JP2000009639A

JP2000009639A - 赤外線ガス分析装置

Info

Publication number: JP2000009639A
Application number: JP17625898A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Asami; 哲司浅見
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】流路の構成が簡単であり、しかも、煩雑な制
御を要することなく、分析感度を向上させることができ
る赤外線ガス分析装置を提供すること。【解決手段】ガス分析部１２に試料ガスＳを供給する
ライン１０に加圧ポンプ１７を設けた赤外線ガス分析装
置において、前記試料ガス供給ライン１０の加圧ポンプ
１７より上流側に一つのクリチカルフローベンチュリ１
８を設けるとともに、ガス分析部１２のガス排出ライン
１１に他のクリチカルフローベンチュリ１９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種の排気や大
気に含まれるガス（成分）を分析する赤外線ガス分析装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の排気や大気に含まれるガスを分析
する赤外線ガス分析計は、ガスが特定の波長域の赤外光
を吸収することを利用してそのガスを分析するもので、
例えば図３に示すように、両端が赤外線透過性のセル窓
１ａ，１ｂで封止され、比較ガスを封入した比較セル１
と、両端がセル窓２ａ，２ｂで封止され試料ガス（サン
プルガス）Ｓが供給される測定セル２とが互いに並列に
配置され、測定セル２には試料ガスＳの供給口２ｃと排
出口２ｄとが設けられている。

【０００３】そして、セル１，２の一側に光源３，４
が、他側に測定対象成分（ガス）を封入した受光室５
ａ，５ｂをセル１，２に対応させるようにしてコンデン
サマイクロフォン検出器５がそれぞれ配置されている。
６はセル１，２と光源３，４との間に介装される光チョ
ッパ、７，８はセル１，２とコンデンサマイクロフォン
検出器５との間に介装される、干渉成分光を反射し、測
定成分光のみを透過させる光学フィルタである。９は前
置増幅器である。１０，１１は測定セル２に接続される
試料ガス供給ライン、ガス排出ラインである。

【０００４】前記構成のガス分析計においては、測定セ
ル２に対して試料ガスＳを供給しながら光源３，４から
の赤外光を光チョッパ６で断続光としてセル１，２に入
射させる。そして、光学フィルタ７，８を透過してコン
デンサマイクロフォン検出器５に入射した赤外光の量の
差に基づいて、試料ガスＳ中に含まれる測定対象成分の
濃度を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
ガス分析計において、その分析感度を向上させる手法と
して、従来より、光源３，４の出力を強める、
測定セル２の長さを大きくする、などの手法がある。し
かしながら、上記，の手法はいずれも物理的に限界
があるとともに、大型化やコストアップを招来する。

【０００６】これに対して、光源３，４や測定セル２を
なんら変えることなく、測定セル２に対して供給される
試料ガスＳに圧力を加えることで、ガス分析計の分析感
度を向上させることが知られており、従来、図４に示す
ようにしてフローが構成されていた。この図において、
１２は上記図３のように構成されたガス分析計と同様に
構成されたガス分析部で、その上流側の試料ガス供給ラ
イン１０に、加圧ポンプ１３とコントロールバルブとし
てのニードルバルブ１４がこの順で直列に設けられると
ともに、加圧ポンプ１３とニードルバルブ１４との間の
分岐流路１５に調圧弁１６を接続してなるものである。

【０００７】このように構成された赤外線ガス分析装置
においては、ニードルバルブ１４をモータやエアーなど
の動力を用いてその開度調整を行うことにより、所定の
圧力の試料ガスＳをガス分析部１２（より詳しくは測定
セル２）に供給することができる。

【０００８】しかしながら、上記図４に示すように構成
した赤外線ガス分析装置においては、前記ガス分析部１
２に対する試料ガスＳの供給圧を調整するため、ニード
ルバルブ１４の開度調整を精度よく行わねばならないと
ともに、ガス流路にニードルバルブ１４や調圧弁１６を
設ける必要があるなど、制御や構成が大変煩瑣になると
いった不都合があった。

【０００９】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、流路の構成が簡単であり、しか
も、煩雑な制御を要することなく、分析感度を向上させ
ることができる赤外線ガス分析装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明では、ガス分析部に試料ガスを供給する
ラインに加圧ポンプを設けた赤外線ガス分析装置におい
て、前記試料ガス供給ラインの加圧ポンプより上流側に
一つのクリチカルフローベンチュリを設けるとともに、
ガス分析部のガス排出ラインに他のクリチカルフローベ
ンチュリを設けている。

