CN110036271A - 气体分析装置和气体分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供气体分析装置和气体分析方法，为了能够在保证非甲烷截止器等的氧化催化剂所要求的分离率的情况下，高精度测量试样气体，其包括：流通试样气体的试样气体管道(L1)；设置在试样气体管道(L1)上，检测试样气体所含的特定成分的浓度的分析仪(10)；设置在试样气体管道(L1)中的分析仪(10)的上游侧，与试样气体进行反应的催化剂(20)；以及设置在试样气体管道(L1)中的催化剂(20)的上游侧，用于调整试样气体的水分浓度的水分浓度调整部(30)。
Description
技术领域
本发明涉及例如分析从发动机排出的排气等的试样气体的气体分析装置和气体分析方法。
背景技术
作为这种气体分析装置，存在能够采用用于从排气除去甲烷以外的烃的被称为非甲烷截止器的氧化催化剂，测量排气所含的甲烷及其他的烃的装置。
在非甲烷截止器中，将甲烷及其他的烃分离的分离率，通过甲烷的透过率(称甲烷透过率)和甲烷以外的烃例如乙烷的透过率(称乙烷透过率)评价。甲烷透过率越高越好，乙烷透过率越低越好，作为具体要求的水平，可以列举例如甲烷透过率在85％以上且乙烷透过率在2％以下的分离率。
这里，按照专利文献1所述的气体分析装置，为提高非甲烷截止器的分离率，能向非甲烷截止器添加水分，如此通过抑制非甲烷截止器中甲烷的燃烧而提高甲烷透过率。
另一方面，通过所述水分的添加，抑制了乙烷的燃烧，使乙烷透过率也升高，所以为了将非甲烷截止器的分离率保持在要求的水平，需要调整向非甲烷截止器供给的水分量。
可是，因为专利文献1一概未考虑排气所含的水分，排气的水分浓度根据发动机的运转状态而变动时，供给至非甲烷截止器的水分量会增减，因此非甲烷截止器的分离率发生变动。
其结果，专利文献1的气体分析装置中，会产生得不到非甲烷截止器所要求的分离率而导致测量精度降低的问题。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开平8-35950号
发明内容
在此，本发明为解决上述问题，主要目的是保证非甲烷截止器等的催化剂所要求的分离率，从而高精度测量试样气体。
即本发明的气体分析装置包括：流通试样气体的试样气体管道；分析仪，设置在所述试样气体管道上，检测所述试样气体所含的特定成分的浓度；催化剂，设置在所述试样气体管道中的所述分析仪的上游侧，与所述试样气体进行反应；以及水分浓度调整部，设置在所述试样气体管道中的所述催化剂的上游侧，调整所述试样气体的水分浓度。
按照这种结构的气体分析装置，即使导入试样气体管道的试样气体的水分浓度发生变动，通过设置在试样气体管道中的催化剂的上游侧的水分浓度调整部调整试样气体的水分浓度，也能够使水分浓度保持一定，从而可以抑制供给至催化剂的水分量的增减。
这样，可以在保证催化剂所要求的分离率的同时，高精度测量试样气体。
试样气体管道所含的水分浓度较低时，供给至催化剂的水分量不足，催化剂中的例如甲烷的燃烧量增加，存在不能得到足够的分离率的可能。
在此，优选具备水分供给部，所述水分供给部向所述试样气体管道中的所述水分浓度调整部和所述催化剂之间供给水分。
按照这种结构，通过从水分供给部向利用水分浓度调整部将水分浓度保持为一定的试样气体供给规定量的水分，能够向催化剂供给期望量的水分，可以进一步确保得到催化剂所要求的分离率。
作为所述水分供给部的具体实施方式，可以列举包括：连接在所述试样气体管道中的所述水分浓度调整部和所述催化剂之间的水分供给管道；向所述水分供给管道导入氢的氢导入管道；向所述水分供给管道导入氧的氧导入管道；以及设置在所述水分供给管道上，通过使氢和氧发生反应而生成水分的水分生成用催化剂。
作为所述水分浓度调整部的具体实施方式，可以列举通过调整所述试样气体的温度或压力的至少一方，调整所述试样气体的水分浓度。
为了使水分浓度调整部结构简单，优选所述水分浓度调整部是使水分浓度下降到一定浓度的除湿器。
如果所述试样气体是从发动机排出的排气，则因为水分浓度根据发动机的运转状态而变动，所以本发明的效果更为显著。
此外，本发明的气体分析方法，向试样气体管道流通试样气体，使所述试样气体通过催化剂，所述催化剂设置在所述试样气体管道上并与所述试样气体进行反应，由分析仪检测通过所述催化剂的所述试样气体所含的特定成分的浓度，在所述气体分析方法中，在所述试样气体通过所述催化剂前，使所述试样气体通过水分浓度调整部，以调整所述试样气体的水分浓度。
