JP2021156813A - ガス検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で、第１ガスの濃度を検出することができるガス検出装置を提供すること。【解決手段】ガス検出装置１は、赤外線ＩＦを照射する光源２と、赤外線ＩＦの光路ＬＰ上に配置され、赤外線ＩＦが通過するとともに、第１波長帯の赤外線ＩＦを吸収する第１ガスＧＳ１を含むサンプルガスＧＳ０が通過する第１チャンバ５と、光路ＬＰ上に配置され、赤外線ＩＦが通過するとともに、第１波長帯と一部重なる第２波長帯の赤外線ＩＦを吸収する第２ガスＧＳ２が充填された第２チャンバ７と、第１チャンバ５および第２チャンバ７を順に通過した赤外線ＩＦを受光し、その受光量を検出する受光量検出部９と、第２チャンバ７内の圧力を検出する圧力検出部１０と、受光量に基づいて、サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度を演算する演算部とを備え、演算部は、圧力に基づいて、第１ガスＧＳ１の濃度を補正する。【選択図】図１
Description
本発明は、ガス検出装置に関する。
煙道ガス中の二酸化硫黄や窒素酸化物等の濃度を測定する非分散型赤外線吸収方式（ＮＤＩＲ）のガス分析計が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のガス分析計は、赤外線を照射する光源と、赤外線が交互に入射する試料セルおよび補償セルと、赤外線強度を検出する検出器と、対象ガス成分（例えば二酸化硫黄）の濃度を検出する指示計とを備える。
補償セルには、赤外線を吸収しない窒素ガスが封入されており、ここを透過する赤外線は、強度が減衰しない。一方、試料セルには、対象ガス成分を含む測定ガスが通過可能となっており、ここを透過する赤外線は、対象ガス成分によって一部が吸収されることにより、強度が減衰する。このように試料セルおよび補償セルにそれぞれ独立してガスが導入させることができる構造を、以下「２系統構造」と言う。また、補償セルは、連続測定の安定性を増す（例えば、ドリフトや周囲温度変化影響を低減する）ために設けられている。
また、特許文献１に記載のガス分析計は、２つチャンバを有する干渉セルを備える。特許文献１に記載のガス分析計では、干渉セルの２つチャンバの間に差圧センサを設けることができる。
また、特許文献１に記載のガス分析計は、２つチャンバを有する干渉セルを備える。特許文献１に記載のガス分析計では、干渉セルの２つチャンバの間に差圧センサを設けることができる。
例えば、赤外線を吸収する波長帯が一部重なり合う二酸化硫黄とメタンとを含むガスを測定ガスとする場合、干渉セルにメタンを封入して、特許文献１に記載のガス分析計を用いることが考えられるが、二酸化硫黄の濃度を正確に検出するのが困難となる場合がある。
本発明の目的は、簡単な構成で、第１ガスの濃度を検出することができるガス検出装置を提供することにある。
本発明の態様は、赤外線を照射する光源と、前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第１波長帯の赤外線を吸収する第１ガスを含むサンプルガスが通過する第１チャンバと、前記光路上の前記第１チャンバよりも下流側に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第１波長帯と一部重なる第２波長帯の赤外線を吸収する第２ガスが充填された第２チャンバと、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、前記第２チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第１ガスの濃度を演算する演算部とを備え、前記演算部は、前記圧力に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正するガス検出装置に関する。
本発明によれば、サンプルガス中の第２ガスの濃度の大小に関わらず、当該サンプルガス中の第１ガスの濃度を正確に検出することができる。また、ガス検出装置は、前述したような２系統構造になってはおらず、簡単な構成の装置となっている。
以下、本発明のガス検出装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、本発明のガス検出装置の第１実施形態について説明する。なお、以下では、説明の都合上、図１中（図６についても同様）では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定し、ＸＹ平面が水平面と平行となり、Ｚ軸方向が鉛直方向と平行となっている。また、図１中（図６についても同様）の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」と言うことがある。また、図３、図４に示す検量線は、いずれも、模式図である。
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、本発明のガス検出装置の第１実施形態について説明する。なお、以下では、説明の都合上、図１中（図６についても同様）では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定し、ＸＹ平面が水平面と平行となり、Ｚ軸方向が鉛直方向と平行となっている。また、図１中（図６についても同様）の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」と言うことがある。また、図３、図４に示す検量線は、いずれも、模式図である。
図１に示すガス検出装置１は、「ＪＩＳ Ｋ０１５１：１９８３」規定の赤外線ガス分析計であり、非分散赤外線吸収法（ＮＤＩＲ）を用いて、サンプルガスＧＳ０中に含まれる特定のガスである第１ガスＧＳ１の濃度を測定することができる。
