JP2004093458A - 光化学オキシダント濃度測定装置およびそれを具備する信号機 - Google Patents
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Abstract
【課題】光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供する。
【解決手段】内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置。
【選択図】 図1
【解決手段】内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、大気中に発生する環境汚染ガスの一つである光化学オキシダントの濃度測定装置に関する。また、本発明は、環境汚染を改善するために光化学オキシダント濃度に基づいて交通規制を行う際に用いる信号機に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、環境汚染ガスによる地球環境への影響が問題とされている。環境汚染ガスには、窒素酸化物(NOx:NO、NO2など)、硫黄酸化物(SOx:SO2、SO3など)、一酸化炭素(CO)、浮遊粒子状物質(SPM)、光化学オキシダントなどがある。
【0003】
わが国では、これらの環境汚染ガスについて環境基準および指針値を設定し、排出規制を中心に各種政策を実施している。その結果、硫黄酸化物などは排出が改善され、それらの濃度は年々減少している。
【0004】
しかしながら、自動車などの車両から排出される窒素酸化物、浮遊粒子状物質などの濃度の年推移はほとんど変化がなく、改善されていない。特に大都市では、これらの環境汚染ガス濃度の環境基準および指針値の達成状況が低く、しかも、交通量の多い交差点において、これらの濃度が非常に高いと報告されている。また、大気中の炭化水素や窒素酸化物は、太陽などから放射される紫外線を吸収し、光化学反応を起こすと、主にオゾンからなる光化学オキシダントを生成する。光化学オキシダントに起因する光化学スモッグ警報の発令される年間日数は、年々、増加している。
【0005】
一方、従来、交差点などに設けられている信号機は、信号機毎に独立して運用されているか、道路上に設置した車両感知器で得た情報に基づいて動作が制御されている。
【0006】
特開2001−319291号公報には、車両から排出される環境汚染ガスによる環境汚染を改善するために、複数の地点で大気中の環境汚染ガスの濃度を分析し、分析結果に基づいて信号機の動作を制御する信号機制御システムおよび信号機制御方法が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光化学オキシダントの濃度は、光学的な測定手段を用いる分析装置(以下、光学分析装置という。)で測定される。光学分析装置は、大気中における数ppb〜数10ppbレベルの濃度を精度よく測定できるものであるが、一方で、大型で価格が高いものである。そのため、設置スペースの確保などの問題から、多数の地点に光学分析装置を設置することは難しい。従って、光学分析装置を多数の地点に設置して光化学オキシダントの濃度を監視し、その汚染状況に基づいて信号機を制御するシステムを実現することは非常に困難である。また、直接的に光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解除去することにより、光化学オキシダントの低減を図ることも困難である。
【0008】
本発明は、上記を鑑み、光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供することを目的の一つとする。本発明は、また、そのような光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機およびそれを用いた信号機制御システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置に関する。
前記オゾンセンサは、酸化インジウムを主成分とするガス感応体を具備することが好ましい。
前記ガス感応体は、化学的製膜法により形成されていることが好ましい。
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、さらに、オゾン分解能を有する触媒を具備することが好ましい。
前記触媒は、少なくとも酸化マンガンおよび活性炭のいずれかを主成分とすることが好ましい。
本発明は、また、半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機に関する。
【0010】
本発明は、また、内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置に関する。この光化学オキシダント濃度測定装置は、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒を具備することが好ましい。
【0011】
本発明は、また、内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、前記筐体内に外気を送り込む送風手段、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒、ならびに前記オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部からなる光化学オキシダント濃度測定装置に関する。
