(57)【要約】【課題】不活性ガスの濃度が高い場合であっても、炭化水素ガスの濃度を正確に計測することができるガス濃度計測装置を提供する。【解決手段】先端側からガスをサンプリングするサンプリング管１１と、サンプリング管１１の基端側が途中に連結された配管１２と、配管１２の一端側に連結されて空気１０３を送給する空気送給器１３と、配管１２の他端側に連結されてメタンガスを検出する水素炎イオンセンサ（ＦＩＤ）１４と、ＦＩＤ１４での検出結果、サンプリング管１１からのサンプリングガス１０２の流量及び空気送給器１３からの空気１０３の流量に基づいて、サンプリングガス１０２中のメタンガスの濃度を算出する演算制御装置１５とを備えてガス濃度計測装置１０を構成した。【選択図】　　　　図１
2004028603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側からガスをサンプリングするサンプリング管と、
前記サンプリング管の基端側が途中に連結された配管と、
前記配管の一端側に連結されて空気を送給する空気送給手段と、
前記配管の他端側に連結されて炭化水素系ガスを検出する水素炎イオンセンサと、
前記水素炎イオンセンサでの検出結果、前記サンプリング管からの前記ガスの流量及び前記空気送給手段からの前記空気の流量に基づいて、前記ガス中の炭化水素系ガスの濃度を算出する演算制御手段と
を備えていることを特徴とするガス濃度計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記サンプリング管が、基端側を前記配管に挿入連結されると共に、基端面を閉塞され、周方向に沿って孔を複数形成されている
ことを特徴とするガス濃度計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記演算制御手段が、前記水素炎イオンセンサでの検出結果に基づいて、前記空気送給手段からの前記空気の流量を最も少なくするように、当該空気送給手段を制御する
ことを特徴とするガス濃度計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記サンプリング管でサンプリングするガスが、炭化水素系ガスと不活性ガスとを混合したトレーサガスを混合された空気である
ことを特徴とするガス濃度計測装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記サンプリング管でサンプリングするガスが、風洞実験装置の風洞内を流通する空気である
ことを特徴とするガス濃度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス濃度計測装置に関し、特に、炭化水素系ガスと不活性ガスとを混合したトレーサガスを混合された空気中の炭化水素系ガスの濃度を計測する場合に適用すると有効である。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、風洞実験装置によりガスの大気移動予測実験を行う際には、送風状態の風洞内にメタンガス等の炭化水素系ガスをトレーサガスとして所定量ずつ送給し、所定の箇所でサンプリングした空気中に含まれる炭化水素系ガスの濃度の変動を水素炎イオンセンサ（ＦＩＤ）で検出するようにしている。また、炭化水素系ガスよりも比重の小さいガスの大気移動予測実験を行う場合には、例えばヘリウムガス等のような比重の小さいガスを炭化水素系ガスに所定の割合で混合して小比重化したトレーサガスを送風状態の風洞内に所定量ずつ送給し、所定の箇所でサンプリングした空気中に含まれる炭化水素系ガスの濃度の変動をＦＩＤで検出するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような風洞実験装置において、例えば、水素ガスの大気移動予測実験を行う場合には、水素ガスを使用すると危険であるため、メタンガスにヘリウムガスを多量に混合して非常に小比重化したトレーサガス（メタンガス：ヘリウムガス＝１：９９）を使用することがある。ところが、前述したようなＦＩＤは、送給されるヘリウムガス（不活性ガス）の濃度が高いと、メタン濃度の検出誤差が大きくなってしまう特性があった。
【０００４】
具体的には、例えば、メタンガスに対するヘリウムガスの混合割合とＦＩＤのメタン濃度の検出結果の誤差率との関係を表す図４に示すように、メタンガスに対するヘリウムガスの混合割合が１０％を超えると、ＦＩＤによるメタン濃度の検出結果の誤差率が非常に大きくなってしまうのである。
【０００５】
このようなことから、本発明は、不活性ガスの濃度が高い場合であっても、炭化水素系ガスの濃度を正確に計測することができるガス濃度計測装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明によるガス濃度計測装置は、先端側からガスをサンプリングするサンプリング管と、前記サンプリング管の基端側が途中に連結された配管と、前記配管の一端側に連結されて空気を送給する空気送給手段と、前記配管の他端側に連結されて炭化水素系ガスを検出する水素炎イオンセンサと、前記水素炎イオンセンサでの検出結果、前記サンプリング管からの前記ガスの流量及び前記空気送給手段からの前記空気の流量に基づいて、前記ガス中の炭化水素系ガスの濃度を算出する演算制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
