JP2010271048A

JP2010271048A - ガス分析計

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Publication number: JP2010271048A
Application number: JP2009120550A
Authority: JP
Inventors: Akira Shintaku; 晃新宅; Takuji Ikuta; 卓司生田; Kazuya Matsushita; 和也松下
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-19
Also published as: JP5306052B2

Abstract

【課題】リーク検出専用のガス検出器を不要とし、さらにリークを高精度に検出可能なガス分析計を提供する。
【解決手段】測定ガス供給ライン４によりケーシング２外から測定ガスが供給される測定ガス室Ｓ１と、雰囲気ガス供給ライン５によりケーシング２内の雰囲気ガスが供給される雰囲気ガス室Ｓ２と、測定ガス室Ｓ１又は雰囲気ガス室Ｓ２の少なくとも一方に光を照射する光源３１と、測定ガス室Ｓ１又は雰囲気ガス室Ｓ２の少なくとも一方を通過する光を検出する光検出部３３と、を備え、雰囲気ガス室Ｓ２内における光路長が、測定ガス室Ｓ１内における光路長よりも長いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス分析計に関し、特に測定ガスのリークを検出する機能を有するガス分析計に関するものである。

従来、紫外分光光度法を用いた連続ガス分析計として、測定ガスに含まれる硫化水素又はメルカプタン等の硫黄化合物の測定を行うものがある。このガス分析計は、特許文献１に示すように、測定ガスが供給される測定セルと、当該セルに紫外光を照射する紫外光源と、セルを透過した光を検出する光検出部と、を備えた分析部をケーシング内に配置して構成されている。

ここで、硫黄化合物は人体に極めて有害でありかつ悪臭成分であるため、装置は十分なリーク対策がなされているが、更なる安全対策としてリーク検出用のガス検出器が装着されることがある。

しかしながら、従来のガス検出器は簡易なものが使用されており、有寿命及び低濃度における検知が困難である。また、寿命及び測定精度等を向上させるためには、それ相応のガス検出器を用意する必要があるが、コスト高となり問題がある。

特開２００５−９８７６５号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、リーク検出専用のガス検出器を不要とし、さらにリークを高精度に検出可能なガス分析計を提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係るガス分析計は、ケーシング内に収容され、測定ガス供給ラインによりケーシング外から測定ガスが供給される測定ガス室と、前記ケーシング内に収容され、雰囲気ガス供給ラインによりケーシング内の雰囲気ガスが供給される雰囲気ガス室と、前記測定ガス室又は前記雰囲気ガス室の少なくとも一方に検出光を照射する光源と、前記測定ガス室又は雰囲気ガス室の少なくとも一方を通過する前記検出光を検出する光検出部と、を備え、前記雰囲気ガス室内における光路長が、前記測定ガス室内における光路長よりも長いことを特徴とする。

このようなものであれば、ケーシング内にリーク検出専用のガス検出器を設けることなく、測定ガスのリークを検出することができる。また、リーク検出を測定ガス検出用の検出光学系によって行うことにより、測定ガスのリークを高精度に検出することができる。さらに、測定ガスの測定対象成分の濃度に対して、リークガスを含み得る雰囲気ガスの測定対象成分の濃度は小さいところ、雰囲気ガス室内における検査光の光路長が、測定ガス室内における検査光の光路長よりも長くしているので、測定ガスの濃度測定と雰囲気ガスの濃度測定とを共に高精度に行うことができる。

また、測定ガスの測定対象成分の濃度に応じて測定ガス空間の光路長を最適化して高精度に測定対象成分の濃度を測定可能にするためには、複数のセルから形成される複数の測定ガス室を有し、当該複数の測定ガス室が導光部材によって直列に接続して構成されており、前記測定ガス供給ラインによって前記測定ガスが供給される測定ガス室数を変更可能に構成していることが望ましい。具体的な構成としては、測定ガス供給ラインを分岐させて２以上の測定ガス室に接続し、当該分岐ライン上に開閉弁を設けて前記測定ガスが供給される測定ガス室数を変更可能に構成していることが望ましい。これならば、ケーシングに設けられる測定ガス導入ポートを１つにすることができ構成を簡単化にすることができる。

