特開2024-89865赤外線ガス分析計、赤外線ガス分析方法、及び、濃度演算プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024089865
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】赤外線ガス分析計、赤外線ガス分析方法、及び、濃度演算プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 21/3504 20140101AFI20240627BHJP
【ＦＩ】
G01N21/3504
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022205362
(22)【出願日】2022-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000155023
【氏名又は名称】株式会社堀場製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(74)【代理人】
【識別番号】100206151
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 惇志
(74)【代理人】
【識別番号】100218187
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 治子
(74)【代理人】
【識別番号】100227673
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 光起
(72)【発明者】
【氏名】阪倉 誠司
(72)【発明者】
【氏名】水谷 浩
(72)【発明者】
【氏名】青塚 冬樹
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA01
2G059BB01
2G059DD12
2G059DD15
2G059DD20
2G059EE01
2G059HH01
2G059KK01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】赤外線吸収波長域が重畳する２つの成分を１つの検出器で検出する。
【解決手段】赤外光源３と、サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器４と、サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する第２測定成分の濃度の演算装置６とを備え、赤外線検出器４は、ニューマチック検出器であり、第１測定成分の測定用ガス室４１と、第２測定成分の干渉用ガス室４２と、測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサ４１ｘと、干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサ４２ｘとを有し、演算装置６は、第１センサ４１ｘの出力、及び、第２センサ４２ｘの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する第１演算部６３と、第２センサ４２ｘの出力を用いて第２測定成分の濃度を演算する第２演算部６４とを有する。
【選択図】図１
【解決手段】赤外光源３と、サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器４と、サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する第２測定成分の濃度の演算装置６とを備え、赤外線検出器４は、ニューマチック検出器であり、第１測定成分の測定用ガス室４１と、第２測定成分の干渉用ガス室４２と、測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサ４１ｘと、干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサ４２ｘとを有し、演算装置６は、第１センサ４１ｘの出力、及び、第２センサ４２ｘの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する第１演算部６３と、第２センサ４２ｘの出力を用いて第２測定成分の濃度を演算する第２演算部６４とを有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプルに赤外線を照射する赤外光源と、
前記サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の出力を用いて、前記サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する測定成分である第２測定成分の濃度を演算する演算装置とを備え、
前記赤外線検出器は、ニューマチック検出器であり、
前記第１測定成分の赤外線吸収特性に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、
前記第２測定成分の赤外線吸収特性に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、
前記演算装置は、
前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する第１演算部と、
