JPWO2012120957A1

JPWO2012120957A1 - ガス分析装置

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Publication number: JPWO2012120957A1
Application number: JP2013503424A
Authority: JP
Inventors: 中谷　茂; 茂中谷; 健児原; モンタジールラーマン; 正博中根
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: EP2685230A4; EP2685230B1; WO2012120957A1; US9885695B2; EP2685230A1; US20140002823A1; JP5985465B2

Abstract

分析時において清浄化機構内のデッドボリュームから試料ガスがセル内へと逆流することにより分析精度が低下してしまうことを防ぐことができるようにするために、試料ガスが導入されるセル２１と、前記セル２１内に導入された試料ガスを分析する分析部２２、２３と、前記セル内におけるガス接面の所定領域に向かって配置されたガスポート９１と、前記ガスポート９１を所定のパージガス源９３に接続する配管機構９２とを具備し、前記ガス接面を清浄化するパージ時には、前記ガスポートからパージガスを前記所定領域に吹きつけるようにしたガス分析装置１００であって、前記配管機構９２の接続先を、前記パージガス源から所定の吸引部２４に切り替える切替部９４をさらに具備し、試料ガスの導入時又は分析時においては、前記ガスポート９２を吸引源２４に接続するように構成した。

Description

本発明は、セル内に導入された試料ガスの分析するためのガス分析装置に関するものである。

試料ガスについて各種分析を行う場合、試料ガスを測定が行われるセル内に導入して、セル内の試料ガスについて各種分析部による分析が行われている（特許文献１参照）。例えば、試料ガス中に含まれる成分ガスの濃度を吸光度に基づいて測定する場合、前記セル内へレーザ光を入射させ、セル内に配置された多重反射ミラーによって反射を繰り返した後にセル外へと戻ってきたレーザ光を検出することにより測定が行われている。

このような測定において、例えば前記多重反射ミラーやセル内壁面等のセル内において試料ガスが接触するガス接面を有するものに、試料ガスに含まれる成分によって汚れが生じると分析精度が損なわれてしまう。このため、分析精度に影響のあるガス接面の所定領域に向かってガスポートを配置し、前記ガスポートを所定のパージガス源に対して配管機構により接続することで、このガスポートからガス接面に対してパージガスを吹き付けて、前記ガス接面の汚れを落とせるようにしたものがある。

しかしながら、上述したようなガス接面を清浄化するための構成を追加すると、清浄化のためのガスパージ時以外において問題が生じることがある。具体的には、試料ガスの導入時や、分析時等のパージガスを導入していない場合には、前記試料ガスが前記ガスポートから前記配管機構内へと拡散等の効果によって侵入してしまい、試料ガスが配管機構内のデッドボリュームに蓄えられることになる。そして、この配管機構内に蓄えられた試料ガスが、分析時において何らかの拍子でセル内に戻ってしまうと、現在セル内にある試料ガスの濃度等のパラメータが変化してしまい、その結果、正確な測定ができなくなる場合がある。特にＮＨ３のような吸着性のガスが試料ガスに含まれている場合、前記配管機構の内面に付着してしまい、より多くのガスが蓄えられるため、測定誤差が大きくなりやすい。

特開２００１−１５９５８７号公報

そこで、本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、ガス接面の汚れを落とすための清浄化機構を導入しつつも、分析時において清浄化機構内のデッドボリュームから試料ガスがセル内へと逆流することにより分析精度が低下してしまうことを防ぐことができるガス分析装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のガス分析装置は、試料ガスが導入されるセルと、前記セル内に導入された試料ガスを分析する分析部と、前記セル内におけるガス接面の所定領域に向かって配置されたガスポートと、前記ガスポートを所定のパージガス源に接続する配管機構とを具備し、前記ガス接面を清浄化するパージ時には、前記ガスポートからパージガスを前記所定領域に吹きつけるようにしたガス分析装置であって、前記配管機構の接続先を、前記パージガス源から所定の吸引源に切り替える切替部をさらに具備し、試料ガスの導入時又は分析時においては、前記ガスポートを吸引源に接続するように構成したものであることを特徴とする。

