WO2023063136A1 - ガス分析装置、ガス分析方法及びガス分析装置用プログラム - Google Patents

ガス分析装置、ガス分析方法及びガス分析装置用プログラム Download PDF

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WO2023063136A1
WO2023063136A1 PCT/JP2022/036925 JP2022036925W WO2023063136A1 WO 2023063136 A1 WO2023063136 A1 WO 2023063136A1 JP 2022036925 W JP2022036925 W JP 2022036925W WO 2023063136 A1 WO2023063136 A1 WO 2023063136A1
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WO
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light intensity
gas
sample
calibration
exhaust gas
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Application number
PCT/JP2022/036925
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English (en)
French (fr)
Inventor
直希 名倉
泰 川渕
大地 ▲高▼橋
健児 原
孝幸 菊田
雅也 吉岡
浩太郎 中村
Original Assignee
株式会社堀場製作所
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a gas analyzer, a gas analysis method, and a program for a gas analyzer for analyzing, for example, exhaust gas.
  • a multi-reflection sample cell composed of a plurality of mirrors is used (see Patent Document 1).
  • the sample cell is irradiated with light, the intensity of the light derived after being multiple-reflected in the sample cell is detected by the photodetector, and the light intensity signal output from the photodetector is Based on this, the concentration and the like of the component to be measured contained in the sample are measured.
  • the mirror of the sample cell becomes dirty due to contaminants such as hydrocarbons (HC) and particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • HC hydrocarbons
  • PM particulate matter
  • the light intensity (signal intensity) detected by the photodetector decreases by the power of the number of multi-reflections. For example, if the sample cell reflects the incident light 100 times, the signal intensity detected by the photodetector drops to 36.6% even if the reflectance of the mirror drops from 100% to 99%. Resulting in.
  • the user cannot check the intensity of the signal detected by the photodetector, and the contamination status of the mirror, the deterioration status of the light source, etc. (hereinafter referred to as the contamination status of the mirror, etc.) cannot be confirmed. I could't do it. For this reason, when using the gas analyzer, there is a risk that the analysis accuracy will be degraded due to, for example, increasing noise without the user noticing.
  • Such problems are not limited to those using a multi-reflection sample cell, but can be applied to all gas analyzers using absorption spectrometry.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is a main object of the present invention to improve the reliability of measured values by enabling the user to grasp the contamination status of mirrors and the like in a gas analyzer that performs absorption analysis. It is something to do.
  • the gas analyzer includes a sample cell into which a sample gas is introduced, a light source that irradiates the sample cell with light, and the light intensity of the light emitted by the light source and passing through the sample cell.
  • a concentration calculator that calculates the concentration of the component to be measured contained in the sample gas based on the intensity of light output from the photodetector; and calibration light detected by the photodetector during calibration. It is characterized by comprising a light intensity output unit that outputs the intensity so as to be able to be compared with a preset reference light intensity.
  • the calibration light intensity detected by the photodetector at the time of calibration is output so as to be comparable with the preset reference light intensity.
  • the gas analyzer further includes a calibration gas supply line for supplying a calibration gas to the sample cell, and the light intensity output unit outputs the light intensity while the calibration gas is supplied to the sample cell.
  • the light intensity detected by the detector is output as the light intensity at the time of calibration.
  • the light intensity output section preferably outputs the light intensity at calibration as a relative value with respect to the reference light intensity.
  • the calibrated light intensity is not output as a raw signal, but is output as a relative value with respect to the reference and the light intensity.
  • the gas analyzer preferably further comprises a warning output unit that compares the relative value with a predetermined threshold value and outputs a warning signal when the relative value exceeds the threshold value. In this way, by outputting the warning signal, the user can notice that the maintenance time is approaching or that maintenance must be performed immediately, so that the gas analyzer suddenly becomes unusable. It is possible to prevent such troubles.
  • the gas analyzer analyzes a plurality of measurement target components, and the light intensity output section outputs the calibration light intensity for each wavelength region corresponding to each measurement target component.
  • the user can grasp the contamination status of the mirror in more detail by comparing the light intensity at the time of calibration for each wavelength region.
  • the light intensity at the time of calibration in other wavelength regions cannot be grasped.
  • the contamination status of the mirror can be determined in more detail. can be grasped.
  • the reference light intensity is the light intensity detected by the photodetector at the time of product shipment or calibration performed before the start of the first measurement.
  • the light intensity output unit preferably outputs the light intensity detected by the photodetector during zero calibration as the light intensity at calibration.
  • the same type of calibration gas is always used for zero calibration, so the conditions for obtaining the light intensity at the time of calibration can be matched each time. The progress can be grasped more accurately.
  • a mode in which the effect of the present invention is remarkably exhibited is a multi-reflection type cell in which the incident light is emitted to the outside after being multi-reflected by the sample cell.
  • gas analyzer examples include those of the FTIR system and the QCL-IR system.
  • a plurality of filters are installed in front of a flow restrictor such as a critical flow orifice in a gas introduction line through which exhaust gas is introduced into the sample cell to remove solid and particulate matter in the exhaust gas.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • a temperature control mechanism such as a heater embedded in the container of the cell, but the mirror inside the cell itself is only heated by the internal atmosphere and the temperature is controlled. Therefore, the mirror becomes a cold spot and adsorbs high-boiling hydrocarbons, which is likely to lead to contamination of the mirror.
  • the gas analyzer has a cell heating mechanism for heating the sample cell to a predetermined temperature, and a device for introducing the collected sample gas into the sample cell.
  • a gas introduction line provided with a flow restricting portion for restricting, and a filter for removing particulate matter in the sample gas is provided on the downstream side of the flow restricting portion in the gas introduction line.
  • the filter is preferably kept at a temperature higher than the dew point temperature of the passing sample gas and lower than the predetermined temperature.
  • the filter installed in the decompressed portion of the gas introduction line is a cold spot having a temperature lower than that of the measurement cell, thereby adsorbing high-boiling-point hydrocarbons that cause mirror contamination within the sample cell. It can be adsorbed on the filter in the previous stage.
  • the gas analyzer further includes an upstream filter for removing particulate matter in the sample gas on the upstream side of the flow restrictor in the gas introduction line.
  • exhaust gas is regulated by the exhaust mass value, and when measuring the exhaust mass value, it is the mainstream to use the dilution measurement method.
  • the exhaust gas emitted from the exhaust pipe of the vehicle, which is the specimen is introduced into the dilution tunnel using the introduction pipe, and the concentration of the diluted exhaust gas is measured, or the bag is sampled from the dilution tunnel.
  • a highly adsorptive component such as ammonia (NH 3 ) contained in the exhaust gas
  • NH 3 ammonia
  • an exhaust gas analysis system for analyzing a measurement target component contained in an exhaust gas emitted from a vehicle or a test object that is a part thereof, and is connected to an exhaust pipe of the test object, is introduced, a flow meter that measures the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow channel, a sampling unit that samples a portion of the exhaust gas from upstream of the flow meter in the main flow channel, The above-described gas analyzer for analyzing the exhaust gas sampled by the sampling unit and measuring the concentration of the component to be measured, and a corrected flow rate obtained by correcting the flow rate measured by the flow meter with the flow rate sampled by the sampling unit.
  • the concentration is measured by sampling before the exhaust gas is introduced into the dilution flow channel, instead of measuring the concentration after the exhaust gas is introduced into the dilution flow channel. Since the exhaust gas is also sampled from the upstream side, the concentration of the highly adsorbable component to be measured can be accurately measured with little adsorption on the inner wall of the pipe. In addition, since the flow rate measured by the flow meter is corrected with the flow rate of the sampled exhaust gas, it is possible to suppress the influence on the flow rate value used to calculate the emission amount while sampling the exhaust gas from the upstream of the flow meter. . As a result, the influence of adsorption of the measurement target component on the inner wall of the tube can be suppressed, and the discharge amount can be measured with high accuracy.
  • the component to be measured includes a component that is highly adsorbable to the inner wall of the pipe constituting the main flow channel and has water solubility, specifically NH 3 is included.
  • the exhaust gas analysis system further includes a heating mechanism that heats a portion of the main flow path from an outlet of the exhaust pipe to a sample point by the sampling section.
  • a heating mechanism that heats a portion of the main flow path from an outlet of the exhaust pipe to a sample point by the sampling section.
  • the exhaust gas flowing through the main flow path is preferably raw exhaust gas that is undiluted exhaust gas.
  • the gas analysis method of the present invention comprises a sample cell into which a sample gas is introduced, a light source for irradiating the sample cell with light, and light for detecting the light intensity of the light emitted by the light source and passing through the sample cell.
