JP3129840U - 揮発性有機化合物測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準ラインに設けられたＣＯ₂除去部のＣＯ₂吸収剤の劣化を装置で判断できるようにして、ＶＯＣ測定の精度を向上させる。
【解決手段】ＶＯＣ測定開始前のゼロ校正終了後、基準ラインに切り替えて基準ガスを試料セルに導入して基準ガス中のＣＯ₂濃度を測定することで、基準ラインのＣＯ₂除去部のＣＯ₂吸収剤の劣化を判断する。
【選択図】図２

Description

本考案は、塗装工場、印刷工場又は洗浄工場などの工場から排出される排ガス中に含まれる揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）を測定するための揮発性有機化合物測定装置（以下、ＶＯＣ測定装置ともいう）に関するものである。

ＶＯＣ測定装置について説明する。
ＶＯＣ測定装置は試料ガスを非分散赤外線吸収式の検出部の試料セルに送り、ＶＯＣ由来のＣＯ₂濃度を求める。試料ガスを導入する試料ガス導入部と試料セルの間には、試料ガス中のＶＯＣをＣＯ₂（二酸化炭素）に変換して測定ガスとして試料セルに導入するための測定ラインと、試料ガスを酸化反応部に通さないで比較ガスとして試料セルに導入するための比較ラインが設けられている。ＶＯＣ測定時は、それらのラインと試料セルとの間の接続が一定周期で交互に切り替えられ、測定ガスと比較ガスが交互に試料セルに導入される。

測定ラインには酸化反応部が設けられており、試料ガス中のＶＯＣが例えば白金触媒などの触媒によって酸化されてＣＯ₂に変換される。測定ガスには、試料ガスに最初から含まれていたＣＯ₂に加えてＶＯＣの酸化により発生したＣＯ₂が含まれているため、検出部ではそれらを合わせた全ＣＯ₂濃度に由来する測定値が得られる。他方、比較ガスにはＶＯＣの酸化によるＣＯ₂が含まれていないため、検出部では試料ガスに最初から含まれていたＣＯ₂のみに由来する測定値が得られる。したがって、測定ガスと比較ガスの測定値の差を求めることで、試料ガス中に含まれるＶＯＣの炭素数等量のＣＯ₂濃度を求めることができる。

検出部１２で得られる測定値とＣＯ₂濃度との関係が図５（Ｂ）に示されるように直線関係であれば、比較ガス中のＣＯ₂濃度が変動しても、測定ガスと比較ガスとの測定値の差から求めたＶＯＣ由来のＣＯ₂濃度に誤差を生じることはない。しかし実際には図５（Ａ）に示されるように、検出部で得られる測定値とＣＯ₂濃度との関係はランベルトベールの式に従い対数関数である。それによって、ＶＯＣ濃度が等しいガスを測定した場合、検出部で得られる測定ガスと比較ガスとの測定値の差は比較ガス中のＣＯ₂濃度が高い方が小さくなり、測定ガスと比較ガスとの測定値の差のみに基づいてＶＯＣ由来のＣＯ₂濃度を算出すると誤差が生じるという問題があった。

そこで、ＣＯ₂を含まない基準ガスを試料セルに導入するための基準ラインを追加し、比較ラインと基準ラインとを交互に切り替えて比較ガスと基準ガスの検出信号の差から比較ガス中のＣＯ₂濃度を求め、測定ガスと比較ガスの検出信号の差に基づいて得られるＣＯ₂濃度を比較ガス中のＣＯ₂濃度に基づいて補正することで、正確にＶＯＣ由来のＣＯ₂濃度を算出することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
実用新案登録第３１１３９１９号公報

基準ガスを試料セルに導入するための基準ラインは、大気を取り込む大気取込み部と、取り込んだ大気からＣＯ₂を除去するためのＣＯ₂吸収剤を備えたＣＯ₂除去部を備えており、ＣＯ₂が取り除かれた大気を基準ガスとして試料セルに導入するようになっている。
ＣＯ₂吸収剤が劣化するとＣＯ₂吸収能力が低下して基準ガスがＣＯ₂を含んだものとなり、結果としてＶＯＣ測定値に誤差が生じる。しかし、従来ではＣＯ₂吸収剤の劣化の判断は分析者の判断に委ねられており、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力の低下を正確に検知することができなかった。

