JPH07301603A - 化学発光式窒素酸化物測定装置 - Google Patents

化学発光式窒素酸化物測定装置

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JPH07301603A
JPH07301603A JP11423494A JP11423494A JPH07301603A JP H07301603 A JPH07301603 A JP H07301603A JP 11423494 A JP11423494 A JP 11423494A JP 11423494 A JP11423494 A JP 11423494A JP H07301603 A JPH07301603 A JP H07301603A
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JP
Japan
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ozone
gas
concentration
flow rate
nitrogen oxide
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JP11423494A
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Shoko Komori
詳弘 小森
Masaru Kozakura
優 小櫻
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 希釈ガスの流量調節と、化学発光の検出感度
を最適化するオゾン濃度調節をともに容易にできるよう
にする。 【構成】 反応槽2へオゾンの供給と希釈用空気の供給
を兼ねるオゾン流路30にはポンプ32、流量調節器3
4、流量計36、オゾン発生器26及び平滑素子38が
配置されている。オゾン流路30の流量はCO2などの
消光性ガスを希釈するのに適当な流量に調節され、オゾ
ン濃度は試料ガスの窒素酸化物濃度に応じて化学発光の
検出感度が最大になるように最適化される。オゾン発生
器26を駆動する高圧電源はパルス幅変調型の濃度設定
器42により制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発電プラントなどの煙道
排ガスや自動車の排ガス中に含まれる窒素酸化物を測定
する化学発光式窒素酸化物測定装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】化学発光式窒素酸化物測定装置では、試
料ガス中の窒素酸化物を全てNOにした後、別に発生さ
せたオゾンとともに反応室に送り込み、常圧又は減圧下
で両者を接触させて気相反応させることによって化学発
光を誘起させ、この発光強度を検出して試料中の窒素酸
化物濃度を計測する。
【0003】図1は従来の化学発光式窒素酸化物測定装
置を表わしたものである。反応槽2には試料ガスを供給
する試料ガス流路4とオゾンを供給するオゾン流路6と
が接続されている。試料ガス流路4はポンプ8によりサ
ンプル導入プローブ10から煙道などの試料ガスを吸引
するものであり、前処理装置12、流量調節器14、流
量計16及びキャピラリー18を備え、流量計16とキ
ャピラリー18の間から分岐した流路には背圧調整弁又
は定圧トラップ17が設けられている。前処理装置12
はNO2をNOに変えるコンバータ、試料ガス中の固形
分を除去するフィルタ、水分を除去する電子式冷却器な
どを備えている。試料ガスは流量調節器14と流量計1
6によって一定流量とされ、キャピラリー18を経て反
応槽2へ導かれる。一方、オゾン流路6にはポンプ20
により吸引された空気が流量調節器22と流量計24に
より一定流量となってオゾン発生器26へ供給され、空
気中の酸素の所定量がオゾンに変換されて反応槽2へ供
給される。反応槽2での化学発光強度を検出するため
に、光検出器28が設けられている。
【0004】煙道排ガスや自動車排ガスには反応槽2で
の化学発光を消光するガス成分が含まれている。代表的
にはCO2であり、化学発光強度はこのCO2の消光効果
