JP3488051B2 - ガス分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス配管中におけ
る各種ガス（気体）の置換状態を分析するガス分析装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス配管工事を行って新規にガ
スの導通を行う場合や、既に配管中に何らかのガスが供
給されている場合にその配管中の既存のガスを別のガス
に切り換える場合等においては、配管中のガスが新たな
ガスに完全に置換されたか否かを判別する必要がある。
このガスの置換状態の判別方法としては、例えば臭気検
査によるものやガスの種類をガス分析装置で具体的に分
析することにより判別を行うという方法がある。また、
特に、新規にガスの導通を行う場合には、通常、配管中
にある既存の空気が排出されたことを臭気検査やガス分
析装置により判別した後、空気が燃焼用ガスに完全に置
換されたか否か燃焼テストにより確認するようになって
いる。

【０００３】図６は、ガスの置換状態の判別を行う場合
に用いられる従来のガス分析装置の一構成例を示す図で
ある。図６に示した従来のガス分析装置１００は、配管
１０１に接続されて配管１０１中のガスの分析を行うこ
とにより、ガスの置換状態を判別するものであり、例え
ばブタンエアガス１０２が天然ガス１０３へ置換された
か否かを判別するものである。

【０００４】ここで、従来のガス分析装置１００は、例
えばガスの比重を測定することにより、ガスの分析を行
うものである。例えば、天然ガス１０２とブタンエアガ
ス１０３とでは、比重に約２倍の差があるので、ガス分
析装置１００により、配管１０１の内部のガスの比重の
変化を測定することで、ブタンエアガス１０３から天然
ガス１０２への置換状態を判定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、従来行っていた臭気検査では、ガスの置換状態の判
別が不確実であるという問題があった。また、従来のガ
ス分析装置では、配管を流れるガスの流量が大き過ぎる
と、ガス分析用のセンサの出力が不安定になり、ガスの
分析を良好に行えないため、小流量でガスの置換作業を
行う必要があった。そのため、特に配管容量が大きい場
合には、ガスの置換作業に大幅な作業時間を要するとい
う問題があった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ガスの置換作業における作業時間を
短縮すると共に、ガスの置換状態の判別を確実に行うこ
とができるガス分析装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のガス分析
装置は、ガス配管から排出されるガスの排出流量を測定
する流量測定手段と、この流量測定手段により測定され
たガスの排出流量を積算してガス配管から排出されたガ
スの総排出量を演算する排出量演算手段と、この排出量
演算手段により演算されたガスの総排出量と、ガス配管
中における既存のガスの容量とを比較する比較手段と、
この比較手段の比較結果に基づいてガス配管から排出さ
れるガスの流量を調整するための流量調整手段と、この
流量調整手段により流量調整されたガスの物理的性質の
変化を検知するガス検知手段と、このガス検知手段によ
る検知結果および比較手段の比較結果に基づいてガス配
管中におけるガスの置換状態を分析する分析手段とを備
えている。

【０００８】このガス分析装置では、比較手段によっ
て、ガスの総排出量と、ガス配管中の既存のガスの容量
とが比較され、この比較結果に基づいて流量調整手段に
より、ガス配管から排出されるガスの流量が調整され
る。ガス配管から排出されるガスの流量が調整される
と、ガス検知手段によって、ガスの物理的性質の変化が
検知される。また、分析手段により、ガス検知手段の検
知結果と比較手段の比較結果とに基づいてガス配管中に
おけるガスの置換状態が分析される。

【０００９】請求項２記載のガス分析装置は、請求項１
記載のガス分析装置において、ガス検知手段を、ガスの
流れを抑制するガス溜まり部に設置してガスの物理的性
質の変化を検知するようになっている。

【００１０】このガス分析装置では、ガスの流れを抑制
するガス溜まり部に設置されたガス検知手段により、ガ
スの物理的性質の変化が検知される。

【００１１】請求項３記載のガス分析装置は、請求項１
または２記載のガス分析装置において、ガス検知手段
を、ガス配管から排出されるガスの密度変化を検出する
密度センサで構成している。

