JP6067528B2 - 使用済ガスでフラッシングされるエンドキャップを有する分析物センサ - Google Patents
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Description
本発明は、気体試料中の水蒸気又は酸素などの対象分析物を検出するためのセンサ及び、センサの使用方法に関する。
水蒸気及び酸素などの試料中の様々な分析物の存在を、検出し測定するための多くの種類のセンサが開発され使用されてきた。費用効果がより高く確実なタイプの分析物センサは電気化学センサ（つまり、陽極、陰極、及び電解質を有する電解槽を使用するセンサ）である。
本明細書の以下の説明は電気化学センサ、及び具体的には水蒸気センサを対象とするが、本発明は対象分析物を運んでセンサと作用可能に接触させるために不活性なキャリアガスが使用される、他の種類の分析物を検出するための他のタイプのセンサにも同様に適用可能である。
水蒸気又は酸素などの対象分析物を検出及び測定するための電気化学センサは、周知で且つ広く使用されている。しかし、これらのセンサの構築及び設計はこれらのセンサの精確さ、感度、及び耐用年数を厳しく制限する。
特許文献１及び特許文献２は、以前の周知のセンサと比べて大きく改善された精確さ、感度、反応性、及び耐用年数をもたらす酸素及び水蒸気電気化学センサを開示する。
特許文献１及び特許文献２よりもさらに改善された感度を有する費用効果の高いセンサに対する継続的な要望がいくつかの産業分野で存在する。
本発明の第一側面は、気体試料中の水蒸気又は酸素などの対象分析物を検出するためのセンサである。センサは、（ａ）密閉空間を規定し、少なくとも１つのアクセス開口部を有する容器、（ｂ）各アクセス開口部内に密封状態で係合されるストッパ、（ｃ）密閉空間内に保持される対象分析物検出アセンブリ、（ｄ）外部から運ばれた試験気体を対象分析物検出アセンブリとの検出可能な接触に導いて使用済み気体を作り出し、使用済み気体を対象分析物検出構造から大気に放出するように構成及び配置される、流入口及び流出口、並びに、（ｅ）流入口と流出口とを相互接続して、使用済み気体が大気に放出される前に、容器と各ストッパとの対面部における周部通路を使用済み気体が通るように構成及び配置されるチャネルシステムを含む。
好ましい実施形態において、対象分析物検出アセンブリは対象分析物検出アセンブリを通って流れる試験気体中の対象分析物の大部分を消費し、大きく減損された対象分析物の濃度を有する使用済み気体を生成する。
本発明の第二側面は、本発明の第一側面によるセンサを使用して、気体試料中の水蒸気又は酸素などの対象分析物の濃度を測定する方法である。方法は、（ｉ）試験気体の連続的な流れを、センサにおける流入口を通して対象分析物検出アセンブリとの検出連通にもたらすこと、及び、（ｉｉ）試験気体中の対象分析物の濃度を、対象分析物検出アセンブリで測定することの段階を含む方法。
定義
請求項を含む本明細書に使用される、“使用済み気体”という表現は、電量的な対象分析物センサによる対象分析物の消費の結果として、減損された濃度の対象分析物を含むガスを意味する。
請求項を含む本明細書に使用される、“使用済み気体”という表現は、電量的な対象分析物センサによる対象分析物の消費の結果として、減損された濃度の対象分析物を含むガスを意味する。
説明
構築
本発明は、気体試料（図示なし）中の水蒸気又は酸素などの対象分析物（図示なし）を検出するためのセンサ１０又は１００である。一実施形態が図１−３に示され、一方で第二実施形態が図４−６に示されている。これらの実施形態は別々に説明される。
構築
本発明は、気体試料（図示なし）中の水蒸気又は酸素などの対象分析物（図示なし）を検出するためのセンサ１０又は１００である。一実施形態が図１−３に示され、一方で第二実施形態が図４−６に示されている。これらの実施形態は別々に説明される。
二つのフラッシングされる（flushed）エンドキャップ（図１−３）
図１−３に図示される実施形態を参照すると、センサ１０は保持システム（集合的な符号なし）によってハウジング又は容器２０内の固定位置に保持される検出アセンブリ７０を含む。ハウジング２０は、ハウジング２０の各長手方向端部２１及び２２に１つずつある、２つのアクセス開口部（符号なし）を有する。アクセス開口部の各々は、エンドキャップ又はストッパ４０及び５０によってそれぞれ密封状態で塞がれている。センサ１０は、試験気体をハウジング２０内の対象分析物検出アセンブリ７０との検出可能な接触に導くための流入口２９1と、使用済み気体を大気に放出するための流出口２９2とを有する。流入口２９1及び流出口２９2はチャネルシステム（集合的な符号なし）によって流動的に相互接続されており、チャネルシステムは、使用済み気体が大気に放出される前に、ハウジング２０と各エンドキャップ４０及び５０との対面部（interface）にある周部通路４９2及び５９2に使用済み気体をそれぞれ通過させるように構成及び配置される。
