ガス分析装置
【課題】ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置を提供すること。
【解決手段】ガス中に含まれるＨＣ成分を捕集して分析するガス分析装置１０において、所定の容積を有し、分析対象のガスを採取する採取部１１と、採取部１１により採取されたガスを循環させる循環経路２０と、循環経路２０を循環するガスの流量を制御する第１切替部１７、第２切替部１８、第１ポンプ１６、及び制御部と、循環経路２０に設けられ、循環経路２０を循環するガス中に含まれるＨＣ成分を捕集するＨＣ捕集部１３と、を備える。
【解決手段】ガス中に含まれるＨＣ成分を捕集して分析するガス分析装置１０において、所定の容積を有し、分析対象のガスを採取する採取部１１と、採取部１１により採取されたガスを循環させる循環経路２０と、循環経路２０を循環するガスの流量を制御する第１切替部１７、第２切替部１８、第１ポンプ１６、及び制御部と、循環経路２０に設けられ、循環経路２０を循環するガス中に含まれるＨＣ成分を捕集するＨＣ捕集部１３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置に関する。詳しくは、ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分析装置として、例えば、ごみ焼却施設等の燃焼炉から排出されるガスを捕集して分析するガス分析装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このガス分析装置によれば、水分による影響を受けることなく、安定して連続的にガスを分析できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５８３０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば内燃機関（以下、「エンジン」という）から排出されるガスを捕集して分析する場合には、ガス中に含まれる水分による影響の他に、炭化水素（以下、「ＨＣ」という）の損失に留意する必要がある。このＨＣの損失は、低沸点成分である高揮発性ＨＣの透過、漏洩や、高沸点成分である低揮発性ＨＣの吸着が原因と考えられている。
【０００５】
これに対して、環境分析におけるＨＣの捕集方法として、ＨＣを吸着剤に吸着させて捕集する方法や、ＨＣを冷却することにより液化・凍結させて捕集する方法が知られている。特に、ガソリンエンジンから排出される高揮発性ＨＣを分析する場合には、乾燥空気による希釈で水分の影響を避けたうえで、一旦、樹脂製のバックで採取した後、冷却・濃縮して捕集する方法が好適であるとされている。
【０００６】
しかしながら、例えば軽油を使用したディーゼルエンジンから排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在する。このため、ディーゼルエンジンから排出されるガスの分析においては、希釈装置やバックへのＨＣの吸着が避けられず、上記ガソリンエンジンで採用されているＨＣの捕集方法は採用し得ない。
【０００７】
また、吸着剤を充填した捕集管を用いる方法では、沸点領域が広範囲に亘るＨＣ成分を捕集するためには１種類の吸着剤では困難であり、捕集管内に数種類の吸着剤を充填したり、捕集管自体を数種類併用する必要がある。加えて、数種類の吸着剤それぞれを効率良く機能させるための最適条件（例えば、ガス温度、ガス速度、時間等）を設定することが非常に困難であり、高い精度で効率良くＨＣを分析することは困難である。
【０００８】
さらには、ガスを冷却して分析対象のＨＣを液化・凍結する方法では、ガス中の水分の結露・氷結が同時に発生してしまうため、ＨＣの捕集量が制限されてしまう。ガス中の水分を分離・排出したり、固定化する除湿方法も検討されてはいるものの、いずれも分析対象のＨＣの損失に繋がるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置を提供することにある。
なお、他成分系や、微量で、変化が激しい等の複雑で高度な分析の際には、検出装置（定性や定量）と、検出装置に分析対象を導入するためのサンプリング装置とに機能を分ける場合がある。今回検討したものは、サンプリング装置（捕集及び導入）に関するものであり、検出に関しては、ＴＣＤ（熱伝導度検出器）、ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）、ＭＳ（質量分析計）のいずれでも構わない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１に係る発明は、ガス中に含まれる成分を捕集して分析するガス分析装置（例えば、後述のガス分析装置１０）において、所定の容積を有し、分析対象のガスを採取する採取手段（例えば、後述の採取部１１）と、前記採取手段により採取されたガスを循環させる循環経路（例えば、後述の循環経路２０）と、前記循環経路を循環するガスの流量を制御する循環制御手段（例えば、後述の第１切替部１７、第２切替部１８、第１ポンプ１６、制御部）と、前記循環経路に設けられ、当該循環経路を循環するガス中に含まれる成分を捕集する捕集手段（例えば、後述のＨＣ捕集部１３）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係るガス分析装置では、分析対象のガスを一旦、採取手段により採取する。次いで、循環制御手段により、採取手段で採取されたガスを循環経路に循環させる。これにより、循環経路に設けられた捕集手段において、循環するガス中に含まれる成分が捕集される。また、捕集手段にガスが流入した際に捕集しきれなかった成分については、従来のガス分析装置であれば損失となっていたところ、本発明では、ガスは循環して再び捕集手段に流入し、捕集手段により捕集される。即ち、本発明によれば、ガス中の各成分は、捕集手段により捕集されるまで循環経路を循環する。従って、ガス中に含まれる成分の全量が捕集手段により確実に捕集され、損失が生じないため、高精度な分析が可能である。
また、ガス中の各成分を単一の捕集手段により捕集できるため、捕集した各成分を同時に分析（例えば、ＧＣ分析）に供することができ、高効率な分析が可能である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のガス分析装置において、前記捕集手段は、前記循環経路を循環するガス中に含まれる炭化水素を捕集することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係るガス分析装置では、ガス中に含まれるＨＣを捕集する。即ち、ガス中に含まれる成分を全量捕集できる本発明に係るガス分析装置を、多くの成分が混在することが多く、一括した捕集が困難であったＨＣ成分の分析に適用することにより、上記の効果がより高められる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のガス分析装置において、前記採取手段、前記循環経路、前記循環制御手段、及び前記捕集手段から構成される循環系を、加熱又は冷却する加熱冷却手段（例えば、後述の加熱冷却部１５）をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係るガス分析装置では、採取手段、循環経路、循環制御手段、及び捕集手段から構成される循環系を、加熱又は冷却する。即ち、本発明によれば、循環系内で温度勾配を設けることにより、高揮発性成分から低揮発性成分まで全ての成分を、単一の捕集手段により捕集できるため、分析効率の大幅な向上が可能である。