前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する第２演算部とを有する、赤外線ガス分析計。
前記サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の出力を用いて、前記サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する測定成分である第２測定成分の濃度を演算する演算装置とを備え、
前記赤外線検出器は、ニューマチック検出器であり、
前記第１測定成分の赤外線吸収特性に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、
前記第２測定成分の赤外線吸収特性に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、
前記演算装置は、
前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する第１演算部と、
前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する第２演算部とを有する、赤外線ガス分析計。
【請求項2】
前記第２演算部は、前記第２センサの出力、及び、前記第１演算部の出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する、請求項１記載の赤外線ガス分析計。
【請求項3】
前記サンプルに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）を測定するＣＯ２測定部をさらに備え、
前記演算装置は、前記ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２の濃度を用いて前記第１測定成分の濃度又は前記第２測定成分の濃度を補正する、請求項１又は２の何れか一項に記載の赤外線ガス分析計。
前記演算装置は、前記ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２の濃度を用いて前記第１測定成分の濃度又は前記第２測定成分の濃度を補正する、請求項１又は２の何れか一項に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項4】
前記第１測定成分は一酸化炭素（ＣＯ）であり、前記第２測定成分は一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項5】
２つの前記赤外線検出器をさらに備え、
一方の前記赤外線検出器における前記第１測定成分及び前記第２測定成分は、それぞれ一酸化窒素（ＮＯ）及び水（Ｈ２Ｏ）であり、
他方の前記赤外線検出器における前記第１測定成分及び前記第２測定成分は、それぞれ二酸化硫黄（ＳＯ２）及びメタン（ＣＨ４）である、請求項４記載の赤外線ガス分析計。
一方の前記赤外線検出器における前記第１測定成分及び前記第２測定成分は、それぞれ一酸化窒素（ＮＯ）及び水（Ｈ２Ｏ）であり、
他方の前記赤外線検出器における前記第１測定成分及び前記第２測定成分は、それぞれ二酸化硫黄（ＳＯ２）及びメタン（ＣＨ４）である、請求項４記載の赤外線ガス分析計。
【請求項6】
前記第１測定成分及び前記第２測定成分以外の複数の成分が封入されたガスフィルタをさらに備え、
前記ガスフィルタは、互いに反応しない複数の成分、又は、互いに平衡状態で安定した複数の成分が封入されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の赤外線ガス分析計。
前記ガスフィルタは、互いに反応しない複数の成分、又は、互いに平衡状態で安定した複数の成分が封入されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項7】
前記演算装置は、前記第１センサ及び前記第２センサの出力から前記ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２の濃度に所定の重み付け係数を乗算したものを減算することにより、前記第１測定成分及び前記第２測定成分の濃度を演算するとともに、前記ＣＯ２の濃度に基づいて前記重み付け係数を変更または補正する、請求項３記載の赤外線ガス分析計。
【請求項8】
サンプルに赤外線を照射するとともに、前記サンプルを透過した赤外線を赤外線検出器により検出して、前記サンプル中の第１測定成分及び前記第１測定成分に干渉する測定成分である第２測定成分を分析する赤外線ガス分析計に用いられる赤外線ガス分析方法であって、
前記赤外線ガス分析計は、
ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、
前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、
前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室とを有し、
