JP2004085252A

JP2004085252A - ガス分析計

Info

Publication number: JP2004085252A
Application number: JP2002243716A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Akiyama; 秋山　重之; Tetsushi Inoue; 井ノ上　哲志; Masahiko Fujiwara; 藤原　雅彦
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】本発明は、廃棄物焼却炉排ガス中のＨＣｌ等の腐食性ガスを赤外線ガス分析計を用いて測定するに際し、試料ガス中の共存成分による影響を低く抑える赤外線ガス分析計を提供すること。
【解決手段】光源３，４と検出器５との間に２つの測定セル１，２を互いに並列に設け、一方のセル側の光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入したフィルタセル６を設けると共に、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段８を設け、これら両光路の前記検出器５からの出力信号の差をとることにより前記腐食性ガスの濃度を得るようにしたことを特徴とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物焼却炉排ガス中のＨＣｌ等、腐食性ガスすなわち、検出器を腐食する可能性のあるガスを赤外線ガス分析計を用いて測定するに際し、試料ガス中の共存成分（妨害成分ともいう）による、測定値に対する影響を低く抑える、低干渉型赤外線ガス分析計を提供することを目的とする。また、検出器の感度チェックも容易に行うことの出来る赤外線ガス分析計を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、赤外線ガス分析計等によってサンプルガス中の測定対象成分の濃度を測定する場合、サンプルガス中に含まれる干渉成分の赤外線吸収により測定に誤差が生ずることがあるので、従来より干渉成分の影響を補償する手段として、例えば第６図又は第７図にそれぞれ示すような構成が知られている。即ち、第６図において、３１，３２は互いに並列配置された比較セル，測定セルで、３３，３４は比較セル３１，測定セル３２をそれぞれ照射する赤外線発生用の光源である。
【０００３】
３５，３６はそれぞれ測定検出器，補償用検出器で、比較セル３１，測定セル３２に対してそれぞれ光学的に直列に配置されており、測定用検出器３５によって測定対象成分ａ＋干渉成分ｂに見合う検出出力ａ＋ｂを、又、補償用検出器３６によって干渉成分ｂに見合う検出出力ｂをそれぞれ得て、前者から後者を差し引くことにより、干渉補償を行うようにしている。尚、３７は変調用のチョッパーである。
【０００４】
また、第７図において、４１はセルで、ロータリバルブ等の流体変調手段４２によってサンプルガスＳと比較ガスＲとが交互に供給されるようにしてある。４３は赤外線発生用の光源、４４は検出器で、その測定用受光室４４ａと補償用受光室４４ｂとがセル４１に対して光学的に直列に配置されており、コンデンサマイクロホン４４ｃの一方の室と測定用受光室４４ａとが、又、他方の室と補償用受光室４４ｂとがそれぞれ連通するようにしてある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第６図、７図に示すもの共に、試料ガス中の共存成分（妨害成分）による影響の低減は難しく、特に、廃棄物焼却炉排ガスを試料ガスとし、測定対象成分を塩化水素等とする場合には、水分や不完全燃焼時に発生されるＨｃ成分による干渉影響を測定精度以内に抑えることは困難であった。また、干渉影響が少ない測定方法たとえば、試料ガス中の塩化水素を吸収液に溶解させて測定するイオン電極法の場合、光学系が複雑かつ装置が大きくなり、水に溶けやすい塩化水素では、高精度な測定が不可能であった。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的とするところは、試料ガス中の共存成分（妨害成分）による、測定値に対する影響を低く抑える低干渉型赤外線ガス分析計を提供することを目的とする。また、検出器の感度チェックも容易に行うことの出来る赤外線ガス分析計を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、第一の発明では、光源と検出器との間に２つの測定セルを互いに並列に設け、一方のセル側の光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入したフィルタセルを設けると共に、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段を設け、これら両光路の前記検出器からの出力信号の差をとることにより前記腐食性ガスの濃度を得るようにしたことを特徴とする。（請求項１）