煙道ガスには、例えば、硫黄酸化物等の二酸化硫黄（ＳＯ２）や、その他、窒素酸化物（ＮＯＸ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の様々なガス成分が含まれている。本実施形態では、煙道ガスをサンプルガスＧＳ０とし、二酸化硫黄ガスを第１ガスＧＳ１とする。従って、本実施形態では、ガス検出装置１は、二酸化硫黄濃度測定装置として使用される。また、煙道ガスには、メタンガスも含まれている場合があり、このメタンガスを第２ガスＧＳ２とする。
煙道ガスには、例えば、硫黄酸化物等の二酸化硫黄（ＳＯ２）や、その他、窒素酸化物（ＮＯＸ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の様々なガス成分が含まれている。本実施形態では、煙道ガスをサンプルガスＧＳ０とし、二酸化硫黄ガスを第１ガスＧＳ１とする。従って、本実施形態では、ガス検出装置１は、二酸化硫黄濃度測定装置として使用される。また、煙道ガスには、メタンガスも含まれている場合があり、このメタンガスを第２ガスＧＳ２とする。
図１に示すように、ガス検出装置１は、光源２と、セクタ３と、回転駆動部４と、第１チャンバ５と、第１ガス供給部６と、第２チャンバ７と、第２ガス供給部８と、受光量検出部９と、圧力検出部１０と、操作部１１と、表示部１２と、制御部１３とを備える。
光源２は、赤外線ＩＦをＸ軸方向正側に向かって照射することができる。光源２としては、特に限定されず、例えば、ニクロム線を有し、ニクロム線を通電状態とすることにより、赤外線を照射可能な構成となっている。
光源２は、赤外線ＩＦをＸ軸方向正側に向かって照射することができる。光源２としては、特に限定されず、例えば、ニクロム線を有し、ニクロム線を通電状態とすることにより、赤外線を照射可能な構成となっている。
光源２のＸ軸方向正側には、セクタ３が配置されている。セクタ３は、Ｘ軸方向正側への赤外線ＩＦの照射（投光）と照射停止（遮光）とを切り換える切換部である。セクタ３は、円板状をなす部材で構成され、その中心から偏心した位置にスリット３１を有する。スリット３１は、セクタ３を厚さ方向（Ｘ軸方向）に貫通して形成されている。
また、セクタ３には、回転駆動部４が接続されている。回転駆動部４は、例えば、モータを有する。そして、このモータが作動することにより、セクタ３をその中心軸回りに回転させることができる。これにより、スリット３１が光源２に臨んだ、すなわち、対向した状態では、赤外線ＩＦがスリット３１を通過して、Ｘ軸方向正側への赤外線ＩＦの照射が行われる。また、セクタ３が回転して、スリット３１が光源２からズレた、すなわち、退避した状態では、赤外線ＩＦが遮断されて、Ｘ軸方向正側への赤外線ＩＦの照射が停止する。
セクタ３のＸ軸方向正側には、第１チャンバ５が配置されている。第１チャンバ５は、チャンバ本体５１と、供給ポート５２と、排出ポート５３とを有する。
チャンバ本体５１は、光源２から照射された赤外線ＩＦのＸ軸方向に沿った光路ＬＰ上に配置されている。チャンバ本体５１は、例えば、中空の直方体で構成され、その内部空間（空間５１２）を介して互いに対向するＸ軸方向正側の壁部と、負側の壁部とに赤外線ＩＦが透過する窓部５１１を有する。これにより、赤外線ＩＦは、チャンバ本体５１を、Ｘ軸方向負側の窓部５１１、空間５１２、Ｘ軸方向正側の窓部５１１の順に通過する（透過する）ことができる。なお、窓部５１１は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等で構成されるのが好ましい。
チャンバ本体５１は、光源２から照射された赤外線ＩＦのＸ軸方向に沿った光路ＬＰ上に配置されている。チャンバ本体５１は、例えば、中空の直方体で構成され、その内部空間（空間５１２）を介して互いに対向するＸ軸方向正側の壁部と、負側の壁部とに赤外線ＩＦが透過する窓部５１１を有する。これにより、赤外線ＩＦは、チャンバ本体５１を、Ｘ軸方向負側の窓部５１１、空間５１２、Ｘ軸方向正側の窓部５１１の順に通過する（透過する）ことができる。なお、窓部５１１は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等で構成されるのが好ましい。
チャンバ本体５１のＸ軸方向正側には、管状をなす供給ポート５２が突出形成されている。供給ポート５２は、空間５１２に連通している。そして、第１ガス供給部６からのサンプルガスＧＳ０を、供給ポート５２を介して、チャンバ本体５１に供給することができる。
チャンバ本体５１のＸ軸方向負側には、管状をなす排出ポート５３が突出形成されている。排出ポート５３は、空間５１２に連通している。チャンバ本体５１内のサンプルガスＧＳ０は、排出ポート５３を介して、排出される。これにより、サンプルガスＧＳ０は、チャンバ本体５１を、供給ポート５２から排出ポート５３に向かって、すなわち、Ｘ軸方向に沿って通過することができる。
チャンバ本体５１のＸ軸方向負側には、管状をなす排出ポート５３が突出形成されている。排出ポート５３は、空間５１２に連通している。チャンバ本体５１内のサンプルガスＧＳ０は、排出ポート５３を介して、排出される。これにより、サンプルガスＧＳ０は、チャンバ本体５１を、供給ポート５２から排出ポート５３に向かって、すなわち、Ｘ軸方向に沿って通過することができる。
第１ガス供給部６は、供給源６１と、連結菅６２と、切換弁６３とを有する。
供給源６１は、例えば、サンプルガスＧＳ０が充填されたタンクを有する。
連結菅６２は、供給源６１と第１チャンバ５の供給ポート５２とを連結する。これにより、供給源６１と第１チャンバ５とが連通する。
供給源６１は、例えば、サンプルガスＧＳ０が充填されたタンクを有する。
連結菅６２は、供給源６１と第１チャンバ５の供給ポート５２とを連結する。これにより、供給源６１と第１チャンバ５とが連通する。
連結菅６２の途中には、切換弁６３が設けられている。切換弁６３は、連結菅６２を開閉する。そして、開状態では、供給源６１内のサンプルガスＧＳ０を第１チャンバ５に供給することができる。閉状態では、第１チャンバ５へのサンプルガスＧＳ０の供給を停止することができる。なお、切換弁６３は、省略されていてもよい。
