JP3866554B2 - Gas analyzer - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス分析装置に係り、特に、危険物の蒸気などを検出するに好適な可搬型のガス分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス分析装置，特に、危険物の蒸気などを検出するガス分析装置は、たとえば、特開２０００−２８５７９号公報に記載のように、ノズル状のプローブを用いて、ガスを吸引した後、吸引したガスをイオン化し、質量分析装置等のガス分析手段により、ガスの種類や濃度を分析するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−２８５７９号公報に記載されたものでは、極微量のガスが一定の領域に限って分布している条件下などでは、吸引時に分析物質以外の不要なガス成分を大量に取込むこととなり、目標分析物質の濃度が低下し実効感度が減少するという問題があった。特に、ニトロ化合物に代表されるような爆発物のように、検査する人や物からの蒸気を採取して集める場合には、蒸気自体が極微量であるため、感度が低下すると、検知不能という自体となる。
【０００４】
本発明の目的は、検出感度の向上したガス分析装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、吸引部から吸引したガスを分析するガス分析装置において、上記吸引部に対して対向して直線配置されるとともに、移動空気流を吐出する気流吐出部を備え、この気流吐出部から吐出された移動空気流によって、分析物質を含む目標空気塊を、上記吸引部の吸引口に押込むようにしたものである。かかる構成により、目標分析物質の吸引効率を向上して、検出感度を向上し得るものとなる。
【０００６】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記吸引部の吸引口の開口面積は、上記気流吐出部から吐出された移動空気流の上記吸引口における拡がりよりも大きくしたものである。
【０００７】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記気流吐出部から吐出される移動空気流の流量は、上記吸引部における吸引流量よりも大きくしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態によるガス分析装置の構成について説明する。最初に、図１を用いて、本実施形態によるガス分析装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。
【０００９】
本実施形態によるガス分析装置は、吸引部２と、吸引管４と、吸引ポンプ７と、イオン源８と、ガス分析部９と、制御判別部１１とを備えている。さらに、本実施形態では、吐出部１と、気流発生部５と、気流導入部フィルタ１２とを備えている。吸引管４は、吸引部２から吸引された吸引ガスを、イオン源８に搬送する。吸引されたガスは、イオン源８でイオン化され、ガス分析部９でガスの種類や濃度が分析される。
【００１０】
ここで、本実施形態によるガス分析装置の動作について説明する。気流発生部５により発生した気流は、気流吐出部１により送出され、吸引部２に向かって送出される。一方、吸引部２では、吸引ポンプ７により発生された負圧により、吸引部２の先端において周辺気体を２次吸込流１３として一律に吸引する。ここで、気流吐出部１より送出された移動空気流６は、計測対象物質３を吸引部２の方向に誘導するとともに、吸引部２の吸引作用と２次吸込流１３のガイド作用が相まって吸引部内へ押し込むような作用を生じせしめる。
【００１１】
この結果、吸引部２では通常であれば、先端部周辺から一律に周囲の気体を吸入するところ、気流６及び２次吸込流１３により誘導されたガス成分を積極的に吸引することとなる。この後、吸引部２より吸入された対象ガスはイオン源８においてイオン化され、ガス分析部に計測され、インターフェース１０を経由して判別処理部１１によりガスの同定がなされる。
【００１２】
ここで、図２を用いて、本実施形態によるガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーション結果について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態によるガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーション結果の説明図である。
【００１３】
図２は、気流吐出部１から吐出した押込み流に伴う吸込み流れの数値シミュレーション結果を示しており、気流の速度ベクトルを図示している。吐出管２１から放出された押込み空気流２２は、直接、吸込み口２３に吸引されている。
【００１４】
ここで、気流吐出部１から吐出した押込み流は、ジェットであり、吸込み口２３に至るまでの押込み流の断面積の拡がりが多くないものである。例えば、気流吐出部１の出口の面積をＡ１とし、気流吐出部１の出口と、吸込み口２３の入口の距離をＸとすると、吸込み口２３の入口における押込み流の面積Ａ２は、ほぼＸに比例して大きくなる。一方、吸込み口２３の入口部はラッパ状に開口しており、開口断面積Ｂ１は、吸込み口２３の入口における押込み空気流２２の面積Ａ２よりも大きく、Ｂ１＞Ａ２としており、押込み空気流２２は、そのまま、吸込み口２３から吸引される。従って、押込み空気流２２によって、押込み空気流の付近にある計測対象物質は、効率的に吸込み口２３から吸引されることになり、押込み空気流２２の周囲にある空気等の吸引される割合が低下するために、吸引される気体中の計測対象物質の相対的な濃度を高くでき、分析感度を向上することができる。
【００１５】
一方、図３を用いて、従来のガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーション結果について説明する。図３は、従来のガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーション結果の説明図である。
【００１６】
図３に示す例では、押込み空気流のない場合で、しかも、吸込み口３１は円筒状であり、図２に示した吸込み口２３のように入口部がラッパ状になっていない場合である。この場合の数値シミュレーション結果は、図示するように、吸引部３１に対して周辺大気からの吸込み流３２が、全方向から一律吸引されており、指向性がなく、したがって、計測対象物質に対する吸引効率がよくないものである。
【００１７】