このようなものであれば、前記ガス接面を清浄化するためにパージガスをふきつけるためのガスポートを設けたとしても、前記試料ガス導入時又は分析時において、前記ガスポートを吸引源に接続するように構成してあるので、前記配管機構内から前記セル内へと試料ガスが逆流することがない。つまり、前記配管機構内でデッドボリュームとなっている部分に試料ガスが蓄えられているようなことがあっても、前記セル内にある試料ガスの濃度等のパラメータに変化は生じず、分析精度が低下するのを防ぐことができる。

さらに、前記切替部によって前記配管機構の接続先を前記パージガス源から所定の吸引源に切り替えるだけなので、前記セル内に複雑な機構を設けなくても前記ガスポートから前記セル内への逆流を防ぎ、分析精度を高めることができる。

分析時において試料ガスをセル内に流入させつづけることにより、前記ガスポートから吸引が行われたとしても、試料ガスの絶対量への影響を小さくし、より分析精度を高めやすくするためには、前記セルに、試料ガスを導入するための導入ポートと試料ガスを排出するための排出ポートを設け、前記分析時においては、前記導入ポートと排出ポートを双方オープンにして試料ガスがセルを流通するように構成していればよい。

分析時において前記ガスポートから吸引される試料ガスの量を小さくし、できる限り多くの試料ガスが排出ポートから排出されるようにすることで、検出信号の精度と応答性を維持することができる構成としては、前記排出ポートから排出されるガス流量よりも、前記ガスポートから吸引されるガス流量を小さく設定しているものが挙げられる。

前述した効果がより顕著となる試料ガスとしては、前記試料ガスに吸着性ガスが含まれているものが挙げられる。

このように本発明のガス分析装置によれば、前記パージガスをガス接面の所定領域に吹き付けるためのガスポートについて、吹き付けだけなく、少なくとも試料ガスの流入時又は分析時において吸引も行うようにしてあるので、分析時にガスポートに接続されている配管機構に蓄えられた試料ガスが逆流することを防ぎ、分析精度が低下することを防ぐことができる。

本実施形態の排ガス分析装置を模式的に示す構成図である。吸着性ガスを有する試料ガスの吸収スペクトルの圧力変動を示す図。各種加熱管を用いた場合の応答時間を示す実験結果である。本実施形態の排ガス分析装置における測定セル周辺を拡大した詳細図。

１００・・・排ガス分析装置（ガス分析装置）
２１・・・測定セル（セル）
２２・・・レーザ光照射部（分析手段）
２３・・・光検出部（分析部）
９１・・・ガスポート
９２・・・配管機構
９３・・・パージガス源
９４・・・電磁三方弁（切替部）
９５・・・導入ポート
９６・・・排出ポート

以下に本発明に係る排ガス分析装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る排ガス分析装置１００は、例えば自動車等の排気管（テールパイプ）に接続されて、その排気管から排出される試料ガスである排ガス中に含まれるＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ及びＮＨ_３の濃度を吸光光度法を用いて測定するものである。

具体的にこのものは、図１に示すように、試料ガスを測定するための装置本体２と、当該装置本体２とは別体に設けられて、自動車の排気管に取り付けられる流量制御ユニット３と、装置本体２及び流量制御ユニット３に接続され、流量制御ユニット３から導入される排ガスを装置本体２に導入する加熱管４とを備えている。なお、装置本体２と流量制御ユニット３とはそれぞれ異なる場所に設けられており、それらを一緒に収容する別のケーシング等は無く、それらは加熱管４のみにより接続されている。

