JP3129841U

JP3129841U - 揮発性有機化合物測定装置

Info

Publication number: JP3129841U
Application number: JP2006010141U
Authority: JP
Inventors: 亮田辺; 和義中島
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2016-12-14

Abstract

【課題】捕集バッグに採取した試料ガスを用いて測定を行なうＶＯＣ測定装置において、試料ガスの消費量を従来よりも少なくする。
【解決手段】ＶＯＣ測定時は、測定ラインに一定時間切り替えて測定ガスを流して測定ラインをパージした後、基準ラインに切り替えて基準ガスを一定時間試料セルに導入して測定する。その後、比較ラインに切り替えて比較ガスを一定時間試料セルに導入して測定する。そして、測定ラインに切り替えて検出器の指示が安定するまで、測定ガスを試料セルに連続的に導入して測定する。
【選択図】図４

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、比較ガスのＣＯ₂濃度が変動しても、測定ガスによる測定値と比較ガスによる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、比較ガスと基準ガスの検出信号の強度差から比較ガスのＣＯ₂濃度を求め、測定ガスと比較ガスの検出信号の強度差に基づいて得られるＣＯ₂濃度を比較ガスのＣＯ₂濃度に基づいて補正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

捕集バッグに採取した試料ガスを測定する場合、捕集バッグの容量は限られているため、できるだけ少ない量の試料ガスで測定できることが好ましい。しかし、測定ラインと比較ラインを交互に切り替える従来の方法では、ＶＯＣは吸着性があるため検出器の検出信号が安定するまでに時間がかかり、その間に大量の試料ガスを消費する。

そこで本考案は、捕集バッグに採取した試料ガスを用いて測定を行なうＶＯＣ測定装置において、試料ガスの消費量を従来よりも少なくすることを目的とするものである。

本考案は、測定対象である試料ガスが採取された捕集バッグと、試料セルを備え、試料セル中を流れるガスのＣＯ₂濃度を測定する非分散赤外線吸収式の検出部と、酸化反応部を備え、捕集バッグから試料ガスを吸引して酸化反応部で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、捕集バッグから試料ガスを吸引して酸化反応部を通さずに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を含んでいないガス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、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を切り替える切替え機構並びにその切替え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、捕集バッグに採取された試料ガスの測定時において、比較ガスを測定するための比較ガスの試料セルへの１回の導入、基準ガスを測定するための基準ガスの試料セルへの１回の導入、及び測定ガスを測定するための測定ガス検出信号が安定するまでの連続した１回の導入をもってその試料ガスの測定を終了するように、切替え機構による各ラインの切替えを制御することを特徴とするものである。

測定開始時に、一連のガス測定の前に試料ガスを測定ラインに流す工程を含んでいてもよい。

本考案では、捕集バッグに採取された試料ガスの測定時において、比較ガスを測定するための比較ガスの試料セルへの１回の導入、基準ガスを測定するための基準ガスの試料セルへの１回の導入、及び測定ガスを測定するための測定ガス検出信号が安定するまでの連続した１回の導入をもってその試料ガスの測定を終了するようになっているので、測定ラインと比較ラインを交互に切り替える場合に比べて測定ラインの安定が短時間で達成されるので、測定時の試料ガスの消費量を低減することができる。

測定開始時に、一連のガス測定の前に試料ガスを測定ラインに流す工程を含んでいれば、測定ラインが試料ガスによってパージされ、測定ラインが安定するまでの時間がより短縮される。

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。
このＶＯＣ装置では、捕集バッグに採取された試料ガスを装置内に導入する。

測定ライン２上には、捕集バッグから吸引した試料ガス中の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の試料セルを流れて外部に排出される。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との間の接続の切り替えを行なう。
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、その測定値からＣＯ₂濃度を算出することができるようになっている。

次に、図１のＶＯＣ測定装置の具体的な実施例を説明する。図２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２８，３０，３２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における比較ライン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、合流点４８からＣＯ₂アブソーバ１４を経た大気が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と反対側にはパージポンプ３８が設けられており、ＣＯ₂アブソーバ１４を経た大気が検出部１２の光学系１２ｂに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。