なお、計測対象物質が含まれる検査領域は、図１に示すように大気中の一領域の場合のみでなく、壁面上であっても、複数の壁面などによって一部または全部が閉じた空間であってもよいものである。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態によれば、吸引ノズルのみで対象ガスを収集する場合に比較して、積極的に対象ガスを多く含むガスを吸引することが可能になる。したがって、測定対象物質の吸引効率を高められるため、分析感度が向上するものである。
【００１９】
また、吸引効率を向上できるため、総吸引ガス量を少量化でき、その結果として、吸引ポンプ部等吸引機構を小型化することができる。また、吸引部に導入する迄の時間を短縮できるため、総計測時間を短縮することができる。
【００２０】
さらに、押込み流による押込み圧力が加わるため、イオン源を大気圧状態に近づけることができる。従来、ノズルから負圧によって測定対象物質を吸引する場合、イオン源の内部圧力も負圧の影響で低下する。イオン源は大気圧程度でイオン化する場合がもっともイオン化効率が高いのに対して、圧力が低下するとイオン化効率も低下する。それに対して、本実施形態では、イオン源の圧力を大気圧付近まで戻すこととなり、イオン化効率を上げることができる。なお、このような加圧効果は、押込み流そのものに持たせる場合のみでなく、吸引口近傍に別途設ける加圧装置によっても達成しうるものである。
【００２１】
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態によるガス分析装置の構成について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２２】
本実施形態では、図１に示した空気源である圧縮機のような気流発生部５と、移動空気流を発生するためのノズルのような吐出部１とに代えて、電気駆動式ファンなどのターボ機械５１を用いている。ターボ機械５１の前または後ろにはクリーンな気流を導入するためのフィルタ５２が設置されている。
【００２３】
なお、ターボ機械５１とフィルタ５２とは、それぞれ、一つずつ備えているが、ターボ機械５１とフィルタ５２を計測対象物質３の周囲に複数個設置することで、空間捕集能力を高めることも可能である。
【００２４】
本実施形態によれば、吐出空気流を発生させるための機構が、図１の構成に比して単純になるから、吸引部を小型軽量化できる。また、圧縮機による移動空気流、即ちジェットを用いるような場合と比して、運転状態の制御が容易になる。
【００２５】
次に、図５を用いて、本発明の第３の実施形態によるガス分析装置の構成について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２６】
本実施形態では、図１に示した構成に加えて、吸引ポンプ７と気流導入フィルタ１２とを接続する循環路６１を設けている。吸引ポンプ７を通過した空気流は、一部が大気放出流れ６４となり、残りが循環路６１を通る循環流６２として、気流導入フィルタ１２に戻る。フィルタ１２では、循環流６２に大気からの新規導入流６３を加え、気流発生装置５へと導く。
【００２７】
なお、本実施形態において、大気放出流れ６４や新規導入流れ６３は無しでもよいものである。また、気流発生装置５及び吐出部１の構成は、例えば、図４に示したターボ機械５１とフィルタ５２を用いてもよいものである。さらに、気流発生装置５をなくして、吸引ポンプ７が、気流発生装置５の機能を兼ねるようにすることもできる。
【００２８】
本実施形態によれば、吸引空気流の一部または全部が、再循環させられて吸引部における押し出し空気として利用されるため、押出し空気流の発生源を、可搬型ガス分析装置内のポンプで兼用したり、または別の発生源であっても、分析装置内に設置したりすることが可能となり、吸引部の小型化、即ち可搬型タイプに有利となる。また、一度目の吸引でガス分析部９に至らなかった分析物質３を再循環させることにより、再吸引することが可能となるので、検出精度が向上する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーション結果の説明図である。
【図３】従来のガス分析装置における吸込み流れの数値シミュレーション結果の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるガス分析装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…吐出部
２…吸引部
３…計測対象物質
４…吸引管
５…気流発生部
６…送出された移動空気流
７…吸引ポンプ
８…イオン源
９…ガス分析部
１０…入出力インターフェース
１１…制御判別部
１２…気流導入部フィルタ
１３…２次吸込流
２１…吐出管
２２…押込み空気流
２３…吸込み口
３１…吸引部
３２…周辺大気からの吸込み流
４１…吸引部
４２…吸引管
４４…移動機構
４５…可搬型ガス分析部
５１…ターボ機械
５２…気流導入部フィルタ
６１…循環路
６２…循環流
６３…新規導入流れ
６４…大気放出流れ
７１…容積型圧縮機
７２…小部屋[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas analyzer, and more particularly, to a portable gas analyzer suitable for detecting vapor of dangerous substances.
[0002]
[Prior art]
Conventional gas analyzers, in particular, gas analyzers for detecting vapors of dangerous materials, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-28579, after sucking gas using a nozzle-like probe, The sucked gas is ionized, and the type and concentration of the gas are analyzed by gas analyzing means such as a mass spectrometer.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-28579, a large amount of unnecessary gas components other than the analyte are collected at the time of suction under a condition where a very small amount of gas is distributed only in a certain region. As a result, there is a problem that the concentration of the target analyte decreases and the effective sensitivity decreases. In particular, when collecting and collecting the vapor from the person or object to be inspected, such as explosives typified by nitro compounds, the vapor itself is extremely small, so if the sensitivity decreases, detection is impossible. It becomes itself.
