(57)【要約】      （修正有）【課題】サンプルガスラインの圧力が変動しても、サンプルガスに含まれるメタンの濃度もしくはメタンの量を精度良く測定できるガス分析装置を提供する。【解決手段】サンプルガスが流れるサンプルガスライン１１と、前記サンプルガスライン１１に設けられた圧力損失機構２０と、前記圧力損失機構の前段の圧力を参照し、前記圧力損失機構２０の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構２０の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構２０の前後における前記サンプルガスライン１１の圧力差を制御する圧力制御機構２１と、前記サンプルガスライン１１を流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたガス分析装置１。【選択図】図１
2018096962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、
前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、
前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構と、
前記サンプルガスラインを流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたガス分析装置。
【請求項２】
前記圧力制御機構は、
前記圧力損失機構の後段で、前記サンプルガスラインからサンプルガスを一部排出するサンプルガス排出ラインと、
前記サンプルガス排出ラインと接続されたサンプル圧調整ラインと、
前記圧力損失機構の前段の圧力を参照し、前記圧力損失機構の前段における前記サンプルガスラインの圧力と、前記サンプル圧調整ラインの圧力との圧力差を制御するサンプル圧制御部とを備えた請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記圧力制御機構は、
前記圧力損失機構の後段で、前記サンプルガスラインに所定のガスを供給するガス供給ラインと、
前記ガス供給ラインに設けられた圧力制御弁と、
前記圧力損失機構の前後の圧力差を検知する差圧計とを備え、
前記差圧計により検出された圧力差に基づいて前記圧力制御弁が制御される請求項１記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記圧力損失機構は、キャピラリー、オリィフィス、背圧弁のいずれかである、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段に、前記第１ガスを供給する第１ガス供給ラインと、
前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段の圧力を参照し、前記第１ガス供給ラインの供給側圧力と、前記サンプルガスラインの圧力との差を一定に維持する第１ガス調圧機構をさらに備えた請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記サンプルガスライン上の前記圧力損失機構と前記分析器との間に、前記サンプルガスからメタン以外の炭化水素成分を除去するノンメタンカッターをさらに備えた請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
【請求項７】
前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段に、第２ガスを供給する第２ガス供給ラインと、
前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段の圧力を参照し、前記第２ガス供給ラインの供給側圧力と、前記サンプルガスラインの圧力との差を一定に維持する第２ガス調圧機構をさらに備える、請求項１乃至６のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
【請求項８】
前記第１ガスは酸素であり、前記第２ガスは水素であり、
前記ノンメタンカッターの前段に前記第１ガスと前記第２ガスとを反応させて水を発生させる水分供給触媒をさらに備えた請求項６又は７記載のガス分析装置。
【請求項９】
前記第１ガスの供給量は、前記第２ガスと反応する量よりも大きな供給量である、請求項８記載のガス分析装置。
【請求項１０】
前記第２ガスとの反応の結果残った前記第１ガスによって、前記サンプルガスが希釈される、請求項８又は９記載のガス分析装置。
【請求項１１】
前記サンプルガス排出ラインが、前記水分供給触媒よりも後段から、前記第１ガスによって希釈された前記サンプルガスを一部排出する、請求項８乃至１０のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
【請求項１２】
前記ガス分析装置が、前記サンプルガスライン上の分析器よりも下流側に配置された吸引型サンプリングポンプをさらに備えた、請求項１乃至１１のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１３】
前記サンプルガスは内燃機関から排出される排ガスである請求項１乃至１２のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１４】
前記サンプルガスは車両から排出される排ガスであり、
前記ガス分析装置は、車載型のガス分析装置である、請求項１乃至１３のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１５】
サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、
前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、
