JPH11258124A - ガス測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホルムアルデヒド等の微量ガスを高精度で測定
できる測定装置を提供する。 【解決手段】チャンバ２に清浄な空気を導入するための
導入路３にバブリング方式の加湿機構５を設けて導入空
気を安定した飽和状態にし、また、チャンバ２の外側に
調温機構１１を設けてチャンバ胴壁を介し間接的にチャ
ンバ２内の気体を温度調整するようにしたため、湿度や
温度のコントロールをクリーンな測定雰囲気を害するこ
となく高精度で行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物から出る
微量な放出ガスの計測等を安定して高精度で行い得るよ
うにしたガス測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、微量なガスを測定したいとい
う要請がいたる所にある。例えば、近時の例としては、
建材から放出されるホルムアルデヒド、或いはトルエ
ン、キシレン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が、人体
にアレルギー等の障害を引き起こす要因となることが明
らかになってきている。そして、これを受けて、放出ガ
スを抑制すべく種々の試みがなされ、その一環として放
出ガスの測定が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種のガ
スは極めて微量である。そして、測定雰囲気の空気を換
気しながらクリーンな状態に保つだけではなく、温度や
湿度も適切に管理しないと正確な測定が行えないという
厳しい条件が要求される。しかるに、従来のガス測定装
置には、換気を正確に行えるものはあるが、温度や湿度
までも正確に制御できるようにしたものは見当たらな
い。温度制御のためにチャンバ内部にヒータを配置して
これをフィードバック制御する構成も考えられるが、ヒ
ータからも放出ガスが出るため、正確な測定を阻害する
要因となる。また、小さなチャンバを作り、これを恒温
室の中に入れて環境を整えるように構成することも考え
られるが、チャンバ内が所定温度になるまでに長時間を
要する上に、大掛かりな設備も必要になり、試料の大き
さも制約を受けるという不都合を生じる。一方、湿度制
御のために換気用にチャンバ内に導入するガスを予め超
音波加湿器やボイラ等で加湿しておく構成が考えられる
が、超音波加湿器で霧化される気体は粒径が大き過ぎる
ため正確な湿度制御は期待できず、ボイラでは気体が加
熱されるためチャンバ内に大量の熱を持ち込んで温度制
御に悪影響を及ぼすことになる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、内側に測定雰囲気を閉成するチャン
バと、前記測定雰囲気に外部より清浄な気体を導入する
ための導入路と、この導入路に介設され導入前の気体を
一旦水中に気泡状態で放出させて加湿するバブリング方
式の加湿機構と、前記チャンバの外側に配置されチャン
バを介して測定雰囲気の気体との間で間接的な熱交換を
行う調温機構とを具備してなることを特徴とする。

【０００５】このように構成すれば、チャンバそのもの
を温度、湿度制御することができるので、恒温室を利用
するときのように長い立ち上がり時間や必要以上に大掛
かりな設備を必要されることがない。しかも、導入路よ
り導入される気体は、バブリング方式の加湿機構におい
て露点温度に制御され、飽和気体となるため、超音波加
湿に比べて粒径が小さい上に安定した湿度制御ができ、
またボイラ加湿のように大量の熱をチャンバ内に持ち込
むことも有効に防止することができる。また、調温機構
はチャンバを介して測定雰囲気の気体と間接的な熱交換
を行うものであるため、チャンバ内にヒータを持ち込む
場合のように測定雰囲気に放出ガスをまき散らすことが
なく、クリーンな測定雰囲気を維持することができる。

【０００６】測定精度をより有効に高めるためのチャン
バ構造としては、チャンバを、筒状のチャンバ本体と、
このチャンバ本体の両端を閉止する少なくとも一方が開
閉可能な蓋体とから構成し、この蓋体の内側にチャンバ
本体の内周面に滑らかに連続する湾曲した鏡板部を形成
するとともに、チャンバの内側に、測定雰囲気に存する
気体をチャンバ本体の軸心に沿って一端から他端までそ
の中央部に流通させその気体を前記鏡板部の内面及びチ
ャンバ本体の内周面に沿って再び一端まで還流させて循
環させるガイドをする導風板を着脱可能に設けているも
のが挙げられる。

