(57)【要約】【課題】微小流量の試料ガスのガス組成の分析が常に正確に行えるガス分析装置を提供する。【解決手段】試料ガスが導入されるサンプリング流路１と、指標ガス供給源２と、サンプリング流路に合流し、指標ガス供給源から指標ガスを供給する指標ガス流路３と、サンプリング流路及び指標ガス流路の合流点からのびる混合ガス流路４と、混合ガス流路に接続され、試料ガス中の対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部５と、混合ガス流路に配置されたポンプ６と、指標ガス流路に配置された流量制御器７と、ガス濃度測定部に組み込まれた指標ガス濃度計８と、指標ガス濃度設定値入力部９と、指標ガス濃度計の測定値及び指標ガス濃度設定値入力部に入力された濃度設定値に基づき指標ガスの混合率を求め、指標ガスの混合率とガス濃度測定部の測定値から、指標ガスとの混合前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部１０を備える。【選択図】図１
2020063953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路と、
予め設定された濃度の指標ガスを供給する指標ガス供給源と、を備え、
前記指標ガスは、前記試料ガスには含まれないガス成分のみ、または当該ガス成分に前記試料ガス中の対象ガス成分ではないガス成分を混合したものからなり、さらに、
前記サンプリング流路の下流端に合流し、前記指標ガス供給源から前記指標ガスを供給する指標ガス流路と、
前記サンプリング流路および前記指標ガス流路の合流点からのび、前記試料ガスと前記指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路と、
前記混合ガス流路の下流端に接続され、前記試料ガス中の対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部と、
前記混合ガス流路または前記ガス濃度測定部の排気系に配置され、前記混合ガスを前記ガス濃度測定部に送給するポンプと、
前記指標ガス流路に配置された流量制御器と、を備え、
前記ポンプおよび前記流量制御器は、前記混合ガス流路内の前記混合ガスの流量が前記ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量となるように調節され、さらに、
前記ガス濃度測定部に組み込まれ、または前記混合ガス流路に配置され、前記指標ガス中の前記試料ガスには含まれないガス成分の濃度を測定する指標ガス濃度計と、
前記指標ガスの濃度設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部と、
前記指標ガス濃度計の測定値および前記指標ガス濃度設定値入力部に入力された前記濃度設定値に基づき前記指標ガスの混合率を求め、前記指標ガスの混合率と前記ガス濃度測定部の測定値を用いて、前記指標ガスと混合される前の前記試料ガス中の前記対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部と、を備えたものであることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路と、
予め設定された２つの異なる濃度の指標ガスを切り替えて供給する指標ガス供給部と、
前記サンプリング流路の下流端に合流し、前記指標ガス供給部から前記指標ガスを前記サンプリング流路に供給する指標ガス流路と、
前記サンプリング流路および前記指標ガス流路の合流点からのび、前記試料ガスと前記指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路と、
前記混合ガス流路の下流端に接続され、前記試料ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部と、
前記混合ガス流路または前記ガス濃度測定部の排気系に配置され、前記混合ガスを前記ガス濃度測定部に送給するポンプと、を備え、
前記ポンプの回転数、および前記指標ガス供給部からの前記指標ガスの供給量は、前記混合ガス流路内の前記混合ガスの流量が前記ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量となるように調節され、さらに、
前記サンプリング流路に配置され、前記試料ガスの流量を測定する第１の流量計と、
前記指標ガス流路に配置され、または前記指標ガス供給部に組み込まれ、前記指標ガス供給部から前記指標ガス流路に供給される前記指標ガスの流量を測定する第２の流量計と、
前記ガス濃度測定部に組み込まれ、または前記混合ガス流路に配置され、前記指標ガスの濃度を測定する指標ガス濃度計と、
前記指標ガスの前記２つの異なる濃度の設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部と、
前記第１の流量計および前記ガス濃度測定部のそれぞれの測定値が一定に維持される間に、前記指標ガス流路に前記指標ガスが切り替え供給されたとき、先に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、その次に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、前記ガス濃度測定部の測定値とを用いて、前記指標ガスと混合される前の前記試料ガス中の前記対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部と、を備えたものであることを特徴とするガス分析装置。
