JPWO2013035657A1 - 吸着性ガス分析装置及び吸着性ガス分析方法 - Google Patents
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Abstract
吸着性ガスの測定において応答の遅れを小さくし、様々な条件での吸着性ガスの測定をリアルタイムで行うことを可能とするために、ガス配管1内を流れる吸着性ガスの量に関連する値を測定するガス測定機構21と、少なくとも前記ガス測定機構21が前記吸着性ガスを測定している間において、当該ガス測定機構21が前記吸着性ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管1内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入機構3と、を備えた。
Description
本発明は、吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するための吸着性ガス分析装置に関するものである。
例えば、自動車の内燃機関から排出された排ガス中のNOx等の成分について測定が行われている。近年、この種の排ガス分析装置においては、NOx以外の成分であるNH3等の吸着性を有するガスの分析についても重要度が高くなってきている。
NH3等の吸着性を有するガスが測定される具体例としては、ディーゼルエンジンを高効率で駆動することができるとともに、NOxの発生量を抑えることができる尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムの研究開発の場面等が挙げられる。前記尿素SCRシステムについて具体的に説明すると、ディーゼルエンジンから排出された高温の排出ガス中に尿素を噴霧し、尿素が熱分解することにより生じるNH3を還元剤としてSCR触媒に供給することで、排出ガス中のNOxを還元し無害なN2やH2Oに変化させるよう構成されたものである。
ところで、前述した尿素SCRシステムにおいて過剰な尿素が供給されてしまうと、排出ガス中にNH3が含まれてしまうことになり、悪臭が発生する、あるいは、環境基準を満たせないことになる。このため、様々な運転条件において適正な尿素が供給できているかどうかを知るために、排ガス中のNH3の測定が行われている。
しかしながら、従来からの測定対象であるNOxのようなガスとは異なり、NH3のような吸着性ガスの場合、NH3の量を測定可能なガス分析機構に到達するまでに、配管の内壁等へ吸着されてしまいリアルタイムで正確な値を測定する事が難しい。
より詳細に説明すると、図7(a)に示すようなガス配管1A内を流れる排ガスの一部をサンプリングするサンプリング配管2Aと、そのサンプリング配管2A上に設けられたNH3の濃度を測定する濃度センサ21Aと、を備えた排ガス分析装置100Aでは、例えば自動車のマフラーから前記濃度センサ21Aまで排ガスを流す必要がある。排ガスが流れ始めた際には、図7(a)の領域Rの拡大図である図7(b)に示すように前記ガス配管1Aや前記サンプリング配管2Aの内面にNH3が吸着されてしまうため、図8のグラフに示すように実際に流れている濃度よりも低い値が出力される。しばらくすると図7(c)と図8のグラフで示すように実際に流れているNH3の濃度と略同じ濃度が測定されるようになるが、排ガスの流入をストップすると、今度は図7(d)に示すように内壁面に吸着していたNH3が剥離し、実際には排ガスが流れておらずNH3は検出されないはずにもかかわらず、図8のグラフに示すようにNH3の濃度が測定されてしまう。
このように、排ガスの流れる配管の内面にNH3等の吸着性ガスが吸着してしまうことにより、実際に流れているNH3の濃度と測定されるNH3の濃度指示値との間には時間遅れが生じ、リアルタイムで測定できていないことになる。言い換えると、NH3等の吸着性を有するガスに関しては排ガス分析装置の応答速度を十分なものにできていない。
また、NH3等の吸着性を有するガスを測定すると、測定開始初期に測定されるべきであった図7の領域S1の分は、測定終了間際に図7の領域S2分として現れる等してしまい、いつNH3が排出されたのかという時間に関する情報が一部欠落してしまうという問題もある。
ところで、特許文献1ではアンモニア分析装置の応答速度を改善するために、NH3が配管の内面に吸着しないよう、前記サンプリング配管の内面をNaOH水溶液に浸漬して、アルカリ処理を行うことが開示されている。しかしながら、このようなアルカリ処理を行っておいたとしても、例えば排ガス中のすす等が配管内面に付着する等すると、アルカリ処理されていない部分が生じ、この部分でNH3の吸着が生じてしまう。つまり、継続した使用を考えた場合には特許文献1に示されている方法では、吸着性を有するガスの測定において生じる応答の遅れに関する問題を完全に解決することはできない。
