JP2022108038A - gas analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サンプルガスに含まれる成分を分析するガス分析装置に関する。 The present invention relates to a gas analyzer for analyzing components contained in sample gas.
従来、所定の箇所（例えば、煙道など）からサンプリングされるサンプルガス（例えば、排気ガス）に含まれる所定の成分（例えば、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ））を分析する装置として、当該成分の光吸収特性（例えば、赤外光の吸収特性）を利用するものが知られている。例えば、当該成分の赤外光の吸収特性をニューマチック検出器と呼ばれるセンサにて検出する分析装置が知られている。 Conventionally, a predetermined component (e.g., sulfur oxides (SO x ), nitrogen oxides (NO x )) contained in a sample gas (e.g., exhaust gas) sampled from a predetermined location (e.g., flue) is As a device for analysis, there is known one that utilizes the light absorption characteristics of the component (for example, the absorption characteristics of infrared light). For example, there is known an analyzer that detects the infrared light absorption characteristics of the component with a sensor called a pneumatic detector.
上記のサンプルガスは、一般的には、分析対象となる成分（分析対象成分と呼ぶ）以外にも、光を吸収する他の成分を含んでいる。サンプルガスによっては、分析対象成分の光吸収特性（例えば、吸収波長域）と分析対象以外の成分の光吸収特性とが重複することがある。これらの成分は干渉成分と呼ばれ、分析対象成分の分析結果に影響（干渉影響と呼ぶ）を及ぼす。 The above sample gas generally contains other components that absorb light in addition to the component to be analyzed (referred to as the component to be analyzed). Depending on the sample gas, the light absorption characteristics (for example, absorption wavelength range) of the component to be analyzed and the light absorption characteristics of components other than the analysis target may overlap. These components are called interfering components and exert an influence (called an interfering effect) on the analytical result of the component to be analyzed.
上記の光吸収特性の重複の影響を減少することを目的として、分析対象成分の光吸収特性を検出するニューマチック検出器に加えて、干渉成分の光吸収特性を検出するニューマチック検出器を設けている分析装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
この分析装置は、分析対象成分の光吸収特性を検出するニューマチック検出器により得られた検出結果と、干渉成分の光吸収特性を検出するニューマチック検出器により得られた検出結果との差分に基づいて、分析対象成分を精度よく分析できる。
In order to reduce the influence of the overlapping light absorption characteristics described above, in addition to the pneumatic detector that detects the light absorption characteristics of the component to be analyzed, a pneumatic detector that detects the light absorption characteristics of the interfering component is provided. is known (see, for example, Patent Literature 1).
This analyzer measures the difference between the detection result obtained by the pneumatic detector that detects the light absorption characteristics of the component to be analyzed and the detection result obtained by the pneumatic detector that detects the light absorption characteristics of the interfering component. Based on this, the component to be analyzed can be analyzed with high accuracy.
現在、上記のような光吸収特性をニューマチック検出器にて検出する分析装置により、サンプルガスに含まれる複数の分析対象成分を分析することが試みられている。複数の分析対象成分を分析する場合であっても、分析対象成分毎に、当該分析対象成分の光吸収特性と、当該分析対象成分に対する干渉成分の光吸収特性と、を検出する必要がある。その一方で、分析対象成分が増加しても、分析装置をなるべくコンパクトにし、分析装置の保守作業量の増加をできうる限り抑制したいとの要望がある。 At present, an attempt is being made to analyze a plurality of analyte components contained in a sample gas using an analyzer that detects light absorption characteristics as described above with a pneumatic detector. Even when a plurality of analyte components are to be analyzed, it is necessary to detect the optical absorption characteristics of the analyte component and the optical absorption characteristics of interference components with respect to the analyte component for each analyte component. On the other hand, even if the number of components to be analyzed increases, there is a demand to make the analyzer as compact as possible and to suppress an increase in the amount of maintenance work for the analyzer as much as possible.
本発明の目的は、光吸収特性を測定するニューマチック検出器を用いて複数の分析対象成分を分析する分析装置において、分析装置をできうる限りコンパクトにし、分析装置の保守作業量の増加を抑制することにある。 An object of the present invention is to make the analyzer as compact as possible and suppress an increase in the amount of maintenance work for the analyzer in an analyzer that analyzes a plurality of analyte components using a pneumatic detector that measures light absorption characteristics. to do.
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガス分析装置は、サンプルガスに含まれる成分を分析する装置である。分析装置は、測定セルと、光源と、第１ニューマチック検出器と、第２ニューマチック検出器と、第３ニューマチック検出器と、演算部と、を備える。
測定セルは、内部にサンプルガスを導入する。光源は、測定セルの内部に測定光を放射する。第１ニューマチック検出器は、サンプルガスに含まれる第１成分ガスが測定セルの内部で吸収した測定光の強度を測定する。第２ニューマチック検出器は、サンプルガスに含まれる第２成分ガスが測定セルの内部で吸収した測定光の強度を測定する。第３ニューマチック検出器は、サンプルガスに含まれかつ第１成分ガス及び第２成分ガスと測定光の光吸収特性が少なくとも一部重複する第３成分ガスが測定セルの内部で吸収した測定光の強度を、第２ニューマチック検出器を通過後の測定光である第１通過測定光の強度として測定する。演算部は、第３ニューマチック検出器にて測定された第１通過測定光の強度に基づいて、第３成分ガスに関する情報を算出する。
これにより、第１成分ガスと第２成分ガスとに対して光吸収特性が少なくとも一部重複する、すなわち、これら成分ガスと干渉する第３成分ガスの測定光の吸収量を、１つのニューマチック検出器にて測定できる。その結果、分析装置をコンパクトにできる。
A plurality of aspects will be described below as means for solving the problem. These aspects can be arbitrarily combined as needed.
A gas analyzer according to one aspect of the present invention is an apparatus for analyzing components contained in a sample gas. The analyzer includes a measurement cell, a light source, a first pneumatic detector, a second pneumatic detector, a third pneumatic detector, and an arithmetic unit.
The measurement cell introduces a sample gas inside. A light source emits measuring light into the interior of the measuring cell. The first pneumatic detector measures the intensity of measurement light absorbed inside the measurement cell by the first component gas contained in the sample gas. The second pneumatic detector measures the intensity of measurement light absorbed inside the measurement cell by the second component gas contained in the sample gas. The third pneumatic detector detects measurement light absorbed inside the measurement cell by a third component gas contained in the sample gas and having at least a partial overlap in light absorption characteristics of the measurement light with the first component gas and the second component gas. is measured as the intensity of the first passing measurement light, which is the measurement light after passing through the second pneumatic detector. The calculation unit calculates information about the third component gas based on the intensity of the first passing measurement light measured by the third pneumatic detector.
Thereby, the light absorption characteristics of the first component gas and the second component gas at least partially overlap, that is, the absorption amount of the measurement light of the third component gas that interferes with these component gases is determined as one pneumatic. It can be measured with a detector. As a result, the analyzer can be made compact.
演算部は、第１ニューマチック検出器にて測定された測定光の強度と、第３ニューマチック検出器にて測定された第１通過測定光の強度とに基づいて、第１成分ガスに関する情報を算出してもよい。これにより、演算部は、第３成分ガスと干渉する第１成分ガスに関する情報を精度よく算出できる。 The calculation unit calculates information about the first component gas based on the intensity of the measurement light measured by the first pneumatic detector and the intensity of the first passing measurement light measured by the third pneumatic detector. may be calculated. Thereby, the calculation unit can accurately calculate information about the first component gas that interferes with the third component gas.
第１ニューマチック検出器は、第１成分ガスが封入され測定光が通過する第１封入セルを有してもよい。これにより、第１成分ガスにより吸収された測定光の強度を精度よく測定できる。 The first pneumatic detector may have a first sealed cell containing a first component gas and through which the measurement light passes. Thereby, the intensity of the measurement light absorbed by the first component gas can be measured with high accuracy.
第２ニューマチック検出器は、第２成分ガスが封入され測定光が通過する第２封入セルを有してもよい。これにより、第２成分ガスにより吸収された測定光の強度を精度よく測定できる。 The second pneumatic detector may have a second sealed cell filled with a second component gas and through which the measurement light passes. Thereby, the intensity of the measurement light absorbed by the second component gas can be measured with high accuracy.