特に、軽油を使用したディーゼルエンジンから排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在するため、このようなガスに対して本発明に係るガス分析装置を適用することによって、上記の効果がより高められる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のガス分析装置において、前記循環系の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述の温度センサ）をさらに備え、前記循環制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記採取手段により採取されたガスを循環させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係るガス分析装置では、温度検出手段により検出された循環系の温度に基づいて、ガスを循環経路に循環させる。これにより、分析対象成分に応じた温度勾配条件でガスの循環を開始、停止させることができるため、請求項３の効果がより高められる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１から４いずれかに記載のガス分析装置において、前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段（例えば、後述の湿度センサ）と、前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガス中の水分を除去する水分除去手段（例えば、後述の水分除去部１２）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係るガス分析装置では、採取手段により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路を循環するガス中の水分を除去する。これにより、ガス中の水分により生ずる結露等によって、圧損の増加やガスの流速低下が生じ、捕集手段における捕集量が低下してしまう事態を回避でき、より高精度且つ高効率な分析が可能となる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１から５いずれかに記載のガス分析装置において、前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガスを希釈する希釈ガスを当該循環経路に導入する希釈手段（例えば、後述の希釈部１４）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、採取手段により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路に希釈ガスを導入して循環するガスを希釈する。これにより、ガス中の水分により生ずる結露等によって、圧損の増加やガスの流速低下が生じ、捕集手段における捕集量が低下してしまう事態を回避でき、より高精度且つ高効率な分析が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス分析装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＨＣ捕集処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】実施例１及び比較例１のＨＣ回収率（％）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係るガス分析装置１０の構成を示す図である。ガス分析装置１０は、エンジン１から排出されるガス中に含まれる各ＨＣ成分を分析する。
エンジン１は、各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、エンジン１から排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在している。
【００２６】
ここで、本実施形態では、「高揮発性ＨＣ」とは、炭素数が５以下の炭化水素を意味し、「低揮発性ＨＣ」とは、炭素数が１２以上の炭化水素を意味する。炭素数６〜１２の炭化水素が、中揮発性ＨＣである。また、高揮発性ＨＣの沸点は１００℃以下、中揮発性ＨＣの沸点が１００〜１５０℃、低揮発性ＨＣの沸点が１５０℃以上である。
【００２７】
ガス分析装置１０は、エンジン１から排出されたガスを採取する採取部１１と、循環するガス中に含まれる水分を除去する水分除去部１２と、循環するガス中に含まれるＨＣを捕集するＨＣ捕集部１３と、循環するガスを希釈する希釈部１４と、循環系（図１の点線で囲まれた部分）を加熱又は冷却する加熱冷却部１５と、経路の切替を行う第１切替部１７及び第２切替部１８と、ガスを循環させるための第１ポンプ１６と、ガスを採取するための第２ポンプ１９と、ＨＣ捕集部１３により捕集されたＨＣを分析する分析部２１と、を備える。
【００２８】
採取部１１は、ガスを採取可能な所定の容積を有し、エンジン１から排出されたガスを一旦、採取する。具体的には、図示しない制御部によって、第１切替部１７、第２切替部８、第１ポンプ１６、及び第２ポンプ１９を制御して循環系を開放することにより、採取部１１にガスが導入され、採取部１１でガスが一旦、採取される。
【００２９】
ガスを循環させるための第１ポンプ１６としては、分析対象のＨＣの吸着が無く、循環系内の気密性が保たれ、所定温度に耐え得るポンプであれば特に制限はない。好ましくは、高耐熱性メタルベローズポンプ等が用いられる。
第１ポンプ１６は、ＨＣ捕集部１３よりも上流側に配置される。この配置により、第１ポンプ１６より上流側の循環経路２０では減圧状態となり、ＨＣの沸点が低下して循環経路２０等への吸着を抑制できる。また、第１ポンプ１６より下流側の循環経路２０では加圧状態となり、ＨＣの沸点が上昇してＨＣ捕集部１３にＨＣが効率的に捕集される。
第１ポンプ１６をＨＣ捕集部１３より下流側の循環経路に配置した場合には、上記と逆の現象が生じ、ＨＣの捕集効率が低下するため好ましくない。
なお、循環処理時のガスの流速は、ＨＣ捕集部１３の種類又は量により最適値が異なるため、適宜ポンプ流量等を変更して最適化することが好ましい。
【００３０】
ガスを採取するための第２ポンプ１９としては、エンジン１から排出されるガスを採取部１１に導入できるものであればよく、第１ポンプ１６と同様のものを用いることができる。
第１切替部１７は、循環経路２０とエンジン１の排気通路とを連通又は遮断するバルブと、希釈部１４と循環経路２０とを連通又は遮断するバルブを備える。これらのバルブは、制御部によりその開閉が制御される。
第２切替部１８は、循環経路２０を開放又は閉鎖するバルブを備える。このバルブは、制御部によりその開閉が制御される。
【００３１】
水分除去部１２は、ＨＣ捕集部１３の上流側の循環経路２０に設けられており、循環するガス中に含まれる水分を除去する。具体的には、シリカゲルやナフィオンドライヤー等に代表される水分除去装置が用いられる。
水分除去部１２は、採取部１１で採取されたガスの湿度を検出する湿度センサ（図示せず）の検出結果が、予め設定され制御部に格納された閾値を超えていたときには、制御部により、循環するガスを水分除去装置に導入して水分を除去する。これにより、循環するガス中の水分に起因する結露が抑制される。
【００３２】
なお、湿度センサの検出は、循環処理前に一度実行することで水分除去処理の必要性は判断できるものの、循環処理中においても、常時検出することが好ましい。この湿度センサにより湿度をモニターし、循環するガス中の湿度が常に１００未満となるように水分除去処理を実行することが好ましい。なお、湿度は、湿度センサの検出値と、下記式（１）とから求められる。