図１−３に図示される実施形態を参照すると、センサ１０は保持システム（集合的な符号なし）によってハウジング又は容器２０内の固定位置に保持される検出アセンブリ７０を含む。ハウジング２０は、ハウジング２０の各長手方向端部２１及び２２に１つずつある、２つのアクセス開口部（符号なし）を有する。アクセス開口部の各々は、エンドキャップ又はストッパ４０及び５０によってそれぞれ密封状態で塞がれている。センサ１０は、試験気体をハウジング２０内の対象分析物検出アセンブリ７０との検出可能な接触に導くための流入口２９1と、使用済み気体を大気に放出するための流出口２９2とを有する。流入口２９1及び流出口２９2はチャネルシステム（集合的な符号なし）によって流動的に相互接続されており、チャネルシステムは、使用済み気体が大気に放出される前に、ハウジング２０と各エンドキャップ４０及び５０との対面部（interface）にある周部通路４９2及び５９2に使用済み気体をそれぞれ通過させるように構成及び配置される。
ハウジング２０
図１−３に示されるようにハウジング２０はルーメン２８を有し、ルーメン２８はセンサ１０の構成部品、特に検出アセンブリ７０を密封状態で且つ保護するように囲むためのチャンバ２９を形成し、一方で試験される気体試料（試験気体）の制御された流れが、検出アセンブリ７０と接触するようにする。ハウジング２０は、これらの機能を達成するのに効果的な、図１−３に示されるような中空円筒又は管形状を含むいかなる所望の大きさ及び形状であり得る。
図１−３に示されるようにハウジング２０はルーメン２８を有し、ルーメン２８はセンサ１０の構成部品、特に検出アセンブリ７０を密封状態で且つ保護するように囲むためのチャンバ２９を形成し、一方で試験される気体試料（試験気体）の制御された流れが、検出アセンブリ７０と接触するようにする。ハウジング２０は、これらの機能を達成するのに効果的な、図１−３に示されるような中空円筒又は管形状を含むいかなる所望の大きさ及び形状であり得る。
ハウジング２０は、十分な構造的完全性を有するいかなる材料からも構築され、具体的には、しかし排他的ではないが、アルミニウム、銅、亜鉛、及び鉄鋼などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、及びポリウレタンなどのプラスチック、ガラス、木材等を含む。概してガラスが好ましく、その理由はガラスの高度に不活性で安定した特質、電気的に絶縁な性質、及び水蒸気や酸素などの関心を持たれるほとんどの対象分析物に対して高い不透過性を示すという事実による。
保持システム
図１−３に示されるように、検出アセンブリ７０は、保持システム（集合的な符号なし）によってハウジング２０のルーメン２８内に好都合に保持され得る。保持システムは、（i）フレーム３０、（ii）ハウジング２０の第一長手方向端部２１にある第一アクセス開口部（符号なし）内に密封状態で係合される第一エンドキャップ４０、（iii）ハウジング２０の第二長手方向端部２２にある第二アクセス開口部（符号なし）内に密封状態で係合される第二エンドキャップ５０、（iv）検出アセンブリ７０を第二エンドキャップ５０の内側表面（符号なし）に対して支持するための、第二エンドキャップ５０の内側表面（符号なし）に隣接する支持プレート９０、及び（v）第一エンドキャップ４０と支持プレート９０との間の圧縮された圧縮ばね８０を含む。
図１−３に示されるように、検出アセンブリ７０は、保持システム（集合的な符号なし）によってハウジング２０のルーメン２８内に好都合に保持され得る。保持システムは、（i）フレーム３０、（ii）ハウジング２０の第一長手方向端部２１にある第一アクセス開口部（符号なし）内に密封状態で係合される第一エンドキャップ４０、（iii）ハウジング２０の第二長手方向端部２２にある第二アクセス開口部（符号なし）内に密封状態で係合される第二エンドキャップ５０、（iv）検出アセンブリ７０を第二エンドキャップ５０の内側表面（符号なし）に対して支持するための、第二エンドキャップ５０の内側表面（符号なし）に隣接する支持プレート９０、及び（v）第一エンドキャップ４０と支持プレート９０との間の圧縮された圧縮ばね８０を含む。
フレーム３０
図１−３に示されるように、固定され、互いに寸法的に安定した位置に構成部品を保持するためにフレーム３０が備えられる。フレーム３０はハウジング２０と同じ材料で構築される場合があり、デュポン社から入手可能なDelrin（商標登録）などの機械加工可能な構造用プラスチックが好ましい。
図１−３に示されるように、固定され、互いに寸法的に安定した位置に構成部品を保持するためにフレーム３０が備えられる。フレーム３０はハウジング２０と同じ材料で構築される場合があり、デュポン社から入手可能なDelrin（商標登録）などの機械加工可能な構造用プラスチックが好ましい。
エンドキャップ４０及び５０
図１−３に示されるように、エンドキャップ４０及び５０が各長手方向端部２１及び２２におけるアクセス開口部（符号なし）をそれぞれ密封状態で塞ぐように、エンドキャップ４０及び５０はハウジング２０の長手方向端部２１及び２２でハウジング２０に取付けられ、センサ１０を組立てた後で長手方向に外向きな力を受けるときに長手方向ｘに固定された位置に留まる。