第３ニューマチック検出器は、第２成分ガスが封入された第３封入セルを有してもよい。これにより、第３成分ガスと干渉する第２成分ガスにより吸収された測定光の強度から、第３成分ガスにより吸収された測定光の強度を測定できる。 The third pneumatic detector may have a third containment cell containing the second component gas. Thereby, the intensity of the measurement light absorbed by the third component gas can be measured from the intensity of the measurement light absorbed by the second component gas that interferes with the third component gas.
第２封入セル内の第２成分ガスの濃度は、第３封入セル内の第２成分ガスの濃度の半分以下であってもよい。これにより、第３成分ガスにより吸収された測定光の強度を、第３ニューマチック検出器で精度よく測定できる。 The concentration of the second component gas within the second sealed cell may be less than half the concentration of the second component gas within the third sealed cell. As a result, the intensity of the measurement light absorbed by the third component gas can be accurately measured by the third pneumatic detector.
第１成分ガスは二酸化硫黄であり、第２成分ガスは窒素酸化物であり、第３成分ガスは水蒸気であってもよい。これにより、１つのニューマチック検出器にて測定された測定光の強度に基づいて、サンプルガスに含まれる水蒸気に関する情報を算出できる。 The first component gas may be sulfur dioxide, the second component gas may be nitrogen oxides, and the third component gas may be water vapor. Accordingly, information on the water vapor contained in the sample gas can be calculated based on the intensity of the measurement light measured by one pneumatic detector.
上記のガス分析装置は、第４ニューマチック検出器を備えてもよい。第４ニューマチック検出器は、サンプルガスに含まれかつ第１成分ガスと測定光の光吸収特性が少なくとも一部重複する第４成分ガスにより吸収された測定光の強度を、第１ニューマチック検出器を通過後の測定光である第２通過測定光の強度として測定する。
これにより、第１成分ガスと干渉する第４成分ガスにより吸収される測定光の強度を測定できる。
The gas analyzer described above may comprise a fourth pneumatic detector. The fourth pneumatic detector detects the intensity of the measurement light absorbed by the fourth component gas contained in the sample gas and having at least a partial overlap of the light absorption characteristics of the first component gas and the measurement light. It is measured as the intensity of the second passing measurement light, which is the measurement light after passing through the device.
Thereby, the intensity of the measurement light absorbed by the fourth component gas that interferes with the first component gas can be measured.
演算部は、第１ニューマチック検出器にて測定された測定光の強度と、第３ニューマチック検出器にて測定された第１通過測定光の強度と、第４ニューマチック検出器にて測定された第２通過測定光の強度と、に基づいて第１成分ガスに関する情報を算出してもよい。
これにより、第１成分ガスと干渉する第３成分ガス及び第４成分ガスによる測定光の吸収量を考慮して、第１成分ガスに関する情報を精度よく算出できる。
The calculation unit calculates the intensity of the measurement light measured by the first pneumatic detector, the intensity of the first passing measurement light measured by the third pneumatic detector, and the intensity of the measurement light measured by the fourth pneumatic detector. Information about the first component gas may be calculated based on the intensity of the second passing measurement light and the intensity of the second passing measurement light.
This makes it possible to accurately calculate information about the first component gas by taking into consideration the amount of measurement light absorbed by the third component gas and the fourth component gas that interfere with the first component gas.
第４成分ガスはメタンであってもよい。これにより、第１成分ガスと干渉するメタンの測定光の吸収量を考慮して、第１成分ガスに関する情報を精度よく算出できる。 The fourth component gas may be methane. This makes it possible to accurately calculate information about the first component gas by taking into consideration the amount of measurement light absorbed by methane that interferes with the first component gas.
上記の分析装置は、分析対象成分毎に干渉成分の光吸収特性を検出するニューマチック検出器を設ける必要がないので、コンパクトとできる。また、分析装置の保守作業を少なくできる。 The above analyzer can be made compact because it is not necessary to provide a pneumatic detector for detecting the light absorption characteristics of interference components for each component to be analyzed. In addition, maintenance work for the analyzer can be reduced.
１．第１実施形態
（１）分析装置の構成
以下、図１を用いて、第１実施形態に係る分析装置１００の構成を説明する。図１は、分析装置の構成を示す図である。分析装置１００は、例えば、大気、煙道を流れる排ガス、各種プロセスにて発生するプロセスガス、ごみなどの燃焼により生じる排ガス、ボイラの燃焼にて発生する排ガス、ガスボンベに充填されたガスなどのサンプルガスＧｓに含まれる成分ガスを、当該成分ガスの光吸収特性を用いて分析する装置である。具体的には、分析装置１００は、ニューマチック検出器を用いて成分ガスにより吸収された赤外光の強度を測定し、サンプルガスＧｓ中の成分ガスの含有量に関する情報（例えば、濃度）を測定する装置である。
1. First Embodiment (1) Configuration of Analysis Apparatus The configuration of an analysis apparatus 100 according to the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an analyzer. The analyzer 100 can collect samples of, for example, the atmosphere, flue gas flowing through a flue, process gas generated in various processes, flue gas generated by combustion of waste, flue gas generated by combustion of a boiler, gas filled in a gas cylinder, and the like. This is an apparatus for analyzing component gases contained in gas Gs using the light absorption characteristics of the component gases. Specifically, the analyzer 100 measures the intensity of the infrared light absorbed by the component gas using a pneumatic detector, and obtains information (for example, concentration) on the content of the component gas in the sample gas Gs. It is a measuring device.
第１実施形態に係る分析装置１００にて分析可能な成分ガスとしては、例えば、二酸化硫黄（ＳＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）ガス（例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）など）がある。その他、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素ガス（例えば、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）など）、などがある。 Component gases that can be analyzed by the analyzer 100 according to the first embodiment include, for example, sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen oxide (NO x ) gas (e.g., nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), nitrous oxide (N 2 O), etc.). Others include carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbon gases (eg, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), etc.), and the like.
また、第１実施形態に係る分析装置１００は、サンプルガスＧｓに含まれる複数種類の成分ガスを分析可能である。以下に説明する分析装置１００は、サンプルガスＧｓに含まれる第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２の２種類を分析対象とする。以下の例では、第１成分ガスＧｓ１を二酸化硫黄（ＳＯ２）とし、第２成分ガスＧｓ２を一酸化窒素（ＮＯ）とする。 Further, the analyzer 100 according to the first embodiment can analyze multiple kinds of component gases contained in the sample gas Gs. The analyzer 100 described below analyzes two types of gas, a first component gas Gs1 and a second component gas Gs2, contained in the sample gas Gs. In the following example, sulfur dioxide (SO 2 ) is used as the first component gas Gs1, and nitrogen monoxide (NO) is used as the second component gas Gs2.
なお、第２成分ガスＧｓ２を一酸化窒素以外の窒素酸化物（ＮＯｘ）とすることもできる。この場合、サンプルガスＧｓに含まれる窒素酸化物（第２成分ガスＧｓ２）は、ＮＯｘコンバータ（図示せず）を用いて一酸化窒素に変換されてもよい。 Nitrogen oxides (NO x ) other than nitrogen monoxide can be used as the second component gas Gs2. In this case, the nitrogen oxides (second component gas Gs2) contained in the sample gas Gs may be converted into nitric oxide using a NOx converter (not shown).