装置本体２は、試料ガスを測定するための多重反射型の測定セル２１と、この測定セル２１の光導入窓からレーザ光Ｌ１を導入して測定セル２１内の試料ガスに直線性の高いレーザ光Ｌ１を照射するレーザ光照射部２２と、測定セル２１から出る透過レーザ光Ｌ２を検出する光検出部２３と、測定セル２１に接続されて測定セル２１内を負圧にする負圧ポンプ２４とを備えている。ここで、測定セル２１を多重反射型としているので、測定成分が低濃度であっても、検出感度を大きくすることができる。また、負圧ポンプ２４は、測定セル２１内を、例えば、１ｋＰａ（ガス濃度が小さくなりすぎて測定が困難になる圧力）〜８０ｋＰａ（ピークがなだらかになり他のガス成分との干渉が生じやすくなる圧力）の範囲内の負圧に維持し、好ましくは、ＮＨ_３成分の吸着が起こりにくく、測定が可能なガス濃度を実現しつつ、さらに他のガス成分との干渉が生じない圧力範囲である、２０ｋＰａ〜５０ｋＰａの範囲内の負圧に維持する。このように２０ｋＰａ〜５０ｋＰａであれば、１つの負圧ポンプ２４によって測定セル２１と後述する加熱管４の両方を同じ圧力にすることができる。なお、図２に示すとおり、吸着性ガス成分を有する試料ガスの吸収スペクトルは、８０ｋＰａ以下においてピークが立ち始めており、５０ｋＰａ以下においてそのピークが明確に現れている。

さらに装置本体２は、後述する加熱管４が接続されて、当該加熱管４を流れる排ガスを測定セル２１に導入するための導入ポート２Ｐを有する。導入ポートＰ２及び測定セル２１は内部接続管２５により接続されている。なお、導入ポート２Ｐ、内部接続管２５及び測定セル２１は、排ガス中の水分の結露を防止すべく、例えば１１３℃や１９１℃に加熱されている。

レーザ光照射部２２は、レーザ光Ｌ１を射出するレーザ光源２２１と、当該レーザ光源２２１からの光を測定セル２１に案内する反射ミラー等からなる案内機構２２２とを備えている。なお、本実施形態では、吸着性ガス成分としてＮＨ_３を対象としており、レーザ光源２２１は、ＮＨ_３が吸収特性を有する中赤外領域や近赤外領域等の赤外領域波長又は紫外領域の発振波長を有するレーザ光を射出する波長可変レーザであり、例えば量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）、波長可変半導体レーザ等の半導体レーザ、固体レーザ又は液体レーザを用いることが考えられる。

レーザ光源２２１としては、特に量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を用いることが好ましい。ＱＣＬ素子は、一定間隔の電流パルスによりレーザ光を発振するものであり、レーザ素子からの発振波数は温度に依存するため、結果的に発振波数はある狭い波数範囲でのスキャンを繰り返す。このＱＣＬを用いた吸光光度法（ＱＣＬ−ＩＲ法）では、目的とする成分の吸収ピーク位置がこの範囲内に入るように、発振中心波数を調整した素子を使用する。なお、後述するように負圧にした測定セル２１では、試料ガスの密度が小さくなり、感度が下がってしまう。しかしながら、中赤外領域の発振波長（パルス幅は５００ｎｓｅｃ）を有するＱＣＬを用いることで、吸光度の大きい波長域で計測することができ、負圧下においても感度を低下させることなく、吸着性ガス成分の濃度を測定でき高速応答が可能となる。

光検出部２３は、測定セル２１で多重反射された後に、当該測定セル２１から出る透過レーザ光Ｌ２を検出するものであり、例えば常温動作型のＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）検出器２３を用いることが考えられる。なお、ＭＣＴ検出器２３１及び測定セル２１の間には、透過レーザ光Ｌ２をＭＣＴ検出器２３１に案内するための反射ミラー等からなる案内機構２３２が設けられている。ＭＣＴ検出器２３１により得られた光強度信号は図示しない演算装置に出力される。そして演算装置により、各成分の吸光度が算出されて、各成分の濃度が演算される。なお、前記レーザ光照射部２２、前記光検出部２３が請求項における分析部に相当するものである。

