WO2020066308A1 - ガス分析装置及びガス分析装置の校正方法 - Google Patents

ガス分析装置及びガス分析装置の校正方法 Download PDF

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WO2020066308A1
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analyzer
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Inventor
友志 吉村
Original Assignee
株式会社堀場製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation

Definitions

  • the present invention relates to a gas analyzer and a method for calibrating a gas analyzer.
  • NDIR non-dispersive infrared spectrometer
  • the sample gas to be analyzed is an exhaust gas
  • the sample gas usually contains a large amount of water vapor (H 2 O).
  • H 2 O water vapor
  • the component to be analyzed in the sample gas is low-concentration CO because the absorption wavelength of the infrared ray absorbed by H 2 O is close to the absorption wavelength of the infrared ray absorbed by CO In this case, the interference effect due to H 2 O cannot be ignored.
  • a dehumidifier is provided in front of a gas analyzer to reduce the amount of water vapor in a sample gas introduced into the gas analyzer in order to reduce the influence of interference due to H 2 O.
  • the amounts of water vapor in the zero gas and span gas used for calibration are adjusted so as to be approximately equal to the amount of water vapor in the sample gas.
  • the calibration gas which is a dry gas is first humidified by passing through a humidifier, and then the calibration gas after humidification is passed through a dehumidifier provided in front of the gas analyzer, thereby being included in the calibration gas.
  • the amount of water vapor and the amount of water vapor contained in the sample gas are set to be substantially the same.
  • a plurality of humidity control steps are required to obtain a calibration gas having a desired amount of water vapor, such as once humidifying a calibration gas in a humidifier and then dehumidifying in a dehumidifier.
  • Calibration takes a long time.
  • a standard may be set for the calibration time of the gas analyzer, and the conventional configuration may not be able to satisfy this standard.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and has as its main object to provide a gas analyzer capable of calibrating a gas analyzer in a shorter time.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies and have found that in a dehumidifier conventionally used for dehumidifying a sample gas or the like, dew condensation occurs when the gas is cooled below the dew point temperature. It has been found that the use of humidifiers allows the dehumidifier to exhibit not only a dehumidifying function but also a function as a humidifier.
  • the gas analyzer of the present invention includes a gas analyzer for analyzing a measurement target component contained in a sample gas, one end of which is connected to the gas analyzer, and introduces the sample gas into the gas analyzer.
  • the first gas which is the calibration gas
  • the dehumidifier used for dehumidifying the sample gas so that there is no need to provide a separate humidifier in the first gas flow path. Therefore, in order to adjust the amount of water vapor contained in the first gas, it is only necessary to pass through the dehumidifier, and the “humidifying step using a humidifier” conventionally performed can be omitted. The time required for adjusting the amount can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to provide a humidifier in the first gas flow path, the length of the first gas flow path can be shortened, and the time until the first gas is introduced into the gas analyzer can be shortened.
  • the "dehumidifier" as used in the present invention means a dehumidifier that cools a sample gas introduced into a gas analyzer to a temperature equal to or lower than a dew point temperature.
  • the water supply mechanism is configured such that one end is connected to the dehumidifier or the upstream side of the dehumidifier in the main flow path and the second gas containing a predetermined amount of water vapor higher than the first gas is supplied to the main flow path.
  • a bubbler humidifier is provided in the second gas flow path, and when the second gas passes through the humidifier, the amount of water vapor contained therein is reduced to the predetermined value.
  • a bubbler humidifier is provided in the second gas flow path, and when the second gas passes through the humidifier, the amount of water vapor contained therein is reduced to the predetermined value.
  • the first gas is one of a zero gas used for zero calibration of the gas analyzer or a span gas used for span calibration of the gas analyzer
  • the second gas is the zero gas.
  • the other of the span gases can be mentioned.
  • the first gas is a span gas and the second gas is a zero gas.
  • a gas mixture obtained by mixing a predetermined amount of a component to be measured by a gas analyzer with nitrogen or air is used as a span gas. If the component to be measured is highly water-soluble, humidify the span gas with a bubbler humidifier. Then, the component to be measured in the span gas is dissolved, and the accuracy of the span calibration may be deteriorated.
  • the span gas is the first gas as described above, since the span gas is introduced into the gas analyzer without passing through the bubbler humidifier, the measurement target component in the span gas before being introduced into the gas analyzer. Can be suppressed, and the accuracy of span calibration can be improved.
  • the amount of water vapor of the first gas after passing through the dehumidifier and the amount of water vapor of the sample gas are the same.
  • the sample gas contains exhaust gas from an internal combustion engine.
  • a method for calibrating a gas analyzer includes a gas analyzer for analyzing a component to be measured contained in a sample gas, and a main flow passage having one end connected to the gas analyzer and introducing a sample gas into the gas analyzer.
  • a dehumidifier that is provided in the main flow path and cools and dehumidifies the sample gas, and one end is connected to the dehumidifier in the main flow path or an upstream side thereof and is used for calibration of the gas analyzer.
  • a gas analyzer capable of calibrating a gas analyzer in a shorter time can be provided.
  • FIG. 1 is a fluid circuit diagram showing the entire gas analyzer of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a fluid circuit diagram showing a gas flow in a zero calibration mode of the gas analyzer according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a fluid circuit diagram showing a gas flow in a span calibration mode of the gas analyzer according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a fluid circuit diagram showing a flow in a gas analysis mode of the gas analyzer of the embodiment.
  • FIG. 7 is a fluid circuit diagram showing the entire gas analyzer of another embodiment.
  • FIG. 7 is a fluid circuit diagram showing the entire gas analyzer of another embodiment.
