JP2002202246A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスセルにおける被検出ガスの流れを良好に
してガス置換速度を改善する。 【解決手段】 被検出ガスを導入するガス導入孔１３お
よび被検出ガスを排出するガス排出孔１５を有して被検
出ガスを収容するガス容器３と、ガス容器３に発散光を
入射する光源５と、発散光を拡散するようにガス容器３
の内壁面に形成された光拡散面１１と、光拡散面１１で
拡散された光を受光する受光器９とを備えて、ガス容器
３の内壁面を、中心軸線Ｓを基準とした対称立体形状を
なすように形成し、ガス導入孔１３から滑らかに拡がる
とともに、ガス排出孔１５に向けて滑らかに集束して成
形するとともに、ガス導入孔１３とガス排出孔１５とを
中心軸線Ｓ上で対向して配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ吸収分光を
利用したガス検出装置に係り、特に目的とするガスの有
無の検知や濃度測定のためにガスを導入してレーザ光と
相互作用を行わせるガスセルを有するガス検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ吸収分光は、物質が固有の光波長
に対して大きな吸収をもつという性質を利用して、分析
などに用いられる分光技術の一種である。この技術をガ
ス分析の分野で応用することにより、目的とするガスの
検出や濃度測定が可能となる。

【０００３】従来のガス検出装置の光学系の一例を図９
に示す。この光学系はレーザ光源５１、ガスセル５２お
よび受光器５３より構成される。ガスセル５２は、通
常、ガスを収容するための容器５４、ガス導入孔５５と
ガス排出孔５６、およびレーザ光５７が通過するための
第一の窓５８と第二の窓５９より構成される。レーザ光
源５１より出射したレーザ光５７は第１の窓５８から入
射し、容器５４内部に収容されたガスでその一部が吸収
され、第二の窓５９より出射して受光器５３に達する。
レーザ光５７の波長を被検出ガスの吸収波長付近で変化
させると図１０のようなガス吸収曲線がみられる。この
曲線上で大きな吸収を示す波長になるべく近い波長のレ
ーザ光を用いて、該レーザ光のガスによる吸収の度合
い、すなわち受光器５３で受光するレーザ光の光量の変
化量を測ることでガス濃度（ガス検出を含む）を知るこ
とができる。

【０００４】なお、上記の如くガス濃度測定（ガス検
出）を行う際、容器５４の内部には、一定量の被検出ガ
スがガス導入孔５５より導入され収容される。そして、
容器５４の内部に収容された被検出ガスの検出および濃
度測定が終了した場合には、容器５４の内部の被検出ガ
スがガス排出孔５６から排出される。その後、次の検出
および濃度測定の対象となる被検出ガスがガス導入孔５
５から導入されて容器５４の内部のガス置換が行われ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のガス検出装置では、レーザ光源５１から出射し
たレーザ光５７を受光器５３に入射させるために、容器
５４の形状が筒型を主体として構成されている。また、
従来のガス検出装置では、ガス導入孔５５とガス排出孔
５６は、筒型の容器５４の側部に併設されている。これ
らにより、ガス置換を行う際に、容器５４の内部にて被
検出ガスの流れに小さな無数の渦流が生じたり、被検出
ガスが停留してガス置換速度が遅くなるという問題があ
った。

【０００６】上記のようにガス置換速度が遅くなると、
停留した前の被検出ガスと、次の被検出ガスとが混在
し、正確なガス検出およびガス濃度測定を行うことが困
難となる。このため、従来では、正確なガス検出および
ガス濃度測定を行うために、被検出ガスのサンプル量を
多く必要としなければならない。

【０００７】また、ガス置換速度が遅くなると、次のガ
ス検出およびガス濃度測定するための被検出ガスを導入
するまでに時間がかかり、迅速なガス検出およびガス濃
度測定が困難となる。このため、従来では、容器５４の
内部を一旦真空にして前の被検出ガスを引き出してから
次の被検出ガスを導入するような、被検出ガスの置換機
構を必要としなければならない。