前記赤外線ガス分析方法は、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出し、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出し、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化、及び、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を用いて前記第１測定成分の濃度を演算し、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する、赤外線ガス分析方法。
前記赤外線ガス分析計は、
ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、
前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、
前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室とを有し、
前記赤外線ガス分析方法は、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出し、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出し、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化、及び、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を用いて前記第１測定成分の濃度を演算し、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する、赤外線ガス分析方法。
【請求項9】
サンプルに赤外線を照射する赤外光源と、前記サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を用いて、前記サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する測定成分である第２測定成分の濃度を演算する演算装置とを備える赤外線ガス分析計に用いられる濃度演算プログラムであって、
前記赤外線ガス分析計は、
ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、
前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、
前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、
前記濃度演算プログラムは、
前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する機能と、
前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する機能とをコンピュータに備えさせる、濃度演算プログラム。
前記赤外線ガス分析計は、
ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、
前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、
前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、
前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、
前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、
前記濃度演算プログラムは、
前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する機能と、
前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する機能とをコンピュータに備えさせる、濃度演算プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、赤外線ガス分析計、赤外線ガス分析方法、及び、濃度演算プログラムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
排出される排ガス中の測定成分の濃度を測定する装置として、赤外線ガス分析計が用いられる。この種の赤外線ガス分析計は、特許文献１に示すように、非分散型赤外線吸収方式のもの（ＮＤＩＲ分析計）がある。
【0003】
この種のＮＤＩＲ分析計を用いて、例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）といった測定成分を検出する場合には、赤外線吸収波長域では、Ｎ２Ｏの赤外線吸収波長域に一酸化炭素（ＣＯ）の赤外線吸収波長域が重畳し、Ｎ２Ｏに対してＣＯが干渉成分となる。このため、サンプル中のＣＯを酸化触媒により二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化して、ＣＯの干渉影響を低減している。
【0004】
しかしながら、この種のＮＤＩＲ分析計は、Ｎ２Ｏの濃度を算出することができる一方、ＣＯは干渉影響の低減のためにＣＯ２へと酸化されるので、ＣＯの濃度を算出することができない。その結果、Ｎ２Ｏの濃度とＣＯの濃度とを１つのＮＤＩＲ分析計で測定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１３－９６８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
