WO2023112597A1 - ガス分析装置、排ガス分析システム及びガス分析方法 - Google Patents

ガス分析装置、排ガス分析システム及びガス分析方法 Download PDF

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WO2023112597A1
WO2023112597A1 PCT/JP2022/042840 JP2022042840W WO2023112597A1 WO 2023112597 A1 WO2023112597 A1 WO 2023112597A1 JP 2022042840 W JP2022042840 W JP 2022042840W WO 2023112597 A1 WO2023112597 A1 WO 2023112597A1
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gas
channel
measurement cell
measured
concentration
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PCT/JP2022/042840
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Inventor
大樹 西貝
貴明 花田
直希 名倉
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株式会社堀場製作所
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a gas analyzer, an exhaust gas analysis system, and a gas analysis method for analyzing, for example, exhaust gas.
  • gas analyzers using absorption analysis methods such as FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and QCL-IR (mid-infrared laser spectroscopy)
  • FTIR Fastier transform infrared spectroscopy
  • QCL-IR mid-infrared laser spectroscopy
  • concentration of the component to be measured in the sample gas is analyzed based on the intensity of the light that has passed through.
  • the amount of infrared light absorbed by the molecules in the measurement cell changes depending on the pressure in the measurement cell. It is preferable to correct the concentrations of the components.
  • the pressure of the sample gas in the measurement cell is measured by attaching a pressure sensor inside the measurement cell.
  • the inventors considered attaching a pressure sensor to the gas lead-out channel for leading the sample gas from the measurement cell to measure the pressure of the sample gas, as shown in FIG.
  • a pressure sensor to the gas lead-out channel for leading the sample gas from the measurement cell to measure the pressure of the sample gas, as shown in FIG.
  • pressure loss occurs between the sample gas leaving the measurement cell and reaching the pressure measurement point, but this pressure loss is negligible. Therefore, it was thought that the pressure in the measurement cell could be measured almost accurately.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a main object of the present invention is to accurately measure the pressure in a measurement cell while maintaining high responsiveness in a gas analyzer that performs absorption analysis. .
  • a gas analyzer analyzes the concentration of a component to be measured contained in a sample gas, and includes a measurement cell, a gas introduction passage for introducing the sample gas into the measurement cell, and the A gas lead-out channel for leading the sample gas from the measurement cell, a pressure sensor for measuring the pressure in the measurement cell, a light source for irradiating the measurement cell with light, and the light intensity of the light passing through the measurement cell. and a concentration correction unit for correcting the calculated concentration of the measurement target component based on the pressure measured by the pressure sensor.
  • the pressure sensor comprises a sensor main body and a communication pipe communicating between the sensor main body and the measurement cell, and the tip of the communication pipe serves as an introduction port of the gas introduction flow path that opens into the measurement cell.
  • the tip of the communication pipe serves as an introduction port of the gas introduction flow path that opens into the measurement cell.
  • it is installed in the vicinity of the outlet of the gas outlet channel.
  • the pressure measurement point of the pressure sensor can be set in the measurement cell by placing the tip of the communicating tube of the pressure sensor near the inlet of the gas introduction channel or the outlet of the gas outlet channel. Since it can be set at a position close to the space, the pressure in the measuring cell can be accurately measured with less influence of pressure loss. As a result, it is also possible to reduce the difference in line indication when the flow rate of the sample gas differs between the time of measurement and the time of calibration, for example. Moreover, since there is no need to provide a pressure sensor inside the measuring cell, the structure inside the measuring cell can be simplified. For this reason, turbulence is less likely to occur in the measurement cell, and the surface area can be reduced to suppress gas adsorption, so high responsiveness can be maintained.
  • the tubular body of the communication tube that communicates the sensor main body and the measurement cell is a gas introduction tube that forms the gas introduction flow path or a gas discharge tube that forms the gas discharge flow path. It is preferable that it is provided inside and has a double-tube structure together with the gas inlet pipe or the gas outlet pipe. By doing so, the tip of the communicating tube can be brought closer to the inside of the sample cell, so that the influence of pressure loss can be reduced and the pressure inside the measuring cell can be measured more accurately.
  • the gas communication port formed at the tip of the communication pipe and the inlet port of the gas introduction channel or the outlet port of the gas outlet channel are substantially flush with each other. .
  • the gas communication port can be brought very close to the inside of the measuring cell, and the pressure inside the measuring cell can be measured more accurately.
  • the tip of the communicating tube does not protrude into the sample cell, the responsiveness is not lowered.
  • the outer diameter of the communication pipe is half or less than the inner diameter of the gas introduction pipe or the gas outlet pipe provided outside thereof.
  • the wall of the outer tube of the communication tube is polished.
  • the tip of the communicating tube of the pressure sensor when the tip of the communicating tube of the pressure sensor is provided on the flow path of the sample gas, turbulence occurs to some extent in the vicinity of this tip. It is preferably provided downstream in the flow path. Therefore, in the gas analysis device, it is preferable that the tip of the communicating tube is installed closer to the outlet port of the gas outlet channel than to the vicinity of the inlet port of the gas inlet channel.
  • a plurality of nitrogen compound components may be measured, and span gas corresponding to each nitrogen compound component is supplied.
  • span gas corresponding to each nitrogen compound component may be provided with a plurality of flow paths (span gas supply flow paths).
  • span gas supply flow paths may be provided with a plurality of flow paths.
  • the NH 3 gas (or NO 2 gas) remaining in the flow path may , and the supplied NO 2 gas (NH 3 gas) may be mixed with each other to generate ammonium nitrate on the flow path.
  • the gas analyzer further comprises a calibration gas flow path supplying a calibration gas to the measurement cell, said calibration gas flow path being connected to said gas introduction flow path or to said measurement cell.
  • a NH3 gas supply channel for supplying NH3 gas as a span gas to the main calibration gas channel; and a non- NH3 gas other than NH3 gas as a span gas for the main calibration gas channel.
  • a non- NH3 gas supply channel for supplying the gas, wherein the NH3 gas supply channel and the non- NH3 gas supply channel are provided independently of each other and separately merged into the main calibration gas channel.
  • the NH 3 gas supply channel is provided independently of the non-NH 3 gas supply channel, and separately joined to the main calibration gas channel, so that when NO 2 is included as the non-NH 3 gas, In addition, direct mixing of NH 3 and NO 2 on the flow path to the main calibration gas flow path can be prevented, preventing the formation of ammonium nitrate.
  • the NH 3 gas supply channel includes a plurality of the NH 3 gas supply channels, and the non-NH 3 gas supply channels include NO, NO, and NO as the span gas.
  • a plurality of non-NH 3 gas supply channels for supplying at least two of NO 2 and N 2 O comprising: a plurality of the NH 3 gas supply channels; a plurality of the non-NH 3 gas supply channels; an NH 3 gas collecting flow path for collecting the NH 3 gas supplied from each NH 3 gas supply flow path, and each non-NH 3 gas supply flow path, to which the downstream ends of the respective NH 3 gas supply flow paths are connected; and a non-NH 3 gas collecting flow path for collecting the non-NH 3 gas supplied from each of the non-NH 3 gas supply flow paths.
