(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高次導関数−吸光光度法を用いたアンモニア濃度連続測定装置において、
各々が減圧方式である試料ガス採取ライン、ゼロガス採取ライン及びスパンガス採取ラインを有し、
各ラインに流れるガスの流路を切り替える流路切替電磁弁と、この流路切替電磁弁に接続された試料セルと、この試料セルに接続された水トラップと、ガスの流量を調節する流量調節弁と、前記試料ガス採取ライン、前記ゼロガス採取ライン及び前記スパンガス採取ラインの共通ラインに配設された、ガスの流量を測定する流量計と、
ゼロ点を設定し、前記ゼル点を設定した時の試料セルにおける圧力と同じ圧力状態においてスパン値を設定し、前記ゼロ点及び前記スパン値を設定した時の試料セルにおける圧力と同じ圧力状態においてアンモニア濃度を測定する測定制御部を備え、
試料ガスは、装置入口から前記試料セル出口までの流路では加熱され、かつ試料セル以降の流路では冷却され、前記水トラップで凝縮水をトラップし、ガスのみを通過させることを特徴とするアンモニア濃度連続測定装置。
【請求項２】
前記ゼロガス採取ライン及び前記スパンガス採取ラインからそれぞれ分岐し、前記流路切替電磁弁とオーバーフローガス出口に接続されるオーバーフローラインを備え、
余剰ガスが前記ゼロガス採取ライン又は前記スパンガス採取ラインから分岐して前記オーバーフローガス出口に向かって前記オーバーフローラインを流れることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア濃度連続測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンモニア濃度連続測定装置に関し、特に排ガス中のアンモニア濃度（ＮＨ3 濃度）を連続測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガス中のＮＨ3 濃度分析装置として現在実用されているものには、次の４タイプがある。
(1) 排ガス中のＮＨ3 を吸収液に捕捉した後、イオン電極法で測定するもの。
【０００３】
(2) 排ガス中のＮＨ3 を触媒上でＮＯに酸化し、ＮＯ濃度を測定して、間接的にＮＨ3 濃度を測定するもの（以下、触媒酸化法と呼ぶ）。
(3) 排ガス中のＮＨ3 とＮＯを触媒上で反応させ、触媒有，無の場合のＮＯ濃ｂ度を測定し、その差分をＮＨ3 濃度として間接的にＮＨ3 濃度を求めるもの（以下、触媒還元法と呼ぶ）。
【０００４】
(4) 紫外域に吸収波長を有するＮＨ3 ガスの吸収スペクトルの高次導関数を利用し、吸収光度法（以下、高次導関数−吸光光度法）でＮＨ3 濃度を求めるもの。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、イオン電極法では、応答速度が遅く（９０％応答約５分）、また、溶液を取り扱うので保守に手間がかかる等の欠点を有している。次に、触媒酸化法では触媒上におけるＮＨ３のＮＯへの酸化効率、及び触媒の耐久性（ＳＯ２ガスによる触媒の被覆等）、またＮＯが共存する場合、触媒有、無しの差分をＮＨ３濃度とするため、ＮＨ３濃度に対し、ＮＯ濃度が非常に多い場合は測定精度が悪いという欠点を有している。
【０００６】
また、触媒還元法では、触媒上でのＮＨ3 とＮＯの反応効率、触媒の耐久性、差分で測定するためＮＨ3 に対しＮＯ濃度が低い場合は測定できないという欠点を有している。
【０００７】
これらの方法に対し、高次導関数−吸光光度法はその測定原理がＮＨ3 の紫外域での吸収を利用したものであるから、反応速度が早く、共存するＮＯガス濃度の影響を受けないという利点を有しているものの、現状の装置は測定値フラツキ（変動幅）が大きく、検出率が低いという欠点を有しており、排ガス中のＮＨ3 濃度を精度良く連続測定可能な装置はまだ実用化されていないのが現状である。