そこで、本発明は上述した問題を解決すべくなされたものであり、赤外線吸収波長域が重畳する２つの成分を１つの赤外線ガス分析計で測定することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
すなわち、本発明に係る赤外線ガス分析計は、サンプルに赤外線を照射する赤外光源と、前記サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を用いて、前記サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する測定成分である第２測定成分の濃度を演算する演算装置とを備え、前記赤外線検出器は、ニューマチック検出器であり、前記第１測定成分の赤外線吸収特性に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、前記第２測定成分の赤外線吸収特性に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、前記演算装置は、前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する第１演算部と、前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する第２演算部とを有することを特徴とする。
【0008】
このような構成によれば、測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、演算装置がこれら各センサの出力に基づいて、第１測定成分の濃度及び第２測定成分の濃度を演算するので、１つの赤外線検出器によって第１測定成分及び第２測定成分の濃度を測定することができる。
【0009】
前記第２演算部は、前記第２センサの出力、及び、前記第１演算部の出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算することが望ましい。
【0010】
このような構成であれば、第２演算部が第２センサの出力及び第１演算部の出力を用いて、第２測定成分の濃度を演算するので、第２測定成分の濃度は、第１演算部により演算された第１測定成分の濃度によって補正される。その結果、第２測定成分の濃度をより精度よく演算することができる。
【0011】
前記演算装置が前記第１測定成分の濃度及び前記第２測定成分の濃度を算出する場合に、サンプルに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度に応じて、第１センサ及び第２センサの出力が変化し、測定誤差を生じることがある。
この測定誤差を防ぐために、前記赤外線ガス分析計は、前記サンプルに含まれる二酸化炭素を検出するＣＯ２測定部をさらに備え、前記演算装置は、前記ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２濃度を用いて前記第１測定成分の濃度又は前記第２測定成分の濃度を補正することが望ましい。
この測定誤差を防ぐために、前記赤外線ガス分析計は、前記サンプルに含まれる二酸化炭素を検出するＣＯ２測定部をさらに備え、前記演算装置は、前記ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２濃度を用いて前記第１測定成分の濃度又は前記第２測定成分の濃度を補正することが望ましい。
【0012】
このような構成であれば、演算装置が第１測定成分の濃度及び第２測定成分の濃度を演算する場合に、ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２の濃度を用いて第１測定成分の濃度又は第２測定成分の濃度を補正するので、ＣＯ２の濃度に応じた測定誤差を低減させることができる。
【0013】
本発明の赤外線ガス分析計における前記第１測定成分は一酸化炭素（ＣＯ）であり、前記第２測定成分は一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）であることが望ましい。
【0014】
このような構成であれば、赤外線吸収波長域が重畳する２つの成分である一酸化炭素及び一酸化二窒素を１つの赤外線検出器で検出することができる。また、一酸化二窒素は、地球温暖化の原因となる温室効果ガスであるので、本発明の赤外線ガス分析計を環境負荷軽減が求められる産業分野において好適に用いることができる。
【0015】
本発明の赤外線ガス分析計は、２つの前記赤外線検出器をさらに備え、一方の前記赤外線検出器における前記第１測定成分及び前記第２測定成分は、それぞれ一酸化窒素（ＮＯ）及び水（Ｈ２Ｏ）であり、他方の前記赤外線検出器における前記第１測定成分及び前記第２測定成分は、それぞれ二酸化硫黄（ＳＯ２）及びメタン（ＣＨ４）であることが望ましい。
【0016】
このような構成であれば、演算装置が、一方の赤外線検出器によって検出されたＮＯ及びＨ２Ｏを用いてＮＯの濃度を算出し、他方の赤外線検出器によって検出されたＳＯ２及びＣＨ４を用いてＳＯ２又はＣＨ４の濃度を算出するので、本発明の赤外線ガス分析計は、サンプルに含まれる５つの成分であるＮ２Ｏ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２又はＣＨ４を同時に測定することができる。
【0017】
