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JP2011257319A - Hydrogen concentration measurement device and hydrogen concentration measurement method - Google Patents

Hydrogen concentration measurement device and hydrogen concentration measurement method Download PDF

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JP2011257319A JP2010133414A JP2010133414A JP2011257319A JP 2011257319 A JP2011257319 A JP 2011257319A JP 2010133414 A JP2010133414 A JP 2010133414A JP 2010133414 A JP2010133414 A JP 2010133414A JP 2011257319 A JP2011257319 A JP 2011257319A
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Kageharu Moriyama
景晴 森山
Atsushi Takita
篤史 瀧田
Masazumi Taura
昌純 田浦
Chisato Tsukahara
千幸人 塚原
Shinsaku Dobashi
晋作 土橋
Shinichiro Asaumi
慎一郎 浅海
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily measure the concentration of hydrogen with quick response and high precision.SOLUTION: A hydrogen concentration measurement device which measures hydrogen to be measured in circulating gas, and includes a piping unit in which the circulating gas flows, conversion means disposed in the piping unit and converting the hydrogen into HO, measurement means of measuring a first measured value which is the concentration of HO contained in first circulating gas, flowing in a piping path passing through the conversion means, of the circulating gas flowing in the piping unit and a second measured value which is the concentration of HO contained in second circulating gas flowing in a piping path not passing through the conversion means, and control means of controlling the operation of the piping unit and measurement means to calculate the concentration of hydrogen to be measured in the circulating gas from the difference between the first measured value and second measured value, thereby taking measurements with laser light in the near-infrared range.

Description

本発明は、管路内を流れるガスに含まれる水素濃度を計測する水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen concentration measuring device and a hydrogen concentration measuring method for measuring a hydrogen concentration contained in a gas flowing in a pipeline.

例えば、内燃機関、焼却炉等の燃焼機関から排出されるガス、燃料を気化させた燃料ガスは、種々のガス状物質が混合した混合ガスとなっている。このような排ガスや燃料ガスは、管路内を流されて、所定の装置や、大気に供給(排出)される。ここで、ガスに含まれる水素の濃度を計測する方法としては、レーザラマン散乱分光を用いて計測する方法がある。   For example, a gas discharged from a combustion engine such as an internal combustion engine or an incinerator or a fuel gas obtained by vaporizing fuel is a mixed gas in which various gaseous substances are mixed. Such exhaust gas and fuel gas are flowed through the pipe and supplied (exhausted) to a predetermined device or the atmosphere. Here, as a method of measuring the concentration of hydrogen contained in the gas, there is a method of measuring using laser Raman scattering spectroscopy.

また、管路内を流れる混合ガス(主に流通ガス)に含まれる特定物質の濃度計測方法としては、管路の所定経路に、レーザ光を通過させ、その入出力から測定対象の特定物質の濃度を計測する方法がある。例えば、本件出願人が出願した特許文献1には、測定対象とされるガス状物質に固有な吸収波長のレーザ光を発振する光源と、この光源から発振されるレーザ光の発振波長を少なくとも2つの異なる周波数で変調する手段と、この変調手段により変調されたレーザ光を前記ガス状物質が存在する測定領域に導く手段と、この測定領域において透過または反射または散乱したレーザ光を受光する受光手段と、この受光手段で受光した信号の中から変調された信号を周波数毎に順次それぞれ復調する複数の位相敏感検波器と、を具備することを特徴とするガス濃度計測装置が記載されている。   In addition, as a method for measuring the concentration of a specific substance contained in a mixed gas (mainly circulating gas) flowing in a pipeline, a laser beam is passed through a predetermined path of the pipeline, and the specific substance to be measured is measured from its input and output. There is a method for measuring the concentration. For example, Patent Document 1 filed by the applicant of the present application discloses a light source that oscillates laser light having an absorption wavelength unique to a gaseous substance to be measured, and at least two oscillation wavelengths of laser light oscillated from the light source. Means for modulating at two different frequencies, means for guiding the laser light modulated by the modulating means to the measurement area where the gaseous substance exists, and light receiving means for receiving the laser light transmitted, reflected or scattered in the measurement area And a plurality of phase sensitive detectors that sequentially demodulate signals modulated from signals received by the light receiving means for each frequency.

特許第3342446号公報Japanese Patent No. 3342446

ここで、レーザラマン散乱分光による計測は、大気圧での1vol%程度での計測精度を実現することが困難であるという問題がある。また、ラマン散乱断面積が小さいため、励起光による迷光、散乱光、蛍光灯のノイズの影響を受けやすいという問題もある。そのため、測定可能な環境が限られてしまう。   Here, the measurement by laser Raman scattering spectroscopy has a problem that it is difficult to realize measurement accuracy at about 1 vol% at atmospheric pressure. In addition, since the Raman scattering cross section is small, there is also a problem that it is easily affected by stray light due to excitation light, scattered light, and fluorescent lamp noise. Therefore, the environment that can be measured is limited.

また、特許文献1に記載の装置は、高い応答性で測定対象の物質を計測することができる。しかしながら、特許文献1に記載の装置のように、近赤外のレーザ光を照射して、測定対象による吸収を計測する計測方法では、水素を計測することができない。   Moreover, the apparatus described in Patent Document 1 can measure a substance to be measured with high responsiveness. However, as in the apparatus described in Patent Document 1, hydrogen cannot be measured by a measurement method that measures absorption by a measurement object by irradiating near-infrared laser light.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水素の濃度を高い応答性で、簡単、かつ、高精度に計測することが可能である水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a hydrogen concentration measuring apparatus and a hydrogen concentration measuring method capable of measuring hydrogen concentration with high responsiveness, simply, and with high accuracy. This is the issue.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流通ガスに含まれる測定対象の水素濃度を計測する水素濃度計測装置であって、前記流通ガスが流れる配管ユニットと、前記配管ユニットに配置され、通過する前記流通ガスに含まれる水素をHOに変換する変換手段と、前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記変換手段を通過する配管経路を流れた第1流通ガスに含まれるHOの濃度である第1計測値と、前記変換手段を通過しない配管経路を流れた第2流通ガスに含まれるHOの濃度である第2計測値とを計測する計測手段と、前記配管ユニット、前記計測手段の動作を制御し、前記第1計測値と前記第2計測値との差分から、流通ガスに含まれる水素濃度を算出する制御手段と、を有し、前記計測手段は、前記HOの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、前記流通ガスが流れるガス計測セル、前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を含む少なくとも1つの計測ユニットと、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる前記流通ガスの前記HOの計測値を算出する算出部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a hydrogen concentration measuring apparatus for measuring a hydrogen concentration of a measurement target contained in a circulation gas, the piping unit through which the circulation gas flows, and the piping A first circulation unit that is disposed in the unit and that converts hydrogen contained in the flow gas passing through the unit into H 2 O; and a first flow that flows through a piping path that passes through the conversion unit among the flow gas flowing through the piping unit. measuring a first measured value is the concentration of H 2 O contained in the gas, and a second measurement value is the concentration of H 2 O contained in the second circulation gas flowing through the pipe path which does not pass through the converter Control means for controlling the operation of the measurement means, the piping unit, and the measurement means, and calculating the concentration of hydrogen contained in the flow gas from the difference between the first measurement value and the second measurement value. , The measuring means The H 2 includes an absorption wavelength of O, and a light emitting section for outputting a laser beam of near-infrared wavelength region, the gas measuring cell the flowing gas flows, an optical system for incident laser light to the gas measuring cell, At least one measurement unit including a light receiving unit that receives laser light that has entered from the light emitting unit and passed through the gas measurement cell, the intensity of the laser light output from the light emitting unit, and the laser light received by the light receiving unit And a calculation unit that calculates a measured value of the H 2 O of the circulating gas flowing through the gas measurement cell based on the intensity of the gas.

上記水素濃度計測装置によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、水素の濃度を検出することができる。   According to the hydrogen concentration measuring apparatus, the hydrogen concentration can be detected with high responsiveness and high accuracy.

さらに、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記変換手段に流入する前記流通ガスの流量を計測する第1流量計と、前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段から排出された前記流通ガスの流量を計測する第2流量計と、を備え、前記制御手段は、前記第1流量計の計測結果と、前記第2流量計の計測結果に基づいて、前記流通ガスの前記HOの計測値を補正して算出することが好ましい。これにより、流通ガスに含まれる水素の濃度をより高い精度で計測することができる。 Further, a first flow meter that is arranged on the upstream side of the conversion means and measures the flow rate of the flow gas flowing into the conversion means, and is arranged on the downstream side of the conversion means and is discharged from the conversion means. A second flow meter for measuring the flow rate of the flow gas, and the control means is configured to control the flow rate of the flow gas based on the measurement result of the first flow meter and the measurement result of the second flow meter. It is preferable to calculate by correcting the measured value of H 2 O. Thereby, the density | concentration of the hydrogen contained in distribution | circulation gas can be measured with a higher precision.

前記第1流通ガスに含まれる前記変換手段の通過により反応しない指標ガスの濃度である第1指標ガス計測値を計測する指標ガス計測手段を、さらに有し、前記指標ガス計測手段は、前記変換手段の通過により濃度が変化しない指標ガスの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、前記計測ユニットの前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を有する計測ユニットと、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる前記流通ガスの前記指標ガスの計測値を算出する算出部とを有し、前記制御手段は、前記指標ガスの計測値に基づいて、前記流通ガスの前記HOの計測値を補正して算出することが好ましい。このように、指標ガスを用い補正することでも、流通ガスに含まれる水素の濃度をより高い精度で計測することができる。 The apparatus further includes an indicator gas measuring unit that measures a first indicator gas measurement value that is a concentration of the indicator gas that does not react due to the passage of the converter included in the first circulation gas, and the indicator gas measuring unit includes the conversion gas A light-emitting unit that includes an absorption wavelength of the indicator gas whose concentration does not change by passage of the means and outputs laser light in the near-infrared wavelength region, and an optical system that makes the laser light incident on the gas measurement cell of the measurement unit, A measurement unit having a light receiving unit that receives laser light that has entered from the light emitting unit and passed through the gas measurement cell, the intensity of the laser light output from the light emitting unit, and the intensity of the laser light received by the light receiving unit Based on the measured value of the indicator gas, and the control means calculates the measured value of the indicator gas of the flow gas flowing through the gas measurement cell. It is preferable to calculate and correct the measured value of the of H 2 O gas. In this way, the concentration of hydrogen contained in the circulation gas can be measured with higher accuracy by correcting using the index gas.

また、前記第1流通ガスに、前記指標ガスを供給する指標ガス供給手段をさらに有し、前記制御手段は、前記指標ガス供給手段の指標ガスの供給量と前記指標ガスの計測値とに基づいて、前記流通ガスの前記HOの計測値を補正して算出することが好ましい。これにより、流通ガスに含まれる水素の濃度をより高い精度で計測することができる。 Moreover, it further has an indicator gas supply means for supplying the indicator gas to the first flow gas, and the control means is based on the supply amount of the indicator gas of the indicator gas supply means and the measured value of the indicator gas. It is preferable that the measurement value of the H 2 O of the flow gas is corrected and calculated. Thereby, the density | concentration of the hydrogen contained in distribution | circulation gas can be measured with a higher precision.

また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された第1配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第1配管と共に接続され、前記変換手段が配置されていない第2配管と、前記第1配管の下流側の端部と、前記第2配管の下流側の端部と、前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを接続する三方弁と、を有し、前記制御手段は、前記三方弁により前記第1配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第1流通ガスを流入させて、前記第1計測値を計測し、前記三方弁により、前記第2配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第2流通ガスを流入させて、前記第2計測値を計測することが好ましい。これにより、1つの計測ユニットで計測を行うことができる。   The pipe unit is connected to an inflow pipe into which the flow gas flows in, a downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, and the first pipe in which the conversion means is disposed; A second pipe that is connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas together with the first pipe, and in which the conversion means is not disposed; an end on the downstream side of the first pipe; A three-way valve that connects an end on the downstream side of the second pipe and an end on the upstream side in the flow direction of the gas flow of the gas measurement cell, and the control means uses the three-way valve to An end on the downstream side of the first pipe and an end on the upstream side in the flow direction of the flow gas of the gas measurement cell are connected, and the first flow gas is caused to flow into the measurement means, so that the first measurement is performed. Value is measured, and the end of the second pipe on the downstream side is measured by the three-way valve. Serial and said upstream end of the flow direction of the flowing gas in the gas measuring cell is connected, said allowed to flow into the second circulation gas in the measurement unit, it is preferable to measure the second measured value. Thereby, it can measure with one measuring unit.

また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された第1配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第1配管と共に接続され、前記変換手段が配置されていない第2配管とを備え、前記計測手段は、前記計測ユニットを2つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記第1配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、他方の前記計測ユニットは、前記第1配管に配置されていることが好ましい。これにより、連続して、水素を計測することができる。   The pipe unit is connected to an inflow pipe into which the flow gas flows in, a downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, and the first pipe in which the conversion means is disposed; A second pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas together with the first pipe and not having the conversion means disposed thereon, and the measuring means includes two measuring units. One of the measurement units is disposed downstream of the conversion means in the flow direction of the flow gas in the first pipe, and the other measurement unit is disposed in the first pipe. preferable. Thereby, hydrogen can be measured continuously.

また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットを2つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、他方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも上流側に配置されていることが好ましい。これにより、連続して、水素を計測することができる。   The pipe unit includes an inflow pipe into which the flow gas flows, and a holding pipe that is connected to an end of the inflow pipe on the downstream side in the flow direction of the flow gas and in which the conversion unit is disposed. The measuring means includes two measuring units, and one of the measuring units is arranged downstream of the converting means in the flow direction of the circulating gas in the holding pipe, and the other measuring unit is It is preferable that the holding pipe is disposed upstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas. Thereby, hydrogen can be measured continuously.

また、前記変換手段は、水素を酸化反応させてHOにする酸化触媒であることが好ましい。これにより、簡単な構成で水素を測定可能な物質に変換することができる。 Moreover, it is preferable that the conversion means is an oxidation catalyst that causes hydrogen to undergo an oxidation reaction to form H 2 O. Thereby, hydrogen can be converted into a measurable substance with a simple configuration.

また、前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記水素を酸化する酸化剤を供給する酸化剤供給手段をさらに備えることが好ましい。これにより、水素をより確実にHOに変換することができる。 Moreover, it is preferable to further include an oxidant supply unit that is disposed upstream of the conversion unit in the flow direction of the circulation gas and supplies an oxidant that oxidizes the hydrogen to the piping unit. Thereby, hydrogen can be more reliably converted into H 2 O.

また、前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記水素を酸化する酸化剤を供給する酸化剤供給手段を備え、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段は、水素を酸化反応させてHOにする酸化触媒であり、前記制御手段は、前記酸化剤供給手段から前記配管ユニットに前記酸化剤を供給している状態と、前記酸化剤供給手段から前記配管ユニットに前記酸化剤を供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることが好ましい。これにより、1つの計測ユニットで計測を行うことができる。 In the flow direction of the flow gas, the pipe unit further includes an oxidant supply unit that supplies an oxidant that oxidizes the hydrogen to the pipe unit, and the pipe unit includes the flow unit. An inflow pipe into which gas flows in, and a holding pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, in which the conversion means is disposed, and the measurement means includes the measurement unit Is disposed downstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas in the holding pipe, the conversion means is an oxidation catalyst that oxidizes hydrogen to H 2 O, and the control means includes: Switching between a state where the oxidant is supplied from the oxidant supply means to the piping unit and a state where the oxidant is not supplied from the oxidant supply means to the piping unit, A measurement unit, a state in which the first flowing gas is flowing, it is preferable to switch between a state in which the second flowing gas is flowing. Thereby, it can measure with one measuring unit.

また、前記変換手段は、前記流通ガスに含まれる二酸化炭素と水素を一酸化炭素とHOにシフトさせる水性逆シフト触媒を有することが好ましい。これにより、酸素を用いることなく、水素をHOに変換することができる。 Further, the converting means preferably having an aqueous reverse shift catalyst to shift the carbon dioxide and hydrogen contained in the circulation gas to the carbon monoxide and H 2 O. Thereby, hydrogen can be converted into H 2 O without using oxygen.

また、前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段をさらに備えることが好ましい。これにより、より確実に、水素をHOに変換することができ、計測精度を高くすることができる。 Moreover, it is preferable to further include a carbon dioxide supply means that is disposed upstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas and supplies the carbon dioxide to the piping unit. Thereby, hydrogen can be more reliably converted into H 2 O, and the measurement accuracy can be increased.

また、前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を、さらに備え、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段は、前記流通ガスに含まれる二酸化炭素と水素を一酸化炭素とHOにシフトさせる水性逆シフト触媒であり、前記制御手段は、前記二酸化炭素供給手段から前記配管ユニットに前記二酸化炭素を供給している状態と、前記二酸化炭素供給手段から前記配管ユニットに前記二酸化炭素を供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることが好ましい。これにより1つの計測ユニットで計測を行うことができる。 The flow direction of the flow gas further includes a carbon dioxide supply unit that is disposed upstream of the conversion unit and supplies the carbon dioxide to the pipe unit. An inflow pipe that flows in, and a holding pipe that is connected to an end of the inflow pipe on the downstream side in the flow direction of the flow gas, and in which the conversion means is arranged, and the measurement means includes the measurement unit, It is arranged downstream of the conversion means in the flow direction of the circulation gas of the holding pipe, and the conversion means shifts the carbon dioxide and hydrogen contained in the circulation gas to carbon monoxide and H 2 O. A shift catalyst, wherein the control means supplies the carbon dioxide from the carbon dioxide supply means to the piping unit; Switching between the state in which the carbon dioxide is not supplied to the piping unit, and switching between the state in which the first circulation gas flows into the measurement unit and the state in which the second circulation gas flows into the measurement unit. preferable. Thereby, it is possible to perform measurement with one measurement unit.

また、前記変換手段は前記配管ユニットに、オゾンを供給するオゾン供給手段と、前記流通ガスの流れ方向において前記配管ユニットの前記オゾン供給手段よりも下流側に形成され、前記流通ガスに含まれる水素と前記オゾン供給手段により供給されるオゾンとが反応する反応領域とを有することが好ましい。   The conversion means is formed on the downstream side of the ozone supply means of the piping unit in the flow direction of the circulation gas, the ozone supply means for supplying ozone to the piping unit, and hydrogen contained in the circulation gas And a reaction region where ozone supplied by the ozone supply means reacts.

また、前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記流通ガスが流れる配管と、を備え、前記変換手段は、前記配管ユニットに、オゾンを供給するオゾン供給手段と、前記流通ガスの流れ方向において前記配管の前記オゾン供給手段よりも下流側に形成され、前記流通ガスに含まれる水素と前記オゾン供給手段により供給されるオゾンとが反応する反応領域と、を備え、前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記流通ガスの流れ方向において前記反応領域よりも下流側に配置され、前記制御手段は、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾンを供給している状態と、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾンを供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることが好ましい。これにより1つの計測ユニットで計測を行うことができる。   The pipe unit includes an inflow pipe into which the circulation gas flows, and a pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the circulation gas, and through which the circulation gas flows. The means is configured to supply ozone to the piping unit, ozone supply means for supplying ozone, and the supply of hydrogen and ozone contained in the circulation gas, which is formed downstream of the ozone supply means of the piping in the flow direction of the circulation gas. A reaction region in which ozone supplied by the device reacts, and the measurement unit includes the measurement unit disposed downstream of the reaction region in the flow direction of the circulating gas, and the control unit includes: A state in which the ozone is supplied from the ozone supply means to the piping unit, and the ozone is not supplied from the ozone supply means to the piping unit. Switching deliberately, to the measuring unit, and a state in which the first flowing gas is flowing, it is preferable to switch between a state in which the second flowing gas is flowing. Thereby, it is possible to perform measurement with one measurement unit.

また、前記変換手段は、前記反応領域に紫外線を照射する紫外線照射手段を、さらに備え、前記制御手段は、前記紫外線照射手段から前記反応領域に前記紫外線を照射している状態と、前記紫外線照射手段から前記反応領域に前記紫外線を照射していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることが好ましい。これにより、より確実に水素をHOに変換することができる。 Further, the conversion means further includes ultraviolet irradiation means for irradiating the reaction area with ultraviolet rays, and the control means irradiates the reaction area with the ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation means, and the ultraviolet irradiation. The state is switched from the state where the reaction region is not irradiated with the ultraviolet light, and the state where the first flow gas is flowing into the measurement unit and the state where the second flow gas is flowing into the measurement unit are switched. It is preferable. Thereby, hydrogen can be more reliably converted to H 2 O.

また、前記変換手段は、前記反応領域に前記オゾンと前記水素の反応を促進さる反応促進部材をさらに有することが好ましい。これにより、より確実に水素をHOに変換することができる。 Moreover, it is preferable that the said conversion means further has the reaction promotion member which accelerates | stimulates the reaction of the said ozone and the said hydrogen in the said reaction area | region. Thereby, hydrogen can be more reliably converted to H 2 O.

また、前記計測ユニットは、レーザ光が、前記変換手段を保持する配管の内部を通過することが好ましい。これにより、計測セルの一部を配管とすることができ、流通ガスをより直接的に計測することができる。   Moreover, it is preferable that the said measurement unit passes the inside of the piping which hold | maintains the said conversion means for a laser beam. Thereby, a part of measurement cell can be used as piping, and circulation gas can be measured more directly.

また、前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れることが好ましい。これにより、流通ガスをより高い精度で計測することができる。   Moreover, it is preferable that the said piping unit flows the whole quantity of the said circulation gas discharged | emitted from the apparatus of a measuring object. Thereby, circulation gas can be measured with higher precision.

また、前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れる測定対象配管から、一部の前記流通ガスを捕集していることが好ましい。このように、サンプリングで計測を行うことで、計測ユニットを適正な大きさにすることができる。   Moreover, it is preferable that the said piping unit is collecting a part of said circulation gas from the measurement object piping through which the whole quantity of the said circulation gas discharged | emitted from the apparatus of a measuring object flows. Thus, the measurement unit can be appropriately sized by performing measurement by sampling.

また、前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置された、前記流通ガスに含まれるHOを回収する除湿装置及び前記流通ガスに含まれる粉塵を回収する除塵装置の少なくとも一方を有することが好ましい。これにより、計測誤差の発生を抑制することができる。 Further, a dehumidifying device for recovering H 2 O contained in the circulating gas and a dust removing device for recovering dust contained in the circulating gas, arranged upstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas. It is preferable to have at least one. Thereby, generation | occurrence | production of a measurement error can be suppressed.

また、前記流通ガスの流れ方向において、前記計測手段及び前記変換手段よりも上流側に配置された前処理手段をさらに有し、前記前処理手段は、前記流通ガスに含まれるHOを回収する除湿装置と、前記流通ガスに含まれる粉塵を回収する除塵装置と、前記流通ガスの流れ方向において、前記除湿装置及び前記除塵装置よりも下流側に配置され、前記流通ガスを、前記水素を含む流通ガスと、前記水素を含まない流通ガスとに分離する水素分離装置と、を有し、前記水素分離装置によって分離した前記水素を含む流通ガスを前記配管ユニットに供給することが好ましい。これにより、流通ガスをより高い精度で計測することができる。 In addition, in the flow direction of the circulating gas, it further has a pre-processing unit disposed upstream of the measuring unit and the converting unit, and the pre-processing unit collects H 2 O contained in the circulating gas. A dehumidifying device that collects dust contained in the circulating gas, and is disposed downstream of the dehumidifying device and the dust removing device in the flow direction of the circulating gas, and the circulating gas is supplied with the hydrogen. It is preferable to supply a flow gas containing hydrogen and a hydrogen separation device that separates into a flow gas not containing hydrogen and supplying the flow gas containing hydrogen separated by the hydrogen separation device to the piping unit. Thereby, circulation gas can be measured with higher precision.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、配管を流れる流通ガスの水素濃度を計測する水素濃度計測方法であって、前記配管を流れる流通ガスのうち、水素をHOに変換する変換手段が配置されている領域を通過した第1流通ガスに対して、HOの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第1流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記第1流通ガスに含まれるHOの濃度を第1計測値として計測する第1計測ステップと、前記配管を流れる流通ガスのうち、水素をHOに変換する変換手段が配置されている領域を通過していない第2流通ガスに対して、HOの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第2流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記流通ガスに含まれるHOの濃度を第2計測値として計測する第2計測ステップと、前記第1計測値と前記第2計測値との差分から、前記流通ガスに含まれる水素濃度の計測値を算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a hydrogen concentration measurement method for measuring the hydrogen concentration of a flowing gas flowing through a pipe, and hydrogen is supplied to H 2 in the flowing gas flowing through the pipe. The first flow gas that includes the absorption wavelength of H 2 O and that outputs a laser beam in the near-infrared wavelength region with respect to the first flow gas that has passed through the region where the conversion means for converting to O is disposed is provided. The concentration of H 2 O contained in the first circulation gas is received based on the intensity of the laser beam received and output from the laser beam that has passed through the pipe through which the gas flows, and the intensity of the laser beam received by the light receiving unit A first measurement step for measuring the first measured value, and a second circulating gas that does not pass through a region in which the converting means for converting hydrogen into H 2 O is disposed among the circulating gas flowing through the pipe Including the absorption wavelength of H 2 O, and A laser beam in the near-infrared wavelength region is output, the laser beam that has passed through the pipe through which the second flow gas flows is received, the intensity of the output laser beam, and the intensity of the laser beam received by the light receiving unit Based on the second measurement step of measuring the concentration of H 2 O contained in the flow gas as a second measurement value, and the difference between the first measurement value and the second measurement value, And a calculation step for calculating a measured value of the hydrogen concentration.

