JP7168069B2 - 濃度測定器 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して、一実施形態に係るフローセンサついて説明する。本実施形態では、流体の流量や流速を検知するフローセンサを、酸素濃縮器に適用する場合について説明する。酸素濃縮器は、窒素、酸素および微量のアルゴンを含む空気から窒素を取り除く(減少させる)ことで、空気よりも酸素濃度の高い濃縮気体を生成する。濃縮気体は、空気から窒素を取り除いて生成されるため、酸素と微量のアルゴンと酸素濃縮器が取り除かなかった窒素とを含む混合気体となる。以下、本明細書において、酸素と微量のアルゴンとを含む混合気体を、アルゴン混入酸素と称する。本実施形態に係るフローセンサは、例えば、濃縮気体中のアルゴン混入酸素の濃度を測定対象とする。酸素とアルゴンは、「所定成分」の一例である。
図9は、混合気体の熱伝導率と、混合気体における気体の混合比との関係を例示する図である。図9で例示する混合気体は、気体Aと気体Bとを含む。気体の混合比は、気体の濃度といってもよい。図9において、縦軸は熱伝導率を例示し、横軸は混合気体における気体Aと気体Bの混合比を例示する。気体Aと気体Bの熱伝導率に差があるため、気体Aと気体Bの混合比に応じて、混合気体の熱伝導率が変化する。すなわち、混合気体の熱伝導率を測定することで、混合気体中の気体Aと気体Bの混合比を算出することができる。熱伝導率は、実施形態に係るフローセンサ2がΔTを求めることで、上記(式1)によって決定できる。本実施形態では、例えば、気体Aおよび気体Bのうち、一方が窒素であり、他方がアルゴン混入酸素となる。
図12および図13を参照して説明したように、アルゴン混入酸素の濃度と熱伝導率の関係は、低温域(例えば、摂氏マイナス10度近傍)において一対一の関係が崩れる。実施形態に係るフローセンサ2は、ヒーター23に印加する電圧を制御部100が上昇させることで、サーモパイル24の出力値とアルゴン混入酸素の濃度とが一対一で対応する範囲を拡大させることができる。
実施形態に係るフローセンサ2は、濃縮気体の温度を測定する温度計を備えてもよい。図18は、温度計を備えたフローセンサの一例を示す図である。図18に例示されるフローセンサ2aは、濃縮気体の温度を測定する温度計25を備える。温度計25が設けられる位置は、濃縮気体の温度を測定可能な位置であれば、特に限定はない。
2以上の成分を含む混合気体中の測定対象気体(酸素、アルゴン、水素)の濃度を、前記測定対象気体の熱伝導率を基に測定するセンサ部(2、22、23、24)と、
前記熱伝導率に対して前記測定対象気体の濃度が一意に決定できるように、前記混合気体を加熱する加熱部(23)と、を備えることを特徴とする、
濃度測定器(2)。
<付記2>
空気中の2以上の所定成分(酸素、アルゴン)の濃度を高めた濃縮気体を生成する濃縮器(200)に適用される濃度測定器(2)であって、
前記濃縮気体中の2以上の前記所定成分を含む混合気体の濃度を、前記混合気体の熱伝導率を基に測定するセンサ部(2、22、23、24)と、
前記熱伝導率に対して前記混合気体の濃度が一意に決定できるように、前記混合気体を加熱する加熱部(23)と、を備えることを特徴とする、
濃度測定器。
21・・・本体部
22・・・メンブレン
23、23a・・・ヒーター
24、241、242・・・サーモパイル
24a・・・一端
24b・・・他端
25・・・温度計
100・・・制御部
101・・・CPU
102・・・主記憶部
103・・・補助記憶部
200・・・酸素濃縮器
Claims (4)
- 2以上の成分を含む混合気体中の測定対象気体の濃度を、前記測定対象気体の熱伝導率を基に測定するセンサ部であって、温度に応じた起電力が生じる一対の熱起電素子と、前記一対の熱起電素子の間に配置され、印加された電圧に応じて発熱する加熱部とを含み、前記加熱部により加熱された前記一対の熱起電素子で生じる起電力に応じて、前記混合気体の流量を測定するセンサ部と、
前記加熱部に印加する電圧を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記混合気体の流量を測定するときに印加する第1電圧よりも高い第2電圧を前記加熱部に印加して、前記測定対象気体の濃度を前記センサ部に測定させることを特徴とする、
濃度測定器。 - 前記混合気体の温度を測定する温度計をさらに備え、
前記制御部は、前記混合気体の温度ごとに、前記熱起電素子で生じる起電力を基に前記測定対象気体の濃度を一意に決定できる範囲と前記加熱部に印加する電圧との対応関係を記憶しており、
前記制御部は、前記温度計が測定した前記混合気体の温度を取得し、取得した前記温度に基づいて前記対応関係を参照することで、前記第2電圧を決定することを特徴とする、
請求項1に記載の濃度測定器。 - 前記濃度測定器は、空気中の2以上の所定成分の濃度を高めた濃縮気体を生成する濃縮器に適用され、
前記混合気体は、前記濃縮器が濃縮した濃縮気体であり、
前記測定対象気体は、前記濃縮気体に含まれる前記2以上の所定成分を含む気体である、
請求項1または2に記載の濃度測定器。 - 前記濃縮器は、窒素と酸素とアルゴンとを含む空気から窒素を取り除くことで、酸素とアルゴンの濃度を高めた濃縮気体を生成し、
前記所定成分は、酸素とアルゴンとを含み、
前記濃縮器が前記濃縮気体を供給する流路に前記センサ部が設けられることを特徴とす
る、
請求項3に記載の濃度測定器。
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