WO2022270202A1 - 分析装置、及び、分析方法 - Google Patents

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WO2022270202A1
WO2022270202A1 PCT/JP2022/021338 JP2022021338W WO2022270202A1 WO 2022270202 A1 WO2022270202 A1 WO 2022270202A1 JP 2022021338 W JP2022021338 W JP 2022021338W WO 2022270202 A1 WO2022270202 A1 WO 2022270202A1
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propagation
housing
pressure
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孝平 橘
桂史 中村
広大 新名
大輔 宮脇
剛士 渡邊
琢也 井戸
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株式会社堀場製作所
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    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path

Definitions

  • the present invention relates to an analyzer that analyzes a gas to be measured contained in a sample gas, and a method of analyzing the gas to be measured by this analyzer.
  • an analyzer that irradiates a sample gas with measurement light and analyzes the measurement target gas based on the intensity of the measurement light absorbed by the measurement target gas contained in the sample gas.
  • a sample gas is filled in a predetermined cell, and analysis is performed based on the intensity of measurement light that has passed through the cell.
  • the optical path from the light source that outputs the measurement light to the cell does not contain a component that absorbs the measurement light. Filling with gas is preferred. This gas is called a purge gas.
  • a sample gas (atmosphere) is passed through a carbon dioxide adsorbent such as zeolite and a substance that adsorbs polar substances such as silica gel, and the target gas is measured.
  • a carbon dioxide adsorbent such as zeolite and a substance that adsorbs polar substances such as silica gel.
  • polar substances such as silica gel
  • explosion proof measures may be taken with this device. Specifically, explosion-proof measures are taken by filling the internal space of the housing containing the analyzer with an explosion-proof gas.
  • the gas used as the above purge gas is generally an inert gas. Therefore, the purge gas can also be used as an explosion-proof gas that fills the internal space of the housing.
  • purge gas is expensive compared to explosion-proof gas.
  • a large amount of gas is required to fill the internal space of the housing with explosion-proof gas. Therefore, a large amount of purge gas is required to fill the internal space of the housing including the optical path of the measurement light, which increases the operating cost of the analyzer.
  • the measurement light will pass through the components contained in the explosion-proof gas before reaching the cell filled with the gas to be measured. May be absorbed.
  • An analyzer is an analyzer that analyzes a gas to be measured.
  • the analyzer includes a filling section, an irradiation section, a propagation section, a housing, a purge gas introduction section, an explosion-proof gas introduction section, and a partition plate.
  • the filling section is filled with a sample gas containing the gas to be measured.
  • the irradiator irradiates measurement light used for analyzing the gas to be measured.
  • the propagation section is provided between the filling section and the irradiation section, and forms a propagation space for propagating the measurement light emitted from the irradiation section to the filling section.
  • the housing accommodates the filling section, the irradiation section, and the propagation section.
  • the purge gas introducing section introduces a purge gas into the propagation space.
  • the explosion-proof gas introducing section introduces an explosion-proof gas into the internal space of the housing.
  • purge gas is introduced only into the propagation space, which is the optical path of the measurement light. Since the propagation space has a small capacity, it is possible to suppress the consumption of the purge gas. Further, an explosion-proof gas different from the purge gas is introduced into the internal space of the housing having a large capacity. Since the explosion-proof gas is inexpensive and suitable for explosion-proof measures, the explosion-proof measures for the internal space of the housing can be implemented inexpensively and appropriately. Further, by introducing the explosion-proof gas into the internal space of the housing, each member housed in the internal space of the housing can be cooled.
  • the analyzer may further include a partition plate.
  • the partition plate divides the internal space of the housing into a first internal space in which the irradiation section and the propagation section exist and a second internal space in which the filling section exists.
  • the housing and the propagation part may be configured as an internal pressure explosion-proof container. As a result, the internal space of the housing and the propagating section can be safely explosion-proofed.
  • the analyzer may further include a pressure switch.
  • the pressure switch detects whether or not the pressure in the filling section has reached or exceeded a predetermined pressure that is lower than the pressure in the internal space of the housing. As a result, it is possible to detect whether or not there is a possibility that the pressure in the filling section becomes higher than the internal space of the housing, and the gas filled in the filling section leaks into the internal space of the housing.
  • the analyzer may further include a first differential pressure gauge.
  • the first differential pressure gauge measures the difference between the pressure near the outlet of the purge gas in the propagation space and the pressure in the internal space of the housing. This makes it possible to reliably detect whether or not the pressure in the propagation space is higher than the pressure in the internal space of the housing, that is, whether or not there is a possibility that the explosion-proof gas will enter the propagation space.
  • the analyzer may further include a second differential pressure gauge.
  • the second differential pressure gauge measures the difference between the pressure near the explosion-proof gas outlet in the internal space of the housing and the pressure outside the housing. As a result, it is possible to determine whether or not the pressure inside the internal space of the housing is higher than the pressure outside the housing. can be reliably detected.
  • the propagation part may have a mirror arranged in the propagation space and guiding the measurement light to the filling part.
  • the analyzer may further include a jig.
  • the jig allows the tool for adjusting the mirror to reach the arrangement position of the mirror in the propagation space. This allows the tool for adjusting the mirror to reach the proper position even if the mirror is not visible.
  • the analyzer may further comprise a fixing plate.
  • the fixing plate fixes the filling section, the irradiation section, and the propagation section. As a result, it is possible to suppress changes in the relative positions and orientations of the filling section, the irradiation section, and the propagation section due to bending of the housing.
  • the analyzer may further include a separation section.
  • the separation section separates the purge gas from the gas. This allows the purge gas to be generated easily and inexpensively.
  • the separation unit may be provided outside the housing. As a result, components other than the purge gas contained in the gas can be prevented from being discharged into the internal space of the housing.
  • the separation unit may be arranged inside the housing.
  • the remaining gas other than the purge gas may be used as the explosion-proof gas among the components produced by separating the gas by the separation unit. This eliminates the need to separately provide a gas line for supplying the purge gas and a gas line for supplying the explosion-proof gas.
  • the analyzer may further include a first differential pressure gauge, a second differential pressure gauge, and a pressure switch.
  • the first differential pressure gauge measures the difference between the pressure near the outlet of the purge gas in the propagation space and the pressure in the internal space of the housing.
  • the second differential pressure gauge measures the difference between the pressure near the explosion-proof gas outlet in the internal space of the housing and the pressure outside the housing.
  • the pressure switch detects whether or not the pressure in the filling section has reached or exceeded a predetermined pressure that is lower than the pressure in the internal space of the housing. In this case, the first differential pressure gauge, the second differential pressure gauge, and the pressure switch determine the magnitude relationship between the pressure in the internal space of the housing and the pressure outside the housing, the pressure in the propagation space, and the pressure inside the housing.
  • the magnitude relationship between the pressure in the space, the magnitude relationship between the pressure in the propagation space and the pressure inside the filling portion, and the magnitude relationship between the pressure in the internal space of the housing and the pressure inside the filling portion are measured. be done. As a result, it is possible to efficiently measure the magnitude relationship of pressures at many points with a small number of devices.
  • Gases to be measured include carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), sulfur dioxide (SO 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen oxides (NOx), and hydrogen chloride (HCl). , water (H 2 O), ethane (C 2 H 6 ), acetylene (C 2 H 2 ), propane (C 3 H 8 ), ethylene (C 2 H 4 ), hexane (nC 6 H 14 ), Propylene (C 3 H 6 ), hydrogen sulfide (H 2 S), isobutene (iC 4 H 8 ), methanol (CH 3 OH), phosgene (COCl 2 ), butane (nC 4 H 10 ), chloro ethylene (C 2 H 3 Cl), methyl nitrite (CH 3 ONO), cyclohexane (C 6 H 12 ), butadiene (C 4 H 6 ), isobutane (i-C 4 H 10 ), isopentane (
  • An analysis method is a method of analyzing a gas to be measured by an analyzer.
  • the analyzer includes a filling section filled with a sample gas containing a gas to be measured, an irradiation section for irradiating measurement light used for analysis of the gas to be measured, and provided between the filling section and the irradiation section. It comprises a propagation section forming a propagation space for propagating the irradiated measurement light to the filling section, a housing housing the filling section, the irradiation section, and the propagation section.
  • the analytical method comprises the following steps. A step of introducing a purge gas into the propagation space. ⁇ A step of introducing an explosion-proof gas into the internal space of the housing.
  • purge gas is introduced only into the propagation space, which is the optical path of the measurement light. Since the propagation space has a small capacity, it is possible to suppress the consumption of the purge gas. Further, an explosion-proof gas different from the purge gas is introduced into the internal space of the housing having a large capacity. Since the explosion-proof gas is inexpensive and suitable for explosion-proof measures, the explosion-proof measures for the internal space of the housing can be implemented inexpensively and appropriately. Further, by introducing the explosion-proof gas into the internal space of the housing, each member housed in the internal space of the housing can be cooled. Furthermore, the measurement light passes through the propagation space filled with the purge gas and is guided to the filling section filled with the sample gas. Thereby, it is possible to prevent the measurement light from being absorbed in the propagation space while the measurement light reaches the filling portion. As a result, the gas to be measured can be accurately analyzed using the measurement light.
  • an analysis device for a measurement target gas having a housing, it is possible to suppress the consumption of purge gas and fill the optical path of the measurement light with purge gas, while appropriately implementing explosion-proof measures for the analysis device.
  • the figure which shows the structure of an analyzer The figure which shows the structure of a jig.
  • the figure which shows the gas flow structure of an analyzer The figure which shows the other example of the gas flow structure of an analyzer.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the analyzer other than the gas introduction portion.
  • the analysis device 100 is, for example, a device that analyzes a measurement target gas contained in a sample gas SG such as exhaust gas generated from a flue.
  • Gases that can be measured by the analyzer 100 include, for example, carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), sulfur oxides (SOx) (eg, sulfur dioxide (SO 2 )), ammonia (NH 3 ), , nitrogen oxides (NOx) (e.g., nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO2), nitrous oxide ( N2O), etc.), hydrogen chloride (HCl), water ( H2O ), various carbonization Hydrogen (e.g., methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), acetylene (C 2 H 2 ), propane (C 3 H 8 ), ethylene (C 2 H 4 ), hexane (nC 6 H 14 ), propylene (C 3 H 6 ), isobutene (iC 4 H 8 ), butane (nC 4 H 10 ), propane (C 3 H 8 ), cyclohexane (C 6 H 12 ), butadiene (C 4 H 6 ), iso
  • the analyzer 100 has a structure in which the components for analyzing the gas to be measured are isolated from the external space, and the internal space containing the components of the analyzer 100 is filled with a gas that does not contain a highly flammable gas. there is Such a structure is called an "explosion-proof structure”. Further, in the following description, the gas filled in the internal space will be referred to as "explosion-proof gas”.
  • the analysis device 100 includes a housing 1 , a filling section 3 , an irradiation section 5 , a propagation section 7 , a partition plate 9 and a control section 11 .
  • the housing 1 configures the main body of the analysis device 100, and accommodates the filling section 3, the irradiation section 5, and the propagation section 7 in its internal space.
  • the housing 1 is configured as an internal pressure explosion-proof container. Specifically, the internal space of the housing 1 is filled with the explosion-proof gas EP at a higher pressure than the outside of the housing 1 . By configuring the housing 1 as an internal pressure explosion-proof container, the internal space of the housing 1 can be safely explosion-proofed.
  • the housing 1 is provided with a discharge port 13 in the vicinity of the position where the filling section 3 is arranged. The explosion-proof gas EP introduced into the internal space of the housing 1 is discharged from the discharge port 13 .
  • the filling part 3 is a member having a sampling space SS.
  • the sampling space SS of the filling section 3 can be filled with the sample gas SG.
  • the filling section 3 is provided with an inlet 31 for introducing the sample gas SG into the sampling space SS and an outlet 32 for discharging the sample gas SG from the sampling space SS. It is During the analysis of the gas to be measured contained in the sample gas SG, the sample gas SG continues the flow of filling the sampling space SS from the inlet 31 and then discharging from the outlet 32 .