  • the NH 3 gas aggregate channel and the non-NH 3 gas aggregate channel are connected to vent channels for venting gas remaining in each aggregate channel. By doing so, it is possible to promote replacement of the gas in each integrated flow path.
  • 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 for measuring the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow channel, a sampling unit for sampling a portion of the exhaust gas from the main flow channel, and the sampled by the sampling unit
  • the gas analyzer that analyzes the exhaust gas and measures the concentration of the component to be measured, the flow rate of the exhaust gas measured by the flow meter, and the concentration of the component to be measured measured by the gas analyzer. It is preferable to include a release amount calculation unit that calculates the release amount of the component to be measured based on the above. With this configuration, the gas analyzer can accurately measure the pressure in the measurement cell while maintaining high responsiveness. Mass can be measured with high accuracy.
  • the gas analysis method of the present invention is characterized by analyzing the concentration of the component to be measured contained in the sample gas using the gas analyzer described above. There can exist the same effect as a gas analyzer.
  • the flow rate of the sample gas introduced into the measurement cell during analysis is higher than the flow rate of the calibration gas introduced into the measurement cell during calibration.
  • 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 an overall schematic diagram of an exhaust gas analysis system including the gas analyzer of the same embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a multi-reflection cell according to another embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a multi-reflection cell according to another embodiment;
  • FIG. 2 is an overall schematic diagram of an exhaust gas analysis system according to another embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional multi-reflection cell;
  • 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. (hereinafter also referred to as a sample gas) is introduced into the multi-reflection measurement cell 2, and one or more components to be measured in the exhaust gas (for example, NO, NO 2 , N 2 O or NH 3 and other nitrogen compound components).
  • this gas analyzer 100 comprises a light irradiation section 1, a measurement 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 measurement cell 2 is detected.
  • a light detection unit 3 and an information processing device 4 for analyzing the 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 such as a reflecting mirror that guides the light from the laser light sources 11 to the measurement cell 2 .
  • 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 measuring cell 2 is of a type called a Herriott cell.
  • the measurement cell 2 includes a cell body 21 into which a sample gas is introduced into an internal space S, and a pair of reflecting mirrors 22 provided facing each other inside the cell body 21 .
  • the photodetector 3 includes one or more photodetectors 31 that detect the light intensity of the light emitted after being multiple-reflected within the measurement 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 such as a reflecting mirror is provided between the measurement cell 2 and the photodetector 31 to guide the light emitted from the measurement cell 2 to the photodetector 31 .
  • 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 has a light intensity signal acquisition unit that acquires the light intensity signal output from the photodetector 31 through cooperation of the CPU and its peripheral devices according to a predetermined program stored in a predetermined area of the memory. 41, a concentration calculator 42 that calculates the concentration of each component to be measured by arithmetically processing the acquired light intensity signal, and a measurement calculated according to the pressure in the measurement cell 2 measured by the pressure sensor 8 described later. It exhibits at least a function as the concentration correction unit 43 that corrects the concentration of the target component.
  • the information processing device 4 may have a function as a display section for displaying the concentration of the component to be measured.
  • the gas analyzer 100 also has a gas introduction channel 5 for introducing sample gas sampled into the measurement cell 2 and a gas delivery channel 5 for leading the analyzed sample gas from the measurement cell 2. 6.
  • the gas introduction channel 5 is connected at its upstream end to the sampling part P ⁇ b>0 and at its downstream end to the measurement cell 2 .
  • a gas introduction port 5a formed at the downstream end of an introduction pipe 51 forming the gas introduction flow path 5 opens into the inner wall 2a of the measurement cell 2.
  • a sample gas is introduced into The gas introduction channel 5 is provided with one or more filters F for removing dust contained in the collected sample gas, and a flow rate limiter for limiting the flow rate of the sample gas that has passed through the upstream filter F. 52 are provided in order from the upstream.
  • the upstream filter F is heated by a heating mechanism to a predetermined temperature (eg, 113° C.).
  • the flow restrictor 52 is an orifice (FO) or a needle valve here, and the pressure on the downstream side is reduced compared to the upstream side.
  • a heating pipe is provided between the upstream filter F and the flow rate limiting portion 52 in the gas introduction passage 5 to prevent adsorption of adsorbable gases such as NH 3 in the sample gas and condensation.
  • the gas outlet channel 6 is connected to the measurement cell 2 at its upstream end. Specifically, an outlet port 6a formed at the upstream end of a gas lead-out pipe 61 forming the gas lead-out flow path 6 is open to the inner wall 2a of the measurement cell 2, and the analyzed sample gas is passed through the outlet port 6a. take it in and lead it downstream.
  • a pump 62 for introducing the sample gas into the measurement cell 2 is provided in the gas lead-out channel 6 .
  • the pump 62 creates a negative pressure in the measurement cell 2 , and pumps the flow path from the downstream side of the flow restricting portion 52 in the gas introduction flow path 5 to the measurement cell 2 and the flow path 6 from the measurement cell 2 in the gas discharge flow path 6 .
  • a negative pressure (eg, about 25 kPa) is applied to the flow path up to 62 .
  • the gas analyzer 100 also includes a calibration gas flow path 7 that supplies calibration gases such as zero gas and span gas to the measurement cell 2 for performing calibration (zero calibration and span calibration).
  • the calibration gas channel 7 is provided with a main opening/closing valve 7v for opening and closing the channel.
  • This calibration gas flow path 7 supplies a gas (for example, N 2 or the like) that does not contain the component to be measured and does not affect the spectrum around the component to be measured as a zero gas. Further, this calibration gas flow path 7 supplies a gas containing a predetermined concentration of the component to be measured as a span gas.
  • the component to be measured is at least one of NH 3 , NO, NO 2 and N 2 O.
  • the gas analyzer 100 also has a pressure sensor 8 outside the measurement cell 2 for measuring the pressure of the sample gas in the measurement cell 2 .
  • the pressure sensor 8 is, for example, an electrostatic capacity type diaphragm vacuum gauge.
  • a communicating pipe 82 is provided.
  • the communication pipe 82 has, for example, a straight pipe shape, with one end connected to the sensor main body 81 and a communication port 8a formed at the tip 82t, which is the other end.
  • the pressure sensor 8 is provided such that the communication port 8a of the communication pipe 82 is positioned on the flow path through which the sample gas flows.
  • the pressure sensor 8 is installed so that the gas communication port 8a is located near the outlet port 6a of the gas outlet channel 6, as shown in FIG. there is
  • the communication pipe 82 of the pressure sensor 8 (specifically, the tubular body constituting the communication pipe 82) is partly or wholly of the gas outlet pipe 61 of the gas outlet flow path 6. It is provided inside and configured to form a double pipe structure together with the gas lead-out pipe 61 .
  • a communication pipe 82, which is an inner pipe, is provided inside the gas lead-out pipe 61, which is an outer pipe. The sample gas is led downstream through the channel.