【０００７】このような内部構造であれば、測定雰囲気
に存する気体がチャンバ内に滑らかに循環する流れを形
成するため、例えば被測定物から放出されるガス等を測
定する場合、そのガスは流れに沿って循環する間に均質
に攪拌され、むらのない状態で測定に供されることとな
る。しかも、調温機構はチャンバの外側に配置されてお
り、そのすぐ内側を気体が流通する構成であるため、間
接的な熱交換であっても有効な熱交換効率をあげること
ができる。その上、気体の循環系路を形成する導風板は
着脱可能であり、一方の蓋体を開成させれば取り外しが
できるので、チャンバ外で簡単に清掃でき、反復継続的
に使用しても測定雰囲気に二次汚染を惹起する不都合を
有効に回避することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。この実施例の測定装置１は、図１に示すよう
に、内側に測定雰囲気Ｓを閉成するチャンバ２と、前記
測定雰囲気Ｓに外部より清浄な気体を導入する加湿機構
付きの導入路３と、前記チャンバ２の外側に配置されチ
ャンバ２を介して測定雰囲気Ｓの気体との間で間接的な
熱交換を行う調温機構１１とを具備してなる。

【０００９】チャンバ２は、図１〜図３に示すように、
筒状をなすチャンバ本体２ａの両開口端に開閉可能に蓋
体２ｂを取着し、この蓋体２ｂの内側にチャンバ本体２
ａの内周面に滑らかに連続する湾曲した鏡板部２ｂ₁を
形成するとともに、内周に有底筒状をなし底部に孔を開
口させた導風板２ｃを適宜水洗いできるように着脱可能
に配置している。また、このチャンバ２には、前記導風
板２ｃの孔に先端を臨ませてファン２ｄが配設してあ
り、このファン２ｄをチャンバ２外のモータ２ｅで駆動
することによって、導風板２ｃのガイド作用を利用し、
チャンバ２の内側に図１に矢印で示すように測定雰囲気
Ｓに存する気体をチャンバ本体２ａの軸心に沿って一端
から他端までその中央部に流通させた後、ファン２ｄに
よりその気体を吸い込んで鏡板部２ｂ₁の内面に沿って
チャンバ本体２ａの一方の開口端側の内周面に導き、更
に導風板２ｃの外周とチャンバ本体２ａの周壁との間に
形成される円環状の隙間Ｔに流通させた後、チャンバ本
体２ａの他方の開口端から鏡板部２ｂ₁の内面に沿って
再びチャンバ本体２ａの中央部に導き循環させるという
循環サイクルを形成するようにしている。試料Ｗはその
測定雰囲気に設けた試料設置台１２にセットされる。こ
の試料設置台１２は、対向面間に試料Ｗを装入するチャ
ンネル状の支持部１２ａを有しており、その支持部１２
ａの一方の面から図示しない押圧棒を突出させて対向面
との間に試料Ｗを狭持するようにしているものである。
その際、押圧棒は、試料Ｗへの接触面積を極力小さくし
て試料Ｗからのガス放出面積を確保するために尖端に向
かって漸次細径となるような概略円錐状のものにしてあ
る。前記チャンバ２の内部は、気体の流通抵抗を極力小
さくするために電解研磨又は鏡面仕上げとなっている。
また、測定雰囲気Ｓを隔てて前記ファン２ｄと対向する
位置には、パンチング板１３が配設してあり、このパン
チング板１３に気体を通過させることによって流れを層
流に近い状態にできるようにしている。

【００１０】導入路３は、始端に設けた外気導入口３ａ
を大気中に開放し終端に設けた吹出口３ｂを前記チャン
バ本体２ａを貫通してチャンバ２の内部に挿入するとと
もに、始端近傍より下流に向かってエアポンプ７ａ、エ
アフィルタ７ｂ、吸塵フィルタ７ｃ、脱臭フィルタ７ｄ
及びマスフローコントローラ７ｅからなる移送手段７を
配置してなるもので、この移送手段７で空気を清浄にし
た後、その下流に配置したバブリング方式の加湿機構５
で加湿して空気をチャンバ２内に流量調節して導入する
ようにしている。また、チャンバ本体２ａの他の部位に
は排気路２ｇが設けてある。排気路２ｇにはマスフロー
メータ２ｈが配設してあり、排気量がチャンバ２への入
気量と同じである事を確認できるようになっている。空
気交換率は、例えば５００リットルチャンバで１回／ｈ
あたり８、３３リットル／分程度に設定される。前記排
気路２ｇには三方弁２ｉが設けてあり、マスフローメー
タ２ｈで入気量と排気量が一致した定常状態にある事を
確認すると、その三方弁２ｉを切替え、排気を直接大気
に放出して、マスフローメータ２ｈが絞りになって背圧
が立ちチャンバ２内の圧力変化が生じることを防止でき
るようにしている。このためチャンバ２内の圧力は大気
圧に近い圧力となる。なお、チャンバ２への入気部およ
び排気部、並びにチャンバ本体２ａの複数箇所には、サ
ンプリング用のポート２ｐ、２ｑ、２ｓが設けてあり、
これらのポート２ｐ、２ｑ、２ｓでガスをサンプリング
して、ガスの成分がどこでどのように変化しているかを
分析することができるようにしている。また、図におい
て符号２ｒで示すものは、チャンバ２内の圧力を検出す
る圧力計である。

