JPH05504411A - 測定値を算出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 測定値を算出する方法および装置 技術分野 この発明は、空の、あるいは部分的ｔこ空の容器から採取したガスの測定値を算 出する技術に係り、例えば本願の請求項１による測定方法および請求項１６によ る測定装置に関するものである。

背景技術 従来、特に空のプラスチック容器のリサイクリングに関し、容器の中が汚染され ているか否すを検出する技術が欧州特許出願ＥＰ−＾−ＯＳＯ６！０７以来知ら れている。

容器からガスサンプルを吸入し、これを分析する上記欧州特許出願ＥＰ−＾−０ ＄０６３０７により知られる引火イオン化を行う過程は、比較的速度が遅く、単 純化という点からも不利である。すなわち、水素炎で引火イオン化を行う場合、 炎を通るガスが炎に影響を与えてはならない。このため、流量速度、すなわち測 定過程の速度が制限され、あるいは炎への供給過程が複雑になる。

また、欧州特許出願ＥＰ−＾−Ｑ　３０６３Ｎにより知られるイオン化技術は、 要するに紫外線を利用したもので、技術的に実施が難しい。その内容に関しては 欧州特許出願ＥＰ−＾−０３０６３０７の明細書をＩＩ＠することができる。ま た、このイオン化技術においては、イオン化装置を洗浄する必要がある。さらに 、必要となる紫外線イオン化ランプは高価である。従来、こうした問題を有する にもかかわらず、紫外線イオン化が優先的に行われている。

発明の目的 この発明は、イオン化技術により、例えば引火イオン化あるいは紫外線領域での 光イオン化によって汚染を検出し、また場合によって、汚染された容器を再充填 過程から外し、特に紫外線光イオン化する方法を提供することを目的とするもの である。

特に、インラインの検査の場合には大量の容器が迅速かつ連続的に運ばれてくる という点および信頼性の点からも、このような方法はできる限り単純で素早く作 用するものでなければならない。

この発明にあっては、請求項１記載の方法によって、上記欧州特許出願ＥＰ−八 一へ　３０６３０７の問題を解決することを目的とするものである。

発明の開示 この発明にあっては、請求項１記載の過程によって上記課題を解決した。

本願のように放電ギャップを配置することは、例えば内燃機関の点火プラグのよ うに、極めて簡単かつ小型化が可能となり、汚染され難く、しかも柔軟性がある ためどこでも電源を引くことが可能になる。

ところで、電気放電パスをガスイオン化に適用することは従来から知られている 。例えば、以下のものがある。

−０Ｓ−Ａ−２５５０４９８（１９５１）−ＵＳ−Ａ−３１ＺＲ６１５（１９７ Ｈ煙霧探知への利用−ａＳ−＾−４６２９９９２（１９８６）　火災探知への利 用このような適用において、放電によるイオン化の利点、すなわち洗浄すること が不要で、しかも速やかに待機状態に帰るという利点の重要性は二次的なもので ある。しかしながら、この発明による利用において、迅速かや連続的に出現する ガスサンプルのイオン化を行う場合には、上記特徴が最も重要となる。

この発明による方法は、主にガスの流量速度と関係しないため極めて這＜、シか も特殊な適用の場合には引火イオン化と違って直接容器内に利用できる。

上記欧州特許出願ＥＰ−＾−０３０６１０１により知られる、ガスがイオン化さ れる方法の主たる欠点は、安全性の点から総計的なイオン濃度しか検出されず、 イオンのＮｍが識別されないことである。

