JP6279232B2 - 模擬ガス供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば触媒やガス分析計等の試験対象に、模擬ガスを供給する模擬ガス供給装置に関するものである。

従来、自動車の排気管等に設けられる触媒を評価する場合には、エンジンからの排ガスと同様の成分を含む模擬ガスが用いられている。ここで、模擬ガスとは、例えば、ＮＯ_Ｘ、ＣＯ_２、ＨＣ、Ｈ_２、Ｏ_２などのエンジン排ガスに含まれる各種成分をエンジン排ガスにおける濃度と同様の濃度となるように窒素ガスと混合したものである。

前記模擬ガスを用いて触媒の評価を行うものとして、特許文献１に示すように、模擬ガス供給路から供給される模擬ガスが流れるガスセルに沿って上流側から第１加熱部及び第２加熱部をこの順に設け、第１加熱部により模擬ガスを加熱し、第２加熱部によりガスセルに設けられた触媒を加熱するように構成された触媒評価試験装置がある。

そして近年、模擬ガスにオゾンガスを添加して触媒に供給し、オゾンガスによる触媒の浄化性能を評価する試験が行われつつある。

しかしながら、模擬ガス内にオゾンガスを入れると、模擬ガスに含まれる各種成分がオゾンガスによって酸化されてしまう。また、オゾンガス自体も非常に不安定であるため、酸素に変化してしまい、オゾンガスを効率的に触媒に流入させることが難しい。このため、触媒の評価試験を精度良く行うことが難しいという問題がある。

ここで、特許文献２に示すように、触媒の上流側において模擬ガスにオゾンガスを注入するための装置を備えたものが考えられている。

この装置は、酸素ボンベから供給される酸素を２つの分岐路に分流させて、一方の分岐路に設けたオゾン発生器によりオゾンガスを生成して、オゾンガス及び酸素ガスからなる注入ガスを模擬ガスに注入するように構成されている。なお、この注入ガスに含まれるオゾン量及び酸素量は、流量制御ユニットにより個別に制御されている。

しかしながら、前記注入ガスは、オゾンガス及び酸素ガスからなるため、模擬ガスに含まれる各種成分がオゾンガスにより酸化されるだけでなく、酸素によっても酸化されてしまう恐れがある。また、注入ガスをオゾンガスのみから構成すると、高濃度のオゾンガスが模擬ガスに注入されるため、前記各種成分の酸化反応が生じ易い。一方で、注入ガスの酸素量を増やすと、模擬ガスの各種成分濃度が変化してしまい、排ガスを模擬することが難しくなる。

特開２００３−１２６６５８号公報 特許第４７１５７４４号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、オゾンガスと模擬ガスに含まれる各種成分との反応を抑えつつ、模擬ガスの成分濃度に影響を与えることなく、オゾンガスを試験対象に速やかに供給することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る模擬ガス供給装置は、模擬ガスを生成して試験対象に供給する模擬ガス供給装置であって、模擬ガスを前記試験対象に流すための模擬ガス流路と、オゾンガスを前記試験対象に供給するオゾンガス供給路と、前記オゾンガス供給路に接続されて、オゾンガスに不活性であり且つ模擬ガスの成分濃度に影響を与えないキャリアガスを、前記オゾンガス供給路に供給するキャリアガス供給路とを備えることを特徴とする。

このようなものであれば、キャリアガスを用いてオゾンガスを送っているので、オゾンガスの流速を速くすることができ、オゾンガスが模擬ガスに含まれる各種成分と反応する前に、オゾンガスを試験対象まで流入させることができる。また、キャリアガスを用いてオゾンガスを送ることにより、オゾンガスが希釈されるので、オゾンガスと模擬ガスに含まれる各種成分とを反応し難くすることができる。さらに、キャリアガスがオゾンガスに不活性で且つ模擬ガスの成分濃度に影響を与えないものであるので、キャリアガスでオゾンガスを送る際に、オゾンガスがキャリアガスと反応することを防ぐとともに、キャリアガスによる模擬ガスの成分濃度の変動を抑えることができる。

