JP3571940B2

JP3571940B2 - 炭化水素分析装置

Info

Publication number: JP3571940B2
Application number: JP33690298A
Authority: JP
Inventors: 新哉中村; 敏和大西; 純治加藤
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000162187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大気などサンプルガス中に含まれる炭化水素の濃度を測定する炭化水素分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば大気中に含まれる炭化水素（以下、ＨＣという）の濃度を測定する装置の一つに、水素炎イオン化検出器（以下、ＦＩＤという）を用いたものがある。このＦＩＤを用いた炭化水素分析装置は、分析部であるＦＩＤに、サンプルガスと燃料ガスおよびゼロガスに精製した助燃ガスを供給して、ＦＩＤ内部でサンプルガスを燃焼させ、そのときの炎のエネルギーでイオン化を生じさせて、サンプルガス中に含まれる炭素量に比例した電流出力を適宜の手法で測定することにより、サンプルガス中のＨＣ濃度を分析するようにしたものである。
【０００３】
ところで、従来の大気測定用炭化水素分析装置は、図２に示すように構成されていた。即ち、図２において、１はＦＩＤで、このＦＩＤ１には、ガス供給流路２と燃料ガスＦおよび助燃ガスＪの供給流路３，４が接続されている。
【０００４】
上記のガス供給流路２は、大気をサンプルガスＳ１として、このサンプルガスＳ１と校正ガスＳ２とを択一的にＦＩＤ１に供給するもので、大気取り入れ口（サンプルガス取り入れ口）５の下流側に、フィルタ６と、例えば三方電磁弁から成るガス流路切り換え手段７と、サンプルガスＳ１を除湿して所定の湿度に調湿する電子冷却器８、及び、余剰のサンプルガスＳ１の排出部９を備えたガス切り換えユニット１０がこの順で設けられており、かつ、前記ガス流路切り換え手段７には、エアベースの可燃性ガスを校正ガスＳ２として、この校正ガスＳ２の供給流路１１が接続されている。
【０００５】
１２は余剰のサンプルガスＳ１を排出するガス排出流路、１３は流量調節用のニードル弁、１４はダイヤフラム式の吸引ポンプであり、吸引ポンプ１４の下流側はガス排出部（図示していない）に接続されている。また、１５は電子冷却器８に接続されるドレンポンプで、その他端はドレン排出部（図示していない）に接続されている。
【０００６】
前記燃料ガス供給流路３は、例えば水素ガスを燃料ガスＦとしてＦＩＤ１に供給するものであり、前記助燃ガス供給流路４は、サンプルガスＳ１および燃料ガスＦが燃焼する際に必要な空気を助燃ガスＪとして供給するものであって、この助燃ガス供給流路４には、大気取り入れ口１６の後段に、フィルタ１７、加湿器１８、電子冷却器１９、ダイヤフラム式の吸引ポンプ２０、圧力調整器２１、大気に含まれるＨＣを全て酸化してこれを除去するゼロガス精製手段２２、流量調整用キャピラリ２３がこの順で設けられている。
【０００７】
ここで、助燃ガスＪが含む水分量によっては酸素濃度の分圧が変化して、これがバックグラウンド値の急激な変化に繋がることから、上記の助燃ガス供給流路４に加湿器１８と電子冷却器１９とを設けて、助燃ガスＪを一旦加湿して後に、電子冷却器１９によって所定の湿度に調湿し、助燃ガスＪの水分条件を一定にして、ＦＩＤ１においてバックグラウンド値を安定に保つようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の従来の炭化水素分析装置においては、サンプルガスＳ１としての大気は、フィルタ６によって異物が除去され、かつ、電子冷却器８によっての前処理が施された後、ガス切り換えユニット１０を通してＦＩＤ１に供給される。
【０００９】
そして、ＦＩＤ１には、燃料ガス供給流路３を経て燃料ガスＦが供給される。また、大気取り入れ口１６を経て助燃ガス供給流路４に導入された大気は、フィルタ１７によって異物が除去され、加湿器１８によって一旦加湿され、かつ、電子冷却器１９によって調湿の前処理が施された後、吸引ポンプ２０、圧力調整器２１を経てゼロガス精製手段２２に至り、前処理後の大気に含まれるＨＣ成分が全て酸化された所謂ゼロガスとなり、このゼロガス精製手段２２を経たガスは助燃ガスＪとしてＦＩＤ１に供給される。
【００１０】
