JPS6041298B2 - ガス分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガス分析装置におけるガスの除湿システム
の改良に関するものである。

ガス分析装置によっては、ガス中の水分含有量が分析濃
度指示値に誤差となって現われるものがある。

例えば赤外線ガス分析計は、双極子モーメントを有する
分子が各分子特有の波長の赤外線を吸収して、その振動
エネルギーレベル間の遷移を生ずることを利用したもの
で、一定の長さの試料セル内に試料ガス導き、試料セル
を透過する赤外線につき、試料ガス中の濃度測定せんと
している分子に吸収される波長における該赤外線の減衰
率を測定することにより濃度測定を可能とするものであ
る。ところが試料ガス中に水分が含有されていると、水
分は比較的広範囲の波長にわたって赤外線を吸収する特
性をもち、試料ガス中の濃度測定せんとする分子に吸収
される赤外線波長と水分により吸収される赤外線波長と
が重なり易く、その場合には、当該波長の赤外線の減衰
率を測定しても、水分により吸収された分だけ誤差を含
んだ濃度測定値が縛られる。従って試料ガスから出来る
だけ水分を除去することが望まれる。しかし一般的な赤
外線ガス分析計では、動作の安定度を増すために、試料
セルとは別に赤外線を吸収しないガス（窒素など）を基
準ガスとして封入した基準セルを設け、試料・基準の両
セルの透過光の差を測定する方式が探られている。従っ
てこの方式では、試料ガスと基準ガスの両方のガス中の
水分量を等しくすれば、水分含有による誤差は互いに打
ち消し合うので濃度測定値に誤差は生じない。具体例を
説明すると、赤外線アンモニアガス（Ｎ馬）分析装置の
場合は、試料ガス中のＮＨ３を熱式コンバータにより一
酸化窒素（ＮＯ）に変換し、本来的に試料ガス中に存在
するＮＯと変換されたＮＯとの合計を第１の赤外線吸収
セルに通し、他方、ＮＨ３を含んだままの試料ガスを第
２の同セルに通し、両セルによる赤外線吸収量の差によ
って試料ガス中のＮＨ３濃度を求めることができる。

この場合、第１のセルと第２のセルに通される各ガスの
水分含有量を等しくしておけば、測定されたＮＨ３濃度
に水分による誤差が含まれることはない。このような次
第でガス分析装贋と関連してガスの除湿器が使用される
が「かかる除湿器としては、冷却除湿タイプの電子式ガ
ス冷却器によるものと、そうでない半透膜気相除湿器と
がある。

前者では、除湿器の出口におけるガスの露点温度を１〜
３℃にコントロールするもので、これ以し、霧点溢度を
下げることは凍るため出来ない。他方、後者の半透膜気
相除湿器では、霧点温度が−２０００相当まで比較的容
易に除湿することができる。除湿の度合が低く、試料ガ
ス中に水分が多く含まれていると、赤外線分析計などの
光学系を有する分析装置の場合、光学系の汚れが増し、
指示計における零点ドリフトを生じ、また化学発光分析
計の場合には同様にしてスパンドリフトを起こし、正確
な分析値指示の妨げとなる。従って除湿能力の高い半透
膜気相除湿器の方が、除湿能力の劣る電子式ガス冷却器
より優れていると云える。第１図は、かかる半透膜気相
除湿器の断面図であり、第ＩＡ図は第１図において線×
−Ｘ′に沿って切断した断面図である。これらの図を参
照する。半透腰気相除湿器は、外管１と、この外管１の
内部に仕切板２，２を介して支持された多数の内管３，
３，３によって構成され、各内管３は、ィー・アィ・デ
ュポン社の商品名ナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ）と称する
化合物によって構成されており、その内側から外側へ管
壁を通して水蒸気を選択透過させる機能を有している。
今、水蒸気を含んだウェットサンプルガスを入口４より
それぞれの内管３内に導入し出口５より排出させながら
、他方の入口６より出口７に向かってパージ用乾燥ガス
を内管３の外側に通すと、ウェットサンプルガス中の水
蒸気が内管３の管壁を通過して外へパージされる。半透
膜気相除湿器は、上述のような構成、機能を有するもの
であり、前述した理由によりガス分析装置において使用
される。