【００１２】このガス分析装置では、ガス検知手段とし
ての密度センサにより、ガス配管から排出されるガスの
密度変化が検出される。

【００１３】請求項４記載のガス分析装置は、請求項
１，２または３記載のガス分析装置において、更に、ガ
ス配管中のガスの置換状態を通知する通知手段を有して
いる。

【００１４】このガス分析装置では、通知手段により、
ガスの置換状態の結果が通知される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施の形態に係るガス
分析装置を含むガス供給系統を示す説明図である。本実
施の形態に係るガス分析装置１は、例えば地中に埋設さ
れたガス配管の本管２に対して新たにガス配管工事が行
われてガス配管の支管３が追加された場合に、本管２か
ら支管３に対して行われるガスの置換作業、すなわち、
新たに追加された支管３中にある既存のガス（空気）を
排出して天然ガス等への置換を行う作業に利用されるも
のである。なお、支管３の一端側は、ガス燃焼装置４等
のガス器具が接続可能となっており、空気が燃焼用ガス
に完全に置換されたか否か燃焼テストにより確認できる
ようになっている。本実施の形態に係るガス分析装置１
は、ガス燃焼装置４等のガス器具と同様に、支管３の一
端側に接続可能であり、ガスの具体的な分析を行うため
のガス分析部１１と、支管３の一端側から排出されるガ
スの流量を調整するための流量調整弁１２とを備えて支
管３中におけるガスの置換状態の分析を行うようになっ
ている。

【００１７】図２は、図１におけるガス分析部１１の詳
細な構成を示す説明図である。この図に示したように、
ガス分析部１１は、支管３の一端側から排出されるガス
が流入する分析管２０と、この分析管２０内において流
路がガスの分析に適した大きさに狭められたノズル部２
１と、このノズル部２１内に流入したガスの流量を測定
するための流速センサ２２と、ノズル部２１内に流入し
たガスの流れを抑制するガス溜まり部２３と、このガス
溜まり部２３内においてガスの密度変化を検出するため
の密度センサ２４とを備えている。また、ガス分析部１
１は、流速センサ２２および密度センサ２４の検知結果
が出力される制御部２５と、この制御部２５に接続され
た入力部２６，表示部２７および音声出力部２８とを有
している。

【００１８】ここで、流速センサ２２は、支管３から排
出されるガスの排出流量を測定するためのものであり、
例えば、フローセンサ等により構成される。フローセン
サは、例えば、マイクロマシニング技術を使用してシリ
コンウエハを加工した薄膜ダイアフラム構造を成したセ
ンサである。このフローセンサにより、流路内における
熱の移動が流路内を流れる流体の流速と関係することを
利用して流速を求めることができ、この流速から流量が
求められるようになっている。ここで、流速センサ２２
が本発明における流量測定手段に対応する。

【００１９】ガス溜まり部２３は、密度センサ２４がガ
スの密度変化の検出を正確に行うことができるようにす
るためのものであり、ノズル部２１において凹形状を成
し、ノズル部２１内に流入したガスの流れを抑制するよ
うになっている。

【００２０】密度センサ２４は、流速センサ２２と同
様、例えば、フローセンサ等により構成される。フロー
センサは、ガスの流量が同一でも密度により、その出力
値が変化することが知られており、密度センサ２４は、
この出力値の変化により支管３から排出されるガスの密
度変化を検出するようになっている。図４は、ガスの流
量に対するフローセンサの出力値の変化の一例を示す特
性図であり、検出対象のガスに空気を用いた場合（符号
４１）と天然ガスを用いた場合（符号４２）におけるフ
ローセンサの特性を示している。この図に示したよう
に、検出対象のガスが天然ガスであった場合（符号４
２）には、空気であった場合（符号４１）よりもセンサ
の出力値が約１５％上昇することがわかる。ここで、こ
の密度センサ２４が、本発明におけるガス検知手段に対
応する。

【００２１】なお、密度センサ２４は、フローセンサに
限定されるものではなく、他のセンサであってもよい。
また、本発明においては、ガス検知手段として密度セン
サ２４の代わりに、比熱や熱伝導率等のガスの他の物理
的性質の変化を検知する他のガスセンサを使用するよう
にしてもよい。

【００２２】図３は、ガス分析装置１における制御系の
構成を示すブロック図である。この図に示したように、
ガス分析装置１の制御系は、ガス分析装置１の全体制御
を行う制御部２５と、この制御部２５に接続された前述
の流速センサ２２，密度センサ２４，入力部２６，表示
部２７および音声出力部２８とを備えて構成される。ま
た、制御部２５には、更に、記憶部２９と駆動回路３０
とが接続されている。