【0012】
本発明は、さらに、道路網の少なくとも1箇所に配置された、光化学オキシダント濃度測定装置を有する少なくとも1つの信号機と、前記光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度に応じて前記信号機の表示動作を制御する信号機制御部とを具備し、前記光化学オキシダント濃度測定装置が、半導体からなるオゾンセンサを具備する信号機制御システムに関する。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、半導体からなるオゾンセンサを有する。半導体からなるオゾンセンサは、半導体からなるガス感応体を有する。半導体からなるガス感応体は、周囲のオゾン濃度によって抵抗値が変化する。この抵抗値の変化から周囲の光化学オキシダント濃度の変化を知ることができる。
【0014】
半導体からなるガス感応体は、窒素酸化物のような他の酸化性ガスや炭化水素などの還元性ガスによって影響をほとんど受けることがない。従って、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、ppbレベルの光化学オキシダントの濃度を精度良く測定することができる。
【0015】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置が、オゾン分解能を有する触媒を有する場合、光化学オキシダント濃度を測定しながら同時にオゾンの絶対量を低減することができる。このような装置には、外気を装置内に送り込むための送風手段を設けることが好ましい。送風手段により、装置周辺の外気が順次に触媒上を通過するため、触媒によるオゾンの分解が促進されるからである。
【0016】
また、光化学オキシダント濃度測定装置には、オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部を設けることが好ましい。そして、装置周辺のオゾン濃度が高くなると、送風手段の駆動力をアップして、より多くの外気を短時間で触媒と接触させることが好ましい。
【0017】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、小型で、光学分析装置に比べて安価である。従って、信号機に簡便かつ低コストで組み込むことができる。そして、その信号機を道路網の少なくとも1箇所に配置し、その信号機周辺の光化学オキシダント濃度に応じてその信号機の表示動作を制御することにより、信号機周辺の汚染状態を改善することができる。例えば、複数の交差点に信号機を設置して、光化学オキシダントの濃度を監視し、濃度の高い交差点周辺の車両の流れがスムーズになるように信号を操作する。その結果、その交差点周辺では車両の停滞が少なくなり、車両から排出される窒素酸化物の量が低減し、光化学オキシダント濃度も低減することになる。
【0018】
信号機が具備する光化学オキシダント濃度測定装置が、オゾン分解能を有する触媒を有する場合、光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機を配置した道路網全体におけるオゾンの絶対量を効率よく低減することができる。
また、光化学オキシダント濃度測定装置が、上記の送風手段や送風手段制御部を有する場合には、オゾン濃度の高い場所で送風手段を優先的に駆動し、オゾン濃度が低い場所では送風手段の駆動を休止もしくは緩めることができる。このため送風手段の駆動に要するエネルギーの損失を低減することができる。
【0019】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
《実施例1》
図1に、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の一例の概略断面図を示す。この装置は、内部に外気10が通気する風路11を有する筐体12、風路11の入口に設置された除塵フィルタ13、風路11に外気を送り込むための送風ファン14、高電圧により外気に含まれる埃や塵を帯電させるための放電素子15、放電素子15の下流側に位置する集塵部16、集塵部16の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ素子17、ならびにオゾンセンサ素子17の駆動回路18からなる。オゾンセンサ素子17は、エレメント17aおよびエレメント17aを保護するためのキャップ17bを有する。
【0020】
除塵フィルタ13は、風路11に送り込まれる外気中の埃を除去するためのものである。送風ファン14は、モータなどにより駆動される。集塵部16は、放電素子15により帯電した埃や塵を除去するために、逆の電荷を有することが好ましい。オゾンセンサ素子17では、集塵後の外気中の光化学オキシダント濃度が測定される。オゾンセンサ素子17は、回路18により駆動される。駆動回路18は、例えば、オゾンセンサ素子17の出力値を濃度に変換したり、オゾンセンサ素子17の出力に応じてエレメント17aを加熱するための印加電圧を制御したりする機能を有する。なお、送風ファン14は、風路11に外気を送り込む役割さえ果たせれば、装置内のどこに設置してもよい。例えば、集塵部16とオゾンセンサ素子17との間や風路11の出口に設けてもよい。
