JP6213191B2 - ガス分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラーの煙道排ガスや自動車排気ガスなどに含まれる窒素酸化物の濃度を一酸化窒素とオゾンの反応による化学発光を利用して測定する化学発光式のガス分析装置に関するものである。

煙道排ガスや自動車排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）を測定する装置として、化学発光式のガス分析装置がある（例えば、特許文献１参照。）。化学発光式のガス分析装置は、筐体内に反応槽とオゾン供給部を備えており、筐体外部から取り込んだ試料ガスとオゾン供給部からのオゾン（以下、Ｏ₃）ガスとを反応槽内において接触させ、試料ガス中の一酸化窒素（以下、ＮＯ）とＯ₃とが化学反応を起こして二酸化窒素（以下、ＮＯ₂）となる際に発生する光の強度を光検出器で検出することにより、試料ガス中のＮＯ濃度を測定するものである。反応槽にＯ₃ガスを供給するオゾン供給部は、筐体内のエアを取り込んで電子クーラで水分濃度を一定に調整してからオゾン発生器に供給し、Ｏ₃ガスを発生させるようになっている。

環境大気中に含まれる窒素酸化物ＮＯ_Xは主にＮＯ₂とＮＯであるが、ＮＯ₂はＯ₃との化学発光反応がないため、取り込んだ試料ガスを反応槽に供給する流路上にＮＯ₂をＮＯに還元変換するためのコンバータが設けられており、コンバータを通じて反応槽に導入された試料ガス中のＮＯとＯ₃との化学発光強度を検出することで、試料ガス中のＮＯ_X濃度を測定することができる。

特開２００２−１４８１９３号公報

試料ガスを反応槽へ供給するための配管などに漏れがあった場合、試料ガスに含まれるＮＯ_XやＳＯ₂などの有害物質が装置の筐体内に充満することになり危険である。そのための安全対策として、装置の筐体内に外部から計装エアを供給することができるようにし、筐体内を計装エアでパージすることによって筐体内の空気を希釈することが挙げられる。

装置の筐体内を計装エアでパージすると計装エアが筐体内に充満する。計装エア中の水分の露点は０℃以下になることがほとんどで、その場合には筐体内の水分露点も０℃以下になる。水分露点が電子クーラの除湿能力を下回っている（乾燥している）計装エアで筐体内をパージした場合、筐体内の水分濃度がオゾン供給部の電子クーラの除湿能力よりも低くなる（乾燥している）ため、電子クーラでオゾン発生器に供給するオゾン生成用エアの水分濃度を設定水分濃度に制御することができなくなる。オゾン発生器に供給されるオゾン生成用エアの水分濃度が変動すると、オゾン発生器で発生するＯ₃濃度が変動し、結果として反応槽における化学発光強度が変動するためＮＯ_Xの測定結果に影響を与える。

筐体内に充満する計装エアの水分露点が電子クーラの除湿能力を下回っていた場合でも、その状態のままで分析計の校正ないし、測定が実行されていれば、ＮＯ_Xの測定結果に影響を与えることはない。しかし、装置の校正の際などに筐体の扉が開放されていた場合など、校正時と測定時で筐体内エアの水分露点が変わってしまうと、オゾン発生器におけるＯ₃発生量が変動するため、校正時と測定時でオゾン発生器におけるＯ₃発生量が異なってしまい、ＮＯ_Xの測定に影響を与えることになる。

そこで、本発明は、筐体内のエアの水分露点の変動がＮＯ_Xの測定結果に影響を与えないようにすることを目的とするものである。

本発明にかかるガス分析装置は、内部のガスが外部からのガスで置換される構造をもつ筐体と、筐体内部に収容され、試料ガスとオゾンとを反応させる反応槽及び反応槽内で発生した光を検出する検出器を有する測定部と、筐体の外部で試料ガスを採取して測定部に供給する試料ガス供給部と、筐体内部に収容され、試料ガス供給部から測定部に供給される試料ガス中の窒素酸化物をＮＯに変換するコンバータと、筐体の外部のエアを吸入する吸入部をもち、吸入したエアの水分濃度を一定にする水分調整器、及び水分調整されたエアからオゾンを生成するオゾン発生器をもち、生成したオゾンを測定部に供給するオゾン供給部と、を備えたものである。

本発明のガス分析装置では、測定部にオゾンを供給するオゾン供給部が筐体の外部のエアを利用してオゾンを生成するようになっているので、筐体内が計装エアでパージされていても、オゾン供給部から測定部に供給されるオゾン濃度が計装エアの水分露点の影響を受けることがなく、計装エアの水分露点がＮＯ_Xの測定結果に影響を与えることがない。