上記水素濃度計測装置によれば、高い応答性、かつ、高い精度で、水素の濃度を検出することができる。   According to the hydrogen concentration measuring apparatus, the hydrogen concentration can be detected with high responsiveness and high accuracy.

本発明にかかる水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法は、高い精度かつ、高い応答性で水素の濃度を計測することができるという効果を奏する。   The hydrogen concentration measuring apparatus and the hydrogen concentration measuring method according to the present invention have an effect that the hydrogen concentration can be measured with high accuracy and high responsiveness.

図1は、水素濃度計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a hydrogen concentration measuring apparatus. 図2は、図1に示す水素濃度計測装置の計測手段本体の概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the measuring means main body of the hydrogen concentration measuring apparatus shown in FIG. 図3は、水素濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図4は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図5は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図6は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図7は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図8は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図9は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図10は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図11−1は、水素濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。FIG. 11A is an explanatory diagram for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図11−2は、水素濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。FIG. 11B is an explanatory diagram for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図12は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図13は、水素濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図14は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図15は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図16は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 図17は、前処理手段の概略構成を示す模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the preprocessing means. 図18は、前処理手段の水素分離装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the hydrogen separator of the pretreatment means.

以下に、本発明にかかる水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。ここで、水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法は、管路を流れる種々のガスについて、ガスに含まれる水素の濃度を計測することができる。例えば、水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法を燃料ガスが流れる管路に取付、燃焼ガスに含まれる水素濃度を計測してもよい。また、燃料ガスが流れる管路を有する装置としては、各種燃焼機関、例えば、車両、船舶、発電機、焼却炉等が例示される。また、気体の燃料ガスを生成する材料としては、ガソリン、軽油、重油や、天然ガス、バイオ燃料(バイオエタノール)等が例示される。また燃料電池に供給されるガスに含まれる水素濃度を計測する装置としても用いることができる。また、ディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガス(流通ガス)、ゴミ焼却炉から排出される流通ガスに含まれる水素の濃度を計測してもよい。なお、本実施形態では、配管内を流れる流通ガス(混合ガス)中でガス状物質として存在する水素が測定対象となる。   Hereinafter, an embodiment of a hydrogen concentration measuring apparatus and a hydrogen concentration measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. Here, the hydrogen concentration measuring device and the hydrogen concentration measuring method can measure the concentration of hydrogen contained in the gas with respect to various gases flowing through the pipeline. For example, a hydrogen concentration measuring device and a hydrogen concentration measuring method may be attached to a pipeline through which the fuel gas flows to measure the hydrogen concentration contained in the combustion gas. Examples of the apparatus having a pipeline through which fuel gas flows include various combustion engines such as vehicles, ships, generators, incinerators and the like. Moreover, as a material which produces | generates gaseous fuel gas, gasoline, light oil, heavy oil, natural gas, biofuel (bioethanol), etc. are illustrated. It can also be used as an apparatus for measuring the hydrogen concentration contained in the gas supplied to the fuel cell. Further, it may be attached to the diesel engine, and the concentration of hydrogen contained in the exhaust gas (circulation gas) discharged from the diesel engine and the distribution gas discharged from the garbage incinerator may be measured. In the present embodiment, hydrogen that is present as a gaseous substance in the flowing gas (mixed gas) flowing through the pipe is a measurement target.

[実施形態1]
図1は、本発明の水素濃度計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。水素濃度計測装置10は、計測対象配管8を流れる流通ガスの一部を採取(サンプリング)して、流通ガス含まれる水素の濃度を計測する計測装置である。水素濃度計測装置10は、図1に示すように、配管ユニット12と、変換手段14と、計測手段16と、制御手段18とを有する。また、水素濃度計測装置10は、流量計36、38を有する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus of the present invention. The hydrogen concentration measuring device 10 is a measuring device that collects (samples) a part of the circulation gas flowing through the measurement target pipe 8 and measures the concentration of hydrogen contained in the circulation gas. As shown in FIG. 1, the hydrogen concentration measurement apparatus 10 includes a piping unit 12, a conversion unit 14, a measurement unit 16, and a control unit 18. Further, the hydrogen concentration measuring device 10 has flow meters 36 and 38.

配管ユニット12は、計測対象配管8と接続されており流通ガスを案内する経路を構成する。配管ユニット12は、サンプリング配管(流入配管)20と、第1配管22と、第2配管24と、分岐管26、28と、三方弁30と、ポンプ31と、開閉弁32、34と、を有する。   The piping unit 12 is connected to the measurement target piping 8 and constitutes a route for guiding the circulating gas. The piping unit 12 includes a sampling pipe (inflow pipe) 20, a first pipe 22, a second pipe 24, branch pipes 26 and 28, a three-way valve 30, a pump 31, and on-off valves 32 and 34. Have.

サンプリング配管(流入配管)20は、計測対象配管8と接続し、計測対象配管8を流れる流通ガスの一部を捕集する配管である。サンプリング配管20は、一方の端部(流通ガスの流れ方向において上流側の端部)が計測対象配管8の内部に配置されており、他方の端部(流通ガスの流れ方向において下流側の端部)が、計測対象配管8の外に配置されている。また、サンプリング配管20は、捕集した流通ガスに含まれる煤塵等を少なくすることができるため、一方の端部の開口面が流通ガスの流れ方向に対して、直交または、直交方向よりも下流側に向けた向きで配置されている。また、サンプリング配管20は、他方の端部が第1配管22、第2配管24の2つの配管と連結されている。なお、本実施形態では、計測対象配管8からサンプリング配管20に流入する位置が流通ガスの流れ方向において、最も上流となる。また、配管ユニット12に流入した流通ガスは、サンプリング配管20の一方の端部から他方の端部に向けて流れる。計測対象配管8から流入した流通ガスが流れる方向が流通ガスの流れ方向となる。   The sampling pipe (inflow pipe) 20 is a pipe that is connected to the measurement target pipe 8 and collects part of the circulating gas flowing through the measurement target pipe 8. The sampling pipe 20 has one end (upstream end in the flowing gas flow direction) arranged inside the measurement target pipe 8 and the other end (downstream end in the flowing gas flow direction). Are disposed outside the measurement target pipe 8. Further, since the sampling pipe 20 can reduce dust contained in the collected flow gas, the opening surface of one end is orthogonal to the flow direction of the flow gas or downstream from the orthogonal direction. It is arranged in the direction toward the side. The other end of the sampling pipe 20 is connected to two pipes, a first pipe 22 and a second pipe 24. In the present embodiment, the position where the measurement target pipe 8 flows into the sampling pipe 20 is the most upstream in the flow direction of the circulating gas. Further, the flow gas flowing into the piping unit 12 flows from one end portion of the sampling piping 20 toward the other end portion. The direction in which the flow gas flowing in from the measurement target pipe 8 flows is the flow direction of the flow gas.

第1配管22は、一方の端部がサンプリング配管20と接続され、他方の端部が三方弁30と接続されている。また、第1配管22には、管路内に後述する変換手段14が配置されている。また、第1配管22の変換手段14が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。なお、本実施形態では、変換手段14が配置されている領域の管路の径を大きくしたが、管路の径は一定としてもよい。   The first pipe 22 has one end connected to the sampling pipe 20 and the other end connected to the three-way valve 30. Moreover, the conversion means 14 mentioned later is arrange | positioned in the 1st piping 22 in the pipe line. Moreover, the area | region where the conversion means 14 of the 1st piping 22 is arrange | positioned has the diameter of the pipe line larger than another area | region. In the present embodiment, the diameter of the pipeline in the region where the conversion means 14 is arranged is increased, but the diameter of the pipeline may be constant.

また、第1配管22は、流通ガスの流れ方向において変換手段14よりも下流に、分岐管26が設けられている。また、分岐管26には、開閉弁32が設けられている。なお、分岐管26の流通ガスの流れ方向の下流側は、外気に開放してもよいが、流通ガスに有毒な成分等が含まれている場合は、流通ガスを処理する処理装置に接続させたり、計測対象配管8の下流に接続させたりすることが好ましい。   Further, the first pipe 22 is provided with a branch pipe 26 downstream of the conversion means 14 in the flow direction of the circulating gas. The branch pipe 26 is provided with an on-off valve 32. The downstream side of the branch pipe 26 in the flow direction of the flow gas may be opened to the outside air. However, if the flow gas contains a toxic component or the like, it is connected to a processing device for processing the flow gas. Or connected downstream of the measurement target pipe 8.

第2配管24は、基本的に第1配管22と並列に形成された配管であり、一方の端部がサンプリング配管20と接続され、他方の端部が三方弁30と接続されている。また、第2配管24には、管路内に後述する変換手段14が配置されていない。   The second pipe 24 is basically a pipe formed in parallel with the first pipe 22 and has one end connected to the sampling pipe 20 and the other end connected to the three-way valve 30. Further, the second piping 24 is not provided with a conversion means 14 to be described later in the pipeline.

また、第2配管24も、分岐管28が設けられている。なお、分岐管28は、流通ガスの流れ方向において、分岐管26に対応する位置に設けることが好ましい。また、分岐管28には、開閉弁34が設けられている。なお、分岐管28の流通ガスの流れ方向の下流側も、外気に開放してもよいが、流通ガスに有毒な成分等が含まれている場合は、流通ガスを処理する処理装置に接続させたり、計測対象配管8の下流に接続させたりすることが好ましい。   The second pipe 24 is also provided with a branch pipe 28. The branch pipe 28 is preferably provided at a position corresponding to the branch pipe 26 in the flow direction of the circulating gas. The branch pipe 28 is provided with an on-off valve 34. Note that the downstream side of the branch pipe 28 in the flow direction of the flow gas may be opened to the outside air, but if the flow gas contains a toxic component or the like, it is connected to a processing device for processing the flow gas. Or connected downstream of the measurement target pipe 8.

三方弁30は、第1配管22の下流側の端部と、第2配管24の下流側の端部と、計測手段16の上流側の端部とを連結させている。三方弁30は、第1配管22と計測手段16とを連結させた状態と、第2配管24と計測手段16とを連結させた状態とを切り替える。三方弁30は、第1配管22と計測手段16とを連結させた場合、サンプリング配管20から第1配管22を通過した流通ガスが計測手段16に流れる。また、三方弁30は、第2配管24と計測手段16とを連結させた場合、サンプリング配管20から第2配管24を通過した流通ガスが計測手段16に流れる。このように、三方弁30は、計測手段16を流れる流通ガスを切り替える。   The three-way valve 30 connects the downstream end of the first pipe 22, the downstream end of the second pipe 24, and the upstream end of the measuring means 16. The three-way valve 30 switches between a state in which the first pipe 22 and the measuring unit 16 are connected and a state in which the second pipe 24 and the measuring unit 16 are connected. In the three-way valve 30, when the first pipe 22 and the measuring unit 16 are connected, the flow gas that has passed through the first pipe 22 from the sampling pipe 20 flows to the measuring unit 16. Further, in the three-way valve 30, when the second pipe 24 and the measurement unit 16 are connected, the flow gas that has passed through the second pipe 24 from the sampling pipe 20 flows to the measurement unit 16. Thus, the three-way valve 30 switches the flow gas flowing through the measuring means 16.

ポンプ31は、流通ガスの流れ方向において、計測手段16の下流側に配置されている。ポンプ31は、流通ガスがサンプリング配管20から計測手段16に向けて流れる向きに、空気を吸引する。   The pump 31 is disposed on the downstream side of the measuring means 16 in the flow direction of the circulating gas. The pump 31 sucks air in the direction in which the flow gas flows from the sampling pipe 20 toward the measuring means 16.

変換手段14は、流通ガスに含まれる測定対象の水素をHO(気体の水、水蒸気)に変換する機構であり、第1配管22の管路内に配置されている。変換手段14は、第1配管22の管路内に配置された酸化触媒39を有する。酸化触媒39は、通過する流通ガスに含まれる水素を酸化させ、つまり水素と酸素を反応させて、HOに変換する。酸化触媒39としては、水素を酸化する各種触媒を用いることができる。具体的には、白金を含む一般的な燃焼触媒などを用いることができる。 The conversion means 14 is a mechanism for converting hydrogen to be measured contained in the circulation gas into H 2 O (gaseous water, water vapor), and is disposed in the pipe line of the first pipe 22. The conversion unit 14 includes an oxidation catalyst 39 disposed in the pipe line of the first pipe 22. The oxidation catalyst 39 oxidizes hydrogen contained in the flowing gas that passes through it, that is, reacts hydrogen and oxygen to convert them into H 2 O. As the oxidation catalyst 39, various catalysts that oxidize hydrogen can be used. Specifically, a general combustion catalyst containing platinum can be used.

計測手段16は、管路内を流れる(三方弁30から流入した)流通ガスに含まれるHOの濃度を計測する計測手段であり、流通ガスを所定の管路に流し、レーザ光(レーザ)を通過させる計測ユニット42と、計測ユニット42にレーザ光を供給し、受光したレーザ光の強度から計測値を算出する計測手段本体44とを有する。 The measuring means 16 is a measuring means for measuring the concentration of H 2 O contained in the flowing gas flowing in the pipe line (flowed in from the three-way valve 30), and flows the flowing gas through a predetermined pipe line, and laser light (laser ) And a measuring means main body 44 that supplies a laser beam to the measuring unit 42 and calculates a measurement value from the intensity of the received laser beam.

計測ユニット42は、計測セル45と、光ファイバ46と、入光部48と、受光部50と、を有する。   The measurement unit 42 includes a measurement cell 45, an optical fiber 46, a light incident part 48, and a light receiving part 50.

計測セル45は、基本的に主管52と、流入管54と、排出管56とを有する。主管52は、筒形状の部材であり、内部に流通ガスが流れる。主管52の筒形状の一方の端部(上面)には窓58が配置され、他方の端部(下面)には窓59が配置されている。つまり、主管52は、筒形状の上面と下面が、それぞれ窓58、窓59に塞がれた形状となっている。なお、窓58、59は、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、主管52は、窓58、59が設けられている両端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。つまり、主管52の外部から内部に光を入射させ、主管52の内部から外部に光を射出させることができる。   The measurement cell 45 basically includes a main pipe 52, an inflow pipe 54, and a discharge pipe 56. The main pipe 52 is a cylindrical member, and the flow gas flows inside. A window 58 is disposed at one end (upper surface) of the cylindrical shape of the main pipe 52, and a window 59 is disposed at the other end (lower surface). In other words, the main pipe 52 has a cylindrical upper and lower surfaces closed by the window 58 and the window 59, respectively. The windows 58 and 59 are made of a light transmitting member, such as transparent glass or resin. Thereby, the main pipe 52 is in a state in which both ends where the windows 58 and 59 are provided are in a state where no air flows and light can pass therethrough. That is, light can be incident from the outside of the main tube 52 to the inside, and light can be emitted from the inside of the main tube 52 to the outside.

流入管54は、一方の端部が三方弁30に接続されており、他方の端部が、主管52の側面(周面)の窓58側に接続されている。排出管56は、一方の端部が、主管52の側面(周面)の窓59側に接続され、他方の端部が、より下流側の配管(ポンプ31が配置されている配管)と接続されている。計測セル45は、三方弁30を介して第1配管22または第2配管24から供給される流通ガスを流入管54から主管52に供給する。また、計測セル45は、主管52を流れた流通ガスを排出管56から外部に排出する。   One end of the inflow pipe 54 is connected to the three-way valve 30, and the other end is connected to the window 58 side of the side surface (circumferential surface) of the main pipe 52. One end of the discharge pipe 56 is connected to the window 59 side of the side surface (circumferential surface) of the main pipe 52, and the other end is connected to a more downstream pipe (pipe on which the pump 31 is disposed). Has been. The measurement cell 45 supplies the flow gas supplied from the first pipe 22 or the second pipe 24 through the three-way valve 30 to the main pipe 52 from the inflow pipe 54. Further, the measurement cell 45 discharges the circulating gas flowing through the main pipe 52 from the discharge pipe 56 to the outside.

次に、光ファイバ46は、計測手段本体44から出力されるレーザ光を入光部48に案内する。つまり、計測手段本体44から出力されたレーザ光を入光部48に入射させる。入光部48は、窓58に配置された光学系(ミラー、レンズ等)であり、光ファイバ46により案内されたレーザ光を窓58から主管52の内部に入射させる。   Next, the optical fiber 46 guides the laser light output from the measuring means main body 44 to the light incident portion 48. That is, the laser light output from the measuring means main body 44 is incident on the light incident portion 48. The light incident portion 48 is an optical system (mirror, lens, etc.) disposed in the window 58 and makes the laser light guided by the optical fiber 46 enter the inside of the main tube 52 from the window 58.

受光部50は、計測セル45の主管52の内部を通過し、窓59から出力されたレーザ光を受光する受光部である。なお、受光部50は、例えば、フォトダイオード(PD、Photodiode)等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光部50は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、計測手段本体44に送る。   The light receiving unit 50 is a light receiving unit that receives the laser light that passes through the main pipe 52 of the measurement cell 45 and is output from the window 59. The light receiving unit 50 includes, for example, a photo detector such as a photodiode (PD), receives the laser beam by the photo detector, and detects the intensity of the light. The light receiving unit 50 sends the intensity of the received laser light as a light reception signal to the measuring means main body 44.

次に、図1及び図2を用いて計測手段本体44について説明する。ここで、図2は、図1に示す水素濃度計測装置の計測手段本体の概略構成を示すブロック図である。計測手段本体44は、発光部62と、光源ドライバ64と、算出部66とを有する。   Next, the measuring means main body 44 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the measuring means main body of the hydrogen concentration measuring apparatus shown in FIG. The measuring means body 44 includes a light emitting unit 62, a light source driver 64, and a calculating unit 66.

発光部62は、HOが吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子である。発光素子としては、例えばレーザータイオード(LD)を用いることができる。発光部62は、発光させた光を光ファイバ46に入射させる。 The light emitting unit 62 is a light emitting element that emits laser light in the near-infrared wavelength region absorbed by H 2 O. As the light emitting element, for example, a laser diode (LD) can be used. The light emitting unit 62 causes the emitted light to enter the optical fiber 46.

光源ドライバ64は、発光部62の駆動を制御する機能を有し、発光部62に供給する電流、電圧を調整することで、発光部62から出力されるレーザ光の波長、強度を調整する。   The light source driver 64 has a function of controlling the driving of the light emitting unit 62 and adjusts the wavelength and intensity of the laser light output from the light emitting unit 62 by adjusting the current and voltage supplied to the light emitting unit 62.

算出部66は、受光部50で受光したレーザ光の強度の信号と、光源ドライバ64を駆動させている条件とに基づいて、測定対象の物質の濃度を算出する。具体的には、算出部66は、光源ドライバ64を駆動させている条件に基づいて、発光部62から出力され、主管52に入射するレーザ光の強度を算出し、受光部50で受光したレーザ光の強度と比較し、主管52を流れる流通ガスに含まれる測定対象の物質(HO、Hを変換した物質)の濃度を算出する。 The calculating unit 66 calculates the concentration of the substance to be measured based on the signal of the intensity of the laser light received by the light receiving unit 50 and the conditions for driving the light source driver 64. Specifically, the calculation unit 66 calculates the intensity of the laser light output from the light emitting unit 62 and incident on the main tube 52 based on the conditions for driving the light source driver 64, and the laser received by the light receiving unit 50. Compared with the intensity of light, the concentration of the substance to be measured (the substance obtained by converting H 2 O and H 2 ) contained in the flowing gas flowing through the main pipe 52 is calculated.

計測手段16は、以上のような構成であり、発光部62から出力された近赤外波長域のレーザ光は、光ファイバ46から計測セル45の所定経路、具体的には、窓58、主管52、窓59を通過した後、受光部50に到達する。このとき、計測セル45内の流通ガス中に測定対象の物質が含まれていると、計測セル45を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、流通ガス中の測定対象の物質の濃度によって、受光部50に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部50は、受光したレーザ光を受光信号に変換し、算出部66に出力する。また、光源ドライバ64は、発光部62から出力したレーザ光の強度を算出部66に出力する。算出部66は、発光部62から出力した光の強度と、受光信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル45内を流れる流通ガスの測定対象の物質の濃度を算出する。このように計測手段16は、いわゆるTDLAS方式(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy:可変波長ダイオードレーザー分光法)を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部50で検出した受光信号とに基づいて主管52内の所定位置、つまり、測定位置を通過する流通ガス中の測定対象の物質の濃度を、算出及び/または計測する。また、計測手段16は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出及び/または計測することができる。   The measuring means 16 is configured as described above, and laser light in the near-infrared wavelength region output from the light emitting unit 62 is a predetermined path from the optical fiber 46 to the measuring cell 45, specifically, a window 58, a main tube. 52, after passing through the window 59, reaches the light receiving unit 50. At this time, if the gas to be measured is contained in the flowing gas in the measurement cell 45, the laser light passing through the measurement cell 45 is absorbed. For this reason, the output of the laser light reaching the light receiving unit 50 varies depending on the concentration of the substance to be measured in the flowing gas. The light receiving unit 50 converts the received laser light into a light reception signal and outputs it to the calculation unit 66. Further, the light source driver 64 outputs the intensity of the laser beam output from the light emitting unit 62 to the calculating unit 66. The calculation unit 66 compares the intensity of the light output from the light emitting unit 62 with the intensity calculated from the light reception signal, and calculates the concentration of the substance to be measured of the flowing gas flowing in the measurement cell 45 from the decrease rate. . As described above, the measuring unit 16 uses a so-called TDLAS method (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), and based on the intensity of the output laser light and the light reception signal detected by the light receiving unit 50. The concentration of the substance to be measured in the circulating gas passing through the predetermined position, that is, the measurement position is calculated and / or measured. Moreover, the measurement means 16 can calculate and / or measure the concentration of the substance to be measured continuously.

ここで、流量計36は、第1配管22の変換手段14よりも上流側に配置され、第1配管22を流れる流通ガスの流量を計測する。流量計36は、第1配管22を流れる第1流通ガスのうち、変換手段14(酸化触媒39)を通過する前の流通ガス、つまり、水素が酸化される前の流通ガスの流量を計測する。また、流量計38は、第1配管22の変換手段14よりも下流側に配置され、第1配管22を流れる流通ガスの流量を計測する。流量計38は、第1配管22を流れる第1流通ガスのうち、変換手段14(酸化触媒39)を通過した流通ガス、つまり、水素が酸化された後の流通ガスの流量を計測する。流量計36、38は、計測した流量を制御手段18に送る。   Here, the flow meter 36 is arranged on the upstream side of the conversion means 14 of the first pipe 22 and measures the flow rate of the flowing gas flowing through the first pipe 22. The flow meter 36 measures the flow rate of the flow gas before passing through the conversion means 14 (oxidation catalyst 39), that is, the flow gas before hydrogen is oxidized among the first flow gas flowing through the first pipe 22. . The flow meter 38 is disposed downstream of the conversion means 14 of the first pipe 22 and measures the flow rate of the flowing gas flowing through the first pipe 22. The flow meter 38 measures the flow rate of the flow gas that has passed through the conversion means 14 (oxidation catalyst 39), that is, the flow gas after hydrogen has been oxidized, among the first flow gas flowing through the first pipe 22. The flow meters 36 and 38 send the measured flow rate to the control means 18.