  • the tubular body constituting the communication pipe 82 has a thin tubular shape, and the outer diameter thereof is half or less than the inner diameter of the gas lead-out pipe 61 . In this way, by reducing the proportion of the communication pipe 82 occupying the inside of the gas lead-out pipe 61, the sample gas can flow easily and the responsiveness can be further improved.
  • the gas outlet pipe 61 and the communication pipe 82 are coaxial in the vicinity of the outlet port 6a, and that the gas communication port 8a and the outlet port 6a are open so as to face the same direction. By doing so, it is possible to further improve the responsiveness to pressure fluctuations of the sample gas.
  • the distance between the ends of the gas communication port 8a and the outlet 6a is the same as the outlet. It is preferably less than or equal to the diameter length of 6a, for example, preferably less than or equal to 10 mm or less than or equal to 5 mm. Further, it is preferable that the gas communication port 8a and the outlet port 6a are opened along the inner wall 2a of the measuring cell 2 so as to be substantially flush with each other. By doing so, the gas communication port 8a can be brought very close to the inside of the measuring cell 2, and the pressure inside the measuring cell 2 can be measured more accurately.
  • the gas communication port 8a may protrude from the inner wall 2a of the measuring cell 2 toward the internal space S, or conversely may recede toward the gas lead-out tube 61 side.
  • the pressure sensor 8 can be Since the pressure measurement point can be set at a position close to the internal space S of the measurement cell 2, the pressure in the measurement cell 2 can be accurately measured while reducing the influence of pressure loss. As a result, it is also possible to reduce the difference in line indication when the flow rate of the sample gas differs between the time of measurement and the time of calibration, for example. Moreover, since the pressure sensor 8 is provided outside the measuring cell 2, the structure inside the measuring cell 2 can be simplified. As a result, turbulence is less likely to occur in the measurement cell 2, and the surface area of the cell 2 can be reduced to suppress gas adsorption, thereby maintaining high responsiveness.
  • 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. 3, this exhaust gas analysis system 200 is connected to the chassis dynamometer SD on which the test vehicle V is mounted, and the exhaust pipe EH of the test vehicle V, and the exhaust gas (undiluted) emitted from the engine. A main flow path 210 into which raw exhaust gas is introduced, a flowmeter 220 that measures the flow rate of the exhaust gas flowing through the main flow path 210, a sampling unit 230 that collects a portion of the exhaust gas from the main flow path 210, and a sampling unit 230.
  • the gas analyzer 100 analyzes the exhaust gas sampled by and measures the concentration of the measurement target component, and the control device 240 having a function as an emission amount calculation unit 241 for calculating the emission amount of the measurement target component. I have.
  • the flowmeter 220 is, for example, an ultrasonic flowmeter, but is not limited to this, and may be a pitot tube flowmeter or other type.
  • the sampling unit 230 is configured to sample exhaust gas from a sample point SP set downstream of the flow meter 220 in the main flow path 210 .
  • the emission amount calculator 241 is configured to calculate the emission amount of the measurement target component based on the flow rate (Q1) of the exhaust gas measured by the flow meter 220 and the concentration of the measurement target component measured by the gas analyzer 100. It is Specifically, the discharge amount calculation unit 241 multiplies the flow rate (Q1) of the exhaust gas obtained from the flow meter 220 on the main flow path 210 by the concentration of the measurement target component obtained from the gas analyzer 100 to obtain the measurement Calculate the emission mass of the target component.
  • the gas analyzer 100 can accurately measure the pressure in the measurement cell 2 while maintaining high responsiveness. In addition to being able to measure well, it becomes possible to accurately measure the mass of the component to be measured.
  • gas analyzer 100 and the exhaust gas analysis system 200 of the present invention are not limited to the above embodiments.
  • the pressure sensor 8 is installed so that the communication port 8a is positioned near the outlet port 6a of the gas outlet channel 6, but the present invention is not limited to this.
  • the pressure sensor 8 may be installed such that the gas communication port 8a is located near the inlet 5a of the gas inlet channel 5. FIG. Also in this way, the gas communication port 8a can be brought closer to the inside of the measurement cell 2, and the pressure inside the measurement cell 2 can be measured more accurately.
  • the distance between the ends of the gas communication port 8a and the introduction port 5a (that is, the distance between the end of the introduction port 5a of the gas introduction pipe 51 and the end of the gas communication port 8a) It is preferably set to be equal to or less than the diameter length of 5a, for example, to be equal to or less than 10 mm or equal to or less than 5 mm.
  • the gas communication port 8a and the introduction port 5a are preferably opened along the inner wall 2a of the measurement cell 2 so as to be substantially flush with each other.
  • the gas communication port 8a may protrude toward the internal space S from the inner wall 2a of the measurement cell 2, or may be recessed toward the gas introduction pipe 51 side.
  • the gas outlet pipe 61 and the communication pipe 82 may not be concentric, and the outlet port 6a and the gas communication port 8a may not be flush. Further, the tubular body constituting the communication tube 82 may not be thin, and the outer diameter thereof may not be half or less than the inner diameter of the gas lead-out tube 61 .
  • the communicating tube 82 of the pressure sensor 8 and the gas lead-out tube 61 do not have to have a double tube structure.
  • the pressure sensor 8 has a communicating tube 82 whose distal end portion penetrates the tube wall of the gas lead-out tube 61 so that the gas communicating port 8a is the lead-out port. 6a (the distance from the outlet 6a is preferably equal to or less than the diameter of the outlet 6a, for example, 10 mm or less, preferably 5 mm or less).
  • the pressure measurement point of the pressure sensor 8 can be set at a position close to the internal space S of the measurement cell 2, so that the pressure in the measurement cell 2 can be accurately measured while reducing the influence of pressure loss. will be able to
  • the pressure sensor 8 has a communication tube 82 passing through the side wall 2a of the measurement cell 2 and a gas communication port 8a formed on the side wall 2a. is located near the outlet 6a formed on the side wall 2a (the distance from the outlet 6a is preferably equal to or less than the diameter length of the outlet 6a, for example, 10 mm or less, preferably 5 mm or less).
  • the gas communication port 8a and the outlet port 6a may be connected to each other on the side wall 2a to form a common opening. Even in such a case, the pressure measurement point of the pressure sensor 8 can be set at a position close to the internal space S of the measurement cell 2, so that the pressure in the measurement cell 2 can be accurately measured while reducing the influence of pressure loss. will be able to
  • 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 measurement cell 2 may not be a multi-reflection cell.
  • the measuring cell 2 may not be a Herriott cell, but 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 detect hydrocarbons such as CH4 , sulfur compounds such as SO2, CO, CO2 , H2O , alcohols, aldehydes, and the like. It may be configured to measure the concentration of the component to be measured.
  • the calibration gas flow path 7 includes a plurality of types of span gases corresponding to a plurality of components to be measured (here, low-concentration NO gas, high-concentration NO gas, low-concentration NO 2 gas, high-concentration NO 2 gas, low-concentration N 2 O gas, high-concentration N 2 O gas, low-concentration NH 3 gas, or high-concentration NH 3 gas).
  • the calibration gas flow path 7 of this embodiment may include a plurality of span gas supply flow paths 73 corresponding to each span gas described above.
