JP2017523397A - サンプリング装置のためのフロータイマー - Google Patents

Abstract

サンプリングシステムは、流体、概して空気の組成を得て評価するための装置を提供する。サンプリングシステムは、産業衛生士が、リスクを評価するとともに特定の環境に入る人が身に着けるべき保護装備を決定することを可能にし、一実施形態では、サンプリングシステムは、空気をその内部容積内に引き込むサンプリング容器を備え、サンプリング期間は、自動タイマーバルブによって制御される。自動タイマーバルブは、孔が入口チューブと整列させられるときにサンプリングされるエリアからサンプルバッグの内部容積への流体連通を提供する回転ディスク又はプレートを備えている。

Description

本出願は、米国特許法第１１９条（ａ）の下で、２０１４年６月２日付けで出願された米国特許仮出願第６２／００６，３３６号の優先権を主張するものである。

本発明は、サンプリングシステム及びサンプリング方法に関する。所定の実施形態では、サンプリングシステムは、サンプリングプロセスの開始を遅延させるための手段を備えている。別の実施形態では、サンプリングシステムは、断続的にサンプリングするため且つ／又はサンプルプロセスを遅くするための手段を備えている。サンプリング方法の一実施形態は、リモート位置において閉塞サンプリングバッグシステムを設置することを含み、サンプルバッグシステムは、入口と、入口に接続された自動制御バルブと、を有するサンプルバッグを備えている。

環境のサンプリング及び分析は、化学工場、研究所、閉鎖空間のようなエリア又は化合物によって汚染されている可能性がある他のエリアに存在するさまざまな対象化合物の量を決定するために定期的に行われる。サンプルは、化合物への人の起こり得る“瞬間的な”暴露を示す短いサンプリング期間にわたって収集されるか（“グラブサンプル”）、又はサンプルは、延長されたサンプリング期間にわたる化合物への人の起こり得る平均的な暴露を決定するために延長されたサンプリング期間にわたって収集される。従来では、サンプルは、概して、サンプリングポンプによってサンプルバッグ内に引き込まれるか、又はポンプに取り付けられたカセット、ソーベントチューブ又はインピンジャーに収集される。

基本的には、従来では２つのサンプリングシステムがあり、すなわち直接的サンプリングシステム及び間接的サンプリングシステムがある。従来の直接的サンプリングシステムは、サンプル容器内にサンプリングされるガスを動かすためにポンプを備え、逆に、従来の間接的サンプリングシステムは、サンプル容器内にサンプリングされるガスを引き込むようにサンプリングバッグを拡張させるために真空を使用する。

これらサンプリングシステムは、正確な全空気サンプルを比較的簡単に得るように且つサンプリングプロセス中及びサンプルの保管中にサンプルの汚染を最小化するように構成される。ほとんどのサンプリングシステムは、空気、蒸気及び／又はガスサンプルを収集し且つ／又は保管するために使用される膨張可能サンプルバッグを含んでいるか、又は、サンプルバッグが膨張されるかもしくはポンプが作動されるときにサンプルバッグ入口、ソーベントチューブ、カセット及び／又は他の収集媒体を通じて液体、空気、蒸気及び／又はガスサンプルを引き込むことによってソーベントチューブ、カセット、インピンジャー又は他の収集媒体上で液体、空気、蒸気及び／又はガスサンプルを収集するために使用される。

閉鎖空間内でのサンプリングは、さらなる関心及び困難を提供する。労働安全衛生機関は、場合によっては、従業者が閉鎖空間に入る前に、閉鎖空間内の空気が、酸素含有量と、可燃性ガス及び蒸気と、考えられる有毒空気汚染物質と、に対して検査されるべきであることを要求する。

下降を伴う、層状環境を含む閉鎖空間内への進入のためにモニターするときに、空気は、移動方向において一定距離及び両側が検査されるべきである。サンプリングプローブが使用される場合、進入者の閉鎖空間内への前進速度は、サンプリング速度及び検出器と対応するように遅くされなければならない。

概して、閉鎖空間でサンプリングするために、リモートサンプリングチューブが、サンプル分析器内のポンプに取り付けられる。チューブの開放端は、閉鎖空間内に下げられ、ポンプは、サンプルを引き出すために作動される。このシステムでは、いくつかの欠点がある。例えば、このシステムでは、チューブは、極めて長く、また、採取されるサンプルがチューブの端部又は入口で環境を表すようにチューブが全体的にパージされるかどうかを決定することが困難である。さらに、所定の化合物は、サンプリングプロセス中にチューブの壁部に吸着され、従って、サンプリングされるガスがサンプルバッグ又は分析デバイスにチューブを通じて動くときにサンプリングされるガスの濃度を変化させる可能性がある。さらに、チューブは、過去のサンプリングプロセスからの吸着された化合物を含む可能性があり、これら化合物は、現在のサンプルに脱着され且つ現在のサンプルを汚染する。加えて、容積ポンプが使用される場合、サンプリングチューブ及び関連する抵抗は、規定されたサンプリング期間中に見込まれるものよりも、感知デバイス内に引き込まれるサンプル体積が少なくなることをもたらす可能性がある。

米国特許出願第１３／７２９，５３３号明細書 米国特許出願第１３／０２８，６２０号明細書 米国特許出願第１３／０２８，５８７号明細書

閉鎖空間内のサンプリングの改良された手段が必要とされている。

サンプリングシステムは、流体の組成を得て評価するための装置を提供し、いくつかのケースでは、サンプル中に存在する対象化合物の濃度を提供する。特に、サンプリングシステムは、産業衛生士が、リスクを評価して特定の環境に入る人が身に着けるべき保護装備を決定することを可能にする。一実施形態では、サンプリングシステムは、サンプリング容器を備えている。サンプリング容器は、容器の壁部によって規定される内部容積と、サンプルを内部容積内に輸送するための流体連通を提供する入口チューブと、を備えている。