図１−３に示されるように、エンドキャップ４０及び５０が各長手方向端部２１及び２２におけるアクセス開口部（符号なし）をそれぞれ密封状態で塞ぐように、エンドキャップ４０及び５０はハウジング２０の長手方向端部２１及び２２でハウジング２０に取付けられ、センサ１０を組立てた後で長手方向に外向きな力を受けるときに長手方向ｘに固定された位置に留まる。
第一エンドキャップ４０は、ばね８０の端部（符号なし）を係合し保持するための内側に突出した長手方向の軸（post）４１を備える。第一エンドキャップ４０はまた、長手方向ｘに間隔を置いた一組の周部Oリングである、内側Oリング４３’及び外側Oリング４３”を有し、一組の周部Oリングは、ハウジング２０の内表面（符号なし）に密封状態で係合して、ハウジング２０と第一エンドキャップ４０との間の周部対面部に沿った、周辺環境からチャンバ２９への汚染する可能性のある流体の流れを妨げるために作用可能である。
第二エンドキャップ５０は同様に、長手方向ｘに間隔を置いた一組の周部Oリングである、内側Oリング５３’及び外側Oリング５３”を有し、一組の周部Oリングは、ハウジング２０の内表面（符号なし）に密封状態で係合して、ハウジング２０と第二エンドキャップ５０との間の周部対面部に沿った、周辺環境からチャンバ２９への汚染する可能性のある流体の流れを妨げるために作用可能である。
エンドキャップ４０及び５０は関心を持たれる対象分析物に対して高い不透過性を示す材料から構築されるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属が強く好まれる。
戻り管６０
図２に示されるように、流出オリフィス４９3を通って第一エンドキャップ４０から出る使用済み気体を第二エンドキャップ５０にある戻り気体流入オリフィス５９1に向けるように戻り管６０が備えられ、それにより使用済み気体が、それぞれ外側周部Oリング４３”及び５３”を通って又はその周囲からそれぞれ浸入した、いかなる周辺環境から導入された対象分析物も、それぞれ内側周部Oリング４３’及び５３’を通って又はその周囲からそれぞれ浸入する前にフラッシングされるように、両方のアクセス開口部で利用される。
図２に示されるように、流出オリフィス４９3を通って第一エンドキャップ４０から出る使用済み気体を第二エンドキャップ５０にある戻り気体流入オリフィス５９1に向けるように戻り管６０が備えられ、それにより使用済み気体が、それぞれ外側周部Oリング４３”及び５３”を通って又はその周囲からそれぞれ浸入した、いかなる周辺環境から導入された対象分析物も、それぞれ内側周部Oリング４３’及び５３’を通って又はその周囲からそれぞれ浸入する前にフラッシングされるように、両方のアクセス開口部で利用される。
戻り管６０は、第一及び第二エンドキャップ４０及び５０と効果的な密封状態を形成できて、戻り管６０を通過する使用済み気体を過度に汚染しない、適度に不活性な材料から構築され得る。当業者に周知の種々の適切な材料が使用さる場合があり、ステンレス鋼の高い不活性特性に基づいて、ステンレス鋼が好ましい。
ばね８０及び支持プレート９０
図１−３に示されるように、ルーメン２８の長手方向軸２８ｘ周りに同軸で位置する圧縮された圧縮ばね８０によって、長手方向ｘに外向きな付勢力がもたらされる。ばね８０は第一エンドキャップ４０と、第二エンドキャップ５０の内側表面（符号なし）に隣接して位置する支持プレート９０との間に保持される。支持プレート９０は、プレート９０がルーメン２８内で長手方向ｘにスライドすることにより、ばね８０の長手方向ｘに外向きな付勢力を支持プレート９０と第二エンドキャップ５０との間に位置する検出アセンブリ７０に伝達させるように構成及び配置される。
図１−３に示されるように、ルーメン２８の長手方向軸２８ｘ周りに同軸で位置する圧縮された圧縮ばね８０によって、長手方向ｘに外向きな付勢力がもたらされる。ばね８０は第一エンドキャップ４０と、第二エンドキャップ５０の内側表面（符号なし）に隣接して位置する支持プレート９０との間に保持される。支持プレート９０は、プレート９０がルーメン２８内で長手方向ｘにスライドすることにより、ばね８０の長手方向ｘに外向きな付勢力を支持プレート９０と第二エンドキャップ５０との間に位置する検出アセンブリ７０に伝達させるように構成及び配置される。
支持プレート９０はハウジング２０の内表面（符号なし）と、支持プレート９０の周部との間に円周通路９９を形成するように構成及び配置され、それにより検出アセンブリ７０の中心に送られた気体試料が分離器７０を通って検出アセンブリ７０の外周部（符号なし）に半径方向ｒに流れ、支持プレート９０周りの円周通路９９を通り、そして第一及び第二エンドキャップ４０及び５０それぞれの間のチャンバ２９に流れ込む。
支持プレート９０周りに円周通路９９を形成するための一選択肢は、少なくとも３つの均一に間隔を空け、半径方向に延びる突出部（図示なし）を支持プレート９０の周部の周りに設けることである。隆起した突起部などのこれらの突出部（図示なし）はハウジング２０の内表面（符号なし）に接触し、それにより支持プレート９０の周部をハウジング２０の内表面（符号なし）からわずかな距離の間隔を空けて置き、円周通路９９を形成する。