ここで、オゾンガスに不活性であり且つ模擬ガスの成分濃度に影響を与えないキャリアガスとしては、例えば窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等を挙げることができる。特に窒素ガスは、模擬ガスを生成する材料ガスとして用いられるものであり、特に望ましい。

前記模擬ガス流路が、前記模擬ガスを構成する第１ガスを供給する第１ガス供給路と、前記第１ガス供給路が接続されて前記第１ガスを加熱する第１ガス加熱部と、前記第１ガス加熱部により加熱された前記第１ガスを含む模擬ガスを前記試験対象に供給する模擬ガス供給路とを備え、前記オゾンガス供給路が、前記第１ガス加熱部よりも下流側に接続されていることが望ましい。
これならば、模擬ガス流路におけるオゾンガスが供給される位置を、試験対象に近い位置にすることができるので、模擬ガス流路に供給されたオゾンガスを速やかに試験対象に流すことができる。これにより、オゾンガスと模擬ガスに含まれる各種成分との反応をより一層防ぐとともに、オゾンガスが酸素ガスに変化することも抑制することができる。

前記オゾンガス供給路が、酸素ガスが供給されて当該酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾンガス生成部を有しており、前記キャリアガス供給路が、前記オゾンガス生成部よりも下流側に接続されていることが望ましい。
オゾンガス生成部よりも上流側にキャリアガス供給路が接続された場合であっても、オゾンガス生成部により生成されたオゾンガスを送ることができるが、採用するものによっては、キャリアガスがオゾンガス生成部により他の成分に変化してしまう恐れがある。一方で、キャリアガス供給路をオゾンガス生成部よりも下流側に接続することで、キャリアガスの変化を抑えつつ、オゾンガスを模擬ガス流路に送ることができる。

前記キャリアガス供給路が、前記模擬ガスを生成する材料ガスの一部をキャリアガスとして供給するものであることが望ましい。
このように模擬ガスを生成する材料ガスの一部をキャリアガスとして用いることで、模擬ガスの成分濃度の変動をより一層低減することができる。

このように構成した本発明によれば、オゾンガスと模擬ガスに含まれる各種成分との反応を抑えつつ、模擬ガスの成分濃度に影響を与えることなく、オゾンガスを試験対象に速やかに供給することができる。

本実施形態の模擬ガス供給装置の構成を示す模式図。 変形実施形態の模擬ガス供給装置の構成を示す模式図。

以下に本発明に係る模擬ガス供給装置について図面を参照して説明する。

本実施形態の模擬ガス供給装置１００は、エンジン排ガスを模擬した模擬ガスを生成して試験対象である触媒２００に供給するものであり、触媒評価試験装置に組み込まれて用いられる。

具体的にこのものは、模擬ガスを触媒２００に流すための模擬ガス流路２と、模擬ガス流路２に接続されて、オゾンガスを模擬ガス流路２を介して触媒２００に供給するオゾンガス供給路３と、オゾンガス供給路３に接続されて、キャリアガスをオゾンガス供給路３に供給するキャリアガス供給路４とを備えている。

模擬ガス流路２は、模擬ガスを生成して触媒２００に供給する流路であり、模擬ガスを構成する加熱されても反応し難い第１ガスを供給する第１ガス供給路２１と、第１ガス供給路２１が接続されて第１ガスを加熱する第１ガス加熱部２２と、模擬ガスを構成する加熱されると反応し易い第２ガスを供給する第２ガス供給路２３と、前記第２ガス供給路２３が接続されるとともに、前記第１ガス加熱部２２により加熱された第１ガス及び前記第２ガス供給路２３により供給される第２ガスが混合されて生成された模擬ガスを触媒２００に供給する模擬ガス供給路２４とを備えている。