  • a gas analysis method using a gas analyzer for analyzing a measurement target component contained in the sample based on a light intensity signal output from the photodetector, wherein the photodetector is detected during calibration. is characterized by outputting the detected light intensity at the time of calibration so that it can be compared with a preset reference light intensity.
  • the gas analyzer program of the present invention comprises a sample cell into which a sample gas is introduced, a light source for irradiating the sample cell with light, and detection of the light intensity of the light emitted by the light source and passing through the sample cell.
  • a program for a gas analyzer that analyzes a measurement target component contained in the sample based on a light intensity signal output from the photodetector, the program output from the photodetector a concentration calculator that calculates the concentration of the component to be measured contained in the sample gas based on the light intensity of the sample gas;
  • the computer is made to exhibit the function as a light intensity output unit that outputs to.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram of a gas analyzer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the multi-reflection cell of the same embodiment
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the information processing apparatus according to the same embodiment
  • An example of a screen output by the light intensity output unit of the same embodiment 1 is an overall schematic diagram of an exhaust gas analysis system according to an embodiment of the present invention
  • the analyzer 100 of this embodiment is an exhaust gas analyzer 100 that measures the concentration of one or more components contained in exhaust gas emitted from an internal combustion engine such as an automobile.
  • the gas analyzer 100 is configured such that a part or all of the exhaust gas emitted from the tail pipe of an automobile, for example, is sampled by a sampling unit P0, and the exhaust gas sampled by the sampling unit P0 is analyzed.
  • sample gas (hereinafter also referred to as sample gas) is introduced into the multi-reflection sample cell 2, and one or more measurement target components in the exhaust gas (for example, NO, NO 2 , N 2 O, or It is configured to measure the concentration of nitrogen compound components such as NH3 .
  • the gas analyzer 100 includes a light irradiation section 1, a sample cell 2 into which a sample gas is introduced and which multiple-reflects the light from the light irradiation section 1, and light emitted from the sample cell 2 is detected.
  • a light detection unit 3 and an information processing device 4 for analyzing a measurement target component contained in the sample gas based on the light intensity signal detected by the light detection unit 3 are provided.
  • the light irradiation unit 1 includes one or more laser light sources 11 that emit laser light, and a guide mechanism 12 including a reflecting mirror 22 that guides the light from the laser light sources 11 to the sample cell 2 and the like.
  • the laser light source 11 is a wavelength tunable laser that emits laser light having an oscillation wavelength in the infrared region such as the mid-infrared region and the near infrared region, or an oscillation wavelength in the ultraviolet region. It is conceivable to use semiconductor lasers such as lasers, solid state lasers or liquid lasers.
  • the laser light source 11 it is particularly preferable to use a quantum cascade laser (QCL).
  • QCL quantum cascade laser
  • absorptiometric method (QCL-IR method) using this QCL as a light source an element adjusted to oscillate light in the wavenumber region where the absorption peak of the target component exists is used.
  • the sample cell 2 is of a type called a Herriott cell.
  • the sample cell 2 comprises a cell body 21 into which a sample gas is introduced, and a pair of reflecting mirrors 22 facing each other inside the cell body 21 .
  • the sample cell 2 is provided with an introduction port P ⁇ b>1 for introducing the sample gas into the cell body 21 and an outlet port P ⁇ b>2 for leading the sample gas out of the cell body 21 .
  • the sample cell 2 includes a manifold member 23 attached to the cell body 21, and the cell body 21 is heated to a predetermined temperature (for example, 113° C. or 191° C., in the range of 40° C. to 300° C.). and a cell heating mechanism 24 that adjusts to a predetermined temperature (for example, 113° C. or 191° C., in the range of 40° C. to 300° C.). and a cell heating mechanism 24 that adjusts to a predetermined temperature (for example, 113° C. or 191° C., in the range of 40° C. to 300° C.). and a cell heating mechanism 24 that adjusts to a predetermined temperature (for example, 113° C. or 191° C., in the range of 40° C. to 300° C.). and a cell heating mechanism 24 that adjusts to a predetermined temperature (for example, 113° C. or 191° C., in the range of 40° C. to 300° C.). and a cell heating mechanism 24 that adjust
  • the manifold member 23 is provided with the introduction port P1 and the outlet port P2, and has an internal flow path 23c (gas introduction flow path, gas discharge flow path) that communicates the introduction port P1 and the discharge port P2 with the internal space. It is formed in a block shape.
  • the manifold member 23 is attached to the outer surface along the longitudinal direction of the cell body 21 so that the internal flow path 23c communicates with the ventilation port passing through the side wall of the cell body 21 .
  • the cell heating mechanism 24 includes a temperature-controllable heater, and is mounted inside or outside the wall of the cell body 21 or inside or outside the manifold member 23 .
  • the cell heating mechanism 24 is embedded inside the manifold member 23 .
  • the photodetector 3 includes one or more photodetectors 31 that detect the light intensity of the light emitted after being multiple-reflected within the sample cell 2 .
  • the photodetector 31 may be, for example, a thermal type such as a relatively inexpensive thermopile, or may be a quantum type photoelectric element such as HgCdTe, InGaAs, InAsSb, or PbSe with good responsiveness.
  • a guide mechanism 32 including a reflecting mirror 22 and the like for guiding the light emitted from the sample cell 2 to the photodetector 31 is provided.
  • a light intensity signal obtained by the photodetector 31 is output to the information processing device 4 .
  • the information processing device 4 includes an analog electric circuit including buffers and amplifiers, a digital electric circuit including a CPU and memory, and an AD converter, a DA converter, and the like that mediate between the analog/digital electric circuits. be.
  • the information processing device 4 detects the light intensity signal output from the photodetector 31 as shown in FIG. It exhibits at least the functions of a light intensity signal acquisition unit 41 to acquire and a concentration calculation unit 42 to calculate the concentration of each component to be measured by arithmetically processing the acquired light intensity signal.
  • the gas analyzer 100 also includes a gas introduction line 5 for introducing the collected sample gas into the sample cell 2 and an exhaust line 6 for exhausting the analyzed sample gas.
  • the gas introduction line 5 has its upstream end connected to the sampling part P0 and its downstream end connected to the introduction port P1 of the sample cell 2 .
  • the exhaust line 6 is connected to the outlet port P2 of the sample cell 2 at its upstream end.
  • the gas introduction line 5 is provided with one or more filters 51 (also referred to as upstream filters) for removing dust contained in the collected sample gas, and the flow rate of the sample gas that has passed through the upstream filter 51.
  • a flow rate restricting portion 52 for restricting is provided in order from the upstream.
  • the upstream filter 51 is heated to a predetermined temperature (for example, 113° C.) by the heating mechanism 5H.
  • the flow restriction 52 here a critical flow orifice (CFO), has a reduced pressure downstream of it relative to its upstream side.
  • a heating pipe 53 is provided between the upstream filter 51 and the flow rate restrictor 52 in the gas introduction line 5 to prevent adsorption of adsorbable gases such as NH 3 in the sample gas and condensation.
  • the heating tube 53 is constructed by, for example, winding a heater around the tube. Further, the gas introduction line 5 or the sample cell 2 is provided with a calibration gas such as zero gas and span gas (for example, N 2 ) for calibrating the photodetector 31 (zero calibration and span calibration). A gas supply line L1 is connected.
  • a calibration gas such as zero gas and span gas (for example, N 2 ) for calibrating the photodetector 31 (zero calibration and span calibration).
  • a gas supply line L1 is connected.
  • the exhaust line 6 is provided with a pump 61 for introducing the sample gas into the sample cell 2 .
  • the pump 61 creates a negative pressure in the sample cell 2 and a negative pressure (for example, about 25 kPa) in the flow path from the downstream side of the flow restriction portion 52 provided in the gas introduction line 5 to the sample cell 2 .
  • the light intensity at calibration which is the light intensity detected by the photodetector 31 at the time of calibration, is set in advance. It is configured to output so as to be comparable with the determined reference light intensity.
  • the information processing device 4 further functions as a reference light intensity storage unit 43, a light intensity output unit 44, and a warning output unit 45, as shown in FIG.
  • the reference light intensity storage unit 43 is set in a predetermined area of the memory, and stores reference light intensity data indicating the reference light intensity used as a comparison reference for the light intensity detected during calibration.
  • This reference light intensity indicates the light intensity (specifically, the average value) detected by the photodetector 31 at the time of product shipment or zero calibration performed before the start of the first measurement. That is, this reference light intensity is detected by the photodetector 31 when zero calibration is performed in a state in which the reflection mirror 22 in the sample cell 2 is not contaminated with particulate matter or the like (or the level of contamination is low). It indicates light intensity.