  • the gas analyzer 100 analyzes a sample gas obtained by sampling a part of exhaust gas of an internal combustion engine (not shown). Specifically, as shown in FIG. 1, a gas analyzer 1 for measuring the concentration of a predetermined component contained in a sample gas, a main flow path 2 for introducing the sample gas into the gas analyzer 1, and a zero gas for zero calibration.
  • a zero gas flow path 3 (corresponding to the “hydration mechanism” of the present invention) for supplying the gas analyzer 1 (corresponding to the “second gas” of the present invention) to the gas analyzer 1 through the main flow path 2;
  • a span gas flow path 4 for supplying a span gas (corresponding to the “first gas” of the present invention) to the gas analyzer 1 via the main flow path 2 and a supply gas selection mechanism for selecting a gas to be supplied to the gas analyzer 1 5 is provided.
  • the exhaust gas which is a sample gas, contains a large amount (about 100 g / m 3 or more) of water vapor.
  • the gas analyzer 1 is for continuously measuring the concentration of a component to be measured in a sample gas, such as CO or CO 2 , and is specifically a non-dispersive infrared spectrometer (NDIR).
  • NDIR non-dispersive infrared spectrometer
  • the main flow path 2 has a start end connected to a sample gas introduction port 21 connected to a sample gas introduction source such as an internal combustion engine, and an end connected to the gas analyzer 1.
  • An upstream side of the main flow path 2 is provided with a pump 24 for sucking the sample gas from the sample gas introduction source into the main flow path 2 and a filter 23 for removing soot, dust and the like in the sucked sample gas.
  • a pressure reducing valve 25 is provided downstream of the pump 24 in the main flow path 2 so that a sample gas having a stable pressure can be supplied to the gas analyzer 1.
  • a dehumidifier 22 for dehumidifying the sample gas is provided downstream of the pressure reducing valve 25 in the main flow path 2 and upstream of the gas analyzer 1.
  • the dehumidifier 22 dehumidifies the sample gas passing therethrough by cooling and dew condensation. Specifically, it is an electronic cooler that performs cooling using the Peltier effect.
  • the cooling temperature Tc of the dehumidifier 22 is set to be equal to or lower than the dew point temperature of the sample gas (here, a predetermined temperature of 10 ° C. or lower).
  • the sample gas passes through the dehumidifier 22, the sample gas is cooled to a cooling temperature Tc lower than the dew point temperature and condenses, and decreases until the amount of contained steam becomes equal to the amount of saturated steam at the cooling temperature Tc .
  • the dehumidifier 22 plays a role as a temperature adjusting mechanism.
  • the starting point of the zero gas flow path 3 is connected to a zero gas introduction port 31 connected to a zero gas supply source (not shown), and the terminal end of the zero gas flow path 3 is connected to a junction P upstream of the dehumidifier 22 in the main flow path 2.
  • the zero gas supply source includes a high-pressure container (cylinder) for storing a zero gas such as nitrogen or air, a regulator attached to the high-pressure container, and the like, and can maintain the inside of the zero gas passage 3 at a constant pressure equal to or higher than the atmospheric pressure. It is configured as follows.
  • the zero gas flow path 3 is provided with a pressure reducing valve 33 so that a zero pressure gas having a stable pressure can be supplied to the main flow path 2.
  • a humidifier 32 for humidifying the zero gas is provided downstream of the pressure reducing valve 33 in the zero gas flow path 3.
  • the humidifier 32 is a bubbler type that humidifies zero gas by introducing gas into, for example, pure water stored in a water tank and performing bubbling.
  • the zero gas is humidified so that the amount of water vapor contained therein becomes larger than the amount of saturated water vapor at the cooling temperature Tc of the dehumidifier 22.
  • the temperature of the pure water in the water tank by a heater is kept at a high humidification temperature T h than the cooling temperature T c in the dehumidifier 22, the zero gas in the humidifier 32, water vapor content There is humidified to equal the saturated water vapor amount at the humidifying temperature T h.
  • the amount of water vapor contained in the zero gas after passing through the humidifier 32 that is, the amount of water vapor contained in the zero gas supplied from the zero gas passage 3 to the main passage 2 is higher than the amount of water vapor contained in the span gas.
  • the end of the span gas flow path 4 is connected to a span gas introduction port 41 connected to a span gas supply source (not shown), and the end of the span gas flow path 4 is connected to a junction P in the main flow path 2.
  • the span gas supply source includes a high-pressure container (cylinder) containing a span gas containing a measurement target component (CO or CO 2 ) of a known concentration, a regulator attached to the high-pressure container, and the like. Is maintained at a constant pressure equal to or higher than the atmospheric pressure.
  • the span gas flow path 4 is provided with a pressure reducing valve 42 so that zero gas having a stable pressure can be supplied to the main flow path 2.
  • the humidifier such as a bubbler is not provided in the span gas flow path 4, and the span gas supplied from the span gas supply source is supplied to the main flow path 2 without passing through the humidifier.
  • the supply gas selection mechanism 5 is configured to execute three operation modes: a zero calibration mode, a span calibration mode, and a gas analysis mode. By switching these operation modes, it is possible to select which of the zero gas, the span gas and the sample gas is supplied to the gas analyzer 1. In the present embodiment, the operation modes are switched in the order of zero calibration mode, span calibration mode, and gas analysis mode.
  • the supply gas selection mechanism 5 includes a first opening / closing valve 51a provided upstream of the junction P in the main flow path 2, a second opening / closing valve 51b provided in the zero gas flow path 3, and a span gas flow path. 4 has a third opening / closing valve 51c and a valve control section 52 for controlling the opening / closing state of the first opening / closing valve 51a to the third opening / closing valve 51c.
  • Each of the first opening / closing valve 51a to the third opening / closing valve 51c is a solenoid valve, and is opened when energized.
  • the valve control unit 52 controls the open / close state of each of the first on-off valve 51a to the third on-off valve 51c.
