JP2011257319A - Hydrogen concentration measurement device and hydrogen concentration measurement method - Google Patents
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Abstract
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.
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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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、H2O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H2O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H2O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、H2O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H2O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.
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
変換手段14は、流通ガスに含まれる測定対象の水素をH2O(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、H2O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
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H2O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
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
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
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
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
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
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
発光部62は、H2O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
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
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(H2O、H2を変換した物質)の濃度を算出する。
The calculating
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
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
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
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
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
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H2O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H2O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H2Oと、酸化前から含まれているH2O(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H2O(流通ガスに含まれる測定対象の水素に由来するH2O)と、酸化前から含まれているH2O(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
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
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H2O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H2O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H2O(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H2O(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
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H2O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H2O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H2O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
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H2O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H2O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
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H2O)の吸収波長域の近赤外波長域のレーザ光を照射し、当該H2O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
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
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
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H2O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、H2Oとの比も算出することができる。
Further, the hydrogen
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
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
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
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
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
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(CO2)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
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
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
[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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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H2O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H2O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
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
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(H2O)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
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H2Oの濃度と、第2流通ガスに含まれるH2O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
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
[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
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
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
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
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
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
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H2O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H2O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
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
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
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
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H2Oの濃度と、第2流通ガスに含まれるH2O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
[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
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
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H2O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
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
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
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
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
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
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
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
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
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H2O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
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
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
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H2O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H2O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
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
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
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H2O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
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H2Oの濃度と、第2流通ガスに含まれるH2O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
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
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
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、H2O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(O2、O3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
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
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
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
[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
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H2O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H2O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,
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
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
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、H2O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
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
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
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
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(H2O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
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H2O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H2O濃度は、変換手段14の下流側のH2O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
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t1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t2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t1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t1から時刻t2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t2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
これに対応して、変換手段14では、時刻t1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t1から時刻t2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t2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t1以前及び時刻t2以降は、基本的に、酸化前から流通ガスに含まれるH2O(共存ガス、捕集時から流通ガスに含まれるH2O)のみが、変換手段14を通過した流通ガスに含まれ、時刻t1から時刻t2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H2O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t1以前は、H2Oの濃度が低く(濃度X1)、時刻t1から時刻t2の間は、H2Oの濃度が高くなり(濃度X2)、時刻t2以降は、再び、H2Oの濃度が低くなる(濃度X1)。
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
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H2O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H2O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
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
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
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H2O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
[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
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(H2)と二酸化炭素(CO2)とを反応させて、一酸化炭素(CO)と水(H2O)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、(H2O)に変換する。
The conversion means 614 has an aqueous
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(CO2)、水蒸気(H2O、水)、水素(H2)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、「H2+CO2→H2O+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
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
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
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CO2を供給する装置を設けてもよい。
Further, the hydrogen
[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、CO2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CO2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
CO2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、CO2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
CO2供給手段750は、配管752と、CO2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、CO2供給装置754と接続されている。CO2供給装置754は、配管752を介してサンプリング配管520にCO2を投入する装置である。CO2供給装置754は、CO2を貯留する貯留機構や、貯留しているCO2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、CO2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、CO2供給装置754から供給されたCO2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、CO2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
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CO2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
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、CO2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CO2を供給し、変換手段614でCO2と測定対象の水素とを反応させ、水素をH2Oにする第1の状態と、変換手段614にCO2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
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(CO2)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
[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
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
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(O3)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
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
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
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(H2O)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、O3に紫外線を照射することで、O2とOに分解することができ、生成したOとH2とを反応させることで、水素をH2O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
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
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
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
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
[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
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
除湿装置922は、流通ガスに含まれる水(H2O)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
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
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
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
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
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
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
22
Claims (23)
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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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:
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H2O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H2O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H2O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H2O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H2O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.
前記前処理手段は、前記流通ガスに含まれるH2O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.
前記配管を流れる流通ガスのうち、水素をH2O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、H2O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H2O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H2O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、H2O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H2O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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