前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構とを備えたガスサンプリング装置。
【請求項１６】
サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、
前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、
前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構と、
前記サンプルガスラインを流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたガス分析装置を用いたガスサンプリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車の排気ガス等のサンプルガスの成分を分析するガス分析装置、及びサンプルガスを採取するガスサンプリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に示すように、排ガス等のサンプルガスに含まれるメタンを測定する場合には、ノンメタンカッターを通過させて、サンプルガスに含まれるメタン以外の炭化水素をノンメタンカッター内で燃焼させることがある。
この燃焼時には、酸素が過剰でメタンが燃焼しすぎたり、酸素が不足してメタン以外の炭化水素が燃焼しなかったりすることを防ぐために、サンプルガスに酸素を適切な割合で供給する必要がある。
【０００３】
しかしながら、このようなガス分析装置では、例えば、サンプリングポンプの脈動や、導入されるサンプルガスの圧力変動などに起因して、サンプルガスの流量が変動する場合がある。
その結果、サンプルガスと酸素の混合比が変動するので、測定されるメタンの濃度や量が変動するという問題がある。
このような問題はメタンを測定するもの以外の他のガス分析装置においても問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−０３５９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、サンプルガスラインの圧力が変動しても、採取するサンプルガスの流量を一定に維持できるガス分析装置又はガスサンプリング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係るガス分析装置は、サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構と、前記サンプルガスラインを流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたものである。
【０００７】
このようなガス分析装置によれば、前記サンプルガスラインの圧力が変動した場合であっても、採取するサンプルガスの流量を一定に維持することができるので、サンプルガスに含まれる成分を精度良く分析することができる。
また、例えば、操作ガスや希釈ガス等とサンプルガスを混合する場合等にも、サンプルガスと操作ガスや希釈ガス等との混合比を一定に維持することができるので、サンプルガスに含まれる成分を精度良く分析することができる。
【０００８】
具体的な実施態様としては、前記圧力制御機構は、前記圧力損失機構の後段で、前記サンプルガスラインからサンプルガスを一部排出するサンプルガス排出ラインと、前記サンプルガス排出ラインと接続されたサンプル圧調整ラインと、前記圧力損失機構の前段の圧力を参照し、前記圧力損失機構の前段における前記サンプルガスラインの圧力と、前記サンプル圧調整ラインの圧力との圧力差を制御するサンプル圧制御部とを備えたものが挙げられる。
【０００９】
別の実施態様としては、前記圧力制御機構は、前記圧力損失機構の後段で、前記サンプルガスラインに所定のガスを供給するガス供給ラインと、前記ガス供給ラインに設けられた圧力制御弁と、前記圧力損失機構の前後の圧力差を検知する差圧計とを備え、前記差圧計により検出された圧力差に基づいて前記圧力制御弁が制御される構成が挙げられる。
【００１０】
より具体的な実施態様としては、前記サンプル圧制御部が、前記圧力損失機構の前段の圧力を参照し、前記圧力損失機構の前段における前記サンプルガスラインの圧力と、前記サンプル圧調整ラインの圧力との圧力差を一定に保つように、前記サンプル圧調整ラインの圧力を制御するものが挙げられる。
【００１１】
より具体的には、前記圧力損失機構は、キャピラリー、オリィフィス、背圧弁のいずれかであれば良い。
【００１２】
前記ガス分析装置が、前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段に、前記第１ガスを供給する第１ガス供給ラインと、前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段の圧力を参照し、前記第１ガス供給ラインの供給側圧力と、前記サンプルガスラインの圧力との差を一定に維持する第１ガス調圧機構をさらに備えたものであれば、前記サンプルガスラインの圧力が変動した場合であっても、供給される第１ガスの流量を一定に維持することができるので、サンプルガスと第１ガスとの混合比を一定にすることができる。
【００１３】
具体的な実施態様としては、前記排出ラインの後段にサンプルガスからメタン以外の炭化水素成分を除去する酸化触媒をさらに備えた前記ガス分析装置が挙げられる。
【００１４】
前記ガス分析装置が、前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段に、第２ガスを供給する第２ガス供給ラインと、前記サンプルガスラインにおける前記圧力損失機構の後段の圧力を参照し、前記第２ガス供給ラインの供給側圧力と、前記サンプルガスラインの圧力との差を一定に維持する第２ガス調圧機構をさらに備えたものであれば、前記サンプルガスラインの圧力が変動した場合であっても、供給される第２ガスの流量を一定に維持することができるので、サンプルガスと第２ガスとの混合比を一定にすることができる。
【００１５】
