JP2018096962A - ガス分析装置及びガスサンプリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この燃焼時には、酸素が過剰でメタンが燃焼しすぎたり、酸素が不足してメタン以外の炭化水素が燃焼しなかったりすることを防ぐために、サンプルガスに酸素を適切な割合で供給する必要がある。
その結果、サンプルガスと酸素の混合比が変動するので、測定されるメタンの濃度や量が変動するという問題がある。
このような問題はメタンを測定するもの以外の他のガス分析装置においても問題となる。
また、例えば、操作ガスや希釈ガス等とサンプルガスを混合する場合等にも、サンプルガスと操作ガスや希釈ガス等との混合比を一定に維持することができるので、サンプルガスに含まれる成分を精度良く分析することができる。
また、例えば、操作ガスや希釈ガス等とサンプルガスを混合する場合等にも、サンプルガスと操作ガスや希釈ガス等との混合比を一定にすることができるので、サンプルガスに含まれる成分を精度良く分析することができる。
本実施形態に係るガス分析装置1は、サンプルガスである、例えば、車両のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス等に含まれる成分を分析するものであり、例えば、図1に示すように、前記サンプルガスが流れるサンプルガスライン11と、前記サンプルガスに含まれるメタンを分析するメタン分析器12と、該メタン分析器12によって、サンプルガス中のメタンを精度よく分析するために、サンプルガス中のノンメタン成分を除去するノンメタンカッター13と、該ノンメタン成分の除去に必要な酸素を含む第1ガスを該ノンメタンカッター13に供給する第1ガス供給ライン14と、第1ガスに含まれる酸素と反応して前記ノンメタンカッター13に水分を供給する水素を含む第2ガスを前記ノンメタンカッター13に供給する第2ガス供給ライン15とを備えたものである。
まず、前記サンプルガスが、車両のエンジン等に接続された排気管から例えば、前記サンプリングポンプによって前記サンプルガスライン11に引き込まれる。
このとき必要に応じて、図中Fで示すフィルタや流量を制御するキャピラリーなどを適宜介してもよい。
例えば、前記サンプルガスライン11の前記圧力損失機構20の前段の圧力が上がった場合には、前記サンプル圧調整弁214Vは、前記サンプル圧調整ライン211に流れるガスの量を増やして、前記サンプル圧調整弁214Vと前記第2キャピラリー213との間の圧力を上げる。
その結果、前記サンプル圧調整ライン211に接続している前記サンプルガス排出ライン212の圧力と前記サンプルガスライン11との間の圧力差が小さくなり、前記サンプルガスライン11又は前記ノンメタンカッター確認用ライン19から前記サンプルガス排出ライン212へ流れるガスの量が減るので、前記サンプルガスライン11の前記圧力損失機構20後段の圧力が上がる。
その結果、前記サンプル圧調整ライン211に接続している前記サンプルガス排出ライン212の圧力と前記サンプルガスライン11との間の圧力差が大きくなり、前記サンプルガスライン11又は前記ノンメタンカッター確認用ライン19からサンプルガス排出ライン212へ流れるガスの量が増えるので、前記サンプルガスライン11の前記圧力損失機構20後段の圧力が下がる。
このとき、前記第1ガス調圧弁222及び第2ガス調圧弁232が、前記サンプルガスライン11の前記圧力損失機構20の後段の圧力である、例えば、前記混合ライン16の前記水分供給触媒17の後段の圧力を直接モニタしている。
その結果、前記第1ガス供給ライン14の前記第1ガス調圧弁222と前記第3キャピラリー221との間の圧力、及び第2ガス供給ライン15の前記第2ガス調圧弁232と前記第4キャピラリー231との間の圧力がそれぞれ上がる。
その結果、前記第1ガス供給ライン14の前記第1ガス調圧弁222と前記第3キャピラリー221との間の圧力、及び前記第1ガス供給ライン14の前記第2ガス調圧弁232と前記第4キャピラリー231との間の圧力がそれぞれ下がる。
その結果、前記第1ガス及び前記第2ガスによる前記サンプルガスの希釈率が安定し、前記サンプルガスに含まれるメタンの濃度や量を精度良く測定することができる。
そのため、前記ノンメタンカッター13に水を供給して、メタンの燃焼を抑えることが考えられる。
そのため、サンプルガスの圧力が変動しても、前記ノンメタンカッター13に適切な量の酸素と水を安定して供給することができるので、前記ノンメタンカッター13の分離性能を適切な範囲に調節することができる。