【０００８】
そして第２の発明では、前記フィルタセルに封入する腐食性ガスが塩化水素であることを特徴とする。（請求項２）
【０００９】
そして第３の発明では、他方のセル側の光路中に不活性ガスを注入したガスフィルタを設けることを特徴とする。（請求項３）
【００１０】
そして第４の発明では、試料ガスが導入されるセルの一端側に光源を設ける一方、セルの他端側にビームスプリッタを内蔵したガスセルを設け、前記ビームスプリッタの透過位置側と反射位置側にそれぞれ検出器を設けるとともに、一方の光路中前記検出器の前段に分岐形フィルタセルを設け、当該分岐形フィルタセルの一方に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入し、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段を設け、前記分岐形フィルタセルの後段の検出器の信号をとることにより前記腐食性ガスの濃度を得るようにするとともに、他方の光路に設けられた検出器の信号から試料中の前記腐食性ガス以外の成分の濃度を得ることを特徴とした。（請求項４）
【００１１】
さらに第５の発明では、光源と検出器との間に２つの測定セルを互いに並列に設け、一方のセル側の光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入したフィルタセルと、前記光源と前記測定セルの間または前記測定セルと前記検出器の間に一定周期で連続的に光量を調節する光量調節機構と、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段を設け、前記流体変調手段を用いて前記測定セルにゼロガスとスパンガスを連続的に切り換え供給し、かつ、前記光量調節手段を用いて光量を一定周期で調節することにより、両光路の前記検出器からの出力信号の差をとることにより前記検出器の感度チェックを行うことを特徴とする。（請求項５）
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を、第１図及び第２図を参照しながら、廃棄物焼却炉排ガス中のＨＣｌを測定する場合に基づいて説明する。第１図は、本発明の赤外線ガス分析計を示し、１，２は互いに並列的に配置されたセル、３，４はセル１，２をそれぞれ照射する赤外線発生用の光源である。５は検出器としてのコンデンサマイクロホン型検出器で、その受光室５ａ，５ｂはセル１，２に対応するように配置されており、受光室５ａ，５ｂの内部には、ＨＣｌガスと類似の吸収波長（主吸収波長３．５μｍ）を持つｃ３Ｈ８他のＨｃ等の代用ガス　が封入してある。
【００１３】
６は測定対象である腐食性ガス、この場合ではＨＣｌガスを封入したフィルタセルであり、７は不活性ガスを封入したフィルタガスセルである。　８はセル１，２に対してそれぞれサンプルガスＳと比較ガスＲとを一定周期で同時かつ連続的に切り換え供給する流体変調手段で、例えば三方電磁弁よりなる。この流体変調手段８によって、サンプルガスＳと比較ガスＲとをセル１，２に供給した場合、検出器５からは、ＨＣｌガスの封印されたフィルタによる信号差を試料中ＨＣｌ濃度に応じた吸収信号として検出し、比較ガス信号は基準信号として得られる。
【００１４】
第２図のスペクトル図は、塩化水素ガスを含む試料ガスを両測定セルに導入した場合の両光路における各成分ガスの吸収スペクトルを模式的に示したものである。この中で、ａ．は試料ガス中のＨＣｌの吸収であり、ｂ．は試料ガス中の水分の吸収であり、ｃ．は試料ガス中のＨｃガスの吸収であり、ｄ．は炭酸等の吸収であり、ａ．はＨＣｌガスの封入されたガスフィルタの吸収である。この各成分の赤外吸収スペクトル摸式から本発明の光学系動作原理を説明すると、以下の１）式のような式になる。
（ＨＣｌ濃度による信号の大きさ）＝（光路１の吸光度−光路２の吸光度）
∝（ａｂｓ．［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ］　−ａｂｓ．［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ］）　　　　・・・（１）
【００１５】
ここで、光路１とは、光源４、測定セル２、フィルタセル６、からなる光路で、光路２とは、光源３、測定セル１、ガスフィルタ７からなる光路である。光源３，４が同じとすれば、同一セル長、同一試料ガスのため、