制御手段18は、配管ユニット12、変換手段14、計測手段16、流量計36、38の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて、各部の動作を制御する。具体的には、計測手段16による計測条件(光源ドライバ64の駆動条件、受光部50の受光動作)、配管ユニット12の三方弁30の経路選択動作、開閉弁32、34の開閉動作を制御する。また、制御手段18は、計測手段16で計測した計測結果、及び、各部で設定、検出した条件、また、流量計36、38で計測した流量に基づいて、測定対象の水素の濃度を算出及び/または計測する。   The control unit 18 has a control function for controlling the operations of the piping unit 12, the conversion unit 14, the measurement unit 16, and the flow meters 36 and 38, and controls the operation of each unit as necessary. Specifically, the measurement conditions (driving conditions of the light source driver 64, the light receiving operation of the light receiving unit 50), the path selection operation of the three-way valve 30 of the piping unit 12, and the opening / closing operations of the on / off valves 32 and 34 are controlled. . Further, the control means 18 calculates the concentration of hydrogen to be measured based on the measurement results measured by the measurement means 16, the conditions set and detected by each unit, and the flow rates measured by the flow meters 36 and 38. / Or measure.

次に、水素濃度計測装置10の動作を説明する。ここで、図3は、水素濃度計測装置の動作を説明するフロー図である。水素濃度計測装置10の制御手段18は、計測対象配管8に流通ガスが流れている状態で、測定開始の指示が入力されると、ポンプ31を駆動させ、計測対象配管8に流れている流通ガスをサンプリング配管20から吸引する。なお、この時、開閉弁32、34は、開状態としておくことが好ましい。また、三方弁30は、いずれの管路を連結させていてもよいが、計測ユニット42と連結している配管と、第1配管22とが接続している状態と、計測ユニット42と連結している配管と第2配管24が接続している状態とを、交互に切り替えることが好ましい。   Next, the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus 10 will be described. Here, FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. The control means 18 of the hydrogen concentration measuring device 10 drives the pump 31 when a measurement start instruction is input in a state where the flow gas is flowing in the measurement target pipe 8, and the flow flowing in the measurement target pipe 8. Gas is sucked from the sampling pipe 20. At this time, the on-off valves 32 and 34 are preferably left open. The three-way valve 30 may be connected to any pipe line, but is connected to the measurement unit 42 and the pipe connected to the measurement unit 42 and the first pipe 22. It is preferable to alternately switch the connected pipe and the state where the second pipe 24 is connected.

その後、配管ユニット12内に流通ガスが流れている状態となり、流通ガスが配管ユニット12内に充満したら、制御手段18は、ステップS12として、三方弁30により第1配管22と計測ユニット42とを連結させ、第1配管22を流れる流通ガス、つまり、変換手段14を通過した流通ガス(水素が変換された流通ガス、以下「第1流通ガス」ともいう。)が計測ユニット42に流れる状態とする。なおこのとき、開閉弁32は、閉状態とし、第1配管22を流れる流通ガスは、全量が計測ユニット42に供給される状態とする。また、開閉弁34は、開閉のいずれの状態でもよい。また、流量計36、38は、第1配管22の測定位置を流れる第1流通ガスの流量を計測する。   After that, when the circulating gas is flowing into the piping unit 12 and the circulating gas is filled in the piping unit 12, the control means 18 uses the three-way valve 30 to connect the first piping 22 and the measuring unit 42 as step S12. The flow gas that is connected and flows through the first pipe 22, that is, the flow gas that has passed through the conversion means 14 (flow gas converted from hydrogen, hereinafter also referred to as “first flow gas”) flows to the measurement unit 42. To do. At this time, the on-off valve 32 is in a closed state, and the flow gas flowing through the first pipe 22 is in a state where the entire amount is supplied to the measurement unit 42. Moreover, the on-off valve 34 may be in any state of opening and closing. The flow meters 36 and 38 measure the flow rate of the first flow gas flowing through the measurement position of the first pipe 22.

制御手段18は、第1流通ガスが計測セル45を流れる状態としたら、ステップS14として、計測手段16により計測ユニット42の計測セル45の主管52内を流れる第1流通ガスに含まれるHOの濃度(以下「第1計測値」ともいう。)を計測する。これにより、変換手段14により、第1流通ガスに含まれるHOの濃度を計測することができる。なお、第1流通ガスには、測定対象の水素が変換手段14により変換(酸化)されたHOと、酸化前から含まれているHO(共存ガス)とが含まれている。このため、第1計測値は、測定対象の水素を酸化触媒39で酸化したHO(流通ガスに含まれる測定対象の水素に由来するHO)と、酸化前から含まれているHO(共存ガス)とを合計した濃度が計測される。 When the first circulation gas is in a state of flowing through the measurement cell 45, the control means 18 performs H 2 O contained in the first circulation gas flowing in the main pipe 52 of the measurement cell 45 of the measurement unit 42 by the measurement means 16 as step S 14. Concentration (hereinafter also referred to as “first measurement value”). Thereby, the conversion means 14 can measure the concentration of H 2 O contained in the first flow gas. Note that the first flow gas includes H 2 O obtained by converting (oxidizing) hydrogen to be measured by the conversion means 14 and H 2 O (coexistence gas) contained before oxidation. Therefore, the first measurement value, and (H 2 O derived from hydrogen to be measured contained in the flowing gas) oxidized H 2 O with hydrogen oxidation catalyst 39 to be measured, it includes a pre-oxidation H The total concentration of 2 O (coexisting gas) is measured.

制御手段18は、第1流通ガスの濃度を計測したら、ステップS16として、三方弁30により第2配管24と計測ユニット42とを連結させ、第2配管24を流れる流通ガス(水素が変換されていない流通ガス、以下「第2流通ガス」ともいう。)が計測ユニット42に流れる状態とする。なおこのとき、開閉弁34は、閉状態とし、第2配管24を流れる流通ガスは、全量が計測ユニット42に供給される状態とする。また、開閉弁32は、開閉のいずれの状態でもよい。   After measuring the concentration of the first flow gas, the control means 18 connects the second pipe 24 and the measurement unit 42 with the three-way valve 30 as step S16, and flows the flow gas (hydrogen is converted) through the second pipe 24. No flow gas (hereinafter also referred to as “second flow gas”) flows into the measurement unit 42. At this time, the on-off valve 34 is in a closed state, and the flow gas flowing through the second pipe 24 is in a state where the entire amount is supplied to the measurement unit 42. The on-off valve 32 may be in any state of opening and closing.

制御手段18は、第2流通ガスが計測セル45を流れる状態としたら、ステップS18として、計測手段16により計測ユニット42の計測セル45の主管52内を流れる第2流通ガスに含まれるHOの濃度(以下「第2計測値」ともいう。)を計測する。これにより、変換手段14により、第2流通ガスに含まれるHOの濃度を計測することができる。なお、第2流通ガスには、酸化前から含まれているHO(共存ガス)が含まれている。このため、第2計測値は、酸化前から含まれているHO(共存ガス)の濃度が計測される。 When the second flowing gas is in a state of flowing through the measurement cell 45, the control unit 18, as step S < b > 18, includes H 2 O contained in the second flowing gas flowing in the main pipe 52 of the measurement cell 45 of the measurement unit 42 by the measuring unit 16. Concentration (hereinafter also referred to as “second measurement value”). Thereby, the concentration of H 2 O contained in the second circulation gas can be measured by the conversion means 14. The second circulating gas contains H 2 O (coexistence gas) that has been contained before oxidation. Therefore, the second measurement, the concentration of H 2 O contained before oxidation (coexisting gas) is measured.

制御手段18は、第2流通ガスの濃度を計測したら、ステップS20として、流通ガスに含まれる水素の濃度(計測値)を算出する。具体的には、ステップS14で計測した第1計測値と、ステップS18で計測した第2計測値との差分により、流通ガスに含まれる水素の計測値を算出する。つまり、流通ガスに含まれる測定対象の水素に由来するHOと、共存ガスとを合計した濃度から、共存ガスの濃度を引くことで、流通ガスに含まれる水素に由来するHOの濃度を算出することができる。さらに、制御手段18は、流量計36、38等から供給される情報に基づいて、流通ガスに含まれる水素に由来するHOと流通ガスの流量の関係、また、水素から酸化物への反応の過程による各成分の増減を加味(補正)することで、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を算出することができる。制御手段18は、水素の計測値を算出したら、本処理を終了する。なお、制御手段18は、上記処理を繰り返すことで、連続的に水素の濃度を計測するようにしてもよい。 After measuring the concentration of the second flow gas, the control means 18 calculates the concentration (measurement value) of hydrogen contained in the flow gas as step S20. Specifically, the measurement value of hydrogen contained in the flowing gas is calculated based on the difference between the first measurement value measured in step S14 and the second measurement value measured in step S18. That is, by subtracting the concentration of the coexisting gas from the total concentration of H 2 O derived from the measurement target hydrogen contained in the flow gas and the coexistence gas, the H 2 O derived from the hydrogen contained in the flow gas is subtracted. The concentration can be calculated. Furthermore, the control means 18 determines the relationship between the flow rate of the H 2 O derived from hydrogen contained in the flow gas and the flow gas based on the information supplied from the flow meters 36, 38, etc. By adding (correcting) the increase / decrease of each component in the reaction process, the concentration of hydrogen to be measured contained in the flow gas can be calculated. When the control unit 18 calculates the measurement value of hydrogen, the process ends. The control means 18 may continuously measure the hydrogen concentration by repeating the above process.

水素濃度計測装置10は、以上のように、測定対象の水素を変換手段14により酸化した第1流通ガスに含まれるHOの濃度を計測手段16により計測し、さらに、測定対象の水素を酸化していない第2流通ガスに含まれるHOの濃度を計測手段16により計測し、差分をとることで、測定対象の水素の濃度を算出することができる。 As described above, the hydrogen concentration measuring apparatus 10 measures the concentration of H 2 O contained in the first flow gas obtained by oxidizing the hydrogen to be measured by the converting means 14 with the measuring means 16, and further determines the hydrogen to be measured. The concentration of hydrogen to be measured can be calculated by measuring the concentration of H 2 O contained in the non-oxidized second flowing gas by the measuring means 16 and taking the difference.

また、水素濃度計測装置10は、計測手段16として、測定対象の水素の酸化物(水素を変換したHO)の吸収波長域の近赤外波長域のレーザ光を照射し、当該HOにより吸収される強度を検出することで、短時間で、かつ、高い精度で水素の濃度を計測することができる。 Moreover, the hydrogen concentration measuring apparatus 10 irradiates the laser beam in the near-infrared wavelength region of the absorption wavelength region of the oxide of hydrogen to be measured (H 2 O converted from hydrogen) as the measuring means 16, and the H 2 By detecting the intensity absorbed by O, the hydrogen concentration can be measured in a short time and with high accuracy.

また、測定対象の水素を酸化し、酸化物として測定することで、近赤外波長域に吸収波長がない水素の濃度を、計測手段16に示す半導体レーザ吸収分光法を用いて計測することが可能となる。また、本実施形態のように、測定対象の物質の近赤外域の波長の光を用いた計測ができることで、高精度での計測を行うことができる。   Further, the concentration of hydrogen having no absorption wavelength in the near-infrared wavelength region can be measured using the semiconductor laser absorption spectroscopy shown in the measuring means 16 by oxidizing the measurement target hydrogen and measuring it as an oxide. It becomes possible. In addition, as in the present embodiment, measurement using light having a wavelength in the near-infrared region of the substance to be measured can be performed with high accuracy.

さらに、近赤外波長域のレーザ光を用いる計測では、測定対象の酸化物以外の成分が混在した状態であっても、測定対象の酸化物の濃度を適切に測ることができる。つまり、測定対象の酸化物以外の成分がノイズとなりにくくすることができる。これにより、フィルタや、除湿の工程をなくすまたは少なくすることができ、計測対象配管8から流通ガスを吸引してから、計測を行い、計測結果を算出するまでの時間を短時間にすることができる。つまり、計測の時間遅れを少なくすることができる。これにより、応答性を高くすることができる。   Furthermore, in the measurement using laser light in the near-infrared wavelength region, the concentration of the oxide to be measured can be appropriately measured even when components other than the oxide to be measured are mixed. That is, components other than the oxide to be measured can be made less likely to be noise. Thereby, a filter and a dehumidification process can be eliminated or reduced, and the time from when the flow gas is sucked from the measurement target pipe 8 to when the measurement is performed and the measurement result is calculated can be shortened. it can. That is, the measurement time delay can be reduced. Thereby, responsiveness can be made high.

また、水素濃度計測装置10は、変換手段14の前後の流量を算出し、その流量の変化に基づいて、酸化反応によるマスバランスの変化、モル数の変化による影響を補正することで、流通ガスに含まれる水素の濃度をより適切に算出することができる。なお、水素濃度をより適切に補正できるため、本実施形態のように変換手段の前後での流量の変化を計測することが好ましいが、本発明はこれに限定されず、補正を行わないようにしてもよい。また、第1計測値と第2計測値との関係から、流量の変化量を推定し、その推定値に基づいて補正するようにしてもよい。   Further, the hydrogen concentration measuring device 10 calculates the flow rate before and after the conversion means 14 and corrects the influence of the change in mass balance due to the oxidation reaction and the change in the number of moles based on the change in the flow rate, so that the flow gas The concentration of hydrogen contained in can be calculated more appropriately. Note that, since the hydrogen concentration can be corrected more appropriately, it is preferable to measure a change in the flow rate before and after the conversion unit as in this embodiment, but the present invention is not limited to this, and correction is not performed. May be. Further, the amount of change in the flow rate may be estimated from the relationship between the first measurement value and the second measurement value, and correction may be performed based on the estimated value.

また、水素濃度計測装置10は、流通ガスに含まれる共存ガス、つまり、流通ガスに元々含まれているHOの濃度も計測することができる。これにより、流通ガスに含まれる水素と、HOとの比も算出することができる。 Further, the hydrogen concentration measuring apparatus 10 can also measure the coexisting gas contained in the flow gas, that is, the concentration of H 2 O originally contained in the flow gas. Thereby, the ratio of hydrogen contained in the circulation gas and H 2 O can also be calculated.

また、ポンプ31を設けることで、計測対象配管8を流れる流通ガスを適切にサンプリング配管20から吸引することができる。なお、ポンプ31は設けることが好ましいが、配管ユニット12の構成や、計測対象配管8を流れる流通ガスの圧力等により、配管ユニット12に一定流量以上の流通ガスが流れる場合は、ポンプ31は設けなくてもよい。   Further, by providing the pump 31, the flow gas flowing through the measurement target pipe 8 can be appropriately sucked from the sampling pipe 20. Although the pump 31 is preferably provided, the pump 31 is provided when a flow gas of a certain flow rate or more flows through the pipe unit 12 due to the configuration of the pipe unit 12 or the pressure of the flow gas flowing through the measurement target pipe 8. It does not have to be.

ここで、水素濃度計測装置は、上記実施形態に限定されず、種々の実施形態とすることができる。以下、図4から図18を用いて、他の実施形態について説明する。   Here, the hydrogen concentration measuring device is not limited to the above-described embodiment, and can be various embodiments. Hereinafter, another embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 18.

[実施形態2]
図4は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、水素濃度計測装置70は、流量計36、38に代えて指標ガス計測手段72が設けられている点を除いて、他の構成は、基本的に水素濃度計測装置10と同様である。そこで、水素濃度計測装置10と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、水素濃度計測装置70に特有の点について説明する。図4に示す水素濃度計測装置70は、配管ユニット12と、変換手段14と、計測手段16と、指標ガス計測手段72と、制御手段79とを有する。配管ユニット12と、変換手段14と、計測手段16とは、図1に示す水素濃度計測装置10の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。また、本実施形態では、ポンプ31を設けない構成としたが、設けてもよい。なお、ポンプ31は、下記の実施形態のいずれにもおいても同様である。また、下記の実施形態では、制御手段と制御対象との接続を示す点線を一部省略しているが、各部と接続している。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. Here, the hydrogen concentration measurement device 70 is basically the same as the hydrogen concentration measurement device 10 except that an index gas measurement means 72 is provided instead of the flow meters 36 and 38. . Therefore, the same components as those of the hydrogen concentration measuring apparatus 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and points unique to the hydrogen concentration measuring apparatus 70 will be described. A hydrogen concentration measuring device 70 shown in FIG. 4 includes a piping unit 12, a converting unit 14, a measuring unit 16, an index gas measuring unit 72, and a control unit 79. Since the piping unit 12, the conversion means 14, and the measurement means 16 are the same structures as each means of the hydrogen concentration measuring apparatus 10 shown in FIG. 1, description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, the pump 31 is not provided, but may be provided. The pump 31 is the same in any of the following embodiments. Moreover, in the following embodiment, although the dotted line which shows the connection of a control means and a control object is partially omitted, it is connected with each part.

指標ガス計測手段72は、光ファイバ74と、入光部75と、受光部76と、指標ガス計測手段本体77とを有する。なお、指標ガス計測手段72は、測定対象の物質が異なる点を除いて基本的な構成は、計測手段16と同様である。また、指標ガス計測手段72は、計測セル45を流れる流通ガスに含まれる指標ガスを計測する。   The indicator gas measuring means 72 includes an optical fiber 74, a light incident part 75, a light receiving part 76, and an indicator gas measuring means main body 77. The basic configuration of the indicator gas measuring unit 72 is the same as that of the measuring unit 16 except that the substance to be measured is different. In addition, the index gas measuring unit 72 measures the index gas contained in the circulation gas flowing through the measurement cell 45.

光ファイバ74は、指標ガス計測手段本体77から出力されるレーザ光を入光部75に案内する。入光部75は、窓58に配置された光学系であり、光ファイバ74により案内されたレーザ光を窓58から主管52の内部に入射させる。   The optical fiber 74 guides the laser beam output from the indicator gas measuring means main body 77 to the light incident portion 75. The light incident portion 75 is an optical system disposed in the window 58, and allows the laser light guided by the optical fiber 74 to enter the main tube 52 from the window 58.

受光部76は、計測セル45の主管52の内部を通過し、窓59から出力されたレーザ光を受光する受光部である。なお、受光部76は、例えば、フォトダイオード(PD、Photodiode)等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光部76は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、指標ガス計測手段本体77に送る。   The light receiving unit 76 is a light receiving unit that receives the laser light that has passed through the main pipe 52 of the measurement cell 45 and was output from the window 59. The light receiving unit 76 includes, for example, a photodetector such as a photodiode (PD), receives the laser beam by the photodetector, and detects the intensity of the light. The light receiving unit 76 sends the intensity of the received laser light as a light reception signal to the indicator gas measuring means body 77.

指標ガス計測手段本体77は、計測手段本体44と同様に、発光部と、光源ドライバと、算出部とを有する。ここで、指標ガス計測手段本体77の発光部は、指標ガスの吸収波長を含む近赤外波長域のレーザ光を発光する発光素子である。ここで、指標ガスは、変換手段により反応せず、かつ、近赤外波長域に吸収波長がある物質であればよい。指標ガスとしては、二酸化炭素(CO)等を用いることができる。また、光源ドライバは、発光部に動力を供給し、算出部は、各検出値に基づいて、指標ガスを計測する。指標ガス計測手段72は、以上のような構成であり、主管52を流れる流通ガスに含まれる指標ガス(の濃度)を計測し、計測した結果を制御手段79に送る。 Similar to the measurement means main body 44, the indicator gas measurement means main body 77 includes a light emitting unit, a light source driver, and a calculation unit. Here, the light emitting portion of the indicator gas measuring means main body 77 is a light emitting element that emits laser light in the near infrared wavelength region including the absorption wavelength of the indicator gas. Here, the indicator gas may be a substance that does not react by the conversion means and has an absorption wavelength in the near infrared wavelength region. Carbon dioxide (CO 2 ) or the like can be used as the indicator gas. The light source driver supplies power to the light emitting unit, and the calculation unit measures the index gas based on each detection value. The indicator gas measuring means 72 is configured as described above, measures the indicator gas (concentration) contained in the circulating gas flowing through the main pipe 52, and sends the measurement result to the control means 79.

制御手段79は、制御手段18と同様に、配管ユニット12、変換手段14、計測手段16の各部の動作を制御する。また、制御手段79は、指標ガス計測手段72の動作も制御する。また、制御手段79は、計測手段16から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。制御手段79は、さらに、指標ガス計測手段72で計測される第1流通ガスに含まれる指標ガスの濃度と、指標ガス計測手段72で計測される第2流通ガスに含まれる指標ガスの濃度とに基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度の算出値を補正する。   The control unit 79 controls the operation of each part of the piping unit 12, the conversion unit 14, and the measurement unit 16, similarly to the control unit 18. The control means 79 also controls the operation of the indicator gas measurement means 72. Further, the control means 79 measures (calculates) the concentration of hydrogen contained in the circulation gas based on the measurement result sent from the measurement means 16. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above. The control means 79 further includes the concentration of the indicator gas contained in the first circulation gas measured by the indicator gas measurement means 72, and the concentration of the indicator gas contained in the second circulation gas measured by the indicator gas measurement means 72. Based on the above, the calculated value of the concentration of hydrogen contained in the circulation gas is corrected.

このように、水素濃度計測装置70は、計測手段16の計測結果に基づいて算出した水素の濃度を、指標ガスの濃度の計測結果に基づいて補正することにより、より正確に流通ガス中の水素濃度を計測することができる。つまり、変換手段14を通過するか否かで量が変化しない指標ガスを基準とすることで、第1計測値と、第2計測値とのずれを補正することができ、その後、第1計測値と第2計測値との差分を算出することができる。これにより、水素濃度を正確に算出することができる。   As described above, the hydrogen concentration measuring device 70 corrects the hydrogen concentration calculated based on the measurement result of the measuring means 16 based on the measurement result of the concentration of the indicator gas, so that the hydrogen in the flow gas can be more accurately detected. Concentration can be measured. That is, by using the index gas whose amount does not change depending on whether or not it passes through the conversion means 14 as a reference, the deviation between the first measurement value and the second measurement value can be corrected, and then the first measurement is performed. The difference between the value and the second measurement value can be calculated. Thereby, the hydrogen concentration can be accurately calculated.

[実施形態3]
図5は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、水素濃度計測装置80は、流量計36と指標ガス供給手段82とが設けられている点を除いて、他の構成は、基本的に水素濃度計測装置70と同様である。そこで、水素濃度計測装置70と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、水素濃度計測装置80に特有の点について説明する。図5に示す水素濃度計測装置80は、配管ユニット12と、変換手段14と、計測手段16と、流量計36と、指標ガス計測手段72と、指標ガス供給手段82と、制御手段79とを有する。配管ユニット12と、変換手段14と、計測手段16と、指標ガス計測手段72とは、図4に示す水素濃度計測装置70の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。また、流量計36は、図1に示す水素濃度計測装置10の流量計36と同様に、変換手段14の上流に配置されている。
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. Here, the hydrogen concentration measuring device 80 is basically the same as the hydrogen concentration measuring device 70 except for the point that the flow meter 36 and the indicator gas supply means 82 are provided. Therefore, the same components as those of the hydrogen concentration measuring device 70 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and points unique to the hydrogen concentration measuring device 80 will be described. A hydrogen concentration measuring device 80 shown in FIG. 5 includes a piping unit 12, a converting unit 14, a measuring unit 16, a flow meter 36, an index gas measuring unit 72, an index gas supply unit 82, and a control unit 79. Have. Since the piping unit 12, the conversion unit 14, the measurement unit 16, and the indicator gas measurement unit 72 have the same configuration as each unit of the hydrogen concentration measurement apparatus 70 shown in FIG. Further, the flow meter 36 is arranged upstream of the conversion means 14, similarly to the flow meter 36 of the hydrogen concentration measuring apparatus 10 shown in FIG. 1.