【００２３】ここで、入力部２６は、ガス分析装置１に
対する各種操作を行うためのものである。また、この入
力部２６からは、流速センサ２２および密度センサ２４
によるガスの流量および密度の実測定に先立って、支管
３（図１）から排出すべき既存のガスの排出容量の値を
あらかじめ入力可能になっている。ここで、この入力部
２６に入力される排出容量は、支管３（図１）の径と長
さとによりあらかじめ求められる配管容量の計算値であ
る。

【００２４】記憶部２９は、入力部２６から実測定に先
だって入力された既存のガスの排出容量の値を記憶する
ようになっている。また、駆動回路３０は、流量調整弁
１２に接続されて流量調整弁１２を駆動するためのもの
である。

【００２５】制御部２５は、ＣＰＵ（中央処理装置）３
１、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）３２、ＲＡＭ
（ランダム・アクセス・メモリ）３３、および入出力ポ
ート３５を備えており、これらを互いにバス３６によっ
て接続して構成されている。ここで、入出力ポート３５
は、流速センサ２２，密度センサ２４，入力部２６，表
示部２７，音声出力部２８，記憶部２９および駆動回路
３０を制御部２５に接続するためのものである。

【００２６】また、制御部２５は、ＲＡＭ３３をワーキ
ングエリアとして、ＲＯＭ３２に格納された各種プログ
ラムをＣＰＵ３１が実行することによって、ガスの分析
に必要な種々の機能を実現するようになっている。

【００２７】例えば、制御部２５は、流量測定手段とし
ての流速センサ２２により測定されたガスの排出流量を
積算して支管３（図１）から排出されたガスの総排出量
を演算するようになっている。また、制御部２５は、演
算したガスの総排出量と入力部２６から入力され記憶部
２９に記憶された支管３中における既存のガスの容量と
を比較し、この比較結果に基づいて、駆動回路３０を介
して流量調整弁１２を制御し、支管３から排出されるガ
スの流量を調整するようになっている。より具体的に
は、排出されたガスの総排出量が支管３中における既存
のガスの容量に比較して所定の値に満たない場合、例え
ば、総排出量が支管３中における既存のガスの容量に対
して８０〜９０％に満たない場合には、支管３から排出
されるガスの流量が大流量になるよう調整し、所定の値
を越えた場合、例えば、総排出量が支管３中における既
存のガスの容量に対して８０〜９０％を越えた場合に
は、支管３から排出されるガスの流量が密度センサ２４
による密度変化の検出に適した小流量になるよう調整す
るようになっている。このように、制御部２５が、本発
明における排出量演算手段および比較手段に対応する。
また、流量調整弁１２，制御部２５，駆動回路３０が本
発明における流量調整手段に対応する。

【００２８】また、制御部２５は、ガス検知手段として
の密度センサ２４による検知結果および前述のガスの総
排出量と支管３中の既存のガスの容量との比較結果に基
づいて、後述の手順に従って支管３中におけるガスの置
換状態を分析するようになっている。このように、制御
部２５が本発明における分析手段に対応する。

【００２９】表示部２７および音声出力部２８は、それ
ぞれＬＥＤ（発光ダイオード）および音声ブザー等で構
成されることにより、分析手段としての制御部２５によ
って分析されたガスの置換状態を外部に通知することが
可能となっている。ここで、この表示部２７および音声
出力部２８が、本発明における通知手段に対応する。

【００３０】次に、図３のブロック図を参照しつつ、図
５に示す流れ図に従って、本実施の形態に係るガス分析
装置１により行われるガスの分析の動作について説明す
る。

【００３１】本実施の形態に係るガス分析装置１により
ガスの分析を行う場合には、まず、支管３（図１）の径
と長さとにより求められる配管容量の計算値が、排出す
べき既存のガスの排出容量の値として入力部２６から入
力される（ステップＳ１０１）。ここで入力された容量
の値は、記憶部２９に記憶される。入力部２６から、排
出すべき既存のガスの排出容量の値が入力されると、支
管３からガスの排出が開始され（ステップＳ１０２）、
流速センサ２２および密度センサ２４によるガスの流量
および密度の実測定が開始される（ステップＳ１０
３）。なお、実測定の開始時においては、流量調整弁１
２を制御することにより、支管３から排出されるガスの
排出流量が、例えば最大流量になるように調整されてい
る。