  • the sampling space SS has a lower pressure than the internal space of the housing 1 and the propagation space TS of the propagation section 7, including when the sample gas SG is filled.
  • the sample gas SG filled in the sampling space SS is prevented from leaking into the internal space of the housing 1 and the propagation space TS of the propagation section 7, and the explosion-proof measures of the analysis device 100 can be properly implemented.
  • a first reflecting member 33a and a second reflecting member 33b are provided in the sampling space SS.
  • the first reflecting member 33a and the second reflecting member 33b multiple-reflect the measurement light L that has entered the sampling space SS, and then propagate it toward the propagation space TS (described later) of the propagation section 7 . Thereby, the optical path length of the measurement light L passing through the sample gas SG filled in the sampling space SS can be increased.
  • the first reflecting member 33a is provided at a position close to the propagation section 7 in the sampling space SS.
  • the first reflecting member 33a reflects the measuring light L and propagates the measuring light L toward the second reflecting member 33b. Moreover, the measurement light L that has undergone multiple reflections is propagated toward the propagation section 7 . Therefore, the first reflecting member 33a is, for example, a member (for example, a mirror) provided with a passage hole for the measuring light L at a predetermined position and capable of reflecting the measuring light L. As shown in FIG. In the first reflecting member 33a, the measurement light L propagated from the propagation section 7 passes through the passage hole and enters the sampling space SS. The measurement light L that has entered the sampling space SS undergoes multiple reflections between the first reflecting member 33a and the second reflecting member 33b, and then returns to the propagation section 7 through the passage hole of the first reflecting member 33a.
  • the second reflecting member 33b is provided at a position away from the propagation section 7 in the sampling space SS.
  • the second reflecting member 33b reflects the measurement light L toward the first reflecting member 33a.
  • the second reflecting member 33b is, for example, a member that reflects the measurement light L such as a mirror.
  • the irradiation unit 5 generates measurement light L.
  • the measurement light L generated from the irradiation section 5 is guided to the filling section 3 by the propagation section 7 .
  • the irradiation unit 5 is configured by a plurality of light sources 51a to 51d.
  • the plurality of light sources 51a-51d respectively output a plurality of element lights L1-L4 having different wavelength ranges.
  • the plurality of light sources 51a to 51d are, for example, laser oscillators such as semiconductor laser devices.
  • the element lights L1 to L4 generated from the plurality of light sources 51a to 51d are multiplexed in the propagation space TS of the propagation section 7 and propagate as the measurement light L toward the filling section 3. That is, the measurement light L is composed of a plurality of element lights L1 to L4 having different wavelength regions.
  • the measurement light L is composed of a plurality of element lights L1 to L4 having different wavelength regions.
  • the interfering gas component is a component that has an absorption peak at the same or similar position as a part of the absorption peak of the gas to be measured, and thus affects the analysis result of the gas to be measured. If the influence of the interference gas component can be measured, the influence of the interference gas component can be removed from the measurement result of the measurement light L received by the detector 75 (described later), and the gas to be measured can be accurately analyzed.
  • the meaning of "removal" includes not only eliminating the influence of interference gas components at all, but also reducing the degree of influence compared to before removal.
  • the propagation section 7 is provided between the filling section 3 and the irradiation section 5 .
  • the propagating portion 7 has an L shape, and a plurality of light sources 51a to 51d are partially inserted and fixed in a portion corresponding to one side of the L shape. be.
  • the filling section 3 is fixed via an optical window W to the end of the other side of the L-shaped propagating section 7 .
  • the propagation part 7 is configured as an internal pressure explosion-proof container and has a propagation space TS.
  • the propagation space TS of the propagation part 7 is formed by hollowing out a metal block to form a space, and closing the space formed in the metal block with a cover member.
  • a metal member (metal lump, lid member) for forming the propagation part 7 is, for example, an aluminum member.
  • the propagation part 7 is made of an aluminum member, the aluminum member is blackened by black alumite treatment. As described above, a robust propagation portion 7 can be easily formed.
  • the propagation space TS which is the inner space of the propagation part 7, can be safely explosion-proofed.
  • a plurality of mirrors are arranged in the propagation space TS of the propagation section 7 .
  • the element lights L1 to L4 output from the irradiating section 5 are propagated to the filling section 3 after their propagation paths are changed by these mirrors. That is, the measurement light L propagates through the propagation space TS while being reflected by at least one mirror.
  • a first mirror 71a, a second mirror 71b, a third mirror 71c, a fourth mirror 71d, and a fifth mirror 71e are arranged in the propagation space TS.
  • a first optical element 73a, a second optical element 73b, and a third optical element 73c are arranged in the propagation space TS.
  • the first mirror 71a reflects the element light L1 toward the first optical element 73a.
  • the first optical element 73a reflects the element light L1 and transmits the element light L2. That is, the first optical element 73a multiplexes the element light L1 and the element light L2.
  • the element light L1 and the element light L2 multiplexed by the first optical element 73a pass through the same optical path toward the second mirror 71b.
  • the second mirror 71b reflects the element light L1 and the element light L2 multiplexed by the first optical element 73a toward the second optical element 73b.
  • the second optical element 73b reflects the multiplexed element light L1 and element light L2, and transmits the element light L3. That is, the second optical element 73b multiplexes the element light L1, the element light L2, and the element light L3.
  • the element lights L1 to L3 multiplexed by the second optical element 73b travel along the same optical path toward the third mirror 71c.
  • the third mirror 71c reflects the element lights L1 to L3 multiplexed by the second optical element 73b toward the third optical element 73c.
  • the third optical element 73c reflects the multiplexed elemental lights L1 to L3 and transmits the elemental light L4. That is, the third optical element 73c multiplexes the element light L1, the element light L2, the element light L3, and the element light L4.
  • the element lights L1 to L4 multiplexed by the third optical element 73c travel along the same optical path toward the fourth mirror 71d.
  • the fourth mirror 71d reflects the element lights L1 to L4 multiplexed by the third optical element 73c toward the fifth mirror 71e.
  • the element lights L1 to L4 multiplexed as described above become the measurement light L.
  • the fifth mirror 71e changes the propagation path of the measurement light L in which the element lights L1 to L4 are multiplexed to the direction in which the filling section 3 is arranged.
  • the measurement light L whose propagation path has been changed by the fifth mirror 71 e passes through the optical window W and propagates into the sampling space SS of the filling section 3 . Since these mirrors are provided within the propagation space TS, the inflow of unnecessary gas from the outside can be prevented, and the mirrors can be kept clean.
  • a detection unit 75 is arranged in the propagation space TS of the propagation unit 7 .
  • the detector 75 detects the measurement light L that has entered the sampling space SS and has been multiple-reflected.
  • the detector 75 is, for example, a quantum photoelectric device.
  • a semiconductor detection element, a thermal photodetection element such as a thermopile, or the like can be used as the detection section 75 .
  • FIG. 1 in the propagation space TS, there is a sixth mirror 71f that changes the propagation path of the measurement light L that has returned to the propagation section 7 after being multiple-reflected in the sampling space SS to the arrangement direction of the detection section 75. be provided.
  • the inside of the propagation space TS is purged using the purge gas PG.
  • the purge gas PG flows in the propagation space TS, and the first to sixth mirrors 71a to 71f and the detector 75 provided in the propagation space TS can be kept clean.
  • the optical path of the measurement light L from the propagation section 7 to the filling section 3 is determined by the first mirror 71a to the sixth mirror 71f.
  • the tilt angles of these mirrors are adjustable. For example, by rotating a screw 711 (FIG. 3) provided in the propagation space TS, the tilt angles of the first mirror 71a to the fourth mirror 71d can be adjusted.
  • a jig 80 is used to allow the tool T for operating the screw 711 to reach the screw 711 within the propagation space TS.
  • the jig 80 has a body portion 81 , a through hole 83 and a handle 85 .
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a jig.
  • the through hole 83 is a hole provided through the main body portion 81 .
  • the through hole 83 is provided at a position facing the screw 711 provided on the mirror when the main body portion 81 is attached to the propagation portion 7 .
  • the jig 80 shown in FIG. 2 has four through holes 83 .
  • the handle 85 is held by the user when attaching the jig 80 to the propagation section 7 .
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a state in which the jig is attached to the propagation part.
  • the partition plate 9 separates the internal space of the housing 1 into a first internal space IS1 and a second internal space IS2. As shown in FIG. 1, an irradiation section 5 and a propagation section 7 are present in the first internal space IS1. On the other hand, the filling portion 3 exists in the second internal space IS2.
  • the irradiation section 5 and the propagation section 7 are kept from room temperature (the temperature when the irradiation section 5 and the propagation section 7 are attached to the housing 1) as much as possible. is preferred. This is because if the temperatures of the irradiation section 5 and the propagation section 7 fluctuate, there is a possibility that the optical axis of the measurement light L, which has been properly adjusted in advance, will deviate. Therefore, by providing the partition plate 9 in the internal space of the housing 1 that accommodates the filling section 3, the irradiation section 5, and the propagation section 7, the irradiation section 5 and the propagation section 7 are separated from the filling section 3, which becomes hot. can be effectively separated from each other, thereby suppressing temperature fluctuations in the irradiation section 5 and the propagation section 7 . As a result, it is possible to prevent the optical axis of the measurement light L, which has been properly adjusted in advance, from shifting.
  • the filling unit 3, the irradiation unit 5, and the propagation unit 7 are not directly fixed to the housing 1, but are fixed on one fixing plate 15, and the fixing plate 15 It is fixed to the housing 1 via the .
  • the filling section 3 , the irradiation section 5 , and the propagation section 7 are arranged in relative positions and orientations so that the measurement light L generated by the irradiation section 5 can reach the filling section 3 via the propagation section 7 . is properly adjusted. If the filling unit 3, the irradiation unit 5, and the propagation unit 7 were directly fixed to the housing 1, there is a possibility that their relative positions and orientations would change due to bending of the housing 1. . Therefore, by fixing the filling section 3, the irradiation section 5, and the propagation section 7 on the common fixing plate 15 as in the present embodiment, the deformation of the filling section 3 due to the bending of the housing 1 or the like is prevented.
  • the irradiation unit 5, and the propagation unit 7 can be suppressed from changing their relative positions and orientations.
  • the measurement light L generated by the irradiation section 5 can reach the filling section 3 via the propagation section 7 (propagation space TS) without being affected by the bending of the housing 1 or the like.
  • the control unit 11 is a computer system composed of a CPU, storage devices (for example, storage devices such as RAM and ROM), and various interfaces.
  • the control unit 11 may be a system in which each of the above devices is individually provided, or may be an SoC (System on Chip) in which each of the above devices is integrated on one chip.
  • the control unit 11 controls components of the analysis device 100 .
  • the control unit 11 also has a calculation unit 11a, and performs calibration of the analysis device 100 and analysis of the gas to be measured based on the intensity of the measurement light L detected by the detection unit 75.
  • control unit 11 A part or all of the control and information processing performed by the control unit 11 may be realized by executing a program stored in the storage device of the computer system that constitutes the control unit 11 . Also, part of the above control and information processing may be realized by hardware.
  • the control unit 11 is connected to a display unit 111 that displays information about the analysis device 100 such as the analysis result of the gas to be measured by the analysis device 100 and a display screen.
  • the display unit 111 is, for example, a thin display such as a liquid crystal display or an organic EL display. Further, the display unit 111 may have information input means such as a touch panel.
  • FIG. 4 is a diagram showing the gas flow configuration of the analyzer.
  • the internal space of the housing 1 housing the filling unit 3, the irradiation unit 5, and the propagation unit 7 is subjected to a first pressure higher than the pressure outside the housing 1, It is filled with an explosion-proof gas EP that does not contain combustible gas.
  • the propagation space TS in which the measurement light L propagates is set to a second pressure higher than the pressure of the internal space of the housing 1 in order to suppress the absorption of the measurement light L before it reaches the filling portion 3. are filled with a purge gas PG that does not contain the gas to be measured.
  • the analysis device 100 includes an explosion-proof gas introduction section 20 for introducing the explosion-proof gas EP into the internal space of the housing 1 and a purge gas introduction section 40 for introducing the purge gas PG into the propagation space TS.
