JP2017509877A - 統合ブロックマニホールドを利用した頑丈な対象分析物の透過試験器 - Google Patents

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Abstract

対象分析物の透過試験器（１０）であって、ブロックマニホールド（１００）で試験器（１０）の試験セル（７０ｎ）を保持することを特徴とする。

Description

（記載なし）
膜やフィルム、包装材、瓶、パッケージ、容器等の様々な試料（以降、便宜的にまとめて「試験フィルム」と呼ぶ）を透過する酸素、二酸化炭素、水蒸気などの対象分析物の透過率を測定するのに透過機器が用いられる。典型的な試験フィルムは低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、配向ポリプロピレン（ＯＰＰ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＴＤＣ）などから構成される高分子包装フィルムである。通常、試験にかけるフィルムは試験室を第１室と第２室に分けて密閉分離するように試験室内に配置される。第１室（一般に駆動室または分析室と呼ぶ）は既知濃度の対象分析物を含む気体（一般に駆動気体と呼ぶ）で満たされる。第２室（一般に検知室と呼ぶ）には対象分析物をセルから除去するように不活性気体（一般にキャリア気体と呼ぶ）が流される。対象分析物用のセンサーは、駆動室から試験フィルムを透過し、検知室へと送った対象分析物の存在を検出する検知室と連通して配置されている。酸素（Ｏ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）を試験フィルムに通して透過率を計測する代表的な透過率測定器としては、モコン社（Ｍｏｃｏｎ，Ｉｎｃ．、ミネソタ州ミネアポリス）からそれぞれＯＸＴＲＡＮ，ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−ＣおよびＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗの名称で市販されている。
透過率測定器で測定する対象分析物の濃度がｐｐｍまたはｐｐｂの範囲にまで低下してきているため、測定器内で用いる流体のわずかな空気の汚染に対してさえも非常に敏感になっている。特に、共通する１つの対象分析物センサーと連通する複数の試験セルをこの測定器で用いる場合、透過率測定器は多くの弁を備えた流体相互接続の広範なネットワークを用いることで、統制された駆動気体とキャリア気体の所望の流れを測定器内に実現している。とりわけ取り付け部の密閉状態が時間とともに緩んでくると、周囲の空気中の酸素、二酸化炭素、水蒸気が周りに漏れたり、取り付け部の密閉部から透過したりするため、この測定器の流体輸送システム内の各々の取り付け部が汚染源となり得る。
したがって、測定器内を流れる駆動気体とキャリア気体が周囲の空気により汚染される恐れが測定器の寿命を通してほとんどない透過率測定器が大いに必要となる。
米国特許第７，５７８，２０８号明細書 米国特許第７，９０８，９３６号明細書
本発明は対象分析物の透過試験器であり、ブロックマニホールドに特徴がある。この測定器は試験フィルムに対する対象分析物の透過率を測定するための対象分析物センサーと複数の試験セルとを有する。各々の試験セルは試験室を形成しており、試験セルはこの試験室が駆動室と検知室に密閉分離されるように試験フィルムを保持する機能を果たす。ブロックマニホールドには複数のセルが固定されており、ブロックマニホールドは各々のセルの試験室、駆動気体の加圧供給源、不活性気体の加圧供給源、対象分析物センサーのそれぞれと連通する複数の経路を有する。この複数の経路により、駆動気体を駆動気体の加圧供給源から各々のセルの駆動室へと選択的に送り、駆動気体を各々のセルの駆動室からマニホールド内の駆動気体の排気ポートへと選択的に送るようになっている。またこの複数の経路により、不活性気体を不活性気体の加圧供給源から各々のセルの検知室へと選択的に送り、不活性気体を各々のセルの検知室から対象分析物センサーへと選択的に送るようになっている。
