JPWO2019008925A1 - ガスセンサ及び恒温装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る恒温装置の一部を示す水平断面図である。図1では、ガスセンサ100を鉛直方向上方から観察したときの断面形状を図示している。本実施の形態に係る恒温装置1は、筐体2と、恒温槽4と、ガスセンサ100(100A)とを備える。本実施の形態の恒温装置1は、一例として乾熱滅菌機能付きのCO2インキュベータである。筐体2は、恒温装置1の外筐を構成する。恒温槽4は、筐体2の内部に配置される。恒温槽4には、細胞等の培養物が収容される。恒温装置1は、筐体2に設けられる図示しない外扉と恒温槽4に設けられる図示しない内扉とを介して、培養物を恒温槽4に搬入あるいは恒温槽4から取り出すことができる。恒温槽4には、二酸化炭素(CO2)等を含むガス(以下では、槽内ガスと称する)が収容される。
ガス検出部101は、光源102と、濃度検出器104と、ガス導入室132と、ブラケット134と、第1透光部材140と、第2透光部材142と、温度調節部180と、湿度検出部190とを有する。これらの部材は、筐体101aに収容される。
ガス通路部130は、被検出ガスを含む槽内ガスの通路であり、恒温槽4とガス検出部101との間に介在する。ガス通路部130を設けることで、ガス検出部101を恒温槽4から離間させることができる。これにより、恒温槽4の内部空間から光源102及び濃度検出器104への熱の伝達を抑制することができる。その結果、光源102及び濃度検出器104の熱による損傷を抑制することができるため、ガスセンサ100の検出精度の低下を抑制することができる。
図4は、変形例1に係るガスセンサの一部を模式的に示す水平断面図である。以下、本変形例に係るガスセンサについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。本変形例に係るガスセンサ100(100A’)は、温度調節部180が第1透光部材140及び第2透光部材142のうち一方のみの温度を変化させる点が、実施の形態1と異なる。図4には、一例として第2透光部材142の温度を変化させる構造が開示されている。温度調節部180による温度制御の対象を一方の透光部材のみとすることで、温度調節部180にかかる負荷を低減することができる。これにより、透光部材の温度をより迅速に変化させることができる。
図5は、変形例2に係るガスセンサの一部を模式的に示す水平断面図である。以下、本変形例に係るガスセンサについて実施の形態1及び変形例1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。本変形例に係るガスセンサ100(100A’’)は、温度調節部180を放熱する構造が変形例1と異なる。
図6(A)は、実施の形態2に係るガスセンサが備える濃度検出器を模式的に示す平面図である。図6(B)は、実施の形態2に係るガスセンサが備える濃度検出器を模式的に示す側面図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。本実施の形態に係るガスセンサは、光源102がさらに第2光を出射し、濃度検出器104が第2光を受光する点が実施の形態1と異なる。
図7(A)は、実施の形態3に係るガスセンサが備える濃度検出器を模式的に示す平面図である。図7(B)及び図7(C)は、実施の形態3に係るガスセンサが備える濃度検出器を模式的に示す側面図である。図7(B)は、図7(A)における矢印Xの方向から見たときの側面図であり、図7(C)は、図7(A)における矢印Yの方向から見たときの側面図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態1及び2と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。本実施の形態に係るガスセンサは、光源102がさらに第3光を出射し、濃度検出器104が第3光を受光する点が実施の形態2と異なる。
図8は、実施の形態4に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図9(A)は、実施の形態4に係る恒温装置を模式的に示す鉛直断面図である。図9(B)は、槽内ガスの流れを模式的に示す図である。図8及び図9(A)では、ガス検出部101の内部の図示を簡略化しており、温度調節部180、放熱フィン182及び湿度検出部190等の図示を省略している。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
図10(A)は、変形例3に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。以下、本変形例に係るガスセンサについて実施の形態4と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。変形例3に係るガスセンサ100(100B’)では、ガス流入口154及びガス流出口156の開口面が、第1端部144と第2端部146とが並ぶ方向Bに対して交わる方向に延在する。したがって、ガス流入口154及びガス流出口156は、開口面が恒温槽4におけるガス流れFに対して略平行に延在する。ガス流入口154及びガス流出口156は、被検出ガスが通過可能な多孔質部材162で塞がれる。多孔質部材162を構成する材料としては、キャップ150を構成する材料と同じものが例示される。このような構成によっても、ガス流入口154側とガス流出口156側との圧力差を利用した中空部148への槽内ガスの導入が可能である。