指標ガス供給手段82は、流通ガスの流れ方向において、第1配管22の流量計36よりも下流側で、かつ、変換手段14よりも上流側に配置されている。つまり、指標ガス供給手段82は、変換手段14により水素が酸素に変換される前の第1流通ガスに流れている配管に接続されている。指標ガス供給手段82は、配管84と、指標ガス供給装置86と、流量計88とを有する。配管84は、一方の端部が、第1配管22の変換手段14よりも上流側に接続されており、他方の端部が、指標ガス供給装置86と接続されている。指標ガス供給装置86は、配管84を介して第1配管22に指標ガスを投入する装置である。指標ガス供給装置86は、指標ガスを貯留する貯留機構や、貯留している指標を配管84に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、指標ガスを空気搬送する機構、例えば、ファン(送風機)を用いることができる。流量計88は、配管84を流れる指標ガスの流量を計測する計測器であり、指標ガス供給装置86から第1配管22に投入される指標ガスの量を計測し、計測結果を制御手段79に送る。   The indicator gas supply means 82 is disposed downstream of the flow meter 36 of the first pipe 22 and upstream of the conversion means 14 in the flow direction of the circulating gas. That is, the indicator gas supply means 82 is connected to a pipe that flows through the first flow gas before the conversion means 14 converts hydrogen into oxygen. The indicator gas supply means 82 includes a pipe 84, an indicator gas supply device 86, and a flow meter 88. One end of the pipe 84 is connected to the upstream side of the conversion means 14 of the first pipe 22, and the other end is connected to the indicator gas supply device 86. The indicator gas supply device 86 is a device that introduces indicator gas into the first pipe 22 via the pipe 84. The indicator gas supply device 86 has a storage mechanism that stores the indicator gas and a charging mechanism that inputs the stored indicator into the pipe 84. In addition, as an injection | throwing-in mechanism, the mechanism, for example, a fan (blower) which conveys index gas by air, can be used. The flow meter 88 is a measuring instrument that measures the flow rate of the indicator gas flowing through the pipe 84, measures the amount of the indicator gas introduced into the first pipe 22 from the indicator gas supply device 86, and sends the measurement result to the control means 79. send.

制御手段79は、制御手段18と同様に、配管ユニット12、変換手段14、計測手段16の各部の動作を制御する。また、制御手段79は、指標ガス計測手段72の動作も制御する。また、制御手段79は、計測手段16から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。制御手段79は、さらに、指標ガス計測手段72で計測される第1流通ガスに含まれる指標ガスの濃度と、流量計36の計測値と、流量計88の計測値とに基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度の算出値を補正する。例えば、制御手段79は、変換手段14を通過するか否かで量が変化しない指標ガスを基準とし変換手段14の通過前の第1流通ガスに含まれる指標ガスの濃度を、流量計36と流量計88の検出結果に基づいて、算出する。さらに、指標ガス計測手段72により、変換手段14を通過した後の第1流通ガスに含まれる指標ガスの濃度を計測することで、第1流通ガスのモル濃度の変化量を算出する。その変化量に基づいて、水素濃度の計測結果を補正することで、より正確に流通ガス中の水素濃度を計測することができる。   The control unit 79 controls the operation of each part of the piping unit 12, the conversion unit 14, and the measurement unit 16, similarly to the control unit 18. The control means 79 also controls the operation of the indicator gas measurement means 72. Further, the control means 79 measures (calculates) the concentration of hydrogen contained in the circulation gas based on the measurement result sent from the measurement means 16. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above. The control means 79 further determines the flow gas based on the concentration of the index gas contained in the first flow gas measured by the index gas measurement means 72, the measured value of the flow meter 36, and the measured value of the flow meter 88. The calculated value of the concentration of hydrogen contained in is corrected. For example, the control means 79 uses the indicator gas whose amount does not change depending on whether or not it passes through the conversion means 14 as a reference, and determines the concentration of the indicator gas contained in the first flow gas before passing through the conversion means 14 with the flow meter 36 Calculation is performed based on the detection result of the flow meter 88. Further, the change amount of the molar concentration of the first flow gas is calculated by measuring the concentration of the index gas contained in the first flow gas after passing through the conversion means 14 by the index gas measurement means 72. By correcting the measurement result of the hydrogen concentration based on the amount of change, the hydrogen concentration in the circulating gas can be measured more accurately.

なお、制御手段79は、第1流通ガスに含まれる指標ガスの濃度と、第2流通ガスに含まれる指標ガスの濃度との関係に基づいて、さらに補正を行うようにしてもよい。   Note that the control unit 79 may further perform correction based on the relationship between the concentration of the indicator gas contained in the first circulation gas and the concentration of the indicator gas contained in the second circulation gas.

[実施形態4]
図6は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図6に示す水素濃度計測装置100は、配管ユニット112と、変換手段14と、計測手段116と、制御手段118と、流量計36、38とを有する。ここで、水素濃度計測装置100は、計測ユニットが2つ設けられており、第1配管122、第2配管124のそれぞれに計測ユニットが配置されている。なお、変換手段14、流量計36、38とは、図1に示す変換手段14、流量計36、38と同様の構成であるので、説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. The hydrogen concentration measuring apparatus 100 shown in FIG. 6 includes a piping unit 112, a conversion unit 14, a measuring unit 116, a control unit 118, and flow meters 36 and 38. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 100 is provided with two measuring units, and the measuring units are arranged in each of the first pipe 122 and the second pipe 124. The conversion means 14 and the flow meters 36 and 38 have the same configuration as the conversion means 14 and the flow meters 36 and 38 shown in FIG.

配管ユニット112は、サンプリング配管20と、第1配管122と、第2配管124と、を有する。サンプリング配管20は、配管ユニット12の各部と同様の構成なので、説明は省略する。   The piping unit 112 includes a sampling piping 20, a first piping 122, and a second piping 124. Since the sampling pipe 20 has the same configuration as each part of the pipe unit 12, the description thereof is omitted.

第1配管122は、一方の端部がサンプリング配管20と接続され、他方の端部が計測手段116の第1計測ユニット130と接続されている。また、第1配管122には、管路内に後述する変換手段14が配置されている。また、第1配管122の変換手段14が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。   The first pipe 122 has one end connected to the sampling pipe 20 and the other end connected to the first measurement unit 130 of the measuring means 116. Moreover, the conversion means 14 mentioned later is arrange | positioned in the 1st piping 122 in the pipe line. Moreover, the area | region where the conversion means 14 of the 1st piping 122 is arrange | positioned has the diameter of the pipe line larger than another area | region.

第2配管124は、基本的に第1配管122と並列に形成された配管であり、一方の端部がサンプリング配管20と接続され、他方の端部が計測手段116の第2計測ユニット132と接続されている。また、第2配管124には、管路内に後述する変換手段14が配置されていない。このように、配管ユニット112は、第1配管122の他方の端部と第2配管124の他方の端部とを接続する三方弁が設けられておらず、別々の計測ユニットに接続されている。   The second pipe 124 is basically a pipe formed in parallel with the first pipe 122, one end is connected to the sampling pipe 20, and the other end is connected to the second measurement unit 132 of the measuring means 116. It is connected. Further, the second piping 124 is not provided with a conversion means 14 to be described later in the pipeline. Thus, the piping unit 112 is not provided with a three-way valve that connects the other end of the first piping 122 and the other end of the second piping 124, and is connected to separate measurement units. .

計測手段116は、第1計測ユニット130と、第2計測ユニット132と、計測手段本体134とを有する。第1計測ユニット130は、第1配管122の他方の端部に接続されており、第1配管122を流れた流通ガス、つまり、変換手段14を通過した流通ガス(第1流通ガス)が供給される。なお、第1計測ユニット130の各部の構成は、上述した計測ユニット42と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The measuring unit 116 includes a first measuring unit 130, a second measuring unit 132, and a measuring unit main body 134. The first measurement unit 130 is connected to the other end of the first pipe 122 and supplied with a flow gas flowing through the first pipe 122, that is, a flow gas (first flow gas) that has passed through the conversion means 14. Is done. In addition, since the structure of each part of the 1st measurement unit 130 is the same as that of the measurement unit 42 mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.

第2計測ユニット132は、第2配管124の他方の端部に接続されており、第2配管124を流れた流通ガス、つまり、変換手段14を通過していない流通ガス(第2流通ガス)が供給される。なお、第2計測ユニット132の各部の構成も、上述した計測ユニット42と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The second measurement unit 132 is connected to the other end of the second pipe 124, and the flow gas flowing through the second pipe 124, that is, the flow gas not passing through the conversion means 14 (second flow gas). Is supplied. In addition, since the structure of each part of the 2nd measurement unit 132 is the same as that of the measurement unit 42 mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.

計測手段本体134は、第1計測ユニット130、第2計測ユニット132の2つの計測ユニットにレーザ光を出力し、2つの計測ユニットから受光信号を受光する以外は、基本的に計測手段本体44と同様の構成である。なお計測手段本体134は、2つの発光部を設け、それぞれの計測ユニットにレーザ光を出力するようにしてもよいが、1つの発光部から出力したレーザ光を2つに分波し、それぞれの計測ユニットにレーザ光を出力することが好ましい。発光部を1つにすることで、2つの計測ユニットに入射するレーザ光の波長を同じにすることができ、計測精度をより高くすることができる。   The measurement means main body 134 is basically the same as the measurement means main body 44 except that laser light is output to the two measurement units of the first measurement unit 130 and the second measurement unit 132 and light reception signals are received from the two measurement units. It is the same composition. The measurement means main body 134 may be provided with two light emitting units and output laser light to each measurement unit. However, the laser light output from one light emitting unit is divided into two, It is preferable to output a laser beam to the measurement unit. By using one light emitting unit, the wavelengths of the laser beams incident on the two measurement units can be made the same, and the measurement accuracy can be further increased.

計測手段本体134は、第1計測ユニット130に出力したレーザ光の強度、第1計測ユニット130から送られる受光信号に基づいて、第1流通ガスに含まれるHOの濃度を計測し、第2計測ユニット132に出力したレーザ光の強度、第2計測ユニット132から送られる受光信号に基づいて、第2流通ガスに含まれるHOの濃度を計測する。計測手段本体134は、計測結果を制御手段118に送る。 The measuring means main body 134 measures the concentration of H 2 O contained in the first flow gas based on the intensity of the laser beam output to the first measuring unit 130 and the received light signal sent from the first measuring unit 130, 2 Based on the intensity of the laser beam output to the measurement unit 132 and the light reception signal sent from the second measurement unit 132, the concentration of H 2 O contained in the second flow gas is measured. The measuring means main body 134 sends the measurement result to the control means 118.

制御手段118は、制御手段18と同様に、配管ユニット112、変換手段14、計測手段116の各部の動作を制御する。また、制御手段118は、計測手段116から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。   The control means 118 controls the operation of each part of the piping unit 112, the conversion means 14, and the measurement means 116, similarly to the control means 18. Further, the control means 118 measures (calculates) the concentration of hydrogen contained in the circulation gas based on the measurement result sent from the measurement means 116. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above.

水素濃度計測装置100は、以上のような構成により、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測することができる。また、上述した水素濃度計測装置10と同様に、計測手段として、いわゆるTDLAS方式の計測手段を用い、かつ、水素を酸化した酸化物の濃度(HO)を計測手段による計測対象とすることで、上述と同様の効果を得ることができる。 The hydrogen concentration measuring apparatus 100 can measure the concentration of hydrogen to be measured included in the circulation gas with the above configuration. Similarly to the hydrogen concentration measuring apparatus 10 described above, a so-called TDLAS type measuring unit is used as a measuring unit, and the concentration (H 2 O) of oxide obtained by oxidizing hydrogen is measured by the measuring unit. Thus, the same effect as described above can be obtained.

水素濃度計測装置100は、第1計測ユニット130、第2計測ユニット132の2つの計測ユニットを設けることで、第1流通ガスと第2流通ガスとを別々に計測することができる。これにより、第1流通ガスに含まれるHOの濃度と、第2流通ガスに含まれるHOの濃度とを同時に計測することができる。これにより、流路の切り替えが必要なくなり、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度をより連続的に計測することができる。また、流路を切り替えることなく、計測ができるため、計測の応答性もより高くすることができる。 The hydrogen concentration measuring apparatus 100 can measure the first flow gas and the second flow gas separately by providing the two measurement units of the first measurement unit 130 and the second measurement unit 132. This makes it possible to measure the concentration of H 2 O contained in the first flowing gas, and a concentration of H 2 O contained in the second circulation gas simultaneously. Thereby, it becomes unnecessary to switch the flow path, and the concentration of hydrogen to be measured contained in the circulation gas can be measured more continuously. Moreover, since measurement can be performed without switching the flow path, the responsiveness of measurement can be further increased.

また、上述と同様にして、流量計36と、流量計38との計測結果に基づいて、水素の濃度を補正するようにしても良い。また、流量計に代えて、上述して、指標ガス供給手段等を用いても良い。なお、この点は、下記の実施形態でも同様である。なお、指標ガスは、その形態に応じて、用いることができる物質が異なる場合もある。   In the same manner as described above, the hydrogen concentration may be corrected based on the measurement results of the flow meter 36 and the flow meter 38. Further, instead of the flow meter, an indicator gas supply means or the like may be used as described above. This point is the same in the following embodiments. In addition, the substance which can be used for indicator gas may differ according to the form.

[実施形態5]
図7は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図7に示す水素濃度計測装置200は、配管ユニット212と、変換手段14と、計測手段216と、制御手段218と、流量計224、226を有する。ここで、水素濃度計測装置200は、配管ユニットが1本の配管で設けられており、計測ユニットが2つ設けられている。なお、変換手段14は、図1に示す変換手段14と同様の構成であるので、説明を省略する。
[Embodiment 5]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. The hydrogen concentration measuring apparatus 200 shown in FIG. 7 includes a piping unit 212, conversion means 14, measuring means 216, control means 218, and flow meters 224 and 226. Here, in the hydrogen concentration measuring apparatus 200, the piping unit is provided by one piping, and two measuring units are provided. The conversion unit 14 has the same configuration as the conversion unit 14 shown in FIG.

配管ユニット212は、サンプリング配管220と、配管222と、流量計224とを有する。サンプリング配管220は、計測対象配管8と接続し、計測対象配管8を流れる流通ガスの一部を捕集する配管であり、一方の端部が計測対象配管8の内部に配置されており、他方の端部が計測手段216の上流側計測ユニット230と連結されている。   The piping unit 212 includes a sampling piping 220, a piping 222, and a flow meter 224. The sampling pipe 220 is a pipe that is connected to the measurement target pipe 8 and collects a part of the circulating gas flowing through the measurement target pipe 8, and has one end disposed inside the measurement target pipe 8 and the other side. Is connected to the upstream measuring unit 230 of the measuring means 216.

配管222は、一方の端部が上流側計測ユニット230と接続され、他方の端部が計測手段216の下流側計測ユニット232と接続されている。また、配管222には、管路内に後述する変換手段14が配置されている。また、配管222の変換手段14が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。   One end of the pipe 222 is connected to the upstream measurement unit 230, and the other end is connected to the downstream measurement unit 232 of the measurement unit 216. The piping 222 is provided with a conversion means 14 to be described later in the pipeline. Moreover, the area | region where the conversion means 14 of the piping 222 is arrange | positioned has the diameter of the pipe line larger than another area | region.

計測手段216は、上流側計測ユニット230と、下流側計測ユニット232と、計測手段本体234とを有する。上流側計測ユニット230は、上流側の端部が、サンプリング配管220の他方の端部と連結され、下流側の端部が、配管222の一方の端部(上流側の端部)とに連結されており、サンプリング配管220を流れ、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)が供給される。なお、上流側計測ユニット230は、上述した計測ユニット42と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The measurement unit 216 includes an upstream measurement unit 230, a downstream measurement unit 232, and a measurement unit main body 234. The upstream measurement unit 230 has an upstream end connected to the other end of the sampling pipe 220 and a downstream end connected to one end (upstream end) of the pipe 222. The flow gas (second flow gas) before flowing through the sampling pipe 220 and passing through the conversion means 14 is supplied. The upstream measurement unit 230 is the same as the measurement unit 42 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

下流側計測ユニット232は、上流側の端部が、配管222の一方の端部(下流側の端部)と連結され、下流側の端部が、さらに下流側の配管(排気配管等)とに連結されており、配管222を流れ、変換手段14を通過した流通ガス(第1流通ガス)が供給される。なお、下流側計測ユニット232も、上述した計測ユニット42と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The downstream measurement unit 232 has an upstream end connected to one end (downstream end) of the pipe 222, and a downstream end connected to a further downstream pipe (exhaust pipe or the like). The flow gas (first flow gas) that has flowed through the pipe 222 and passed through the conversion means 14 is supplied. The downstream measurement unit 232 is also the same as the measurement unit 42 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

計測手段本体234は、上流側計測ユニット230、下流側計測ユニット232の2つの計測ユニットにレーザ光を出力し、2つの計測ユニットから受光信号を受光する以外は、基本的に計測手段本体44と同様の構成である。つまり、計測手段本体134と同様の構成である。   The measurement means main body 234 is basically the same as the measurement means main body 44 except that laser light is output to the two measurement units of the upstream measurement unit 230 and the downstream measurement unit 232 and light reception signals are received from the two measurement units. It is the same composition. That is, the configuration is the same as that of the measuring means main body 134.

計測手段本体234は、下流側計測ユニット232に出力したレーザ光の強度、下流側計測ユニット232から送られる受光信号に基づいて、第1流通ガスに含まれるHOの濃度を計測し、上流側計測ユニット230に出力したレーザ光の強度、上流側計測ユニット230から送られる受光信号に基づいて、第2流通ガスに含まれるHOの濃度を計測する。計測手段本体234は、計測結果を制御手段218に送る。 The measuring means main body 234 measures the concentration of H 2 O contained in the first flow gas based on the intensity of the laser light output to the downstream measuring unit 232 and the received light signal sent from the downstream measuring unit 232, and Based on the intensity of the laser light output to the side measurement unit 230 and the light reception signal sent from the upstream side measurement unit 230, the concentration of H 2 O contained in the second flow gas is measured. The measuring means main body 234 sends the measurement result to the control means 218.

また、流量計224は、サンプリング配管220の経路上に配置され、サンプリング配管220を流れる流通ガスの流量、つまり、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)の流量を計測する。また、流量計226は、配管222の変換手段14と、下流側計測ユニット232との間に配置され、変換手段14を通過した後の流通ガス(第1流通ガス)の流量を計測する。   The flow meter 224 is arranged on the path of the sampling pipe 220 and measures the flow rate of the flow gas flowing through the sampling pipe 220, that is, the flow rate of the flow gas (second flow gas) before passing through the conversion means 14. . The flow meter 226 is disposed between the conversion unit 14 of the pipe 222 and the downstream measurement unit 232, and measures the flow rate of the flow gas (first flow gas) after passing through the conversion unit 14.

制御手段218は、制御手段18と同様に、配管ユニット212、変換手段14、計測手段216の各部の動作を制御する。また、制御手段218は、計測手段216から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。   The control unit 218 controls the operation of each part of the piping unit 212, the conversion unit 14, and the measurement unit 216, similarly to the control unit 18. Further, the control unit 218 measures (calculates) the concentration of hydrogen to be measured included in the flow gas based on the measurement result sent from the measurement unit 216. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above.

水素濃度計測装置200は、以上のような構成により、酸化触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニットを設けることでも、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測することができる。また、上述した水素濃度計測装置10と同様に、計測手段として、いわゆるTDLAS方式の計測手段を用い、かつ、測定対象の水素を酸化した酸化物を用いることで、上述と同様の効果をえることができる。   The hydrogen concentration measuring apparatus 200 can be configured to measure the hydrogen to be measured contained in the circulation gas by providing measurement units on the upstream side and the downstream side of the region where the oxidation catalyst is arranged. Concentration can be measured. Further, similarly to the hydrogen concentration measuring apparatus 10 described above, the same effect as described above can be obtained by using a so-called TDLAS type measuring means as the measuring means and using an oxide obtained by oxidizing the hydrogen to be measured. Can do.

水素濃度計測装置200は、酸化触媒が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニット230、232の2つの計測ユニットを設けることで、流通ガスを案内する配管を2つに分離することなく、第1流通ガスと第2流通ガスとを別々に計測することができる。また、この場合も、第1流通ガスに含まれるHOの濃度と、第2流通ガスに含まれるHOの濃度とを同時に計測することができる。これにより、流路の切り替えが必要なくなり、流通ガスの水素濃度(流通ガスに含まれる水素の濃度)をより連続的に計測することができる。また、流路を切り替えることなく、計測ができるため、計測の応答性もより高くすることができる。また、計測対象のガスを同じ流通ガスとすることができる。つまり、上流側計測ユニット230で計測した流通ガスを酸化させた後、下流側計測ユニット232で計測することができる。また、流量計224と流量計226により、変換手段14の通過前の流通ガス(第2流通ガス)と、変換手段14の通過後の流通ガス(第1流通ガス)とのモル数のバランスの変化を検出することができる。これにより、算出したモル数から流通ガスの水素濃度の算出値を補正することができ、より正確な水素濃度を計測することができる。 The hydrogen concentration measuring device 200 is provided with two measuring units 230 and 232 on the upstream side and the downstream side of the region where the oxidation catalyst is arranged, thereby providing two pipes for guiding the circulation gas. The first flow gas and the second flow gas can be separately measured without separation. Also in this case, it is possible to measure the concentration of H 2 O contained in the first flowing gas, and a concentration of H 2 O contained in the second circulation gas simultaneously. Thereby, it becomes unnecessary to switch the flow path, and the hydrogen concentration of the flow gas (the concentration of hydrogen contained in the flow gas) can be measured more continuously. Moreover, since measurement can be performed without switching the flow path, the responsiveness of measurement can be further increased. Further, the gas to be measured can be the same circulating gas. That is, the downstream measurement unit 232 can measure the flow gas measured by the upstream measurement unit 230 after being oxidized. Further, the flow meter 224 and the flow meter 226 are used to balance the number of moles of the circulation gas (second circulation gas) before passing through the conversion means 14 and the circulation gas (first circulation gas) after passing through the conversion means 14. Changes can be detected. Thereby, the calculated value of the hydrogen concentration of the flowing gas can be corrected from the calculated number of moles, and a more accurate hydrogen concentration can be measured.

[実施形態6]
図8は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図8に示す水素濃度計測装置300は、配管ユニット312と、変換手段14と、計測手段316と、制御手段318と、流量計322、324と、を有する。ここで、水素濃度計測装置300は、配管ユニット312の構成と、計測ユニットの配置位置、構成を除いて、他の構成は水素濃度計測装置200と同様の構成である。また、変換手段14は、図1に示す変換手段14と同様の構成であるので、説明を省略する。
[Embodiment 6]
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. A hydrogen concentration measuring apparatus 300 shown in FIG. 8 includes a piping unit 312, a converting unit 14, a measuring unit 316, a control unit 318, and flow meters 322 and 324. Here, the hydrogen concentration measurement device 300 is the same as the hydrogen concentration measurement device 200 except for the configuration of the piping unit 312 and the arrangement position and configuration of the measurement unit. Moreover, since the conversion means 14 is the structure similar to the conversion means 14 shown in FIG. 1, description is abbreviate | omitted.

配管ユニット312は、サンプリング配管320と、流量計322とを有する。サンプリング配管320は、計測対象配管と接続し、計測対象配管8を流れる流通ガスの一部を捕集する配管であり、一方の端部が計測対象配管の内部に配置されており、他方の端部が下流の配管(排気配管)と連結されている。また、サンプリング配管320の経路上には、サンプリング配管320を流れる流通ガスの流量を計測する流量計322が配置されている。また、サンプリング配管320には、管路内に変換手段14が配置されている。また、サンプリング配管320の変換手段14が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。つまり、本実施形態の配管ユニットは、1本の配管で構成されている。   The piping unit 312 has a sampling piping 320 and a flow meter 322. The sampling pipe 320 is a pipe that is connected to the measurement target pipe and collects a part of the circulating gas flowing through the measurement target pipe 8, and has one end arranged inside the measurement target pipe and the other end. The portion is connected to a downstream pipe (exhaust pipe). A flow meter 322 for measuring the flow rate of the flowing gas flowing through the sampling pipe 320 is disposed on the path of the sampling pipe 320. In the sampling pipe 320, the conversion means 14 is disposed in the pipe line. Moreover, the area | region where the conversion means 14 of the sampling piping 320 is arrange | positioned has the diameter of the pipe line larger than another area | region. That is, the piping unit of the present embodiment is composed of a single pipe.