この第3ガス供給ラインLは、図示しないサンプリングポンプが設けられた排気ラインRLに接続されている。なお、排気ラインRLには、バッファタンクBTが設けられている。
具体的には、図3に示すように、差圧センサDPSの検出値を示す電圧と予め設定した目標値を示す電圧とをアナログ演算器に入力し、これらの電圧の差に基づく出力電圧を圧力制御部LVに出力することで圧力制御弁LVの弁開度を制御する構成が挙げられる。
さらに、圧力差を差圧計DPSの検出値に基づいてリニアバルブLVを制御しているので、図4に示す構成に比べて応答性を速くすることができ、ポンプPの流量変動(脈動)が生じたとしても、その流量変動による分析器Aの指示値への影響が極めて小さくなり、分析器Aの分析精度を担保することができる。
すなわち、第2実施形態では、圧力制御機構21が、差圧計DPSの検出値に基づいて圧力損失機構20の前後における圧力差を制御するので、周囲温度や気圧などの周囲温度の影響を極めて小さくすることができたり、サンプリングポンプの流量変動(脈動)が生じたとしても、各分析器12、181の指示値への影響を極めて小さくすることができたりする。
そのうえ、サンプリングポンプの流量変動の影響を十分に低減することができれば、バッファタンクBTを不要にすることが可能となり、装置の小型化を図れる。
例えば、前記サンプルガスライン11と、前記圧力損失機構20と、前記圧力制御機構21とを備えたものを、ガスサンプリング装置としてもよい。
前記所定のガスとは、前記メタン分析器12による前記サンプルガスの分析を妨げるものでなければよく、例えば、前記サンプルガス自体でも前記第1ガス又は前記第2ガスやその他のガス等でもよい。
例えば、前記ガス分析装置1が、図6に示すように、前記第2ガスとして水又は水を含有する水含有ガスを外部から直接供給するものであっても良い。
同様に、前記水素含有ガスとは水素のみからなるものでも、水素を所定濃度含有する混合ガスでも良い。
前記第1ガス及び前記第2ガスは、酸素、水素又は水を含有するものに限らず、分析の目的によって、窒素含有ガスやヘリウム含有ガス、又はそれ以外の様々な種類のガスであっても良い。
分析器としては、前記水素炎イオン化検出器に限らず、サンプルガスの成分を分析する非分散赤外吸収法、化学発光法、磁気圧法、ジルコニア法、FTIR、中赤外レーザ分光法、ガスクロマトグラフ法、又は液体クロマトグラフ法等を用いる様々な種類の分析器又はこれらを組合せて用いることが出来る。
また、前記ノンメタンカッター確認用ライン19の前記第2バルブ191の前段に前記ノンメタンカッター確認用ライン19に流れるガスの流量を制御する第6キャピラリー25を設けても良い。
このとき、該第5キャピラリー24又は前記第6キャピラリー25を通過するガスの流量を前記第1キャピラリー20を通過する前記サンプルガスの流量と前記混合ライン16から前記サンプルガスライン11に流れ込む前記第1ガス及び第2ガスの流量との合計流量よりも少なくなるように設定すれば、前記サンプルガス排出ライン212から前記サンプルガスライン11への前記サンプルガスの逆流を防ぐことができる。
前記第2〜6キャピラリー及び前記第1流量制御装置182のそれぞれについても、キャピラリーに限らず、オリィフィスや背圧弁等でも良い。
その他、本発明は前記実施形態に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
サンプルガスライン・・・11
メタン分析器・・・12
ノンメタンカッター・・・13
第1ガス供給ライン・・・14
第2ガス供給ライン・・・15
水分供給触媒・・・17
圧力損失機構・・・20
圧力制御機構・・・21
サンプル圧調整ライン・・・211
サンプルガス排出ライン・・・212
サンプル圧制御部・・・214
第1ガス調圧機構・・・22
第2ガス調圧機構・・・23
Claims (16)
- サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、
前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、
前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構と、
前記サンプルガスラインを流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたガス分析装置。 - 前記圧力制御機構は、
前記圧力損失機構の後段で、前記サンプルガスラインからサンプルガスを一部排出するサンプルガス排出ラインと、
前記サンプルガス排出ラインと接続されたサンプル圧調整ラインと、
