JPH0829298A - 燃焼ガス成分の分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】正確かつ安全に燃焼ガスの成分分析ができる燃
焼ガスの成分の分析方法を提供する。 【構成】燃焼ガスの成分の分析にあたり、燃焼ガス中の
水分を予め水蒸気透過膜を用いて除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼ガスの成分の分析方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種燃料を燃焼させた際の燃焼ガス成分
の分析は、燃焼効率の向上、燃焼ガスによる中毒を防止
するために広く行なわれている。一方、ほとんどの化石
燃料は水素を含有しておりこのような燃料の燃焼により
発生した燃焼ガスは当然のことながら相当量の水分を含
有し、燃焼ガスの成分の分析にあたってはこの水分が悪
影響を与えることが知られている。そこで、吸収剤を用
いて水分を除去したり、冷却して除湿する方法により燃
焼ガス中の水分を除去することが行なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吸収剤
を用いる方法では、常に吸収剤を更新する必要があり、
しかも本来分析の目的とする成分も吸収されてしまう場
合があり、特定成分の分析の場合にしか用いることがで
きなかった。

【０００４】また冷却して除湿する方法では、システム
が複雑で、冷却機等の比較的大型の設備が必要である。
しかも結露させた水分を系外に取り出す際に、燃焼ガス
の一部も系外に漏洩してしまう場合があり、人体に有害
であるなどの欠点があった。

【０００５】本発明は、正確かつ安全に燃焼ガスの成分
分析ができる燃焼ガスの成分の分析方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、燃焼ガスの成分の分析にあたり、燃焼ガス中の水分
を水蒸気透過膜を用いて除去するように構成されてい
る。

【０００７】請求項２の発明では、請求項１に記載の燃
焼ガス成分の分析方法において、燃焼ガスの成分の分析
にあたり、水蒸気透過膜の一方の面側に、高温の燃焼ガ
スを常温近くまで冷却して燃焼ガス中の水蒸気を結露さ
せた状態で導入し、水蒸気透過膜の他方の面側に外気を
導入し、燃焼ガス中の結露した水分を水蒸気透過膜を介
して外気に移行させて除去するように構成されている。

【０００８】請求項３の発明では、請求項１又は２に記
載の燃焼ガス成分の分析方法において、水蒸気透過膜が
パ−フルオロスルホン酸系陽イオン交換膜であるように
構成されている。

【０００９】請求項４の発明では、請求項１〜３のいず
れか１つに記載の燃焼ガス成分の分析方法において、外
気を、加熱した後、水蒸気透過膜の他方に導入するよう
に構成されている。

【００１０】請求項５の発明では、請求項１〜４のいず
れか１つに記載の燃焼ガス成分の分析方法において、水
蒸気透過膜を介して水分が除去された燃焼ガスを加熱し
てからガス分析機に導入するように構成されている。

【００１１】水蒸気透過膜を介して燃焼ガス中の水蒸気
の除去を行なうには、燃焼ガスが導入される水蒸気透過
膜の一方の面側から、水蒸気透過膜の他方の面側への水
分移動のための駆動力を与える必要がある。例えば水蒸
気透過膜の他方の面側を真空ポンプで減圧したり、水蒸
気透過膜の他方の面側に乾燥空気を流したりして駆動力
を与えることができる。

【００１２】しかし分析用の燃焼ガスの量は極めて少な
く、そのために真空ポンプや、乾燥空気を作るための圧
縮機等の大型の機器を設置するのはコストもかかり、大
きなスペースを必要とするので得策ではない。燃焼ガス
の分析においては、ガス分析機へ送られる燃焼ガス中の
水のミストの除去をすれば十分である。

【００１３】そこで、本発明では、高温の燃焼ガスを常
温近くまで冷却して燃焼ガス中の水蒸気を結露させてか
ら水蒸気透過膜の一方側に導き、水蒸気透過膜の他方側
に外気を導入して、燃焼ガス中の結露した水分を水蒸気
透過膜を介して外気に移行して除去するようにした。