【請求項３】
前記指標ガス供給部は、
前記指標ガス流路の上流端から分岐した第１および第２の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、
前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、
前記第１および第２の分岐流路と前記指標ガス流路の分岐点に設けられ、前記第１および第２の分岐流路間で流路を切り替える流路切替バルブと、
前記指標ガス流路における前記分岐点の下流側に配置された流量制御器と、を有していることを特徴とする請求項２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記指標ガス供給部は、
前記指標ガス流路の上流端から分岐したが第１および第２の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、
前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、
前記第１の分岐流路に配置された第１の流量制御器と、
前記第２の分岐流路に配置された第２の流量制御器と、を有し、
前記第２の流量計が、前記第１および第２の分岐路にそれぞれ各１つずつ配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置、特に、微小流量の試料ガスのガス組成の分析を行うのに適したガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼の基礎研究においては、ノズルバーナーや対向流火炎等のような比較的小さなスケールの火炎からの燃焼生成ガスを分析することが重要であり、それにはガス分析装置が使用される。
このような小さなスケールの火炎においては、燃焼生成ガスの発生が小流量でなされるので、ガス分析装置への燃焼生成ガスの導入によって燃焼場の流動特性が影響を受けないようにするため、微小流量でのサンプリングが必要とされる。
【０００３】
一方、ガス分析装置に備えられるガス分析計については、試料ガスの成分濃度の測定精度を一定レベルに維持するとともに、試料ガスの成分濃度の過渡変化を正確に測定するのに必要な試料ガスの流量範囲（標準測定流量範囲）が定められている。
特に、複数のガス成分の濃度を同時に測定できるＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared）ガス分析計や量子カスケードレーザー吸光（ＱＣＬ−ＩＲ）法を採用したガス分析計等においては、毎分数リットル以上の大流量の試料ガスをサンプリングする必要がある。
【０００４】
ところが、燃焼生成ガスの分析に際し、大流量の燃焼生成ガスをサンプリングすると、燃焼場の流動特性が変化し、燃焼生成ガスの正確な分析を行うことができない。
【０００５】
そのため、従来技術においては、微小流量の試料ガスをサンプリングしてそれを希釈ガスで希釈し、希釈した試料ガスの標準測定流量をガス分析計に導入するようにしたガス分析装置が知られている。
【０００６】
そして、従来のこの種のガス分析装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載にガス分析装置は、試料ガスが導入される第１の供給路、希釈ガスが導入される第２の供給路、第１の供給路からの試料ガスと第２の供給路からの希釈ガスが混合され混合ガスとなる導入配管、導入配管からの混合ガスを分岐する第１の分岐路、および導入配管からの混合ガスを並行して分岐する第２の分岐路を備えている。
【０００７】
また、第１および第２の供給路には第１および第２のマスフローコントローラがそれぞれ設けられている。第１の分岐路には非分散型赤外線濃度計が設けられ、第２の分岐路には質量分析計が接続されている。第１および第２の分岐路は、接続された測定装置に応じて内部圧力を変更可能に構成されている。
【０００８】
こうして、導入配管において、第１のマスフローコントローラによって第１の流量に調節された試料ガスが、第２のマスフローコントローラによって第２の流量に調節された希釈ガスによって希釈され、希釈された試料ガスが第１および第２の分岐路を通じて非分散型赤外線濃度計および質量分析計にそれぞれ導入される。
【０００９】
そして、非分散型赤外線濃度計による特定ガスに関する測定値と、質量分析計による複数種類のガスに関する測定値と、各マスフローコントローラの流量設定値から求められた希釈率とに基づいてガス組成の分析がなされる。
【００１０】
しかしながら、マスフローコントローラの流量設定値は、当該マスフローコントローラを通過するガスのコンバージョンファクタを考慮に入れて決定されねばならないのに対し、試料ガスのガス組成は通常不明であるから、流量設定値の決定の際に、必要なコンバージョンファクタの全てが考慮されているとは限らない。
【００１１】