図10(B)は、変形例4に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。以下、本変形例に係るガスセンサについて実施の形態4と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。変形例4に係るガスセンサ100(100B’’)は、実施の形態4と変形例1とを組み合わせた構造を有する。すなわち、ガス流入口154及び156の開口面は、第1端部144と第2端部146とが並ぶ方向Bに対して平行に延在する領域と、第1端部144と第2端部146とが並ぶ方向Bに対して交わる方向に延在する領域とを有する。これにより、中空部148への槽内ガスの取り込み量を増やすことができるため、ガス検出部101への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
図11(A)は、実施の形態5に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図11(B)は、実施の形態5に係るガスセンサの第2端部側の端面を模式的に示す図である。図11(A)では、ガス検出部101の内部の図示を簡略化しており、温度調節部180、放熱フィン182及び湿度検出部190等の図示を省略している。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
図12(A)は、変形例5に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図12(B)は、変形例5に係るガスセンサの第2端部側の端面を模式的に示す図である。以下、本変形例に係るガスセンサについて実施の形態5と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。変形例5に係るガスセンサ100(100C’)では、ガス流出口156の一部が塞がれることで、ガス流入口154及びガス流出口156の開口面積に差が付けられている。本変形例では、ガス流出口156の一部を塞ぐ部材として、フィン構造を有する整流板166が用いられている。
図13は、実施の形態6に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図13では、ガス検出部101の内部の図示を簡略化しており、温度調節部180、放熱フィン182及び湿度検出部190等の図示を省略している。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
図14(A)は、実施の形態7に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図14(B)は、実施の形態7に係るガスセンサを模式的に示す水平断面図である。図14(A)及び図14(B)では、ガス検出部101の内部の図示を簡略化しており、温度調節部180、放熱フィン182及び湿度検出部190等の図示を省略している。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、実施の形態1と共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
Claims (29)
- 被検出ガスに向けて所定波長の第1光を出射する光源と、
前記第1光を受光し、被検出ガスによる前記第1光の吸収に基づいて被検出ガスの濃度を検出する濃度検出器と、
前記光源と前記濃度検出器との間に配置される透光部材と、
前記透光部材の温度を変化させる温度調節部と、
前記濃度検出器における前記第1光の受光量の変化に基づき、前記透光部材の温度及び本ガスセンサの雰囲気温度を用いて、被検出ガスの湿度を検出する湿度検出部と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。 - 前記濃度検出器は、
第1検出部と、
前記第1検出部と前記光源との間に配置され、前記第1光を選択的に透過する第1光学フィルタを有する請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記光源は、水が吸収する波長の第2光をさらに出射する請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記濃度検出器は、
第2検出部と、
前記第2検出部と前記光源との間に配置され、前記第2光を選択的に透過する第2光学フィルタと、
をさらに有する請求項3に記載のガスセンサ。 - 前記光源は、被検出ガス及び水が吸収しない波長の第3光をさらに出射する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記濃度検出器は、
第3検出部と、
前記第3検出部と前記光源との間に配置され、前記第3光を選択的に透過する第3光学フィルタと、をさらに有する請求項5に記載のガスセンサ。 - 前記透光部材の温度が被検出ガスの露点温度より高い温度にある状況で、前記濃度検出器が被検出ガスの濃度を検出し、
前記温度調節部が前記透光部材の温度を徐々に低下させ、前記濃度検出器における被検出ガスが吸収する波長の光の受光量に所定の減少が起こるタイミングに基づいて、前記湿度検出部が被検出ガスの湿度を検出する請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記透光部材の温度が被検出ガスの露点温度より高い温度にある状況で、前記濃度検出器が前記第1光の受光量に基づいて被検出ガスの濃度を検出し、
前記温度調節部が前記透光部材の温度を徐々に低下させ、前記濃度検出器における前記第2光の受光量に所定の減少が起こるタイミングに基づいて、前記湿度検出部が被検出ガスの湿度を検出する請求項3又は4に記載のガスセンサ。 - 前記光源は、水が吸収する波長の第2光を出射し、
前記温度調節部が前記透光部材の温度を徐々に低下させる状況で、前記濃度検出器が前記第1光の受光量と前記第3光の受光量とに基づいて被検出ガスの濃度を検出し、