  • the explosion-proof gas introduction section 20 has a first gas line GL1 and a supply device 21.
  • the inlet IN1 of the first gas line is connected to an external supply device 21 .
  • the outlet OUT1 of the first gas line GL1 is arranged above the first internal space IS1 of the housing 1 and near the propagation section 7 .
  • the supply device 21 is a device that supplies the explosion-proof gas EP to the first gas line GL1.
  • the supply device 21 is, for example, a device that generates instrumentation air, and includes a compressor that compresses the air and various filters that remove dust, oil, and the like contained in the air. That is, in the present embodiment, the explosion-proof gas EP is instrumentation air that does not contain combustible gas. Note that the explosion-proof gas EP is constantly supplied from the supply device 21 during operation of the analyzer 100 .
  • the explosion-proof gas introduction part 20 having the above configuration constantly introduces the explosion-proof gas EP from the upper part of the first internal space IS1 and near the propagation part 7 . Due to the existence of the partition plate 9, the explosion-proof gas EP introduced into the upper part of the first internal space IS1 and near the propagation part 7 flows from the upper part of the first internal space IS1 toward the lower part, It enters the second internal space IS2 from the lower part of IS1. The gas that has entered the second internal space IS2 flows from the bottom to the top of the second internal space IS2 and is discharged from the discharge port 13 .
  • the explosion-proof gas EP is constantly supplied during the operation of the analyzer 100, the explosion-proof gas EP is constantly supplied to the internal space of the housing 1 during the operation of the analyzer 100 and is discharged from the discharge port 13 according to the flow described above. be. As a result, the internal space of the housing 1 is always filled with the fresh explosion-proof gas EP at the first pressure during operation of the analyzer 100 .
  • the unheated explosion-proof gas EP can reach the irradiation unit 5 and the propagation unit 7 first. Furthermore, the presence of the partition plate 9 can suppress the heating of the explosion-proof gas EP due to heat conduction from the filling section 3, which becomes hot. As a result, the irradiation section 5 and the propagation section 7 (in particular, the detection section 75), which particularly need to be cooled, can be efficiently cooled.
  • the purge gas introduction section 40 has a second gas line GL2 and a separation section 41 .
  • An inlet IN2 of the second gas line GL2 is connected to the separation section 41 .
  • the outlet OUT ⁇ b>2 of the second gas line GL ⁇ b>2 is connected to the lower portion of the propagation section 7 .
  • An inlet IN3 of the third gas line GL3 is connected to the upper portion of the propagation section 7 .
  • the outlet OUT3 of the third gas line GL3 is arranged near the outlet OUT1 of the first gas line GL1.
  • the separation unit 41 separates the purge gas PG from the gas.
  • the separation unit 41 separates the purge gas PG from the instrumentation air supplied from the supply device 21 .
  • the separation unit 41 is a member called an "N2 separator" in which a hollow member is filled with, for example, a polyimide hollow fiber membrane or a gas separation membrane.
  • the N2 separator introduces air compressed into a hollow fiber membrane and a gas separation membrane, and divides the air into a nitrogen-rich gas from which components other than nitrogen gas (including the gas to be measured) have been removed, and nitrogen from the air. It separates into the remaining residual gas removed.
  • the separation unit 41 which is an N2 separator, discharges the nitrogen-rich gas to the second gas line GL2 as the purge gas PG. On the other hand, the separation section 41 discharges the residual gas to the outside.
  • the hollow fiber membranes include, for example, polyimides, polyamides, polysulfones, cellulose acetate and derivatives thereof, polyphenylene oxides, polysiloxanes, microporous polymers per se, mixed matrix membranes, facilitated transport membranes, polyethylene oxides, polypropylene oxides, carbon Consists of membranes, zeolites, or mixtures thereof.
  • the separating section 41 is provided outside the housing 1 . Thereby, the separation unit 41 can discharge the remaining gas to the outside of the housing 1 . As a result, the residual gas containing a large amount of oxygen is prevented from being introduced into the internal space of the housing 1, and the internal space of the housing 1 can be appropriately protected against explosion.
  • a gas cylinder for supplying the purge gas PG may be connected to the inlet IN2 of the second gas line GL2. That is, the purge gas PG may be directly supplied from a gas cylinder.
  • a gas cylinder for supplying the purge gas PG for example, a gas cylinder for supplying an inert gas such as a nitrogen cylinder can be used.
  • the purge gas PG is constantly supplied to the second gas line GL2 during operation of the analyzer 100.
  • the purge gas introduction section 40 having the above configuration introduces the purge gas PG from below the propagation space TS.
  • the purge gas PG introduced from the lower part of the propagation space TS flows to the upper part of the propagation space TS and is discharged into the internal space of the housing 1 via the third gas line GL3.
  • the purge gas PG is constantly supplied during operation of the analyzer 100 . Therefore, during operation of the analysis device 100, the purge gas PG is constantly supplied to the propagation space TS and discharged into the internal space of the housing 1 according to the flow described above. Thereby, the propagation space TS is constantly filled with fresh purge gas PG at a second pressure higher than the pressure (first pressure) of the internal space of the housing 1 during operation of the analyzer 100 .
  • the third gas line GL3 has a smaller diameter than the other gas lines.
  • the diameter of the third gas line GL3 for discharging the purge gas PG By reducing the diameter of the third gas line GL3 for discharging the purge gas PG, the pressure of the purge gas PG in the propagation space TS can be easily increased.
  • the analyzer 100 includes a first differential pressure gauge 61 and a second differential pressure gauge 63.
  • the first differential pressure gauge 61 and the second differential pressure gauge 63 are devices that have two ports and measure the pressure difference between the pressure of one port and the pressure of the other port.
  • One port P1 of the two ports of the first differential pressure gauge 61 is connected via a fourth gas line GL4 to the vicinity of a portion of the propagation space TS where the third gas line GL3 is provided.
  • Port P2 is connected to the internal space of housing 1 . That is, the first differential pressure gauge 61 measures the difference between the pressure near the outlet of the purge gas PG in the propagation space TS and the pressure in the internal space of the housing 1 .
  • the inventor found that the pressure near the outlet of the purge gas PG in the propagation space TS was the lowest among the propagation spaces TS filled with the purge gas PG. Based on this knowledge, the first differential pressure gauge 61 measures the pressure difference between the lowest pressure in the propagation space TS and the pressure in the internal space of the housing 1 . As a result, the first differential pressure gauge 61 determines whether or not the pressure in the propagation space TS is higher than the pressure in the internal space of the housing 1, that is, there is a possibility that the explosion-proof gas EP may enter the propagation space TS.
  • One port P3 of the two ports of the second differential pressure gauge 63 is connected to the vicinity of the outlet OUT1 of the first gas line GL1 in the internal space of the housing 1 via the fifth gas line GL5.
  • the other port P4 is connected to the space outside the housing 1 via a sixth gas line GL6. That is, the second differential pressure gauge 63 measures the difference between the pressure near the discharge port of the explosion-proof gas EP in the internal space of the housing 1 and the pressure outside the housing 1 .
  • the inventors of the present invention found that, of the internal space of the housing 1 filled with the explosion-proof gas EP, an outlet (first gas line GL1 It was found that the pressure near the outlet OUT1) of is the lowest.
  • the second differential pressure gauge 63 measures the pressure difference between the lowest pressure in the internal space of the housing 1 and the pressure outside the housing 1 .
  • the second differential pressure gauge 63 indicates whether or not the pressure inside the internal space of the housing 1 is higher than the pressure outside the housing. Whether or not the explosion-proof measures are inappropriate can be reliably detected. This is because if the lowest pressure in the internal space of the housing 1 is higher than the pressure outside the housing 1, the pressure at other points in the internal space of the housing 1 is higher than the pressure outside the housing 1. This is because it can be guaranteed that the
  • the second differential pressure gauge 63 indicates that the pressure in the internal space of the housing 1 is higher than the pressure outside the housing 1
  • the first differential pressure gauge 61 indicates that the pressure in the propagation space TS is , is higher than the pressure inside the housing 1 , it can be guaranteed that the pressure inside the propagation space TS is higher than the pressure outside the housing 1 . That is, it is possible to guarantee that there is no possibility of gas outside the housing 1 entering the propagation space TS.
  • the first differential pressure gauge 61 controls the supply of the purge gas PG based on the detection result of whether or not the pressure inside the propagation space TS is higher than the pressure inside the housing 1 .
  • the second differential pressure gauge 63 also controls the supply of the explosion-proof gas EP based on the detection result as to whether or not the pressure inside the internal space of the housing 1 is higher than the pressure outside the housing.
  • the analyzer 100 includes a pressure switch 65.
  • the pressure switch 65 is connected to the outlet 32 of the sample gas SG of the filling section 3.
  • the pressure switch 65 is set so that the pressure in the sampling space SS of the filling section 3 is equal to or higher than a predetermined pressure that is lower than the pressure in the internal space of the housing 1. It is detected whether or not the
  • the pressure switch 65 may be a pressure switch that is turned off when the pressure in the sampling space SS is lower than the predetermined pressure and turned on when the pressure in the sampling space SS is equal to or higher than the predetermined pressure.
  • a pressure switch in which the OFF state and the ON state are opposite to those described above may also be used.
  • the pressure difference between the lowest pressure in the propagation space TS measured by the first differential pressure gauge 61 and the pressure in the internal space of the housing 1 It can be monitored whether the pressure in the propagation space TS of 7 is higher than the pressure in the sampling space SS.
  • the pressure switch 65 detects that the pressure in the sampling space SS is lower than the predetermined pressure (for example, the pressure switch 65 is off), and the first differential pressure gauge 61 detects that the lowest pressure in the propagation space TS is higher than the pressure in the internal space of the housing 1, the pressure in the propagation space TS is higher than the pressure in the sampling space SS. It can be determined that
  • the magnitude relationship is measured by three devices, a first differential pressure gauge 61 , a second differential pressure gauge 63 and a pressure switch 65 . In this way, the analysis apparatus 100 efficiently measures the magnitude relationship of pressures at many points using a small number of devices.
  • the analyzer 100 includes a pressure gauge 67.
  • a pressure gauge 67 is connected to the sample gas SG outlet 32 of the filling section 3 and measures the pressure in the sampling space SS.
  • the pressure in the sampling space SS is used to correct the analysis result of the gas to be measured contained in the sample gas SG filled in the sampling space SS.
  • the explosion-proof gas EP is introduced into the internal space of the housing 1 while maintaining the supply of the purge gas PG.
  • the second differential pressure gauge 63 detects the pressure difference between the lowest pressure inside the internal space of the housing 1 and the pressure outside the housing 1. , determines whether the pressure in the internal space of the housing 1 has reached the first pressure.
  • the second differential pressure gauge 63 continues to supply the explosion-proof gas EP until the second time has passed since the pressure in the internal space of the housing 1 reached the first pressure.
  • the flow rate of the explosion-proof gas EP to be introduced into the internal space of the housing 1 and the length of the second time can be appropriately set to optimum values based on the capacity of the internal space of the housing 1 and the like.
  • the inside of the propagation space TS of the propagation part 7 is filled with the purge gas PG, and it is possible to prevent the measurement light L from being absorbed during propagation in the propagation space TS and reducing its intensity.
  • the analysis device 100 can be properly protected against explosion. That is, the purge gas PG also has a role as an explosion-proof gas EP.
  • the control unit 11 controls the light sources 51a to 51d of the irradiation unit 5, and , start supplying power to the detector 75 arranged in the propagation space TS. This enables analysis of the gas to be measured by the analyzer 100 .
  • the sample gas SG is supplied to the sampling space SS of the filling unit 3 to fill the sampling space SS with the sample gas SG.
  • the control unit 11 controls the light sources 51 a to 51 d to output the measurement light L toward the sampling space SS of the filling unit 3 .
  • the calculation unit 11a receives from the detection unit 75 the detection signal of the measurement light L that has passed through the sampling space SS, and based on the detection signal, determines the wavelength regions of the detected element lights L1 to L4 of the measurement light L. Calculate strength.
