JP2007101281A

JP2007101281A - Ｔｖｏｃ測定装置

Info

Publication number: JP2007101281A
Application number: JP2005289540A
Authority: JP
Inventors: Masanao Furukawa; 雅直古川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】検出部に導入する試料ガス流量を正確に一定に維持して測定精度や感度を向上させる。
【解決手段】水素炎イオン化検出器１０に試料ガスを導入する検出流路６上に流量抵抗管７を設け、上流側の流路内のガス圧を圧力センサ８により検知する。制御部９は圧力センサ８の検出値をデジタル値に変換し、その値と制御目標値との差を算出し、その差から制御値を導出して圧力制御弁５の開度を変更することにより、流量抵抗管７の上流側流路内のガス圧を常に一定に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料ガス中に含まれる総揮発性有機化合物（ＴＶＯＣ：Total Volatile Organic Compounds）を測定するためのＴＶＯＣ測定装置に関する。

浮遊粒子状物質や光化学オキシダント等に関連した大気汚染の状況は未だ深刻であり、現在でも、浮遊粒子状物質による人の健康への影響が懸念され、光化学オキシダントによる健康被害も数多く報告されている。浮遊粒子状物質及び光化学オキシダントの原因には様々なものがあるが、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）もその一つである。ＶＯＣとは、揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称であり、トルエン、キシレン、酢酸エチルなど多種多様な物質が含まれる。このＶＯＣの排出を抑制するため、我が国においては、自動車からの炭化水素の排出規制のみならず、工場等の固定発生源からのＶＯＣの排出及び飛散についても排出規制が進められている。

具体的には、工場や事業所に設置されるＶＯＣを排出する施設の中で、その施設から排出されるＶＯＣが大気汚染の原因となるものであってその排出量が多いものについて、特に規制が行われている。こうした状況の中で、ＶＯＣの総量であるＴＶＯＣの測定の重要性はますます増大している。

図２は従来のＴＶＯＣ測定装置の概略流路構成を示す図である。例えば室内空気等の試料ガスはポンプ２により導入流路１に吸引され、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）１０に向かう検出流路６と排出流路３の２つに分岐される。排出流路３上には流量調節弁４が設けられ、この弁４の開度により排出流路３を通って装置外部に排気される試料ガスの流量が決まる。そして、この排出流路３を通って排出される試料ガスを除いた少量の試料ガスが、検出流路６に流れて水素炎イオン化検出器１０に達して検出される。このように排出流路３を通して試料ガスを排出するのは、水素炎イオン化検出器１０に導入可能な試料ガスの流量はごく僅かであり、ポンプ２ではこうした少量の試料ガスの送給を精度良く行うのが困難であるからである。

特開２００３−２０２３２４号公報

上記装置のように検出器として水素炎イオン化検出器を用いた構成では、高精度の測定を行うために水素炎イオン化検出器に導入する試料ガスの流量を高い精度で一定に維持することが重要である。しかしながら、一般にポンプ２により吸引及び送出される試料ガスの流量はかなり変動するため、上記のような構成では検出流路６を経て水素炎イオン化検出器１０に導入される試料ガスの流量の変動が避けられない。その結果、水素炎イオン化検出器１０での検出精度や検出感度が低下するという問題が起こる。

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、検出器に導入する試料ガスの流量を高い精度で一定に維持することにより、測定精度や感度を改善することができるＴＶＯＣ測定装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、試料ガス中に含まれる総揮発性有機化合物を測定するＴＶＯＣ測定装置であって、
a)導入された試料ガス中の炭化水素濃度を測定する検出手段と、
b)試料ガスを吸引するポンプが途中に設けられた試料ガスの導入流路と、
c)該導入流路に吸引された試料ガスを前記検出手段に導入するために流量抵抗管が途中に設けられた検出流路と、
d)該検出流路上で前記流量抵抗管の上流の流路内のガス圧を検出する圧力検出手段と、
e)該圧力検出手段による検出値が所定値となるように試料ガスを排出する又は供給する制御弁の開度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。

