JP2010249609A - 水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定に必要なガスの量が少なく、水蒸気透過性が小さい測定対象物についても水蒸気透過性を評価することが可能な水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る水蒸気透過量測定方法は、チャンバ２を第１の室１１と第２の室１２との２室に区画するように測定対象物Fを配置し、第２の室１２に乾燥ガスを導入し、第２の室１２から乾燥ガスを排出し、第１のバルブ１７及び第２のバルブ１９を閉止することで乾燥ガスの導入及び乾燥ガスの排出を停止し、第１の室１１に水蒸気を含む試料ガスを導入し、第２の室１２と、ガス導入経路１６と、ガス排出経路１８とによって画成される測定空間に向け測定対象物Fを透過した、試料ガス中の水蒸気の量を測定空間で測定する。測定中は乾燥ガスの流通が停止されるため、必要な乾燥ガス量が低減され、また、測定対象物Fを透過した水蒸気が排出されることが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の水蒸気透過量を測定するための水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法に関する。

食品包装用のフィルム等の評価要件の一つに水蒸気透過量がある。水蒸気透過量は水蒸気が測定対象物を透過する速度であり、単位時間、単位面積当たりの水蒸気の透過量（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）で表される。水蒸気透過量は、特に水蒸気が測定対象物を透過する速度が小さい場合等には非常に小さい値になり、また水蒸気は空気中に存在することもあって、高精度に測定されることが求められている。

水蒸気透過量を測定するための測定装置及び測定方法には種々の形態のものが存在する。例えば、特許文献１には、「フィルム材料のガス透過度測定装置及びガス透過度測定方法」が記載されている。

特許文献１に記載の装置及び方法では、測定対象物（フィルム材料）を介して対向する２つの室（ガス流動室）の一方に水分等の検出対象物質（特定ガス成分）を含有する暴露ガスを流し、他方にキャリアガスを流す。測定対象物を透過してキャリアガスに混入した特性ガス成分の量を検出手段（水晶発振式水分計）によって検出し、キャリアガスの流量から測定対象物を透過した水分量を算出する。

特開２００３−３２２５８３号公報（段落[００３３]、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の装置及び方法では、測定対象物を透過した検出対象物質をキャリアガスにより搬送するため、測定中には常にキャリアガスを流す必要があり、測定に多量のキャリアガスが必要となるという問題がある。また、測定対象物を透過した水蒸気はキャリアガスによって排出されてしまうため、測定対象物の水蒸気透過性が非常に小さい場合、測定対象物を透過する水分量が検出手段の検出限界以下となるおそれがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、測定に必要なガスの量が少なく、水蒸気透過性が小さい測定対象物についても水蒸気透過性を評価することが可能な水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る水蒸気透過量測定方法は、チャンバを第１の室と第２の室との２室に区画するように測定対象物を配置することを含む。
乾燥ガスは、ガス導入経路に設けられた第１のバルブを開放することで上記第２の室に導入され、ガス排出経路に設けられた第２のバルブを開放することで上記第２の室から排出される。
上記第２の室への乾燥ガスの導入及び上記第２の室からの乾燥ガスの排出は、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブを閉止することで停止される。
水蒸気を含む試料ガスは、上記第１の室に導入される。
上記第２の室と、上記ガス導入経路と、上記ガス排出経路とによって画成される測定空間に向けて上記測定対象物を透過した、上記試料ガス中の水蒸気の量は上記測定空間で測定される。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る水蒸気透過量測定装置は、チャンバと、ガス導入経路と、ガス排出経路と、弁機構と、測定器とを具備する。
上記チャンバは、測定対象物により第１の室と第２の室とに区画される。
上記ガス導入経路は、上記チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室に乾燥ガスを導入する。
上記ガス排出経路は、上記チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室から乾燥ガスを排出する。
上記弁機構は、上記ガス導入経路を開閉する第１のバルブと上記ガス排出経路を開閉する第２のバルブとを有し、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブが閉止されることで、上記第２の室と、上記ガス排出経路と、上記ガス導入経路とによって画成される測定空間を形成する。
上記測定器は、上記測定空間に配置され、上記測定空間に向けて上記測定対象物を透過した、上記試料ガス中の水蒸気の量を測定する。