按照这种气体分析方法，可以得到和上述的气体分析装置同样的作用效果。
在测量试样气体时和校正分析仪时，为了使催化剂的分离率同等，优选向所述试样气体管道导入用于校正所述分析仪的校正气体，在所述校正气体通过所述水分浓度调整部后、通过所述催化剂前，向所述校正气体供给水分。
按照这种结构的本发明，在保证非甲烷截止器等的催化剂所要求的分离率的同时，可以高精度测量试样气体。
附图说明
图1是本实施方式的气体分析装置的结构示意图。
图2是同实施方式的气体分析装置的动作流程图。
图3是变形实施方式的气体分析装置的结构示意图。
附图标记说明
100···气体分析装置
L1···试样气体管道
10···分析仪
20···氧化催化剂
30···水分浓度调整部
40···水分供给部
41···铂催化剂
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的气体分析装置的一个实施方式。
本实施方式的气体分析装置100是测量例如从车辆的发动机排出的排气等的试样气体所含的成分浓度的排气分析装置，在此构筑例如使以稀释空气将排气稀释后的混合气体成为一定流量并进行取样的定容量取样装置(CVS)和排气分析系统。另外，作为排气分析系统，可以是将排气稀释后进行浓度测量的稀释取样方式的系统，也可以是不稀释而原状进行浓度测量的直接取样方式的系统。
具体所述气体分析装置100如图1所示，具备：流通作为试样气体的排气的试样气体管道L1；以及设置在试样气体管道L1上用于测量试样气体所含的测量对象成分的浓度的分析仪10。
分析仪10将作为有机化合物的烃(HC)作为测量对象成分进行测量，具有采用氢火焰离子化分析法(FID)的FID检测器，这里测量试样气体所含的全烃(THC)的浓度。
具体所述分析仪10连接有供给作为分析用气体的氢气的分析用气体管道L2以及供给作为助燃气体的空气的助燃气体管道L3，向取样的试样气体以一定的比例混合分析用气体和助燃气体后导入氢火焰，根据此时的燃烧使HC离子化后产生的离子电流，连续测量烃(HC)的浓度。
本实施方式的气体分析装置100如图1所示，具备氧化催化剂20，所述氧化催化剂20设置在试样气体管道L1中的分析仪10的上游侧，用于从试样气体除去甲烷以外的烃(除去对象成分)。
而且这里，设有从氧化催化剂20的上游侧分路并在下游侧汇合的分支管道L4，以及用于使试样气体择一性地流向分支管道L4或氧化催化剂20的三通阀等切换阀V。
利用所述结构，通过使试样气体流向分支管道L4，能够测量全烃(THC)的浓度，通过使试样气体流向氧化催化剂20，能够测量试样气体所含的甲烷的浓度，并根据其差可以计算出试样气体所含的非甲烷总烃(NMHC)的浓度。
可是，上述的氧化催化剂20是被称为所谓非甲烷截止器的金属催化剂，具体含有二氧化锰(IV)和氧化铜(II)，例如在600K以上等规定的温度范围中使用。所述非甲烷截止器的分离率，例如通过甲烷的透过率和作为甲烷以外的烃的乙烷的透过率评价，但是当上述的透过率根据甲烷截止器的温度而变动时，分离率也根据非甲烷截止器的温度而改变。
这里如果对非甲烷截止器供给水分，则甲烷和甲烷以外的烃不易燃烧，所以其容易透过非甲烷截止器，因此透过率增大。此时，甲烷的透过率的增大程度大于甲烷以外的烃的透射率的增大程度，所以在上述的规定的温度范围中，如果向非甲烷截止器供给适当的水分量，则可以在将甲烷以外的烃的透过率维持较低的情况下，提高甲烷的透过率。即，通过适当调整供给至非甲烷截止器的水分量，可以提高非甲烷截止器的分离率(例如甲烷的透过率在85％以上，乙烷的透过率在2％以下)。
而后，本实施方式的气体分析装置100还具备水分浓度调整部30，所述水分浓度调整部30如图1所示设置在试样气体管道L1中的氧化催化剂20的上游侧，用于调整试样气体的水分浓度。
所述水分浓度调整部30通过变更试样气体的温度将水分浓度保持为一定，使试样气体所含的水分浓度下降到预先设定的设定浓度。这里的水分浓度调整部30，使用通过将试样气体冷却来进行除湿的除湿器，所述除湿器例如为采用压缩机的压缩机式。另外，设定浓度能根据规格等适当变更。
此外，作为水分浓度调整部30，可以通过变更试样气体的压力调整水分浓度，也可以通过变更试样气体的温度和压力双方来调整水分浓度。
而且本实施方式的气体分析装置100如图1所示，具备向试样气体管道L1中的水分浓度调整部30与氧化催化剂20之间供给水分的水分供给部40。