ここで上記制御弁は、例えばポンプにより導入流路に吸引された試料ガスを前記検出流路に供給したり或いは外部に排出したりするために設置される。

また本発明に係るＴＶＯＣ測定装置の好ましい一態様として、前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値をデジタル値に変換し、該デジタル値と所定値との差を算出し、該差に応じて前記制御弁の制御値を決定して該制御値に基づく駆動信号を生成するものとするとよい。

本発明によるＴＶＯＣ測定装置では、圧力検出手段により流量抵抗管の上流側の流路内のガス圧を高い精度で検出し、制御手段は、その検出値が制御目標値に一致するように制御弁の開度を調節することで、上記流量抵抗管上流側流路内のガス圧を一定に維持する。流量抵抗管を流れる試料ガスの流量はその入口圧と出口圧との差、及び流量抵抗管のサイズ等により決まる流れ抵抗に依存するから、その入口圧を高い精度で一定に維持することで検出手段に導入される試料ガスの流量を一定に維持することができる。それにより、検出手段での炭化水素濃度の測定精度及び感度が高まり、ＴＶＯＣの測定精度及び感度を改善させることができる。

また上記好ましい一態様の構成では、いわゆるデジタル圧力コントローラによって流量抵抗管の上流側流路内のガス圧が一定に制御されるため、例えばベロースなどの機械的な圧力検出機構を用いた圧力調節弁を使用する場合に比べて、測定毎の設定の誤差を格段に小さく抑えることができる。さらに、低ガス圧の制御が可能であるため、検出手段への導入流量が同一であるという条件の下で流量抵抗管の内径を大きくすることができる。それにより、試料ガスに混入している油分を多く含む浮遊微粒子が流量抵抗管の内壁に付着することに起因する流量のずれを相対的に小さくすることができ、そうした浮遊微粒子による管路の詰まりも回避することができる。

以下、本考案の一実施例であるＴＶＯＣ測定装置を図１により説明する。図１は本実施例のＴＶＯＣ測定装置の流路を中心とする概略構成図であり、既に説明した図２と同一の構成要素には同一符号を付している。

このＴＶＯＣ測定装置では、検出流路６上に流量抵抗管７が設けられ、その流量抵抗管７の上流側の流路内のガス圧が例えば拡散型半導体式の圧力センサ８により検知される。圧力センサ８の検出値はＣＰＵなどを中心に構成される制御部９に送られ、制御部９はこの圧力検出値が予め設定された制御目標値に一致するように、排出流路３に設けられた圧力制御弁５の開度を制御する。より詳しく述べると、制御部９はＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器を含み、圧力センサ８から入力された圧力検出値をデジタル値に変換し、その値と制御目標値との差を算出する。その差がゼロであれば圧力制御弁５の開度を変更する必要はないが、上記差が生じている場合には、その差の大きさと極性（プラス又はマイナス）から制御値を導出し、その制御値をＤ／Ａ変換して駆動信号を得て圧力制御弁５の開度を変更する。

例えばポンプ２の送出ガス量が増加して圧力センサ８による検出値が上昇すると、それに応じて制御部９は速やかに圧力制御弁５の開度を増加させ、排出流路３を通した試料ガスの排気を増やす。これにより、分岐点Ｐのガス圧は変動前の状態に戻る。制御部９はこうしたフィードバック制御を周期的に繰り返し行う。これにより、分岐点Ｐ付近のガス圧は常に一定に維持される。

導入流路１を経て供給される試料ガスの流量Ｆ１は例えば２００〜１０００ml/minであり、検出流路６（つまりは流量抵抗管７）を経て水素炎イオン化検出器１０に導入される試料ガスの流量Ｆ２はたかだか数ml/minである。したがって、ポンプ２により吸引された試料ガスのうち、その大部分（流量Ｆ１−Ｆ２）が排出流路３を経て装置外部に排出されることになる。

なお、水素炎イオン化検出器１０は、例えばJIS D 1030（自動車排ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、全炭化水素及び窒素酸化物の測定方法）に規定されている全炭化水素測定用の水素炎イオン化検出器の規格に準じたものとすることができる。

