JP4210502B2

JP4210502B2 - バッチ式多成分分析装置および方法

Info

Publication number: JP4210502B2
Application number: JP2002282808A
Authority: JP
Inventors: 俊行野村; 直之松本; 博二上坂; 建之助小島
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004117252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を各別に分析するバッチ式多成分分析装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１１−２０１９０１号公報
【特許文献２】
特開平２−１２４４４８号公報
ガス分析装置の一つに、赤外線吸収を利用した非分散型赤外線ガス分析装置（ＮＤＩＲ）がある。この非分散型赤外線ガス分析装置は、構造が簡単で堅牢であり、高い選択性により多成分を同時に分析することができるとともに連続測定が可能であるなどその優れた性能により、ガス分析の代表として広く用いられているところである。
【０００３】
前記ＮＤＩＲ法によるガス分析装置においては、一般に、誤差要因となるドリフトを補正するために、ゼロ校正およびスパン校正を行っている。ゼロ校正は、測定対象となるガス成分を含まないガス（通常、清浄な空気や窒素ガス）を用いるため、測定成分濃度が既知である校正ガスを用いるスパン校正に比べて、高い頻度で実施される。このゼロ校正は、特に、一日の変化量が大きい温度ドリフトなどの補正を簡便に行うことができ、また効果的である。そのため、従来においては、ゼロ校正をサンプルガス測定前に行い、その後、サンプルガスを測定するようにしていた。これは、測定が連続的であり、校正後に正しい測定値を連続表示する必要があるためである。
【０００４】
しかしながら、上述のように、ゼロ校正をサンプルガス測定前に行い、その後、サンプルガスを測定するようにした場合、測定後、サンプルガスが測定セルなどガスの流通する流路内に残ったまま装置の電源をオフすると、汚れが前記流路内に付着したり残留したりしたままになり、装置の劣化要因となる。これを回避するには、ゼロガスによるパージを行う必要がある。
【０００５】
これに対して、例えば、前記特許文献１に記載されているように、サンプルガス中の特定の測定対象成分を検出するとともに、測定モード時、所定時間毎に自動ゼロ校正を行うように構成された赤外線ガス分析計において、測定モードにあるとき、測定対象成分の濃度が所定値以下であるか否かで測定が終了したか否かを判別し、測定が終了していると判断されるときには、ゼロ校正を自動的に行うことも考えられるが、この特許文献１の手法では、サンプルガス測定とゼロ校正とが必ずしもペアとなって行われるものではなく、測定結果を得た後、電源をオフする前にパージを行う必要がある。
【０００６】
ところで、従来より、冷蔵庫やクーラなどの冷却機に用いられる冷媒には、一般的にフロンガスが用いられている。フロンガスは旧冷媒のＣＦＣ系、ＨＣＦＣ系に加えて、新冷媒のＨＦＣ系があるが、オゾン層破壊や地球温暖化の問題があり、フロンガスの回収およびリサイクルが義務付けられている。また、リサイクルできないフロンガスについてはこれを確実に破壊することが求められている。
【０００７】
一方、新冷媒としては、代表的なフロン４１０Ａ、フロン４０７Ｃ、フロン４０４Ａ、フロン５０７Ａがあり、これらは、複数の単成分フロンガス〔フロン３２（Ｒ３２）、フロン１２５（Ｒ１２５）、フロン１３４ａ（Ｒ１３４ａ）、フロン１４３ａ（Ｒ１４３ａ）〕のうちの数種を所定の割合で混合した所謂混合冷媒である。
【０００８】
したがって、誤回収などにより、成分比率が変化した異種のフロンガス〔フロン１２（Ｒ１２）、フロン２２（Ｒ２２）など〕が混入すると、リサイクルができなくなる。このため、フロンガスの成分比率を測定することが求められている。このフロンガス濃度を測定する手段として、例えば、前記特許文献２に記載されているように、ＮＤＩＲ法によるものがあり、このＮＤＩＲ法は、前記混合冷媒に含まれる各種の冷媒成分の比率分析に好適に用いることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特に、サンプルガスが混合冷媒のようなもので、その混合冷媒中に含まれている各冷媒成分の比率を測定するような場合で、当該測定が単発的に行われるところの所謂バッチ式のガス分析装置においては、前記特許文献１に記載されているような装置を採用した場合、装置の操作手順が煩雑になるとともに、パージのためのゼロガス供給の都度、ポンプを稼働させる必要があるので、それだけポンプの消耗が著しくなる。
