説明

NOxガス発生装置

【課題】希釈流路やオゾン発生器などを使用しない簡単な構成で擬似NOx含有大気を得る。
【解決手段】パーミエーションチューブ法を用いた校正用ガス調製装置10により低濃度の高純度空気希釈NO2ガスを発生させ、これを分岐部21で2つの流路に分けて、一方をフローメータ22を介してそのまま混合槽23に導入し、他方をNO2還元触媒25を充填した反応管26に通す。ここで、NO2は高効率でNOに変換され、高純度空気希釈NOガスがフローメータ27を経て混合槽23に導入される。混合槽23では同じ希釈ガスのNOとNO2とが混合され擬似NOx含有大気としてフローメータ28を通して被測定系に供給される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば窒素酸化物濃度測定装置の校正などに必要な標準ガスを供給するためのNOxガス発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
窒素酸化物(NOx)は工場の焼却炉における燃焼や自動車のエンジン内における燃焼などにより発生する大気汚染物質の一つであり、その中でも特に毒性の高い二酸化窒素(NO2)については大気環境基準が定められ、また自動車の排ガスにおいてはNOxの排出量が規制されている。NOxは窒素の酸化物の総称であり、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)、一酸化二窒素(N2O)、三酸化二窒素(N23)、五酸化二窒素(N25)などが含まれるが、大気汚染物質としてはNOとNO2とが主であり、大気や排ガスに含まれるこれら2つの物質の濃度を測定するための窒素酸化物濃度測定装置(NOx計)が従来より市販されている(例えば非特許文献1など参照)。
【0003】
上記のようなNOx計においてゼロ/スパン校正などの装置校正を行ったり検量線を作成したりする際には、NO/NO2を複数段階に設定した濃度で含むような標準ガスを用意する必要がある。NOx計で大気中のNOx測定を行う場合、上記標準ガスは、N2とO2とから成る高純度空気(一般にエア又はAirと呼ばれる)に所定濃度のNOとNO2とを加えた擬似NOx含有大気である。そこで、ここでは擬似NOx含有大気の供給を行う場合を考える。
【0004】
大気中においてNOとNO2との間では次の(1)式の平衡が成り立ち、これらのガスはいずれも大気中に数十〜数百ppb程度の濃度で存在する。
NO+(1/2)O2 ⇔ NO2 …(1)
上記のような平衡があるため、ガスボンベにNOガスを充填するには希釈ガスを窒素N2とする必要があり、他方、ガスボンベにNO2ガスを充填するには希釈ガスを高純度空気とする必要がある。また、ガスボンベに充填されるNOやNO2の濃度をppbオーダーの低濃度に調整することは難しく、調整が可能であっても非常に高価になるため、通常入手可能なガスボンベでは濃度はppmオーダーである。
【0005】
従って、上述のようなNOとNO2の2種のガスボンベを使って擬似NOx含有大気を調製するには、まずNOガスとNO2ガスの混合処理流路の前後のいずれかに希釈流路を配して、これらの濃度を大気レベルであるppbオーダーまで希釈する必要がある。また、NOはO2を含まないN2希釈ボンベにより供給されるので、特に大気相当、即ち高純度空気希釈のガスにするには、NO/NO2ガスの混合比を考慮した上で適当な量のO2を添加してやる必要がある。この方法は、特にNOとNO2との混合比を変えた場合に混合するO2量が変わることになり、さらに全体の流量も調整する必要があるなど、非常に調整が煩雑な流路となる。以上のことから、NOとNO2の2種のガスボンベを用いて擬似NOx含有大気を調製するには非常に手間が掛かり、結果としてコストも大きなものとなる。
【0006】
一方、NO/NO2含有の標準ガスを発生するために、従来、図3に示すようなNOxガス発生装置が知られている。なお、このNOxガス発生装置はJIS B7982で規定されているものである。このNOxガス発生装置において、標準ガス供給源50は比較的高濃度のN2希釈NOガスを送出するものであり、希釈ガス供給源52は高純度空気を送出するものである。高純度空気は流量制御器53を介してオゾン発生器55に送られ、ここで酸素O2から酸化力の強いオゾンO3が生成される。このオゾン03と流量制御器51で流量が調整されたN2希釈NOガスとは混合されて反応器56に導入され、反応器56でNOの一部がオゾンで酸化されてNO2が発生する。そして、希釈器57において、NOとNO2とを含むガスに流量制御器54で流量調整された高純度空気が混入されて希釈され、被測定系に供給される。