一方、炭化水素分析装置の校正に際しては、流路切り換え手段７が、サンプルガスＳ１の供給に代えて校正ガスＳ２の供給形態に切り換えられ、エアベースの校正ガスＳ２がＦＩＤ１に供給されて、約３０分程度で校正が行われる。
【００１１】
上述したように、従来の炭化水素分析装置にあっては、校正に際して、サンプルガスＳ１に代えて校正ガスＳ２がＦＩＤ１に供給され、炭化水素の濃度測定に際しては、各ガス供給流路２〜４を経て、サンプルガスＳ１、燃料ガスＦおよび助燃ガスＪがＦＩＤ１に供給され、ＦＩＤ１内部において所望の燃焼が行われるが、次のような問題があった。
【００１２】
即ち、従来の炭化水素分析装置では、ガス供給流路２と助燃ガス供給流路４とが互いに独立しており、二つのガス供給流路２，４のそれぞれに、フィルタ６，１７、電子冷却器８，１９および吸引ポンプ１４，２０を設けているため、装置の構成部品がそれだけ多くなり、その分、装置の設置スペースを広く必要とする上に、構成が複雑になり、コスト高となっていた。
【００１３】
一方、上記の電子冷却器８としては、サンプルガスＳ１をＦＩＤ１に安定的に供給する上で、供給すべきサンプルガス量の数倍、現実には５倍程度の冷却能力を有するものが設置されるが、この電子冷却器８によって調湿の前処理を受けた大量のサンプルガスＳ１を余剰分として廃棄することは非常に無駄であった。
【００１４】
本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、構成部品が少なくて構成が簡単かつ安価であり、しかも、前処理したサンプルガスを無駄なく有効に使用することができる上に、校正に際して、バックグラウンド値の急激な変化を防止できるようにした炭化水素分析装置を提供する点にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、水素炎イオン化検出器に、助燃ガスの機能を有する成分を含むサンプルガスとエアベースの校正ガスとを択一的に供給するガス供給流路を接続すると共に、更に、前記水素炎イオン化検出器に、燃料ガスの供給流路と、炭化水素を含まないゼロガスの精製手段を備えた助燃ガスの供給流路とを接続して成る炭化水素分析装置において、前記ガス供給流路にとって余剰のガスを排出するガス切り換えユニットを設け、このガス切り換えユニットの余剰ガス排出部に、前記ゼロガス精製手段を備えた助燃ガスの供給流路を接続して、ゼロガスに精製した余剰のガスを助燃ガスとして水素炎イオン化検出器に供給する一方、この助燃ガスの供給流路に調湿処理を行う水分バッファ手段を備えた点に特徴がある。
【００１６】
上記構成の炭化水素分析装置においては、調湿の前処理を受けた大量の余剰ガスを廃棄することなく、これを助燃ガスとして用いることから、従来の炭化水素分析装置とは異なり、フィルタ、電子冷却器および吸引ポンプを重複して設ける必要がなく、この際、サンプルガス用の電子冷却器として、これの冷却能力が元来大きいことから冷却能力をアップさせずとも、或いは、大幅なアップを必要としないで、余剰のガスを助燃ガスとして利用できるのであり、これによって装置の構成を簡素化でき、かつ、装置全体を安価に構成することが可能となる。
【００１７】
ここで、炭化水素分析装置の校正に際して、余剰の校正ガスを単純に助燃用のガスとして用いると、この校正ガスがドライガスであることから、校正面で不都合を伴うことがある。
【００１８】
即ち、図１を参照して、炭化水素の濃度測定に際して用いられる助燃用のサンプルガスＳ１として、これを電子冷却器８によって完全にドライ処理すれば、以下の述べる不都合は生じないのであるが、サンプルガスＳ１を完全にドライ処理するには、冷却能力の高い大型の電子冷却器８を要するだけでなく、応答も遅れ勝手になることから、一般には電子冷却器８として、コスト面を考慮して上述したように、ＦＩＤ１に安定的に供給すべきサンプルガス量の５倍程度の冷却能力を有するものを設置して、サンプルガスＳ１を出来るだけドライに調湿するようにしている。
【００１９】
而して、炭化水素の濃度測定に際して用いられる助燃用の余剰のサンプルガスが調湿ガスであるのに対して、校正に用いられるガスがエアベースのドライガスであって、濃度測定時と校正時とでは水分条件が異なって、ＦＩＤに供給される助燃ガスの酸素濃度の分圧が急激に変化することから、バックグラウンド値が急激に変化することが懸念されるのである。
【００２０】