前記第１ガスが酸素含有ガスであり、前記第２ガスが水素含有ガスであり、前記ガス分析装置が前記酸化触媒の前段に前記第１ガスと前記第２ガスとを反応させて水を発生させる水分供給触媒をさらに備えたものであれば、前記酸化触媒に水分を供給することができるので、前記サンプルガス中のメタン成分の燃えすぎを防止することができる。
【００１６】
前記第１ガスの供給量が、前記第２ガスと反応する量よりも大きければ、前記酸化触媒でのノンメタン成分の燃焼に必要な酸素を供給することができるので、前記酸化触媒の劣化を抑えることができる。
【００１７】
前述のように、前記第１ガスの供給量が、前記第２ガスと反応する量よりも大きいので、前記ガス分析装置では、前記第２ガスとの反応の結果残った前記第１ガスによって、前記サンプルガスが希釈される。
【００１８】
前記ガス分析装置が、前記サンプルガスライン上の測定装置よりも下流側に配置された吸引型サンプリングポンプをさらに具備したものである場合には、前記吸引型サンプリングポンプに起因して前記サンプルガスラインの圧力変動が起こりやすいので、本発明の効果が特に顕著に発揮される。
【００１９】
前記ガス分析装置の具体的な実施態様としては、前記サンプルガスは車両から排出される排気ガスであり、前記ガス分析装置は、車載型のガス分析装置であるものが挙げられる。
【００２０】
サンプルガスが流れるサンプルガスラインと、前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構とを備えたガスサンプリング装置によっても同様に、本発明の効果を奏することができる。
【００２１】
また、サンプルガスが流れるサンプルガスラインと前記サンプルガスラインに設けられた圧力損失機構と、前記圧力損失機構の後段から前記サンプルガスの一部を排出するか、又は前記圧力損失機構の後段に所定のガスを供給することで、前記圧力損失機構の前後における前記サンプルガスラインの圧力差を制御する圧力制御機構と、前記サンプルガスラインを流れるサンプルガスを分析する分析器とを備えたガス分析装置を用いてサンプルガスをサンプリングする方法によっても、本発明と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るガス分析装置又はガスサンプリング装置によれば、前記サンプルガスラインの圧力が変動した場合であっても、採取するサンプルガスの流量を一定に維持することができるので、サンプルガスに含まれる成分を精度良く分析することができる。
また、例えば、操作ガスや希釈ガス等とサンプルガスを混合する場合等にも、サンプルガスと操作ガスや希釈ガス等との混合比を一定にすることができるので、サンプルガスに含まれる成分を精度良く分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス分析装置の構成を示す模式図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガス分析装置の構成を示す模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るガス分析装置の変形例を説明するための図。
【図４】本発明の他の実施形態に係るガス分析装置を説明するための模式図。
【図５】本発明の他の実施形態に係るガス分析装置の構成を示す模式図。
【図６】本発明の他の実施形態に係るガス分析装置の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係るガス分析装置１の第１実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るガス分析装置１は、サンプルガスである、例えば、車両のエンジン等の内燃機関から排出される排ガス等に含まれる成分を分析するものであり、例えば、図１に示すように、前記サンプルガスが流れるサンプルガスライン１１と、前記サンプルガスに含まれるメタンを分析するメタン分析器１２と、該メタン分析器１２によって、サンプルガス中のメタンを精度よく分析するために、サンプルガス中のノンメタン成分を除去するノンメタンカッター１３と、該ノンメタン成分の除去に必要な酸素を含む第１ガスを該ノンメタンカッター１３に供給する第１ガス供給ライン１４と、第１ガスに含まれる酸素と反応して前記ノンメタンカッター１３に水分を供給する水素を含む第２ガスを前記ノンメタンカッター１３に供給する第２ガス供給ライン１５とを備えたものである。  
【００２５】
以下、前記ガス分析装置１を構成する各部について説明する。  前記サンプルガスライン１１は、その一端が、前記車両のエンジン等から排ガスを導出する排気管などに接続されており、他端は、例えば、外部に解放されたものである。本実施形態では、該サンプルガスライン上の前記メタン分析器１２よりも後段、すなわち下流側に、該サンプルガスライン１１に前記サンプルガスを引き込む吸引型のサンプリングポンプ（不図示）が設けられている。  
【００２６】
前記メタン分析器１２としては、この実施形態では、水素炎イオン化検出器が用いられている。  
【００２７】
前記ノンメタンカッター１３は、前記サンプルガスライン１１を流れる前記サンプルガス中のメタン以外の炭化水素を燃焼（酸化）して除去するものであり、例えば、二酸化マンガンや酸化銅などを含有するものである。  
【００２８】
前記第１ガス供給ライン１４は、前記サンプルガスライン１１に第１ガスである、例えば、酸素含有ガスを供給するものであり、その一端が、例えば、図示しないボンベ等に接続され、他端が前記サンプルガスライン１１の前記ノンメタンカッター１３よりも前段、すなわち、上流側に接続されている。  
【００２９】
前記第２ガス供給ライン１５は、前記サンプルガスライン１１に第２ガスである、例えば、水素含有ガスを供給するものであり、その一端が、例えば、図示しないボンベ等に接続され、他端が前記サンプルガスライン１１の前記ノンメタンカッター１３よりも前段に接続されている。  
【００３０】