上述したとおり、雰囲気ガス中の測定対象成分の濃度が小さいこと、及びその濃度に応じて高精度に測定するためには、複数のセルから形成される複数の雰囲気ガス室を有し、当該複数の雰囲気ガス室が導光部材によって直列に接続して構成されており、前記雰囲気ガス供給ラインによって前記雰囲気ガスが供給される雰囲気ガス室数を変更可能に構成していることが望ましい。

複数の測定ガス室又は雰囲気ガス室を導光部材を介して直列に接続していることから、測定ガス又は雰囲気ガスを供給しない室内にも光源からの光が通過することになる。このとき、測定ガス又は雰囲気ガスが供給されない室内を通過する光が吸収され測定誤差を生じる可能性がある。このような問題を好適に解決するためには、前記複数のセルから形成される複数の室にゼロガスを供給するゼロガス供給ラインをさらに備え、測定ガス測定又は雰囲気ガス測定において、前記測定ガス又は前記雰囲気ガスが供給されない前記測定ガス室又は前記雰囲気ガス室に前記ゼロガスを供給することが望ましい。

このように構成した本発明によれば、リーク検出専用のガス検出器を不要とし、さらにリークを高精度に検出可能なガス分析計を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るガス分析計の構成を示す図である。変形実施形態に係る測定ガス供給ライン等を示す模式図である。変形実施形態に係るガス分析計の構成を示す模式図である。変形実施形態に係るガス分析計の構成を示す模式図である。

以下に本発明に係るガス分析計の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るガス分析計１００は、ガス中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ_２）、Ｈ_２Ｓ（硫化水素）、二硫化炭素（ＣＳ_２）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）メチルメルカプタン（ＣＨ_３ＳＨ）又は硫化メチル（（ＣＨ_３）_２Ｓ）等の硫化化合物、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）等の測定対象成分を同時連続測定可能な紫外線分光分析計である。

具体的にこのものは、図１に示すように、ケーシング（収容架台）２内に収容された分析部３と、当該分析部３に測定ガスを供給する測定ガス供給ライン４と、ケーシング２内の雰囲気ガスを分析部３に供給する雰囲気ガス供給ライン５と、分析部３にゼロガスを供給するゼロガス供給ライン６と、を備えている。なお、ケーシング２は、分析部３を外部から遮蔽するものである。

以下、各部３〜６について説明する。
分析部３は、光源３１と、複数のセル３２１、３２２と、光検出部３３と、を備えている。そして、光源３１及び複数のセル３２１、３２２及び光検出部３３は、導光部材である光ファイバ３４により直列に接続されている。このような構成により、光源３１からの光は、光ファイバ３４により伝送されてセル３２１に導入される。また、複数のセル３２１、３２２同士は光ファイバ３４により接続されており、セル３２１を通過した光は光ファイバ３４により伝送されて、次のセル３２２に導入される。複数のセル３２１、３２２を通過した光は、光ファイバ３４により伝送されて光検出部３３により検出される。なお、光ファイバ３４は、例えばフレキシブルな石英ファイバを用いている。

光源３１は、紫外光源であり、例えばキセノン（波長範囲：２３０〜６００ｎｍ）又は重水素（波長範囲：２００〜６００ｎｍ）を用いたものである。

複数のセル３２１、３２２は、測定ガスが供給される測定ガス室Ｓ１を形成する第１セル３２１と、ケーシング２内部のガスである雰囲気ガスが供給される雰囲気ガス室Ｓ２を形成する第２セル３２２と、を備えている。いずれのセルもステンレス製であり、第２セル３２２のセル長は、第１セル３２１のセル長よりも大きく設定している。つまり、測定ガス室Ｓ１内における光路長よりも雰囲気ガス室Ｓ２内における光路長の方が長い。なお、第１セル３２１及び第２セル３２２の周囲には、セル温度変化により測定影響を防止するための温調ヒータ（不図示）が設けられている。