【0021】
《実施例2》
図2は、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の他の一例の概略断面図である。この装置は、内部に外気20が通気する風路21を有する筐体22、風路21の入口に設置された除塵フィルタ23、風路21に外気を送り込むための送風ファン24、外気に含まれる埃や塵を帯電させるための放電素子25、放電素子25の下流側に位置する集塵部26、集塵部26の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ素子27、オゾンセンサ素子27の駆動回路28、オゾンセンサ素子27の下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒層29、ならびにオゾンセンサ素子が感知した情報に応じて送風ファンの駆動力を変化させる送風ファン制御部210からなる。オゾンセンサ素子27は、エレメント27aおよびエレメント27aを保護するためのキャップ27bを有する。
【0022】
オゾン分解能を有する触媒層29は、通気性を有する限り、触媒のみからなるものでも、触媒と触媒を担持する単体からなるものでもよい。触媒は、オゾンを分解するものであればよく、特に限定されないが、酸化マンガンもしくは活性炭からなるものが好ましい。
【0023】
オゾン濃度を測定した後の外気は、触媒層29を通過する際に、分解・除去される。なお、送風ファン24は、風路21に外気を送り込む役割さえ果たせれば、装置内のどこに設置してもよい。例えば、集塵部26とオゾンセンサ素子27との間や風路21の出口に設けてもよい。送風ファン制御部210は、外気中のオゾン濃度が高い場合には、送風ファン24の回転速度が速くなり、オゾン濃度が低い場合には、回転速度が遅くなるように、送風ファンを制御するためのものである。
【0024】
図3は、実施例1および実施例2の光化学オキシダント濃度測定装置に用いることができるオゾンセンサのエレメントの一例の概略断面図である。このエレメントは、絶縁性基板30、その上に設けられた一対の電極31aと31b、その電極間に介在し、ならびに各電極上にまで張り出しているガス感応体32からなる。
【0025】
絶縁性基板30は、少なくとも電極と接する表面が絶縁性材料からなるものであれば何でも使用することができるが、特に、絶縁性の金属酸化物からなるものが好ましい。絶縁性基板30は、ヒータ33などの加熱手段を備えていることが好ましい。加熱手段33によりエレメントの温度を変化させると、ガスの吸脱着の速度が変化する。従って、ガスに対する感応性を向上させたり、ガス選択性を向上させたりすることができる。絶縁性基板30を構成する材料の具体例として、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライトなどの金属酸化物を挙げることができる。基板の表面粗さは0.01〜1μmであることが好ましい。
【0026】
電極31aと31bは、主にガス感応体32の抵抗値を測定するためにガス感応体32に電圧を印加するためのものである。電極の材料、構造、パターン、製造方法等は特に限定されない。電極31aと31bを構成する材料の具体例として、例えば、金、銀、白金等の金属を挙げることができる。電極の厚さは0.1〜20μmであることが好ましい。
【0027】
ガス感応体32は、金属酸化物半導体からなる。例えば、酸素欠陥が生じることにより高い導電性を発現する酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化チタンなどが挙げられるが、酸化インジウムが最も好ましい。
【0028】
ガス感応体の製膜方法には、熱分解法、ゾルーゲル法、CVD法などの化学的製膜法と、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法などの物理的製膜法を用いることができる。ただし、化学的製膜法の方が好ましく、なかでも熱分解法またはゾルーゲル法が最も好ましい。例えば、インジウム化合物と有機配位化合物とを含む溶液を、基板上の電極間に塗布し、乾燥・焼成することにより、ガス感応体が形成される。
【0029】
《実施例3》
図4は、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機の一例の概略図である。図4では、信号機40を構成する本体41の支柱42に光化学オキシダント濃度測定装置43が固定されているが、光化学オキシダント濃度測定装置は、信号機のどの位置に取り付けてもよい。光化学オキシダント濃度測定装置の取り付け位置は、図4に限定されるものではない。
なお、従来の光学分析装置は、大型でスペースを要するため、図4に示すように信号機に取り付けることは困難である。そのため、別途、光学分析装置を設置する場所が道路上等に必要となる。
【0030】
ここで、光化学オキシダント濃度測定装置43が、オゾン分解能を有する触媒を具備する場合、信号機周辺の光化学オキシダント濃度を測定するとともに、それ自身で光化学オキシダントの主成分であるオゾンを触媒で分解・除去することができる。
