JP2007170982A

JP2007170982A - ガス分析計

Info

Publication number: JP2007170982A
Application number: JP2005369031A
Authority: JP
Inventors: Shogo Kenmochi; 省吾賢持
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP4688672B2

Abstract

【課題】部品数の増加や大型化を招くことなく簡単な構成で測定ガスと参照ガスとの湿度をほぼ等しくし、被測定対象物質の濃度を高精度に測定可能としたガス分析計を提供する。
【解決手段】被測定対象物質を含む参照ガスを通過した赤外線と、前記参照ガスを酸化させてなる測定ガスを通過した赤外線とを干渉補償検出器５に導入し、前記参照ガス及び測定ガスによる赤外線吸収量に基づいて前記被測定対象物質の濃度を測定するガス分析計において、参照ガスが通過する第１のガス通過室２０Ａと、測定ガスが通過する第２のガス通過室２０Ｂとを半透過水蒸気交換膜２０Ｃ等の調湿体を介して隣設させた調湿器２０を設け、前記交換膜２０Ｃを介して第１及び第２のガス通過室２０Ａ，２０Ｂの相互間で水分を授受させて前記参照ガス及び測定ガスの水分濃度をほぼ等しくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、非分散型赤外線吸収方式（ＮＤＩＲ方式）を利用した揮発性有機化合物（ＶＯＣ）分析計等に適用可能なガス分析計に関するものである。

図３は、いわゆるダブルビーム型ＮＤＩＲ方式ＶＯＣ分析計の従来技術を示す概略的な構成図である。図３において、１は赤外線を発生する光源、２はチョッパ、３は干渉ガスが封入され、かつ、赤外線ビームを二つに分配する分配セル、４Ａは参照セルとしての第１の試料セル、４Ｂは測定セルとしての第２の試料セル、５は両試料セル４Ａ，４Ｂを通過した赤外線が入射し、かつ、内部に被測定対象物質（ガス）が希釈封入されていると共にサーマルフローセンサやコンデンサマイク等からなるセンサを内蔵した干渉補償検出器、６は検出器５の出力信号を増幅するアンプ、７は試料ガス中の被測定対象物質である揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を触媒により酸化させてＣＯ_２に変換する酸化炉、８ａは試料ガスを試料セル４Ａに導入するための配管、８ｂは試料セル４Ａと酸化炉７との間の配管、８ｃは酸化炉７と試料セル４Ｂとの間の配管、８ｄは試料セル４Ｂから出口に至る配管である。

このＶＯＣ分析計では、試料セル４Ａにおいて酸化炉７を通過する前の試料ガス（参照ガス）を透過させた基準側赤外線と、試料セル４Ｂにおいてガス中のＣＯ_２により特定スペクトルが減少した測定側赤外線とを干渉補償検出器５に入射させ、試料セル４Ａ，４Ｂにおける赤外線吸収量の差（特定スペクトルの赤外線の強度差）をセンサにより流量差に変換して電気信号として取り出すことにより、試料ガスに含まれるＶＯＣの濃度を測定している。
なお、この種のＮＤＩＲ方式のガス分析計は、例えば特許文献１等に記載されている。

一方、特許文献２には、大気中のＣＯ_２ガス等の濃度を測定する流体変調式のガス分析装置において、比較ガス（参照ガス）及び測定ガスをそれぞれ一旦、個別に加湿し、その後に除湿して両ガスを同じ低湿度の条件におくことにより、測定ガス中の被測定対象ガスの濃度に近似させた比較ガスを分析部のセルに供給して被測定対象ガスの僅かな濃度変化を高精度に分析可能とした技術が開示されている。

実開昭６１−１４０９４９号公報（第１図、第２図等）特許第２６９６６９２号公報（段落［０００５］、図１等）

図３に示した従来技術では、酸化炉７においてＶＯＣを酸化させる際に、目的とするＣＯ_２の他にＨ_２Ｏが生成されるため、酸化炉７の通過前後では水分濃度が変化することになる。すなわち、第２の試料セル４Ｂには酸化炉７により生成された水分がＣＯ_２と共に供給されるので、第１の試料セル４Ａ内の参照ガスに比べて水分濃度が増加することになり、その結果、ＣＯ_２の濃度を正確に測定できないという問題があった。