【0007】
しかしながら、こうしたNOxガス発生装置でも、よりフィールド条件に近いN2とO2の組成比が8:2である大気希釈相当のNOxガスを得ることは想定していないため、そのためには別途O2を添加する必要がある。また、NO2を生成するためにオゾンO3を使うので、オゾン発生器などを別途準備する必要がある。そうしたことから、図3のNOxガス発生装置を利用しても擬似NOx含有大気の調製には構成が複雑になることは避けられない。
【0008】
さらにまた、装置の校正や評価を行う上で使用する校正ガスはよりフィールド条件に近いことが好ましく、大気NOx計評価用の擬似NOx含有大気ではガスが乾燥ガスではなく加湿されたガスであることが望まれる。しかしながら、NO2は水溶性であるので、バブリングなどで擬似NOx含有大気を加湿するのは難しい。また、乾燥したNOx含有ガスに加湿ガスを混合しようとしても、飽和蒸気圧が変動するために湿度を一定に維持するような加湿は困難である。
【0009】
【非特許文献1】「発生源監視用ポータブルガス分析計」、[online]、株式会社島津製作所、[平成19年3月5日検索]、インターネット<URL : http://www.shimadzu.co.jp/products/enviro/jnoa7000.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その第1の目的とするところは、簡単な構成、つまり煩雑な希釈系流路や混合系流路を用いずにフィールド条件に近いNOxガス含有標準ガスを発生することができるNOxガス発生装置を提供することである。
【0011】
また本発明の第2の目的とするところは、簡単な構成、つまり煩雑な希釈系流路や混合系流路を用いずに、加湿した高純度空気希釈のNOxガス含有標準ガスを発生することができるNOxガス発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために成された本発明は、それぞれ濃度が既知であるNOとNO2とを含むNOxガスを供給するためのNOxガス発生装置であって、
a)規定濃度のNO2ガスを送給するNO2ガス供給手段と、
b)該NO2ガス供給手段から供給されるNO2ガスを還元処理することによりNO2をNOに変換して生成したNOガスを送給するNOガス供給手段と、
c)前記NO2ガス供給手段から供給されるNO2ガスと前記NOガス供給手段から供給されるNOガスとをそれぞれ流量調整した上で混合し、このNO/NO2混合ガスをNOxガスとして送給する第1混合手段と、
を備えることを特徴としている。
【0013】
本発明の一態様として、前記NO2ガス供給手段は高純度空気で希釈されたNO2ガスを送給するものである構成とすることができる。ここで、好ましくは、このNO2の濃度が大気中NOxレベルの数十〜数百ppbであるものとするとよい。
【0014】
このような比較的低濃度の高純度空気希釈NO2ガスを安定的に供給するために、NO2ガス供給手段は、液体状態であるNO2を封入した多孔性チューブを一定温度雰囲気中に保持した状態で、一定流量の高純度空気を該チューブの周囲に流通させることで任意濃度の高純度空気希釈NO2ガスを発生させることが可能なパーミエーションチューブ法を用いたものとするとよい。
【0015】
本発明に係るNOxガス発生装置では、NO2ガス供給手段は例えば上記のような比較的低濃度の高純度空気希釈NO2ガスを発生するから、これを2系統の流路に分岐して、1系統をそのままとし、他の1系統を、例えばリン酸担持活性炭など変換効率が100%近い触媒を加熱炉に配したNO2→NO変換系であるNOガス供給手段に通し、ここでNO2をNOに還元して高純度空気希釈のNOを生成する。そして、上記2系統のガス、つまり高純度空気希釈NO2ガスと高純度空気希釈NOガスとを第1混合手段に導入し、それぞれ所定流量に調整して混合することにより高純度空気で希釈されたNO/NO2混合ガスを得る。なお、第1混合手段は、それぞれの流路に設けられた流量調節器と混合槽とを含む構成とすることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るNOxガス発生装置によれば、NO、NO2ともに同じ希釈ガス、例えば高純度空気で希釈されているので、上記2系統の流路においてそれぞれ適宜に流量を調整することにより、希釈ガスの成分の変動を生じることなく、NO/NO2の組成比を調整することが可能である。そのため、よりフィールド条件に近い条件で装置の校正や性能評価を行うことができる。また、例えば擬似NOx含有大気を発生する場合に、大気組成をN2:O2=8:2に合わせるためにO2を添加するような必要がなく、またオゾンO3も使用しないのでオゾン発生器なども不要であって、装置の構成を簡単にすることができ、廉価なコストの装置を提供することができる。