  • the reference light intensity storage unit 43 stores reference light intensity data indicating the reference light intensity for each wavelength region corresponding to each of one or more measurement target components. When the gas analyzer 100 includes a plurality of photodetectors 31 , the reference light intensity data corresponding to each photodetector 31 is stored in the reference light intensity storage section 43 .
  • the light intensity output unit 44 converts the calibration light intensity indicated by the light intensity signal acquired by the light intensity signal acquisition unit 41 during calibration (during zero calibration) into the reference light intensity data stored in the reference light intensity storage unit 43.
  • the light intensity is output to the display D or the like so that it can be compared with the reference light intensity shown.
  • the light intensity output unit 44 displays a light intensity comparison screen showing the relative value (%) of the light intensity at the time of calibration with respect to the reference light intensity assuming that the reference light intensity is 100%. output to and display.
  • the light intensity output unit 44 displays the relative value of the light intensity at the time of calibration as a number and also displays the relative value as an indicator (icon).
  • the gas analyzer 100 includes a plurality of photodetectors 31, the light intensity output unit 44 outputs the relative value of the light intensity at calibration corresponding to each photodetector 31 to the display D for display.
  • the light intensity output unit 44 acquires the calibration time light intensity, calculates its relative value, and updates the relative value displayed on the display D to the latest one. Further, the light intensity output unit 44 may automatically record the relative value of the light intensity at the time of calibration each time zero calibration is performed, and display the time series change of the relative value in a graph.
  • the light intensity output unit 44 of the present embodiment calculates the relative value of the light intensity at the time of calibration for each wavelength region corresponding to each of a plurality of components to be measured, and outputs and displays this on the display D.
  • the user can determine, for example, that there is a defect in a part related to the common optical path when the light intensities at the time of calibration output from the plurality of light sources 11 are all significantly reduced at the same time.
  • a defect occurs in the parts constituting the optical path including the specific light source 11. You can judge that there is
  • the warning output unit 45 compares the relative value of the light intensity during calibration with respect to the reference light intensity and a predetermined warning threshold that can be set in advance, and if the relative value of the light intensity during calibration exceeds (falls below) the threshold, the gas is detected.
  • a warning signal is output to the display D or the like to prompt maintenance of the analyzer 100 .
  • this warning threshold is set to 50% here, it may be set in multiple steps such as 65% and 50%.
  • Contents indicated by the warning signal include, for example, information indicating that maintenance should be performed immediately, information indicating that the time for maintenance is approaching, and the like.
  • the warning signal may prompt maintenance of each part (specifically, the reflecting mirror 22, the light source, etc.) of the gas analyzer 100.
  • the warning output unit 45 outputs a warning signal to the effect that there is a suspicion of a defect in a part related to the common optical path when all the calibrated light intensities output by the plurality of light sources 11 are remarkably reduced at the same time.
  • the warning output unit 45 changes the optical path including the specific light source 11.
  • a warning signal may be output to prompt maintenance of constituent parts.
  • particulate matter in the sample gas is removed downstream of the flow restricting section 52 in the gas introduction line 5 (between the sample cell 2).
  • a filter 54 (also referred to as a downstream filter) may be further provided.
  • the downstream filter 54 is provided in the gas introduction line 5 at a temperature higher than the dew point temperature of the sample gas and lower than the heating temperature (for example, 113° C.) of the cell body 21 by the cell heating mechanism 24 .
  • the downstream filter 54 is attached to the manifold member 23 on the side opposite to the cell main body 21 side so as to be positioned on the gas introduction path.
  • the calibration light intensity detected by the photodetector 31 at the time of calibration is output so as to be comparable with the preset reference light intensity.
  • the user can check the light intensity at the time of calibration by comparing it with the reference light intensity. This will enable the user to grasp the contamination status of the mirror, etc., and improve the reliability of the measured values. be able to.
  • the light intensity at the time of calibration is not output as a raw signal, but as a value relative to the reference and light intensity, making it easier to grasp the degree of dirt on the mirror and the degree of deterioration of the light source.
  • a warning signal is output when the relative value of the light intensity during calibration falls below a threshold, so the user can notice that the maintenance time is approaching and that maintenance must be performed immediately. Therefore, it is possible to prevent the trouble that the gas analyzer 100 suddenly becomes unusable.
  • the light intensity output unit 44 outputs calibration light intensity for each wavelength region corresponding to each component to be measured, so that the user can By comparing the light intensity at the time of calibration for each wavelength region, it is possible to grasp the contamination status of the mirror in more detail. That is, when measuring in a plurality of wavelength regions, if only the calibrating light intensity in a specific wavelength region is output to grasp the contamination status of the mirror 22, the calibrating light intensity in other wavelength regions cannot be grasped.
  • the contamination status of the mirror 22 can be grasped by outputting the light intensity at the time of calibration for each of a plurality of wavelength ranges. etc. can be grasped in more detail.
  • the downstream filter 54 when the downstream filter 54 is provided in the pressure reducing section downstream of the flow rate limiting section 52 in the gas introduction line 5, the particle growth of the fine particles is accelerated to trap them. Fine particles that could not be collected by the upstream filter 51 of the flow restricting section 52 can be collected, and solid/particulate matter can be prevented from entering the sample cell 2 .
  • the downstream filter 54 is kept at a temperature higher than the dew point temperature of the passing sample gas and lower than the predetermined temperature, the filter installed in the depressurized portion of the gas introduction line 5 can be removed from the measurement cell.
  • the filter installed in the depressurized portion of the gas introduction line 5 can be removed from the measurement cell.
  • This exhaust gas analysis system 200 is for analyzing exhaust gas emitted from a test vehicle, which is a specimen, and measuring the emission amount of measurement target components contained in the exhaust gas. As shown in FIG. 5, this exhaust gas analysis system 200 is connected to the chassis dynamometer SD on which the test vehicle is mounted, and the exhaust pipe EH of the test vehicle, and exhaust gas (undiluted raw exhaust gas) emitted from the engine. ), a flow meter 220 for measuring the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow path 210, a sampling section 230 for sampling a portion of the exhaust gas from the main flow path 210, and a sampling section 230.
  • the gas analyzer 100 analyzes the exhaust gas sampled by the gas analyzer and measures the concentration of the measurement target component, and the control device 240 having a function as an emission amount calculation unit for calculating the emission amount of the measurement target component. ing.
  • the adsorbent component when measuring the emission amount of an adsorbent component such as NH3 as a component to be measured, the adsorbent component is adsorbed on the inner wall of the pipe that forms the flow path, so the exhaust gas immediately after being discharged from the vehicle is measured. Concentration can be measured more accurately by analysis. Therefore, when measuring the discharge amount of the adsorptive component, it is preferable to sample the exhaust gas upstream of the flow meter 220 and measure the concentration. Therefore, in the exhaust gas analysis system 200 of the present embodiment, the sampling unit 230 is upstream of the flow meter 220 in the main flow path 210 and is configured to sample part of the exhaust gas directly below the exhaust pipe EH. .
  • the flow meter 220 of this embodiment measures the flow rate (also referred to as main flow rate) of the exhaust gas flowing downstream of the sample point SP of the sampling section 230 in the main flow path 210 . That is, the flow rate of the exhaust gas measured by the flow meter 220 is the total flow rate of the exhaust gas introduced into the main flow path 210 from the exhaust pipe EH of the test vehicle minus the flow rate of the exhaust gas sampled by the sampling unit 230. I can say.
  • the flowmeter 220 is an ultrasonic flowmeter, but is not limited to this, and may be a pitot tube type flowmeter or the like.
  • the sampling unit 230 is configured to collect the exhaust gas from directly below the exhaust pipe EH in the main flow path 210 (immediately after the exit).
  • a heating mechanism 211 controls the temperature between the outlet of the exhaust pipe EH and the sample point SP in the main flow path 210 in order to prevent adsorption of adsorptive gases such as NH 3 and condensation.
  • the inner surface of the piping in the temperature control section of the main flow path 210 is polished to prevent adsorption of the adsorptive gas.
  • the emission amount calculation unit corrects the main flow rate measured by the flow meter 220 with the sampling flow rate, which is the flow rate sampled by the sampling unit 230, and the measurement object measured by the gas analyzer 100. It is configured to calculate the emission amount of the component to be measured based on the concentration of the component. Specifically, this discharge amount calculation unit calculates the main flow rate (Q1) measured by the flow meter 220 on the main flow path 210 and the sampling flow rate (Q2) measured by the flow meter (not shown) included in the gas analyzer 100. and are totaled to calculate the corrected flow rate (Q3).
  • the emission mass of the component to be measured is calculated.
  • the sampling flow rate (Q2) a suction flow rate or the like preset in the gas analyzer 100 may be used.
