(57)【要約】【課題】光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供する。【解決手段】内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置。【選択図】　　　　　　　図１
2004093458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項２】
前記オゾンセンサが、酸化インジウムを主成分とするガス感応体を具備する請求項１記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項３】
前記ガス感応体が、化学的製膜法により形成されている請求項２記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項４】
さらに、オゾン分解能を有する触媒を具備する請求項１記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項５】
前記触媒が、少なくとも酸化マンガンおよび活性炭のいずれかを主成分とする請求項４記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項６】
半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機。
【請求項７】
内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項８】
さらに、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒を具備する請求項７記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項９】
さらに、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒と、前記オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部とを具備する請求項７記載の光化学オキシダント濃度測定装置。
【請求項１０】
道路網の少なくとも１箇所に配置された、光化学オキシダント濃度測定装置を有する少なくとも１つの信号機と、前記光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度に応じて前記信号機の表示動作を制御する信号機制御部と、を具備し、前記光化学オキシダント濃度測定装置が、半導体からなるオゾンセンサを具備する信号機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、大気中に発生する環境汚染ガスの一つである光化学オキシダントの濃度測定装置に関する。また、本発明は、環境汚染を改善するために光化学オキシダント濃度に基づいて交通規制を行う際に用いる信号機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境汚染ガスによる地球環境への影響が問題とされている。環境汚染ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ：ＮＯ、ＮＯ２など）、硫黄酸化物（ＳＯｘ：ＳＯ２、ＳＯ３など）、一酸化炭素（ＣＯ）、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）、光化学オキシダントなどがある。
【０００３】
わが国では、これらの環境汚染ガスについて環境基準および指針値を設定し、排出規制を中心に各種政策を実施している。その結果、硫黄酸化物などは排出が改善され、それらの濃度は年々減少している。
【０００４】
しかしながら、自動車などの車両から排出される窒素酸化物、浮遊粒子状物質などの濃度の年推移はほとんど変化がなく、改善されていない。特に大都市では、これらの環境汚染ガス濃度の環境基準および指針値の達成状況が低く、しかも、交通量の多い交差点において、これらの濃度が非常に高いと報告されている。また、大気中の炭化水素や窒素酸化物は、太陽などから放射される紫外線を吸収し、光化学反応を起こすと、主にオゾンからなる光化学オキシダントを生成する。光化学オキシダントに起因する光化学スモッグ警報の発令される年間日数は、年々、増加している。
【０００５】
一方、従来、交差点などに設けられている信号機は、信号機毎に独立して運用されているか、道路上に設置した車両感知器で得た情報に基づいて動作が制御されている。
【０００６】
特開２００１−３１９２９１号公報には、車両から排出される環境汚染ガスによる環境汚染を改善するために、複数の地点で大気中の環境汚染ガスの濃度を分析し、分析結果に基づいて信号機の動作を制御する信号機制御システムおよび信号機制御方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光化学オキシダントの濃度は、光学的な測定手段を用いる分析装置（以下、光学分析装置という。）で測定される。光学分析装置は、大気中における数ｐｐｂ〜数１０ｐｐｂレベルの濃度を精度よく測定できるものであるが、一方で、大型で価格が高いものである。そのため、設置スペースの確保などの問題から、多数の地点に光学分析装置を設置することは難しい。従って、光学分析装置を多数の地点に設置して光化学オキシダントの濃度を監視し、その汚染状況に基づいて信号機を制御するシステムを実現することは非常に困難である。また、直接的に光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解除去することにより、光化学オキシダントの低減を図ることも困難である。