第１ガス供給路２１は、模擬ガスのベースとなる第１ガスを供給するものであり、本実施形態では、窒素、二酸化炭素又は酸素の少なくとも１つからなるガスを供給するものである。具体的には、第１ガスの成分毎、つまり第１ガスを構成する材料ガス毎に供給路を有しており、図１には、窒素ガス供給路２１ａ、二酸化炭素ガス供給路２１ｂ及び酸素ガス供給路２１ｃを有する場合を示している。各供給路２１ａ〜２１ｃには、マスフローコントローラ２１１及び開閉弁２１２が設けられている。そして、マスフローコントローラ２１１によって供給路２１ａ〜２１ｃを流れるガス流量が制御されるように構成されている。なお、各供給路２１ａ〜２１ｃの上流側には、各ガス成分（材料ガス）のガスボンベ又はガス発生部が接続されている。

第１ガス加熱部２２は、第１ガスが流れる流通管２２１の外周部にヒータ等の加熱手段２２２を設けることにより構成されている。

第２ガス供給路２３は、模擬ガスの各種成分となる第２ガスを供給するものであり、例えば、ＮＨ_３、ＮＯ、ＮＯ_２、ＳＯ_２、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、ＣＯ、Ｈ_２等の少なくとも１つからなるガスを供給するものである。この第２ガスは、第１ガス加熱部２２により加熱されると反応してしまうガスである。具体的には、第２ガスの成分毎、つまり第２ガスを構成する材料ガス毎に供給路を有しており、図１には、アンモニアガス供給路２３ａ、一酸化窒素供給路２３ｂ、二酸化窒素供給路２３ｃを示しており、その他の成分の供給路については省略している。各供給路２３ａ〜２３ｃ等には、マスフローコントローラ２３１及び開閉弁２３２が設けられている。そして、マスフローコントローラ２３１によって供給路２１ａ〜２１ｃを流れるガス流量が制御されるように構成されている。なお、各供給路２３ａ〜２３ｃの上流側には、各ガス成分（材料ガス）のガスボンベ又はガス発生部が接続されている。

模擬ガス供給路２４は、第１ガス加熱部２２により加熱された第１ガス及び第２ガス供給路２３により供給される第２ガスが混合されて生成された模擬ガスを触媒加熱部２５に収容された触媒２００に供給するものである。

この触媒加熱部２５は、触媒２００が内部に収容される収容部２５１と、当該収容部２５１の外周部に設けられたヒータ等の加熱手段２５２とを有している。なお、触媒加熱部２５において触媒２００を通過した模擬ガスは、外部に設けられたガス分析装置（不図示）に供給されて、その模擬ガス中の成分濃度が分析される。そして、触媒通過前の模擬ガスの成分濃度と比較することによって触媒２００の性能が評価される。なお、触媒２００の入口近傍には、触媒２００の温度を検出するための温度検出部（不図示）が設けられており、この温度検出部の検出温度に基づいて前記触媒加熱部２５が制御されて、触媒２００の最高温度が例えば５００℃〜６００℃となる温度範囲内で制御される。

オゾンガス供給路３は、酸素ガスが供給されて当該酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾンガス生成部３１を有している。このオゾンガス生成部３１は、酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾン発生器３１１と、当該オゾン発生器３１１の下流に設けられて、オゾン濃度を測定するオゾン計３１２とを有する。オゾン発生器３１１は、例えば放電方式のものであり、供給された酸素ガスの一部をオゾンガスに変換するものである。また、オゾンガス供給路３において、前記オゾンガス生成部３１の上流側には、マスフローコントローラ３２及び開閉弁３３が設けられている。そして、マスフローコントローラ３２によってオゾン発生器３１１に流入する酸素ガスの流量が制御されるように構成されている。