【００１１】加湿機構５は、図４に示すように、バブリ
ングタンク４と、このバブリングタンク４を内部の水中
に浸漬させてなる調温用タンク４Ｘと、この調温用タン
ク４Ｘ内の水温を調節する水温調節手段６とを具備して
なる。バブリングタンク４は、気密性を有し、超純水を
充填したその内部に前記導入路３を引き込んでいる。具
体的には、導入路３はその一部が分断され、その分断部
分の上流端３ｃは気体を気泡化するための要素３ｄを取
り付けた状態でバブリングタンク４の液相部４ａに浸漬
され、下流端はバブリングタンク４の気相部４ｂに配設
されて、導入前の空気を一旦水中に気泡状態で放出させ
た後、チャンバ２に向かわせるようにしている。また、
液相部４ａと気相部４ｂの間は、調温用タンク４Ｘ外に
配置した給水タンク８を介して接続され、この給水タン
ク８にバルブ８ａを有する給水路８ｂを通じて外部から
超純水が給水されるようにしてある。給水タンク８の水
位はバブリングタンク４の水位に連動しており、外部か
ら水位の確認ができるようになっている。

【００１２】調温用タンク４Ｘは、前記バブリングタン
ク４を内部に収容してなるもので、バブリングタンク４
を完全に浸漬させ得る量の水が充填されている。この調
温用タンク４Ｘには、水温を調節するための水温調節手
段６として、冷却コイル６ａを備えた冷凍器６ｂと、ヒ
ータ６ｃとが付帯して設けてある。またこの調温用タン
ク４Ｘの外部には、上層部と下層部の間を接続するよう
にしてポンプ９ａを有する循環系路９ｂが付設してあ
り、この循環系路９ｂを通じて調温用タンク４Ｘ内の水
を常時均質に攪拌するようにしている。

【００１３】そして、この加湿機構５に対して、チャン
バ２内の湿度及び調温用タンク４Ｘ内の水温に基づき前
記水温調節手段６を制御する温度制御手段１０を設けて
いる。制御手段１０は、図１及び図４に示すように、主
制御系１０Ａ及び２次制御系１０Ｂから構成される。主
制御系１０Ａは、チャンバ２内の測定雰囲気Ｓに検出端
を配置した温湿度センサ１０ａと、この温湿度センサ１
０ａからの信号Ｓ１を入力し予め定めた設定値Ｓ０と比
較してその偏差εに基づいて制御信号Ｓ２を出力する主
湿度調節計１０ｂとを具備してなるもので、チャンバ２
内の湿度が設定値に維持されるように前記水温調節手段
６を制御する。この水温調節手段６は、具体的には湿度
を上げたいときにはヒータ６ｃがＯＮにされ、湿度を下
げたいときにはヒータ６ｃがＯＦＦにされて、このヒー
タ６ｃがＯＦＦにされたときに冷凍器６ｂの冷熱によっ
て水温が下がるようになっている。また、２次制御系１
０Ｂは、前記調温用タンク４Ｘ内の水中に浸漬して配置
した温度センサ１０ｃと、この温度センサ１０ｃからの
信号Ｓ３を前記主湿度調節計１０ｂからの制御信号Ｓ２
と共に入力して該制御信号Ｓ２に補償を加える副調節計
１０ｄとを具備してなるもので、前記調温用タンク４Ｘ
内の水温を検出しその検出値に基づいて前記制御信号Ｓ
２を主制御系１０Ａよりも小さい時定数で補償し、新た
な制御信号Ｓ４として水温調節手段６に出力するもので
ある。すなわち、この２次制御系１０Ｂはいわゆるカス
ケード制御系として構成されたもので、調温用タンク４
Ｘに対してチャンバ２が離れた位置にあり且つ内容量が
大きいこと、また途中の配管類に結露や気体の圧力変動
が生じ得ることに起因し、調温用タンク４Ｘの水温変化
に対してチャンバ２内の湿度応答が遅れたり値が不正確
になることを防止するために、より時定数の小さい２次
制御系１０Ｂによってチャンバ２内の湿度に応答遅れや
不正確さが生じる前にそれを是正する方向に主温度調節
計１０ｂからの制御信号Ｓ２を補償するものである。