さて第２図は、ガス分析装置に半透膜気相除湿器を用い
た従来例の構成概要図である。

同図を参照する。サンプリングプローブ８により採取さ
れた試料ガス（例え‘ま自動車などの排ガスを想定する
）は、二つの流路に分流される。その第１として、先ず
試料ガスはＮＨ３（アンモニアガス）コンバータ９にお
いて、試料ガス中のＮＨ３を全部Ｎ○（一酸化窒素）に
変換され、さらにＮ０２（二酸化窒素）コンバータＩＱ
‘こおいて試料ガス中のＮ０２を全部ＮＯに変換される
。このようにしてＮＨ３とＮ０２を含有しなくなった試
料ガスは、基準ガスとして、半透膜気相除湿器１２を通
過することにより除湿され、ポンプ１３により吸引され
て赤外線ガス分析計１５のセル１５Ａを通過した後、大
気へ放散される。またプローブ８により採取された試料
ガスの第２の流路として、先づ試料ガスはＮ０２コンバ
ータ１ １において、試料ガス中のＮ０２をＮＯに変換
される。従ってＮＨ３とＮＯを含有する試料ガスは、半
透腹気相除湿器１２ａにて除湿された後、ポンプ１３ａ
に吸引され赤外線ガス分析計１５のセル１５Ｂを通過し
た後大気へ放散される。赤外線ガス分析計１５において
は、第１のセル１・５Ａと第２のセル１５Ｂが空間的に
並列に配置されており、それらの前方に、図示せざるモ
ータにより駆動されるチョッパ１５８が配置され、それ
によって光源１５Ｃ，１５Ｄからの赤外線波長光を両セ
ル１５Ａ，１５Ｂに交互に照射する構成となっている。
そして両セル１５Ａと１５Ｂの後方には、両セルにおけ
る赤外線吸収量の差を検出するための検出器１５Ｆが配
置されている。唯今の例では、第１のセル１５ＡにはＮ
Ｈ３を含まぬガスが、また第２のセル１５ＢにはＮＨ３
を含むガスが存在するので、検出器１５が検出する赤外
線吸収量の差は、ＮＨ３の存在に起因するものであり、
、このようにしてＮ＆の濃度を測定することができる。
半透膜気相除湿器１２，１２ａに用いるパージ用乾燥ガ
スとしては、別途用意される清浄な乾燥空気（計装用空
気と云う）を用い、これをポンプ１６により吸収して除
湿器１２，１２ａの内管の外側に適していた。

ところが、これらの半透膜気相除湿器は、その周囲温度
、ガス流量、サンプルガスとパ−ジ用乾燥ガスの圧力差
などにより出口におけるガスの露点温度が変化するとい
う欠点を有するものであり、これを解決するため、除湿
器そのものを極溢槽に入れガス圧力を一定に保持してや
るなどの配慮が従来は必要であったから、そのためコス
ト高を招くという難点があった。この発明は、上述の如
き従来技術の難点を除去するためになされたものであり
、従ってこの発明の目的は、高価な櫨溢槽を用いたりす
ることなく、両除湿器出口における各ガスの髭点温度を
同一ならしめ、それにより各ガス中の水分含有量を等し
くし、水分含有量に起因する測定誤差の発生することの
ないようにした上述の如きタイプのガス分析装置を提供
することにある。この発明の構成の要点は、上述の如き
従来のガス分析装置において、２個の半透膜気相除湿器
について一方の除湿器の出口から排出されたサンプルガ
スが赤外線ガス分析計を通過した後、大気開放管を介し
て他方の除湿器へパージ用乾燥ガスとして導かれるよう
に構成し、両除湿器の出口における各ガスの霧点温度を
均等ならしめると共に、赤外線ガス分析計内におけるガ
ス圧をほぼ大気圧という一定圧に維持して分析計の濃度
測定誤差が発生しないようにした点にある。