以下、分析装置１００の具体的構成について説明していく。図１に示すように、分析装置は、測定セル１と、光源３と、センサ部５と、演算部７と、を主に備える。
測定セル１は、内部にサンプルガスＧｓを導入可能な中空部材である。測定セル１は、サンプルガスＧｓを内部に導入するための導入口１ａと、その内部に導入したサンプルガスＧｓを外部に排出する排出口１ｂと、を有する。測定セル１の両端には赤外透過窓（例えばフッ化カルシウム結晶窓）が装着され、シール構造となっている。なお、サンプルガスＧｓを導入する中空部材の内部の空間を、測定空間Ｓｐと呼ぶ。
A specific configuration of the analysis device 100 will be described below. As shown in FIG. 1, the analysis device mainly includes a
The
上記の測定セル１では、例えば、排出口１ｂに接続されたポンプ（図示せず）により測定空間Ｓｐを吸引することにより、導入口１ａが接続された箇所（例えば、煙道など）に存在するサンプルガスＧｓを測定空間Ｓｐに導入できる。その他、導入口１ａが接続された箇所の圧力により、サンプルガスＧｓを測定空間Ｓｐに導入することもできる。この場合、排出口１ｂからのガスの吸引は、特に必要ない。
In the above measuring
上記のように、測定セル１の長さ方向の両端には赤外透過窓が装着されているので、光源３から放射された測定光Ｌｍは測定空間Ｓｐを通過可能となっている。その他、例えば、測定セル１の長さ方向に光学フィルタを設けるなどして、測定光Ｌｍのうち、成分ガスが吸収できる波長範囲の光のみを、測定空間Ｓｐに通過可能となっていてもよい。
As described above, since infrared transmission windows are attached to both ends of the
光源３は、測定セル１の長さ方向の一端に設けられる。光源３は、第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２が吸収できる波長範囲の光を少なくとも含む測定光Ｌｍを、測定セル１の測定空間Ｓｐに放射する。上記にて示した分析装置１００で分析可能な成分ガスは、赤外波長領域の光を吸収する。従って、本実施形態で用いられる測定光Ｌｍは赤外光である。また、光源３は、赤外光を放射できる光源であれば任意の光源を使用できる。
A
センサ部５は、測定セル１の長さ方向の光源３が設けられた側とは反対側に設けられる。センサ部５は、測定空間Ｓｐを通過した測定光Ｌｍの強度を測定する。センサ部５の詳細は後述する。
The
演算部７は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）、各種インターフェース（例えば、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器など）にて構成されるコンピュータシステムである。演算部７は、分析装置１００における各種の情報処理を行う。具体的には、演算部７は、センサ部５にて測定された測定光Ｌｍの強度に関する電気信号を情報処理し、第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２による測定光Ｌｍの吸収量を算出する。演算部７は、当該吸収量に基づいて、第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２の含有量に関する情報を算出する。また、演算部７は、分析装置１００の各構成要素を制御する機能も有する。
The calculation unit 7 is a computer system including a CPU, storage devices (RAM, ROM, etc.), and various interfaces (eg, D/A converter, A/D converter, etc.). The calculation unit 7 performs various types of information processing in the analysis device 100 . Specifically, the calculation unit 7 processes an electrical signal relating to the intensity of the measurement light Lm measured by the
演算部７において実行される各種の情報処理の一部又は全部は、演算部７を構成するコンピュータシステムの記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されてもよい。演算部７は、上記の各種の情報処理の一部又は全部をハードウェア的に実現してもよい。
また、演算部７は、ＣＰＵ、記憶装置、各種インターフェース、及び、演算部７の上表処理の一部又は全部を実現する回路等を１つのチップに形成したＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ）であってもよい。
A part or all of the various information processing executed in the calculation unit 7 may be realized by a program stored in the storage device of the computer system that constitutes the calculation unit 7 . The computing unit 7 may implement part or all of the above-described various types of information processing in hardware.
Further, the calculation unit 7 is a SoC (System on Chip) in which a CPU, a storage device, various interfaces, and a circuit that realizes part or all of the above table processing of the calculation unit 7 are formed on one chip. good too.
図１に示すように、本実施形態の分析装置１００は、集光部材９をさらに備えている。集光部材９は、赤外光を反射する素材からなり、その内壁がテーパー形状であり、かつ、当該テーパー形状の内壁の表面は測定光Ｌｍが反射可能に表面処理（例えば、鏡面処理など）されている。また、集光部材９のテーパー形状の内壁の途中に光経路９１が設けられている。集光部材９は、テーバー形状の内壁表面において反射された測定光Ｌｍを、光経路９１に導入する。
As shown in FIG. 1, the analysis device 100 of this embodiment further includes a condensing
図１に示すように、光経路９１の出口は導入口１ａの表面に接触している。また、導入口１ａの反対側の表面には、光経路９１の出口に正対するように、フィルタＦを介して、光検出器９３が設けられている。なお、導入口１ａは、所定のセル長を有するセル構造となっている。導入口１ａの両端には、光経路９１を通過した測定光Ｌｍが光検出器９３に導入されるよう、光学窓Ｗが設けられる。
As shown in FIG. 1, the exit of the
光検出器９３は、光経路９１の出口から排出口１ｂの内部及びフィルタＦを通過した測定光Ｌｍの強度を測定する。光検出器９３は、例えば、焦電センサである。フィルタＦは、測定光Ｌｍのうち、サンプルガスＧｓに含まれる第５成分ガスＧｓ５により吸収される波長範囲の成分のみを通過させる光学フィルタである。
The
上記構成により、光検出器９３は、導入口１ａの内部を通過中にサンプルガスＧｓに含まれる第５成分ガスＧｓ５が吸収した測定光Ｌｍの強度を測定できる。第５成分ガスＧｓ５は、例えば、第２成分ガスＧｓ２（一酸化窒素）に対して干渉成分（第２成分ガスＧｓ２の光吸収特性と第５成分ガスの光吸収特性の少なくとも一部が重複する）となる二酸化炭素（ＣＯ２）である。
With the above configuration, the
なお、分析装置１００において第５成分ガスＧｓ５を測定する必要がない場合などには、上記の集光部材９、光経路９１、及び、光検出器９３は設けられていなくてもよい。
In addition, when there is no need to measure the fifth component gas Gs5 in the analysis device 100, the
（２）センサ部の構成
次に、図１を用いて、分析装置１００に備わるセンサ部５の具体的構成を説明する。センサ部５は、測定光Ｌｍが測定セル１を通過する間に、サンプルガスＧｓに含まれる成分（第１成分ガスＧｓ１、第２成分ガスＧｓ２など）が吸収した後の測定光Ｌｍの強度（すなわち、測定光Ｌｍの吸収量）を測定する。後述するように、本実施形態のセンサ部５は、ニューマチック検出器により構成されている。
ニューマチック検出器は、分析対象、又は、それと光吸収特性が同一又は類似した成分を封入したセル（封入セルと呼ぶ）を有している。ニューマチック検出器は、封入セル内を通過する間に測定光Ｌｍが封入セル内の成分により吸収されて発生する物理量（例えば、発熱による膨張量）に関する信号を取得することで、検出器に入射した測定光Ｌｍの強度を測定するセンサである。このような構成により、ニューマチック検出器は、分析対象に対して高い選択性を有する。
(2) Configuration of Sensor Unit Next, a specific configuration of the
A pneumatic detector has a cell (called an enclosed cell) in which an analyte or a component having the same or similar light absorption properties is enclosed. The pneumatic detector acquires a signal related to the physical quantity (e.g., the amount of expansion due to heat generation) generated by the absorption of the measurement light Lm by the components in the enclosed cell while passing through the enclosed cell, and the incident light on the detector It is a sensor that measures the intensity of the measured light Lm. With such a configuration, the pneumatic detector has high selectivity for the analyte.