本発明の赤外線ガス分析計は、前記第１測定成分及び前記第２測定成分以外の複数の成分が封入されたガスフィルタをさらに備え、前記ガスフィルタは、互いに反応しない複数の成分、又は、互いに平衡状態で安定した複数の成分が封入されていることが望ましい。
【0018】
このような構成であれば、サンプル中の第１測定成分及び第２測定成分以外の複数の成分が封入されたガスフィルタを有するので、複数の第２測定成分の少なくとも一つを酸化又は還元させる触媒を不要にすることができ、その結果、ランニングコストを低減することができる。
【0019】
前記演算装置は、前記第１センサ及び前記第２センサの出力から前記ＣＯ２測定部により得られたＣＯ２の濃度に所定の重み付け係数を乗算したものを減算することにより、前記第１測定成分及び前記第２測定成分の濃度を演算するとともに、前記ＣＯ２の濃度に基づいて前記重み付け係数を変更又は補正することが望ましい。
【0020】
このような構成であれば、演算装置がＣＯ２の濃度に基づいて重み付け係数を変更又は補正するので、重み付け係数が一定の場合に生じる測定誤差を低減させることができ、ＣＯ２の濃度に関わらず、第１測定成分及び第２測定成分を精度よく測定することができる。
【0021】
また、本発明に係る赤外線ガス分析方法は、サンプルに赤外線を照射するとともに、前記サンプルを透過した赤外線を赤外線検出器により検出して、前記サンプル中の第１測定成分及び前記第１測定成分に干渉する第２測定成分を分析する赤外線ガス分析計に用いられる赤外線ガス分析方法であって、前記赤外線ガス分析計は、ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室とを有し、前記赤外線ガス分析方法は、前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出し、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出し、前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化、及び、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を用いて前記第１測定成分の濃度を演算し、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を用いて前記第２測定成分の濃度を演算することを特徴とする。
さらに、本発明に係る濃度演算プログラムは、サンプルに赤外線を照射する赤外光源と、前記サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を用いて、前記サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する第２測定成分の濃度を演算する演算装置とを備える赤外線ガス分析計に用いられる濃度演算プログラムであって、前記赤外線ガス分析計は、ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、前記濃度演算プログラムは、前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する機能と、前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する機能とをコンピュータに備えさせることを特徴とする。
さらに、本発明に係る濃度演算プログラムは、サンプルに赤外線を照射する赤外光源と、前記サンプルを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力を用いて、前記サンプルに含まれる第１測定成分、及び、前記第１測定成分に干渉する第２測定成分の濃度を演算する演算装置とを備える赤外線ガス分析計に用いられる濃度演算プログラムであって、前記赤外線ガス分析計は、ニューマチック検出器である前記赤外線検出器と、前記第１測定成分に基づく測定用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室と、前記第２測定成分に基づく干渉用ガスが封入され、前記サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室と、前記測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサと、前記干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサとを有し、前記濃度演算プログラムは、前記第１センサの出力、及び、前記第２センサの出力を用いて前記第１測定成分の濃度を演算する機能と、前記第２センサの出力を用いて前記第２測定成分の濃度を演算する機能とをコンピュータに備えさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【0022】
このように構成した本発明によれば、赤外線吸収波長域が重畳する２つの成分を１つの検出器で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の一実施形態に係る赤外線ガス分析計を示す模式図である。
【図2】同実施形態に係る各成分の赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図3】変形実施形態に係る赤外線ガス分析計を示す模式図である。