上記構成において、圧力センサ８、制御部９、圧力制御弁５はいわゆるデジタル圧力コントローラとして機能する。この部分がマニュアル圧力コントローラ、例えばベローズ等の機械的な圧力検知機構を用いた圧力調節弁である場合には、分岐点Ｐのガス圧を２０kPa程度以下に制御することは困難である。また、マニュアル式の圧力調節弁では、測定後にガス圧を設定する際の再設定性誤差（再現性誤差）が１％程度存在する。これは、主として、弁内の間雑のヒステリシスに起因する誤差である。こうした誤差はそのまま水素炎イオン化検出器１０に導入される試料ガスの流量のばらつきとして現れるから、検出器１０での測定精度や感度自体も１％程度の誤差が発生してしまうことになる。

さらに、分岐点Ｐのガス圧を２０kPa程度に制御し、水素炎イオン化検出器１０に５〜１０ml/min程度の流量の試料ガスを流すという条件の下では、流量抵抗管７の内径を０．２７mm（長さが１０００mmの場合）或いは０．２mm（長さが３００mmの場合）と、かなり小さくする必要がある。一般に、ＴＶＯＣ測定装置での測定対象である試料ガスには油分を含む浮遊微粒子が多く混入していることが多く、そうした粒子は狭くなった管路の内壁に付着し易い。そのため、上述したように流量抵抗管の管路の内径が小さいと詰まりが発生し易くなり、交換などの手間が大変である。また、管路が完全に詰まらない場合でも、例えば０．２mmの内径の流量抵抗管の内壁に１μm程度の厚さの付着が生じただけで、流量は２％変化してしまう。これは、測定感度が２％程度のずれることを意味する。

これに対し、本実施例のＴＶＯＣ測定装置では上述したようなデジタル圧力コントローラを使用しているため、上記のような再設定性誤差を０．１％程度に抑えることができる。また、分岐点Ｐのガス圧を例えば２kPa程度の低ガス圧に制御することが可能であり、そのガス圧で、且つ水素炎イオン化検出器１０に５〜１０ml/min程度の流量の試料ガスを流すという条件の下で、流量抵抗管７の内径を０．５mm（長さが１０００mmの場合）或いは０．３７mm（長さが３００mmの場合）と、上記の場合の２倍程度に広げることができる。それによって、上述したような浮遊微粒子の付着による管路の詰まりを容易に回避できる。また、流量抵抗管の内壁に１μm程度の厚さの付着が生じた場合でも、流量の変化は０．８％程度で済むため、それによる測定感度の誤差も抑えることができる。

なお、上記実施例は本考案の一例であり、上記記載以外においても本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができることは明らかである。

本発明の一実施例であるＴＶＯＣ測定装置の流路を中心とする概略構成図。従来のＴＶＯＣ測定装置の流路を中心とする概略構成図。

符号の説明

１…導入流路
２…ポンプ
３…排出流路
５…圧力制御弁
６…検出流路
７…流量抵抗管
８…圧力センサ
９…制御部
１０…水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）

Claims

試料ガス中に含まれる総揮発性有機化合物を測定するＴＶＯＣ測定装置であって、
a)導入された試料ガス中の炭化水素濃度を測定する検出手段と、
b)試料ガスを吸引するポンプが途中に設けられた試料ガスの導入流路と、
c)該導入流路に吸引された試料ガスを前記検出手段に導入するために流量抵抗管が途中に設けられた検出流路と、
d)該検出流路上で前記流量抵抗管の上流の流路内のガス圧を検出する圧力検出手段と、
e)該圧力検出手段による検出値が所定値となるように試料ガスを排出する又は供給する制御弁の開度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするＴＶＯＣ測定装置。
前記制御手段は、前記圧力検出手段による検出値をデジタル値に変換し、該デジタル値と所定値との差を算出し、該差に応じて前記制御弁の制御値を決定して該制御値に基づく駆動信号を生成するものであることを特徴とする請求項１に記載のＴＶＯＣ測定装置。