【0031】
図5は、このような信号機を用いた信号機制御システムの一例の概要を示す模式図である。ここでは、12個の居住地50の間を、上下方向に伸びる3本の縦道路51と左右方向に伸びる2本の横道路52からなる道路網を示す。道路網には6つの交差点エリア53a〜53fが存在する。各交差点エリアには、それぞれ4つずつ信号機54が配置されている。
信号機54は、実施例2に示した触媒層29を有する光化学オキシダント測定装置を備えている。その光化学オキシダント濃度測定装置には、送風ファン制御部210が設けられており、外気中のオゾン濃度が高い場合には、送風ファン24の回転速度を速く、オゾン濃度が低い場合には、回転速度を遅くすることができる。
【0032】
各信号機に備えられた光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度の情報は、信号機の表示動作を制御する信号機制御部55に集約される。その結果、信号機制御部55は、自動車56の多い交差点エリア53bの光化学オキシダント濃度が高く、自動車の少ない交差点エリア53aや53fの光化学オキシダント濃度が低いことを、集約された情報から把握できる。このとき、信号機制御部55が、光化学オキシダント濃度が高い交差点エリア53bの信号機を青に表示させれば、交差点エリア53bでの自動車の停滞がなくなり、交差点エリア53bの光化学オキシダント濃度は次第に減少する。
【0033】
しかも、光化学オキシダント濃度測定装置には、送風ファン制御部210が設けられているため、送風ファンは、オゾン濃度の高い交差点エリア53bでは比較的速く回転しており、オゾン濃度が低い交差点エリア53aや53fでは回転が緩やかである。そのため、最小のエネルギーで効率よく光化学オキシダントの絶対量を低減することができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供することができる。また、そのような光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機を用いることにより、例えば道路網における光化学オキシダントの発生を抑制もしくは低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の一例の概略断面図である。
【図2】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の他の一例の概略断面図である。
【図3】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置が具備するオゾンセンサ素子のエレメントの一例の概略断面図である。
【図4】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機の一例の概略図である。
【図5】本発明の信号機を用いた信号機制御システムの一例である。
【符号の説明】
10 外気
11 風路
12 筐体
13 除塵フィルタ
14 送風ファン
15 放電素子
16 集塵部
17 オゾンセンサ素子
17a エレメント
17b キャップ
18 オゾンセンサ素子の駆動回路
20 外気
21 風路
22 筐体
23 除塵フィルタ
24 送風ファン
25 放電素子
26 集塵部
27 オゾンセンサ素子
27a エレメント
27b キャップ
28 オゾンセンサ素子の駆動回路
29 触媒層
210 送風ファン制御部
30 絶縁性基板
31a、b 電極
32 ガス感応体
33 ヒータ
40 信号機
41 信号機本体
42 支柱
43 光化学オキシダント濃度測定装置
50 居住地
51 縦道路
52 横道路
53a〜f 交差点エリア
54 信号機
55 信号機制御部
56 自動車
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、大気中に発生する環境汚染ガスの一つである光化学オキシダントの濃度測定装置に関する。また、本発明は、環境汚染を改善するために光化学オキシダント濃度に基づいて交通規制を行う際に用いる信号機に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、環境汚染ガスによる地球環境への影響が問題とされている。環境汚染ガスには、窒素酸化物(NOx:NO、NO2など)、硫黄酸化物(SOx:SO2、SO3など)、一酸化炭素(CO)、浮遊粒子状物質(SPM)、光化学オキシダントなどがある。
【0003】
わが国では、これらの環境汚染ガスについて環境基準および指針値を設定し、排出規制を中心に各種政策を実施している。その結果、硫黄酸化物などは排出が改善され、それらの濃度は年々減少している。
【0004】
しかしながら、自動車などの車両から排出される窒素酸化物、浮遊粒子状物質などの濃度の年推移はほとんど変化がなく、改善されていない。特に大都市では、これらの環境汚染ガス濃度の環境基準および指針値の達成状況が低く、しかも、交通量の多い交差点において、これらの濃度が非常に高いと報告されている。また、大気中の炭化水素や窒素酸化物は、太陽などから放射される紫外線を吸収し、光化学反応を起こすと、主にオゾンからなる光化学オキシダントを生成する。光化学オキシダントに起因する光化学スモッグ警報の発令される年間日数は、年々、増加している。