ガス分析装置の一実施例を示す概略構成図である。 同実施例の流路構成の一例を示す図である。

図１を用いてガス分析装置の一実施例について説明する。

このガス分析装置は、筐体２、試料ガス供給部３、オゾン供給部４、測定部５、コンバータ７及び校正ガス供給部８を備えている。試料ガス供給部３、オゾン供給部４、測定部５、コンバータ７及び校正ガス供給部８は筐体２内に収容されている。ガス分析装置は例えば汎用のパーソナルコンピュータや専用のコンピュータによって実現される演算装置６に接続されており、測定部５で得られた測定値が演算装置６に取り込まれてＮＯ_X濃度の定量の演算が行なわれるようになっている。

試料ガス供給部３は、筐体２の外部に存在する試料ガスをコンバータ７を介して測定部５へ供給するものである。コンバータ７は試料ガス供給部３から測定部５へ供給される試料ガス中のＮＯ₂をＮＯに変換するものである。

校正ガス供給部８は試料ガス供給部３との間で選択的に切り換えられて測定部５へ接続されるものであり、測定部５で得られる測定値の校正データの取得を行なう校正モード時に試料ガス供給部３に代えて測定部５に接続され、校正ガスを測定部５へ供給するものである。

オゾン供給部４は筐体２の外部からエアを取り込み、そのエアを用いてＯ₃を生成し、測定部５へ供給するものである。オゾン供給部４は、取り込んだエア中の水分濃度を電子クーラ（水分調整器）で一定に調整し、そのエアを用いてオゾン発生器でＯ₃を生成し、Ｏ₃を一定濃度で含むガスを一定流量で測定部５へ供給する。

測定部５は、試料ガス供給部３から供給された試料ガスとオゾン供給部４から供給されたＯ₃ガスとを接触させる反応槽と、反応槽内における試料ガス中のＮＯとＯ₃との化学反応による発光の強度を検出する検出器とを備えている。測定部５の検出器で得られた測定値が演算装置６に取り込まれる。

次に、図２を用いて同実施例のガス分析装置の詳細な流路構成の一例について説明する。

試料ガス供給部３は、筐体２の外部に設けられた試料採取管９、試料採取管９を介して採取した試料ガスを筐体２内に導入する試料ガス導入流路１０、試料ガス中に含まれる不要物質を分離除去するドレンセパレータ１１、ドレンセパレータ１１を経た試料ガスをコンバータ７へ導く試料ガス調整流路１２、及び試料ガス調整流路１２上に設けられた電子クーラ１８により構成されている。

コンバータ７は試料ガス供給流路２２を介して測定部５の反応槽３４に接続されている。試料ガス供給流路２２上にアンモニアアブソーベント２６、固形物を除去するフィルタ２８、ポンプ３０及び流量計３２が設けられている。採取される試料ガスはポンプ３０によって試料採取管９の先端から筐体２内へ導入され、反応槽３４へ導かれる。筐体２内に導入された試料ガスは、ドレンセパレータ１１で不要物質の除去がなされ、電子クーラ１８で除湿された後、コンバータ７に導入される。図示は省略されているが、ポンプ３０は流量計３２の指示に基づいて反応槽３４に供給されるガス流量が一定の流量になるように制御される。試料採取管９は煙道などの測定対象となる位置に配置され、後述のポンプ３０により一定流量で試料ガスを吸引する。ドレンセパレータ１１は内部にフィルタを設け試料ガス中の徐塵を行うと共に、試料ガス中の水分を常温冷却させる。コンバータ７は電気炉内に触媒が設置され、ＮＯ₂ガスをＮＯガスへ還元する機能を備えている。

ドレンセパレータ１１はドレンポット２０を介してドレン出口５６に接続されており、試料ガスから除去された不要物質はドレン出口５６を介して筐体２の外部へ排出される。

校正ガス供給部８は、校正ガスとしてＮ₂ガス、Ｏ₂ガス、ＮＯガスをそれぞれ供給するボンベを備えており、校正の際に必要に応じていずれかのボンベが選択的に試料ガス調整流路１２の電子クーラ１８の上流側に接続されるようになっている。試料ガス調整流路１２上には、コンバータ７側へ供給するガスを試料ガスと校正ガスとの間で切り換える３方電磁弁１４が設けられている。各校正ガスの流量は調圧弁１６により調整される。

オゾン供給部４は、筐体２の開口部分に取り付けられた吸気フィルタ４０、吸気フィルタ４０を介して筐体２内にオゾン生成用エアを導入するためのエア導入流路３８、エア導入流路３８上に設けられた電子クーラ４２（水分調整器）、固形物を除去するフィルタ４４、ポンプ４６及び流量計４８、エア導入流路３８により導入されたオゾン生成用エアを用いて無声放電によりＯ₃ガスを発生させるオゾン発生器５０、及びオゾン発生器５０で発生したＯ₃ガスを測定部５の反応槽３４に導くオゾン供給流路５１により構成されている。