次に図を参照してこの発明の実施例を詳しく説明する。

第３図はこの発明の一実施例を示す構成概要図である。
同図を、従来の構成を示す第２図と対比すると、相違点
は次の通りである。すなわち、半透膜気相除湿器１２に
より除湿され、ポンプ１３により吸引され、赤外線ガス
分析計１５におけるセル１５Ａに入り、該セルを出たガ
スはそのまま大気へ放散されることなく、大気放散管１
７を介し、反対側の半透膜気相除湿器１２ａへパージ用
乾燥ガスとして供給されている点である。同様に、半透
膜気相除湿器１２ａにより除湿され、ポンプ１３ａによ
り吸引され、赤外線ガス分析計１５におけるセル１５ｂ
に入り、該セルを出たガスは、そのまま大気へ放散され
ることなく、大気放散管１７ａを介し、反対側の半透膜
気相除湿器１２へパージ用乾燥ガスとして供給される。
以上に述べた点以外は第３図も第２図も構成は同じであ
る。さて除湿器１２（または１２ａ）の内管へ導入され
るウエットサンプルガスの圧力は、ポンプ１３（または
１３ａ）により吸引されるため負圧ではあるが、除湿器
の内管の外側を通るパージ用乾燥ガスが、ウェットサン
プルガスより更に負圧となるようにポンプ１６により吸
引されているため、結局ウェットサンプルガス中の水蒸
気分圧がパージ用乾燥ガスのそれより高い。

そのため除湿器１２または１２ａではウエットサンプル
ガスの除湿が行なわれる。半透膜気相除湿器では、その
出口におけるガスの蕗点溢度は、パ−ジ用乾燥ガスの霧
点温度によって変わる。また製品によるバラッキも若干
ある。この発明の実施例の如くすれば、一方の側の第１
の除湿器の除湿能力が高い（出口ガスの露点が低い）場
合には、それにより除湿されたガスを他方の側の第２の
除湿器へパージ用乾燥ガスとして供給するため、第２の
除湿器における除湿能力が高まる（露点が下がる）。他
方、第２の除湿器よりの露点の高いガスは、除湿能力の
高い第１の除湿器のパージ用乾燥ガスとして用いられる
ため、第１の除湿器の除湿能力は下がる。このようにし
て結局、第１と第２の各除湿器の除湿能力は均等化され
、両除湿器により除湿された各ガスの霧点温度が同じ値
に近ず〈わけである。次に第３図において、赤外線ガス
分析計１５を出たガスを大気開放管１７に通す理由を説
明しておく。

第４図は大気開放管の断面図である。

同図を参照する。大気開放管１７は、文字どおりその一
端１７Ａを大気へ開放している。かかる関口端１７Ａか
ら最も遠い入口１７Ｂへ、セル１５Ａからガスが排気さ
れる。そして出口１７Ｃから他方の除湿器１２ａへ、パ
ージ用乾燥ガスとして送られる。かかる大気開放管１７
を使用することにより、ガス分析計１５におけるセル１
５Ａ内の圧力をほぼ大気圧に維持することができる。セ
ル１５Ａ内のガス圧が仮に２倍になると、中の分子密度
も２倍になり、濃度測定値も２倍になる。従って正確な
濃度測定を行なうためには、セル内のガス圧を一定に維
持することが必要である。この発明の実施例では、セル
１５Ａを出たガスを従来のようにそのまま大気へ放散す
ることなく、さらに半透膜気相除湿器へパージ用乾燥ガ
スとして送るため、大気開放管１７を用いなければセル
１５Ａ内のガス圧が変動することがあり、正確な温度測
定が期待できない。そこで大気開放管を用いることによ
り、セル内のガス圧をほぼ大気圧という一定圧に維持し
、それによって分析計１５における濃度測定の正確さを
期しているわけである。第５図は、この発明の他の実施
例の要部を示す概要図である。

