JP3398063B2 - ガスサンプリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスが流れてい
る管路からガスの一部をサンプリングして、これをサン
プルガスとして、質量分析計や他のガス分析計などのガ
ス分析部に対して供給するためのガスサンプリング装置
に関する。

【０００２】

【発明の背景】例えば、自動車のエンジンから排出され
たガス（以下、排出ガスという）の過渡的な特性化を行
うには、排出ガス流量をリアルタイムで測定する必要が
ある。そして、この排出ガス流量を連続的に測定する手
法の一つにトレースガス法がある。このトレースガス法
は、エンジンに連なる排気管に対して、排出ガス中の成
分と反応を起こさない不活性ガス、例えばヘリウムガス
をトレースガスとして導入し、このヘリウムガスの濃度
を、排気管に接続されたガスサンプリング装置の後段に
設けられるトレースガス分析計としての質量分析計によ
って測定し、ヘリウムガスの導入量をヘリウムガスの濃
度で除することにより、排出ガス流量をリアルタイムに
求めるようにしたものである。

【０００３】

【従来の技術】ところで、上記測定を行う場合、質量分
析計に対して排出ガスの一部を一定の流量でサンプリン
グする必要があるが、従来のガスサンプリング装置は、
例えば図６に示すように構成されていた。すなわち、図
６において、６１は例えばエンジン排出ガスＧが流れる
管路、６２はトレースガス分析計としての質量分析計本
体、６３はこれらの間を接続するガスサンプリング装
置、６４は質量分析計のケースである。そして、ガスサ
ンプリング装置は、その一端側に管路６１の側壁６５を
貫く細管６６と、これに直列的に連なる二つの室６７，
６８と、これらの室６７，６８間を連通接続するキャピ
ラリ６９と、各室６７，６８にそれぞれ連通接続された
吸引ポンプ７０，７１とからなる。なお、吸引ポンプ７
０，７１の他端側は、図示していない排気部に接続され
ている。

【０００４】このように構成されたガスサンプリング装
置においては、流路６１にガスＧが流れている状態にお
いて、吸引ポンプ７０，７１を動作させると、流路６１
内のガスＧの一部が第１吸引ポンプ７０の動作により第
１の室６７に導入される。そして、第２吸引ポンプ７１
の動作により、第１の室６７に導入されたガスＧの一部
がキャピラリ６９を経て第２の室６８に導入され、さら
に、質量分析計本体６２に導入される。そして、キャピ
ラリ６９の内径や長さを適宜設定することにより、流路
６１を流れるガスＧをサンプルガスとして所望の流量で
サンプリングすることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ガスサンプリング装置においては、次のような不都合が
あった。それは、サンプリングされるガスＧの流量を調
整するためのキャピラリ６９は、通常、かなり細く（例
えば内径が５０μｍ程度）、そのため、ガスＧ中に含ま
れるすすなどの異物によって詰まりが生ずることがあ
る。このため、この種のガスサンプリング装置において
は、定期点検を行って詰まりを除去したり、新しいもの
と交換を行うなどのメンテンテナンスを行う必要があ
る。

【０００６】しかしながら、上記従来のガスサンプリン
グ装置においては、キャピラリ６９それ自体が質量分析
計のケース６４内に設けられているため、例えば、キャ
ピラリ６９の交換を行うには、ガスサンプリング装置６
３をケース６４から取外した後、ガスサンプリング装置
６３を分解して使用後のキャピラリ６９を新しいものと
取り替え、再度組み立てる必要があるが、前記取外しや
分解および組立に大変な手間がかかるなど、メンテンナ
ンスが非常に面倒である。

【０００７】また、サンプリングされるガスＧを直接キ
ャピラリ６９によってサンプリングするのではなく、一
旦、流路６１の側壁６５を挿通する細管６６によって流
路６１内のガスＧの一部をサンプリングし、その後、キ
ャピラリ６９によってサンプルガスを質量分析計本体６
２側に供給するようにしているので、ガスサンプリング
装置内にデッドボリュームが生じやすく、ガス圧によっ
てはガスＧを安定にサンプリングできないことがあっ
た。

【０００８】上述の各課題は、質量分析計に対するガス
サンプリング装置のみならず、一般的なガス分析装置に
対するガスサンプリング装置においても同様に生じてい
るところである。