図１に示すように、センサ部５は、光分岐部材５１と、第１ニューマチック検出器５３と、第２ニューマチック検出器５５と、を有する。
光分岐部材５１は、測定セル１を通過後の測定光Ｌｍを、第１ニューマチック検出器５３が配置された方向（図１の例では、測定セル１の長さ方向と垂直な方向）と、第２ニューマチック検出器５５が配置された方向（図１の例では、測定セル１の長さ方向）と、に分岐する。光分岐部材５１は、例えば、ハーフミラーなどの、光を複数の方向に伝搬させるための部材である。
As shown in FIG. 1 , the
The
第１ニューマチック検出器５３は、光分岐部材５１から見て測定セル１の長さ方向とは垂直な方向において、光分岐部材５１から所定の距離だけ離れて配置されている。第１ニューマチック検出器５３は、第１成分ガスＧｓ１（本実施形態では、二酸化硫黄）を封入した第１封入セル５３ａを有する。本実施形態においては、第１封入セル５３ａには、不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス）に数％の第１成分ガスＧｓ１（二酸化硫黄）が混合したガスが封入されている。
第１封入セル５３ａは測定光Ｌｍを透過する材料（光学窓）にて形成されており、光分岐部材５１からの測定光Ｌｍは、第１封入セル５３ａの内部に入射し、当該内部を通過した後に第１封入セル５３ａから出射する。従って、第１ニューマチック検出器５３の後にセンサが配置されていれば、そのセンサにも測定光Ｌｍが入射する。
The first
The first sealed
上記の構成を有する第１ニューマチック検出器５３は、測定セル１を通過後の測定光Ｌｍのうち、第１成分ガスＧｓ１により吸収された波長範囲の測定光Ｌｍの強度を測定できる。
The first
なお、本実施形態の分析装置１００においては、光分岐部材５１と第１ニューマチック検出器５３との間に、第１フィルタＦ１が設けられている。第１フィルタＦ１は、測定光Ｌｍのうち、第１成分ガスＧｓ１により吸収される波長範囲の光を通過させる光学フィルタである。
これにより、第１ニューマチック検出器５３においては、測定光Ｌｍのうち第１成分ガスＧｓ１により吸収される波長範囲の光が第１封入セル５３ａに入射される。その結果、第１ニューマチック検出器５３は、第１成分ガスＧｓ１により吸収された測定光Ｌｍの強度を精度よく測定できる。
In addition, in the analyzer 100 of the present embodiment, a first filter F1 is provided between the light branching
As a result, in the first
第２ニューマチック検出器５５は、光分岐部材５１から見て測定セル１の長さ方向において、光分岐部材５１から所定の距離だけ離れて配置されている。第２ニューマチック検出器５５は、第２成分ガスＧｓ２（本実施形態では、一酸化窒素）を封入した第２封入セル５５ａを有する。本実施形態においては、第２封入セル５５ａには、不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス）に十数％の第２成分ガスＧｓ２（一酸化窒素）が混合したガスが封入されている。
第２封入セル５５ａは測定光Ｌｍを透過する材料（光学窓）にて形成されており、光分岐部材５１からの測定光Ｌｍは、第２封入セル５５ａの内部に入射し、当該内部を通過した後に第２封入セル５５ａから出射する。従って、第２ニューマチック検出器５５の後にセンサが配置されていれば、そのセンサにも測定光Ｌｍが入射する。
The second
The second sealed
上記の構成を有する第２ニューマチック検出器５５は、測定セル１を通過後の測定光Ｌｍのうち、第２成分ガスＧｓ２により吸収された波長範囲の測定光Ｌｍの強度を測定できる。
The second
なお、本実施形態の分析装置１００においては、光分岐部材５１と第２ニューマチック検出器５５との間に、第２フィルタＦ２が設けられている。第２フィルタＦ２は、測定光Ｌｍのうち、第２成分ガスＧｓ２により吸収される波長範囲の光を通過させる光学フィルタである。
これにより、第２ニューマチック検出器５５においては、測定光Ｌｍのうち第２成分ガスＧｓ２により吸収される波長範囲の光が第２封入セル５５ａに入射される。その結果、第２ニューマチック検出器５５は、第２成分ガスＧｓ２により吸収された測定光Ｌｍの強度を精度よく測定できる。
In addition, in the analyzer 100 of the present embodiment, a second filter F2 is provided between the light branching
As a result, in the second
上記のニューマチック検出器による測定光Ｌｍの強度の測定結果は、検出器の構成上、分析対象の成分ガスによる測定光Ｌｍの吸収だけでなく、他の成分（干渉成分とも呼ばれる）による測定光Ｌｍの吸収にも影響を受ける。この現象は、干渉成分の光吸収特性（光吸収の波長範囲）の少なくとも一部が、分析対象の成分ガスの光吸収特性の少なくとも一部と重複することにより発生する。 Due to the configuration of the detector, the measurement result of the intensity of the measurement light Lm by the above-mentioned pneumatic detector is not only the absorption of the measurement light Lm by the component gas to be analyzed, but also the measurement light by other components (also called interference components) Absorption of Lm is also affected. This phenomenon occurs because at least a portion of the light absorption characteristics (wavelength range of light absorption) of the interfering component overlaps at least a portion of the light absorption characteristics of the component gas being analyzed.
例えば、図２に示すように、第１成分ガスＧｓ１である二酸化硫黄（ＳＯ２）の光（赤外光）の吸収波長範囲は７～８μｍであるが、この波長範囲の赤外光は、水蒸気（Ｈ２Ｏ）（第３成分ガスＧｓ３）、及び、メタン（ＣＨ４）（第４成分ガスＧｓ４）によっても吸収される。図２は、各成分ガスの光吸収特性の一例を示す図である。
また、第２成分ガスＧｓ２である一酸化窒素（ＮＯ）の光の吸収波長範囲は５～６μｍであるが、この波長範囲の赤外光は水蒸気（Ｈ２Ｏ）（第３成分ガスＧｓ３）によっても吸収される。
For example, as shown in FIG. 2, the absorption wavelength range of light (infrared light) of sulfur dioxide (SO 2 ), which is the first component gas Gs1, is 7 to 8 μm. It is also absorbed by water vapor (H 2 O) (third component gas Gs3) and methane (CH 4 ) (fourth component gas Gs4). FIG. 2 is a diagram showing an example of light absorption characteristics of each component gas.
In addition, the absorption wavelength range of light of nitrogen monoxide (NO), which is the second component gas Gs2, is 5 to 6 μm. also absorbed by
このように、第１成分ガスＧｓ１の吸収波長範囲は、第３成分ガスＧｓ３（水蒸気）及び第４成分ガスＧｓ４（メタン（ＣＨ４））の吸収波長範囲の一部と重複しているので、第１ニューマチック検出器５３の測定光Ｌｍの測定結果は、第１成分ガスＧｓ１による測定光Ｌｍの吸収のみでなく、第３成分ガスＧｓ３（水蒸気）及び第４成分ガスＧｓ４による吸収の影響も受ける。
また、第２成分ガスＧｓ２の吸収波長範囲は、第３成分ガスＧｓ３（水蒸気）の吸収波長範囲の一部と重複しているので、第２ニューマチック検出器５５の測定光Ｌｍの測定結果は、第２成分ガスＧｓ２による測定光Ｌｍの吸収のみでなく、第３成分ガスＧｓ３（水蒸気）による吸収の影響も受ける。
Thus, since the absorption wavelength range of the first component gas Gs1 overlaps part of the absorption wavelength ranges of the third component gas Gs3 (water vapor) and the fourth component gas Gs4 (methane (CH 4 )), The measurement result of the measurement light Lm of the first
In addition, since the absorption wavelength range of the second component gas Gs2 overlaps part of the absorption wavelength range of the third component gas Gs3 (water vapor), the measurement result of the measurement light Lm of the second
煙道などからサンプリングしたサンプルガスＧｓには、二酸化硫黄、一酸化窒素などの窒素酸化物（ＮＯｘ）以外にも、これらの成分ガスに対して干渉成分となりうる物質（水蒸気、メタンなど）が含まれることがある。
従って、本実施形態のセンサ部５は、図１に示すように、第１ニューマチック検出器５３及び第２ニューマチック検出器５５に加えて、干渉成分である第３成分ガスＧｓ３の影響を検出する第３ニューマチック検出器５７と、干渉成分である第４成分ガスＧｓ４の影響を検出する第４ニューマチック検出器５９と、をさらに有する。なお、本実施形態において、第３成分ガスＧｓ３は水蒸気であり、第４成分ガスＧｓ４はメタンである。
Sample gas Gs sampled from a flue or the like contains substances (water vapor, methane, etc.) that can interfere with these component gases in addition to nitrogen oxides (NO x ) such as sulfur dioxide and nitrogen monoxide. may be included.