(Quenching Effect)により干渉され、発光強度が低下
する。消光性ガスによる消光効果を低下させる方法とし
て、図1の装置では空気をポンプ30により吸引してキ
ャピラリー32を経て反応槽2へ導き、干渉ガス濃度を
希釈する希釈用空気流路31を備えている。
【0005】消光性のあるガスの影響を抑える他の方法
としては、試料ガス中に含まれる消光性ガス成分の濃度
を予測して検出器の増幅回路で補正する方法や、消光性
ガス成分を測定する装置を別途設け、その測定値に基づ
いて演算により補正する方法などが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図1の流路構成をもつ
測定装置では、反応槽2につながるガス流路としては試
料ガス流路4、オゾン流路6、及び希釈用空気流路31
の3流路が設けられており、それぞれの流路の流量を所
定値になるように正確に調節しなければならないため、
操作がわずらわしい。
【0007】反応槽2へ供給するオゾンの濃度には試料
ガス中の窒素酸化物濃度に応じた最適濃度が存在する
(特開平4−264239号公報の図2参照)。そのた
め、試料によってオゾン濃度を最適なものに設定する必
要がある。オゾン発生器のオゾン濃度を制御する試みは
種々提案されている。無声放電式オゾン発生器で高圧電
源への商用電源や直流電源をオン・オフ制御するのは時
定数が大き過ぎて難しく、また高圧電源の励振周波数を
制御するのは高圧トランスのコアの材質により制約を受
け、広範囲な制御はできない。
【0008】図1のように希釈用空気流路31とオゾン
流路6を別流路として備えている測定装置では、希釈用
空気流路31からの流量とオゾン流路6からの流量の合
計流量と、オゾン濃度をそれぞれ調節しなければならな
いが、容易ではない。そこで、本発明は試料ガス中の化
学発光に対する消光性のあるガスの影響を抑えるための
希釈ガスの流量の調節と、化学発光の検出感度を最適化
するためのオゾン濃度の調節をともに容易にできるよう
にすることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】従来の希釈用空気流路3
1とオゾン流路6の2流路に代るものとして、本発明で
は、供給された空気中の酸素をオゾンに変える無声放電
式オゾン発生器及びその下流の平滑素子を有し、反応槽
へオゾンを含む空気を消光性ガス濃度に応じて設定され
た流量で供給する1つのオゾン流路を備え、そのオゾン
発生器の高圧トランスの一次側を励振周波数より低周波
数の数〜数十サイクルで間欠的にオン・オフ動作させる
とともに、試料ガス中の窒素酸化物濃度に対応した最適
オゾン濃度になるようにパルス幅変調方式によりそのオ
ン・オフ動作のデューティ比を設定する。
【0010】
【作用】本発明は希釈用空気流路とオゾン流路を1つの
流路にしたものであり、化学発光の検出感度を最適化す
るようにオゾン濃度が調節されたオゾン流路の流量によ
り消光性ガスを希釈する。希釈ガス流量はオゾン流路の
流量を調節する手段により、CO2などの消光性ガス濃
度に対応して設定し、オゾン濃度はオゾン発生器の高圧
電源装置のパルス幅変調方式による間欠オゾン発生によ
り、化学発光検出感度が最大になるように、パルス幅変
調のデューティ比を設定する。
【0011】
【実施例】図2は一実施例を表わす。図1と同一部分に
は同一の符号を符す。反応槽2及びその化学発光を検出
する検出器28は同じものであり、検出器28としては
光電子増倍管やフォトダイオードを用いることができ
る。試料ガス流路4は図1のものと同じものであり、煙
道などから試料ガスを取り込むサンプル導入プローブ1
0、NO2−NOコンバータ、フィルタ、電子式冷却器
などを備えた前処理装置12、ポンプ8、流量調節器1
4、流量計16及びキャピラリー18が流路に沿って上
流から下流方向に配置されている。流量計16とキャピ
ラリー18の間から分岐した流路には背圧調整弁又は定
圧トラップ17が設けられている。ここまでの構成は図
1と同じである。
【0012】反応槽2へオゾンの供給と希釈用空気の供
給を兼ねるオゾン流路30は、流路に沿って空気を取り
込むポンプ32、流量調節器34、流量計36、オゾン
発生器26、及びキャピラリーと少しの容量の室を備え