そこで本考案は、基準ラインに設けられたＣＯ₂除去部のＣＯ₂吸収剤の劣化を装置で判断できるようにして、ＶＯＣ測定の精度を向上させることを目的とするものである。

本考案は、試料セルを備え、試料セル中を流れるガス中のＣＯ₂濃度を検出する非分散赤外線吸収式検出部と、検出部のゼロ校正を行なうための校正ガスを検出部に導入するための校正ラインと、酸化反応部を備えて測定対象となる試料ガス中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）をＣＯ₂に変換して測定ガスとして試料セルに導入するための測定ラインと、酸化反応部を経ていない試料ガスを比較ガスとして試料セルに導入するための比較ラインと、ＣＯ₂吸収剤によりＣＯ₂を除去するＣＯ₂除去部を備えて空気からＣＯ₂を含んでいないガスを生成してそれを基準ガスとして試料セルに導入するための基準ラインと、校正ライン、測定ライン、比較ライン及び基準ラインと検出部との間の接続の切替えを行なう切替え機構並びにその切替え動作を制御する制御部と、測定ガスの検出部による検出信号、比較ガスの検出部による検出信号及び基準ガスの検出部による検出信号に基づいて、試料ガス中の揮発性有機化合物濃度を算出する演算処理部と、を備えた揮発性有機化合物測定装置であって、制御部は、校正ラインに切り替えて校正ガスを試料セルに導入してゼロ校正の直前又は直後に、基準ラインを検出部に接続するように切り替え、演算処理部はその際の検出部で得られた基準ガスによる検出信号と校正ガスによる検出信号とを比較して、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力を評価するようになっていることを特徴とするものである。

演算処理部は、算出した基準ガス中のＣＯ₂濃度検出信号とゼロ校正時の検出信号との差が一定以上となっている場合にＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下していると判断して分析者に告知するようになっていてもよい。

さらに、制御部は、演算処理部がＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下していると判断したときは、その後の揮発性有機化合物測定が行なわれないように切替え機構を制御するようになっていてもよい。

本考案では、ゼロ校正の直前又は直後に基準ラインを検出部に接続するように切り替え、演算処理部はその際の検出部で得られた基準ガスによる検出信号と校正ガスによる検出信号とを比較して、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力の低下を判断するようになっているので、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力がＶＯＣ測定開始前に自動的に評価されるようになり、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力の低下が測定開始前に発見できる。

演算処理部は、算出した基準ガス中のＣＯ₂濃度が一定以上となっている場合にＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下していると判断して分析者に告知するようになっていれば、ＶＯＣ測定前に分析者が劣化したＣＯ₂吸収剤の交換を行なうことができ、誤差の大きい測定を未然に防止することができる。

制御部は、演算処理部がＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下していると判断したときは、その後の揮発性有機化合物測定が行なわれないように各ラインのガス導入動作を制御するようになっていれば、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下した状態でＶＯＣ測定が行なわれることがなくなる。

図１はＶＯＣ測定装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。この図において太線は流路を示しており、細線は信号線を示している。
このＶＯＣ装置は、試料ガスを取り込んで試料ガス中のＶＯＣを酸化させてＣＯ₂に変換し、そのＣＯ₂を含む試料ガスを測定ガスとして検出部１２に導入するための測定ライン２、取り込んだ試料ガス中のＶＯＣをＣＯ₂に変換させずに比較ガスとして検出部１２に導入するための比較ライン４、又はＣＯ₂を除去した大気を検出部１２に導入するための基準ライン６を備えている。これらのラインと検出部１２との接続は流路切替え機構１６により選択的に切り替えられるようになっている。また、試料ガスの代わりに校正ガスが取り込まれているときは、測定ライン２及び比較ライン４が検出部１２のゼロ校正を行なうための校正ラインとなる。

測定ライン２上には、取り込んだ試料ガス中のＶＯＣを酸化させてＣＯ₂に変換する酸化反応部８が設けられている。
比較ライン４は酸化反応部８の上流側で測定ライン２と分岐し、酸化反応部８の下流側で再度測定ライン２と合流している。
基準ライン６は取り込んだ大気中のＣＯ₂を除去するためのＣＯ₂除去部１４を備えており、酸化反応部８の下流側で測定ライン２と合流している。