ばね８０は約５から約２０psiの間の外向きの力を発揮するのが好ましい。約５psiより小さな力は検出アセンブリ７０の寸法的な安定性を確保するのに十分な力をもたらさず、一方で約２０psiより大きな力は検出アセンブリ７０の１つ以上の構成部品を圧壊し得る。
第一エンドキャップ４０と支持プレート９０とは、ばね８０の端部（符号なし）を係合し保持するために、中心に位置する長手方向ｘにそれぞれ延びる軸４１及び９１を各々有する。
ばね８０は必要な弾性付勢力をもたらすことができるいかなる材料からも構築され、プラスチック及び金属のばねが概して好ましい。
支持プレート９０は、十分な構造的完全性を有するいかなる材料からも構築され、具体的には、しかし排他的ではないが、アルミニウム、銅、亜鉛、及び鉄鋼などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、及びポリウレタンなどのプラスチック、ガラス、木材等を含む。概して、ほとんどの金属の高い構造的完全性、低費用、及び概して不活性な特性に基づいて、鉄鋼などの金属が好ましい。
ばね８０と支持プレート９０の両方は、ハウジング２０内に完全に保持され（つまり周辺の大気にさらされていない）、試験気体中の対象分析物が検出アセンブリ７０によって消費及び減損される後までは試験気体に接触しない（つまり使用済み気体のみに接触する）ので、これらの構成部品は対象分析物に透過性を示す材料から構築され得る。しかし、対象分析物がこれらの構成部品に吸収又は吸着されて試験中に放出される（out-gassed）わずかな可能性さえも避けるために、これらの構成部品はステンレス鋼などの金属で製作されるのが好ましい。
検出アセンブリ７０
図１−３に示されるように、検出アセンブリ７０はハウジング２０のルーメン２８内に保持される。検出アセンブリ７０は第二エンドキャップ５０と支持プレート９０との間に挟まれる。適切な検出アセンブリ７０の詳細な説明は、参照をもってここに導入される開示である、特許文献２に示される。簡潔に述べると、一般的な検出アセンブリ７０は陽極（個別の図示なし）、陰極（個別の図示なし）、及び陽極と陰極との間にある電解質（個別の図示なし）を含む。調査中の気体試料は検出アセンブリ７０に流れ込み、そこで検出処理の結果として試験気体中の対象分析物が検出され、消費される。対象分析物が減損した試験気体は、ここで使用済み気体と称され、検出アセンブリ７０から出て、そしてチャネルシステム（集合的な符号なし）によってセンサ１０に亘って方向づけられる。
図１−３に示されるように、検出アセンブリ７０はハウジング２０のルーメン２８内に保持される。検出アセンブリ７０は第二エンドキャップ５０と支持プレート９０との間に挟まれる。適切な検出アセンブリ７０の詳細な説明は、参照をもってここに導入される開示である、特許文献２に示される。簡潔に述べると、一般的な検出アセンブリ７０は陽極（個別の図示なし）、陰極（個別の図示なし）、及び陽極と陰極との間にある電解質（個別の図示なし）を含む。調査中の気体試料は検出アセンブリ７０に流れ込み、そこで検出処理の結果として試験気体中の対象分析物が検出され、消費される。対象分析物が減損した試験気体は、ここで使用済み気体と称され、検出アセンブリ７０から出て、そしてチャネルシステム（集合的な符号なし）によってセンサ１０に亘って方向づけられる。
チャネルシステム
図２及び３に示されるように、一連のオリフィス（集合的な符号なし）及びチャネル（集合的な符号なし）がセンサ１０の様々な構成部品に備えられ、その目的は（i）試験気体を検出アセンブリ７０との作用可能な検出接触に方向づけること、（ii）ハウジング２０とエンドキャップ４０及び５０との間の周部対面部を“フラッシングする（flush）”ように使用済み気体を方向づけること、そして最後に（iii）使用済みのフラッシング気体をセンサ１０から大気に放出することである。
図２及び３に示されるように、一連のオリフィス（集合的な符号なし）及びチャネル（集合的な符号なし）がセンサ１０の様々な構成部品に備えられ、その目的は（i）試験気体を検出アセンブリ７０との作用可能な検出接触に方向づけること、（ii）ハウジング２０とエンドキャップ４０及び５０との間の周部対面部を“フラッシングする（flush）”ように使用済み気体を方向づけること、そして最後に（iii）使用済みのフラッシング気体をセンサ１０から大気に放出することである。
図３を参照すると、流体はチャネルシステム（集合的な符号なし）を次の順序で流れる。
試験気体がセンサ１０に導入され、第二エンドキャップ５０にある流入管５２に規定される流入オリフィス２９1を通って検出アセンブリ７０と検出接触され、第二エンドキャップ５０及び検出アセンブリ７０の対面部に備えられるOリング５１を通過する。
試験気体は検出アセンブリ７０を半径方向ｒに流れ、検出アセンブリ７０で試験気体中の対象分析物が検出され消費され、対象分析物が減損された使用済み気体を形成する。
使用済み気体は検出アセンブリ７０から周部に出て、ハウジング２０の内壁（符号なし）と支持プレート９０の周部との間の円周又は周部の間隙９９を通って流れる。