また、第１の従来技術では、燃焼部と試料セル（測定セル）との間に除湿除塵部を配置し、試料セルに供給される試料ガスの除湿及び除塵を行う構成が開示されているが、除湿後の試料ガスの水分濃度が比較セル（参照セル）内のキャリアガスの水分濃度と等しくなる保証はないため、図３の従来技術と同様の問題があった。

更に、前記特許文献２に記載された従来技術は、測定ガスと比較ガスとの湿度の相違が被測定対象ガスの濃度測定に大きな影響を与える点に鑑み、測定ガス及び比較ガスの供給路にそれぞれ加湿手段及び除湿手段を設け、これらの除湿手段を経たガスを分析計に導入するものであるが、加湿手段や除湿手段を各ガスに対応させて設けているので部品数が多く、コスト高になると共に、装置全体が大型化するという不都合があった。

そこで本発明の解決課題は、部品数の増加や大型化を招くことなく簡単な構成で測定ガスと参照ガスとの湿度をほぼ等しくし、被測定対象物質の濃度を高精度に測定できるようにしたガス分析計を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、被測定対象物質を含む参照ガスを通過した赤外線と、前記参照ガスを酸化させてなる測定ガスを通過した赤外線とを検出器に入射させ、前記参照ガス及び測定ガスによる赤外線吸収量に基づいて前記被測定対象物質の濃度を測定するガス分析計において、
前記参照ガスが通過する第１のガス通過室と、前記測定ガスが通過する第２のガス通過室とを調湿体を介して隣設させた調湿器を設け、前記調湿体を介して第１及び第２のガス通過室の相互間で水分を授受させて前記参照ガス及び測定ガスの水分濃度をほぼ等しくするものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したガス分析計において、
前記ガス分析計が非分散型赤外線吸収方式を利用した揮発性有機化合物分析計であり、
前記第１のガス通過室を通過した参照ガスが供給される第１の試料セルと、第１の試料セルを通過した参照ガスが供給される酸化炉と、この酸化炉により酸化されて前記第２のガス通過室を通過した測定ガスが供給される第２の試料セルと、第１の試料セル及び第２の試料セルを通過した赤外線が入射して前記被測定対象物質としての揮発性有機化合物の濃度を測定する干渉補償検出器と、を備えたものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したガス分析計において、
前記調湿体が、半透過水蒸気交換膜であることを特徴とする。

本発明によれば、参照ガス及び測定ガスが水分のみを授受しながら内部を通過する調湿器を設けたことにより、両ガスの水分濃度をほぼ等しくして検出器に導入することができ、水分濃度の相違に起因した測定誤差をなくして高精度に被測定対象物質の濃度を測定することができる。
また、参照ガス及び測定ガスのそれぞれに対して加湿手段や除湿手段を設置する必要がないため、構成が簡単で装置全体の大型化や高コスト化を招くおそれもない。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示すダブルビーム型ＮＤＩＲ方式ＶＯＣ計の概略的な構成図であり、図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付して詳述を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

図１において、被測定対象物質としてのＶＯＣを含む試料ガスが導入される配管９ａには、調湿器２０の第１のガス通過室２０Ａの一端が連結されており、このガス通過室２０Ａの他端から出た配管９ｂは、参照セルとしての第１の試料セル４Ａに連結されている。
第１の試料セル４Ａから出た配管９ｃは酸化炉７に連結され、この酸化炉７から出た配管９ｄは、前記調湿器２０の第２のガス通過室２０Ｂの一端に連結されている。そして、このガス通過室２０Ｂの他端から出た配管９ｅは測定セルとしての第２の試料セル４Ｂに連結され、この試料セル４Ｂから出た配管９ｆは測定ガスの出口に連結されている。
なお、図３と同様に、分配セル３から出射して両試料セル４Ａ，４Ｂを通過した赤外線は後段の干渉補償検出器５に入射している。