【００３２】ガスの実測定において、制御部２５は、流
量測定手段としての流速センサ２２により測定されたガ
スの排出流量を積算して支管３（図１）から排出された
ガスの総排出量を演算しており、この総排出量が記憶部
２９に記憶された既存のガスの容量に比較して所定量を
越えたか否かを判断する（ステップＳ１０４）。例え
ば、制御部２５は、総排出量が支管３中における既存の
ガスの容量に対して８０〜９０％を越えたか否かを判断
する。ここで、総排出量が所定量に達していない場合に
は（ステップＳ１０４；Ｎ）、再びこの判断を繰り返
す。

【００３３】一方、ガスの総排出量が、所定量を越えた
場合には（ステップＳ１０４；Ｙ）、制御部２５は、ガ
スの排出量の変更指示を駆動回路３０に対して行い（ス
テップＳ１０５）、これにより流量調整弁１２を制御し
てガスの排出流量を調整する（ステップＳ１０６）。こ
こでの流量の調整は、排出されるガスの流量が密度セン
サ２４による密度変化の検出に適した小流量になるよう
に行う。なお、ステップＳ１０４において、ガスの総排
出量が、所定量を越えた場合には表示部２７および音声
出力部２８により、ガスの置換状態の途中経過を外部に
通知するようになっている。

【００３４】次に、支管３から排出されるガスの流量が
密度変化の検出に適した小流量に調整された状態におい
て、密度センサ２４による密度変化の検出が行われる
（ステップＳ１０７）。また、制御部２５は、密度セン
サ２４による密度変化の検出値が所定の値に達したか否
かを判断し（ステップＳ１０８）、所定の値に達してい
ない場合には（ステップＳ１０８；Ｎ）、再びこの判断
を繰り返す。ここで、ステップＳ１０８における密度変
化の検出値の判断は、例えば、密度センサ２４にフロー
センサを用い、支管３での置換が空気から天然ガスへと
行われる場合には、密度センサ２４の出力値の変化が１
５％増になったか否かの判断をすることにより行う。密
度センサ２４の出力値の変化が１５％増になった場合に
は、図４の特性図から分かるように、密度センサ２４の
検出対象が天然ガスへとなったことを意味するため、こ
れにより、支管３におけるガスの置換が空気から天然ガ
スへと完全に行われたか否かを判断することができる。

【００３５】制御部２５は、このような判断手法によ
り、密度変化の検出値が所定の値に達したと判断した場
合には（ステップＳ１０８；Ｎ）、支管３におけるガス
の置換が完了したと分析し、最後に、この分析結果の通
知を、表示部２７への表示または、音声出力部２８によ
る音声の出力により行う（ステップＳ１０９）。

【００３６】以上説明したように、本実施の形態に係る
ガス分析装置１によれば、支管３における排出すべき既
存のガスの排出容量の値を入力部２６から入力し、ここ
で入力された排出容量と比較して、支管３からの総排出
量が所定量を越えるまで、支管３から排出されるガスの
排出流量を、例えば最大流量になるように調整するよう
にしたので、ガスの置換作業における作業時間の短縮を
図ることができる。また、密度センサ２４を凹形状を成
したガス溜まり部２３に設置すると共に、密度センサ２
４を利用したガスの置換状態の具体的な分析を、支管３
から排出されるガスの流量を密度変化の検出に適した小
流量に調整した状態において行うようにしたので、ガス
の置換状態の判別が確実であり、置換状態の最終確認を
容易に行うことができる。また、表示部２７および音声
出力部２８によりガスの置換状態の通知が随時行われる
ので、装置の外部において置換状態を容易に知ることが
できる。

【００３７】このように、本実施の形態に係るガス分析
装置１によれば、ガスの置換作業における作業時間を短
縮すると共に、ガスの置換状態の確認を容易に行うこと
ができるという効果を奏する。

【００３８】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上
記実施の形態では、制御部２５が駆動回路３０を介して
流量調整弁１２を制御することにより、支管３から排出
されるガスの流量を調整するようしたが、この流量調整
弁１２の調整は、人手により行うようにしてもよい。こ
の場合にも、ガスの置換状態の途中経過が表示部２７お
よび音声出力部２８により外部に通知されているので、
排出されるガスの流量を密度変化の検出に適した小流量
に調整する場合において、その調整を適正時期に行うこ
とができる。