そのため、マスフローコントローラの流量設定値が不正確な場合があり、かかる場合には、不正確な試料ガスの希釈率に基づいて試料ガスのガス組成の分析がなされるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−３００２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の課題は、微小流量の試料ガスのガス組成の分析が常に正確に行えるガス分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、第１発明によれば、微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路と、予め設定された濃度の指標ガスを供給する指標ガス供給源と、を備え、前記指標ガスは、前記試料ガスには含まれないガス成分のみ、または当該ガス成分に前記試料ガス中の対象ガス成分ではないガス成分を混合したものからなり、さらに、前記サンプリング流路の下流端に合流し、前記指標ガス供給源から前記指標ガスを供給する指標ガス流路と、前記サンプリング流路および前記指標ガス流路の合流点からのび、前記試料ガスと前記指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路と、前記混合ガス流路の下流端に接続され、前記試料ガス中の対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部と、前記混合ガス流路または前記ガス濃度測定部の排気系に配置され、前記混合ガスを前記ガス濃度測定部に送給するポンプと、前記指標ガス流路に配置された流量制御器と、を備え、前記ポンプおよび前記流量制御器は、前記混合ガス流路内の前記混合ガスの流量が前記ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量となるように調節され、さらに、前記ガス濃度測定部に組み込まれ、または前記混合ガス流路に配置され、前記指標ガス中の前記試料ガスには含まれないガス成分の濃度を測定する指標ガス濃度計と、前記指標ガスの濃度設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部と、前記指標ガス濃度計の測定値および前記指標ガス濃度設定値入力部に入力された前記濃度設定値に基づき前記指標ガスの混合率を求め、前記指標ガスの混合率と前記ガス濃度測定部の測定値を用いて、前記指標ガスと混合される前の前記試料ガス中の前記対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部と、を備えたものであることを特徴とするガス分析装置が提供される。
【００１５】
上記課題を解決するため、また、第２発明によれば、微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路と、予め設定された２つの異なる濃度の指標ガスを切り替えて供給する指標ガス供給部と、前記サンプリング流路の下流端に合流し、前記指標ガス供給部から前記指標ガスを前記サンプリング流路に供給する指標ガス流路と、前記サンプリング流路および前記指標ガス流路の合流点からのび、前記試料ガスと前記指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路と、前記混合ガス流路の下流端に接続され、前記試料ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部と、前記混合ガス流路または前記ガス濃度測定部の排気系に配置され、前記混合ガスを前記ガス濃度測定部に送給するポンプと、を備え、前記ポンプの回転数、および前記指標ガス供給部からの前記指標ガスの供給量は、前記混合ガス流路内の前記混合ガスの流量が前記ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量となるように調節され、さらに、前記サンプリング流路に配置され、前記試料ガスの流量を測定する第１の流量計と、前記指標ガス流路に配置され、または前記指標ガス供給部に組み込まれ、前記指標ガス供給部から前記指標ガス流路に供給される前記指標ガスの流量を測定する第２の流量計と、前記ガス濃度測定部に組み込まれ、または前記混合ガス流路に配置され、前記指標ガスの濃度を測定する指標ガス濃度計と、前記指標ガスの前記２つの異なる濃度の設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部と、前記第１の流量計および前記ガス濃度測定部のそれぞれの測定値が一定に維持される間に、前記指標ガス流路に前記指標ガスが切り替え供給されたとき、先に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、その次に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、前記ガス濃度測定部の測定値とを用いて、前記指標ガスと混合される前の前記試料ガス中の前記対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部と、を備えたものであることを特徴とするガス分析装置が提供される。
【００１６】
第２発明の好ましい実施例によれば、前記指標ガス供給部は、前記指標ガス流路の上流端から分岐した第１および第２の分岐流路と、前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、前記第１および第２の分岐流路と前記指標ガス流路の分岐点に設けられ、前記第１および第２の分岐流路間で流路を切り替える流路切替バルブと、前記指標ガス流路における前記分岐点の下流側に配置された流量制御器と、を有している。
【００１７】
第２発明の別の好ましい実施例によれば、前記指標ガス供給部は、前記指標ガス流路の上流端から分岐したが第１および第２の分岐流路と、前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、前記第１の分岐流路に配置された第１の流量制御器と、前記第２の分岐流路に配置された第２の流量制御器と、を有し、前記第２の流量計が、前記第１および第２の分岐路にそれぞれ各１つずつ配置されている。
【発明の効果】
【００１８】