（ＨＣｌ濃度による信号の大きさ）＝ａｂｓ．［ａ］−ａｂｓ．［ａ］　　　　　　・・・（２）
と簡略化できる。さらに、比較ガスが入ったときの検出器信号はａｂｓ．［ａ］となり、流体変調方式検出器信号は、試料ガス中ＨＣｌ濃度信号２）式と比較ガス信号ａｂｓ．［ａ］との差、つまり−ａｂｓ．［ａ］となる。結果として試料ガス中の共存成分（妨害成分）の干渉影響値は光路１及び光路２の同一信号量でキャンセルされて差量型検出器である本発明の検出器では影響を受けない。
【００１６】
９は減算器で、上記２つの信号成分ａ＋ａ，　ａの差をとるものである。而して、上記構成の赤外線ガス分析計において、流体変調手段８によってサンプルガスＳと比較ガスＲとを、セル１，２に対して同時かつ連続的に供給すると、２つのセル１，２に共通に設けられた１つの検出器５は、フィルタセルを設けない側のセル１に対応する信号成分（測定対象成分＋干渉成分に見合う信号成分：ａ＋ａ）と、フィルタフィルタ６を設けた側のセル２に対応する信号成分（干渉成分に見合う信号成分ａ）を出力し、これら信号成分の差をとることにより、測定対象成分にのみ対応する信号ａを得ることができ、従って、測定対象成分の濃度を得ることができる。また、２室式のニューマティック検出器の場合、検出器から直接、差の出力を得ることができる。
【００１７】
第３図は補償形検出器を採用して、干渉影響を更に低減させたものである。すなわち、第３図において、５は測定検出器、１１は補償用検出器で、２つの測定セルに対してそれぞれ光学的に直列に配置されており、測定検出器５によって測定対象成分に見合う検出出力を、また、補償用検出器１１によって干渉成分（妨害成分）に見合う検出出力をそれぞれ得て、前者から後者を差し引くことにより、干渉補償を行うようにしている。
【００１８】
第４図は多成分計への応用例を示すものであり、ＨＣｌ及びＣＯの２成分計の実施例を元に説明する。図４はクロスモジュレーション・シングルセル方式の場合で、１測定セルで２成分を同時測定する場合のガス分析機構を示す。試料ガスＳと比較ガスＲとが三方電磁弁８を介して交互に導入される測定セル２、この測定セルの一端側に設けられた光源４、同じく測定セルの他端側に設けられたガスセル１２中に内蔵されたビームスプリッタ１３、このビームスプリッタの透過位置側と反射位置側にそれぞれ設けられたＨＣｌ測定用検出器１５とＣＯ検出器１４、このＨＣｌ検出器１５とビームスプリッタの間に設けられ、一方のフィルタセル１６にはＨＣｌが、もう一方のフィルタガスセル１７には不活性ガスであるＮ_２ガスが封入されている分岐形フィルタセル１８、とからＨＣｌとＣＯの２成分を測定するものである。
【００１９】
第５図はチョッパを用いて光量を調節することにより、ゼロ・スパン校正時に感度チェックを可能とした実施例である。第５図中１８が光量調節を行うためのチョッパーであり、チョッパーは各光路の一部又は全てを遮光するものとする。このチョッパーを回転させることにより、交流の電気信号を出力するものである。
【００２０】
比較ガス（ゼロガス）のみを流した状態でチョッパを回転させると、両光路の前記検出器からの出力信号の差を得る。これはフィルタセルの測定成分に相当する出力である。これをゼロガス信号として記憶する。つぎに、校正ガス（スパンガス）を流したときも同様に、チョッパーを回転させ、両光路の前記検出器からの出力信号の差を得る。両光路の前記検出器からの出力信号の差と前記ゼロガス信号とを比較し、その値より分析計自体の感度構成ができる。
【００２１】
本発明は上記実施例に限られるものではなく、紫外線ガス分析計等の他のガス分析計にも適用することができる。
【００２２】
また、上記実施例においては、ニューマティック型検出器の例を述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、固体検出器にも適用することができる。
【００２３】
さらに、上記実施例においては、フィルタセル６，１６に測定対象成分である腐食性ガスを封入した例を記載したが、測定対象成分と略同波長領域に吸収を持つ物質を封入してもかまわない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るガス分析計は、光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入したフィルタセルを設けることにより腐食性ガスの濃度を得るようにしているので、干渉影響を少なく出来るため、検出器に腐食性ガスを入れる必要がなく、検出器の腐食を防止できる。検出器には、Ｃ_３Ｈ_８他、ＨＣを封入することが可能となる。
【００２５】
さらに、他方のセル側の光路中に不活性ガスを注入したガスフィルタを設けた場合には、第一光路と第２光路を同じ条件に出来るので、ガスフィルタセルのセル窓などによって吸収される光量を差し引くことが出来る等、より高精度な測定結果を得ることが出来る。