  • it is a so-called computer circuit having a CPU (not shown), an internal memory, an I / O buffer circuit, an A / D converter and the like.
  • the CPU and its peripheral devices cooperate in accordance with the program stored in the internal memory, and cause the supply gas selection mechanism 5 to execute in one of the operation modes.
  • each operation mode will be described. In the initial state before executing each operation mode, all of the first on-off valve 51a to the third on-off valve 51c are in the closed state.
  • the gas selection mechanism 5 Upon receiving a calibration start signal such as an input from an operator or a trigger signal from another device, the gas selection mechanism 5 first executes the zero calibration mode. As shown in FIG. 2, in the zero calibration mode, the valve control unit 52 sends an electric signal to the second on-off valve 51b to open the second on-off valve 51b. Thereby, the zero gas supplied from the zero gas supply source is supplied to the main flow path 2 through the humidifier 32, guided to the gas analyzer 1 through the dehumidifier 22, and zero calibration of the gas analyzer 1 is performed. .
  • zero gas is bubbled in the humidifier 32, it is humidified to a saturated water vapor amount at the humidifying temperature T h.
  • the humidified zero gas is cooled in the dehumidifier 22 to a temperature equal to or lower than the dew point temperature, and is dehumidified until the saturated steam amount at the cooling temperature Tc is reached.
  • the water vapor of the zero gas to be removed condenses into water, and dew condensation occurs in the dehumidifier 22.
  • the span calibration mode is automatically executed. Specifically, as shown in FIG. 3, in the span calibration mode, the electric signal to the second on-off valve 51b is cut off to close the second on-off valve 51b, and the electric signal is supplied to the third on-off valve 51c. To open the third on-off valve 51c. As a result, the span gas supplied from the span gas supply source is supplied to the main flow path 2, guided to the gas analyzer 1 through the dehumidifier 22, and the span calibration of the gas analyzer 1 is performed.
  • the amount of the steam in the span gas flow path 4 is not adjusted, and the span gas is humidified when passing through the dehumidifier 22 in the main flow path 2.
  • the inside of the dehumidifier 22 is in a gas-liquid equilibrium state, and the amount of water vapor of the gas in the dehumidifier 22 is saturated at the cooling temperature Tc . It is kept to be the amount of water vapor.
  • the span gas is introduced into the dehumidifier 22 in such a state, the span gas is humidified until the contained steam amount becomes the saturated steam amount at the cooling temperature Tc .
  • the amount of water vapor of the span gas introduced into the gas analyzer 1 becomes equal to the amount of water vapor of the zero gas.
  • the gas selection mechanism 5 executes the gas analysis mode when receiving an analysis start signal such as an input from an operator or a trigger signal from another device. Specifically, as shown in FIG. 4, in the gas analysis mode, the electric signal to the third on-off valve 51c is cut off to close the third on-off valve 51c, and the electric signal is transmitted to the first on-off valve 51a. Then, the first on-off valve 51a is opened. Thereby, the sample gas supplied from the sample supply source is guided to the gas analyzer 1 through the dehumidifier 22.
  • an analysis start signal such as an input from an operator or a trigger signal from another device.
  • the sample gas supplied from the sample supply source contains a large amount of water vapor, is cooled in the dehumidifier 22 to the dew point temperature or lower, and is dehumidified until the saturated water vapor amount at the cooling temperature Tc is reached.
  • the amount of water vapor of the sample gas introduced into the gas analyzer 1 becomes equal to the amount of water vapor of the zero gas and the span gas introduced into the gas analyzer 1.
  • the span gas serving as the calibration gas is humidified by using the dehumidifier 22 used for dehumidifying the sample gas. No need to provide. Therefore, in order to adjust the steam amount of the span gas, it is only necessary to pass through the dehumidifier 22, and the “humidifier humidifying step” conventionally performed can be omitted. You can save time. Furthermore, since it is not necessary to provide a humidifier in the span gas flow path 4, the length of the span gas flow path 4 can be shortened, and the time until the span gas is introduced into the gas analyzer 1 can be shortened. As a result, the time required for calibration of the gas analyzer 1 can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to provide a humidifier in the span gas flow path 4, the apparatus configuration can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the gas analyzer 100 of another embodiment supplies a humidifying gas (corresponding to the “second gas” of the present invention) to the dehumidifier 22 for humidifying the inside of the dehumidifier 22.
  • a gas flow path 6 (corresponding to the “hydration mechanism” of the present invention) may be further provided, and moisture may be generated in the dehumidifier 22 by passing the humidified gas through the dehumidifier 22.
  • the amount of steam contained in the humidified gas is larger than the amount of saturated steam at the cooling temperature Tc .
  • the dehumidifier 22 may include a plurality of water adding mechanisms for adding water.
  • the water supply mechanism includes a zero gas flow path 3 including a humidifier 32 and an auxiliary humidification flow path 7 that supplies a humidifying gas for humidifying the inside of the dehumidifier 22 into the dehumidifier 22. May have.
  • the dehumidifier is supplied by supplying the humidification gas from the auxiliary humidification flow path 7. It becomes possible to adjust the inside of the chamber 22 to a desired humidity.
  • the humidifier 32 is provided in the zero gas flow path 3 and the humidifier is not provided in the span gas flow path 4.
  • the present invention is not limited to this.
  • a humidifier may be provided in the span gas flow path 4 and a humidifier may not be provided in the zero gas flow path 3.
  • the zero gas passage 3 may be a first gas passage according to the present invention
  • the span gas passage 4 may be a humidifying mechanism according to the present invention.
  • the gas selection mechanism 5 upon receiving a calibration start signal such as an input from an operator or a trigger signal from another device, the gas selection mechanism 5 first executes the span calibration mode, and thereafter executes the gas calibration mode.