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、吸着性を有するガスの測定において応答の遅れを小さくし、様々な条件での吸着性を有するガスの測定をリアルタイムで行うことを可能とする吸着性ガス分析装置を提供する。
すなわち、本発明の吸着性ガス分析装置は、ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定機構と、少なくとも前記ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している間において、当該ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入機構と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の吸着性ガス分析方法は、ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定ステップと、少なくとも前記測定対象ガスを測定している間である前記ガス測定ステップにおいて、前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入ステップと、を備えたことを特徴とする。
このようなものであれば、少なくとも吸着性を有する測定対象ガスの測定時において、吸着性を有する前記注入ガスを前記ガス配管内に注入して、前記ガス配管内の壁面に前記注入ガスを吸着させておくことにより、前記測定対象ガスが直接内壁面に接触しないようにして、前記内壁面に吸着しにくくすることができる。
さらに、前記注入ガスによりコーティングされている前記ガス配管内にすす等の汚れが付着したとしても、前記ガス注入機構により注入される新たな注入ガスによって、その汚れの表面にも注入ガスが吸着した層がすぐに形成されることになる。
従って、従来のようにガス配管内をアルカリ処理していただけであれば、新たに発生したすす等の汚れにより測定対象ガスの吸着を防ぐ効果が低減してしまっていたところを、注入ガスにより常に新たなコーティングが形成されることによって前記測定対象ガスが吸着してしまうことも防ぐことができる。
これらのことから、少なくとも前記測定ガスの測定時において前記注入ガスをガス配管内に流し続けることで、常に新しいコーティングが前記ガス配管内に形成されるので、測定対象ガスが前記注入ガスの吸着による測定誤差や応答遅れが生じるのを防ぐことができる。
測定対象ガスの測定における測定誤差や応答遅れをより小さくするには、前記注入ガスが、前記測定対象ガスと同成分であるとともに前記ガス測定機構により測定可能なガスであればよい。
このようなものであれば、注入ガスの注入量を調整することによって、ガス配管内を注入ガス及び測定対象ガスが吸着することができる飽和量以上にし、壁面へのガスの吸着に関して平衡状態を保つことができる。つまり、仮に測定対象ガスが壁面に吸着しても、その量と等量の前記注入ガスがすぐに壁面から剥離して前記ガス分析機構まで流れるようにすることができるので、吸着によって前記ガス分析機構により測定される量が変動するのを防ぐことができる。
このようにガス配管内で測定対象ガス及び注入ガスの吸着に関する平衡が保たれているので、吸着性を有する測定対象ガスがガス配管の内表面に吸着して留まり続けることにより生じる測定量のロスや応答遅れが生じるのを防ぎ、前記ガス測定機構で前記測定対象ガスが流入した量を測定することができる。この際、前記ガス測定装置で測定され指示されている量から前記ガス注入機構で注入している注入ガスの量を差し引けば、前記ガス配管に流入した時点での測定対象ガスの量を正確に算出することができる。
また、このような構成における作用及び効果について言い換えると、前記ガス配管の内面に吸着性を有する測定対象ガスが吸着することを完全に防ぐのではなく、本来前記測定対象ガスのみで測定されるべき量を、内表面に吸着することなく前記測定点まで到達した測定対象ガスの量と、ガス配管の内表面に吸着した前記測定対象ガスの代わりにガス配管の内表面から剥離した前記測定対象ガス又は前記注入ガスの量とに基づいて測定が行われるように構成されているので、吸着性ガスの量に関連する値について応答遅れを生じさせることなく、正確にリアルタイムで測定できる。
さらに、前記ガス配管内にすす等の汚れが付着したとしてもその汚れの表面にも注入ガスが吸着した層が形成されることになり、ここでも平衡が略保たれることで、前記注入ガスの吸着による応答遅れが生じるのを防ぐことができる。