流量制御ユニット３は、自動車の排気管に接続されるものであり、排気管から出る排ガス中のダストを除去するためのフィルタ３１と、当該フィルタ３１を通過した排ガスの流量を制限するための流量制限部３２とを備えている。また、流量制御ユニット３は、排気管の排気口に直接又はその排気口から配管を介して２ｍ以内の位置に取り付けられていることが好ましい。特に、５０ｃｍ以内の位置に取り付けることが好ましい。これにより、排気管から出る排ガスを上流側で早い段階で負圧状態にすることができる。

フィルタ３１は、ユーザにより交換可能な上流側の例えば円筒状フィルタ３１ｂと、流量制御ユニット３の内部に設けられてユーザが交換不可である下流側の例えばディスク状フィルタ３１ａとからなる。また、流量制限部３２には、接ガス面積を小さくして応答時間を短くするために臨界オリフィス（ＣＦＯ）を用いている。このように流量制御ユニット３は、フィルタ３１及び臨界オリフィス（ＣＦＯ）を有するユニットであり、小型化が可能である。

具体的には、流量制限部３２は、直列に配置された２つの臨界オリフィスＣＦＯ１、ＣＯＦ２を用いて、又は、１つの臨界オリフィスＣＦＯ２のみで構成されている。また２つの臨界オリフィスＣＦＯ１、ＣＯＦ２の間には、チェックバルブＣＶが設けられた分岐流路３３が設けられている。このような構成により、流量制御ユニット３に流れる排ガスが高圧の場合には、一部の試料ガスが分岐流路３３から外部に排出されるようにしている。また、下流側の臨界オリフィスＣＦＯ２には、後述する加熱管４が接続される。これらフィルタ３１及び流量制限部３２は、排ガス中の水分の結露を防止すべく例えば１１３℃や１９１℃に加熱されている。

加熱管４は、それぞれ別体に設けられた装置本体２及び流量制御ユニット３を接続するものであり、管の周囲にヒータが巻回されて構成されている。具体的に加熱管４は、下流側が装置本体２の導入ポート２Ｐに接続されるとともに、上流側が流量制御ユニット３の流量制限部３２（具体的にはＣＦＯ２）に接続されている。

そして、この加熱管４は、流量制御ユニット３を通過した排ガスを、１００℃〜２００℃に加熱して装置本体２の導入ポート２Ｐに導く。なお、１００℃より低温であれば、加熱管４内でＮＨ_３ガス等の吸着性ガス成分が吸着又は結露し易くなる。一方、２００℃より高温であれば、加熱管４を例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）で構成した場合に、そのＰＴＦＥが溶けてしまう恐れがある。本実施形態では、前記測定セル２１の加熱温度と同一温度である１１３℃や１９１℃に加熱して装置本体２の導入ポート２Ｐに導く。このような構成により、加熱管４の上流側端部に流量制限部３２が設けられる構成となる。

なお、加熱管４の管の材質としては、ステンレススチール（ＳＵＳ）又はフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等が考えられるが、ＮＨ_３の吸着を低減して応答時間を短くするためにはフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を用いることが好ましい。なお、ステンレススチール（ＳＵＳ）を用いる場合には、加熱管４の内面に多孔質シリコン等の多孔質材をコーティングすることによって極性分子であるＮＨ_３ガスを吸着することが考えられる。また加熱管４の内壁面に表面処理や鏡面加工を施すことによってさらに吸着を低減することができる。