【０００８】
本発明は、上記を鑑み、光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供することを目的の一つとする。本発明は、また、そのような光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機およびそれを用いた信号機制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置に関する。
前記オゾンセンサは、酸化インジウムを主成分とするガス感応体を具備することが好ましい。
前記ガス感応体は、化学的製膜法により形成されていることが好ましい。
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、さらに、オゾン分解能を有する触媒を具備することが好ましい。
前記触媒は、少なくとも酸化マンガンおよび活性炭のいずれかを主成分とすることが好ましい。
本発明は、また、半導体からなるオゾンセンサを具備する光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機に関する。
【００１０】
本発明は、また、内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、ならびに前記筐体内に外気を送り込む送風手段からなる光化学オキシダント濃度測定装置に関する。この光化学オキシダント濃度測定装置は、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒を具備することが好ましい。
【００１１】
本発明は、また、内部を外気が通気する筐体、前記筐体内に設置された放電素子、前記放電素子の下流側に位置する集塵部、前記集塵部の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ、前記オゾンセンサの駆動回路、前記筐体内に外気を送り込む送風手段、前記オゾンセンサの下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒、ならびに前記オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部からなる光化学オキシダント濃度測定装置に関する。
【００１２】
本発明は、さらに、道路網の少なくとも１箇所に配置された、光化学オキシダント濃度測定装置を有する少なくとも１つの信号機と、前記光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度に応じて前記信号機の表示動作を制御する信号機制御部とを具備し、前記光化学オキシダント濃度測定装置が、半導体からなるオゾンセンサを具備する信号機制御システムに関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、半導体からなるオゾンセンサを有する。半導体からなるオゾンセンサは、半導体からなるガス感応体を有する。半導体からなるガス感応体は、周囲のオゾン濃度によって抵抗値が変化する。この抵抗値の変化から周囲の光化学オキシダント濃度の変化を知ることができる。
【００１４】
半導体からなるガス感応体は、窒素酸化物のような他の酸化性ガスや炭化水素などの還元性ガスによって影響をほとんど受けることがない。従って、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、ｐｐｂレベルの光化学オキシダントの濃度を精度良く測定することができる。
【００１５】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置が、オゾン分解能を有する触媒を有する場合、光化学オキシダント濃度を測定しながら同時にオゾンの絶対量を低減することができる。このような装置には、外気を装置内に送り込むための送風手段を設けることが好ましい。送風手段により、装置周辺の外気が順次に触媒上を通過するため、触媒によるオゾンの分解が促進されるからである。
【００１６】
また、光化学オキシダント濃度測定装置には、オゾンセンサが感知した情報に応じて送風手段の駆動力を変化させる送風手段制御部を設けることが好ましい。そして、装置周辺のオゾン濃度が高くなると、送風手段の駆動力をアップして、より多くの外気を短時間で触媒と接触させることが好ましい。
【００１７】
本発明の光化学オキシダント濃度測定装置は、小型で、光学分析装置に比べて安価である。従って、信号機に簡便かつ低コストで組み込むことができる。そして、その信号機を道路網の少なくとも１箇所に配置し、その信号機周辺の光化学オキシダント濃度に応じてその信号機の表示動作を制御することにより、信号機周辺の汚染状態を改善することができる。例えば、複数の交差点に信号機を設置して、光化学オキシダントの濃度を監視し、濃度の高い交差点周辺の車両の流れがスムーズになるように信号を操作する。その結果、その交差点周辺では車両の停滞が少なくなり、車両から排出される窒素酸化物の量が低減し、光化学オキシダント濃度も低減することになる。
【００１８】
信号機が具備する光化学オキシダント濃度測定装置が、オゾン分解能を有する触媒を有する場合、光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機を配置した道路網全体におけるオゾンの絶対量を効率よく低減することができる。