応答の遅れができる限り生じないようにするための前記注入ガスを注入量の具体例としては、前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面へ吸着する吸着量と、前記吸着ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面から剥離する剥離量とが略平衡となる量と等量又はそれ以上に前記所定量が設定されているものが挙げられる。
前記ガス配管内に流入した測定対象ガスの量の算出について、前記注入ガスの量を差し引くといった操作を行わなくても容易に略正確な値を算出できるようにするには、前記ガス測定機構が示す前記注入ガスの量に関する値が、許容差以下となるように前記所定量が設定されていればよい。
このように本発明の吸着性ガス分析装置によれば、前記ガス注入機構により吸着性を有する注入ガスを前記ガス配管内に注入しながら、吸着性を有する前記測定対象ガスを測定するように構成されているので、すす等の汚れが生じてもすぐに新たな注入ガスのコーティングを生じさせることができ、常に測定対象ガスを前記ガス配管内の内表面に吸着しにくくすることができる。このため、測定対象ガスの測定誤差や応答遅れが生じるのを防ぐことができる。
100・・・排ガス分析装置(吸着性ガス分析装置)
1 ・・・ガス配管
21 ・・・ガス測定機構
3 ・・・ガス注入機構
1 ・・・ガス配管
21 ・・・ガス測定機構
3 ・・・ガス注入機構
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の吸着性ガス分析装置は、いわゆる排ガス分析装置100であって、尿素SCRシステムを搭載したディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれるNH3の濃度を測定するために用いるものである。
本実施形態の吸着性ガス分析装置は、いわゆる排ガス分析装置100であって、尿素SCRシステムを搭載したディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれるNH3の濃度を測定するために用いるものである。
より具体的には、図1に示すように試料ガスである排ガスが流れるガス配管1と、前記ガス配管1内から排ガスの一部をサンプリングするサンプリング配管2と、前記サンプリング配管2内に測定点Mを有し、排ガス中に含まれるNH3の濃度を測定するガス測定機構21と、吸着性を有する測定対象ガスと同じ成分のガスを前記ガス配管1内に注入するガス注入機構3と、各部を制御する制御機構4と、を備えたものである。言い換えると、前記ガス配管1と、前記サンプリング配管2とにより排ガスの流れる流路11が形成してある。なお、図1において想像線で囲まれている領域Rは、後述する図3において拡大している部分を示すものである。
各部について説明する。
前記ガス配管1は、図示しない自動車のマフラーに取り付けられる概略円筒状の例えばステンレス管であり、前記排ガスと接触する内表面には、NOxやすす等が付着しにくいように電解研磨等の表面加工が施してある。また、このガス配管1に導入された排ガスの大部分はそのまま下流側の開口から外部へと導出されるようにしてある。
前記サンプリング配管2は、L字状に曲がった概略細円筒状のステンレス管であって、その一端を前記ガス配管1の中央部に対して半径方向に突き刺してあるとともに、当該ガス配管1の内部に開口させて、排ガスの一部をサンプリングできるようにしてある。このサンプリング配管2上には、上流から順に開閉弁23と、吸引ポンプ22と、前記ガス測定機構21とが設けてある。排ガス中のNH3ガスの濃度を測定する場合には、前記開閉弁が開放されるとともに、前記吸引ポンプ22により所定流量の排ガスが前記サンプリング配管2内へと流入するよう吸引される。なお、このサンプリング配管2も前記ガス配管1と同様に内表面については電解研磨等により表面加工が施してある。
前記ガス測定機構21は、例えばFTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)により排ガス中に含まれる、NH3だけでなく、NOx、CO、CO2、炭化水素、等といった各種成分の濃度を同時に測定可能なものであり、例えば1秒ごとの周期で測定されている各成分の濃度を更新して出力するよう構成してある。つまり、略リアルタイムで排ガス中に含まれる各種成分の濃度指示値を更新することができる。なお、本実施形態における前記ガス測定機構21の測定点Mは、サンプリング配管2において当該ガス測定機構21が設けてある場所がその点に該当する。