サンプリング装置は、概して、サンプリングされる環境からサンプル容器内にサンプルを動かすサンプルムーバーを備えている。エアムーバーは、例えばサンプル容器内での減少される圧力であるか、又はサンプルポンプである。サンプルムーバーは、内部容積を増大させることと、内部容積内の圧力を減少させることと、内部容積内にサンプリングされるガス、概して空気を引き込むことと、が可能な膨張機構を備えてもよい。サンプルは、後の分析のために保管され、比色チューブもしくはソーベントチューブを通じて押し出されるか、又は単に保管される。

サンプリング装置の実施形態は、入口チューブに接続された自動タイマーバルブを備えてもよい。自動タイマーバルブは、サンプリングプロセスの開始を遅延させ、延長された期間にわたる断続的なサンプリングプロセスを制御し、再現可能なサンプリング期間を提供し、且つ／又はサンプル期間を終了してもよい。

一実施形態では、自動タイマーバルブは、軸を回転させることが可能な回転機構を有する回転デバイスを備えている。軸は、軸に取り付けられた回転部品を有してもよい。回転部品は、サンプリング期間又はサンプリングプロセスに含まれる一連のサンプリング期間を開始及び終了するために、サンプル容器又は収集器への入口と相互作用する特徴部を備えてもよい。軸及び回転部品は、同じ回転軸を共有してもよい。このように、回転部品上での特徴部、例えば回転部品によって形成される孔は、軸と同じ回転軸を共有する。回転部品又はプレートは、長孔を形成してもよい。

一実施形態では、回転部品は、軸に接続され、回転部品は、回転軸から所定距離Ｒにある少なくとも１つの孔を含んでいる。サンプリング装置は、入口チューブを有する収集器を備えている。入口チューブ又は入口チューブに接続されたチューブは、シーリングデバイスを備えている。シーリングデバイスは、回転部品と接触している。接触は、回転部品の表面とのスライドシールを提供する。シールは、入口が回転部品上での孔のような特徴部と整列させられていないときのサンプル容器内へのフローと、サンプリングされる環境とサンプリング容器の内部容積との流体連通と、を防止する。シーリングデバイスは、Ｏリング、ガスケット又はゴム製ベローズのうちの１つを備えている。

入口チューブは、孔が回転軸から離間する距離と、回転軸から同じ距離に位置づけられている。このように、入口チューブは、回転部品が回転すると孔と整列させられてもよい。孔が、シーリング装置の開口部又は入口チューブと整列させられると、内部容積とサンプリングされる環境との間に流体連通が提供される。回転部品は、プレートであり、孔のような特徴部は、プレートに形成されてもよい。このような実施形態では、孔は、回転プレートとともに回転し、且つ入口チューブと整列することが可能である。プレートの表面は、シーリングデバイスと接触し、それにより、孔が入口チューブと整列させられていないときにサンプリングを妨害するために入口チューブをシールする。

サンプリング容器は、限定されないがスマ容器(summa container)のような剛性壁部を備えるか、又は参照することによって本明細書に組み込まれる特許出願で説明されるサンプルバッグのような少なくとも１つの可撓性壁部を備えてもよい。可撓性壁部を有するサンプル容器のための膨張システムは、形状記憶部品、バネ、空気圧式システム、液圧式システム及び加重システムのうちの少なくとも１つを備えてもよい。

自動タイマーバルブの回転部品は、軸及び／又は回転部品を回転させるための手段を備えている。実施形態では、自動タイマーバルブは、電気モータ、バネ動作式モータ又は重量動作式モータを備えている。本質的に安全な回転デバイスが必要とされるケースでは、バネ動作式モータ又は重量動作式モータが有益である。

回転部品の回転速度と、孔の長さ又はサンプルプロセス中にわたってシーリングデバイスが通過する孔の累積長さと、は、総サンプル期間を規定する。総サンプル期間によって増加される平均流量は、サンプリングされる体積を規定する。サンプリング装置は、置換可能な回転部品を備えてもよく、これら回転部品は、軸又は回転デバイスの他の回転部品に相互交換可能に取り付けられている。このように、サンプリング装置は、グラブサンプルのような予め設定された短いサンプリング期間、すなわち１５分間、３０分間、２時間の間（ＳＴＥＬもしくは許容限度又はいくつかの場合には他のタスク継続期間）、及び／又はポンプ及び／又は補助真空器具を使用することなく８時間から２４時間を含む延長されたサンプリング期間の間（ＴＷＡ）、さまざまなサンプリングプロセスのために使用される。

複数の回転部品は、軸に相互交換可能に接続することができる回転部品を含んでいる。各回転部品は、少なくとも１つの孔を備え、孔が入口チューブと整列させられるときに、内部容積とサンプリングされる環境との間の流体連通が提供される。

複数の回転部品は、第１回転部品及び第２回転部品を備え、第１回転部品は、孔の第１パターンを備え、第２回転部品は、孔の第２パターンを備えており、孔の第１パターンは、孔の第２パターンと異なっている。

実施形態では、回転デバイスは、１時間ごとに１回から１分間ごとに１０回（６秒間に１回）の間（これらに限定されない）のような任意の所望のレートで回転プレートを回転させ、他の実施形態では、回転は、３０分間ごとに１回から１分間ごとに２回の間で回転部品又はプレートを回転させる。さらに別の実施形態では、回転させるための手段が、約１５分ごとに１回、回転プレートを回転させる。いくつかの実施形態では、孔は、プレートの回転ごとに１回サンプリングを可能とするために入口チューブと整列する。

本明細書で使用される専門用語は、特別な実施形態を説明するためのみのものであり、本発明を限定するように意図されない。本明細書で使用されるように、用語“及び／又は(and/or)”は、関連する列挙される要素の１つ以上のいずれか及びすべての組み合わせを含む。本明細書で使用されるように、単数形“１つの(a)”、“１つの(an)”及び“その(the)”は、文脈が異なるように明確に示していない限り、複数形及び単数形を含むように意図される。本明細書で使用される用語“備える(comprises)”及び／又は“備える(comprising)”は、記載された特徴部、ステップ、動作、要素及び／又は部品の存在を規定するが、１つ以上の他の特徴部、ステップ、動作、要素、部品及び／又はこれらのグループの存在又は追加を除外するものではないことがさらに理解されるであろう。