  • the calculation unit 11a calculates the ratio of the intensity of the measurement light L before passing through the sampling space SS filled with the sample gas SG to the intensity of the measurement light L after passing through the sampling space SS filled with the sample gas SG. Based on this, the concentration of the measurement target gas contained in the sample gas SG is calculated.
  • the calculation unit 11a calculates the concentration of interference gas that interferes with the analysis result of the gas to be measured based on the intensity of each of the element lights L1 to L4. can be calculated, and the concentration of the gas to be measured can be calculated with high accuracy in consideration of the influence of this interference gas.
  • the calculation unit 11a determines the gas to be measured. can be calculated.
  • the purge gas PG is introduced only into the propagation space TS, which is the optical path of the measurement light L.
  • the propagation space TS has a smaller capacity than the internal space of the housing 1, so the consumption of the purge gas PG to be introduced into the optical path of the measurement light L can be suppressed.
  • an explosion-proof gas EP different from the purge gas PG is introduced into the internal space of the housing 1 having a large capacity. Since the explosion-proof gas EP is inexpensive and suitable for explosion-proof measures, the explosion-proof measures for the internal space of the housing 1 can be implemented inexpensively and appropriately. Further, by introducing the explosion-proof gas EP into the internal space of the housing 1, each member housed in the internal space of the housing 1 can be cooled.
  • a partition plate 9 is provided in the internal space of the housing 1 to divide the internal space of the housing 1 into a first internal space IS1 in which the irradiation unit 5 and the propagation unit 7 exist and a second internal space in which the filling unit exists.
  • the irradiation section 5 and the propagation section 7 can be spatially separated from the filling section 3 which becomes high temperature.
  • the explosion-proof gas EP existing in the first internal space IS1 is prevented from being warmed by the high-temperature filling portion 3, so that the irradiation portion 5 and the propagation portion 7 can be efficiently cooled.
  • the measurement light L used for analyzing the gas to be measured passes through the propagation space TS filled with the purge gas PG and is guided to the filling section 3 filled with the sample gas SG. This can prevent the measurement light L from being absorbed in the propagation space TS while the measurement light L reaches the filling portion 3 . As a result, using the measurement light L, the measurement target gas contained in the sample gas SG can be analyzed with high accuracy.
  • the propagation space TS includes a first mirror 71a, a second mirror 71b, a third mirror 71c, a fourth mirror 71d, a fifth mirror 71e, and a sixth mirror 71f. was described as being placed. The arrangement of these mirrors may be changed according to the positional relationship between the light sources 51 a to 51 d and the filling section 3 inside the housing 1 .
  • the distance between the light sources 51a to 51d and the filling portion 3 becomes shorter and the distance from the light sources 51a to 51d through which the measurement light L propagates in the propagation space TS to the filling portion 3 becomes shorter may be reduced, or no mirrors may be provided in the propagation space TS.
  • the deterioration of the separation unit 41 may be determined. This determination is made, for example, by outputting the measurement light L in a state in which the propagation space TS and/or the sampling space SS is filled with the purge gas PG generated by the separation unit 41, and measuring light L after passing through the propagation space TS and/or the sampling space SS. The intensity of the measurement light L is measured by the detection unit 75, and the degree of deterioration of the separation unit 41 can be determined based on how much the measured intensity of the measurement light L has decreased from the original intensity.
  • (C) For example, when a gas that does not contain components inappropriate for explosion protection, such as instrument air, is supplied from the supply device 21, the separation unit 41 is arranged inside the housing 1, and the gas is supplied from the supply device 21.
  • the residual gas other than the purge gas PG among the components generated by separating the separated gas by the separation unit 41 can also be used as the explosion-proof gas EP.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the gas flow configuration of the analyzer. This configuration eliminates the need to separately provide a gas line for supplying the purge gas PG and a gas line for supplying the explosion-proof gas EP.
  • the present invention can be widely applied to analyzers that analyze the measurement target gas contained in the sample gas.

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Abstract

パージガスの消費量を抑えつつ、分析装置の防爆対策を適切に行う。分析装置（１００）は、充填部（３）と、照射部（５）と、伝搬部（７）と、筐体（１）と、パージガス導入部（４０）と、防爆ガス導入部（２０）と、を備える。充填部（３）には、測定対象ガスを含む試料ガス（ＳＧ）が充填される。照射部（５）は、測定対象ガスの分析に用いる測定光（Ｌ）を照射する。伝搬部（７）は、充填部（３）と照射部（５）との間に設けられ、照射部（５）から照射された測定光（Ｌ）を充填部（３）に伝搬させる伝搬空間（ＴＳ）を形成する。筐体（１）は、充填部（３）と、照射部（５）と、伝搬部（７）とを収納する。パージガス導入部（４０）は、伝搬空間（ＴＳ）にパージガス（ＰＧ）を導入する。防爆ガス導入部（２０）は、筐体（１）の内部空間に防爆用ガス（ＥＰ）を導入する。

Description

分析装置、及び、分析方法
　本発明は、試料ガスに含まれる測定対象ガスを分析する分析装置、及び、この分析装置による測定対象ガスの分析方法に関する。