【０００９】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、組立および分解が容易に行え、
しかも、キャピラリの点検や交換を容易に行うことがで
きるとともに、ガスサンプリングを常に安定して行うこ
とができるガスサンプリング装置を提供することであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記目的を達成するた
め、この発明のガスサンプリング装置においては、サン
プリングするべきガスが流れる管路に対して、内部に貫
通孔を有する第１ブロックを、前記貫通孔が前記管路と
ともにガスが流れる流路をなすように着脱自在に接続す
るとともに、この第１ブロックに対して、キャピラリを
着脱自在に保持した第２ブロックを、前記キャピラリの
先端部が前記貫通孔内にこれと直交した状態で挿入され
るように着脱自在に接続し、さらに、前記両ブロックの
いずれかにヒータを設けて両ブロックを温調するように
している。

【００１１】上記構成のガスサンプリング装置において
は、第１ブロックがサンプリングすべきガスが流れる流
路に対して着脱自在であるとともに、キャピラリを着脱
自在に保持した第２ブロックを第１ブロックに対して着
脱自在であるので、ガスサンプリング装置の組立・分解
を容易に行なえるとともに、キャピラリの組み込みや取
り外しも容易に行なえる。したがって、従来のガスサン
プリング装置に比べてメンテナンスをきわめて簡単に行
うことができる。

【００１２】そして、上記ガスサンプリング装置におい
ては、ガス流路にデッドボリュームが少ないので、ガス
圧の影響を受けることなくガスを安定してサンプリング
することができる。また、前記両ブロックを温調してい
るので、ガスを安定した温度でサンプリングすることが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を、図面を参照
しながら説明する。図１〜図４は、この発明の一つの実
施の形態を示すもので、この実施の形態におけるガスサ
ンプリング装置は、質量分析計に対するものである。

【００１４】まず、図１〜図３において、１は内部にサ
ンプリングすべきガスＧが流れる管路で、例えば耐熱性
の可撓性チューブよりなり、図３に示すように、二つの
チューブ１Ａ，１Ｂからなる。これら２つのチューブ１
Ａ，１Ｂは、内径が互いに等しくしてあるとともに、そ
れらの一端側には雄ねじ部よりなる接続部１ａ，１ｂが
形成されている。

【００１５】２は例えば立方体形状に形成された第１ブ
ロックで、ステンレス鋼などのように耐熱性および耐化
学薬品性の良好な金属よりなる。この第１ブロック２の
内部には、図２に示すように、一対の面２ａ，２ｂの中
央において開口するガス流路としての貫通孔３が上下方
向に開設されているとともに、この貫通孔３と直交する
方向（水平方向）に一端が貫通孔３と連通し、他端が垂
直な一つの側面２ｃにおいて開口した孔４が開設されて
いる。

【００１６】前記貫通孔３は、その内径がチューブ１
Ａ，１Ｂのそれと等しくしてあるとともに、その上下両
端に、チューブ１Ａ，１Ｂの接続部１ａ，１ｂに対応す
る雌ねじ部よりなる接続部３ａ，３ｂが形成されてい
る。したがって、第１ブロック２に対してチューブ１
Ａ，１Ｂを、前記接続部３ａ，３ｂと接続部１ａ，１ｂ
において接続することにより、貫通孔３はチューブ１
Ａ，１Ｂと協働して一つのガス流路を構成する。

【００１７】そして、５，６はヒータとしてのカートリ
ッジヒータおよびサーマルヒューズで、これらは第１ブ
ロック２にその上面に開口を有し貫通孔３と平行となる
ように形成された二つの穴７，８に収容されている。な
お、９はサーマルヒューズ６の保護管である。

【００１８】１０は前記第１ブロック２に対してシール
部材としてのＯリング１１を介して着脱自在に接続され
る例えば立方体形状に形成された第２ブロックで、第１
ブロック２と同様の材料で形成されている。１２は結合
手段としてのビスである。そして、この第２ブロック１
０には、第１ブロック２内および第２ブロック１０内の
流路を接続するためのキャピラリ１３が着脱自在に保持
されている。

【００１９】すなわち、第２ブロック１０の第１ブロッ
ク２との接続面１０ａにはキャピラリ１３を挿通しこれ
を保持する筒部１４が突設されている。この筒部１４に
は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、その先端外周に
雄ねじ部１４ａが形成されるとともに、先端内部１４ｂ
は、円錐台形状のフェラルパッキン１５を密着状態に収
容できるように形成されている。そして、第２ブロック
１０の内部には、筒部１４内の空間に連なり、キャピラ
リ１３を挿通するに足る細い孔１６が水平方向に形成さ
れ、さらに、このキャピラリ挿通孔１６に連通するよう
にガス流路としてのやや太い孔１７が第２ブロック１０
の接続面１０ａとは反対側の側面１０ｂにかけて水平方
向に形成されるとともに、キャピラリ挿通孔１６および
孔１７と連通するように、ガス流路としてのやや太い孔
１８が第２ブロック１０の下面側１０ｃにかけて垂直方
向に形成されている。