異なるように規定されない限り、本明細書で使用される（技術的及び科学的用語を含む）全ての用語は、当業者によって共通して理解されるものと同じ意味を有している。通常使用される辞書で規定される用語のような用語は、関連技術及び本開示の内容においてそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で表現上規定されていない限り理想的に又は過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことがさらに理解されるであろう。

本発明を説明するにあたり、複数の技術及びステップが開示されていることが理解されるであろう。これらのそれぞれは、個々の効果を有し、それぞれは、他の開示される技術の１つ以上又は場合によりすべてと合わせて使用することができる。従って、明瞭にするために、この説明は、工業ステップの考えられるすべての組み合わせを不必要に繰り返さない。とはいうものの、明細書及び特許請求の範囲は、このような組み合わせが全体として本発明及び特許請求の範囲の範囲内にあるように理解されるとして参照されるべきである。

回転ディスクと、静止型入口チューブと、自動タイマーバルブと、サンプルを含まない初期形態のサンプル容器と、を備えるサンプリング装置の一実施形態を描いている。 回転部品の回転と、シーリングデバイス１１４ａの開口部との回転ディスク上での孔の整列と、を含むサンプリングプロセス後の図１Ａのサンプリング装置を描いている。 シーリングデバイスを有する回転ディスクの一実施形態の拡大図であって、図１Ｄのシーリングデバイスの平面図を描いている。 回転ディスクの長孔のためのシーリングデバイスを有する回転ディスクの別の実施形態の拡大図を描いている。 回転部品の長孔をシールするための長尺シーリングデバイスを描いている。 回転ディスク及び静止型入口チューブを備えるサンプリングバルブ機構を備えるサンプリング装置の部品の一実施形態を描いている。 回転ディスクの斜視図を示している。 長孔をシールする延在部を備えるシーリングデバイスの斜視図を描いている。 サンプリングプロセスの特性を変更するためにサンプリング装置に相互交換可能に取り付けられた回転ディスクの実施形態を描いている。 サンプリングプロセスの特性を変更するためにサンプリング機器に相互交換可能に取り付けられた回転ディスクの実施形態を描いている。 サンプリングプロセスの特性を変更するためにサンプリング機器に相互交換可能に取り付けられた回転ディスクの実施形態を描いている。 サンプリングプロセスの特性を変更するためにサンプリング機器に相互交換可能に取り付けられた回転ディスクの実施形態を描いている。 単一の長孔を有する回転部品の別の実施形態を描いている。 回転デバイスに対して静止した、入口チューブ及び／又はシーリングデバイスを固定するブラケットを描くサンプリング装置の実施形態を描いている。

実施形態は、サンプリングシステム、サンプリングバルブ機構及びサンプリング方法を含んでいる。他のサンプルに加えて、追加的に全空気サンプルが、サンプリングシステム、サンプリングバルブ機構及びサンプリング方法の特定の実施形態で得られる。

全空気サンプルは、所定の期間中に環境内に存在する１つ以上の対象化合物の濃度を決定するため、且つ当該期間にわたる空気中の対象化合物のおおよその平均濃度を決定するために、所定の期間にわたって採取される。

さらに、サンプリング方法及びモニタリング方法は、全体として、手動方法又は自動化された方法として説明される。サンプリング及びモニタリングの手動方法は、２つの異なるステップ：サンプルバッグ又はキャニスタ（これらに限定されない）のようなサンプル容器内へのサンプル収集と、サンプル収集に続く、少なくとも１つの対象化合物の濃度又は収集されたサンプル中の汚染物質の濃度を決定するためのサンプル分析と、を必要とする。汚染物質は、フィルタで、懸濁粒子状物質を収集するときにしばしばなされるようにサンプリングプロセス中にサンプルガス流から分離されるか、又は“全空気”サンプルが、サンプルガスから汚染物質を分離することなく収集される。“全空気”サンプルを捕捉することは、周囲空気又は閉鎖空間中の揮発性有機化合物の存在に対してサンプリングするための最重要方法の１つである。逆に、自動化された方法は、リアルタイム又はニアリアルタイムで所定の対象汚染物質のサンプリング及び分析を行うことが可能なポータブルガスクロマトグラフのような設備を採用する。

“全空気”サンプリングは、分析のためにサンプルを収集することを伴い、且つグラブサンプリング及び統合サンプリング双方を含む。双方の方法は、例えばサンプルを収集及び保持するために、ステンレス鋼（例えば不動態化キャニスタ）、ガラス又は（ポリエチレンテレフタレート（マイラー（登録商標））、フッ化ビニル樹脂（テドラー（登録商標））、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、アルミめっきを施されたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ））（これらに限定されない）のような）柔軟プラスチック及びステンレス鋼から作られた容器を使用する。“全空気”サンプルは、自己サンプリングバッグ及び自動タイマーバルブの一実施形態のような、流量とサンプリングプロセスの継続とを調整する部品から構成されたサンプリングトレインを通じて引き込まれる。

サンプリング装置の一実施形態は、サンプルを収容し且つサンプルと接触する内面を有する収集器（これに限定されない）を含んでいる。収集器は、サンプル中の対象化合物及び他の化合物に対して十分に不活性な内面であって、サンプルに汚染物質を加えること、サンプルの成分と作用すること又はサンプルの一部分を吸着することによって分析結果に実質的に影響を与えることをもたらすいかなる対象化合物又は他の化合物も脱着又は吸着しない、内面であるか、又はこのような内面を有するべきである。エアムーバー及びフロー測定デバイス又はリモートサンプルチューブが、収集ステップ前に設置される場合、サンプル流と接触するこれらデバイスのパーツは、対象化合物、汚染物質又はサンプルの他の成分を加えること及び取り除くことのないように対象ガスに対して実質的に不活性でなければならない。