第１および第２発明によれば、サンプリングされる試料ガスに指標ガスを混合し、ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量（ガス濃度測定部の標準測定流量）の混合ガスをガス濃度測定部に導入するので、ガス濃度測定部として標準測定流量が大きいガス分析計（例えば、ＦＴＩＲガス分析計やＱＣＬ−ＩＲガス分析計等）を使用した場合でも、試料ガスのサンプリング流量を微小としたままで、常に、ガス濃度測定部から高速度で応答が得られ、過渡変化する試料ガスの成分濃度を正確にモニタリングすることができる。
【００１９】
さらに、第１発明によれば、指標ガスが、試料ガスには含まれないガス成分のみ、または当該ガス成分に試料ガス中の対象ガス成分ではないガス成分を混合したものからなっている場合に、指標ガスの濃度設定値と、指標ガス濃度計の濃度測定値に基づいて指標ガスの混合率を求め、指標ガスの混合率とガス濃度測定部の測定値（対象ガス成分の濃度測定値）を用いて、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分濃度を算出する、つまり、正確に設定されあるいは測定された数値に基づいて試料ガス中の対象ガス成分濃度値を測定するので、試料ガスのガス組成の分析を常に高精度で行うことができる。
【００２０】
また、第２発明によれば、試料ガスが指標ガス濃度計の測定対象ガス成分を含んでいる場合であっても、サンプリングされる試料ガスの流量および濃度測定値が一定に維持されている間に、同一種類で異なる２つの濃度の試料ガスを切り替えて試料ガスに混合し、先に混合した指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計の測定値および指標ガス濃度計の測定値と、その次に混合した指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計の測定値および指標ガス濃度計の測定値と、ガス濃度測定部の測定値（対象ガス成分の濃度測定値）とを用いて、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度を算出する、つまり、正確に設定されあるいは測定された数値に基づいて試料ガス中の対象ガス成分濃度値を測定するので、試料ガスのガス組成の分析を常に高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の１実施例によるガス分析装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例によるガス分析装置の概略構成を示す図である。
【図３】図２のガス分析装置の指標ガス供給部の変形例を示す図２に類似の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の１実施例によるガス分析装置の概略構成を示す図である。
図１を参照して、本発明のガス分析装置は、微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路１と、予め設定された濃度の指標ガスを供給する指標ガス供給源２を備えている。
指標ガスは、試料ガスには含まれないガス成分のみ、または当該ガス成分に試料ガス中の対象ガス成分ではないガス成分を混合したものからなっている。
【００２３】
ガス分析装置は、また、一端３ａが指標ガス供給源２に接続する一方、他端３ｂにおいてサンプリング流路１の下流端１ａに合流し、指標ガス供給源２から指標ガスを供給する指標ガス流路３と、サンプリング流路１および指標ガス流路３の合流点からのび、試料ガスと指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路４とを備えている。
【００２４】
そして、混合ガス流路４の下流端に、試料ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部５が接続され、混合ガス流路４には、混合ガスをガス濃度測定部５に送給するポンプ６が配置されている。
ガス濃度測定部５としては、例えば、ＦＴＩＲガス分析計、質量分析計およびＱＣＬ−ＩＲガス分析計等が使用可能であり、また、ガス濃度測定部５を複数のガス分析計から構成することもできる。
なお、ポンプ６をガス濃度測定部５の排気系に配置することもできる。
【００２５】
また、指標ガス流路３に流量制御器７が配置されている。
ポンプ６および流量制御器７は、混合ガス流路４内の混合ガスの流量がガス濃度測定部５の測定能力に応じた流量（ガス濃度測定部５の標準測定流量）となるように調節されている。
【００２６】
これを具体的に説明すると、例えば、ガス濃度測定部５の標準測定流量が５Ｌ／ｍｉｎであり、試料ガスのサンプリング流量を１Ｌ／ｍｉｎとしたい場合、指標ガス流路３から４Ｌ／ｍｉｎの指標ガスが供給されて、混合ガス流路４を流れる混合ガスの流量が５Ｌ／ｍｉｎとなるように、ポンプ６および流量制御器７が調節される。
【００２７】
本発明のガス分析装置は、また、ガス濃度測定部５に組み込まれ、指標ガス中の前記試料ガスには含まれないガス成分の濃度を測定する指標ガス濃度計８と、指標ガスの濃度設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部９を備えている。
なお、指標ガス濃度計８をガス濃度測定部５に組み込まずに、混合ガス流路４に配置することもできる。
【００２８】
本発明のガス分析装置は、さらに、指標ガス濃度計８の測定値をＣｉ、指標ガス濃度設定値入力部９に入力された濃度設定値をＣｉ０として、指標ガスの混合率Ｍを
【数１】
2020063953.tif 000003