ここで、上記調湿器２０は、第１のガス通過室２０Ａと第２のガス通過室２０Ｂとを調湿体としての半透過水蒸気交換膜２０Ｃを介して隣設したものであり、二つのガス通過室２０Ａ，２０Ｂを通過するガスにそれぞれ含有された水分のみを交換膜２０Ｃを介して授受させることにより、両室２０Ａ，２０Ｂを通過するガスの水分濃度を等しくするように作用するものである。

本実施形態によれば、上記構成により、酸化炉７の出口側の配管９ｄを通過する高水分濃度の測定ガスが、配管９ｄを介して調湿器２０の第２のガス通過室２０Ｂに導入される（図１では、配管９ｄにおける水分濃度が高いガスをハッチングにて表している）。
一方、配管９ａを介して供給された水分濃度の低い試料ガス（参照ガス）が第１のガス通過室２０Ａに導入されているため、調湿器２０では、半透過水蒸気交換膜２０Ｃを介して両室２０Ａ，２０Ｂ間で水分が授受され、両室２０Ａ，２０Ｂ内のガスの水分濃度がほぼ等しくなる。なお、図１における両室２０Ａ，２０Ｂ内のグラデーション表示は、ガス通過室２０Ａでは出口（図の下端部）に向かうほど水分濃度が高くなり、ガス通過室２０Ｂでは出口（同）に向かうほど水分濃度が低くなることを示している。

従って、第１のガス通過室２０Ａの下流側の配管９ｂを介して第１の試料セル４Ａに導入されるガス（参照ガス）の水分濃度と、第２のガス通過室２０Ｂの下流側の配管９ｅを介して第２の試料セル４Ｂに導入されるガス（測定ガス）の水分濃度とは、ほぼ等しくなる。これにより、分配セル３からの赤外線は、水分濃度がほぼ等しい各試料セル４Ａ，４Ｂ内のガスを透過して干渉補償検出器５に入射するようになり、同一の水分濃度条件を有する参照ガスと測定ガスとを用いて、水分による干渉を受けずにＣＯ_２濃度、ひいてはＶＯＣ濃度を正確に測定することが可能になる。

上記のように本実施形態では、前述した特許文献１と異なり、両試料セル４Ａ，４Ｂに導入される参照ガスと測定ガスとの水分濃度をほぼ等しくすることができる。
また、特許文献２のごとく、参照ガス側と測定ガス側とに加湿手段及び除湿手段を個別に設けるといった構成を必要とせず、半透過水蒸気交換膜２０Ｃを介して二つのガス通過室２０Ａ，２０Ｂを隣設させた単一の調湿器２０を配管の途中に設けるだけで参照ガス及び測定ガスの水分濃度を等しくすることができるため、部品数の減少によるコストの低減や分析計全体の小型化が可能である。

次に、図２は本発明の第２実施形態を示すシングルビーム型ＮＤＩＲ方式ＶＯＣ分析計の概略的な構成図である。
この分析計は、第１のガス通過室２０Ａから三方弁１２ｂを介して供給される参照ガスと、第２のガス通過室２０Ｂから三方弁１２ａを介して供給される測定ガスとを、検出器５’へ交互に導入し、単一の赤外線ビームを参照ガス及び測定ガスに照射することにより、参照ガスを透過した基準側赤外線とガス中のＣＯ_２により特定スペクトルが吸収された測定側赤外線との強度差を検出器５’内のセンサにより流量差に変換して電気信号として取り出すことで、試料ガスに含まれるＶＯＣの濃度を測定するものである。

図２において、１１ａ〜１１ｉは配管、１２ａ，１２ｂは三方弁、１３ａ，１３ｂは流路抵抗、１４はポンプであり、ポンプ１４を運転しながら三方弁１２ａ，１２ｂを切り替えることにより、検出器５’に参照ガスと測定ガスとを交互に導入するように構成されている。なお、その他の構成要素について、図１と同一のものには同一の参照符号を付してある。