【０００８】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、ガスセルにおける被検出ガスの流れ
を良好にして、ガス置換速度を改善することができるガ
ス検出装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による請求項１に記載のガス検出装置は、被検出
ガスを導入するガス導入孔１３および前記被検出ガスを
排出するガス排出孔１５を有して前記被検出ガスを収容
するガス容器３と、該ガス容器３に光を入射する光源５
と、前記光を拡散するように前記ガス容器３の内壁面に
形成された光拡散面１１と、該光拡散面１１で拡散され
た光を受光する受光器９とを備え、該受光器９が受光す
る受光量に基づいて前記被検出ガスの有無や濃度を検出
するガス検出装置において、前記ガス容器３の内壁面
が、前記ガス導入孔１３から滑らかに拡がるとともに、
前記ガス排出孔１５に向けて滑らかに集束して成形され
たことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載のガス検出装置は、請求項
１に記載のガス検出装置において、前記ガス容器３の内
壁面が、中心軸線Ｓを基準とした対称立体形状をなすよ
うに形成され、前記ガス導入孔１３と前記ガス排出孔１
５とが、前記中心軸線Ｓ上で対向して配置されたことを
特徴とする。

【００１１】請求項３に記載のガス検出装置は、請求項
１あるいは請求項２に記載のガス検出装置において、前
記ガス導入孔１３には、該ガス導入孔１３から連続する
前記ガス容器３の内壁面の一部に沿う傾きをもって前記
ガス容器３の内部に望むガス導入管１４が設けられたこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載のガス検出装置は、請求項
１〜請求項３の何れかに記載のガス検出装置において、
前記ガス容器３の内壁面に、前記ガス導入孔１３から導
入されて前記ガス排出孔１５にて排出される前記被検出
ガスの流れを螺旋状にして導く誘導部２３が形成された
ことを特徴とする。

【００１３】請求項５に記載のガス検出装置は、請求項
１あるいは請求項２に記載のガス検出装置において、前
記ガス容器３の内部であって前記ガス導入孔１３の近傍
に、流線形状の乱流防止部材２１が配置されたことを特
徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して具体的に説明する。図１は本発明のガス検出
装置の第一実施の形態を示す構成図である。図１に示す
ように、ガス検出装置１は、主にガス容器３と、光源５
と、受光器９とから大略構成されている。

【００１５】まず、ガス容器３は、被検出ガスが収容さ
れるガスセルとして構成されている。本実施の形態での
ガス容器３は、その内壁面が中心軸線Ｓを基準とした対
称立体形状として、球状をなすように形成されている。
ガス容器３の材質は、被検出ガスの種類に応じてアルミ
やステンレス等の金属、あるいはガラスが材料とされ
る。具体的には、例えば二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、メタン
（ＣＨ₄ ）、亜酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）等のように腐食性の
無いガスに対しては金属製が好ましく、アンモニア（Ｎ
Ｈ₃ ）や塩化水素（ＨＣｌ）等のように腐食性が強いガ
スに対してはガラス製が好ましい。

【００１６】ガス容器３の内壁面は、微小な凹凸面から
なる光拡散面１１として構成されている。更に説明する
と、剛性を有するアルミやステンレスなどの金属を例え
ば旋盤やフライス加工でくり抜いてガス容器３を形成
し、このガス容器３の内壁面の表面に放電加工やホーニ
ング処理で梨子地状の光拡散面１１を形成している。こ
の他、光拡散面１１は、アルミやステンレスなどの金属
や、ガラス等の反射性とされた表面をフロスト状に仕上
げたものや、これらの表面にアルミや金を蒸着したも
の、もしくは反射率の大きな粉末（ポリテトラフロロエ
チレン，硫酸バリウム，硫黄等）を塗布したものが利用
できる。

【００１７】ガス容器３には、被検出ガスを導入するガ
ス導入孔１３と、被検出ガスを排出するガス排出孔１５
とが設けられている。ガス導入孔１３には、ガス容器３
の外部からガス容器３の内部に臨み、被検出ガスをガス
容器３の内部に導入するためのガス導入管１４が設けら
れている。ガス排出孔１５には、ガス容器３の内部から
ガス容器３の外部に被検出ガスを排出するためのガス排
出管１６が設けられている。ガス導入孔１３（ガス導入
管１４）とガス排出孔１５（ガス排出管１６）は、上記
中心軸線Ｓの直線上で対向して配置されている。即ち、
球状とされたガス容器３の内壁面は、ガス導入孔１３か
ら滑らかに拡がるとともに、ガス排出孔１５に向けて滑
らかに集束している。

