JP7007940B2 - 水素ガス分析キット及び水素ガス分析方法 - Google Patents
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Description
本発明の一態様に係る水素ガス分析キットを用いた水素ガス分析システムの一実施形態について図1を用いて説明する。
本発明の一態様に係る水素ガス分析キットが備える分岐ユニットの一態様について図1、図2を用いて説明する。図2は分岐ユニット40の構造を模式的に示す図である。分岐ユニット14の構造は、以下に説明する事項以外について分岐ユニット40の構造と同様であるので説明は繰り返さない。
水素ガス分析システム100において、分岐ユニットで分岐された配管それぞれには測定機器又は捕集機器が接続されている。分岐ユニット14で分岐された配管51には、測定機器として、酸素濃度計及び露点計16が接続されている。捕集機器として、固体捕集サンプラー18が接続されている。
また、本発明の一態様に係る水素ガス分析キットは、各種測定機器の前に濃縮装置を備えていてもよい。濃縮装置とは、水素ガス中の成分を濃縮する装置である。水素ガス中の成分は、一般的な測定機器では感度不足で測定できない場合もあるため、濃縮装置を測定機器の前に備え、成分を濃縮した後に測定機器へ導入することで、より好適に対象成分の測定を行うことが可能である。水素ガス分析キット内に備える濃縮装置の種類、数は特に限定されない。濃縮装置の種類としては冷却濃縮や、固体捕集サンプラーや、ガス捕集剤などやシリカ膜を用いることが好ましい。
本発明の一態様に係る水素ガス分析キットが備える合流ユニットの一態様について図1、図3を用いて説明する。図3は合流ユニット42の構造を模式的に示す図である。合流ユニット36の構造は、以下に説明する事項以外について合流ユニット42の構造と同様であるので説明は繰り返さない。
本発明の一態様に係る水素ガス分析キットにおいて、分岐したラインをパージラインとして使用してもよい。また、水素ステーションから供給される水素ガスを図示しない別の配管を通して水素ガス分析システム100に導入して、パージラインとして使用してもよい。パージラインは、分析前に水素ガス分析システム内に残留している水素以外のガスを外部へ排出し、装置内を清掃するため、また、システム内の圧力が高くなった場合に、水素ガスを逃すためのラインである。パージラインの長さ、数、及び配置は、水素ガス分析キットのユニット及び機器の数、種類、組み合わせ等に応じて適宜設定すればよい。パージラインを用いることで、水素ガスの分析工程を好適に行うことができる。また、水素ガス分析装置内のガスの圧力を好適に調節することができる。
酸素濃度計及び露点計16は、配管51を通る水素ガスに含まれる酸素濃度及び水分量を測定する。酸素濃度計及び露点計は、酸素濃度及び水分量を測定できるものであればよく、種類は限定されないが、水素に対して防爆構造を有しているものがより好ましい。図1において、酸素濃度計及び露点計16は、まとめて一つの測定装置として図示しているが、配管51をさらに分岐し、分岐した配管それぞれに酸素濃度計、露点計を接続してもよい。
ガスクロマトグラフ22は、配管55を通る水素ガスに含まれるヘリウム、窒素、アルゴン、全炭化水素成分等の濃度を測定する。ガスクロマトグラフの測定対象とする気体の種類はこれらに限定されない。また、ガスクロマトグラフの装置の種類は特に限定されず、目的等に応じて適宜選択すればよい。
二酸化炭素濃度測定装置26は、配管55を通る水素ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を測定する。二酸化炭素濃度測定装置の種類は、水素ガス中の二酸化炭素の濃度を測定できればよく、目的等に応じて適宜選択すればよい。例えば、二酸化炭素濃度測定装置の検出器は光学式センサーのものでもよく、検出器のセンサー感度が十分でない場合は、水素ガス中の対象成分の濃度を高くするために、測定装置の前に冷却濃縮及び加熱脱離を行う濃縮装置を設けてもよい。
一酸化炭素濃度測定装置28は、配管55を通る水素ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を測定する。一酸化炭素濃度測定装置の種類は、水素ガス中の一酸化炭素の濃度を測定できばよく、目的等に応じて、適宜選択すればよい。
本発明の一態様に係る水素ガス分析キットは、キットに含まれる各ユニットと、前述した外部の機器、設備とを接続するための配管を備えていてもよい。配管の種類については、分岐ユニット、合流ユニットで用いた配管と同様である。配管の長さについては、水素ガス分析キットを用いる現場の状態によって適宜選択すればよい。また、外部の機器、設備とを接続するための配管は使用者が適宜用意してもよい。
図1に示す配管同士、配管と各ユニット、配管と各機器とは、継手(図示せず)で接続されている。これにより、水素ガス分析キットを一体化することができる。継手の種類は、分析対象である水素ガスに影響を与えない材質の継手であればよく、また、接続する各種ユニット及び各種機器の種類に応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば、ステンレス鋼、PTFE、PFA等から出来た継手が挙げられる。また、継手の数及び組み合わせは、接続する配管、各ユニット、各機器の数及び種類に応じて適宜選択すればよい。