空気サンプリングは、空気中のごく少量の有毒物と関連する所定の測定可能な健康効果を示す調査と、国の空気汚染因子の空気毒性の調整の普及と、リーズナブルなコストで、さらにますます少ない汚染量を検出することを可能にする分析技術の改良と、に起因して、近年、より重要になっている。人のための環境状態を評価する能力は、サンプリングシステム又はサンプルを得るために使用されるトレインの部品によって不利に影響を与えられるべきではない。

サンプル装置の部品を通じて空気を動かすために且つ空気の量を測定するために使用される機構は、サンプリングトレインの一体化パーツである。従来のエアムーバーは、概してモータ駆動式ポンプである。追加的に、モータ駆動式ポンプが実用的でない場合、イジェクタ、ピストンのような変位方法、真空キャニスタ又は他の容器ポンプが使用することができる。

しかしながら、代替的なエアムーバーは、特許文献１から３に開示されており、これら文献の全ては、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。これらの出願で開示されるシステム及びデバイスの実施形態は、サンプルをサンプルバッグ内に引き込むために、サンプルバッグの内部容積内に真空を発生させることによって稼働する。いくつかの実施形態では、システム及び方法は、サンプルバッグの壁部を離すように引くことによって、サンプルバッグの内部容積内で若干の真空、例えば１水中インチから５水中インチの真空を発生させる。このようなサンプリングシステム及びサンプリングバッグの重量は、１．２リットルから５リットルのサンプリング容積に対しておよそ８０グラムから２００グラムである他の従来のサンプリングシステム及びデバイスよりも小さい大きさのオーダーである。これらの特徴は、それらサンプリングシステム及びサンプリングバッグを、マンホール、サイロ、チャネル、タンク及び他の閉鎖空間を通じるようなリモート又は閉鎖空間内でのサンプリングのために適用可能にする。

組み込まれる特許出願のサンプリングシステム及びサンプリングデバイスの実施形態は、自己サンプリングデバイスとみなすこともできる。本明細書で使用されるように、自己サンプリングデバイスは、所定の場所に設置され、所定の期間にわたって“自己膨張”することが可能であり、自己膨張は、機動的な壁部、形状記憶部品、加重サンプリングバッグ(weighted sampling bag)もしくは加重サンプルバッグ容器、バネ、空気圧式もしくは液圧式シリンダと、他の自己膨張デバイスと、によって行われる。サンプルバッグが、対象ガスを含むサンプルで膨張された後に、バッグは、分析のために収集されて送られる。

サンプリングシステムの実施形態は、入口と、入口に接続されたサンプリング制御バルブ又は自動タイマーバルブと、を備える自己サンプリングデバイスを備えている。自動タイマーバルブ機構は、制限されていない自己サンプリングデバイスのサンプリング時間を延長させる。自動タイマーバルブ機構は、サンプリングプロセスの開始を遅延させることもできる。

閉鎖空間でのサンプリングに対しては、条件を満たす空気があることを確認するために、サンプリングする前にいかなる人も閉鎖空間内に入るべきではない；サンプリング装置又はサンプリング装置の一部分は、対象とされる場所まで閉鎖空間内にマンウェイ又はマンホールを通じて下げられなければならず、これにより当該場所で適切に空気をサンプリングする。適切なサンプルを得るために、サンプリング装置又はサンプリングデバイスの入口が対象とされる場所に配置されるまで、サンプリングプロセスは開始されるべきではないか、又はサンプリングプロセスのフローが制限されるべきである。例えば、サンプリング期間が３分である場合、閉鎖空間内へのサンプルデバイスの５０フィートの導入は、サンプリング場所への３０秒間の移動時間を含み、従って、収集されたサンプル中の対象化合物の濃度にかなりのエラーを導入する可能性がある。例えば、ガスの組成が層になっているかそうでなければガスの濃度が閉鎖空間にわたって不均一である場合、サンプルガスは、対象場所を表していない可能性がある。ガスは、例えばガスの間の密度差、汚染物質源からの変化する距離、及び／又は閉鎖空間内でのもしくは閉鎖空間内へのガスフローに起因して閉鎖空間内で層になっている可能性がある。これらのガス濃度差に対抗するために、サンプリングプロセス中のサンプルバッグ内へのフローは、制限され、且つサンプリングプロセスは、サンプルバッグの位置決めの影響を弱めるために長くされる。例えば、自己サンプリング装置及び自動タイマーバルブのためのサンプリングプロセスが、サンプリング期間を数分間に延長する場合、サンプリングデバイスがサンプリング環境の対象とされる場所内に下降させられる間に生じる希釈効果を減少させる。

サンプリングバルブ機構の一実施形態は、電気的被駆動部もしくはバネ被駆動部を含むモータ、クロック機構又は他のクロック状機構のような回転デバイスを備えている。標準的なクロック機構と同様に、回転デバイスは、完全な一回転が異なる時点で各軸によって完了されるような２つ以上の回転軸を備える。一例としてクロック機構を使用する場合、１つの軸が一分間で回転を完了し、他の軸が一時間で回転を完了する。単一の軸の回転デバイスを含む、回転デバイスの他の実施形態は、他の回転時間、例えば１０秒間、１５秒間、２０秒間、３０秒間、４５秒間、１分間、２分間、５分間、１０分間、８時間で完全な回転を行うか又は他の回転完了期間を有するように構成されてもよい。回転デバイスのさらに他の実施形態では、軸は、完全な回転をしないか、又は完全な回転に近い回転をし、全サンプリングプロセスは、４５°、９０°、１３５°及び／又は１８０°の回転（これらに限定されない）のような部分的な回転のみ完了する。

