(57)【要約】【課題】ガスの成分濃度及び流速を同一の検出点で同時に、連続的に検出することができるガス分析装置を提供する。【解決手段】一方向に流れるガスのガス流路２０の上流側に設けられた第１の検出点２１を通過するガスの成分濃度を、連続的に検出する第１のガス濃度検出手段３０と、ガス流路２０の下流側に設けられた第２の検出点２２を通過するガスの成分濃度を、連続的に検出する第２のガス濃度検出手段４０と、第１及び第２のガス濃度検出手段３０、４０のガス濃度検出値に基づいて、ガスの流速を連続的に求める流速演算手段５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に流れるガスのガス流路の上流側に設けられた第１の検出点を通過する前記ガスの成分濃度を、連続的に検出する第１のガス濃度検出手段と、
前記ガス流路の下流側に設けられた第２の検出点を通過する前記ガスの成分濃度を、連続的に検出する第２のガス濃度検出手段と、
前記第１及び第２のガス濃度検出手段のガス濃度検出値に基づいて、前記ガスの流速を連続的に求める流速演算手段と、
を備えるガス分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス分析装置において、
前記第１及び第２のガス濃度検出手段は、
前記第１及び第２の検出点にレーザ光を照射するレーザ光源部と、前記レーザ光を受光するレーザ受光部とを、前記ガス流路を挟むようにして配置し、
前記レーザ光源部から照射された前記レーザ光の照射前後の光量の変化に基づいて、前記ガスの成分濃度を検出すること、
を特徴とするガス分析装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス分析装置において、
前記流速演算手段は、前記第１及び第２の検出点の距離と、前記第１及び第２のガス濃度検出手段における流れている前記ガスの特定部位の成分濃度の検出時間の差とに基づいて、前記ガスの流速を演算すること、
を特徴とするガス分析装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のガス分析装置において、
前記第１及び／又は第２のガス濃度検出手段は、前記ガスの複数の成分濃度を検出すること、
を特徴とするガス分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガス分析装置において、
前記流速演算手段は、前記ガスの少なくとも１つの成分の流速を演算すること、
を特徴とするガス分析装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のガス分析装置において、
前記流速演算手段により演算された前記流速に基づいて、前記ガスの総量を演算する総量演算手段を備えること、
を特徴とするガス分析装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のガス分析装置において、
前記ガスは、内燃機関の排気ガスであること、
を特徴とするガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの流速及びガスの成分濃度を検出することができるガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、内燃機関などの排気ガスによる自然破壊が問題となっており、その対策として排気ガスの総量規制及び成分濃度の規制などが行われている。そのような中で、排気ガスの成分濃度及び流速を検出するガス分析装置は、さまざまな形態が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１のガス分析装置は、トレーサガス混入手段とトレーサガス混合手段を備えたガス分析装置であり、ガス流路中の気体にトレーサガスを流してガスの濃度を変化させ、ガス流路の上流点及び下流点において、トレーサガスによるガス濃度の変化点を検出し、上流点及び下流点の変化点の検出時間の差と、上流点及び下流点の距離とに基づいて、ガスの流速を演算している。
【０００３】
排気ガスの総量は、通常、排気ガス全体の総量や、ガスの成分ごとの総量などを測定する必要があり、一般的には、ガス流路の断面積とガスの流速との積により求められる。そのために、特許文献１に示すようなガス分析装置では、排気ガス中にトレーサガスを混入させる必要があるので、前述したような、排気ガスに含まれる成分濃度を検出することができない問題がある。また、一回のトレーサガスの混入に対して一回又は少数回の検出しかできないので、ガスの成分濃度及び流速を連続的な時系列データとして検出することができない問題がある。これらの問題の対策として、排気ガスの成分濃度と流速（総量）とを、個々の検出器により分析することも考えられるが、検出点が異なることによる検出データの信頼性が低下するという問題が生じる。