前記圧力損失機構の前段の圧力を参照し、前記圧力損失機構の前段における前記サンプルガスラインの圧力と、前記サンプル圧調整ラインの圧力との圧力差を制御するサンプル圧制御部とを備えた請求項1に記載のガス分析装置。 - 前記圧力制御機構は、
前記圧力損失機構の後段で、前記サンプルガスラインに所定のガスを供給するガス供給ラインと、
前記ガス供給ラインに設けられた圧力制御弁と、
前記圧力損失機構の前後の圧力差を検知する差圧計とを備え、
前記差圧計により検出された圧力差に基づいて前記圧力制御弁が制御される請求項1記載のガス分析装置。 - 前記圧力損失機構は、キャピラリー、オリィフィス、背圧弁のいずれかである、請求項1乃至3のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
- 前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段に、前記第1ガスを供給する第1ガス供給ラインと、
前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段の圧力を参照し、前記第1ガス供給ラインの供給側圧力と、前記サンプルガスラインの圧力との差を一定に維持する第1ガス調圧機構をさらに備えた請求項1乃至4のうち何れか一項に記載のガス分析装置。 - 前記サンプルガスライン上の前記圧力損失機構と前記分析器との間に、前記サンプルガスからメタン以外の炭化水素成分を除去するノンメタンカッターをさらに備えた請求項1乃至5のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
- 前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段に、第2ガスを供給する第2ガス供給ラインと、
前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段の圧力を参照し、前記第2ガス供給ラインの供給側圧力と、前記サンプルガスラインの圧力との差を一定に維持する第2ガス調圧機構をさらに備える、請求項1乃至6のうち何れか一項に記載のガス分析装置。 - 前記第1ガスは酸素であり、前記第2ガスは水素であり、
前記ノンメタンカッターの前段に前記第1ガスと前記第2ガスとを反応させて水を発生させる水分供給触媒をさらに備えた請求項6又は7記載のガス分析装置。 - 前記第1ガスの供給量は、前記第2ガスと反応する量よりも大きな供給量である、請求項8記載のガス分析装置。
- 前記第2ガスとの反応の結果残った前記第1ガスによって、前記サンプルガスが希釈される、請求項8又は9記載のガス分析装置。
- 前記サンプルガス排出ラインが、前記水分供給触媒よりも後段から、前記第1ガスによって希釈された前記サンプルガスを一部排出する、請求項8乃至10のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
- 前記ガス分析装置が、前記サンプルガスライン上の分析器よりも下流側に配置された吸引型サンプリングポンプをさらに備えた、請求項1乃至11のいずれかに記載のガス分析装置。
- 前記サンプルガスは内燃機関から排出される排ガスである請求項1乃至12のいずれかに記載のガス分析装置。
- 前記サンプルガスは車両から排出される排ガスであり、
前記ガス分析装置は、車載型のガス分析装置である、請求項1乃至13のいずれかに記載のガス分析装置。 - サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、
前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、
前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構とを備えたガスサンプリング装置。 - サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、
前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、
前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構と、
前記サンプルガスラインを流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたガス分析装置を用いたガスサンプリング方法。
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