JPH02306152A - ガスの純度測定方法およびその装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばヘリウムを冷媒としたヘリウム冷凍機
に使用する高純度のヘリウムガスの純度を測定して管理
するためのガスの純度測定方法並びに装置に関する。

（従来の技術） 微量不純ガスを含むヘリウム等のガスの計測には、ガラ
ス管に白金線を封入した簡易型熱伝導度検出器が一般に
使用されているが、ｐｐｍレベルの純度計測は不可能で
あった。また高精度の計測には第２図に示すように、熱
伝導度検出器１の熱伝導度ブリッジの白金線２１が挿入
された一方の標準ガスセル３にはヘリウムガスボンペイ
より高純度ヘリウムガスを導入し、他方の白金線２ｂを
備えた試料ガスセル５には冷凍システムのヘリウムガス
循環路６から試料ヘリウムガスを導入して熱伝導度ブリ
ッジで熱伝導度を検出して試料ガスの純度を測定する方
法が採られていた。

（発明が解決しようとする課題） 上述のような従来の方法においては、熱伝導度検出器に
用いられた高純度ヘリウムガスは使用後は廃棄されてい
たので高価な高純度ヘリウムガスの消費が多く不経済で
あった。また標準ガスはボンベに詰められて居り連続計
測する場合、ボンベの交換時に熱伝導度検出器へ空気が
混入することがあり、測定に支障を来し、また、計測の
信頼性が低下するという問題もある。

また、冷凍システムの長時間連続運転を確保するために
は冷凍システム内のガス純度管理が必須であり、低温側
コールドボックス内の不純ガス濃度は、０．１ｐｐｒｎ
以下を維持することが望ましく、そのためには、熱伝導
度検出器は０．　ｌｐｐｍ以下の感度を有することが必
要である。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、高純度ガスを無
駄に廃棄することなく、長時間連続測定する場合も測定
に支障を来すことがなく、数ｐｐｍレベルの不純物検出
感度を有するガスの純度測定方法並びに装置を提供する
ものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のガスの純度測定方法は、ガス循環路より導出し
た試料ガスを熱伝導度ブリッジを備えた熱伝導度検出器
の試料ガスセルを通過させた後、精製装置に導入して不
純物を吸着除去し、次に精製装置から導出した精製ガス
を標準ガスとして前記熱伝導度検出器の標準ガスセルを
通過させることにより前記試料ガスの純度を測定した後
、この標準ガスとして用いられた精製ガスを前記ガス循
環路へ戻すものである。

また上記測定方法に用いられるガスの純度測定装置は、
ガス循環路から試料ガスが導入される試料ガスセルと、
前記ガス循環路へ精製ガスを導出する標準ガスセルを備
え、熱伝導度ブリッジにより前記試料ガスセルの試料ガ
スと前記標準ガスセルの精製ガスの熱伝導度を検出して
前記試料ガスの純度を測定する熱伝導度検出器と、前記
試料ガスセルから導入した試料ガスを精製し、この精製
ガスを前記標準ガスセルへ導出する複数の精製装置とよ
りなり、この複数の精製装置は、夫々が備えた吸着カラ
ムの両端が夫々途中に切換弁を介して前記試料ガスセル
と標準ガスセルに並列に接続されているものである。

（作用） 本発明のガスの純度測定方法は、ガス循環路から取出し
て熱伝導度検出器で純度を測定された試料ガスを精製し
て標準ガスとして使用しこれを再びガス循環路へ戻すた
め、純度の高い標準ガスが無駄にならずまた連続測定が
可能になる。

さらにガスの純度測定装置は、ガス循環路から試料ガス
セルに導入され、ここで純度を測定された後複数の精製
装置のうちの第１の精製装置の吸着カラムに導入されて
精製され、精製ガスは標準ガスセルに導入されて純度測
定用の標準ガスとして使用された後再びガス循環路へ戻
される。そして、第１の精製装置の吸着カラムの吸着剤
が破過になる以前に切換弁の切換で試料ガスセルからの
試料ガスは第２の精製装置の吸着カラムへ導入されて精
製される。この間第１の精製装置の吸着カラムの吸着剤
は再生されて連続運転が可能になる。