た平滑素子38が上流から下流に向かって配置されたも
のである。ポンプ32により取り込まれた空気は、流量
調節器34によりCO2などの消光性ガスを希釈するの
に適当な流量に調節されてオゾン発生器26に導かれ、
オゾン発生器26で試料ガスの窒素酸化物濃度に応じて
最適化されたオゾン濃度になるように発生させられたオ
ゾンを含むガスとなり、平滑素子38でオゾン濃度の時
間的変動が平滑化されて反応槽2へ供給される。40は
オゾン発生器26を駆動する高圧電源であり、高圧電源
40にはオゾン濃度を調節するためにパルス幅変調型の
濃度設定器42が接続されている。
【0013】オゾン流路30から反応槽2へ供給される
ガスの流量は、ポンプ32の容量と流量調節器34によ
り調節される。この流量は試料ガスに含まれるCO2
どの消光性ガス濃度に対応して消光効果を抑える流量に
設定される。流量が大き過ぎると消光効果は抑える点で
は問題はないが、試料中の窒素酸化物濃度も希釈されて
検出器の感度が低下し、逆に流量が小さ過ぎるときは消
光性ガスによる消光効果を十分に抑えることができない
ので、最適な流量に調節する。オゾン発生器26による
オゾン濃度は試料ガス中の窒素酸化物濃度に対応して検
出感度が最大になるような値に設定する。
【0014】図3(A)は高圧電源40の具体的な一例
を示したものである。昇圧トランス50の二次側にはオ
ゾン発生器26とコンデンサ52が並列に接続されてお
り、昇圧トランス50の一次側には通電を制御する制御
回路54が接続されている。制御回路54には、昇圧ト
ランス50の特性とオゾン発生器の放電空隙に合わせた
発振周波数500Hzの発振回路を内蔵している。信号
Sはこの内蔵の発振回路を制御する制御信号であり、内
蔵発振回路の発振周波数より低周波の10〜20Hzで
内蔵発振回路をパルス変調してオン・オフ制御する。ま
た、制御回路54には一次側の電圧をフィードバックす
る回路56と二次側の電流を検知してフィードバックす
る回路58が設けられており、制御回路54はフィード
バック回路56により、オゾン発生器26に印加される
高電圧が一定になるように制御し、またフィードバック
回路58により、過大電流にならないように二次側電流
を制御している。
【0015】図3(B)はこの高圧電源の制御回路54
での動作を示したものである。オゾン発生器26を動作
させるために、励振周波数500Hzで期間t励振する
ことによりオゾン発生器26では無声放電によりオゾン
が発生する。期間tのオゾン発生器の動作を周期Tで繰
り返す。周期Tのオン・オフ動作の周波数は10〜20
Hzであり、デューティ比(t/T)を可変にすること
により、パルス幅変調方式でオゾンを間欠的に発生させ
る。オゾン発生器26ではデューティ比に比例したオゾ
ン量が間欠的に発生し、平滑素子38を経て濃度が時間
的に平滑化されて反応槽2へ供給される。このデューテ
ィ比は試料ガス中の窒素酸化物濃度に対応して検出感度
が最大になるように設定される。
【0016】オゾン流路30から反応槽2へ供給される
ガスの流量は、試料ガス中のCO2などの消光性ガスの
消光効果を抑えるために設定される。例えば、発電プラ
ントの煙道排ガスの窒素酸化物の測定には、燃やす燃料
の種類によって異なるが、発生するCO2濃度は7〜1
5%である。反応槽2の容量を300ml/分とし、1
0%のCO2が干渉ガスとして含まれているとすると、
CO2ガス成分の流量は30ml/分である。この干渉
ガスを1%以下の干渉度にするには、オゾン流路30か
らのガス流量を3リットル/分とすればよい。一方、窒
素酸化物の濃度範囲が0〜250ppmとすれば、10
00ppm程度のオゾン濃度が適当であり、そのような
オゾン濃度になるようにデューティ比(t/T)を設定
する。
【0017】高感度に増幅するときに光検出器28とそ
の増幅系でドリフトが問題となる。特に光検出器28と
してフォトダイオードを用いた場合には、周囲条件によ
る暗電流の変化及び高感度増幅器の零電位の変化があ
る。試料ガスを希釈するため窒素酸化物濃度も低下し、
検出器の増幅系での感度低下による信号のドリフトが大
きくなる。そこで、図3(B)にPzとして示されるよ
うに、間欠オゾン発生のパルス幅変調の中で0.1〜0.