  • the dehumidifier 22 does not include the zero gas flow path 3, the span gas flow path 4, and the humidification gas flow path 6 as a hydrating mechanism for adding water into the dehumidifier 22.
  • the water adding mechanism may be configured to include, for example, a dropper or a container that supplies water into the dehumidifier 22.
  • the dehumidifier 22 is an electronic cooler that performs cooling using the Peltier effect, but is not limited to this.
  • the dehumidifier 22 is provided with a plurality of cooling pipes through which a refrigerant flows, and heat-exchanges the gas introduced into the dehumidifier 22 by contacting the gas with the outer surface of the cooling pipe. Accordingly, the cooling may be performed to a cooling temperature Tc lower than the dew point temperature.
  • the span gas flow path 4 and the zero gas flow path 3 are both connected to the main flow path 2 at the junction P, but the present invention is not limited to this. In other embodiments, they may be connected to the main flow path 2 at different junctions. Also, one end of the span gas flow path 4 and the zero gas flow path 3 is connected to the main flow path 2 on the upstream side of the dehumidifier 22, but the present invention is not limited to this, and one end may be connected to the dehumidifier 22.
  • a gas analyzer 100 is provided downstream of the dehumidifier 22 in the main flow path 2 and measures a relative humidity of flowing gas, and a moisture replenisher that replenishes moisture in the dehumidifier 22. And a mechanism.
  • the hydration mechanism receives the relative humidity of the gas flowing downstream of the dehumidifier 22 in the main flow path 2 from the dehumidifier 22, and when the relative humidity of the span gas is lower than a predetermined value, the dehumidifier 22 Water may be supplied to the inside. With such a configuration, the influence of interference by H 2 O can be reduced more reliably.
  • the gas analyzer 1 is an NDIR, but is not limited thereto.
  • Gas analyzer 1 may be changed according to the measurement target component, magnetic type oxygen when the case of the sulfur compounds and the measurement object in a non-dispersive ultraviolet gas analyzer (NDUV), the O 2 and the measurement object
  • NDUV non-dispersive ultraviolet gas analyzer
  • a chemiluminescent nitrogen oxide analyzer (CLD NOx meter) is used when measuring NOx
  • a hydrogen salt ionization detector (FID) is used when measuring THC (hydrocarbon). Good.
  • a gas analyzer capable of calibrating a gas analyzer in a shorter time can be provided.

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Abstract

サンプルガスに含まれる測定対象成分を分析するガス分析計を備えるガス分析装置であって、前記ガス分析計に一端が接続され、前記ガス分析計にサンプルガスを導入するメイン流路と、前記メイン流路に設けられて、前記サンプルガスを冷却して除湿する除湿器と、前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記ガス分析計の校正に用いられる第１ガスを前記メイン流路に供給する第１ガス流路と、前記除湿器内に水分を加える加水機構とを備え、前記第１ガスが、前記除湿器を通過する際に、前記加水機構によって加えられた水分によって加湿されるガス分析装置である。