【0005】
一方、従来、交差点などに設けられている信号機は、信号機毎に独立して運用されているか、道路上に設置した車両感知器で得た情報に基づいて動作が制御されている。
【0006】
特開2001−319291号公報には、車両から排出される環境汚染ガスによる環境汚染を改善するために、複数の地点で大気中の環境汚染ガスの濃度を分析し、分析結果に基づいて信号機の動作を制御する信号機制御システムおよび信号機制御方法が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光化学オキシダントの濃度は、光学的な測定手段を用いる分析装置(以下、光学分析装置という。)で測定される。光学分析装置は、大気中における数ppb〜数10ppbレベルの濃度を精度よく測定できるものであるが、一方で、大型で価格が高いものである。そのため、設置スペースの確保などの問題から、多数の地点に光学分析装置を設置することは難しい。従って、光学分析装置を多数の地点に設置して光化学オキシダントの濃度を監視し、その汚染状況に基づいて信号機を制御するシステムを実現することは非常に困難である。また、直接的に光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解除去することにより、光化学オキシダントの低減を図ることも困難である。
【0008】
本発明は、上記を鑑み、光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供することを目的の一つとする。本発明は、また、そのような光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機およびそれを用いた信号機制御システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置に関する。
前記オゾンセンサは、酸化インジウムを主成分とするガス感応体を具備することが好ましい。
前記ガス感応体は、化学的製膜法により形成されていることが好ましい。
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、さらに、オゾン分解能を有する触媒を具備することが好ましい。
前記触媒は、少なくとも酸化マンガンおよび活性炭のいずれかを主成分とすることが好ましい。
本発明は、また、半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機に関する。
【0010】
本発明は、また、内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置に関する。この光化学オキシダント濃度測定装置は、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒を具備することが好ましい。
【0011】
本発明は、また、内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、前記筐体内に外気を送り込む送風手段、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒、ならびに前記オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部からなる光化学オキシダント濃度測定装置に関する。
【0012】
本発明は、さらに、道路網の少なくとも1箇所に配置された、光化学オキシダント濃度測定装置を有する少なくとも1つの信号機と、前記光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度に応じて前記信号機の表示動作を制御する信号機制御部とを具備し、前記光化学オキシダント濃度測定装置が、半導体からなるオゾンセンサを具備する信号機制御システムに関する。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、半導体からなるオゾンセンサを有する。半導体からなるオゾンセンサは、半導体からなるガス感応体を有する。半導体からなるガス感応体は、周囲のオゾン濃度によって抵抗値が変化する。この抵抗値の変化から周囲の光化学オキシダント濃度の変化を知ることができる。
【0014】
半導体からなるガス感応体は、窒素酸化物のような他の酸化性ガスや炭化水素などの還元性ガスによって影響をほとんど受けることがない。従って、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、ppbレベルの光化学オキシダントの濃度を精度良く測定することができる。
【0015】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置が、オゾン分解能を有する触媒を有する場合、光化学オキシダント濃度を測定しながら同時にオゾンの絶対量を低減することができる。このような装置には、外気を装置内に送り込むための送風手段を設けることが好ましい。送風手段により、装置周辺の外気が順次に触媒上を通過するため、触媒によるオゾンの分解が促進されるからである。
【0016】