［数１］
ガスの湿度＝ガス中の水蒸気量／飽和水蒸気量×１００ …（１）
【００３３】
ＨＣ捕集部１３は、ガス中に含まれる多くの高揮発性ＨＣ及び低揮発性ＨＣを捕集する。ＨＣ捕集部１３としては、従来公知のＨＣ捕集管が用いられる。例えば、後述する実施例で用いたＧＥＲＳＴＥＬ社製「ＴｅｎａｘＴＡ」（６０ｍｍ／約１８０ｍｇ充填）が好ましく用いられる。
【００３４】
希釈部１４は、循環経路２０を循環するガスを希釈するために、希釈ガスを循環経路２０に導入する。希釈ガスは、分析対象成分のＨＣ成分を含まない不活性の乾燥ガスであればよく、希釈部１４は、希釈ガス用タンクと、希釈ガス供給装置とから構成される。
希釈部１４は、上述の水分除去部１２と同様に、採取部１１で採取されたガスの湿度を検出する湿度センサ（図示せず）の検出結果が、予め設定され制御部に格納された閾値を超えていたときには、制御部により第１切替部１７及び第１ポンプ１６を制御して、希釈ガスを循環経路２０に導入する。これにより、循環するガスが希釈され、循環するガス中の水分に起因する結露が抑制される。
【００３５】
なお、水分除去部１２によるガス中の水分除去処理と、希釈部１４によるガスの希釈処理は、いずれか一方の処理のみを実行してもよく、両処理を実行してもよい。
【００３６】
加熱冷却部１５は、循環系を加熱又は冷却し、循環するガスを加熱又は冷却する。具体的には、採取部１１でガスを採取した後に、循環系を加熱して所定の目標温度まで昇温させる。このときの目標温度としては、例えばガス中に含まれる低揮発性ＨＣであるエイコサンが吸着しない温度である３５０℃に設定される。
また、加熱冷却部１５は、ガスの循環が開始された後に、循環系を冷却して所定の目標温度まで降温させる。このときの目標温度としては、例えばガス中に含まれる高揮発性ＨＣであるペンタンを捕集可能な温度である２０℃に設定される。
なお、循環系には、図示しない温度センサが設けられており、循環系の温度、即ち循環するガスの温度は、この温度センサにより検出される。
【００３７】
本実施形態では、加熱冷却部１５により、循環系を高温側（例えば、３５０℃）から低温側（例えば、２０℃）に変温させることで低揮発性（高沸点）成分から高揮発性（低沸点）成分まで幅広く効率的にＨＣ捕集部１３にて捕集する。温度の変化速度が過剰な場合には、循環経路２０へのＨＣの吸着による損失のおそれが生じるため、好ましくない。
なお、循環系の温度を低温側から高温側へと変温させた場合には、循環経路２０へのＨＣの吸着による損失は低減するものの、高揮発性（低沸点）ＨＣの破過が発生し、捕集効率が低下するため好ましくない。
【００３８】
分析部２１は、ＨＣ捕集部１３で捕集されたＨＣ成分を分析する。具体的には、加熱脱着システムを備えたガスクロマトグラフィー（ＧＣ）が好適に用いられる。これにより、捕集されたＨＣ成分の定性、定量分析が実行される。
【００３９】
次に、本実施形態に係るガス分析装置によるＨＣ捕集処理の手順について説明する。
図２は、本実施形態に係るガス分析装置によるＨＣ捕集処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るガス分析装置によるＨＣ捕集処理は、採取部で採取したガスを、循環系の温度に応じて循環させるとともに、循環系を加熱又は冷却することにより、捕集部にＨＣを捕集させる。
なお、本フローでは、希釈処理は実行せず、水分除去処理のみを実行した場合について説明する。
【００４０】
ステップＳ１では、エンジンから排出されたガスを採取部により一旦、採取する。また、加熱冷却部により循環系の加熱を開始し、採取部で採取されたガスの温度を昇温させる。その後、ステップＳ２に移る。
ガスの採取は、具体的には、第１切替部のエンジン１の排気通路と循環経路とを連通又は遮断するバルブと、第２切替部のバルブを開くとともに、第２ポンプを駆動させることにより実行する。ガスの採取が完了した後は、上記の両バルブを閉じ、第２ポンプを停止させる。
【００４１】
ステップＳ２では、循環系の温度、即ち循環するガスの温度Ｔが、予め設定された目標温度Ｔ１に達したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１に戻る。
ここで、目標温度Ｔ１は、例えば、ガス中に含まれる低揮発性ＨＣであるエイコサンが吸着しない温度である３５０℃に設定され、制御部に格納されている。
【００４２】
ステップＳ３では、採取部で採取したガスの湿度が、予め設定された閾値を上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、水分除去処理が必要であると考えられるため、ステップＳ４に移る。一方、ＮＯの場合には、水分除去処理が不要であると考えられるため、ステップＳ５に移る。
採取部で採取したガスの湿度は、湿度センサにより検出される。また、閾値は、予め設定され、制御部に格納されている。
【００４３】
ステップＳ４では、水分除去部による水分除去処理を実行する。実行後は、ステップＳ５に移る。
具体的には、水分除去処理は、水分除去部に設けられた水分除去装置に、循環するガスを導入することにより実行する。
【００４４】
ステップＳ５では、採取部で採取したガスを、循環経路に循環させる循環処理を実行する。実行後は、ステップＳ６に移る。
具体的には、第１切替部の２つのバルブ及び第２切替部のバルブをいずれも閉じた状態で、第１ポンプを駆動させることにより、循環処理を実行する。
【００４５】
ステップＳ６では、加熱冷却部により循環系の冷却を開始し、循環するガスの温度を降温させる。その後、ステップＳ７に移る。
なお、循環系の冷却は、ある一定の冷却速度で実行する。即ち、冷却速度は、上述の目標温度Ｔ１と後述の目標温度Ｔ２との差を循環処理時間ｔで割った値（Ｔ１−Ｔ２）／ｔである。
【００４６】
ステップＳ７では、循環系の温度が予め設定された目標温度Ｔ２にまで降下したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ＨＣ捕集処理を終了し、ＮＯの場合には、ステップＳ５に戻る。
ここで、目標温度Ｔ２は、例えば、ガス中に含まれる高揮発性ＨＣであるペンタンが捕集可能な温度である２０℃に設定され、制御部に格納されている。
【００４７】
ＨＣ捕集処理が終了した後は、ＨＣ捕集部で捕集されたＨＣ成分を分析部に導入し、分析を実行する。また、第１ポンプを停止させたうえで、第２切替部のバルブを開くとともに第２ポンプを駆動させて、循環経路を循環していたガスを排出する。これにより、次回の分析が可能となる。
【００４８】
本実施形態に係るガス分析装置によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、分析対象のガスを一旦、採取部１１により採取する。次いで、採取部１１で採取されたガスを循環経路２０に循環させる。これにより、循環経路２０に設けられたＨＣ捕集部１３において、循環するガス中に含まれるＨＣ成分が捕集される。また、ＨＣ捕集部１３にガスが流入した際に捕集しきれなかった成分については、従来のガス分析装置であれば損失となっていたところ、本実施形態では、ガスは循環して再びＨＣ捕集部１３に流入し、ＨＣ捕集部１３により捕集される。即ち、本実施形態によれば、ガス中のＨＣ成分は、ＨＣ捕集部１３により捕集されるまで循環経路２０を循環する。従って、ガス中に含まれるＨＣ成分の全量がＨＣ捕集部１３により確実に捕集され、損失が生じないため、高精度な分析が可能である。