本発明の第１の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置の概略構成を示す図である。

本発明の一実施形態に係る水蒸気透過量測定方法は、チャンバを第１の室と第２の室との２室に区画するように測定対象物を配置することを含む。
乾燥ガスは、ガス導入経路に設けられた第１のバルブを開放することで上記第２の室に導入され、ガス排出経路に設けられた第２のバルブを開放することで上記第２の室から排出される。
上記第２の室への乾燥ガスの導入及び上記第２の室からの乾燥ガスの排出は、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブを閉止することで停止される。
水蒸気を含む試料ガスは、上記第１の室に導入される。
上記第２の室と、上記ガス導入経路と、上記ガス排出経路とによって画成される測定空間に向けて上記測定対象物を透過した、上記試料ガス中の水蒸気の量は上記測定空間で測定される。

水蒸気が測定される際には、第２の室への乾燥ガスの導入及び排出は停止されるため、第１の室から測定空間に向けて測定対象物を透過する水蒸気は排出されることなく測定空間内に留まり、測定される。これにより、水蒸気が測定対象物を透過する速度が非常に小さい場合であっても、時間とともに測定対象物に存在する水蒸気の量が増加し、測定することが可能となる。また、乾燥ガスは測定前に第２の室に導入及び排出されるものの、測定中にあっては導入及び排出が停止されるため、測定に必要なガスの量は、測定中にもガスを流し続ける場合に比べ低減される。

上記水蒸気の量を測定する工程では、露点計によって水蒸気の量を測定してもよい。

露点計によって、小さい水蒸気量を高精度に測定することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る水蒸気透過量測定装置は、チャンバと、ガス導入経路と、ガス排出経路と、弁機構と、測定器とを具備する。
上記チャンバは、測定対象物により第１の室と第２の室とに区画される。
上記ガス導入経路は、上記チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室に乾燥ガスを導入する。
上記ガス排出経路は、上記チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室から乾燥ガスを排出する。
上記弁機構は、上記ガス導入経路を開閉する第１のバルブと上記ガス排出経路を開閉する第２のバルブとを有し、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブが閉止されることで、上記第２の室と、上記ガス排出経路と、上記ガス導入経路とによって画成される測定空間を形成する。
上記測定器は、上記測定空間に配置され、上記測定空間に向けて上記測定対象物を透過した、上記試料ガス中の水蒸気の量を測定する。

測定前に弁機構の第１のバルブ及び第２のバルブが開放されて、乾燥ガスが導入及び排出される。測定時には弁機構の第１のバルブ及び第２のバルブが閉止されて乾燥ガスの導入及び排出が停止される。測定時には、乾燥ガスが供給されないため、その必要量を低減することが可能である。また、測定時に測定空間に向けて測定対象物を透過した水蒸気は排出されないため、水蒸気が測定対象物を透過する速度が非常に小さい場合でも測定器によって検出することが可能である。

上記測定器は露点計であってもよい。

露点計によって、小さい水蒸気量を高精度に測定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置１（以下、測定装置１）の概略構成を示す模式図である。

同図に示すように、測定装置１は、チャンバ２と、試料ガス導入部３と、試料ガス排出部４と、乾燥ガス導入部５と、乾燥ガス排出部６と、測定器２０とを有する。
試料ガス導入部３、試料ガス排出部４、乾燥ガス導入部５及び乾燥ガス排出部６はそれぞれチャンバ２に接続されている。また、チャンバ２には、測定対象物であるフィルムＦが取り付けられている。

チャンバ２は、第１チャンバ部７と、第２チャンバ部８と、締結具９と、ガスケット１０を有する。第１チャンバ部７と第２チャンバ部８とが締結具９により締結され、ガスケット１０は第１チャンバ部７と第２チャンバ部８の接合面に配置される。

第１チャンバ部７はステンレス等の材料からなり、凹部７ａと、フランジ部７ｂとが形成されている。凹部７ａの開口縁にフランジ部７ｂが形成され、フランジ部７ｂに、凹部７ａの開口に沿って溝が形成されている。また凹部７ａには試料ガス導入部３及び試料ガス排出部４が接続される孔が形成されている。

第２チャンバ部８はステンレス等の水蒸気に対する吸着性、透過性が低い材料からなり、凹部８ａと、フランジ部８ｂとが形成されている。凹部８ａの開口縁にフランジ部８ｂが形成され、フランジ部８ｂに、凹部８ａの開口に沿って溝が形成されている。また、凹部８ａには乾燥ガス導入部５及び乾燥ガス排出部６が接続される孔が形成されている。

