the phase change material is made of solid or powder, and the temperature of the gas detector is kept constant by the heat of fusion.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記金属製の容器を密閉構造とし、
前記相変化物質が液体からなり、その凝固熱によりガス検知体の温度を一定に保つことを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The metal container has a sealed structure,
A gas concentration measuring device characterized in that the phase change substance is made of a liquid and the temperature of the gas detector is kept constant by the heat of solidification.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記相変化物質が液体からなり、その気化熱によりガス検知体の温度を一定に保ち、
前記金属製の容器に前記相変化物質を吸い上げて容器外部に蒸散させる蒸散部を設けたことを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The phase change substance is a liquid, and the temperature of the gas detector is kept constant by the heat of vaporization,
A gas concentration measuring device, wherein a transpiration unit for sucking up the phase change material and evaporating it outside the container is provided in the metal container.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記相変化物質が固体からなり、その昇華熱によりガス検知体の温度を一定に保ち、
前記金属製の容器に内圧が一定値以上に高くなると外部に逃がす減圧弁を設けたことを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The phase change material is a solid, and the temperature of the gas detector is kept constant by sublimation heat.
A gas concentration measuring device characterized in that a pressure reducing valve is provided in the metal container for releasing the internal pressure when the internal pressure becomes higher than a predetermined value.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記相変化物質が、n−パラフィン系炭化水素、有機化合物、香料を溶解した有機溶媒、水和物あるいは相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物のうちのいずれか1つであることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The phase change material is an n-paraffin hydrocarbon, an organic compound, an organic solvent in which a fragrance is dissolved, a hydrate or a hydrate to which a phase separation inhibitor is added, or a hydrate to which a supercooling inhibitor is added. A gas concentration measuring device characterized by being one of them.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記蓄熱体が、前記相変化物質がマイクロカプセルに収納され、粉体としての前記マイクロカプセルを金属製の容器に充填することで構成されたことを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The gas storage device according to claim 1, wherein the heat storage body is configured by storing the phase change material in a microcapsule and filling the microcapsule as a powder into a metal container.
請求項9記載のガス濃度測定器において、
前記マイクロカプセルが樹脂被覆されることにより蓄熱板を形成しており、その表面に金属膜が形成されていることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 9, wherein
A heat storage plate is formed by coating the microcapsules with a resin, and a metal film is formed on the surface of the heat storage plate.
請求項8記載のガス濃度測定器において、
前記相変化物質が、n−エイコサン、n−ノナデカン、n−オクタデカン、n−ヘプタデカン、n−ヘキサデカン、n−ペンタデカン、n−テトラデカン、およびn−トリデカンからなる群より選択される少なくとも1種のパラフィン系炭化水素であることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 8, wherein
The phase change material is at least one paraffin selected from the group consisting of n-eicosane, n-nonadecane, n-octadecane, n-heptadecane, n-hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane, and n-tridecane. Gas concentration measuring device characterized by being a hydrocarbon.
請求項8記載のガス濃度測定器において、
前記水和物または相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物が、水和塩化カルシウム、含水硝酸リチウム、硫酸ナトリウム・十水和物、水和炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム・十二水和物、硝酸亜鉛・六水和物、臭化カルシウム・六水和物、硫酸亜鉛・七水和物、臭化鉄・六水和物のうちのいずれか1つであることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 8, wherein
The hydrate or the hydrate added with the phase separation inhibitor or the hydrate added with the supercooling inhibitor is hydrated calcium chloride, hydrous lithium nitrate, sodium sulfate decahydrate, hydrated carbonic acid. Of sodium, disodium hydrogen phosphate dodecahydrate, zinc nitrate hexahydrate, calcium bromide hexahydrate, zinc sulfate heptahydrate, iron bromide hexahydrate Any one of the gas concentration measuring devices.
請求項8記載のガス濃度測定器において、
前記有機化合物または香料を溶解した有機溶媒が、トリミリスティン、パルミチン酸メチル、カプリン酸、d体−乳酸、グリセリン、酢酸、カプリル酸、エチレンジアミン、蟻酸、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、n−ブタン、1−ペンテン、アセトアルデヒド、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレンオキシド、R11、R21、ジクロロメタン、塩化カルボニル、R114、ラウリン酸、p−ニトロフェノール、o−ニトロアニリン、ε−カプロラクタムのうちのいずれか1つであることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 8, wherein
The organic solvent in which the organic compound or fragrance is dissolved is trimyristin, methyl palmitate, capric acid, d-form-lactic acid, glycerin, acetic acid, caprylic acid, ethylenediamine, formic acid, n-pentane, isopentane, neopentane, n-butane , 1-pentene, acetaldehyde, ethyl methyl ether, diethyl ether, ethylene oxide, R11, R21, dichloromethane, carbonyl chloride, R114, lauric acid, p-nitrophenol, o-nitroaniline, ε-caprolactam The gas concentration measuring device characterized by being.
請求項1または2記載のガス濃度測定器において、
前記金属製の容器を銅、アルミニウム、銀、タングステン、亜鉛のうちのいずれか1つで製作し、内面に耐食性の保護膜をコーティングし、さらに熱伝導率の良い金属の小片ないしは略球状微粒子または繊維状微粒子が容器内に充填されることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 1 or 2,
The metal container is made of any one of copper, aluminum, silver, tungsten, and zinc, and the inner surface is coated with a corrosion-resistant protective film, and further, a metal piece having a good thermal conductivity or a substantially spherical fine particle or A gas concentration measuring device characterized in that fibrous fine particles are filled in a container.
請求項14記載のガス濃度測定器において、
充填する微粒子がアルミナ微粒子、シリカ微粒子のうちのいずれか1つであることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 14, wherein
A gas concentration measuring device, wherein the fine particles to be filled are any one of alumina fine particles and silica fine particles.
請求項14記載のガス濃度測定器において、
前記耐食性の保護膜がプラスチック、ガラスまたはフッ素樹脂の表面コート膜であることを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 14, wherein
The gas concentration measuring device, wherein the corrosion-resistant protective film is a surface coat film of plastic, glass or fluororesin.
請求項1〜16のうちのいずれか一項に記載のガス濃度測定器において、
前記断熱材製の容器の開口部が形成されている面に、特定のガスの濃度に対応した色を示すカラーチャートが表示されたシートを貼着したことを特徴とするガス濃度測定器。
In the gas concentration measuring device according to any one of claims 1 to 16,
A gas concentration measuring device, wherein a sheet on which a color chart indicating a color corresponding to a specific gas concentration is attached is attached to a surface where an opening of the heat insulating material container is formed.
請求項6記載のガス濃度測定器において、
前記蒸散部を金属製の容器に設けた蒸散用孔と、この蒸散用孔に挿通され一端が容器外部に突出する吸液性の蒸散部材とで構成したことを特徴とするガス濃度測定器。
The gas concentration measuring device according to claim 6, wherein
A gas concentration measuring device comprising: a transpiration hole provided in a metal container with the transpiration portion; and a liquid-absorbing transpiration member inserted into the transpiration hole and projecting at one end to the outside of the container.
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