に従って算出し、指標ガスの混合率Ｍとガス濃度測定部５の測定値（対象ガス成分の濃度測定値）Ｃｓとに基づき、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度Ｃｓ０を
【数２】
2020063953.tif 000004
に従って算出するガス濃度算出部１０を備えている。
【００２９】
本発明のガス分析装置においては、サンプリングされる試料ガスに指標ガスを混合し、ガス濃度測定部５の測定能力に応じた流量（標準測定流量）の混合ガスをガス濃度測定部５に導入するので、ガス濃度測定部５として、例えば、ＦＴＩＲガス分析計やＱＣＬ−ＩＲガス分析計等の標準測定流量が大きいガス分析計を使用した場合でも、試料ガスのサンプリング流量を微小としたままで、常に、ガス濃度測定部５から高速度で応答が得られ、過渡変化する試料ガスの成分濃度を正確にとらえることができる。
【００３０】
さらには、指標ガスが、前記試料ガスには含まれないガス成分のみ、または当該ガス成分に前記試料ガス中の対象ガス成分ではないガス成分を混合したものからなっている場合に、指標ガスの濃度設定値と、指標ガス濃度計８の濃度測定値に基づいて指標ガスの混合率を求め、指標ガスの混合率とガス濃度測定部５の測定値（対象ガス成分の濃度測定値）を用いて、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分濃度を算出する。
こうして、正確に設定され、また測定された数値に基づいて試料ガス中の対象ガス成分濃度値を測定するので、試料ガスのガス組成の分析が常に高精度で行える。
【００３１】
図２は、本発明の別の実施例によるガス分析装置の概略構成を示す図である。
図１の実施例は、指標ガスが、前記試料ガスには含まれないガス成分のみ、または当該ガス成分に前記試料ガス中の対象ガス成分ではないガス成分を混合したものからなっている場合に、試料ガスのガス組成の分析が高精度で行えるようにしたものであるのに対し、図２に示した実施例は、試料ガスが指標ガス濃度計の測定対象ガス成分を含んでいる場合であっても、高精度で試料ガスのガス組成の分析が行えるようにしたものである。
【００３２】
図２を参照して、本発明のガス分析装置は、微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路１１と、予め設定された２つの異なる濃度の指標ガスの同一流量を切り替えて供給する指標ガス供給部と、サンプリング流路１１の下流端１１ａに合流し、指標ガス供給部から指標ガスを供給する指標ガス流路１２を備えている。
サンプリング流路１１には、第１の流量計１３が配置されている。
【００３３】
指標ガス供給部は、この実施例では、指標ガス流路１２の上流端１２ａから分岐した第１および第２の分岐流路１４ａ、１４ｂと、第１の分岐流路１４ａに接続され、２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源１５ａと、第２の分岐流路１４ｂに接続され、２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源１５ｂと、第１および第２の分岐流路１４ａ、１４ｂと指標ガス流路１２の分岐点に設けられ、第１および第２の分岐流路１４ａ、１４ｂ間で流路を切り替える流路切替バルブ１６と、指標ガス流路１２における上記分岐点よりも下流側に配置された流量制御器１７および第２の流量計１８とを有している。
【００３４】
本発明のガス分析装置は、また、サンプリング流路１１および指標ガス流路１２の合流点からのび、試料ガスと指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路１９と、混合ガス流路１９の下流端に接続され、試料ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部２０と、混合ガス流路１９に配置され、混合ガスをガス濃度測定部２０に送給するポンプ２１を備えている。
【００３５】
ガス濃度測定部２０としては、例えば、ＦＴＩＲガス分析計、質量分析計およびＱＣＬ−ＩＲガス分析計等が使用可能であり、また、ガス濃度測定部２０を複数のガス分析計から構成することもできる。
なお、ポンプ２１をガス濃度測定部２０の排気系に配置することもできる。
【００３６】
ポンプ２１および流量制御器１７は、混合ガス流路１９内の混合ガスの流量がガス濃度測定部２０の測定能力に応じた流量（ガス濃度測定部５の標準測定流量）となるように調節されている。
【００３７】
本発明のガス分析装置は、また、ガス濃度測定部２０に組み込まれ、指標ガスの濃度を測定する指標ガス濃度計２２と、指標ガスの２つの異なる濃度の設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部２３を備えている。
なお、指標ガス濃度計２２をガス濃度測定部２０に組み込まずに、混合ガス流路１９に配置することもできる。
【００３８】
本発明のガス分析装置は、さらに、サンプリング流路１１の流量計１３およびガス濃度測定部２０のそれぞれの測定値が一定に維持される間に、指標ガス流路１２に指標ガスが切り替え供給されたとき、先に供給された指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計１８の測定値および指標ガス濃度計２２の測定値をそれぞれＣｉ１０、Ｑｉ１およびＣｉ１とし、その次に供給された指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計１８の測定値および指標ガス濃度計２２の測定値をそれぞれＣｉ２０、Ｑｉ２およびＣｉ２とし、先の指標ガス供給時および次の指標ガス供給時のガス濃度測定部２０の測定値をそれぞれＣｓ１およびＣｓ２）として、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度Ｃｓ０を、
