JP2010078359A

JP2010078359A - セルユニットおよびガス分析装置

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Publication number: JP2010078359A
Application number: JP2008244377A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yamakawa; 修一山川
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: JP5029553B2

Abstract

【課題】密閉構造を採用しつつ組み立て作業性を向上させることが可能なセルユニットおよびガス分析装置を提供する。
【解決手段】セル２９は、嵌合凸部５２と、試料ガスおよびオゾンが供給される反応槽５３と、反応槽５３での化学発光による光を透過する透過部材５４と、端面部５５と、を有する。また、セル２９は、嵌合凸部５２の周面に配設されたＯリング７１と、面５６に取り付けられたパッキン７３と、を有する。ホルダ３５は、ケース３６を介して光電子増倍管３０を備えている。また、ホルダ３５は、嵌合凹部６２と、嵌合凹部６２よりも小径に形成された開口部６４と、を有する。また、ホルダ３５は、開口部６４の外径よりも大径のＯリング７２を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば大気中に含まれる試料ガスを分析するのに用いられるセルユニットおよびガス分析装置に関するものである。

従来から、一酸化窒素とオゾンとの化学発光を光電子増倍管等の検出器で検出して窒素酸化物の濃度を測定する化学発光式窒素酸化物計が用いられている。この化学発光式窒素酸化物計は、試料入口からフィルタおよびドライヤ等を介して試料ガスを測定セルに導入するとともに、周辺空気を吸着筒やドライヤで精製した後オゾン発生器に導入して発生したオゾンを測定セルに導入し、測定セルにおいてオゾンを試料ガス中の一酸化窒素と反応させて化学発光した光を検出器で検出するものである。なお、二酸化窒素はオゾンと反応しないことから、試料ガス中の二酸化窒素をコンバータによって一酸化窒素に変換して測定セルに導入する。

このような化学発光式窒素酸化物計に関する技術については、従来から種々のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１は、新たな装置を付加することなく、かつ、窒素酸化物の測定運転中であってもコンバータの変換効率を測定することができる化学発光式窒素酸化物計におけるコンバータ変換効率の測定方法を開示している。より具体的には、二酸化窒素を一酸化窒素に変換するコンバータを経由する流路とコンバータを経由しない流路とを切り換えて試料ガスを測定セルに導入し、試料ガス中の一酸化窒素とオゾンとの反応で生じる化学発光により窒素酸化物濃度を測定する方法である。すなわち、コンバータ非経由流路からコンバータ経由流路へ試料ガスの導入を切替えた直後に発生するピーク状検出信号のピーク値と、ピーク経過後の平常状態の検出信号の平常値とを基礎として演算してコンバータ変換効率を測定する方法である。

特開平７−１０３９００号公報

ここで、分析装置の内部には、所定の温度でコントロールしている温度管理部分が設けられている場合がある。このような温度管理部分が複数あり、かつ、互いに異なる温度となるように管理されている場合には、装置内部に結露が発生し易い。このような結露を防ぐためには、例えば、温度管理部分が密閉構造となるようにして空気の流れを遮断することが考えられ、従来から種々の密閉構造についての提案がなされている。しかしながら、それら従来の密閉構造を採用すると組み立て作業に手間がかかることから、作業性を向上させることが困難であった。

本発明は、密閉構造を採用しつつ組み立て作業性を向上させることが可能なセルユニットおよびガス分析装置を提供することを目的とする。

本発明が適用されるセルユニットは、試料ガスを分析するガス分析装置に用いられるセルユニットであって、試料ガスをオゾンと反応させて化学発光させる反応槽と当該反応槽で生じる光を透過する透過部とを有するセルと、前記セルの前記透過部を透過した光が通過する開口部と当該開口部を通過した光の強度を測定する測定部とを有し、当該セルと嵌合して当該セルが装着されるホルダと、前記セルと前記ホルダの嵌合する部分同士の間をシールする第１のシール部と、前記ホルダの前記開口部と前記セルの前記透過部との間に位置し、当該開口部および当該透過部に接することによりシールする第２のシール部と、を含み、前記セルまたは前記ホルダは、当該セルを当該ホルダに装着する際に当該セルと当該ホルダと前記第１のシール部とにより画定される空間の空気を外部に逃がすための逃げ穴を有することを特徴とするものである。