  • the calibration gas channel 7 includes a plurality of span gas supply channels (also referred to as non-NH 3 gas supply channels) 73a to 73f for supplying gases other than NH 3 (also referred to as non-NH 3 gas) as span gases. and a plurality of span gas supply passages (also referred to as NH 3 gas supply passages) 73g and 73h for supplying NH 3 gas as span gas.
  • the zero gas supply channel 72 and the plurality of span gas supply channels 73 a - 73 h may be in a parallel relationship with respect to the main calibration gas channel 71 .
  • the zero gas supply channel 72 and each of the span gas supply channels 73a to 73f may be connected to corresponding gas sources such as gas cylinders at their upstream ends.
  • the zero gas supply channel 72 and the span gas supply channels 73a to 73f may be provided with on-off valves and filters for opening and closing the channels.
  • a plurality of NH 3 gas supply channels 73g and 73h and a plurality of non-NH 3 gas supply channels 73a to 73f are provided independently of each other. It may be provided so as to join the calibration gas flow path 71 separately.
  • the calibration gas channel 7 of this embodiment is connected to the downstream ends of the NH 3 gas supply channels 73g and 73h, and collects the NH 3 gas supplied from the NH 3 gas supply channels 73g and 73h.
  • the NH 3 gas aggregation passage 74 is connected to the downstream ends of the non-NH 3 gas supply passages 73a to 73f, and the non-NH 3 gases supplied from the non-NH 3 gas supply passages 73a to 73f are aggregated. and a non-NH 3 gas aggregate flow path 75 .
  • the NH 3 gas aggregate channel 74 and the non-NH 3 gas aggregate channel 75 are provided independently of each other and are low, and are in a parallel relationship with respect to the main calibration gas channel 71, and their downstream ends are It may be connected to a confluence point 7p set upstream of the main on-off valve 7v in the main calibration gas flow path 71 .
  • On-off valves 74v and 75v for opening and closing the flow paths may be provided in the integrated flow paths 74 and 75, respectively.
  • Vent channels 741 and 751 for venting gas remaining in each channel are connected to the upstream side of the on-off valves 74v and 75v in the NH 3 gas aggregate channel 74 and the non-NH 3 gas aggregate channel 75, respectively.
  • Each vent channel 741, 751 may be provided with a pressure loss mechanism C such as a capillary or an orifice.
  • the non-NH 3 gas aggregate channel 75 of this embodiment is connected to the downstream end of the zero gas supply channel 72 so as to aggregate the zero gas such as N 2 gas flowing through the zero gas supply channel 72 together with the non-NH 3 gas. may be configured to
  • the calibration gas flow path 7 may not have multiple non-NH 3 gas supply flow paths and multiple NH 3 gas supply flow paths, but only one of either or both. may Even in this case, the NH 3 gas supply channel and the non-NH 3 gas supply channel are provided independently of each other, and are separately joined to the main calibration gas channel 71, so that the main calibration gas Direct mixing of NH 3 and NO 2 in the flow path up to the flow path 71 can be prevented to prevent generation of ammonium nitrate.
  • the sampling unit 230 samples part of the exhaust gas from directly below the exhaust pipe EH upstream of the flow meter 220 in the main flow path 210. It may be configured as
  • the flow meter 220 of this embodiment may measure 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 obtained by subtracting the flow rate of the exhaust gas sampled by the sampling unit 230 from the total flow rate of the exhaust gas introduced into the main flow path 210 from the exhaust pipe EH of the test vehicle V. It can be said.
  • the sampling unit 230 may be configured to sample the exhaust gas from directly below the exhaust pipe EH in the main flow path 210 (immediately after the exit).
  • the area from the outlet of the exhaust pipe EH in the main flow path 210 to the sample point SP may be heated and temperature-controlled by a heating mechanism 211 in order to prevent adsorption of adsorptive gases such as NH 3 and condensation. It may be kept warm by a heat insulating material or the like. In this way, gas adsorption on the pipe inner wall between the outlet of the exhaust pipe EH and the sample point SP can be reduced, and the discharge amount of the component to be measured can be calculated more accurately. Further, the inner surface of the piping in the temperature control section of the main flow path 210 may be polished so as to prevent the adsorption of the adsorptive gas.
  • the discharge amount calculation unit 241 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 measured flow rate measured by the gas analyzer 100. It may be configured to calculate the emission amount of the measurement target component based on the concentration of the target component. Specifically, the discharge amount calculation unit 241 calculates the main flow rate (Q1) measured by the flow meter 220 on the main flow path 210 and the sampling flow rate (Q2 ) and summed up to calculate the corrected flow rate (Q3). Then, the emission mass of the measurement target component may be calculated by multiplying the concentration of the measurement target component acquired from the gas analyzer 100 by the corrected flow rate. As 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 another 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 exhaust gas analysis system 200 measures the components to be measured in the exhaust gas emitted in a test using a chassis dynamometer, but 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 an on-vehicle type that is attached to the test vehicle V. FIG.
  • the gas analyzer 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 flue gas discharged 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. .