計測手段316は、上流側計測ユニット330と、下流側計測ユニット332と、計測手段本体334とを有する。上流側計測ユニット330は、サンプリング配管320の変換手段14の配置位置よりも上流側に設けられており、サンプリング配管320を流れ、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)のHOの濃度を計測する。なお、上流側計測ユニット330は、測定光であるレーザ光をサンプリング配管320内に入射させ、サンプリング配管320を通過したレーザ光を受光することで、ガス濃度を計測する。 The measurement unit 316 includes an upstream measurement unit 330, a downstream measurement unit 332, and a measurement unit main body 334. The upstream measurement unit 330 is provided on the upstream side of the arrangement position of the conversion means 14 of the sampling pipe 320, and flows through the sampling pipe 320 and passes through the conversion means 14 (second flow gas) before passing through the conversion means 14. The concentration of H 2 O is measured. The upstream measurement unit 330 measures the gas concentration by causing the laser light, which is measurement light, to enter the sampling pipe 320 and receiving the laser light that has passed through the sampling pipe 320.

上流側計測ユニット330は、入射管342aと、出射管344aと、窓346a、348aと、光ファイバ350aと、入光部352aと、受光部354aを有する。   The upstream measurement unit 330 includes an incident tube 342a, an output tube 344a, windows 346a and 348a, an optical fiber 350a, a light incident portion 352a, and a light receiving portion 354a.

入射管342aは、管状部材であり、一方の端部がサンプリング配管320に連結されている。また、サンプリング配管320は、入射管342aとの連結部が、入射管342aの開口(端部の開口)と略同一形状の開口となっている。つまり、入射管342aは、サンプリング配管320と、空気の流通が可能な状態で連結されている。また、入射管342aの他方の端部には、窓346aが設けられており、窓346aにより封止されている。なお、窓346aは、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、入射管342aは、窓346aが設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。   The incident tube 342a is a tubular member, and one end thereof is connected to the sampling pipe 320. Further, in the sampling pipe 320, the connection portion with the incident tube 342a is an opening having substantially the same shape as the opening (end opening) of the incident tube 342a. That is, the incident tube 342a is connected to the sampling pipe 320 in a state where air can flow. A window 346a is provided at the other end of the incident tube 342a and is sealed by the window 346a. The window 346a is made of a light transmitting member such as transparent glass or resin. As a result, the incident tube 342a is in a state in which the end portion where the window 346a is provided is in a state in which no air flows and light can pass therethrough.

入射管342aは、図8に示すように、窓346a側の端部の開口(つまり、窓346aにより塞がれている開口)の面積と、サンプリング配管320側の端部(つまり、サンプリング配管320と連結している部分の開口)の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、入射管342aの形状は円筒形状に限定されず、空気及び光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。   As shown in FIG. 8, the incident tube 342a has an area of an opening at the end of the window 346a (that is, an opening closed by the window 346a) and an end of the sampling pipe 320 (that is, the sampling pipe 320). And the area of the opening of the portion connected to the cylindrical shape is substantially the same. Note that the shape of the incident tube 342a is not limited to a cylindrical shape, and may be any cylindrical shape as long as it allows air and light to pass therethrough. For example, the cross section may be a square, a polygon, an ellipse, or an asymmetric curved surface. Moreover, the shape of the cross section of a cylindrical shape and the shape from which a diameter changes with positions may be sufficient.

出射管344aは、入射管342aと略同一形状の管状部材であり、一方の端部がサンプリング配管320に連結され、出射管344aの他方の端部には、窓348aが設けられている。出射管344aも、サンプリング配管320と空気が流通可能な状態で、窓348aが設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。また、出射管344aは、中心軸が入射管342aの中心軸と略同一となる位置に配置されている。つまり、入射管342aと出射管344aとは、サンプリング配管320の対向する位置に配置されている。   The exit tube 344a is a tubular member having substantially the same shape as the entrance tube 342a. One end of the exit tube 344a is connected to the sampling pipe 320, and a window 348a is provided at the other end of the exit tube 344a. The exit tube 344a is also in a state where air can flow through the sampling pipe 320, and an end portion where the window 348a is provided is in a state where air does not flow and light can pass therethrough. In addition, the exit tube 344a is disposed at a position where the central axis is substantially the same as the central axis of the incident tube 342a. That is, the entrance tube 342a and the exit tube 344a are disposed at positions where the sampling tube 320 is opposed to each other.

また、出射管344aも、窓348a側の端部の開口(つまり、窓348aにより塞がれている開口)の面積と、サンプリング配管320側の端部(つまり、サンプリング配管320と連結している部分の開口)の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、出射管344aも形状は円筒形状に限定されず、空気及び光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。   The exit tube 344a is also connected to the area of the opening at the end on the window 348a side (that is, the opening closed by the window 348a) and the end on the sampling pipe 320 side (that is, the sampling pipe 320). The area of the partial opening) is substantially the same cylindrical shape. Note that the shape of the emission tube 344a is not limited to a cylindrical shape, and may be any shape as long as it has a cylindrical shape that allows air and light to pass therethrough. For example, the cross section may be a square, a polygon, an ellipse, or an asymmetric curved surface. Moreover, the shape of the cross section of a cylindrical shape and the shape from which a diameter changes with positions may be sufficient.

次に、光ファイバ350aは、計測手段本体334から出力されるレーザ光を入光部352aに案内する。つまり、計測手段本体334から出力されたレーザ光を入光部352aに入射させる。入光部352aは、窓346aに配置された光学系(ミラー、レンズ等)であり、光ファイバ350aにより案内されたレーザ光を窓346aから入射管342aの内部に入射させる。入射管342aに入射したレーザ光は、入射管342aからサンプリング配管320を通過して、出射管344aに到達する。   Next, the optical fiber 350a guides the laser beam output from the measuring means main body 334 to the light incident portion 352a. That is, the laser beam output from the measuring means main body 334 is incident on the light incident portion 352a. The light incident part 352a is an optical system (mirror, lens, etc.) disposed in the window 346a, and makes the laser light guided by the optical fiber 350a enter the inside of the incident tube 342a from the window 346a. The laser light incident on the incident tube 342a passes through the sampling pipe 320 from the incident tube 342a and reaches the output tube 344a.

受光部354aは、サンプリング配管320の内部を通過し、窓348aから出力されたレーザ光を受光する受光部である。受光部354aは、受光したレーザ光の強度を受光信号として、計測手段本体334に送る。   The light receiving unit 354a is a light receiving unit that receives the laser light that passes through the sampling pipe 320 and is output from the window 348a. The light receiving unit 354a sends the intensity of the received laser light as a light reception signal to the measuring means main body 334.

上流側計測ユニット330は、計測手段本体334から光ファイバ350aに供給されるレーザ光を、入光部352a、窓346a、入射管342a、サンプリング配管320、出射管344a、窓348aを通過して、受光部354aに入射する。これにより、上流側計測ユニット330は、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)が流れている領域を通過させたレーザ光の出力を検出することができる。これにより、上流側計測ユニット330は、上流側計測ユニット230と同様に、第2計測値を計測することができる。   The upstream side measurement unit 330 passes the laser light supplied from the measurement means main body 334 to the optical fiber 350a through the light incident part 352a, the window 346a, the incident pipe 342a, the sampling pipe 320, the output pipe 344a, and the window 348a. It enters the light receiving part 354a. Thereby, the upstream measurement unit 330 can detect the output of the laser beam that has passed through the region where the flow gas (second flow gas) before passing through the conversion means 14 flows. Thereby, the upstream side measurement unit 330 can measure the second measurement value in the same manner as the upstream side measurement unit 230.

下流側計測ユニット332は、サンプリング配管320の変換手段14の配置位置よりも下流側に設けられており、サンプリング配管320を流れ、変換手段14を通過した後の流通ガス(第1流通ガス)のHOの濃度を計測する。なお、下流側計測ユニット332も、測定光であるレーザ光をサンプリング配管320内に入射させ、サンプリング配管320を通過したレーザ光を受光することで、ガス濃度を計測する。下流側計測ユニット332は、入射管342bと、出射管344bと、窓346b、348bと、光ファイバ350bと、入光部352bと、受光部354bを有する。なお、下流側計測ユニット332は、計測ユニットの配置位置を除いて、基本的構成は、上流側計測ユニット330と同様であるので説明を省略する。 The downstream side measurement unit 332 is provided on the downstream side of the arrangement position of the conversion means 14 of the sampling pipe 320, and flows through the sampling pipe 320 and passes through the conversion means 14 (first flow gas). The concentration of H 2 O is measured. The downstream measurement unit 332 also measures the gas concentration by causing the laser light, which is measurement light, to enter the sampling pipe 320 and receiving the laser light that has passed through the sampling pipe 320. The downstream measurement unit 332 includes an incident tube 342b, an emission tube 344b, windows 346b and 348b, an optical fiber 350b, a light incident portion 352b, and a light receiving portion 354b. The downstream measurement unit 332 is the same as the upstream measurement unit 330 except for the arrangement position of the measurement unit, and the description thereof will be omitted.

下流側計測ユニット332は、計測手段本体334から光ファイバ350bに供給されるレーザ光を、入射部352b、窓346b、入射管342b、サンプリング配管320、出射管344b、窓348bを通過して、受光部354bに入射する。これにより、下流側計測ユニット332は、変換手段14を通過した流通ガス(第1流通ガス)が流れている領域を通過させたレーザ光の出力を検出することができる。これにより、上流側計測ユニット330は、下流側計測ユニット232と同様に、第1計測値を計測することができる。   The downstream measurement unit 332 receives the laser light supplied from the measurement means main body 334 to the optical fiber 350b through the incident portion 352b, the window 346b, the incident tube 342b, the sampling pipe 320, the emission pipe 344b, and the window 348b. Incident on the portion 354b. As a result, the downstream measurement unit 332 can detect the output of the laser beam that has passed through the region where the flow gas (first flow gas) that has passed through the conversion means 14 flows. As a result, the upstream measurement unit 330 can measure the first measurement value in the same manner as the downstream measurement unit 232.

計測手段本体334は、上流側計測ユニット330、下流側計測ユニット332の2つの計測ユニットにレーザ光を出力し、2つの計測ユニットから受光信号を受光する以外は、基本的に計測手段本体44と同様の構成である。つまり、計測手段本体234と同様の構成である。   The measurement means main body 334 is basically the same as the measurement means main body 44 except that laser light is output to the two measurement units of the upstream measurement unit 330 and the downstream measurement unit 332 and a light reception signal is received from the two measurement units. It is the same composition. That is, the configuration is the same as that of the measuring means main body 234.

計測手段本体334は、下流側計測ユニット332に出力したレーザ光の強度、下流側計測ユニット332から送られる受光信号に基づいて、第1流通ガスに含まれるHOの濃度を計測し、上流側計測ユニット330に出力したレーザ光の強度、上流側計測ユニット330から送られる受光信号に基づいて、第2流通ガスに含まれるHOの濃度を計測する。計測手段本体334は、計測結果を制御手段318に送る。 The measuring means main body 334 measures the concentration of H 2 O contained in the first flow gas based on the intensity of the laser beam output to the downstream measuring unit 332 and the light reception signal sent from the downstream measuring unit 332, and upstream Based on the intensity of the laser beam output to the side measurement unit 330 and the light reception signal sent from the upstream side measurement unit 330, the concentration of H 2 O contained in the second flow gas is measured. The measuring means main body 334 sends the measurement result to the control means 318.

また、流量計322は、サンプリング配管320の経路上において、上流側計測ユニット330と変換手段14との間に配置され、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)の流量を計測する。また、流量計324は、サンプリング配管320の経路上において変換手段14と下流側計測ユニット332との間に配置され、変換手段14を通過した後の流通ガス(第1流通ガス)の流量を計測する。流量計332と流量計324は、流量の計測結果を制御手段318に送る。   Further, the flow meter 322 is disposed between the upstream measurement unit 330 and the conversion means 14 on the path of the sampling pipe 320, and the flow rate of the flow gas (second flow gas) before passing through the conversion means 14 is measured. measure. The flow meter 324 is disposed between the conversion unit 14 and the downstream measurement unit 332 on the path of the sampling pipe 320, and measures the flow rate of the flow gas (first flow gas) after passing through the conversion unit 14. To do. The flow meter 332 and the flow meter 324 send the flow rate measurement result to the control means 318.

制御手段318は、制御手段18と同様に、配管ユニット312、変換手段14、計測手段316、流量計322、324の各部の動作を制御する。また、制御手段318は、計測手段316から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度(流通ガスの水素濃度)を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。   Similar to the control means 18, the control means 318 controls the operation of each part of the piping unit 312, the conversion means 14, the measurement means 316, and the flow meters 322 and 324. Further, the control means 318 measures (calculates) the concentration of hydrogen contained in the circulation gas (hydrogen concentration of the circulation gas) based on the measurement result sent from the measurement means 316. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above.

水素濃度計測装置300は、以上のような構成により、変換手段14(酸化触媒39)が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニットを設けることでも、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測することができる。また、上述した水素濃度計測装置10と同様に、計測手段として、いわゆるTDLAS方式の計測手段を用い、かつ、流通ガス中のHOの濃度を計測手段により計測することで、上述と同様の効果を得ることができる。また、水素濃度計測装置300も、流量計322、324での計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる水素の濃度の算出値を補正することができ、より高い精度で算出することができる。 The hydrogen concentration measuring apparatus 300 can be included in the circulation gas by providing the measurement units on the upstream side and the downstream side of the region where the conversion means 14 (oxidation catalyst 39) is arranged, as described above. The concentration of hydrogen to be measured can be measured. Similarly to the hydrogen concentration measuring apparatus 10 described above, a so-called TDLAS type measuring means is used as the measuring means, and the concentration of H 2 O in the circulating gas is measured by the measuring means. An effect can be obtained. Also, the hydrogen concentration measuring apparatus 300 can correct the calculated value of the concentration of hydrogen contained in the flow gas based on the measurement results of the flow meters 322 and 324, and can calculate with higher accuracy.

また、水素濃度計測装置300も、酸化触媒39が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニット330、332の2つの計測ユニットを設けることで、流通ガスを案内する配管を2つに分離することなく、第1流通ガスと第2流通ガスとを別々に計測することができる。また、この場合も、第1流通ガスに含まれるHOの濃度と、第2流通ガスに含まれるHOの濃度とを同時に計測することができる。これにより、流路の切り替えが必要なくなり、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度をより連続的に計測することができる。また、流路を切り替えることなく、計測ができるため、計測の応答性もより高くすることができる。また、計測対象のガスを同じ流通ガスとすることができる。つまり、上流側計測ユニット330で計測した流通ガスを酸化させた後、下流側計測ユニット332で計測することができる。 Further, the hydrogen concentration measuring device 300 is also provided with two measuring units 330 and 332 on the upstream side and the downstream side of the region where the oxidation catalyst 39 is arranged, so that the piping for guiding the circulating gas is provided. The first flow gas and the second flow gas can be measured separately without separating them into two. Also in this case, it is possible to measure the concentration of H 2 O contained in the first flowing gas, and a concentration of H 2 O contained in the second circulation gas simultaneously. Thereby, it becomes unnecessary to switch the flow path, and the concentration of hydrogen to be measured contained in the circulation gas can be measured more continuously. Moreover, since measurement can be performed without switching the flow path, the responsiveness of measurement can be further increased. Further, the gas to be measured can be the same circulating gas. That is, the downstream measurement unit 332 can measure the flow gas measured by the upstream measurement unit 330 after being oxidized.

さらに、水素濃度計測装置300は、サンプリング配管320を流れる流通ガスを直接計測することができる。これにより、計測セルを設けることなく、サンプリング配管320に開口を形成するのみで設置することができる。また、上記実施形態では、サンプリング配管320を設けた場合として説明したが、これに限定されず、計測対象配管に直接接地することもできる。計測対象配管に直接設ける場合でも、専用の計測セルが必要ないため、計測対象配管を流れる流通ガスの流量、流速を変化させずに、計測することができる。   Furthermore, the hydrogen concentration measuring apparatus 300 can directly measure the flow gas flowing through the sampling pipe 320. Thereby, it can install only by forming opening in the sampling piping 320, without providing a measurement cell. Moreover, although the said embodiment demonstrated as the case where the sampling piping 320 was provided, it is not limited to this, It can also be earth | grounded directly to measurement object piping. Even when the measurement target pipe is directly provided, since a dedicated measurement cell is not required, measurement can be performed without changing the flow rate and flow velocity of the flowing gas flowing through the measurement target pipe.

また、上記実施形態では、入射管と出射管を同軸上に設けたがこれには限定されない。例えば、サンプリング配管内に光学ミラーを設け、入射管の窓から入射されたレーザ光を測定セル内の光学ミラーで多重反射させた後、出射管の窓に到達させるようにしてもよい。このようにレーザ光を多重反射させることで、サンプリング配管内のより多くの領域を通過させることができる。これにより、サンプリング配管内を流れる流通ガスの濃度の分布(流通ガスの流量や密度のばらつき、流通ガス内の濃度分布のばらつき)の影響を小さくすることができ、正確に濃度を検出することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the incident tube and the output tube were provided coaxially, it is not limited to this. For example, an optical mirror may be provided in the sampling pipe, and the laser beam incident from the window of the incident tube may be multiple-reflected by the optical mirror in the measurement cell and then reach the window of the emission tube. In this manner, multiple reflections of the laser light can pass through more regions in the sampling pipe. As a result, the influence of the distribution of the distribution gas concentration flowing in the sampling pipe (variation in flow rate and density of the distribution gas, variation in concentration distribution in the distribution gas) can be reduced, and the concentration can be accurately detected. it can.

また、上記実施形態では、入射管と出射管をサンプリング配管に直接設けたが、サンプリング配管と同径の管に、入射管と出射管を設置し、その管をサンプリング配管の一部にはめ込むようにしても良い。つまり、サンプリング配管の一部を切断し、その切断部に入射管と出射管を設置した管をはめ込むようにしてもよい。   In the above embodiment, the incident tube and the output tube are directly provided in the sampling pipe. However, the incident tube and the output tube are installed in a tube having the same diameter as that of the sampling pipe, and the tube is inserted into a part of the sampling pipe. Anyway. That is, a part of the sampling pipe may be cut, and a pipe provided with an incident pipe and an outgoing pipe may be fitted into the cut portion.

[実施形態7]
図9は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、水素濃度計測装置400は、酸化剤供給手段450が設けられている点を除いて、他の構成は、基本的に水素濃度計測装置200と同様である。そこで、水素濃度計測装置200と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、水素濃度計測装置400に特有の点について説明する。ここで、図9に示す水素濃度計測装置400は、配管ユニット212と、変換手段14と、計測手段216と、流量計224、226と、制御手段418と、酸化剤供給手段450とを有する。配管ユニット212と、変換手段14と、計測手段216と、流量計224、226とは、図7に示す水素濃度計測装置200の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。
[Embodiment 7]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 400 is basically the same as the hydrogen concentration measuring apparatus 200 except for the point that the oxidant supply means 450 is provided. Therefore, the same components as those of the hydrogen concentration measuring apparatus 200 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and points unique to the hydrogen concentration measuring apparatus 400 will be described. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 400 shown in FIG. 9 includes a piping unit 212, a conversion unit 14, a measuring unit 216, flow meters 224 and 226, a control unit 418, and an oxidant supply unit 450. Since the piping unit 212, the conversion unit 14, the measurement unit 216, and the flow meters 224 and 226 have the same configuration as each unit of the hydrogen concentration measurement apparatus 200 shown in FIG.

酸化剤供給手段450は、流通ガスの流れ方向において、配管222の上流側計測ユニット230よりも下流側で、かつ、変換手段14よりも上流側に配置されている。つまり、酸化剤供給手段450は、濃度の計測が終了し、酸化処理(水素と酸素を反応させ、HOにする処理)が行われる前の流通ガス(第2流通ガス)が流れている配管に接続されている。酸化剤供給手段450は、配管452と、酸化剤供給装置454と、流量計456とを有する。配管452は、一方の端部が、配管222の変換手段14よりも上流側に接続されており、他方の端部が、酸化剤供給装置454と接続されている。酸化剤供給装置454は、配管452を介して配管222に酸化剤(O、O等)を投入する装置である。酸化剤供給装置454は、酸化剤を貯留する貯留機構や、貯留している酸化剤を配管452に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、酸化剤を空気搬送する機構、例えば、ファン(送風機)を用いることができる。流量計456は、配管452を流れる空気の流量を計測する計測器であり、酸化剤供給装置454から配管222に投入される空気の量を計測し、計測結果を制御手段418に送る。 The oxidant supply unit 450 is disposed downstream of the upstream measurement unit 230 in the pipe 222 and upstream of the conversion unit 14 in the flow direction of the circulation gas. That is, in the oxidant supply means 450, the measurement of the concentration is finished, and the flow gas (second flow gas) before the oxidation process (the process of reacting hydrogen and oxygen to make H 2 O) is performed. Connected to piping. The oxidant supply unit 450 includes a pipe 452, an oxidant supply device 454, and a flow meter 456. One end of the pipe 452 is connected to the upstream side of the conversion means 14 of the pipe 222, and the other end is connected to the oxidant supply device 454. The oxidant supply device 454 is a device that inputs oxidant (O 2 , O 3, etc.) to the pipe 222 through the pipe 452. The oxidant supply device 454 has a storage mechanism that stores the oxidant and a charging mechanism that inputs the stored oxidant to the pipe 452. In addition, as an injection | throwing-in mechanism, the mechanism in which an oxidizing agent is conveyed by air, for example, a fan (blower) can be used. The flow meter 456 is a measuring instrument that measures the flow rate of air flowing through the pipe 452, measures the amount of air that is input from the oxidizer supply device 454 to the pipe 222, and sends the measurement result to the control means 418.

制御手段418は、配管ユニット212、変換手段14、計測手段216と、流量計224、226の各部の動作を制御する。また、制御手段418は、制御手段18と同様に、計測手段216から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。さらに、制御手段418は、酸化剤供給手段450から配管222に投入する酸化剤の量を制御する。   The control unit 418 controls the operation of each part of the piping unit 212, the conversion unit 14, the measurement unit 216, and the flow meters 224 and 226. Similarly to the control unit 18, the control unit 418 measures (calculates) the concentration of hydrogen to be measured included in the flow gas based on the measurement result sent from the measurement unit 216. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above. Further, the control means 418 controls the amount of oxidant that is introduced from the oxidant supply means 450 into the pipe 222.

水素濃度計測装置400は、以上のような構成により、酸化触媒39が配置されている領域よりも上流側と、下流側のそれぞれに計測ユニットを設けることでも、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測することができる。また、上述した水素濃度計測装置10と同様に、計測手段として、いわゆるTDLAS方式の計測手段を用い、かつ、測定対象の水素を酸化した酸化物をとすることで、上述と同様の効果を得ることができる。   The hydrogen concentration measuring apparatus 400 has the above-described configuration, and even if the measurement units are provided on the upstream side and the downstream side of the region where the oxidation catalyst 39 is disposed, Concentration can be measured. Similarly to the hydrogen concentration measuring apparatus 10 described above, the so-called TDLAS type measuring means is used as the measuring means, and an oxide obtained by oxidizing the hydrogen to be measured is used to obtain the same effect as described above. be able to.

また、水素濃度計測装置400は、変換手段14の上流側で流通ガスに、水素を酸化する(酸化反応する)酸化剤を投入することで、好適に水素を酸化物にすることができる。これにより、下流側計測ユニット232を通過する流通ガスに測定対象の水素の残存量をより少なくすることができ、測定対象の水素の濃度をより高い精度で算出することができる。また、流通ガス中に酸素が少ない場合も、酸化剤を投入することで、適切に反応を促進することができる。また、配管222に供給される酸化剤の流量を流量計456により検出できる。これにより、モル数の変化や、モル数バランスの変化、流量の変化を補正することができる。   Further, the hydrogen concentration measuring apparatus 400 can suitably convert hydrogen into an oxide by introducing an oxidant that oxidizes hydrogen (oxidizes) into the flow gas upstream of the conversion unit 14. As a result, the remaining amount of hydrogen to be measured in the flow gas passing through the downstream measurement unit 232 can be reduced, and the concentration of hydrogen to be measured can be calculated with higher accuracy. In addition, even when oxygen is low in the flow gas, the reaction can be appropriately promoted by introducing an oxidizing agent. In addition, the flow rate of the oxidant supplied to the pipe 222 can be detected by the flow meter 456. Thereby, the change of the number of moles, the change of the number of moles balance, and the change of the flow rate can be corrected.