前記濃度検出器における前記第2光の受光量に所定の減少が起こるタイミングに基づいて、前記湿度検出部が被検出ガスの湿度を検出する請求項5又は6に記載のガスセンサ。 - 前記温度調節部が前記透光部材の温度を徐々に低下させる状況で、前記濃度検出器が前記第1光の受光量と前記第3光の受光量とに基づいて被検出ガスの濃度を検出し、
前記濃度検出器における前記第3光の受光量に所定の減少が起こるタイミングに基づいて、前記湿度検出部が被検出ガスの湿度を検出する請求項5又は6に記載のガスセンサ。 - 第1端部、当該第1端部とは反対側の第2端部、及び前記第1端部から前記第2端部にかけて延在する中空部を有し、前記第1端部側に前記光源、前記濃度検出器及び前記透光部材が配置され、前記第2端部側に被検出ガスの存在するガス空間が配置され、前記中空部を介して被検出ガスを前記第1端部側と前記第2端部側との間で流通させるガス通路部をさらに備え、
前記中空部は、前記第2端部側から前記第1端部側に近づくにつれて流路断面積が段階的又は連続的に小さくなる形状を有する請求項1乃至10のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記ガス通路部が水平に延在するように配置される請求項11に記載のガスセンサ。
- 前記中空部は、鉛直方向下側の表面が前記第1端部から前記第2端部に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜する請求項12に記載のガスセンサ。
- 前記ガス通路部は、
前記中空部を、それぞれが前記第1端部から前記第2端部にかけて延在する第1領域及び第2領域の少なくとも2つの領域に区画する仕切り部材と、
前記第2端部に配置されて、前記ガス空間と前記第1領域とを接続するガス流入口と、
前記第2端部に配置されて、前記第2領域と前記ガス空間とを接続するガス流出口と、
を有し、
前記ガス空間に存在する被検出ガスは、前記ガス流入口から前記中空部内に流入し、前記第1領域を前記第1端部に向かって流れて前記光源と前記濃度検出器との間の空間に到達し、当該空間に存在する被検出ガスは、前記第2領域を前記第2端部に向かって流れて前記ガス流出口から前記ガス空間に流出する請求項11乃至13のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記ガス流入口は、前記ガス流出口よりも開口面積が大きい請求項14に記載のガスセンサ。
- 前記ガス空間における被検出ガスの流れの上流側に前記ガス流入口が配置され、前記ガス流入口よりも被検出ガスの流れの下流側に前記ガス流出口が配置される請求項14又は15に記載のガスセンサ。
- 前記第2端部は、前記ガス空間において被検出ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に配置され、
前記ガス流入口は前記ガス流出口よりも鉛直方向上方に配置される請求項16に記載のガスセンサ。 - 前記ガス流入口は、前記第1端部と前記第2端部とが並ぶ方向に対して平行に延在する開口面を有し、前記開口面が前記ガス空間における被検出ガスの流れる方向と交わるように配置される請求項16又は17に記載のガスセンサ。
- 前記第2端部における前記ガス流入口と前記ガス流出口との間の領域から前記ガス空間に向けて突出し、前記ガス空間における被検出ガスの流れを規制する整流板をさらに備える請求項14乃至18のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記ガス通路部は、少なくとも一部が断熱性材料で構成される請求項11乃至19のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記光源と前記濃度検出器とは、前記光源の光出射面と前記濃度検出器の受光面とが対向するように配置される請求項1乃至20のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記光源は、前記濃度検出器よりも鉛直方向下方に配置され、
前記ガス流入口は、前記ガス流出口よりも鉛直方向下方に配置される請求項14又は15に記載のガスセンサ。 - 前記中空部は、鉛直方向上側の表面が前記第1端部から前記第2端部に近づくにつれて鉛直方向上方に向かうように傾斜する請求項22に記載のガスセンサ。
- 前記中空部は、鉛直方向下側の表面が前記第1端部から前記第2端部に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜し、
前記鉛直方向上側の表面の傾斜は、前記鉛直方向下側の表面の傾斜よりも急である請求項23に記載のガスセンサ。 - 前記光源と前記濃度検出器との間に配置され、被検出ガスが流入するガス導入室と、
前記ガス導入室に隣接して配置され、前記光源が収容される第1収容部と、
前記ガス導入室に隣接して配置され、前記濃度検出器が収容される第2収容部と、をさらに備え、
前記透光部材は、前記ガス導入室と前記第1収容部とを隔てる第1透光部材と、前記ガス導入室と前記第2収容部とを隔てる第2透光部材とを含む請求項1乃至24のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記濃度検出器と前記第2透光部材とは、離間して配置される請求項25に記載のガスセンサ。
- ガスが収容される恒温槽と、
請求項1乃至26のいずれか1項に記載のガスセンサと、
を備え、
前記ガスセンサにより前記恒温槽内の前記ガスの濃度及び湿度を検出することを特徴とする恒温装置。 - 前記ガスセンサは、前記恒温槽の壁面に設置され、
前記ガスが前記壁面に沿って流れるように送風するファンをさらに備える請求項27に記載の恒温装置。 - 前記ガスセンサは、前記恒温槽の壁面に設置され、
前記壁面に沿って配置され、前記ガスが流れるガス流路をさらに備える請求項27又は28に記載の恒温装置。
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