サンプリングバルブ機構は、軸、ピボット又は回転デバイスの他の回転要素に接続された回転部品を備えている。回転部品は、サンプルバッグへの入口とのシーリング接触部を備えている。回転部品は、サンプルバッグへの入口の開閉によって、サンプルバッグ内へのサンプルのフローの開始及び／又は停止を制御することが可能な特徴を有している。入口を閉じるために、回転部品は、シールを備えるか、又はサンプルバッグへの入口をシールすることが可能な材料から形成されてもよい。また、回転ディスクは、回転部品の回転を容易にするために、低摩擦係数の材料を含んでもよい。回転部品は、例えば回転ディスク、部分的ディスク又は他の形状であってもよい。ディスクは、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンの少なくとも１つの表面又はポリテトラフルオロエチレンの頂面及び底面を含んでもよく、これは、ポリテトラフルオロエチレンが、他の材料との適切なシーリング特性と、十分に小さい摩擦係数と、を有し、且つほとんどのサンプリング条件で実質的に不活性であるためである。特に、回転部品もしくは入口チューブと接触する任意の部品のシーリング部分又は入口チューブへのコネクタは、テフロン又は適切な特性を有する同様の材料から作られる。

自動タイマーバルブ１０を備えるサンプリングシステム、サンプリング装置又はサンプリングデバイスの一実施形態が、図１に示されている。自動タイマーバルブは、サンプルバッグの内部容積内へのサンプリングされる空気からのサンプルの吸入を制御する。自動タイマーバルブは、内部容積とサンプリングされるエリアとの間の流体連通を制御する。例えば、自動タイマーバルブ１０は、回転軸１０２を駆動する回転デバイス１０８を備えている。回転デバイス１０８は、直接電源、バッテリー、バネ又は回転デバイス１０８内の他のエネルギー貯蔵デバイス（これらに限定されない）のような任意のエネルギー源によって動力を供給される。回転部品１１０が、回転軸１０２に永久的又は解放可能に取り付けられている。回転部品は、サンプリングプロセスを制御又は規定する特徴部を含んでいる。特徴部は、入口を越えて回転し、且つ流体連通を提供するか又は防止する。

自動タイマーバルブは、回転デバイス１０８に静止して取り付けられた入口チューブ１１４をさらに備え（図５におけるブラケット１０８ａ参照）、このため、回転部品は、入口チューブ１１４及び回転デバイス１０８のハウジングに対して回転する。入口チューブ１１４は、概略的に示され、且つコネクタ及び／又は置換可能な先端又はシールのような追加的な部品を備えている（例えば図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅ参照）。入口チューブ１１４は、入口チューブ１１４が回転部品１１０の一様な表面と接触するときに効果的なシールを形成するように取り付けられている。入口チューブ１１４は、回転部品１１０の頂面と底面との間に効果的なスライドシールを形成する。回転部品が回転し、且つ回転部品１１０の面に規定された孔１１２が入口チューブ１１４と整列すると、入口チューブ１１４に取り付けられたサンプリングバッグ１３０の内部容積が、サンプリングされる環境と流体連通し、サンプルバッグの内部容積内に引き込まれるサンプル流体をもたらす。サンプリングバッグ又は他の収集器は、陰圧の下にあるか、又はサンプルポンプの入口と接続される。回転部品１１０が回転し続けると、回転部品１１０の表面は、入口チューブ１１４を再びシールし、環境とサンプルバッグ１３０との間の流体連通をブロックし、回転部品の特徴部のサンプリングプロファイルと、回転機構の特性と、に基づいて完全に又は一時的にさらなるサンプリングを実質的に停止させる。図１Ａは、サンプリングプロセスを開始する前のサンプリング装置１０を描いている。サンプルバッグ１３０は、上記の特許文献で説明されるもののようなエアムーバーであるか、又はサンプルバッグ内に排出するサンプルポンプで置換されてもよい。開始時に、入口ライン１１４上でのシーリングデバイス１１４ａは、回転部品１１０の頂面及び底面と接触している。回転部品１１０が回転デバイス１０８によって回転させられ、且つ回転部品１１０に形成された孔が、シーリングデバイス１１４の開口部と整列すると、サンプリングされるエリアとサンプル収集器１３０の内部容積との間の流体連通を提供する。図１Ａ及び図１Ｂに示される実施形態では、サンプルバッグは、収集器１３０で減少された圧力を発生させるために内部容積を拡張させる（矢印で示されるような）付勢力を受ける。減少された圧力は、孔１１２が入口チューブ１１４と整列させられてサンプリングされるエリアとサンプル収集器１３０の内部容積との間の流体連通を提供するときに、期間の間に内部容積内に引き込まれる流体サンプルをもたらす。入口チューブ１１４は、２つのセクション、例えばサンプルバッグ入口と回転部品１１０の底面との間の第１セクションと、回転部品１１０の上面と接触し且つサンプリングされるエリアに延在する第２セクションと、を備えている。他の実施形態では、入口チューブは、サンプルバッグ入口と回転部品１１０の底面との間の第１セクションから構成されてもよい。回転部品１１０は、回転し続け、サンプリング期間の終了又は１回のサンプリング期間の終了をもたらし、続いた回転後に、断続的なサンプリングの場合には別のサンプリング期間の始まりをもたらす。概して、回転デバイスは、回転デバイス１１０の表面がシーリング接触によってサンプルバッグの入口１１４を閉じる初期位置から、回転デバイス１１０の表面がシーリング接触によってサンプルバッグの入口１１４を再び閉じる最終位置へ回転する。初期位置と最終位置との間では、例えば回転部分１１０の表面に形成された孔のような特徴部が、サンプリングされるエリアとサンプルバッグ１３０の内部容積との間の流体連通を提供する。

自動タイマーバルブの別の実施形態が、例えば図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示されている。この実施形態では、回転部品１１０は、複数の孔１１２を規定し、これら孔１１２は、回転部品１１０が初期位置から最終位置へ全サンプリングプロセスを通じて回転するときに複数のサンプリング期間を可能にする。孔１１２ａは、短孔であり、回転部品１１０の回転軸から一定の径方向距離に位置づけられた長孔である孔１１２ｂと比較して短いサンプリング時間を提供する。孔１１２ｂは、回転部品１１０の回転速度に関連してサイズを定められている。サンプリング期間は、孔の始まりから孔の端部までの角度の長さを３６０°で割ることと、この計算の結果と回転部品の１回の完全な回転に対する時間とをかけることと、によって計算される。例えば、孔が回転の１２０°にわたって延在し且つ回転部品の１回の完全な回転の時間が３分間である場合、サンプリング期間は１分である。回転部品の別の実施形態は、複数の孔１１２を備えていてもよい。複数の孔は、孔同士の間の角度距離に基づいて、複数のサンプル期間でサンプルを採取することができ、且つ孔のサイズに基づいて所定期間に対するサンプリングを可能にする。