[実施形態8]
図10は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図10に示す水素濃度計測装置500は、配管ユニット512と、変換手段14と、計測手段516と、制御手段518と、流量計522、524と、酸化剤供給手段550とを有する。
[Embodiment 8]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. A hydrogen concentration measuring apparatus 500 shown in FIG. 10 includes a piping unit 512, a conversion unit 14, a measuring unit 516, a control unit 518, flow meters 522 and 524, and an oxidant supply unit 550.

なお、本実施形態では、変換手段14の酸化触媒として、測定対象のガス酸化物を選択的に吸蔵し、酸化剤との反応を促進させて酸化物とする吸蔵型酸化触媒(SCR触媒)を用いることが好ましい。つまり、酸化剤が供給されることで、水素がHOになる反応を促進する触媒を用いることが好ましい。吸蔵型酸化触媒は、水素を飽和するまで吸蔵する。また、吸蔵型酸化触媒は、酸化剤が供給されると吸着させている水素と酸化剤との反応を促進させ、反応され酸化物として生成されるHOを流通ガスとともに下流側に流す。以下、実施形態8では、触媒として吸蔵型酸化触媒を用いた場合として説明する。 In the present embodiment, a storage type oxidation catalyst (SCR catalyst) that selectively stores a gas oxide to be measured and promotes a reaction with an oxidant to form an oxide as an oxidation catalyst of the conversion means 14. It is preferable to use it. That is, it is preferable to use a catalyst that promotes a reaction in which hydrogen becomes H 2 O by supplying an oxidizing agent. The storage-type oxidation catalyst stores hydrogen until it is saturated. Further, when the oxidant is supplied, the storage-type oxidation catalyst promotes the reaction between the adsorbed hydrogen and the oxidant, and causes H 2 O that is reacted and generated as an oxide to flow downstream along with the flow gas. Hereinafter, Embodiment 8 demonstrates as a case where a storage type oxidation catalyst is used as a catalyst.

配管ユニット512は、サンプリング配管520と、流量計558とを有する。サンプリング配管520は、計測対象配管8と接続し、計測対象配管8を流れる流通ガスの一部を捕集する配管であり、一方の端部が計測対象配管8の内部に配置されており、他方の端部が計測手段516の計測ユニット532と連結されている。また、サンプリング配管520には、管路内に変換手段14が配置されている。また、サンプリング配520の変換手段14が配置されている領域は、他の領域よりも管路の径が大きくなっている。つまり、本実施形態の配管ユニットは、1本の配管で構成されている。   The piping unit 512 includes a sampling piping 520 and a flow meter 558. The sampling pipe 520 is a pipe that is connected to the measurement target pipe 8 and collects a part of the circulating gas flowing through the measurement target pipe 8, and has one end disposed inside the measurement target pipe 8 and the other side. Is connected to the measuring unit 532 of the measuring means 516. In the sampling pipe 520, the conversion means 14 is disposed in the pipe. In the region where the conversion means 14 of the sampling arrangement 520 is arranged, the diameter of the pipe line is larger than the other regions. That is, the piping unit of the present embodiment is composed of a single pipe.

計測手段516は、計測ユニット532と、計測手段本体534とを有する。計測ユニット532は、上流側の端部が、サンプリング配管520の一方の端部(下流側の端部)と連結され、下流側の端部が、さらに下流側の配管(排気配管等)とに連結されている。計測ユニット532は、変換手段14を通過した流通ガスが供給される。   The measuring unit 516 includes a measuring unit 532 and a measuring unit main body 534. The measurement unit 532 has an upstream end connected to one end (downstream end) of the sampling pipe 520 and a downstream end connected to a further downstream pipe (exhaust pipe or the like). It is connected. The measurement unit 532 is supplied with the circulating gas that has passed through the conversion means 14.

計測手段本体534は、計測ユニット532にレーザ光を出力し、計測ユニット532から受光信号を受光して、HOの濃度を計測するものであり、基本的に計測手段本体44と同様の構成である。 The measuring means main body 534 outputs laser light to the measuring unit 532, receives a light reception signal from the measuring unit 532, and measures the concentration of H 2 O, and basically has the same configuration as the measuring means main body 44. It is.

酸化剤供給手段550は、流通ガスの流れ方向において、サンプリング配管520の変換手段14よりも上流側に配置されている。つまり、酸化剤供給手段550は、変換手段14に到達する前の流通ガスが流れている配管に接続されている。   The oxidant supply means 550 is disposed upstream of the conversion means 14 in the sampling pipe 520 in the flow direction of the circulating gas. That is, the oxidant supply unit 550 is connected to a pipe through which the circulating gas before reaching the conversion unit 14 flows.

酸化剤供給手段550は、配管552と、酸化剤供給装置554と、開閉弁556と、流量計558とを有する。配管552は、一方の端部が、サンプリング配管520の変換手段14よりも上流側に接続されており、他方の端部が、酸化剤供給装置554と接続されている。酸化剤供給装置554は、配管552を介してサンプリング配管520に酸化剤を投入する装置である。酸化剤供給装置554は、酸化剤を貯留する貯留機構や、貯留している酸化剤を配管552に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、酸化剤を空気搬送する機構、例えば、ファン(送風機)を用いることができる。開閉弁556は、酸化剤供給装置554から供給された酸化剤をサンプリング配管520に供給する状態と、供給しない状態とを切り替える弁である。開閉弁556は、制御手段518により開閉が制御される。流量計558は、配管552を流れる空気の流量を計測する計測器であり、酸化剤供給装置554からサンプリング配管520に投入される空気の量を計測し、計測結果を制御手段518に送る。   The oxidant supply unit 550 includes a pipe 552, an oxidant supply device 554, an on-off valve 556, and a flow meter 558. One end of the pipe 552 is connected to the upstream side of the conversion means 14 of the sampling pipe 520, and the other end is connected to the oxidant supply device 554. The oxidant supply device 554 is a device that inputs an oxidant to the sampling pipe 520 via the pipe 552. The oxidant supply device 554 has a storage mechanism that stores the oxidant and a charging mechanism that inputs the stored oxidant to the pipe 552. In addition, as an injection | throwing-in mechanism, the mechanism in which an oxidizing agent is conveyed by air, for example, a fan (blower) can be used. The on-off valve 556 is a valve that switches between a state where the oxidant supplied from the oxidant supply device 554 is supplied to the sampling pipe 520 and a state where it is not supplied. The opening / closing valve 556 is controlled to be opened / closed by the control means 518. The flow meter 558 is a measuring instrument that measures the flow rate of air flowing through the pipe 552, measures the amount of air that is input from the oxidizer supply device 554 to the sampling pipe 520, and sends the measurement result to the control means 518.

また、流量計558は、サンプリング配管520の経路上において、変換手段14及び酸化剤供給手段550よりも上流側に配置され、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)の流量を計測する。また、流量計524は、サンプリング配管520の経路上において変換手段14と計測ユニット532との間に配置され、変換手段14を通過した後の流通ガス(第1流通ガス)の流量を計測する。流量計522と流量計524は、流量の計測結果を制御手段518に送る。   The flow meter 558 is disposed on the upstream side of the conversion unit 14 and the oxidant supply unit 550 on the path of the sampling pipe 520, and the flow rate of the flow gas (second flow gas) before passing through the conversion unit 14. Measure. The flow meter 524 is disposed between the conversion unit 14 and the measurement unit 532 on the path of the sampling pipe 520, and measures the flow rate of the flow gas (first flow gas) after passing through the conversion unit 14. The flow meter 522 and the flow meter 524 send the flow rate measurement result to the control means 518.

制御手段518は、制御手段18と同様に、配管ユニット512、変換手段14、計測手段516、流量計522、524の各部の動作を制御する。また、制御手段518は、酸化剤供給手段550の開閉弁556の開閉を制御することで、変換手段14に酸化剤を供給し、変換手段14で酸化剤と測定対象の水素とを反応させ、水素を酸化させる(HOにする)第1の状態と、変換手段14に酸化剤を供給せず、変換手段14で水素を吸蔵させ、水素を変換手段14に溜める第2の状態とを切り替える。 Similar to the control means 18, the control means 518 controls the operation of each part of the piping unit 512, the conversion means 14, the measurement means 516, and the flow meters 522 and 524. Further, the control unit 518 controls the opening / closing of the on-off valve 556 of the oxidant supply unit 550 to supply the oxidant to the conversion unit 14, and the conversion unit 14 causes the oxidant to react with the hydrogen to be measured, A first state in which hydrogen is oxidized (set to H 2 O) and a second state in which hydrogen is stored in the conversion means 14 by storing the hydrogen in the conversion means 14 without supplying an oxidizing agent to the conversion means 14 Switch.

以下、図11−1及び図11−2を用いて具体的に説明する。ここで、図11−1及び図11−2は、水素濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。また、図11−1及び図11−2は、横軸をともに時間tとし、図11−1は、縦軸を開閉信号、図11−2は、縦軸をHO濃度とした。また、図11−1は、開信号を1、閉信号を0とした。また、図11−2のHO濃度は、変換手段14の下流側のHO濃度である。 This will be specifically described below with reference to FIGS. 11-1 and 11-2. Here, FIGS. 11A and 11B are explanatory diagrams for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. 11-1 and 11-2, the horizontal axis is time t, FIG. 11-1 is the open / close signal on the vertical axis, and FIG. 11-2 is the H 2 O concentration on the vertical axis. In FIG. 11A, the open signal is 1 and the close signal is 0. Also, H 2 O concentration in Figure 11-2 is a H 2 O concentration in the downstream side of the converter 14.

例えば、制御手段518は、図11−1に示すように閉信号を出力し開閉弁556を閉じた状態から、時刻tで開信号を出力し、開閉弁556を開状態とし、一定時間経過後の時刻tで再び閉信号を出力し開閉弁556を閉じた状態とする。これにより、時刻t以前は、変換手段14に酸化剤が供給されていない状態となり、時刻tから時刻tの間は、変換手段14に酸化剤が供給される状態となり、時刻t以降は、再び、変換手段14に酸化剤が供給されない状態となる。 For example, the control unit 518, from the closed-off valve 556 outputs the close signal as shown in Figure 11-1, and outputs an open signal at time t 1, the switch valve 556 to the open state, a certain period of time a closed-off valve 556 again outputs close signal at time t 2 later. Thus, before time t 1 , the oxidant is not supplied to the conversion means 14, and during time t 1 to time t 2 , the oxidant is supplied to the conversion means 14, and time t 2. Thereafter, the oxidant is not supplied to the conversion means 14 again.

これに対応して、変換手段14では、時刻t以前は、変換手段14で水素を吸蔵している状態となり、時刻tから時刻tの間は、変換手段14で水素を酸化している状態となり、時刻t以降は、再び、変換手段14で水素を吸蔵している状態となる。これにより、時刻t以前及び時刻t以降は、基本的に、酸化前から流通ガスに含まれるHO(共存ガス、捕集時から流通ガスに含まれるHO)のみが、変換手段14を通過した流通ガスに含まれ、時刻tから時刻tの間は、共存ガスに加え、変換手段14に吸蔵されている水素が酸化剤と反応し、生成されたHOも含まれる状態となる。これにより、図11−2に示すように、時刻t以前は、HOの濃度が低く(濃度X)、時刻tから時刻tの間は、HOの濃度が高くなり(濃度X)、時刻t以降は、再び、HOの濃度が低くなる(濃度X)。 Correspondingly, the conversion means 14, the time t 1 earlier, a state that absorbs hydrogen in the conversion means 14, while from time t 1 of time t 2, the by oxidizing hydrogen conversion means 14 a state where there, the time t 2 later, a state that again, absorb hydrogen at conversion unit 14. Thereby, before time t 1 and after time t 2 , basically only H 2 O contained in the flowing gas before oxidation (coexistence gas, H 2 O included in the flowing gas from the time of collection) is converted. Between the time t 1 and the time t 2 , the hydrogen stored in the conversion means 14 reacts with the oxidant in addition to the coexisting gas, and the produced H 2 O is also contained in the flowing gas that has passed through the means 14. It will be included. Thus, as shown in Figure 11-2, the time t 1 earlier, low concentration of H 2 O (concentration X 1), between time t 1 to time t 2, the higher the concentration of H 2 O (Concentration X 2 ) After time t 2 , the concentration of H 2 O again decreases (concentration X 1 ).

制御手段518は、図11−2の関係を用いて、共存ガスの濃度を計測し、さらに、酸化処理時に検出されるHOの濃度と、酸化処理前に水素を吸蔵していた時間との関係に基づいて、演算を行うことで(例えば、吸蔵していた時間と反応させた時間との合計で濃度を平均化することで)、流通ガスに含まれる水素に由来するHOの濃度を算出し、さらにその結果から、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測(算出)する。 The control means 518 uses the relationship of FIG. 11-2 to measure the concentration of the coexisting gas, and further, the concentration of H 2 O detected during the oxidation treatment, and the time during which the hydrogen was occluded before the oxidation treatment (For example, by averaging the concentration by the sum of the time of occlusion and the time of reaction), the calculation of H 2 O derived from hydrogen contained in the flow gas is performed. The concentration is calculated, and from the result, the concentration of hydrogen to be measured contained in the circulation gas is measured (calculated).

水素濃度計測装置500は、以上のような構成により、酸化触媒39として、水素を吸蔵する吸蔵型酸化触媒を用い、酸化剤の供給を調整することで、水素の吸蔵、酸化を繰り返すことでも、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測することができる。この場合も、上述した水素濃度計測装置10と同様に、計測手段として、いわゆるTDLAS方式の計測手段を用い、かつ、測定対象の水素を酸化した酸化物を用いることで、上述と同様の効果を得ることができる。   The hydrogen concentration measuring apparatus 500 is configured as described above, using a storage-type oxidation catalyst that stores hydrogen as the oxidation catalyst 39, and adjusting the supply of the oxidant to repeatedly store and oxidize hydrogen. The concentration of hydrogen to be measured contained in the flowing gas can be measured. In this case as well, the same effect as described above can be obtained by using a so-called TDLAS type measuring unit as the measuring unit and using an oxide obtained by oxidizing the hydrogen to be measured. Obtainable.

なお、本実施形態では、切り替えの時間が必要となるため、水素濃度計測装置10と同様に間欠的な計測となるが、1つの計測ユニットで濃度を計測することができる。   In addition, in this embodiment, since switching time is required, it becomes intermittent measurement similarly to the hydrogen concentration measuring apparatus 10, but concentration can be measured by one measurement unit.

なお、本実施形態の場合は、予め、飽和するために必要な水素の量を、例えば、濃度と流量と流通時間との関係で算出し、酸化剤供給時は、変換手段14の酸化触媒39の水素の飽和量、つまり、変換手段14の酸化触媒39に吸蔵された水素を酸化するために必要な酸化剤の最大量)の1から10倍の量をサンプリング配管520に供給することが好ましい。また、制御手段518は、変換手段14の酸化触媒39に吸蔵させる水素の量を、飽和吸蔵量の1/10以上1/2以下とすることが好ましい。変換手段14の酸化触媒39に吸蔵させる水素の量が上記範囲以下の状態で酸化処理を行うことで、水素の濃度を好適に算出することができる。   In the case of the present embodiment, the amount of hydrogen necessary for saturation is calculated in advance by, for example, the relationship between the concentration, the flow rate, and the circulation time, and at the time of supplying the oxidant, the oxidation catalyst 39 of the conversion means 14. It is preferable to supply the sampling pipe 520 with an amount of 1 to 10 times the saturation amount of hydrogen, that is, the maximum amount of oxidant necessary to oxidize the hydrogen stored in the oxidation catalyst 39 of the conversion means 14. . The control means 518 preferably sets the amount of hydrogen stored in the oxidation catalyst 39 of the conversion means 14 to 1/10 or more and 1/2 or less of the saturated storage amount. By performing the oxidation treatment in a state where the amount of hydrogen stored in the oxidation catalyst 39 of the conversion means 14 is not more than the above range, the hydrogen concentration can be suitably calculated.

また、実施形態8では、酸化触媒39として吸蔵型酸化触媒を用いた場合としたが、本発明はこれに限定されず、水素を吸蔵しない触媒を用いることもできる。この場合は、酸化剤が供給されていない場合は、流通ガスに含まれる水素もそのまま変換手段14を通過する。また、酸化剤の供給時は、酸化剤と混合された流通ガスに含まれる水素のみがHOに還元される。これにより、制御手段518は、各状態での検出時の値をそれぞれ第1計測値、第2計測値として、流通ガスの水素濃度を計測することができる。 In the eighth embodiment, a storage-type oxidation catalyst is used as the oxidation catalyst 39. However, the present invention is not limited to this, and a catalyst that does not store hydrogen can also be used. In this case, when the oxidizing agent is not supplied, the hydrogen contained in the circulation gas also passes through the conversion means 14 as it is. Further, when supplying the oxidizing agent, only hydrogen contained in the flow gas mixed with the oxidizing agent is reduced to H 2 O. Thereby, the control means 518 can measure the hydrogen concentration of the flow gas using the values at the time of detection in each state as the first measurement value and the second measurement value, respectively.

[実施形態9]
図12は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、水素濃度計測装置600は、変換手段614に水性逆シフト触媒650を設けている点を除いて、他の構成は、基本的に水素濃度計測装置200と同様である。そこで、水素濃度計測装置200と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、水素濃度計測装置600に特有の点について説明する。ここで、図12に示す水素濃度計測装置600は、配管ユニット212と、変換手段614と、計測手段216と、流量計224、226と、制御手段618と、を有する。配管ユニット212と、流量計224、226と、計測手段216とは、図7に示す水素濃度計測装置200の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。
[Embodiment 9]
FIG. 12 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 600 is basically the same as the hydrogen concentration measuring apparatus 200 except for the point that the aqueous reverse shift catalyst 650 is provided in the conversion means 614. Therefore, the same components as those of the hydrogen concentration measuring apparatus 200 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and points unique to the hydrogen concentration measuring apparatus 600 will be described. Here, the hydrogen concentration measurement apparatus 600 shown in FIG. 12 includes a piping unit 212, a conversion unit 614, a measurement unit 216, flow meters 224 and 226, and a control unit 618. Since the piping unit 212, the flow meters 224 and 226, and the measuring unit 216 have the same configuration as each unit of the hydrogen concentration measuring apparatus 200 shown in FIG.

変換手段614は、水性逆シフト触媒650を有する。水性逆シフト触媒650は、流通ガスの流れ方向において、配管222の上流側計測ユニット230よりも下流側で、かつ、下流側計測ユニット232よりも上流側に配置されている。水性逆シフト触媒650は、流通ガス中に含まれる水素(H)と二酸化炭素(CO)とを反応させて、一酸化炭素(CO)と水(HO)とを生成する。つまり、水性逆シフト触媒650は、水素を二酸化炭素により、(HO)に変換する。 The conversion means 614 has an aqueous reverse shift catalyst 650. The aqueous reverse shift catalyst 650 is disposed downstream of the upstream measurement unit 230 in the piping 222 and upstream of the downstream measurement unit 232 in the flow direction of the flow gas. The aqueous reverse shift catalyst 650 reacts hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) contained in the flow gas to generate carbon monoxide (CO) and water (H 2 O). That is, the aqueous reverse shift catalyst 650 converts hydrogen into (H 2 O) with carbon dioxide.

これにより、第2流通ガスは、水性逆シフト触媒650を通過し、第1流通ガスとなることで、図13に示すように流通ガスのモル比が変換する。ここで、図13は、水素濃度計測装置の動作を説明するための説明図である。具体的には、図13は、配管222における位置と、ガス濃度との関係を示すグラフであり、縦軸をガス濃度とし、横軸を位置とした。図13に示すように、サンプリングガスの状態、つまり、計測対象配管8から供給され水性逆シフト触媒650に到達する前の流通ガスは、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、水蒸気(HO、水)、水素(H)が一定の濃度で含まれている。この状態の流通ガスが水性逆シフト触媒650を通過すると、水素と二酸化炭素が反応し、一酸化炭素と水が生成される、つまり、「H+CO→HO+CO」の反応がおきる。流通ガスは、水性逆シフト触媒650内に存在する時間が長くなるほど、つまり、流通ガスの流れ方向において、下流側に移動するほど、上記反応が進んだ状態となる。これにより、図13に示すように、流通ガスは、下流側に移動するほど、水素と二酸化炭素の量が減少し、一酸化炭素と水が増加し、下流側計測セル232の入口では、水素の全量が水に変換されている状態となる。水性逆シフト触媒650は、このようにして、水素を水に変換する。 Thus, the second flow gas passes through the aqueous reverse shift catalyst 650 and becomes the first flow gas, whereby the molar ratio of the flow gas is converted as shown in FIG. Here, FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the operation of the hydrogen concentration measuring apparatus. Specifically, FIG. 13 is a graph showing the relationship between the position in the pipe 222 and the gas concentration, where the vertical axis is the gas concentration and the horizontal axis is the position. As shown in FIG. 13, the state of the sampling gas, that is, the circulating gas supplied from the measurement target pipe 8 and before reaching the aqueous reverse shift catalyst 650 is carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), water vapor. (H 2 O, water) and hydrogen (H 2 ) are contained at a constant concentration. When the flowing gas in this state passes through the aqueous reverse shift catalyst 650, hydrogen and carbon dioxide react to generate carbon monoxide and water, that is, a reaction of “H 2 + CO 2 → H 2 O + CO” occurs. The longer the time that the circulating gas is present in the aqueous reverse shift catalyst 650, that is, the more the flow gas moves downstream in the flow direction of the circulating gas, the more the reaction proceeds. Accordingly, as shown in FIG. 13, the amount of hydrogen and carbon dioxide decreases and the amount of carbon monoxide and water increases as the flow gas moves downstream, and at the inlet of the downstream measurement cell 232, hydrogen flows. The total amount of is converted to water. The aqueous reverse shift catalyst 650 thus converts hydrogen to water.

制御手段618は、配管ユニット212、変換手段614、計測手段216と、の各部の動作を制御する。また、制御手段618は、制御手段218と同様に、計測手段216から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。なお、制御手段618は水性逆シフト触媒650の温度等を制御する機構を備えている場合は、高い効率で水素を水に変換できるように温度を調整する。   The control unit 618 controls the operation of each part of the piping unit 212, the conversion unit 614, and the measurement unit 216. Similarly to the control unit 218, the control unit 618 measures (calculates) the concentration of hydrogen to be measured included in the flow gas based on the measurement result sent from the measurement unit 216. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above. In the case where the control unit 618 has a mechanism for controlling the temperature of the aqueous reverse shift catalyst 650 and the like, the temperature is adjusted so that hydrogen can be converted into water with high efficiency.

水素濃度計測装置600は、以上のような構成により、変換手段614に水性逆シフト触媒650を設けることでも、上述と同様の効果を得ることができる。また、水素濃度計測装置600は、含有する酸素が少ない流通ガスの水素濃度を計測する場合でも水素濃度を計測することができる。また、水素雰囲気中に酸素を投入することなく、水に変換できるため、より安全に水素を水に変換することができる。   The hydrogen concentration measuring apparatus 600 can obtain the same effect as described above by providing the conversion means 614 with the aqueous reverse shift catalyst 650 with the above-described configuration. Further, the hydrogen concentration measuring device 600 can measure the hydrogen concentration even when measuring the hydrogen concentration of the circulating gas containing less oxygen. Further, since it can be converted into water without introducing oxygen into the hydrogen atmosphere, hydrogen can be converted into water more safely.

また、水素濃度計測装置600は、さらに、図9の場合と同様に、変換手段614よりも上流側に、流通ガスと反応する物質を供給するようにしても良い。つまり、配管222にCOを供給する装置を設けてもよい。 Further, the hydrogen concentration measuring apparatus 600 may further supply a substance that reacts with the flow gas upstream of the conversion unit 614, as in the case of FIG. That is, a device for supplying CO 2 to the pipe 222 may be provided.