前記ガス注入機構3は、測定対象である成分のうち吸着性のあるNH3を注入ガスとして前記ガス配管1内へと注入するものであって、一端がNH3の貯留された注入ガス源31に接続され、前記ガス配管1内にもう一端が開口したガス注入管34と、前記ガス配管1上に設けられた開閉弁33と、流量制御弁32とを備えたものである。このガス注入機構3は、少なくとも前記ガス測定機構21により排ガス中のNH3の濃度が測定されている間は、所定量のNH3を前記ガス配管1内へと供給し続けるようにしてある。また、NH3のゼロガス、スパンガスを導入することにより、測定前の校正を行う際にもこのガス注入機構3は用いられる。
前記ガス注入管34が前記ガス配管1内に開口する位置について詳述すると、注入ガスが導入される位置は、前記ガス注前記ガス測定機構21の測定点Mよりも上流に設定してある。より詳細には、前記サンプリング配管2が前記ガス配管1内に開口している場所よりも上流であり、前記ガス配管1がマフラーに取り付けられている側の開口近傍に前記ガス注入管34の一端を開口させてある。すなわち、排ガスが導入されてから前記測定点Mに至るまでの流路11の略全域にわたって前記ガス注入機構3によりNH3ガスが散布され得るように構成してある。更に言い換えると、測定点Mよりも上流の配管内において、前記測定対象ガスである排ガス中のNH3と注入ガスの両方が内表面に接触する面積が、排ガス中のNH3だけが接触する面積よりも十分に大きくなるように注入ガスの注入位置を設定してある。例えば、排ガス中のNH3のみが接触する内表面において吸着が生じたとしても、前記ガス測定機構21の測定限界以下の量しか吸着されないように設定してある。
前記制御機構4は、入出力インターフェース、メモリ、CPU、A/D、D/Aコンバータ等を備えたいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されたプログラムを実行することにより、各種バルブの制御等や、少なくとも汚れ判定部41としての機能を発揮するように構成してある。
前記汚れ判定部41は、前記ガス測定機構21が吸着性ガスを検出した際の応答速度に関連する値に基づいて、前記流路11における汚れの有無を判定するように構成してある。具体的には、前記ガス注入機構3により前記ガス配管1及び前記サンプリング配管2へとその濃度又は流量が既知の吸着性ガス(注入ガス)を導入し、その際の前記ガス測定機構21から出力される測定値から算出される応答速度に関連する値が予め定めた規定値よりも悪化している場合に試料ガスである排ガスが流れる流路11と接する内表面が許容できる以上のすす等の汚れが付着していると判定するものである。
本実施形態では前記汚れ判定部41は、前記応答速度に関連する値として何も検出されていない状態から、所定値で安定するまでにかかる応答時間に基づいて汚れを判別しており、前記応答時間が予め定めた規定時間を超えた場合に前記ガス配管1又は前記サンプリング配管2内の内表面に汚れが許容量以上付着していると判断するように構成してある。
このように構成した排ガス分析装置100について、NH3ガス測定時における一連の動作等について説明する。
まず、前記汚れ判定部41による排ガスが流れる流路11における汚れ検知の動作について説明する。
前記ガス測定機構21により排ガス中のNH3の測定が開始される前には、前記ガス注入機構3によって注入されるゼロガスとスパンガスにより前記ガス測定機構21の出力値の校正が行われる。なお、汚れ検知中においては排ガス等の試料ガスは前記ガス配管1内に導入されないようにしてある。
前記汚れ判定部41は、NH3を前記ガス測定機構21のフルスケール近傍の濃度に設定されているスパンガスが前記ガス配管1内に注入され、前記ガス測定機構21により測定されるNH3ガスの濃度変化が安定するまでにかかる時間である応答時間tnを測定する。
ここで、図2のグラフに示すように、汚れがある場合の応答時間tnは、汚れがない初期状態における応答時間t0よりも長くなっていることが分かる。これは、ガス配管1やサンプリング配管2内にすす等の汚れが付着するとその分表面積が大きくなり、NH3等の吸着性ガスはより多く吸着されることになる。従って、前記ガス注入機構3からスパンガスが注入されても、汚れが多くなるとトラップされるNH3ガスの量が多くなり、スパンガスに設定される濃度にまで指示値が到達するのに時間がかかることになる。つまり、前記汚れ判定部41は、吸着性ガスが汚れに吸着されることにより前記ガス測定機構21の応答性が悪くなることを用いて汚れの検知を行っていることになる。このように構成された汚れ判定部41によれば、吸着性ガスであるNH3の吸着性に基づいて汚れを検知しているので、流量やその他のパラメータ等によっては検知しにくく、吸着性ガスの測定に対して特に悪影響を与える汚れをすぐに検知する事が可能となる。汚れが検知された場合には、例えば、ガス配管1やサンプリング配管2のクリーンアップを自動で行うように構成し、NH3測定における前記ガス測定機構21の応答速度を改善することや、スパンガスが汚れに吸着した状態のまま不正確な校正が行われてその後の測定において大きな誤差を含んだまま測定が継続される等の事態を防ぐことができる。