【0017】
また、NO2ガス供給のためにパーミエーションチューブ法を用いれば、初めからppbレベルの低濃度のNO2を安定的に生成することが可能であるため、ppbレベルへの希釈系流路を設ける必要がなく、構成が一層簡単になる。
【0018】
また本発明に係るNOxガス発生装置では、加湿された高純度空気を送出する加湿空気供給手段と、該加湿空気供給手段により供給される加湿高純度空気を前記第1混合手段で生成された高純度空気希釈NOxガスに混合する第2混合手段と、をさらに備えた構成とすることができる。ここで加湿空気供給手段は、高純度空気に対し湿度を付与できるものであれば、その形態を特に問わない。
【0019】
この構成によれば、高純度空気の成分変動やNO/NO2の濃度変動を生じることなく擬似NOx含有大気を加湿することができる。また、NO2を含有したガスを加湿のため水中に通す必要がないので、NO2の水への溶解による損失を考慮する必要がなくなるので、安定して加湿擬似NOx含有大気を得ることができる。
【0020】
さらに、第2混合手段で生成された加湿高純度空気希釈NOxガスを冷却する冷却手段を備え、該冷却手段による冷却により一部の水蒸気を凝縮・液化させて所定の飽和水蒸気圧を有する加湿高純度希釈NOxガスを得るようにするとよい。
【0021】
即ち、例えばまず適度な高い温度T1の下で加湿用の高純度空気をバブリングなどを利用した加湿空気供給手段で十分に飽和させた上で、非加湿の擬似NOx含有大気と混合した上で非飽和の加湿擬似NOx含有大気とする。そして、これをその温度T2がT1での含有水蒸気量が露点以下になるよう設定された電子クーラなどの冷却手段に通すことで、飽和水蒸気圧を有する加湿擬似NOx含有大気を得る。
【0022】
これにより、安定して任意の湿度の擬似NOx含有大気を得ることも可能となり、より一層フィールド条件に近い条件で装置の校正や性能評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
[第1実施例]
以下、本発明の一実施例(第1実施例)であるNOxガス発生装置を図1を参照して説明する。図1は第1実施例のNOxガス発生装置の概略ブロック構成図である。
【0024】
第1実施例の構成では、本発明におけるNO2供給手段としてパーミエーションチューブ法を用いた校正用ガス調製装置10を利用している。校正用ガス調製装置10としては、例えば株式会社ガステックが販売しているパーミエーターを用いることができる(「校正用ガス調製装置」、[online]、株式会社ガステック、[平成19年3月5日検索]、インターネット<URL : http://www.gastec.co.jp/products/frame.php?place=seihin/c4.htm>を参照)。パーミエーターは、内部にパーミエーションチューブ16と呼ばれる一定品位の多孔性のフッ素樹脂管に高純度の液化ガスを封入したチューブを有し、これを一定温度に保持すると、チューブ管壁を通して浸透拡散する拡散ガスの量が単位時間に一定になるという性質を利用したものである。このパーミエーションチューブ16を恒温下においた状態で該チューブ16の周囲に希釈ガスを一定量で以て流せば、連続して一定濃度の校正用ガスを得ることができる。
【0025】
具体的には、高純度空気(エア、Air)供給源20から希釈ガスとして高純度空気を校正用ガス調製装置10に供給し、該装置10に内蔵された、調圧系13、ニードルバルブ12、及びフローメータ14からなる流量調整装置11により高純度空気の供給量を高精度で調整する。そして、装置10内の恒温槽15でパーミエーションチューブ16を恒温に保つことで、一定濃度のNO2を発生させる。発生したNO2は供給される高純度空気により希釈されるから、流量調整装置11による高純度空気の供給量を調整することで装置10から送出される高純度空気希釈NO2の濃度を調整することができる。例えば、株式会社ガステックのパーミエーター:PD−1BとNO2発生用パーミエーションチューブ:P−9−1とを用いることで、0.05〜3.99ppmの濃度の高純度空気希釈NO2ガスを得ることができる。