また、ガス中のＨＣ成分を単一のＨＣ捕集部１３により捕集できるため、捕集した各ＨＣ成分を同時に分析（例えば、ＧＣ分析）に供することができ、高効率な分析が可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、循環系を加熱又は冷却する。即ち、本実施形態によれば、循環系内で温度勾配を設けることにより、高揮発性ＨＣ成分から低揮発性ＨＣ成分まで全てのＨＣ成分を、単一のＨＣ捕集部１３により捕集できるため、分析効率の大幅な向上が可能である。特に、軽油を使用したディーゼルエンジンから排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在するため、このようなガスに対して本実施形態に係るガス分析装置１０を適用することによって、上記の効果がより高められる。
【００５０】
また、本実施形態では、循環系の温度に基づいてガスを循環経路２０に循環させる。これにより、分析対象ＨＣ成分に応じた温度勾配条件でガスの循環を開始、停止させることができるため、上記３の効果がより高められる。
【００５１】
また、本実施形態では、採取部１１により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路２０を循環するガス中の水分を除去する。また、採取部１１により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路２０に希釈ガスを導入して循環するガスを希釈する。これにより、ガス中の水分により生ずる結露等によって、圧損の増加やガスの流速低下が生じ、ＨＣ捕集部１３のＨＣ捕集量が低下してしまう事態を回避でき、より高精度且つ高効率な分析が可能となる。
【００５２】
本実施形態では、ＨＣ捕集部１３が捕集手段に相当し、第１切替部１７、第２切替部１８、第１ポンプ１６、及び制御部が循環制御手段に相当する。また、図２のステップＳ１（ガス採取処理）の実行に係る手段が採取手段に相当し、ステップＳ２、Ｓ５、Ｓ７の実行に係る手段が循環制御手段に相当し、ステップＳ３〜Ｓ４の実行に係る手段が水分除去手段に相当し、ステップＳ１（加熱処理）、Ｓ６の実行に係る手段が加熱冷却手段に相当する。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、ディーゼルエンジンから排出されるガス中に含まれるＨＣ成分の分析に適用したが、これに限定されず、大気中に含まれる成分の分析にも適用できる。また、ＨＣ以外の高揮発性成分から低揮発性成分までが混在するガス中の各成分を分析する場合にも適用できる。この場合には、ＨＣ捕集管に代えて、分析対象成分に適した捕集管を用いる。
また、ガス中のＨＣ成分をＨＣ捕集部にて捕集した後、循環系内への分析対象ＨＣ成分の残留を防止するために、加熱パージ手段を設けてもよい。
さらには、循環経路内の圧力を調整及び計測する機能を有し、必要に応じて加圧及び減圧制御等を加える圧力調整部を設けてもよい。これにより、分析精度の向上、循環経路の破損のおそれを回避できる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５６】
＜実施例１＞
モデルガスとして、ｎ−Ｃ６Ｈ１４、ｎ−Ｃ１２Ｈ２６、及びｎ−Ｃ１８Ｈ３８それぞれ０．１μｌを、室温下で乾燥窒素１０Ｌ中に分散させたものを用いた。ガス分析装置としては、図１に示したガス分析装置を用い、上記のモデルガスを採取部に導入した。モデルガスを採取部に導入した後、循環系の温度が３５０℃になるまで加熱した。循環系の温度が３５０℃まで達したのを確認した後、５℃／分の冷却速度で２０℃まで循環系を冷却しながら、捕集部にてＨＣの捕集を行った。
なお、捕集部のＨＣ捕集管としては、ＧＥＲＳＴＥＬ社製「ＴｅｎａｘＴＡ」（６０ｍｍ／約１８０ｍｇ充填）を用いた。
【００５７】
捕集部にて捕集したＨＣの分析には、加熱脱着システムを備えたガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いた。具体的には、ＧＣにて各成分を分離して検出し、回収率を求めた。ＧＣ測定は、以下の分析条件に従って実施した。なお、回収率は、モデルガスとして用いた上記３種のＨＣ成分を、ＨＣ捕集管に直接導入したときの検出値を回収率１００％として算出した。結果を図３に示した。
［ＧＣ分析条件］
装置：ＧＥＲＳＴＥＬ社製ＧＣ
カラム：ＤＢ−１（長さ３０ｍ、内径０．２５ｍｍ、液膜０．２４μｍ）
カラム温度：３０℃→３００℃（３℃／分昇温）
検出器：ＦＩＤ
【００５８】
＜比較例１＞
実施例１と同様に、採取部に上記モデルガスを導入した後、循環系の温度が３５０℃になるまで加熱した。循環系の温度が３５０℃まで達したのを確認した後、捕集部の下流側を大気開放とし、この状態で、５℃／分の冷却速度で２０℃まで循環系を冷却しながら、捕集部にてＨＣの捕集を行った。捕集部のＨＣ捕集管は、実施例１と同様のものを用いた。
また、実施例１と同様に捕集部にて捕集したＨＣの分析を実施した。結果を図３に示した。
【００５９】
図３は、実施例１及び比較例１のＨＣ回収率（％）を示す図である。図３に示すように、今回モデルガスとして用いたｎ−Ｃ６Ｈ１４、ｎ−Ｃ１２Ｈ２６、及びｎ−Ｃ１８Ｈ３８いずれのＨＣ成分も、比較例１に比して実施例１の方がＨＣの回収率が高いことが判った。この結果から、本発明に係るガス分析装置によれば、ガス中に含まれるＨＣ等の各成分を、高精度且つ高効率に分析できることが確認された。
なお、比較例１では、ＨＣの沸点が低下するに従い回収率が低下していた。これは、比較例１では捕集部の下流側を大気開放としたためにガス温度が十分に低下せず、沸点が低いＨＣの捕集効率が低下して破過が生じ、大気に放出されたものと推測された。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ガス分析装置
１１ 採取部（採取手段）
１２ 水分除去部（水分除去手段）
１３ ＨＣ捕集部（捕集手段）
１４ 希釈部（希釈手段）
１５ 加熱冷却部（加熱冷却手段）
１６ 第１ポンプ（循環制御手段）
１７ 第１切替部（循環制御手段）
１８ 第２切替部（循環制御手段）
１９ 第２ポンプ
２０ 循環経路
２１ 分析部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分析装置に関する。詳しくは、ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分析装置として、例えば、ごみ焼却施設等の燃焼炉から排出されるガスを捕集して分析するガス分析装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このガス分析装置によれば、水分による影響を受けることなく、安定して連続的にガスを分析できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５８３０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば内燃機関（以下、「エンジン」という）から排出されるガスを捕集して分析する場合には、ガス中に含まれる水分による影響の他に、炭化水素（以下、「ＨＣ」という）の損失に留意する必要がある。このＨＣの損失は、低沸点成分である高揮発性ＨＣの透過、漏洩や、高沸点成分である低揮発性ＨＣの吸着が原因と考えられている。
【０００５】
これに対して、環境分析におけるＨＣの捕集方法として、ＨＣを吸着剤に吸着させて捕集する方法や、ＨＣを冷却することにより液化・凍結させて捕集する方法が知られている。特に、ガソリンエンジンから排出される高揮発性ＨＣを分析する場合には、乾燥空気による希釈で水分の影響を避けたうえで、一旦、樹脂製のバックで採取した後、冷却・濃縮して捕集する方法が好適であるとされている。
【０００６】