【図4】変形実施形態に係る各成分の赤外吸収スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下に、本発明に係る赤外線ガス分析計の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている場合がある。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【0025】
本実施形態に係る赤外線ガス分析計１００は、例えば下水処理施設、清掃工場、産業廃棄物処理場や化学プラントなどの産業設備から排出される排ガス（煙道排ガス）などのサンプル中の一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）などの成分濃度を非分散型赤外線吸収方式（ＮＤＩＲ）により測定するものである。
【0026】
具体的に赤外線ガス分析計１００は、サンプル中のＣＯ及びＮ２Ｏの濃度を測定するものであり、図１に示すように、サンプルが導入される測定セル２と、測定セル２の一端側に設けられて、測定セル２に赤外線を照射する赤外光源３と、測定セル２の他端側に設けられて、測定セル２を通過した赤外線を検出する赤外線検出器４と、サンプル中の二酸化炭素を測定するＣＯ２測定部５と、赤外線検出器４及びＣＯ２測定部５からの出力を取得して、第１測定成分（ＣＯ）及び第１測定成分に干渉する測定成分である第２測定成分（Ｎ２Ｏ）の濃度を算出する演算装置６とを備えている。
【0027】
測定セル２は、例えば概略筒形状をなし、その両端部が赤外線透過性材料からなるセル窓部材２ａ、２ｂによって封止され、サンプルをセル内部に導入するための導入ポートＰ１及びサンプルをセル外部に導出するための導出ポートＰ２が側壁に設けられている。
【0028】
赤外光源３は、測定セル２の一端側においてセル窓部材２ａに対向して設けられて、測定セル２の内部に赤外線を照射するものである。赤外光源３と測定セル２との間には、光チョッパ（不図示）が設けられており、例えばモータにより回転駆動されて、赤外光源３によって発生される赤外線を一定周期で断続（チョッピング）するように構成している。
【0029】
赤外線検出器４は、測定セル２の他端側におけるセル窓部材２ｂに対向して設けられており、例えばコンデンサマイクロフォン型のニューマチック検出器である。具体的に赤外線検出器４は、第１測定成分（ＣＯ）の赤外線吸収特性に基づく測定用ガスが封入され、サンプルを通過した赤外線が入射する測定用ガス室４１と、第２測定成分（Ｎ２Ｏ）の赤外線吸収特性に基づく干渉用ガスが封入され、サンプルを通過した赤外線が入射する干渉用ガス室４２とを有する。測定用ガス室４１及び干渉用ガス室４２は、測定セル２の他端側からこの順に光学的に直列配置されている。
【0030】
測定用ガス室４１は、耐腐食性金属からなる本体ブロックの両端部が赤外線透過性材料からなる窓部材によって封止されると共に、その内部に第１センサ４１ｘが配置されている。測定用ガス室４１内には、第１測定成分（ＣＯ）又はそれと同等の赤外線吸収特性を示す測定用ガスが封入されており、第１センサ４１ｘは、第１測定成分（ＣＯ）の赤外吸収スペクトルに応じた圧力変化を検出する。本実施形態の第１センサ４１ｘは、第１測定成分及び第２測定成分の両方に感度を持つ。
【0031】
本実施形態では第１測定成分がＣＯであることから、測定用ガス室４１内には、所定濃度のＣＯガスを封入している。これにより、第１センサ４１ｘは、ＣＯの赤外吸収スペクトルに応じた圧力変化を検出する（図２参照）。
【0032】
干渉用ガス室４２は、耐腐食性金属からなる本体ブロックの両端部が赤外線透過性材料からなる窓部材によって封止されると共に、その内部に第２センサ４２ｘが配置されている。そして干渉用ガス室４２内には、第２測定成分（Ｎ２Ｏ）又はそれと同等の赤外線吸収特性を示す干渉用封入ガスが封入されており、第２センサ４２ｘは、第２測定成分の赤外吸収スペクトルに応じた圧力変化を検出する。この干渉用ガス室４２は、測定用ガス室４１の後段に設けられており、ＣＯは測定用ガス室４１でほとんど吸収されるため、第２測定成分に感度を持つ。
【0033】
本実施形態では、ＣＯに対するＮ２Ｏの干渉影響を補正すべく、干渉用ガス室４２内には、測定用ガス室４１のＣＯガスよりも高い濃度のＣＯガスを封入している。これにより、干渉用ガス室４２は、Ｎ２Ｏの赤外吸収スペクトルに合わせた波長域の赤外線強度を検出する（図２参照）。
【0034】
さらに、本実施形態では、サンプル中のＳＯ２やＣＨ４などの成分の干渉影響を低減するために、赤外線検出器４に検出される赤外線の波長を狭めるための光学フィルタ８が設けられている。この光学フィルタ８は、ＣＯ及びＮ２Ｏの吸収波長域の赤外線を透過するものであり、具体的に光学フィルタ８は、例えば４μｍ～５μｍの波長域を透過する。本実施形態の光学フィルタ８は、測定セル２及び赤外線検出器４の間に設けられている。
【0035】
ＣＯ２測定部５は、サンプル中のＣＯ２を測定するものである。具体的にＣＯ２測定部５は、サンプルが導入されるＣＯ２測定セル５１と、ＣＯ２測定セル５１に赤外線を照射する赤外線照射部５２と、ＣＯ２測定セル５１を透過した赤外線を検出するＣＯ２検出器５３とを有している。本実施形態のＣＯ２測定セル５１を通過したサンプルが測定セル２に導入されるように構成されているが、逆であっても良い。
【0036】