[0004]
An object of the present invention is to provide a gas analyzer with improved detection sensitivity.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, according to the present invention, in a gas analyzer for analyzing gas sucked from a suction part, the gas analyzer is arranged linearly facing the suction part and discharges a moving air flow. An air flow discharge unit is provided, and a target air mass containing an analysis substance is pushed into the suction port of the suction unit by a moving air flow discharged from the air flow discharge unit. With this configuration, to improve the suction efficiency of the target analyte, that Do those capable of improving the detection sensitivity.
[0006]
( 2 ) In the above (1), preferably, the opening area of the suction port of the suction unit is larger than the spread of the moving air flow discharged from the air flow discharge unit at the suction port.
[0007]
( 3 ) In the above (1), preferably, the flow rate of the moving air flow discharged from the air flow discharge unit is larger than the suction flow rate in the suction unit.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the gas analyzer according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration of the gas analyzer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the gas analyzer according to the first embodiment of the present invention.
[0009]
The gas analyzer according to the present embodiment includes a suction unit 2, a suction tube 4, a suction pump 7, an ion source 8, a gas analysis unit 9, and a control determination unit 11. Furthermore, in this embodiment, the discharge part 1, the airflow generation part 5, and the airflow introduction part filter 12 are provided. The suction tube 4 conveys the suction gas sucked from the suction unit 2 to the ion source 8. The sucked gas is ionized by the ion source 8, and the type and concentration of the gas are analyzed by the gas analyzer 9.
[0010]
Here, the operation of the gas analyzer according to the present embodiment will be described. The airflow generated by the airflow generation unit 5 is sent out by the airflow discharge unit 1 and sent out toward the suction unit 2. On the other hand, in the suction part 2, the peripheral gas is uniformly sucked as the secondary suction flow 13 at the tip of the suction part 2 by the negative pressure generated by the suction pump 7. Here, the moving air flow 6 sent out from the air flow discharge unit 1 guides the measurement target substance 3 in the direction of the suction unit 2, and sucks the suction action of the suction part 2 and the guide action of the secondary suction flow 13 together. It causes the action of pushing into the part.