　従来、試料ガスに測定光を照射し、試料ガスに含まれる測定対象ガスにより吸収された測定光の強度に基づいて測定対象ガスを分析する分析装置が知られている。この分析装置では、試料ガスは所定のセルに充填され、当該セルを通過した測定光の強度に基づいて分析が行われる。測定光が所定のセルに到達するまでに周囲環境に存在するガスにより吸収されることを防止するために、測定光を出力する光源からセルに至る光路は、測定光を吸収する成分を含まないガスで満たすことが好ましい。このガスは、パージガスと呼ばれる。大気に含まれる二酸化炭素を測定対象ガスとする測定装置において、ゼオライト等の二酸化炭素吸着剤と、シリカゲルなどの極性物質を吸着する物質と、に試料ガス（大気）を通過させて、測定対象ガスを含まないガスを生成する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。
　また、上記の分析装置を１つの筐体に収納した装置が知られている。この装置では、防爆対策を行う場合がある。具体的には、分析装置を収納した筐体の内部空間を防爆用のガスで満たすことで、防爆対策が行われる。
特開２０１６－１４６５８号公報
　上記のパージガスとして用いられるガスは、一般的には不活性ガスである。よって、パージガスは、筐体の内部空間を満たす防爆用のガスとして用いることもできる。しかしながら、パージガスは、防爆用のガスと比較すると高価である。また、筐体の内部空間を防爆用のガスで満たすには、多くのガスを必要とする。そのため、測定光の光路を含めた筐体の内部空間をパージガスで満たすには多くのパージガスを必要とするため、分析装置の動作コストが高くなる。
　その一方、測定光の光路を含めた筐体の内部空間を防爆用のガスで満たすと、測定対象ガスが満たされるセルに到達するまでに、測定光が、防爆用のガスに含まれる成分で吸収される場合がある。
　本発明の目的は、測定対象ガスを分析する分析装置を筐体に収納した装置において、パージガスの消費量を抑えて測定光の光路をパージガスで満たしつつ、当該装置の防爆対策を適切に行うことをことにある。
　以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
　本発明の一見地に係る分析装置は、測定対象ガスを分析する分析装置である。分析装置は、充填部と、照射部と、伝搬部と、筐体と、パージガス導入部と、防爆ガス導入部と、仕切板と、を備える。充填部には、測定対象ガスを含む試料ガスが充填される。照射部は、測定対象ガスの分析に用いる測定光を照射する。伝搬部は、充填部と照射部との間に設けられ、照射部から照射された測定光を充填部に伝搬させる伝搬空間を形成する。筐体は、充填部と、照射部と、伝搬部とを収納する。パージガス導入部は、伝搬空間にパージガスを導入する。防爆ガス導入部は、筐体の内部空間に防爆用ガスを導入する。
　上記の分析装置では、測定光の光路である伝搬空間にのみパージガスが導入される。伝搬空間は小さな容量の空間であるので、パージガスの消費量を抑えることができる。また、容量が大きい筐体の内部空間には、パージガスとは異なる防爆用ガスが導入される。防爆用ガスは安価であり、防爆対策に適したガスであるので、筐体の内部空間の防爆対策を安価かつ適切に実施できる。また、筐体の内部空間に防爆用ガスを導入することにより、筐体の内部空間に収納された各部材を冷却できる。
　分析装置は、仕切板をさらに備えてもよい。仕切板は、筐体の内部空間を、照射部と伝搬部が存在する第１内部空間と、充填部が存在する第２内部空間と、に分離する。筐体の内部空間を、照射部と伝搬部が存在する第１内部空間と、充填部が存在する第２内部空間とに分離する仕切板を設けることで、照射部と伝搬部とを、高温となる充填部から空間的に分離できる。
　筐体及び伝搬部は、内圧防爆容器として構成されてもよい。これにより、筐体及び伝搬部の内部空間を安全に防爆できる。
　分析装置は、圧力スイッチをさらに備えてもよい。圧力スイッチは、充填部の圧力が筐体の内部空間の圧力よりも小さい所定の圧力以上になったか否かを検出する。これにより、充填部の圧力が筐体の内部空間よりも高くなり、充填部に充填されたガスが筐体の内部空間に漏れ出る可能性があるか否かを検出できる。
　分析装置は、第１差圧計をさらに備えてもよい。第１差圧計は、伝搬空間のパージガスの出口付近の圧力と、筐体の内部空間の圧力との差を測定する。これにより、伝搬空間内の圧力が筐体の内部空間の圧力よりも高いか否か、つまり、伝搬空間内に防爆用ガスが侵入する可能性があるか否かを確実に検出できる。
　分析装置は、第２差圧計をさらに備えてもよい。第２差圧計は、筐体の内部空間の防爆用ガスの排出口付近の圧力と、筐体の外部の圧力との差を測定する。これにより、筐体の内部空間内の圧力が筐体の外部の圧力よりも高いか否か、つまり、筐体の内部空間内に外部のガスが侵入して防爆対策が不適切であるか否かを確実に検出できる。
　伝搬部は、伝搬空間に配置され、測定光を充填部に導くミラーを有してもよい。この場合、分析装置は、治具をさらに備えてもよい。治具は、上記のミラーを調整するための工具を、伝搬空間のミラーの配置位置に到達させる。これにより、ミラーを目視できない場合でも、ミラーを調整するための工具を適切な位置に到達できる。
　分析装置は、固定板をさらに備えてもよい。固定板は、充填部と、照射部と、伝搬部とを固定する。これにより、筐体の撓みなどにより、充填部、照射部、及び伝搬部の相対的な配置位置や向きが変わることを抑制できる。
　分析装置は、分離部をさらに備えてもよい。分離部は、気体からパージガスを分離する。これにより、パージガスを容易にかつ安価に生成できる。
　分離部は、筐体の外部に設けられてもよい。これにより、気体に含まれていたパージガス以外の成分が筐体の内部空間に排出されることを防止できる。
　分離部は、筐体の内部に配置されてもよい。この場合、気体が分離部により分離されて生じた成分のうち、パージガス以外の残部ガスを防爆用ガスとして用いてもよい。これにより、パージガスを供給するためのガスラインと、防爆用ガスを供給するためのガスラインとを個別に設ける必要がなくなる。
　分析装置は、第１差圧計と、第２差圧計と、圧力スイッチと、をさらに備えてもよい。第１差圧計は、伝搬空間のパージガスの出口付近の圧力と、筐体の内部空間の圧力との差を測定する。第２差圧計は、筐体の内部空間の防爆用ガスの排出口付近の圧力と、筐体の外部の圧力との差を測定する。圧力スイッチは、充填部の圧力が筐体の内部空間の圧力よりも小さい所定の圧力以上になったか否かを検出する。この場合、第１差圧計と、第２差圧計と、圧力スイッチにより、筐体の内部空間内の圧力と筐体の外部の圧力との大小関係と、伝搬空間内の圧力と筐体の内部空間の圧力との大小関係と、伝搬空間内の圧力と充填部の内部の圧力との大小関係と、筐体の内部空間内の圧力と充填部の内部の圧力との大小関係と、が測定される。これにより、少ない数の装置により、多数の箇所の圧力の大小関係を効率よく測定できる。
　測定対象ガスは、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、 アンモニア（ＮＨ３）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）、水（Ｈ２Ｏ）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、ヘキサン（ｎ－Ｃ６Ｈ１４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、イソブテン（ｉ－Ｃ４Ｈ８）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、ホスゲン（ＣＯＣｌ２）、ブタン（ｎ－Ｃ４Ｈ１０）、クロロエチレン（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）、亜硝酸メチル（ＣＨ３ＯＮＯ）、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、イソブタン（ｉ－Ｃ４Ｈ１０）、イソペンタン（ｉ－Ｃ５Ｈ１２）、トルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）、水素（Ｈ２）、フッ化水素（ＨＦ）、トリフルオロプロペン（Ｃ３Ｈ３Ｆ３）である。これにより、分析装置において、パージガスの消費量を抑制しつつ、適切に防爆対策を講じて、上記の測定対象ガスを安全に分析できる。
　本発明の他の見地に係る分析方法は、分析装置による測定対象ガスの分析方法である。分析装置は、測定対象ガスを含む試料ガスが充填される充填部と、測定対象ガスの分析に用いる測定光を照射する照射部と、充填部と照射部との間に設けられ、照射部から照射された測定光を充填部に伝搬させる伝搬空間を形成する伝搬部と、充填部と、照射部と、伝搬部とを収納する筐体と、を備える。分析方法は、以下のステップを備える。
　◎伝搬空間にパージガスを導入するステップ。
　◎筐体の内部空間に防爆用ガスを導入するステップ。
　◎照射部から測定光を照射して、当該測定光を、伝搬空間を介して、試料ガスが充填された充填部に伝搬させるステップ。
　◎充填部に充填された試料ガスを通過した測定光の測定結果に基づいて、試料ガスに含まれる測定対象ガスを分析するステップ。
　上記の分析方法では、測定光の光路である伝搬空間にのみパージガスが導入される。伝搬空間は小さな容量の空間であるので、パージガスの消費量を抑えることができる。また、容量が大きい筐体の内部空間には、パージガスとは異なる防爆用ガスが導入される。防爆用ガスは安価であり、防爆対策に適したガスであるので、筐体の内部空間の防爆対策を安価かつ適切に実施できる。また、筐体の内部空間に防爆用ガスを導入することにより、筐体の内部空間に収納された各部材を冷却できる。さらに、測定光は、パージガスが充填された伝搬空間を通過して、試料ガスが充填された充填部に導かれる。これにより、測定光が充填部まで到達する間に、当該測定光が伝搬空間において吸収されることを抑制できる。この結果、測定光を用いて、測定対象ガスを精度よく分析できる。
　筐体を有する測定対象ガスの分析装置において、パージガスの消費量を抑えて測定光の光路をパージガスで満たしつつ、分析装置の防爆対策を適切に行うことができる。
分析装置の構成を示す図。 治具の構成を示す図。 治具を伝搬部に取り付けた状態を模式的に示す図。 分析装置のガスフロー構成を示す図。 分析装置のガスフロー構成の他の例を示す図。
１．第１実施形態
（１）分析装置の構成
　以下、分析装置１００を説明する。まず、図１を用いて、パージガスＰＧ及び防爆用ガスＥＰを導入するための構成以外の分析装置１００の構成を説明する。図１は、分析装置のガス導入部分以外の構成を示す図である。分析装置１００は、例えば、煙道から発生する排ガスなどの試料ガスＳＧに含まれる測定対象ガスを分析する装置である。
　分析装置１００にて測定可能な測定対象ガスは、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）（例えば、二酸化硫黄（ＳＯ２））アンモニア（ＮＨ３）、窒素酸化物（ＮＯｘ）（例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）など）、塩化水素（ＨＣｌ）、水（Ｈ２Ｏ）、各種炭化水素（例えば、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、ヘキサン（ｎ－Ｃ６Ｈ１４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、イソブテン（ｉ－Ｃ４Ｈ８）、ブタン（ｎ－Ｃ４Ｈ１０）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、イソブタン（ｉ－Ｃ４Ｈ１０）、イソペンタン（ｉ－Ｃ５Ｈ１２）、トルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）など）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、ホスゲン（ＣＯＣｌ２）、クロロエチレン（Ｃ２Ｈ３Ｃｌ）、亜硝酸メチル（ＣＨ３ＯＮＯ）、水素（Ｈ２）、フッ化水素（ＨＦ）、トリフルオロプロペン（Ｃ３Ｈ３Ｆ３）などである。測定対象ガスは１種類に限られず、上記のガスが複数含まれた混合ガスであってもよい。
　分析装置１００は、測定対象ガスを分析するための構成要素を外部空間と隔離し、分析装置１００の構成要素を含む内部空間を可燃性の高いガスを含まないガスで充填する構造を有している。このような構造を「防爆構造」と呼ぶ。また、以下の説明では、上記の内部空間に充填されるガスを「防爆用ガス」と呼ぶ。
　分析装置１００を防爆構造とすることで、分析装置１００の外部の周囲環境に可燃性ガスが含まれている場合であっても、安全に測定対象ガスを分析できる。図１に示すように、分析装置１００は、筐体１と、充填部３と、照射部５と、伝搬部７と、仕切板９と、制御部１１と、を備える。