ブロックマニホールドには補充可能な第一貯水器を設けることができ、この第一貯水器は駆動気体源と選択的な連通をしており、さらに各々のセルの駆動室と連通している。またブロックマニホールドには、補充可能な第二貯水器を設けることができ、第二貯水器は不活性気体源と選択的な連通をしており、さらに各々のセルの検知室と連通している。
図１は本発明の一実施例の模式的な配管図である。
説明
概して図１によると、本発明はブロックマニホールド１００に特徴のある対象分析物の透過試験器１０であって、このブロックマニホールド１００は内部に適当な経路と部屋が形成されたブロック状の鋳物マニホールド１００であることが望ましい。この測定器１０には試験フィルムＦnに対する対象分析物の透過率を測定するための１つの対象分析物センサー２００と複数の試験セル７０nが設けられている。各試験セル７０nには試験室が形成されており、試験セル７０nはこの試験室が駆動室７０nＡと検知室７０nＢに試験フィルムＦで密閉分離されるように試験フィルムＦを保持する機能を果たす。このセル７０nはブロックマニホールド１００に固定される。ブロックマニホールド１００は各セル７０nの試験室、駆動気体の加圧供給源Ａ、不活性気体の加圧供給源Ｂ、対象分析物センサー２００のそれぞれと連通する複数の経路３００nを備える。この複数の経路３００nにより、駆動気体を駆動気体の加圧供給源Ａから各セル７０nの駆動室７０nＡへと選択的に送り、駆動気体を各セル７０nの駆動室７０nＡからマニホールド１００内の駆動気体の排気ポート７０nＡｘへと送るようになっており、また不活性気体を不活性気体の加圧供給源Ｂから各セル７０nの検知室７０nＢへと選択的に送り、不活性気体を各セル７０nの検知室７０nＢから対象分析物センサー２００へと選択的に送るようになっている。
ブロックマニホールド１００には、駆動気体の気体源Ａと選択的な連通をし、各セル７０nの駆動室７０nＡと連通する補充可能な第一貯水器５０Ａを設けてもよい。また、ブロックマニホールド１００には、不活性気体の気体源Ｂと選択的な連通をし、各セル７０nの検知室７０nＢと連通する補充可能な第二貯水器５０Ｂを設けてもよい。
図１に具体例としてセルが２つの場合の本発明１０の実施例を示す。例えば米国特許第７，５７８，２０８号や米国特許第７，９０８，９３６号に記載されている（参照によりその全体を本明細書に援用する）ように、透過試験器１０は試験気体とキャリア気体のそれぞれのための加湿システムを備えていることが望ましい。
乾燥した試験気体の気体源Ａは第一加湿システムと流体的に連通しており、この第一加湿システムは貯水器５０Ａと連通する湿潤流路３００0Ａwetと、貯水器５０Ａを避けて通る乾燥流路３００0Ａdryを備える。試験気体に所望の加湿量が与えられるように、湿潤流路３００0Ａwetと乾燥流路３００0Ａdryを通る試験気体の流れをデューティー比に応じて試験気体のＲＨ調節弁２０Ａで調整する。
試験気体の湿潤流路３００0Ａwetは送入口１０１Ａwetからブロックマニホールド１００に入る。また試験気体の乾燥流路３００0Ａdryは送入口１０１Ａdryからブロックマニホールド１００に入る。
貯水器５０Ａを出ると、湿潤流路３００0Ａwet中の加湿された試験気体は、乾燥流路３００0Ａdry中の乾燥した試験気体と混ぜ合わされ、この混ぜ合わされた試験気体は試験気体の吸気流路３００1Ａ・３００2Ａを通ってそれぞれ第一試験セル７０1と第二試験セル７０2の駆動室７０1Ａ・７０2Ａに向かう。試験気体は駆動室７０1Ａ・７０2Ａを通過し、排気ポート（符号なし）から出て、それぞれ排気ポート７０1Ａｘ・７０2Ａｘからブロックマニホールドの外に排気される。
試験気体に同伴する粒子状物質をブロックマニホールド１００に侵入する前に取り除くために、粒子フィルター４０Ａwet・４０Ａdryを試験気体の湿潤流路３００0Ａwetと試験気体の乾燥流路３００0Ａdryにそれぞれ設けるのが望ましい。