[実施形態10]
図14は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図14に示す水素濃度計測装置700は、配管ユニット512と、変換手段614と、計測手段516と、制御手段718と、流量計522、524と、CO供給手段750と、を有する。なお、図14に示す水素濃度計測装置700は、水素濃度計測装置500の水素濃度の計測方法と、水素濃度計測装置600の変換手段とを組み合わせた装置である。つまり、水素濃度計測装置500の変換手段を、水性逆シフト触媒に変え、酸化剤供給手段をCO供給手段に変えたものである。なお、配管ユニット512と、計測手段516と、流量計522、524とは、水素濃度計測装置500の各手段と同様であり、変換手段614は、水素濃度計測装置600の変換手段と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施形態の場合は、水性逆シフト触媒650を吸蔵型触媒とすることが好ましいが、上述したように、吸蔵しない触媒としてもよい。
[Embodiment 10]
FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. 14 includes a piping unit 512, a conversion unit 614, a measurement unit 516, a control unit 718, flow meters 522 and 524, and a CO 2 supply unit 750. 14 is a device that combines the hydrogen concentration measurement method of the hydrogen concentration measurement device 500 and the conversion means of the hydrogen concentration measurement device 600. That is, the conversion means of the hydrogen concentration measuring device 500 is changed to an aqueous reverse shift catalyst, and the oxidant supply means is changed to a CO 2 supply means. The piping unit 512, the measuring unit 516, and the flow meters 522 and 524 are the same as the respective units of the hydrogen concentration measuring device 500, and the converting unit 614 is the same as the converting unit of the hydrogen concentration measuring device 600. Therefore, explanation is omitted. In the present embodiment, the aqueous reverse shift catalyst 650 is preferably an occlusion type catalyst. However, as described above, the catalyst may not be occluded.

CO供給手段750は、流通ガスの流れ方向において、サンプリング配管520の変換手段614よりも上流側に配置されている。つまり、CO供給手段750は、変換手段614に到達する前の流通ガスが流れている配管に接続されている。 The CO 2 supply means 750 is disposed upstream of the conversion means 614 in the sampling pipe 520 in the flow direction of the circulating gas. That is, the CO 2 supply means 750 is connected to a pipe through which the circulating gas before reaching the conversion means 614 flows.

CO供給手段750は、配管752と、CO供給装置754と、開閉弁756と、流量計758とを有する。配管752は、一方の端部が、サンプリング配管520の変換手段614よりも上流側に接続されており、他方の端部が、CO供給装置754と接続されている。CO供給装置754は、配管752を介してサンプリング配管520にCOを投入する装置である。CO供給装置754は、COを貯留する貯留機構や、貯留しているCOを配管752に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、COを空気搬送する機構、例えば、ファン(送風機)を用いることができる。開閉弁756は、CO供給装置754から供給されたCOをサンプリング配管520に供給する状態と、供給しない状態とを切り替える弁である。開閉弁756は、制御手段718により開閉が制御される。流量計758は、配管752を流れる空気の流量を計測する計測器であり、CO供給装置754からサンプリング配管520に投入される空気の量を計測し、計測結果を制御手段718に送る。 The CO 2 supply means 750 includes a pipe 752, a CO 2 supply device 754, an on-off valve 756, and a flow meter 758. One end of the pipe 752 is connected to the upstream side of the conversion means 614 of the sampling pipe 520, and the other end is connected to the CO 2 supply device 754. The CO 2 supply device 754 is a device that inputs CO 2 into the sampling pipe 520 via the pipe 752. CO 2 supply device 754 has a charging mechanism to launch and storage mechanism for storing the CO 2, the CO 2 that is stored in the pipe 752. As the input mechanism, a mechanism for pneumatically conveying CO 2 , for example, a fan (blower) can be used. The on-off valve 756 is a valve that switches between a state where the CO 2 supplied from the CO 2 supply device 754 is supplied to the sampling pipe 520 and a state where it is not supplied. The opening / closing valve 756 is controlled to be opened / closed by the control means 718. The flow meter 758 is a measuring instrument that measures the flow rate of air flowing through the pipe 752, measures the amount of air that is input from the CO 2 supply device 754 to the sampling pipe 520, and sends the measurement result to the control means 718.

また、流量計522は、サンプリング配管520の経路上において、変換手段614及びCO供給手段750よりも上流側に配置され、変換手段14を通過する前の流通ガス(第2流通ガス)の流量を計測する。また、流量計524は、サンプリング配管520の経路上において変換手段614と計測ユニット532との間に配置され、変換手段14を通過した後の流通ガス(第1流通ガス)の流量を計測する。流量計522と流量計524は、流量の計測結果を制御手段718に送る。 Further, the flow meter 522 is disposed on the upstream side of the conversion unit 614 and the CO 2 supply unit 750 on the path of the sampling pipe 520, and the flow rate of the flow gas (second flow gas) before passing through the conversion unit 14. Measure. The flow meter 524 is disposed between the conversion unit 614 and the measurement unit 532 on the path of the sampling pipe 520 and measures the flow rate of the flow gas (first flow gas) after passing through the conversion unit 14. The flow meter 522 and the flow meter 524 send the flow rate measurement result to the control means 718.

制御手段718は、制御手段18と同様に、配管ユニット512、変換手段614、計測手段516、流量計522、524の各部の動作を制御する。また、制御手段718は、CO供給手段750の開閉弁756の開閉を制御することで、変換手段614にCOを供給し、変換手段614でCOと測定対象の水素とを反応させ、水素をHOにする第1の状態と、変換手段614にCOを供給せず、変換手段614で水素を吸蔵させ、水素を変換手段614に溜める、または、水素を水にせずに水性逆シフト触媒650を通過させる第2の状態とを切り替える。制御手段718は、第1の状態と第2の状態とを切り替えることで、第1計測値と第2計測値を計測する。 Similar to the control means 18, the control means 718 controls the operation of each part of the piping unit 512, the conversion means 614, the measurement means 516, and the flow meters 522 and 524. Further, the control means 718 controls the opening and closing of the on-off valve 756 of the CO 2 supply means 750 to supply CO 2 to the conversion means 614, and the conversion means 614 reacts CO 2 with hydrogen to be measured, In the first state where hydrogen is converted to H 2 O, CO 2 is not supplied to the conversion means 614, hydrogen is stored in the conversion means 614, and hydrogen is stored in the conversion means 614, or the hydrogen is not converted into water and is aqueous The second state in which the reverse shift catalyst 650 is allowed to pass is switched. The control means 718 measures the first measurement value and the second measurement value by switching between the first state and the second state.

水素濃度計測装置700のように、変換手段として、水性逆シフト触媒を用いた場合でも上述と同様に水素と反応する物質(CO)の供給を調整することで、1つの計測ユニットで、流通ガスに含まれる水素の濃度を計測することができる。また、流通ガスとして、二酸化炭素がほとんど含まれない流通ガスを用いる場合は、本実施形態の構成とすることで、水素から水への反応が高い精度で制御できるため、高い精度で水素濃度を計測することができる。 Even if an aqueous reverse shift catalyst is used as the conversion means like the hydrogen concentration measuring apparatus 700, the supply of the substance (CO 2 ) that reacts with hydrogen is adjusted in the same manner as described above, so that it can be distributed in one measuring unit. The concentration of hydrogen contained in the gas can be measured. In addition, when a circulation gas containing almost no carbon dioxide is used as the circulation gas, the reaction from hydrogen to water can be controlled with high accuracy by adopting the configuration of this embodiment. It can be measured.

[実施形態11]
図15は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、水素濃度計測装置800は、変換手段814を除いて、他の構成は、基本的に水素濃度計測装置200と同様である。そこで、水素濃度計測装置200と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、水素濃度計測装置800に特有の点について説明する。ここで、図15に示す水素濃度計測装置800は、配管ユニット212と、変換手段814と、計測手段216と、流量計224、226と、制御手段818と、を有する。配管ユニット212と、流量計224、226と、計測手段216とは、図7に示す水素濃度計測装置200の各手段と同様の構成であるので、説明を省略する。
[Embodiment 11]
FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 800 is basically the same as the hydrogen concentration measuring apparatus 200 except for the conversion means 814. Therefore, the same components as those in the hydrogen concentration measuring apparatus 200 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and points unique to the hydrogen concentration measuring apparatus 800 will be described. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 800 shown in FIG. 15 includes a piping unit 212, conversion means 814, measuring means 216, flow meters 224 and 226, and control means 818. Since the piping unit 212, the flow meters 224 and 226, and the measuring unit 216 have the same configuration as each unit of the hydrogen concentration measuring apparatus 200 shown in FIG.

変換手段814は、反応領域830と、オゾン供給手段832と、紫外線照射装置834と、反応促進部材836と、を有する。反応領域830は、流通ガスの流れ方向において、配管222の上流側計測ユニット230よりも下流側で、かつ、下流側計測ユニット232よりも上流側に配置されている。反応領域830は、配管222の一部に設けられており、流通ガスが通過する配管である。反応領域830は、配管222よりも径の大きい配管である。   The conversion unit 814 includes a reaction region 830, an ozone supply unit 832, an ultraviolet irradiation device 834, and a reaction promoting member 836. The reaction region 830 is disposed downstream of the upstream measurement unit 230 in the pipe 222 and upstream of the downstream measurement unit 232 in the flowing gas flow direction. The reaction region 830 is provided in a part of the pipe 222 and is a pipe through which the flow gas passes. The reaction region 830 is a pipe having a diameter larger than that of the pipe 222.

オゾン供給手段832は、配管840と、オゾン供給装置842と、開閉弁844と、流量計846と、を有する。配管840は、一方の端部が、反応領域830に接続されており、他方の端部が、オゾン供給装置842と接続されている。なお、配管840は、反応領域830の流通ガスの流れ方向の上流側に配置されている。オゾン供給装置842は、配管840を介して反応領域830にオゾン(O)を投入する装置である。オゾン供給装置842は、オゾンを貯留する貯留機構や、貯留しているオゾンを反応領域830に投入する投入機構を有する。なお、投入機構としては、オゾンを空気搬送する機構、例えば、ファン(送風機)を用いることができる。開閉弁844は、オゾン供給装置842から供給されたオゾンを反応領域830に供給する状態と、供給しない状態とを切り替える弁である。開閉弁844は、制御手段818により開閉が制御される。流量計846は、配管840を流れる空気の流量を計測する計測器であり、オゾン供給装置842から反応領域830に投入される空気の量を計測し、計測結果を制御手段818に送る。 The ozone supply unit 832 includes a pipe 840, an ozone supply device 842, an on-off valve 844, and a flow meter 846. One end of the pipe 840 is connected to the reaction region 830, and the other end is connected to the ozone supply device 842. Note that the pipe 840 is disposed on the upstream side in the flow direction of the flowing gas in the reaction region 830. The ozone supply device 842 is a device that inputs ozone (O 3 ) into the reaction region 830 via the pipe 840. The ozone supply device 842 has a storage mechanism for storing ozone and a charging mechanism for charging the stored ozone into the reaction region 830. In addition, as an injection | throwing-in mechanism, the mechanism in which ozone is conveyed by air, for example, a fan (blower), can be used. The on-off valve 844 is a valve that switches between a state in which ozone supplied from the ozone supply device 842 is supplied to the reaction region 830 and a state in which ozone is not supplied. The opening / closing valve 844 is controlled to be opened / closed by the control means 818. The flow meter 846 is a measuring instrument that measures the flow rate of air flowing through the pipe 840, measures the amount of air that is introduced into the reaction region 830 from the ozone supply device 842, and sends the measurement result to the control means 818.

紫外線照射装置834は、反応領域830に紫外線を照射する装置である。なお、紫外線照射装置834は、オゾン供給装置842が反応領域830にオゾンを供給する位置よりも下流側に紫外線を照射する。   The ultraviolet irradiation device 834 is a device that irradiates the reaction region 830 with ultraviolet rays. In addition, the ultraviolet irradiation device 834 irradiates ultraviolet rays downstream from the position where the ozone supply device 842 supplies ozone to the reaction region 830.

反応促進部材836は、反応領域830に配置されており、オゾンと水素との反応を促進する部材である。反応促進部材836としては、空気を撹拌する部材や、化学反応を促進させる触媒機能を有する部材を用いることができる。   The reaction promoting member 836 is disposed in the reaction region 830 and is a member that promotes the reaction between ozone and hydrogen. As the reaction promoting member 836, a member for stirring air or a member having a catalytic function for promoting a chemical reaction can be used.

変換手段814は、以上の構成であり、反応領域830にオゾン供給手段832によりオゾンを供給することで、オゾンと水素を反応させ、酸素と水(HO)を生成する。これにより、水素を水に変換することができる。さらに、紫外線照射装置834により、反応領域830に紫外線を照射することで、オゾンと水素との反応を促進することができる。具体的には、Oに紫外線を照射することで、OとOに分解することができ、生成したOとHとを反応させることで、水素をHOにすることができる。さらに、反応促進部材836で、上記反応を促進することができる。 The conversion unit 814 has the above-described configuration, and ozone and hydrogen are reacted by supplying ozone to the reaction region 830 by the ozone supply unit 832 to generate oxygen and water (H 2 O). Thereby, hydrogen can be converted into water. Furthermore, the reaction between ozone and hydrogen can be promoted by irradiating the reaction region 830 with ultraviolet rays by the ultraviolet irradiation device 834. Specifically, O 3 can be decomposed into O 2 and O by irradiating ultraviolet rays to O 3 , and hydrogen can be converted to H 2 O by reacting the generated O and H 2 . Further, the reaction can be promoted by the reaction promoting member 836.

制御手段818は、配管ユニット212、変換手段814、計測手段216と、の各部の動作を制御する。また、制御手段818は、制御手段218と同様に、計測手段216から送られる計測結果に基づいて、流通ガスに含まれる測定対象の水素の濃度を計測(算出)する。なお、算出方法は、上述した制御手段18の算出方法と同様の方法である。なお、制御手段818は、変換手段814のオゾン供給装置842からのオゾンの供給や、紫外線照射装置834による紫外線の照射の有無も制御する。   The control unit 818 controls the operation of each part of the piping unit 212, the conversion unit 814, and the measurement unit 216. Similarly to the control unit 218, the control unit 818 measures (calculates) the concentration of hydrogen to be measured included in the flow gas based on the measurement result sent from the measurement unit 216. The calculation method is the same as the calculation method of the control means 18 described above. Note that the control unit 818 also controls the supply of ozone from the ozone supply device 842 of the conversion unit 814 and the presence / absence of ultraviolet irradiation by the ultraviolet irradiation device 834.

水素濃度計測装置800は、以上のような構成により、変換手段814にオゾンを供給する装置を用いることでも、上述と同様の効果を得ることができる。   The hydrogen concentration measuring apparatus 800 can obtain the same effect as described above by using an apparatus that supplies ozone to the conversion means 814 with the above-described configuration.

また、水素濃度計測装置800では、変換手段814の上流に計測ユニット230を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、オゾン供給手段832によるオゾンの供給や、紫外線照射装置834による紫外線の照射の有無を切り替えることで、水素濃度計測装置700と同様に、第1の状態と第2の状態とを切り替え、下流側計測ユニット232のみで、それぞれの濃度を計測し、その結果に基づいて流通ガスに含まれる水素の濃度を計測するようにしてもよい。   In the hydrogen concentration measuring apparatus 800, the measuring unit 230 is provided upstream of the converting unit 814. However, the present invention is not limited to this. For example, switching between the first state and the second state in the same manner as the hydrogen concentration measuring device 700 by switching the supply of ozone by the ozone supply unit 832 and the presence or absence of ultraviolet irradiation by the ultraviolet irradiation device 834, and downstream Each concentration may be measured only by the side measurement unit 232, and the concentration of hydrogen contained in the circulation gas may be measured based on the result.

なお、紫外線照射装置834や、反応促進部材836は、より短い経路、かつ短時間で反応させるためには、設けることが好ましいが、必ずしも設けなくてもよい。   Note that the ultraviolet irradiation device 834 and the reaction promoting member 836 are preferably provided in order to react in a shorter route and in a shorter time, but are not necessarily provided.

[実施形態12]
図16は、水素濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。また、図17は、前処理手段の概略構成を示す模式図であり、図18は、前処理手段の水素分離装置の概略構成を示す模式図である。ここで、水素濃度計測装置900は、前処理手段919を設けている点を除いて、他の構成は、基本的に水素濃度計測装置10と同様である。そこで、水素濃度計測装置10と同様の構成には、同様の符号を付して説明を省略し、水素濃度計測装置900に特有の点について説明する。図16に示す水素濃度計測装置900は、配管ユニット912と、変換手段14と、計測手段16と、流量計36と、流量計38と、制御手段918、前処理手段919と、を有する。なお、配管ユニット912は、配管ユニット12に加え、配管920が設けられている点を除いて配管ユニット12と同様の構成である。サンプリング配管20は、他方の端部が前処理手段919に接続されている。また、配管920は、上流の端部が前処理手段919に接続され、下流の端部が第1配管22、第2配管24の2つの配管と連結されている。
[Embodiment 12]
FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen concentration measuring apparatus. FIG. 17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the pretreatment means, and FIG. 18 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the hydrogen separator of the pretreatment means. Here, the hydrogen concentration measuring apparatus 900 is basically the same as the hydrogen concentration measuring apparatus 10 except for the point that the preprocessing unit 919 is provided. Therefore, the same components as those of the hydrogen concentration measuring apparatus 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and points unique to the hydrogen concentration measuring apparatus 900 will be described. A hydrogen concentration measuring apparatus 900 shown in FIG. 16 includes a piping unit 912, a converting unit 14, a measuring unit 16, a flow meter 36, a flow meter 38, a control unit 918, and a preprocessing unit 919. The piping unit 912 has the same configuration as the piping unit 12 except that a piping 920 is provided in addition to the piping unit 12. The other end of the sampling pipe 20 is connected to the pretreatment means 919. The pipe 920 has an upstream end connected to the pretreatment unit 919 and a downstream end connected to two pipes, the first pipe 22 and the second pipe 24.

前処理手段919は、サンプリング配管20と、配管920との間に配置されている。また、前処理手段919は、図17に示すように、除湿装置922と、除塵装置924と、水素分離装置926と、配管928と、を有する。前処理手段919は、サンプリング配管20から供給された流通ガスを、除湿装置922と、除塵装置924と、水素分離装置926とで処理した後、配管920に供給する。また、前処理手段919は、流通ガスの流れ方向において、上流側から除湿装置922、除塵装置924、水素分離装置926の順で配置されている。また、配管920に供給された流通ガスは、上述の水素濃度計測装置10と同様の方法で、前処理を行った流通ガスに含まれる水素の濃度を計測する。   The pretreatment unit 919 is disposed between the sampling pipe 20 and the pipe 920. In addition, the pretreatment means 919 includes a dehumidifying device 922, a dust removing device 924, a hydrogen separator 926, and a pipe 928, as shown in FIG. The pretreatment means 919 supplies the circulation gas supplied from the sampling pipe 20 to the pipe 920 after treating it with the dehumidifier 922, the dust remover 924, and the hydrogen separator 926. Further, the pretreatment means 919 is arranged in the order of the dehumidifying device 922, the dust removing device 924, and the hydrogen separating device 926 from the upstream side in the flow direction of the circulating gas. In addition, the flow gas supplied to the pipe 920 measures the concentration of hydrogen contained in the pre-processed flow gas in the same manner as the hydrogen concentration measurement apparatus 10 described above.

除湿装置922は、流通ガスに含まれる水(HO)を除去する装置であり、サンプリング配管20を通過した流通ガスから流通ガスに含まれる水を除去する。これにより、除湿装置922は、流通ガスに含まれる共存ガス、つまり、流通ガスに含まれる水素に起因していない水を除去する。 The dehumidifier 922 is a device that removes water (H 2 O) contained in the circulation gas, and removes water contained in the circulation gas from the circulation gas that has passed through the sampling pipe 20. Thereby, the dehumidifier 922 removes coexisting gas contained in the circulation gas, that is, water that is not caused by hydrogen contained in the circulation gas.

除塵装置924は、流通ガスに含まれる粉塵を除去する装置であり、除湿装置922で水分を除去した流通ガスから粉塵を除去する。   The dust removal device 924 is a device that removes dust contained in the circulation gas, and removes dust from the circulation gas from which moisture has been removed by the dehumidification device 922.

水素分離装置926は、流通ガスに含まれる水素を分離する装置であり、除塵装置924で粉塵を除去した流通ガスを、水素を抽出した流通ガスと、残りの流通ガスとに分離する。ここで、水素分離装置926は、図18に示すように、複数の流路940と、流路940の側面に配置された水素分離膜942と、を有する。流路940は、除塵装置924を通過した流通ガスを水素分離装置926に供給する配管と接続され、かつ、配管920と接続されている。除塵装置924から供給された流通ガスは、流路940を通過して配管928に排出される。水素分離膜942は、水素を選択的に透過させる膜状の部材であり、流路940の側壁に配置されている。水素分離膜942は、流路940を通過する流通ガスから水素を分離して抽出する。水素分離装置926は、水素分離膜942で分離した水素を含む流通ガスを配管920に供給する。水素分離装置926は、以上の構成であり、分離した水素を含む流通ガスを配管920に供給し、残りの流通ガス(配管920)を配管928から排出する。   The hydrogen separation device 926 is a device that separates hydrogen contained in the flow gas, and separates the flow gas from which dust has been removed by the dust removal device 924 into a flow gas from which hydrogen has been extracted and the remaining flow gas. Here, as shown in FIG. 18, the hydrogen separation device 926 includes a plurality of flow paths 940 and a hydrogen separation membrane 942 disposed on a side surface of the flow path 940. The flow path 940 is connected to a pipe that supplies the circulating gas that has passed through the dust removing device 924 to the hydrogen separator 926, and is connected to the pipe 920. The circulating gas supplied from the dust removing device 924 passes through the flow path 940 and is discharged to the pipe 928. The hydrogen separation membrane 942 is a membrane-like member that selectively permeates hydrogen, and is disposed on the side wall of the flow path 940. The hydrogen separation membrane 942 separates and extracts hydrogen from the flowing gas that passes through the flow path 940. The hydrogen separator 926 supplies a circulation gas containing hydrogen separated by the hydrogen separation membrane 942 to the pipe 920. The hydrogen separator 926 has the above-described configuration, and supplies the flow gas containing the separated hydrogen to the pipe 920 and discharges the remaining flow gas (pipe 920) from the pipe 928.

水素濃度計測装置900は、以上のような構成であり、前処理装置919で流通ガスを、水素を含む流通ガスとその他の流通ガス(水素を分離した残りの流通ガス)とに分離し、水素を含む流通ガスを配管920から第1配管22、第2配管24に供給する。これにより、水素濃度計測装置900は、流通ガスから水素を分離し、その水素を水に変換して水素の濃度を計測することができる。これにより、流通ガスに含まれる種々の成分を除去し、測定への影響を少なくして、流通ガスに含まれる水素の濃度をより正確に計測することができる。また、水素濃度計測措置900は、サンプリング配管20、配管928、配管920の流量をそれぞれ、計測することで、各流通ガスの流量を計測することができ、その流量に基づいて、水素濃度の計測値を補正することで、流通ガスに含まれる水素の濃度をより高い精度で計測することができる。   The hydrogen concentration measuring device 900 is configured as described above, and the pretreatment device 919 separates the flow gas into a flow gas containing hydrogen and another flow gas (remaining flow gas from which hydrogen has been separated). Is supplied from the pipe 920 to the first pipe 22 and the second pipe 24. Thereby, the hydrogen concentration measuring device 900 can measure hydrogen concentration by separating hydrogen from the flow gas and converting the hydrogen into water. Thereby, various components contained in the circulation gas can be removed, the influence on the measurement can be reduced, and the concentration of hydrogen contained in the circulation gas can be measured more accurately. Moreover, the hydrogen concentration measurement measure 900 can measure the flow rate of each circulating gas by measuring the flow rates of the sampling pipe 20, the pipe 928, and the pipe 920, and the hydrogen concentration is measured based on the flow rates. By correcting the value, the concentration of hydrogen contained in the circulation gas can be measured with higher accuracy.

また、水素分離装置926の上流に除湿装置922と、除塵装置924を設けることで、水素分離装置926に流入する流通ガスの不純物や、水を少なくすることができ、水素分離装置926の性能劣化を抑制することができる。   Further, by providing the dehumidifying device 922 and the dust removing device 924 upstream of the hydrogen separating device 926, impurities and water in the flow gas flowing into the hydrogen separating device 926 can be reduced, and the performance of the hydrogen separating device 926 deteriorates. Can be suppressed.