次に使用済み気体はチャンバ２９内を、支持プレート９０の周部から第一エンドキャップ４０の内側表面（符号なし）にある流入オリフィス４９1に流れる。
流入オリフィス４９1から、使用済み気体は内側及び外側Oリング４３’及び４３”の間に位置する環状周部チャネル４９2内にある、ハウジング２０の内表面（符号なし）と第一エンドキャップ４０の外表面（符号なし）との対面部で、第一エンドキャップ４０の周部の周りを流れ、次に第一エンドキャップ４０にある流入オリフィス４９1に対して半径方向ｒに正反対に位置する、第一エンドキャップ４０にある流出オリフィス４９3を通って、ハウジング２０の第一エンドキャップ４０及びルーメン２８から出る。
第一エンドキャップ４０から出る使用済み気体は、戻り管６０によって、第一エンドキャップ４０にある流出オリフィス４９3から第二エンドキャップ５０にある戻り気体流入オリフィス５９1に方向づけられる。
流入オリフィス５９1から、内側及び外側Oリング５３’及び５３”の間に位置する環状周部チャネル５９2内にある、ハウジング２０の内表面（符号なし）と第二エンドキャップ５０の外表面（符号なし）との対面部で、第二エンドキャップ５０の周部の周りを流れ、次に第二エンドキャップ５０にある流入オリフィス５９1に対して半径方向ｒに正反対に位置する、第二エンドキャップ５０にある流出オリフィス２９2を通って、ハウジング２０の第二エンドキャップ５０及びルーメン２８から大気に発散される。
所望されれば、流出オリフィス２９2を通って第二エンドキャップ５０から出る使用済み気体を、捕らえて次の処理をするために、或いは部屋又は建物から発散するために方向づけるように、管（図示なし）が流出オリフィス２９2に接続され得る。
単一のフラッシングされるエンドキャップ（図４−６）
図４−６に図示される実施形態を参照すると、センサ１００はハウジング又は容器１２０内の固定位置に保持される検出アセンブリ１７０を含む。ハウジング１２０は、ハウジング１２０の第二長手方向端部１２２に１つのアクセス開口部（符号なし）を有する。アクセス開口部は、エンドキャップ又はストッパ１４０によって密封状態で塞がれている。センサ１００は、試験気体をハウジング１２０内の対象分析物検出アセンブリ１７０との検出可能な接触に導くための流入口１２９1をハウジング１２０の第一長手方向端部１２１に有し、使用済み気体を大気に放出するための流出口１２９2をハウジング１２０の第二長手方向端部１２２に有する。流入口１２９1及び流出口１２９2はチャネルシステム（集合的な符号なし）によって流動的に相互接続されており、チャネルシステムは、使用済み気体が大気に放出される前に、ハウジング１２０とエンドキャップ１４０との対面部にある少なくとも１つの周部通路１４９2に使用済み気体を通過させるように構成及び配置される。
図４−６に図示される実施形態を参照すると、センサ１００はハウジング又は容器１２０内の固定位置に保持される検出アセンブリ１７０を含む。ハウジング１２０は、ハウジング１２０の第二長手方向端部１２２に１つのアクセス開口部（符号なし）を有する。アクセス開口部は、エンドキャップ又はストッパ１４０によって密封状態で塞がれている。センサ１００は、試験気体をハウジング１２０内の対象分析物検出アセンブリ１７０との検出可能な接触に導くための流入口１２９1をハウジング１２０の第一長手方向端部１２１に有し、使用済み気体を大気に放出するための流出口１２９2をハウジング１２０の第二長手方向端部１２２に有する。流入口１２９1及び流出口１２９2はチャネルシステム（集合的な符号なし）によって流動的に相互接続されており、チャネルシステムは、使用済み気体が大気に放出される前に、ハウジング１２０とエンドキャップ１４０との対面部にある少なくとも１つの周部通路１４９2に使用済み気体を通過させるように構成及び配置される。
ハウジング１２０
図４−６に示されるようにハウジング１２０はルーメン１２８を有し、ルーメン１２８はセンサ１００の構成部品、特に検出アセンブリ１７０を密封状態で且つ保護するように囲むためのチャンバ１２９を形成し、一方で試験される気体試料（試験気体）の制御された流れが、検出アセンブリ１７０と接触するようにする。ハウジング１２０は、これらの機能を達成するのに効果的な、図４−６に示されるような中空円筒又は管形状を含むいかなる所望の大きさ及び形状であり得る。
図４−６に示されるようにハウジング１２０はルーメン１２８を有し、ルーメン１２８はセンサ１００の構成部品、特に検出アセンブリ１７０を密封状態で且つ保護するように囲むためのチャンバ１２９を形成し、一方で試験される気体試料（試験気体）の制御された流れが、検出アセンブリ１７０と接触するようにする。ハウジング１２０は、これらの機能を達成するのに効果的な、図４−６に示されるような中空円筒又は管形状を含むいかなる所望の大きさ及び形状であり得る。
ハウジング１２０は、十分な構造的完全性を有するいかなる材料からも構築され、具体的には、しかし排他的ではないが、アルミニウム、銅、亜鉛、及び鉄鋼などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、及びポリウレタンなどのプラスチック、ガラス、木材等を含む。概してガラスが好ましく、その理由はガラスの高度に不活性で安定した特質、電気的に絶縁な性質、及び水蒸気や酸素などのほとんどの関心を持たれる対象分析物に対して高い不透過性を示すという事実による。