【0026】
校正用ガス調製装置10から送出された高純度空気希釈NO2は分岐部21により2系統の流路に分岐され、その一方の流路は流量調整用の第1ニードルバルブ付フローメータ22を介してNOx混合槽23に導入される。上記高純度空気希釈NO2の他の1つの流路は、約200℃に温調された加熱炉24中に設置された、リン酸坦持活性炭などのNO2還元触媒25が充填された反応管26に導入される。この反応管26は還元反応によりNO2をNOに変換するものであり、本発明におけるNOガス供給手段に相当する。ここで高純度空気希釈NOを2次的に発生させ、第2ニードルバルブ付フローメータ27を介してNOx混合槽23に導入する。従って、第1ニードルバルブ付フローメータ22、第2ニードルバルブ付フローメータ27、及びNOx混合槽23が本発明における第1混合手段に相当する。
【0027】
NO2還元触媒25としてリン酸坦持系活性炭を用いた場合、通常、10ppmの濃度のNO2でも95%以上の高い効率でNOに変換することが可能である。なお、大気中のO2は%オーダーであり、NO2からNOに変換される際に生じるO2はppbオーダーであるので、上記還元反応によって増加するO2の量は実質的に無視することができる。
【0028】
なお、校正用ガス調製装置10で規定濃度のNO2を発生させる場合、規定流量の高純度空気を希釈ガスとしてパーミエーションチューブ16の周囲に流す必要がある。そのため、校正用ガス調製装置10からの高純度空気希釈NO2ガス供給量がNO2還元触媒25の処理能力を超えて過剰になる場合があるので、必要に応じて、オーバーフロー制御用の第5ニードルバルブ付フローメータ30により一部の高純度空気希釈NO2をバイパス排気することで、下流、つまり分岐部21へのガス供給量を制限するとよい。
【0029】
校正用ガス調製装置10から第1ニードルバルブ付フローメータ22を経て供給される高純度空気希釈NO2と、反応管26及び第2ニードルバルブ付フローメータ27経て供給される高純度空気希釈NOとはNOx混合槽23で混合され、高純度空気希釈のNO/NO2混合ガスとなる。これが実際の大気成分に近い擬似NOx含有大気であり、それに含有されるNO2とNOとの組成比は第1及び第2ニードルバルブ付フローメータ22、27のそれぞれの流量で調整される。そして、ここで調製された混合ガスが、流量制御用の第3ニードルバルブ付フローメータ28を介して被測定系、例えば校正対象のNOx計に供給される。また、必要に応じて配設された、過剰ガス流量調整用の第4ニードルバルブ付フローメータ29により一部のNO/NO2混合ガスをバイパス排気することで、被測定系へのガス供給量を制限することもできる。
【0030】
以上のように、本実施例のNOxガス発生装置では、1次的に生成された高純度空気希釈NO2ガスとこれに基づいて2次的に生成された高純度空気希釈NOガスとを混合することで、高純度空気NO/NO2混合ガスを得ることができる。特にNO、NO2の濃度を数十〜数百ppbの高純度空気希釈とすることで擬似NOx含有大気を得ることができる。
【0031】
なお、上記実施例では、校正用ガス調製装置10としてパーミエーターを用いたが、これに限らず一般的な高純度空気希釈NO2ボンベと希釈系流路とを組み合わせたものであってもよい。
【0032】
[第2実施例]
次に、本発明の別の実施例(第2実施例)であるNOxガス発生装置について図2を参照して説明する。上記第1実施例は乾いた擬似NOx含有大気を供給するものであったが、この第2実施例は加湿された擬似NOx含有大気を供給するものである。図2において、図1に示した構成要素と同一のものについては同一符号を付して説明を略す。
【0033】
前述のようにNOx混合槽23で混合されることにより調製された高純度空気希釈NO/NO2混合ガスは、流量制御用の第3ニードルバルブ付フローメータ28を介して加湿混合槽33に導入される。
【0034】
この加湿混合槽33に加湿用高純度空気を供給するための流路には、温度T1(例えば40℃(H2O:70000ppm))に保持される加湿器31と流量調整用の第6ニードルバルブ付フローメータ32とが設けられている。加湿器31は通過するガスに対し湿度を付与できるものでありさえすれば、水中でバブリングを行うものや、半透膜性を有する加湿チューブを介したものなど、特にその形態は限定されない。この加湿器31で加湿された高純度空気は、第6ニードルバルブ付フローメータ32で流量が調整されて加湿混合槽33に導入され、上述の乾いた擬似NOx含有大気と混合される。