所述水分供给部40包括：连接在试样气体管道L1中的水分浓度调整部30和氧化催化剂20之间的水分供给管道L5；向水分供给管道L5导入氢的氢导入管道L6；向水分供给管道L5导入氧的氧导入管道L7；以及设置在水分供给管道L5上的作为使氢和氧发生反应生成水分的水分生成用催化剂的铂催化剂41。
氢导入管道L6是流通仅由氢构成的气体或含规定浓度氢的气体的管道，这里将其一部分与上述的分析用气体管道L2兼用。
氧导入管道L7是导入仅由氧构成的气体或含规定浓度氧的气体的管道。这里的氧导入管道L7是流通空气的管道，将其一部分与上述的助燃气体管道L3兼用。
氢导入管道L6和氧导入管道L7分别设有调节器R，通过由所述调节器R调整向水分生成用催化剂供给的氢和氧的流量，可以将生成的水分量即向试样气体管道L1供给的水分量控制为规定量。另外，本实施方式的水分供给部40，向试样气体管道L1供给1～2vol％的水分。
可是，在本实施方式中，校正分析仪10时例如向试样气体管道L1导入浓度已知的包含甲烷的校正气体。这样，通过将校正气体所含的甲烷的已知浓度与采用分析仪10得到的甲烷的测量浓度进行比较，可以根据需要对分析仪10进行校正。另外，作为校正气体，可以是浓度已知的包含乙烷和丙烷的气体。
这里的校正气体，采用比作为试样气体的排气所含水分量更少的气体。因此，假设没有设置水分浓度调整部30，校正时和分析时供给至非甲烷截止器的水分量就会不同。这时，校正时和分析时的非甲烷截止器的分离率不同，从而导致分析精度的降低。
在此本实施方式通过向试样气体管道L1导入校正时采用的校正气体，使校正气体通过水分浓度调整部30。
以下，参照图2的流程图说明采用本实施方式的分析装置的分析方法。
首先，向试样气体管道L1导入用于校正分析仪10的校正气体(S1)。此时的切换阀V处于使校正气体流向非甲烷截止器的状态。
这样，从水分供给部40向校正气体供给规定量的水分后，所述校正气体流过非甲烷截止器，将甲烷以外的烃除去。而后，由分析仪10测量校正气体所含的甲烷浓度(S2)。
根据此计算结果，用户将由分析仪10得到的甲烷的测量浓度与校正气体实际所含的甲烷的已知浓度进行比较，根据需要对分析仪10进行校正(S3)。
接下来，向试样气体管道L1导入作为试样气体的排气(S4)。此时的切换阀V处于使校正气体流向分支管道L4的状态。
这样，试样气体在不经过非甲烷截止器的情况下被导向分析仪10，由分析仪10测量试样气体所含的全烃的浓度(S5)。
接下来，以使试样气体流向非甲烷截止器的方式切换切换阀V(S6)。
这样，从水分供给部40向试样气体供给规定量的水分后，所述试样气体流过非甲烷截止器，将甲烷以外的烃除去。而后，由分析仪10测量试样气体所含的甲烷浓度(S7)。
而后，分析仪10所具备的或者与分析仪10分开设置的未图示的计算处理装置，根据全烃的浓度与甲烷浓度的差，计算试样气体所含的非甲烷总烃(NMHC)的浓度(S8)。
按照这种结构的本实施方式的气体分析装置100，通过除湿器将试样气体所含的水分浓度降低到一定浓度，再向所述试样气体供给规定量的水分，所以即使排气中的水分浓度根据发动机的动作状态而发生变动，也可以将供给至氧化催化剂20的水分保持为一定量。
这样，能够抑制氧化催化剂20的分离率的变动，可以提高分析精度。
此外，由于将校正气体导入试样气体管道L1，使其通过水分浓度调整部30，并向其供给规定量的水分，因此在测量试样气体时和校正分析仪10时，能够使氧化催化剂20的分离率同等，可以进一步提高分析精度。
另外，本发明不限于上述实施方式。
例如图3所示，从非甲烷截止器的上游侧分路的分支管道L4，可以不在非甲烷截止器的下游侧汇合，而例如连接至对全烃进行分析的第二分析仪50(THC仪)。此时，作为分析仪10只要是对甲烷的浓度进行测量的CH4仪即可。
另外，上述的THC仪和CH4仪和本实施方式同样，具有FID检测器。
按照这种结构，可以并列进行本实施方式中的S5的全烃的浓度测量和S7中的甲烷的浓度测量。
此外，由水分浓度调整部30将试样气体所含的水分除去，使试样气体所含的甲烷及其他的烃的浓度变化的情况下，在分析仪10所具备的或与分析仪10分开设置的计算处理装置上可以具备水分分压修正部。
具体作为所述水分分压修正部，可以列举如下结构：取得表示由水分浓度调整部30除去的试样气体中的水分量的除去水分量数据，并且根据所述水分量修正甲烷浓度和全烃浓度。
而且，作为水分浓度调整部30，也可以采用使用多孔质的矿物等的干燥剂的干燥剂式的除湿器。