また、光化学オキシダント濃度測定装置が、上記の送風手段や送風手段制御部を有する場合には、オゾン濃度の高い場所で送風手段を優先的に駆動し、オゾン濃度が低い場所では送風手段の駆動を休止もしくは緩めることができる。このため送風手段の駆動に要するエネルギーの損失を低減することができる。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
《実施例１》
図１に、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の一例の概略断面図を示す。この装置は、内部に外気１０が通気する風路１１を有する筐体１２、風路１１の入口に設置された除塵フィルタ１３、風路１１に外気を送り込むための送風ファン１４、高電圧により外気に含まれる埃や塵を帯電させるための放電素子１５、放電素子１５の下流側に位置する集塵部１６、集塵部１６の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ素子１７、ならびにオゾンセンサ素子１７の駆動回路１８からなる。オゾンセンサ素子１７は、エレメント１７ａおよびエレメント１７ａを保護するためのキャップ１７ｂを有する。
【００２０】
除塵フィルタ１３は、風路１１に送り込まれる外気中の埃を除去するためのものである。送風ファン１４は、モータなどにより駆動される。集塵部１６は、放電素子１５により帯電した埃や塵を除去するために、逆の電荷を有することが好ましい。オゾンセンサ素子１７では、集塵後の外気中の光化学オキシダント濃度が測定される。オゾンセンサ素子１７は、回路１８により駆動される。駆動回路１８は、例えば、オゾンセンサ素子１７の出力値を濃度に変換したり、オゾンセンサ素子１７の出力に応じてエレメント１７ａを加熱するための印加電圧を制御したりする機能を有する。なお、送風ファン１４は、風路１１に外気を送り込む役割さえ果たせれば、装置内のどこに設置してもよい。例えば、集塵部１６とオゾンセンサ素子１７との間や風路１１の出口に設けてもよい。
【００２１】
《実施例２》
図２は、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の他の一例の概略断面図である。この装置は、内部に外気２０が通気する風路２１を有する筐体２２、風路２１の入口に設置された除塵フィルタ２３、風路２１に外気を送り込むための送風ファン２４、外気に含まれる埃や塵を帯電させるための放電素子２５、放電素子２５の下流側に位置する集塵部２６、集塵部２６の下流側に位置する半導体からなるオゾンセンサ素子２７、オゾンセンサ素子２７の駆動回路２８、オゾンセンサ素子２７の下流側に位置するオゾン分解能を有する触媒層２９、ならびにオゾンセンサ素子が感知した情報に応じて送風ファンの駆動力を変化させる送風ファン制御部２１０からなる。オゾンセンサ素子２７は、エレメント２７ａおよびエレメント２７ａを保護するためのキャップ２７ｂを有する。
【００２２】
オゾン分解能を有する触媒層２９は、通気性を有する限り、触媒のみからなるものでも、触媒と触媒を担持する単体からなるものでもよい。触媒は、オゾンを分解するものであればよく、特に限定されないが、酸化マンガンもしくは活性炭からなるものが好ましい。
【００２３】
オゾン濃度を測定した後の外気は、触媒層２９を通過する際に、分解・除去される。なお、送風ファン２４は、風路２１に外気を送り込む役割さえ果たせれば、装置内のどこに設置してもよい。例えば、集塵部２６とオゾンセンサ素子２７との間や風路２１の出口に設けてもよい。送風ファン制御部２１０は、外気中のオゾン濃度が高い場合には、送風ファン２４の回転速度が速くなり、オゾン濃度が低い場合には、回転速度が遅くなるように、送風ファンを制御するためのものである。
【００２４】
図３は、実施例１および実施例２の光化学オキシダント濃度測定装置に用いることができるオゾンセンサのエレメントの一例の概略断面図である。このエレメントは、絶縁性基板３０、その上に設けられた一対の電極３１ａと３１ｂ、その電極間に介在し、ならびに各電極上にまで張り出しているガス感応体３２からなる。
【００２５】
絶縁性基板３０は、少なくとも電極と接する表面が絶縁性材料からなるものであれば何でも使用することができるが、特に、絶縁性の金属酸化物からなるものが好ましい。絶縁性基板３０は、ヒータ３３などの加熱手段を備えていることが好ましい。加熱手段３３によりエレメントの温度を変化させると、ガスの吸脱着の速度が変化する。従って、ガスに対する感応性を向上させたり、ガス選択性を向上させたりすることができる。絶縁性基板３０を構成する材料の具体例として、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライトなどの金属酸化物を挙げることができる。基板の表面粗さは０．０１〜１μｍであることが好ましい。
【００２６】
電極３１ａと３１ｂは、主にガス感応体３２の抵抗値を測定するためにガス感応体３２に電圧を印加するためのものである。電極の材料、構造、パターン、製造方法等は特に限定されない。電極３１ａと３１ｂを構成する材料の具体例として、例えば、金、銀、白金等の金属を挙げることができる。電極の厚さは０．１〜２０μｍであることが好ましい。
【００２７】
ガス感応体３２は、金属酸化物半導体からなる。例えば、酸素欠陥が生じることにより高い導電性を発現する酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化チタンなどが挙げられるが、酸化インジウムが最も好ましい。
【００２８】