Description

ガス分析装置及びガス分析装置の校正方法
　本発明は、ガス分析装置及びガス分析装置の校正方法に関するものである。
　従来、例えば排ガス等のサンプルガス中のＣＯやＣＯ２等の濃度を測定する場合は、非分散型赤外線分析計（ＮＤＩＲ）が用いられている。このようなガス分析計を備えたガス分析装置では、校正ガスであるゼロガス及びスパンガスを用いてガス分析計の校正がその測定前に行われている。
　ところで分析するサンプルガスが排ガスである場合、サンプルガスには通常多量の水蒸気（Ｈ２Ｏ）が含まれている。非分散型赤外線分析計を用いた分析において、Ｈ２Ｏが吸収する赤外線の吸収波長はＣＯが吸収する赤外線の吸収波長と近いため、サンプルガス中の分析したい成分が低濃度のＣＯである場合には、Ｈ２Ｏによる干渉影響が無視できなくなる。
　Ｈ２Ｏによる干渉影響を低減するため、ガス分析計の手前に除湿器を設けて、ガス分析計に導入されるサンプルガス中の水蒸気量を低下させることが従来行われている。Ｈ２Ｏによる干渉影響をさらに低減するため、特許文献１では、校正に用いられるゼロガス及びスパンガス中の水蒸気量を調節し、サンプルガス中の水蒸気量と同程度になるようにしている。具体的には、ドライガスである校正ガスをまず加湿器に通して加湿し、次いでこの加湿後の校正ガスをガス分析計の手前に設けられた除湿器に通すことにより、校正ガスに含まれる水蒸気量とサンプルガスに含まれる水蒸気量とを同程度にするようにしている。
特開２０００－０３５３８２号公報
　しかしながら上記した構成では、校正ガスを一旦加湿器において加湿した上で除湿器において除湿するというように、所望の水蒸気量を有する校正ガスを得るのに複数の調湿工程を要するため、ガス分析計の校正に長い時間がかかってしまう。各国が定める排ガス測定の規定によっては、ガス分析計の校正時間に基準が設けられていることがあり、従来の構成ではこの基準を満たすことができない場合がある。
　本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、より短い時間でガス分析計を校正することができるガス分析装置を提供することを主たる課題とするものである。
　本発明者らは鋭意検討した結果、サンプルガス等の除湿のために従来用いられている除湿器では、ガスが露点温度以下に冷却されることにより結露が生じており、この結露により生じた水分を利用することにより、除湿器が除湿機能のみならず、加湿器としての機能も発揮できることを見出し本発明のガス分析装置に至った。
　すなわち本発明のガス分析装置は、サンプルガスに含まれる測定対象成分を分析するガス分析計を備えるものであって、前記ガス分析計に一端が接続され、前記ガス分析計にサンプルガスを導入するメイン流路と、前記メイン流路に設けられて、前記サンプルガスを冷却して除湿する除湿器と、前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記ガス分析計の校正に用いられる第１ガスを前記メイン流路に供給する第１ガス流路と、前記除湿器内に水分を加える加水機構とを備え、前記第１ガスが、前記除湿器を通過する際に、前記加水機構によって加えられた水分によって加湿されることを特徴とする。
　このような構成であれば、サンプルガスの除湿のために用いられる除湿器を用いて校正ガスである第１ガスを加湿するので、第１ガス流路に別途加湿器を設ける必要がない。そのため、第１ガスが含む水蒸気量を調節するためには除湿器にさえ通せばよく、従来行なわれていた“加湿器で加湿する工程”を省略することができるので、第１ガスが含む水蒸気量の調節にかかる時間を短縮できる。さらに、第１ガス流路に加湿器を設ける必要がないので、第１ガス流路の長さを短くし、第１ガスがガス分析計に導入されるまでの時間を短縮できる。その結果、ガス分析計の校正に要する時間を短縮することができる。
　また、第１ガスの水蒸気量は、除湿器内の温度における飽和水蒸気量を超えることがなく、その水蒸気量を、当該除湿器で除湿されたサンプルガスの水蒸気量と同程度にすることができるので、Ｈ２Ｏによる干渉影響を低減することもできる。
　さらには、加湿器を設ける必要がないので、装置構成を簡略化でき、製造コストも削減できる。
　なお、本発明で言う「除湿器」とは、ガス分析計に導入されるサンプルガスを露点温度以下まで冷却することにより除湿するものを意味する。
　前記ガス分析装置の態様として、前記加水機構が、前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記第１ガスよりも高い所定の水蒸気量を含む第２ガスを前記メイン流路に供給する第２ガス流路を備えるものであり、前記第２ガスが前記除湿器を通過する際に除湿され、前記第１ガスが前記除湿器を通過する際に、前記第２ガスが除湿されることで生じた水分によって加湿されるものを挙げることができる
　前記ガス分析装置の態様として、前記第２ガス流路には、バブラ式の加湿器が設けられており、前記第２ガスが、前記加湿器を通過することで、含有する水蒸気量が前記所定の湿度に水蒸気量になるよう加湿されるものを挙げることができる。
　前記ガス分析装置の態様として、前記第１ガスが、前記ガス分析計のゼロ校正に用いられるゼロガス又は前記ガス分析計のスパン校正に用いられるスパンガスの一方であり、前記第２ガスが、前記ゼロガス又は前記スパンガスの他方であるものを挙げることができる。
　前記ガス分析装置は、前記第１ガスがスパンガスであり、前記第２ガスがゼロガスであるものが好ましい。
　ガス分析計の測定対象成分を窒素や空気に所定量混合させた混合ガスがスパンガスとして用いられるところ、測定対象成分が水溶性の高いものである場合には、スパンガスをバブラ式の加湿器で加湿すると、スパンガス中の測定対象成分が溶解してしまい、スパン校正の精度が悪化する恐れがある。上記のようにスパンガスを第１ガスとすれば、スパンガスはバブラ式の加湿器を通ることなくガス分析計に導入されるので、ガス分析計に導入されるまでの間におけるスパンガス中の測定対象成分の濃度変化を抑えることができ、スパン校正の精度を向上することができる。
　Ｈ２Ｏによる干渉影響をより一層低減するためには、前記除湿器を通過した後の前記第１ガスの水蒸気量と前記サンプルガスの水蒸気量が同じであることが好ましい。
　前記ガス分析装置の態様として、前記サンプルガスが内燃機関からの排ガスを含むものを挙げることができる。