ここで、前記ホルダの外面と当該外面に向かい合う前記セルの面との間に位置し、前記第２のシール部が当該ホルダの前記開口部および当該セルの前記透過部に接するときに当該外面および当該面と接する第３のシール部をさらに含むことを特徴とすることができる。また、前記ホルダは前記逃げ穴を有し、前記逃げ穴は、前記ホルダの外面の、前記第３のシール部と接する領域内に位置することを特徴とすることができる。また、前記逃げ穴は、前記第２のシール部の近傍まで延びていることを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用されるガス分析装置は、試料ガスを分析するガス分析装置であって、試料ガスをオゾンと反応させて化学発光させる反応槽と当該反応槽での反応により生じた光の強度を測定する測定部とを有するセルユニットと、前記セルユニットに試料ガスを供給する試料ガス供給手段と、前記セルユニットにオゾンを供給するオゾン供給手段と、前記セルユニットの前記反応槽内のガスを排出する排出手段と、前記セルユニットの前記反応槽を第１の温度に維持するように制御し、当該セルユニットの前記測定部を当該第１の温度とは異なる第２の温度に維持するように制御する制御手段と、前記セルユニットの前記測定部の測定結果に基づいて演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果を外部に出力する出力手段と、を含み、前記セルユニットは、前記反応槽と当該反応槽で生じる光を透過する透過部とを有するセルと、前記セルの前記透過部を透過した光が通過する開口部と当該開口部を通過した光の強度を測定する前記測定部とを有し、当該セルと嵌合して当該セルが装着されるホルダと、前記セルと前記ホルダの嵌合する部分同士の間をシールする第１のシール部と、前記ホルダの前記開口部と前記セルの前記透過部との間に位置し、当該開口部および当該透過部に接することによりシールする第２のシール部と、を含み、前記セルまたは前記ホルダは、当該セルを当該ホルダに装着する際に当該セルと当該ホルダと前記第１のシール部とにより画定される空間の空気を外部に逃がすための逃げ穴を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、密閉構造を採用しつつ組み立て作業性を向上させることが可能になる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る窒素酸化物分析装置１の主要な構成を説明するブロック図である。
同図に示す窒素酸化物分析装置１は、ガス分析装置の一例であり、化学発光方式（ケミルミネッセンス法）を採用した大気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）を連続的に測定するものである。
なお、ここにいう化学発光方式とは、一酸化窒素（ＮＯ）がオゾン（Ｏ₃）と反応して二酸化窒素（ＮＯ₂）を生成する過程で生じる化学発光に基づいて窒素酸化物の測定を行う方式をいい、その発光強度がＮＯ濃度と比例関係にあることを利用したものである。化学発光方式を採用する分析装置は、窒素酸化物（ＮＯ_x）の広い濃度範囲にわたって直線性を示すものである。

同図に示すように、窒素酸化物分析装置１は、試料ガスについての分析を行う分析部１１と、各部の制御を行う制御部１２と、分析部１１の分析結果に基づいて所定の演算を行う演算部１３と、を備えている。また、窒素酸化物分析装置１は、演算部１３の演算結果として例えば一酸化窒素の濃度を表示する表示部１４と、ユーザが指示操作する操作部１５と、各部に電源を供給する電源部１６と、を備えている。

図２は、分析部１１の構成を説明する概略構成図である。
分析部１１は、同図に示すように、試料ガスを導入する試料入口２１ａと、試料入口２１ａから導入された試料ガスからダストを除去するためのフィルタ２２と、フィルタ２２を通った試料ガスと校正ガス導入口２１ｂから導入された校正ガスとを切り替えるバルブ２３と、を備えている。また、分析部１１は、バルブ２３の下流側に位置し、試料ガスおよび校正ガスの流量を検出する流量センサ２４と、流量センサ２４の下流側に位置し、試料ガスおよび校正ガスを除湿するドライヤ２５と、を備えている。

