JP4925489B1 - ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部（大気）圧力が変化しても、測定対象ガスを正確に測定及び分析できるようにする。
【解決手段】測定対象ガスを流入出するためのガスセル１と、ガスセル１内の測定対象ガスの成分濃度を検出するためのガス検出器２と、測定対象ガスをガスセル１へ供給するための第１ポンプ３と、測定対象ガスをガスセル１から排気するための第２ポンプ４と、ガスセル１内の測定対象ガスの圧力を一定に保持するためのガスセル圧力保持手段５と、ガスセル内の測定対象ガスの流量を一定に保持するためのガスセル流量保持手段６と、外部（大気）圧力を検出するための外部圧力検出器７と、外部圧力検出器７により検出された検出値に基づいて、第１ポンプ３が供給する測定対象ガスの流量が一定になるように調整するための流入量調整手段８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象ガスを分析するためのガス分析装置に関する。

自動車の排出ガス試験において、従来では、建屋内でシャシダイナモメータやエンジンダイナモメータを用いた試験が行われており、例えば、日本のＪＣ０８モードや、米国のＬＡ４モード等の試験モードがよく知られているが、車両の外部の大気圧の変化を考慮した排出ガス試験は行われていなかった。このように、建屋内で試験が行われる場合、大気圧が変化しないので、従来のガス分析装置でも排出ガス濃度を精度よく測定できた。

ところが、近年の米国及び欧州法規では車両試験について検討されており、実環境で走行する車両の排出ガスを分析する試験が注目されている。しかし、従来のガス分析装置では、車両が走行する標高の変化によって生じる大気圧の変化に対応しておらず、排出ガス濃度を精度よく測定できない。

従来のガス分析装置（例えば特許文献１）では、径及び長さが異なる複数の測定対象ガスの採取管を備えており、採取部における測定対象ガスの圧力が変動する場合、これらの採取管を切り替えることにより、ガス分析装置のガスセルへ流入する測定対象ガスの圧力を一定に制御する。

さらに、従来のガス分析装置は、測定対象ガスをガス分析装置のガスセルへ供給する加圧式ポンプを備える。加圧式ポンプは、予め設定された一定の圧力に加圧してガスを供給するので、大気圧が変化すると、供給する測定対象ガスの流量が変化する。即ち、大気圧が高いと、加圧式ポンプの負荷が小さくなって、測定対象ガスの供給流量が多くなり、それに対し、大気圧が低いと、加圧式ポンプの負荷が大きくなって、測定対象ガスの供給流量が少なくなる。

このように、従来のガス分析装置では、大気圧の変化に対応していないので、大気圧が変化すると、ガス分析装置のガスセルへ流入する測定対象ガスの圧力及び流量が変化する。そして、測定対象ガスの圧力が変化すると、測定対象ガスの濃度が変化するので、流動する測定対象ガスを連続して分析するガス分析装置では、正確に測定対象ガスを分析できない。

また、従来のガス分析装置では、大気圧の変化によって、測定対象ガスの供給流量が変化するので、それに伴って、測定対象ガスの流速が変化する。測定対象ガスの流速が変化すると、ガス採取ポイント（サンプリングポイント）からガスセルまでの到達時間が変化するので、大気圧が変化すると、時系列的に正確な測定ができない。

特開平６−１０２１５３号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、大気圧が変化しても、測定対象ガスを正確に測定及び分析できるガス分析装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係るガス分析装置は、
測定対象ガスの成分濃度を分析するガス分析装置であって、ガス分析装置の外部の大気圧が変化し、その大気圧の変化に応じて測定対象ガスの圧力が変化するものであって、
測定対象ガスを流入出するためのガスセルと、
ガスセル内の測定対象ガスの成分濃度を検出するためのガス検出器と、
一端がガスセルに接続され、他端が大気開放され、ガスセルに測定対象ガスを流入するための供給管と、
一端がガスセルに接続され、他端が大気開放され、ガスセルから測定対象ガスを流出するための排気管と、
供給管に設けられ、測定対象ガスをガスセルへ供給するための第１ポンプと、
排気管に設けられ、測定対象ガスをガスセルから排気するための第２ポンプと、
供給管における第１ポンプとガスセルとの間に設けられた流入側分岐点と、
排気管における第２ポンプとガスセルとの間に設けられた流出側分岐点と、
流入側分岐点と流出側分岐点とを接続する分岐管と、
分岐管に設けられ、ガスセル内の測定対象ガスの圧力を一定に保持するための背圧弁と、
排気管におけるガスセルと排出側分岐点との間に設けられ、ガスセル内の測定対象ガスの流量を一定に保持するためのガスセル流量保持手段と、
大気圧を検出するための外部圧力検出器と、
供給管における他端と第１ポンプとの間に設けられた調整弁と、
外部圧力検出器により検出された検出値に基づいて、第１ポンプが供給する測定対象ガスの流量が一定になるように調整弁の開度を調整するための制御手段と、
を備える。