【０００８】
本発明は、その測定原理から他の測定方法に比べ、応答性が速く、ＮＯ濃度の影響を受けない高次導関数−吸光光度法を用いた装置の改良に関するものである。ガス中のＮＨ3 濃度の測定装置として、高次導関数−吸光光度法を用いた装置は、特許第１３３４０８４号に基づいた装置が現在市販され、大気中あるいはＮＨ3 ガスボンベ中の濃度測定に何ら問題なく使用されている。しかし、本装置を燃焼排ガスに適用した場合、下記のような問題点があることが明らかとなった。
【０００９】
第１に、周囲温度の影響を受けるため、周囲の温度が１０℃の巾で変化すると、シグナルがフルスケールの±３％の範囲で変動する。
第２に、ＪＩＳＫ００９９に基づき、インドフェンエノール吸光光度法を用いた場合に比べ、測定値が約２０％低い値を示す。
【００１０】
第３に、ＮＨ3 濃度が測定基準レンジ（低濃度側）に対し１０倍以上変化すると、現状のセル長さ一定、測定波長固定というやり方では測定できない。
第４に、ＳＯ2 ガスが共存するとＳＯ2 の干渉を受ける。
【００１１】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、各ガス採取ラインを減圧方式とすることにより、検出率を向上させ、ＳＯ2 ガスの影響を受けることなく、排ガス中のＮＨ3 濃度を正確に連続的に測定できるアンモニア濃度連続測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明は、高次導関数−吸光光度法を用いたアンモニア濃度連続測定装置において、各々が減圧方式である試料ガス採取ライン、ゼロガス採取ライン及びスパンガス採取ラインを有し、各ラインに流れるガスの流路を切り替える流路切替電磁弁と、この流路切替電磁弁に接続された試料セルと、この試料セルに接続された水トラップと、ガスの流量を調節する流量調節弁と、前記試料ガス採取ライン、前記ゼロガス採取ライン及び前記スパンガス採取ラインの共通ラインに配設された、ガスの流量を測定する流量計と、ゼロ点を設定し、前記ゼロ点を設定した時の試料セルにおける圧力と同じ圧力状態においてスパン値を設定し、前記ゼロ点及び前記スパン値を設定した時の試料セルにおける圧力と同じ圧力状態においてアンモニア濃度を測定する測定制御部を備え、試料ガスは、装置入口から前記試料セル出口までの流路では加熱され、かつ試料セル以降の流路では冷却され、前記水トラップで凝縮水をトラップし、ガスのみを通過させることを特徴とするアンモニア濃度連続測定装置である。
【００１３】
つまり、本発明では、検出率の向上に関し、従来は試料ガスラインは減圧方式、ゼロガス及びスパンガス採取ラインは加圧方式であったため、試料セル内の圧力差によりスパンガス校正（加圧）後の試料ガス採取（減圧）測定において低い値となることが分かったので、ゼロガス採取及びスパンガス採取ラインも試料ガス採取ラインと同じ減圧方式を採用して圧力差による検出率の低下をなくした。
【００１４】
本発明装置においては、ゼロガス採取及びスパンガス採取ラインも試料ガス採取ラインと同じ減圧方式を採用するもので、これにより圧力差による検出率の低下を防止しようとした。なお、ＺＥＲＯガス校正，ＳＰＡＮガス校正及び試料ガス採取は、例えば実施例の欄で記述する通りに行われる。その結果、検出率を向上でき、ＳＯ2 ガスの影響を受けることなく、排ガス中のＮＨ3 濃度を正確に連続的に測定できるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例に係るアンモニア濃度連続測定装置について図１を参照して説明する。