【００１８】ガス容器３には、第一の貫通孔１７と第二
の貫通孔１９が設けられている。第一の貫通孔１７から
は、光源５からの光がガス容器３の内部に入射される。
また、第二の貫通孔１９からは、受光器９に向けてガス
容器３の内部からの拡散光が出射される。なお、第一の
貫通孔１７と光源５との間、第二の貫通孔１９と受光器
９との間は、例えばＯリング等のシール部材を用いて気
密が保てる構造となっている。

【００１９】次に、光源５は、本実施の形態では半導体
レーザ（ＬＤ）を採用したレーザ光源として構成されて
いる。この光源５は、図示しないが、例えば半導体レー
ザ、電子冷却素子、参照用ガスセル、参照用受光器が密
閉容器内に収容されたユニット構造をなす。電子冷却素
子は、その上に配置される半導体レーザを正確に温度制
御する。また、参照用ガスセルおよび参照用受光器は、
半導体レーザからの後方光を利用して半導体レーザの発
振波長を被検出ガスの吸収スペクトルの中心波長に合わ
せる。

【００２０】上記構成の光源５は、半導体レーザより前
方光が出射される素子端面側が、ガス容器３の第一の貫
通孔１７からガス容器３の内部を望むようにして配され
ている。これにより、光源５は、コリメートレンズや光
アイソレータ等の部品を要さず発散光を出射する。

【００２１】次に、受光器９は、例えばフォトダイオー
ドで構成され、ガス容器３の第二の貫通孔１９からガス
容器３の内部を望むようにして設けられる。なお、第二
の貫通孔１９は、第一の貫通孔１７を介してガス容器３
の内部に出射された光源５からの発散光を直接受けない
範囲に配されている。これにより、受光器９は、光源５
からの発散光を直接受けることなく配置される。

【００２２】受光器９では、光源５から発散光が出射さ
れると、被検出ガスが収容されたガス容器３の内部にて
光拡散面１１で拡散された拡散光を受光する。そして、
被検出ガスにて吸収された拡散光の受光量に応じた電気
信号を出力する。

【００２３】上記構成では、ガス導入孔１３からガス容
器３の内部に被検出ガスが収容された状態で光源５が駆
動されると、第一の貫通孔１７を介して光源５からの発
散光がガス容器３の内部に照射される。この発散光は、
ガス容器３の内壁面にある光拡散面１１によって様々に
拡散される。さらに、拡散面によって拡散されたレーザ
光は、ガス容器３の内部で複数回反射する。そして、複
数回の反射により様々な経路を経たレーザ光は、第二の
貫通孔１９を介して受光器９により受光される。受光器
９では、受光量に応じた電気信号を出力する。

【００２４】ガス容器３の内部にて光源５から受光器９
に至るレーザ光は、被検出ガスに吸収される。これによ
り、受光器９では、受光量が変化して出力する電気信号
にレベル変動が生じる。即ち、電気信号のレベル変動に
よりガスの有無が検出され、且つ、レベルの高さにより
ガスの濃度が検出されることとなる。

【００２５】光源５からの発散光は、光拡散面１１での
複数回の反射によって受光器９に達する際には入射した
発散光が積分されて受光強度が大きくなりＳ／Ｎが良好
となる。さらに、ガス容器３の内部にて、被検出ガスと
レーザ光の相互作用長が長くなるためガスによるレーザ
光の吸収の割合が大きくなる。

【００２６】上記の如く被検出ガスの検出あるいは濃度
測定に際し、被検出ガスは、ガス容器３の内部に対し、
ガス導入孔１３より導入され一定量収容される。ガス容
器３の内部に収容された被検出ガスの検出および濃度測
定が終了した場合には、ガス容器３の内部の被検出ガス
がガス排出孔１５から排出される。その後、次の検出お
よび濃度測定の対象となる被検出ガスがガス導入孔１３
から導入され、ガス置換が行われる。

【００２７】ここで、ガス導入孔１３（ガス導入管１
４）からガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、
ガス導入孔１３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５
（ガス排出管１６）が直線上で対向して配置されている
こと、さらに、ガス容器３が球状とされてガス導入孔１
３側のガス容器３の滑らかに拡がる内壁面と、ガス排出
孔１５側のガス容器３の滑らかに集束する内壁面とを有
していることにより、小さな無数の渦流を生じることな
く規則的な渦流を形成する。