第１チャンバ５のＸ軸方向正側には、第２チャンバ７が配置されている。第２チャンバ７の構成については、後述する。
第２チャンバ７のＸ軸方向正側には、受光量検出部９が配置されている。受光量検出部９は、例えば、光導電素子を有する。光導電素子は、第１チャンバ５のチャンバ本体５１と、第２チャンバ７のチャンバ本体７１とを順に通過した赤外線ＩＦを受光することができる。そして、光導電素子では、光導電効果を利用して、赤外線ＩＦの受光量が検出される。また、この赤外線ＩＦの受光量は、制御部１３の記憶部１３２に記憶される。なお、赤外線ＩＦは、非分散なので、受光検出部９は、対象ガス成分（第１成分）の赤外線吸収波長だけに感応する。
図１に示すように、ガス検出装置１では、受光量検出部９と、制御部１３と、操作部１１と、表示部１２とがユニット化されており、制御ユニット１４を構成している。
図２に示すように、制御部１３は、光源２、回転駆動部４、第１ガス供給部６、第２ガス供給部８、受光量検出部９、圧力検出部１０、操作部１１および表示部１２と電気的に接続されており、各部の作動を制御することができる。制御部１３は、ＣＰＵ１３１と、記憶部１３２とを有する。ＣＰＵ１３１は、例えば、記憶部１３２に予め記憶されている制御プログラムを実行することができる。また、ＣＰＵ１３１は、受光量検出部９で検出された赤外線ＩＦの受光量に基づいて、サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度を演算する演算部１３３としての機能も有する。記憶部１３２は、例えば、制御プログラムや、後述する検量線ＣＣ１（図３参照）、検量線ＣＣ２（図４参照）等の各種情報を記憶することができる。
図２に示すように、制御部１３は、光源２、回転駆動部４、第１ガス供給部６、第２ガス供給部８、受光量検出部９、圧力検出部１０、操作部１１および表示部１２と電気的に接続されており、各部の作動を制御することができる。制御部１３は、ＣＰＵ１３１と、記憶部１３２とを有する。ＣＰＵ１３１は、例えば、記憶部１３２に予め記憶されている制御プログラムを実行することができる。また、ＣＰＵ１３１は、受光量検出部９で検出された赤外線ＩＦの受光量に基づいて、サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度を演算する演算部１３３としての機能も有する。記憶部１３２は、例えば、制御プログラムや、後述する検量線ＣＣ１（図３参照）、検量線ＣＣ２（図４参照）等の各種情報を記憶することができる。
操作部１１は、ガス検出装置１を操作して使用するユーザからの入力を受け付ける部分である。操作部１１としては、特に限定されず、例えば、キーボードやマウス等が挙げられる。
表示部１２は、例えば、第１ガスＧＳ１の濃度を測定する際の測定条件や、その他、第１ガスＧＳ１の濃度等を表示することができる。表示部１２としては、特に限定されず、例えば、例えば、液晶、有機ＥＬ等で構成することができる。
表示部１２は、例えば、第１ガスＧＳ１の濃度を測定する際の測定条件や、その他、第１ガスＧＳ１の濃度等を表示することができる。表示部１２としては、特に限定されず、例えば、例えば、液晶、有機ＥＬ等で構成することができる。
前述したように、本実施形態では、煙道ガスをサンプルガスＧＳ０とし、煙道ガスに含まれている二酸化硫黄ガスを第１ガスＧＳ１とする。また、煙道ガスには、メタンガスも含まれている場合があり、このメタンガスを第２ガスＧＳ２とする。
図５に示すように、第１ガスＧＳ１は、赤外線ＩＦのうち、第１波長帯の赤外線ＩＦを吸収する特性を有する。第１ガスＧＳ１が二酸化硫黄ガスである場合、当該第１ガスＧＳ１は、波長が７．４μｍの赤外線ＩＦを吸収のピークとして、その前後の範囲内にある波長の赤外線ＩＦを吸収する。
図５に示すように、第１ガスＧＳ１は、赤外線ＩＦのうち、第１波長帯の赤外線ＩＦを吸収する特性を有する。第１ガスＧＳ１が二酸化硫黄ガスである場合、当該第１ガスＧＳ１は、波長が７．４μｍの赤外線ＩＦを吸収のピークとして、その前後の範囲内にある波長の赤外線ＩＦを吸収する。
また、第２ガスＧＳ２は、赤外線ＩＦのうち、第１波長帯と一部重なる第２波長帯の赤外線ＩＦを吸収する特性を有する。第２ガスＧＳ２がメタンガスである場合、当該第２ガスＧＳ２は、波長が７．６μｍの赤外線ＩＦを吸収のピークとして、その前後の範囲内にある波長の赤外線ＩＦを吸収する。
そして、第１波長帯と第２波長帯とが重なる重複波長帯には、第１ガスＧＳ１が最大に吸収する赤外線ＩＦのピーク波長と、第２ガスＧＳ２が最大に吸収する赤外線ＩＦのピーク波長とを含まれる。なお、各ピーク波長は、本実施形態では重複波長帯に含まれているが、これに限定されず、例えば第１ガスＧＳ１や第２ガスＧＳ２の種類によっては、重複波長帯から外れる場合もある。
受光量検出部９では、赤外線ＩＦの吸収量の大小に応じて、赤外線ＩＦの受光量が検出される。例えば、吸収量が大の場合には、受光量が小で検出される。反対に、吸収量が小の場合には、受光量が大で検出される。
また、演算部１３３では、赤外線ＩＦの受光量に基づいて、サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度が演算される。
また、演算部１３３では、赤外線ＩＦの受光量に基づいて、サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度が演算される。
そして、サンプルガスＧＳ０中に第２ガスＧＳ２が混在している場合、第１チャンバ５内では、赤外線ＩＦは、重複波長帯が第１ガスＧＳ１の他に、第２ガスＧＳ２にも吸収されることとなる。従って、受光量検出部９での受光量は、第２ガスＧＳ２で吸収された分も影響を受けて検出される。その結果、受光量に基づいて演算される第１ガスＧＳ１の濃度（実測値）は、第２ガスＧＳ２も含まれた濃度となり、その分の誤差が生じて不正確となる。
また、ガス検出装置１を前述した２系統構造とした場合、その分、ガス検出装置１の装置構成が複雑となる。