本実施形態では、前記第１ガス供給ライン１４と前記第２ガス供給ライン１５とは、前記サンプルガスライン１１との合流点の前段で合流し、内部を前記第１ガス及び前記第２ガスが混合して流れる混合ライン１６となって前記サンプルガスライン１１に接続されている。  この混合ライン１６上には、前記混合ライン１６を流れる前記第１ガス中の酸素と前記第２ガス中の水素とを効率よく反応させて水を生成する水分供給触媒１７が設けられている。  
【００３１】
なお、本実施形態では、前記サンプルガスライン１１上の前記混合ライン１６との合流点よりも上流側で前記サンプルガスライン１１から分岐した全炭化水素分析ライン１８と、前記合流点の後段で前記サンプルガスラインから分岐し、前記メタン分析器１２の前段で再び前記サンプルガスライン１１に合流するノンメタンカッター確認用ライン１９とを設けている。  
【００３２】
前記全炭化水素分析ライン１８は、前記サンプルガスに含まれる全炭化水素を分析するものであり、この全炭化水素分析ライン１８上には、前記サンプルガスに含まれる全炭化水素を分析する全炭化水素分析器１８１と、この全炭化水素分析ラインに流れ込む前記サンプルガスの流量を制御する例えばキャピラリー等の第１流量制御装置１８２が設けられている。本実施形態で使用しているキャピラリーとは、その前後の流路よりも細い内径をもつものである。  
【００３３】
前記ノンメタンカッター確認用ライン１９は、前記サンプルガスを前記ノンメタンカッター１３を通過させずに前記メタン分析器１２に導くものであり、このノンメタンカッター確認用ライン１９上には、前記サンプルガスライン１１のノンメタンカッター１３後段に設けられた第１バルブＶ１と協働して前記サンプルガスが該ノンメタンカッター確認用ライン１９又は前記サンプルガスライン１１のどちらか一方を流れるように切り替える第２バルブＶ２が設けられている。  
【００３４】
しかして、本実施形態に係るガス分析装置１は、前述の構成に加えて、前記サンプルガスライン１１を流れる前記サンプルガスの流量を制御する圧力損失機構２０と、この圧力損失機構２０の前後での前記サンプルガスライン１１の圧力差を一定に制御する圧力制御機構２１と、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の後段の圧力と前記第１ガス供給ライン１４との圧力差を一定に制御する第１ガス調圧機構２２と、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の後段の圧力と前記第２ガス供給ライン１５との圧力差を一定に制御する第２ガス調圧機構２３とをさらに具備するものである。  
【００３５】
前記圧力損失機構２０は、前記サンプルガスライン１１上の前記混合ライン１６との合流点よりも前段に設けられており、前記サンプルガスライン１１を流れる前記サンプルガスの流量を制御するものであり、この実施形態では、例えば、キャピラリー（第１キャピラリー２０）が用いられている。
【００３６】
前記圧力制御機構２１は、前記圧力損失機構２０の後段の圧力を制御することによって前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の前後の圧力差を一定に保つものであり、例えば、その内部を流れるガスを外部へ排出するサンプル圧調整ライン２１１と、前記サンプルガスライン１１を流れるガスの一部を前記サンプル圧調整ライン２１１に排出するサンプルガス排出ライン２１２と、前記サンプル圧調整ライン２１１を流れるガスの流量を制御する第２キャピラリー２１３と、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の前段の圧力を参照して、前記サンプル圧調整ライン２１１の圧力を制御するサンプル圧制御部２１４とを具備するものである。  
【００３７】
前記サンプル圧調整ライン２１１は、例えば、その一端が図示しないボンベ等に接続され、他端が外気へ開放されており、その内部を前記ボンベ等から供給されるガスが流れている。該サンプル圧調整ライン２１１の途中には前記サンプルガス排出ライン２１２との合流点が設けられている。  
【００３８】
前記サンプルガス排出ライン２１２は、その一端が前記圧力損失機構２０の後段、具体的には、前記サンプルガスライン上のノンメタンカッター１３の直前及び前記ノンメタンカッター確認用ライン１９上の前記第２バルブの前段と接続しており、他端は前記サンプル圧調整ライン２１１に接続している。  
【００３９】
前記第２キャピラリー２１３は、前記サンプル圧調整ライン２１１上の前記サンプルガス排出ライン２１２との接続点の後段に設けられたものである。  
【００４０】
前記サンプル圧制御部２１４は、前記サンプルガスライン１１又は前記ノンメタンカッター確認用ライン１９から前記サンプルガス排出ライン２１２へ流れ込む前記サンプルガスの流量を制御するものであり、この実施形態では、前記サンプル圧調整ライン２１１上の前記サンプルガス排出ライン２１２との接続点よりも上流側に設けられたサンプル圧調整弁２１４Ｖである。  
【００４１】
より具体的には、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖは、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の前段の圧力を直接感知して、弁の開閉度が変化するものであり、前記サンプル圧調整ライン２１１を流れるガスの流量を調節して前記サンプル圧調整ライン２１１の前記第２キャピラリー２１３前段の圧力を制御するものである。  
【００４２】
前記第１ガス調圧機構２２は、前記第１ガス供給ライン１４上に設けられた第３キャピラリー２２１と、該第３キャピラリー２２１よりも上流側に設けられた第１ガス調圧弁２２２とを具備したものである。  前記第３キャピラリー２２１は、前記第１ガス供給ライン１４を流れる前記第１ガスの流量を制御するものであり、前記第１ガス供給ライン１４に圧損を生じさせるものである。  
【００４３】