【数３】
2020063953.tif 000005
または
【数４】
2020063953.tif 000006
に従って算出するガス濃度算出部２４を備えている。
【００３９】
次に、（３）式の導出のプロセスを説明する。
まず、関係するパラメータを以下のように定義する。
Ｃｉｓ：試料ガス中の指標ガスの濃度
Ｃｉ１０：先に供給された指標ガスの濃度設定値
Ｃｉ２０：次に供給された指標ガスの濃度設定値
Ｃｉ１：先に供給された指標ガスの濃度測定値
Ｃｉ２：次に供給された指標ガスの濃度測定値
Ｑｓ：試料ガスの体積流量
Ｑｉ１：先に供給された指標ガスの体積流量
Ｑｉ２：次に供給された指標ガスの体積流量
Ｃｓ１：先の指標ガス供給時のガス濃度測定部２０の濃度測定値（対象ガス成分の濃度測定値）
Ｃｓ２：次の指標ガス供給時のガス濃度測定部２０の濃度測定値（対象ガス成分の濃度測定値）
Ｃｓ０：指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度
【００４０】
濃度（体積濃度）に体積流量を乗じた値は、試料ガスと指標ガスの混合の前後で不変であるから、先に供給された指標ガスについて、次式が成立する。
【数５】
2020063953.tif 000007
これをＣｉｓについて解くと、
【数６】
2020063953.tif 000008
となる。
【００４１】
今、指標ガスが切り替え供給される間に、試料ガスのサンプリング流量と試料ガスの成分濃度値は一定に維持されているから、（５）式は次に供給された指標ガスについても同様に成立する。すなわち、
【数７】
2020063953.tif 000009
（５）式と（６）式からＣｉｓを消去し、Ｑｓについて解けば、
【数８】
2020063953.tif 000010
が得られる。
【００４２】
試料ガス中の指標ガスが、指標ガス流路１３を通じて先に供給された指標ガスと混合されるときの混合率Ｍ１は、
【数９】
2020063953.tif 000011
で表され、混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度Ｃｓ０を求めるには、ガス濃度測定部２１の測定値Ｃｓ１を混合率Ｍ１で割ればよいから、
【数１０】
2020063953.tif 000012
となって、式（３）が得られる。
【００４３】
同様にして、試料ガス中の指標ガスが、指標ガス流路１３を通じて次に供給された指標ガスと混合されるときの混合率Ｍ２は、
【数１１】
2020063953.tif 000013
で表され、混合される前の対象ガス成分の濃度Ｃｓ０を求めるには、ガス濃度測定部２１の測定値Ｃｓ２を混合率Ｍ２で割ればよいから、
【数１２】
2020063953.tif 000014
となって、式（４）が得られる。
【００４４】
ここで、最も好ましい計測条件では、Ｑｉ１＝Ｑｉ２（＝Ｑｉ）であり、Ｃｓ１＝Ｃｓ２（＝Ｃｓ）であるから、（８）式は、
【数１３】
2020063953.tif 000015
となる。
【００４５】
試料ガス中の指標ガスが、指標ガス流路１３から供給された指標ガスと混合されるときの混合率Ｍは、
【数１４】
2020063953.tif 000016
で表され、混合される前の試料ガス中の指標ガス以外のガス成分についてその濃度Ｃｓ０を求めるには、ガス濃度測定部２１の測定値Ｃｓ０を混合率Ｍで割ればよいから、
【数１５】
2020063953.tif 000017
となる。
【００４６】
こうして、本発明のガス分析装置においては、サンプリングされる試料ガスに指標ガスを混合し、ガス濃度測定部２０の測定能力に応じた流量（標準測定流量）の混合ガスをガス濃度測定部２０に導入するので、ガス濃度測定部２１として、例えば、ＦＴＩＲガス分析計やＱＣＬ−ＩＲガス分析計等の標準測定流量が大きいガス分析計を使用した場合でも、試料ガスのサンプリング流量を微小としたままで、常に、ガス濃度測定部２０から高速度で応答が得られ、過渡変化する試料ガスの成分濃度を正確にとらえることができる。
【００４７】
さらに、試料ガスが指標ガス濃度計の測定対象ガス成分を含んでいる場合であっても、サンプリングされる試料ガスの流量および濃度測定値が一定に維持されている間に、同一種類で異なる２つの濃度の指標ガスを切り替えて試料ガスに混合し、先に混合した指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計の測定値および指標ガス濃度計の測定値と、その次に混合した指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計の測定値および指標ガス濃度計の測定値と、ガス濃度測定部２０の測定値（対象ガス成分の濃度測定値）とを用いて、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度を算出する、つまり、正確に設定されあるいは測定された数値に基づいて試料ガス中の対象ガス成分濃度値を測定するので、試料ガスのガス組成の分析を常に高精度で行うことができる。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されるものではなく、当業者が添付の特許請求の範囲に記載した構成の範囲内で種々の変形例を案出し得ることは言うまでもない。
【００４９】
例えば、図３には、図２のガス分析装置のガス供給部の変形例を示した。なお、図３中、図２に示した構成要素と同一のものには同一番号を付してある。