また、分析部１１は、ドライヤ２５の下流側に位置し、一酸化窒素（ＮＯ）がオゾン（Ｏ₃）と反応する反応槽５３（図４参照）を有するセル２９を備えている。さらに説明すると、ドライヤ２５とセル２９との間には、２つの配管系が配設されている。すなわち、２つの配管系のうち一方はＮＯ側（コンバータ非経由流路）であり、他方は、二酸化窒素（ＮＯ₂）を一酸化窒素（ＮＯ）に還元するコンバータ２６を経由するＮＯ_x側（コンバータ経由流路）である。
そして、分析部１１は、このような２つの配管系を選択的に切り替えるためのバルブ２７と、バルブ２７とセル２９との間に位置して流量を調整するためのキャピラリ２８と、を備えている。このバルブ２７は、図示しない制御部により作動が制御される。なお、制御部は、例えば１０秒間に１回の割合でバルブ２７を交互に切り替える制御例が考えられる。そのような制御例を行うことにより、ＮＯ、ＮＯ₂、ＮＯ_xを交互に測定することが可能である。

また、分析部１１は、セル２９での化学発光の強度（発光強度）を測定するための測定部の一例としての光電子増倍管（フォトマル。Photomultiplier）３０を備えている。この光電子増倍管３０は、セル２９に隣接して配設されている。付言すると、セル２９、光電子増倍管３０および後述するホルダ３５によりセルユニット４が構成される。
この光電子増倍管３０の検出結果は、演算部１３（図１参照）に出力される。なお、演算部１３では、発光強度を用いて予め定められた演算を行うことで、例えばＮＯ濃度を求める。

また、分析部１１は、ドライヤ２５から分岐した流路の空気を導入してオゾン（Ｏ₃）を発生させるオゾン発生器３１を備えている。オゾン発生器３１はセル２９に接続されている。オゾン発生器３１で発生したオゾン（Ｏ₃）は、セル２９に供給される。なお、オゾン発生器３１を時々オフにすることで、セル２９での化学発光を検出する検出器のドリフトを補正し、安定化を図ることが可能になる。
なお、セル２９からのガスは、オゾン分解器（触媒タンク）３２を通って精製処理された後に、ポンプ３３によってガス排出口３４から排出される。

このように、分析部１１は、セル２９に試料ガスを供給する供給路Ｒ１と、セル２９にオゾンを供給する供給路Ｒ２と、セル２９から試料ガスおよびオゾンを排出する排出路Ｒ３と、を備えている。

ここで、窒素酸化物分析装置１は、安定した測定を確保するために、セル２９の反応槽や光電子増倍管３０を精密に温度管理する構成を採用している。
さらに説明すると、分析部１１のセル２９と光電子増倍管３０の各々は、温度調整機能を有し、安定した分析を確保するために、所定の温度に維持されるように制御部１２（図１参照）により制御される。具体例で説明すると、セル２９は、第１の温度の一例としての摂氏５０度に維持されるように制御され、また、光電子増倍管３０は、第２の温度の一例としての摂氏５度に維持されるように制御される。

互いに隣接するセル２９と光電子増倍管３０がこのような温度差に維持されることから、周囲に空気の流れがあると結露が発生しやすくなる。そして、結露が発生すると、フォトマルケース内の光電子増倍管３０が水浸しになる可能性があり、そのままの状態で放置されると、光電子増倍管３０の感度が低下し、壊れてしまうおそれがある。本実施の形態では、後述するように、このような結露を防止する構造を採用している。この構造を採用しても、組立作業性を低下させるものではなく、従来の場合よりも組み立て作業性を向上させることが可能である。

図３は、セルユニット４を説明する斜視図である。
同図に示すように、セルユニット４は、セル２９と、光電子増倍管３０を備えているホルダ３５と、を含んで構成されている。セル２９は、セル本体５１と、セル本体５１と一体に形成された凸形状の嵌合凸部５２と、を有する。また、ホルダ３５は、ホルダ本体６１と、ホルダ本体６１に形成され、嵌合凸部５２と嵌合可能に構成された穴形状の嵌合凹部６２と、ホルダ本体６１に形成された逃げ穴の一例としての空気抜き穴６３を有する。なお、セル２９およびホルダ３５の各々には、セル２９をホルダ３５に装着するための４つの取り付け穴が形成されている。