第１チャンバ部７は第２チャンバ部８と同一形状に形成されてもよく、異なる形状に形成されてもよい。ただし、凹部７ａと凹部８ａの開口形状及びフランジ部７ｂとフランジ部８ｂの接合面は対応する必要がある。なお、凹部８ａの容積が小さくなるように第２チャンバ部８を形成することにより、フィルムＦを透過した水蒸気が拡散するのに必要な時間を低減することができる。

締結具９はフランジ部７ｂとフランジ部８ｂを締結する。締結具９は例えばボルトとナット、クランプ等、着脱が容易なものが用いられる。
ガスケット１０は、チャンバ２の内部と外部とをシールする。ガスケット１０は例えばゴムからなるＯリング等である。ガスケット１０は、フランジ部７ｂの溝、フランジ部８ｂの溝にそれぞれ一つずつ嵌めこまれ、フランジ部７ｂとフランジ部８ｂが締結されるとフィルムＦを介して対向し、フィルムＦとフランジ部７ｂ、フィルムＦとフランジ部８ｂとの間のガスの連通を遮断する。

フィルムＦが取り付けられた状態で第１チャンバ部７と第２チャンバ部８が結合されると、チャンバ２内に、凹部７ａとフィルムＦで囲まれた第１室１１と、凹部８ａとフィルムＦで囲まれた第２室１２の二室が形成される。

試料ガス導入部３は、第１室１１にキャリアガス及び水蒸気の混合ガス（試料ガス）を供給する。試料ガス導入部３は試料ガス導入管１３と水蒸気発生器１４を有する。水蒸気発生器１４は試料ガス導入管１３に直列に設けられている。試料ガス導入部３は、ガス流量を調節し、あるいはガスを遮断するバルブを有していてもよい。

試料ガス導入管１３は、キャリアガス及び試料ガスが流通する配管である。試料ガス導入管１３は、第１室１１と図示しないキャリアガス供給機構を接続する。

水蒸気発生器１４は、水蒸気を発生させ、キャリアガス中に水蒸気を供給する。水蒸気発生器１４は例えば、液体の水を加熱することによって水蒸気を発生させる。水蒸気発生器１４は、発生した水蒸気の圧力を制御する機構を備える。

試料ガス排出部４は、第１室１１から試料ガスを排出する。試料ガス排出部４は試料ガス排出管１５を有する。試料ガス排出部４は、ガス流量を調節し、あるいはガスを遮断するバルブ有していてもよい。

試料ガス排出管１５は、試料ガスが流通する配管である。試料ガス排出管１５は、第１室１１と図示しない試料ガス排出機構を接続する。

乾燥ガス導入部５は、第２室１２に乾燥ガスを供給する。乾燥ガス導入部５は乾燥ガス導入管１６と第１バルブ１７を有する。第１バルブ１７は乾燥ガス導入管１６上に配置されている。

乾燥ガス導入管１６は、乾燥ガスが流通する配管である。乾燥ガス導入管１６はステンレス等の、水蒸気に対する吸着性、透過性が低い材料により形成されている。乾燥ガス導入管１６は、第２室１２と図示しない乾燥ガス供給機構を接続する。
第１バルブ１７は、乾燥ガス導入管１６を遮断し、あるいは開放する。

乾燥ガス排出部６は、第２室１２から乾燥ガスを排出する。乾燥ガス排出部６は乾燥ガス排出管１８、第２バルブ１９を有する。第２バルブ１９は乾燥ガス排出管１８に上に配置されている。

乾燥ガス排出管１８は、乾燥ガスが流通する配管である。乾燥ガス排出管１８はステンレスなどの、水蒸気に対する吸着性、透過性が低い材料により形成されている。乾燥ガス排出管１８は、第２室１２と図示しない乾燥ガス排出機構を接続する。
第２バルブ１９は、乾燥ガス排出管１８を遮断し、あるいは開放する。

測定器２０は、水蒸気量を測定する。測定器２０は、乾燥ガス排出管１８上の第２バルブ１９よりチャンバ２側に配置されており、第２室１２の水蒸気を含有するガスの水蒸気量を測定する。測定器２０は、水蒸気量（湿度）を測定することが可能なものから適宜選択することが可能である。例えば高分子抵抗式湿度計、高分子容量式湿度計、酸化アルミ容量式湿度計、赤外線湿度計、マイクロ波湿度計、塩化リチウム露点計、鏡面冷却式露点計、アルファ線露点計等を用いることが可能である。このうち、露点計を用いることにより、小さい水蒸気量を高精度に測定することが可能である。なお、測定器２０はセンサ部のみが乾燥ガス排出管１８内に配置されてもよい。