【００１０】
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、ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を分析するに際して、測定操作をより簡略化し、パージのためのポンプなどの稼働を可及的に少なくすることのできるバッチ式多成分分析装置および方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を測定し、測定結果が得られることで測定作業を完了するように構成されているバツチ式多成分分析装置において、サンプルガスの測定直後に、ガス分析部に測定対象成分を含まないゼロガスをポンプの稼動により供給してパードとデータサンプリングを行って、ゼロ校正を行うように構成し、前記直前のサンプルガス測定時に得られたガス分析部からの測定信号と前記ゼロ校正時に得られた前記ガス分析部からのゼロ信号とに基づいて濃度演算を行って測定結果を得るように構成したことを特徴とするバッチ式多成分分析装置を提供する（請求項１）。
【００１２】
また、この発明では、ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を測定し、測定結果が得られることで測定作業を完了するバッチ式多成分分析方法において、サンプルガスの測定直後に、ガス分析部に測定対象成分を含まないゼロガスをポンプの稼動により供給してパージとデータサンプリングを行って、ゼロ校正を行うようにし、前記直前のサンプルガス測定時に得られたガス分析部からの測定信号と前記ゼロ校正時に得られた前記ガス分析部からのゼロ信号とに基づいて濃度演算を行って測定結果を得ることを特徴とするバッチ式多成分分析方法を提供する（請求項２）。
【００１３】
上記構成の多成分分析装置および方法においては、測定作業が完了した後は、特にパージを行う必要がなく、装置の電源を直ちにオフにして作業を完了することが可能になる。しかも、ゼロ校正とパージは、サンプルガスの測定直後に、同時に実施されるので、パージのための特別なポンプの動作が不要となり、ポンプなどサンプリング用の部材の長寿命化が期待できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施の形態を示すものである。この実施の形態においては、多成分分析装置の一例として、サンプルガスが混合冷媒であり、測定対象成分が混合冷媒を構成する冷媒成分であるところの混合冷媒測定装置を例示している。まず、図１は、前記混合冷媒測定装置の構成例を概略的に示すもので、この図において、１はサンプルガスＳとしての混合冷媒を収容したボンベで、２はボンベバルブである。３はボンベ１と後述する混合冷媒測定装置５との間を接続するサンプルガス供給路で、圧力調整器４を備えている。
【００１５】
５は混合冷媒分析装置で、例えば次のように構成されている。まず、６，７は混合冷媒分析装置５に形成されるガス入口、ガス出口で、ガス入口６にはサンプルガス供給路３の下流端が接続される。８はガス入口６とガス出口７との間に形成されるガス流路で、ガス入口６からのサンプルガスＳが流れ、その上流側から、常時開放されている開閉弁９、オイルフィルタ１０、三方電磁弁１１、ガス分析部１２、１３がこの順に設けられている。三方電磁弁１１は、電源オフ時には閉じている第１ポート１１ａがオイルフィルタ１０に接続され、常時開放されている第２ポート１１ｂがガス分析部１２に接続されるように、ガス流路８に介装されている。なお、１４はガス出口７に接続されるガス排出流路で、その下流側は適宜のガス回収部（図示していない）に接続されている。
【００１６】
前記ガス分析部１２、１３は、多成分分析装置として、ＮＤＩＲ法によって混合冷媒中に含まれる各冷媒成分の比率を分析するもので、例えば図２に示すように、構成されている。すなわち、一方のガス分析部１２は、セル１２ａと、このセル１２ａの一方の窓１２ａ1 側に設けられる赤外光源１２ｂおよび光チョッパ１２ｃと、セル１２ａの他方の窓１２ａ2 側に設けられる検出部１２ｄとからなり、他方のガス分析部１３は、セル１３ａと、このセル１３ａの一方の窓１３ａ1 側に設けられる赤外光源１３ｂおよび光チョッパ１３ｃと、セル１３ａの他方の窓１３ａ2 側に設けられる検出部１３ｄとからなる。
【００１７】