【特許文献１】特開平０５−００５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、ガスの成分濃度及び流速を同一の検出領域で同時に、連続的に検出することができるガス分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を括弧内に付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、一方向に流れるガスのガス流路（２０）の上流側に設けられた第１の検出点（２１）を通過する前記ガスの成分濃度を、連続的に検出する第１のガス濃度検出手段（３０）と、前記ガス流路（２０）の下流側に設けられた第２の検出点（２２）を通過する前記ガスの成分濃度を、連続的に検出する第２のガス濃度検出手段（４０）と、前記第１及び第２のガス濃度検出手段（３０、４０）のガス濃度検出値に基づいて、前記ガスの流速を連続的に求める流速演算手段（５０）とを備えるガス分析装置（１０）である。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のガス分析装置（１０）において、前記第１及び第２のガス濃度検出手段（３０、４０）は、前記第１及び第２の検出点（２１、２２）にレーザ光を照射するレーザ光源部（３１、４１）と、前記レーザ光を受光するレーザ受光部（３２、４２）とを、前記ガス流路（２０）を挟むようにして配置し、前記レーザ光源部（３１、４１）から照射された前記レーザ光の照射前後の光量の変化に基づいて、前記ガスの成分濃度を検出することを特徴とするガス分析装置（１０）である。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のガス分析装置（１０）において、前記流速演算手段（５０）は、前記第１及び第２の検出点（２１、２２）の距離（Ｌ）と、前記第１及び第２のガス濃度検出手段（３０、４０）における流れている前記ガスの特定部位の成分濃度の検出時間の差（ΔＴ）とに基づいて、前記ガスの流速を演算することを特徴とす
るガス分析装置（１０）である。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のガス分析装置（１０）において、前記第１及び／又は第２のガス濃度検出手段（３０、４０）は、前記ガスの複数の成分濃度を検出することを特徴とするガス分析装置（１０）である。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項４に記載のガス分析装置（１０）において、前記流速演算手段（５０）は、前記ガスの少なくとも１つの成分の流速を演算することを特徴とするガス分析装置（１０）である。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のガス分析装置（１０）において、前記流速演算手段（５０）により演算された前記流速に基づいて、前記ガスの総量を演算する総量演算手段（６０）を備えることを特徴とするガス分析装置（１０）である。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のガス分析装置（１０）において、前記ガスは、内燃機関の排気ガスであることを特徴とするガス分析装置（１０）である。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）ガス分析装置は、第１及び第２のガス濃度検出手段と、流速演算手段とを備えているので、流れてくるガスの成分濃度及び流速を、同じ検出領域で同時に、トレーサガスを混入させることなく連続的に検出することができる。
（２）第１及び第２のガス濃度検出手段は、ガス流路を挟むようにして、レーザ光源部とレーザ受光部とを配置しているので、ガスの流れを変化させることなく、正確にガスの濃度及び流速を検出することができる。
【００１３】
（３）流速演算手段は、第１及び第２の検出点に通過する特定部位のガスの成分濃度の検出時間の差と、第１及び第２の検出点の距離とに基づいて、ガスの流速を演算しているので、効率よく連続的に流速を演算することができる。
（４）第１及び第２のガス濃度検出手段は、ガスの複数種類の成分濃度を検出するので、ガスに含まれる主要な成分の濃度を、同時に検出することができる。
【００１４】
（５）流速演算手段は、ガスの少なくとも１つの成分の流速を演算するので、ガスの成分ごとの流速を求めることができる。
（６）総量演算手段は、流速演算手段により演算された流速に基づいて、ガスの総量を演算するので、連続的な総量のデータを検出することができる。
