JP7001579B2 - ガス分析装置、ガス分析用プログラム、及びガス分析方法 - Google Patents

ガス分析装置、ガス分析用プログラム、及びガス分析方法 Download PDF

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本発明は、サンプルガスを分析するガス分析装置等に関するものである。
例えば、車両から排出される排ガス等のサンプルガスに含まれる窒素酸化物(以下、NOともいう)を計測する場合、NO計により計測された排ガス中のNO濃度に、NOの密度や分子量と、排ガス流量とを掛け合わせることで、NO排出量(Mass)を算出することがある。
ここで、NOの密度としては、特許文献1に示すように、NOの密度が用いられることが一般的である。
しかしながら、NOはNOとNOとの混合物であり、NOの密度としてNOの密度を用いると、算出されたNO排出量は、実際のNO排出量よりも多くなり、算出値と真値との間に差が生じてしまう。
さらに、近年では、NO計により計測されたNO濃度を用いてNO排出量を算出し、上述したNO排出量からNO排出量を差し引くことで、NO排出量を算出する場合もあり、このような場合にはNO排出量の算出値と真値と間に差がある以上、NO排出量の算出値も真値からずれてしまう。
かかる問題は、NO排出量に限らず、例えばSOやTHC(全炭化水素)など、排ガスに含まれる複数成分の排出量を算出する場合等においても同様に生じ得る。
特開2000-88711号公報
そこで、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、サンプルガス中の窒素酸化物等の排出量を従来よりも正確に算出できるようにすることをその主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係るガス分析装置は、サンプルガス中のNO排出量を算出するガス分析装置であって、前記サンプルガス中のNO濃度を計測するNO計と、前記サンプルガス中のNO濃度を計測するNO計と、前記NO計により計測されたNO濃度及び前記NO計により計測されたNO濃度に基づいて、前記サンプルガス中のNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記NO濃度とを用いてNO排出量を算出する演算部とを具備することを特徴とするものである。
このように構成されたガス分析装置によれば、NO濃度及びNO濃度に基づいてNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量を用いてNO排出量を算出するので、NOの密度又は分子量としてNOの密度又は分子量を用いる場合に比べて、NO排出量をより正確に算出することができる。
前記演算部が、前記NO濃度及び前記NO濃度に基づいて、排ガス中のNO濃度を算出し、前記NO濃度及び前記NO濃度の比率を用いてNOの密度又は分子量を算出することが好ましい。
これならば、NO濃度及びNO濃度の比率を用いているので、NOに含まれるNO及びNOの比率を加味したNOの尤もらしい密度又は分子量を算出することができる。
NO計において、NOがNOに還元されて計測される場合、前記演算部が、下記の式1を用いてNO濃度を算出することが好ましい。
式1:NO濃度=(NO濃度-NO濃度)/NOコンバータ効率
これならば、NOからNOへの還元効率を示すNOコンバータ効率を用いているので、NO濃度をより正確に算出することができ、ひいてはNOの密度や分子量やNO排出量をより正確に算出することができる。
前記演算部が、前記NO濃度及び前記NO濃度それぞれを前記NO計及び前記NO計から逐次取得して、NOの密度又は分子量を算出することが好ましい。
このような構成であれば、NO排出量をリアルタイムに計測することができる。
前記NO計及び前記NO計の具体的な態様としては、CLD式(化学発光式)のものが挙げられる。
これならば、NO濃度やNO濃度の連続計測が可能である。
NO排出量をより正確に算出するためには、前記サンプルガスの流量を計測するガス流量計をさらに具備し、前記演算部は、前記サンプル排ガス中のNOの密度又は分子量と、前記NO濃度と、前記サンプルガスの流量とを用いて前記NO排出量を算出することが好ましい。
本発明に係るガス分析装置の一実施態様としては、車両又はその一部に搭載され、当該車両又はその一部から排出される排ガスを分析する車載型の排ガス分析装置であることが挙げられる。
また、本発明に係るガス分析用プログラムは、サンプルガス中のNO排出量を算出するためのプログラムであって、NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度、及び、NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度に基づいて、排ガス中のNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記NO濃度とを用いてNO排出量を算出する演算部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするものである。