【００２８】したがって、上記構成のガス検出装置１で
は、ガス容器３の内部にて、被検出ガスが規則的な渦流
となって、その停留が低減される。これにより、ガス容
器３の内部の被検出ガスの流れが良好となり、従来と比
較してガス置換速度を速くすることが可能となる。さら
に、ガス置換速度の改善に伴い、前の被検出ガスと次の
被検出ガスとが混在しないので、被検出ガスのサンプル
量が少なくても正確なガス検出およびガス濃度測定を行
うことが可能となる。

【００２９】ところで、上述した第一実施の形態では、
ガス容器３の内壁面を球状とした例であるが、その他、
以下に説明する構成も考えられる。なお、以下に説明す
る各実施の形態において、第一実施の形態と同等部分に
は同一の符号を付し、また、同様の構成についてはその
説明を省略する。

【００３０】図２は本発明のガス検出装置の第二実施の
形態を示す構成図である。図２に示すガス容器３は、そ
の内壁面が中心軸線Ｓを基準とした対称立体形状とし
て、断面略楕円形状をなしている。なお、図２に示すよ
うに上記中心軸線Ｓは、断面略楕円形状の長径をなす。

【００３１】このガス容器３に設けられるガス導入孔１
３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排出管１
６）は、上記中心軸線Ｓの直線上で対向して配置されて
いる。即ち、断面略楕円形状とされたガス容器３の内壁
面は、ガス導入孔１３から滑らかに拡がるとともに、ガ
ス排出孔１５に向けて滑らかに集束している。

【００３２】上記構成では、被検出ガスの検出あるいは
濃度測定に際し、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）か
らガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、ガス導
入孔１３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排
出管１６）が直線上で対向して配置されていること、さ
らに、ガス導入孔１３側のガス容器３の滑らかに拡がる
内壁面と、ガス排出孔１５側のガス容器３の滑らかに集
束する内壁面とを有していることにより、小さな無数の
渦流を生じることなく規則的な渦流を形成する。

【００３３】さらに、図２で示す構成の場合、ガス導入
孔１３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排出
管１６）が対向して配置されている中心軸線Ｓが断面略
楕円形状の長径であるため、渦流が生じる部分が第一実
施の形態での球状と比較して狭い範囲となるので、被検
出ガスの流れがガス導入孔１３（ガス導入管１４）から
ガス排出孔１５（ガス排出管１６）に向けて多く生じ
る。

【００３４】したがって、第二実施の形態でのガス検出
装置１では、ガス容器３の内部にて、被検出ガスが規則
的な渦流となって、その停留が低減される。これによ
り、ガス容器３の内部の被検出ガスの流れが良好とな
り、従来と比較してガス置換速度を速くすることが可能
となる。さらに、ガス置換速度の改善に伴い、前の被検
出ガスと次の被検出ガスとが混在しないので、被検出ガ
スのサンプル量が少なくても正確なガス検出およびガス
濃度測定を行うことが可能となる。

【００３５】特に、第二実施の形態では、第一実施の形
態での球状のガス容器３と比較して、ガス容器３の内部
の被検出ガスの流れが向上するので、ガス置換速度のさ
らなる改善を可能としている。

【００３６】図３は本発明のガス検出装置の第三実施の
形態を示す構成図である。図３に示すガス容器３は、そ
の内壁面が中心軸線Ｓを基準とした対称立体形状とし
て、断面略長円形状をなしている。なお、図３に示すよ
うに上記中心軸線Ｓは、断面略長円形状の長径をなす。

【００３７】このガス容器３に設けられるガス導入孔１
３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排出管１
６）は、上記中心軸線Ｓの直線上で対向して配置されて
いる。即ち、断面略長円形状とされたガス容器３の内壁
面は、ガス導入孔１３から滑らかに拡がるとともに、ガ
ス排出孔１５に向けて滑らかに集束している。

【００３８】上記構成では、被検出ガスの検出あるいは
濃度測定に際し、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）か
らガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、ガス導
入孔１３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排
出管１６）が直線上で対向して配置されていること、さ
らに、ガス導入孔１３側のガス容器３の滑らかに拡がる
内壁面と、ガス排出孔１５側のガス容器３の滑らかに集
束する内壁面とを有していることにより、小さな無数の
渦流を生じることなく規則的な渦流を形成する。