また、ガス検出装置１を前述した２系統構造とした場合、その分、ガス検出装置１の装置構成が複雑となる。
そこで、ガス検出装置１は、このような不具合を解消可能に構成されている。以下、この構成および作用について説明する。なお、以下では、第２チャンバ７、第２ガス供給部８および圧力検出部１０で構成された部分を「補正ユニット１５」と言うことがある。
第１チャンバ５と受光量検出部９との間には、第２チャンバ７が配置されている。第２チャンバ７は、チャンバ本体７１と、供給ポート７２とを有する。なお、第２チャンバ７は、予め第２ガスＧＳ２が充填された密閉状態でもよい。
チャンバ本体７１は、光路ＬＰ上の第１チャンバ５のチャンバ本体５１よりも下流側、すなわち、Ｘ軸方向正側に配置されている。チャンバ本体７１は、例えば、中空の直方体で構成されている。
第１チャンバ５と受光量検出部９との間には、第２チャンバ７が配置されている。第２チャンバ７は、チャンバ本体７１と、供給ポート７２とを有する。なお、第２チャンバ７は、予め第２ガスＧＳ２が充填された密閉状態でもよい。
チャンバ本体７１は、光路ＬＰ上の第１チャンバ５のチャンバ本体５１よりも下流側、すなわち、Ｘ軸方向正側に配置されている。チャンバ本体７１は、例えば、中空の直方体で構成されている。
また、第２チャンバ７は、チャンバ本体７１（第２チャンバ７）内を上下に２つの空間に仕切る仕切り部７４と、２つの空間を連通させる連通部７５とを有する。以下、２つの空間のうちの一方（下側）の空間を「第１空間７１２」と言い、他方（上側）の空間を「第２空間７１３」と言う。仕切り部７４は、板状をなし、連通部７５は、仕切り部７４を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔で構成されている。
チャンバ本体７１は、第１空間７１２を介して互いに対向するＸ軸方向正側の壁部と、負側の壁部とに赤外線ＩＦが透過する窓部７１１を有する。これにより、赤外線ＩＦは、チャンバ本体７１を、Ｘ軸方向負側の窓部７１１、第１空間７１２、Ｘ軸方向正側の窓部７１１の順に通過することができる。なお、窓部７１１は、窓部５１１と同様に、フッ化カルシウム等で構成されるのが好ましい。
なお、第１空間７１２のＹ軸方向に沿った横断面形状と、第１チャンバ５における空間５１２のＹ軸方向に沿った横断面形状とは、同じであるのが好ましく、第１空間７１２の横断面積Ｓ７１２と、空間５１２の横断面積Ｓ５１２とは、同じであるのが好ましい。これにより、赤外線ＩＦを受光量検出部９まで十分に到達させることができる。
また、第２空間７１３は、第１空間７１２よりも容積が小さく、圧力検出部１０が配置されている。圧力検出部１０が第２空間７１３に配置されていることにより、赤外線ＩＦが第１空間７１２を通過する際、圧力検出部１０が赤外線ＩＦを妨げるのを防止することができる。これにより、受光量検出部９で赤外線ＩＦを十分に受光することができる。
チャンバ本体７１のＸ軸方向正側には、管状をなす供給ポート７２が突出形成されている。供給ポート７２は、第２空間７１３に連通している。そして、第２ガス供給部８からの第２ガスＧＳ２を、供給ポート７２を介して、チャンバ本体７１内に供給することができる。これにより、第２ガスＧＳ２をチャンバ本体７１内、すなわち、第１空間７１２および第２空間７１３に充填することができる。
第２ガス供給部８は、供給源８１と、連結菅８２と、切換弁８３とを有する。
供給源８１は、例えば、第２ガスＧＳ２が充填されたタンクを有する。
連結菅８２は、供給源８１と第２チャンバ７の供給ポート７２とを連結する。これにより、供給源８１と第２チャンバ７とが連通する。
供給源８１は、例えば、第２ガスＧＳ２が充填されたタンクを有する。
連結菅８２は、供給源８１と第２チャンバ７の供給ポート７２とを連結する。これにより、供給源８１と第２チャンバ７とが連通する。
連結菅８２の途中には、切換弁８３が設けられている。切換弁８３は、連結菅８２を開閉する。そして、開状態では、供給源８１内の第２ガスＧＳ２を第２チャンバ７に供給することができる。閉状態では、第２チャンバ７への第２ガスＧＳ２の供給を停止することができる。
なお、ガス検出装置１は、本実施形態では第２ガス供給部８を有する構成となっているが、これに限定されず、例えば、第２ガス供給部８（供給ポート７２）が省略された構成となっていてもよい。この場合、第２チャンバ７は、密閉されており、第２ガスＧＳ２が予め充填された状態となっている。
なお、ガス検出装置１は、本実施形態では第２ガス供給部８を有する構成となっているが、これに限定されず、例えば、第２ガス供給部８（供給ポート７２）が省略された構成となっていてもよい。この場合、第２チャンバ７は、密閉されており、第２ガスＧＳ２が予め充填された状態となっている。
第２チャンバ７の第２空間７１３には、圧力検出部１０が配置されている。圧力検出部１０は、第２チャンバ７内に存在する気体の圧力（以下単に「圧力」または「第２チャンバ７内の圧力」と言う）を検出する。この圧力は、実際には、圧力変化の実効値である。
図２に示すように、圧力検出部１０は、圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部１０１を有する。圧電変換部１０１としては、特に限定されず、例えば、コンデンサマイクロホンやフローセンサ（例えばくし形熱線マイクロセンサ）等のセンサが挙げられる。
図２に示すように、圧力検出部１０は、圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部１０１を有する。圧電変換部１０１としては、特に限定されず、例えば、コンデンサマイクロホンやフローセンサ（例えばくし形熱線マイクロセンサ）等のセンサが挙げられる。
光源２から赤外線ＩＦが照射されて、第２チャンバ７を通過した際、第２チャンバ７内では、メタンガスである第２ガスＧＳ２が第２波長帯の赤外線ＩＦが吸収する。これにより、第２チャンバ７内の温度が上昇し、それに伴って、圧力も上昇する、すなわち、圧力が変化することとなる。圧力検出部１０は、圧電変換部１０１によって圧力の変化分を検出して、赤外線照射時における第２チャンバ７内の圧力を正確に検出することができる。