自動タイマーバルブの一実施形態は、異なるサンプリング期間特性を規定する複数の相互交換可能な回転部品を備えてもよい。図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ及び図３Ｄに示される回転部品１１０の実施形態は、ディスクの形状であるが、他の実施形態は、異なる形状を有してもよい。これらの図の実施形態のそれぞれは、異なる孔パターンを有し、従って異なるサンプリングフローパターンを有する。サンプルは、回転ディスクに形成された孔が入口１１４のシーリングデバイス１１４ａの開口部と整列させられるときに、サンプルバッグ内に流れる。図３Ａの回転部品の実施形態は、回転部品１１０の完全な回転にわたって断続的な３回のサンプリング期間を提供するために、３つの長孔１１２を備えている。３回の期間は、同様に継続し、等しく間隔をあけられる。図３Ｂの回転部品の実施形態は、円形の短孔と長孔１１２とを備える３組の孔を備え、これにより、初期位置から最終位置までの回転部品１１０の完全な回転を通じて断続的な３回のサンプリング期間を提供する。孔の組は、サンプリングの短い期間及びより長い期間を混ぜることを提供する。図３Ｃの回転部品の実施形態は、回転部品１１０の回転軸から異なる半径で間隔をあけられた２つのサンプリング用リングを有している。入口１１４及び／又はシーリングデバイス１１４ａは、特徴部の内側リング又は外側リングと整列させるために動かされ、これら内側リング及び外側リングは、１つの回転部品上での２つの異なるサンプリングプロセスを提供する。内側リングは、断続的な短い間隔のサンプリング期間を提供するために、５つの円形孔１１２を提供する。外側リングは、４回の断続的なサンプリング期間を提供するために、４つの長孔１１２を提供する。初期位置と最終位置との間の孔の全長と回転ディスクの回転速度とは、総サンプリング期間を規定する。図３Ｃに示される実施形態では、孔の外側リングは、およそ３０分である総サンプリング期間を提供し、この時間に、回転ディスクが、回転デバイスが１回転を完了することが可能な実施形態において、初期位置から最終位置へ完全な１回転を完了する。総サンプリング期間は、回転部品１１０が孔１１２にわたって２回転を完了する場合、２倍である。他の実施形態は、入口１１４上での回転部品の多数の回転を含んでもよい。回転の数は、回転デバイス１０８内に予めプログラムされているか、又は例えばサンプルプロセスの開始前にバネが巻き付けられる時間に依存している。孔の内側リングは、５回の短いサンプリング期間を提供する。図３Ｄの回転部品の実施形態は、初期位置から最終位置まで回転部品１０の完全な回転にわたって８回の断続的なサンプリング期間を提供するために、８つの円形孔１１２を備えている。

図１Ｃ及び図１Ｄは、タイマーバルブのスライドシール部品の実施形態の拡大図を示している。図１Ｄの実施形態では、入口チューブ１１４は、回転部品１１０の頂面及び底面双方上でシールするようにスライド可能に接続されている。入口チューブ１１４の端部には、回転部品１１０の両側で入口チューブ１１４にシーリング接続されたシーリングデバイス１１４ａが設けられている。シーリングデバイス１１４ａは、回転部品１１０の頂面及び底面のためにシール１１４ｂを備えている。回転部品１１０の図１Ｄに示される位置では、孔１１２ｂは、シール１１４ｂに形成された開口部１１４ｃを通過している。孔１１２ｂ及び１１２ｃは、シール１１４ｂのシーリングエリア内に示されている。従って、示されるように、図１Ｄのタイマーバルブは閉塞位置にある。閉塞位置では、タイマーバルブは、サンプリングされる環境とサンプルバッグ１３０の内部容積との間で流体連通を提供しない。回転部品１１０がさらに回転すると、孔１１２ｃは、シール１１４ｂ同士の間から出てシール１１４ｂの孔内に開放位置へ動き、開放位置では、タイマーバルブは、サンプリングされる環境とサンプルバッグ１３０の内部容積との間の流体連通を提供する。このようにして、タイマーバルブは、所定の期間にわたる環境の断続的なサンプリングを提供する。図１Ｄのシーリングデバイス１１４ａの実施形態は、置換可能なシールを備えている。置換可能なシールは、ハウジングから取り除くことができ、置換されるシールは、漏出の危険性があるか又は漏出し始めているものである。タイマーバルブのシーリングデバイスの別の実施形態は、図１Ｅに示され、シーリングデバイス１１４ａは、シーリング材料の２つの中実ピースを備えている。シーリングデバイスのこのような一実施形態は、テフロンを含んでいる。孔１１２ａは、回転部品１１０に形成されている。シールは、内側縁部と外側縁部との間にシール長さＬ１を有し、孔は、孔長さＬ２を有している。シール長さＬ１は、孔長さＬ２よりも大きく、このため、孔がシール１１４ａの開口部１１４ｃ内に入ると、タイマーバルブは、入口チューブ１１４を通じてサンプリングされるエリアへの流体連通を提供し、且つシーリングデバイス周りでのガスの漏出を防止する。孔の長さＬ２及び回転部品の回転速度は、単一の孔に対するタイマーバルブの連続的なサンプル期間を規定する。全サンプル期間は、一連の全孔によって規定され、且つ個々の連続的なサンプル期間のそれぞれの合計である。

サンプリング装置は、回転デバイスの軸に相互交換可能に接続された複数の回転部品を備えている。複数の回転部品は、例えば第１回転部品及び第２回転部品を備えている。第１回転部品は、孔の第１パターンを備え、第２回転部品は、孔の第２パターンを備え、孔の第１パターンは、孔の第２パターンと異なっている。回転部品は、サンプリング装置に対して異なるサンプリング期間を提供するために交換されてもよい。