　筐体１は、分析装置１００の本体を構成し、その内部空間に充填部３と、照射部５と、伝搬部７と、を収納する。筐体１は、内圧防爆容器として構成される。具体的には、筐体１の内部空間は、筐体１の外部よりも高い圧力にて、防爆用ガスＥＰにより満たされる。筐体１を内圧防爆容器として構成することで、筐体１の内部空間を安全に防爆できる。筐体１には、充填部３の配置位置の近傍に排出口１３が設けられている。筐体１の内部空間に導入された防爆用ガスＥＰは、排出口１３から排出される。
　充填部３は、サンプリング空間ＳＳを有する部材である。充填部３のサンプリング空間ＳＳには、試料ガスＳＧを充填できる。試料ガスＳＧをサンプリング空間ＳＳに充填するために、充填部３には、試料ガスＳＧをサンプリング空間ＳＳに導入する入口３１と、サンプリング空間ＳＳ内の試料ガスＳＧを排出するための出口３２が設けられている。試料ガスＳＧに含まれる測定対象ガスの分析中、試料ガスＳＧは入口３１からサンプリング空間ＳＳに充填され、その後出口３２から排出されるとのフローを継続する。
　サンプリング空間ＳＳは、試料ガスＳＧが充填されているときを含め、筐体１の内部空間及び伝搬部７の伝搬空間ＴＳよりも低い圧力となっている。これにより、サンプリング空間ＳＳに充填された試料ガスＳＧが、筐体１の内部空間及び伝搬部７の伝搬空間ＴＳに漏れ出すことを防止して、分析装置１００の防爆対策を適切に実施できる。
　また、サンプリング空間ＳＳには、第１反射部材３３ａと第２反射部材３３ｂが設けられる。第１反射部材３３ａ及び第２反射部材３３ｂは、サンプリング空間ＳＳに入射した測定光Ｌを多重反射させた後、伝搬部７の伝搬空間ＴＳ（後述）に向けて伝搬させる。これにより、サンプリング空間ＳＳに充填された試料ガスＳＧを通過する測定光Ｌの光路長を大きくできる。
　第１反射部材３３ａは、サンプリング空間ＳＳにおいて伝搬部７に近い位置に設けられる。第１反射部材３３ａは、測定光Ｌを反射させるとともに、測定光Ｌを第２反射部材３３ｂに向けて伝搬させる。また、多重反射した測定光Ｌを伝搬部７に向けて伝搬させる。従って、第１反射部材３３ａは、例えば、所定の位置に測定光Ｌの通過穴が設けられ、測定光Ｌを反射可能な部材（例えば、ミラー）である。この第１反射部材３３ａにおいては、伝搬部７から伝搬してきた測定光Ｌが当該通過穴を通過してサンプリング空間ＳＳ内に入射する。サンプリング空間ＳＳに入射した測定光Ｌは、第１反射部材３３ａと第２反射部材３３ｂとの間を多重反射し、その後、第１反射部材３３ａの通過穴から伝搬部７へと戻る。
　第２反射部材３３ｂは、サンプリング空間ＳＳにおいて伝搬部７から離れた位置に設けられる。第２反射部材３３ｂは、測定光Ｌを第１反射部材３３ａに向けて反射させる。第２反射部材３３ｂは、例えば、ミラーなどの測定光Ｌを反射させる部材である。
　照射部５は、測定光Ｌを発生させる。照射部５から発生した測定光Ｌは、伝搬部７によって充填部３に導かれる。照射部５は、複数の光源５１ａ～５１ｄにより構成される。複数の光源５１ａ～５１ｄは、それぞれ、波長領域が異なる複数の要素光Ｌ１～Ｌ４を出力する。複数の光源５１ａ～５１ｄは、例えば、半導体レーザ装置などのレーザ発振器である。
　複数の光源５１ａ～５１ｄから発生した要素光Ｌ１～Ｌ４は、伝搬部７の伝搬空間ＴＳ内で多重化されて、測定光Ｌとして充填部３に向けて伝搬する。すなわち、測定光Ｌは、波長領域が異なる複数の要素光Ｌ１～Ｌ４により構成される。測定光Ｌが複数の要素光Ｌ１～Ｌ４のより構成されることにより、例えば、各要素光Ｌ１～Ｌ４の波長領域に対して吸収ピークを有する測定対象ガスを複数種類測定できる。
　また、測定光Ｌが複数の要素光Ｌ１～Ｌ４より構成されることにより、例えば、１つの測定対象ガスに対する干渉ガス成分の影響を測定することもできる。干渉ガス成分は、測定対象ガスの吸収ピークの一部と同一か又は類似の位置に吸収ピークを有する結果、測定対象ガスの分析結果に影響を与える成分をいう。干渉ガス成分の影響を測定できれば、検出部７５（後述）にて受光した測定光Ｌの測定結果から干渉ガス成分の影響を除去して、精度よく測定対象ガスを分析できる。なお、「除去」の意味は、干渉ガス成分の影響を全く受けないようにする以外にも、影響の程度を除去前と比べて低減させることも含む意味である。
　伝搬部７は、充填部３と照射部５との間に設けられる。具体的には、図１に示すように、伝搬部７はＬ字形状を有しており、Ｌ字の一辺に対応する部分に複数の光源５１ａ～５１ｄが一部挿入された状態で固定される。一方、伝搬部７のＬ字の他の一辺の端部に、光学窓Ｗを介して、充填部３が固定される。
　伝搬部７は、内圧防爆容器として構成されており、伝搬空間ＴＳを有する。伝搬部７の伝搬空間ＴＳは、金属塊をくり抜いて空間を形成し、金属塊に形成した空間を蓋部材により塞ぐことで形成される。伝搬部７を構成するための金属部材（金属塊、蓋部材）は、例えば、アルミニウム部材である。伝搬部７をアルミニウム部材で構成する場合、アルミニウム部材を黒アルマイト処理して黒色化する。上記のようにして、堅牢な伝搬部７を容易に形成できる。上記のように、伝搬部７を内圧防爆容器として構成することで、伝搬部７の内部空間である伝搬空間ＴＳを安全に防爆できる。
　伝搬部７の伝搬空間ＴＳには複数のミラーが配置されている。照射部５から出力された要素光Ｌ１～Ｌ４は、これらミラーにより伝搬経路を変えられて、充填部３まで伝搬する。すなわち、測定光Ｌは、伝搬空間ＴＳ内を、少なくとも１つのミラーに反射されつつ伝搬する。具体的には、伝搬空間ＴＳには、第１ミラー７１ａと、第２ミラー７１ｂと、第３ミラー７１ｃと、第４ミラー７１ｄと、第５ミラー７１ｅと、が配置されている。また、伝搬空間ＴＳには、第１光学素子７３ａと、第２光学素子７３ｂと、第３光学素子７３ｃと、が配置されている。
　第１ミラー７１ａは、要素光Ｌ１を、第１光学素子７３ａに向けて反射させる。第１光学素子７３ａは、要素光Ｌ１を反射するとともに、要素光Ｌ２を透過させる。すなわち、第１光学素子７３ａは、要素光Ｌ１と要素光Ｌ２とを多重化する。第１光学素子７３ａにより多重化された要素光Ｌ１と要素光Ｌ２とは、同じ光路上を通って第２ミラー７１ｂに向かう。
　第２ミラー７１ｂは、第１光学素子７３ａにて多重化された要素光Ｌ１と要素光Ｌ２とを、第２光学素子７３ｂに向けて反射させる。第２光学素子７３ｂは、多重化された要素光Ｌ１と要素光Ｌ２とを反射するとともに、要素光Ｌ３を透過させる。すなわち、第２光学素子７３ｂは、要素光Ｌ１と要素光Ｌ２と要素光Ｌ３とを多重化する。第２光学素子７３ｂにより多重化された要素光Ｌ１～Ｌ３は、同じ光路上を通って第３ミラー７１ｃに向かう。
　第３ミラー７１ｃは、第２光学素子７３ｂにて多重化された要素光Ｌ１～Ｌ３を、第３光学素子７３ｃに向けて反射させる。第３光学素子７３ｃは、多重化された要素光Ｌ１～Ｌ３を反射するとともに、要素光Ｌ４を透過させる。すなわち、第３光学素子７３ｃは、要素光Ｌ１と要素光Ｌ２と要素光Ｌ３と要素光Ｌ４とを多重化する。第３光学素子７３ｃにより多重化された要素光Ｌ１～Ｌ４は、同じ光路上を通って第４ミラー７１ｄに向かう。
　第４ミラー７１ｄは、第３光学素子７３ｃにて多重化された要素光Ｌ１～Ｌ４を、第５ミラー７１ｅに向けて反射する。上記のようにして多重化された要素光Ｌ１～Ｌ４が、測定光Ｌとなる。
　第５ミラー７１ｅは、要素光Ｌ１～Ｌ４が多重化された測定光Ｌの伝搬経路を、充填部３の配置方向に変更する。第５ミラー７１ｅにより伝搬経路が変更された測定光Ｌは、光学窓Ｗを通過して、充填部３のサンプリング空間ＳＳ内に伝搬する。これらのミラーは、伝搬空間ＴＳ内に設けられているため、外部からの不要なガスの流入を防いで、ミラーの状態を清浄な状態とできる。
　また、伝搬部７の伝搬空間ＴＳには、検出部７５が配置される。検出部７５は、サンプリング空間ＳＳに入射し多重反射された測定光Ｌを検出する。検出部７５は、例えば、量子型光電素子である。その他、半導体検出素子、サーモパイルなどの熱型の光検出素子などを検出部７５として用いることができる。図１に示すように、伝搬空間ＴＳには、サンプリング空間ＳＳで多重反射して伝搬部７に戻ってきた測定光Ｌの伝搬経路を、検出部７５の配置方向に変更する第６ミラー７１ｆが設けられる。
　後述するように、伝搬空間ＴＳ内はパージガスＰＧを用いてパージされる。これにより、伝搬空間ＴＳ内においてパージガスＰＧが流通して、伝搬空間ＴＳ内に設けられた第１ミラー７１ａ～第６ミラー７１ｆ、及び、検出部７５を清浄な状態とできる。
　測定光Ｌは、第１ミラー７１ａ～第６ミラー７１ｆにより、伝搬部７から充填部３までの光路が決定される。測定光Ｌを充填部３まで適切に伝搬させるためには、これらミラーの傾斜角度は調整可能となっている。例えば、伝搬空間ＴＳ内に設けられたネジ７１１（図３）を回転させることで、第１ミラー７１ａ～第４ミラー７１ｄは、傾斜角度を調整可能となっている。
　上記のネジ７１１を操作可能とするため、本実施形態では、ネジ７１１を操作するための工具Ｔを、伝搬空間ＴＳ内のネジ７１１に到達させる治具８０が用いられる。図２に示すように、治具８０は、本体部８１と、貫通孔８３と、取手８５と、を有する。図２は、治具の構成を示す図である。
　貫通孔８３は、本体部８１を貫通して設けられた孔である。貫通孔８３は、本体部８１が伝搬部７に取り付けられたときに、ミラーに設けられたネジ７１１に対向する位置に設けられる。図２に示す治具８０は、４つの貫通孔８３を有する。取手８５は、治具８０を伝搬部７に取り付ける際に、ユーザにより把持される。
　図３に示すように、治具８０は、本体部８１を伝搬部７に設けられた孔に嵌め込むことで、伝搬部７に取り付けられる。治具８０が伝搬部７に取り付けられたとき、貫通孔８３は、第１ミラー７１ａ～第４ミラー７１ｄに設けられたネジ７１１と対向する。このため、いずれかの貫通孔８３に工具Ｔを挿入させることで、工具Ｔの先端をネジ７１１に到達させることができる。このように、上記の治具８０を使用することで、伝搬空間ＴＳ内に設けられている第１ミラー７１ａ～第４ミラー７１ｄを目視できない場合でも、これらミラーを調整するための工具Ｔを適切な位置に到達させることができる。図３は、治具を伝搬部に取り付けた状態を模式的に示す図である。
　図１を用いた分析装置１００の説明に戻る。仕切板９は、筐体１の内部空間を、第１内部空間ＩＳ１と、第２内部空間ＩＳ２と、に分離する。図１に示すように、第１内部空間ＩＳ１には、照射部５と伝搬部７とが存在する。一方、第２内部空間ＩＳ２には、充填部３が存在する。
　試料ガスＳＧが充填される充填部３は高温となる一方、照射部５及び伝搬部７はできうる限り室温（筐体１に照射部５、伝搬部７を取り付けたときの温度）から変動させない方が好ましい。なぜなら、照射部５及び伝搬部７の温度が変動すると、予め適切に調整した測定光Ｌの光軸がずれる可能性があるからである。従って、充填部３、照射部５、及び伝搬部７を収納した筐体１の内部空間に仕切板９を設けることで、照射部５と伝搬部７とを、高温となる充填部３から空間的に分離して、照射部５と伝搬部７の温度の変動を抑制できる。その結果、予め適切に調整した測定光Ｌの光軸がずれることを抑制できる。
　図１に示すように、充填部３と、照射部５と、伝搬部７は、筐体１に直接固定されているのではなく、１枚の固定板１５上に固定され、当該固定板１５を介して筐体１に固定される。
　充填部３、照射部５、及び伝搬部７は、照射部５にて発生した測定光Ｌを、伝搬部７を介して、充填部３に到達できるよう、これらの相対的な配置位置や向きが適切に調整されている。仮に、充填部３、照射部５、及び伝搬部７が筐体１に直接固定されていると、筐体１の撓みなどにより、これらの相対的な配置位置や向きが変動する可能性がある。そこで、本実施形態のように、充填部３と、照射部５と、伝搬部７と、を共通の固定板１５上に固定することで、筐体１の撓みなどの影響で、充填部３、照射部５、及び伝搬部７の相対的な配置位置や向きが変わることを抑制できる。その結果、照射部５にて発生した測定光Ｌは、筐体１の撓み等に影響されることなく、伝搬部７（伝搬空間ＴＳ）を介して、充填部３に到達できる。
　制御部１１は、ＣＰＵ、記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置）、各種インタフェースにより構成されるコンピュータシステムである。制御部１１は、上記各装置を個別に備えたシステムであってもよいし、上記各装置を１つのチップに集積したＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　Ｃｈｉｐ）であってもよい。制御部１１は、分析装置１００の構成要素を制御する。また、制御部１１は、演算部１１ａを有し、検出部７５にて検出された測定光Ｌの強度に基づいて、分析装置１００の校正、測定対象ガスの分析を行う。
　制御部１１により実行される制御及び情報処理の一部又は全部は、制御部１１を構成するコンピュータシステムの記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで実現されてもよい。また、上記制御及び情報処理の一部は、ハードウェア的に実現されてもよい。
