(57)【要約】      （修正有）【課題】少数の分析機器あるいは簡易的な分析機器での分析が可能で、分析時間・分析コストを減少させることができる不純物測定方法を提供する。【解決手段】水素ガス中に含有されている不純物の含有量を測定するに当たり、内部に水素選択透過膜２を装着した濃縮チャンバー１に分析試料ガスを導入するようにし、濃縮チャンバー１内で分析試料ガスから水素成分を透過除去させるとともに、水素選択透過膜２で含有不純物を還元反応させ、この濃縮チャンバー１に送り込む分析試料ガスと、濃縮チャンバー１から導出された分析試料ガスとをそれぞれ分析することで、導入した分析試料ガスに含まれている不純物成分の種類とその含有量を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガス中に含有されている不純物成分の含有量を測定するに当たり、内部に水素選択透過膜(２)を装着した濃縮チャンバー(１)に分析試料ガスを導入し、濃縮チャンバー(１)内で分析試料ガスから水素成分を透過除去させるとともに、水素選択透過膜(２)により含有不純物を還元反応させ、この濃縮チャンバー(１)に送り込む分析試料ガスと、濃縮チャンバー(１)から導出された残留ガスとをそれぞれ分析することで、導入した分析試料ガスに含まれている不純物成分の種類とその含有量を測定することを特徴とした水素ガス中の不純物成分測定方法。
【請求項２】
分析試料ガスと残留ガスとを別個の測定・分析機器(８)(９)に送給して、分析する請求項１に記載の水素ガス中の不純物成分測定方法。
【請求項３】
分析試料ガスと残留ガスとを選択切換して同一の測定・分析機器(８)に送給して、分析する請求項１に記載の水素ガス中の不純物成分測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス中に含まれている不純物成分の量を測定する方法に関し、特に、水素ガス中に微量に含有されている不純物量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水素ガス中の不純物を分析する場合、ガスクロマトグラフ測定や、質量分析法などを用いて行われている。しかし、燃料電池用水素規格の全硫黄化合物のように、これまでの手法では測定できないレベルでの分析が必要になってきている。
【０００３】
これまでの微量成分分析への傾向を考慮すると、今後も他の分野から様々な成分の極微量成分分析が要求され、これまで以上に様々な分析機器を用いて分析を行う必要に迫られることが予想される。
【０００４】
そこで、水素ガス中の不純物をガスクロマトグラフで測定する際に、内部に水素透過膜を有する濃縮管に試料ガスを流通させ、水素成分が透過排出されたのちの濃縮された残留ガスで不純物を分析検出する技術が提案されている。(特許文献１、特許文献２)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８１７１１２号公報
【特許文献２】実開平１−１０２８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の水素ガス中の不純物検出方法でも、許容される含有不純物量が数ppbから数百ppmまで含有不純物により多岐にわたること、測定対象である全炭化水素、全硫黄化合物、全ハロゲン化合物では、測定対象が多数にわたることから、様々な分析機器を必要とし、分析時間・分析コストが増大することを抑えることは難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑み提案されたものであって、少数の分析機器あるいは簡易的な分析機器での分析が可能で、分析時間・分析コストを減少させることができる不純物測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、請求項１に開示の発明は、水素ガス中に含有されている不純物の含有量を測定するに当たり、内部に水素選択透過膜を装着した濃縮チャンバーに分析試料ガスを導入するようにし、濃縮チャンバー内で分析試料ガスから水素成分を透過除去させるとともに、水素選択透過膜で含有不純物を還元反応させ、この濃縮チャンバーに送り込む分析試料ガスと、濃縮チャンバーから導出された残留ガスとをそれぞれ分析することで、導入した分析試料ガスに含まれている不純物成分量を測定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、内部に水素選択透過膜を装着した濃縮チャンバーに水素ガスを導入することで、導入水素ガスから水素ガス成分を選択的に透過除去させ、不純物成分を濃縮するとともに、不純物成分を還元反応させることで、測定対象種を減少させるようにし、濃縮チャンバーへの導入時(還元反応前)と、残留ガス時(還元反応後)のガスを分析して、導入水素ガスに含有されている不純物成分の種類と、含有量を決定している。これにより、測定感度面で緩和することができるうえ、測定対象種を減ずることができるので、より少数の分析器で分析することができ、分析時間および分析コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の別実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明のさらに異なる実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１中符号(１)は、水素ガス中の不純物を分析する際に使用する濃縮チャンバーであり、内部をパラジウム膜で代表される水素を選択透過させる水素選択透過膜(２)で区画して、導入室(３)と、透過水素室(４)とに形成してある。