回転部品のさらなる実施形態が、図４に示されている。回転部品１１０のこの実施形態は、１つ以上の軸が完全な回転移動をしない回転デバイス１０８で使用される。サンプリングデバイスのいくつかの実施形態では、回転部品は、完全な回転移動の一部分のみ行う。図４の回転部品１１０の実施形態では、回転部品１１０は、初期位置から最終位置までおよそ９０°の回転にわたって動く。この実施形態では、サンプリングプロセスは、Ｔ０からＴ１までの開始遅延期間と、Ｔ１からＴ２までのサンプル期間と、さらなるサンプリングが生じない、Ｔ２からＴ３までのシャットオフ期間と、を含む。各期間の長さは、孔１１２の場所、数及び長さによって、又は回転デバイスが異なる回転速度を有する図３の回転部品１００の使用によって修正されてもよい。

孔が入口チューブ開口部と整列させられるときのサイズ、時間及び周期は、回転部品及び回転ディスクの組み合わせのための特別なサンプル期間を規定する。いくつかの実施形態では、回転部品は、角度距離又は幅が変わる孔を備えてもよい。総サンプリング容積は、例えば自己サンプリングデバイスのサンプリング流量と、孔のそれぞれの総サンプリング期間と、の関数である。例えば、回転部品は、４つの孔、すなわち１分間のサンプル期間を可能にする第１孔と、５分間のサンプル期間を可能にする第２孔と、５分間のサンプル期間を可能にする第３孔と、１０分間のサンプル期間を可能にする第４孔と、を備えていてもよい。追加的又はより少ない孔が、他の実施形態で設けられてもよい。

追加的に、所定の実施形態では、自動タイマーバルブの回転部品は、入口に対して１回よりも多い回転を完了してもよい。従って、サンプリングは、所望の量のサンプルガスが得られるまで、多数繰り返して所定の期間に対して生じる。従って、サンプリング期間は、単一の回転時間を超えて延長されてもよく、例えば、１つ以上の入口サンプリングバルブ機構は、１２時間のサンプル、２４時間のサンプル、２日間のサンプル又は他の延長された期間に対して使用されてもよい。サンプル制御機構及び回転部品は、例えば１２時間ごとに１回のサンプル期間を提供するように構成される。

他の実施形態では、フロータイマーは、回転アームと、回転アームによってシールされることが可能な入口ポートと、を備えている。回転アームは、所定の回転機構に接続されてもよく、この回転機構は、入口ポートとのシーリング接続からはずれて回転され、且つ入口ポートと再びシーリング接続して回転することが可能にされる。入口ポートは、入口ポートが開いているときにサンプリングが始まり且つ入口ポートが閉じているときにサンプリングが終了するように、サンプリングシステムと流体連通している。いくつかの実施形態では、回転アームは、サンプリング期間中にシーリング入口に向かって常に動き、他の実施形態では、アームは、サンプリング期間が終了するまで入口ポートに対して実質的に静止したままであり、アームは、解放され、バネ又は他の付勢力によって入口ポートをシールするように復帰する。回転機構１０８は、電気的又は機械的であってもよい。

サンプリング装置の他の実施形態は、回転デバイスの回転軸から異なる距離に又は実質的に同様の距離に位置した複数の入口チューブを備えている。各入口チューブは、同時に又は連続してサンプリングする。さまざまな入口チューブの間の時間間隔は、孔のサイズに比例している。このような実施形態では、１つの入口フローバルブ又は機構は、複数のサンプリングデバイスへのサンプルフローを制御して、個別のバッグ内にサンプルを得る。各サンプルバッグは、それ自体のバルブを備えており、このバルブは、制御バルブ又は機構から取り除いた後に閉じられてサンプルを保持する。サンプルバッグは、クイックコネクタ、例えばプッシュトゥコネクトフィッティングによりサンプル制御バルブに接続されている。

自己サンプリングデバイス及び他のフローデバイスのためのサンプリングフローは、入口開口部の直径によって少なくとも部分的に決定される。従って、孔が整列させられた後のサンプリングプロセスの流量及び時間長さは、サンプリングされるガスの総体積を規定する。同じ回転部品上での回転軸から異なる径方向距離にある異なるサイズとされた孔は、異なる入口チューブと整列し、従って、単一の回転部品は、異なるサンプリング期間又は多数のサンプルバッグのために使用される。

自己サンプリングデバイス及びサンプル制御機構を使用するサンプリングシステム全体は、極めて軽量であり、且つ多くの所望の環境内に配置される適切な寸法を有し、使用しやすく且つ正確なサンプリングを提供する。このようなサンプリングシステムは、閉鎖空間、マンホール、タンク、船艙などに配置される。連続してサンプリングされる多数のサンプルバッグを含む制御バルブのために、被検物質の濃度のプロファイルは異なる場所で決定されてもよく、平均濃度が決定されてもよい。例えば、連続的なサンプリングは、図２に示される回転部品１１０上に示される孔１１２ｂ及び孔１１２ｃを使用することによって、２つの個別のサンプルバッグ内に達成される。

さらに、サンプリングシステムが軽量であり、いくつかの実施形態では電力を使用しない（例えばバネで動力を与えられる回転軸）ので、サンプリングシステムは、天候バルーンのようなバルーン、又は環境プロファイル及び高さに応じた汚染物質の分布のための開けた場所の大気でのリモート制御ヘリコプターにも配置することができる。例えば、リモート制御クワッドヘリコプターが、単一の入口フロー制御機構を有するいくつかのサンプルバッグを輸送し、従って異なる高さでの被検物質の濃度の情報を提供してもよい。このようなサンプリングシステムは、例えば煙突、排気筒又は他の排出パイプ上に配置されてもよい。サンプリングシステムにおける軽量、低電力要件及び多用途性は、科学的な応用及び日常的な操作の新たな領域を開く。