本発明の一態様に係る水素ガス分析キットは、その他の機器を備えていてもよい。その他の機器としては、特に限定されないが、例えば、圧力調整器、圧力計、及び流量計等が挙げられる。これら機器の配置、数、及び組み合わせは、特に限定されない。
本発明の一態様に係る水素ガス分析方法は、分岐工程と、分析工程と、合流工程と、を含む方法である。これらの方法により、対象の水素ガスを分岐させて、同時に複数の測定に用いることができ、分岐された測定後のガスを一か所から速やかに排出することができる。各工程について図1~図3を用いて以下に説明する。
本発明の一態様において、分岐工程は、注入口1から注入される水素ガスを複数の配管に分岐する分岐ユニット14を用いて、水素ガスを分岐する工程である。
本発明の一態様において、分析工程は、水素ガス中の複数の成分について、測定機器又は捕集機器に、分岐ユニット14及び40によって分岐させた水素ガスを導入して、水素ガスの測定及び捕集のうち少なくとも一つを行なう工程である。分岐ユニット14によって分岐された水素ガスは酸素濃度計及び露点計16による酸素濃度及び水分の測定、固体捕集サンプラー18による成分の捕集に供される。これらの測定及び捕集は並行して行われる。また、分岐ユニット14によって分岐された1つの配管を通る水素ガスは、分岐ユニット40によってさらに分岐される。分岐ユニット40によって3つに分岐されたうちの1つの配管を通る水素ガスはガスクロマトグラフ22によってヘリウム濃度、窒素濃度、及びアルゴン濃度が測定される。また、その他の2つの配管を通る水素ガスも、それぞれ測定機器に供される。二酸化炭素濃度測定装置26により二酸化炭素成分濃度、一酸化炭素濃度測定装置28により一酸化炭素濃度が測定される。これらの測定は並行して行われる。本発明の一態様において、測定及び捕集の方法は特に限定されず、分析対象によって適宜選択すればよい。
本発明の一態様において、合流工程は、各々の測定機器又は捕集機器に接続された配管52又は56を通る水素ガスを合流させる合流ユニット36又は42を用いて、各々の測定機器又は捕集機器から排出された水素ガスを合流させる工程である。合流ユニット42において、分岐された3つの配管56を通る水素ガスが合流した後、排出口7から排出され、合流ユニット36へ向かう。合流ユニット36において、分岐された3つの配管52を通る水素ガスが合流し、排出口5から排出される。排出された水素ガスは、水素ガス分析システム外の水素ステーション設備46へ格納される。
以上のように、本発明の一態様に係る水素ガス分析方法は、注入口から注入される水素ガスを複数の配管に分岐する分岐ユニットを用いて、水素ガスを分岐させる分岐工程と、水素ガス中の複数の成分について、測定及び測定のための捕集のうち少なくとも一つを行なうために、各々の成分を測定又は捕集するための測定機器又は捕集機器に、分岐させた水素ガスを導入して、水素ガスの測定及び捕集のうち少なくとも一つを行なう、分析工程と、各々の前記測定機器又は捕集機器に接続された配管を通る水素ガスを合流させる合流ユニットを用いて、測定又は捕集に供された後に、各々の前記測定機器又は捕集機器から排出された水素ガスを合流させる合流工程と、を含むことがより好ましい。
50、51、52、53、54、55、56、57 配管
5、7 排出口
10 水素ステーション
14、40 分岐ユニット
36、42 合流ユニット
46 水素ステーション設備
100 水素ガス分析システム
Claims (3)
- 注入口から注入される水素ガスを複数の配管に分岐する分岐ユニットを用いて、水素ガスを分岐させる分岐工程と、
水素ガス中の複数の成分について、測定及び測定のための捕集のうち少なくとも一つを行なうために、各々の成分を測定又は捕集するための測定機器又は捕集機器に、分岐させた水素ガスを導入して、水素ガスの測定及び捕集のうち少なくとも一つを行なう、分析工程と、
各々の前記測定機器又は捕集機器に接続された配管を通る水素ガスを合流させる合流ユニットを用いて、測定又は捕集に供された後に、各々の前記測定機器又は捕集機器から排出された水素ガスを合流させる合流工程と、を含み、
前記分岐ユニットと、前記合流ユニットと、を備える水素ガス分析キットを、水素ガスの測定又は捕集を行なう現場に持ち運び、前記測定機器又は捕集機器に連結することで、水素ガス分析システムを組み立てるか、又は前記水素ガス分析キットを組み立ててから前記現場に持ち運び、
前記現場は、水素分析システムを備えていない水素ステーションであり、
前記捕集機器は、水素ガス中の不純物を捕集する、少なくとも1つの固体捕集サンプラーを備え、
前記固体捕集サンプラーは、前記分岐ユニット及び前記合流ユニットから着脱可能に連結され、
前記合流工程では、前記合流ユニットに連結した水素ガス分析システム外の水素ステーション設備に、前記測定機器又は捕集機器から排出された水素ガスを格納する、水素ガス分析方法。 - 前記注入口から注入する水素ガスの圧力が大気圧以上、1MPa未満である、請求項1に記載の水素ガス分析方法。
- 前記合流工程によって合流した水素ガスの圧力が大気圧以上、前記合流ユニットに注入
する水素ガスの圧力未満である、請求項1又は2に記載の水素ガス分析方法。
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