  • the exhaust gas analysis system 200 of the present embodiment configured in this way, the exhaust gas is sampled immediately after it is discharged from the exhaust pipe EH at the upstream side of the flow meter 220, so that the adsorptive It is possible to accurately measure the concentration of the component to be measured that has a high adsorption on the inner wall of the pipe.
  • the flow rate measured by the flow meter 220 is corrected by the flow rate of the sampled exhaust gas, it is possible to suppress the influence on the flow rate value used for calculating the emission amount while sampling the exhaust gas from the upstream of the flow meter 220. can be done. As a result, the influence of adsorption of the measurement target component on the inner wall of the tube can be suppressed, and the discharge amount can be measured with high accuracy.
  • the gas analyzer 100 and exhaust gas analysis system 200 of the present invention are not limited to the above embodiments.
  • the filter may not be provided downstream of the flow restricting section 52 in the gas introduction line 5 .
  • the sample cell 2 does not have to include the manifold member 23 and the cell heating mechanism 24 .
  • the light intensity at calibration which is the light intensity detected by the photodetector 31 at the time of calibration, is set in advance. It may be configured to output so as to be comparable with the reference light intensity.
  • the reference light intensity product indicates the light intensity detected by the photodetector 31 at the time of shipment or during span calibration performed prior to the start of the first measurement.
  • the light intensity output unit 44 of the above embodiment calculates the relative value of the light intensity at the time of calibration for each wavelength region corresponding to each of a plurality of components to be measured, and outputs it to the display D. Not exclusively.
  • the light intensity output unit 44 of another embodiment may output only the relative value of the calibration time light intensity corresponding to the wavelength region of some of the components to be measured.
  • the light intensity output unit 44 may output both the absolute value of the calibration time light intensity and the absolute value of the reference light intensity to the display D for display.
  • the light intensity output unit 44 may output the detected light intensity at the time of calibration to the display D and output it to the user by paper or by voice instead of outputting it to the display D for display.
  • the light intensity output unit 44 of the above embodiment displays the relative value of the light intensity at the time of calibration as a number and displays the relative value as an indicator (icon), but only one of them may be displayed. .
  • the information processing device 4 of another embodiment only needs to include at least the light intensity output section 44, and does not need to include the function of the warning output section 45.
  • the gas analyzer 100 in the above embodiment can be applied to gas analyzers 100 using the principle of absorption analysis, such as the FTIR method, QCL-IR method, and NDIR method.
  • the sample cell 2 may not be a multi-reflection cell.
  • the sample cell 2 may not be a Herriott cell, and may be, for example, a white cell.
  • the light irradiation unit 1 includes the laser light source 11 as a light source, but the present invention is not limited to this.
  • the light irradiation section 1 may include a light emitting diode (LED), a halogen lamp, or the like as a light source.
  • the gas analyzer 100 of another embodiment can also use hydrocarbons such as CH4 , sulfur compounds such as SO2, CO, CO2 , or H2O as components to be measured. It may be configured to measure concentration.
  • the exhaust gas analysis system 200 measures the components to be measured in the exhaust gas emitted in the test using the chassis dynamometer, but it is not limited to this.
  • the component to be measured in the exhaust gas discharged in a test using an engine test device or a drive test device such as a power train may be measured.
  • the exhaust gas analysis system 200 may be a vehicle-mounted type that is attached to the test vehicle.
  • the gas analysis device 100 and the exhaust gas analysis system 200 analyze the components to be measured in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an engine, but are not limited to this.
  • the component to be measured in the flue gas emitted from an external combustion engine such as a thermal power plant or a factory may be measured.
  • the gas analyzer 100 may be used to analyze not only exhaust gas but also other gases.