なお、第１チャンバ５の空間５１２内のＸ軸方向に沿った長さＬＸ５１２は、例えば、２００ｍｍ程度が好ましい。また、第２チャンバ７の第１空間７１２内のＸ軸方向（光路ＬＰ）に沿った長さＬＸ７１２は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのが好ましい。
また、第２チャンバ７内の第２ガスＧＳ２の濃度は、２０ｇ／Ｎｍ３以上７００ｇ／Ｎｍ３以下であるのが好ましく、４０ｇ／Ｎｍ３以上３００ｇ／Ｎｍ３以下であるのがより好ましい。
また、第２チャンバ７内の第２ガスＧＳ２の濃度は、２０ｇ／Ｎｍ３以上７００ｇ／Ｎｍ３以下であるのが好ましく、４０ｇ／Ｎｍ３以上３００ｇ／Ｎｍ３以下であるのがより好ましい。
このような数値範囲により、赤外線ＩＦが第２チャンバ７を通過した際、第２チャンバ７内の第２ガスＧＳ２が第２波長帯の赤外線ＩＦが過不足なく吸収することができる。これにより、第２チャンバ７内の圧力をより正確に検出可能な程度に、第２チャンバ７内の圧力変化を生じさせることができる。
記憶部１３２には、図３に示す検量線ＣＣ１と、図４に示す検量線ＣＣ２とが予め記憶されている。
検量線ＣＣ１は、第２チャンバ７内の圧力（圧力変動の実効値）と、サンプルガスＧＳ０に含まれる、すなわち、第１チャンバ５内の第２ガスＧＳ２の濃度との関係を示すグラフである。前述したように、検量線ＣＣ１は、あくまでも模式図である。なお、傾向として、第２チャンバ７内の圧力は、ベースは一定ある（通常は大気圧）。また、赤外線ＩＦ（赤外光）の断続照射にあわせて、同じ周波数で微変動する。第１チャンバ５内の第２ガスＧＳ２の濃度が大きくなると、その圧力の微変動の振幅（実効値）が小さくなる。
検量線ＣＣ２は、サンプルガスＧＳ０に含まれる第２ガスＧＳ２の濃度と、第１ガスＧＳ１の濃度（実測値）に対する補正値との関係を示すグラフである。
検量線ＣＣ１は、第２チャンバ７内の圧力（圧力変動の実効値）と、サンプルガスＧＳ０に含まれる、すなわち、第１チャンバ５内の第２ガスＧＳ２の濃度との関係を示すグラフである。前述したように、検量線ＣＣ１は、あくまでも模式図である。なお、傾向として、第２チャンバ７内の圧力は、ベースは一定ある（通常は大気圧）。また、赤外線ＩＦ（赤外光）の断続照射にあわせて、同じ周波数で微変動する。第１チャンバ５内の第２ガスＧＳ２の濃度が大きくなると、その圧力の微変動の振幅（実効値）が小さくなる。
検量線ＣＣ２は、サンプルガスＧＳ０に含まれる第２ガスＧＳ２の濃度と、第１ガスＧＳ１の濃度（実測値）に対する補正値との関係を示すグラフである。
なお、検量線ＣＣ１および検量線ＣＣ２は、例えば、実験的にまたはシミュレーションによって予め求められている。
また、検量線ＣＣ１および検量線ＣＣ２としては、本実施形態ではグラフとなっているが、これに限定されず、例えば、表や数式等であってもよい。
また、検量線ＣＣ１および検量線ＣＣ２としては、本実施形態ではグラフとなっているが、これに限定されず、例えば、表や数式等であってもよい。
演算部１３３は、受光量検出部９で検出された赤外線ＩＦの受光量に基づいて、サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度を演算する。
前述したように、サンプルガスＧＳ０（煙道ガス）に第２ガスＧＳ２（メタンガス）が混在している場合、受光量に基づいた第１ガスＧＳ１の濃度の実測値には、誤差が生じるおそれがある。演算部１３３は、この誤差を解消して、正確な濃度に補正することができる。
前述したように、サンプルガスＧＳ０（煙道ガス）に第２ガスＧＳ２（メタンガス）が混在している場合、受光量に基づいた第１ガスＧＳ１の濃度の実測値には、誤差が生じるおそれがある。演算部１３３は、この誤差を解消して、正確な濃度に補正することができる。
具体的には、演算部１３３は、圧力に基づいて、第１ガスＧＳ１の濃度を補正する。特に、本実施形態では、演算部１３３は、検量線ＣＣ１および検量線ＣＣ２に基づいて、第１ガスＧＳ１の濃度を補正する。
ガス検出装置１では、まず、受光量検出部９での受光量に基づいて、一旦、第１ガスＧＳ１の濃度を演算する。これにより、第１ガスＧＳ１の濃度の実測値が得られる。
ガス検出装置１では、まず、受光量検出部９での受光量に基づいて、一旦、第１ガスＧＳ１の濃度を演算する。これにより、第１ガスＧＳ１の濃度の実測値が得られる。
また、このとき、圧力検出部１０によって、第２チャンバ７内の圧力が検出される。演算部１３３は、検量線ＣＣ１を用いて、圧力検出部１０で検出された圧力に対応する第２ガスＧＳ２の濃度を求める。例えば、図３に示すように、圧力検出部１０で検出された圧力が「圧力Ｐ」だった場合、検量線ＣＣ１により、第２ガスＧＳ２の濃度は、「濃度Ｑ」として求められる。
次いで、演算部１３３は、検量線ＣＣ２を用いて、前記で求められた第２ガスＧＳ２の濃度に対応する第１ガスＧＳ１の濃度の補正値を求める。例えば、図４に示すように、第２ガスＧＳ２の濃度が「濃度Ｑ」だった場合、検量線ＣＣ２により、補正値は、「補正値Ｒ」として求められる。
次いで、演算部１３３は、第１ガスＧＳ１の濃度の実測値に補正値Ｒを反映させた、すなわち、加味した値を演算する。これにより、第１ガスＧＳ１の濃度は、正確な値に補正される。そして、この補正後の第１ガスＧＳ１の濃度は、表示部１２に表示される。これにより、正確な第１ガスＧＳ１の濃度を確認することができる。
例えば、サンプルガスＧＳ０中に、濃度が２６ｍｇ／Ｎｍ３の二酸化硫黄ガス（第１ガスＧＳ１）が含まれおり、さらに、濃度が３００ｍｇ／Ｎｍ３のメタンガス（第２ガスＧＳ２）が混在している場合の実験例について述べる。なお、サンプルガスＧＳ０中の二酸化硫黄ガスの濃度、メタンガスの濃度は、いずれも既知とする。
ガス検出装置１を用いた場合には、二酸化硫黄ガスの濃度は、２６ｍｇ／Ｎｍ３で検出された。この検出結果は、既知の値と同じである。