ＣＯ２測定セル５１は、上述した測定セル２と同様の構成であるが、そのセル長がＣＯ２濃度に合わせて、測定セル２のセル長よりも短いものである。また、ＣＯ２検出器５３は、上述した赤外線検出器４と同様に、例えばコンデンサマイクロホン型のニューマチック検出器である。
【0037】
ここで、赤外線照射部５２は、上述した赤外光源３及び赤外光源３と測定セル２との間に設けられた集光部材７を用いて構成されている。集光部材７には、赤外線を集光するテーパ状の内壁面からなる第１光路７ａが形成されている。この第１光路７ａを通過することによって、赤外光源３からの赤外線は測定セル２に集光されて照射される。また、第１光路７ａを形成する内壁面には、ＣＯ２測定セル５１に赤外線を照射するための第２光路７ｂが接続されている。この第２光路７ｂには、テーパ状の内壁面で反射した赤外線が通過し、第２光路７ｂを通過した赤外線がＣＯ２測定セル５１に照射される。
【0038】
演算装置６は、赤外線検出器４の出力及びＣＯ２測定部５の出力に基づいてＣＯの濃度及びＮ２Ｏの濃度を算出するものである。なお、演算装置６は、演算したＣＯの濃度及びＮ２Ｏの濃度などの測定結果をディスプレイなどの表示部７０に表示することができる。
【0039】
具体的に演算装置６は、第１センサ４１ｘの出力を増幅して出力する測定用前置増幅器６１と、第２センサ４２ｘの出力を増幅して出力する干渉用前置増幅器６２と、測定用前置増幅器６１からの出力及び干渉用前置増幅器６２からの出力を用いて第１測定成分の濃度を演算する第１演算部６３と、干渉用前置増幅器６２からの出力を用いて第２測定成分の濃度を演算する第２演算部６４と、ＣＯ２検出器５３の出力を増幅して出力するＣＯ２用前置増幅器６５とを備える。
【0040】
第１演算部６３は、第１測定成分に対する第２測定成分の干渉影響を除去する第２測定成分除去部６３ａと、第１測定成分に対するＣＯ２の干渉影響を除去する第１ＣＯ２除去部６３ｂとを備える。具体的に第２測定成分除去部６３ａは、測定用前置増幅器６１からの出力から干渉用前置増幅器６２からの出力を減算する。また、第１ＣＯ２除去部６３ｂは、第２測定成分除去部６３ａからの出力からＣＯ２用前置増幅器６５からの出力を減算する。その結果、第１演算部６３は、第１測定成分の濃度を出力することができる。なお、第１演算部６３は、第１ＣＯ２除去部６３ｂを備えなくともよい。
【0041】
第２演算部６４は、第２測定成分に対するＣＯ２の干渉影響を除去する第２ＣＯ２除去部６４ａと、第２測定成分に対する第１測定成分の干渉影響を除去する第１測定成分除去部６４ｂとを備える。具体的に第２ＣＯ２除去部６４ａは、干渉用前置増幅器６２からの出力からＣＯ２用前置増幅器６５からの出力を減算する。また、第１測定成分除去部６４ｂは、第２ＣＯ２除去部６４ａの出力から第１演算部６３によって演算された第１測定成分の濃度を減算する。その結果、第２演算部６４は、第２測定成分の濃度を出力することができる。なお、第２演算部６４は、第２ＣＯ２除去部６４ａを備えなくともよい。
【0042】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の赤外線ガス分析計１００によれば、測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサ４１ｘと、干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサ４２ｘとを有し、演算装置６がこれら各センサの出力に基づいて、第１測定成分の濃度及び第２測定成分の濃度を演算するので、１つの赤外線検出器４によって第１測定成分及び第２測定成分の濃度を測定することができる。
このように構成した本実施形態の赤外線ガス分析計１００によれば、測定用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第１センサ４１ｘと、干渉用ガスの赤外線吸収に応じた圧力変化を検出する第２センサ４２ｘとを有し、演算装置６がこれら各センサの出力に基づいて、第１測定成分の濃度及び第２測定成分の濃度を演算するので、１つの赤外線検出器４によって第１測定成分及び第２測定成分の濃度を測定することができる。
【0043】
＜その他の実施形態＞
前記実施形態の第１演算部６３は、第２測定成分の干渉影響を除去した後にＣＯ２の干渉影響を除去するものであったが、第１演算部６３は、ＣＯ２の干渉影響を除去した後に第２測定成分の干渉影響を除去するものであってもよい。具体的に第１演算部６３は、測定用前置増幅器６１からの出力からＣＯ２用前置増幅器６５からの出力を減算し、その後、干渉用前置増幅器６２からの出力を減算する構成としてもよい。
前記実施形態の第１演算部６３は、第２測定成分の干渉影響を除去した後にＣＯ２の干渉影響を除去するものであったが、第１演算部６３は、ＣＯ２の干渉影響を除去した後に第２測定成分の干渉影響を除去するものであってもよい。具体的に第１演算部６３は、測定用前置増幅器６１からの出力からＣＯ２用前置増幅器６５からの出力を減算し、その後、干渉用前置増幅器６２からの出力を減算する構成としてもよい。
【0044】
前記実施形態における第２演算部６４は、ＣＯ２の干渉影響及び第１測定成分の干渉影響を除去するものであったが、第２演算部６４はこれらの干渉影響を除去しなくともよい。すなわち、第２演算部６４は、干渉用前置増幅器６２の出力から、直接、第２測定成分の濃度を演算してもよく、第２ＣＯ２除去部６４ａ及び第１測定成分除去部６４ｂを備えなくともよい。
【0045】