そして、前記一方のガス分析部１２のセル１２ａと他方のガス分析部１３のセル１３ａとが直列に接続され、上流側に位置する一方のセル１２ａには、三方電磁弁１１を経たサンプルガスＳが供給され、このセル１２ａの下流側に位置するように直列接続された他方のセル１３ａには、セル１２ａを経たサンプルガスＳが供給されるように構成されている。
【００１８】
また、前記検出部１２ｄ，１３ｄは、これら二つの検出部１２ｄ，１３ｄによって、サンプルガスＳとしての混合冷媒に含まれる例えば７つ（７種類）の冷媒成分を検出することができるように、一方の検出部１２ｄには、７つの冷媒成分のうちの４つの冷媒成分に対応して４つの焦電検出器と４つのバンドパスフィルタとが対をなすように設けられ、他方の検出部１３ｄには、７つのうちの残り３つの冷媒成分に対応して３つの焦電検出器と３つのバンドパスフィルタとが対をなすように設けられている。この場合、７つのバンドパスフィルタは、前記７つの冷媒成分の赤外吸収スペクトルに合わせて、透過する中心波長が所定の範囲になるように設定されている。
【００１９】
再び図１において、１５は混合冷媒分析装置５に形成されるゼロガス入口で、このゼロガス入口１５と三方電磁弁１１の電源オフ時には開いている第３ポート１１ｃとの間にはゼロガス供給路１６が形成されている。このゼロガス供給路１６には、フィルタ１７および吸引ポンプ１８がこの順に設けられている。そして、このゼロガス供給路１６は、三方電磁弁１１を介して上述した構成を有するガス分析部１２，１３のセル１２ａ，１３ａにゼロガスＺを供給するもので、この実施の形態においては、ゼロガス入口１５から空気が導入され、この空気がフィルタ１７を経て清浄な空気となり、これがゼロガスＺとなるように構成されている。
【００２０】
なお、図示していないが、前記混合冷媒測定装置５には、その各部を例えばシーケンス制御したり、ガス分析部１２，１３の出力に基づいて、複数（この例では７つ）の冷媒成分の濃度演算（成分比率演算）を行う演算制御装置（例えばパソコン）が設けられている。
【００２１】
上記構成の混合冷媒測定装置５を用いて混合冷媒の測定を行う作動について、図３をも参照しながら説明する。図３は、前記混合冷媒測定装置５の各部のオン・オフ状態および前記演算制御装置に付設された表示装置（例えば液晶表示装置）の画面における表示内容を経時的に示している。
【００２２】
測定前においては、演算制御装置に付設された表示装置の表示画面には、「ＲｅａｄｙＴｏＭｅａｓｕｒｅ」と表示されている（図３のｇ参照）。そして、測定前においては、ボンベバルブ２は閉じており（図３のａ参照）、三方電磁弁１１はオフ（図３のｃ参照）であり、吸引ポンプ１８もオフである（図３のｄ参照）。
【００２３】
前記状態において、演算制御装置の測定キーを手動でオンする（図３のｂ参照）と、三方電磁弁１１がオンとなる（図３のｃ参照）。この状態でボンベバルブ２を手動で開く（図３のａ参照）と、ボンベ１内の混合冷媒がサンプルガスＳとしてサンプルガス供給路３に流れ、圧力調整されて、ガス入口６を経て混合冷媒測定装置５内のガス流路８内に入る。前記サンプリングされたサンプルガスＳは、開閉弁９、オイルフィルタ１０、三方電磁弁１１を経て上流側のガス分析部１２のセル１２ａに入り、このセル１２ａを通過したサンプルガスＳは、下流側のガス分析部１３のセル１３ａに入る。これらのガス分析部１２，１３においては、サンプルガスＳがセル１２ａ，１３ａに供給されている間、サンプルガスＳの分析が行われる。このサンプルガス分析により、センサ信号が立ち上がり（図３のｅ参照）、その後、それぞれのガス分析部１２，１３におけるデータのサンプリングが行われる（図３のｆ参照）。これによって、各ガス分析部１２，１３から成分ごとの測定信号ｓが得られる。そして、下流側のガス分析部１３を出たサンプルガスＳは、ガス出口７からガス排出流路１４に入り、その後回収される。また、三方電磁弁１１は所定の時間だけオンした後オフとなり（図３のｃ参照）、この三方電磁弁１１のオフ後暫くしてボンベバルブ３は閉じられる（図３のａ参照）。
【００２４】
そして、吸引ポンプ１８がオンになると（図３のｄ参照）、ゼロガス供給路１６からゼロガスＺが三方電磁弁１１を経て上流側のガス分析部１２のセル１２ａに入り、このセル１２ａを通過したゼロガスＺは、下流側のガス分析部１３のセル１３ａに入り、前記立ち上がったセンサ信号が立ち下がる（図３のｅ参照）。前記ガス分析部１２，１３においては、ゼロガスＺがセル１２ａ。１３ａに供給されている間、ゼロガスＺによるゼロ校正が行われる。これによって、各ガス分析部１２，１３から成分ごとのゼロ信号ｚが得られる。そして、前記ガス分析部１２，１３を順次流れたゼロガスＺは、ガス出口７からガス排出流路１４に入り、その後回収される。
【００２５】