【００１４】燃焼ガスの冷却には水道水や外気が使用で
きる。常温近くまで冷却されることにより燃焼ガス中の
水分の大部分は結露する。

【００１５】冷却された燃焼ガスは水蒸気透過膜の一方
の面側に導かれ、結露水は水蒸気透過膜に付着する。水
蒸気透過膜に付着した結露水は、水蒸気透過膜の他方の
面側に導入された外気により除去される。即ち水の分圧
は相対湿度１００％の気体の分圧にほぼ等しく、一方外
気の湿度は通常相対湿度１００％に達することは少ない
ため、外気を水蒸気透過膜の他方の面側に導入するだけ
で結露水を排除することができる。

【００１６】水蒸気透過膜としては、燃焼ガスの各種成
分に侵されないものであれば使用できる。例えばセロフ
ァン、透湿性ウレタン、シリコン樹脂、イオン交換樹脂
膜などが使用できるが、透湿性が大きく又化学的安定性
等の点で優れているフッ素樹脂系イオン交換樹脂が好ま
しい。水蒸気透過膜は単層膜でもよいが、強度の点で補
強体と組み合わせるのが好ましい。補強体としては、例
えば不織布、織布、多孔体などを使用できる。

【００１７】なかでも本発明の水蒸気透過膜としては、
以下の化１の構造式を有するパ−フルオロスルホン酸系
陽イオン交換膜が好ましく、特に固定イオン濃度１〜６
Ｎ、好ましくは２〜５Ｎ、吸水率２０〜２５０重量％、
好ましくは２２〜１１０重量％、膜厚０．１〜１００μ
ｍ、好ましくは１〜８０μｍのものが適当である。ここ
で吸水率は、乾燥膜重量当たりの膜に含まれる水分量の
百分率で表され、また固定イオン濃度は、膜に含まれる
水分当たりのイオン交換容量で表される。

【００１８】

【化１】

【００１９】化１において、ｐ、ｑは正の数であり、そ
の比ｑ／ｐは２〜１６、ｍは０または１、ｎは１〜５の
整数である。Ｍは水素原子又はＮａ、Ｋなどの金属原子
を表す。

【００２０】水蒸気透過膜は平膜状の水蒸気透過膜を封
筒状に形成したものや、中空糸状の水蒸気透過膜をモジ
ュール化したもの等を使用できる。

【００２１】水蒸気透過膜の他方の面側に導入される外
気の状況は一定ではなく稀に相対湿度が１００％近くに
ある場合があるから、外気は加熱した後、導入する方が
好ましい。外気を加熱すると安定して結露水の除去がで
きる。

【００２２】また水蒸気透過膜部分を通過した燃焼ガス
の相対湿度はほぼ１００％であり、僅かな温度低下で更
に結露してガス分析機内に水のミストを持ち込む可能性
がある。そこで水分が除去された燃焼ガスを加熱してか
らガス分析機に送る方が好ましい。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の燃焼ガス成分の分析方法を
説明する略示的な図で、燃焼ガスは導管１を通って冷却
部２、透過部３、加熱部４に導かれた後、燃焼ガス分析
機に導入される。実際には導管１は冷却部２、透過部
３、加熱部４内では効率を上げるために複雑に配管され
ている。

【００２４】燃焼ガスは通常高温であり、燃焼ガスは冷
却部２で、例えば水道水による水冷や外気による空冷に
より常温近くまで冷却され、これにより燃焼ガス中の水
分の大部分は結露する。

【００２５】透過部３では、導管１部分が水蒸気透過膜
３ａにより形成され、水蒸気透過膜３ａの外側には外気
が導入されている。外気の導入により、結露水は水蒸気
透過膜３ａを透して外気に同伴されて外部に放散され
る。