【００２０】前記キャピラリ１３は、例えば内径が５０
μｍ程度であり、その長さは、図２および図４（Ａ）に
示すように、筒部１４内およびキャピラリ挿通１５内を
挿通して、貫通孔３と孔１６，１７側とを連通させると
ともに、かつ、貫通孔３側の端部１３ａを貫通孔３のほ
ぼ中心軸まで突出させ、他端１３ｂを孔１６，１７側に
やや突出させることができる程度である。

【００２１】そして、図４（Ａ），（Ｂ）に拡大して示
すように、筒部１４内およびキャピラリ挿通１５内を挿
通したキャピラリ１３に対してフェラルパッキン１５を
外装し、その外側から孔開き袋ナット１９を筒部１４の
雄ねじ部１４ａに螺合してこれを締め付けることによ
り、キャピラリ１３は、その両端を袋ナット１９および
孔１３からそれぞれ突出させた状態で、第２ブロック１
０に固定される。

【００２２】そして、前記キャピラリ１３を固定した第
２ブロック１０を、図２および図４（Ａ）に示すよう
に、第１ブロック２に対して接続することにより、孔開
き袋ナット１９を被着した筒部１４および孔開き袋ナッ
ト１９から突出したキャピラリ１３が孔４内に挿入さ
れ、キャピラリ１３の先端部１３ａが第１ブロック２の
貫通孔３内に突出した状態となる。この場合、キャピラ
リ１３の先端部１３ａが貫通孔３のほぼ中心位置に至る
ようにする。なお、孔４の内径および長さは、孔開き袋
ナット１９を被着した筒部１４を遊嵌できるように設定
されていることはいうまでもない。また、この孔４にお
けるデッドボリュームを可及的に小さくすることが好ま
しい。

【００２３】さらに、前記第２ブロック１０には、図３
に示すように、その一つの側面１０ｄに当接するように
温度センサとしての測温抵抗体２０が設けられている。
なお、２１は測温抵抗体２０の押さえ部材である。

【００２４】そして、図１および図２において、２２，
２３はフランジ部を備えた接続部で、それぞれ孔１７，
１８と連通するように第２ブロック１０の側面１０ｂ，
１０ｃ側に螺着される。そして、これらの接続部２２，
２３には、ガス分析部としての質量分析計２４および圧
力計２５がそれぞれ着脱自在に接続される。なお、図１
において、２６は質量分析計２４に付設される真空ポン
プであり、また、図３において、２８，２９はパッキン
などのシール部材である。

【００２５】そして、図１および図２に示すように組立
られたガスサンプリング装置においては、第１ブロック
２に内蔵されたカートリッジヒータ７および第２ブロッ
ク１０に設けられた温度センサ２０によって、両ブロッ
ク２，１０およびキャピラリ１３は所定の温度になるよ
うに温調される。この状態で、ガスＧが流路１内をチュ
ーブ１Ａ側からチューブ１Ｂ側に流れているものとする
と、第１ブロック２内のガス流路としての貫通孔３内に
至ったガスＧの一部は、キャピラリ１３の先端部からサ
ンプリングされる。そして、キャピラリ１３は温調され
ているので、サンプリングされたガスＧの温度は変化し
ない。

【００２６】前記キャピラリ１３によってサンプリング
されたガスＧは、第２ブロック１０内のガス流路として
の孔１７，１８に導入される。そして、孔１７を経たガ
スＧは接続部２２を経て質量分析部２４に導入される。
また、孔１８を経たガスＧは、接続部２３を経て圧力計
２５のセンサ部に至り、ガス圧力が測定される。

【００２７】そして、上記ガスサンプリング装置におい
ては、第１ブロック２がサンプリングすべきガスＧが流
れる流路１に対して着脱自在であるとともに、キャピラ
リ１３を着脱自在に保持した第２ブロック１０を第１ブ
ロック２に対して着脱自在に設けているので、第１ブロ
ック２および第２ブロック１０の取外しや分解を簡単に
行うことができるとともに、キャピラリ１３の組み込み
や取り外しも容易に行なえる。

【００２８】特に、キャピラリ１３を前記両ブロック
２，１０内に収納した構造であり、しかも、両ブロック
２，１０がガスサンプリング装置に接続される質量分析
計２４には全く関係ないところに設けられているため、
質量分析計２４を分解しなくてもキャピラリ１３の取替
などそのメンテナンスを行うことができ、従来のガスサ
ンプリング装置に比べてメンテナンス性が大幅に向上す
る。