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Abstract

試料ガスに含まれる測定対象成分の濃度を分析するガス分析装置であって、測定セルと、前記試料ガスを前記測定セルに導入するガス導入流路と、前記測定セルから前記試料ガスを導出するガス導出流路と、前記測定セル内の圧力を測定する圧力センサと、前記測定セルに光を照射する光源と、前記測定セルを通過した光の光強度に基づいて、前記試料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、算出された前記測定対象成分の濃度を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて補正する濃度補正部とを備え、前記圧力センサが、センサ本体と、前記センサ本体と前記測定セルとを連通させる連通管とを備え、前記連通管の先端が、前記測定セル内に開口する前記ガス導入流路の導入口又は前記ガス導出流路の導出口の近傍に設置されているガス分析装置。

Description

ガス分析装置、排ガス分析システム及びガス分析方法
　本発明は、例えば排ガス等を分析するガス分析装置、排ガス分析システム及びガス分析方法に関するものである。
　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、試料ガスを導入した測定セル内に光を照射し、測定セルを通過した光の強度に基づいて試料ガス中の測定対象成分の濃度が分析される。このようなガス分析装置では、測定セル内における分子による赤外光の吸収量は測定セル内の圧力によって変化するため、測定セル内の圧力を測定し、この測定した圧力値に基づいて測定対象成分の濃度を補正するのが好ましい。例えば特許文献１では、測定セル内に圧力センサを取り付けることにより、測定セル内の試料ガスの圧力を測定するようにしている。
国際公開２０１９－１５９５８１号公報
　しかしながら、上記した特許文献１のように測定セル内に圧力センサを設置する場合には、測定セル内で乱流が生じやすくなり、また表面積も増えるため、応答性が低下することがある。特に試料ガス中にＮＨ３等の吸着性の高いガスが含まれている場合には、応答性の低下は顕著になる。
　このような問題を解決すべく発明者らは、図７に示すように、測定セルから試料ガスを導出するガス導出流路に圧力センサを取り付けて試料ガスの圧力を測定することを考えた。この構成では、圧力センサの圧力測定ポイントが測定セル内から離れてしまうため、試料ガスが測定セルを出てから圧力測定ポイントに到達するまでの間に圧力損失が生じるが、この圧力損失は軽微であるため、測定セル内の圧力をほぼ正確に測定できていると考えられていた。
　しかしながら、発明者らが更に検討したところ、試料ガスの測定時と校正時とで測定セルに導入するガス流量に差をある場合、この流量差により圧力損失の程度にも差が生じていることが判明した。発明者らが更に検討を重ねたところ、測定セル内の圧力は測定時と校正時とで差が出ないようにレギュレータ等により調整するようにしているが、圧力センサが測定した値に基づいて測定セル内の圧力を調整すると、調整後の測定セル内の真の圧力は測定時と校正時とで異なった値となってしまうことになり、これが原因で、測定対象成分の濃度補正が正しく機能せず、試料ガスの測定時と校正時とでライン指示差が生じてしまうことが判明した。
　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、高い応答性を保ちながら、測定セル内の正確な圧力を測定す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、試料ガスに含まれる測定対象成分の濃度を分析するものであって、測定セルと、前記試料ガスを前記測定セルに導入するガス導入流路と、前記測定セルから前記試料ガスを導出するガス導出流路と、前記測定セル内の圧力を測定する圧力センサと、前記測定セルに光を照射する光源と、前記測定セルを通過した光の光強度に基づいて、前記試料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、算出された前記測定対象成分の濃度を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて補正する濃度補正部とを備え、前記圧力センサが、センサ本体と、前記センサ本体と前記測定セルとを連通する連通管とを備え、前記連通管の先端が、前記測定セル内に開口する前記ガス導入流路の導入口又は前記ガス導出流路の導出口の近傍に設置されていることを特徴とする。
　このようなものであれば、圧力センサの連通管の先端をガス導入流路の導入口又はガス導出流路の導出口の近傍に設置することで、圧力センサの圧力測定ポイントを測定セル内の空間に近い位置に設定できるので、圧力損失の影響を小さくして測定セル内の圧力を正確に測定することができるようになる。これにより、例えば試料ガスの測定時と校正時等の流量が異なる場合のライン指示差も小さくすることもできる。
　しかも圧力センサを測定セル内に設ける必要がないので、測定セル内の構造をシンプルにできる。このため測定セル内において乱流が生じにくくなり、また表面積も小さくしてガスの吸着を抑制できるので、高い応答性を保つことができる。
　前記したガス分析装置は、前記センサ本体と前記測定セルとを連通させる前記連通管の管体が、前記ガス導入流路を形成するガス導入管又は前記ガス導出流路を形成するガス導出管の内側に設けられ、当該ガス導入管又はガス導出管とともに二重管構造をなしているものが好ましい。
　このようにすれば、連通管の先端を試料セル内により近づけることができるので、圧力損失の影響をより小さくして測定セル内の圧力をより正確に測定できる。
　また前記ガス分析装置は、前記連通管の先端に形成されたガス連通口と、前記ガス導入流路の導入口又は前記ガス導出流路の導出口とが略面一となっているのが好ましい。
　このようにすれば、ガス連通口を測定セル内に極めて近づけることができ、測定セル内の圧力をより正確に測定できる。また連通管の先端が試料セル内に飛び出さないので、応答性を低下させることもない。
　ガス導入管又はガス導出管内を占める連通管の割合が大きすぎると、試料ガスが流れにくくなり応答性が低下する恐れがある。そのため、圧力センサの具体的な態様としては、前記連通管の外径が、その外側に設けられた前記ガス導入管又は前記ガス導出管の内径の半分以下であるものが好ましい。また同様の理由から、前記連通管の外管壁に研磨加工が施されているのが好ましい。
　前記したように試料ガスの流路上に圧力センサの連通管の先端を設ける場合、この先端近傍で多少なりとも乱流を生じてしまうため、応答性の低下抑制の観点から、連通管の先端は流路における下流側に設けるのが好ましい。
　そのため、前記ガス分析装置では、連通管の先端が、ガス導入流路の導入口の近傍よりも、ガス導出流路の導出口の近傍に設置されているのが好ましい。
　ところで、上記したガス分析装置では、複数の窒素化合物成分（ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ又はＮＨ３等）を測定対象成分とすることがあり、各窒素化合物成分に対応するスパンガスを供給するための複数の流路（スパンガス供給流路）を設けることがある。この場合、複数のスパンガス流路の全てを１つの流路に接続して集約するようにすると、スパンガスを供給する順番によっては、流路に残留しているＮＨ３ガス（又はＮＯ２ガス）と、供給したＮＯ２ガス（ＮＨ３ガス）とが混ざり合うことで、流路上に硝酸アンモニウムが生成されてしまうことがある。
　このため、前記ガス分析装置は、前記測定セルに校正ガスを供給する校正ガス流路を更に備え、当該校正ガス流路が、前記ガス導入流路又は前記測定セルに接続されたメイン校正ガス流路と、前記メイン校正ガス流路に、スパンガスとしてＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給流路と、前記メイン校正ガス流路に、スパンガスとしてＮＨ３ガス以外のガスである非ＮＨ３ガスを供給する非ＮＨ３ガス供給流路とを備え、前記ＮＨ３ガス供給流路と前記非ＮＨ３ガス供給流路とが互いに独立して設けられ、前記メイン校正ガス流路に別々に合流するように構成されているのが好ましい。
　このようにすれば、ＮＨ３ガス供給流路を、非ＮＨ３ガス供給流路と独立して設け、メイン校正ガス流路に別々に合流させることで、非ＮＨ３ガスとしてＮＯ２を含む場合に、メイン校正ガス流路までの流路上でＮＨ３とＮＯ２とが直接混ざり合わないようにし、硝酸アンモニウムの生成を防止することができる。