また、光化学オキシダント濃度測定装置には、オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部を設けることが好ましい。そして、装置周辺のオゾン濃度が高くなると、送風手段の駆動力をアップして、より多くの外気を短時間で触媒と接触させることが好ましい。
【0017】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、小型で、光学分析装置に比べて安価である。従って、信号機に簡便かつ低コストで組み込むことができる。そして、その信号機を道路網の少なくとも1箇所に配置し、その信号機周辺の光化学オキシダント濃度に応じてその信号機の表示動作を制御することにより、信号機周辺の汚染状態を改善することができる。例えば、複数の交差点に信号機を設置して、光化学オキシダントの濃度を監視し、濃度の高い交差点周辺の車両の流れがスムーズになるように信号を操作する。その結果、その交差点周辺では車両の停滞が少なくなり、車両から排出される窒素酸化物の量が低減し、光化学オキシダント濃度も低減することになる。
【0018】
信号機が具備する光化学オキシダント濃度測定装置が、オゾン分解能を有する触媒を有する場合、光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機を配置した道路網全体におけるオゾンの絶対量を効率よく低減することができる。
また、光化学オキシダント濃度測定装置が、上記の送風手段や送風手段制御部を有する場合には、オゾン濃度の高い場所で送風手段を優先的に駆動し、オゾン濃度が低い場所では送風手段の駆動を休止もしくは緩めることができる。このため送風手段の駆動に要するエネルギーの損失を低減することができる。
【0019】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
《実施例1》
図1に、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の一例の概略断面図を示す。この装置は、内部に外気10が通気する風路11を有する筐体12、風路11の入口に設置された除塵フィルタ13、風路11に外気を送り込むための送風ファン14、高電圧により外気に含まれる埃や塵を帯電させるための放電素子15、放電素子15の下流側に位置する集塵部16、集塵部16の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ素子17、ならびにオゾンセンサ素子17の駆動回路18からなる。オゾンセンサ素子17は、エレメント17aおよびエレメント17aを保護するためのキャップ17bを有する。
【0020】
除塵フィルタ13は、風路11に送り込まれる外気中の埃を除去するためのものである。送風ファン14は、モータなどにより駆動される。集塵部16は、放電素子15により帯電した埃や塵を除去するために、逆の電荷を有することが好ましい。オゾンセンサ素子17では、集塵後の外気中の光化学オキシダント濃度が測定される。オゾンセンサ素子17は、回路18により駆動される。駆動回路18は、例えば、オゾンセンサ素子17の出力値を濃度に変換したり、オゾンセンサ素子17の出力に応じてエレメント17aを加熱するための印加電圧を制御したりする機能を有する。なお、送風ファン14は、風路11に外気を送り込む役割さえ果たせれば、装置内のどこに設置してもよい。例えば、集塵部16とオゾンセンサ素子17との間や風路11の出口に設けてもよい。
【0021】
《実施例2》
図2は、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の他の一例の概略断面図である。この装置は、内部に外気20が通気する風路21を有する筐体22、風路21の入口に設置された除塵フィルタ23、風路21に外気を送り込むための送風ファン24、外気に含まれる埃や塵を帯電させるための放電素子25、放電素子25の下流側に位置する集塵部26、集塵部26の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ素子27、オゾンセンサ素子27の駆動回路28、オゾンセンサ素子27の下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒層29、ならびにオゾンセンサ素子が感知した情報に応じて送風ファンの駆動力を変化させる送風ファン制御部210からなる。オゾンセンサ素子27は、エレメント27aおよびエレメント27aを保護するためのキャップ27bを有する。
【0022】
オゾン分解能を有する触媒層29は、通気性を有する限り、触媒のみからなるものでも、触媒と触媒を担持する単体からなるものでもよい。触媒は、オゾンを分解するものであればよく、特に限定されないが、酸化マンガンもしくは活性炭からなるものが好ましい。
【0023】
オゾン濃度を測定した後の外気は、触媒層29を通過する際に、分解・除去される。なお、送風ファン24は、風路21に外気を送り込む役割さえ果たせれば、装置内のどこに設置してもよい。例えば、集塵部26とオゾンセンサ素子27との間や風路21の出口に設けてもよい。送風ファン制御部210は、外気中のオゾン濃度が高い場合には、送風ファン24の回転速度が速くなり、オゾン濃度が低い場合には、回転速度が遅くなるように、送風ファンを制御するためのものである。
【0024】