こうしたことから、請求項１による方法を用いて、特定のイオンが存在するか否 かを判断するために請求項２による措置をとることが望ましい。

このような手段によれば、単純で柔軟な適用を組み合わせて、より正確に特定の 以前から周知の移動度を持つイオンが存在するか否かを判断可能になる。

図面の簡単な説明 図１　この発明によるイオン化を行うための花火ギャップ３と、少なくとも１つ の容器の選択を決める翼なる測定値とを示す図である。

図２　放電を１１節し、制御回路の動作から測定値を検定する、図１に基づ（別 の実施例を示す図である。

図３　この発明による花火ギャップ３が容器の内部ガスをイオン化するために直 接容器の中に適用される実施例を示す図である。

図４　放電イオン化および静電イオン付着による測定値を検定する第１実施例を 示す図である。

図５　移動度によるものを測定値としてイオンの付着を検定する、図４と類似の 実施例を示す図である。

図６　花火放電イオン化装置が直接検査すべき容器の中に設置され、直列回路に 静電気による移動反別にイオン付着させる装置を示す図である。

図７　爆発を避けるため、特定の汚染物質の場合に花火ギャップ３が容器の中に ある場合（ａ）と、容器の外にある場合（ｂ）のいずれかを予め選択することを 示す図である。

図８　この発明による連続的に運ばれる容器の運搬装置、およびこの発明による 花火ギャップ３を有する測定装置が配置されたガス採取装置を示す図である。

詳細な説明 以下、図面を参照してこの発明をさらに詳しく説明する。

この発明は、特に空の容器の汚染状懸をガスサンプルで調べることを目的とする 。例えば、極めて大量に出現するプラスチック瓶の場合、元の中身であるミネラ ルウォータ、シュウス等が出された後、どのように使われたかは極めて不明確で ある。このような容器は特に家庭で目的外に使用されている。例えば、石鹸水、 農薬、エンジンオイル、酒精やガソリン等の物質を貯蔵するために使われる。こ のような物質が瓶に貯蔵され、これがある汚染物質カテゴリの場合、再利用とし て再び瓶詰めが行われる際、詰める物の味に悪影響が生ずることがある。あるい は、汚染が体に悪影響を及ぼしたり、有害性のものであったりするため、このよ うな容器を再利用できない場合がある。

したがって、残存汚染物の存在および汚染物質の種類を明らかにしない限り、再 び詰めることができる容器、そうでない容器、あるいは先に特別な洗浄過程を経 てから安全に詰めることができる容器のいずれかを選択することができない。

ここで、容器の材料によって、特にプラスチック瓶の場合には、特定の汚染物質 が瓶の壁に吸着され、新たに詰めた内容に少しずつ脱着されることを考慮しなけ ればならない。

図１は測定値を検定するための装置の第１実施例を示す図である。この図におい て、測定ＭＰ、、Ｐ、、Ｐ、は、少なくとも空の容器に含まれているガスが特定 の汚染物質を含んでいるかどうかの決定要素となる。また、しばしば容器に詰め た物をも汚染することがあるので、この場合、その上にあるガスも汚染される。

このことから、この発明による方法の全ての特徴は、既に充填している容器にも 適用できるようになっている。

例えば、図示しない採取管ｌにより、図８に示す空の、あるいは部分的に充填さ れた検査すべき容器からガスサンプルが採取される。また、場合によって容器の 外側からも検体をとることができる。そして、吸入したガスサンプルを一対の電 極５を有する放電ギャップ３の付近に流す。次に、電＃ｌ［７によってこの放電 ギャップ３を作動させる。これにより、放電がコロナ放電あるいは花火放電とし て発生される。

そして、図示しない吸引装置によって空の容器からガスサンプルＧを吸引すると 、これが放電ギャップ３に流れるときときに放電電圧が変化する。このときの電 圧Ｕ、は電圧計１１によって測定される。

次に、この電圧計１１の出力信号は、測定値として評価するために比較器１３に 入力される。さらに、基＊ａ装置１５が基準信号をこの比較器１３に供給する。

そして、放電電圧Ｕアに基づく出力信号Ａ、、Ａ□　９．の測定値が選択され、 特定の汚染物質群、あるいは汚染物質自体、またはそれらの濃度を識別する測定 値として出力される。また、上記基準信号は、規格の汚染ガスサンプルの比較で 較正測定によって確定される。