[0011]
As a result, if the suction unit 2 normally sucks the surrounding gas uniformly from the periphery of the tip, the gas component induced by the air flow 6 and the secondary suction flow 13 is positively sucked. Thereafter, the target gas sucked from the suction unit 2 is ionized in the ion source 8, measured by the gas analysis unit, and identified by the discrimination processing unit 11 via the interface 10.
[0012]
Here, the numerical simulation result of the suction flow in the gas analyzer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of a numerical simulation result of the suction flow in the gas analyzer according to the first embodiment of the present invention.
[0013]
FIG. 2 shows a numerical simulation result of the suction flow accompanying the pushing flow discharged from the air flow discharge unit 1, and illustrates the velocity vector of the air flow. The forced air flow 22 discharged from the discharge pipe 21 is directly sucked into the suction port 23.
[0014]
Here, the pushing flow discharged from the air flow discharge unit 1 is a jet, and the cross-sectional area of the pushing flow up to the suction port 23 does not increase much. For example, assuming that the area of the outlet of the airflow discharge unit 1 is A1 and the distance between the outlet of the airflow discharge unit 1 and the inlet of the suction port 23 is X, the area A2 of the forced flow at the inlet of the suction port 23 is almost X. Increase proportionally. On the other hand, the inlet portion of the suction port 23 is opened in a trumpet shape, and the opening cross-sectional area B1 is larger than the area A2 of the pushed air flow 22 at the inlet of the suction port 23, and B1> A2, and the pushed air flow 22 Is sucked from the suction port 23 as it is. Therefore, the measurement target substance in the vicinity of the pushing air flow is efficiently sucked from the suction port 23 by the pushing air flow 22, and the ratio of the air around the pushing air flow 22 is sucked. Therefore, the relative concentration of the measurement target substance in the sucked gas can be increased, and the analysis sensitivity can be improved.
[0015]
On the other hand, the numerical simulation result of the suction flow in the conventional gas analyzer will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a numerical simulation result of the suction flow in the conventional gas analyzer.
[0016]
In the example shown in FIG. 3, there is no forced air flow, and the suction port 31 has a cylindrical shape, and the inlet portion does not have a trumpet shape like the suction port 23 shown in FIG. 2. As shown in the figure, the numerical simulation result in this case is that the suction flow 32 from the surrounding atmosphere is uniformly sucked from all directions with respect to the suction unit 31 and has no directivity. Is not good.
[0017]
As shown in FIG. 1, the inspection region containing the measurement target substance is not only a region in the atmosphere, but also a space partially or entirely closed by a plurality of wall surfaces, even on the wall surface. It may be.
[0018]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to positively suck a gas containing a large amount of the target gas as compared with a case where the target gas is collected only by the suction nozzle. Therefore, since the suction efficiency of the substance to be measured can be increased, the analysis sensitivity is improved.
[0019]
Further, since the suction efficiency can be improved, the total suction gas amount can be reduced, and as a result, the suction mechanism such as the suction pump unit can be reduced in size. In addition, since the time until introduction into the suction unit can be shortened, the total measurement time can be shortened.
[0020]
Furthermore, since an indentation pressure is applied by the indentation flow, the ion source can be brought close to an atmospheric pressure state. Conventionally, when a substance to be measured is sucked from a nozzle by negative pressure, the internal pressure of the ion source also decreases due to the negative pressure. The ion source has the highest ionization efficiency when ionized at about atmospheric pressure, whereas the ionization efficiency decreases as the pressure decreases. On the other hand, in this embodiment, the pressure of the ion source is returned to near atmospheric pressure, and ionization efficiency can be increased. Such a pressure effect, not only to have to push flow itself, Ru der those which can be achieved by separately providing a pressure device to the suction opening neighborhood.
[0021]
Next, with reference to FIG. 4, the configuration of the gas analyzer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the gas analyzer according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
[0022]
In the present embodiment, instead of the air flow generation unit 5 such as a compressor that is the air source shown in FIG. 1 and the discharge unit 1 such as a nozzle for generating a moving air flow, an electrically driven fan or the like The turbo machine 51 is used. A filter 52 for introducing a clean air current is installed in front of or behind the turbo machine 51.
[0023]
The turbo machine 51 and the filter 52 are provided one by one. However, by installing a plurality of the turbo machines 51 and the filters 52 around the measurement target substance 3, the space collection capability may be improved. Is possible.