此外，作为水分浓度调整部30，也可以使导入的试样气体通过例如容器内储存的液体内。更具体地，例如通过在使容器内的液体保持一定温度的情况下，利用试样气体使液体鼓泡，使试样气体所含的水分达到饱和状态，从而可以使试样气体中的水分量保持一定。如果能够用这种结构将试样气体中的水分调整到期望的量，也可以不设置所述实施方式中的水分供给部40。
另外，在所述实施方式中，在测量试样气体所含的全烃浓度后、测量甲烷浓度，但是也可以在测量甲烷浓度后、测量全烃浓度。
可是，当校正气体所含的水分浓度非常低时，通过浓度调整部30后的校正气体，仍旧比浓度调整部30的设定浓度低，所以在校正时和分析时供给至非甲烷截止器的水分量产生差异。
在此，采用校正气体校正分析仪10时，可以在对校正气体加湿后，流过水分浓度调整部30。
这样，通过在使校正气体所含的水分浓度达到水分浓度调整部30的设定浓度以上之后，使校正气体流过水分浓度调整部30，能够使通过水分浓度调整部30的校正气体的水分浓度成为所述设定浓度，可以尽可能减小校正时和分析时供给至非甲烷截止器的水分量的差。
此外，分析仪10也可以是CO仪和CO 2仪等利用红外吸收的仪器。
此外本发明的气体分析装置100，可以用作搭载在车辆上的车载型的装置。另外，用作车载型时，由于水分浓度调整部30的电力供给有限，可以提高水分浓度调整部30的设定温度来抑制电力消耗，或利用上述的干燥剂式的除湿器作为水分浓度调整部30。
此外，本发明的气体分析装置100，可以用作催化剂评价装置。
而且，作为试样气体，不仅是发动机的排气，还能应用于在锅炉等的燃烧设备和化学反应炉等中导出导入的气体等各种气体。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其发明思想的范围中可以实施各种变形。
工业实用性
通过采用本发明的气体分析装置，可以在保证非甲烷截止器等的氧化催化剂所要求的分离率的情况下，高精度测量试样气体。
Claims (9)
1.一种气体分析装置，其特征在于包括：
流通试样气体的试样气体管道；
分析仪，设置在所述试样气体管道上，检测所述试样气体所含的特定成分的浓度；
催化剂，设置在所述试样气体管道中的所述分析仪的上游侧，与所述试样气体进行反应；以及
水分浓度调整部，设置在所述试样气体管道中的所述催化剂的上游侧，调整所述试样气体的水分浓度。
2.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，具备水分供给部，所述水分供给部向所述试样气体管道中的所述水分浓度调整部和所述催化剂之间供给水分。
3.根据权利要求2所述的气体分析装置，其特征在于，
所述水分供给部包括：
连接在所述试样气体管道中的所述水分浓度调整部和所述催化剂之间的水分供给管道；
向所述水分供给管道导入氢的氢导入管道；
向所述水分供给管道导入氧的氧导入管道；以及
设置在所述水分供给管道上，通过使氢和氧发生反应而生成水分的水分生成用催化剂。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的气体分析装置，其特征在于，所述水分浓度调整部通过调整所述试样气体的温度或压力的至少一方，调整所述试样气体的水分浓度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的气体分析装置，其特征在于，所述水分浓度调整部是使水分浓度下降到一定浓度的除湿器。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的气体分析装置，其特征在于，所述试样气体是从发动机排出的排气。
7.一种气体分析方法，
向试样气体管道流通试样气体，
使所述试样气体通过催化剂，所述催化剂设置在所述试样气体管道上并与所述试样气体进行反应，
由分析仪检测通过所述催化剂的所述试样气体所含的特定成分的浓度，所述气体分析方法的特征在于，
在所述试样气体通过所述催化剂前，使所述试样气体的水分浓度通过水分浓度调整部，以调整所述试样气体的水分浓度。
8.根据权利要求7所述的气体分析方法，其特征在于，
向所述试样气体管道导入用于校正所述分析仪的校正气体，
在所述校正气体通过所述水分浓度调整部后、通过所述催化剂前，向所述校正气体供给水分。
9.根据权利要求7或8所述的气体分析方法，其特征在于，在对所述校正气体加湿后，使其通过所述水分浓度调整部。
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