エンドキャップ１４０
図４−６に示されるように、エンドキャップ１４０が第二長手方向端部１２２におけるアクセス開口部（符号なし）を密封状態で塞ぐように、単一のエンドキャップ１４０はハウジング１２０の第二長手方向端部１２２でハウジング１２０に取付けられる。
図４−６に示されるように、エンドキャップ１４０が第二長手方向端部１２２におけるアクセス開口部（符号なし）を密封状態で塞ぐように、単一のエンドキャップ１４０はハウジング１２０の第二長手方向端部１２２でハウジング１２０に取付けられる。
第一エンドキャップ１４０は、長手方向ｘに間隔を置いた一組の周部Oリングである、内側Oリング１４３’及び外側Oリング１４３”を有し、一組の周部Oリングの組は、ハウジング１２０の内表面（符号なし）に密封状態で係合して、ハウジング１２０と第一エンドキャップ１４０との間の周部対面部に沿った、周辺環境からチャンバ１２９への汚染する可能性のある流体の流れを妨げるために作用可能である。
第一エンドキャップ１４０は付加的な最外周部Oリング１４３'''を有し、その目的はハウジング１２０と第一エンドキャップ１４０との間の周部対面部に沿った、周辺環境からチャンバ１２９への汚染流体の流れに対してさらなる保護をもたらすためである。
第一エンドキャップ１４０は排出管１６０を形成し、排出管１６０はハウジング１２０のセンサルーメン１２８から離れるようにエンドキャップ１４０から外向きに延びる。
エンドキャップ１４０は関心を持たれる対象分析物に対して高い不透過性を示す材料から構築されるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属が強く好まれる。
検出アセンブリ１７０
図４−６に示されるように、検出アセンブリ１７０はハウジング１２０のルーメン１２８内に保持される。酸素を検出するのに適切な検出アセンブリ１７０の詳細な説明は、参照をもってここに導入される開示である、特許文献１に示される。簡潔に述べると、一般的な検出アセンブリ１７０は陽極（個別の図示なし）、陰極（個別の図示なし）、及び陽極と陰極との間にある電解液（個別の図示なし）を含む。調査中の気体試料は検出アセンブリ１７０に流れ込み、そこで検出処理の結果として試験気体中の対象分析物が検出され、消費される。対象分析物が減損された試験気体はここで使用済み気体と称され、エンドキャップ１４０にあるチャネルシステム（集合的な符号なし）を通って検出アセンブリ１７０から出る。
図４−６に示されるように、検出アセンブリ１７０はハウジング１２０のルーメン１２８内に保持される。酸素を検出するのに適切な検出アセンブリ１７０の詳細な説明は、参照をもってここに導入される開示である、特許文献１に示される。簡潔に述べると、一般的な検出アセンブリ１７０は陽極（個別の図示なし）、陰極（個別の図示なし）、及び陽極と陰極との間にある電解液（個別の図示なし）を含む。調査中の気体試料は検出アセンブリ１７０に流れ込み、そこで検出処理の結果として試験気体中の対象分析物が検出され、消費される。対象分析物が減損された試験気体はここで使用済み気体と称され、エンドキャップ１４０にあるチャネルシステム（集合的な符号なし）を通って検出アセンブリ１７０から出る。
チャネルシステム
図４−６に示されるように、一連のオリフィス（集合的な符号なし）及びチャネル（集合的な符号なし）がセンサ１００に備えられ、その目的は（i）試験気体を検出アセンブリ１７０との作用可能な検出接触に方向づけること、（ii）ハウジング１２０とエンドキャップ１４０との間の周部対面部を“フラッシングする”ように使用済み気体を方向づけること、そして最後に（iii）使用済みのフラッシング気体をセンサ１００から大気に放出することである。
図４−６に示されるように、一連のオリフィス（集合的な符号なし）及びチャネル（集合的な符号なし）がセンサ１００に備えられ、その目的は（i）試験気体を検出アセンブリ１７０との作用可能な検出接触に方向づけること、（ii）ハウジング１２０とエンドキャップ１４０との間の周部対面部を“フラッシングする”ように使用済み気体を方向づけること、そして最後に（iii）使用済みのフラッシング気体をセンサ１００から大気に放出することである。
図５及び６を参照すると、流体はチャネルシステム（集合的な符号なし）を次の順序で流れる。
試験気体がハウジング１２０の第一端部１２１にある流入チャネル１２９1を通ってセンサ１００のチャンバ１２９に導入され、検出アセンブリ１７０と検出連通される。
試験気体はチャンバ１２９を通って長手方向ｘに流れ、検出アセンブリ１７０と検出連結になり、検出アセンブリ１７０で試験気体中の対象分析物が検出され消費され、対象分析物が減損された使用済み気体を形成する。
使用済み気体はチャンバ１２９内を、エンドキャップ１４０の内側表面（符号なし）にある流入チャネル１４９1に流れる。