次に、校正終了後における排ガス中のNH3ガスの濃度測定における各部の動作等について説明する。なお、校正終了後においては前記注入ガス源31を別のものに切り替えることにより、前記スパンガスとは異なる濃度でNH3を注入ガスとして前記ガス配管1及びサンプリング配管2に供給できるようにしてある。この際、注入ガスとしてのNH3の濃度は前記ガス測定機構21の測定可能レンジにおいて、例えば半分以下の値等となるように設定してあり、さらに排ガス由来のNH3が追加されても前記ガス測定機構21において、その濃度指示値が飽和しないようにしてある。
前記ガス注入機構3は、前記ガス配管1内に排ガスが流入するよりも前、すなわち、自動車がエンジンをスタートさせる前の状態から、前記ガス配管1内に注入ガスであるNH3の注入を開始する。この際、前記サンプリング配管2上に設けられた吸引ポンプ22も駆動を開始しており、前記サンプリング配管2内にも注入ガスが流入するようにしてある。そして、図3(a)に示すように、前記ガス配管1及び前記サンプリング配管2の内表面にNH3が吸着される飽和量となってから排ガスを導入する。例えば、前記ガス注入機構3がNH3の注入を開始してから所定時間経過した後に排ガスを導入してもよいし、前記ガス測定機構21において測定されるガス濃度が、前記ガス注入機構3により注入されるガス濃度で略安定した場合に、排ガスの導入を開始してもよい。
ここで、前記ガス注入機構3から注入される注入ガスの量である前記所定量は、図3(b)に示すように前記吸着ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管1の内表面へ吸着する吸着量と、前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管1の内表面から剥離する剥離量とが略平衡となる量と等量又はそれ以上に設定してある。
このようにしてエンジンが始動してから停止するまでの間に前記ガス測定機構21により測定されるガス濃度の変化について、従来の排ガス分析装置の測定結果と、本実施形態の排ガス分析装置100の測定結果と、を比較しながら説明する。
図4のグラフに示すように、従来の排ガス分析装置を用いた場合には、エンジンの始動後にすぐに実際の濃度値を示すのではなく、配管内表面にNH3が吸着することにより応答の遅れが発生する。しばらくすると、実際の濃度値で安定するようになるが、エンジン停止後には排ガスが流入していないにも拘らず、内表面から剥離したNH3が検出され、なだらかに濃度指示値が下がっていくことになる。
一方、本実施形態の排ガス分析装置100によれば、測定の開始前から注入ガスとしてNH3ガスを一定濃度値で前記ガス配管1及びサンプリング配管2に流しているので、排ガスが導入される前から所定濃度指示値分だけ持ち上げられた状態となる。そして、図3(b)に示したようなNH3の内表面への吸着、剥離が略平衡となる状態となっているので、仮に排ガス由来のNH3が内表面に吸着したとしても、代わりに略等量のNH3が内表面から剥離していくことになる。従って、吸着による応答遅れはほとんど発生しないことになるので、前記ガス測定機構21の出力する濃度指示値は、実際の排ガス由来の濃度変化を略リアルタイムで再現することができる。
次に、前述したような大量の排ガス由来のNH3が流入している場合ではなく、例えば、エンジンをコールドスタートさせた場合等においてNH3が微小量だけ出力されている場について、従来と本実施形態の排ガス分析装置100の測定結果を比較しながら説明する。
図5(a)のグラフに示すように、測定開始直後において微小量のNH3が排ガス分析装置100に流入している場合には、従来の場合、全てのNH3がガス配管1やサンプリング配管2の内表面に吸着してしまい、前記ガス測定機構21では検出することすらできない。そして、エンジン始動後所定時間が経過した後でも、実際のNH3濃度に対して小さい値が出たり、応答波形が一致しない等の事象が生じたりした後に、実際の値と測定値とが一致して安定することになる。また、エンジン停止後は、NH3は検出されないはずであるが、ガス配管1、サンプリング配管2に吸着したNH3が順次剥離し、なだらかに濃度指示値が低下していくことになり、実際の波形を再現することはできない。言い換えると、リアルタイムでの計測ができていないだけなく、その測定値には時間に関する情報が欠落しているという欠陥がある。