【００１４】調温機構１１は、チャンバ２の外周に付設
した蛇管１１ａと、この蛇管１１ａの入口１１ａ１と出
口１１ａ２の間を接続する水循環系路１１ｂと、この水
循環系路１１ｂに配置した水温調節手段１１ｃと、この
水温調節手段を制御する制御手段２０とを具備してな
る。蛇管１１ａは、詳しい図示を省略するが、チャンバ
本体２ａの軸心に並行な往路と復路が該チャンバ本体２
ａの円周方向に沿って交互に間欠的に配置されるように
１本の管を千鳥状に引き回することにより構成されてい
る。

【００１５】水循環系路１１ｂは、途中に水タンク１１
ｄ及びポンプ１１ｅを配置している。水温調節手段１１
ｃは、冷却ユニット１１ｆ及びヒータ１１ｇから構成さ
れるもので、チャンバ２を出た水を冷却ユニット１１ｆ
で一旦冷却した後、ヒータ１１ｇで温度調節し、再びチ
ャンバ２に送り込むようにしている。

【００１６】制御手段２０は、前記制御手段１０と同
様、主制御系２０Ａ及び２次制御系２０Ｂから構成され
る。主制御系２０Ａは前記温湿度検出センサ１０ａから
検出される温度Ｓ５を主温度調節計２０ｂにおいて設定
値Ｓ６と比較し、それが一致するように制御信号Ｓ７を
出力するものである。また、２次制御系２０Ｂは、チャ
ンバ２内の温度応答遅れが大きいことに鑑み、主制御系
２０Ａの応答性や安定度を改善する目的で、ヒータ１１
ｇを通過する水の水温Ｓ８を検出し、その値に基づいて
前記主温度調節計２０ｂから出る制御信号Ｓ７を副調節
計２０ｃにおいて補償し、新たな制御信号Ｓ９を電力調
節器１１ｈに入力してヒータ１１ｇへの通電を制御する
ようにしているものである。

【００１７】なお、前記導入路３から導入される気体に
対してもその導入直前における結露を防止するためにヒ
ータ７ｆを設け、このヒータ７ｆを制御すべく、前記主
温度調節計２０ｂを利用して主制御系３０Ａを構成する
とともに、副調節計３０ｃを用いた２次制御系３０Ｂを
構成している。すなわち、この２次制御系３０Ｂは、ヒ
ータ７ｆからの信号Ｓ１０と前記主温度調節系２０ｂか
らの信号Ｓ７とを入力し、新たに補償した制御信号Ｓ１
１をヒータ７ｆを駆動するための電力調節器７ｇに出力
するカスケード制御系を構成しているものである。

【００１８】なお、図において符号４０で示すものはチ
ャンバを運転、制御するための計測操作盤である。ま
た、チャンバ２には、上記以外の機能として、ガスパー
ジと過熱（ベーキング）による高温洗浄機能をもたせて
ある。この場合、ポンプ７ａに入出力切換機構を用い
（図示しない）チャンバ２内を減圧しつつ内部温度を上
げ、また適当な箇所からＮ₂を導入してパージする態様
が一例として挙げられる。この場合は、加湿機構５を一
時的にこの導入路３から外すことができるように三方弁
７ｈが設けてある。また、蛇管に代えて、ウォータジャ
ケット等を採用することもできる。さらに、内部にベー
キング用のヒータを入れてパージするようにしてもよ
い。この場合、ベーキングが終わり、試料Ｗの測定を開
始するときには、チャンバ２からヒータを取り出すよう
にすればよい。

【００１９】以上のように構成される本実施例のガス測
定装置を稼働すると、導入路３を介してバブリングタン
ク４内に導入されるクリーンな空気は、気泡状態で超純
水中を通過した後、その時の調温用タンク４Ｘの水温に
等しい露点温度の飽和空気となってチャンバ２内に移送
される。チャンバ２内にはファン２ｄによって循環サイ
クルが形成されており、導入される空気と排気される空
気とが釣合いながらチャンバ２内は常に新しい空気に代
謝されながら、特に測定雰囲気Ｓには層流に近い極めて
安定した流れが形成される。チャンバ２内の温度は調温
機構１１を通じて一定に制御されており、空気交換率も
一定にコントロールされる。このため、例えばチャンバ
２内の測定雰囲気Ｓに建材等の試料Ｗを収容し、試料Ｗ
から出るホルムアルデヒドやＶＯＣ等を測定すると、そ
の測定を高い精度で行うことができる。