【００３９】さらに、図３で示す構成の場合、ガス導入
孔１３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排出
管１６）が対向して配置されている中心軸線Ｓが断面略
長円形状の長径であるため、渦流が生じる部分が第一実
施の形態での球状と比較して狭い範囲となるので、被検
出ガスの流れがガス導入孔１３（ガス導入管１４）から
ガス排出孔１５（ガス排出管１６）に向けて多く生じ
る。

【００４０】したがって、第三実施の形態でのガス検出
装置１では、ガス容器３の内部にて、被検出ガスが規則
的な渦流となって、その停留が低減される。これによ
り、ガス容器３の内部の被検出ガスの流れが良好とな
り、従来と比較してガス置換速度を速くすることが可能
となる。さらに、ガス置換速度の改善に伴い、前の被検
出ガスと次の被検出ガスとが混在しないので、被検出ガ
スのサンプル量が少なくても正確なガス検出およびガス
濃度測定を行うことが可能となる。

【００４１】特に、第三実施の形態では、第一実施の形
態での球状のガス容器３と比較して、ガス容器３の内部
の被検出ガスの流れが向上するので、ガス置換速度のさ
らなる改善を可能としている。

【００４２】図４は本発明のガス検出装置の第四実施の
形態を示す構成図である。図４に示すガス容器３は、そ
の内壁面が中心軸線Ｓを基準とした対称立体形状とし
て、略半球状と略円錐形状とを結合した形状をなしてい
る。

【００４３】このガス容器３に設けられるガス導入孔１
３（ガス導入管１４）は、略半球状側に設けられ、ガス
ガス排出孔１５（ガス排出管１６）は、略円錐形状側に
設けられ、且つ、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）と
ガス排出孔１５（ガス排出管１６）は、上記中心軸線Ｓ
の直線上で対向して配置されている。即ち、略半球状と
略円錐形状とを結合されてなるガス容器３の内壁面は、
ガス導入孔１３から滑らかに拡がるとともに、ガス排出
孔１５に向けて滑らかに集束している。

【００４４】上記構成では、被検出ガスの検出あるいは
濃度測定に際し、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）か
らガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、ガス導
入孔１３（ガス導入管１４）とガス排出孔１５（ガス排
出管１６）が直線上で対向して配置されていること、さ
らに、ガス導入孔１３側のガス容器３の滑らかに拡がる
内壁面と、ガス排出孔１５側のガス容器３の滑らかに集
束する内壁面とを有していることにより、小さな無数の
渦流を生じることなく規則的な渦流を形成する。

【００４５】さらに、図４で示す構成の場合、略半球状
側から略円錐形状側に被検出ガスが流動するため、渦流
が生じる部分が第一実施の形態での球状と比較して狭い
範囲となり、且つ、第一実施の形態での球状と比較して
被検出ガスが流れる方向に向けて積極的に集束している
ので、被検出ガスの流れがガス導入孔１３（ガス導入管
１４）からガス排出孔１５（ガス排出管１６）に向けて
多く生じる。

【００４６】したがって、第四実施の形態でのガス検出
装置１では、ガス容器３の内部にて、被検出ガスが規則
的な渦流となって、その停留が低減される。これによ
り、ガス容器３の内部の被検出ガスの流れが良好とな
り、従来と比較してガス置換速度を速くすることが可能
となる。さらに、ガス置換速度の改善に伴い、前の被検
出ガスと次の被検出ガスとが混在しないので、被検出ガ
スのサンプル量が少なくても正確なガス検出およびガス
濃度測定を行うことが可能となる。

【００４７】特に、第四実施の形態では、第一実施の形
態での球状のガス容器３と比較して、ガス容器３の内部
の被検出ガスの流れが良好となるので、ガス置換速度の
さらなる改善を可能としている。

【００４８】図５は本発明のガス検出装置の第五実施の
形態を示す構成図である。図５に示すガス容器３は、第
一実施の形態と同様に、内壁面が中心軸線Ｓを基準とし
た対称立体形状として、球状をなしている。

【００４９】ガス容器３の内部には、ガス導入孔１３の
近傍に流線形状の乱流防止部材２１が配置されている。
この乱流防止部材２１は、ガス容器３の内壁面に線状の
脚部（不図示）を介して取り付けることができる。ま
た、乱流防止部材２１の表面は、光源５からの光の反射
率を向上するように構成され、例えばアルミや金が蒸着
されている。