【００２９】そして、上記ガスサンプリング装置におい
ては、両ブロック２，１０の接続構造およびキャピラリ
１３を保持する構造においてデッドボリュームが少ない
ので、ガスＧの圧力の如何にかかわらず常に所望の状態
でガスＧを安定にサンプリングすることができる。ま
た、キャピラリ１３の先端部１３ａをサンプリングする
べきガスＧが流れる流路３の中心に位置させているの
で、ガスＧの流れが安定している層流部分のガスＧを採
取することができ、ガスＧを好適にサンプリングするこ
とができる。さらに、キャピラリ１３を収容保持するブ
ロック２，１０を温調しているので、ガスＧを安定した
温度でサンプリングすることができる。

【００３０】特に、トレースガス分析計として用いられ
る質量分析計２４におけるサンプリングポートは、圧力
の可変範囲が広いが、上記ガスサンプリング装置におい
ては、キャピラリ１３の長さを適宜設定することによ
り、質量分析計２４にとって最も好ましい形態でガスＧ
をサンプリングすることができる。

【００３１】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、例えば、第１ブロック２および第２ブロ
ック１０は、これらのいずれかに設けられるヒータによ
って加熱されるようにしてあればよく、したがって、ヒ
ータ７を第２ブロック１０に設け、温度センサ２０を第
１ブロック２に設けてもよい。

【００３２】また、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、
キャピラリ１３の先端を孔開き袋ナット２７で被覆する
ようにしてもよい。２７ａは孔開き袋ナット２７に突設
される被覆用筒部である。

【００３３】また、管路１としては、第１ブロック２を
一体的かつ分離自在に組み込めるものであればよく、し
たがって、可撓性チューブ以外の部材で構成してあって
もよい。

【００３４】さらに、キャピラリ１３の内径は、ガス分
析部の種類に応じて適宜設定すればよく、ガス分析部が
非分散型ガス分析計などの一般的なガス分析計であるよ
うな場合、１ｍｍ以上のものを用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】この発明のガスサンプリング装置は、そ
の組立および分解を簡単に行うことができ、キャピラリ
の点検や交換を容易に行うことができるので、そのメン
テナンスがきわめて高い。また、ガスサンプリングを常
に安定して行うことができるので、ガス分析部において
安定してガス分析を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガスサンプリング装置およびその周
辺の機器の接続状態を概略的に示す図である。

【図２】前記ガスサンプリング装置の一例を示す縦断面
図である。

【図３】前記ガスサンプリング装置の分解斜視図であ
る。

【図４】前記ガスサンプリング装置に組み込まれるキャ
ピラリの装着構造の一例を示すもので、（Ａ）は縦断面
図、（Ｂ）分解斜視図である。

【図５】前記ガスサンプリング装置に組み込まれるキャ
ピラリの装着構造の他の例を示すもので、（Ａ）は縦断
面図、（Ｂ）分解斜視図である。

【図６】従来のガスサンプリング装置を概略的に示す図
である。

【符号の説明】

１…管路、２…第１ブロック、３…貫通孔、７…ヒー
タ、１０…第２ブロック、１３…キャピラリ、１３ａ…
先端部、１４…筒体、１５…フェラルパッキン、１９，
２７…孔開き袋ナット、Ｇ…ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−28323（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−114584（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−2870（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−327599（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−243532（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−160652（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−104213（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−12963（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−53951（ＪＰ，Ｕ) 登録実用新案3008218（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録2515236（ＪＰ，Ｙ２) 実用新案登録2581382（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 1/00 - 1/44 G01N 27/62 - 27/70 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプリングするべきガスが流れる管路
   に対して、内部に貫通孔を有する第１ブロックを、前記
   貫通孔が前記管路とともにガスが流れる流路をなすよう
   に着脱自在に接続するとともに、この第１ブロックに対
   して、キャピラリを着脱自在に保持した第２ブロック
   を、前記キャピラリの先端部が前記貫通孔内にこれと直
   交した状態で挿入されるように着脱自在に接続し、さら
   に、前記両ブロックのいずれかにヒータを設けて両ブロ
   ックを温調するようにしたことを特徴とするガスサンプ
   リング装置。
2. 【請求項２】 キャピラリが、第２ブロックに突設され
   た筒体を挿通するとともに、フェラルパッキンでシール
   した状態で筒体の先端部に螺着される孔開き袋ナットに
   よって筒体に固定される請求項１に記載のガスサンプリ
   ング装置。