ガス感応体の製膜方法には、熱分解法、ゾルーゲル法、ＣＶＤ法などの化学的製膜法と、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法などの物理的製膜法を用いることができる。ただし、化学的製膜法の方が好ましく、なかでも熱分解法またはゾルーゲル法が最も好ましい。例えば、インジウム化合物と有機配位化合物とを含む溶液を、基板上の電極間に塗布し、乾燥・焼成することにより、ガス感応体が形成される。
【００２９】
《実施例３》
図４は、本発明の光化学オキシダント濃度測定装置を有する信号機の一例の概略図である。図４では、信号機４０を構成する本体４１の支柱４２に光化学オキシダント濃度測定装置４３が固定されているが、光化学オキシダント濃度測定装置は、信号機のどの位置に取り付けてもよい。光化学オキシダント濃度測定装置の取り付け位置は、図４に限定されるものではない。
なお、従来の光学分析装置は、大型でスペースを要するため、図４に示すように信号機に取り付けることは困難である。そのため、別途、光学分析装置を設置する場所が道路上等に必要となる。
【００３０】
ここで、光化学オキシダント濃度測定装置４３が、オゾン分解能を有する触媒を具備する場合、信号機周辺の光化学オキシダント濃度を測定するとともに、それ自身で光化学オキシダントの主成分であるオゾンを触媒で分解・除去することができる。
【００３１】
図５は、このような信号機を用いた信号機制御システムの一例の概要を示す模式図である。ここでは、１２個の居住地５０の間を、上下方向に伸びる３本の縦道路５１と左右方向に伸びる２本の横道路５２からなる道路網を示す。道路網には６つの交差点エリア５３ａ〜５３ｆが存在する。各交差点エリアには、それぞれ４つずつ信号機５４が配置されている。
信号機５４は、実施例２に示した触媒層２９を有する光化学オキシダント測定装置を備えている。その光化学オキシダント濃度測定装置には、送風ファン制御部２１０が設けられており、外気中のオゾン濃度が高い場合には、送風ファン２４の回転速度を速く、オゾン濃度が低い場合には、回転速度を遅くすることができる。
【００３２】
各信号機に備えられた光化学オキシダント濃度測定装置により検出された光化学オキシダント濃度の情報は、信号機の表示動作を制御する信号機制御部５５に集約される。その結果、信号機制御部５５は、自動車５６の多い交差点エリア５３ｂの光化学オキシダント濃度が高く、自動車の少ない交差点エリア５３ａや５３ｆの光化学オキシダント濃度が低いことを、集約された情報から把握できる。このとき、信号機制御部５５が、光化学オキシダント濃度が高い交差点エリア５３ｂの信号機を青に表示させれば、交差点エリア５３ｂでの自動車の停滞がなくなり、交差点エリア５３ｂの光化学オキシダント濃度は次第に減少する。
【００３３】
しかも、光化学オキシダント濃度測定装置には、送風ファン制御部２１０が設けられているため、送風ファンは、オゾン濃度の高い交差点エリア５３ｂでは比較的速く回転しており、オゾン濃度が低い交差点エリア５３ａや５３ｆでは回転が緩やかである。そのため、最小のエネルギーで効率よく光化学オキシダントの絶対量を低減することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、光化学オキシダント濃度を、簡便に、精度よく測定できる小型の、好ましくは光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する機能を有する光化学オキシダント濃度測定装置を提供することができる。また、そのような光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機を用いることにより、例えば道路網における光化学オキシダントの発生を抑制もしくは低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の一例の概略断面図である。
【図２】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置の他の一例の概略断面図である。
【図３】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置が具備するオゾンセンサ素子のエレメントの一例の概略断面図である。
【図４】本発明の光化学オキシダント濃度測定装置を具備する信号機の一例の概略図である。
【図５】本発明の信号機を用いた信号機制御システムの一例である。
【符号の説明】
１０　外気
１１　風路
１２　筐体
１３　除塵フィルタ
１４　送風ファン
１５　放電素子
１６　集塵部
１７　オゾンセンサ素子
１７ａ　エレメント
１７ｂ　キャップ
１８　オゾンセンサ素子の駆動回路
２０　外気
２１　風路
２２　筐体
２３　除塵フィルタ
２４　送風ファン
２５　放電素子
２６　集塵部
２７　オゾンセンサ素子
２７ａ　エレメント
２７ｂ　キャップ
２８　オゾンセンサ素子の駆動回路
２９　触媒層
２１０　送風ファン制御部
３０　絶縁性基板
３１ａ、ｂ　電極
３２　ガス感応体
３３　ヒータ
４０　信号機
４１　信号機本体
４２　支柱
４３　光化学オキシダント濃度測定装置
５０　居住地
５１　縦道路
５２　横道路
５３ａ〜ｆ　交差点エリア
５４　信号機
５５　信号機制御部
５６　自動車
【図１】
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【図２】
2004093458.tif 000004
【図３】
2004093458.tif 000005
【図４】
2004093458.tif 000006
【図５】
2004093458.tif 000007