前記実施形態では、ＳＯ２やＣＨ４などの成分の干渉影響を低減するために、赤外線検出器４に検出される赤外線の波長を狭めるための光学フィルタ９を用いているが、光学フィルタ９を用いなくても良い。
【0046】
前記実施形態の赤外線ガス分析計は、光チョッパを用いて赤外光源３の赤外線を一定周期で断続（チョッピング）する光チョッピング方式のものであったが、サンプルとリファレンスガスとを一定周期で交互に測定セル２に導入する流体変調方式のものであっても良い。
【0047】
さらに、前記実施形態の赤外線ガス分析計は、ＣＯ、Ｎ２Ｏ、及びＣＯ２の濃度を測定するものであったが、ＮＯＸ、ＳＯ２、ＣＨ４などのその他の成分の濃度を測定するものであっても良いし、それらのうち２以上の成分の濃度を測定するものであっても良い。
【0048】
例えば４つの成分の濃度それぞれを測定する赤外線ガス分析計１００の構成例を図３に示す。この図３に示す赤外線ガス分析計１００は、例えばＣＯ、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、ＣＯ２、ＮＯの５つの成分それぞれの濃度を測定するものであり、前記実施形態の構成にさらに２つの赤外線検出器を備えている。
【0049】
一方の赤外線検出器１０における第１測定成分及び第２測定成分は、それぞれ一酸化窒素（ＮＯ）及び水（Ｈ２Ｏ）である。また、他方の赤外線検出器１１における第１測定成分及び第２測定成分は、それぞれ二酸化硫黄（ＳＯ２）及びメタン（ＣＨ４）である。これら２つの赤外線検出器１０、１１は、上述した赤外線検出器４と同様に、例えばコンデンサマイクロホン型のニューマチック検出器である。この構成により、図４に示すように、赤外線吸収波長域が重畳するＮＯ及びＨ２Ｏ、ＳＯ２及びＣＨ４のそれぞれに対して赤外線検出器１０、１１を用いることによって、サンプルに含まれる５つの成分であるＮ２Ｏ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２又はＣＨ４を同時に測定することができる。
【0050】
また、この構成例では、測定セル２を透過した赤外線を、ハーフミラＭ１、Ｍ２などを用いたビームスプリッタ１２を用いて、赤外線検出器４（Ｎ２Ｏ検出器）、一方の赤外線検出器１０、他方の赤外線検出器１１に赤外線を分割している。
【0051】
そして、図３に示すように、ビームスプリッタ１２と赤外線検出器４（Ｎ２Ｏ検出器）との間に光学フィルタ９も設けている。また、ビームスプリッタ１２とＳＯ２検出器１０１及びＮＯ検出器１１１との間にも光学フィルタ１３、１４を設けている。さらに、ビームスプリッタ１２と赤外線検出器４、１０、１１との間に、それらの第１測定成分に対する第２測定成分の干渉影響を除去するためにガスフィルタを設けても良い。なお、図３では、５つの成分の濃度を測定する構成例を示したが、例えばビームスプリッタの構成を変更することによって、３つ又は４つの成分の濃度を測定する構成にもできるし、６つ以上の成分の濃度を測定する構成にもできる。
【0052】
前記実施形態にさらに、第１測定成分及び第２測定成分以外の複数の成分が封入されたガスフィルタを備える構成としてもよい。具体的にガスフィルタは、測定セル２及び赤外線検出器４の間に設けられ、第１測定成分（ＣＯ）及び第２測定成分（Ｎ２Ｏ）の吸収スペクトルに干渉影響を与えるＣＯ２の吸収スペクトルを低減又は除去するものである。ガスフィルタは、１つのチャンバ内にＣＯ２ガスを封入している。また、ガスフィルタは、さらにＣＯ２に反応しない複数の成分、又は、ＣＯ２と平衡状態で安定した複数の成分として、メタン（ＣＨ４）を封入してもよい。なお、ガスフィルタは、測定セル２及び赤外線検出器４の間に設けられているが、赤外光源３及び測定セル２の間に設けたり、又は、赤外光源３又は測定セル２に内蔵してもよい。
【0053】
さらに、前記実施形態の演算装置６は、ＣＯ２測定部５からの出力を減算して、ＣＯ及びＮ２Ｏの濃度を演算するものであったが、第１センサ４１ｘ及び第２センサ４２ｘの出力からＣＯ２測定部５により得られたＣＯ２の濃度に所定の重み付け係数ｋを乗算したものを減算することにより、第１測定成分及び第２測定成分の濃度を演算するものであってもよい。ここで、重み付け係数は、濃度が既知である複数のＣＯ２ガスを用いて、重み付け係数ｋを予め求めて置き、演算装置６に記憶させておく。そして、測定時において、ＣＯ２用前置増幅器６５の出力信号又はそれから求められたＣＯ２の濃度に応じて、重み付け係数ｋを変更又は補正する。
【0054】
前記実施形態では、外燃機関から排出される排ガスを分析するものであったが、車両、船舶などの内燃機関から排出される排ガスを分析するものであっても良い。
【0055】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【0056】
１００・・・赤外線ガス分析計
２・・・測定セル
３・・・赤外光源
４・・・赤外線検出器
４１・・・測定用ガス室
４２・・・干渉用ガス室
４１ｘ・・・第１センシング部
４２ｘ・・・第２センシング部
５・・・ＣＯ２測定部
６・・・演算装置
７・・・集光部材
８・・・光学フィルタ
２・・・測定セル
３・・・赤外光源
４・・・赤外線検出器
４１・・・測定用ガス室
４２・・・干渉用ガス室
４１ｘ・・・第１センシング部
４２ｘ・・・第２センシング部
５・・・ＣＯ２測定部
６・・・演算装置
７・・・集光部材
８・・・光学フィルタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