【００５０】上記構成では、被検出ガスの検出あるいは
濃度測定に際し、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）か
らガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、乱流防
止部材２１を通してガス排出孔１５（ガス排出管１６）
から排出される。この際、乱流防止部材２１の周りを通
過する被検出ガスは、乱流防止部材２１の表面に沿って
滑らかに流れる。また、被検出ガスは、乱流防止部材２
１がガス導入孔１３の近傍にあることによって、ガス導
入孔１３側のガス容器３の滑らかに拡がる内壁面から、
ガス排出孔１５側のガス容器３の滑らかに集束する内壁
面に沿って流動する。

【００５１】したがって、第五実施の形態でのガス検出
装置１では、ガス容器３の内部にて図１に示す如く生じ
ていた渦流が減少して、その殆どがガス導入孔１３から
ガス排出孔１５に向かって流れるので、ガス容器３の内
部の被検出ガスの流れが良好となり、ガス置換速度を速
くすることが可能となる。さらに、ガス置換速度の改善
に伴い、前の被検出ガスと次の被検出ガスとが混在しな
いので、被検出ガスのサンプル量が少なくても正確なガ
ス検出およびガス濃度測定を行うことが可能となる。

【００５２】なお、第五実施の形態における乱流防止部
材２１は、図１で示す第一実施の形態で説明した球状の
ガス容器３に対して設けているが、上述した第二〜第四
実施の形態で説明した形状の各ガス容器３に対して設け
てもよく、これら第二〜第四実施の形態での被検出ガス
の流れをさらに改善することが可能となる。

【００５３】図６は本発明のガス検出装置の第六実施の
形態を示す構成図である。図６に示すガス容器３は、第
二実施の形態と同様に、内壁面が中心軸線Ｓを基準とし
た対称立体形状として、中心軸線Ｓを長径とした断面略
楕円形状をなしている。

【００５４】この第六実施の形態では、第二実施の形態
のガス容器３に対し、ガス導入管１４の配置が異なる。
具体的には、ガス導入管１４が、ガス導入孔１３から連
続するガス容器３の内壁面の一部に沿う傾きをもってガ
ス容器３の内部に望んで配されている。

【００５５】上記構成では、被検出ガスの検出あるいは
濃度測定に際し、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）か
らガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、ガス導
入管１４によってガス容器４の内壁面の一部に沿って流
れる。これにより、被検出ガスは、ガス排出孔１５（ガ
ス排出管１６）に向かうとともに、ガス導入孔１３側の
ガス容器３の滑らかに拡がる内壁面から、ガス排出孔１
５側のガス容器３の滑らかに集束する内壁面に沿って螺
旋状に流動し、ガス排出孔１５（ガス排出管１６）から
排出される。

【００５６】したがって、第六実施の形態でのガス検出
装置１では、ガス容器３の内部にて図２に示す如く生じ
ていた渦流が、螺旋状の層流となって排出されるので、
ガス容器３の内部の被検出ガスの流れが良好となり、ガ
ス置換速度を速くすることが可能となる。さらに、ガス
置換速度の改善に伴い、前の被検出ガスと次の被検出ガ
スとが混在しないので、被検出ガスのサンプル量が少な
くても正確なガス検出およびガス濃度測定を行うことが
可能となる。

【００５７】なお、第六実施の形態におけるガス導入管
１４の構成は、図２で示す第二実施の形態で説明した断
面略楕円形状のガス容器３に対して設けているが、上述
した第一あるいは第三〜第四実施の形態で説明した形状
の各ガス容器３に対して設けてもよく、これら第一ある
いは第三〜第四実施の形態での被検出ガスの流れをさら
に改善することが可能となる。

【００５８】図７は本発明のガス検出装置の第七実施の
形態を示す構成図である。図７に示すガス容器３は、第
二実施の形態と同様に、内壁面が中心軸線Ｓを基準とし
た対称立体形状として、中心軸線Ｓを長径とした断面略
楕円形状をなしている。

【００５９】ガス容器３の内部には、ガス排出孔１５の
近傍の滑らかに集束する内壁面に、ガス導入孔１３（ガ
ス導入管１４）から導入されて前記ガス排出孔１５（ガ
ス排出管１６）にて排出される被検出ガスの流れを螺旋
状にして導くように誘導部２３が形成されている。本実
施の形態での誘導部２３は、図７に示すように、被検出
ガスを所望の螺旋状に導くようにその螺旋状に沿う複数
の凹部あるいは凸部として設けられているまた、誘導部
２３の表面は、光源５からの光の反射率を向上するよう
に構成され、例えばアルミや金が蒸着されている。