しかしながら、例えば軽油を使用したディーゼルエンジンから排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在する。このため、ディーゼルエンジンから排出されるガスの分析においては、希釈装置やバックへのＨＣの吸着が避けられず、上記ガソリンエンジンで採用されているＨＣの捕集方法は採用し得ない。
【０００７】
また、吸着剤を充填した捕集管を用いる方法では、沸点領域が広範囲に亘るＨＣ成分を捕集するためには１種類の吸着剤では困難であり、捕集管内に数種類の吸着剤を充填したり、捕集管自体を数種類併用する必要がある。加えて、数種類の吸着剤それぞれを効率良く機能させるための最適条件（例えば、ガス温度、ガス速度、時間等）を設定することが非常に困難であり、高い精度で効率良くＨＣを分析することは困難である。
【０００８】
さらには、ガスを冷却して分析対象のＨＣを液化・凍結する方法では、ガス中の水分の結露・氷結が同時に発生してしまうため、ＨＣの捕集量が制限されてしまう。ガス中の水分を分離・排出したり、固定化する除湿方法も検討されてはいるものの、いずれも分析対象のＨＣの損失に繋がるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置を提供することにある。
なお、他成分系や、微量で、変化が激しい等の複雑で高度な分析の際には、検出装置（定性や定量）と、検出装置に分析対象を導入するためのサンプリング装置とに機能を分ける場合がある。今回検討したものは、サンプリング装置（捕集及び導入）に関するものであり、検出に関しては、ＴＣＤ（熱伝導度検出器）、ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）、ＭＳ（質量分析計）のいずれでも構わない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１に係る発明は、ガス中に含まれる成分を捕集して分析するガス分析装置（例えば、後述のガス分析装置１０）において、所定の容積を有し、分析対象のガスを採取する採取手段（例えば、後述の採取部１１）と、前記採取手段により採取されたガスを循環させる循環経路（例えば、後述の循環経路２０）と、前記循環経路を循環するガスの流量を制御する循環制御手段（例えば、後述の第１切替部１７、第２切替部１８、第１ポンプ１６、制御部）と、前記循環経路に設けられ、当該循環経路を循環するガス中に含まれる成分を捕集する捕集手段（例えば、後述のＨＣ捕集部１３）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係るガス分析装置では、分析対象のガスを一旦、採取手段により採取する。次いで、循環制御手段により、採取手段で採取されたガスを循環経路に循環させる。これにより、循環経路に設けられた捕集手段において、循環するガス中に含まれる成分が捕集される。また、捕集手段にガスが流入した際に捕集しきれなかった成分については、従来のガス分析装置であれば損失となっていたところ、本発明では、ガスは循環して再び捕集手段に流入し、捕集手段により捕集される。即ち、本発明によれば、ガス中の各成分は、捕集手段により捕集されるまで循環経路を循環する。従って、ガス中に含まれる成分の全量が捕集手段により確実に捕集され、損失が生じないため、高精度な分析が可能である。
また、ガス中の各成分を単一の捕集手段により捕集できるため、捕集した各成分を同時に分析（例えば、ＧＣ分析）に供することができ、高効率な分析が可能である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のガス分析装置において、前記捕集手段は、前記循環経路を循環するガス中に含まれる炭化水素を捕集することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係るガス分析装置では、ガス中に含まれるＨＣを捕集する。即ち、ガス中に含まれる成分を全量捕集できる本発明に係るガス分析装置を、多くの成分が混在することが多く、一括した捕集が困難であったＨＣ成分の分析に適用することにより、上記の効果がより高められる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のガス分析装置において、前記採取手段、前記循環経路、前記循環制御手段、及び前記捕集手段から構成される循環系を、加熱又は冷却する加熱冷却手段（例えば、後述の加熱冷却部１５）をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係るガス分析装置では、採取手段、循環経路、循環制御手段、及び捕集手段から構成される循環系を、加熱又は冷却する。即ち、本発明によれば、循環系内で温度勾配を設けることにより、高揮発性成分から低揮発性成分まで全ての成分を、単一の捕集手段により捕集できるため、分析効率の大幅な向上が可能である。特に、軽油を使用したディーゼルエンジンから排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在するため、このようなガスに対して本発明に係るガス分析装置を適用することによって、上記の効果がより高められる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のガス分析装置において、前記循環系の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述の温度センサ）をさらに備え、前記循環制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記採取手段により採取されたガスを循環させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係るガス分析装置では、温度検出手段により検出された循環系の温度に基づいて、ガスを循環経路に循環させる。これにより、分析対象成分に応じた温度勾配条件でガスの循環を開始、停止させることができるため、請求項３の効果がより高められる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１から４いずれかに記載のガス分析装置において、前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段（例えば、後述の湿度センサ）と、前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガス中の水分を除去する水分除去手段（例えば、後述の水分除去部１２）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係るガス分析装置では、採取手段により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路を循環するガス中の水分を除去する。これにより、ガス中の水分により生ずる結露等によって、圧損の増加やガスの流速低下が生じ、捕集手段における捕集量が低下してしまう事態を回避でき、より高精度且つ高効率な分析が可能となる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１から５いずれかに記載のガス分析装置において、前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガスを希釈する希釈ガスを当該循環経路に導入する希釈手段（例えば、後述の希釈部１４）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、採取手段により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路に希釈ガスを導入して循環するガスを希釈する。これにより、ガス中の水分により生ずる結露等によって、圧損の増加やガスの流速低下が生じ、捕集手段における捕集量が低下してしまう事態を回避でき、より高精度且つ高効率な分析が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガス中に含まれる成分を、高精度且つ高効率に分析できるガス分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス分析装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＨＣ捕集処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】実施例１及び比較例１のＨＣ回収率（％）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係るガス分析装置１０の構成を示す図である。ガス分析装置１０は、エンジン１から排出されるガス中に含まれる各ＨＣ成分を分析する。