前記第１ガス調圧弁２２２は、前記第３キャピラリー２２１前後の前記第１ガス供給ライン１４の圧力差を一定に制御するものであり、例えば、前記混合ライン１６上の前記水分供給触媒１７の後段の圧力を直接感知して弁の開閉度が変化し、前記第３キャピラリー２２１の上流側の前記第１ガスの流量を制御することで、前記第３キャピラリー２２１の前段、すなわち第１ガス供給ライン１４の供給側の圧力を制御するものである。  
【００４４】
前記第２ガス調圧機構２３は、前記第２ガス供給ライン１５上に設けられた第４キャピラリー２３１と、該第４キャピラリー２３１よりも上流側に設けられた第２ガス調圧弁２３２とを具備したものである。  前記第４キャピラリー２３１は、前記第２ガス供給ライン１５を流れる前記第２ガスの流量を制御するものであり、前記第２ガス供給ライン１５に圧損を生じるものである。  
【００４５】
前記第２ガス調圧弁２３２は、前記第４キャピラリー２３１前後の前記第２ガス供給ライン１５の圧力差を一定に制御するものであり、例えば、前記混合ライン１６上の前記水分供給触媒１７の後段の圧力を直接感知して弁の開閉度が変化し、前記第４キャピラリー２３１の上流側の前記第２ガスの流量を制御することで、前記第４キャピラリー２３１の前段、すなわち第２ガス供給ライン１５の供給側の圧力を制御するものである。  
【００４６】
次に、本実施形態に係るガス分析装置１の動作について説明する。
まず、前記サンプルガスが、車両のエンジン等に接続された排気管から例えば、前記サンプリングポンプによって前記サンプルガスライン１１に引き込まれる。
このとき必要に応じて、図中Ｆで示すフィルタや流量を制御するキャピラリーなどを適宜介してもよい。
【００４７】
前記サンプルガスライン１１に流れ込んだ前記サンプルガスは前記第１キャピラリー２０及び前記第１流量制御装置１８２により流量制御されるので、第１キャピラリー２０及び前記第１流量制御装置１８２の流量を超えた余剰の前記サンプルガスは前記サンプルガスライン１１へは入らずに外部へ排出される。
【００４８】
このとき、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖは、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の前段の圧力を直接モニタしている。
例えば、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の前段の圧力が上がった場合には、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖは、前記サンプル圧調整ライン２１１に流れるガスの量を増やして、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖと前記第２キャピラリー２１３との間の圧力を上げる。
その結果、前記サンプル圧調整ライン２１１に接続している前記サンプルガス排出ライン２１２の圧力と前記サンプルガスライン１１との間の圧力差が小さくなり、前記サンプルガスライン１１又は前記ノンメタンカッター確認用ライン１９から前記サンプルガス排出ライン２１２へ流れるガスの量が減るので、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０後段の圧力が上がる。
【００４９】
一方、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０前段の圧力が下がった場合には、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖは、前記サンプル圧調整ライン２１１に流れるガスの量を減らして、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖと前記第２キャピラリー２１３との間の圧力を下げる。
その結果、前記サンプル圧調整ライン２１１に接続している前記サンプルガス排出ライン２１２の圧力と前記サンプルガスライン１１との間の圧力差が大きくなり、前記サンプルガスライン１１又は前記ノンメタンカッター確認用ライン１９からサンプルガス排出ライン２１２へ流れるガスの量が増えるので、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０後段の圧力が下がる。
【００５０】
このようにして、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖは、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０前段と後段との圧力を、常に一定に維持し、前記第１キャピラリー２０を通過する前記サンプルガスの流量を一定に保つ。
【００５１】
前記第１キャピラリー２０を通過した前記サンプルガスは、前記混合ライン１６によって前記サンプルガスライン１１に供給される前記第１ガス及び前記第２ガスと合流する。
このとき、前記第１ガス調圧弁２２２及び第２ガス調圧弁２３２が、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の後段の圧力である、例えば、前記混合ライン１６の前記水分供給触媒１７の後段の圧力を直接モニタしている。
【００５２】
例えば、前記混合ライン１６の前記水分供給触媒１７の後段の圧力が上がった場合には、前記第１ガス調圧弁２２２及び第２ガス調圧弁２３２がそれぞれの調圧弁を流れるガスの流量を増やす。
その結果、前記第１ガス供給ライン１４の前記第１ガス調圧弁２２２と前記第３キャピラリー２２１との間の圧力、及び第２ガス供給ライン１５の前記第２ガス調圧弁２３２と前記第４キャピラリー２３１との間の圧力がそれぞれ上がる。
【００５３】
一方、前記混合ライン１６の前記水分供給触媒１７の後段の圧力が下がった場合には、前記第１ガス調圧弁２２２及び第２ガス調圧弁２３２がそれぞれの調圧弁２２２，２３２を流れるガスの流量を減らす。
その結果、前記第１ガス供給ライン１４の前記第１ガス調圧弁２２２と前記第３キャピラリー２２１との間の圧力、及び前記第１ガス供給ライン１４の前記第２ガス調圧弁２３２と前記第４キャピラリー２３１との間の圧力がそれぞれ下がる。