（実施例） 本発明のガスの純度測定装置の実施例を第１図によって
説明する。

７は例えばヘリウムガスが循環する冷凍機のガス循環路
であり、このガス循環路７より試料ガス導出管８が導出
され、この試料ガス導出管８は途中に流量調整弁９を介
して恒温槽１０内に設けられた半拡散型４素子熱伝導度
検出器１１の試料ガスセル１２に接続されている。この
試料ガスセル１２中には熱伝導度ブリッジの電流を通じ
て加熱されるレニウムタングステンフィラメント１３が
封入されている。

さらに試料ガスセル１２より試料ガス管１４が導出され
、この試料ガス管１４は途中より複数の試料ガス支管１
５ｇ　、　１５ｂに分岐され夫々の試料ガス支管１５ａ
　、　１５ｂは途中に切換弁１６ａ　、　１６ｂを有し
熱交換器１７ａ　、　１７ｂを介して第１、第２の精製
装置１８ａ　、　１８ｂ内の液体窒素中に浸漬された吸
着カラム１９ａ　、　　１９ｂに接続されている。そし
て夫々の吸着カラム１９ｇ　、　　１９ｂ内にはモレキ
ュラーシーブスあるいは活性炭などの吸着剤が充填され
ている。

さらに、夫々の吸着カラム１９ａ　、　１９ｂからは精
製ガス支管２０ａ　、　２０ｂが導出され、夫々前記熱
交換器１７ａ　、　１７ｂを通過後切換弁２１ａ　、　
２１ｂを介して精製ガス管２２に並列に接続されている
。そして精製ガス管２２は前記熱伝導度検出器１１のレ
ニウムタングステンフィラメント２３が封入された標準
ガスセル２４に導入されている。

さらに、標準ガスセル２４から導出された精製ガス戻し
管２５が途中に流量計２６と排出弁２７が挿入されて前
記ガス循環路７に連通されている。

また、第１、第２の精製装置１８ｇ　、　　１８ｂの手
前の夫々−組の試料ガス支管１５ａと精製ガス支管２０
ｍ　、試料ガス支管１５ｂと精製ガス支管２０ｂには夫
々吸着剤再生用弁２８ａ　、　２８ｂが設けられている
。

次に、上述の装置を用１ハてヘリウムガス冷凍機に用い
られるヘリウムガスの純度測定方法について説明する。

ヘリウムガスが循環する冷凍機のヘリウムガス循環路７
より導出した試料ガス導出管８の途中の流量調整弁９を
開き、試料ガスを恒温槽ＩＯ内に設けられた熱伝導度検
出器１１の試料ガスセル１２に導入する。恒温槽１０内
の温度は２０℃〜３０℃に保たれている。そして試料ガ
スセル１２から試料ガス管１４で導出された試料ガスは
、予め第２の精製装置＋８ｂの切換弁＋６ｂ　、　２１
ｂを閉じ第１の精製装置１８！の切換弁１６１　、２１
！を開いておくことにより、試料ガス支管１５ａより熱
交換器１７ａを通って冷却され第１の精製装置１８１内
の吸着剤が充填された吸着カラム１９ａに導入され不純
物が吸着される。精製装置１８ｘ内には一１６９℃の液
体窒素が貯留され、吸着カラム１９！は液体窒素に浸漬
され、吸着カラム１９ａ内の吸着剤は、液体窒素によっ
て冷却され吸着カラム１９１内を通過時に不純物が吸着
除去される。

このように不純物を除去された低温の精製ガスは、前記
熱交換器１７１で試料ガスと熱交換して常温となり精製
ガス支管２０！より精製ガス管２２を経て前記熱伝導度
検出器１１の標準ガスセル２４に導入される。

そして、ここで前述の試料ガスセル１２を通過する試料
ガスとの間で熱伝導度ブリッジによって加熱されるレニ
ウムタングステンフィラメント１３゜２３に生ずる電気
抵抗の変化により熱伝動率の差が検出され試料ガス中の
不純物Ｎ２ガス量が検出される。

測定状態は次の通りである。

セル１２．２４中のガス流量；　５　Ｑ　ｅｃ／ｍｉｎ
レニウムタングステンフィラメント １３、２３の電流；１３０ｍＡ 検出感度（Ｈｅガス中のＮ２）　　；　１５ｊＶ／ｐｐ
ｍ次に、測定に使用後の標準ガスセル２４中の精製ガス
は精製ガス戻し管２５より冷凍機の冷媒ガス循環路７へ
戻される。試料ガスセル１２及び標準ガスセル２４中の
流量は流量調整弁９によって調整する。