【００１２】
導入室(３)には、分析試料ガスとなる水素ガスを導入する導入路(５)と、水素成分を透過除去して、不純物成分が濃縮された残留ガスを導出する導出路(６)が連通してある。また、透過水素室(４)には、透過除去した水素ガスを排出する排出路(７)が連通してある。
【００１３】
導入路(５)と導出路(６)には、それぞれ測定・分析機器(８)(９)が装着してあり、濃縮チャンバー(１)に導入される分析試料ガスとしての水素ガス中の不純物成分と、水素選択透過膜(２)により、水素ガスを透過除去させることで濃縮された残留ガス中の不純物成分をそれぞれ分析・測定するようにしてある。
【００１４】
そして、この濃縮チャンバー(１)は、導入室(３)の室温を３００℃以上に加温することで、分析試料ガスとしての水素ガス中に含有されている不純物成分の一部の成分を水素と反応(還元反応)させるようにしている。
【００１５】
この水素による不純物の還元反応により、測定対象種を一纏め、もしくは数種類に絞ることができることになるので、測定が行いやすくなる。
【００１６】
水素ガスに不純物成分として一酸化炭素、メタン、窒素、酸素をそれぞれ400ppbを添加した水素の模擬ガスを用い、この模擬ガスを濃縮チャンバー(１)に導入し、導入路(５)を流れる模擬ガスの不純物成分量と、導出路(６)を流れる残留ガスの不純物成分量とをガスクロマトグラフィ(ＧＣ)‐質量分析器(ＭＳ)で測定した。室温状態での導入路(５)での検出結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
この結果から、添加した４種の不純物成分をきちんと検出できることが確認できた。
【００１９】
また、濃縮チャンバー内(１)の温度を変化させた状態での導出路(６)での検出結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
この結果、一酸化炭素は室温状態では、水素選択透過膜(２)に吸着され導出路(６)からは出てこない。濃縮チャンバー内(１)の温度を１５０℃まで上げていくと吸着が緩和され、導出路(６)から出てくる。さらに温度を３００℃、４００℃まで上昇させると、水素選択透過膜(２)の表面から分離した水素原子と反応して一酸化炭素がメタンガスに還元され、一酸化炭素は導出路(６)から出てこなくなったものと推測される。
【００２２】
酸素に関しては、室温でも高温でも、酸素が水素選択透過膜(２)に吸着もしくは、水素選択透過膜(２)の成分元素と反応することにより、導出路(６)から放出されないものと推測される。
【００２３】
メタンと窒素に関しては、温度を上げた状態で数十倍に濃縮されていることが確認できた。また、この測定されたメタンに関しては、一酸化炭素の還元反応で生成された一酸化炭素由来の分も含まれていると推測される。
【００２４】
図２に示す実施形態は、内部を水素選択透過膜(２)で区画した濃縮チャンバー(１)の導入路(５)と導出路(６)に流路切換弁(10)を介して測定・分析機器(８)を連通接続し、導入路(５)を流れる分析試料ガス(水素ガス)中の不純物成分(反応前)と、導出路(６)を流れる濃縮された残留ガス中の不純物成分(反応後)をそれぞれ選択して分析・測定するようにしたものである。
【００２５】
図３に示すさらに異なる実施形態は、内部を水素選択透過膜(２)で区画した濃縮チャンバー(１)の導入路(５)と導出路(６)に流路切換弁(11)(12)をそれぞれ介装し、濃縮チャンバー内(１)をバイパスするバイパス路(13)で両流路切換弁(11)(12)を連通し、導出路(６)に介装した流路切換弁 (12)の下流側に測定・分析機器(８)を配置し、制御装置(14)からの指令で、導入路(５)を流れる分析試料ガス(水素ガス)が濃縮チャンバー(１)をバイパスして測定・分析機器(８)に連通する状態と、導入路(５)を流れる分析試料ガス(水素ガス)が濃縮チャンバー(１)を介して測定・分析機器(８)に連通する状態とに切換え、導入路(５)を流れる分析試料ガス(水素ガス)中の不純物成分と、導出路(６)に導出される濃縮された残留ガス中の不純物成分とをそれぞれ選択して分析・測定するようにしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、水素ガス中に含まれる不純物成分の種類とその含有量を的確に測定することができ、特に燃料用水素ガス中の不純物成分とその含有量を的確に測定できる。
【符号の説明】
【００２７】
２…水素選択透過膜、１…濃縮チャンバー、８・９…測定・分析機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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