　本発明のガス分析装置の校正方法は、サンプルガスに含まれる測定対象成分を分析するガス分析計と、前記ガス分析計に一端が接続され、前記ガス分析計にサンプルガスを導入するメイン流路と、前記メイン流路に設けられて、前記サンプルガスを冷却して除湿する除湿器と、前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記ガス分析計の校正に用いられる第１ガスを前記メイン流路に供給する第１ガス流路とを含むガス分析計の校正方法であって、前記除湿器内に水分を加える加水ステップと、前記第１ガスを、前記除湿器を通過する際に、前記加水機構によって加えられた水分によって加湿する加湿ステップとを含むことを特徴とする。
　このようなものであれば、前記したガス分析装置と同様の作用効果を奏し得る。
　このように構成した本発明によれば、より短い時間でガス分析計を校正することができるガス分析装置を提供することができる。
本実施形態のガス分析装置の全体を示す流体回路図。 同実施形態のガス分析装置のゼロ校正モードでのガスの流れを示す流体回路図。 同実施形態のガス分析装置のスパン校正モードでのガスの流れを示す流体回路図。 同実施形態のガス分析装置のガス分析モードでの流れを示す流体回路図。 他の実施形態のガス分析装置の全体を示す流体回路図。 他の実施形態のガス分析装置の全体を示す流体回路図。
１００・・・ガス分析装置
１　　・・・ガス分析計
２　　・・・メイン流路
２２　・・・除湿器
３　　・・・ゼロガス流路（加水機構）
４　　・・・スパンガス流路（第１ガス流路）
　以下に本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るガス分析装置１００は、内燃機関（図示しない）の排ガスの一部をサンプリングしたサンプルガスを分析するものである。具体的には図１に示すように、サンプルガスに含まれる所定成分の濃度を測定するガス分析計１と、ガス分析計１にサンプルガスを導入するメイン流路２と、ゼロ校正用のゼロガス（本発明の「第２ガス」に相当する）をメイン流路２を介してガス分析計１に供給するゼロガス流路３（本発明の「加水機構」に相当する）と、スパン校正用のスパンガス（本発明の「第１ガス」に相当する）をメイン流路２を介してガス分析計１に供給するスパンガス流路４と、ガス分析計１に供給するガスを選択する供給ガス選択機構５とを具備するものである。なお、サンプルガスである排ガスは多量（約１００ｇ／ｍ３以上）の水蒸気を含んでいる。
　以下、各部について説明する。
　ガス分析計１は、サンプルガス中の測定対象成分である例えばＣＯやＣＯ２等の濃度を連続測定するものであり、具体的には非分散型赤外線分析計（ＮＤＩＲ）である。
　メイン流路２は、内燃機関等のサンプルガス導入源に接続されたサンプルガス導入ポート２１にその始端が接続されており、その終端がガス分析計１に接続されている。メイン流路２における上流側には、サンプルガス導入源からメイン流路２内にサンプルガスを吸引するためのポンプ２４と、吸引したサンプルガス中の煤やダスト等を除去するフィルタ２３が設けられている。メイン流路２におけるポンプ２４よりも下流側には減圧弁２５が設けられており、安定した圧力のサンプルガスをガス分析計１に供給できるようになっている。メイン流路２における減圧弁２５より下流側であってガス分析計１の上流側には、サンプルガスを除湿するための除湿器２２が設けられている。
　除湿器２２は、内部を通過するサンプルガスを冷却して結露させることにより除湿するものである。具体的には、ペルチェ効果を利用して冷却を行う電子冷却器である。除湿器２２の冷却温度Ｔｃは、サンプルガスの露点温度以下（ここでは１０℃以下の所定の温度）になるように設定されている。サンプルガスは除湿器２２を通過する際に、露点温度以下の冷却温度Ｔｃまで冷却されて結露し、含有する水蒸気量が冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量と等しくなるまで低下する。このように、除湿器２２は温度調整機構としての役割を果たすともいえる。
　ゼロガス流路３は、図示しないゼロガス供給源に接続されたゼロガス導入ポート３１にその始端が接続されており、メイン流路２における除湿器２２よりも上流側にある合流点Ｐにその終端が接続されている。ゼロガス供給源は、窒素や空気等のゼロガスを収容する高圧容器（ボンベ）や、当該高圧容器に取り付けられたレギュレータ等を含むものであり、ゼロガス流路３内を大気圧以上の一定圧力に保てるように構成されている。ゼロガス流路３には減圧弁３３が設けられており、安定した圧力のゼロガスをメイン流路２に供給できるようになっている。ゼロガス流路３における減圧弁３３より下流側には、ゼロガスを加湿するための加湿器３２が設けられている。
　加湿器３２は、水槽に溜めた例えば純水内にガスを導入してバブリングすることでゼロガスを加湿するバブラ式のものである。加湿器３２内においてゼロガスは、含有する水蒸気量が除湿器２２の冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量よりも大きくなるように加湿される。具体的には、図示しないヒータによって水槽内の純水の温度は除湿器２２における冷却温度Ｔｃよりも高い加湿温度Ｔｈに保たれており、加湿器３２内においてゼロガスは、含有する水蒸気量が加湿温度Ｔｈにおける飽和水蒸気量と等しくなるまで加湿される。加湿器３２を通過した後のゼロガスが含む水蒸気量、すなわちゼロガス流路３からメイン流路２に供給されるゼロガスが含む水蒸気量は、スパンガスが含む水蒸気量よりも高くなっている。
　スパンガス流路４は、図示しないスパンガス供給源に接続されたスパンガス導入ポート４１にその終端が接続されており、メイン流路２における合流点Ｐにその終端が接続されている。スパンガス供給源は、濃度既知の測定対象成分（ＣＯやＣＯ２）を含むスパンガスを収容する高圧容器（ボンベ）や、当該高圧容器に取り付けられたレギュレータ等を含むものであり、スパンガス流路４内を大気圧以上の一定圧力に保てるように構成されている。スパンガス流路４には減圧弁４２が設けられており、安定した圧力のゼロガスをメイン流路２に供給できるようになっている。ゼロガス流路３とは異なり、スパンガス流路４にはバブラ等の加湿器が設けられておらず、スパンガス供給源から供給されたスパンガスは加湿器を介することなくメイン流路２に供給される。
　供給ガス選択機構５は、ゼロ校正モード、スパン校正モード及びガス分析モードの３つの動作モードを実行できるように構成されている。これらの動作モードを切り替えることで、ゼロガス、スパンガス及びサンプルガスのいずれをガス分析計１に供給するかを選択できるようになっている。本実施形態では、ゼロ校正モード・スパン校正モード・ガス分析モードの順にその動作モードを切り替えるように構成されている。