図３を参照して、この実施例では、指標ガス供給部は、指標ガス流路１２の上流端１２ａから分岐した第１および第２の分岐流路１４ａ、１４ｂと、第１の分岐流路１４ａに接続され、第１の濃度の指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源１５ａと、第２の分岐流路１４ｂに接続され、第２の濃度の指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源１５ｂと、第１の分岐流路１４ａに配置された第１の流量制御器２５ａと、第２の分岐流路１４ｂに配置された第２の流量制御器２５ｂとを有している。
また、第２の流量計１８が第１および第２の分岐路１４ａ、１４ｂに各１つ配置されている。
そして、第１および第２の流量制御器２５ａ、２５ｂの開閉が交互に切り替えられることによって、第１および第２の濃度の指標ガスの供給が切り替えられる。
【符号の説明】
【００５０】
１  サンプリング流路
１ａ  下流端
２  指標ガス供給源
３  指標ガス流路
３ａ  一端
３ｂ  他端
４  混合ガス流路
５  ガス濃度測定部
６  ポンプ
７  流量制御器
８  指標ガス濃度計
９  指標ガス濃度設定値入力部
１０  ガス濃度演算部
１１  サンプリング流路
１１ａ  下流端
１２  指標ガス流路
１２ａ  上流端
１３  第１の流量計
１４ａ  第１の分岐流路
１４ｂ  第２の分岐流路
１５ａ  第１の指標ガス供給源
１５ｂ  第２の指標ガス供給源
１６  流路切替バルブ
１７  流量制御器
１８  第２の流量計
１９  混合ガス流路
２０  ガス濃度測定部
２１  ポンプ
２２  指標ガス濃度計
２３  指標ガス濃度設定値入力部
２４  ガス濃度算出部
２５ａ  第１の流量制御器
２５ｂ  第２の流量制御器
【図１】
2020063953.tif 000018
【図２】
2020063953.tif 000019
【図３】
2020063953.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月14日(2019.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路と、
予め設定された２つの異なる濃度の指標ガスを切り替えて供給する指標ガス供給部と、
前記サンプリング流路の下流端に合流し、前記指標ガス供給部から前記指標ガスを前記サンプリング流路に供給する指標ガス流路と、
前記サンプリング流路および前記指標ガス流路の合流点からのび、前記試料ガスと前記指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路と、
前記混合ガス流路の下流端に接続され、前記試料ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部と、
前記混合ガス流路または前記ガス濃度測定部の排気系に配置され、前記混合ガスを前記ガス濃度測定部に送給するポンプと、を備え、
前記ポンプの回転数、および前記指標ガス供給部からの前記指標ガスの供給量は、前記混合ガス流路内の前記混合ガスの流量が前記ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量となるように調節され、さらに、
前記サンプリング流路に配置され、前記試料ガスの流量を測定する第１の流量計と、
前記指標ガス流路に配置され、または前記指標ガス供給部に組み込まれ、前記指標ガス供給部から前記指標ガス流路に供給される前記指標ガスの流量を測定する第２の流量計と、
前記ガス濃度測定部に組み込まれ、または前記混合ガス流路に配置され、前記指標ガスの濃度を測定する指標ガス濃度計と、
前記指標ガスの前記２つの異なる濃度の設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部と、
前記第１の流量計および前記ガス濃度測定部のそれぞれの測定値が一定に維持される間に、前記指標ガス流路に前記指標ガスが切り替え供給されたとき、先に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、その次に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、前記ガス濃度測定部の測定値とを用いて、前記指標ガスと混合される前の前記試料ガス中の前記対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部と、を備えたものであることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記指標ガス供給部は、
前記指標ガス流路の上流端から分岐した第１および第２の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、
前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、
前記第１および第２の分岐流路と前記指標ガス流路の分岐点に設けられ、前記第１および第２の分岐流路間で流路を切り替える流路切替バルブと、
前記指標ガス流路における前記分岐点の下流側に配置された流量制御器と、を有していることを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記指標ガス供給部は、
前記指標ガス流路の上流端から分岐した第１および第２の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、