検出部１２は試料セル中を流れるガスの赤外線吸収を測定する非分散赤外線吸収式の検出装置である。
測定ライン２、比較ライン４及び基準ライン６を経たガスは前処理部１０を通って検出部１２の試料セルを流れた後、外部に排出される。測定ライン２を経た測定ガス中のＣＯ₂は、試料ガスに当初から含まれていたＣＯ₂とＶＯＣ由来のＣＯ₂が含まれている。他方、比較ライン４を経た比較ガス中のＣＯ₂は、試料ガスに当初から含まれていたＣＯ₂のみである。

流路切替え機構１６は制御部２０により制御されている。制御部２０は予め設定された測定プログラムに基づいて流路切替え機構１６を介して各ラインと検出部１２との接続の切替えを行なう。
演算処理部２２は検出部１２で得られた測定値に基づいてＣＯ₂濃度又はＶＯＣ濃度を算出する。演算処理部２２ではＣＯ₂濃度と検出部１２で得られる測定値とが予め関連付けられており、検出部１２の測定値からＣＯ₂濃度が算出できるようになっている。
演算処理部２２はまた、検出部１２で得られた校正ガスの測定値と基準ガスの測定値との差により基準ガス中のＣＯ₂濃度を算出してＣＯ₂除去部１４のＣＯ₂除去能力を評価するようになっている。

このＶＯＣ測定装置の動作について図２を参照しながら説明する。図２は一実施例のＶＯＣ測定装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
まず、校正ガスを取り込みながら測定ライン２と比較ライン４とを交互に切り替えて、検出部１２のゼロ校正を行なった後（ステップＳ１）、図４のタイミングチャートで示されているように、流路切替え機構１６を基準ライン６に切り替え、ＣＯ₂除去部１４を経た基準ガスを検出部１２に導入して基準ガス中のＣＯ₂濃度を測定する（ステップＳ２）。

基準ガス中のＣＯ₂濃度が測定されると、演算処理部２２はＣＯ₂除去部１４のＣＯ₂除去能力の評価を行なう（ステップＳ３）。この評価は、基準ガス中のＣＯ₂濃度がしきい値を上回るか下回るかによってＣＯ₂除去部１４のＣＯ₂吸収剤の劣化具合が確認される。しきい値は、分析者が例えば２０ｐｐｍなど適当な値に予め設定しておくものであってもよいし、装置で最初から基準として設けられているものであってもよい。基準ガス中のＣＯ₂濃度がしきい値を上回っている場合はＣＯ₂除去部１４のＣＯ₂吸収剤が劣化していると判定し、基準ガス中のＣＯ₂濃度がしきい値を下回っている場合はＣＯ₂吸収剤が正常に働いていると判定する。演算処理部２２によってＣＯ₂吸収剤が劣化していると判定された場合は、ＶＯＣ測定を行なうことなく装置を終了する。このとき、例えば測定データを表示する画面上に、ＣＯ₂吸収剤が劣化していることが表示されることが好ましい。そうすれば、表示画面を分析者が確認して、ＣＯ₂吸収剤の交換を直ちに行なうことができる。

また、演算処理部２２によってＣＯ₂吸収剤が正常に働いていることが確認されることで、ＶＯＣ測定を開始する（ステップＳ４）。
なお、ステップＳ１とＳ２は順序が逆であってもよい。
ＶＯＣ測定は、試料ガスを取り込みながら測定ライン２と比較ライン４を一定周期で交互に切り替えて測定ガスと比較ガスを測定した後、比較ラインと基準ラインを一定周期で交互に切り替えて比較ガスと基準ガスを測定する。
測定ガスと比較ガスの測定値の差から求めたＶＯＣ測定値を、比較ガスと基準ガスの測定値の差から求めた比較ガスのＣＯ₂濃度（ＣＯ₂設定値）を用いて、以下の実験式（１）により補正する。なお、式（１）の“ａ”は補正係数である。
ＶＯＣ＝ＶＯＣ測定値×（１＋ａ×ＣＯ₂設定値） （１）

この実施例に示したＶＯＣ測定装置は、測定ラインから測定ガスを試料セルに導入してＶＯＣ測定を行なう前に、基準ガス中のＣＯ₂濃度を測定して基準ライン上に配置されているＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力を評価するようになっているので、基準ガスにＣＯ₂が残存した状態でＶＯＣ測定が行なわれることを防止でき、分析精度を向上させることができる。