2Hzの周波数でオゾン濃度を0にし、このオゾン発生
を0とする期間Pzにより光検出器28とその増幅系の
零電位を校正し、高感度な増幅を行なうことができるよ
うにする。
【0018】また、本発明ではオゾン濃度を単純なパル
ス幅変調方式で容易に制御することができるので、この
測定装置のCPUのメモリ空間に、窒素酸化物濃度範囲
と干渉ガス濃度に応じて、最適なオゾン濃度とオゾン流
路の流量とをテーブルとして記憶させておき、測定装置
の全レンジにわたって干渉ガスの影響の少ない測定装置
とすることもできる。
【0019】本発明の他の態様として次のものがある。 (1)オゾン濃度を調節するためにオゾン発生器の高圧
トランスの一次側を間欠的にオン・オフ動作させる周期
よりも長い周期でオゾン濃度を0にする期間を設け、反
応槽の光検出器及び増幅系の零電位を校正する機能をさ
らに備えた測定装置。この場合、随時零電位を校正する
ことができるので、安定した高感度測定を行なうことが
できる。 (2)測定対象となる窒素酸化物濃度と干渉ガス濃度に
応じて、最適なオゾン濃度とオゾン流路の流量をテーブ
ルとして記憶させておくようにした測定装置。これによ
り、オゾン濃度とオゾン流路からの流量を簡便に設定で
きるようになる。
【0020】
【発明の効果】本発明ではオゾン流路から反応槽へ供給
するガス流量によりCO2などの消光性ガスの影響を抑
えるとともに、そのオゾン流路からのガス中のオゾン濃
度をオゾン発生器の高圧トランスの一次側の通電をパル
ス幅制御方式により制御するようにしたので、オゾン濃
度の広範囲な制御が可能になり、化学発光強度を最大感
度で検出することができ、発光強度の非線形性も改善さ
れる。そして希釈用空気流路を別に設ける必要がないの
で、流路構成が簡単になり、それだけ流量を安定させる
ための操作が少なくてすむ。オゾン濃度を最適な値に設
定することから、反応槽から排出されるガス中のオゾン
を分解するオゾン分解器に使われる触媒は、オゾン発生
器から過剰なオゾンを発生させる場合に比べて長寿命に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の測定装置を示す流路図である。
【図2】一実施例の測定装置を示す流路図である。
【図3】(A)は同実施例におけるオゾン発生器の高圧
電源を示す回路図、(B)は同実施例の動作を示す波形
図である。
【符号の説明】
2 反応槽 4 試料ガス流路 26 オゾン発生器 30 オゾン流路 38 平滑素子 40 高圧電源 42 濃度設定器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料ガス中の窒素酸化物とオゾンとを気
    相反応させ、その化学発光強度を検出する反応槽と、 前記反応槽へ窒素酸化物を含む試料ガスを所定の流量で
    送り込む試料ガス流路と、 供給された空気中の酸素をオゾンに変える無声放電式オ
    ゾン発生器及びその下流の平滑素子を有し、前記反応槽
    へオゾンを含む空気を前記気相反応での化学発光に対し
    て消光性のあるガスの濃度に応じて設定された流量で供
    給するオゾン流路と、 前記オゾン発生器の高圧トランスの一次側を励振周波数
    より低周波数の数〜数十サイクルで間欠的にオン・オフ
    動作させるとともに、試料ガス中の窒素酸化物濃度に対
    応した最適オゾン濃度になるように前記オン・オフ動作
    のデューティ比を設定するスイッチ回路を有する高圧電
    源装置と、を備えたことを特徴とする化学発光式窒素酸
    化物測定装置。
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