さらに、本発明に係るガス分析方法は、サンプルガス中のNO排出量を算出するガス分析方法であって、NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度、及び、NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度に基づいて、排ガス中のNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記NO濃度とを用いてNO排出量を算出することを特徴とする方法である。
このようなガス分析用プログラム及びガス分析方法によれば、上述したガス分析装置と同様の作用効果を発揮させることができる。
また、サンプルガス中の複数成分の排出量を算出するガス分析装置であって、前記サンプルガス中の前記複数成分に含まれる第1成分の濃度を計測する第1濃度計と、前記サンプルガス中の前記複数成分の濃度を計測する第2濃度計と、前記第1濃度計により計測された第1成分濃度及び前記第2濃度計により計測された複数成分濃度に基づいて、前記サンプルガス中の前記複数成分の密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記複数成分濃度とを用いて前記複数成分の排出量を算出する演算部とを具備するガス分析装置も、本発明の1つである。
このように構成した本発明によれば、サンプルガス中の窒素酸化物等の排出量を従来よりも正確に算出することができる。
本実施形態の排ガス分析装置の使用例を示す模式図。 本実施形態の演算処理装置の機能を示す機能ブロック図。 本実施形態の演算部の動作を説明するためのフローチャート。 本実施形態のNO計及びNO計の応答遅れ時間について説明するための図。
以下に本発明に係るガス分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のガス分析装置100は、車両又はその一部から排出される排ガス等のサンプルガスを分析するものであり、ここでは図1に示すように、車両VHに搭載される車載型排ガス分析装置である。なお、ガス分析装置100としては、必ずしも車載型のものに限らず、試験室等で用いられる据え置き型のものであっても良い。
この排ガス分析装置100は、図1及び図2に示すように、排ガスの流量を計測する排ガス流量計1と、排ガス中の窒素酸化物(以下、NOともいう)の濃度を計測するNO計2と、排ガス中の一酸化窒素(以下、NOともいう)の濃度を計測するNO計3と、少なくともNO排出量を演算する演算処理装置4とを備えたものである。
排ガス流量計1は、車両の排気管(テールパイプ)から排出される排ガスの流量を連続的に計測可能なものであり、例えば車両に搭載されるピトー管式流用計である。
NO計2は、NO濃度の連続計測が可能なものであり、CLD式(化学発光式)のものである。このNO計2は、NOに含まれるNOをNOに還元したあと、NOにもともと含まれるNOと、NOが還元されたNOとにオゾンを混合し、その際に生成される励起二酸化窒素が基底状態に戻るときに発する光の強度を検出することにより、NO濃度を計測するものである。
なお、このNO計2は、排ガスを通過させてNOをNOに還元するためのNOコンバータと称されるコンバータ触媒を有しており、このNOコンバータにおける変換効率(NOがNOに還元される割合)をNOコンバータ効率という。
NO計3は、NO濃度の連続計測が可能なものであり、CLD式(化学発光式)のものである。このNO計3は、NOに含まれるNOにオゾンを混合し、その際に生成される励起二酸化窒素が基底状態に戻るときに発する光の強度を検出することにより、NO濃度を計測するものである。
演算処理装置4は、CPU、メモリ、入出力インターフェース等を備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、前記メモリに格納されている排ガス分析用プログラムに従って、CPUやその他の周辺機器を協働させることにより、図2に示すように、排ガス流量受付部41、NO濃度受付部42、NO濃度受付部43、及び演算部44としての機能を備えるものである。
排ガス流量受付部41は、排ガス流量計1により計測された排ガス流量を受け付けるものであり、ここでは計測された排ガス流量を逐次受け付けるように構成されている。
NO濃度受付部42は、NO計2により計測されたNO濃度を受け付けるものであり、ここでは計測されたNO濃度を逐次受け付けるように構成されている。
NO濃度受付部43は、NO計3により計測されたNO濃度を受け付けるものであり、ここでは計測されたNO濃度を逐次受け付けるように構成されている。
演算部44は、NO排出量を算出するものであり、ここではNO濃度受付部42が受け付けたNO濃度、及び、NO濃度受付部43が受け付けたNO濃度を取得して、排ガス中のNOの密度を算出し、そのNO密度とNO濃度とを用いてNO排出量を算出するものである。
本実施形態の演算部44は、NO濃度及びNO濃度を逐次取得して、NO密度の瞬時値を算出し、これによりNO排出量の瞬時値を逐次算出するように構成されている。
以下、演算部44の具体的な動作を図3のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、演算部44は、NO濃度受付部42が受け付けたNO濃度、及び、NO濃度受付部43が受け付けたNO濃度を受け付ける(S1)。
次に、演算部44は、受け付けたNO濃度及びNO濃度に基づいて、排ガス中のNO濃度を算出する(S2)。
具体的に演算部44は、NO濃度からNO濃度を差し引くように構成されており、ここでは下記の式(1)を用いてNO濃度を算出する。
NO濃度=(NO濃度-NO濃度)/NOコンバータ効率・・・(1)