  • the gas analyzer 100 may be used to analyze gas emitted from a secondary battery such as a storage battery, or a fuel cell. .
  • the user in a gas analyzer that performs absorption analysis, the user can grasp the contamination status of the mirror, etc., and the reliability of the measured value can be improved.

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Abstract

サンプルガスが導入される試料セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器と、前記光検出器から出力される光強度に基づいて、前記サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部と、校正時に前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力する光強度出力部とを備えるガス分析装置。

Description

ガス分析装置、ガス分析方法及びガス分析装置用プログラム
　本発明は、例えば排ガス等を分析するガス分析装置、ガス分析方法及びガス分析装置用プログラムに関するものである。
　例えばＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光）法やＱＣＬ－ＩＲ（中赤外レーザ分光）法等の吸光分析法を用いたガス分析装置では、測定対象ガスを通過する光の光路長を長くするために複数枚のミラーで構成された多重反射型の試料セルが用いられる（特許文献１参照）。このようなガス分析装置では、試料セルに光を照射し、試料セル内で多重反射された後に導出される光の強度を光検出器で検出し、光検出器から出力される光強度信号に基づいて試料に含まれる測定対象成分の濃度等が測定される。
　このようなガス分析装置を用いて例えば自動車の排ガス等の分析を行うと、排ガスに含まれるハイドロカーボン（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ）等の汚染物質により、試料セルのミラーが汚れてしまう。多重反射型の試料セルを用いるガス分析装置ではミラーが汚染されると、光検出器で検出される光強度（信号強度）は多重反射回数分のべき乗で低下してしまう。例えば、試料セルが入射した光を１００回反射させるものとすると、ミラーの反射率が１００％から９９％に低下するだけでも、光検出器で検出される信号強度は３６．６％にまで低下してしまう。このように、光検出器で検出される信号強度が低下しすぎると、演算時におけるフィッティング不良によるノイズの増大、測定値の不正確さ、最終的には測定不能といった状態に陥る恐れがある。また光源の劣化により、測定セル内に導入される光の光強度が低下することによっても同様の問題が生じる恐れがある。
　従来のガス分析装置では、光検出器で検出される信号強度をユーザは確認することができず、ミラーの汚染状況や光源の劣化状況等（以下、ミラーの汚染状況等という）を確認することができなかった。そのため、ガス分析装置を使用していると、ユーザが気付かないうちにノイズが大きくなる等して分析精度が悪化してしまうといった問題が生じる恐れがあった。このような問題は、多重反射型の試料セルを用いるものに限らず、吸光分析法を用いたガス分析装置全般に言えるものである。
特開２０１２－００２７９９号公報
　本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、吸光分析を行うガス分析装置において、ミラーの汚染状況等をユーザが把握できるようにし、測定値に対する信頼性を向上させることを主たる課題とするものである。
　すなわち、本発明に係るガス分析装置は、サンプルガスが導入される試料セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器と、前記光検出器から出力される光強度に基づいて、前記サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部と、校正時に前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力する光強度出力部とを備えることを特徴とする。
　このように構成すれば、校正時に光検出器が検出した校正時光強度を予め設定された基準光強度と比較可能に出力するようにしているので、ユーザは、分析装置の校正を行った際に、校正時光強度を基準光強度と比較して確認することで、ミラーの汚染状況等を把握できるようになり、測定値の対する信頼性を向上することができる。
　前記ガス分析装置の具体的構成としては、前記試料セルに校正ガスを供給する校正ガス供給ラインを更に備え、前記光強度出力部が、前記試料セルに前記校正ガスが供給された状態で前記光検出器が検出する光強度を校正時光強度として出力するものが挙げられる。
　また前記ガス分析装置は、前記光強度出力部が、前記校正時光強度を前記基準光強度に対する相対値で出力するのが好ましい。
　このようにすれば、校正時光強度を生信号として出力するのではなく、基準と光強度に対する相対値として出力するので、ミラーの汚れ具合や光源の劣化具合をより把握しやすくできる。
　また前記ガス分析装置は、前記相対値と予め設定された所定の閾値とを比較し、前記相対値が前記閾値を越えた場合に警告信号を出力する警告出力部を更に備えるのが好ましい。
　このようにすれば、警告信号を出力することにより、ユーザはメンテナンス時期が近付いていることや、メンテナンスをすぐに行う必要性があることに気づくことができるので、ガス分析装置が突然使用できなくなるといったトラブルを未然に防ぐことができる。
　また前記ガス分析装置は、複数の前記測定対象成分を分析するものであり、前記光強度出力部が、前記各測定対象成分に対応する波長領域毎に前記校正時光強度を出力するのが好ましい。
　このようにすれば、ユーザは各波長領域毎の校正時光強度を比較することにより、ミラーの汚染状況等をより詳細に把握することができる。すなわち、複数の波長領域で測定している場合に特定の波長領域の校正時光強度のみを出力してミラーの汚染状況を把握するようにすると、他の波長領域における校正時光強度を把握できないためミラーの汚染状況等を正確に把握できない恐れがあるが、本実施形態では複数の波長領域のそれぞれの校正時光強度を出力してミラーの汚染状況を把握することにより、ミラーの汚染状況等をより詳細に把握できる。
　前記ガス分析装置の具体的構成としては、前記基準光強度が、製品出荷時又は最初の測定開始前に行われた校正時に前記光検出器により検出された光強度であるものが挙げられる。
　また前記ガス分析装置は、前記光強度出力部が、ゼロ校正時に前記光検出器が検出した光強度を前記校正時光強度として出力するものであるのが好ましい。
　このようにすれば、スパン校正とは異なり、ゼロ校正時には常に同じガス種の校正ガスを用いるので、校正時光強度を取得する時の毎度の条件を合わせることができるので、ミラーの汚染状況等の進行具合をより正確に把握することができる。
　本発明の効果を顕著に奏する態様としては、前記試料セルが入射した光を多重反射した後に外部へ射出する多重反射型セルであるものが挙げられる。
　前記ガス分析装置の具体的態様としては、ＦＴＩＲ方式又はＱＣＬ－ＩＲ方式のものが挙げられる。
　ところで、排ガス中の測定対象成分の濃度を安定的に測定するためには、排ガス中に含まれるスス等の固体・粒子状物質が試料セル内に入ることを防止する必要がある。そのため従来、試料セルに排ガスを導入するガス導入ラインにおける、臨界流量オリフィス等の流量制限部の前に複数枚のフィルタを設置し、排ガス中の固体・粒子状物質を取り除くようにしている。
　しかしながら、このような減圧系のガス分析装置では、ガス導入ラインにフィルタを設置していても試料セル内への固体・粒子状物質の侵入を防ぎきれず、試料セル内（ミラー）の汚染が進行し、ガス濃度測定及びその精度に影響を及ぼしている。排ガスに含まれる測定対象成分であるアンモニアは高い吸着性を持つため、応答時間を悪化させないために、フィルタの枚数を無暗に増やすこともできなかった。
　本発明者らが鋭意検討した結果、ディーゼルエンジンの排ガスからＰＭを除去しているＤＰＦ（ディーゼル微粒子保修フィルタ）では、定期的に燃料を強制噴射させて排ガス温度を上昇させ、内部に詰まったＰＭを燃焼させる「ＤＰＦ再生」という処理が行われており、このＤＰＦ再生モードの時に、平時には産生されない高沸点ハイドロカーボンが産生され、それがミラーの汚れの原因となっている可能性があることがわかった。さらに従来の試料セルでは、セルの容器部分に埋め込まれたヒータ等の温調機構によって温調されることがあるが、セル内部のミラー自体は内部の雰囲気で温められているだけで温調されておらず内壁と比較すると低温になっており、そのためミラーがコールドスポットとなって高沸点ハイドロカーボンを吸着してしまい、ミラー汚れに繋がっている可能性が高いことが分かった。
　そこで前記ガス分析装置は、前記試料セルを所定温度に加熱するセル加熱機構と、採取した前記サンプルガスを前記試料セルに導入するものであり、前記試料セルに導入される前記サンプルガスの流量を制限する流量制限部が設けられているガス導入ラインとを更に備え、前記ガス導入ラインにおける前記流量制限部よりも下流側に、前記サンプルガス中の粒子状物質を除去するためのフィルタが設けられているのが好ましい。
　このように構成すれば、ガス導入ラインにおける流量制限部よりも下流側の減圧部にフィルタ機構を設けることで、微小粒子の粒子成長を促進させてこれを捕集することができるようになる。これにより、流量制限部の上流側で捕集できなかった微小粒子を捕集し、試料セル内への固体・粒子状物質の侵入を防止することができる。
　また前記ガス分析装置は、前記フィルタが、通過する前記サンプルガスの露点温度より高く、かつ前記所定温度よりも低い温度に保たれるのが好ましい。
　このようにすれば、ガス導入ラインにおける減圧部分に設置されたフィルタを、測定セルよりも温度が低いコールドスポットとすることにより、ミラー汚れの原因となる高沸点ハイドロカーボンを、試料セル内で吸着させる前段階でフィルタに吸着させることができる。
　また前記ガス分析装置は、前記ガス導入ラインにおける前記流量制限部よりも上流側に、前記サンプルガス中の粒子状物質を除去するための上流側フィルタが更に設けられているのが好ましい。