一方、ガス検出装置１から補正ユニット１５を省略した場合には、二酸化硫黄ガスの濃度は、６６ｍｇ／Ｎｍ３で検出された。この検出結果は、既知の値から著しく外れている。
一方、ガス検出装置１から補正ユニット１５を省略した場合には、二酸化硫黄ガスの濃度は、６６ｍｇ／Ｎｍ３で検出された。この検出結果は、既知の値から著しく外れている。
以上のように、ガス検出装置１は、補正ユニット１５により、サンプルガスＧＳ０中の第２ガスＧＳ２の濃度の大小に関わらず、当該サンプルガスＧＳ０中の第１ガスＧＳ１の濃度を正確に検出することができる。また、ガス検出装置１は、２系統構造になってはおらず、簡単な構成の装置となっている。
＜第２実施形態＞
以下、図６〜図８を参照して本発明のガス検出装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、補正ユニットの構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
以下、図６〜図８を参照して本発明のガス検出装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、補正ユニットの構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
図６に示すように、本実施形態では、第２チャンバ７は、チャンバ本体７１および供給ポート７２の他に、さらに、排出ポート７３を有する。
排出ポート７３は、管状をなし、チャンバ本体７１のＸ軸方向負側に突出形成されている。排出ポート７３は、第２空間７１３に連通している。
排出ポート７３は、管状をなし、チャンバ本体７１のＸ軸方向負側に突出形成されている。排出ポート７３は、第２空間７１３に連通している。
また、補正ユニット１５（ガス検出装置１）は、第２チャンバ７内の第２ガスＧＳ２の濃度を調整する調整部１６を備える。調整部１６は、連結菅１６１と、切換弁１６２とを有する。
連結菅１６１は、排出ポート７３に連結されている。これにより、排出ポート７３を介して、連結菅１６１とチャンバ本体７１とが連通する。
連結菅１６１は、排出ポート７３に連結されている。これにより、排出ポート７３を介して、連結菅１６１とチャンバ本体７１とが連通する。
連結菅１６１の途中には、切換弁１６２が設けられている。切換弁１６２は、連結菅１６１を開閉する。そして、切換弁１６２の開度を調整することにより、チャンバ本体７１内の第２ガスＧＳ２を連結菅１６１から排出して、チャンバ本体７１内を大気開放することができる。これにより、第２ガスＧＳ２の濃度を段階的に（例えば３段階に）調整することができる。
また、記憶部１３２には、図７に示す検量線ＣＣ１−１、検量線ＣＣ１−２および検量線ＣＣ１−３と、図８に示す検量線ＣＣ２−１、検量線ＣＣ２−２および検量線ＣＣ２−３とが予め記憶されている。
検量線ＣＣ１−１〜検量線ＣＣ１は、第２チャンバ７内の圧力と、サンプルガスＧＳ０に含まれる、すなわち、第１チャンバ５内の第２ガスＧＳ２の濃度との関係を示すグラフであり、第２ガスＧＳ２の濃度の大小に応じて使い分けられる。
検量線ＣＣ１−１〜検量線ＣＣ１は、第２チャンバ７内の圧力と、サンプルガスＧＳ０に含まれる、すなわち、第１チャンバ５内の第２ガスＧＳ２の濃度との関係を示すグラフであり、第２ガスＧＳ２の濃度の大小に応じて使い分けられる。
検量線ＣＣ２−１〜検量線ＣＣ２−３は、サンプルガスＧＳ０に含まれる第２ガスＧＳ２の濃度と、第１ガスＧＳ１の濃度（実測値）に対する補正値との関係を示すグラフであり、検量線ＣＣ１−１〜検量線ＣＣ１と同様に、第２ガスＧＳ２の濃度の大小に応じて使い分けられる。
第１ガスＧＳ１の濃度を検出する際、例えば、検量線ＣＣ１−１を用いた場合には、検量線ＣＣ２−１が用いられる。また、検量線ＣＣ１−２を用いた場合には、検量線ＣＣ２−２が用いられる。また、検量線ＣＣ１−３を用いた場合には、検量線ＣＣ２−３が用いられる。
このように、ガス検出装置１では、第２ガスＧＳ２の濃度の大小に応じて、検量線ＣＣ１−１〜検量線ＣＣ１のうちの１つ選択するとともに、検量線ＣＣ２−１〜検量線ＣＣ２−３のうちの１つを選択して用いることができる。これにより、第１ガスＧＳ１の濃度をより正確に検出することができる。
このように、ガス検出装置１では、第２ガスＧＳ２の濃度の大小に応じて、検量線ＣＣ１−１〜検量線ＣＣ１のうちの１つ選択するとともに、検量線ＣＣ２−１〜検量線ＣＣ２−３のうちの１つを選択して用いることができる。これにより、第１ガスＧＳ１の濃度をより正確に検出することができる。
以上、本発明のガス検出装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ガス検出装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明のガス検出装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明のガス検出装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、前記各実施形態では、第１ガスＧＳ１として、二酸化硫黄ガスを挙げ、第２ガスＧＳ２として、メタンガスを挙げているが、これに限定されない。例えば、窒素酸化物や一酸化炭素を第１ガスＧＳ１とし、二酸化炭素を第２ガスＧＳ２としてもよい。
また、第１チャンバ５は、サンプルガスＧＳ０をポンプで吸引して、チャンバ本体５１に連続的にサンプルガスを流通させるよう構成されていてもよい。
また、第１チャンバ５は、サンプルガスＧＳ０をポンプで吸引して、チャンバ本体５１に連続的にサンプルガスを流通させるよう構成されていてもよい。
また、第１チャンバ５と第２チャンバ７との位置関係は、前記実施形態では第１チャンバ５が上流側、第２チャンバ７が下流側に配置された関係となっているが、これに限定されず、例えば、第２チャンバ７が上流側、第１チャンバ５が下流側に配置された関係となっていてもよい。