ここで、加熱管４の管の材質として、（１）フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を用いた場合、（２）通常のステンレススチール（ＳＵＳ）を用いた場合、（３）鏡面加工が施されたステンレススチール（ＳＵＳ）を用いた場合、（４）表面処理が施されたステンレススチール（ＳＵＳ）を用いた場合の応答時間の実験結果を図３に示す。なお、この図３は、５０ｐｐｍのＮＨ_３ガスを、サンプル流量１０Ｌ／ｍｉｎ、サンプル配管長さ２ｍ、配管温度を室温（約２５℃）の条件で測定した結果である。また、ここでの応答時間は、Ｔ_１０（濃度１０％を示す測定時間）からＴ_９０（濃度９０％を示す時間）までの時間である。図３から分かるように、各種加熱管の応答時間は、ＰＴＦＥ管で１．１秒、通常のＳＵＳ管で１．８秒、鏡面加工のＳＵＳ管で１．４秒、表面処理のＳＵＳ管で１．８秒である。この結果から、ＰＴＦＥ管を用いることが応答時間の観点から最も優れていることが分かる。

しかして、本実施形態の排ガス分析装置１００においては、サンプリング開始時から測定終了時まで、測定セル２１に接続された負圧ポンプ２４が、測定セル２１内を負圧にするとともに、流量制限部３２（具体的にはＣＦＯ２）の下流側から測定セル２１までの流路を負圧にする。つまり、負圧ポンプ２４により、測定セル２１から加熱管４の流量制限部３２までの流路が、測定セル２１と略同一の圧力（例えば２５ｋＰａ）に負圧にされることになる。本実施形態では、流量制限部３２（具体的にはＣＦＯ２）の下流側から測定セル２１までの流路とは、加熱管４内の流路と、導入ポート２Ｐ内の流路と、導入ポート２Ｐ及び測定セル２１を接続する内部接続管２５内の流路とからなる。

なお、測定セル２１には、排ガス分析装置１００（具体的には光検出部２３）のゼロ点調整を行うために測定セル２１にゼロガスを供給するゼロガス配管６と、排ガス分析装置１００（具体的には光検出部２３）のスパン調整を行うために測定セル２１内にスパンガスを供給するスパンガス配管７とが接続されている。このゼロガス配管６及びスパンガス配管７には、それらガスの供給を切り替えるための電磁弁等の開閉弁６１、７１が設けられている。また、ゼロガス配管６及びスパンガス配管７は、流量制限要素である臨界オリフィス（ＣＦＯ）８の上流側で合流しており、当該臨界オリフィス８を介して測定セル２１内に供給される。ここで臨界オリフィス８は、前記流量制御ユニット３の流量制限部３２と同様に、例えば１１３℃や１９１℃に加熱されている。これにより、測定条件と同様の条件で、ゼロ調整及びスパン調整を行うことが可能となる。

さらに、前記測定セル２１は、当該測定セル２１内において試料ガスが接するガス接面の所定領域に対してパージガスを吹き付け、前記所定領域の汚れ等を落とすための清浄化機構９を更に備えたものである。この清浄化機構９の構成については、後ほど詳述する。

また、負圧ポンプ２４と測定セル２１との間にはバッファタンク２６が設けられている。このバッファタンク２６により、負圧ポンプ２４の脈動により測定セル２１に導入される試料ガスの流量が変動することを防止する構成としている。なお、負圧ポンプ２４の下流側には、ドレンセパレータ２７及びドレンポット２８が接続されている。ドレンセパレータ２７によりドレンと分離された排ガスはドレンセパレータ２７から外部に排出される。また、ドレンセパレータ２７によりガスと分離されたドレンは、ドレンポット２８に収容されて排出される。