図中の符番１は装置本体である。この装置本体１内には、ダストフィルター２や三方電磁弁３を加熱恒温する恒温槽４と、前記三方電磁弁３と連結され，一端に光源（Ｄ2 ランプ）５が他端に分光器６，受光器（ホトマル）７が配置された試料セル８と、この試料セル８と冷却管９を介して接続された，水位検知器（フロートスイッチ）10を有する水トラップ11とが配置されている。ここで、前記Ｄ2 ランプ５は白色光を放射する。また、分光器６は白色光を単色光として取り出す。前記水トラップ11は、加温されたサンプルを凝縮せずに精度良く測定するために、試料セル出口では加熱恒温とし、試料セル出口以降の流路においては後記するニードルバルブ，サンプリングポンプ，流量計の保護のため、冷却し、凝縮水をトラップへためガスのみを通過させる。
【００１６】
また、前記装置本体１内には、前記水トラップ11に第１ニードルバルブ121 ，サンプリングポンプ13を介して接続された第１流量計141 と、前記三方電磁弁３に接続する第２流量計142 と、前記三方電磁弁３に第２ニードルバルブ122 を介して接続する二方電磁弁151 と、前記三方電磁弁３に第３ニードルバルブ123 を介して接続する二方電磁弁152 と、前記水トラップ11に接続する二方電磁弁153 とが配置されている。なお、図中の符番16は煙道、符番17はサンプリングプローブである。このサンプリングプローブ17と装置本体１は、サンプリングガス入口18でサンプリング導管19により接続されている。このサンプリング導管19には、装置本体１内の加熱導管20に接続されている。また、図中の符番21はスパンガス入口、符番22はゼロガス入口、符番23はガス出口、符番24はオーバーフローガス出口、符番25は排水口である。
【００１７】
こうした構成のアンモニア濃度連続測定装置では、ゼロガス採取ライン及びスパンガス採取ラインを減圧方式にし、試料ガス採取ラインの減圧方式と同じ方式にするものである。以下に、同装置の作用について図１のガスの流路図を用いて説明する。
【００１８】
［１］ＺＥＲＯガス校正
ゼロ（ＺＥＲＯ）ガス入口22よりＺＥＲＯガス（Ｎ2 ）を流す。操作部スイッチのＺＥＲＯスイッチをＯＮすることにより、二方電磁弁151 が開状態（二方電磁弁152 は閉状態）となり、三方電磁弁３がＯＮとなり、添字ｂとｃ間が開状態、サンプリングポンプ13が作動し、ＺＥＲＯガスの流れは、ゼロガス入口22→二方電磁弁151 →ニードルバルブ122 →三方電磁弁３→試料セル８→水トラップ11→ニードルバルブ121 →サンプリングポンプ13→流量計141 →オーバーフローガス出口23となる。
【００１９】
但し、減圧方式のため、採取量以上に流さないと正確に採取できないため、オーバーフローラインに余剰ガスを流す。余剰ガスの流れは、ゼロガス入口22→二方電磁弁151 →ニードルバルブ122 →流量計142 →オーバーフローガス出口24となる。ＺＥＲＯガス（Ｎ2 ）によるＺＥＲＯ点が安定したところでＺＥＲＯ点を設定する。設定は測定制御部にて行う。
【００２０】
［２］ＳＰＡＮガス校正
ＺＥＲＯ点が設定できれば、スパンガス入口21よりＳＰＡＮガス（ＮＨ3 ）を流す。操作部スイッチのＳＰＡＮＮスイッチをＯＮすることにより、ＺＥＲＯからＳＰＡＮにかわり、二方電磁弁152 が開状態（二方電磁弁151 は閉状態）、三方電磁弁３がＯＮとなり、添字ｂとｃ間が開状態以下ＺＥＲＯガスラインと同じ流れになる。
【００２１】
ＳＰＡＮガスの流れは、スパンガス入口21→二方電磁弁152 →ニードルバルブ123 →三方電磁弁３→試料セル８→水トラップ11→ニードルバルブ121 →サンプリングポンプ13→流量計141 →ガス出口23となる。
【００２２】
但し、ＺＥＲＯガス同様、余剰ガスの流れは、スパンガス入口21→二方電磁弁152 →ニードルバルブ123 →流量計142 →オーバーフローガス出口24となる。ＳＰＡＮガス（ＮＨ3 ）によるＳＰＡＮ値が安定したところでＳＰＡＮ値を設定する。設定は測定制御部にて行う。
【００２３】
［３］試料ガス採取