次に、図１のＶＯＣ測定装置の具体的な実施例を説明する。図３はＶＯＣ測定装置の構成を具体的に示す流路図である。
このＶＯＣ装置において、電磁弁２８，３０及び３２で図１における流路切替え機構１６を構成している。
電磁弁２８は、試料ガス導入部２４と分析部１２の試料セル１２ａとの間の接続と、校正ガス導入部２５と試料セル１２ａとの間の接続のオン／オフを選択的に切り替えるものである。電磁弁２８において、試料ガス導入部２４と試料セル１２ａとの間の接続がオンになると校正ガス導入部２５と試料セル１２ａとの間の接続がオフになり、試料ガス導入部２４と試料セル１２ａとの間の接続がオフになると校正ガス導入部２５と試料セル１２ａとの間の接続がオンになる。

電磁弁２８の下流側の分岐点４２において流路が二手に分岐している。分岐点４２からの分岐流路の一方は酸化反応流路４１であり、酸化反応部である酸化炉８及びハロゲンスクラバー１０ａを備えている。酸化反応流路４１は図１における測定ライン２を構成している。
分岐点４２からの分岐流路の他方４４は電磁弁３０によってさらに二手に分岐している。電磁弁３０で分岐した流路の一方は大気導入流路４６であり、ＣＯ₂アブソーバ１４を経た大気が合流点４８から導入されるようになっている。大気導入流路４６の電磁弁３０とは反対側にパージポンプ３８が設けられており、パージポンプ３８によりＣＯ２アブソーバ１４を経た大気が測定部１２の光学系１２ｂへパージガスとして供給されるようになっている。

電磁弁３０で分岐した流路の他方は比較流路５０であり、酸化反応流路４１のハロゲンスクラバー１０ａの下流に電磁弁３２を介して接続されている。
電磁弁３０は、流路４４と比較流路５０の接続及び大気導入流路４６と比較流路５０の接続のオン／オフを選択的に切り替えるものである。流路４４と比較流路５０の接続がオンになると大気導入流路４６と比較流路５０の接続はオフになり、流路４４と比較流路５０の接続がオフになると大気導入流路４６と比較流路５０の接続はオンになる。

電磁弁３２から分析部１２の試料セル１２ａまでの間には、電子クーラ１０ｂ、ポンプ３５及び流量計３６が設けられている。

電磁弁３０により流路４４と比較流路５０が接続されているときは、これらの流路で図１における比較ライン４を構成する。
電磁弁３０により大気導入流路４６と比較流路５０が接続されているときは、これらの流路で図１における基準ライン６を構成する。

電磁弁３０，３２の切り替えによって構成される測定ライン２、比較ライン４及び基準ライン６は電磁弁３２を介して、測定部１２を構成する試料セル１２ａへと繋がる流路に接続されている。

酸化炉８は、例えば白金触媒などの触媒を備えたものである。
ＣＯ₂アブソーバ１４は例えばソーダライムなどのＣＯ₂吸収剤を備え、取り込んだ大気中に含まれるＣＯ₂を吸収して、ＣＯ₂を含まない基準ガスを生成する。
ハロゲンスクラバー１０ａと電子クーラ１０ｂは図１における前処理部１０を構成している。電子クーラ１０ｂは測定ガス、比較ガス及び基準ガスに含まれる水分を凝着させて除去するためのものであり、ドレインポンプ４０によって凝着させた水分を外部に排出するようになっている。

図３のＶＯＣ装置におけるガスの流れを工程順に説明する。
ゼロ校正時は、校正ガス導入部２５から試料セル１２ａまでの間で、酸化反応流路４１からなる測定ラインと流路４４及び比較流路５０からなる比較ラインに交互に切り替えられながら、校正ガスが試料セル１２ａに導入される。

その後、大気導入流路４６及び比較流路５０からなる基準ラインに一定時間切り替えられた状態で、ＣＯ₂アブソーバ１４を通った大気が電磁弁３０、比較流路５０、電磁弁３２、電子クーラ１０ｂ、ポンプ３５及び流量計３６を経て試料セル１２ａに導入される。これにより、先のゼロ校正で得た校正ガスの測定値に基づいて基準ガスであるＣＯ₂アブソーバ１４を通った大気のＣＯ₂濃度が得られ、ＣＯ₂アブソーバ１４のＣＯ₂除去能力が評価される。