【００６０】上記構成では、被検出ガスの検出あるいは
濃度測定に際し、ガス導入孔１３（ガス導入管１４）か
らガス容器３の内部に導入された被検出ガスは、誘導部
２３を通してガス排出孔１５（ガス排出管１６）から排
出される。この際、誘導部２３を通過する被検出ガス
は、誘導部２３によってガス排出孔１５側のガス容器３
の滑らかに集束する内壁面にかかり、螺旋状に誘導され
てして流動し、ガス排出孔１５（ガス排出管１６）から
排出される。

【００６１】したがって、第七実施の形態でのガス検出
装置１では、ガス容器３の内部にて図２に示す如く生じ
ていた渦流が、螺旋状の層流となって排出されるので、
ガス容器３の内部の被検出ガスの流れが良好となり、ガ
ス置換速度を速くすることが可能となる。さらに、ガス
置換速度の改善に伴い、前の被検出ガスと次の被検出ガ
スとが混在しないので、被検出ガスのサンプル量が少な
くても正確なガス検出およびガス濃度測定を行うことが
可能となる。

【００６２】なお、上記誘導部２３は、図７に示すとよ
うに、所望とする被検出ガスの螺旋状に沿う複数の凹部
あるいは凸部として設けられているが、所望とする螺旋
状に沿う連続した段部として形成されていてもよい。

【００６３】また、上記誘導部２３は、図２で示す第二
実施の形態で説明した断面略楕円形状のガス容器３に対
して設けているが、上述した第一あるいは第三〜第四実
施の形態で説明した形状の各ガス容器３に対して設けて
もよく、これら第一あるいは第三〜第四実施の形態での
被検出ガスの流れをさらに改善することが可能となる。

【００６４】さらに、上記誘導部２３は、上述した第六
実施の形態であるガス容器４の内壁面の一部に沿って傾
くガス導入管１４と併用して構成してもよい。

【００６５】ところで、上述した各実施の形態でのガス
検出装置１では、光源５からの出射してガス容器３の内
部で拡散されたレーザ光を受光する受光器９を単一とし
て図示して説明したが、受光器９は、光源５からの発散
光を直接受けない部位にて、複数設けられていてもよ
い。

【００６６】また、上述した各実施の形態において、光
源５は、ガス容器３の内部に発散光を入射するように構
成されているが、この限りでなく、図８に示すように、
光源の別の形態として、ガス容器３に可干渉性を有する
光（ビーム光）を入射する光源５’であってもよい。こ
の光源５’であっても、ガス容器３の内壁面の光拡散面
１１が光源５’からの光を拡散させてその可干渉を崩す
こととなるので、上述した各構成を採用でき、同様の効
果を得ることが可能である。なお、可干渉性を有する光
を入射する光源５’の場合、図８に示すように、可干渉
性を有する光の透過に伴う多重反射を防ぐように、例え
ばウエッジ形状のガラス板２５の両面に反射防止膜２７
を施したものを窓材としてガス容器３の第一の貫通孔１
７に採用することが好ましい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によるガス検
出装置は、ガス導入孔からガス容器の内部に導入された
被検出ガスが、ガス容器の滑らかに拡がる内壁面に沿っ
て流れ、また、ガス排出孔からガス容器の外部に排出さ
れる被検出ガスが、ガス排出孔に向けて滑らかに集束し
て流れる。ゆえに、ガス容器の内部にて、ガス導入孔か
らガス排出孔に向けて、小さな無数の渦流を生じること
なく規則的な渦流が形成される。これにより、ガス容器
の内部の被検出ガスの流れが良好となり、ガス置換速度
を速くすることができる。そして、このガス置換速度の
改善に伴い、前の被検出ガスと次の被検出ガスとが混在
しないので、被検出ガスのサンプル量が少なくても正確
なガス検出およびガス濃度測定を行うことができる。

【００６８】また、ガス容器の内壁面が、中心軸線を基
準とした対称立体形状をなすように形成し、ガス導入孔
とガス排出孔とが、中心軸線上で対向して配置すれば、
さらにガス置換速度を向上させることができる。

