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公開番号2025138270
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2024037267
出願日2024-03-11
発明の名称ガス濃度測定装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G01N 9/24 20060101AFI20250917BHJP(測定;試験)
要約【課題】多成分ガス中の2種類以上の対象ガスの濃度を測定でき、かつ低コストなガス濃度測定装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るガス濃度測定装置1は、混合ガス中の対象ガスを分離可能な複数の分離膜モジュール1a、1bと、各前記分離膜モジュール1a、1bの入口配管31a、31bに設けられた流量調整機構21a、21bと、各前記分離膜モジュール1a、1bの透過側Pと非透過側Nとの差圧を測定する差圧計13a、13bと、各前記差圧計13a、13bの値から複数の対象ガスの濃度を演算する演算装置51と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
混合ガス中の対象ガスを分離可能な複数の分離膜モジュールと、
各前記分離膜モジュールの入口配管に設けられた流量調整機構と、
各前記分離膜モジュールの透過側と非透過側との差圧を測定する差圧計と、
各前記差圧計の値から複数の対象ガスの濃度を演算する演算装置と、
を備えたことを特徴とするガス濃度測定装置。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
前記流量調整機構がオリフィスであることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
前記流量調整機構の上流側に圧力計および温度計を備え、
前記圧力計および前記温度計の値を前記演算装置に取り込んで前記対象ガスの濃度を演算することを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項４】
請求項１～３のうちのいずれか１項に記載のガス濃度測定装置において、
前記分離膜モジュールが２つで、前記対象ガスが２種類であることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガス濃度測定装置において、
２つの前記分離膜モジュールの前記対象ガスの透過速度比が異なっていることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載のガス濃度測定装置において、
２つの前記分離膜モジュールの前記各入口配管に設けた前記流量調整機構の開度が異なっていることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項７】
請求項４に記載のガス濃度測定装置において、
２つの前記分離膜モジュールの分離膜の面積が異なっていることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項８】
請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
各前記分離膜モジュールの透過側の出口配管を合流させていることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項９】
請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
各前記非透過側の圧力が、各前記透過側の圧力よりも高く設定されていることを特徴とするガス濃度測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度測定装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
２種類のガスで構成される混合ガスに対し、対象ガスの濃度を測定する方法として、熱伝導率や音速を測定する手法がある。しかしながら、３種類以上の成分を含むガスになると対象ガスの濃度が同じであっても、対象ガス以外のガスの成分比によって熱伝導率や音速が変化するため、測定した対象ガス濃度の精度が低下する。多成分ガス中の対象ガスの濃度の測定は、一般的にガスクロマトグラフィーを用いて行われているが、濃度測定に時間がかかるため、過渡的に濃度が変動するガスの濃度測定には向いていない。多成分ガスに対し、対象ガスの濃度を短時間で測定し得る装置が、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１には、試料ガス（多成分ガス）中から被測定ガス（対象ガス）を分離する分離手段と、前記分離手段による被測定ガスの分離によって生じる圧力変化量を検出する圧力変化量検出手段とを備えるガス濃度測定装置が記載されている。この装置における前記分離手段は、被測定ガスを選択的に透過するガス透過膜によって形成されている。特許文献１には、ガス透過膜として、金属薄膜や高分子膜が挙げられている。
【０００４】
また、特許文献１には、前記分離手段を有する測定セルと、前記分離手段を有しない比較セルを備え、測定セルと比較セルの両方に試料ガスを供給し、測定セルにおける被測定ガスの分離後に、測定セルと比較セルにおける圧力差を圧力変化量として圧力変化量検出手段（差圧計）によって検出する旨が記載されている。
【０００５】
つまり、特許文献１に記載の装置では、対象ガスを選択的に透過するガス透過膜を有する測定セルとガス透過膜を有しない比較セルの２つのセルに試料ガスを流し、透過するガス量に応じて変化する透過側圧力の差を差圧計で検知して対象ガスの濃度を測定している。特許文献１には、比較セルではガスを透過しないため、膜内外で圧力変化は生じないが、測定セルのラインと比較セルのラインとを同一の形状とすることにより、ガスの供給量の変動などによる誤差が相殺されて測定精度が向上する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００２－２０２２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、水素利用を促進するため、既設ガスグリッドの天然ガスに水素を混ぜて輸送し、水素需要地において水素分離膜などを用いて高純度で水素を取り出して利用する手法が検討されている。
【０００８】
当該手法に特許文献１に記載の装置を適用して水素濃度を測定することは可能であるが、ガス透過膜として高分子膜を用いた場合、対象ガス以外に透過速度の大きいガスが含まれていると、対象ガス以外のガスによる圧力変化が加わるため対象ガスの濃度測定値の精度が低下する。対象ガスが水素で、ガス透過膜として原理的に水素しか透過しないパラジウムなどの金属膜を用いる場合にのみ、対象ガスの濃度を正確に測定できる。しかし、この場合、対象ガス以外の濃度は測定できない。
【０００９】
また、既設ガスグリッドの天然ガスに混ぜた水素を取り出すために水素分離膜を用いるが、大量のガスを処理するには多くの分離膜が必要である。前記したような金属膜は高価であるため、高分子膜や分子ふるい膜などの比較的安価な膜を用いてコストを低減させる必要がある。しかし、天然ガスには、主成分のメタン以外に透過速度の大きい二酸化炭素が含まれている。したがって、二酸化炭素の濃度が高くなると分離膜を透過する二酸化炭素の量が多くなり、取り出す水素の濃度が低下する。これに対応するため、二酸化炭素の濃度に応じて水素分離膜へ供給するガス流量や圧力を制御して二酸化炭素の透過量を抑制することにより、水素の純度を維持することができる。この制御を行う場合、供給ガスの二酸化炭素濃度を測定する必要がある。ガスクロマトグラフィーを用いれば多成分ガスの濃度を測定できるが、前述した制御に用いるには応答が遅いという問題がある。
【００１０】
多成分ガスの濃度を測定する応答が速い装置として、例えば、レーザーや赤外線を使う装置があるが、これは一般的に高価で大型あり、既設ガスグリッドの多数の位置でガス濃度を測定する場合、コスト増加の要因となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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