　ところで自動車の排ガス規制において、排ガスは排出質量値によって規制されており、この排出質量値を測定する際には、希釈測定法を使用するのが主流となっている。希釈測定法では、供試体である車両の排気管から出た排ガスを導入管を使用して希釈トンネルに導入し、希釈された排ガスの濃度を測定し、又は希釈トンネルからバッグにサンプリングした後バッグ内の濃度測定をし、排出質量値を算出している。しかしながら、排ガスに含まれるアンモニア（ＮＨ３）等の吸着性の高い成分を測定する場合には、排ガスを希釈トンネルに導入するとその途中の経路でガス成分が管壁等に吸着してしまい、正確な排出質量値を算出することが困難であった。
　そこで本発明に係る排ガス分析システムは、車両又はその一部である供試体から排出される排ガスに含まれる測定対象成分を分析するものであって、前記供試体の排気管に接続され、前記排ガスが導入されるメイン流路と、前記メイン流路を流れる前記排ガスの流量を測定する流量計と、前記メイン流路における前記流量計よりも上流から前記排ガスの一部を採取するサンプリング部と、前記サンプリング部により採取された前記排ガスを分析して、前記測定対象成分の濃度を測定する前記したガス分析装置と、前記流量計が測定した流量を前記サンプリング部が採取した流量で補正した補正流量と、前記ガス分析装置が測定した前記測定対象成分の濃度とに基づいて、前記測定対象成分の排出量を算出する排出量算出部とを備えるのが好ましい。
　このように構成すれば、排ガスが希釈流路に導入された後に濃度測定を行うのではなく、希釈流路に導入される前にサンプリングして濃度を測定するようにしており、さらに流量計よりも上流側から排ガスをサンプリングするようにしているので、吸着性が高い測定対象成分の濃度を管内壁への吸着が少ない状態で精度よく測定することができる。また流量計が計測した流量をサンプリングした排ガスの流量で補正しているので、流量計の上流から排ガスのサンプリングを行いながらも、排出量の算出に用いられる流量値への影響を抑えることができる。これにより、測定対象成分の管内壁への吸着の影響を抑えて、その排出量を精度よく測定することができるようになる。
　前記排ガス分析システムの効果を顕著に奏する態様としては、前記測定対象成分が、前記メイン流路を構成する管内壁への吸着性が高く、かつ水溶性を有する成分を含み、具体的にはＮＨ３を含むものが挙げられる。
　また前記排ガス分析システムは、前記メイン流路における前記排気管の出口から前記サンプリング部によるサンプルポイントまでの間を加熱する加熱機構をさらに備えるのが好ましい。
　このようにすれば、排気管の出口からサンプルポイントまでの間の管内壁へのガス吸着を低減し、測定対象成分の排出量をより正確に算出できる。
　また前記排ガス分析システムは、メイン流路を流れる排ガスが、希釈されていない排ガスである生排ガスであるのが好ましい。
　また本発明のガス分析方法は、サンプルガスが導入される試料セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される光強度信号に基づいて前記サンプルに含まれる測定対象成分を分析するガス分析装置を用いたガス分析方法であって、校正時に前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力することを特徴とする。
　また本発明のガス分析装置用プログラムは、サンプルガスが導入される試料セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される光強度信号に基づいて前記サンプルに含まれる測定対象成分を分析するガス分析装置用のプログラムであって、前記光検出器から出力される光強度に基づいて、前記サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部と、校正時に前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力する光強度出力部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする。
　このようなガス分析方法やガス分析装置用プログラムであれば、上述したガス分析装置により得られる作用効果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、吸光分析を行うガス分析装置において、ミラーの汚染状況等をユーザが把握できるようにし、測定値に対する信頼性を向上させることが可能になる。
本発明の一実施形態に係るガス分析装置の全体模式図。 同実施形態の多重反射型セルの構成を模式的に示す断面図。 同実施形態における情報処理装置の機能ブロック図。 同実施形態の光強度出力部が出力する画面の一例 本発明の一実施形態に係る排ガス分析システムの全体模式図。
　以下に本発明に係るガス分析装置１００及びこれを備える排ガス分析システム２００の一実施形態について図面を参照して説明する。
（１）ガス分析装置
　まず本実施形態のガス分析装置１００について説明する。本実施形態の分析装置は、例えば自動車等の内燃機関から排出される排ガスに含まれる１つ以上の成分の濃度を測定する排ガス分析装置１００である。具体的にこのガス分析装置１００は、図１に示すように、例えば自動車のテールパイプから出る排ガスの一部又は全部を試料採取部Ｐ０により採取して、当該試料採取部Ｐ０により採取された排ガス（以下、サンプルガスともいう）を多重反射型の試料セル２に導入して、吸光光度法を用いて排ガス中の１つ以上の測定対象成分（例えば、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、又はＮＨ３等の窒素化合物成分）の濃度を測定するように構成されている。
　より具体的にこのガス分析装置１００は、光照射部１と、サンプルガスが導入されるとともに光照射部１からの光を多重反射させる試料セル２と、試料セル２から射出した光を検出する光検出部３と、光検出部３により検出された光強度信号に基づいてサンプルガスに含まれる測定対象成分を分析する情報処理装置４とを備えている。
　光照射部１は、レーザ光を射出する１つの以上のレーザ光源１１と、当該レーザ光源１１からの光を試料セル２に案内する反射ミラー２２等からなる案内機構１２とを備えている。レーザ光源１１は、中赤外領域や近赤外領域等の赤外領域波長又は紫外領域の発振波長を有するレーザ光を射出する波長可変レーザであり、例えば量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）、波長可変半導体レーザ等の半導体レーザ、固体レーザ又は液体レーザを用いることが考えられる。
　レーザ光源１１としては、特に量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を用いることが好ましい。このＱＣＬを光源として用いた吸光光度法（ＱＣＬ－ＩＲ法）では、目的とする成分の吸収ピークが存在する波数域の光が発振するように調整した素子を使用する。
　試料セル２は、ヘリオットセルと称されるタイプのものである。この試料セル２は、内部空間にサンプルガスが導入されるセル本体２１と、セル本体２１内に対向して設けられた一対の反射ミラー２２を具備している。試料セル２には、セル本体２１内にサンプルガスを導入するための導入ポートＰ１と、セル本体２１内からサンプルガスを導出するための導出ポートＰ２とが設けられている。
　図２に示すように、試料セル２は、セル本体２１に取付けられたマニホールド部材２３と、セル本体２１を加熱して所定温度（例えば１１３℃、又は１９１℃等、４０℃～３００℃の範囲で設定可能）に調整するセル加熱機構２４とを備えている。
　マニホールド部材２３は、前記した導入ポートＰ１と導出ポートＰ２が設けられるとともに、前記導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２と内部空間とを連通させる内部流路２３ｃ（ガス導入流路、ガス導出流路）が形成されたブロック状のものである。このマニホールド部材２３は、その内部流路２３ｃがセル本体２１の側壁を貫通する通気口に連通するようにして、セル本体２１の長手方向に沿った外側面に取付けられている。
　セル加熱機構２４は、温調可能なヒータを含むものであり、セル本体２１の壁内又は外壁面、若しくはマニホールド部材２３の内部又は外面に取付けられる。ここではセル加熱機構２４はマニホールド部材２３の内部に埋め込まれている。
　光検出部３は、試料セル２内で多重反射された後に射出される光の光強度を検出する１つ又は複数の光検出器３１を備えている。光検出器３１は、例えば比較的安価なサーモパイルなどの熱型のものでもよいし、応答性がよいＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、又はＰｂＳｅなどの量子型光電素子を用いたものでもよい。なお、試料セル２と光検出器３１との間には、試料セル２から射出された光を光検出器３１に案内するための反射ミラー２２等からなる案内機構３２が設けられている。光検出器３１により得られた光強度信号は、情報処理装置４に出力される。
　情報処理装置４は、バッファ、増幅器などからなるアナログ電気回路と、ＣＰＵ、メモリなどからなるデジタル電気回路と、それらアナログ／デジタル電気回路間を仲立ちするＡＤコンバータ、ＤＡコンバータなどとを具備したものである。情報処理装置４は、前記メモリの所定領域に格納した所定のプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器が協働することによって、図３に示すように、前記光検出器３１から出力された光強度信号を取得する光強度信号取得部４１と、取得した光強度信号を演算処理して各測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部４２としての機能を少なくとも発揮する。
　ガス分析装置１００はまた、採取したサンプルガスを試料セル２に導入するガス導入ライン５と、分析したサンプルガスを排気する排気ライン６とを備えている。ガス導入ライン５は、その上流端が試料採取部Ｐ０に接続され、下流端が試料セル２の導入ポートＰ１に接続されている。排気ライン６は、その上流端が試料セル２の導出ポートＰ２に接続されている。
　ガス導入ライン５には、採取されたサンプルガスに含まれるダストを除去するための１つ又は複数のフィルタ５１（上流側フィルタともいう）と、当該上流側フィルタ５１を通過したサンプルガスの流量を制限するための流量制限部５２とが上流から順に設けられている。この上流側フィルタ５１は、加熱機構５Ｈにより、所定の温度（例えば１１３℃）になるよう加熱されている。流量制限部５２は、ここでは臨界流量オリフィス（ＣＦＯ）であり、その下流側が上流側に比べて減圧される。またガス導入ライン５における上流側フィルタ５１と流量制限部５２との間には、サンプルガス中のＮＨ３等の吸着性ガスの吸着や結露を防止するための加熱管５３が設けられている。この加熱管５３は、例えば管の周囲にヒータが巻回されて構成されたものである。またガス導入ライン５又は試料セル２には、光検出器３１の校正（ゼロ校正及びスパン校正）を行うためのゼロガス及びスパンガス等の校正ガス（例えばＮ２等）を試料セル２に供給する校正ガス供給ラインＬ１が接続されている。