前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、
前記第１の分岐流路に配置された第１の流量制御器と、
前記第２の分岐流路に配置された第２の流量制御器と、を有し、
前記第２の流量計が、前記第１および第２の分岐路にそれぞれ各１つずつ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明によれば、微小流量の試料ガスが導入されるサンプリング流路と、予め設定された２つの異なる濃度の指標ガスを切り替えて供給する指標ガス供給部と、前記サンプリング流路の下流端に合流し、前記指標ガス供給部から前記指標ガスを前記サンプリング流路に供給する指標ガス流路と、前記サンプリング流路および前記指標ガス流路の合流点からのび、前記試料ガスと前記指標ガスとの混合ガスが流れる混合ガス流路と、前記混合ガス流路の下流端に接続され、前記試料ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定部と、前記混合ガス流路または前記ガス濃度測定部の排気系に配置され、前記混合ガスを前記ガス濃度測定部に送給するポンプと、を備え、前記ポンプの回転数、および前記指標ガス供給部からの前記指標ガスの供給量は、前記混合ガス流路内の前記混合ガスの流量が前記ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量となるように調節され、さらに、前記サンプリング流路に配置され、前記試料ガスの流量を測定する第１の流量計と、前記指標ガス流路に配置され、または前記指標ガス供給部に組み込まれ、前記指標ガス供給部から前記指標ガス流路に供給される前記指標ガスの流量を測定する第２の流量計と、前記ガス濃度測定部に組み込まれ、または前記混合ガス流路に配置され、前記指標ガスの濃度を測定する指標ガス濃度計と、前記指標ガスの前記２つの異なる濃度の設定値の入力を受ける指標ガス濃度設定値入力部と、前記第１の流量計および前記ガス濃度測定部のそれぞれの測定値が一定に維持される間に、前記指標ガス流路に前記指標ガスが切り替え供給されたとき、先に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、その次に供給された前記指標ガスに関する濃度設定値、前記第２の流量計の測定値および前記指標ガス濃度計の測定値と、前記ガス濃度測定部の測定値とを用いて、前記指標ガスと混合される前の前記試料ガス中の前記対象ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出部と、を備えたものであることを特徴とするガス分析装置が提供される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の好ましい実施例によれば、前記指標ガス供給部は、前記指標ガス流路の上流端から分岐した第１および第２の分岐流路と、前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、前記第１および第２の分岐流路と前記指標ガス流路の分岐点に設けられ、前記第１および第２の分岐流路間で流路を切り替える流路切替バルブと、前記指標ガス流路における前記分岐点の下流側に配置された流量制御器と、を有している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記指標ガス供給部は、前記指標ガス流路の上流端から分岐した第１および第２の分岐流路と、前記第１の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第１の濃度の前記指標ガスを供給する第１の指標ガス供給源と、前記第２の分岐流路に接続され、前記２つの異なる濃度のうちの第２の濃度の前記指標ガスを供給する第２の指標ガス供給源と、前記第１の分岐流路に配置された第１の流量制御器と、前記第２の分岐流路に配置された第２の流量制御器と、を有し、前記第２の流量計が、前記第１および第２の分岐路にそれぞれ各１つずつ配置されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明によれば、サンプリングされる試料ガスに指標ガスを混合し、ガス濃度測定部の測定能力に応じた流量（ガス濃度測定部の標準測定流量）の混合ガスをガス濃度測定部に導入するので、ガス濃度測定部として標準測定流量が大きいガス分析計（例えば、ＦＴＩＲガス分析計やＱＣＬ−ＩＲガス分析計等）を使用した場合でも、試料ガスのサンプリング流量を微小としたままで、試料ガスの成分濃度を正確にモニタリングすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
さらに、本発明によれば、試料ガスが指標ガス濃度計の測定対象ガス成分を含んでいる場合であっても、サンプリングされる試料ガスの流量および濃度測定値が一定に維持されている間に、同一種類で異なる２つの濃度の試料ガスを切り替えて試料ガスに混合し、先に混合した指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計の測定値および指標ガス濃度計の測定値と、その次に混合した指標ガスに関する濃度設定値、第２の流量計の測定値および指標ガス濃度計の測定値と、ガス濃度測定部の測定値（対象ガス成分の濃度測定値）とを用いて、指標ガスと混合される前の試料ガス中の対象ガス成分の濃度を算出する、つまり、正確に設定されあるいは測定された数値に基づいて試料ガス中の対象ガス成分濃度値を測定するので、試料ガスのガス組成の分析を常に高精度で行うことができる。