第二番目の発明によるガス濃度計測装置は、第一番目の発明において、前記サンプリング管が、基端側を前記配管に挿入連結されると共に、基端面を閉塞され、周方向に沿って孔を複数形成されていることを特徴とする。
【０００８】
第三番目の発明によるガス濃度計測装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記演算制御手段が、前記水素炎イオンセンサでの検出結果に基づいて、前記空気送給手段からの前記空気の流量を最も少なくするように、当該空気送給手段を制御することを特徴とする。
【０００９】
第四番目の発明によるガス濃度計測装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記サンプリング管でサンプリングするガスが、炭化水素系ガスと不活性ガスとを混合したトレーサガスを混合された空気であることを特徴とする。
【００１０】
第五番目の発明によるガス濃度計測装置は、第四番目の発明において、前記サンプリング管でサンプリングするガスが、風洞実験装置の風洞内を流通する空気であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるガス濃度計測装置の実施の形態を図１，２を用いて説明する。図１は、ガス濃度計測装置の概略構成図、図２は、図１の矢線ＩＩ部の抽出拡大図である。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１に示すように、空気１００を送風する風洞１内には、炭化水素系ガスであるメタンガスと比重の小さい不活性ガスであるヘリウムガスとを混合して非常に小比重化したトレーサガス１０１（メタンガス：ヘリウムガス＝１：９９）を送給するトレーサガスノズル２が配設されている。風洞１内のトレーサガスノズル２よりも下流側には、サンプリング管１１の先端側が配設されている。サンプリング管１１の基端側は、配管１２の途中に挿入接続されており、図２に示すように、基端面が閉塞されると共に、周面に孔１１ａが周方向に沿って複数形成されている。
【００１３】
図１に示すように、前記配管１２の一端側には、空気１０３を送給する空気送給手段である空気送給器１３が連結されている。上記配管１２の他端側には、吸引手段を備えた水素炎イオンセンサ（ＦＩＤ）１４が連結されている。ＦＩＤ１４は、演算制御手段である演算制御装置１５の入力部に電気的に接続されている。演算制御装置１５の出力部は、前記空気送給器１３および表示装置１６に電気的に接続されており、当該演算制御装置１５は、ＦＩＤ１４での検出結果に基づいて、その計測結果を表示装置１６に表示すると共に、空気送給器１３を制御するようになっている（詳細は後述する。）。
【００１４】
このような本実施の形態によるガス濃度計測装置１０の作用を次に説明する。
【００１５】
風洞１内で空気１００を送風すると共に、トレーサガスノズル２からトレーサガス１０１を所定量（例えば１リットル／ｍｉｎ）ずつ送給して、トレーサガス１０１を混合した空気１００をサンプリング管１１の先端からサンプリングすると共に、空気送給器１３を作動して配管１２の一端側から他端側へ向けて所定量（例えば９リットル／ｍｉｎ）の空気１０３を送給すると、サンプリング管１１の先端からサンプリングされたサンプリングガス１０２は、サンプリング管１１の基端側の各孔１１ａから配管１２内に送給されて、空気送給器１３からの空気１０３とまんべんなく混合され、計測ガス１０４となってＦＩＤ１４に送給される。
【００１６】
ここで、計測ガス１０４は、そのヘリウム濃度が、空気１０３の混合により低下し（１／１０）、ＦＩＤ１４によるメタン濃度の検出結果に大きな誤差を与えることのない大きさにまで低下している（１０％以下）。このため、ＦＩＤ１４は、計測ガス１０４中のメタン濃度を正確に検出することができ、演算制御装置１５は、当該ＦＩＤ１４による検出結果、サンプリング管１１からのサンプリングガス１０２の流量及び空気送給器１３からの空気１０３の流量に基づいて、サンプリングガス１０２中のメタン濃度を算出し、その結果を表示装置１６に表示する。
【００１７】
引き続き、演算制御装置１５は、ＦＩＤ１４での検出結果に基づいて、空気送給器１３からの空気１０３の流量を最も少なくするように、当該空気送給器１３を制御する。
【００１８】
具体的には、演算制御装置１５は、サンプリングガス１０２の流量ｑ０　に対して、当初に設定した流量Ｑ１　の空気１０３を送給するように空気送給器１３を制御して、そのときの計測ガス１０４中のメタン濃度Ｃ１　をＦＩＤ１４からの検出結果に基づいて求める。
【００１９】
続いて、演算制御装置１５は、上記流量Ｑ１　よりも所定の割合で小さい流量Ｑ２　の空気１０３を送給するように空気送給器１３を制御して、そのときの計測ガス１０４中のメタン濃度Ｃ２　をＦＩＤ１４からの検出結果に基づいて求め、上記メタン濃度Ｃ１　と上記メタン濃度Ｃ２　とを比較して、当該メタン濃度Ｃ１　と当該メタン濃度Ｃ２　とが等しい場合には、上記流量Ｑ１　よりも所定の割合でさらに小さい流量Ｑ３　の空気１０３を送給するように空気送給器１３を制御して、そのときの計測ガス１０４中のメタン濃度Ｃ３　をＦＩＤ１４からの検出結果に基づいて求め、上記メタン濃度Ｃ１　と上記メタン濃度Ｃ３　とを比較する。
【００２０】