一方、本実施形態であれば、エンジンが始動する前から注入ガスを導入して、内表面におけるNH3の吸着量が飽和となるようにしてあるので、エンジン始動後に微小量の排ガス由来のNH3があっても内表面に吸着しない、もしくは、吸着したとしても略等量のNH3が内表面から剥離することになる。従って、図5(b)に示すように微小量の排ガス由来のNH3が測定開始直後にあった場合でも正確に検出し、その濃度を測定する事が可能となる。つまり、従来であれば、そもそもNH3が排出されていないといった誤った判断がされがちであったところ、微小量のNH3であっても排出された時間に関する情報も失うことなく正確にリアルタイムで測定することができる。このため、従来では得られなかった知見を排ガスの測定で得ることができ、より尿素SCRの開発に対して貢献することができる。
さらに、本実施形態の排ガス分析装置100におけるNH3測定時における立ち上がり時間、立下り時間の実測結果について図6を参照しながら説明する。この実測においては、ガス注入機構3により所定量の注入ガスであるNH3を流しつつ、ガス配管1の入り口側から既知量のNH3をステップ入力状に導入して、ガス測定機構21における応答速度を評価している。図6(a)に示すように、(1)ガス注入機構3からNH3を注入せずに、ガス配管1にNH3を導入した場合、(2)ガス注入機構3から13ppmのNH3を注入し続けるとともに、ガス配管1にさらにNH3を導入した場合、(3)ガス注入機構3から23ppmのNH3を注入し続けるとともに、ガス配管1にさらにNH3を導入した場合についてそれぞれ測定を行った。
図6(b)の立ち上がり時の拡大図、図6(c)の立下り時の拡大図から明らかなように、(1)(2)(3)の実験条件における立ち上がり時間及び立下り時間は、それぞれ26s、6s、2sであった。すなわち、注入ガスの量を増やし、NH3が内表面に吸着される飽和量に近づくほど、立ち上がり時間、立下り時間が短くなる傾向があることが分かる。また、本実施形態の排ガス分析装置のように排ガス測定時に、前記ガス注入機構3からNH3を流し続けながら、排ガス中のNH3を測定することにより、ガス測定機構21のNH3測定に関する応答性を改善できることが実証された。
その他の実施形態について説明する。
前記実施形態では、排ガス分析装置を例として本発明のガス分析装置を説明したが、試料ガスとしてその他のガスを測定するものであっても構わない。また、吸着性を有する測定対象ガスとしてNH3を例に挙げたが、HClやハイドロカーボン(HC)等のその他の吸着性を有するガスであってもよい。ハイドロカーボン(HC)の例としては、トルエン等の芳香族炭化水素、メタル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。さらに、吸着性の高いガスの例としては、NO2、SO2、H20等の極性を持ったもの挙げられる。
前記所定量を吸着と剥離について平衡状態を保てる量にするだけなく、さらに前記ガス測定機構が示す前記注入ガスの量に関する値が、許容差以下となるように前記所定量を設定してもよい。ここで、許容差とは、例えばある測定器が測定することができるフルスケールに対して予め許される誤差の量のことを示すものであり、具体的にはフルスケールの数%程度等の数値で表されるものである。つまり、平衡状態を保ちつつ、注入ガス由来の濃度指示値が、前記ガス測定機構が許容している濃度の測定値の誤差以内となるようにしておくことにより、ほとんど測定レンジを狭めることがなく、また排ガス由来の濃度値を知るために得られた値から注入ガス由来の濃度値を差し引くといった操作を行わなくても十分に正確な値を知ることができる。
前記汚れ判定部は、吸着性ガスの応答速度に関連する値である応答時間に基づいて汚れの有無を検知するように構成されていたが、例えば、前記ガス測定機構の示すある測定値から別の測定値へ変化する際における変化率等のその他の関連する値を用いても構わない。すなわち、前記汚れ判定部は、所定時間内において測定される濃度値に基づいて判断を行うものであってもよい。前記実施形態では、前記ガス注入機構によりスパンガスを注入して、実際に測定されるべき濃度をステップ状にしていたが、例えば矩形波状や、正弦波状、パルス状等様々な測定値の変化現れるものであっても構わない。例えば、パルス状の変化が前記ガス測定機構において測定されるようにしている場合には、前記ガス注入機構により吸着性ガスが注入されてから、実際に前記ガス測定機構で検出されるまでにかかる時間に基づいて、汚れの有無を判別してもよい。また、ガス注入機構により吸着性の注入ガスが注入される場所は、試料ガスが流れる流路中であって、前記ガス測定機構の測定点よりも上流であればどこでもよく、例えばサンプリング配管内に吸着性の注入ガスを注入するようにしても構わない。また汚れ判定部は、汚れの有無を検知するだけでなく、測定値に基づいて汚れの程度を判定するものであっても構わない。