光検出部３３は、光ファイバ３４により伝送された透過光を分光する回折格子（グレーティング）３３１と、当該回折格子３３１により分光された光を波長毎に検出するリニアアレイセンサ等の光検出器３３２とを備えている。当該光検出器３３２からの光強度信号は、図示しない演算装置に出力されて、各成分毎の濃度が算出される。このように、光源３１、第１セル３２１及び光検出部３３により構成される測定系と、光源３１、第２セル３２２及び光検出部３３により構成される測定系とは感度が異なるように構成している。

測定ガス供給ライン４は、ケーシング２外に設けられた測定ガス発生源（例えば紙、パルプ製造装置）から第１セル３２１（測定ガス室Ｓ１）に測定ガスを供給するためのものである。この測定ガス供給ライン４は、ケーシング２に設けられた外部配管接続ポートＰ１と第１セル３２１とを接続する例えばステンレス製の配管からなり、吸引ポンプ４１と、流量制御機構４２とを備えている。流量制御機構４２は、ニードルバルブ４２１と、当該ニードルバルブ４２１の下流側に設けられた流量計４２２とを有し、第１セル３２１に供給する測定ガスの流量を調整するものである。なお、外部配管接続ポートＰ１には、測定ガス発生源に接続された外部配管が接続される。

雰囲気ガス供給ライン５は、ケーシング２内部の雰囲気ガスを第２セル３２２（雰囲気ガス室Ｓ２）に供給する例えばステンレス製の配管からなり、雰囲気ガス取り込み口に設けられたエアフィルタ５１と、当該エアフィルタ５１の下流側に設けられた吸引ポンプ５２、流量制御機構５３と、を備えている。流量制御機構５３は、ニードルバルブ５３１と、当該ニードルバルブ５３１の下流側に設けられた流量計５３２とを有し、第２セル３２１に供給する雰囲気ガスの流量を調整するものである。

ゼロガス供給ライン６は、ケーシング２外に設けられたゼロガス源から第１セル３２１又は第２セル３２２にゼロガスを供給するためのものである。このゼロガス供給ライン６は、ケーシング２に設けられた外部配管接続ポートＰ２と第１セル３２１及び第２セル３２２とを接続する例えばステンレス製の配管からなる。なお、外部配管接続ポートＰ２には、ゼロガス源に接続された外部配管が接続される。

また、ゼロガスとしては、光源３１からの光（紫外波長）を吸収しない例えばＮ_２ガス、又は測定対象成分を含まないガス（以下「計装エア」という。）を用いることができる。

本実施形態では配管の簡略化のため、ゼロガス供給ライン６は、途中で分岐して、当該分岐路が、測定ガス供給ライン４に第１の３方切替弁７１を介して接続されるとともに、他方の分岐路が、雰囲気ガス供給ライン５に第２の３方切替弁７２を介して接続されている。

第１の３方切替弁７１は、非通電時においては、測定ガス供給ライン４により第１セル３２１に測定ガスが供給され、通電時においては、ゼロガス供給ライン６により第１セル３２１にゼロガスが供給されるようにする３方電磁弁である。また、第２の３方切替弁７２は、非通電時においては、ゼロガス供給ライン６により第２セル３２２にゼロガスが供給され、通電時においては、雰囲気ガス共有ラインにより第２セル３２２に雰囲気ガスが供給されるようにする３方電磁弁である。なお、上述した第１の３方切替弁７１及び第２の３方切替弁７２が切替機構としての役割を果たす。

また、ゼロガス供給ライン６上には、第１セル３２１又は第２セル３２２に供給されるゼロガスの圧力を調整するために圧力調整弁６１が設けられている。また、各分岐路には、第１セル３２１又は第２セル３２２に供給されるゼロガスの流量を調整するためのニードルバルブ６２、６３が設けられている。これらのニードルバルブ６２、６３は、３方切替弁の下流側に設けられた流量計４２２、５３２とともにゼロガスの流量を調整する流量制御機構として機能する。