同様に、乾燥キャリア気体の気体源Ｂは第二加湿システムと流体的に連通しており、この第二加湿システムは貯水器５０Ｂと連通している湿潤流路３００0Ｂwetと、貯水器５０Ｂを避けて通る乾燥流路３００0Ｂdryを備える。キャリア気体に所望の加湿量が与えられるように、湿潤流路３００0Ｂwetと乾燥流路３００0Ｂdryを通るキャリア気体の流れをデューティー比に応じてキャリア気体のＲＨ調節弁２０Ｂで調整する。
キャリア気体の湿潤流路３００0Ｂwetは送入口１０１Ｂwetからブロックマニホールド１００に入る。またキャリア気体の乾燥流路３００0Ｂdryは送入口１０１Ｂdryからブロックマニホールド１００に入る。
貯水器５０Ｂを出ると、湿潤流路３００0Ｂwet中の加湿されたキャリア気体は乾燥流路３００0Ｂdry中の乾燥したキャリア気体と混ぜ合わされ、この混ぜ合わされたキャリア気体は試験気体の吸気流路３００1Ｂ・３００2Ｂを通りそれぞれ第一試験セル７０1と第二試験セル７０2内にある検知室７０1Ｂ・検知室７０2Ｂに向かう。キャリア気体は、各々の検知室７０1Ｂ・７０2Ｂを通過し、排気ポート（符号なし）から出て、それぞれ専用の排気経路３００1ＢOUT・３００2ＢOUTを通して共通の経路３００5へと向かう。この共通の経路３００5はブロックマニホールド１００の外側にある対象分析物センサー２００と連通している。
共通の経路３００5は排気ポート１０２からブロックマニホールド１００の外に出る。
キャリア気体の湿潤流路３００0Ｂwetとキャリア気体の乾燥流路３００0Ｂdryにはそれぞれ粒子フィルター４０Ｂwet・４０Ｂdryを設けるのが望ましい。これはキャリア気体に同伴する粒子状物質をブロックマニホールド１００に侵入する前に取り除くためである。
対象分析物の触媒コンバーター３０Ｂwet・３０Ｂdryをキャリア気体の湿潤流路３００0Ｂwetとキャリア気体の乾燥流路３００0Ｂdryにそれぞれ設けるのが望ましい。これはキャリア気体中の対象分析物(例えばＯ2等)を、対象分析物センサー２００により検知されない分子種（例えば対象分析物がＯ2の場合はＨ2Ｏ等）に変換するためである。
試験気体の吸気流路３００1Ａ・３００2Ａとキャリア気体の吸気流路３００1Ｂ・３００2Ｂにはそれぞれ毛細管絞り６０1Ａ・６０2Ａ・６０1Ｂ・６０2Ｂを設けるのが望ましい。これは、試験セル７０1・７０2の駆動室７０1Ａ・７０2Ａと、試験セル７０1・７０2の検知室７０1Ｂ・７０2Ｂにそれぞれ気体が一定かつ均等に流れるのを促進するためである。毛細管絞り６０nはブロックマニホールド１００の側面に取り付けるのが望ましい。
それぞれの専用の排気経路３００1ＢOUT・３００2ＢOUTには、試験フィルムＦを透過した対象分析物を含むキャリア気体を検知室７０1Ｂ・７０2Ｂのそれぞれから選択的かつ相互排他的に通してセンサー２００に対し検知可能な関わりが生じるようにするための弁８０1Ｂと弁８０2Ｂがそれぞれ設けられている。弁を閉じると、弁８０1Ｂ・８０2Ｂによって、試験フィルムＦを透過した対象分析物を含むキャリア気体をマニホールド１００の放出ポート８０1Ｂｘ・８０2Ｂｘから周囲の空気中へと放出する。この弁８０nＢはブロックマニホールド１００の側面に取り付けるのが望ましい。
図１に示した測定器１０は必要に応じて経路調整機能を備える。透過試験器１０は測定器１０の気体流路３００ｎを非常に低い質量流量で流すようにする。なぜならば、測定器１０内に圧力差が生じることで試験気体やキャリア気体の加湿に影響を与えたり圧力誘起により試験フィルムＦを横切る駆動力を生み出したりするのを抑制するためである。このように、測定器１０を流れる質量流量を低く抑えているため、異なる試験セルでの測定の間に大幅な時間の遅延が発生する。なぜならば、次の試験セル７０nでの測定に備え試験セル排気通路３００nＢOUTに含まれる「新鮮でない」キャリア気体と、測定済みの試験セル７０nから分配されて排気流路３００5に含まれる「利用できない」キャリア気体とが流路から洗い流され、次の試験セル７０nから来る、試験フィルムＦを透過した対象分析物を含む新鮮なキャリア気体で置換されるためである。