流入チャネル１４９1から、使用済み気体は内側及び外側Oリング１４３’及び１４３”の間に位置する第一環状周部チャネル１４９2内にある、ハウジング１２０の内表面（符号なし）とエンドキャップ１４０の外表面（符号なし）との対面部でエンドキャップ１４０の周部の周りを流れ、次にエンドキャップ１４０の流出チャネル１２９2を通って、エンドキャップ１４０と、ハウジング１２０のルーメン１２８とから大気に発散される。流入チャネル１４９1及び流出チャネル１２９2は、第一環状周部チャネル１４９2の半径方向ｒに反対の位置で第一環状周部チャネル１４９2と連通している。
任意で、エンドキャップ１４０は、外側及び最外Oリング１４３”及び１４３'''の間に位置する停滞した（stagnant）第二環状周部チャネル１４９3と、流出チャネル１２９2及び第二環状周部チャネル１４９3の間に流体連結をもたらすための分流（diversion）チャネル１４９4とを備える場合がある。分流チャネル１４９4により、周辺環境から最外Oリング１４３'''を通って又は越えて第二環状周部チャネル１４９3に到達するいかなる対象分析物も、外側Oリング１４３”を通って又は越えて第一環状周部チャネル１４９2に入るより、センサ１００から発散させるために第二環状周部チャネル１４９3から優先的に流出チャネル１２９2に拡散される。
所望されれば、流出チャネル１２９2を通ってエンドキャップ１４０から出る使用済み気体を、捕らえて次の処理をするために、或いは部屋又は建物から発散するために方向づけるように、管（図示なし）が排気管１６０に接続され得る。
使用
センサ１０又は１００は既知の流速でセンサ１０又は１００を通して気体試料を送り込むことで使用される。概して流速は、検出アセンブリ７０又は１７０の構成部品及び構成に応じて、約2cm3/minの最小値と約60cm3/minの最大値との間で維持されるべきである。約2cm3/minより小さな流速は精確に制御するのが困難で、一方で約60cm3/minより大きな流速は、検出アセンブリ７０又は１７０の対象分析物を検出する能力の限定となる速度で対象分析物を検出アセンブリ７０又は１７０を通って動かすことにより、センサ１０又は１００効率を減少させ得る。
センサ１０又は１００は既知の流速でセンサ１０又は１００を通して気体試料を送り込むことで使用される。概して流速は、検出アセンブリ７０又は１７０の構成部品及び構成に応じて、約2cm3/minの最小値と約60cm3/minの最大値との間で維持されるべきである。約2cm3/minより小さな流速は精確に制御するのが困難で、一方で約60cm3/minより大きな流速は、検出アセンブリ７０又は１７０の対象分析物を検出する能力の限定となる速度で対象分析物を検出アセンブリ７０又は１７０を通って動かすことにより、センサ１０又は１００効率を減少させ得る。
エンドキャップ４０及び５０又は１４０を使用済み気体でフラッシングすることにより、周辺環境から検出アセンブリ７０又は１７０との検出接触に入り込む汚染する対象分析物の導入が事実上除去される。これにより、センサ１０又は１００は100から1000pptの低さの対象分析物の濃度を精確に且つ確実に検出し測定できる。このような感度を達成するために、検出アセンブリ７０又は１７０は、少なくとも90%の試験気体中の対象分析物、好ましくは少なくとも95%の試験気体中の対象分析物、そして最も好ましくは99％の試験気体中の対象分析物を消費すべきで、それにより対象分析物がほぼない使用済み気体を形成する。
１０ センサ
２０ ハウジング
２１ ハウジングの第一長手方向端部
２２ ハウジングの第二長手方向端部
２８ ハウジングによって規定されるルーメン
２８ｘ ルーメンの長手方向軸
２９ 第一エンドキャップと支持プレートとの間における、ハウジングによって規定されるチャンバ
２９1 流入オリフィス
２９2 流出オリフィス
３０ フレーム
４０ 第一エンドキャップ
４１ 第一エンドキャップから内側に延びる長手方向の軸
４３’ 周部内側Oリング
４３” 周部外側Oリング
４９1 第一エンドキャップにある流入オリフィス
４９2 第一エンドキャップにある環状周部チャネル
４９3 第一エンドキャップにある流出オリフィス
５０ 第二エンドキャップ
５１ 流入Oリング
５２ 流入管
５３’ 周部内側Oリング
５３” 周部外側Oリング
５９1 第二エンドキャップにある戻り気体流入オリフィス
５９2 第二エンドキャップにある環状周部チャネル
６０ 戻り管
７０ 検出アセンブリ
８０ ばね
９０ 支持プレート
９１ 支持プレートから内側に延びる長手方向の軸
９９ 支持プレート周りの円周通路
１００ センサ
１２０ ハウジング
１２１ ハウジングの第一長手方向端部
１２２ ハウジングの第二長手方向端部
１２８ ハウジングによって規定されるルーメン
１２９ ハウジングによって規定されるチャンバ
１２９1 流入オリフィス
１２９2 流出オリフィス
１４０ エンドキャップ
１４３’ 周部内側Oリング
１４３” 周部外側Oリング
１４３''' 周部最外Oリング
１４９1 エンドキャップにある流入チャネル
１４９2 エンドキャップにある第一環状周部チャネル
１４９3 エンドキャップにある第二環状周部チャネル
１４９4 エンドキャップにある第二環状周部チャネルへの分流チャネル