　このようなガス分析装置の具体的な態様としては、前記ＮＨ３ガス供給流路は、複数の前記ＮＨ３ガス供給流路を備え、前記非ＮＨ３ガス供給流路は、前記スパンガスとしてＮＯ、ＮＯ２又はＮ２Ｏの中から少なくとも２つを供給する複数の非ＮＨ３ガス供給流路を備え、複数の前記ＮＨ３ガス供給流路と、複数の前記非ＮＨ３ガス供給流路と、前記各ＮＨ３ガス供給流路の下流端が接続され、前記各ＮＨ３ガス供給流路から供給されるＮＨ３ガスを集約するＮＨ３ガス集約流路と、前記各非ＮＨ３ガス供給流路の下流端が接続され、前記各非ＮＨ３ガス供給流路から供給される非ＮＨ３ガスを集約する非ＮＨ３ガス集約流路とを備えるものが挙げられる。
　また、前記ＮＨ３ガス集約流路と前記非ＮＨ３ガス集約流路には、各集約流路内に残留するガスを抜くためのベント流路が接続されているのが好ましい。
　このようにすれば、各集約流路内のガスの置換を促進できる。
　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前記排ガスの流量と、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、ガス分析装置により高い応答性を保ちながら、測定セル内の正確な圧力を測定できるので、測定対象成分の濃度を精度よく測定することができるとともに、測定対象成分の排出質量を精度よく測定することができるようになる。
　また本発明のガス分析方法は、前記したガス分析装置を用いて試料ガスに含まれる測定対象成分の濃度を分析することを特徴とする
　このようなガス分析方法によれば、前記した本発明のガス分析装置と同様の作用効果を奏することができる。
　また本発明の効果を顕著に奏する態様としては、分析時に前記測定セルに導入される前記試料ガスの流量が、校正時に前記測定セルに導入される校正ガスの流量よりも大きいものが挙げられる。
　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、高い応答性を保ちながら、測定セル内の正確な圧力を測定することができる。
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。 同実施形態ガス分析装置を備える排ガス分析システムの全体模式図。 他の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。 他の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。 他の実施形態における校正ガス流路の構成を模式的に示す図。 他の実施形態に係る排ガス分析システムの全体模式図。 従来の多重反射型セルの構成を模式的に示す断面図。
　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、試料ガスともいう）を多重反射型の測定セル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、試料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測定セル２と、測定セル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試料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からの光を測定セル２に案内する反射ミラー等の案内機構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。
　測定セル２は、ヘリオットセルと称されるタイプのものである。この測定セル２は、内部空間Ｓに試料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。
　光検出部３は、測定セル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、測定セル２と光検出器３１との間には、測定セル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等の案内機構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、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、後述する圧力センサ８が測定した測定セル２内の圧力に応じて、算出された測定対象成分の濃度を補正する濃度補正部４３としての機能を少なくとも発揮する。なお、情報処理装置４は、測定対象成分の濃度等を表示する表示部としての機能を具備してもよい。
　ガス分析装置１００はまた、図１及び図２を示すように、採取した試料ガスを測定セル２に導入するガス導入流路５と、分析した試料ガスを測定セル２から導出するガス導出流路６とを備えている。
　ガス導入流路５は、その上流端が試料採取部Ｐ０に接続され、その下流端が測定セル２に接続されている。具体的には、ガス導入流路５を形成する導入管５１の下流端に形成されたガス導入口５ａが測定セル２の内壁２ａに開口しており、このガス導入口５ａから測定セル２内に試料ガスが導入される。ガス導入流路５には、採取された試料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Ｆと、当該上流側フィルタＦを通過した試料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Ｆは、所定の温度（例えば１１３℃）になるよう加熱機構により加熱されている。流量制限部５２は、ここではオリフィス（ＦＯ）又はニードルバルブであり、その下流側が上流側に比べて減圧される。またガス導入流路５における上流側フィルタＦと流量制限部５２との間には、試料ガス中の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が設けられている。
　ガス導出流路６は、その上流端が測定セル２に接続されている。具体的には、ガス導出流路６を形成するガス導出管６１の上流端に形成された導出口６ａが測定セル２の内壁２ａに開口しており、分析した試料ガスをこの導出口６ａから取り込み、これを下流側に導出する。ガス導出流路６には、試料ガスを測定セル２に導入するためのポンプ６２が設けられている。このポンプ６２は、測定セル２内を負圧にするとともに、ガス導入流路５における流量制限部５２の下流側から測定セル２までの流路、及びガス導出流路６における測定セル２からポンプ６２までの流路を負圧（例えば約２５ｋＰａ）にする。
　またガス分析装置１００は、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を測定セル２に供給する校正ガス流路７を備えている。校正ガス流路７には、流路を開閉するメイン開閉弁７ｖが設けられている。
　この校正ガス流路７は、測定対象成分が含まれておらず、かつ測定対象成分付近のスペクトルに影響を及ぼさないガス（例えばＮ２等）をゼロガスとして供給する。またこの校正ガス流路７は、測定対象成分を所定濃度含むガスをスパンガスとして供給する。ここでは、測定対象成分がＮＨ３、ＮＯ、ＮＯ２又はＮ２Ｏの少なくとも１つであるとして説明する。
　またガス分析装置１００は、測定セル２内の試料ガスの圧力を測定するための圧力センサ８を測定セル２の外側に備えている。この圧力センサ８は、例えば静電容量型のダイヤフラム真空計であり、試料ガスの圧力を受けて変形するダイヤフラム等のセンシング部を備えるセンサ本体８１と、センサ本体８１と測定セル２とを連通させる連通管８２とを備えている。この連通管８２は、一方の端部がセンサ本体８１に接続し、他方の端部である先端８２ｔに連通口８ａが形成された例えば直管状をなすものである。圧力センサ８は、連通管８２の連通口８ａが、試料ガスが流れる流路上に位置するようにして設けられている。
　しかして本実施形態のガス分析装置１００では、図２に示すように、圧力センサ８は、そのガス連通口８ａが、ガス導出流路６の導出口６ａの近傍に位置するように設置されている。
　具体的に本実施形態では、圧力センサ８の連通管８２（具体的には、連通管８２を構成する管体）は、その一部又は全部が、ガス導出流路６のガス導出管６１の内側に設けられて、ガス導出管６１とともに二重管構造をなすように構成されている。外管であるガス導出管６１の内側に内管である連通管８２が設けられており、連通管８２の外管壁とガス導出管６１の内管壁との間に形成された円環状の流路を通って、試料ガスが下流側に導出される。
　連通管８２を構成する管体は細管状をなし、その外径はガス導出管６１の内径の半分以下となっているのが好ましい。このようにすれば、ガス導出管６１内を占める連通管８２の割合を小さくすることで、試料ガスを流れ易くして応答性をより向上できる。
　またガス導出管６１と連通管８２は、導出口６ａの近傍において同軸状をなし、ガス連通口８ａと導出口６ａとは同じ方向を向くように開口しているのが好ましい。このようにすれば、試料ガスの圧力変動に対する応答性をより向上できる。