（７）ガス分析装置に流されるガスは、内燃機関の排気ガスであるので、自動車などの排気ガスを分析でき、公害対策に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、ガスの成分濃度及び流速を同一の検出領域で同時に、連続的に検出することができるガス分析装置を提供するという目的を、ガス流路の上流及び下流側に第１及び第２のガス濃度検出手段を設け、その検出値に基づいて流速演算手段でガスの流速を演算することにより実現する。
【実施例】
【００１６】
以下、図面等を参照して、本発明の実施例をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明による実施例のガス分析装置の詳細を示す図である。また、図２は、第１及び第２のガス濃度検出手段により検出されたガスの成分濃度（Ｈ2Ｏ）の時間波形を示す図である。
ガス分析装置１０は、図１に示すように、ガス流路２０、第１のガス濃度検出手段３０、第２のガス濃度検出手段４０、流速演算手段５０及び総量演算手段６０を備えた、内燃機関の排気ガスの成分濃度、流速及び総量を同一の検出点で同時に、連続的に検出することができる装置である。
【００１７】
ガス流路２０は、排気ガスが流され、一定の断面積Ａを有した流路であり、上流側に第１の検出点２１と、第１の検出点２１から距離Ｌだけ離れた下流側に第２の検出点２２とが設けられている。
第１のガス濃度検出手段３０は、第１の検出点２１に配置され、レーザ光源部３１、レーザ受光部３２及び信号処理部３３を備え、気体の各成分がそれぞれ特定の波長の光を吸収する特性を利用して、光の吸収前後の光量の変化から成分濃度を求める原理を用いた濃度検出器である。第１のガス濃度検出手段３０では、Ｈ2Ｏが吸収する波長を有するレーザ光をレーザ光源部３１から照射し、排気ガスを透過させてレーザ受光部３２で受光し、信号処理部３３で照射前後のレーザ光の光量の変化量を求めることにより、Ｈ2Ｏの濃度を連続的に出力する。
【００１８】
第２のガス濃度検出手段４０は、第２の検出点２２に配置され、レーザ光源部４１、レーザ受光部４２、信号処理部４３、光合波器４４及び光分波器４５を備え、第１のガス濃度検出手段３０と同様の原理により成分濃度を検出し、検出データを連続的に出力する検出器である。また、排気ガスの複数の成分濃度を検出できるように、複数台のレーザ光源部４１及びレーザ受光部４２を備えている。本実施例では、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、ＮＯ、ＴＨＣ（全炭化水素）の６種類の成分を検出するために、６台のレーザ光源部４１（４１−１〜４１−６）及びレーザ受光部４２（４２−１〜４２−６）を備える。
光合波器４４は、排気ガスの各成分に対応したレーザ光源部４１（４１−１〜４１−６）のレーザ光を、１本の光に合成する光学系である。
光分波器４５は、光合波器４４で合成されたレーザ光を、排気ガスの各成分に対応した固有の波長を持つレーザ光に分離して、レーザ受光部４２（４２−１〜４２−６）に入力する光学系である。
【００１９】
流速演算手段５０は、第１及び第２のガス濃度検出手段３０、４０のＨ2Ｏ濃度の検出データを連続的に入力して、排気ガスの流速を演算する演算回路である。各検出データを時系列に表示すると、図２に示すように、第１の検出点２１が時間波形（Ｂ）となり、第２の検出点２２が時間波形（Ｃ）となる。第１及び第２の検出点２１、２２は、流路方向に距離Ｌだけ離れているので、同じ傾向を持つ時間波形（Ｂ、Ｃ）は、検出時間の差ΔＴだけずれて
表示され、検出時間の差ΔＴは、第１の検出点２１における排気ガスの特定部位の検出時間
Ｔ１と、第２の検出点２２における検出時間Ｔ２との差で求められる。排気ガスの流速は、第１及び第２の検出点２１、２２間の距離Ｌを、前述の両検出点の検出時間の差ΔＴで乗算
することにより求められ、この演算を検出データに対して連続して行うことにより、流速の時系列データを得ることも可能となる。
【００２０】
総量演算手段６０は、表示部６１を備え、第２のガス濃度検出手段４０により検出された排気ガスの各成分濃度データと、流速演算手段５０で算出された流速の演算データとを入力し、入力された各データに基づいて、排気ガス中に含まれる検出対象成分の単位時間当たりの総量を演算し、演算結果及び各データを表示部６１に表示する回路である。なお、単位時間当たりの総量の演算は、流速演算手段５０で求めた排気ガスの流速の演算データに、ガス流路２０の断面積Ａ及び第２のガス濃度検出手段４０で求めた検出対象成分の濃度を乗算することにより求められる。
【００２１】
次に、ガス分析装置１０の使用方法について説明する。