エンジン１は、各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、エンジン１から排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在している。
【００２６】
ここで、本実施形態では、「高揮発性ＨＣ」とは、炭素数が５以下の炭化水素を意味し、「低揮発性ＨＣ」とは、炭素数が１２以上の炭化水素を意味する。炭素数６〜１２の炭化水素が、中揮発性ＨＣである。また、高揮発性ＨＣの沸点は１００℃以下、中揮発性ＨＣの沸点が１００〜１５０℃、低揮発性ＨＣの沸点が１５０℃以上である。
【００２７】
ガス分析装置１０は、エンジン１から排出されたガスを採取する採取部１１と、循環するガス中に含まれる水分を除去する水分除去部１２と、循環するガス中に含まれるＨＣを捕集するＨＣ捕集部１３と、循環するガスを希釈する希釈部１４と、循環系（図１の点線で囲まれた部分）を加熱又は冷却する加熱冷却部１５と、経路の切替を行う第１切替部１７及び第２切替部１８と、ガスを循環させるための第１ポンプ１６と、ガスを採取するための第２ポンプ１９と、ＨＣ捕集部１３により捕集されたＨＣを分析する分析部２１と、を備える。
【００２８】
採取部１１は、ガスを採取可能な所定の容積を有し、エンジン１から排出されたガスを一旦、採取する。具体的には、図示しない制御部によって、第１切替部１７、第２切替部８、第１ポンプ１６、及び第２ポンプ１９を制御して循環系を開放することにより、採取部１１にガスが導入され、採取部１１でガスが一旦、採取される。
【００２９】
ガスを循環させるための第１ポンプ１６としては、分析対象のＨＣの吸着が無く、循環系内の気密性が保たれ、所定温度に耐え得るポンプであれば特に制限はない。好ましくは、高耐熱性メタルベローズポンプ等が用いられる。
第１ポンプ１６は、ＨＣ捕集部１３よりも上流側に配置される。この配置により、第１ポンプ１６より上流側の循環経路２０では減圧状態となり、ＨＣの沸点が低下して循環経路２０等への吸着を抑制できる。また、第１ポンプ１６より下流側の循環経路２０では加圧状態となり、ＨＣの沸点が上昇してＨＣ捕集部１３にＨＣが効率的に捕集される。
第１ポンプ１６をＨＣ捕集部１３より下流側の循環経路に配置した場合には、上記と逆の現象が生じ、ＨＣの捕集効率が低下するため好ましくない。
なお、循環処理時のガスの流速は、ＨＣ捕集部１３の種類又は量により最適値が異なるため、適宜ポンプ流量等を変更して最適化することが好ましい。
【００３０】
ガスを採取するための第２ポンプ１９としては、エンジン１から排出されるガスを採取部１１に導入できるものであればよく、第１ポンプ１６と同様のものを用いることができる。
第１切替部１７は、循環経路２０とエンジン１の排気通路とを連通又は遮断するバルブと、希釈部１４と循環経路２０とを連通又は遮断するバルブを備える。これらのバルブは、制御部によりその開閉が制御される。
第２切替部１８は、循環経路２０を開放又は閉鎖するバルブを備える。このバルブは、制御部によりその開閉が制御される。
【００３１】
水分除去部１２は、ＨＣ捕集部１３の上流側の循環経路２０に設けられており、循環するガス中に含まれる水分を除去する。具体的には、シリカゲルやナフィオンドライヤー等に代表される水分除去装置が用いられる。
水分除去部１２は、採取部１１で採取されたガスの湿度を検出する湿度センサ（図示せず）の検出結果が、予め設定され制御部に格納された閾値を超えていたときには、制御部により、循環するガスを水分除去装置に導入して水分を除去する。これにより、循環するガス中の水分に起因する結露が抑制される。
【００３２】
なお、湿度センサの検出は、循環処理前に一度実行することで水分除去処理の必要性は判断できるものの、循環処理中においても、常時検出することが好ましい。この湿度センサにより湿度をモニターし、循環するガス中の湿度が常に１００未満となるように水分除去処理を実行することが好ましい。なお、湿度は、湿度センサの検出値と、下記式（１）とから求められる。
［数１］
ガスの湿度＝ガス中の水蒸気量／飽和水蒸気量×１００ …（１）
【００３３】
ＨＣ捕集部１３は、ガス中に含まれる多くの高揮発性ＨＣ及び低揮発性ＨＣを捕集する。ＨＣ捕集部１３としては、従来公知のＨＣ捕集管が用いられる。例えば、後述する実施例で用いたＧＥＲＳＴＥＬ社製「ＴｅｎａｘＴＡ」（６０ｍｍ／約１８０ｍｇ充填）が好ましく用いられる。
【００３４】
希釈部１４は、循環経路２０を循環するガスを希釈するために、希釈ガスを循環経路２０に導入する。希釈ガスは、分析対象成分のＨＣ成分を含まない不活性の乾燥ガスであればよく、希釈部１４は、希釈ガス用タンクと、希釈ガス供給装置とから構成される。
希釈部１４は、上述の水分除去部１２と同様に、採取部１１で採取されたガスの湿度を検出する湿度センサ（図示せず）の検出結果が、予め設定され制御部に格納された閾値を超えていたときには、制御部により第１切替部１７及び第１ポンプ１６を制御して、希釈ガスを循環経路２０に導入する。これにより、循環するガスが希釈され、循環するガス中の水分に起因する結露が抑制される。
【００３５】
なお、水分除去部１２によるガス中の水分除去処理と、希釈部１４によるガスの希釈処理は、いずれか一方の処理のみを実行してもよく、両処理を実行してもよい。
【００３６】
加熱冷却部１５は、循環系を加熱又は冷却し、循環するガスを加熱又は冷却する。具体的には、採取部１１でガスを採取した後に、循環系を加熱して所定の目標温度まで昇温させる。このときの目標温度としては、例えばガス中に含まれる低揮発性ＨＣであるエイコサンが吸着しない温度である３５０℃に設定される。
また、加熱冷却部１５は、ガスの循環が開始された後に、循環系を冷却して所定の目標温度まで降温させる。このときの目標温度としては、例えばガス中に含まれる高揮発性ＨＣであるペンタンを捕集可能な温度である２０℃に設定される。
なお、循環系には、図示しない温度センサが設けられており、循環系の温度、即ち循環するガスの温度は、この温度センサにより検出される。
【００３７】
本実施形態では、加熱冷却部１５により、循環系を高温側（例えば、３５０℃）から低温側（例えば、２０℃）に変温させることで低揮発性（高沸点）成分から高揮発性（低沸点）成分まで幅広く効率的にＨＣ捕集部１３にて捕集する。温度の変化速度が過剰な場合には、循環経路２０へのＨＣの吸着による損失のおそれが生じるため、好ましくない。
なお、循環系の温度を低温側から高温側へと変温させた場合には、循環経路２０へのＨＣの吸着による損失は低減するものの、高揮発性（低沸点）ＨＣの破過が発生し、捕集効率が低下するため好ましくない。