【００２６】水蒸気透過膜３ａ部分はパ−フルオロスル
ホン酸系陽イオン交換膜からなる。なお外気の当たる部
分だけを水蒸気透過膜にしてコストの低減を図ってもよ
い。

【００２７】透過部３に導入される外気は加熱した後、
透過部３へ導入される。即ち外気の状況は不安定であり
稀に相対湿度が１００％近くにある場合があるからであ
る。外気の加熱により、安定して結露水の除去ができ
る。加熱は透過部３そのものを加熱してもよいし、外気
と透過部とを共に加熱してもよい。加熱する方法として
は、電気ヒータ等の加熱器を用いてもよいが、使用機器
の廃熱や、冷却部２での冷却廃熱を用いた方がコスト的
に有利である。

【００２８】透過部３で結露水を除去された燃焼ガスは
そのままガス分析機に導入してもよいが、燃焼ガスの相
対湿度はほぼ１００％であり、僅かな温度低下で更に結
露してガス分析機内に水のミストを持ち込む可能性があ
るので、燃焼ガスは加熱部４で加熱される。加熱には外
気の加熱と同様に電気ヒータ等の加熱器を用いてもよい
が、使用機器の廃熱や、冷却部２での冷却廃熱を用いる
方がコスト的に好ましい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、燃焼ガスの
成分の分析にあたり、燃焼ガス中の水分を水蒸気透過膜
を用いて除去するようにしているので、メンテナンスが
簡単で、ガス中の分析の対象となる成分が除去されるこ
ともないので、種々の燃焼ガスの分析に適用できる。ま
た、燃焼ガスの成分の分析の際に燃焼ガス中の有毒成分
が外に漏洩することもない。

【００３０】請求項２の発明では、燃焼ガスの成分の分
析にあたり、水蒸気透過膜の一方の面側に、高温の燃焼
ガスを常温近くまで冷却して燃焼ガス中の水蒸気を結露
させた状態で導入し、水蒸気透過膜の他方の面側に外気
を導入し、燃焼ガス中の結露した水分を水蒸気透過膜を
介して外気に移行させて除去するので、大掛かりな設備
を必要とせず、コストも安い。

【００３１】請求項３の発明では、水蒸気透過膜として
パ−フルオロスルホン酸系陽イオン交換膜を使用してい
るので、透湿性が大きく又化学的安定性等の点で優れ、
燃焼ガス中の水分の除去性能に優れている。

【００３２】請求項４の発明では、外気を、加熱した
後、水蒸気透過膜の他方の面側に導入されるので、外気
の状況が不安定でも、安定して水分の除去ができる。

【００３３】請求項５の発明では、水蒸気透過膜を介し
て水分が除去された燃焼ガスを加熱してからガス分析機
に導入するようになされているので、ガス分析機内に水
のミストが持ち込まれる可能性が少なく、正確な分析結
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼ガス成分の分析方法を説明する略
示図である。

【符号の説明】

１ 導管 ２ 冷却部 ３ 透過部 ３ａ 水蒸気透過膜 ４ 加熱部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼ガスの成分の分析にあたり、燃焼ガス
   中の水分を予め水蒸気透過膜を用いて除去することを特
   徴とする燃焼ガス成分の分析方法。
2. 【請求項２】燃焼ガスの成分の分析にあたり、水蒸気透
   過膜の一方の面側に、高温の燃焼ガスを常温近くまで冷
   却して燃焼ガス中の水蒸気を結露させた状態で導入し、
   水蒸気透過膜の他方の面側に外気を導入し、燃焼ガス中
   の結露した水分を予め水蒸気透過膜を介して外気に移行
   させて除去することを特徴とする請求項１に記載の燃焼
   ガス成分の分析方法。
3. 【請求項３】水蒸気透過膜がパ−フルオロスルホン酸系
   陽イオン交換膜であることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の燃焼ガス成分の分析方法。
4. 【請求項４】外気を、加熱した後、水蒸気透過膜の他方
   の面側に導入することを特徴とする請求項１〜３のいず
   れか１つに記載の燃焼ガス成分の分析方法。
5. 【請求項５】水蒸気透過膜を介して水分が除去された燃
   焼ガスを加熱してからガス分析機に導入することを特徴
   とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃焼ガス成
   分の分析方法。