そして、演算制御装置においては、前記サンプルガス測定時に得られた複数の成分に対応するように設けられた複数の焦電検出器からのそれぞれ出力される測定信号ｓ（ｓ1 〜ｓ7 ）とゼロ校正時に得られた前記各焦電検出器からのゼロ信号ｚ（ｚ1 〜ｚ7 ）とに基づいて、例えば比〔ｌｏｇ（ｓ／ｚ）〕をとることにより、サンプルガスＳ中に含まれる複数の冷媒成分の比率が求められる。
【００２６】
上述したように、この発明の混合冷媒測定装置および方法においては、測定対象である混合冷媒を収容したボンベ１と混合冷媒測定装置５とを、サンプルガス供給路３で接続し、測定キーを操作した後、ボンベ１の開閉操作を行うだけで、後は測定結果を待つだけとなる。測定結果を得た後は、特にパージを行う必要がない。すなわち、この発明の混合冷媒測定装置および方法においては、まず、サンプルガス測定を行い、その直後にゼロ校正を行うようにして、サンプルガス測定とゼロ校正とをペアにして行うようにしているので、仮に、回収冷媒中の冷凍機油分がサンプルガスＳ中に混入していて前記冷凍機油分がセル１２ａ，１３ａ内等に完全に付着する前に、前記サンプルガス測定の直後に行われるゼロ校正により、前記セル１２ａ，１３ａ内等がゼロガスＺによってパージされる。したがって、サンプルガスＳ中に含まれる不純物を効果的に除去することができるとともに、パージ用のガスを流したりする必要がなく、ゼロ校正後直ちに電源オフとして作業を完了することができる。
【００２７】
そして、上述のように、サンプルガス測定の直後にゼロ校正とパージが同時に行われるので、パージのためにポンプ１８を動作させる必要がなく、ガスサンプリング回りの部材の長寿命化が期待できる。
【００２８】
また、上述の実施の形態においては、サンプルガスＳのサンプリングに伴うセンサ信号の立ち上がりを検出し、この立ち上がりを検出してから所定の時間をデータサンプリングに当てるようにしているので、ボンベ１のバルブ操作の遅れに影響されないデータサンプリングが可能である。
【００２９】
なお、上述の実施の形態では、サンプルガスＳとして混合冷媒を例示し、多成分分析装置として混合冷媒測定装置を例示しているが、この発明はこれに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を測定し、測定結果が得られたことで測定作業を完了するバッチ式多成分分析装置および方法において、サンプルガスの測定直後に、ガス分析部に測定対象成分を含まないゼロガスをポンプの稼動により供給してパージとデータサンプリングを行ってゼロ校正を行うようにしているので、サンプルガス測定とゼロ校正とが合理的に行われ、その結果、測定手順が従来より簡略化されるとともに、パージのためのポンプなどの稼働が可及的に少なくなり、サンプルガスが混合冷媒のようなものであっても、長期にわたって安定に測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のちバッチ式多成分分析装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】前記バッチ式多成分分析装置のガス分析部の構成の一例を概略的に示す図である。
【図３】前記バッチ式多成分分析装置における測定シーケンスの一例を示す図である。
【符号の説明】
５…多成分分析装置、１２，１３…ガス分析部、Ｓ…サンプルガス、Ｚ…ゼロガス。

Claims

ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を測定し、測定結果が得られたことで測定作業を完了するように構成されたバッチ式多成分分析装置において、サンプルガスの測定直後に、ガス分析部に測定対象成分を含まないゼロガスをポンプの稼動により供給してパージとデータサンプリングを行って、ゼロ校正を行うように構成し、前記直前のサンプルガス測定時に得られたガス分析部からの測定信号と前記ゼロ校正時に得られた前記ガス分析部からのゼロ信号とに基づいて濃度演算を行って測定結果を得るように構成したことを特徴とするバッチ式多成分分析装置。
ＮＤＩＲ法によってサンプルガス中に含まれる多成分の濃度を測定し、測定結果が得られたことで測定作業を完了するバッチ式多成分分析方法において、サンプルガスの測定直後に、ガス分析部に測定対象成分を含まないゼロガスをポンプの稼動により供給してパージとデータサンプリングを行って、ゼロ校正を行うようにし、前記直前のサンプルガス測定時に得られたガス分析部からの測定信号と前記ゼロ校正時に得られた前記ガス分析部からのゼロ信号とに基づいて濃度演算を行って測定結果を得ることを特徴とするバッチ式多成分分析方法。