上記の通り、本発明に係るガス分析装置は、ガスセル内の測定対象ガスの圧力が一定になるように制御するための背圧弁と、ガスセル内の測定対象ガスの流量が一定になるように制御するためのガスセル流量保持手段とを備える。従って、外部の大気圧が変化しても、背圧弁及びガスセル流量保持手段によって、ガスセル内の圧力及び流量が一定に保持されるので、ガスセル内の測定対象ガスの濃度が一定に保持される。これによって、本発明のガス分析装置は、大気圧が変化しても、ガスセル内の測定対象ガスを精度よく正確に測定及び分析できる。

さらに、本発明に係るガス分析装置は、大気圧を検出するための外部圧力検出器と、外部圧力検出器により検出された検出値に基づいて、第１ポンプが供給する測定対象ガスの流量が一定になるように調整弁の開度を調整するための制御手段とを備える。従って、大気圧が変化しても、外部圧力検出器、調整弁及び制御手段によって、第１ポンプによって供給される測定対象ガスの流量が一定になるので、供給される測定対象ガスの流速が一定に保持される。これによって、本発明のガス分析装置は、大気圧が変化しても、ガス採取ポイント（サンプリングポイント）からガスセルまでの到達時間を一定にできるので、時系列的に正確な測定及び分析ができる。

本発明に係るガス分析装置を示す流路図。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係るガス分析装置を説明する。

［構成］
ガス分析装置は、ガスセル１を備え、ガスセル１内に測定対象ガスが流出入する。ガス分析装置は、ガス検出器２を備える。ガス検出器２は、ガスセル１内に流出入する測定対象ガス（サンプルガス）に含まれる成分濃度を測定する。
測定対象ガスは、例えば、自動車の排気ガスや外気などであって、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、シアン化水素、アンモニアなどの成分濃度を測定する。
ガス検出器２は、例えば、フーリエ変換型赤外分光計（ＦＴＩＲ）、非分散赤外線検出器（ＮＤＩＲ）、化学発光検出器（ＣＬＤ）、磁気式検出器（ＰＭＧ）、水素炎イオン検出機（ＦＩＤ）、炎光光度法（ＦＰＤ）、量子カスケードレーザー法検出器（ＱＣＬ ＤＥＴ）、質量分析計（ＭＳ）、キャビティリングダウン分光計（ＣＲＤＳ）、マイクロ波吸収検出器などである。

ガス分析装置は、測定対象ガスをガスセル１へ供給するための供給管３０と、測定対象ガスをガスセル１から排気するための排気管３１とを備える。供給管３０は、一端がガスセル１に接続されており、他端（流入端）Ｐ１が大気開放され、測定対象ガスを採取するサンプリングポイントとなる。排気管３１は、一端がガスセル１に接続されており、他端（流出端）Ｐ４が外気側に向けられ大気開放される。

ガス分析装置は、測定対象ガスをガスセル１へ供給するための加圧式の第１ポンプ３を備える。第１ポンプ３は、供給管３０に設けられており、サンプリングポイントＰ１とガスセル１との間に配置される。第１ポンプ３は、予め設定された一定の圧力に加圧して測定対象ガスを供給する。そのため、大気圧が高い場合は、第１ポンプ３に対する負荷は小さくなり、大気圧が低い場合は、第１ポンプ３に対する負荷は大きくなる。