次に、本実施形態のガス分析計１００の動作について説明する。
測定ガス測定時においては、第１の３方切替弁７１をＯＦＦ（非通電）とし、第２の３方切替弁７２をＯＦＦ（非通電）として、第１セル３２１に測定ガスを供給し、第２セル３２２に計装エア又はＮ_２ガスを供給する。これによって、測定ガスの吸光度を測定して、測定ガス中に含まれる成分を分析することができる。このように、測定ガス測定において、測定ガスが供給されないセル（第２セル３２２）にゼロガスを供給するようにしている。これによって、測定ガス測定時において、第２セル３２２内で光が吸収される影響を可及的に低減することができ、測定ガスを高精度に分析することができる。

ブランク測定（ゼロ点調整）時においては、第１の３方切替弁７１をＯＮ（通電）とし、第２の３方切替弁７２をＯＦＦ（非通電）として、第１セル３２１及び第２セル３２２に計装エア又はＮ_２ガスを供給する。これによって、ガス分析計１００のゼロ点を調整することができる。

雰囲気ガス測定時においては、第１の３方切替弁７１をＯＮ（通電）とし、第２の３方切替弁７２をＯＮ（通電）として、第１セル３２１に計装エア又はＮ_２ガスを供給し、第２セル３２２に雰囲気ガスを供給する。これによって、雰囲気ガスの吸光度を測定して、雰囲気ガス中に含まれる測定対象成分を分析することができる。このように、雰囲気ガス測定において、雰囲気ガスが供給されないセル（第１セル３２１）にゼロガスを供給するようにしている。これによって、雰囲気ガス測定時において、第１セル３２１内で光が吸収される影響を可及的に低減することができ、雰囲気ガスを高精度に分析することができる。

また、第１の３方切替弁７１及び第２の３方切替弁７２を制御する制御部（不図示）によって、例えば「ブランク測定」→「測定ガス測定」→「雰囲気ガス測定」の順に測定する。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るガス分析計１００によれば、ケーシング２内にリーク検出専用のガス検出器を設けることなく、ケーシング２内での測定ガスのリークを検出することができる。また、リーク検出を測定ガス検出用の分析部３によって行うことにより、高精度にリーク検出することができる。さらに、測定ガスの測定対象成分の濃度に対して、リークガスを含み得る雰囲気ガスの測定対象成分の濃度は小さいところ、雰囲気ガス室Ｓ２内における光路長が、測定ガス室Ｓ１内における光路長よりも長くしているので、測定ガスの濃度測定と雰囲気ガスの濃度測定とを共に高精度に行うことができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、測定ガス測定又は雰囲気ガス測定において、複数セルを用いて濃度切り替えを行うようにしても良い。つまり、図２に示すように、分析部３を、光源３１、複数のセル３２及び光検出器３３を光ファイバ３４によって直列に接続して構成し、雰囲気ガス供給ライン５を分岐させて２以上のセルに接続し、当該分岐ライン上に開閉弁８１を設けて雰囲気ガスを供給するセル数を変更可能に構成するとともに、測定ガス供給ライン４を分岐させて２以上のセルに接続し、当該分岐ライン上に開閉弁８２を設けて測定ガスを供給するセル数を変更可能に構成することもできる。各分岐路に設けられた開閉弁８１、８２は、制御部によって制御される。図２においては、４つのセルを設け、各セルが、測定ガス又は雰囲気ガスのいずれかが供給される兼用のものにしているが、測定ガスのみが供給されるセルを設けても良いし、雰囲気ガスのみが供給されるセルを設けても良い。また、複数のセルのセル長は、同一に限られず、それぞれ異なるようにしても良い。さらに、図２においては、ゼロガス供給ラインは、図示していない。なお、雰囲気ガス供給ライン５を複数のセル３２毎に設けて、各雰囲気ガス供給ライン５から各セル３２に雰囲気ガスを供給するようにしても良い。

これならば、測定ガス中の測定対象成分の濃度に応じてセル長を調整することができるので、測定精度を向上させることができる。また、単位当たりのセル長を短くすることができるため、セルの加工を容易にすることができ、加工コストを削減することができる。さらに、セルの温調機構を簡単化することもできる。その上、セル設置スペースの設計自由度が高くなり、加えて光軸ずれも小さくすることができる。加えて、光ファイバ３４を用いて接続しているので、装置をコンパクトに設計することができる。