なお、NOコンバータ効率は、上述したように、NOコンバータにおいてNOをNOに変換する変換効率である。
続いて、演算部44は、算出したNO濃度から、まずNO密度を算出する(S3)。
本実施形態では、演算部44が、NO濃度及びNO濃度の比率を用いてNO密度を算出するように構成されており、ここでは下記の式(2)を用いてNO密度を算出する。
NO密度=NO密度・NO濃度/(NO濃度+NO濃度)+
NO密度・NO濃度/(NO濃度+NO濃度)・・・(2)
ここで、図4(a)に示すように、NO計2の応答遅れ時間とNO計3の応答遅れ時間とが実質的に同じ場合は、各時点におけるNO濃度は必ずNO濃度以上であるから、NO濃度からNO濃度を差し引いた値は負になることなく、NO濃度の瞬時値は常に0以上の値となる。従って、この場合に上記の式(2)により算出されるNO密度の瞬時値は、NO密度以下、NO密度以上となる。
一方、図4(b)に示すように、NO計2の応答遅れ時間とNO計3の応答遅れ時間とに差が生じている場合、NO濃度からNO濃度を差し引いたNO濃度が負の値となる場合がある。しかし、NO濃度が負の領域では、NO濃度の絶対値はNO濃度の絶対値以上となるので、上記の式(2)により算出されるNOx密度は0以上の値となる。
そして、演算部44は、少なくとも上述したNO密度及びNO濃度受付部42が受け付けたNO濃度を受け付けて、NO排出量を算出する(S4)
なお、ここでいうNO排出量とは、サンプルガスである排ガスの単位体積に含まれるNO排出量であっても良いし、サンプルガスである排ガスとして排出されるNO排出量の瞬時値であっても良い。
サンプルガスの単位体積当たりのNO排出量を算出する場合、演算部44としては、下記の式(3)に示すように、NO密度及びNO濃度を掛け合わせて、単位体積当たりのNO排出量を算出する構成が挙げられる。
NO排出量=NO密度×NO濃度・・・(3)
また、演算部44は、下記の式(4)に示すように、NO密度、NO濃度、及び排ガス流量受付部41が受け付けた排ガス流量を掛け合わせて、排ガス流量に対応したNO排出量の瞬時値を算出することができる。この瞬時値を積算することでNOの総排出量を算出しても良い。
NO排出量=NO密度×NO濃度×排ガス流量・・・(4)
また、演算部44は、NO排出量の瞬時値及びNO排出量の瞬時値を算出するように構成されていても良い(S5)。ただし、演算部44は、必ずしもNO排出量やNO排出量を算出する必要はない。
具体的に演算部44は、NO密度及びNO濃度受付部43が受け付けたNO濃度を掛け合わせて単位体積当たりのNO排出量を算出しても良いし、NO密度、NO濃度、及び排ガス流量受付部41が受け付けた排ガス流量を掛け合わせてNO排出量の瞬時値を算出しても良い。
また、演算部44は、NO密度にS2で算出したNO濃度を掛け合わせて単位体積当たりのNO排出量を算出しても良いし、NO密度、NO濃度、及び排ガス流量受付部41が受け付けた排ガス流量を掛け合わせてNO排出量の瞬時値を算出しても良い。なお、NO排出量の算出としては、S4において算出されたNO排出量の瞬時値から、上述したように算出したNO排出量の瞬時値を差し引くことで、NO排出量の瞬時値を算出しても良い。
このように構成された排ガス分析装置100によれば、NO濃度及びNO濃度の比率に基づいてNO密度を算出し、そのNO密度にNO濃度及び排ガス流量を掛け合わせてNO排出量を算出するので、NO密度としてNO密度を用いた場合に比べて、NO排出量をより正確に算出することができる。
また、本実施形態の排ガス分析装置100によれば、NO密度、NO排出量、NO排出量それぞれの瞬時値を負にすることなく連続的に算出することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、NO濃度及びNO濃度からNO密度を算出していたが、NO濃度及びNO濃度からNOの分子量を算出しても良い。
具体的な算出式としては例えば下記の式(5)が挙げられる。
NO分子量=NO分子量・NO濃度/(NO濃度+NO濃度)+
NO分子量・NO濃度/(NO濃度+NO濃度)・・・(5)
この場合、演算部44は、算出されたNO分子量及びNO濃度受付部42が受け付けたNO濃度を用いてNO排出量を算出することができる。
具体的に説明すると、単位体積当たりのNO排出量を算出する場合、演算部44は、下記の式(6)のように、NO分子量及びNO濃度を掛け合わせて単位体積当たりのNO排出量を算出するように構成されていても良い。
NO排出量=NO分子量×NO濃度/(22.4×α)・・・(6)
また、NO排出量の瞬時値を算出する場合、下記の式(7)のように、NO分子量、NO濃度、及び排ガス流量を掛け合わせてNO排出量の瞬時値を算出する方法が挙げられる。
NO排出量=NO分子量×NO濃度×排ガス流量/(22.4×α)・・・(7)
なお、式(6)、(7)において、22.4は、標準状態での気体1molの体積であり、αは、排ガスの温度や圧力をパラメータとして算出される補正係数であるが、この補正係数αは必ずしも用いる必要はない。
NO密度を算出する態様としては、演算部44は、NO濃度及びNO密度を用いてNO排出量を算出するとともに、NO濃度及びNO密度を用いてNO排出量を算出し、これらのNO排出量及びNO排出量を合算したNO排出量をNO濃度で割ることでNO密度を算出するように構成されていても良い。
また、前記実施形態の排ガス分析装置100は、NO排出量を算出するために用いられていたが、例えばSOやTHC(全炭化水素)などのように複数の成分からなる複数成分の排出量を算出するために用いることもできる。