　またガス連通口８ａと導出口６ａとは、端部間の距離（すなわち、ガス導出管６１の導出口６ａの端部と、ガス連通口８ａの端部との間の距離）が、導出口６ａの口径長さ以下であるのが好ましく、例えば１０ｍｍ以下もしくは５ｍｍ以下となるように設定されているのが好ましい。またガス連通口８ａと導出口６ａとは、測定セル２の内壁２ａに沿って互いに略面一となるように開口しているのが好ましい。このようにすれば、ガス連通口８ａを測定セル２内に極めて近づけることができ、測定セル２内の圧力をより正確に測定できる。なおガス連通口８ａは、測定セル２の内壁２ａよりも内部空間Ｓ側に突出していてもよく、逆にガス導出管６１側に引っ込んでいてもよい。
　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、圧力センサ８の連通管８２の先端８２ｔをガス導出流路６の導出口６ａの近傍に設置することで、圧力センサ８の圧力測定ポイントを測定セル２の内部空間Ｓに近い位置に設定できるので、圧力損失の影響を小さくして、測定セル２内の圧力を正確に測定することができるようになる。これにより、例えば試料ガスの測定時と校正時等の流量が異なる場合のライン指示差も小さくすることもできる。しかも圧力センサ８を測定セル２の外に設けるので、測定セル２内の構造をシンプルにできる。このため測定セル２内において乱流が生じにくくなり、また表面積も小さくしてガスの吸着を抑制できるので、高い応答性を保つことができる。
（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３に示すように、試験車両Ｖが載置されるシャシダイナモメータＳＤと、試験車両Ｖ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）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２４１としての機能を備える制御装置２４０とを備えている。
　流量計２２０は、例えば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における流量計２２０の下流側に設定したサンプルポイントＳＰから、排ガスを採取するように構成されている。
　排出量算出部２４１は、流量計２２０が測定した排ガスの流量（Ｑ１）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２４１は、メイン流路２１０上の流量計２２０から取得した排ガスの流量（Ｑ１）と、ガス分析装置１００から取得した測定対象成分の濃度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。
　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、ガス分析装置１００により高い応答性を保ちながら、測定セル２内の正確な圧力を測定できるので、測定対象成分の濃度を精度よく測定することができるとともに、測定対象成分の排出質量を精度よく測定することができるようになる。
（３）その他の実施形態
　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、前記実施形態では、圧力センサ８は、その連通口８ａがガス導出流路６の導出口６ａの近傍に位置するようにして設置されていたがこれに限らない。他の実施形態では、圧力センサ８は、ガス導入流路５の導入口５ａの近傍にそのガス連通口８ａが位置するようにして設置されていてもよい。このようにしても、ガス連通口８ａを測定セル２内に近づけることができ、測定セル２内の圧力をより正確に測定できる。この場合、ガス連通口８ａと導入口５ａとは、端部間の距離（すなわち、ガス導入管５１の導入口５ａの端部と、ガス連通口８ａの端部との距離）が、導入口５ａの口径長さ以下であるのが好ましく、例えば１０ｍｍ以下もしくは５ｍｍ以下となるように設定されているのが好ましい。またガス連通口８ａと導入口５ａとは、測定セル２の内壁２ａに沿って互いに略面一となるように開口しているのが好ましい。なおガス連通口８ａは、測定セル２の内壁２ａよりも内部空間Ｓ側に突出していてもよく、逆にガス導入管５１側に引っ込んでいてもよい。
　また他の実施形態では、ガス導出管６１と連通管８２は同心状でなくてもよく、導出口６ａとガス連通口８ａとは面一になるように形成されていなくてもよい。また、連通管８２を構成する管体は細管状でなくてもよく、その外径はガス導出管６１の内径の半分以下でなくてもよい。
　さらに他の実施形態では、圧力センサ８の連通管８２のガス導出管６１とが二重管構造をなさなくてもよい。例えば他の実施形態のガス分析装置１００では、図４に示すように、圧力センサ８は、連通管８２の先端部がガス導出管６１の管壁を貫通して、ガス連通口８ａを導出口６ａの近傍（導出口６ａからの距離が導出口６ａの口径長さ以下であるのが好ましく、例えば１０ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍ以下）に位置させるようにして設けられてもよい。このような場合でも、圧力センサ８の圧力測定ポイントを測定セル２の内部空間Ｓに近い位置に設定できるので、圧力損失の影響を小さくして、測定セル２内の圧力を正確に測定することができるようになる。
　また他の実施形態のガス分析装置１００では、図５に示すように、圧力センサ８は、連通管８２が測定セル２の側壁２ａを貫通し、側壁２ａ上に形成されたそのガス連通口８ａが、側壁２ａ上に形成された導出口６ａの近傍（導出口６ａからの距離が導出口６ａの口径長さ以下であるのが好ましく、例えば１０ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍ以下）に位置するようにして設けられてもよい。この場合、図５に示すように、ガス連通口８ａと導出口６ａとが側壁２ａ上で連なって共通の開口を形成するようにしてもよい。このような場合でも、圧力センサ８の圧力測定ポイントを測定セル２の内部空間Ｓに近い位置に設定できるので、圧力損失の影響を小さくして、測定セル２内の圧力を正確に測定することができるようになる。
　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。また測定セル２は多重反射型セルでなくてもよい。また測定セル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、Ｈ２Ｏ、アルコール類又はアルデヒド類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。
　また、他の実施形態のガス分析装置１００の校正ガス流路７について、図６を用いて説明する。
　他の実施形態の校正ガス流路７は、図６に示すように、ガス導入流路５又は測定セル２にその下流端が接続されたメイン校正ガス流路７１と、メイン校正ガス流路７１にゼロガスを供給するゼロガス供給流路７２と、メイン校正ガス流路７１にスパンガスを供給するスパンガス供給流路７３とを備えていてよい。
　この実施形態では、校正ガス流路７は、複数の測定対象成分に対応する複数種類のスパンガス（ここでは、低濃度ＮＯガス、高濃度ＮＯガス、低濃度ＮＯ２ガス、高濃度ＮＯ２ガス、低濃度Ｎ２Ｏガス、高濃度Ｎ２Ｏガス、低濃度ＮＨ３ガス、又は高濃度ＮＨ３ガス）を供給するように構成されていてよい。そしてこの実施形態の校正ガス流路７は、図６に示すように、前記した各スパンガスに対応する複数のスパンガス供給流路７３を備えていてよい。具体的には、校正ガス流路７は、スパンガスとしてＮＨ３以外のガス（非ＮＨ３ガスともいう）を供給する複数のスパンガス供給流路（非ＮＨ３ガス供給流路ともいう）７３ａ～７３ｆと、スパンガスとしてＮＨ３ガスを供給する複数のスパンガス供給流路（ＮＨ３ガス供給流路ともいう）７３ｇ，７３ｈとを備えていてよい。ゼロガス供給流路７２と複数のスパンガス供給流路７３ａ～７３ｈは、メイン校正ガス流路７１に対して互いに並列な関係となっていてよい。なおゼロガス供給流路７２及び各スパンガス供給流路７３ａ～７３ｆは、その上流端が対応するガスボンベ等のガス源に接続されてよい。なおゼロガス供給流路７２及び各スパンガス供給流路７３ａ～７３ｆには、流路を開閉する開閉弁とフィルタとが設けられてよい。
　そしてこの実施形態の校正ガス流路７では、複数のＮＨ３ガス供給流路７３ｇ、７３ｈと、複数の非ＮＨ３ガス供給流路７３ａ～７３ｆとが、互いに独立して設けられており、メイン校正ガス流路７１に別々に合流するように設けられていてよい。
　具体的にこの実施形態の校正ガス流路７は、各ＮＨ３ガス供給流路７３ｇ、７３ｈの下流端が接続され、各ＮＨ３ガス供給流路７３ｇ、７３ｈから供給されるＮＨ３ガスを集約するＮＨ３ガス集約流路７４と、各非ＮＨ３ガス供給流路７３ａ～７３ｆの下流端が接続され、各非ＮＨ３ガス供給流路７３ａ～７３ｆから供給される非ＮＨ３ガスを集約する非ＮＨ３ガス集約流路７５とを備えていてよい。ＮＨ３ガス集約流路７４と非ＮＨ３ガス集約流路７５とは、互いに独立して設けられ低おり、またメイン校正ガス流路７１に対して互いに並列な関係にあり、その下流端が、メイン校正ガス流路７１におけるメイン開閉弁７ｖの上流に設定された合流点７ｐに接続されていてよい。各集約流路７４，７５には、流路を開閉する開閉弁７４ｖ、７５ｖがそれぞれ設けられていてよい。