ひとつの経路調整機能として、共有の排気流路３００5においてセル切り替え経路調整弁８８Ｂを利用して、次の試験セル７０nと前の試験セル７０nの弁８０nＢの開閉と連携しながら、次の試験セル７０nに備えて排気流路３００nＢOUTに含まれる「新鮮でない」キャリア気体を前もって排気できるようにする。このセル切り替え経路調整弁８８Ｂは、キャリア気体がセンサー２００に向かって流れるフロースルー状態と、キャリア気体がブロックマニホールド１００内の排気ポート８８Ｂｘを通って周囲の空気に排気される排気状態との間を切り替える動作が可能である。セル切り替え経路調整弁８８Ｂはブロックマニホールド１００の側面に取り付けるのが望ましい。
図１に示した測定器１０は任意で再ゼロ校正機能を備える。再ゼロ校正は試験期間中にキャリア気体に含まれる残りの対象分析物を測定する方法のひとつであって、この方法には試験セルを回避してキャリア気体中の対象分析物濃度を直接計測するステップを含み、後でこの濃度は各試料に関して測定した対象分析物濃度の透過率から差し引かれる。
この再ゼロ校正機能には、試験セル７０nを回避して直接的にセンサー２００にキャリア気体を送るため、試験セル７０nより上流に再ゼロ校正流路３００9Ｂを含む。また、キャリア気体を選択的にセンサー２００へと向かわせるかブロックマニホールド１００から排気ポート８９Ｂｘを通して排出するために、再ゼロ校正弁８９Ｂが再ゼロ校正流路３００9Ｂに設けられる。この再ゼロ校正弁８９Ｂはブロックマニホールド１００の側面に取り付けるのが望ましい。
試験セル７０1・７０2の検知室７０1Ｂ・７０2Ｂの各々にキャリア気体が一定かつ均等に流れるのを促進するため、毛細管絞り６０9Ｂをキャリア気体再ゼロ校正流路３００9Ｂに設けるのが望ましい。この毛細管絞り６０9Ｂは他の毛細管絞りと同様に、ブロックマニホールド１００の側面に取り付けるのが望ましい。
センサー２００は適当な対象分析物（例えば酸素（Ｏ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）等）を測定できるものを選択する。当業者であればその知識と技術の範囲内で十分に適切なセンサー２００を選択することができる。このセンサー２００はクーロックス（Coulox（登録商標））センサーとするのが望ましく、センサー２００にキャリア気体が流れていないときにセンサーが周囲の空気により汚染されるのを防ぐ排出弁２１０を備えるものとする。
用語表
１０ 対象分析物の透過試験器
２０Ａ 試験気体のＲＨ操作弁
２０Ｂ キャリア気体のＲＨ操作弁
３０Ｂwet 湿潤キャリア気体流路における触媒室
３０Ｂdry 乾燥キャリア気体流路における触媒室
４０Ａwet 湿潤試験気体の流路における粒子フィルター
４０Ａdry 乾燥試験気体の流路における粒子フィルター
４０Ｂwet 湿潤キャリア気体流路における粒子フィルター
４０Ｂdry 乾燥キャリア気体流路における粒子フィルター
５０Ａ 試験気体用の貯水器
５０Ｂ キャリア気体用の貯水器
６０n 毛細管絞り
６０1Ａ 第一試験セルに向かう試験気体経路のための毛細管絞り
６０2Ａ 第二試験セルに向かう試験気体経路のための毛細管絞り
６０1Ｂ 第一試験セルに向かうキャリア気体経路のための毛細管絞り
６０2Ｂ 第二試験セルに向かうキャリア気体経路のための毛細管絞り
６０9Ｂ 再ゼロ校正弁に向かうキャリア気体経路のための毛細管絞り
７０n 試験セル
７０nＡ 試験セルｎの駆動室
７０nＢ 試験セルｎの検知室
７０nＡｘ 試験セルｎの駆動室からの排気
７０1 第一試験セル
７０1Ａ 第一試験セルの駆動室
７０1Ａｘ 第一試験セルの駆動室からの排気
７０1Ｂ 第一試験セルの検知室
７０2 第二試験セル
７０2Ａ 第二試験セルの駆動室
７０2Ａｘ 第二試験セルの駆動室からの排気
７０2Ｂ 第二試験セルの検知室
８０nＢ 試験セルｎ用のキャリア気体の検知室出口弁