そこで本発明では、助燃ガスの供給流路に調湿処理を行う水分バッファ手段を備えて、炭化水素の濃度測定時には、即ち、短時間で行われる校正以外では、調湿されたサンプルガスから水分バッファ手段に水分を吸引させるようにして、常に水分を水分バッファ手段に保有させるようにし、校正時には、水分バッファ手段によってドライの校正ガスに水分を含ませるようにして、もって、水分バッファ手段によって助燃ガスの急激な水分量の変化を抑えるようにしたのであり、これによって、助燃ガスの水分条件が常にほゞ一定になって、バックグラウンド値の急激な変化が防止されることから、炭化水素分析装置の校正が安定的に行われるようになったのである。
【００２１】
因に、例えばＣＨ₄の５ｐｐｍに対して１２００ｍＶ出力相当の場合、表１に示すように、水分バッファ手段を備えない従来の炭化水素分析装置では、助燃ガスとしてウエットガス（５℃飽和）とドライガスとを交互に流した際に、バックグラウンド値が２０ｍＶ変動したのに対して、水分バッファ手段を備えた本発明による炭化水素分析装置では、上記と同じ条件でバックグラウンド値が全く変動することはなかった。
【００２２】
【表１】

（但し、ｃＨ₄５ｐｐｍに対し１２００ｍＶ出力相当の場合）
【００２３】
この発明は、特に大気測定用の炭化水素分析装置において有用である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による炭化水素分析装置の一つの実施の形態を示し、この図に付した符号のうち、図２におる符号と同一のものは同一物であるので、その説明は省略する。
【００２５】
この実施の形態における炭化水素分析装置が、図２に示すものと大きく異なる点は、ガス切り換えユニット１０の余剰ガス排出部９に接続されるガス排出流路１２の下流側に、炭化水素を含まないゼロガスの精製手段２２を備えた助燃ガスＪの供給流路４を接続して、このゼロガス精製手段２２を経た余剰のガスを、助燃ガスＪとしてＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）１に供給するようにし、図２に示した従来の炭化水素分析装置におけるフィルタ１７、加湿器１８、電子冷却器１９および吸引ポンプ２０を省略したことである。以下、本発明による炭化水素分析装置について、図１を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
即ち、図１において、ガス排出流路１２に、流量調節用のニードル弁１３と、ダイヤフラム式の吸引ポンプ１４と、バッファタンク２４と、圧力調整器２１と、ゼロガス精製手段２２と、水分バッファ手段２５と、キャピラリ２３を、その順次に接続して、ゼロガスに精製した余剰のガスをＦＩＤ１に供給するようにしている。
【００２７】
上記のバッファタンク２４は、吸引ポンプ１４の吸引動作に起因して生ずるガス流の脈動が、助燃ガス供給流路４に伝わるのを防ぐものであり、２６はバッファタンク２４に接続されたチェックバルブである。
【００２８】
上記の水分バッファ手段２５は、例えば活性アルミナやシリカゲル、ゼオライトなどの吸湿剤を、流路を構成するケース内に、通気性を有せしめるように充填して成り、ガス流量ならびに圧力条件がほゞ一定になるライン、即ち、圧力調整器２１とゼロガス精製手段２２との間に配置しているが、配置部位は特定されるものではない。
【００２９】
上記構成の炭化水素分析装置の動作を説明する。先ず炭化水素の濃度測定について、サンプルガス入口５に導入されたサンプルガスＳ１としての大気は、フィルタ６によって異物が除去されて、ガス流路切り換え手段７を経て電子冷却器８に至り、出来るだけドライにする調湿の処理が施される。
【００３０】
この調湿されたサンプルガスＳ１はガス切り換えユニット１０に至り、一部がＦＩＤ１に供給される一方、余剰のサンプルガスＳ１が、吸引ポンプ１４に引かれてガス排出流路１２に排出される。
【００３１】
そして、ガス排出流路１２に排出されたサンプルガスＳ１は、バッファタンク２４から圧力調整器２１を経て水分バッファ手段２５に至り、サンプルガスＳ１が含む水分が、飽和状態になるまで水分バッファ手段２５に吸引され、次にゼロガス精製手段２２に至り、ここでＨＣ成分が酸化されてＨＣ成分を含まないゼロガスに精製され、このゼロガスがキャピラリ２３を経てＦＩＤ１に助燃ガスＪとして導入される。
【００３２】
この際、助燃ガスＪは、チェックバルブ２６、圧力調整器２１およびキャピラリ２３によって流量調整が行われて、所定の流量でＦＩＤ１に導入される。
【００３３】
そして、前記ＦＩＤ１には、サンプルガスＳ１および助燃ガスＪのほかに、燃料ガスＦが導入されているので、ＦＩＤ１においては、サンプルガスＳ１が燃料ガスＦおよび助燃ガスＪの存在下で所定の燃焼が行われる。