図２は、図１に基づいてこの発明による放電ギャップ３での別の測定値の測定を 示している。この場合、制御可能な高圧ｉｉ源７ａによって電極５で放電ギャッ プ３の放電が行われる。そして、放電電流はＩＩ流計＋１ａによって測定され、 比較器１７において基準値装置１９で設定可能な１ｉ！流基準値１□。ＬＬと比 較される。

次に、比較器１７で測定された信号の差が制御量として、場合によって調整器２ １を通して操作量としてｕｗ回路の中にＸｌｌ蒸器して作動する電＃７ａに入力 される。これによって、Ｃ放電ｆＬｉ　ｇが基慴値装置１９で設定可能な基準値 に従うか、あるいは一定に設定されている基準値■、。ＬＬに相当する。

そして、馴整基事信号および／あるいは電源のための操作量Ｓ、および／あるい は電源７ａの出力電圧が測定値として評価される。この測定値は、図１に示すよ うに、さらに基準値装置１５と接続された比較器１３に入力される。調整回路に 検出された信号の領域によっては、ガスサンプルＧに含まれている特定の汚染物 質群、あるいはその汚染物質自体、またはそれらの濃度が推察される。

ここで、図１および図２に示すように、放電ギャップ３の放電特性およびその電 気的制御、すなわち放電ギャップ３目体が測定値として用いられる。

また、図１および図２に示す実施例ではコロナ−ＡＣ放電、あるいはコロナ−〇 Ｃ放電が発生される。

また、図１および図２に示すように、ガスサンプルＧを吸引管１で検査すべき容 器から取り出すことができる。

次に、ｌｌ！＋３に示すように、放電ギャップ３を最小化できるので、放電ギヤ 、プ３３を探知棒２３で検査される容器２５目体に挿入し、図１および図２で説 明した手続きに従うことも可能である。

また、図３に示す探知棒２３の端子２７は、図１および図２において同一符号に より示している放電ギャップ３の端子２７に相当する。

次に、図４はこの発明による装置によってこの発明の方法を実施するための別の 実施例を示している。この場合、ガスが放電ギャップ３によってイオン化される が、図１および図２に示した実施例と興なり、イオン化されたガスが放電ギャッ プ３と離れたところで調べられている。

すなわち、ガスサンプルＧは、吸引管ｌによって検査すべき容器から、あるいは 容器に直接的に隣接した付近から採取され、電ｉ［７によって作動される放電ギ ャップ３まで流される。そして、ガスの流量方向に対して放電ギャップ３の下流 には、コンデンサ、例えば円柱コンデンサ２９が配置されている。この円柱コン デンサ２９は、円柱状のコンデンサノース２９ａおよび内部の同軸性心棒２９１ から構成されている。

また、コンデンサ２９は、調節可能な電源３厘によって設定された電圧まで充電 される。これにより、コンデンサ２９に電界Ｅが発生する。この結果、放電ギャ ップ３におけるガスがイオン化されるために、この電界Ｅの極性および強さによ って１つの極性を持つイオンがコンデンサプレート２９ａ、２９ｉのいずれかに 引きつけられ、他の極性のイオンが別のコンデンサプレートに引きつけられる。

そして、コンデンサプレート２９ｍ、２９１に引きつけられるイオ／の総計が、 イオン付着装置として働く円柱コンデンサ２９に接続される外部の回路に電流ｌ を発生させる。この電流ｉは、ｉｉｗ増幅器３２、あるいは破線で示しである電 流増幅器３２ａにおいて電流積分として測定される。

ここて、電荷増幅器３２が配置される場合、コンデンサ２９に流れる電流を積分 する時間Ｔが設定される。この時間Ｔは、測定周期の開始において随意の信号Ｓ Ｔによりトリガをかけられる。例えば、ガスが吸引される時点、あるいは予め定 義された電流ｌの立ち上がりが現れる時である。

積分時間Ｔが経過すると、図４に示すリセットスイッチがオンし、ｉｉ＊増幅器 ３２が閉じる。

１に前増幅器３２あるいは電流増幅器３２ａによってめられた電流積分であるに もかかわらず、図１において既に説明したように、出力信号が比較器１３に入力 される。この比較器１３の出力側からは、六方信号Ｅの大きさに応じた出力信号 Ａ、、Ａ、などが出力される。