　具体的に供給ガス選択機構５は、メイン流路２における合流点Ｐより上流側に設けられた第１開閉弁５１ａと、ゼロガス流路３に設けられた第２開閉弁５１ｂと、スパンガス流路４に設けられた第３開閉弁５１ｃと、第１開閉弁５１ａ～第３開閉弁５１ｃの開閉状態を制御する弁制御部５２とを有している。第１開閉弁５１ａ～第３開閉弁５１ｃはいずれも電磁弁であり、通電時に開状態になるものである。
　弁制御部５２は、第１開閉弁５１ａ～第３開閉弁５１ｃのそれぞれの開閉状態を制御するものである。構造的には、図示しないＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、Ａ／Ｄコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路である。内部メモリに格納されたプログラムに従ってＣＰＵ及びその周辺機器が協働動作し、供給ガス選択機構５をいずれかの動作モードで実行させる。
　以下において各動作モードについて説明する。なお、各動作モードを実行する前の初期状態において、第１開閉弁５１ａ～第３開閉弁５１ｃはいずれも閉状態になっている。
　ガス選択機構５は、オペレータからの入力や別装置からのトリガー信号等の校正開始信号を受信すると、まずゼロ校正モードを実行する。図２に示すように、ゼロ校正モードでは、弁制御部５２は第２開閉弁５１ｂに電気信号を送り、第２開閉弁５１ｂを開状態にする。これにより、ゼロガス供給源から供給されたゼロガスは加湿器３２を通ってメイン流路２に供給され、除湿器２２を通ってガス分析計１に導かれ、ガス分析計１のゼロ校正が行われる。
　ここでゼロガスは、加湿器３２においてバブリングされて、加湿温度Ｔｈにおける飽和水蒸気量まで加湿される。そして加湿後のゼロガスは、除湿器２２において露点温度以下まで冷却され、冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量になるまで除湿される。この際、除去されるゼロガスの水蒸気は凝結して水になり、除湿器２２内で結露が起こる。
　ゼロ校正モードでゼロ校正が完了すると、続いてスパン校正モードを自動的に実行する。具体的には、図３に示すように、スパン校正モードでは、第２開閉弁５１ｂへの電気信号を遮断して第２開閉弁５１ｂを閉状態にするとともに、第３開閉弁５１ｃに電気信号を送り、第３開閉弁５１ｃを開状態にする。これによりスパンガス供給源から供給されたスパンガスはメイン流路２に供給され、除湿器２２を通ってガス分析計１に導かれ、ガス分析計１のスパン校正が行われる。
　ここでスパンガスは、スパンガス流路４においてその水蒸気量が調節されず、メイン流路２における除湿器２２を通る際に加湿される。具体的には、ゼロガスを除湿することによって生じた水分が存在することにより、除湿器２２内は気液平衡状態になっており、除湿器２２内の気体の水蒸気量は冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量となるように保たれる。このような状態の除湿器２２内にスパンガスが導入されると、スパンガスは、含有する水蒸気量が冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量になるまで加湿される。このようにして、ガス分析計１に導入されるスパンガスの水蒸気量とゼロガスの水蒸気量とが等しくなる。
　最後にガス分析モードについて説明する。
　ガス選択機構５は、オペレータからの入力や別装置からのトリガー信号等の分析開始信号を受信するとガス分析モードを実行する。具体的には図４に示すように、ガス分析モードでは、第３開閉弁５１ｃへの電気信号を遮断して第３開閉弁５１ｃを閉状態にするとともに、第１開閉弁５１ａに電気信号を送り、第１開閉弁５１ａを開状態にする。これによりサンプル供給源から供給されたサンプルガスが除湿器２２を通ってガス分析計１に導かれる。
　ここでサンプル供給源から供給されたサンプルガスは多量の水蒸気を含んでおり、除湿器２２において露点温度以下まで冷却され、冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量になるまで除湿される。このようにして、ガス分析計１に導入されるサンプルガスの水蒸気量は、ガス分析計１に導入されるゼロガス及びスパンガスの水蒸気量と等しくなる。
　このように構成した本実施形態のガス分析装置１００によれば、サンプルガスの除湿のために用いられる除湿器２２を用いて校正ガスであるスパンガスを加湿するので、スパンガス流路４に加湿器を設ける必要がない。そのため、スパンガスの水蒸気量を調節するためには除湿器２２にさえ通せばよく、従来行なわれていた“加湿器で加湿する工程”を省略することができるので、スパンガスの水蒸気量の調節にかかる時間を短縮できる。さらに、スパンガス流路４に加湿器を設ける必要がないので、スパンガス流路４の長さを短くし、スパンガスがガス分析計１に導入されるまでの時間を短縮できる。その結果、ガス分析計１の校正に要する時間を短縮することができる。さらには、スパンガス流路４に加湿器を設ける必要がないので装置構成を簡略化でき、製造コストも削減できる。
　また、ガス分析計１に導入される校正ガスであるスパンガスとゼロガスの水蒸気量と、サンプルガスの水蒸気量の両方を、除湿器２２の冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量にすることができるのでＨ２Ｏによる干渉影響を大きく低減することもできる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　前記実施形態では、加湿したゼロガスを除湿器２２に通すことにより除湿器２２内で水分を生じさせ、この水分を利用してスパンガスを加湿していたがこれに限定されない。他の実施形態のガス分析装置１００は、図５に示すように、除湿器２２内を加湿するための加湿ガス（本発明の「第２ガス」に相当する）を除湿器２２に供給する加湿ガス流路６（本発明の「加水機構」に相当する）を更に有しており、この加湿ガスを除湿器２２内に通すことにより除湿器２２内で水分を生じさせるようにしてもよい。この場合、加湿ガスが含有する水蒸気量は冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量よりも大きい。このようなものであれば、除湿器２２内に加湿ガスを通した後、ゼロガス及びスパンガスを除湿器２２内に通すことにより、冷却温度Ｔｃにおける飽和水蒸気量になるまで加湿することができる。このような構成であれば、ゼロガス流路３及びスパンガス流路４のいずれにも加湿器３２を設ける必要がなくなる。これにより、ゼロガス及びスパンガスを所望の水蒸気量に調節するのに、除湿器２２において加湿だけすればよいので、校正にかかる時間をより一層短縮できる。