【００３９】また、上記実施の形態においては、排出す
べきガスの容量の値を制御部２５に外付される記憶部２
９に記憶するようにしたが、制御部２５の内部のＲＡＭ
３３に記憶するようにしてもよい。これにより、装置の
小型化と低コスト化が図れる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項４のいずれかに記載のガス分析装置によれば、ガスの
総排出量と、ガス配管中の既存のガスの容量とを比較
し、この比較結果に基づいて流量調整手段により、ガス
配管から排出されるガスの流量を調整するようにしたの
で、ガスの置換作業における作業時間の短縮を図ること
ができる。また、ガス検知手段によるガスの物理的性質
の変化の検知をガス配管から排出されるガスの流量調整
後に行うようにしたので、ガスの置換状態の判別が確実
であり、置換状態の最終確認を容易に行うことができ
る。このように、請求項１ないし請求項４のいずれかに
記載のガス分析装置によれば、ガスの置換作業における
作業時間を短縮すると共に、ガスの置換状態の確認を容
易に行うことができるという効果を奏する。

【００４１】特に、請求項２記載のガス分析装置によれ
ば、ガスの流れを抑制するガス溜まり部にガス検知手段
を配置するようにしたので、請求項１記載のガス分析装
置の効果に加え、ガスの検知をより正確に行うことがで
きるという効果を奏する。

【００４２】また、請求項４記載のガス分析装置によれ
ば、通知手段により置換状態の通知を行うようにしたの
で、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガス分
析装置の効果に加え、装置の外部において装置の置換状
態を容易に知ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るガス分析装置を含
むガス供給系統を示す説明図である。

【図２】図１におけるガス分析装置のガス分析部の詳細
な構成を示す説明図である。

【図３】本発明の一実施の形態に係るガス分析装置の制
御系の構成を示すブロック図である。

【図４】図１における密度センサとしてのフローセンサ
の出力値の変化の一例を示す特性図である。

【図５】本発明の一実施の形態に係るガス分析装置の動
作を説明するための流れ図である。

【図６】従来のガス分析装置の一構成を表す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ガス分析装置 ２ 本管 ３ 支管 ４ ガス燃焼装置 １１ ガス分析部 １２ 流量調整弁 ２０ 分析管 ２１ ノズル部 ２２ 流速センサ ２３ ガス溜まり部 ２４ 密度センサ ２５ 制御部 ２６ 入力部 ２７ 表示部 ２８ 音声出力部 ２９ 記憶部 ３０ 駆動回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−14572（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31609（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−254451（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−5432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−43993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−56989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 9/00 - 9/36 G01F 1/00 - 9/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス配管中の既存のガスを排出して新た
   なガスへと置換する場合に利用され、前記ガス配管中に
   おけるガスの置換状態を分析するガス分析装置であっ
   て、 前記ガス配管から排出されるガスの排出流量を測定する
   流量測定手段と、 この流量測定手段により測定されたガスの排出流量を積
   算して前記ガス配管から排出されたガスの総排出量を演
   算する排出量演算手段と、 この排出量演算手段により演算されたガスの総排出量
   と、前記ガス配管中における既存のガスの容量とを比較
   する比較手段と、 この比較手段の比較結果に基づいて前記ガス配管から排
   出されるガスの流量を調整するための流量調整手段と、 この流量調整手段により流量調整されたガスの物理的性
   質の変化を検知するガス検知手段と、 このガス検知手段による検知結果および前記比較手段の
   比較結果に基づいて前記ガス配管中におけるガスの置換
   状態を分析する分析手段とを備えたことを特徴とするガ
   ス分析装置。
2. 【請求項２】 前記ガス検知手段は、ガスの流れを抑制
   するガス溜まり部に設置されてガスの物理的性質の変化
   を検知することを特徴とする請求項１記載のガス分析装
   置。
3. 【請求項３】 前記ガス検知手段は、前記ガス配管から
   排出されるガスの密度変化を検出する密度センサである
   ことを特徴とする請求項１または２記載のガス分析装
   置。
4. 【請求項４】 更に、前記ガス配管中のガスの置換状態
   を通知する通知手段を有することを特徴とする請求項
   １，２または３記載のガス分析装置。