ここで、この発明による放電ギャップ３は、分析すべきガスをイオン化するため 、図３に示したように直接検査すべき容器の中に、あるいは図４に示したように 採取管１に配置される。

また、放電ギャップ３が最小化されるので、この方法は柔軟性に富み、ガスをイ オン化する放電ギャップを分析装置の随意の場所に配置することができる。イオ ノの付着は、同じ場所、要するに採取管に沿って行われるか、監視される容器の 中、あるいはイオノ化から離れた場所のいずれかの場所に行われる。

図４に示した方法によれば、ガスの放電イオン化によって発生された電荷変化を 測定値として総合的に検出することができる。したがって、採取管ｌに沿って） ／ダンサ２９を配置する場合、ガスは設定された流量速度で供給されるべきであ る。また、図５に示したこの発明の方法では、この発明による放電ギャップを用 いて容器のガスをイオン化した後、ガスに発生したイオンをこれらの移動度によ って識別する。こうして、翼なる物質あるいは物質群による汚染を選択的に検出 することができる。

上記目的を達成するために、イオン化されたガスは主として図５に示した静電気 的な付着装置３５に供給される。この装置３５とは、例えば円柱状のコンデンサ である。この装置３５は、膨張した内部心棒３０１および１列に配置され、互い に絶縁された？ＪＦ数の円柱面３０ｍから構成される。全てに共通の内部心棒３ ０１およびそれぞれ絶縁された円柱面３０ｍで構成されているコンデンサは、電 源３１に特に同じ電圧で静電気的に充電されている。したがって、それぞれのコ ンデンサ３０１．３０ｍが同じ電界Ｅを示すことになる。

異なった移動度のイオ／のガスが、図示のように、コンデンサ空間３０ｚに入る 場合、均等の電界Ｅによってイオンが同一の電荷を持っていることを前提にする と、同一の偏向力が生じることになる。このため、軸方向の移動単位ごとに移動 度の高いイオンの方が移動度の小さいイオンよりも偏向性が大きくなる。したが って、それぞれのコンデンサから誘導される電流１．、ｌ、、、、は、ガス流方 向に対して順次偏向されるイオンの測定値になる。また、この場合、移動度の小 さいイオンは、ガス流方向の下流において、コンデンサの電流のより大きい割合 を占める。

誘導された劃１は、図４において説明したように電荷増幅器あるいは電流増幅器 で検出され、容器の選択のためにさらに処理を施される。

図６は直接容器の中でガスの放電イオン化および静電的付着測定が行われる実施 例が示されている。すなわち、図３に示した実施例の改善として、先端に放電ギ ャップ３を有する棒２３の上部に、複数の互いに絶縁された金属面３３１１およ び１つの同軸的な金属の円柱面３３ｍを有している。

このように変形された棒は、図示のように、検査すべき容器の底まで挿入され、 底の付近のガスが放電ギヤ、プ３でイオン化される。また、容器の中のガスを加 熱するのみで、容器のコンデンサ３３１．３３ａで構成される付着装置を含む開 口部に向ってガス流が発生する。

特に、穿孔３７から吹き込まれる別のガスによってイオン化されたがスＧ”ｌｔ は、さらに強制される。

また、放電ギャップ３ａおよびコンデンサの電源、または電流１．．１．等の誘 導端子が、ガスの出口３７までの管と同じく、棒の中に引かれている。

ところで、図１から図３までに示した実施例では、コロノ放電が発生される。

また、図４から図６１でに示した実施例では、ガスのイオン化を測定するときに 放電を発生させることはフクノ放電でも花火放電でも可能である。花火放電によ って作動させる場合、１つの測定に複数、特に設定された数の花火放電を発生さ せる。有効な結果が得られるようにするため、イオン化されたガス流Ｇ０のイオ ン密度を設定した時間内に測定する。