ガス分析装置１０は、図１に示すように、ガス流路２０内に流れる（矢印Ａ）排気ガスを、第１の検出点２１において第１のガス濃度検出手段３０のレーザ光によりＨ2Ｏの濃度を検出し、流速演算手段５０へ検出データを出力する。
同様にして、第２の検出点２２において第２のガス濃度検出手段４０により、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、ＮＯ、ＴＨＣの濃度を検出し、総量演算手段６０に各成分の検出データを出力するのとともに、Ｈ2Ｏの検出データのみ、流速演算手段５０へも出力する。
流速演算手段５０は、第１及び第２のガス濃度検出手段３０、４０により検出されたＨ2Ｏの濃度の検出データを入力し、上述した所定の演算を介して、排気ガスの流速の演算データを求め、総量演算手段６０へと出力する。
【００２２】
排気ガスの各成分濃度及び流速の演算データを入力した総量演算手段６０は、所定の演算を介して、排気ガス中に含まれる検出対象成分の単位時間当たりの総量を演算して、各データとともに、表示部６１でリアルタイムに表示する。
検出された各成分濃度の検出データは、全て連続して検出されているので、それらから演算される流速、総量などのデータも連続データとなり、これらを時系列データとして記録することも可能であり、また、必要に応じて平均化データなどに変換することもできる。例えば、自動車のエンジンから排出される排気ガスの分析する場合において、エンジンのサイクル毎の排気ガスの総量を求めることなども可能である。また、第１及び第２の測定点２１、２２間の距離Ｌを小さくすることにより、より小さい検出領域の流速を演算することができ、データの信頼性を向上させることができる。
【００２３】
以上より、実施例のガス分析装置１０には以下のような効果がある。
（１）ガス分析装置１０は、第１及び第２のガス濃度検出手段３０、４０と、流速演算手段５０とを備えているので、流れてくるガスの成分濃度及び流速を、同じ検出点で同時に、トレーサガスを混入させることなく連続的に検出することができる。
（２）第１及び第２のガス濃度検出手段３０、４０は、ガス流路２０を挟むようにして、レーザ光源部３１、４１とレーザ受光部３２、４２とを配置しているので、ガスの流れを変化させることなく、正確にガスの濃度及び流速を検出することができる。
（３）流速演算手段５０は、第１及び第２の検出点２１、２２に通過する特定部位のガスの成分濃度の検出時間Ｔ１及びＴ２の差ΔＴと、第１及び第２の検出点２１，２２間の距離Ｌ
とに基づいて、ガスの流速を演算しているので、効率よく連続的に流速を演算することができる。
【００２４】
（４）第２のガス濃度検出手段４０は、ガスのＨ2Ｏ、ＣＯ2、ＣＯ、ＮＯ2、ＮＯ、ＴＨＣの成分濃度を検出するので、排気ガスに含まれる主要な成分の濃度を、同時に検出することができる。
（５）総量演算手段６０は、流速演算手段５０により演算された流速に基づいて、検出対象成分の総量を演算するので、連続的な総量のデータを検出することができる。
（６）ガス分析装置１０に流されるガスは、内燃機関の排気ガスであるので、自動車などの排気ガスを分析でき、公害対策に用いることができる。
【００２５】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）実施例では、第１のガス濃度検出手段３０は、Ｈ2Ｏの濃度を検出させていたが、それ以外の複数の成分を検出させてもよい。例えば、第１のガス濃度検出手段３０を、第２のガス濃度検出手段４０と同種の排気ガスの成分を検出させて、排気ガスの各成分について流速を求めることも可能である。
【００２６】
（２）実施例では、第１及び第２のガス濃度検出手段３０、４０は、レーザ光を用いた成分濃度を検出したが、それ以外の検出方法により成分濃度を検出してもよい。例えば、レーザ光の代わりに白色照明を用いて濃度を検出することも可能であり、検出する濃度の精度に応じて、検出方法を選択することができる。
（３）実施例では、ガス分析装置は、内燃機関の排気ガスの分析に使用したが、それ以外のガスの分析に使用してもよい。例えば、ゴミ焼却炉などから排出されるガスの分析などに使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による実施例のガス分析装置の詳細を示す図である。
【図２】本発明による実施例の第１及び第２のガス濃度分析手段により検出されたＨ2Ｏの成分濃度の時間波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガス分析装置
２０  ガス流路
２１  第１の検出点
２２  第２の検出点
３０  第１のガス濃度検出手段
４０  第２のガス濃度検出手段
５０  流速演算手段
【図１】
2007333655.tif 000003
【図２】
2007333655.tif 000004