さらに流量制御ユニット３の流量制限部３２が臨界オリフィスであり、負圧ポンプ２４のみでは、測定セル２１に導入される試料ガスの圧力を調整できない。このため本実施形態では、測定セル２１に導入される試料ガスの圧力を調整するための流量圧力調整機構５が設けられている。この流量圧力調整機構５は、負圧ポンプ２４及び測定セル２１の間の接続管上に接続されており、大気等の補償ガスを導入する流路５１と、当該流路５１上に設けられたフィルタ５２と、補償ガスの流量を調整するための圧力調整弁等のレギュレータ５３とを備えている。このレギュレータ５３は、測定セル２１内が一定圧になるように補償ガスの圧力を調整する。ここで排気管から測定セル２１に至るまでレギュレータを設けていないので、レギュレータによるＮＨ_３の吸着の恐れが無い。なお、本実施形態では、流路５１はバッファタンク２６に接続されている。

＜本実施形態の全体の効果＞

このように構成した本実施形態に係る排ガス分析装置１００によれば、装置本体２の外部に設けられた加熱管４の上流側端部に流量制限部３２を設け、負圧ポンプ２４により、測定セル２１内及び流量制限部３２の下流側から測定セル２１までの流路を負圧にしているので、測定セル２１に繋がる流路において負圧にされる領域を可及的に大きくすることができ、ＮＨ_３成分の吸着を低減することができる。また、流量制限部３２を設けるとともに、負圧ポンプ２４によってサンプリング開始時から測定終了時まで負圧に維持した状態とすることにより、試料ガスの流入圧力によって流量制限部３２下流側が正圧になることを防止することができ、ＮＨ_３成分の付着を防止することができる。これにより、ＮＨ_３成分が低濃度であっても精度良く測定可能であり、さらにその濃度測定の応答速度を向上させることができる。なお、ＮＨ_３成分は一度吸着すると出てきにくいことから上述の通り、サンプリング開始時から測定終了時まで、常時負圧にする必要がある。

また、加熱管４の上流側端部に流量制限部３２が設けられていることから、負圧にされた試料ガスが加熱されることになり、加熱管４内の結露に伴うＮＨ_３成分の溶解損失をより一層防止することができる。

さらに、常圧における吸収スペクトルを観測すると吸収ピークが広がりを持つことが知られているが、測定セル２１内を負圧状態にすることにより、よりシャープなピークが得られ、ＮＨ_３成分の吸収ピークに対する干渉影響が低減できる。

＜本実施形態の測定セル２１及び清浄化機構９の構成についての詳細＞

ここで、前記測定セル２１及び前記清浄化機構９について、図４の測定セル２１の周辺を拡大した図を参照しながらより詳細に説明する。

前記測定セル２１は、概略中空直方体形状のものであり、図面視において各端面にレーザ光を多重反射するための多重反射ミラー９９を備えたものである。図４における断面視において、この多重反射ミラー９９の近傍には、試料ガスをセル内に導入するための導入ポート９５と、前記試料ガスを排出するための排出ポート９６とが、対角線上に設けてある。そして、前記導入ポート９５及び前記排出ポート９６は、分析時においては、前記導入ポートと排出ポートを双方オープンにして試料ガスがセルを流通するように構成してある。ここで、「双方オープン」にしてとは、導入ポート９５及び排出ポート９６の両方を常時開放してあるものであってもよいし、分析時以外は一時的に閉じており、分析時にのみ開放するものを含む概念である。前記導入ポート９５は、配管により前記流量制御ユニット３と接続されており、試料ガスが前記測定セル２１内に導入されるようにしてある。前記排出ポート９６は、後述する測定セル２１及び負圧ポンプ２４へと接続されており、測定セル２１内の試料ガスを外部へと排出するようにしてある。このように前記導入ポート９５と前記排出ポート９６を接続、配置することにより測定セル２１内に導入された試料ガスは概略想像線で示すように各多重反射ミラー９９の間を蛇行しながら排出ポート９６まで移動するようにしてある。