８０1Ｂ 第一試験セルのキャリア気体出口弁
８０1Ｂｘ 第一試験セルの検知室からの排気
８０2Ｂ 第二試験セルのキャリア気体出口弁
８０2Ｂｘ 第二試験セルの検知室からの排気
８８Ｂ セル切り替え経路調整弁
８８Ｂｘ セル切り替え経路調整弁からの排気
８９Ｂ 再ゼロ校正弁
８９Ｂｘ 再ゼロ校正弁からの排気
１００ ブロックマニホールド
１０１Ａwet 試験気体の貯水器送入口
１０１Ａdry 試験気体の貯水器バイパス送入口
１０１Ｂwet キャリア気体の貯水器送入口
１０１Ｂdry キャリア気体の貯水器バイパス送入口
１０２ キャリア気体のセンサーに向かう送出口
２００ 対象分析物センサー
２１０ センサー排気弁
３００n 気体フロー流路ｎ
３００0Ａwet 試験気体の貯水器送入流路
３００0Ａdry 試験気体の貯水器バイパス送入流路
３００0Ｂwet キャリア気体の貯水器送入流路
３００0Ｂdry キャリア気体の貯水器バイパス送入流路
３００1Ａin 試験気体の第一試験セル送入流路
３００1Ｂin キャリア気体の第一試験セル送入流路
３００2Ａin 試験気体の第二試験セル送入流路
３００2Ｂin キャリア気体の第二試験セル送入口
３００nＢout 試験セルｎ用のキャリア気体送出流路
３００1Ｂout キャリア気体の第一試験セル送出流路
３００2Ｂout キャリア気体の第二試験セル送出流路
３００5 共用のキャリア気体の試験セル送出流路
３００9Ｂ キャリア気体の再ゼロ校正流路
Ａ 駆動気体源または試験気体源
Ｂ 不活性気体源またはキャリア気体源
Ｆ 試験フィルム

Claims (6)

  1. 試験セル内で試験フィルムに対する対象分析物の透過率を測定するための対象分析物の透過試験器であり、
    対象分析物センサーと、各々試験室が形成された複数の試験セルとを有し、各試験セルが試験室を駆動室と検知室に密閉分離するように試験フィルムを保持できるようになっている透過試験器であって、
    （‐）複数のセルが固定され、（‐）各セルの試験室と、駆動気体の加圧源と、不活性気体の加圧源と、対象分析物センサーとに連通する複数のチャネルを有するブロックマニホールドを備えており、
    この複数のチャネルが（ｉ）駆動気体の加圧源から各セルの駆動室へと駆動気体を選択的に送り、（ｉｉ）各セルの駆動室からマニホールド内の駆動気体排出ポートへと駆動気体を送り、（ｉｉｉ）不活性気体の加圧源から各セルの検知室へと不活性気体を選択的に送り、（ｉｖ）各セルの検知室から対象分析物センサーへと不活性気体を選択的に送るようになっていることを特徴とする透過試験器。
  2. 請求項１の対象分析物の透過試験器であって、駆動気体源と選択的な連通をし、かつ各セルの駆動室と連通する補充可能な第一貯水器と、不活性気体源と選択的な連通をし、かつ各セルの検知室と連通する補充可能な第二貯水器とを含むことを特徴とする透過試験器。
  3. 請求項１の対象分析物の透過試験器であって、ブロックマニホールドが単一で一体の金属ブロックからなることを特徴とする透過試験器。
  4. 請求項１の対象分析物の透過試験器であって、駆動気体の加圧源および各セルの駆動室と連通するチャネルと、ブロックに取り付けられ駆動気体をセルの駆動室へと選択的に送るように動作可能な少なくとも１つの弁とが連通していることを特徴とする透過試験器。
  5. 請求項１の対象分析物の透過試験器であって、不活性気体の加圧源および各セルの検知室と連通するチャネルと、ブロックに取り付けられ不活性気体をセルの検知室へと選択的に送るように動作可能な少なくとも１つの弁とが連通していることを特徴とする透過試験器。
  6. 請求項１の対象分析物の透過試験器であって、各セルの検知室および対象分析物センサーと連通するチャネルと、ブロックに取り付けられ不活性気体をセルの検知室から対象分析物センサーへと選択的に送るように動作可能な少なくとも１つの弁とが連通していることを特徴とする透過試験器。


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