Therefore, as shown in FIG. 1, the
第３ニューマチック検出器５７は、測定光Ｌｍの伝搬方向に対して、第２ニューマチック検出器５５の後方に配置されている。すなわち、第３ニューマチック検出器５７は、第２ニューマチック検出器５５の第２封入セル５５ａから出射した測定光Ｌｍ（第１通過測定光Ｌｍ１と呼ぶ）を入力とする。
The third
第３ニューマチック検出器５７は、第２成分ガスＧｓ２を任意の濃度で封入した第３封入セル５７ａを有する。図２に示すように、一酸化窒素の光吸収特性は、水蒸気（第３成分ガスＧｓ３）の光吸収特性と重複しているので、第２成分ガスＧｓ２を任意の濃度で第３封入セル５７ａに封入することにより、第３成分ガスＧｓ３（水蒸気）による測定光Ｌｍの吸収を検出できる。
The third
第３封入セル５７ａは測定光Ｌｍを透過する材料（光学窓）にて形成されており、第２ニューマチック検出器５５から出射される第１通過測定光Ｌｍ１は、第３封入セル５７ａの内部に入射し、当該内部を伝搬する。その間に、第１通過測定光Ｌｍ１は、第３封入セル５７ａに封入された第２成分ガスＧｓ２によって吸収される。
第１通過測定光Ｌｍ１は、測定セル１及び第２ニューマチック検出器５５を通過した測定光Ｌｍである。従って、上記の構成を有する第３ニューマチック検出器５７は、測定セル１を通過後の測定光Ｌｍのうち第３成分ガスＧｓ３により吸収された波長範囲の測定光Ｌｍの強度を、第１通過測定光Ｌｍ１の強度として測定できる。
The third
The first passing measurement light Lm1 is the measurement light Lm that has passed through the
なお、本実施形態においては、第３封入セル５７ａには、９５％～１００％の第２成分ガスＧｓ２が封入されている。その一方で、第２封入セル５５ａに封入された第２成分ガスＧｓ２の濃度は十数％（例えば、１２％）程度である。すなわち、第２封入セル５５ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度は、第３封入セル５７ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度の約１／８である。
第２封入セル５５ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度が、第３封入セル５７ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度の半分以下であれば、第２封入セル５５ａ及び第３封入セル５７ａに封入する第２成分ガスＧｓ２の濃度は任意とできる。
In this embodiment, the third
If the concentration of the second component gas Gs2 in the second sealed
このように、第２封入セル５５ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度を低くし、第３封入セル５７ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度を高くすることで、第２ニューマチック検出器５５による第２成分ガスＧｓ２の検出感度を確保しつつ、第２封入セル５５ａにおける測定光Ｌｍの吸収を抑制して第１通過測定光Ｌｍ１の強度を十分な大きさに維持できる。その結果、第３ニューマチック検出器５７は、サンプルガスＧｓに含まれる第３成分ガスＧｓ３により吸収された測定光Ｌｍの強度を精度よく測定できる。
In this way, by decreasing the concentration of the second component gas Gs2 in the second sealed
第４ニューマチック検出器５９は、測定光Ｌｍの伝搬方向に対して、第１ニューマチック検出器５３の後方に配置されている。すなわち、第４ニューマチック検出器５９は、第１ニューマチック検出器５３の第１封入セル５３ａから出射した測定光Ｌｍ（第２通過測定光Ｌｍ２と呼ぶ）を入力とする。第４ニューマチック検出器５９は、第４成分ガスＧｓ４（メタン）を封入した第４封入セル５９ａを有する。
The fourth
また、第４封入セル５９ａは測定光Ｌｍを透過する材料（光学窓）にて形成されており、第１ニューマチック検出器５３から出射される第２通過測定光Ｌｍ２は、第４封入セル５９ａの内部に入射し、当該内部を伝搬する。その間に、第２通過測定光Ｌｍ２は、第４封入セル５９ａに封入された第４成分ガスＧｓ４によって吸収される。
第２通過測定光Ｌｍ２は、測定セル１及び第１ニューマチック検出器５３を通過した測定光Ｌｍである。従って、上記の構成を有する第４ニューマチック検出器５９は、測定セル１を通過後の測定光Ｌｍのうち第４成分ガスＧｓ４により吸収された波長範囲の測定光Ｌｍの強度を、第２通過測定光Ｌｍ２の強度として測定できる。
The fourth sealed
The second passing measurement light Lm2 is the measurement light Lm that has passed through the
なお、本実施形態においては、第４封入セル５９ａには、ほぼ１００％の第４成分ガスＧｓ４が封入されている。その一方で、第１封入セル５３ａに封入された第１成分ガスＧｓ１の濃度は数％（例えば、５％）程度である。すなわち、第１封入セル５３ａ内の第２成分ガスＧｓ２の濃度は、第４封入セル５９ａ内の第４成分ガスＧｓ４の濃度の約１／２０である。
なお、第１封入セル５３ａ内の第１成分ガスＧｓ１の濃度と、第４封入セル５９ａ内の第４成分ガスＧｓ４の濃度とは、各検出器での検出感度等を考慮して適宜決定できる。
In this embodiment, the fourth sealed
The concentration of the first component gas Gs1 in the first sealed
このように、第１封入セル５３ａ内の第１成分ガスＧｓ１の濃度を低くし、第４封入セル５９ａ内の第４成分ガスＧｓ４の濃度を高くすることで、第１ニューマチック検出器５３による第１成分ガスＧｓ１の検出感度を確保しつつ、第１封入セル５３ａにおける測定光Ｌｍの吸収を抑制して第２通過測定光Ｌｍ２の強度を十分な大きさに維持できる。その結果、第４ニューマチック検出器５９は、サンプルガスＧｓに含まれる第４成分ガスＧｓ４により吸収された測定光Ｌｍの強度を精度よく測定できる。
In this way, by decreasing the concentration of the first component gas Gs1 in the first sealed
（３）分析装置を用いた成分ガスの分析動作
以下、図３を用いて、上記の構成を有する分析装置１００を用いた成分ガスの分析動作を説明する。図３は、成分ガスの分析動作を示すフローチャートである。分析装置１００は、最初に、サンプルガスＧｓを測定セル１に導入する。その後、ステップＳ１で、光源３が測定光Ｌｍを測定セル１に向けて出力する。
(3) Analyzing Operation of Component Gas Using Analyzing Apparatus Hereinafter, using FIG. 3, an analyzing operation of a component gas using the analyzing apparatus 100 having the above configuration will be described. FIG. 3 is a flow chart showing the analysis operation of component gases. The analyzer 100 first introduces the sample gas Gs into the
次いで、ステップＳ２で、第１ニューマチック検出器５３及び第２ニューマチック検出器５５が、測定セル１の測定空間Ｓｐを通過した測定光Ｌｍを検出し、検出した測定光Ｌｍの強度に応じた信号を出力する。第３ニューマチック検出器５７が、第２封入セル５５ａを通過後の第１通過測定光Ｌｍ１を検出し、検出した第１通過測定光Ｌｍ１の強度に応じた信号を出力する。第４ニューマチック検出器５９が、第１封入セル５３ａを通過後の第２通過測定光Ｌｍ２を検出し、検出した第２通過測定光Ｌｍ２の強度に応じた信号を出力する。さらに、光検出器９３が、集光部材９により光経路９１に入射した測定光Ｌｍの強度に応じた信号を出力する。
Next, in step S2, the first
演算部７は、第１ニューマチック検出器５３～第４ニューマチック検出器５９、及び、光検出器９３から、これら検出器が出力した信号を入力する。以下、第１ニューマチック検出器５３が出力した信号の値（信号値）を第１信号値Ｓｉｇ１、第２ニューマチック検出器５５が出力した信号値を第２信号値Ｓｉｇ２、第３ニューマチック検出器５７が出力した信号値を第３信号値Ｓｉｇ３、第４ニューマチック検出器５９が出力した信号値を第４信号値Ｓｉｇ４、光検出器９３が出力した信号値を第５信号値Ｓｉｇ５、とする。
The calculation unit 7 receives signals output from the first to fourth
検出器から信号を入力後、演算部７は、これらの信号を用いて、第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２の分析を行う。具体的には、演算部７は、上記信号を用いて、サンプルガスＧｓ内の第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２の含有量に関する情報（例えば、濃度）を算出する。
具体的には、演算部７は、第１ニューマチック検出器５３にて測定された測定光Ｌｍの強度と、第２ニューマチック検出器５５にて測定された測定光Ｌｍの強度と、第３ニューマチック検出器５７にて測定された第１通過測定光Ｌｍ１の強度と、第４ニューマチック検出器５９にて測定された第２通過測定光Ｌｍ２の強度と、に基づいて、第１成分ガスＧｓ１の含有量に関する情報を算出する。
After the signals are input from the detector, the calculation unit 7 uses these signals to analyze the first component gas Gs1 and the second component gas Gs2. Specifically, the calculation unit 7 uses the signals to calculate information (for example, concentrations) regarding the contents of the first component gas Gs1 and the second component gas Gs2 in the sample gas Gs.