図４は、セルユニット４を構成するセル２９およびホルダ３５の構成を説明する縦断面図である。
同図に示すように、セルユニット４の一部を構成するセル２９には、供給路Ｒ１による試料ガスおよび供給路Ｒ２によるオゾンが供給される反応槽５３が形成されている。すなわち、セル２９の嵌合凸部５２側に比較的大きな窪み形状部を形成し、光を透過する透過部材５４を用いてその窪み形状部を密閉することにより、反応槽５３を形成している。したがって、反応槽５３での化学発光による光は、透過部材５４を透過する。
セル２９は、セル本体５１とは反対側の嵌合凸部５２の端部に、端面部５５を有する。また、セル２９は、セル２９がホルダ３５に装着されるとホルダ３５の端面部６５に向かい合う面５６を有する。
さらに説明すると、セル２９は、嵌合凸部５２の周面に配設されたＯリング７１を有し、これが第１のシール部となる。また、セル２９は、セル本体５１の面５６に取り付けられたパッキン７３を有し、これが第３のシール部となる。

セルユニット４の一部を構成するホルダ３５には、光電子増倍管３０がケース（フォトマルケース）３６を介して取り付けられている。この光電子増倍管３０は、図示しないペルチェ素子により冷却される。
ホルダ３５は、嵌合凹部６２の奥側に、嵌合凹部６２よりも小径に形成された開口部６４を有する。そして、開口部６４にケース３６が隣接するように配置されている。すなわち、嵌合凹部６２は、開口部６４を介してケース３６内の光電子増倍管３０に近接している。
ホルダ３５は、開口部６４の周縁に配設され、開口部６４の外径よりも大径のＯリング７２を有し、これが第２のシール部となる。また、ホルダ３５の空気抜き穴６３は、奥側の端部６３ａが開口部６４ないしＯリング７２の近傍に位置するように形成されている。
ホルダ３５は、セル２９に対向するように形成されている端面部（ホルダの外面）６５を有する。この端面部６５は、セル２９のパッキン７３の大きさに対応している。さらに説明すると、パッキン７３の大きさに対応する端面部６５の領域６６（図３の一点鎖線で示す領域）内に、空気抜き穴６３が配置されている。

次に、セル２９をホルダ３５に装着する場合の組み立て作業について説明する。
セル２９の嵌合凸部５２を端面部５５側からホルダ３５の嵌合凹部６２に挿入していくと、嵌合凸部５２と嵌合凹部６２との間に位置するＯリング７１により、嵌合凹部６２の空気は、嵌合凸部５２と嵌合凹部６２との間の空間からホルダ３５の外部に逃げることができない。しかしながら、嵌合凹部６２の空気は、ホルダ３５の空気抜き穴６３を通じてホルダ３５の外部に逃げることができる。このため、セル２９をホルダ３５に挿入する作業を円滑に行うことができる。

そして、セル２９をホルダ３５に挿入し終わると、セル２９の端面部５５がホルダ３５のＯリング７２に接触するとともに、セル２９のパッキン７３がホルダ３５の端面部６５に接触する。

ここで、空気抜き穴６３の端部６３ａが開口部６４ないしＯリング７２の近傍に位置するので、セル２９の端面部５５がホルダ３５のＯリング７２に接触するまでも、嵌合凹部６２内の空気が空気抜き穴６３から排出される。
また、セル２９のパッキン７３がホルダ３５の端面部６５の領域６６（図３参照）に接触すると、パッキン７３が空気抜き穴６３を覆う。そのため、空気抜き穴６３を覆う作業を別に行う必要がなくなり、作業性が向上する。

セル２９をホルダ３５に挿入し終えた後にはねじ締めすることで、セル２９がホルダ３５に固定される。なお、ねじ締めする際には、セル２９の嵌合凸部５２がさらにホルダ３５の嵌合凹部６２内を進むことになり、その際には、ホルダ３５のＯリング７２およびセル２９のパッキン７３は変形して対応する。

次に、本実施の形態に係るセルユニット４を用いて行った評価試験の結果について説明する。セル部に冷却ファンを取り付けて高温高湿器に入れた後に、高温高湿器を４５℃８５％ＲＨに設定し連続測定を行った。測定時間は２４時間連続を２回、および、１週間連続を１回である。連続測定終了後に、ケース３６の内部および透過部材５４の周辺の状況（水滴の有無）の確認を行った。
１回目は、測定時間が２４時間であり、ケース３６の内部および透過部材５４の周辺のいずれにも水滴がなかった。また、２回目は、測定時間が２４時間であり、この場合も同様に、いずれも水滴がなかった。また、３回目は、測定時間が１週間であり、この場合も同様に、いずれも水滴がなかった。
このような評価試験の結果により考察すると、１週間での連続試験にもケース３６の内部および透過部材５４の周辺に水滴が付着することがなかったため、本実施の形態に係るセルユニット４の構造を採用すれば、水滴の問題はないと考えられる。また、温度特性においても、試験終了時にケース３６内の温度は５．４℃であり、冷却効率について従来のものよりも向上していることが確認された。