図3は、実施例1および実施例2の光化学オキシダント濃度測定装置に用いることができるオゾンセンサのエレメントの一例の概略断面図である。このエレメントは、絶縁性基板30、その上に設けられた一対の電極31aと31b、その電極間に介在し、ならびに各電極上にまで張り出しているガス感応体32からなる。
【0025】
絶縁性基板30は、少なくとも電極と接する表面が絶縁性材料からなるものであれば何でも使用することができるが、特に、絶縁性の金属酸化物からなるものが好ましい。絶縁性基板30は、ヒータ33などの加熱手段を備えていることが好ましい。加熱手段33によりエレメントの温度を変化させると、ガスの吸脱着の速度が変化する。従って、ガスに対する感応性を向上させたり、ガス選択性を向上させたりすることができる。絶縁性基板30を構成する材料の具体例として、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライトなどの金属酸化物を挙げることができる。基板の表面粗さは0.01〜1μmであることが好ましい。
【0026】
電極31aと31bは、主にガス感応体32の抵抗値を測定するためにガス感応体32に電圧を印加するためのものである。電極の材料、構造、パターン、製造方法等は特に限定されない。電極31aと31bを構成する材料の具体例として、例えば、金、銀、白金等の金属を挙げることができる。電極の厚さは0.1〜20μmであることが好ましい。
【0027】
ガス感応体32は、金属酸化物半導体からなる。例えば、酸素欠陥が生じることにより高い導電性を発現する酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化チタンなどが挙げられるが、酸化インジウムが最も好ましい。
【0028】
ガス感応体の製膜方法には、熱分解法、ゾルーゲル法、CVD法などの化学的製膜法と、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法などの物理的製膜法を用いることができる。ただし、化学的製膜法の方が好ましく、なかでも熱分解法またはゾルーゲル法が最も好ましい。例えば、インジウム化合物と有機配位化合物とを含む溶液を、基板上の電極間に塗布し、乾燥・焼成することにより、ガス感応体が形成される。
【0029】
《実施例3》
図4は、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機の一例の概略図である。図4では、信号機40を構成する本体41の支柱42に光化学オキシダント濃度測定装置43が固定されているが、光化学オキシダント濃度測定装置は、信号機のどの位置に取り付けてもよい。光化学オキシダント濃度測定装置の取り付け位置は、図4に限定されるものではない。
なお、従来の光学分析装置は、大型でスペースを要するため、図4に示すように信号機に取り付けることは困難である。そのため、別途、光学分析装置を設置する場所が道路上等に必要となる。
【0030】
ここで、光化学オキシダント濃度測定装置43が、オゾン分解能を有する触媒を具備する場合、信号機周辺の光化学オキシダント濃度を測定するとともに、それ自身で光化学オキシダントの主成分であるオゾンを触媒で分解・除去することができる。
【0031】
図5は、このような信号機を用いた信号機制御システムの一例の概要を示す模式図である。ここでは、12個の居住地50の間を、上下方向に伸びる3本の縦道路51と左右方向に伸びる2本の横道路52からなる道路網を示す。道路網には6つの交差点エリア53a〜53fが存在する。各交差点エリアには、それぞれ4つずつ信号機54が配置されている。
信号機54は、実施例2に示した触媒層29を有する光化学オキシダント測定装置を備えている。その光化学オキシダント濃度測定装置には、送風ファン制御部210が設けられており、外気中のオゾン濃度が高い場合には、送風ファン24の回転速度を速く、オゾン濃度が低い場合には、回転速度を遅くすることができる。
【0032】
各信号機に備えられた光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度の情報は、信号機の表示動作を制御する信号機制御部55に集約される。その結果、信号機制御部55は、自動車56の多い交差点エリア53bの光化学オキシダント濃度が高く、自動車の少ない交差点エリア53aや53fの光化学オキシダント濃度が低いことを、集約された情報から把握できる。このとき、信号機制御部55が、光化学オキシダント濃度が高い交差点エリア53bの信号機を青に表示させれば、交差点エリア53bでの自動車の停滞がなくなり、交差点エリア53bの光化学オキシダント濃度は次第に減少する。
【0033】
しかも、光化学オキシダント濃度測定装置には、送風ファン制御部210が設けられているため、送風ファンは、オゾン濃度の高い交差点エリア53bでは比較的速く回転しており、オゾン濃度が低い交差点エリア53aや53fでは回転が緩やかである。そのため、最小のエネルギーで効率よく光化学オキシダントの絶対量を低減することができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供することができる。また、そのような光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機を用いることにより、例えば道路網における光化学オキシダントの発生を抑制もしくは低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の一例の概略断面図である。