［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項）一態様に係るガス検出装置は、
赤外線を照射する光源と、
前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第１波長帯の赤外線を吸収する第１ガスを含むサンプルガスが通過する第１チャンバと、
前記光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第１波長帯と一部重なる第２波長帯の赤外線を吸収する第２ガスが充填された第２チャンバと、
前記第１チャンバおよび前記第２チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、
前記第２チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第１ガスの濃度を演算する演算部とを備え、
前記演算部は、前記圧力に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正する。
赤外線を照射する光源と、
前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第１波長帯の赤外線を吸収する第１ガスを含むサンプルガスが通過する第１チャンバと、
前記光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第１波長帯と一部重なる第２波長帯の赤外線を吸収する第２ガスが充填された第２チャンバと、
前記第１チャンバおよび前記第２チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、
前記第２チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第１ガスの濃度を演算する演算部とを備え、
前記演算部は、前記圧力に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正する。
第１項に記載のガス検出装置によれば、サンプルガス中の第２ガスの濃度の大小に関わらず、当該サンプルガス中の第１ガスの濃度を正確に検出することができる。また、ガス検出装置は、前述したような２系統構造になってはおらず、簡単な構成の装置となっている。
（第２項）第１項に記載のガス検出装置において、
前記圧力と、前記サンプルガスに含まれる前記第２ガスの濃度との関係を示す検量線を記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記検量線に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正する。
前記圧力と、前記サンプルガスに含まれる前記第２ガスの濃度との関係を示す検量線を記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記検量線に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正する。
第２項に記載のガス検出装置によれば、検量線を用いるという簡単な構成で、第１ガスの濃度を正確に検出することができる。
（第３項）第１項または第２項に記載のガス検出装置において、
前記第２チャンバは、該第２チャンバ内を２つの空間に仕切る仕切り部と、前記２つの空間を連通させる連通部とを有し、
前記２つの空間のうちの一方の空間を赤外線が通過し、他方の空間に前記圧力検出部が配置される。
前記第２チャンバは、該第２チャンバ内を２つの空間に仕切る仕切り部と、前記２つの空間を連通させる連通部とを有し、
前記２つの空間のうちの一方の空間を赤外線が通過し、他方の空間に前記圧力検出部が配置される。
第３項に記載のガス検出装置によれば、赤外線が一方の空間を通過する際、圧力検出部が赤外線を妨げるのを防止することができ、よって、受光量検出部で赤外線を十分に受光することができる。
（第４項）第１項〜第３項のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記第２チャンバ内の前記光路に沿った長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
前記第２チャンバ内の前記光路に沿った長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
第４項に記載のガス検出装置によれば、赤外線が第２チャンバを通過した際、第２チャンバ内の第２ガスが第２波長帯の赤外線が過不足なく吸収することができる。これにより、第２チャンバ内の圧力をより正確に検出可能な程度に、第２チャンバ内の圧力変化を生じさせることができる。
（第５項）第１項〜第４項のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記第２チャンバ内の前記第２ガスの濃度は、２０ｇ／Ｎｍ３以上７００ｇ／Ｎｍ３以下である。
前記第２チャンバ内の前記第２ガスの濃度は、２０ｇ／Ｎｍ３以上７００ｇ／Ｎｍ３以下である。
第５項に記載のガス検出装置によれば、赤外線が第２チャンバを通過した際、第２チャンバ内の第２ガスが第２波長帯の赤外線が過不足なく吸収することができる。これにより、第２チャンバ内の圧力をより正確に検出可能な程度に、第２チャンバ内の圧力変化を生じさせることができる。
（第６項）第１項〜第５項のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記圧力検出部は、前記圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部を有する。
前記圧力検出部は、前記圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部を有する。