[0024]
According to the present embodiment, since the mechanism for generating the discharge air flow is simpler than the configuration of FIG. 1, the suction portion can be reduced in size and weight. The mobile air flow by the compressor, i.e. as compared with the case such as with the jet, the control of the operating conditions easily ing.
[0025]
Next, with reference to FIG. 5, the configuration of the gas analyzer according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a gas analyzer according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
[0026]
In the present embodiment, in addition to the configuration shown in FIG. 1, a circulation path 61 that connects the suction pump 7 and the airflow introduction filter 12 is provided. Part of the air flow that has passed through the suction pump 7 becomes an atmospheric discharge flow 64, and the rest returns to the air flow introduction filter 12 as a circulation flow 62 that passes through the circulation path 61. In the filter 12, a newly introduced flow 63 from the atmosphere is added to the circulating flow 62 and led to the airflow generation device 5.
[0027]
In the present embodiment, the atmospheric discharge flow 64 and the new introduction flow 63 may be omitted. Moreover, the structure of the airflow generator 5 and the discharge part 1 may use the turbo machine 51 and the filter 52 which were shown in FIG. 4 , for example. Furthermore, the airflow generator 5 can be eliminated, and the suction pump 7 can also function as the airflow generator 5.
[0028]
According to the present embodiment, a part or all of the suction air flow is recirculated and used as the push air in the suction part. Therefore, the source of the push air flow is a pump in the portable gas analyzer. Even if it is used as another source or installed in another analyzer, it can be installed in the analyzer, which is advantageous for downsizing the suction part, that is, for a portable type. Further, by recirculating the analyte 3 did not result in the gas analyzer unit 9 in one time of suction, it becomes possible to re-suction, it increases the detection accuracy.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, detection sensitivity can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a gas analyzer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a numerical simulation result of a suction flow in the gas analyzer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a numerical simulation result of a suction flow in a conventional gas analyzer.
FIG. 4 is a block diagram showing an overall configuration of a gas analyzer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a gas analyzer according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge part 2 ... Suction part 3 ... Substance to be measured 4 ... Suction tube 5 ... Airflow generation part 6 ... Delivered moving air flow 7 ... Suction pump 8 ... Ion source 9 ... Gas analysis part 10 ... Input / output interface 11 ... Control discriminating unit 12 ... Air flow introduction filter 13 ... Secondary suction flow 21 ... Discharge pipe 22 ... Pushing air flow 23 ... Suction port 31 ... Suction part 32 ... Suction flow 41 from the ambient atmosphere ... Suction part 42 ... Suction pipe 44 ... Moving mechanism 45 ... Portable gas analyzing part 51 ... Turbo machine 52 ... Airflow introduction part filter 61 ... Circuit path 62 ... Circulating flow 63 ... New introduction flow 64 ... Atmospheric discharge flow 71 ... Volume compressor 72 ... Small chamber

Claims (3)

吸引部から吸引したガスを分析するガス分析装置において、
上記吸引部に対して対向して直線配置されるとともに、移動空気流を吐出する気流吐出部を備え、
この気流吐出部から吐出された移動空気流によって、分析物質を含む目標空気塊を、上記吸引部の吸引口に押込むことを特徴とするガス分析装置。In the gas analyzer that analyzes the gas sucked from the suction part,
It is arranged linearly facing the suction unit, and includes an air flow discharge unit that discharges a moving air flow,
A gas analyzer characterized in that a target air mass containing an analyte is pushed into a suction port of the suction unit by a moving air flow discharged from the air flow discharge unit. 請求項１記載のガス分析装置において、
上記吸引部の吸引口の開口面積は、上記気流吐出部から吐出された移動空気流の上記吸引口における拡がりよりも大きいことを特徴とするガス分析装置。The gas analyzer according to claim 1,
The gas analyzer according to claim 1, wherein an opening area of the suction port of the suction unit is larger than a spread of the moving air flow discharged from the air flow discharge unit at the suction port. 請求項１記載のガス分析装置において、
上記気流吐出部から吐出される移動空気流の流量は、上記吸引部における吸引流量よりも大きいことを特徴とするガス分析装置。The gas analyzer according to claim 1,
The gas analyzer characterized in that the flow rate of the moving air flow discharged from the air flow discharge unit is larger than the suction flow rate in the suction unit.

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