この場合の排ガス分析装置100としては、サンプルガス中の前記複数成分に含まれる第1成分の濃度を計測する第1濃度計と、前記サンプルガス中の前記複数成分の濃度を計測する第2濃度計と、前記第1濃度計により計測された第1成分濃度及び前記第2濃度計により計測された複数成分濃度に基づいて、前記サンプルガス中の前記複数成分の密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記複数成分濃度とを用いて前記複数成分の排出量を算出する演算部44とを具備するものが挙げられる。
さらに、本発明に係るガス分析装置100は、サンプルガスとして車両又はその一部から排出される排ガスを分析するものに限らず、サンプルガスとして例えば飛行機や船舶からの排ガスや工場等からの排ガスなどを分析するものであっても良い。また、ガス分析装置100は、大気をサンプルガスとして分析しても良いし、例えば触媒評価用のガス等の試験用ガスをサンプルガスとして分析しても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
100・・・排ガス分析装置
1 ・・・排ガス流量計
2 ・・・NO
3 ・・・NO計
4 ・・・演算処理装置
41 ・・・排ガス流量受付部
42 ・・・NO濃度受付部
43 ・・・NO濃度受付部
44 ・・・演算部

Claims (10)

  1. サンプルガス中のNOx排出量を算出するガス分析装置であって、
    前記サンプルガス中のNO濃度を計測するNO計と、
    前記サンプルガス中のNO濃度を計測するNO計と、
    前記NO計により計測されたNO濃度及び前記NO計により計測されたNO濃度に基づいて、前記サンプルガス中のNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記NO濃度とを用いて標準状態でのNO排出量を算出する演算部とを具備する、ガス分析装置。
  2. 前記演算部が、前記NO濃度及び前記NO濃度に基づいて、排ガス中のNO濃度を算出し、前記NO濃度及び前記NO濃度の比率を用いてNOの密度又は分子量を算出する、請求項1記載のガス分析置。
  3. 前記演算部が、下記の式(1)を用いてNO濃度を算出する、請求項2記載のガス分析装置。
    NO濃度=(NO濃度-NO濃度)/NOコンバータ効率・・・(1)
  4. 前記演算部が、前記NO濃度及び前記NO濃度それぞれを前記NO計及び前記NO計から逐次取得して、NOの密度又は分子量を算出する、請求項1乃至3のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
  5. 前記NO計及び前記NO計が、CLD式(化学発光式)のものである、請求項1乃至4のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
  6. 前記サンプルガスの流量を計測するガス流量計をさらに具備し、
    前記演算部は、前記サンプルガス中のNOの密度又は分子量と、前記NO濃度と、前記サンプルガスの流量とを用いて前記NO排出量を算出する、請求項1乃至5のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
  7. 車両又はその一部に搭載され、当該車両又はその一部から排出される排ガスを分析する車載型の排ガス分析装置である、請求項1乃至6のうち何れか一項に記載のガス分析装置。
  8. サンプルガス中のNOx排出量を算出するガス分析装置に用いられるプログラムであって、
    NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度、及び、NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度に基づいて、排ガス中のNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記NO濃度とを用いて標準状態でのNO排出量を算出する演算部としての機能をコンピュータに発揮させる、排ガス分析用プログラム。
  9. サンプルガス中のNOx排出量を算出するガス分析方法であって、
    NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度、及び、NO計により計測された前記サンプルガス中のNO濃度に基づいて、排ガス中のNOの密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記NO濃度とを用いて標準状態でのNO排出量を算出する、排ガス分析方法。
  10. サンプルガス中の複数成分の排出量を算出するガス分析装置であって、
    前記サンプルガス中の前記複数成分に含まれる第1成分の濃度を計測する第1濃度計と、
    前記サンプルガス中の前記複数成分の濃度を計測する第2濃度計と、
    前記第1濃度計により計測された第1成分濃度及び前記第2濃度計により計測された複数成分濃度に基づいて、前記サンプルガス中の前記複数成分の密度又は分子量を算出し、その密度又は分子量と前記複数成分濃度とを用いて前記複数成分の標準状態での排出量を算出する演算部とを具備する、ガス分析装置。
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