なお、測定装置１は、測定装置１及び流通する気体の温度を一定に保つためのヒーター等を有していてもよい。

測定装置１は以上のように構成される。
以下、測定装置１の動作を説明する。

第１チャンバ部７のフランジ部７ｂと、第２チャンバ部８のフランジ部８ｂの間に測定対象物であるフィルムＦがセットされ、測定装置１の温度が一定に維持される。

第１バルブ１７及び第２バルブ１９が開放され、乾燥ガス供給機構から乾燥ガスが供給される。乾燥ガスは、十分に乾燥されたガス、例えば露点温度−７０℃の窒素ガスである。乾燥ガスは、乾燥ガス導入管１６、第２室１２、乾燥ガス排出管１８を流通して乾燥ガス排出機構に排出される。乾燥ガスは経路中に収容されている気体を追い出し、壁面に吸着している水分を除去するのに十分な量が流通される。この際、測定器２０により乾燥ガスの水分量を測定しながら流通させてもよい。

次に、第１バルブ１７及び第２バルブ１９を閉止し、乾燥ガス導入管１６及び乾燥ガス排出管１８を遮断する。乾燥ガスはこれ以降流通されることがないため、測定中に消費されず、使用量を低減することが可能である。この際、第１バルブ１７を先に閉止することにより、第２室１２内の圧力を大気圧とすることができる。

次に、キャリアガス供給機構からキャリアガスが供給される。キャリアガスは、例えば窒素ガスである。また、水蒸気発生器１４から水蒸気が発生し、キャリアガスに水蒸気が混合されて試料ガスが形成される。試料ガスは、試料ガス導入管１３、第１室１１、試料ガス排出管１５を流通して、試料ガス排出機構に排出される。
必要に応じて、キャリアガスの流量、水蒸気の発生量、試料ガスの温度などの各パラメータが調節される。

第１室１１に試料ガスが導入された時点から測定器２０により水蒸気量の測定が開始される。第１室１１に導入された試料ガスに含有される水蒸気はフィルムＦを透過し、第２室１２に浸入する。ここで、第２室１２内にはガスフローがないため、第２室１２に浸入した水蒸気は濃度勾配により、第２室１２内、乾燥ガス導入管１６内（第１バルブ１７よりチャンバ２側）及び乾燥ガス排出管１８内（第２バルブ１９よりチャンバ２側）（以下、測定空間）に拡散し、測定器２０に到達する。測定器２０により測定された水蒸気量と、フィルムＦの面積（第１室１１と第２室１２を隔てている領域のみ）と、測定経過時間から、水蒸気透過量（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）が得られる。

測定空間は第１バルブ１７及び第２バルブ１９により外部と隔絶されているため、フィルムＦを透過した水蒸気は排出されず、測定空間内に留まる。このため、フィルムＦを透過する速度が小さい場合であっても、時間の経過と共に測定空間内の存在量が増大して測定器２０の検出限界以上となり、測定することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る測定装置１及びこれを用いる測定方法により、測定対象物（フィルムＦ）の水蒸気透過量が測定される。乾燥ガスは測定中は供給されないため、その必要量を少ないものとすることが可能である。また、フィルムＦを透過した水蒸気は排出されることなく測定空間内に留まるため、水蒸気がフィルムＦを透過する速度が小さい場合であっても測定することが可能となる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置３０（以下、測定装置３０）の概略構成を示す模式図である。測定装置３０は第１の実施形態に係る測定装置１と測定器の配置が異なる。なお、測定装置３０について、第１の実施形態に係る測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

測定器３１は、水蒸気量を測定する。測定器３１は、第２室１２内に配置されている。測定器３１は、水蒸気量（湿度）を測定することが可能なものから適宜選択することが可能である。例えば高分子抵抗式湿度計、高分子容量式湿度計、酸化アルミ容量式湿度計、赤外線湿度計、マイクロ波湿度計、塩化リチウム露点計、鏡面冷却式露点計、アルファ線露点計等を用いることが可能である。このうち、露点計を用いることにより、小さい水蒸気量を高精度に測定することが可能である。なお、測定器３１はセンサ部のみが第２室１２内に配置されてもよい。また、測定器３１を第２室１２内に配置した場合には、チャンバ２自体に露点計が組み込まれているので、フィルムＦを透過した水分を検出しやすい。