このように、演算制御装置１５は、空気送給器１３からの空気１０３の流量を徐々に減少させながら計測ガス１０４中のメタン濃度を算出して求めていき、流量Ｑｎ　の空気１０３を送給したときに、ＦＩＤ１４からの検出結果に基づいて求めたメタン濃度Ｃｎ　が上記メタン濃度Ｃ１　と異なる（小さい）と、当該流量Ｑｎ　では少ないと判断し、当該流量Ｑｎ　で送給する一つ前の流量Ｑｎ−１　で空気１０３を送給するように空気送給器１３を制御する。
【００２１】
つまり、ＦＩＤ１４での検出結果に誤差を生じ始めてしまう空気１０３の流量Ｑｎ　を求めることにより、ＦＩＤ１４での検出結果に誤差を生じることのない空気１０３の最小の流量Ｑｎ−１　を求めて送給するのである。
【００２２】
したがって、本実施の形態のガス濃度計測装置１０によれば、ヘリウムガスの濃度が非常に高い場合であっても、メタンガスの濃度を正確に計測することができる。
【００２３】
また、サンプリング管１１の基端面を閉塞すると共に、周面に孔１１ａを周方向に沿って複数形成することにより、サンプリング管１１の当該孔１１ａから配管１２内にサンプリングガス１０２が均等に送出されるようにしたので、空気送給器１３からの空気１０３とサンプリングガス１０２とをムラなく混合することができ、検出誤差をより確実に小さくすることができる。
【００２４】
また、演算制御装置１５により、ＦＩＤ１４での検出結果に基づいて、空気送給器１３からの空気１０３の流量を最も少なくするように、当該空気送給器１３を制御するようにしたので、計測ガス１０４中のメタンガスの濃度低下を必要最小限に抑制することができ、サンプリングガス１０２中のメタン濃度の検出可能な下限値の上昇を抑制することができる。
【００２５】
また、サンプリング管１１や配管１２の内径のサイズを一般的なサイズ（４ｍｍ）よりも小さくすると（１〜２ｍｍ）、図３に示すように、計測ガス１０４中のメタン濃度の変動を応答性よく把握することができるので好ましい。
【００２６】
なお、図１では、サンプリング管１１、配管１２、空気送給器１３、ＦＩＤ１４を一つずつしか示していないが、風洞実験装置においては、これら各部材１１〜１４を、風洞１の周方向及び軸方向に沿って所定の間隔で多数設け、各サンプリング点でのメタン濃度を演算制御装置１５で求めることにより、風洞１内でのトレーサガス１０１の流れを把握することができる。
【００２７】
【発明の効果】
第一番目の発明によるガス濃度計測装置は、先端側からガスをサンプリングするサンプリング管と、前記サンプリング管の基端側が途中に連結された配管と、前記配管の一端側に連結されて空気を送給する空気送給手段と、前記配管の他端側に連結されて炭化水素系ガスを検出する水素炎イオンセンサと、前記水素炎イオンセンサでの検出結果、前記サンプリング管からの前記ガスの流量及び前記空気送給手段からの前記空気の流量に基づいて、前記ガス中の炭化水素系ガスの濃度を算出する演算制御手段とを備えているので、例えば、サンプリング管の先端側からサンプリングされたガス中の不活性ガスの濃度が非常に高い場合であっても、炭化水素系ガスの濃度を正確に計測することができる。
【００２８】
第二番目の発明によるガス濃度計測装置は、第一番目の発明において、前記サンプリング管が、基端側を前記配管に挿入連結されると共に、基端面を閉塞され、周方向に沿って孔を複数形成されているので、空気送給手段からの空気とサンプリングしたガスとをムラなく混合することができ、検出誤差をより確実に小さくすることができる。
【００２９】
第三番目の発明によるガス濃度計測装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記演算制御手段が、前記水素炎イオンセンサでの検出結果に基づいて、前記空気送給手段からの前記空気の流量を最も少なくするように、当該空気送給手段を制御するので、サンプリングしたガス中の炭化水素系ガス濃度の検出可能な下限値の上昇を抑制することができる。
【００３０】
第四番目の発明によるガス濃度計測装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記サンプリング管でサンプリングするガスが、炭化水素系ガスと不活性ガスとを混合したトレーサガスを混合された空気であるので、上述した効果を最も確実に発現することができる。
【００３１】
第五番目の発明によるガス濃度計測装置は、第四番目の発明において、前記サンプリング管でサンプリングするガスが、風洞実験装置の風洞内を流通する空気であるので、上述した効果を最も有効に発現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス濃度計測装置の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の矢線ＩＩ部の抽出拡大図である。
【図３】サンプリング管及び配管の内径のサイズによる、計測ガス中のメタン濃度の変動の応答性の違いを表すグラフである。
【図４】メタンガスに対するヘリウムガスの混合割合とＦＩＤのメタン濃度の検出結果の誤差率との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１　風洞
２　トレーサガスノズル
１０　ガス濃度計測装置
１１　サンプリング管
１１ａ　孔
１２　配管
１３　空気送給器
１４　水素炎イオンセンサ（ＦＩＤ）
１５　演算制御装置
１６　表示装置
１００　空気
１０１　トレーサガス
１０２　サンプリングガス
１０３　空気
１０４　計測ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004028603.tif 000006