Specifically, the calculation unit 7 calculates the intensity of the measurement light Lm measured by the first
より具体的には、演算部７は、以下のように、まず、第３ニューマチック検出器５７から入力した第３信号値Ｓｉｇ３と第２ニューマチック検出器５５から入力した第２信号値Ｓｉｇ２に係数ｋ３を乗じた値との差分（第１差分値と呼ぶ）を算出する。次に、第１ニューマチック検出器５３から入力した第１信号値Ｓｉｇ１と第１差分値に係数ｋ１を乗じた値との差分（第２差分値と呼ぶ）を算出する。さらに、第２差分値から第４信号値Ｓｉｇ４に係数ｋ３を乗じた値を差し引いて、第１成分ガスＧｓ１の含有量を算出するための信号値（Ｓｉｇ（Ｇｓ１）と呼ぶ）を算出する。
Ｓｉｇ（Ｇｓ１）＝｛Ｓｉｇ１－ｋ１＊（Ｓｉｇ３－ｋ３＊Ｓｉｇ２）｝－ｋ２＊Ｓｉｇ４
More specifically, the calculation unit 7 first calculates the third signal value Sig3 input from the third
Sig(Gs1)={Sig1−k1*(Sig3−k3*Sig2)}−k2*Sig4
他の実施形態として、以下に示すように、まず、第１信号値Ｓｉｇ１と第４信号値Ｓｉｇ４に係数ｋ２’を乗じた値との差分（第３差分値と呼ぶ）を算出する。また、第３信号値Ｓｉｇ３と第２信号値Ｓｉｇ２に係数ｋ３’を乗じた値との差分（第４差分値と呼ぶ）を算出する。さらに、第３差分値から、第４差分値に係数ｋ１’を乗じた値を差し引いて、信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ１）を算出することもできる。この場合、係数ｋ１’は係数ｋ１とは異なっており、係数ｋ２’は係数ｋ２とは異なっており、係数ｋ３’は係数ｋ３とは異なっていてもよい。
Ｓｉｇ（Ｇｓ１）＝（Ｓｉｇ１－ｋ２’＊Ｓｉｇ４）－ｋ１’＊（Ｓｉｇ３－ｋ３’＊Ｓｉｇ２）
As another embodiment, first, a difference (referred to as a third difference value) between a value obtained by multiplying the first signal value Sig1 and the fourth signal value Sig4 by a coefficient k2' is calculated. Also, a difference (referred to as a fourth difference value) between the third signal value Sig3 and the value obtained by multiplying the second signal value Sig2 by the coefficient k3' is calculated. Further, the signal value Sig(Gs1) can be calculated by subtracting the value obtained by multiplying the fourth difference value by the coefficient k1′ from the third difference value. In this case, the coefficient k1' can be different from the coefficient k1, the coefficient k2' can be different from the coefficient k2, and the coefficient k3' can be different from the coefficient k3.
Sig(Gs1)=(Sig1-k2'*Sig4)-k1'*(Sig3-k3'*Sig2)
一方、演算部７は、第２ニューマチック検出器５５にて測定された測定光Ｌｍの強度と、第３ニューマチック検出器５７にて測定された第１通過測定光Ｌｍ１の強度と、光検出器９３にて測定された測定光Ｌｍの強度と、に基づいて、第２成分ガスＧｓ２の含有量に関する情報を算出する。
具体的には、演算部７は、以下のように、第２ニューマチック検出器５５から入力した第２信号値Ｓｉｇ２と第３ニューマチック検出器５７から入力した第３信号値Ｓｉｇ３に係数ｋ４を乗じた値との差分を算出後、当該差分から光検出器９３から入力した第５信号値Ｓｉｇ５に係数ｋ５を乗じた値を差し引いて、第２成分ガスＧｓ２の含有量を算出するための信号値（Ｓｉｇ（Ｇｓ２）と呼ぶ）を算出する。
Ｓｉｇ（Ｇｓ２）＝（Ｓｉｇ２－ｋ４＊Ｓｉｇ３）－ｋ５＊Ｓｉｇ５
On the other hand, the calculation unit 7 detects the intensity of the measurement light Lm measured by the second
Specifically, the calculation unit 7 adds the coefficient k4 to the second signal value Sig2 input from the second
Sig(Gs2)=(Sig2-k4*Sig3)-k5*Sig5
他の実施形態として、以下に示すように、第２ニューマチック検出器５５から入力した第２信号値Ｓｉｇ２と光検出器９３から入力した第５信号値Ｓｉｇ５に係数ｋ５’を乗じた値との差分を算出後に、当該差分から第３ニューマチック検出器５７から入力した第３信号値Ｓｉｇ３に係数ｋ４’を乗じた値を差し引いて、信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を算出することもできる。この場合、係数ｋ４’は係数ｋ４とは異なっており、係数ｋ５’は係数ｋ５とは異なっていてもよい。
Ｓｉｇ（Ｇｓ２）＝（Ｓｉｇ２－ｋ５’＊Ｓｉｇ５）－ｋ４’＊Ｓｉｇ３
As another embodiment, as shown below, a value obtained by multiplying the second signal value Sig2 input from the second
Sig(Gs2)=(Sig2-k5'*Sig5)-k4'*Sig3
上記のように、本実施形態の分析装置１００では、第３ニューマチック検出器５７にて測定された第１通過測定光Ｌｍ１の強度に基づいて、第３成分ガスＧｓ３に関する情報（本実施形態では、第１成分ガスＧｓ１の検出結果に対する第３成分ガスＧｓ３の影響、第２成分ガスＧｓ２の検出結果に対する第３成分ガスＧｓ３の影響）を決定している。
すなわち、分析装置１００では、分析対象である複数の成分ガスに対して共通する干渉成分に関する情報を、１つのニューマチック検出器による測定光Ｌｍの測定結果を用いて算出している。これにより、分析装置１００に設ける検出器数を最小限にして、分析装置１００をコンパクトにできる。また、分析装置１００に設ける検出器数を少なくすることで、分析装置１００の保守作業量を少なくできる。
As described above, in the analyzer 100 of the present embodiment, information (in the present embodiment, , the effect of the third component gas Gs3 on the detection result of the first component gas Gs1, and the effect of the third component gas Gs3 on the detection result of the second component gas Gs2).
That is, in the analysis apparatus 100, information about interference components common to a plurality of component gases to be analyzed is calculated using measurement results of the measurement light Lm by one pneumatic detector. As a result, the number of detectors provided in the analyzer 100 can be minimized, and the analyzer 100 can be made compact. Also, by reducing the number of detectors provided in the analyzer 100, the amount of maintenance work for the analyzer 100 can be reduced.
２．第２実施形態
上記の第１実施形態においては、第３成分ガスＧｓ３に関する情報は、サンプルガスＧｓに含まれる第１成分ガスＧｓ１及び第２成分ガスＧｓ２の含有量に関する情報を算出する際の干渉成分に関する情報として用いられていた。
しかし、これに限られず、第２実施形態に係る分析装置２００は、サンプルガスＧｓに含まれる第３成分ガスＧｓ３の含有量に関する情報を取得できる。例えば、分析装置２００において、第１成分ガスＧｓ１、第２成分ガスＧｓ２、及び／又は、第４成分ガスＧｓ４を、第３成分ガスＧｓ３に対する干渉成分とすることで、第３成分ガスＧｓ３の含有量に関する情報を算出できる。
2. Second Embodiment In the first embodiment described above, the information on the third component gas Gs3 interferes with the calculation of the information on the contents of the first component gas Gs1 and the second component gas Gs2 contained in the sample gas Gs. It was used as information about ingredients.
However, not limited to this, the analyzer 200 according to the second embodiment can acquire information about the content of the third component gas Gs3 contained in the sample gas Gs. For example, in the analyzer 200, the first component gas Gs1, the second component gas Gs2, and/or the fourth component gas Gs4 are used as interfering components with respect to the third component gas Gs3. Quantitative information can be calculated.
例えば、演算部７は、第１ニューマチック検出器５３から入力した第１信号値Ｓｉｇ１、第２ニューマチック検出器５５から入力した第２信号値Ｓｉｇ２、及び／又は、第４ニューマチック検出器５９から入力した第４信号値Ｓｉｇ４を用いて、第３成分ガスＧｓ３の測定結果に対する干渉成分の影響（ｆ（Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２，Ｓｉｇ４）と呼ぶ、ｆ（ｘ）：ｘの関数を意味する）を算出する。
次に、演算部７は、第３ニューマチック検出器５７から入力した第３信号値Ｓｉｇ３から、上記干渉成分の影響ｆ（Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２，Ｓｉｇ４）を差し引くことで、第３成分ガスＧｓ３の含有量に関する情報を算出できる。
For example, the calculation unit 7 receives the first signal value Sig1 input from the first
Next, the calculation unit 7 subtracts the influence f (Sig1, Sig2, Sig4) of the interference component from the third signal value Sig3 input from the third
なお、第２実施形態に係る分析装置２００の構成及び機能は、演算部７が第３成分ガスＧｓ３の含有量に関する情報を算出することを除いて、第１実施形態に係る分析装置１００と同一である。従って、ここでは、分析装置２００の他の構成及び機能の説明を省略する。 Note that the configuration and functions of the analysis device 200 according to the second embodiment are the same as those of the analysis device 100 according to the first embodiment, except that the calculation unit 7 calculates information about the content of the third component gas Gs3. is. Therefore, description of other configurations and functions of the analysis device 200 is omitted here.