また、試料ガスが吸着カラム１９ａを通過する度に吸着
剤に不純物が吸着にされ、吸着剤が破過の状態になり、
ガスの精製が不能になるから、吸着剤の破過前に再生を
するために、第２の精製装置１８ｂが使用される。この
場合は第１の精製装置１８！の試料ガス支管１５１並に
、精製ガス支管２Ｑａの切換弁１６！、　２１１を閉じ
、第２の精製装置１８ｂの切換弁１６ｂ　、　２１ｂを
開き、第２の精製装置＋８ｂと吸着カラム１９ｂで引続
きガスの精製を続行する。

また、切換弁１６１　、２１ａを閉じて試料ガス管１４
と精製ガス管２２から遮断された吸着カラム１９ａは、
第１の精製装置＋８１の液体窒素容器を外し、電気炉と
置きかえカラム温度を約１５０℃で３０分保持し、吸着
カラム１９＆内の吸着剤からの脱着ガスを吸着剤再生用
弁２８！を介して真空ポンプで排気することにより、吸
着剤が再生される。再生後、吸着剤再生用弁２８８を閉
じ、切換弁２１ａを開き、標準ガスセル２４から精製ガ
スを導入し吸着カラム１９ａ内を大気圧に戻し切換弁２
１３を再び閉じる。再生した吸着カラム１９ａには再び
第１の精製装置１８３の液体窒素容器を装着しておく。

このようにして切換弁１６ａ　、　２１ａ　、１６ｂ　
。

２１ｂの切換により第１、第２の精製装置１８１゜１８
ｂの吸着カラム１９ｇ　、　１９ｂの吸着剤の再生を交
互に行うことにより、ガス純度の連続測定が可能になり
、例えば冷凍機の連続運転ができる。

なお、以上の実施例では精製装置１８３　、１８ｂを２
基用いて吸着カラム１９ａ　、　１９ｂを交互に使用す
る場合について説明したが、必要に応じて２基以上を試
料ガス管１４と精製ガス管２２に並列に接続することも
できる。

また、被測定ガスとしては、ヘリウムガスの他に、酸素
、炭酸ガス、−酸化炭素、窒素ガス等の純度測定にも使
用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱伝導度検出器を流通させる標準ガス
を被測定ガスである試料ガスを精製して用い使用後の標
準ガスを再び試料ガスの循環路へ戻すため、高純度のヘ
リウムガスの無駄な消費をなくすことができる。また標
準ガスのボンベ交換等がないから、試料ガスの循環路で
ある冷凍機等の運転を長時間連続運転することができる
。

また精製装置を複数個並列に熱伝導度検出器と接続した
構成により、吸着カラムの吸着剤が破過する以前に、他
の吸着カラムに切換えることができるので、長時間連続
的に高純度の精製標準ガスを供給でき精度の高い測定を
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスの純度測定装置のフローシート図
、第２図は従来のガスの純度測定装置の説明図である。 ７・・ガス循環路、ＩＩ・・熱伝導度検出器、１２・・
試料ガスセル、１６ａ　、　１６ｂ　、　２１ａ　、　
２１ｂ　・・切換弁、１８ａ、１８ｂ・・精製装置、１
９ａ　、　１９ａ・・吸着カラム、２４・・標準ガスセ
ル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス循環路より導出した試料ガスを熱伝導度ブリ
   ッジを備えた熱伝導度検出器の試料ガスセルを通過させ
   た後、精製装置に導入して不純物を吸着除去し、次に精
   製装置から導出した精製ガスを標準ガスとして前記熱伝
   導度検出器の標準ガスセルを通過させることにより前記
   試料ガスの純度を測定した後、この標準ガスとして用い
   られた精製ガスを前記ガス循環路へ戻すことを特徴とす
   るガスの純度測定方法。
2. （２）ガス循環路から試料ガスが導入される試料ガスセ
   ルと、前記ガス循環路へ精製ガスを導出する標準ガスセ
   ルを備え、熱伝導度ブリッジにより前記試料ガスセルの
   試料ガスと前記標準ガスセルの精製ガスの熱伝導度を検
   出して前記試料ガスの純度を測定する熱伝導度検出器と
   、 前記試料ガスセルから導入した試料ガスを精製し、この
   精製ガスを前記標準ガスセルへ導出する複数の精製装置
   とよりなり、 この複数の精製装置は、夫々が備えた吸着カラムの両端
   が夫々途中に切換弁を介して前記試料ガスセルと標準ガ
   スセルに並列に接続されていることを特徴とするガスの
   純度測定装置。