なお、上記実施形態では、前処理手段919に水素分離装置926を設け、水素を抽出した流通ガスを生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、前処理手段919として、除湿装置922と、除塵装置924とを設け、流通ガスから水分、粉塵を除去するようにしてもよい。このように、流通ガスから水分、粉塵を除去することで、計測精度をより高くすることができる。特に、除湿装置922で流通ガスから予め水分を除去することで、流通ガスの共存ガスを低減することができる。これにより、流通ガスに含まれる水素の濃度をより高い精度で計測することができる。   In the above embodiment, the hydrogen separator 926 is provided in the pretreatment unit 919 to generate the circulating gas from which hydrogen has been extracted. However, the present invention is not limited to this. For example, a dehumidifying device 922 and a dust removing device 924 may be provided as the pretreatment unit 919 to remove moisture and dust from the circulation gas. Thus, measurement accuracy can be made higher by removing a water | moisture content and dust from distribution | circulation gas. In particular, by removing moisture from the circulation gas in advance by the dehumidifier 922, the coexistence gas of the circulation gas can be reduced. Thereby, the density | concentration of the hydrogen contained in distribution | circulation gas can be measured with a higher precision.

ここで、本発明は上記実施形態にも限定されず、種々の形態とすることができる。例えば、各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、実施形態1に酸化剤供給手段を加えても良い。また、いずれの配管ユニットの経路の場合でも変換手段として、水性逆シフト触媒を用いた変換手段、また、オゾン供給手段を用いた変換手段を用いることができる。   Here, the present invention is not limited to the above embodiment, and various forms can be adopted. For example, you may combine each embodiment. For example, an oxidizing agent supply unit may be added to the first embodiment. Further, in any of the piping unit paths, as the conversion means, a conversion means using an aqueous reverse shift catalyst or a conversion means using an ozone supply means can be used.

また、水素濃度計測装置は、流通ガスに煤塵が多く含まれている場合は、上述したように、サンプリング配管の上流側の端部付近にフィルタ(除塵装置)を設けてもよい。フィルタを設けることで、流通ガスに含まれる煤塵を除去することができる。なお、フィルタを設ける場合も、水素濃度計測装置は、煤塵に対する許容度が大きいので、他の計測方法を用いる場合よりも簡単なフィルタを用いることができる。これにより、フィルタを配置することにより発生する時間遅れを少なくすることができ、応答性を高く維持することができる。   Further, in the hydrogen concentration measuring device, when the circulating gas contains a lot of dust, as described above, a filter (dust removing device) may be provided near the upstream end of the sampling pipe. By providing the filter, dust contained in the circulation gas can be removed. Even when a filter is provided, since the hydrogen concentration measuring device has a large tolerance for dust, a simpler filter can be used than when other measuring methods are used. Thereby, the time delay which generate | occur | produces by arrange | positioning a filter can be decreased, and responsiveness can be maintained highly.

また、計測ユニットは、計測セルの窓に窓から離れる方向に空気を噴射するパージガス供給部を設けてもよい。パージガスを噴射させることで、窓に異物が付着し、レーザ光による計測に誤差が発生することを抑制することができる。   Further, the measurement unit may be provided with a purge gas supply unit that injects air in a direction away from the window in the window of the measurement cell. By injecting the purge gas, it is possible to suppress foreign matter from adhering to the window and causing an error in measurement using the laser beam.

以上のように、本発明にかかる水素濃度計測装置及び水素濃度計測方法は、管路内を流れる流通ガスに含まれる水素の計測に有用である。   As described above, the hydrogen concentration measuring device and the hydrogen concentration measuring method according to the present invention are useful for measuring hydrogen contained in the flowing gas flowing in the pipeline.

8 計測対象配管
10、70、80、100、200、300、400、500、600、700、800、900 水素濃度計測装置
12 配管ユニット
14 変換手段
16 計測手段
18 制御手段
20 サンプリング配管(流入配管)
22 第1配管
24 第2配管
26、28 分岐管
30 三方弁
31 ポンプ
32、34 開閉弁
36、38 流量計
39 酸化触媒
42 計測ユニット
44 計測手段本体
45 計測セル
46 光ファイバ
48 入光部
50 受光部
52 主管
54 流入管
56 排出管
58、59 窓
62 発光部
64 光源ドライバ
66 算出部
8 Measurement target piping 10, 70, 80, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 Hydrogen concentration measuring device 12 Piping unit 14 Conversion means 16 Measuring means 18 Control means 20 Sampling piping (inflow piping)
22 First pipe 24 Second pipe 26, 28 Branch pipe 30 Three-way valve 31 Pump 32, 34 On-off valve 36, 38 Flow meter 39 Oxidation catalyst 42 Measuring unit 44 Measuring means body 45 Measuring cell 46 Optical fiber 48 Light receiving part 50 Light receiving Section 52 Main pipe 54 Inflow pipe 56 Outlet pipe 58, 59 Window 62 Light emitting section 64 Light source driver 66 Calculation section

Claims (23)

流通ガスに含まれる測定対象の水素濃度を計測する水素濃度計測装置であって、
前記流通ガスが流れる配管ユニットと、
前記配管ユニットに配置され、通過する前記流通ガスに含まれる水素をHOに変換する変換手段と、
前記配管ユニットを流れる前記流通ガスのうち、前記変換手段を通過する配管経路を流れた第1流通ガスに含まれるHOの濃度である第1計測値と、前記変換手段を通過しない配管経路を流れた第2流通ガスに含まれるHOの濃度である第2計測値とを計測する計測手段と、
前記配管ユニット、前記計測手段の動作を制御し、前記第1計測値と前記第2計測値との差分から、流通ガスに含まれる水素濃度を算出する制御手段と、を有し、
前記計測手段は、
前記HOの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、
前記流通ガスが流れるガス計測セル、前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を含む少なくとも1つの計測ユニットと、
前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる前記流通ガスの前記HOの計測値を算出する算出部とを有することを特徴とする水素濃度計測装置。
A hydrogen concentration measuring device for measuring a hydrogen concentration of a measurement target contained in a circulating gas,
A piping unit through which the flow gas flows;
Conversion means arranged in the piping unit and converting hydrogen contained in the flowing gas passing therethrough into H 2 O;
A first measured value that is a concentration of H 2 O contained in the first circulation gas that has flowed through the piping path that passes through the conversion means out of the circulation gas that flows through the piping unit, and a piping path that does not pass through the conversion means Measuring means for measuring a second measurement value that is a concentration of H 2 O contained in the second circulating gas flowing through
Control means for controlling the operation of the piping unit, the measuring means, and calculating the concentration of hydrogen contained in the flow gas from the difference between the first measured value and the second measured value,
The measuring means includes
A light emitting unit that includes the absorption wavelength of the H 2 O and outputs laser light in a near infrared wavelength region;
At least one measurement unit including a gas measurement cell through which the flow gas flows, an optical system that allows laser light to enter the gas measurement cell, and a light receiving unit that receives the laser light that has entered the gas measurement cell and has passed through the gas measurement cell. When,
A calculation unit that calculates a measurement value of the H 2 O of the flowing gas flowing through the gas measurement cell based on the intensity of the laser beam output from the light emitting unit and the intensity of the laser beam received by the light receiving unit; A hydrogen concentration measuring device characterized by comprising:
さらに、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記変換手段に流入する前記流通ガスの流量を計測する第1流量計と、前記変換手段よりも下流側に配置され、前記変換手段から排出された前記流通ガスの流量を計測する第2流量計と、を備え、
前記制御手段は、前記第1流量計の計測結果と、前記第2流量計の計測結果に基づいて、前記流通ガスの前記HOの計測値を補正して算出することを特徴とする請求項1に記載の水素濃度計測装置。
Further, a first flow meter that is arranged on the upstream side of the conversion means and measures the flow rate of the flow gas flowing into the conversion means, and is arranged on the downstream side of the conversion means and is discharged from the conversion means. A second flow meter for measuring the flow rate of the circulating gas,
Wherein said control means includes a measurement result of the first flowmeter, claims on the basis of the measurement result of the second flowmeter, and calculates to correct the measured value of the of H 2 O the flowing gas Item 2. The hydrogen concentration measuring apparatus according to Item 1.
前記第1流通ガスに含まれる前記変換手段の通過により反応しない指標ガスの濃度である第1指標ガス計測値を計測する指標ガス計測手段を、さらに有し、
前記指標ガス計測手段は、前記変換手段の通過により濃度が変化しない指標ガスの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力する発光部と、
前記計測ユニットの前記ガス計測セルにレーザ光を入射させる光学系、前記発光部から入射され、前記ガス計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部を有する計測ユニットと、
前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記ガス計測セルを流れる前記流通ガスの前記指標ガスの計測値を算出する算出部とを有し、
前記制御手段は、前記指標ガスの計測値に基づいて、前記流通ガスの前記HOの計測値を補正して算出することを特徴とする請求項1または2に記載の水素濃度計測装置。
An indicator gas measuring unit that measures a first indicator gas measurement value that is a concentration of the indicator gas that does not react by passage through the conversion unit included in the first circulation gas;
The indicator gas measurement means includes an emission wavelength of an indicator gas whose concentration does not change due to passage of the conversion means, and outputs a laser beam in the near infrared wavelength region, and
An optical system for allowing laser light to enter the gas measurement cell of the measurement unit, a measurement unit having a light receiving part that receives the laser light that has been incident from the light emitting part and passed through the gas measurement cell;
A calculation unit for calculating a measurement value of the indicator gas of the flow gas flowing through the gas measurement cell based on the intensity of the laser beam output from the light emitting unit and the intensity of the laser beam received by the light receiving unit; Have
3. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the control unit calculates and corrects the measured value of the H 2 O of the flow gas based on the measured value of the indicator gas.
前記第1流通ガスに、前記指標ガスを供給する指標ガス供給手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記指標ガス供給手段の指標ガスの供給量と前記指標ガスの計測値とに基づいて、前記流通ガスの前記HOの計測値を補正して算出することを特徴とする請求項3に記載の水素濃度計測装置。
An indicator gas supply means for supplying the indicator gas to the first flow gas;
The control means calculates the H 2 O measurement value of the flow gas by correcting the supply amount of the indicator gas from the indicator gas supply means and the measurement value of the indicator gas. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 3.
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された第1配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第1配管と共に接続され、前記変換手段が配置されていない第2配管と、
前記第1配管の下流側の端部と、前記第2配管の下流側の端部と、前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを接続する三方弁と、を有し、
前記制御手段は、前記三方弁により前記第1配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第1流通ガスを流入させて、前記第1計測値を計測し、
前記三方弁により、前記第2配管の下流側の端部と前記ガス計測セルの前記流通ガスの流れ方向の上流側の端部とを連結させ、前記計測手段に前記第2流通ガスを流入させて、前記第2計測値を計測することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
The piping unit includes an inflow piping into which the circulation gas flows,
A first pipe which is connected to an end of the inflow pipe on the downstream side in the flow direction of the circulating gas and in which the conversion means is disposed;
A second pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas together with the first pipe, and the conversion means is not disposed;
A three-way valve that connects an end on the downstream side of the first pipe, an end on the downstream side of the second pipe, and an end on the upstream side in the flow direction of the flow gas of the gas measurement cell; Have
The control means connects, by the three-way valve, an end on the downstream side of the first pipe and an end on the upstream side of the flow direction of the gas in the gas measurement cell, and the measurement means is connected to the first flow. Flow in gas, measure the first measurement value,
The three-way valve connects the downstream end of the second pipe and the upstream end of the gas measurement cell in the flow direction of the flow gas, and allows the second flow gas to flow into the measurement means. The hydrogen concentration measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second measured value is measured.
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された第1配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に前記第1配管と共に接続され、前記変換手段が配置されていない第2配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットを2つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記第1配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
他方の前記計測ユニットは、前記第1配管に配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
The piping unit includes an inflow piping into which the circulation gas flows,
A first pipe which is connected to an end of the inflow pipe on the downstream side in the flow direction of the circulating gas and in which the conversion means is disposed;
A second pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas together with the first pipe, and the conversion means is not disposed;
The measurement means includes two measurement units, and one of the measurement units is disposed on the downstream side of the conversion means in the flow direction of the circulating gas in the first pipe,
5. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the other measurement unit is disposed in the first pipe. 6.
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットを2つ備え、一方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
他方の前記計測ユニットは、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
The piping unit includes an inflow piping into which the circulation gas flows,
A holding pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, the conversion means being disposed,
The measurement means includes two measurement units, and one of the measurement units is disposed downstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas in the holding pipe.
5. The hydrogen concentration according to claim 1, wherein the other measurement unit is arranged upstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas in the holding pipe. Measuring device.
前記変換手段は、水素を酸化反応させてHOにする酸化触媒であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。 The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the conversion unit is an oxidation catalyst that oxidizes hydrogen to form H 2 O. 前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記水素を酸化する酸化剤を供給する酸化剤供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の水素濃度計測装置。   9. The apparatus according to claim 8, further comprising an oxidant supply unit that is disposed upstream of the conversion unit in the flow direction of the circulation gas and supplies an oxidant that oxidizes the hydrogen to the piping unit. The hydrogen concentration measuring device described. 前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記水素を酸化する酸化剤を供給する酸化剤供給手段を備え、
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
前記変換手段は、水素を酸化反応させてHOにする酸化触媒であり、
前記制御手段は、前記酸化剤供給手段から前記配管ユニットに前記酸化剤を供給している状態と、前記酸化剤供給手段から前記配管ユニットに前記酸化剤を供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
In the flow direction of the circulating gas, provided with an oxidant supply means that is disposed upstream of the conversion means and supplies an oxidant that oxidizes the hydrogen to the piping unit,
The piping unit includes an inflow piping into which the circulation gas flows,
A holding pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, the conversion means being disposed,
The measuring means is arranged such that the measuring unit is located downstream of the converting means in the flow direction of the circulating gas in the holding pipe.
The conversion means is an oxidation catalyst that oxidizes hydrogen to H 2 O,
The control means switches between a state in which the oxidant is supplied from the oxidant supply means to the piping unit and a state in which the oxidant is not supplied from the oxidant supply means to the piping unit, 5. The hydrogen according to claim 1, wherein the state in which the first circulation gas flows into the measurement unit and the state in which the second circulation gas flows in are switched. Concentration measuring device.
前記変換手段は、前記流通ガスに含まれる二酸化炭素と水素を一酸化炭素とHOにシフトさせる水性逆シフト触媒を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。 And the converting means, as claimed in any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises an aqueous reverse shift catalyst to shift the carbon dioxide and hydrogen contained in the circulation gas to the carbon monoxide and H 2 O Hydrogen concentration measuring device. 前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の水素濃度計測装置。   The hydrogen concentration according to claim 11, further comprising a carbon dioxide supply unit that is disposed upstream of the conversion unit in the flow direction of the circulation gas and supplies the carbon dioxide to the piping unit. Measuring device. 前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置され、前記配管ユニットに、前記二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を、さらに備え、
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記変換手段が配置された保持配管と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記保持配管の前記流通ガスの流れ方向において前記変換手段よりも下流側に配置され、
前記変換手段は、前記流通ガスに含まれる二酸化炭素と水素を一酸化炭素とHOにシフトさせる水性逆シフト触媒であり、
前記制御手段は、前記二酸化炭素供給手段から前記配管ユニットに前記二酸化炭素を供給している状態と、前記二酸化炭素供給手段から前記配管ユニットに前記二酸化炭素を供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
In the flow direction of the circulating gas, the carbon dioxide supply means is further provided upstream of the conversion means, and supplies the carbon dioxide to the piping unit,
The piping unit includes an inflow piping into which the circulation gas flows,
A holding pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, the conversion means being disposed,
The measuring means is arranged such that the measuring unit is located downstream of the converting means in the flow direction of the circulating gas in the holding pipe.
The conversion means is an aqueous reverse shift catalyst that shifts carbon dioxide and hydrogen contained in the flow gas to carbon monoxide and H 2 O.
The control means switches between a state in which the carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide supply means to the piping unit and a state in which the carbon dioxide is not supplied from the carbon dioxide supply means to the piping unit, 5. The hydrogen according to claim 1, wherein the state in which the first circulation gas flows into the measurement unit and the state in which the second circulation gas flows in are switched. Concentration measuring device.
前記変換手段は前記配管ユニットに、オゾンを供給するオゾン供給手段と、
前記流通ガスの流れ方向において前記配管ユニットの前記オゾン供給手段よりも下流側に形成され、前記流通ガスに含まれる水素と前記オゾン供給手段により供給されるオゾンとが反応する反応領域とを有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
The conversion means includes ozone supply means for supplying ozone to the piping unit;
It has a reaction region formed downstream of the ozone supply means of the piping unit in the flow direction of the circulation gas and in which hydrogen contained in the circulation gas reacts with ozone supplied by the ozone supply means. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein:
前記配管ユニットは、前記流通ガスが流入する流入配管と、
前記流入配管の前記流通ガスの流れ方向の下流側の端部に接続され、前記流通ガスが流れる配管と、を備え、
前記変換手段は、前記配管ユニットに、オゾンを供給するオゾン供給手段と、
前記流通ガスの流れ方向において前記配管の前記オゾン供給手段よりも下流側に形成され、前記流通ガスに含まれる水素と前記オゾン供給手段により供給されるオゾンとが反応する反応領域と、を備え、
前記計測手段は、前記計測ユニットが、前記流通ガスの流れ方向において前記反応領域よりも下流側に配置され、
前記制御手段は、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾンを供給している状態と、前記オゾン供給手段から前記配管ユニットに前記オゾンを供給していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
The piping unit includes an inflow piping into which the circulation gas flows,
A pipe connected to the downstream end of the inflow pipe in the flow direction of the flow gas, the pipe through which the flow gas flows,
The conversion means includes ozone supply means for supplying ozone to the piping unit;
A reaction region that is formed downstream of the ozone supply means of the piping in the flow direction of the circulation gas, and in which hydrogen contained in the circulation gas and ozone supplied by the ozone supply means react;
The measurement means is arranged such that the measurement unit is located downstream of the reaction region in the flow direction of the flow gas.
The control means switches between a state in which the ozone is supplied from the ozone supply means to the piping unit and a state in which the ozone is not supplied from the ozone supply means to the piping unit, 5. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the state is changed between a state in which the first flow gas flows in and a state in which the second flow gas flows.
前記変換手段は、前記反応領域に紫外線を照射する紫外線照射手段を、さらに備え、
前記制御手段は、前記紫外線照射手段から前記反応領域に前記紫外線を照射している状態と、前記紫外線照射手段から前記反応領域に前記紫外線を照射していない状態とを切り替え、前記計測ユニットに、前記第1流通ガスが流入している状態と、前記第2流通ガスが流入している状態とを切り替えることを特徴とする請求項14または15に記載の水素濃度計測装置。
The conversion means further comprises ultraviolet irradiation means for irradiating the reaction area with ultraviolet rays,
The control means switches between a state in which the ultraviolet ray irradiating means irradiates the reaction region with the ultraviolet ray and a state in which the ultraviolet ray irradiating unit does not irradiate the reaction region with the ultraviolet ray. The hydrogen concentration measuring device according to claim 14 or 15, wherein a state in which the first flow gas flows in and a state in which the second flow gas flows in are switched.
前記変換手段は、前記反応領域に前記オゾンと前記水素の反応を促進さる反応促進部材をさらに有することを特徴とする請求項14から16のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。   17. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 14, wherein the conversion unit further includes a reaction promoting member that promotes a reaction between the ozone and the hydrogen in the reaction region. 前記計測ユニットは、レーザ光が、前記変換手段を保持する配管の内部を通過することを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。   18. The hydrogen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit allows laser light to pass through a pipe holding the conversion unit. 前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。   The hydrogen concentration measuring device according to any one of claims 1 to 18, wherein the piping unit flows the entire amount of the circulation gas discharged from the device to be measured. 前記配管ユニットは、測定対象の装置から排出される前記流通ガスの全量が流れる測定対象配管から、一部の前記流通ガスを捕集していることを特徴とする請求項1から19のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。   The said piping unit is collecting the said one part circulation gas from the measurement object piping through which the whole quantity of the said circulation gas discharged | emitted from the apparatus of a measuring object flows. 2. The hydrogen concentration measuring apparatus according to item 1. 前記流通ガスの流れ方向において、前記変換手段よりも上流側に配置された、前記流通ガスに含まれるHOを回収する除湿装置及び前記流通ガスに含まれる粉塵を回収する除塵装置の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項1から20のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。 At least one of a dehumidifying device for recovering H 2 O contained in the circulating gas and a dust removing device for recovering dust contained in the circulating gas, arranged upstream of the conversion means in the flow direction of the circulating gas. The hydrogen concentration measuring device according to claim 1, wherein 前記流通ガスの流れ方向において、前記計測手段及び前記変換手段よりも上流側に配置された前処理手段をさらに有し、
前記前処理手段は、前記流通ガスに含まれるHOを回収する除湿装置と、
前記流通ガスに含まれる粉塵を回収する除塵装置と、
前記流通ガスの流れ方向において、前記除湿装置及び前記除塵装置よりも下流側に配置され、前記流通ガスを、前記水素を含む流通ガスと、前記水素を含まない流通ガスとに分離する水素分離装置と、を有し、
前記水素分離装置によって分離した前記水素を含む流通ガスを前記配管ユニットに供給することを特徴とする請求項1から21のいずれか1項に記載の水素濃度計測装置。
In the flow direction of the circulating gas, further has a pre-processing means disposed upstream of the measuring means and the converting means,
The pretreatment means includes a dehumidifier that collects H 2 O contained in the circulation gas;
A dust removing device for collecting dust contained in the circulation gas;
A hydrogen separation device that is disposed downstream of the dehumidifying device and the dust removal device in the flow direction of the flow gas and separates the flow gas into a flow gas containing hydrogen and a flow gas not containing hydrogen. And having
The hydrogen concentration measuring device according to any one of claims 1 to 21, wherein a flow gas containing the hydrogen separated by the hydrogen separation device is supplied to the piping unit.
配管を流れる流通ガスの水素濃度を計測する水素濃度計測方法であって、
前記配管を流れる流通ガスのうち、水素をHOに変換する変換手段が配置されている領域を通過した第1流通ガスに対して、HOの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第1流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記第1流通ガスに含まれるHOの濃度を第1計測値として計測する第1計測ステップと、
前記配管を流れる流通ガスのうち、水素をHOに変換する変換手段が配置されている領域を通過していない第2流通ガスに対して、HOの吸収波長を含み、かつ、近赤外波長域のレーザ光を出力させ、第2流通ガスが流れる管路内を通過した前記レーザ光を受光し、出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記流通ガスに含まれるHOの濃度を第2計測値として計測する第2計測ステップと、
前記第1計測値と前記第2計測値との差分から、前記流通ガスに含まれる水素濃度の計測値を算出する算出ステップとを有することを特徴とする水素濃度計測方法。
A hydrogen concentration measurement method for measuring the hydrogen concentration of a circulating gas flowing through a pipe,
Of the flow gas flowing through the pipe, the first flow gas that has passed through the region where the conversion means for converting hydrogen into H 2 O is disposed, which includes the absorption wavelength of H 2 O and near infrared Based on the intensity of the output laser light and the intensity of the laser light received by the light receiving unit, outputting the laser light in the wavelength range, receiving the laser light that has passed through the pipe through which the first flow gas flows, A first measurement step of measuring the concentration of H 2 O contained in the first flow gas as a first measurement value;
Of the flow gas flowing through the pipe, the second flow gas that does not pass through the region where the conversion means for converting hydrogen into H 2 O is disposed, includes an absorption wavelength of H 2 O, and The laser light in the infrared wavelength region is output, the laser light that has passed through the conduit through which the second flow gas flows is received, and the intensity of the output laser light and the intensity of the laser light received by the light receiving unit are Based on a second measurement step of measuring the concentration of H 2 O contained in the flow gas as a second measurement value;
A hydrogen concentration measuring method comprising: a calculating step of calculating a measured value of a hydrogen concentration contained in the flow gas from a difference between the first measured value and the second measured value.
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