以上のように構成された測定装置３０を用いて水蒸気透過量が測定される。測定方法は、第１の実施形態に係る水蒸気透過量測定方法と同一である。本実施形態に係る測定装置３０及びこれを用いる測定方法により、測定対象物（フィルムＦ）の水蒸気透過量が測定される。乾燥ガスは測定中は供給されないため、その必要量を少ないものとすることが可能である。また、フィルムＦを透過した水蒸気は排出されることなく測定空間内に留まるため、水蒸気がフィルムＦを透過する速度が小さい場合であっても測定することが可能となる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置４０（以下、測定装置４０）の概略構成を示す模式図である。測定装置４０は第１の実施形態に係る測定装置１及び第２の実施形態に係る測定装置３０と測定器の配置が異なる。なお、測定装置４０について、第１の実施形態に係る測定装置１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

測定器４１は、水蒸気量を測定する。測定器４１は、乾燥ガス導入管１６上の第１バルブ１７よりチャンバ２側に配置されている。測定器４１は、水蒸気量（湿度）を測定することが可能なものから適宜選択することが可能である。例えば高分子抵抗式湿度計、高分子容量式湿度計、酸化アルミ容量式湿度計、赤外線湿度計、マイクロ波湿度計、塩化リチウム露点計、鏡面冷却式露点計、アルファ線露点計等を用いることが可能である。このうち、露点計を用いることにより、小さい水蒸気量を高精度に測定することが可能である。なお、測定器４１はセンサ部のみが乾燥ガス導入管１６内に配置されてもよい。

以上のように構成された測定装置４０を用いて水蒸気透過量が測定される。測定方法は、第１の実施形態に係る水蒸気透過量測定方法と同一である。本実施形態に係る測定装置４０及びこれを用いる測定方法により、測定対象物（フィルムＦ）の水蒸気透過量が測定される。乾燥ガスは測定中は供給されないため、その必要量を少ないものとすることが可能である。また、フィルムＦを透過した水蒸気は排出されることなく測定空間内に留まるため、水蒸気がフィルムＦを透過する速度が小さい場合であっても測定することが可能となる。

本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。

上述の各実施形態に係る水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法において、測定対象物はフィルム状としたがこれに限られない。例えば板状であってもよい。

１ 水蒸気透過量測定装置
２ チャンバ
１１ 第１室
１２ 第２室
１６ 乾燥ガス導入管
１７ 第１バルブ
１８ 乾燥ガス排出管
１９ 第２バルブ
２０ 測定器
３０ 水蒸気透過量測定装置
３１ 測定器
４０ 水蒸気透過量測定装置
４１ 測定器

Claims (4)

1. チャンバを第１の室と第２の室との２室に区画するように測定対象物を配置し、
   ガス導入経路に設けられた第１のバルブを開放することで前記第２の室に乾燥ガスを導入し、ガス排出経路に設けられた第２のバルブを開放することで前記第２の室から乾燥ガスを排出し、
   前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉止することで前記第２の室への乾燥ガスの導入及び前記第２の室からの乾燥ガスの排出を停止し、
   前記第１の室に水蒸気を含む試料ガスを導入し、
   前記第２の室と、前記ガス導入経路と、前記ガス排出経路とによって画成される測定空間に向けて前記測定対象物を透過した、前記試料ガス中の水蒸気の量を前記測定空間で測定する
   水蒸気透過量測定方法。
2. 請求項１に記載の水蒸気透過量測定方法であって、
   前記水蒸気の量を測定する工程では、露点計によって水蒸気の量を測定する
   水蒸気透過量測定方法。
3. 測定対象物により第１の室と第２の室とに区画されるチャンバと、
   前記チャンバの前記第２の室に接続され、前記第２の室に乾燥ガスを導入するガス導入経路と、
   前記チャンバの前記第２の室に接続され、前記第２の室から乾燥ガスを排出するガス排出経路と、
   前記ガス導入経路を開閉する第１のバルブと前記ガス排出経路を開閉する第２のバルブとを有し、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブが閉止されることで、前記第２の室と、前記ガス排出経路と、前記ガス導入経路とによって画成される測定空間を形成する弁機構と、
   前記測定空間に配置され、前記測定空間に向けて前記測定対象物を透過した、前記試料ガス中の水蒸気の量を測定する測定器と
   を具備する水蒸気透過量測定装置。
4. 請求項３に記載の水蒸気透過量測定装置であって、
   前記測定器は露点計である
   水蒸気透過量測定装置。

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