第６項に記載のガス検出装置によれば、圧電変換部を用いるという簡単な構成で、圧力を正確に検出することができる。
（第７項）第１項〜第６項のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記第２チャンバ内の前記第２ガスの濃度を調整する調整部を備える。
前記第２チャンバ内の前記第２ガスの濃度を調整する調整部を備える。
第７項に記載のガス検出装置によれば、例えば、第２ガスの濃度の大小に応じて、検量線を使い分けることができる。
（第８項）第１項〜第７項のいずれか１項に記載のガス検出装置において、
前記第１ガスは、二酸化硫黄ガスであり、前記第２ガスは、メタンガスである。
前記第１ガスは、二酸化硫黄ガスであり、前記第２ガスは、メタンガスである。
第８項に記載のガス検出装置によれば、当該ガス検出装置を、二酸化硫黄ガスの濃度を測定する二酸化硫黄濃度測定装置として使用することができる。
１ ガス検出装置
２ 光源
３ セクタ
３１ スリット
４ 回転駆動部
５ 第１チャンバ
５１ チャンバ本体
５１１ 窓部
５１２ 空間
５２ 供給ポート
５３ 排出ポート
６ 第１ガス供給部
６１ 供給源
６２ 連結菅
６３ 切換弁
７ 第２チャンバ
７１ チャンバ本体
７１１ 窓部
７１２ 第１空間
７１３ 第２空間
７２ 供給ポート
７３ 排出ポート
７４ 仕切り部
７５ 連通部
８ 第２ガス供給部
８１ 供給源
８２ 連結菅
８３ 切換弁
９ 受光量検出部
１０ 圧力検出部
１０１ 圧電変換部
１１ 操作部
１２ 表示部
１３ 制御部
１３１ ＣＰＵ
１３２ 記憶部
１３３ 演算部
１４ 制御ユニット
１５ 補正ユニット
１６ 調整部
１６１ 連結菅
１６２ 切換弁
ＣＣ１ 検量線
ＣＣ１−１ 検量線
ＣＣ１−２ 検量線
ＣＣ１−３ 検量線
ＣＣ２ 検量線
ＣＣ２−１ 検量線
ＣＣ２−２ 検量線
ＣＣ２−３ 検量線
ＧＳ０ サンプルガス
ＧＳ１ 第１ガス
ＧＳ２ 第２ガス
ＩＦ 赤外線
ＬＰ 光路
ＬＸ５１２ 長さ
ＬＸ７１２ 長さ
Ｐ 圧力
Ｑ 濃度
Ｒ 補正値
Ｓ５１２ 横断面積
Ｓ７１２ 横断面積
２ 光源
３ セクタ
３１ スリット
４ 回転駆動部
５ 第１チャンバ
５１ チャンバ本体
５１１ 窓部
５１２ 空間
５２ 供給ポート
５３ 排出ポート
６ 第１ガス供給部
６１ 供給源
６２ 連結菅
６３ 切換弁
７ 第２チャンバ
７１ チャンバ本体
７１１ 窓部
７１２ 第１空間
７１３ 第２空間
７２ 供給ポート
７３ 排出ポート
７４ 仕切り部
７５ 連通部
８ 第２ガス供給部
８１ 供給源
８２ 連結菅
８３ 切換弁
９ 受光量検出部
１０ 圧力検出部
１０１ 圧電変換部
１１ 操作部
１２ 表示部
１３ 制御部
１３１ ＣＰＵ
１３２ 記憶部
１３３ 演算部
１４ 制御ユニット
１５ 補正ユニット
１６ 調整部
１６１ 連結菅
１６２ 切換弁
ＣＣ１ 検量線
ＣＣ１−１ 検量線
ＣＣ１−２ 検量線
ＣＣ１−３ 検量線
ＣＣ２ 検量線
ＣＣ２−１ 検量線
ＣＣ２−２ 検量線
ＣＣ２−３ 検量線
ＧＳ０ サンプルガス
ＧＳ１ 第１ガス
ＧＳ２ 第２ガス
ＩＦ 赤外線
ＬＰ 光路
ＬＸ５１２ 長さ
ＬＸ７１２ 長さ
Ｐ 圧力
Ｑ 濃度
Ｒ 補正値
Ｓ５１２ 横断面積
Ｓ７１２ 横断面積
Claims (8)
- 赤外線を照射する光源と、
前記光源から照射された赤外線の光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、第１波長帯の赤外線を吸収する第１ガスを含むサンプルガスが通過する第１チャンバと、
前記光路上に配置され、赤外線が通過するとともに、赤外線のうち、前記第１波長帯と一部重なる第２波長帯の赤外線を吸収する第２ガスが充填された第２チャンバと、
前記第１チャンバおよび前記第２チャンバを順に通過した赤外線を受光し、その受光量を検出する受光量検出部と、
前記第２チャンバ内に存在する気体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記受光量に基づいて、前記サンプルガス中の前記第１ガスの濃度を演算する演算部とを備え、
前記演算部は、前記圧力に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正するガス検出装置。 - 前記圧力と、前記サンプルガスに含まれる前記第２ガスの濃度との関係を示す検量線を記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記検量線に基づいて、前記第１ガスの濃度を補正する請求項１に記載のガス検出装置。 - 前記第２チャンバは、該第２チャンバ内を２つの空間に仕切る仕切り部と、前記２つの空間を連通させる連通部とを有し、
前記２つの空間のうちの一方の空間を赤外線が通過し、他方の空間に前記圧力検出部が配置される請求項１または２に記載のガス検出装置。 - 前記第２チャンバ内の前記光路に沿った長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス検出装置。
- 前記第２チャンバ内の前記第２ガスの濃度は、２０ｇ／Ｎｍ３以上７００ｇ／Ｎｍ３以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス検出装置。
- 前記圧力検出部は、前記圧力の変化を電気的に検出する圧電変換部を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス検出装置。
- 前記第２チャンバ内の前記第２ガスの濃度を調整する調整部を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス検出装置。
- 前記第１ガスは、二酸化硫黄ガスであり、前記第２ガスは、メタンガスである請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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