　制御部１１には、分析装置１００による測定対象ガスの分析結果などの分析装置１００に関する情報及び表示画面を表示する表示部１１１が接続されている。表示部１１１は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの薄型のディスプレイである。また、表示部１１１は、タッチパネルなどの情報の入力手段を有してもよい。
（２）分析装置のガスフロー構成
　次に、図４を用いて、分析装置１００におけるガスフロー構成を説明する。図４は、分析装置のガスフロー構成を示す図である。分析装置１００を防爆構造とするために、充填部３、照射部５、及び伝搬部７を収納する筐体１の内部空間は、筐体１の外部の圧力よりも大きい第１圧力にて、可燃性ガスを含まない防爆用ガスＥＰにより満たされる。また、測定光Ｌが伝搬する伝搬空間ＴＳは、測定光Ｌが充填部３まで到達するまでに吸収されることを抑制するために、筐体１の内部空間の圧力よりも大きい第２圧力にて、測定対象ガスを含まないパージガスＰＧにより満たされる。
　従って、分析装置１００は、防爆用ガスＥＰを筐体１の内部空間に導入するための防爆ガス導入部２０と、パージガスＰＧを伝搬空間ＴＳに導入するためのパージガス導入部４０と、を備える。
　防爆ガス導入部２０は、第１ガスラインＧＬ１と、供給装置２１を有する。第１ガスラインの入口ＩＮ１は、外部の供給装置２１に接続される。一方、第１ガスラインＧＬ１の出口ＯＵＴ１は、筐体１の第１内部空間ＩＳ１の上部、かつ、伝搬部７の近傍に配置される。供給装置２１は、防爆用ガスＥＰを第１ガスラインＧＬ１に供給する装置である。供給装置２１は、例えば、計装用空気を生成する装置であって、空気を圧縮するコンプレッサと、空気に含まれるダスト、オイル等を除去する各種フィルタを備える装置である。すなわち、本実施形態において、防爆用ガスＥＰは、可燃性ガスを含まない計装用空気である。なお、分析装置１００の動作時、防爆用ガスＥＰは、供給装置２１から常時供給される。
　上記の構成を有する防爆ガス導入部２０は、防爆用ガスＥＰを、第１内部空間ＩＳ１内の上部、かつ、伝搬部７の近傍から常時導入する。仕切板９が存在することにより、第１内部空間ＩＳ１の上部かつ伝搬部７の近傍に導入された防爆用ガスＥＰは、第１内部空間ＩＳ１の上部から下部に向けて流れ、第１内部空間ＩＳ１の下部から第２内部空間ＩＳ２に侵入する。第２内部空間ＩＳ２に侵入したガスは、第２内部空間ＩＳ２の下部から上部に向けて流れ、排出口１３から排出される。
　分析装置１００の動作時には防爆用ガスＥＰが常時供給されるので、分析装置１００の動作時には防爆用ガスＥＰは筐体１の内部空間に常時供給され、上記のフローにて排出口１３から排出される。これにより、筐体１の内部空間は、分析装置１００の動作時には、第１圧力にて、新鮮な防爆用ガスＥＰにより常時満たされる。
　また、防爆用ガスＥＰが第１内部空間ＩＳ１に最初に導入されることにより、温められていない防爆用ガスＥＰを照射部５と伝搬部７に最初に到達させることができる。さらに、仕切板９が存在することにより、高温となる充填部３からの熱伝導により、防爆用ガスＥＰが温められることを抑制できる。これらの結果、特に冷却する必要がある照射部５及び伝搬部７（特に、検出部７５）を効率よく冷却できる。
　パージガス導入部４０は、第２ガスラインＧＬ２と、分離部４１と、を有する。第２ガスラインＧＬ２の入口ＩＮ２は、分離部４１に接続される。一方、第２ガスラインＧＬ２の出口ＯＵＴ２は、伝搬部７の下部に接続される。伝搬部７の上部には、第３ガスラインＧＬ３の入口ＩＮ３が接続されている。第３ガスラインＧＬ３の出口ＯＵＴ３は、第１ガスラインＧＬ１の出口ＯＵＴ１の近傍に配置されている。
　分離部４１は気体からパージガスＰＧを分離する。本実施形態において、分離部４１は、供給装置２１から供給される計装用空気からパージガスＰＧを分離する。
　分離部４１は、例えば、ポリイミドの中空糸膜、気体分離膜を中空部材に充填した「Ｎ２セパレータ」と呼ばれる部材である。Ｎ２セパレータは、中空糸膜、気体分離膜に圧縮された空気を導入し、当該空気を、窒素ガス以外の成分（測定対象ガスを含む）が除去された窒素リッチなガスと、空気から窒素を除いた残りの残部ガスに分離する。Ｎ２セパレータである分離部４１は、窒素リッチなガスを、パージガスＰＧとして第２ガスラインＧＬ２に排出する。その一方、分離部４１は、残部ガスを外部に排出する。
　上記中空糸膜は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリスルホン、酢酸セルロースとその誘導体、ポリフェニレンオキシド、ポリシロキサン、それ自体でミクロ多孔性のポリマー、混合マトリックス膜、促進輸送膜、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、炭素膜、ゼオライト、又はこれらの混合物にて構成されている。
　図４に示すように、分離部４１は、筐体１の外部に設けられている。これにより、分離部４１は、残部ガスを筐体１の外部に排出できる。この結果、酸素を多く含む残部ガスが筐体１の内部空間に導入されることを防止して、筐体１の内部空間の防爆を適切に実施できる。
　なお、上記の分離部４１によりパージガスＰＧを生成する代わりに、パージガスＰＧを供給するガスボンベを第２ガスラインＧＬ２の入口ＩＮ２に接続してもよい。すなわち、パージガスＰＧをガスボンベから直接供給してもよい。パージガスＰＧを供給するガスボンベとしては、例えば、窒素ボンベなどの不活性ガスを供給するガスボンベを使用できる。
　防爆用ガスＥＰと同様に、分析装置１００の動作時に、パージガスＰＧは、第２ガスラインＧＬ２に常時供給される。
　上記の構成を有するパージガス導入部４０は、パージガスＰＧを、伝搬空間ＴＳの下部から導入する。伝搬空間ＴＳの下部から導入されたパージガスＰＧは、伝搬空間ＴＳの上部に流れ、第３ガスラインＧＬ３を介して、筐体１の内部空間に排出される。また、防爆用ガスＥＰと同様に、パージガスＰＧは、分析装置１００の動作時に常時供給される。このため、分析装置１００の動作時には、パージガスＰＧは、伝搬空間ＴＳに常時供給され、上記のフローにて筐体１の内部空間に排出される。これにより、伝搬空間ＴＳは、分析装置１００の動作時には、筐体１の内部空間の圧力（第１圧力）よりも大きい第２圧力にて、新鮮なパージガスＰＧにより常時満たされる。
　図４に示すように、第３ガスラインＧＬ３は、他のガスラインと比較して直径を細くしてある。パージガスＰＧを排出するための第３ガスラインＧＬ３の直径を細くすることにより、伝搬空間ＴＳにおけるパージガスＰＧの圧力を容易に大きくできる。
　分析装置１００は、第１差圧計６１と、第２差圧計６３と、を備える。第１差圧計６１及び第２差圧計６３は、２つのポートを有し、一方のポートの圧力と他方のポートの圧力の圧力差を測定する装置である。
　第１差圧計６１が有する２つのポートのうちの一方のポートＰ１は、第４ガスラインＧＬ４を介して、伝搬空間ＴＳの第３ガスラインＧＬ３が設けられた箇所の近傍に接続され、他方のポートＰ２は、筐体１の内部空間に接続される。すなわち、第１差圧計６１は、伝搬空間ＴＳのパージガスＰＧの出口付近の圧力と、筐体１の内部空間の圧力との差を測定する。
　本件発明者は、検討の結果、パージガスＰＧが満たされた伝搬空間ＴＳのうち、伝搬空間ＴＳのパージガスＰＧの出口付近の圧力が最も低いことを見いだした。この知見に基づいて、伝搬空間ＴＳ内の最低の圧力と、筐体１の内部空間内の圧力と、の圧力差を第１差圧計６１により測定している。これにより、第１差圧計６１は、伝搬空間ＴＳ内の圧力が筐体１の内部空間の圧力よりも高いか否か、つまり、伝搬空間ＴＳ内に防爆用ガスＥＰが侵入する可能性があるか否かを確実に検出できる。なぜなら、伝搬空間ＴＳ内の最低の圧力が、筐体１の内部空間内の圧力よりも高ければ、伝搬空間ＴＳ内の他の箇所の圧力は、筐体１の内部空間内の圧力よりも高いことが保証できるからである。
　第２差圧計６３が有する２つのポートのうちの一方のポートＰ３は、第５ガスラインＧＬ５を介して、筐体１の内部空間の第１ガスラインＧＬ１の出口ＯＵＴ１付近に接続される。他方のポートＰ４は、第６ガスラインＧＬ６を介して、筐体１の外部の空間に接続される。すなわち、第２差圧計６３は、筐体１の内部空間の防爆用ガスＥＰの排出口付近の圧力と、筐体１の外部の圧力との差を測定する。
　本件発明者は、検討の結果、防爆用ガスＥＰが満たされた筐体１の内部空間のうち、防爆用ガスＥＰを筐体１の内部空間に導入するための排出口（第１ガスラインＧＬ１の出口ＯＵＴ１）付近の圧力が最も低いことを見いだした。この知見に基づいて、筐体１の内部空間内の最低の圧力と、筐体１の外部の圧力と、の圧力差を第２差圧計６３により測定している。これにより、第２差圧計６３は、筐体１の内部空間内の圧力が筐体の外部の圧力よりも高いか否か、つまり、筐体１の内部空間内に外部のガスが侵入して防爆対策が不適切であるか否かを確実に検出できる。なぜなら、筐体１の内部空間内の最低の圧力が、筐体１の外部の圧力よりも高ければ、筐体１の内部空間内の他の箇所の圧力は、筐体１の外部の圧力よりも高いことが保証できるからである。
　また、第２差圧計６３が、筐体１の内部空間内の圧力が、筐体１の外部の圧力よりも高いことを示し、かつ、第１差圧計６１が、伝搬空間ＴＳ内の圧力が、筐体１の内部空間内の圧力よりも高いことを示していれば、伝搬空間ＴＳ内の圧力が、筐体１の外部の圧力よりも高いことを保証できる。すなわち、伝搬空間ＴＳ内に筐体１の外部のガスが侵入する可能性がないことを保証できる。
　第１差圧計６１は、伝搬空間ＴＳ内の圧力が筐体１の内部空間の圧力よりも高いか否かの検出結果に基づいて、パージガスＰＧの供給に関する制御を実行する。また、第２差圧計６３は、筐体１の内部空間内の圧力が筐体の外部の圧力よりも高いか否かの検出結果に基づいて、防爆用ガスＥＰの供給に関する制御を実行する。
　分析装置１００は、圧力スイッチ６５を備える。圧力スイッチ６５は、充填部３の試料ガスＳＧの出口３２に接続される、圧力スイッチ６５は、充填部３のサンプリング空間ＳＳの圧力が筐体１の内部空間の圧力よりも小さい所定の圧力以上になったか否かを検出する。圧力スイッチ６５は、サンプリング空間ＳＳの圧力が上記の所定の圧力よりも小さければオフ状態であり、サンプリング空間ＳＳの圧力が上記の所定の圧力以上になったらオン状態となる圧力スイッチでもよいし、オフ状態とオン状態が上記とは逆である圧力スイッチでもよい。
　また、圧力スイッチ６５の状態と、第１差圧計６１にて測定される伝搬空間ＴＳ内の最低の圧力と、筐体１の内部空間内の圧力との圧力差と、に基づいて、伝搬部７の伝搬空間ＴＳの圧力が、サンプリング空間ＳＳの圧力よりも高いか否かを監視できる。具体的には、例えば、サンプリング空間ＳＳの圧力が上記の所定の圧力よりも小さいことを圧力スイッチ６５が検出しており（例えば、圧力スイッチ６５がオフ状態であり）、かつ、第１差圧計６１が、伝搬空間ＴＳ内の最低の圧力が筐体１の内部空間内の圧力よりも大きくなっていることを検出していれば、伝搬空間ＴＳ内の圧力がサンプリング空間ＳＳの圧力よりも高くなっていると判断できる。
　上記のように、分析装置１００では、筐体１の内部空間内の圧力と筐体１の外部の圧力との大小関係、伝搬空間ＴＳ内の圧力と筐体１の内部空間の圧力との大小関係、伝搬空間ＴＳ内の圧力とサンプリング空間ＳＳ内の圧力との大小関係、及び、筐体１の内部空間内の圧力とサンプリング空間ＳＳ内の圧力との大小関係、との４種類の圧力の大小関係を、第１差圧計６１と、第２差圧計６３と、圧力スイッチ６５と、の３つの装置により測定している。このように、分析装置１００では、少ない数の装置により、多数の箇所の圧力の大小関係を効率よく測定している。
　分析装置１００は、圧力計６７を備える。圧力計６７は、充填部３の試料ガスＳＧの出口３２に接続され、サンプリング空間ＳＳ内の圧力を測定する。サンプリング空間ＳＳ内の圧力は、サンプリング空間ＳＳに充填された試料ガスＳＧに含まれる測定対象ガスの分析結果を補正するために用いられる。
（３）分析装置の動作
　以下、分析装置１００の動作を説明する。
　分析装置１００を動作させるにあたり、まず、伝搬部７の伝搬空間ＴＳへのパージガスＰＧの導入を開始する。伝搬空間ＴＳへのパージガスＰＧの導入を開始後、第１差圧計６１は、伝搬空間ＴＳ内の最低の圧力と、筐体１の内部空間内の圧力との圧力差から、伝搬空間ＴＳ内の圧力が第２圧力となったか否かを判断する。第１差圧計６１は、伝搬空間ＴＳ内の圧力が第２圧力となってから第１時間経過するまで、パージガスＰＧの供給を継続する。伝搬空間ＴＳに導入するパージガスＰＧの流量、上記の第１時間の長さは、伝搬空間ＴＳの容量等に基づいて、最適な値を適宜設定できる。