ＶＯＣ測定時は、酸化反応流路４１からなる測定ライン、流路４４及び比較流路５０からなる比較ライン、大気導入流路４６及び比較流路５０からなる基準ラインに順に一定周期で切り替えられ、試料セル１２において測定ガス、比較ガス及び基準ガスがそれぞれ測定される。

既述のように、この実施例のＶＯＣ測定装置はＶＯＣ測定を行なう前に、ＣＯ₂アブソーバ１４を経た大気からなる基準ガス中のＣＯ₂濃度を測定し、その測定値が、例えば２０ｐｐｍなど値に設定されたしきい値を上回るか下回るかによってＣＯ₂アブソーバ１４のＣＯ₂吸収剤の劣化を判断するようになっている。これにより、ＣＯ₂を多く含んだガスが基準ガスとして試料セル１２ａに導入されることがなくなり、測定精度が向上する。

また、図３に示されているように、ＣＯ₂アブソーバ１４を通した大気を、検出部１２を構成するセクタなどの光学系１２ｂをパージするためのパージガスとして利用する場合も、ＣＯ₂吸収剤が劣化していてＣＯ₂を多く含んだガスがパージガスとして利用されることがなくなり、ＣＯ₂吸収剤の劣化による測定精度の低下を防止することができる。

ＶＯＣ測定装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。 同実施例のＶＯＣ装置の動作を説明するためのフローチャート図である。 図１のＶＯＣ測定装置の構成をより具体的に示す流路図である。 比較ライン、基準ラインの切り替えパターンを示すタイミングチャートである。 測定値とＣＯ₂濃度との関係を示すグラフである。

符号の説明

２ 測定ライン
４ 比較ライン
６ 基準ライン
８ 酸化反応部
１０ 前処理部
１２ 検出部
１４ ＣＯ₂除去部
１６ 流路切替え機構
２０ 制御部
２２ 演算処理部
２４ 試料ガス導入部
２５ 校正ガス導入部
２６ メンブレンフィルタ
２８，３０，３２ 電磁弁
３５，３８，４０ ポンプ
３６ 流量計
４２ 分岐点
４４，４６，５０ 流路
４８ 合流点

Claims (3)

1. 試料セルを備え、試料セル中を流れるガス中のＣＯ₂濃度を検出する非分散赤外線吸収式検出部と、
   前記検出部のゼロ校正を行なうための校正ガスを検出部に導入するための校正ラインと、
   酸化反応部を備えて測定対象となる試料ガス中の揮発性有機化合物をＣＯ₂に変換して測定ガスとして試料セルに導入するための測定ラインと、
   酸化反応部を経ていない試料ガスを比較ガスとして試料セルに導入するための比較ラインと、
   ＣＯ₂吸収剤によりＣＯ₂を除去するＣＯ₂除去部を備えて空気からＣＯ₂を含んでいないガスを生成してそれを基準ガスとして試料セルに導入するための基準ラインと、
   校正ライン、測定ライン、比較ライン及び基準ラインと検出部との間の接続の切替えを行なう切替え機構並びにその切替え動作を制御する制御部と、
   測定ガスの検出部による検出信号、比較ガスの検出部による検出信号及び基準ガスの検出部による検出信号に基づいて、試料ガス中の揮発性有機化合物濃度を算出する演算処理部と、
   を備えた揮発性有機化合物測定装置において、
   前記制御部は、校正ラインに切り替えて校正ガスを試料セルに導入してゼロ校正の直前又は直後に、基準ラインを検出部に接続するように切り替え、演算処理部はその際の検出部で得られた基準ガスによる検出信号と校正ガスによる検出信号とを比較して、ＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力を評価するようになっていることを特徴とする揮発性有機化合物測定装置。
2. 前記演算処理部は、算出した基準ガス中のＣＯ₂濃度検出信号とゼロ校正時の検出信号との差が一定以上となっている場合にＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下していると判断して分析者に告知するようになっている請求項１に記載の揮発性有機化合物測定装置。
3. 前記制御部は、前記演算処理部がＣＯ₂除去部のＣＯ₂除去能力が低下していると判断したときは、その後の揮発性有機化合物測定が行なわれないように前記切替え機構を制御する請求項２に記載の揮発性有機化合物測定装置。

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