この実施形態では、ポンプ１４を運転することにより、始めのサイクルでは、参照ガスの流路（配管１１ｂ→第１のガス通過室２０Ａ→配管１１ｅ→三方弁１２ｂ→配管１１ｇ→検出器５’→流路抵抗１３ｂ→配管１１ｉ）と、測定ガスの流路（配管１１ａ→酸化炉７→配管１１ｃ→第２のガス通過室２０Ｂ→配管１１ｄ→三方弁１２ａ→配管１１ｆ→流路抵抗１３ａ→配管１１ｈ）とを同時に形成するように三方弁１２ａ，１２ｂを切り替え、これにより検出器５’に参照ガスを導入する。
また、次のサイクルでは、参照ガスの流路（配管１１ｂ→第１のガス通過室２０Ａ→配管１１ｅ→三方弁１２ｂ→配管１１ｋ→配管１１ｆ→流路抵抗１３ａ→配管１１ｈ）と、測定ガスの流路（配管１１ａ→酸化炉７→配管１１ｃ→第２のガス通過室２０Ｂ→配管１１ｄ→三方弁１２ａ→配管１１ｊ→検出器５’→流路抵抗１３ｂ→配管１１ｉ）とを同時に形成するように三方弁１２ａ，１２ｂを切り替え、これにより検出器５’に測定ガスを導入する。
そして、これらの各サイクルで検出器５’に導入した参照ガス、測定ガスを対象として赤外線の強度差を測定することにより、ＣＯ_２濃度を測定する。
なお、図２では便宜上、赤外線の光源や試料セル、検出器５’に接続されるアンプ等の図示を省略してある。

本実施形態においても、参照ガス及び測定ガスを、第１，第２のガス通過室２０Ａ，２０Ｂ及び半透過水蒸気交換膜２０Ｃを備えた調湿器２０に通過させることにより、両ガスの水分濃度をほぼ等しくして検出器５’に交互に供給することができる。
これにより、同一の水分濃度条件を有する参照ガスと測定ガスとを用いて、水分による干渉を受けずにＣＯ_２濃度、すなわち試料ガス中のＶＯＣ濃度を正確に測定することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係るダブルビーム型ＮＤＩＲ方式ＶＯＣ分析計の概略的な構成図である。本発明の第２実施形態に係るシングルビーム型ＮＤＩＲ方式ＶＯＣ分析計の概略的な構成図である。従来技術を示すダブルビーム型ＮＤＩＲ方式ＶＯＣ分析計の概略的な構成図である。

符号の説明

１：光源
２：チョッパ
３：分配セル
４Ａ：第１の試料セル
４Ｂ：第２の試料セル
５：干渉補償検出器
５’：検出器
６：アンプ
７：酸化炉
８ａ〜８ｄ，９ａ〜９ｆ，１１ａ〜１１ｊ：配管
１２ａ，１２ｂ：三方弁
１３ａ，１３ｂ：流路抵抗
１４：ポンプ
２０：調湿器
２０Ａ：第１のガス通過室
２０Ｂ：第２のガス通過室
２０Ｃ：半透過水蒸気交換膜

Claims

被測定対象物質を含む参照ガスを通過した赤外線と、前記参照ガスを酸化させてなる測定ガスを通過した赤外線とを検出器に入射させ、前記参照ガス及び測定ガスによる赤外線吸収量に基づいて前記被測定対象物質の濃度を測定するガス分析計において、
前記参照ガスが通過する第１のガス通過室と、前記測定ガスが通過する第２のガス通過室とを調湿体を介して隣設させた調湿器を設け、前記調湿体を介して第１及び第２のガス通過室の相互間で水分を授受させて前記参照ガス及び測定ガスの水分濃度をほぼ等しくすることを特徴とするガス分析計。
請求項１に記載したガス分析計において、
前記ガス分析計が非分散型赤外線吸収方式を利用した揮発性有機化合物分析計であり、
前記第１のガス通過室を通過した参照ガスが供給される第１の試料セルと、第１の試料セルを通過した参照ガスが供給される酸化炉と、この酸化炉により酸化されて前記第２のガス通過室を通過した測定ガスが供給される第２の試料セルと、第１の試料セル及び第２の試料セルを通過した赤外線が入射して前記被測定対象物質としての揮発性有機化合物の濃度を測定する干渉補償検出器と、を備えたことを特徴とするガス分析計。
請求項１または２に記載したガス分析計において、
前記調湿体が、半透過水蒸気交換膜であることを特徴とするガス分析計。