　伝搬空間ＴＳ内の圧力が第２圧力となってから第１時間だけパージガスＰＧの供給を継続後、パージガスＰＧの供給を維持したまま、筐体１の内部空間への防爆用ガスＥＰの導入を開始する。筐体１の内部空間への防爆用ガスＥＰの導入を開始後、第２差圧計６３は、筐体１の内部空間内の最低の圧力と、筐体１の外部の圧力との圧力差から、筐体１の内部空間内の圧力が第１圧力となったか否かを判断する。第２差圧計６３は、筐体１の内部空間内の圧力が第１圧力となってから第２時間経過するまで、防爆用ガスＥＰの供給を継続する。筐体１の内部空間に導入する防爆用ガスＥＰの流量、上記の第２時間の長さは、筐体１の内部空間の容量等に基づいて、最適な値を適宜設定できる。
　以上のようにして、伝搬部７の伝搬空間ＴＳ内がパージガスＰＧにより満たされ、測定光Ｌが伝搬空間ＴＳ内を伝搬中に吸収され、その強度が小さくなることを抑制できる。また、筐体１の内部空間内が防爆用ガスＥＰにより満たされ、かつ、伝搬部７の伝搬空間ＴＳ内がパージガスＰＧにより満たされることで、分析装置１００の防爆対策を適切に実施できる。つまり、パージガスＰＧは、防爆用ガスＥＰとしての役割も有する。
　パージガスＰＧの供給を維持したまま、筐体１の内部空間内の圧力が第１圧力となってから第２時間だけ防爆用ガスＥＰの供給を継続後、サンプリング空間ＳＳ内の圧力が筐体１の内部空間の圧力よりも小さい所定の圧力よりも小さいことが確認されると、パージガスＰＧ及び防爆用ガスＥＰの供給を維持したまま、制御部１１は、照射部５の光源５１ａ～５１ｄ、及び、伝搬空間ＴＳ内に配置された検出部７５への電力供給を開始する。これにより、分析装置１００による測定対象ガスの分析が可能となる。
　分析装置１００により測定対象ガスの分析が可能となると、充填部３のサンプリング空間ＳＳに試料ガスＳＧを供給して、サンプリング空間ＳＳを試料ガスＳＧにより充填させる。サンプリング空間ＳＳへの試料ガスＳＧの供給を維持した状態で、制御部１１は、光源５１ａ～５１ｄを制御して、充填部３のサンプリング空間ＳＳに向けて測定光Ｌを出力する。演算部１１ａは、サンプリング空間ＳＳを通過した測定光Ｌの検出信号を検出部７５から受信し、当該検出信号に基づいて、検出された測定光Ｌの各要素光Ｌ１～Ｌ４が有する波長領域における強度を算出する。
　その後、演算部１１ａは、試料ガスＳＧを充填したサンプリング空間ＳＳを通過前の測定光Ｌの強度と、試料ガスＳＧを充填したサンプリング空間ＳＳを通過後の測定光Ｌの強度との比などに基づいて、試料ガスＳＧに含まれる測定対象ガスの濃度を算出する。
　例えば、測定対象ガスが要素光Ｌ１～Ｌ４の全てを吸収できる場合には、演算部１１ａは、各要素光Ｌ１～Ｌ４の強度に基づいて、測定対象ガスの分析結果と干渉する干渉ガスの濃度を算出し、この干渉ガスの影響を考慮して測定対象ガスの濃度を精度よく算出できる。
　その他、測定対象ガスが複数ある場合には、演算部１１ａは、例えば、要素光Ｌ１～Ｌ４のうち測定対象ガスが吸収できる要素光Ｌ１～Ｌ４のいずれかの強度に基づいて、当該測定対象ガスの濃度を算出できる。
　上記で説明した分析装置１００では、測定光Ｌの光路である伝搬空間ＴＳにのみパージガスＰＧが導入される。図１などに示すように、伝搬空間ＴＳは、筐体１の内部空間と比較すると小さな容量の空間であるので、測定光Ｌの光路に導入すべきパージガスＰＧの消費量を抑えることができる。
　その一方、容量が大きい筐体１の内部空間には、パージガスＰＧとは異なる防爆用ガスＥＰが導入される。防爆用ガスＥＰは安価であり、防爆対策に適したガスであるので、筐体１の内部空間の防爆対策を安価かつ適切に実施できる。また、筐体１の内部空間に防爆用ガスＥＰを導入することにより、筐体１の内部空間に収納された各部材を冷却できる。
　また、筐体１の内部空間に仕切板９を設けて、筐体１の内部空間を、照射部５と伝搬部７が存在する第１内部空間ＩＳ１と、充填部が存在する第２内部空間ＩＳ２とに分離することで、照射部５と伝搬部７とを、高温となる充填部３から空間的に分離できる。その結果、第１内部空間ＩＳ１に存在する防爆用ガスＥＰが、高温の充填部３により温められることが抑制されるので、照射部５と伝搬部７とを効率よく冷却できる。
　さらに、測定対象ガスの分析に用いる測定光Ｌは、パージガスＰＧが充填された伝搬空間ＴＳを通過して、試料ガスＳＧが充填された充填部３に導かれる。これにより、測定光Ｌが充填部３まで到達する間に、当該測定光Ｌが伝搬空間ＴＳにおいて吸収されなることを抑制できる。この結果、測定光Ｌを用いて、試料ガスＳＧに含まれる測定対象ガスを精度よく分析できる。
２．他の実施形態
　以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
　（Ａ）分析装置１００においては、伝搬空間ＴＳには、第１ミラー７１ａと、第２ミラー７１ｂと、第３ミラー７１ｃと、第４ミラー７１ｄと、第５ミラー７１ｅと、第６ミラー７１ｆとが配置されていると説明した。これらのミラーの配置は、筐体１内部における光源５１ａ～５１ｄと充填部３との位置関係に応じて変更されてもよい。
　例えば、光源５１ａ～５１ｄと充填部３との距離が近づくことで、伝搬空間ＴＳ内における測定光Ｌが伝搬する光源５１ａ～５１ｄから充填部３までの距離が短くなる場合は、伝搬空間ＴＳ内のミラーの数を減少するか、又は、伝搬空間ＴＳ内にミラーを設けないようにしてもよい。
　（Ｂ）分析装置１００において分離部４１によりパージガスＰＧを生成する場合、分離部４１の劣化を判定してもよい。この判定は、例えば、分離部４１より生成したパージガスＰＧにて伝搬空間ＴＳ及び／又はサンプリング空間ＳＳを満たした状態で測定光Ｌを出力し、伝搬空間ＴＳ及び／又はサンプリング空間ＳＳを通過後の測定光Ｌの強度を検出部７５にて測定し、測定された測定光Ｌの強度が元の強度からどの程度小さくなっているかに基づいて、分離部４１の劣化度合を判定できる。
　（Ｃ）例えば、供給装置２１から計装用空気のような防爆に不適切な成分が含まれないガスが供給される場合、分離部４１を筐体１の内部に配置し、供給装置２１から供給されたガスが分離部４１により分離されて生じた成分のうち、パージガスＰＧ以外の残部ガスを、防爆用ガスＥＰとして用いることもできる。
　具体的には、図５に示すように、分離部４１を筐体１の内部に配置し、分離部４１の残部ガスの排気口を防爆ガス導入部２０の入口ＩＮ１とし、パージガスＰＧの排気口をパージガス導入部４０の入口ＩＮ２とできる。図５は、分析装置のガスフロー構成の他の例を示す図である。この構成により、パージガスＰＧを供給するためのガスラインと、防爆用ガスＥＰを供給するためのガスラインとを個別に設ける必要がなくなる。
　本発明は、試料ガスに含まれる測定対象ガスを分析する分析装置に広く適用できる。
１００　分析装置
１　　　筐体
ＩＳ１　第１内部空間
ＩＳ２　第２内部空間
３　　　充填部
３１　　入口
３２　　出口
３３ａ　第１反射部材
３３ｂ　第２反射部材
ＳＳ　　サンプリング空間
５　　　照射部
５１ａ～５１ｄ　光源
Ｌ１～Ｌ４　　　要素光
Ｌ　　　測定光
７　　　伝搬部
７１ａ　第１ミラー
７１ｂ　第２ミラー
７１ｃ　第３ミラー
７１ｄ　第４ミラー
７１ｅ　第５ミラー
７１ｆ　第６ミラー
７３ａ　第１光学素子
７３ｂ　第２光学素子
７３ｃ　第３光学素子
７５　　検出部
７１１　ネジ
ＴＳ　　伝搬空間
９　　　仕切板
１１　　制御部
１１１　表示部
１３　　排出口
１５　　固定板
２０　　防爆ガス導入部
２１　　供給装置
４０　　パージガス導入部
４１　　分離部
６１　　第１差圧計
Ｐ１、Ｐ２　　　ポート
６３　　第２差圧計
Ｐ３、Ｐ４　　　ポート
６５　　圧力スイッチ
６７　　圧力計
８０　　治具
８１　　本体部
８３　　貫通孔
８５　　取手
ＧＬ１　第１ガスライン
ＧＬ２　第２ガスライン
ＧＬ３　第３ガスライン
ＧＬ４　第４ガスライン
ＧＬ５　第５ガスライン
ＧＬ６　第６ガスライン
ＩＮ１～ＩＮ３　　　　入口
ＯＵＴ～ＯＵＴ３　　　出口
ＥＰ　　防爆用ガス
ＰＧ　　パージガス
ＳＧ　　試料ガス
Ｔ　　　工具
Ｗ　　　光学窓

Claims (14)

  1. 　測定対象ガスを分析する分析装置であって、
    　前記測定対象ガスを含む試料ガスが充填される充填部と、
    　前記測定対象ガスの分析に用いる測定光を照射する照射部と、
    　前記充填部と前記照射部との間に設けられ、前記照射部から照射された前記測定光を前記充填部に伝搬させる伝搬空間を形成する伝搬部と、
    　前記充填部と、前記照射部と、前記伝搬部とを収納する筐体と、
    　前記伝搬空間にパージガスを導入するパージガス導入部と、
    　前記筐体の内部空間に防爆用ガスを導入する防爆ガス導入部と、
    　を備える分析装置。
  2. 　前記筐体の内部空間を、前記照射部と前記伝搬部が存在する第１内部空間と、前記充填部が存在する第２内部空間と、に分離する仕切板をさらに備える、請求項１に記載の分析装置。
  3. 　前記筐体及び前記伝搬部は、内圧防爆容器として構成される、請求項１又は２に記載の分析装置。
  4. 　前記充填部の圧力が前記筐体の内部空間の圧力よりも小さい所定の圧力以上になったか否かを検出する圧力スイッチをさらに備える、請求項１～３のいずれかに記載の分析装置。
  5. 　前記伝搬空間の前記パージガスの出口付近の圧力と、前記筐体の内部空間の圧力との差を測定する第１差圧計をさらに備える、請求項１～４のいずれかに記載の分析装置。
  6. 　前記筐体の内部空間の前記防爆用ガスの排出口付近の圧力と、前記筐体の外部の圧力との差を測定する第２差圧計をさらに備える、請求項１～５のいずれかに記載の分析装置。
  7. 　前記伝搬部は、前記伝搬空間に配置され、前記測定光を前記充填部に導くミラーを有し、
    　前記ミラーを調整するための工具を、前記伝搬空間の前記ミラーの配置位置に到達させる治具をさらに備える。請求項１～６のいずれかに記載の分析装置。
  8. 　前記充填部と、前記照射部と、前記伝搬部とを固定する固定板をさらに備える、請求項１～７のいずれかに記載の分析装置。
  9. 　気体から前記パージガスを分離する分離部をさらに備える、請求項１～８のいずれかに記載の分析装置。
  10. 　前記分離部は、前記筐体の外部に設けられる、請求項９に記載の分析装置。
  11. 　分離部は、筐体の内部に配置され、
    　前記気体が前記分離部により分離されて生じた成分のうち、前記パージガス以外の残部ガスを前記防爆用ガスとして用いる、請求項９に記載の分析装置。
  12. 　前記伝搬空間の前記パージガスの出口付近の圧力と、前記筐体の内部空間の圧力との差を測定する第１差圧計と、
    　前記筐体の内部空間の前記防爆用ガスの排出口付近の圧力と、前記筐体の外部の圧力との差を測定する第２差圧計と、
    　前記充填部の圧力が前記筐体の内部空間の圧力よりも小さい所定の圧力以上になったか否かを検出する圧力スイッチと、をさらに備え、
    　前記第１差圧計と、前記第２差圧計と、前記圧力スイッチにより、前記筐体の内部空間内の圧力と前記筐体の外部の圧力との大小関係と、前記伝搬空間内の圧力と前記筐体の内部空間の圧力との大小関係と、前記伝搬空間内の圧力と前記充填部の内部の圧力との大小関係と、前記筐体の内部空間内の圧力と前記充填部の内部の圧力との大小関係と、が測定される、請求項１～１１のいずれかに記載の分析装置。
  13. 　前記測定対象ガスは、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、二酸化硫黄、 アンモニア、窒素酸化物、塩化水素、水、エタン、アセチレン、プロパン、エチレン、ヘキサン、プロピレン、硫化水素、イソブテン、メタノール、ホスゲン、ブタン、クロロエチレン、亜硝酸メチル、シクロヘキサン、ブタジエン、イソブタン、イソペンタン、トルエン、水素、フッ化水素、トリフルオロプロペンである、請求項１～１２のいずれかに記載の分析装置。
  14. 　測定対象ガスを含む試料ガスが充填される充填部と、前記測定対象ガスの分析に用いる測定光を照射する照射部と、前記充填部と前記照射部との間に設けられ、前記照射部から照射された前記測定光を前記充填部に伝搬させる伝搬空間を形成する伝搬部と、前記充填部と、前記照射部と、前記伝搬部とを収納する筐体と、を備える分析装置による前記測定対象ガスの分析方法であって、
    　前記伝搬空間にパージガスを導入するステップと、
    　前記筐体の内部空間に防爆用ガスを導入するステップと、
    　前記照射部から前記測定光を照射して、当該測定光を、前記伝搬空間を介して、前記試料ガスが充填された前記充填部に伝搬させるステップと、
    　前記充填部に充填された前記試料ガスを通過した前記測定光の測定結果に基づいて、前記試料ガスに含まれる前記測定対象ガスを分析するステップと、
    　を備える分析方法。
     
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