　またＮＨ３ガス集約流路７４と非ＮＨ３ガス集約流路７５における開閉弁７４ｖ、７５ｖの上流側には、各流路内に残留するガスを抜くためのベント流路７４１、７５１がそれぞれ接続されていてもよい。各ベント流路７４１，７５１には、キャピラリ又はオリフィス等の圧力損失機構Ｃがそれぞれ設けられていてもよい。またこの実施形態の非ＮＨ３ガス集約流路７５は、ゼロガス供給流路７２の下流端が接続され、非ＮＨ３ガスとともに、ゼロガス供給流路７２を流れるＮ２ガス等のゼロガスを集約するように構成されていてもよい。
　このように、複数のＮＨ３ガス供給流路７３ｇ、ｈと、複数の非ＮＨ３ガス供給流路７３ａ～ｆとを互いに独立して設けることで、メイン校正ガス流路７１までの集約流路７４，７５上でＮＨ３とＮＯ２とが直接混ざり合わないようにし、硝酸アンモニウムの生成を防止することができる。
　また更に他の実施形態では、校正ガス流路７は、非ＮＨ３ガス供給流路とＮＨ３ガス供給流路の両方を複数ずつ備えていなくてもよく、いずれか又は両方が１つであってもよい。この場合であっても、ＮＨ３ガス供給流路と、非ＮＨ３ガス供給流路とを互いに独立して設け、メイン校正ガス流路７１に別々に合流させるようにすることで、メイン校正ガス流路７１までの流路でＮＨ３とＮＯ２とが直接混ざり合わないようにし、硝酸アンモニウムの生成を防止することができる。
　また、他の実施形態の排ガス分析システム２００について、図７を用いて説明する。
　図７に示すように、他の実施形態の排ガス分析システム２００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てもよい。
　具体的には、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）を測定するようにしてよい。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Ｖ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。
　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よい。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てもよく、また断熱材等により保温されていてもよい。このようにすれば、排気管ＥＨの出口からサンプルポイントＳＰ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、吸着性ガスの吸着を防止するように、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ていてもよい。
　そしてこの排ガス分析システム２００では、排出量算出部２４１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てもよい。具体的にこの排出量算出部２４１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）を算出してもよい。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してもよい。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。
　このように構成した他の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。
　前記各実施形態では、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Ｖに取付けられる車載型のものであってもよい。
　前記各実施形態では、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、本発明は前記各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、高い応答性を保ちながら、測定セル内の正確な圧力を測定することができる。
　１００・・・ガス分析装置
　１　　・・・光照射部
　２　　・・・測定セル
　５　　・・・ガス導入流路
　５ａ　・・・導入口
　６　　・・・ガス導出流路
　６ａ　・・・導出口
　８　　・・・圧力センサ
　８１　・・・センサ本体
　８２　・・・連通管
　８ａ　・・・連通口

 

Claims (12)

  1. 　試料ガスに含まれる測定対象成分の濃度を分析するガス分析装置であって、
    　測定セルと、
    　前記試料ガスを前記測定セルに導入するガス導入流路と、
    　前記測定セルから前記試料ガスを導出するガス導出流路と、
    　前記測定セル内の圧力を測定する圧力センサと、
    　前記測定セルに光を照射する光源と、
    　前記測定セルを通過した光の光強度に基づいて、前記試料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、
    　算出された前記測定対象成分の濃度を、前記圧力センサが測定した圧力に基づいて補正する濃度補正部とを備え、
    　前記圧力センサが、センサ本体と、前記センサ本体と前記測定セルとを連通させる連通管とを備え、
    　前記連通管の先端が、前記測定セル内に開口する前記ガス導入流路の導入口又は前記ガス導出流路の導出口の近傍に設置されるガス分析装置。
  2. 　前記センサ本体と前記測定セルとを連通させる前記連通管の管体が、前記ガス導入流路を形成するガス導入管又は前記ガス導出流路を形成するガス導出管の内側に設けられ、当該ガス導入管又はガス導出管とともに二重管構造をなしている請求項１に記載のガス分析装置。
  3. 　前記連通管の先端に形成された連通口と、前記ガス導入流路の導入口又は前記ガス導出流路の導出口とが略面一となっている請求項２に記載のガス分析装置。
  4. 　前記連通管の外径が、その外側に設けられた前記ガス導入管又は前記ガス導出管の内径の半分以下である請求項２又は３に記載のガス分析装置。
  5. 　前記連通管の外管壁に研磨加工が施されている請求項２～４のいずれか一項に記載のガス分析装置。
  6. 　前記連通管の先端が、前記ガス導出流路の導出口の近傍に設置されている請求項１～５のいずれか一項に記載のガス分析装置。
  7. 　前記測定セルに校正ガスを供給する校正ガス流路を更に備え、当該校正ガス流路が、
    　前記ガス導入流路又は前記測定セルに接続されたメイン校正ガス流路と、
    　前記メイン校正ガス流路に、スパンガスとしてＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給流路と、
    　前記メイン校正ガス流路に、スパンガスとしてＮＨ３ガス以外のガスである非ＮＨ３ガスを供給する非ＮＨ３ガス供給流路とを備え、
    　前記ＮＨ３ガス供給流路と前記非ＮＨ３ガス供給流路とが互いに独立して設けられ、前記メイン校正ガス流路に別々に合流するように構成されている請求項１～６のいずれか一項に記載のガス分析装置。
  8. 　前記ＮＨ３ガス供給流路は、複数の前記ＮＨ３ガス供給流路を備え、
    　前記非ＮＨ３ガス供給流路は、前記スパンガスとしてＮＯ、ＮＯ２又はＮ２Ｏの中から少なくとも２つを供給する複数の非ＮＨ３ガス供給流路を備え
    　前記各ＮＨ３ガス供給流路の下流端が接続され、前記各ＮＨ３ガス供給流路から供給されるＮＨ３ガスを集約するＮＨ３ガス集約流路と、
    　前記各非ＮＨ３ガス供給流路の下流端が接続され、前記各非ＮＨ３ガス供給流路から供給される非ＮＨ３ガスを集約する非ＮＨ３ガス集約流路とを備える請求項７に記載のガス分析装置。
  9. 　前記ＮＨ３ガス集約流路と前記非ＮＨ３ガス集約流路に、流路内に残留するガスを抜くためのベント流路がそれぞれ接続されている請求項７又は８に記載のガス分析装置。
  10. 　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１～９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前記排ガスの流量と、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。
  11. 　請求項１～９のいずれか一項に記載のガス分析装置を用いて試料ガスに含まれる測定対象成分の濃度を分析するガス分析方法。
  12. 　分析時に前記測定セルに導入される前記試料ガスの流量が、校正時に前記測定セルに導入される校正ガスの流量よりも大きい請求項１１に記載のガス分析方法。

     
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