　排気ライン６には、サンプルガスを試料セル２に導入するためのポンプ６１が設けられている。このポンプ６１は、試料セル２内を負圧にするとともに、ガス導入ライン５に設けられた流量制限部５２の下流側から試料セル２までの流路を負圧（例えば約２５ｋＰａ）にする。
　しかして本実施形態のガス分析装置１００は、ユーザにより校正（具体的にはゼロ校正）が実行されると、当該校正時に光検出器３１が検出した光強度である校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力するように構成されている。具体的にこのガス分析装置１００では、図３に示すように情報処理装置４が、基準光強度格納部４３と、光強度出力部４４と、警告出力部４５としての機能を更に発揮する。
　基準光強度格納部４３は、メモリの所定領域に設定されたものであり、校正時に検出される光強度の比較基準となる基準光強度を示す基準光強度データを格納している。この基準光強度は、製品出荷時又は最初の測定開始時より前に行われたゼロ校正時に光検出器３１により検出された光強度（具体的には平均値）を示すものである。すなわちこの基準光強度は、試料セル２内の反射ミラー２２が粒子状物質等により汚染されていない（又は汚染レベルが低い）状態でゼロ校正を行った際に、光検出器３１により検出された光強度を示すものである。基準光強度格納部４３には、１つ以上の測定対象成分のそれぞれに対応する波長領域毎の基準光強度を示す基準光強度データが格納されている。ガス分析装置１００が複数の光検出器３１を備える場合、基準光強度格納部４３には、各光検出器３１に対応する基準光強度データが格納されている。
　光強度出力部４４は、校正時（ゼロ校正時）に光強度信号取得部４１が取得した光強度信号が示す校正時光強度を、基準光強度格納部４３に格納されている基準光強度データが示す基準光強度と比較可能にしてディスプレイＤ等に出力して表示させる。
　具体的にこの光強度出力部４４は、図４に示すように、基準光強度を１００％として、当該基準光強度に対する校正時光強度の相対値（％）を示す光強度比較画面をディスプレイＤ等に出力して表示させる。ここでは、光強度出力部４４は、校正時光強度の相対値を数字で表示させるとともに、当該相対値をインジケータ（アイコン）で表示させる。またガス分析装置１００が複数の光検出器３１を備える場合、光強度出力部４４は、各光検出器３１に対応する校正時光強度の相対値をディスプレイＤに出力して表示させる。
　光強度出力部４４は、ユーザによりゼロ校正が実行される度に、校正時光強度を取得するとともにその相対値を算出し、ディスプレイＤに表示させる相対値を最新のものに更新する。また光強度出力部４４は、ゼロ校正が実行される度にその校正時光強度の相対値を自動的に記録し、相対値の時系列変化をグラフで表示させるようにしてもよい。
　また本実施形態の光強度出力部４４は、複数の測定対象成分のそれぞれに対応する波長領域毎に校正時光強度の相対値を算出し、これをディスプレイＤに出力して表示させる。これによりユーザは、例えば複数の光源１１が出力した全ての校正時光強度が同時に顕著に低下している場合には、共通の光路に関係する部品の不具合が生じていると判断することができ、また複数の光源１１が出力した校正時光強度のうち特定の光源１１の校正時光強度だけが顕著に低下している場合には、当該特定の光源１１を含む光路を構成する部品に不具合が生じているとの判断をすることができる。
　警告出力部４５は、基準光強度に対する校正時光強度の相対値と予め設定され得た所定の警告閾値とを比較し、校正時光強度の相対値が閾値を越えた（下回った）場合に、ガス分析装置１００のメンテナンスを促す旨の警告信号をディスプレイＤ等に出力するものである。この警告閾値はここでは５０％としているが、例えば６５％、５０％というように複数段階で設定してもよい。また警告信号が示す内容としては、例えば今すぐメンテナンスを行うべきことを示すもの、メンテナンス時期が近付いていることを示すもの等が挙げられる。また警告信号は、ガス分析装置１００が備える部品毎（具体的には反射ミラー２２、光源等）のメンテナンスを促す旨のものであってもよい。例えば警告出力部４５は、複数の光源１１が出力した全ての校正時光強度が同時に顕著に低下している場合には、共通の光路に関係する部品の不具合が疑われる旨の警告信号を出力してもよい。一方で警告出力部４５は、複数の光源１１が出力した校正時光強度のうち、特定の光源１１の校正時光強度だけが顕著に低下している場合には、当該特定の光源１１を含む光路を構成する部品のメンテナンスを促す旨の警告信号を出力してもよい。
　また本実施形態のガス分析装置１００では、図１に示すように、ガス導入ライン５における流量制限部５２よりも下流側（試料セル２との間）に、サンプルガス中の粒子状物質を除去するためのフィルタ５４（下流側フィルタともいう）が更に設けられてもよい。この下流側フィルタ５４は、ガス導入ライン５において、サンプルガスの露点温度よりも高く、かつセル加熱機構２４によるセル本体２１の加熱温度（例えば１１３℃）よりも低い温度となる位置に設けられる。この下流側フィルタ５４は、図２に示すように、ガス導入路上に位置するようにして、マニホールド部材２３におけるセル本体２１側とは反対側に取り付けられている。
　このように構成された本実施形態のガス分析装置１００によれば、校正時に光検出器３１が検出した校正時光強度を予め設定された基準光強度と比較可能に出力するようにしているので、ユーザは、分析装置の校正を行った際に、校正時光強度を基準光強度と比較して確認することで、ミラーの汚染状況等を把握できるようになり、測定値の対する信頼性を向上することができる。
　また、校正時光強度を生信号として出力するのではなく、基準と光強度に対する相対値として出力するので、ミラーの汚れ具合や光源の劣化具合をより把握しやすくできる。
　また、校正時光強度の相対値が閾値を下回ると警告信号を出力するようにしているので、ユーザはメンテナンス時期が近付いていることや、メンテナンスをすぐに行う必要性があることに気づくことができるので、ガス分析装置１００が突然使用できなくなるといったトラブルを未然に防ぐことができる。
　また、反射ミラー２２に付着した汚染成分によって特定の波長成分が吸収されるので、光強度出力部４４が、各測定対象成分に対応する波長領域毎に校正時光強度を出力することにより、ユーザは各波長領域毎の校正時光強度を比較することにより、ミラーの汚染状況等をより詳細に把握することができる。すなわち、複数の波長領域で測定している場合に特定の波長領域の校正時光強度のみを出力してミラー２２の汚染状況を把握するようにすると、他の波長領域における校正時光強度を把握できないためミラー２２の汚染状況等を正確に把握できない恐れがあるが、本実施形態では複数の波長領域のそれぞれの校正時光強度を出力してミラー２２の汚染状況を把握することにより、ミラー２２の汚染状況等をより詳細に把握できる。
　さらに、本実施形態のガス分析装置１００では、ガス導入ライン５における流量制限部５２よりも下流側の減圧部に下流側フィルタ５４を設けた場合、微小粒子の粒子成長を促進させてこれを捕集することができ、流量制限部５２の上流側フィルタ５１で捕集できなかった微小粒子を捕集し、試料セル２内への固体・粒子状物質の侵入を防止することができる。
　さらに、下流側フィルタ５４が、通過するサンプルガスの露点温度より高く、かつ前記所定温度よりも低い温度に保たれているので、ガス導入ライン５における減圧部分に設置されたフィルタを、測定セルよりも温度が低いコールドスポットとすることにより、ミラー汚れの原因となる高沸点ハイドロカーボンを、試料セル２内で吸着させる前段階でフィルタに吸着させることができる。
（２）排ガス分析システム
　次に本実施形態のガス分析装置１００を用いた排ガス分析システム２００の一例について説明する。
　この排ガス分析システム２００は、供試体である試験車両から排出される排ガスを分析し、当該排ガスに含まれる測定対象成分の排出量を測定するためのものである。この排ガス分析システム２００は、図５に示すように、試験車両が載置されるシャシダイナモメータＳＤと、試験車両の排気管ＥＨに接続され、エンジンから排出された排ガス（希釈されていない生排ガス）の全量が導入されるメイン流路２１０と、メイン流路２１０を流れる排ガスの流量を測定する流量計２２０と、メイン流路２１０から排ガスの一部を採取するサンプリング部２３０と、サンプリング部２３０により採取された排ガスを分析して、測定対象成分の濃度を測定する前記したガス分析装置１００と、測定対象成分の排出量を算出する排出量算出部としての機能を備える制御装置２４０とを備えている。
　ここで測定対象成分としてＮＨ３等の吸着性成分の排出量等を測定する場合には、流路を形成する管内壁等に吸着性成分が吸着するので、車両から排出された直後の排ガスを分析する方が濃度を精度よく測定することができる。そのため、吸着性成分の排出量等を測定する場合は、流量計２２０よりも上流側で排ガスをサンプリングして濃度測定をするのが好ましい。
　そこで本実施形態の排ガス分析システム２００では、サンプリング部２３０は、メイン流路２１０における流量計２２０よりも上流であって、排気管ＥＨの直下から排ガスの一部を採取するように構成されている。
　この実施形態の流量計２２０は、メイン流路２１０におけるサンプリング部２３０のサンプルポイントＳＰよりも下流側を流れる排ガスの流量（メイン流量ともいう）を測定する。すなわちこの流量計２２０により測定される排ガスの流量は、試験車両の排気管ＥＨからメイン流路２１０に導入された排ガスの全流量から、サンプリング部２３０により採取された排ガスの流量を差し引いた流量といえる。具体的にこの流量計２２０は超音波流量計であるが、これに限らずピトー管式流量計等その他のものであってもよい。
　サンプリング部２３０は、メイン流路２１０における排気管ＥＨの直下（出口直後）から排ガスを採取するように構成されている。メイン流路２１０における排気管ＥＨの出口からサンプルポイントＳＰまでの間は、ＮＨ３等の吸着性ガスの吸着や結露を防止するために、加熱機構２１１により加熱温調されている。またメイン流路２１０の当該温調区間における配管内面は研磨加工が施され、吸着性ガスの吸着を防止している。
　そしてこの排ガス分析システム２００では、排出量算出部は、流量計２２０が測定したメイン流量をサンプリング部２３０が採取した流量であるサンプリング流量で補正した補正流量と、ガス分析装置１００が測定した測定対象成分の濃度とに基づいて、測定対象成分の排出量を算出するように構成されている。具体的にこの排出量算出部は、メイン流路２１０上の流量計２２０が測定したメイン流量（Ｑ１）と、ガス分析装置１００が備える流量計（図示しない）により測定されたサンプリング流量（Ｑ２）とを取得し、これらを合計することにより補正流量（Ｑ３）を算出する。そして、ガス分析装置１００から取得した測定対象成分の濃度と補正流量とを乗じることにより、測定対象成分の排出質量を算出する。なおサンプリング流量（Ｑ２）としては、ガス分析装置１００に予め設定されている吸込流量等を使用してもよい。