【００２０】そして、上記のような構成からなるガス測
定装置１は、チャンバ２そのものを温度、湿度制御する
ものであるため、恒温室を利用するときのように長い立
ち上がり時間や必要以上に大掛かりな設備を必要される
ことがない。このため、極力簡素な構成で、利用したい
ときに速やかに利用でき、また測定雰囲気Ｓを比較的大
容量化することが容易で、測定対象である試料Ｗの大き
さに関する制限も無理なく低減することができる。しか
も、導入路３より導入される空気は、バブリング方式の
加湿機構５において露点温度に制御され、飽和気体とな
るため、超音波加湿に比べて粒径が小さい上に安定した
湿度制御ができ、またボイラ加湿のように大量の熱をチ
ャンバ２内に持ち込むことも有効に防止することができ
る。また、調温機構１１はチャンバ２を介して測定雰囲
気の気体と間接的な熱交換を行うものであるため、チャ
ンバ２内にヒータを持ち込む場合のように測定雰囲気Ｓ
に放出ガスをまき散らすことがなく、クリーンな測定雰
囲気を維持することができる。

【００２１】一方、この実施例のチャンバ構造として、
チャンバ２を、筒状のチャンバ本体２ａと、このチャン
バ本体２ａの両端を閉止する一方が開閉可能な蓋体２ｂ
とから構成し、この蓋体２ｂの内側にチャンバ本体２ａ
の内周面に滑らかに連続する湾曲した鏡板部２ｂ₁を形
成するとともに、チャンバ２の内側に気体の循環サイク
ルを形成する導風板２ｃを着脱可能に設けている。

【００２２】このため、測定雰囲気Ｓに存する気体をチ
ャンバ２内に滑らかに循環させ、特に測定雰囲気Ｓを層
流に近い極めて良質なものにすることができ、試料Ｗか
らの放出ガスをその流れに沿って均質に攪拌しながら循
環させて、むらのない測定を行うことが可能となる。し
かも、調温機構１１はチャンバ２の外側に配置されてお
り、そのすぐ内側の隙間Ｔを気体が高速で流通する構成
としているため、間接的な熱交換であっても有効な熱交
換効率をあげることができる。その上、気体の循環系路
を形成する導風板２ｃは着脱可能であり、一方の蓋体２
ｂを開成させれば取り外しができるので、チャンバ２外
で簡単に水洗いでき、反復継続的に使用しても測定雰囲
気Ｓに二次汚染を惹起する不都合を有効に回避すること
ができる。そして、これらにより、ガス測定精度をより
一層有効に高めることが可能となる。

【００２３】なお、各部の具体的な構成は、図示実施例
のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明した構成であるか
ら、チャンバ内の温湿度制御をクリーンな状態を保って
高精度かつ安定的に行うことができる。このため、ガス
分析に供した場合に、バックグランドに悪影響の出ない
極めて良質な測定雰囲気を作り、高い精度でガス測定を
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式的な構成図。

【図２】同実施例の正面図。

【図３】同側面図。

【図４】同実施例の要部を模式的に示す図。

【符号の説明】

１…ガス測定装置 ２…チャンバ ２ａ…チャンバ本体 ２ｂ…蓋体 ２ｂ₁…鏡板部 ２ｃ…導風板 ３…導入路 ５…加湿機構 １１…調温機構 Ｓ…測定雰囲気

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側に測定雰囲気を閉成するチャンバと、
   前記測定雰囲気に外部より清浄な気体を導入するための
   導入路と、この導入路に介設され導入前の気体を一旦水
   中に気泡状態で放出させて加湿するバブリング方式の加
   湿機構と、前記チャンバの外側に配置されチャンバを介
   して測定雰囲気の気体との間で間接的な熱交換を行う調
   温機構とを具備してなることを特徴とするガス測定装
   置。
2. 【請求項２】チャンバを、筒状のチャンバ本体と、この
   チャンバ本体の両端を閉止する少なくとも一方が開閉可
   能な蓋体とから構成し、この蓋体の内側にチャンバ本体
   の内周面に滑らかに連続する湾曲した鏡板部を形成する
   とともに、チャンバの内側に、測定雰囲気に存する気体
   をチャンバ本体の軸心に沿って一端から他端までその中
   央部に流通させその気体を前記鏡板部の内面及びチャン
   バ本体の内周面に沿って再び一端まで還流させて循環さ
   せるガイドをする導風板を着脱可能に設けたことを特徴
   とする請求項１記載のガス測定装置。