３．第３実施形態
上記の実施形態においては、第１信号値Ｓｉｇ１～第３信号値Ｓｉｇ３から干渉成分による信号値を差し引いて算出した新たな信号値に基づいて第１成分ガスＧｓ１～第３成分ガスＧｓ３の分析を行っていた。しかし、これに限られず、この新たな信号値に基づく分析結果をさらに補正することもできる。
例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃焼させて出力を得るガスタービンから発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）（第２成分ガスＧｓ２）の濃度を分析装置１００により算出する場合に、信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出した窒素酸化物の濃度を、他の成分の測定結果を用いて補正できる。
3. Third Embodiment In the above embodiment, the first component gas Gs1 to the third component gas Gs1 to the third component gas are calculated based on the new signal value calculated by subtracting the signal value due to the interference component from the first signal value Sig1 to the third signal value Sig3. I was doing an analysis of Gs3. However, it is not limited to this, and the analysis result based on this new signal value can be further corrected.
For example, when calculating the concentration of nitrogen oxides (NO x ) (second component gas Gs2) generated from a gas turbine that burns liquefied natural gas (LNG) to obtain output, the signal value Sig ( The concentration of nitrogen oxides calculated using Gs2) can be corrected using the measurement results of other components.
ガスタービンから発生する窒素酸化物の濃度を上記の信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出したところ、算出された窒素酸化物の濃度が実際の濃度よりも大きな値となることがあった。信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出した濃度と実際の濃度との乖離は、特に、ガスタービンが低負荷運転しているときに顕著となっていた。 When the concentration of nitrogen oxides generated from the gas turbine was calculated using the above signal value Sig(Gs2), the calculated concentration of nitrogen oxides was sometimes larger than the actual concentration. The divergence between the concentration calculated using the signal value Sig(Gs2) and the actual concentration was particularly noticeable when the gas turbine was operating at a low load.
上記の乖離が発生する原因を調査したところ、上記の乖離は、低負荷運転時のガスタービンにおける液化天然ガスの不完全燃焼により一酸化炭素及び未燃の炭化水素が想定よりも高濃度（例えば、数千ｐｐｍオーダー）で生成されているときに発生していることが判明した。すなわち、不完全燃焼により生じた高濃度の一酸化炭素及び未燃の炭化水素が分析結果の乖離の原因であると考えられた。なお、通常運転時には不完全燃焼が発生していないと考えられ、これらの成分の発生は少なかった。
また、ガスタービンから発生する二酸化炭素の量は、低負荷運転時の不完全燃焼により一酸化炭素及び未燃の炭化水素が想定よりも高濃度で発生するときに、不完全燃焼が生じていない通常運転時よりも小さくなることが判明した。このことから、一酸化炭素及び未燃の炭化水素の発生量と二酸化炭素の発生量との間には相関があると考えられた。
Investigation of the cause of the above deviation revealed that the above deviation was caused by incomplete combustion of liquefied natural gas in the gas turbine during low-load operation, resulting in a higher than expected concentration of carbon monoxide and unburned hydrocarbons (e.g. , several thousand ppm order). In other words, it was considered that high concentrations of carbon monoxide and unburned hydrocarbons caused by incomplete combustion were the cause of the discrepancy in the analysis results. It is believed that incomplete combustion did not occur during normal operation, and the occurrence of these components was small.
In addition, regarding the amount of carbon dioxide generated from the gas turbine, incomplete combustion does not occur when carbon monoxide and unburned hydrocarbons are generated at a higher concentration than expected due to incomplete combustion during low-load operation. It was found to be smaller than during normal operation. From this, it was considered that there is a correlation between the amount of carbon monoxide and unburned hydrocarbons generated and the amount of carbon dioxide generated.
従って、第３実施形態においては、二酸化炭素の発生量と一酸化炭素及び未燃の炭化水素の発生量との間に相関があることを利用して、上記のＳｉｇ（Ｇｓ２）から算出される濃度を、光検出器９３から入力した第５信号値Ｓｉｇ５を用いて算出された二酸化炭素の濃度により補正して、窒素酸化物の濃度を算出する。
具体的には、以下の式を用いて窒素酸化物の濃度を算出する。以下の式において、Ｃｏｎｃ（ＮＯｘ）は窒素酸化物の濃度、Ｃｏｎｃ（Ｓｉｇ（Ｇｓ２））は信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）から算出される濃度、Ｃｏｎｃ（Ｓｉｇ５）は第５信号値Ｓｉｇ５から算出される二酸化炭素の濃度、ｆ（Ｃｏｎｃ（Ｓｉｇ５））は窒素酸化物の濃度の補正量であり、第５信号値Ｓｉｇ５から算出される二酸化炭素の濃度の関数である。
Ｃｏｎｃ（ＮＯｘ）＝Ｃｏｎｃ（Ｓｉｇ（Ｇｓ２））－ｆ（Ｃｏｎｃ（Ｓｉｇ５））
Therefore, in the third embodiment, using the fact that there is a correlation between the amount of carbon dioxide generated and the amount of carbon monoxide and unburned hydrocarbons generated, it is calculated from the above Sig (Gs2) The concentration is corrected by the concentration of carbon dioxide calculated using the fifth signal value Sig5 input from the
Specifically, the concentration of nitrogen oxides is calculated using the following formula. In the following equations, Conc(NO x ) is the concentration of nitrogen oxides, Conc(Sig(Gs2)) is the concentration calculated from the signal value Sig(Gs2), and Conc(Sig5) is calculated from the fifth signal value Sig5. The concentration of carbon dioxide, f(Conc(Sig5)), is a correction amount for the concentration of nitrogen oxides, and is a function of the concentration of carbon dioxide calculated from the fifth signal value Sig5.
Conc(NO x )=Conc(Sig(Gs2))−f(Conc(Sig5))
窒素酸化物の濃度の補正量を表す関数ｆ（Ｃｏｎｃ（Ｓｉｇ５））は、例えば、最小二乗法を用いて、ガスタービンから発生する二酸化炭素の濃度と、実際の窒素酸化物の濃度と信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）から算出される濃度との差分との関係を表すデータの近似式として算出できる。
なお、実際の窒素酸化物の濃度は、窒素酸化物以外の成分の存在が窒素酸化物の濃度の測定値にほとんど影響を与えない分析装置（例えば、化学発光法（ＣＬＡ）を用いた窒素酸化物の分析装置）を用いて取得できる。
The function f(Conc(Sig5)) representing the correction amount of the concentration of nitrogen oxides is obtained by, for example, using the method of least squares, the concentration of carbon dioxide generated from the gas turbine, the actual concentration of nitrogen oxides, and the signal value. It can be calculated as an approximate expression of data representing the relationship between the density calculated from Sig(Gs2) and the difference.
Note that the actual concentration of nitrogen oxides is measured by an analyzer (e.g., nitrogen oxidation using a chemiluminescence method (CLA)) in which the presence of components other than nitrogen oxides has little effect on the measured value of the concentration of nitrogen oxides. can be obtained using a physical analyzer).
信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出した濃度を、第５信号値Ｓｉｇ５から算出される二酸化炭素の濃度の関数である補正量により補正することで、図４に示すように、算出された窒素酸化物の濃度（図４では実線で示すグラフ）は、実際の窒素酸化物の濃度（図４では破線で示すグラフ）と、ガスタービンの運転の全期間において（すなわち、不完全燃焼が生じているか否かにかかわらず）よく一致している。なお、図４において、一点鎖線で示すグラフは、二酸化炭素の濃度を示す。
図４は、信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出した濃度を第５信号値から算出される補正量により補正して算出した窒素酸化物の濃度の経時変化と、実際の窒素酸化物の濃度の経時変化と、の一例を示す図である。
By correcting the concentration calculated using the signal value Sig (Gs2) with a correction amount that is a function of the concentration of carbon dioxide calculated from the fifth signal value Sig5, as shown in FIG. 4, the calculated nitrogen The concentration of oxides (indicated by the solid line in FIG. 4) differs from the actual concentration of nitrogen oxides (indicated by the dashed line in FIG. 4) over the entire period of operation of the gas turbine (that is, when incomplete combustion occurs). (whether they exist or not) are in good agreement. In addition, in FIG. 4, the graph shown by the dashed-dotted line shows the concentration of carbon dioxide.
FIG. 4 shows changes over time in the nitrogen oxide concentration calculated by correcting the concentration calculated using the signal value Sig(Gs2) with the correction amount calculated from the fifth signal value, and the actual nitrogen oxide concentration. is a diagram showing an example of change over time of .