ＳＰＡＮ値が設定できれば、サンプルガス入口18より試料ガスを採取する。操作部スイッチのサンプルスイッチをＯＮすることにより、ＳＰＡＮからＳＡＭＰＬＥにかわり、三方電磁弁３がＯＦＦとなり、添字ｂとａの間が開状態、二方電磁弁152 、二方電磁弁151 は閉状態、以下ＺＥＲＯガス、ＳＰＡＮガスラインと共通ラインを流れる。
【００２４】
試料ガスの流れは、サンプルガス入口18→ダストフィルター２→三方電磁弁３→試料セル８→水トラップ11→ニードルバルブ121 →サンプリングポンプ13→流量計141 →ガス出口23となる。
【００２５】
試料ガスが冷却され、水トラップに溜まった水はフロートスイッチ10にて検知された時、二方電磁弁153 が動作し、水トラップ内の水を排水口25より排出する。
【００２６】
このように、本実施例では、試料ガス採取ライン、スパンガス採取ライン及びゼロガス採取ラインを減圧方式とした。そして、ガス採取ラインの圧力差による影響を確認するため、ＮＨ３標準ガスを用いて、試料セル内の圧力を変化させＮＨ３濃度を測定した。
【００２７】
図２は、上記実施例に係る試料セル内の圧力変化に伴うＮＨ3 濃度変化を示す特性図である。図２より、試料セル内を減圧にするとシグナルは低下し、加圧すると上昇する傾向にあり、従来の装置ではＮＨ3 検出率が低い原因は、スパンガスを加圧状態で試料セル内に流して調整しサンプルガスを減圧状態で試料セル内に流して測定するためによることが判った。
【００２８】
次に、本発明の効果を確認するため、灯油焚ボイラーの排ガスにＮＨ3 を注入して、その濃度を測定した。下記表１は、注入ＮＨ3 濃度に対する手分析，従来装置及び本発明装置による排ガス中のＮＨ3 濃度の測定結果を示す。
【００２９】
【表１】
0003924013.tif 000002
上記表１によれば、本発明のように試料ガスライン、ゼロガス採取ライン及びスパンガス採取ラインを減圧方式とすることにより、ＪＩＳ法で測定したＮＨ3 濃度を基準としてＮＨ3 の検出率を求めると、９３〜９７％と従来に比べ、飛躍的に検出率が向上することが判った。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、各ガス採取ラインを減圧方式とすることにより、検出率を向上させ、ＳＯ2 ガスの影響を受けることなく、排ガス中のＮＨ3 濃度を正確に連続的に測定できるアンモニア濃度連続測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るアンモニア濃度連続測定装置の要部の説明図。
【図２】本発明に係るアンモニア濃度連続測定装置の試料セル内の圧力変化に伴うＮＨ3 濃度変化を示す特性図。
【符号の説明】
１…装置本体、      ２…ダストフィルター、    ３…三方電磁弁、
４…恒温槽、        ５…Ｄ2 ランプ、                ６…分光器、
７…受光器、        ８…試料セル、            ９…冷却管、
10…水位検知器、    11…水トラップ、121 ，122 ，123 …ニードルバルブ、
13…サンプリングポンプ、            141 ，142 …流量計、
151 ，152 ，153 …二方電磁弁、      17…サンプリングプローブ、
18…サンプルガス入口、              19…サンプリング導管、
20…加熱導管、      21…スパンガス入口、          22…ゼロガス入口、
23…ガス出口、      24…オーバーフローガス出口、  25…排水口。
【図１】
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【図２】
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