【００６９】また、ガス導入孔に、ガス導入孔から連続
するガス容器の内壁面の一部に沿う傾きをもってガス容
器の内部に望むガス導入管を設ければ、被検出ガスを、
ガス導入孔側のガス容器の滑らかに拡がる内壁面から、
ガス排出孔側のガス容器の滑らかに集束する内壁面に沿
って螺旋状に流動させて、さらにガス置換速度を向上さ
せることができる。

【００７０】また、ガス容器の内壁面に、被検出ガスの
流れを螺旋状にして導く誘導部を設ければ、ガス導入孔
からガス排出孔に向かう被検出ガスの流れを積極的に螺
旋状にして導いて、さらにガス置換速度を向上させるこ
とができる。

【００７１】また、ガス容器の内部のガス導入孔の近傍
に、流線形状の乱流防止部材を配置すれば、乱流防止部
材を通過する被検出ガスが、乱流防止部材の表面に沿っ
て滑らかに流れ、且つ、乱流防止部材がガス導入孔の近
傍にあることによってガス導入孔側のガス容器の滑らか
に拡がる内壁面から、ガス排出孔側のガス容器の滑らか
に集束する内壁面に沿って流動する。これにより、ガス
容器の内部の渦流が減少するので、さらにガス置換速度
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス検出装置の第一実施の形態を示す
構成図。

【図２】本発明のガス検出装置の第二実施の形態を示す
構成図。

【図３】本発明のガス検出装置の第三実施の形態を示す
構成図。

【図４】本発明のガス検出装置の第四実施の形態を示す
構成図。

【図５】本発明のガス検出装置の第五実施の形態を示す
構成図。

【図６】本発明のガス検出装置の第六実施の形態を示す
構成図。

【図７】本発明のガス検出装置の第七実施の形態を示す
構成図。

【図８】本発明のガス検出装置の光源の別の形態を示す
構成図。

【図９】従来のガス検出装置の光学系の一例を示す図。

【図１０】ガス吸収曲線を示す図。

【符号の説明】

１…ガス検出装置、３…ガス容器、５…光源、９…受光
器、１１…光拡散面、１３…ガス導入孔、１４…ガス導
入管、１５…ガス排出孔、２１…乱流防止部材、２３…
誘導部、Ｓ…中心軸線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 政之 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 荒木 幸雄 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 塚本 威 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G057 AA01 AB02 AC03 BA01 BD10 CA04 CB10 DC07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出ガスを導入するガス導入孔（１
   ３）および前記被検出ガスを排出するガス排出孔（１
   ５）を有して前記被検出ガスを収容するガス容器（３）
   と、該ガス容器に光を入射する光源（５）と、前記光を
   拡散するように前記ガス容器の内壁面に形成された光拡
   散面（１１）と、該光拡散面で拡散された光を受光する
   受光器（９）とを備え、該受光器が受光する受光量に基
   づいて前記被検出ガスの有無や濃度を検出するガス検出
   装置において、 前記ガス容器の内壁面が、前記ガス導入孔から滑らかに
   拡がるとともに、前記ガス排出孔に向けて滑らかに集束
   して成形されたことを特徴とするガス検出装置。
2. 【請求項２】 前記ガス容器（３）の内壁面が、中心軸
   線（Ｓ）を基準とした対称立体形状をなすように形成さ
   れ、前記ガス導入孔（１３）と前記ガス排出孔（１５）
   とが、前記中心軸線上で対向して配置されたことを特徴
   とする請求項１に記載のガス検出装置。
3. 【請求項３】 前記ガス導入孔（１３）には、該ガス導
   入孔から連続する前記ガス容器（３）の内壁面の一部に
   沿う傾きをもって前記ガス容器（３）の内部に望むガス
   導入管（１４）が設けられたことを特徴とする請求項１
   あるいは請求項２に記載のガス検出装置。
4. 【請求項４】 前記ガス容器（３）の内壁面に、前記ガ
   ス導入孔（１３）から導入されて前記ガス排出孔（１
   ５）にて排出される前記被検出ガスの流れを螺旋状にし
   て導く誘導部（２３）が形成されたことを特徴とする請
   求項１〜請求項３の何れかに記載のガス検出装置。
5. 【請求項５】 前記ガス容器（３）の内部であって前記
   ガス導入孔（１３）の近傍に、流線形状の乱流防止部材
   （２１）が配置されたことを特徴とする請求項１あるい
   は請求項２に記載のガス検出装置。