【００１１】そして、第２の発明では、ガス分析部に試
料ガスを供給するラインに加圧ポンプを設けた赤外線ガ
ス分析装置において、前記ガス分析部と加圧ポンプとの
間にマスフローコントローラを設けるとともに、ガス分
析部のガス排出ラインにクリチカルフローベンチュリを
設けている。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を、図面を参照
しながら説明する。図１は、この発明の赤外線ガス分析
装置におけるガス流路の構成の一例を概略的に示すもの
である。この図において、図３および図４に示した符号
と同一符号は同一物であるので、その詳細な説明は省略
する。

【００１３】図１において、１７はガス分析部１２に対
する試料ガスＳの供給ライン１０に設けられる加圧ポン
プ、１８はこの加圧ポンプ１７のさらに上流側に設けら
れるクリチカルフローベンチュリ（以下、ＣＦＶとい
う）である。このＣＦＶ１８の上流側は大気に通じてい
る。また、１９はガス分析部１２のガス排出ライン１１
に設けられる別のＣＦＶで、その下流側は大気開放され
ている。

【００１４】一般に、ＣＦＶにおいては、流量をＱ、入
口圧をＰ、入口温度をＴ、ベンチュリ係数をＣ₁とする
とき、次の関係式が成立する。Ｑ＝Ｃ₁・Ｐ／√Ｔ ……（１）

【００１５】通常、ＣＦＶは、上記図１に示すように、
ポンプ１７の上流側に設置され、その入口は大気圧と
し、流量Ｑが一定になるように使用されることが多い。
しかし、このＣＦＶをポンプ１７の下流側に置き、臨界
状態で使用しても、上記（１）式は成立する。

【００１６】すなわち、上記ＣＦＶ１８，１９における
流量をＱ₁，Ｑ₂、入口圧をＰ₁，Ｐ₂、入口温度をＴ
₁，Ｔ₂、ベンチュリ係数をＣ₁₁，Ｃ₁₂とすると、次の
関係式が成立する。Ｑ₁＝Ｃ₁₁・Ｐ₁／√Ｔ₁ ……（２）Ｑ₂＝Ｃ₁₂・Ｐ₂／√Ｔ₂ ……（３）

【００１７】そして、上記図１においては、Ｑ₁＝Ｑ₂ ……（４）であるから、上記（２）〜（４）式より、Ｃ₁₁・Ｐ₁／√Ｔ₁＝Ｃ₁₂・Ｐ₂／√Ｔ₂ ……（５）となる。

【００１８】そして、上記（５）式において、簡単のた
め、Ｔ₁＝Ｔ₂とおくと、Ｐ₂／Ｐ₁＝Ｃ₁₁／Ｃ₁₂ ……（６）となる。

【００１９】つまり、二つのＣＦＶ１８，１９の入口圧
の比Ｐ₂／Ｐ₁は、ベンチュリ係数の比Ｃ₁₁／Ｃ₁₂とな
る。ここで、二つのＣＦＶ１８，１９におけるベンチュ
リ係数Ｃ₁₁，Ｃ₁₂の大きさを、Ｃ₁₁＞Ｃ₁₂と設定する
と、上記（６）式より、Ｐ₂／Ｐ₁＞１ ……（７）となる。

【００２０】そして、Ｐ₁は大気圧であるから、互いに
異なるベンチュリ係数をもつＣＦＶ１８，１９を組み合
わせることで、ガス分析部１２において任意の加圧状態
を実現することができる。この場合、ガス分析部１２に
対して、ＣＦＶ１９を可及的に近接した状態で設けるこ
とが好ましい。このようにすることにより、ガス分析部
１２における圧力は、そのガス排出ライン１１に設けら
れるＣＦＶ１９の入口圧Ｐ₂に可及的に等しくなるから
である。

【００２１】上述したように、上記構成の赤外線ガス分
析装置においては、ガス分析部１２内における圧力は、
ガス分析部１２の上流側および下流側にそれぞれ設けら
れる二つのＣＦＶ１８，１９のベンチュリ係数の比Ｃ₁₁
／Ｃ₁₂にのみ依存するので、ガス分析部１２に対する試
料ガスＳの圧力を常に一定の加圧した圧力に保持でき、
したがって、ガス分析部１２における分析感度が向上す
る。

【００２２】そして、上記赤外線ガス分析装置において
は、試料ガスＳを一定の加圧状態でガス分析部１２に供
給するために、圧力調整を行う必要がなく、しかも、ガ
ス流路の構成もきわめて簡素化される。

【００２３】また、上記赤外線ガス分析装置において
は、ＣＦＶ１８，１９を臨界状態で使用することによ
り、流量が安定し、精度も良好になる。さらに、経時変
化も少ないといった利点がある。