さらに、非吸着性ガスの応答時間を取得し、前記吸着性ガスの応答時間と、前記非吸着性ガスの応答時間が略同じ場合には、前記吸引ポンプのメンテナンスの必要がある、あるいは、リークが生じている等と判断するとともに、前記吸着性ガスのみ応答時間が長くなっている場合には測定対象のガスが流れる流路に汚れが存在すると判断するように構成してもよい。例えば、汚れが存在する場合には、配管内の表面積の変化により吸着性ガスの応答時間は悪化し長くなるのに対して、表面積が変化しても非吸着性ガスはそれほど影響を受けず、応答時間もほとんど変化しない。一方、吸引ポンプに不具合がある場合には、前記吸着性ガス及び前記非吸着性ガスの両方について、前記ガス測定機構に到達するまでにかかる時間が長くなり、応答時間が両方とも長くなる。このように、吸着性ガス及び非吸着性ガスの応答時間を比較することにより、前記汚れ判定部は、異なる2つの応答遅れの原因を厳密に判定することができる。このような構成にする場合、前記ガス測定装置は多成分のガスを同時に測定できるものが好ましく、前記非吸着性ガスの具体例としては、CO、CO2、NO、N2O等が挙げられる。
また、前記汚れ判定部は、排ガス分析装置にのみ用いられるものではなく、その他のガス分析装置に用いられるものであっても構わない。
加えて、前記ガス測定機構は、FTIRにより多成分のガスを測定可能なものであったが、その他の吸着性ガスのみを測定できるものであっても構わない。具体的には前記ガス測定機構は、NDIRやレーザ測定のようにNH3等の吸着性ガスだけを測定できるものであっても構わない。また、前記ガス測定機構が測定する値は濃度に限られず、流量、体積等の吸着性ガスの量に関連する値であっても構わない。加えて、前記ガス測定機構の測定点は、サンプリング配管内ではなく、前記ガス配管内に設けても構わない。要するに前記測定点よりも上流から測定対象のガスとともに前記ガス注入機構から注入される注入ガスが流れてくるようにしておけばよい。
また、前記ガス測定機構は、前記実施形態では前記吸引ポンプよりも下流に設置されていたが、例えば、前記吸引ポンプよりも上流に設置されていても構わない。このようないわゆる減圧フローで構成した場合でも、汚れ検知や、吸着性を有する測定対象ガスの測定に関して前述したのと同様の効果を得ることができる。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わないことは言うまでもない。
このように本発明の吸着性ガス分析装置によれば、前記ガス注入機構により吸着性を有する注入ガスを前記ガス配管内に注入しながら、吸着性を有する前記測定対象ガスを測定するように構成されているので、すす等の汚れが生じてもすぐに新たな注入ガスのコーティングを生じさせることができ、常に測定対象ガスを前記ガス配管内の内表面に吸着しにくくすることができる。このため、測定対象ガスの測定誤差や応答遅れが生じるのを防ぐことができる。すなわち、例えば吸着性ガスを測定対象とする排ガス分析装置に本発明は好適に適用することができる。
Claims (5)
- ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定機構と、
少なくとも前記ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している間において、当該ガス測定機構が前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入機構と、を備えたことを特徴とする吸着性ガス分析装置。 - 前記注入ガスが、前記測定対象ガスと同成分であるとともに前記ガス測定機構により測定可能なガスである請求項1記載の吸着性ガス分析装置。
- 前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面へ吸着する吸着量と、前記測定対象ガス及び前記注入ガスの前記ガス配管の内表面から剥離する剥離量とが略平衡となる量と等量、又は、それ以上に前記所定量が設定されている請求項1記載の吸着性ガス分析装置。
- 前記ガス測定機構が示す前記注入ガスの量に関する値が、許容差以下となるように前記所定量が設定されている請求項1記載の吸着性ガス分析装置。
- ガス配管内を流れる吸着性を有する測定対象ガスの量に関連する値を測定するガス測定ステップと、
少なくとも前記測定対象ガスを測定している間である前記ガス測定ステップにおいて、前記測定対象ガスを測定している測定点よりも上流から、前記ガス配管内へ吸着性を有する注入ガスを所定量注入するガス注入ステップと、を備えたことを特徴とする吸着性ガス測定方法。
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