次に、前記測定セル２１に設けられた前記清浄化機構９について説明する。この清浄化機構９は、試料ガスに含まれる成分により前記多重反射ミラー９９に汚れが付着し続けないように、パージガスを吹き付けることで汚れを落とすためのものである。より具体的には前記清浄化機構９は、前記測定セル２１におけるガス接面の所定領域にパージガスを吹き付けられるように前記測定セル２１に設けられたガスポート９１と、少なくともパージ時に前記ガスポート９１とパージガス源９３とを接続する配管機構９２と、前記配管機構９２の接続先をパージガス源９３から所定の吸引源に変更するための切り替え手段である電磁三方弁９４とを備えたものである。

前記ガスポート９１は、本実施形態では各多重反射ミラー９９の凹面に向かってパージガスを吹き付けることができるように、前記測定セル２１に設けられた２つのガスポート９１を備えたものである。この２つのガスポート９１は、図面視において前記測定セル２１の上面及び底面に設けられており、各ガスポート９１が対角線上に配置してあるとともに、各対面には前記導出ポート又は前記排出ポート９６が臨むように配置してある。すなわち、前記導出ポート、前記排出ポート９６、各ガスポート９１は、測定セル２１を縦断面で見た場合に四隅にそれぞれ配置されていることになる。

前記配管機構９２の一つの配管流路は、前記各ガスポート９１と、所定のパージガス源９３とを前記電磁三方弁９４を介して接続するものであり、パージ時には前記パージガス源９３から供給されるパージガスを前記多重反射ミラー９９へと吹き付けることができるようにしてある。ここで、前記パージガスの具体例としては、水を含まない空気や、AｒやN₂等の不活性ガスにより、パージガスの圧力により付着している汚れを吹き飛ばすことで清浄化するものが挙げられる。また、NO_２やＯ_３のような反応性ガスをパージガスとして使用して、付着しているすすを化学的に分解して除去するようにしても構わない。そして、前記配管機構９２のもう一つの配管流路は、前記電磁三方弁９４を介して前記ガスポート９１と本実施形態の吸引源たる前記負圧ポンプ２４と接続するものである。

前記電磁三方弁９４は、パージ時においては前記ガスポート９１と、前記パージガス源９３とのみを接続するように開閉し、前記測定セル２１内への試料ガスの導入時又は分析時においては、前記各ガスポート９１と前記負圧ポンプ２４とのみを後述するバッファタンク２６を介して接続するように構成してある。また、前記電磁三方弁９４と、前記バッファタンク２６を接続する配管９７の直径は、試料ガスを測定セル２１内から排出するための前記排出ポート９６から前記バッファタンク２６までを接続する配管９８の直径と比べて小さく設定してあり、前記排出ポート９６から排出されるガス流量よりも前記ガスポート９１から吸引されるガス流量を小さく設定してある。言い換えると、前記排出ポート９６から吸引されるガス流量と、前記ガスポート９１から吸引されるガス流量との間の関係は、測定セル２１内において試料ガスが均一に分散している状態をキープできる関係となるように設定してある。

＜本実施形態の測定セル２１及び清浄化機構９による効果＞

このようにパージガスによる多重反射ミラー９９へのパージガスの吹き付けが行われていない場合、特に分析時においては、前記電磁三方弁９４が切り替えられて前記ガスポート９１と前記負圧ポンプ２４とが接続されているので、前記配管機構９２に蓄えられていた試料ガス等のガスが前記ガスポート９１を介して前記測定セル２１内へと逆流することを防ぐことができる。従って、前記測定セル２１内の試料ガスの濃度が変化したり、余分な成分が流入したりすることによってＮＨ_３等の濃度測定に誤差が生じることを防ぐことができる。さらに、前記排出ポート９６から排出される試料ガスの流量よりも前記ガスポート９１から吸引される流量を小さく設定してあるので、多量の試料ガスが前記多重反射ミラー９９間を通らずにガスポート９１から吸引される事態を防ぎ、略全ての試料ガスについて吸光度を測定できるようにしている。従って、前記光検出部２３から出力される信号強度を大きくすることができ、各ガス成分を分離して濃度測定を行うことが可能となる。