　このように構成された本実施形態の排ガス分析システム２００によれば、流量計２２０よりも上流側であって、排気管ＥＨから排出された直後の排ガスをサンプリングするようにしているので、吸着性が高い測定対象成分の濃度を管内壁への吸着が少ない状態で精度よく測定することができる。また流量計２２０が計測した流量をサンプリングした排ガスの流量で補正しているので、流量計２２０の上流から排ガスのサンプリングを行いながらも、排出量の算出に用いられる流量値への影響を抑えることができる。これにより、測定対象成分の管内壁への吸着の影響を抑えて、その排出量を精度よく測定することができるようになる。
　なお、本発明のガス分析装置１００及び排ガス分析システム２００は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、他の実施形態のガス分析装置１００では、ガス導入ライン５における流量制限部５２の下流側にフィルタが設けられていなくてもよい。また試料セル２は、マニホールド部材２３やセル加熱機構２４を備えてなくてもよい。
　また前記実施形態のガス分析装置１００では、ゼロ校正の実行時に限らず、スパン校正が実行されると、当該校正時に光検出器３１が検出した光強度である校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力するように構成されていてもよい。この場合、基準光強度製品は、出荷時又は最初の測定開始時より前に行われたスパン校正時に光検出器３１により検出された光強度を示すものである。
　また前記実施形態の光強度出力部４４は、複数の測定対象成分のそれぞれに対応する波長領域毎に校正時光強度の相対値を算出し、これをディスプレイＤに出力するものであったがこれに限らない。他の実施形態の光強度出力部４４は、複数の測定対象成分のうち一部の成分の波長領域に対応する校正時光強度の相対値のみを出力するようにしてもよい。また光強度出力部４４は、校正時光強度の絶対値と基準光強度の絶対値の両方をディスプレイＤに出力して表示させてもよい。また光強度出力部４４は、検出された校正時光強度をディスプレイＤに出力して表示させるのではなく、紙又は音声によりユーザに出力させてもよい。
　また前記実施形態の光強度出力部４４は、校正時光強度の相対値を数字で表示させるとともに、当該相対値をインジケータ（アイコン）で表示させていたが、どちらか一方のみを表示させてもよい。
　また他の実施形態の情報処理装置４は、少なくとも光強度出力部４４を備えていればよく、警告出力部４５の機能を備えていなくてもよい。
　前記実施形態ではガス分析装置１００は、ＦＴＩＲ方式、ＱＣＬ－ＩＲ方式、ＮＤＩＲ方式等、吸光分析の原理を用いたガス分析装置１００において適用することができる。また試料セル２は多重反射型セルでなくてもよい。また試料セル２はヘリオットセルでなくてもよく、例えばホワイトセルでもよい。
　また前記実施形態では、光照射部１は光源としてレーザ光源１１を備えていたがこれに限らない。他の実施形態では、光照射部１は、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又はハロゲンランプ等を備えていてもよい。
　また他の実施形態のガス分析装置１００は、前記したもの以外にも、ＣＨ４等の炭化水素類、ＳＯ２等の硫黄化合物、ＣＯ、ＣＯ２又はＨ２Ｏは等を測定対象成分としてその濃度を測定するように構成されてもよい。
　前記実施形態では、排ガス分析システム２００は、シャシダイナモメータを用いた試験で排出される排ガス中の測定対象成分を測定するものであったが、これに限定されない。他の実施形態では、エンジン試験装置やパワートレイン等の駆動試験装置を用いた試験において排出される排ガス中の測定対象成分を測定するものであってもよい。また排ガス分析システム２００は、試験車両に取付けられる車載型のものであってもよい。
　前記実施形態では、ガス分析装置１００及び排ガス分析システム２００は、エンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の測定対象成分を分析するものであったがこれに限定されない。他の実施形態では、例えば火力発電所等の外燃機関や工場等から排出される煙道排ガス中の測定対象成分を測定するものであってもよい。またガス分析装置１００は、排ガスに限らず、その他のガスの分析に用いられてもよく、例えば、蓄電池等の二次電池、又は燃料電池等から排出されるガスの分析に用いられてもよい。
　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。
　前記した本発明によれば、吸光分析を行うガス分析装置において、ミラーの汚染状況等をユーザが把握できるようにし、測定値に対する信頼性を向上させることができる。
　１００・・・ガス分析装置
　１　　・・・光照射部
　２　　・・・試料セル
　３　　・・・光検出部
　４４　・・・光強度出力部

 

Claims (19)

  1. 　サンプルガスが導入される試料セルと、
    　前記試料セルに光を照射する光源と、
    　前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器と、
    　前記光検出器から出力される光強度に基づいて、前記サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部と、
    　校正時の前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力する光強度出力部とを備えるガス分析装置。
  2. 　前記試料セルに校正ガスを供給する校正ガス供給ラインを更に備え、
    　前記光強度出力部が、前記試料セルに前記校正ガスが供給された状態で前記光検出器が検出する光強度を校正時光強度として出力する請求項１に記載のガス分析装置。
  3. 　前記光強度出力部が、前記校正時光強度を前記基準光強度に対する相対値で出力する請求項１又は２に記載のガス分析装置。
  4. 　前記相対値と予め設定された所定の閾値とを比較し、前記相対値が前記閾値を越えた場合に警告信号を出力する警告出力部を更に備える請求項３に記載のガス分析装置。
  5. 　前記ガス分析装置は、前記サンプルガスに含まれる複数の測定対象成分を分析するものであり、
    　前記光強度出力部が、前記各測定対象成分に対応する波長領域毎に前記校正時光強度を出力する請求項１～４のいずれかに記載のガス分析装置。
  6. 　前記基準光強度が、製品出荷時又は最初の測定開始前に行われた校正時に前記光検出器により検出された光強度である請求項１～５のいずれかに記載のガス分析装置。
  7. 　前記光強度出力部が、ゼロ校正時に前記光検出器が検出した光強度を前記校正時光強度として出力するものである請求項１～６のいずれかに記載のガス分析装置。
  8. 　前記試料セルが入射した光を多重反射した後に外部へ射出する多重反射型セルである請求項１～７のいずれかに記載のガス分析装置。
  9. 　前記ガス分析装置はＦＴＩＲ方式又はＱＣＬ－ＩＲ方式のものである請求項１～８のいずれかに記載のガス分析装置。
  10. 　前記試料セルを所定温度に加熱するセル加熱機構と、
    　採取した前記サンプルガスを前記試料セルに導入するものであり、前記試料セルに導入される前記サンプルガスの流量を制限する流量制限部が設けられているガス導入ラインとを更に備え、
    　前記ガス導入ラインにおける前記流量制限部よりも下流側に、前記サンプルガス中の粒子状物質を除去するためのフィルタが設けられている請求項１～９のいずれかに記載のガス分析装置。
  11. 　前記フィルタが、通過する前記サンプルガスの露点温度より高く、かつ前記所定温度よりも低い温度に保たれる請求項１０に記載のガス分析装置。
  12. 　前記ガス導入ラインにおける前記流量制限部よりも上流側に、前記サンプルガス中の粒子状物質を除去するための上流側フィルタが更に設けられている請求項１０又は１１に記載のガス分析装置。
  13. 　車両又はその一部である供試体から排出される排ガスに含まれる測定対象成分を分析する排ガス分析システムであって、
    　前記供試体の排気管に接続され、前記排ガスが導入されるメイン流路と、
    　前記メイン流路を流れる前記排ガスの流量を測定する流量計と、
    　前記メイン流路における前記流量計よりも上流から前記排ガスの一部を採取するサンプリング部と、
    　前記サンプリング部により採取された前記排ガスを分析して、前記測定対象成分の濃度を測定する請求項１～１２のいずれかに記載のガス分析装置と、
    　前記流量計が測定した流量を前記サンプリング部が採取した流量で補正した補正流量と、前記ガス分析装置が測定した前記測定対象成分の濃度とに基づいて、前記測定対象成分の排出量を算出する排出量算出部とを備える排ガス分析システム。
  14. 　前記測定対象成分が、前記メイン流路を構成する管内壁への吸着性が高く、かつ水溶性を有する成分を含む請求項１３に記載の排ガス分析システム。
  15. 　前記測定対象成分がＮＨ３を含む請求項１３又は１４に記載の排ガス分析システム。
  16. 　前記メイン流路における前記排気管の出口から前記サンプリング部によるサンプルポイントまでの間を加熱する加熱機構をさらに備える請求項１３～１５のいずれかに記載の排ガス分析システム。
  17. 　メイン流路を流れる排ガスが、希釈されていない排ガスである生排ガスである請求項１３～１６のいずれかに記載の排ガス分析システム。
  18. 　サンプルガスが導入される試料セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される光強度信号に基づいて前記サンプルに含まれる測定対象成分を分析するガス分析装置を用いたガス分析方法であって、
    　校正時に前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力するガス分析方法。
  19. 　サンプルガスが導入される試料セルと、前記試料セルに光を照射する光源と、前記光源により射出されて前記試料セルを通過した光の光強度を検出する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される光強度信号に基づいて前記サンプルに含まれる測定対象成分を分析するガス分析装置用のプログラムであって、
    　前記光検出器から出力される光強度に基づいて、前記サンプルガスに含まれる測定対象成分の濃度を算出する濃度算出部と、
    　校正時に前記光検出器が検出した校正時光強度を、予め設定された基準光強度と比較可能に出力する光強度出力部としての機能をコンピュータに発揮させるガス分析装置用プログラム。

     
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