【００５４】
このようにして、前記第１ガス調圧弁２２２及び第２ガス調圧弁２３２は、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０後段の圧力と、前記第３キャピラリー２２１又は第４キャピラリー２３１の前段の圧力とを常に一定に維持し、前記サンプルガスライン１１に供給される前記第１ガス及び前記第２ガスの流量を一定に保つ。
【００５５】
このとき、例えば、前記水分供給触媒１７で水素と反応して水になる酸素の量よりも、前記第１ガスに含まれる酸素の量のほうが常に多くなるように設定されていることが好ましい。すなわち、前記混合ライン１６から前記サンプルガスライン１１に供給されるガスは、水と酸素とを含有するガスであることが好ましい。
【００５６】
このようにして、前記混合ガスラインによって前記サンプルガスライン１１に供給された水と酸素とを含有するガスと合流し希釈された前記サンプルガスは、前記ノンメタンカッター１３を通過し、必要に応じて適宜流量制御されて、前記メタン分析器１２に導かれ分析される。
【００５７】
このように構成されたガス分析装置１によれば、例えば、前記サンプリングポンプの脈動や、アクセル又はブレーキによるエンジンの稼働状況の変化によって前記サンプルガスライン１１に送り込まれる前記サンプルガスの圧力が変動した場合であっても、前記圧力損失機構２０前後の圧力差を一定に維持して、前記圧力損失機構２０を通過するサンプルガスの量を常に一定に保つことができる。
【００５８】
前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の前段の圧力を参照して、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０後段の圧力を調整しているので、例えば、アクセルやブレーキ操作などによって、前記車両のエンジンの状態が変動することにより、前記サンプルガスの入口側の圧力が、素早く変動した場合であっても、前記圧力損失機構２０を通過する前記サンプルガスの量を常に一定に保つことができる。
【００５９】
また、前記サンプルガスライン１１の圧力が変動した場合であっても、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０後段の圧力と前記第３キャピラリー２２１及第４キャピラリー２３１の前段の圧力差がそれぞれ一定に保たれているので、前記サンプルガスライン１１に供給される前記第１ガス及び前記第２ガスの流量を常に一定に保つことができる。
【００６０】
その結果として、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０後段で合流する前記サンプルガスと、前記第１ガス及び前記第２ガスとの混合比を常に一定にすることができる。
その結果、前記第１ガス及び前記第２ガスによる前記サンプルガスの希釈率が安定し、前記サンプルガスに含まれるメタンの濃度や量を精度良く測定することができる。
【００６１】
前記サンプルガス排出ライン２１２が前記サンプルガスライン１１の前記ノンメタンカッター１３の直前で前記サンプルガスライン１１と接続しており、前記サンプルガス排出ライン２１２から排出されるガスは、前記サンプルガスと前記第１ガス及び前記第２ガスとが合流して混合した後のガスであるので、前記サンプルガスと、前記第１ガス及び前記第２ガスとの混合比が変動しにくい。
【００６２】
ところで、前記ガス分析装置１によって、前記サンプルガスに含まれるメタン成分を精度良く分析するためには、前記ノンメタンカッター１３によって前記サンプルガス中のメタン以外の炭化水素だけを燃焼させてメタンを分離する必要がある。
【００６３】
前記ノンメタンカッター１３により、メタン以外の炭化水素を燃焼するときに、酸素が不足しているとメタン以外の炭化水素が燃焼しない恐れがある。そこで、酸素を過剰に供給するとメタンが燃焼し過ぎる恐れがある。
そのため、前記ノンメタンカッター１３に水を供給して、メタンの燃焼を抑えることが考えられる。
【００６４】
この点に関して、本実施形態では、前記水分供給触媒１７に供給される第１ガスである酸素含有ガスの量が第２ガスである水素含有ガスよりも多いので、前記サンプルガスライン１１には、第１ガスである酸素含有ガスと、前記水分供給触媒１７によって生成された水を含有する水含有ガスが供給される。
そのため、サンプルガスの圧力が変動しても、前記ノンメタンカッター１３に適切な量の酸素と水を安定して供給することができるので、前記ノンメタンカッター１３の分離性能を適切な範囲に調節することができる。
【００６５】
次に、本発明に係るガス分析装置１の第２実施形態について図面を参照して説明する。
【００６６】
第１実施形態では、圧力制御機構２１が、圧力損失機構２０の後段からサンプルガスの一部を排出する構成であったが、第２実施形態では、図２に示すように、圧力制御機構２１が、圧力損失機構２０の後段に所定のガスを供給する構成である。以下、第２実施形態の圧力制御機構２１の構成について詳述する。
【００６７】
圧力制御機構２１は、圧力損失機構２０の後段の圧力を制御することによって、圧力損失機構２０の前後の圧力差を一定に保つものである。具体的に圧力制御機構２１は、図２に示すように、外部から所定の第３ガスを圧力損失機構２０の後段に供給する第３ガス供給ラインＬと、第３ガス供給ラインＬに設けられた圧力制御弁ＬＶと、圧力制御弁ＬＶの弁開度を制御する制御装置Ｃとを具備する。
【００６８】
第３ガス供給ラインＬは、例えばフィルタＦを介して取り込んだ大気を第３ガスとして圧力損失機構２０の下流側に供給するものである。なお、第３ガスとしてはメタン分析器１２や全炭化水素分析器１８１によるサンプルガスの分析を妨げるものでなければよく、例えばサンプルガス自体でも前記第１実施形態の第１ガス又は第２ガスやその他のガス等でもよい。