＜その他の変形実施形態＞

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、流量制御部が加熱管の上流側端部に配置される構成として、負圧にされる流路容積を最大にする構成としているが、その他、加熱管上に設けるようにしても良い。

また、流量制御部としては、臨界オリフィスの他、圧力調整弁等の真空レギュレータ、キャピラリ、ベンチュリを用いても良い。

さらに、前記実施形態では、吸着性ガス成分としてＮＨ_３成分について説明したが、その他、ハイドロカーボン（ＨＣ）成分等の吸着性の高いガス成分を分析するものであっても良い。ハイドロカーボン（ＨＣ）成分の例としては、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノールやエタノール等のアルコール、高沸点ＨＣ等が挙げられる。また吸着性の高いガス成分とは、ＮＯ_２、ＳＯ_２、Ｈ_２Ｏ等の極性を持った分子が挙げられる。その上、前記実施形態では、装置本体２と流量制御ユニット３とが別体に構成されているが、別体でなくても良い。

加えて、前記測定セルは試料ガスが流入するとともに試料ガスが流出しているいわゆるフローセルであったが、一度試料ガスを測定セル内に蓄え、流出させずに分析を行うバッチ型のセルであっても構わない。このようなものでも、測定セル内のガス接面の汚れを落とすために、前記ガスポートを設けておくと、分析時や試料ガス導入時に配管機構においてデッドボリュームとなっている部分に蓄えられた試料ガスが測定セル内に戻り、分析精度に悪影響を与える場合がある。このような事態を防ぐために、バッチ型の測定セルでも前記切替部により前記ガスポート、前記配管機構の接続先を前記パージガス源から前記吸引源に変更できるようにすればよい。

また、前記実施形態では、試料ガスを導入ポートから導入するための動力源として用いているものを前記ガスポートからの吸引を行うための吸引源とし、共用できるようにしていたが、吸引源をさらに別に設けても構わない。

前記ガス接面の所定領域としては、前記実施形態では多重反射ミラーを設定していたが、その他の領域に設定しても構わない。具体的には、前記測定セルの内壁、前記多重反射ミラーの保持台、測定セル内の内部状態を測定するセンサ（例えば、温度センサ等）を前記ガス接面の所定領域に設定し、パージガスにより汚れを落とすように構成しても構わない。また別の例としては、測定セル内部の構造により試料ガスがガスだまり等になりやすい場所等をパージガスで定期的に流せるように前記ガスポートの向きを設定しても構わない。

加えて、前記清浄化機構の構成は特にＮＨ_３等の吸着性ガスが試料ガスに含まれている場合に特に有効であるが、その他のガスであっても分析精度の向上に役立つ。また、前述した分析部はその他の特性値を測定するものであってもよく、前記レーザ光源や光検出部に限られるものではない。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

Claims

試料ガスが導入されるセルと、前記セル内に導入された試料ガスを分析する分析部と、前記セル内におけるガス接面の所定領域に向かって配置されたガスポートと、前記ガスポートを所定のパージガス源に接続する配管機構とを具備し、前記ガス接面を清浄化するパージ時には、前記ガスポートからパージガスを前記所定領域に吹きつけるようにしたガス分析装置であって、
前記配管機構の接続先を、前記パージガス源から所定の吸引源に切り替える切替部をさらに具備し、試料ガスの導入時又は分析時においては、前記ガスポートを吸引源に接続するように構成したものであることを特徴とするガス分析装置。
前記セルに、試料ガスを導入するための導入ポートと試料ガスを排出するための排出ポートを設け、前記分析時においては、前記導入ポートと排出ポートを双方オープンにして試料ガスがセルを流通するように構成している請求項１記載のガス分析装置。
前記排出ポートから排出されるガス流量よりも、前記ガスポートから吸引されるガス流量を小さく設定している請求項２記載のガス分析装置。
前記試料ガスに吸着性ガスが含まれている請求項１記載のガス分析装置。