　また別の実施形態のガス分析装置１００では、除湿器２２内に水分を加える加水機構を複数備えてもよい。例えば、図６に示すように、加水機構として、加湿器３２を備えるゼロガス流路３と、除湿器２２内を加湿するための加湿ガスを除湿器２２内に供給する補助加湿流路７とを有してもよい。このような構成であれば、例えば、ゼロガス流路３２から供給されたゼロガスによって除湿器２２内が十分に加湿されなかった場合に、補助加湿流路７から加湿ガスを供給することにより、除湿器２２内を所望の湿度に調節することが可能になる。
　前記実施形態ではゼロガス流路３に加湿器３２が設けられ、スパンガス流路４に加湿器が設けられていなかったがこれに限らない。他の実施形態では、スパンガス流路４に加湿器が設けられ、ゼロガス流路３に加湿器が設けられなくてもよい。すなわち、ゼロガス流路３を本発明でいう第１ガス流路とし、スパンガス流路４を本発明でいう加湿機構としてもよい。この場合、ガス選択機構５は、オペレータからの入力や別装置からのトリガー信号等の校正開始信号を受信すると、まずスパン校正モードを実行し、その後ガス校正モードを実行する。
　また他の実施形態のガス分析装置１００では、除湿器２２内に水分を加える加水機構として、前記したゼロガス流路３やスパンガス流路４や加湿ガス流路６を備えるものではなく、除湿器２２内に水を直接供給し得る構成を挙げることができる。具体的に加水機構は、例えば、除湿器２２内に水を供給するスポイトや容器等を含む構成としてもよい。
　前記実施形態では、除湿器２２はペルチェ効果を利用して冷却を行う電子冷却器であったがこれに限定されない。他の実施形態では、除湿器２２は、冷媒が流れる冷却管が筐体内に複数本設けられており、除湿器２２内に導入されたガスを当該冷却管の外面に接触させて熱交換させることにより、露点温度以下の冷却温度Ｔｃまで冷却するものであってもよい。
　前記実施形態では、スパンガス流路４とゼロガス流路３はともに合流点Ｐにおいてメイン流路２に接続していたがこれに限らない。他の実施形態では、別々の合流点でメイン流路２に接続してもよい。またスパンガス流路４及びゼロガス流路３は、メイン流路２における除湿器２２より上流側に一端が接続されていたが、これに限らず除湿器２２に一端が接続されていてもよい。
　他の実施形態のガス分析装置１００は、メイン流路２における除湿器２２よりも下流側に設けられ、流れるガスの相対湿度を測定する湿度計と、除湿器２２内に水分を補給する水分補給機構とをさらに備えてもよい。水分補給機構は、メイン流路２における除湿器２２よりも下流側を流れるガスの相対湿度を除湿器２２から受信し、スパンガスの相対湿度が設定した所定の値よりも低い場合に、除湿器２２内に水分を供給するようにしてよい。このようなものであれば、より確実にＨ２Ｏによる干渉影響を低減できる。
　前記実施形態においてガス分析計１はＮＤＩＲであったがこれに限定されない。ガス分析計１は測定対象成分に応じて適宜変更されてもよく、硫黄化合物を測定対象とする場合は非分散型紫外線ガス分析計（ＮＤＵＶ）、Ｏ２を測定対象とする場合は磁気式酸素計、ＮＯｘを測定対象とする場合は化学発光式窒素酸化物分析計（ＣＬＤ式ＮＯｘ計）、ＴＨＣ（炭化水素）を測定対象とする場合は水素塩イオン化検出器（ＦＩＤ）が用いられてもよい。
　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。
　本発明によれば、より短い時間でガス分析計を校正することができるガス分析装置を提供することができる。

Claims (8)

  1. 　サンプルガスに含まれる測定対象成分を分析するガス分析計を備えるガス分析装置であって、
    　前記ガス分析計に一端が接続され、前記ガス分析計にサンプルガスを導入するメイン流路と、
    　前記メイン流路に設けられて、前記サンプルガスを冷却して除湿する除湿器と、
    　前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記ガス分析計の校正に用いられる第１ガスを前記メイン流路に供給する第１ガス流路と、
    　前記除湿器内に水分を加える加水機構と
    を備え、
    　前記第１ガスが、前記除湿器を通過する際に、前記加水機構によって加えられた水分によって加湿されるガス分析装置。
  2. 　前記加水機構は、前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記第１ガスよりも高い所定の水蒸気量を含む第２ガスを前記メイン流路に供給する第２ガス流路を備えるものであり、
    　前記第２ガスが前記除湿器を通過する際に除湿され、
    　前記第１ガスが、前記除湿器を通過する際に、前記第２ガスが除湿されることで生じた水分によって加湿される請求項１記載のガス分析装置。
  3. 　前記第２ガス流路にはバブラ式の加湿器が設けられており、
    　前記第２ガスが、前記加湿器を通過することで、含有する水蒸気量が前記所定の水蒸気量になるまで加湿される請求項２記載のガス分析装置。
  4. 　前記第１ガスが、前記ガス分析計のゼロ校正に用いられるゼロガス又は前記ガス分析計のスパン校正に用いられるスパンガスの一方であり、
    　前記第２ガスが、前記ゼロガス又は前記スパンガスの他方である、請求項２又は３記載のガス分析装置。
  5. 　前記第１ガスがスパンガスであり前記第２ガスがゼロガスである、請求項４記載のガス分析装置。
  6. 　前記除湿器を通過した後の、前記第１ガスの水蒸気量と前記サンプルガスの水蒸気量が同じである、請求項１～５のいずれか記載のガス分析装置。
  7. 　前記サンプルガスが内燃機関からの排ガスを含むものである、請求項１～６のいずれか記載のガス分析装置。
  8. 　サンプルガスに含まれる測定対象成分を分析するガス分析計と、前記ガス分析計に一端が接続され、前記ガス分析計にサンプルガスを導入するメイン流路と、前記メイン流路に設けられて、前記サンプルガスを冷却して除湿する除湿器と、前記メイン流路における前記除湿器又はその上流側に一端が接続され、前記ガス分析計の校正に用いられる第１ガスを前記メイン流路に供給する第１ガス流路とを含むガス分析計の校正方法であって、
    　前記除湿器内に水分を加える加水ステップと、
    　前記第１ガスを、前記除湿器を通過する際に、前記加水機構によって加えられた水分によって加湿する加湿ステップと、を含むガス分析装置の校正方法。
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