また、特定の汚染物質ては、この発明による放電イオン化、または引火イオン化 が爆発を誘発する可能性がある。したがって、安全性を確保するため、このイオ ン化技術を空の容器に利用する前に、容器を予め選別する必要がある。このイオ ン化を行う容器の中で測定を行う実施例を図７ａに示す。すなわち、検査すべき 容器、特にプラスチック瓶は、運搬装置（これがベルトコンベヤでも回転運搬装 置でもよい）の第１の測定ステー７謬ン４０を通される。ここではガスサンプル を採取、あるいは礫針を容器の中に挿入することによって爆発の危険をもたらす 汚染物質の存在を検出する。

この目的を達成するためには、爆発の危険性がある周知の汚染物質の存在を検出 するよう調節された半導体ガスセンサ、あるいは電気化学的電池が用いられる。

爆発の危険性のある汚染物質が含まれた容器が検出された場合、図示のように、 コンベヤのボイ／りを切り替えることによって、該当する容器が以降の検査過程 から外される。一方、爆発の危険性を有していない容器は、棒２３を有するイオ ン化測定ステー／クン４２へ供給される。

そして、他の汚染を検出し、さらに検出により得られた測定信号を評価器４４に より評価した結果、汚染が許容範囲を超える容器である場合、別のポインタを切 り替え、当該容器を廃棄、あるいは特殊な洗浄を施す。こうして、新たに詰める 過程に供給される容器は、汚染の種類が許容されているもののみとなる。

ここで、特にプラスチ、りで出来ている瓶は、壁に特定の汚染物質が吸着され、 容器の内部への脱着が遅い。このため、特別の手段を用いなければ、容器内の汚 染物質の哨ｌ！測定を行うことは、ある時声では困難である。こうした容器に新 たに中身が詰められ、長期保存された場合、中身の味に不利な影響を受ける。

したがうて、さらに図７に示すように、場合によっては汚染物質を検出する前の 容器の壁に吸着されている汚染物質を除去することが提案される。この発明によ れば、熱流Ｑによって示すように、特に赤外線、あるいはプラスチック瓶の場合 電子レンジによって、または容器の内部および／あるいは外部からの蒸気処理や 薫蒸によって例えば加熱した空気を吹き込むことによって容器を加熱することで 、上記課題を解決することができる。

また、特定の場合において、元々詰めてあった物の残存ガス成分を除去するため 、ガス、特に空気によつて洗浄することが必要となる。すなわち、このような残 存成分が他の汚染の検出を妨げる場合があるからである。

そして、容器からガスサンプルＧ″が採取された場合、ＩＩ！Ｑ７ｂに示すよう に、放電イオン化、または引火イオン化する装置４１に検体のガスを供給する前 に、爆発の危険性がある汚染物の検出を行う。このステージ會ンでは装置４１° の上流に配置された弁４５を制御する。

さらに、図８に示す実施例では、担体ガスタンク７ｏから供給される担体ガスを 用いて運搬装置７２の上にある容器７１から検査すべきガスが採取される。この 採取は、例えばガスケット７４で接続されたベンチ二す吸引によって行われる。

これにより、容器のガスサンプルはポンプ７６によって担体ガスと一緒に測定装 置に供給される。また、交換パルプＶ＠ｔにょつて容器との連結をバイパスでき 、装置７８を担体ガスのみで、あるいは洗浄された空気で洗浄することができる 。

ＦＩＧ、Ｉ ＦＩｏ、２ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、７ｂ 要　約　書 例えば、象庭でミネラルウォータ用のプラスチック瓶が農薬を貯蔵するために使 われた場合等、部分的に空の、あるいはほぼ完全に空の容器が不適当な物質によ って汚染されたか否か、その汚染の有無を翼べるために、その容器から採取され たガスサンプル（Ｇ）を放電バス（３）によってイオン化し、このときの放電特 性（ＵＦ）および／あるいは放電によるガスのイオン化を測定値として評価する 。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＣＨ９１１００２４５