【図2】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の他の一例の概略断面図である。
【図3】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置が具備するオゾンセンサ素子のエレメントの一例の概略断面図である。
【図4】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機の一例の概略図である。
【図5】本発明の信号機を用いた信号機制御システムの一例である。
【符号の説明】
10 外気
11 風路
12 筐体
13 除塵フィルタ
14 送風ファン
15 放電素子
16 集塵部
17 オゾンセンサ素子
17a エレメント
17b キャップ
18 オゾンセンサ素子の駆動回路
20 外気
21 風路
22 筐体
23 除塵フィルタ
24 送風ファン
25 放電素子
26 集塵部
27 オゾンセンサ素子
27a エレメント
27b キャップ
28 オゾンセンサ素子の駆動回路
29 触媒層
210 送風ファン制御部
30 絶縁性基板
31a、b 電極
32 ガス感応体
33 ヒータ
40 信号機
41 信号機本体
42 支柱
43 光化学オキシダント濃度測定装置
50 居住地
51 縦道路
52 横道路
53a〜f 交差点エリア
54 信号機
55 信号機制御部
56 自動車
Claims (10)
- 半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置。
- 前記オゾンセンサが、酸化インジウムを主成分とするガス感応体を具備する請求項1記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
- 前記ガス感応体が、化学的製膜法により形成されている請求項2記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
- さらに、オゾン分解能を有する触媒を具備する請求項1記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
- 前記触媒が、少なくとも酸化マンガンおよび活性炭のいずれかを主成分とする請求項4記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
- 半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機。
- 内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置。
- さらに、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒を具備する請求項7記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
- さらに、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒と、前記オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部とを具備する請求項7記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
- 道路網の少なくとも1箇所に配置された、光化学オキシダント濃度測定装置を有する少なくとも1つの信号機と、前記光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度に応じて前記信号機の表示動作を制御する信号機制御部と、を具備し、前記光化学オキシダント濃度測定装置が、半導体からなるオゾンセンサを具備する信号機制御システム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002256911A JP2004093458A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 光化学オキシダント濃度測定装置およびそれを具備する信号機 |
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KR101457954B1 (ko) * | 2013-11-19 | 2014-11-04 | 대한민국 | 오염 방지 기능을 가진 환경 정보 측정장치 |
JP2021012173A (ja) * | 2019-07-09 | 2021-02-04 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサおよびガス濃度測定方法 |
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2002
- 2002-09-02 JP JP2002256911A patent/JP2004093458A/ja active Pending
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