【００３８】
分析部２１は、ＨＣ捕集部１３で捕集されたＨＣ成分を分析する。具体的には、加熱脱着システムを備えたガスクロマトグラフィー（ＧＣ）が好適に用いられる。これにより、捕集されたＨＣ成分の定性、定量分析が実行される。
【００３９】
次に、本実施形態に係るガス分析装置によるＨＣ捕集処理の手順について説明する。
図２は、本実施形態に係るガス分析装置によるＨＣ捕集処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るガス分析装置によるＨＣ捕集処理は、採取部で採取したガスを、循環系の温度に応じて循環させるとともに、循環系を加熱又は冷却することにより、捕集部にＨＣを捕集させる。
なお、本フローでは、希釈処理は実行せず、水分除去処理のみを実行した場合について説明する。
【００４０】
ステップＳ１では、エンジンから排出されたガスを採取部により一旦、採取する。また、加熱冷却部により循環系の加熱を開始し、採取部で採取されたガスの温度を昇温させる。その後、ステップＳ２に移る。
ガスの採取は、具体的には、第１切替部のエンジン１の排気通路と循環経路とを連通又は遮断するバルブと、第２切替部のバルブを開くとともに、第２ポンプを駆動させることにより実行する。ガスの採取が完了した後は、上記の両バルブを閉じ、第２ポンプを停止させる。
【００４１】
ステップＳ２では、循環系の温度、即ち循環するガスの温度Ｔが、予め設定された目標温度Ｔ１に達したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１に戻る。
ここで、目標温度Ｔ１は、例えば、ガス中に含まれる低揮発性ＨＣであるエイコサンが吸着しない温度である３５０℃に設定され、制御部に格納されている。
【００４２】
ステップＳ３では、採取部で採取したガスの湿度が、予め設定された閾値を上回っているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、水分除去処理が必要であると考えられるため、ステップＳ４に移る。一方、ＮＯの場合には、水分除去処理が不要であると考えられるため、ステップＳ５に移る。
採取部で採取したガスの湿度は、湿度センサにより検出される。また、閾値は、予め設定され、制御部に格納されている。
【００４３】
ステップＳ４では、水分除去部による水分除去処理を実行する。実行後は、ステップＳ５に移る。
具体的には、水分除去処理は、水分除去部に設けられた水分除去装置に、循環するガスを導入することにより実行する。
【００４４】
ステップＳ５では、採取部で採取したガスを、循環経路に循環させる循環処理を実行する。実行後は、ステップＳ６に移る。
具体的には、第１切替部の２つのバルブ及び第２切替部のバルブをいずれも閉じた状態で、第１ポンプを駆動させることにより、循環処理を実行する。
【００４５】
ステップＳ６では、加熱冷却部により循環系の冷却を開始し、循環するガスの温度を降温させる。その後、ステップＳ７に移る。
なお、循環系の冷却は、ある一定の冷却速度で実行する。即ち、冷却速度は、上述の目標温度Ｔ１と後述の目標温度Ｔ２との差を循環処理時間ｔで割った値（Ｔ１−Ｔ２）／ｔである。
【００４６】
ステップＳ７では、循環系の温度が予め設定された目標温度Ｔ２にまで降下したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ＨＣ捕集処理を終了し、ＮＯの場合には、ステップＳ５に戻る。
ここで、目標温度Ｔ２は、例えば、ガス中に含まれる高揮発性ＨＣであるペンタンが捕集可能な温度である２０℃に設定され、制御部に格納されている。
【００４７】
ＨＣ捕集処理が終了した後は、ＨＣ捕集部で捕集されたＨＣ成分を分析部に導入し、分析を実行する。また、第１ポンプを停止させたうえで、第２切替部のバルブを開くとともに第２ポンプを駆動させて、循環経路を循環していたガスを排出する。これにより、次回の分析が可能となる。
【００４８】
本実施形態に係るガス分析装置によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、分析対象のガスを一旦、採取部１１により採取する。次いで、採取部１１で採取されたガスを循環経路２０に循環させる。これにより、循環経路２０に設けられたＨＣ捕集部１３において、循環するガス中に含まれるＨＣ成分が捕集される。また、ＨＣ捕集部１３にガスが流入した際に捕集しきれなかった成分については、従来のガス分析装置であれば損失となっていたところ、本実施形態では、ガスは循環して再びＨＣ捕集部１３に流入し、ＨＣ捕集部１３により捕集される。即ち、本実施形態によれば、ガス中のＨＣ成分は、ＨＣ捕集部１３により捕集されるまで循環経路２０を循環する。従って、ガス中に含まれるＨＣ成分の全量がＨＣ捕集部１３により確実に捕集され、損失が生じないため、高精度な分析が可能である。
また、ガス中のＨＣ成分を単一のＨＣ捕集部１３により捕集できるため、捕集した各ＨＣ成分を同時に分析（例えば、ＧＣ分析）に供することができ、高効率な分析が可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、循環系を加熱又は冷却する。即ち、本実施形態によれば、循環系内で温度勾配を設けることにより、高揮発性ＨＣ成分から低揮発性ＨＣ成分まで全てのＨＣ成分を、単一のＨＣ捕集部１３により捕集できるため、分析効率の大幅な向上が可能である。特に、軽油を使用したディーゼルエンジンから排出されるガス中には、高揮発性ＨＣから低揮発性ＨＣまでが混在するため、このようなガスに対して本実施形態に係るガス分析装置１０を適用することによって、上記の効果がより高められる。
【００５０】
また、本実施形態では、循環系の温度に基づいてガスを循環経路２０に循環させる。これにより、分析対象ＨＣ成分に応じた温度勾配条件でガスの循環を開始、停止させることができるため、上記３の効果がより高められる。
【００５１】
また、本実施形態では、採取部１１により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路２０を循環するガス中の水分を除去する。また、採取部１１により採取されたガスの湿度に基づいて、循環経路２０に希釈ガスを導入して循環するガスを希釈する。これにより、ガス中の水分により生ずる結露等によって、圧損の増加やガスの流速低下が生じ、ＨＣ捕集部１３のＨＣ捕集量が低下してしまう事態を回避でき、より高精度且つ高効率な分析が可能となる。
【００５２】
本実施形態では、ＨＣ捕集部１３が捕集手段に相当し、第１切替部１７、第２切替部１８、第１ポンプ１６、及び制御部が循環制御手段に相当する。また、図２のステップＳ１（ガス採取処理）の実行に係る手段が採取手段に相当し、ステップＳ２、Ｓ５、Ｓ７の実行に係る手段が循環制御手段に相当し、ステップＳ３〜Ｓ４の実行に係る手段が水分除去手段に相当し、ステップＳ１（加熱処理）、Ｓ６の実行に係る手段が加熱冷却手段に相当する。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、ディーゼルエンジンから排出されるガス中に含まれるＨＣ成分の分析に適用したが、これに限定されず、大気中に含まれる成分の分析にも適用できる。また、ＨＣ以外の高揮発性成分から低揮発性成分までが混在するガス中の各成分を分析する場合にも適用できる。この場合には、ＨＣ捕集管に代えて、分析対象成分に適した捕集管を用いる。
また、ガス中のＨＣ成分をＨＣ捕集部にて捕集した後、循環系内への分析対象ＨＣ成分の残留を防止するために、加熱パージ手段を設けてもよい。