１６０ 排出管
１７０ 検出アセンブリ
ｒ 半径方向
ｘ 長手方向軸
２０ ハウジング
２１ ハウジングの第一長手方向端部
２２ ハウジングの第二長手方向端部
２８ ハウジングによって規定されるルーメン
２８ｘ ルーメンの長手方向軸
２９ 第一エンドキャップと支持プレートとの間における、ハウジングによって規定されるチャンバ
２９1 流入オリフィス
２９2 流出オリフィス
３０ フレーム
４０ 第一エンドキャップ
４１ 第一エンドキャップから内側に延びる長手方向の軸
４３’ 周部内側Oリング
４３” 周部外側Oリング
４９1 第一エンドキャップにある流入オリフィス
４９2 第一エンドキャップにある環状周部チャネル
４９3 第一エンドキャップにある流出オリフィス
５０ 第二エンドキャップ
５１ 流入Oリング
５２ 流入管
５３’ 周部内側Oリング
５３” 周部外側Oリング
５９1 第二エンドキャップにある戻り気体流入オリフィス
５９2 第二エンドキャップにある環状周部チャネル
６０ 戻り管
７０ 検出アセンブリ
８０ ばね
９０ 支持プレート
９１ 支持プレートから内側に延びる長手方向の軸
９９ 支持プレート周りの円周通路
１００ センサ
１２０ ハウジング
１２１ ハウジングの第一長手方向端部
１２２ ハウジングの第二長手方向端部
１２８ ハウジングによって規定されるルーメン
１２９ ハウジングによって規定されるチャンバ
１２９1 流入オリフィス
１２９2 流出オリフィス
１４０ エンドキャップ
１４３’ 周部内側Oリング
１４３” 周部外側Oリング
１４３''' 周部最外Oリング
１４９1 エンドキャップにある流入チャネル
１４９2 エンドキャップにある第一環状周部チャネル
１４９3 エンドキャップにある第二環状周部チャネル
１４９4 エンドキャップにある第二環状周部チャネルへの分流チャネル
１６０ 排出管
１７０ 検出アセンブリ
ｒ 半径方向
ｘ 長手方向軸
Claims (12)
- 気体試料中の対象分析物を検出するためのセンサであり、
（ａ）密閉空間を規定し、該密閉空間への少なくとも１つのアクセス開口部を有する容器、
（ｂ）前記各アクセス開口部内に密封状態で係合され、前記容器との周部対面部を規定するストッパ、
（ｃ）前記密閉空間内に保持される対象分析物検出アセンブリ、
（ｄ）外部から運ばれた試験気体を前記対象分析物検出アセンブリとの検出可能な接触に導いて使用済み気体を作り出し、該使用済み気体を対象分析物検出構造から大気に放出するように構成及び配置される、流入口及び流出口、並びに、
（ｅ）前記流入口と前記流出口とを相互接続して、前記使用済み気体が大気に放出される前に、前記容器と前記各ストッパとの前記対面部における周部通路を前記使用済み気体が通るように構成及び配置されるチャネルシステム
を含むセンサ。 - 前記対象分析物は水蒸気である、請求項１のセンサ。
- 前記対象分析物は酸素である、請求項１のセンサ。
- 前記容器は、第一ストッパによって密封状態で係合される第一アクセス開口部と、第二ストッパによって密封状態で係合される第二アクセス開口部とを有する、請求項１のセンサ。
- 前記チャネルシステムは、前記使用済み気体の流れが前記各ストッパにおける密封された前記周部通路に一連の方法で向けられるように構成及び配置される、請求項４のセンサ。
- （ｉ）前記各ストッパは金属から成り、
（ｉｉ）前記各ストッパは、前記容器に密封状態で係合するように作用可能な軸方向に間隔を空けた一組の周部Ｏリングを含み、そして
（ｉｉｉ）前記容器と前記各ストッパとの前記対面部における前記周部通路は前記各ストッパにある前記一組のＯリングの間に位置する、
請求項１のセンサ。 - 前記対象分析物検出アセンブリは前記対象分析物を消費する、請求項１のセンサ。
- 前記対象分析物検出アセンブリは電量分析の電気化学的なアセンブリである、請求項７のセンサ。
- 試験気体中の対象分析物の濃度を計測する方法であって、
（ａ）請求項１〜８のいずれかによるセンサを得ること、
（ｂ）試験気体の連続的な流れを、前記センサにおける流入口を通して対象分析物検出アセンブリと検出連通させること、及び、
（ｃ）前記試験気体中の前記対象分析物の濃度を、前記対象分析物検出アセンブリで測定すること
の段階を含む方法。 - 前記対象分析物検出アセンブリは、前記対象分析物検出アセンブリを流れる前記試験気体中の前記対象分析物の少なくとも９０％を消費して、減損した濃度の前記対象分析物を有する使用済み気体を生み出す、請求項９の方法。
- 前記試験気体中の前記対象分析物の前記濃度は１０ｐｐｂより少ない、請求項１０の方法。
- 前記試験気体中の前記対象分析物の前記濃度は１ｐｐｂより少ない、請求項１０の方法。
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|---|---|---|---|
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| US13/649,479 | 2012-10-11 |
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