この第３ガス供給ラインＬは、図示しないサンプリングポンプが設けられた排気ラインＲＬに接続されている。なお、排気ラインＲＬには、バッファタンクＢＴが設けられている。
【００６９】
圧力制御弁ＬＶは、第３ガス供給ラインＬに設けられて第３ガスの流量を制御するものであり、具体的にはリニアバルブ等の電磁弁である。
【００７０】
制御装置Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ等を備えたコンピュータであり、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協働することにより、圧力制御弁ＬＶの弁開度を制御するように構成されている。
【００７１】
ここでは、圧力損失機構２０の前後における圧力差を検出する差圧計ＤＰＳを設けてあり、この差圧計ＤＰＳによって検出された圧力差が差圧信号として制御装置Ｃに逐次送信されるようしてある。具体的にこの差圧計ＤＰＳは、圧力損失機構２０の上流の圧力と、圧力損失機構２０の下流であって各分析器１２、１８１の上流の圧力との圧力差を検出している。
【００７２】
そして、制御装置Ｃは、差圧信号の示す圧力差に基づいて、上述した圧力制御部ＬＶたるリニアバルブを制御する。具体的に制御装置Ｃは、差圧信号の示す圧力差が予め設定された目標値と一致するように圧力制御部ＬＶの弁開度をフィードバック制御する。
【００７３】
このように構成されたガス分析装置１によれば、サンプリングポンプの脈動や、アクセル又はブレーキによるエンジンの稼働状況の変化によってサンプルガスライン１１に送り込まれるサンプルガスの圧力が変動した場合であっても、圧力制御機構２１が圧力損失機構２０の前後の圧力差（つまり、圧力損失機構２０の上流と、サンプルガスライン１１及び第３ガス供給ラインＬの合流点との圧力差）を一定に維持することができる。これにより、力損失機構２０を通過するサンプルガスの流量を一定に保つことができ、メタン分析器１２や全炭化水素分析器１８１に流れるサンプルガスの流量を一定にすることができる。
【００７４】
さらに、圧力制御機構２１が、圧力損失機構２０の前後の圧力差が一定になるように、圧力損失機構２０の後段に第３ガスとして大気を供給しているので、サンプルガスを所望の希釈率に維持することができ、メタン分析器１２や全炭化水素分析器１８１の測定精度の向上を図れる。
【００７５】
なお、上述した実施形態では、圧力制御部ＬＶを制御装置Ｃによってデジタル的に制御していたが、差圧センサＤＰＳの検出値に基づいて圧力制御部ＬＶをアナログ的に制御しても良い。
具体的には、図３に示すように、差圧センサＤＰＳの検出値を示す電圧と予め設定した目標値を示す電圧とをアナログ演算器に入力し、これらの電圧の差に基づく出力電圧を圧力制御部ＬＶに出力することで圧力制御弁ＬＶの弁開度を制御する構成が挙げられる。
【００７６】
ところで、前記第１実施形態及び前記第２実施形態において、もう一つの相違点として、第２実施形態では差圧計ＤＰＳを設けてあり、この差圧計ＰＤＳにより検出された圧力差に基づいてリニアバルブＬＶを制御している点がある。以下、この点について説明する。
【００７７】
まず、図４に示すように、サンプリングポンプＰによってサンプリングした排ガスをメタン分析器や全炭化水素分析器等の分析器Ａで分析する構成において、調圧弁Ｖが、例えばダイアフラム式のような機械式調圧弁の場合を考える。
【００７８】
上述した構成において、分析器Ａに流れる排ガス流量を一定流量に制御するためには、キャピラリー等の圧力損失機構Ｚの前後における圧力差が一定に保たれるように調圧弁Ｖを制御すれば良い。
【００７９】
ところが、調圧弁Ｖが機械式調圧弁であると、サンプリングポンプＰの流量変動（脈動）或いは気圧の変化などによる応答性の遅れや、周囲温度の変化によるダイアフラムの硬化などが生じる。これにより、機械式調圧弁を用いた構成では、種々の物理的な要因や周囲環境の変化などによって、圧力損失機構Ｚの前後における圧力差を希望する精度で一定に保つことができない。その結果、分析器Ａの指示値に影響が出て、分析精度を担保することができないという問題が生じる。
【００８０】
そこで、本願発明者は、上述した問題を解決すべく、図５に示す構成に想到した。すなわち、この構成は、所定のガス（ここでは大気）を圧力損失機構２０の後段に供給するガス供給ラインＬにリニアバルブＬＶを設けるとともに、圧力損失機構Ｚの前後における圧力差を検出する差圧計ＤＰＳを備えさせており、差圧計ＤＰＳの検出値が一定になるようにリニアバルブＬＶの弁開度が制御される。
【００８１】
このような構成であれば、差圧計ＤＰＳの検出値に基づいてリニアバルブＬＶを制御しているので、周囲温度や気圧などの周囲環境の影響を極めて小さくすることができ、圧力損失機構Ｚの前後における圧力差を希望する精度で一定に保つことが可能となる。
さらに、圧力差を差圧計ＤＰＳの検出値に基づいてリニアバルブＬＶを制御しているので、図４に示す構成に比べて応答性を速くすることができ、ポンプＰの流量変動（脈動）が生じたとしても、その流量変動による分析器Ａの指示値への影響が極めて小さくなり、分析器Ａの分析精度を担保することができる。
【００８２】
こうした作用効果は、第２実施形態のガス分析装置１によっても奏し得る。
すなわち、第２実施形態では、圧力制御機構２１が、差圧計ＤＰＳの検出値に基づいて圧力損失機構２０の前後における圧力差を制御するので、周囲温度や気圧などの周囲温度の影響を極めて小さくすることができたり、サンプリングポンプの流量変動（脈動）が生じたとしても、各分析器１２、１８１の指示値への影響を極めて小さくすることができたりする。
そのうえ、サンプリングポンプの流量変動の影響を十分に低減することができれば、バッファタンクＢＴを不要にすることが可能となり、装置の小型化を図れる。
【００８３】
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
例えば、前記サンプルガスライン１１と、前記圧力損失機構２０と、前記圧力制御機構２１とを備えたものを、ガスサンプリング装置としてもよい。
【００８４】