外部の大気圧が変化して、第１ポンプ３に対する負荷が変化することによって生じる、供給される測定対象ガスの流量の変化を防止するために、ガス分析装置は、外部圧力検出器７及び流入量調整手段８，９を備える。

外部圧力検出器７は、ガス分析装置の大気圧の変化、例えば、大気や自動車の排気系からの排気ガスなどの圧力の変化を経時的に測定する検出器である。即ち、外部圧力検出器７は、供給される測定対象ガスの圧力に影響を及ぼす大気圧の変化を測定する。

流入量調整手段８，９は、外部圧力検出器７によって検出された検出値に基づいて、第１ポンプ３によって供給される測定対象ガスの流量が一定になるように調整する。本実施形態においては、流入量調整手段８，９は、測定対象ガスの流量を調整するための調整弁８と、外部圧力検出器７の検出値に基づいて調整弁８の開度を制御するための制御手段９とを備える。
なお、外部圧力検出器７及び流入量調整手段８，９は、マスフローコントローラなど一体型でもよく、圧力を検知してバルブの開度を調整できるものであればよい。

調整弁８は、供給管３０に設けられており、サンプリングポイントＰ１と第１ポンプ３との間、もしくは、第１ポンプ３の出口付近に配置される。即ち、調整弁８は、第１ポンプ３の流入側または排出側に配置される。制御手段９は、外部圧力検出器７の検出値に対応する調整弁８の開度が記憶され、供給される測定対象ガスの流量が一定になるように設定されている。即ち、大気圧が高い場合は、第１ポンプ３の負荷が小さくなって、供給される測定対象ガスの流量が増加するので、制御手段９は、調整弁８の開度を小さくして、測定対象ガスの流量を一定にする。また、大気圧が低い場合は、第１ポンプ３の負荷が大きくなって、供給される測定対象ガスの流量が減少するので、制御手段９は、調整弁８の開度を大きくして、測定対象ガスの流量を一定にする。

ガス分析装置は、ガスセル１内の測定対象ガスの圧力を一定に保持するガスセル圧力保持手段５と、ガスセル１内の測定対象ガスの流量を一定に保持するガスセル流量保持手段６とを備える。

本実施形態では、ガスセル圧力保持手段５は、ガスセル１内の圧力を一定にする背圧弁５と、背圧弁５に接続された分岐管３２とを備える。分岐管３２は、供給管３０と排気管３１との間に接続される。即ち、分岐管３２は、流入側分岐点Ｐ２が供給管３０の第１ポンプ３とガスセル１との間に配置され、流出側分岐点Ｐ３が排気管３１のガスセル１と第２ポンプ４との間に配置される。背圧弁５を所定の圧力に調整することで、ガスセル１の流入側において、測定対象ガスの圧力を所定値に保持できる。これによって、ガスセル１内の測定対象ガスの圧力を一定に保持できる。

ガスセル流量保持手段６は、マスフローコントローラやバルブなどからなる。ガスセル流量保持手段６は、ガスセル１と流出側分岐点Ｐ３との間に配置される。これによって、ガスセル１内の測定対象ガスの流量を一定に保持できる。

ガス分析装置は、測定対象ガスをガスセル１から排気するための減圧式の第２ポンプ４を備える。第２ポンプ４は、排気管３１に設けられており、流出側分岐点Ｐ３と流出端Ｐ４との間に配置される。第２ポンプ４は、その入口圧力が第１ポンプ３の出口圧力より常に減圧になるように予め設定され、測定対象ガスを吸引して排気する。

大気圧が変化すると、第２ポンプ４の負荷が変化してポンプ入口圧力も変化するが、本発明のガス分析装置は、ガスセル圧力保持手段５でガスセル１の入口側を一定圧力に保持し、ガスセル流量保持手段６でガスセル１の下流側を一定流量に保持しているので、ガスセル１内の測定対象ガスの圧力及び流量は変化しない。