本実施の形態に係る窒素酸化物分析装置の主要な構成を説明するブロック図である。分析部の構成を説明する概略構成図である。セルユニットを説明する斜視図である。セルユニットを構成するセルおよびホルダの構成を説明する縦断面図である。

符号の説明

１…窒素酸化物分析装置、１１…分析部、１２…制御部、１３…演算部、１４…表示部、１５…操作部、２９…セル、３０…光電子増倍管、３５…ホルダ、４…セルユニット、５２…嵌合凸部、５３…反応槽、５４…透過部材、５５…端面部、５６…面、６２…嵌合凹部、６３…空気抜き穴、６３ａ…端部、６４…開口部、６５…端面部、６６…領域、７１…Ｏリング、７２…Ｏリング、７３…パッキン

Claims

試料ガスを分析するガス分析装置に用いられるセルユニットであって、
試料ガスをオゾンと反応させて化学発光させる反応槽と当該反応槽で生じる光を透過する透過部とを有するセルと、
前記セルの前記透過部を透過した光が通過する開口部と当該開口部を通過した光の強度を測定する測定部とを有し、当該セルと嵌合して当該セルが装着されるホルダと、
前記セルと前記ホルダの嵌合する部分同士の間をシールする第１のシール部と、
前記ホルダの前記開口部と前記セルの前記透過部との間に位置し、当該開口部および当該透過部に接することによりシールする第２のシール部と、
を含み、
前記セルまたは前記ホルダは、当該セルを当該ホルダに装着する際に当該セルと当該ホルダと前記第１のシール部とにより画定される空間の空気を外部に逃がすための逃げ穴を有することを特徴とするセルユニット。
前記ホルダの外面と当該外面に向かい合う前記セルの面との間に位置し、前記第２のシール部が当該ホルダの前記開口部および当該セルの前記透過部に接するときに当該外面および当該面と接する第３のシール部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセルユニット。
前記ホルダは前記逃げ穴を有し、
前記逃げ穴は、前記ホルダの外面の、前記第３のシール部と接する領域内に位置することを特徴とする請求項２に記載のセルユニット。
前記逃げ穴は、前記第２のシール部の近傍まで延びていることを特徴とする請求項２または３に記載のセルユニット。
試料ガスを分析するガス分析装置であって、
試料ガスをオゾンと反応させて化学発光させる反応槽と当該反応槽での反応により生じた光の強度を測定する測定部とを有するセルユニットと、
前記セルユニットに試料ガスを供給する試料ガス供給手段と、
前記セルユニットにオゾンを供給するオゾン供給手段と、
前記セルユニットの前記反応槽内のガスを排出する排出手段と、
前記セルユニットの前記反応槽を第１の温度に維持するように制御し、当該セルユニットの前記測定部を当該第１の温度とは異なる第２の温度に維持するように制御する制御手段と、
前記セルユニットの前記測定部の測定結果に基づいて演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果を外部に出力する出力手段と、
を含み、
前記セルユニットは、
前記反応槽と当該反応槽で生じる光を透過する透過部とを有するセルと、
前記セルの前記透過部を透過した光が通過する開口部と当該開口部を通過した光の強度を測定する前記測定部とを有し、当該セルと嵌合して当該セルが装着されるホルダと、
前記セルと前記ホルダの嵌合する部分同士の間をシールする第１のシール部と、
前記ホルダの前記開口部と前記セルの前記透過部との間に位置し、当該開口部および当該透過部に接することによりシールする第２のシール部と、
を含み、
前記セルまたは前記ホルダは、当該セルを当該ホルダに装着する際に当該セルと当該ホルダと前記第１のシール部とにより画定される空間の空気を外部に逃がすための逃げ穴を有することを特徴とするガス分析装置。