【0035】
但し、加湿混合槽33で得られる加湿擬似NOx含有大気は、相対湿度が90%以上の加湿高純度空気と相対湿度が10%以下である擬似NOx含有大気との混合ガスであるので、湿度は不定である。そのため、任意温度での飽和水蒸気圧ガスとするため、加湿混合槽33で生成された加湿擬似NOx含有大気は電子クーラ34に導入され、そのガスの露点温度以下の温度T2(例えば2℃(H2O:7000ppm))に強制冷却される。これにより、過剰な一部の水蒸気は凝縮・液化してガス中から除去されるので、所望の加湿飽和・擬似NOx含有大気が得られ、これを被測定系に送出することができる。
【0036】
以上のようにして、この第2実施例のNOxガス発生装置では加湿した擬似NOx含有大気を得ることができる。
【0037】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一実施例であるので、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、追加、変更を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施例であるNOxガス発生装置の概略ブロック構成図。
【図2】本発明の別の実施例であるNOxガス発生装置の概略ブロック構成図。
【図3】従来のNOxガス発生装置の概略ブロック構成図。
【符号の説明】
【0039】
10…校正用ガス調製装置
11…流量調整装置
12…ニードルバルブ
13…調圧系
14…フローメータ
15…恒温槽
16…パーミエーションチューブ
21…分岐部
22、27、28、29、30、32…ニードルバルブ付フローメータ
23…NOx混合槽
24…加熱炉
25…NO2還元触媒
26…反応管
31…加湿器
33…加湿混合槽
34…電子クーラ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれ濃度が既知であるNOとNO2とを含むNOxガスを供給するためのNOxガス発生装置であって、
a)規定濃度のNO2ガスを送給するNO2ガス供給手段と、
b)該NO2ガス供給手段から供給されるNO2ガスを還元処理することによりNO2をNOに変換して生成したNOガスを送給するNOガス供給手段と、
c)前記NO2ガス供給手段から供給されるNO2ガスと前記NOガス供給手段から供給されるNOガスとをそれぞれ流量調整した上で混合し、このNO/NO2混合ガスをNOxガスとして送給する第1混合手段と、
を備えることを特徴とするNOxガス発生装置。
【請求項2】
前記NO2ガス供給手段は、高純度空気で希釈されたNO2ガスを送給するものであることを特徴とする請求項1に記載のNOxガス発生装置。
【請求項3】
前記NO2ガス供給手段は、液体状態であるNO2を封入した多孔性チューブを一定温度雰囲気中に保持した状態で、一定流量の高純度空気を該チューブの周囲に流通させることで任意濃度の高純度空気希釈NO2ガスを発生させることが可能なパーミエーションチューブ法を用いたものであることを特徴とする請求項1に記載のNOxガス発生装置。
【請求項4】
加湿された高純度空気を送出する加湿空気供給手段と、該加湿空気供給手段により供給される加湿高純度空気を前記第1混合手段で生成された高純度空気希釈NOxガスに混合する第2混合手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載のNOxガス発生装置。
【請求項5】
前記第2混合手段で生成された加湿高純度空気希釈NOxガスを冷却する冷却手段を備え、該冷却手段による冷却により一部の水蒸気を凝縮・液化させて所定の飽和水蒸気圧を有する加湿高純度希釈NOxガスを得ることを特徴とする請求項4に記載のNOxガス発生装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate


【公開番号】特開2008−249455(P2008−249455A)
【公開日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−90509(P2007−90509)
【出願日】平成19年3月30日(2007.3.30)
【出願人】(000001993)株式会社島津製作所 (3,708)
【Fターム(参考)】