第３図に示した構成と相違する点は、ポンプ１３または
１３ａにより吸引されてセル１５Ａまたは１５Ｂへ導か
れるガスの一部を、該セルをバィパスして大気開放管１
７または１７ａへ直接排気している点である。分析計１
５における測定に必要なガス流量以上のガス流がポンプ
により吸引されているときは、余分なガスを無益に捨て
ることなく、分析計をバイパスさせて大気開放管に導き
、そこから他方の除湿器へパージ用乾燥ガスとして充分
な量を送るようにするのがよい。なお第３図、第５図の
何れに示す構成においても、除湿器を通るウェットサン
プルガスの吸引ポンプ１３または１３ａは、除湿器の後
部に配直され、ウェットサンプルガスを吸引する形をと
っている。

これは逆に、ポンプを除湿器の前部に配置し、ウェット
サンプルガスを加圧する形で除湿器に通しても良いわけ
であるが、ウェットサンプルガスが加圧されると、凝縮
水（ドレーン）が発生することがあり、このドレーン中
にウェットサンプルガス中の被測定成分が溶け込んだり
すると測定値に誤差が生じるし、また水がポンプ内に入
ると弁の劣化を早めるなどの問題が起きるので、吸引ポ
ンプ１３または１３ａは除湿器の後部に配置して除湿器
内を流れるウェットサンプルガスを負圧に置くのがよい
。なおこのときは、ポンプ１６により吸引されるパージ
用乾燥ガスを、ウェットサンプルガスより一層負圧によ
るように、ポンプ１６により吸引しないと半透膜気相除
湿器においてウェットサンプルガスの除湿が行なわれな
いことは勿論である。また第３図、第５図においては、
ガス分析計としては叢勤形のもの１台を使用するものと
して説明したが、これは差動形でない分析計を２台使用
する場合でも、この発明を全く同じに実施できることは
云うまでもない。以上説明した通りであるから、この発
明によれば、前述の如きガス分析装置において、高価な
極温槽などを要することなく、大気開放管を設けるほか
、一方の除湿器を母たドライサンプルガスを他方の除湿
器へパージ用乾燥ガスとして流すようにするだけで、誤
差の少ない正確な濃度測定が可能になるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、半透膜気相除湿器の断面図、第ＩＡ図は第１
図において線×−Ｘ′に沿った断面図、第２図は従来の
ガス分析装置の構成概要図、第３図はこの発明の一実施
例を示す構成概要図、第４図は大気開放管の断面図、第
５図は、この発明の他の実施例の要部を示す概要図であ
る。 図において、１は外管、２は仕切板、３は内管、４は入
口、５は出口、６は入口、７は出口、８はガスサンプリ
ングローブ、９はＮＨ３コンバータ、１０はＮ〇２コン
バータ、１１もＮ〇２コンパ−夕、１２は半透膜気相除
湿器、１３はポンプ、１５は赤外線ガス分析計、１６は
ポンプ、１７は大気開放管、を示す。 ７１凶 ★ＩＡ図 を２四 ケ３図 オ４図 才５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半透膜の内側にウエツトガスを流し、外側にパージ
   用乾燥ガスを流すことにより、ウエツトガス中の水蒸気
   を該膜を透過して外側へパージすることのできる第１お
   よび第２の半透膜気相除湿器と、前記第１の除湿器によ
   り除湿された試料ガスが流通し光照射を受ける試料セル
   と、前記第２の除湿器により除湿された基準ガスが流通
   し光照射を受ける基準セルと、前記両セルの透過光の差
   を測定する手段と、一端が大気に開口し前記試料セルを
   通過した試料ガスが排気される第１の大気開放管と、一
   端が大気に開口し前記基準セルを通過した基準ガスが排
   気される第２の大気開放管とを備え、前記第１の大気開
   放管内に排気された試料ガスを前記第２の半透膜気相除
   湿器のパージ用乾燥ガスとしてその第２の除湿器に供給
   し、かつ前記第２の大気開放管内に排気された基準ガス
   を前記第１の半透膜気相除湿器のパージ用乾燥ガスとし
   てその第１の除湿器に供給することを特徴とするガス分
   析装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のガス分析装置におい
   て、試料セルへ導かれる試料ガスの一部および基準セル
   へ導かれる基準ガスの一部を、当該セルをバイパスして
   、第１および第２の大気開放管へそれぞれ導いたことを
   特徴とするガス分析装置。