機動的な壁部を備えるサンプリングバッグの実施形態の他の側面及び特徴は、図面と併せて本発明の特定の例示的な実施形態の以下の説明を参照すれば、当業者には明らかになるであろう。特徴部は、所定の実施形態及び図面に対して説明されているが、全ての実施形態は、本明細書で説明した特徴部の１つ以上を含むことができる。１つ以上の特別な実施形態が、所定の有利な特徴部を有するとして本明細書で説明されるが、このような特徴部のそれぞれは、（組み込みが本発明の他の特徴部と相いれない場合を除き）本明細書で説明した本発明のさまざまな他の実施形態に組み込まれてもよい。同様の方式において、例示的な実施形態が、システム又は方法の実施形態として以下で説明されるが、このような例示的な実施形態は、さまざまなシステム及び方法で実施することができることが理解されるべきである。

説明された方法及びサンプリング装置の実施形態は、本明細書で説明された特別な実施形態、方法ステップ及び材料に限定されず、このような形態、プロセスステップ及び材料は、いくらか変更可能である。さらに、ここで使用される専門用語は、例示的な実施形態を説明するためにのみ使用され、専門用語は、本発明のさまざまな実施形態の範囲が添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるので、限定するよう意図されていない。

従って、本発明の実施形態が、例示的な実施形態を参照して説明されたが、当業者は、変更及び修正が添付の特許請求の範囲に規定されるように本発明の範囲内でもたらされることを理解するであろう。従って、本発明のさまざまな実施形態の範囲は、上述した実施形態に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲及び全ての等価物によってのみ規定されるべきである。

１０２ 回転軸、１０８ 回転デバイス、１１０ 回転部品、１１２，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 孔、１１４ 入口チューブ、１１４ａ シーリングデバイス、１１４ｂ シール、１１４ｃ 開口部、１３０ サンプリング容器

Claims (20)

1. 内部容積及び入口チューブを備えるサンプリング容器と；
   前記サンプル容器の前記内部容積を増大させることと、サンプリングされるガスを前記内部容積内に引き込むことと、が可能な膨張機構と；
   前記入口チューブに接続された自動タイマーバルブであって、
   軸を回転させることが可能な回転機構を有する回転デバイスであって、前記軸が回転軸を有する、回転デバイスと；
   前記軸に接続された回転部品であって、前記回転軸から所定距離にある少なくとも１つの孔を備える、回転部品と；
   を備える、自動タイマーバルブと；
   を備えるサンプリングシステムであって、
   前記入口チューブが、前記回転部品の表面と接触するスライドシールと、開口部と、を有する少なくとも１つのシーリングデバイスを備え、
   前記入口チューブが、前記入口チューブが前記開口部と整列することができるように、前記回転軸から、前記孔と同じ距離に位置づけられ、
   前記孔が、前記開口部と整列させられると、前記サンプル容器の前記内部容積とサンプリングされる環境との間の流体連通が提供されることを特徴とするサンプリングシステム。
2. 前記サンプリング容器が、少なくとも１つの可撓性壁部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
3. 前記入口チューブが、チューブコネクタを有していることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
4. 前記シーリングデバイスが、Ｏリング、ガスケット、ポリテトラフルオロエチレン又はゴム製ベローズのうちの１つを備えていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
5. 前記膨張システムが、形状記憶部品、バネ、空気圧式システム、液圧式システム及び加重システムの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
6. 前記自動タイマーバルブが、電気モータを備えていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
7. 前記回転部品がプレートであることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
8. 前記回転デバイスが、バネ動作式モータ又は重量動作式モータのうちの一方を備えていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
9. 前記プレートが、前記少なくとも１つの孔を形成していることを特徴とする請求項７に記載のサンプリングシステム。
10. 前記プレートの少なくとも１つの表面が、前記孔が前記入口チューブと整列させられていないときにサンプリングすることを防止するために、前記入口チューブをシールすることを特徴とする請求項７に記載のサンプリングシステム。
11. 前記回転デバイスが、１時間ごとに１回から１分間ごとに１０回の範囲のレートで前記プレートを回転させることを特徴とする請求項７に記載のサンプリングシステム。
12. 前記回転デバイスが、３０分間ごとに１回から１分間ごとに２回の範囲のレートで前記プレートを回転させることを特徴とする請求項７に記載のサンプリングシステム。
13. 前記回転デバイスが、約１５分間ごとに１回、前記回転プレートを回転させることを特徴とする請求項１２に記載のサンプリングシステム。
14. 前記孔が、初期位置から最終位置までの前記プレートの回転ごとに１回のサンプリングを可能にするために、前記入口チューブと整列することを特徴とする請求項１３に記載のサンプリングシステム。
15. 前記プレートが、長孔を形成していることを特徴とする請求項７に記載のサンプリングシステム。
16. 前記長孔の中心線が、円の周囲の一部分に沿って規定されていることを特徴とする請求項１８に記載のサンプリングシステム。
17. 前記入口チューブが、前記回転プレートとシールを形成することが可能な材料から構築されていることを特徴とする請求項９に記載のサンプリングシステム。
18. 前記回転部品が、前記回転デバイスによって回転させられるアームであり、前記アームが、前記入口ポートをシールするため且つサンプリングフローを停止させるために前記入口ポートを覆っていることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングシステム。
19. 内部容積及び入口チューブを備えるサンプリング容器と；
    前記入口チューブに接続された自動タイマーバルブであって、
    軸を回転させることが可能な回転機構を有する回転デバイスであって、前記軸が回転軸を有する、回転デバイスと；
    複数の回転部品であって、各回転部品が、前記軸に相互交換可能に接続可能であり、各回転部品が、少なくとも１つの孔を備えており、前記孔が前記入口チューブと整列させられるときに、前記内部容積とサンプリングされる環境との間の流体連通が提供される、回転部品と；
    を備える、自動タイマーバルブと；
    を備えていることを特徴とするサンプリング装置。
20. 前記複数の回転部品が、第１回転部品及び第２回転部品を備え、前記第１回転部品が、孔の第１パターンを備え、前記第２回転部品が、孔の第２パターンを備え、前記孔の第１パターンが、前記孔の第２パターンと異なっていることを特徴とする請求項１９に記載のサンプリング装置。

Images