また、前記実施形態の導光部材は、光ファイバを用いているが、ミラーを用いて構成しても良い。一方、測定ガス室又は雰囲気ガス室を構成するセルの側壁同士を隣接させて、セルの側壁を導光部材として直列に接続しても良い。

さらに、前記実施形態の光源は、紫外光源を用いているが、その他の波長を発する光源であっても良く、例えば赤外光源であっても良い。その際、光学部材は赤外光を測定するための部品、材料に変更する必要がある。

その上、前記実施形態では、配管の簡単化のためにゼロガス供給ラインを測定ガス供給ライン又は雰囲気ガス供給ラインと３方切替弁を介して部分的に共通化しているが、それら供給ラインを独立して設けるようにしても良い。

加えて、前記実施形態では、分析部全体がケーシング内に収納されるものであったが、光源又は検出部をケーシング外に設けるようにしても良い。つまり、測定ガスのリーク発生箇所となり得る部分がケーシング内に収納されていれば良く、測定ガスが流通する流通路を形成する測定ガス供給ライン及びセルがケーシング内に収納されていれば良い。

さらに加えて、前記実施形態では、ケーシングに接続ポートを設け、この接続ポートに測定ガス供給ライン及びゼロガス供給ラインを接続するものであったが、接続ポートを設けずに、測定ガス供給ラインを測定ガス発生源に直接接続しても良いし、ゼロガス供給ラインをゼロガス源に直接接続しても良い。

また、図３に示すように、測定ガス室Ｓ１を形成するセル３２と雰囲気ガス室Ｓ２を構成するセル３２とのそれぞれに光源３１ａ、３１ｂを設け、それらセル３２を通過した光を光ファイバ３４を介して１つの光検出部３３により検出するようにして感度の異なる複数の測定系を構成しても良い。

さらに、図４に示すように、測定ガス室Ｓ１を形成するセル３２及び雰囲気ガス室Ｓ２を構成するセル３２に光を照射する光源を共通にし、例えばその光源から出る光を偏光部により異なる種類の光（ｓ偏光、ｐ偏光）に分離する等により光源からの光を異なるセル３２に導くようにして感度の異なる複数の測定系を構成しても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・ガス分析計
２・・・ケーシング
３・・・分析部
３１・・・光源
Ｓ１・・・測定ガス室
３２１・・・第１セル
Ｓ２・・・雰囲気ガス室
３２２・・・第２セル
３３・・・光検出部
３４・・・光ファイバ
４・・・測定ガス供給ライン
５・・・雰囲気ガス供給ライン
６・・・ゼロガス供給ライン
７１、７２・・・切り替え弁（切替機構）
８１、８２・・・開閉弁

Claims

ケーシング内に収容され、測定ガス供給ラインによりケーシング外から測定ガスが供給される測定ガス室と、
前記ケーシング内に収容され、雰囲気ガス供給ラインによりケーシング内の雰囲気ガスが供給される雰囲気ガス室と、
前記測定ガス室又は前記雰囲気ガス室の少なくとも一方に検出光を照射する光源と、
前記測定ガス室又は雰囲気ガス室の少なくとも一方を通過する前記検出光を検出する光検出部と、を備え、
前記雰囲気ガス室内における光路長が、前記測定ガス室内における光路長よりも長いことを特徴とするガス分析計。
複数のセルから形成される複数の測定ガス室を有し、当該複数の測定ガス室が導光部材によって直列に接続して構成されており、
前記測定ガス供給ラインによって前記測定ガスが供給される測定ガス室数を変更可能に構成している請求項１記載のガス分析計。
複数のセルから形成される複数の雰囲気ガス室を有し、当該複数の雰囲気ガス室が導光部材によって直列に接続して構成されており、
前記雰囲気ガス供給ラインによって前記雰囲気ガスが供給される雰囲気ガス室数を変更可能に構成している請求項１又は２記載のガス分析計。
前記複数のセルから形成される複数の室にゼロガスを供給するゼロガス供給ラインをさらに備え、
測定ガス測定又は雰囲気ガス測定において、前記測定ガス又は前記雰囲気ガスが供給されない前記測定ガス室又は前記雰囲気ガス室に前記ゼロガスを供給する請求項２又は３記載のガス分析計。