前記圧力制御機構２１は、所定のガスを前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０の後段に供給するものであっても良い。
前記所定のガスとは、前記メタン分析器１２による前記サンプルガスの分析を妨げるものでなければよく、例えば、前記サンプルガス自体でも前記第１ガス又は前記第２ガスやその他のガス等でもよい。
【００８５】
前記サンプル圧調整弁２１４Ｖは、前記サンプルガスライン１１の前記圧力損失機構２０前段の圧力を直接感知するものに限らず、前記サンプルガスライン１１上の前記圧力損失機構２０前段に配置された圧力センサなどによって測定された圧力が、図示しない情報処理回路に出力され、該情報処理回路が、前記サンプル圧調整弁２１４Ｖに指令信号を出して、その開閉度を調節するものであっても良い。前記情報処理回路は、ＣＰＵ、メモリ、通信ポート及びＡ／Ｄコンバータ等を具備したものであり、前記ガス分析装置１専用のものでも良いし、汎用のコンピュータ等であってもよい。
【００８６】
同様に、前記第１ガス調圧弁２２２及び前記第２ガス調圧弁２３２は、前記混合ライン１６の圧力を直接感知するものに限らず、前記混合ライン１６上に配置された圧力センサなどによって測定された圧力が、前記情報処理回路に出力され、該情報処理回路が、前記第１ガス調圧弁２２２及び第２ガス調圧弁２３２のそれぞれに指令信号を出して、これらの弁の開閉度を調節するものであっても良い。
【００８７】
前記水分供給触媒１７は、前記混合ライン１６での酸素と水素の反応効率を向上させるものであり、前記混合ライン１６中で混ざり合った酸素と水素は、前記水分供給触媒１７がない場合であっても自然に反応して水を生成することができるので、前記水分供給触媒１７は、ガス分析装置１にとって必須の構成ではない。そのため、前記ガス分析装置１は、前記水分供給触媒１７を必ずしも備えたものでなくても良い。
【００８８】
前記第１ガス供給ライン１４及び前記第２ガス供給ライン１５は合流せず、それぞれ独立して前記サンプルガスライン１１に接続されるものとしても良い。
例えば、前記ガス分析装置１が、図６に示すように、前記第２ガスとして水又は水を含有する水含有ガスを外部から直接供給するものであっても良い。
【００８９】
さらに、外部から直接供給される水含有ガスが前記第１ガスであり、この第１ガスが所定量の酸素を含有するものであるものとしても良い。
【００９０】
前記酸素含有ガスとは、酸素のみからなるものでも、酸素を所定濃度含有する例えば、大気などの混合ガスでも良い。
同様に、前記水素含有ガスとは水素のみからなるものでも、水素を所定濃度含有する混合ガスでも良い。
前記第１ガス及び前記第２ガスは、酸素、水素又は水を含有するものに限らず、分析の目的によって、窒素含有ガスやヘリウム含有ガス、又はそれ以外の様々な種類のガスであっても良い。
【００９１】
前記サンプリングポンプは、前記メタン分析器１２の後段に配置されたものに限らず、前記圧力損失機構２０よりも前段に配置されていても良い。
【００９２】
本発明に係るガス分析装置１は、車両等に搭載されて車両等の排ガスを分析するものに限らず、実験室などに設置されて車両等の排ガスを分析するものでもよく、さらに車両等の排ガスに限らず、環境ガスなどの幅広いサンプルガスの成分を分析するものであっても良い。
【００９３】
また、分析対象となる成分もメタンに限らず、他の成分、例えば、全炭化水素、窒素、酸素、水素、炭素又は硫黄などを含む成分を分析するものであっても良い。
分析器としては、前記水素炎イオン化検出器に限らず、サンプルガスの成分を分析する非分散赤外吸収法、化学発光法、磁気圧法、ジルコニア法、ＦＴＩＲ、中赤外レーザ分光法、ガスクロマトグラフ法、又は液体クロマトグラフ法等を用いる様々な種類の分析器又はこれらを組合せて用いることが出来る。
【００９４】
前記サンプルガスライン１１と前記サンプルガス排出ライン２１２との接続点の後段であり、前記ノンメタンカッター１３の前段に前記ノンメタンカッター１３に流れるガスの流量を制御する第５キャピラリー２４を設けても良い。
また、前記ノンメタンカッター確認用ライン１９の前記第２バルブ１９１の前段に前記ノンメタンカッター確認用ライン１９に流れるガスの流量を制御する第６キャピラリー２５を設けても良い。
このとき、該第５キャピラリー２４又は前記第６キャピラリー２５を通過するガスの流量を前記第１キャピラリー２０を通過する前記サンプルガスの流量と前記混合ライン１６から前記サンプルガスライン１１に流れ込む前記第１ガス及び第２ガスの流量との合計流量よりも少なくなるように設定すれば、前記サンプルガス排出ライン２１２から前記サンプルガスライン１１への前記サンプルガスの逆流を防ぐことができる。
【００９５】
前記圧力損失機構２０は、前記サンプルガスライン１１に圧力損失を生じさせるものであればよく、前述の実施形態ではキャピラリーを使用しているが、オリフィスや背圧弁等であっても良い。
前記第２〜６キャピラリー及び前記第１流量制御装置１８２のそれぞれについても、キャピラリーに限らず、オリィフィスや背圧弁等でも良い。
その他、本発明は前記実施形態に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９６】
ガス分析装置・・・１
サンプルガスライン・・・１１
メタン分析器・・・１２
ノンメタンカッター・・・１３
第１ガス供給ライン・・・１４
第２ガス供給ライン・・・１５
水分供給触媒・・・１７
圧力損失機構・・・２０
圧力制御機構・・・２１
サンプル圧調整ライン・・・２１１
サンプルガス排出ライン・・・２１２
サンプル圧制御部・・・２１４
第１ガス調圧機構・・・２２
第２ガス調圧機構・・・２３
【図１】
2018096962.tif 000003
【図２】
2018096962.tif 000004
【図３】
2018096962.tif 000005
【図４】
2018096962.tif 000006
【図５】
2018096962.tif 000007
【図６】
2018096962.tif 000008