さらには、循環経路内の圧力を調整及び計測する機能を有し、必要に応じて加圧及び減圧制御等を加える圧力調整部を設けてもよい。これにより、分析精度の向上、循環経路の破損のおそれを回避できる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５６】
＜実施例１＞
モデルガスとして、ｎ−Ｃ６Ｈ１４、ｎ−Ｃ１２Ｈ２６、及びｎ−Ｃ１８Ｈ３８それぞれ０．１μｌを、室温下で乾燥窒素１０Ｌ中に分散させたものを用いた。ガス分析装置としては、図１に示したガス分析装置を用い、上記のモデルガスを採取部に導入した。モデルガスを採取部に導入した後、循環系の温度が３５０℃になるまで加熱した。循環系の温度が３５０℃まで達したのを確認した後、５℃／分の冷却速度で２０℃まで循環系を冷却しながら、捕集部にてＨＣの捕集を行った。
なお、捕集部のＨＣ捕集管としては、ＧＥＲＳＴＥＬ社製「ＴｅｎａｘＴＡ」（６０ｍｍ／約１８０ｍｇ充填）を用いた。
【００５７】
捕集部にて捕集したＨＣの分析には、加熱脱着システムを備えたガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いた。具体的には、ＧＣにて各成分を分離して検出し、回収率を求めた。ＧＣ測定は、以下の分析条件に従って実施した。なお、回収率は、モデルガスとして用いた上記３種のＨＣ成分を、ＨＣ捕集管に直接導入したときの検出値を回収率１００％として算出した。結果を図３に示した。
［ＧＣ分析条件］
装置：ＧＥＲＳＴＥＬ社製ＧＣ
カラム：ＤＢ−１（長さ３０ｍ、内径０．２５ｍｍ、液膜０．２４μｍ）
カラム温度：３０℃→３００℃（３℃／分昇温）
検出器：ＦＩＤ
【００５８】
＜比較例１＞
実施例１と同様に、採取部に上記モデルガスを導入した後、循環系の温度が３５０℃になるまで加熱した。循環系の温度が３５０℃まで達したのを確認した後、捕集部の下流側を大気開放とし、この状態で、５℃／分の冷却速度で２０℃まで循環系を冷却しながら、捕集部にてＨＣの捕集を行った。捕集部のＨＣ捕集管は、実施例１と同様のものを用いた。
また、実施例１と同様に捕集部にて捕集したＨＣの分析を実施した。結果を図３に示した。
【００５９】
図３は、実施例１及び比較例１のＨＣ回収率（％）を示す図である。図３に示すように、今回モデルガスとして用いたｎ−Ｃ６Ｈ１４、ｎ−Ｃ１２Ｈ２６、及びｎ−Ｃ１８Ｈ３８いずれのＨＣ成分も、比較例１に比して実施例１の方がＨＣの回収率が高いことが判った。この結果から、本発明に係るガス分析装置によれば、ガス中に含まれるＨＣ等の各成分を、高精度且つ高効率に分析できることが確認された。
なお、比較例１では、ＨＣの沸点が低下するに従い回収率が低下していた。これは、比較例１では捕集部の下流側を大気開放としたためにガス温度が十分に低下せず、沸点が低いＨＣの捕集効率が低下して破過が生じ、大気に放出されたものと推測された。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ガス分析装置
１１ 採取部（採取手段）
１２ 水分除去部（水分除去手段）
１３ ＨＣ捕集部（捕集手段）
１４ 希釈部（希釈手段）
１５ 加熱冷却部（加熱冷却手段）
１６ 第１ポンプ（循環制御手段）
１７ 第１切替部（循環制御手段）
１８ 第２切替部（循環制御手段）
１９ 第２ポンプ
２０ 循環経路
２１ 分析部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中に含まれる成分を捕集して分析するガス分析装置において、
所定の容積を有し、分析対象のガスを採取する採取手段と、
前記採取手段により採取されたガスを循環させる循環経路と、
前記循環経路を循環するガスの流量を制御する循環制御手段と、
前記循環経路に設けられ、当該循環経路を循環するガス中に含まれる成分を捕集する捕集手段と、を備えることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記捕集手段は、前記循環経路を循環するガス中に含まれる炭化水素を捕集することを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記採取手段、前記循環経路、前記循環制御手段、及び前記捕集手段から構成される循環系を、加熱又は冷却する加熱冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記循環系の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記循環制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記採取手段により採取されたガスを循環させることを特徴とする請求項３に記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガス中の水分を除去する水分除去手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガスを希釈する希釈ガスを当該循環経路に導入する希釈手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載のガス分析装置。
【請求項１】
ガス中に含まれる成分を捕集して分析するガス分析装置において、
所定の容積を有し、分析対象のガスを採取する採取手段と、
前記採取手段により採取されたガスを循環させる循環経路と、
前記循環経路を循環するガスの流量を制御する循環制御手段と、
前記循環経路に設けられ、当該循環経路を循環するガス中に含まれる成分を捕集する捕集手段と、を備えることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記捕集手段は、前記循環経路を循環するガス中に含まれる炭化水素を捕集することを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記採取手段、前記循環経路、前記循環制御手段、及び前記捕集手段から構成される循環系を、加熱又は冷却する加熱冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記循環系の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記循環制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記採取手段により採取されたガスを循環させることを特徴とする請求項３に記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガス中の水分を除去する水分除去手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記採取手段により採取されたガスの湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて、前記循環経路を循環するガスを希釈する希釈ガスを当該循環経路に導入する希釈手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載のガス分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−３８９９４（Ｐ２０１１−３８９９４Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８９２６１（Ｐ２００９−１８９２６１）
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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