オゾン供給部４は、筐体２の外部のエアをポンプ４６によってオゾン生成用エアとしてフィルタ４０を介して取り込み、電子クーラ４２でオゾン生成用エア中の水分量を一定に調整した後、一定流量でオゾン発生器５０に導入し、オゾン発生器５０でＯ₃ガスを生成する。オゾン発生器５０で発生したＯ₃ガスはオゾン供給流路５１を介して一定流量で反応槽３４に供給される。電子クーラ４２の排水口はドレン出口５６に接続されており、電子クーラ４２で除去されたオゾン生成用エア中の水分が筐体２の外部へ排出される。

測定部５は、試料ガス供給流路２２からの試料ガスとオゾン供給流路５１からのＯ₃ガスとを接触させて反応させる反応槽３４と、反応槽３４において試料ガス中のＮＯとＯ₃との化学反応時の発光光量を検出する光電子増倍管などの検出器３６とを備えている。反応槽３４は排気流路５２を介して筐体２のガス出口５８に接続されている。排気流路５２上にはオゾンキラー５４が設けられており、反応槽３４内の化学反応後の試料ガスとＯ₃ガスがオゾンキラー５４でＯ₃が除去された後、排気流路５２を通じてガス出口５８から筐体２の外部へ排気される。

筐体２には計装エア供給口６０が設けられており、ボール弁６２が開放されることによって減圧弁６４で減圧にされた計装エアが計装エア噴出口６６から噴出し、筐体２内が計装エアでパージされるようになっている。

オゾン供給部４は、オゾン生成用エアとして筐体２の外部のエアを取り込むようになっているため、筐体２内が計装エアによってパージされていても筐体２内の計装エアをオゾン生成用エアとして用いることはない。計装エアは水分露点が０℃以下など電子クーラ４２の設定値（除湿能力）を下回ることがあるが、筐体２の外部のエアはそのようなことがないため、電子クーラ４２においてオゾン生成用エア中の水分量を常時一定に調整することができ、オゾン発生器５０でのＯ₃ガス発生量を一定に維持することができる。

このように、オゾン供給部４では、筐体２の外部のエアをオゾン生成用エアとして用いることによってオゾン発生器５０に供給されるオゾン生成用エア中の水分量が電子クーラ４２の設定値に制御され、オゾン発生器５０におけるＯ₃ガスの発生量が安定する。これにより、校正時などに筐体２の扉が開放されていた場合など、校正時と分析時で筐体２内のエアの水分露点が異なっていても、そのことによってオゾン発生器５０におけるＯ₃ガス発生量が校正時と分析時で異なることがないため、ＮＯ_X濃度の測定値の信頼性を高めることができる。

２ 筐体
３ 試料ガス供給部
４ オゾン供給部
５ 測定部
６ 演算装置
７ コンバータ
８ 校正ガス供給部
９ 試料ガス採取管
１０ 試料ガス導入流路
１１ ドレンセパレータ
１２ 試料ガス調整流路
１４ ３方電磁弁
１６ 調圧弁
１８，４２ 電子クーラ
２０ ドレンポット
２２ 試料ガス供給流路
２６ アンモニアアブソーベント
２８，４０，４４ フィルタ
３０，４６ ポンプ
３２，４８ 流量計
３４ 反応槽
３６ 検出器
３８ エア導入流路
５０ オゾン発生器
５１ オゾン供給流路
５２ 排気流路
５４ オゾンキラー
５６ ドレン出口
５８ ガス出口
６０ 計装エア供給口
６２ ボール弁
６４ 減圧弁
６６ 計装エア噴出口

Claims (1)

1. 内部のガスをパージするための計装エアを内部に取り込む計装エア供給口をもつ筐体と、
   前記筐体内部に収容され、試料ガスとオゾンとを反応させる反応槽及び前記反応槽内で発生した光を検出する検出器を有する測定部と、
   前記筐体の外部で試料ガスを採取して前記測定部に供給する試料ガス供給部と、
   前記筐体内部に収容され、前記試料ガス供給部から前記測定部に供給される前記試料ガス中の窒素酸化物をＮＯに変換するコンバータと、
   前記計装エアとは別のエアを前記筐体の外部から吸入する吸入部をもち、吸入したエアの水分濃度を一定にする水分調整器、及び水分調整されたエアからオゾンを生成するオゾン発生器をもち、生成したオゾンを前記測定部に供給するオゾン供給部と、を備えたガス分析装置。

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