【００３４】
上述のように、この発明の炭化水素分析装置においては、ガス切り換えユニット１０から排出される余剰の調湿されたサンプルガスＳ１を、無駄に廃棄することなく、助燃ガス供給流路４に流して、この供給流路４に設けられたゼロガス精製手段２２によってゼロガス処理し、このサンプルガスＳ１を助燃ガスＪとしてＦＩＤ１に供給することから、従来の炭化水素分析装置とは異なり、フィルタ１７、加湿器１８、電子冷却器１９、吸引ポンプ２０などを設ける必要がなく、従って、助燃ガス供給流路４の簡略化はもとより、装置全体の部品が少なくなることから、装置を安価に構成できる。
【００３５】
一方、炭化水素分析装置の校正に際しては、流路切り換え手段７が、サンプルガスＳ１の供給に代えて校正ガスＳ２の供給形態に切り換えられて、エアベースのドライの校正ガスＳ２が、電子冷却器８を通してガス切り換えユニット１０に至り、このドライの校正ガスＳ２の一部がＦＩＤ１に供給されると共に、余剰のガスＳ２が助燃ガスＪとしてガス排出流路１２に排出される。
【００３６】
このガス排出流路１２に排出された助燃用のドライガスは、バッファタンク２４から圧力調整器２１を経て水分バッファ手段２５に至り、ここで水分バッファ手段２５が保有している水分が助燃ガスＪに吸引されることで、助燃ガスＪはウエット化し、次にゼロガス精製手段２２を通して助燃ガスＪがゼロガスに精製され、このゼロガスが助燃ガスＪとしてＦＩＤ１に導入される。
【００３７】
而して、助燃ガスＪが水分を含むことから、ＦＩＤ１に導入される助燃ガスＪの急激な水分量の変化が抑えられるのであって、ＦＩＤ１においては、サンプルガスＳ１を助燃ガスＪにする炭化水素の濃度測定時とほゞ同じ水分条件下で校正ガスＳ２が燃焼することから、バックグラウンド値の急激な変化を防止した状態で、炭化水素分析装置の校正が安定的に行われることになる。
【００３８】
ここで、サンプルガスＳ１中のＨＣが急激に変化した場合、ゼロガス精製手段２２に負担がかゝることになるが、上記の水分バッファ手段２５に備える活性アルミナ等はＨＣの吸着能力を有することから、水分バッファ手段２５は、サンプルガスＳ１と助燃ガスＪとをほゞ同じ水分条件下に置く機能の他に、ゼロガス精製手段２２にかゝる負担を緩衝するようにも機能する。
【００３９】
尚、上記炭化水素分析装置は、大気中のＨＣ濃度の測定以外にも用いることができることは言うまでもないが、特に、図１に示した構成は、大気を吸引してこれをサンプルガスＳ１とする測定方式において、優れた効果を奏する。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構成部品が少なくて構成が簡単かつ安価であり、しかも、余剰の調湿ガスを助燃ガスとして無駄なく有効に使用できる上に、校正に際してバックグラウンド値の急激な変化が防止される炭化水素分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化水素分析装置の構成の一例を概略的に示す構成図である。
【図２】従来の炭化水素分析装置の構成を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１…水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、２…ガス供給流路、３…燃料ガス供給流路、４…助燃ガス供給流路、９…余剰ガス排出部、１０…ガス切り換えユニット、２１…ゼロガス精製手段、２６…水分バッファ手段、Ｆ…燃料ガス、Ｊ…助燃ガス、Ｓ１…サンプルガス、Ｓ２…校正ガス。

Claims

水素炎イオン化検出器に、助燃ガスの機能を有する成分を含むサンプルガスとエアベースの校正ガスとを択一的に供給するガス供給流路を接続すると共に、更に、前記水素炎イオン化検出器に、燃料ガスの供給流路と、炭化水素を含まないゼロガスの精製手段を備えた助燃ガスの供給流路とを接続して成る炭化水素分析装置において、前記ガス供給流路にとって余剰のガスを排出するガス切り換えユニットを設け、このガス切り換えユニットの余剰ガス排出部に、前記ゼロガス精製手段を備えた助燃ガスの供給流路を接続して、ゼロガスに精製した余剰のガスを助燃ガスとして水素炎イオン化検出器に供給する一方、この助燃ガスの供給流路に調湿処理を行う水分バッファ手段を備えて成ることを特徴とする炭化水素分析装置。
サンプルガスが大気である請求項１に記載の炭化水素分析装置。