一方、比較例として、信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出した濃度を補正しない場合には、図５に示すように、算出された窒素酸化物の濃度（図５では実線で示すグラフ）は、特に、二酸化炭素の濃度が小さい期間、すなわち、ガスタービンが低負荷で運転されることで不完全燃焼が生じ一酸化炭素及び未燃の炭化水素が高濃度で発生している期間において、実際の窒素酸化物の濃度から乖離している。すなわち、ガスタービンで不完全燃焼が生じているか否かにより、窒素酸化物の濃度測定結果が影響を受けている。
図５は、信号値Ｓｉｇ（Ｇｓ２）を用いて算出した濃度の経時変化と、実際の窒素酸化物の濃度の経時変化と、の一例を示す図である。
On the other hand, as a comparative example, when the concentration calculated using the signal value Sig (Gs2) is not corrected, as shown in FIG. In particular, during periods when the concentration of carbon dioxide is low, that is, when the gas turbine is operated at a low load, incomplete combustion occurs and carbon monoxide and unburned hydrocarbons are generated at high concentrations. is deviated from the concentration of nitrogen oxides in In other words, whether or not incomplete combustion occurs in the gas turbine affects the measurement result of the concentration of nitrogen oxides.
FIG. 5 is a diagram showing an example of changes over time in the concentration calculated using the signal value Sig(Gs2) and changes over time in the actual concentration of nitrogen oxides.
３．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）分析装置１００、２００は、サンプルガスＧｓに含まれる２種類以上のガスを分析対象とできる。この場合、上記にて説明したように、分析装置には各分析対象に対してニューマチック検出器を設けるが、複数の分析対象についての共通の干渉成分の影響は、共通のニューマチック検出器により測定できる。
3. Other Embodiments Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the invention. In particular, multiple embodiments and modifications described herein can be arbitrarily combined as needed.
(A) The analyzers 100 and 200 can analyze two or more types of gases contained in the sample gas Gs. In this case, as described above, the analyzer is provided with a pneumatic detector for each analyte. can be measured.
（Ｂ）ニューマチック検出器の封入セルに高濃度のガスが封入されている場合（第１実施形態及び第２実施形態では、第４ニューマチック検出器５９）、演算部７は、当該ニューマチック検出器から出力される信号のリニアライズ処理を実行してもよい。
（Ｃ）光分岐部材５１の代わりに、集光部材９のような内部がテーパー状である部材を設けることで、測定光Ｌｍを第１ニューマチック検出器５３に向けて伝搬させるようにしてもよい。
(B) When a high-concentration gas is sealed in the sealed cell of the pneumatic detector (the fourth
(C) Instead of the
（Ｄ）分析装置１００、２００は、比較セルと光断続機構とを備えてもよい。比較セルは、窒素などの測定光Ｌｍを吸収しないガスを封入したセルである。光断続機構は、測定光Ｌｍを測定セル１と比較セルに同時に導入するかしないかを切り替える機構である。このような光断続機構としては、例えば、測定セル１用の点灯光源と、比較セル用の点灯光源と、チョッパーと、を組み合わせた機構、測定セル１用の点滅光源と比較セル用の点滅光源とを組み合わせた機構が挙げられる。上記光源は、測定セル１と比較セルに同時に測定光Ｌｍを導入できる１つの光源であってもよい。その他、光断続機構は、測定セル１と比較セルに交互に測定光Ｌｍを導入する機構であってもよい。
この場合、演算部７は、測定セル１を通過した測定光Ｌｍの強度と、比較セルを通過した測定光Ｌｍの強度と、の差分に基づいて分析対象の成分ガスを分析する。これにより、測定セル１を通過後の測定光Ｌｍの測定結果に含まれるバックグラウンド成分を差し引いて、より精度よく分析ガスを分析できる。
(D) The analyzers 100 and 200 may include a comparison cell and an optical intermittent mechanism. A comparison cell is a cell filled with a gas such as nitrogen that does not absorb the measurement light Lm. The light interrupting mechanism is a mechanism for switching whether or not to introduce the measurement light Lm into the
In this case, the calculation unit 7 analyzes the component gas to be analyzed based on the difference between the intensity of the measurement light Lm that has passed through the
（Ｅ）分析装置１００、２００（の導入口１ａ）は、図６に示すように、煙道又は配管などからサンプルガスＧｓを含むガスをサンプリングして、分析装置１００の測定空間Ｓｐ（すなわち、測定セル１）に導入するサンプリングユニット１０１に接続されてもよい。図６は、サンプリングユニットと分析装置の接続関係を示す図である。
サンプリングユニット１０１は、例えば、煙道又は配管などを流れるガスをサンプリングするプローブ１０１１と、サンプリングしたガスに含まれるダストなどを捕集する捕集フィルタ１０１３と、サンプリングしたガスを前処理する前処理装置１０１５（例えば、電気冷却器と、ドレンセパレータと、チューブポンプと、硫酸ミスト、塩分などを除去するミストキャッチャと、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一酸化窒素に還元するＮＯｘコンバータと、により構成される）と、により構成される。
(E) As shown in FIG. 6, the analyzers 100 and 200 (introduction port 1a) sample a gas containing the sample gas Gs from a flue or pipe, and measure the measurement space Sp of the analyzer 100 (i.e., It may be connected to a
The
本発明は、サンプルガスに含まれる複数の成分を分析するガス分析装置に広く適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to gas analyzers that analyze a plurality of components contained in sample gas.
１００、２００ 分析装置
１ 測定セル
１ａ 導入口
１ｂ 排出口
３ 光源
５ センサ部
５１ 光分岐部材
５３ 第１ニューマチック検出器
５３ａ 第１封入セル
５５ 第２ニューマチック検出器
５５ａ 第２封入セル
５７ 第３ニューマチック検出器
５７ａ 第３封入セル
５９ 第４ニューマチック検出器
５９ａ 第４封入セル
Ｆ１ 第１フィルタ
Ｆ２ 第２フィルタ
７ 演算部
９ 集光部材
９１ 光経路
９３ 光検出器
Ｆ フィルタ
Ｗ 光学窓
１０１ サンプリングユニット
１０１１ プローブ
１０１３ 捕集フィルタ
１０１５ 前処理装置
Ｇｓ サンプルガス
Ｇｓ１ 第１成分ガス
Ｇｓ２ 第２成分ガス
Ｇｓ３ 第３成分ガス
Ｇｓ４ 第４成分ガス
Ｇｓ５ 第５成分ガス
Ｌｍ 測定光
Ｌｍ１ 第１通過測定光
Ｌｍ２ 第２通過測定光
Ｓｐ 測定空間
100, 200
Claims (10)
前記サンプルガスを内部に導入する測定セルと、
前記測定セルの内部に測定光を放射する光源と、
前記サンプルガスに含まれる第１成分ガスが前記測定セルの内部で吸収した前記測定光の強度を測定する第１ニューマチック検出器と、
前記サンプルガスに含まれる第２成分ガスが前記測定セルの内部で吸収した前記測定光の強度を測定する第２ニューマチック検出器と、
前記サンプルガスに含まれかつ前記第１成分ガス及び前記第２成分ガスと前記測定光の光吸収特性が少なくとも一部重複する第３成分ガスが前記測定セルの内部で吸収した前記測定光の強度を、前記第２ニューマチック検出器を通過後の前記測定光である第１通過測定光の強度として測定する第３ニューマチック検出器と、
前記第３ニューマチック検出器にて測定された前記第１通過測定光の強度に基づいて、前記第３成分ガスに関する情報を算出する演算部と、
を備える、ガス分析装置。 A device for analyzing components contained in a sample gas,
a measuring cell into which the sample gas is introduced;
a light source that emits measurement light inside the measurement cell;
a first pneumatic detector that measures the intensity of the measurement light absorbed inside the measurement cell by a first component gas contained in the sample gas;
a second pneumatic detector that measures the intensity of the measurement light absorbed inside the measurement cell by a second component gas contained in the sample gas;
intensity of the measurement light absorbed inside the measurement cell by a third component gas contained in the sample gas and having light absorption characteristics at least partially overlapping with those of the first component gas and the second component gas; as the intensity of the first passing measurement light, which is the measurement light after passing through the second pneumatic detector; and
a calculation unit that calculates information about the third component gas based on the intensity of the first passing measurement light measured by the third pneumatic detector;
A gas analyzer, comprising:
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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