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．空の、あるいは部分的に空の容器内のガスについて１つの測定値を求める、 主として持続的な流れで運ばれて来る該容器の検査において、該容器内のガスを 放電ギャップ３に供給してそのガスをイオン化し、このときの放電ギャップの放 電特性（ｕｙ）および／あるいはギャップから離れたところにおけるガスのイオ ン化１を測定値として評価することを特徴とする方法。
2. ２．ガスをイオン化した後、イオンの移動度による測定信号を評価することを特 徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．イオン化したガスの中における静電気的なイオン付着によって測定値を求め ることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の方法。
4. ４．諸静電気的なイオン偏向距離を設定し、距離特性のイオン付着率が測定値に なることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ５．測定の前に予め選択し、爆発の危険性のあるガスが放電に曝わないことを特 徴とする請求項１記載の方法。
6. ６．測定する前に容器を、例えば水、蒸気、ガス、ここで特に空気、によって洗 浄することを特徴とする請求項１乃至５の内、いずれか１つの請求項に記載の方 法。
7. ７．測定する前に、容器を、例えば赤外線、蒸気、水、ガス、特に空気、あるい はマイクロ波で加熱することを特徴とする請求項１乃至６の内、いずれか１つの 請求項に記載の方法。
8. ８．放電としてコロナ放電あるいは花火放電を発生させることを特徴とする請求 項１乃至７の内、いずれか１つの請求項に記載の方法。
9. ９．容器内のガスを放電ギャップに流すことを特徴とする請求項１乃至８の内、 いずれか１つの請求項に記載の方法。
10. １０．一連の放電を発生させることを特徴とする請求項１乃至９の内、いずれか １つの請求項に記載の方法。
11. １１．一連の放電によるガスのイオン化を評価することを特徴とする請求項１０ 記載の方法。
12. １２．放電を直接容器の中に発生させることを特徴とする請求項１乃至１１の内 、いずれか１つの請求項に記載の方法。
13. １３．容器の中において、ガスの測定値を求めることを特徴とする請求項１２記 載の方法。
14. １４．放電を容器の外で発生させることを特徴とする請求項１乃至１２の内、い ずれか１つの請求項に記載の方法。
15. １５．放電電流あるいは電圧を調節し、その調節差、または放電電流あるいは電 圧を測定することを特徴とする請求項１乃至１４の内、いずれか１つの請求項に 記載の方法。
16. １６．運搬装置によって持続的な流れで運ばれてくる容器に含まれるガス成分を 検出する、ガスをイオン化する仕組みを具備した装置であって、このイオン化す る仕組みが、該当する容器内のガスに接触させることができる少なくとも１つの 放電ギャップを有することを特徴とする測定装置。
17. １７．放電ギャップを放電電流あるいは電圧によって制御することを特徴とする 請求項１６記載の測定装置。
18. １８．放電ギャップの下流に少なくとも１つの静電気的なイオン付着装置が接続 されていることを特徴とする請求項１６記載の測定装置。
19. １９．放電ギャップを、運搬装置上にある容器内に駆動的に挿入または引き抜く ことが可能な測定装置に配置したことを特徴とする請求項１６乃至１８の内、い ずれか１つの請求項に記載の測定装置。
20. ２０．運搬装置上にある容器からガスの検体を採取する装置が、放電ギャップの 入り口付近にあることを特徴とする請求項１６乃至１９の内、いずれか１つの請 求項に記載の測定装置。
21. ２１．ガスに含まれる爆発する危険性を有した成分を予め検出する選択装置を放 電ギャップの上流に配置し、爆発する危険性を有したガスと該放電ギャップとの 接触を遮断することを特徴とする請求項１６乃至２０の内、いずれか１つの請求 項に記載の測定装置。
22. ２２．新たに充填すべき容器の選択に適用する、請求項１乃至１５の内、いずれ か１つの請求項に記載の方法、あるいは請求項１６乃至２１の内、いずれか１つ の請求項に記載に装置。
23. ２３．食料に使われるプラスチック瓶に適用する請求項２２に記載の方法あるい は装置。