また、流入量調整手段８が、流入側分岐点Ｐ２における測定対象ガスの流量を一定にするので、背圧弁５の負荷が小さくなり、圧力調整の応答を良くできる。

［動作］
次に、本発明に係るガス分析装置の動作例について説明する。
例えば、第１ポンプ３で供給される測定対象ガスの流入量が１０Ｌ／ｍｉｎになるように流入量調整手段８を設定し、ガスセル１内の測定対象ガスの圧力が９００ｈＰａになるようにガスセル圧力保持手段５を設定し、ガスセル１内の測定対象ガスの流量が７Ｌ／ｍｉｎになるようにガスセル流量保持手段６を設定する。

これにより、大気圧が変化しても、供給されるガスの流量が常に１０Ｌ／ｍｉｎに制御され、ガスセル１内に７Ｌ／ｍｉｎのガスが流れ、分岐管３２に３Ｌ／ｍｉｎのガスが流れる。従って、供給されるガスの流量、ガスセル１内の圧力及び流量が一定に保持される。

上記の通り、本発明のガス分析装置は、大気圧が変化しても、ガスセル圧力保持手段５及びガスセル流量保持手段６によって、ガスセル１内の圧力及び流量が変化しないので、測定対象ガスの成分濃度を精度よく測定できる。従って、ガス分析装置を車載分析計として車両に搭載し、大気圧が変化する高低差のある道路を走行しながらでも、大気や排気ガスの成分濃度を精度よく正確に測定できる。

さらに、本発明のガス分析装置は、大気圧が変化しても、外部圧力検出器７及び流入量調整手段８，９によって、第１ポンプ３が供給する測定対象ガスの流量が一定になるので、測定対象ガスの流速が一定に保持される。従って、ガス分析装置を車載分析計として車両に搭載し、大気圧が変化する道路を走行しながらでも、サンプリングポイントＰ１からガスセル１（流入側分岐点Ｐ２）までの到達時間を一定にできるので、時系列的に正確な測定及び分析ができる。

１ ガスセル
２ ガス検出器
３ 第１ポンプ
４ 第２ポンプ
５ 背圧弁
６ ガスセル流量保持手段
７ 外部圧力検出器
８ 調整弁
９ 制御手段
３０ 供給管
３１ 排気管
３２ 分岐管
Ｐ１ 流入端（サンプリングポイント）（供給管の他端）
Ｐ２ 流入側分岐点
Ｐ３ 流出側分岐点
Ｐ４ 流出端（排気管の他端）

Claims (1)

1. 測定対象ガスの成分濃度を分析するガス分析装置であって、前記ガス分析装置の外部の大気圧が変化し、その大気圧の変化に応じて前記測定対象ガスの圧力が変化するものであって、
   前記測定対象ガスを流入出するためのガスセルと、
   前記ガスセル内の前記測定対象ガスの成分濃度を検出するためのガス検出器と、
   一端が前記ガスセルに接続され、他端が大気開放され、前記ガスセルに前記測定対象ガスを流入するための供給管と、
   一端が前記ガスセルに接続され、他端が大気開放され、前記ガスセルから前記測定対象ガスを流出するための排気管と、
   前記供給管に設けられ、前記測定対象ガスを前記ガスセルへ供給するための第１ポンプと、
   前記排気管に設けられ、前記測定対象ガスを前記ガスセルから排気するための第２ポンプと、
   前記供給管における前記第１ポンプと前記ガスセルとの間に設けられた流入側分岐点と、
   前記排気管における前記第２ポンプと前記ガスセルとの間に設けられた流出側分岐点と、
   前記流入側分岐点と前記流出側分岐点とを接続する分岐管と、
   前記分岐管に設けられ、前記ガスセル内の前記測定対象ガスの圧力を一定に保持するための背圧弁と、
   前記排気管における前記ガスセルと前記排出側分岐点との間に設けられ、前記ガスセル内の前記測定対象ガスの流量を一定に保持するためのガスセル流量保持手段と、
   前記大気圧を検出するための外部圧力検出器と、
   前記供給管における前記他端と前記第１ポンプとの間に設けられた調整弁と、
   前記外部圧力検出器により検出された検出値に基づいて、前記第１ポンプが供給する前記測定対象ガスの流量が一定になるように前記調整弁の開度を調整するための制御手段と、
   を備えることを特徴とするガス分析装置。

Images