【００２４】さらに、二つのＣＦＶ１８，１９における
ベンチュリ係数を適宜選択することにより、種々の比が
得られ、ガス分析部１２に対する試料ガスＳの圧力を適
宜の値に設定できるので、低濃度のガスの測定にも適用
することができる。

【００２５】上述の実施の形態においては、ベンチュリ
係数が異なる二つのＣＦＶ１８，１９を用いて加圧状態
を作るようにしていたが、ＣＦＶ１８に代えてマスフロ
ーコントローラを用いるようにしてもよい。以下、この
実施の形態について、図２を参照しながら説明する。な
お、この図において、図１における符号と同一符号のも
のは同一物である。

【００２６】図２において、２０はガス分析部１２に対
する試料ガスＳの供給ライン１０に設けられるマスフロ
ーコントローラ（以下、ＭＦＣという）で、ガス分析部
１２と加圧ポンプ１７との間に介装されている。このＭ
ＦＣ２０は、流量測定部と制御弁部とを備えたもので、
この実施の形態においては、加圧ポンプ１７の吐出流量
を制御するための配置されている。また、２１はガス分
析部１２のガス排出ライン１１に設けられるＣＦＶで、
このＣＦＶ２１は、上記実施の形態におけるＣＦＶ１９
と同様の理由で、ガス分析部１２にできるだけ近い位置
に設けられる。

【００２７】上記図２に示した構成において、ガス分析
部１２のガス排出ライン１１に設けられるＣＦＶ２１に
おいては、流量をＱ、入口圧をＰ、入口温度をＴ、ベン
チュリ係数をＣ₁とすると、次の関係式が成立する。Ｑ＝Ｃ₁・Ｐ／√Ｔ ……（８）この（８）式は、既に説明した実施の形態における
（３）式と同じである。

【００２８】前記（８）式を変形すると、Ｐ＝（Ｑ×√Ｔ）／Ｃ₁ ……（９）が得られる。

【００２９】そして、前記（９）式において、温度Ｔを
一定とすると、流量ＱをＭＦＣ２０を用いて変化させる
ことにより、流量Ｑに比例して圧力Ｐを変化させること
ができる。つまり、ＭＦＣ２０における流量を変化させ
ることによりガス分析部１２における圧力Ｐを変化させ
ることができる。したがって、ガス分析部１２に対して
供給される試料ガスＳの圧力を適宜調整ることにより、
低濃度のガスも一つのガス分析計によって測定すること
ができ、例えば大気中に微量に含まれるＣＯ₂やＨＣの
濃度を感度よく分析することも可能になる。

【００３０】なお、上述の各実施の形態においては、ガ
ス分析部１２として、２セル２光源のタイプであった
が、１セル１光源であってもよく、また、検出器として
は、焦電型検出器であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】この発明の赤外線ガス分析装置において
は、測定セルに対して所定圧力だけ加圧した状態で試料
ガスを供給することができるので、分析感度が向上す
る。そして、この加圧のための流路構成が簡素化される
とともに、圧力調整がほとんど必要ではなくなるので、
制御が容易であるといった利点があり、メンテナンスも
ほとんど不要になる。

【００３２】特に、この発明の赤外線ガス分析装置にお
いては、大気中に含まれる微量の成分（ＣＯやＨＣな
ど）を感度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の赤外線ガス分析装置のガス流路の構
成の一例を概略的に示す図である。

【図２】この発明の赤外線ガス分析装置のガス流路の構
成の他の例を概略的に示す図である。

【図３】赤外線ガス分析計の構成を概略的に示す図であ
る。

【図４】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１０…試料ガス供給ライン、１１…ガス排出ライン、１
２…ガス分析部、１７…加圧ポンプ、１８，１９，２１
…クリチカルフローベンチュリ、２０…マスフローコン
トローラ、Ｓ…試料ガス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス分析部に試料ガスを供給するライン
に加圧ポンプを設けた赤外線ガス分析装置において、前
記試料ガス供給ラインの加圧ポンプより上流側に一つの
クリチカルフローベンチュリを設けるとともに、ガス分
析部のガス排出ラインに他のクリチカルフローベンチュ
リを設けたことを特徴とする赤外線ガス分析装置。
【請求項２】ガス分析部に試料ガスを供給するライン
に加圧ポンプを設けた赤外線ガス分析装置において、前
記ガス分析部と加圧ポンプとの間にマスフローコントロ
ーラを設けるとともに、ガス分析部のガス排出ラインに
クリチカルフローベンチュリを設けたことを特徴とする
赤外線ガス分析装置。