【００２６】
さらに、ビームスプリッタを内蔵したガスセルを設け、ビームスプリッタの透過位置側と反射位置側にそれぞれ検出器を設けるとともに、一方の光路中前記検出器の前段に分岐形フィルタガスセルを設け、分岐形フィルタガスセルの一方に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスを封入して、腐食性ガスの濃度を得るようにするとともに、他方の光路に設けられた検出器の信号から試料中の腐食性ガス以外の成分の濃度を得るようにした装置に於いては、腐食性ガス濃度の他に、他の成分についても同時に測定することが可能となる。
【００２７】
さらに、光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスを封入したフィルタセルと、光量調節手段を用いて光量を一定周期で調節して、両光路の検出器からの出力信号の差をとることにより前記検出器の感度チェックを行うガス分析計においては、ゼロガス・スパンガスによる校正時のゼロガス信号（フィルタ封入ガスの光吸収量）を記憶しておけば、それが分析感度となり、スパンガスを流すだけで分析装置の感度の変化の有無が判定できる。自己診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す全体構成説明図である。
【図２】本発明の光学系動作原理を説明するための赤外吸収スペクトル摸式である。
【図３】本発明の第２実施例を示す全体構成説明図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す全体構成説明図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す全体構成説明図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１、２…　セル、３，４…光源、５…検出器、６…フィルタセル、７…フィルタガスセル、８…電磁弁、ａ…出力信号、Ｓ…サンプルガス、Ｒ…比較ガス

Claims

光源と検出器との間に２つの測定セルを互いに並列に設け、一方のセル側の光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入したフィルタセルを設けると共に、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段を設け、これら両光路の前記検出器からの出力信号の差をとることにより前記腐食性ガスの濃度を得るようにしたことを特徴とするガス分析計。
請求項１に記載のガス分析計において、前記フィルタセルに封入する腐食性ガスが塩化水素であることを特徴とするガス分析装置。
請求項１または２に記載のガス分析計において、他方のセル側の光路中に不活性ガスを注入したガスフィルタを設けることを特徴とするガス分析装置。
試料ガスが導入されるセルの一端側に光源を設ける一方、セルの他端側にビームスプリッタを内蔵したガスセルを設け、前記ビームスプリッタの透過位置側と反射位置側にそれぞれ検出器を設けるとともに、一方の光路中前記検出器の前段に分岐形フィルタセルを設け、当該分岐形フィルタセルの一方に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入し、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段を設け、前記分岐形フィルタセルの後段の検出器の信号をとることにより前記腐食性ガスの濃度を得るようにするとともに、他方の光路に設けられた検出器の信号から試料中の前記腐食性ガス以外の成分の濃度を得ることを特徴としたガス分析装置。
光源と検出器との間に２つの測定セルを互いに並列に設け、一方のセル側の光路中に試料ガス中の測定対象成分である腐食性ガスまたはそれと略同波長領域に吸収を有する物質を封入したフィルタセルと、前記光源と前記測定セルの間または前記測定セルと前記検出器の間に一定周期で連続的に光量を調節する光量調節機構と、前記各測定セルに対してサンプルガスと比較ガスとを、一定周期で連続的に切り換え供給する流体変調手段を設けたガス分析計において、前記流体変調手段を用いて前記測定セルにゼロガスを供給し、さらに前記光量調節手段を用いて光量を一定周期で調節することにより、両光路の前記検出器からの出力信号の差をゼロガス信号として記憶し、次にスパンガスを供給し、さらに前記光量調節手段を用いて光量を一定周期で調節することにより、両光路の前記検出器からの出力信号の差と前記ゼロガス信号との差から、感度チェックを行うことを特徴とするガス分析計。