流路４４と比較流路５０が接続されているときは、これら流路で図１における比較ライン４を構成する。
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吸収剤を備えており、取り込んだ大気中の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２のＶＯＣ装置の動作を説明する。
ゼロ校正時は、図１における測定ライン２と比較ライン４が交互に構成される。校正ガスは電磁弁２８を通った後、酸化反応流路４１を通る校正ガスと流路４４、比較流路５０及び流路５１を通る校正ガスとに分けられ、それらのガスが一定周期で交互に電磁弁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。

ＶＯＣ測定時の動作を図３及び図４を参照しながら説明する。
試料ガスを直接吸引する場合は、図３（Ａ）に示されているように、試料ガスのＶＯＣ濃度とＣＯ₂濃度が変動する。ＶＯＣ濃度は、測定ガスと比較ガスの測定値の差から求めるため、測定ガスと比較ガスのＣＯ₂濃度が変動してもその差に誤差が生じないように、図４（Ａ）に示されているように、測定ラインと比較ラインを一定周期で交互に切り替えて測定ガスと比較ガスが一定周期で交互に試料セルに導入して測定する必要がある。

しかし、捕集バッグに採取した試料ガスを用いる場合は、図３（Ｂ）に示されているように、試料ガスのＶＯＣ濃度とＣＯ₂濃度がほぼ一定であるので、測定ラインと比較ライン、比較ラインと基準ラインを短い周期で交互に切り替えて測定を行なう必要がない。

そこで、図４（Ｂ）に示されているようなタイミングで測定ライン、比較ライン及び基準ラインの切替えを行なうようにする。すなわち、測定ラインに一定時間切り替えて測定ガスを流して測定ラインをパージした後、基準ラインに切り替えて基準ガスを一定時間試料セルに導入し、基準ガスを測定する。その後、比較ラインに切り替えて比較ガスを一定時間試料セルに導入して測定する。そして、測定ラインに切り替えて検出器の指示が安定するまで、測定ガスを試料セルに連続的に導入して測定する。

ＶＯＣは吸着しやすいため、測定ラインと比較ラインを交互に切り替えて行なう方法では、検出信号が安定するまでに時間がかかっていた。上記の方法では、測定ガスを連続して試料セルに導入するため、検出信号が安定するまでの時間が短縮され、測定時間を従来の測定方法よりも短くすることができる。測定時間が短くなることで、少ない量の試料ガスで測定を行なうことができる。

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。図１のＶＯＣ測定装置をより具体的に示す流路図である。試料ガス中のＶＯＣ濃度とＣＯ₂濃度の時間的変化を示す図であり、（Ａ）は直接試料ガスを吸引して測定した場合、（Ｂ）は捕集バッグに採取した試料ガスを測定した場合、を示している。ＶＯＣ測定時の測定ライン、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り、（Ａ）は直接試料ガスを吸引して測定する場合、（Ｂ）は捕集バッグに採取した試料ガスを測定する場合、を示している。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
１４ＣＯ₂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

測定対象である試料ガスが採取された捕集バッグと、
試料セルを備え、試料セル中を流れるガスのＣＯ₂濃度を測定する非分散赤外線吸収式の検出部と、
酸化反応部を備え、捕集バッグから試料ガスを吸引して酸化反応部で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、
捕集バッグから試料ガスを吸引して酸化反応部を通さずに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を含んでいないガス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、
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を切り替える切替え機構並びにその切替え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、捕集バッグに採取された試料ガスの測定時において、比較ガスを測定するための比較ガスの試料セルへの１回の導入、基準ガスを測定するための基準ガスの試料セルへの１回の導入、及び測定ガスを測定するための測定ガス検出信号が安定するまでの連続した１回の導入をもってその試料ガスの測定を終了するように、前記切替え機構による各ラインの切替えを制御することを特徴とする揮発性有機化合物測定装置。
測定開始時に、前記一連のガス測定の前に試料ガスを測定ラインに流す工程を含む請求項１に記載の揮発性有機化合物測定装置。