ここで、オゾン発生器３１１により生成されたオゾンガスの分解を抑制するために、オゾン発生器３１１の下流側から触媒２００までの経路（具体的には、オゾン発生器３１１の下流側から収容部２５１までの経路）は、石英ガラス製やフッ素樹脂製の配管により形成されている。

このオゾンガス供給路３は、前記第１ガス加熱部２２よりも下流側である模擬ガス供給路２４に接続されている。より詳細には、模擬ガス供給路２４において、前記第２ガス供給路２３が接続された接続点よりも下流側に接続されている。これにより、オゾンガスと模擬ガスとが接触する経路を短くして、オゾンガスが模擬ガスに含まれる各種成分と反応しうる領域を少なくしている。

キャリアガス供給路４は、オゾンガスを模擬ガス流路２に送るためのキャリアガスを、オゾンガス供給路３に供給するものである。ここで、キャリアガスは、オゾンガスに不活性であり、且つ、模擬ガスの成分濃度に影響を与えないガスである。また、キャリアガスは、それらの条件を備え、且つ、模擬ガスを生成する材料ガスの一部（第１ガス又は第２ガスに含まれるガス）を用いることがより好ましく、本実施形態のキャリアガスは、窒素ガスである。また、キャリアガス供給路４には、前記第１ガス供給路２１における窒素ガス供給路２１ａが接続された窒素ガスボンベ（不図示）から窒素ガスの一部を供給するように構成されている。さらに、キャリアガス供給路４には、マスフローコントローラ４１及び開閉弁４２が設けられている。そして、マスフローコントローラ４１によってオゾンガス供給路３に流入するキャリアガスの流量が制御されるように構成されている。このキャリアガス供給路４は、前記オゾンガス供給路３において、前記オゾンガス生成部３１よりも下流側に接続されている。

上記のように構成された模擬ガス供給装置１００の制御装置５は、前記各マスフローコントローラを制御するとともに、各マスフローコントローラの制御流量を取得し、オゾンガス生成部３１のオゾン計３１２からのオゾン濃度を取得することで、以下の演算処理を行う。その他、制御装置５は、前記第１ガス加熱部２２、触媒加熱部２５、オゾン発生器３１１及び各開閉弁を制御する。なお、制御装置５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス、ＡＤ変換器等を有する専用乃至汎用のコンピュータである。

具体的に、制御装置５は、オゾン計３１２により得られたオゾン濃度Ｃｍと、オゾンガス供給路３のマスフローコントローラ３２の制御流量Ｑａと、キャリアガス供給路４のマスフローコントローラ４１の制御流量Ｑｂとから、オゾンガス供給路３から模擬ガス供給路２４に供給される混合ガス（＝オゾンガス＋キャリアガス）流量Ｑｃ（＝Ｑａ＋Ｑｂ）と、オゾン濃度Ｃｘとを算出する。

また、制御装置５は、第１ガス供給路２１により供給される第１ガス流量（各供給路のマスフローコントローラ２１１の制御流量の合計）Ｑｄと、第２ガス供給路２３により供給される第２ガス流量（各供給路のマスフローコントローラ２３１の制御流量の合計）Ｑｅと、前記算出した混合ガス流量Ｑｃと、前記算出したオゾン濃度Ｃｘとから、触媒２００に供給されるトータル流量（模擬ガス流量（Ｑｄ＋Ｑｅ）と混合ガス流量Ｑｃとの合計）Ｑｆ（＝Ｑｃ＋Ｑｄ＋Ｑｅ）と、オゾン濃度Ｃｙとを算出する。このようにして得られたトータル流量Ｑｆ及びオゾン濃度Ｃｙは、触媒の性能評価に用いられる。

このように構成した本実施形態に係る模擬ガス供給装置１００によれば、キャリアガスを用いてオゾンガスを送っているので、オゾンガスの流速を速くすることができ、オゾンガスが模擬ガスに含まれる各種成分と反応する前に、オゾンガスを触媒２００まで流入させることができる。また、キャリアガスを用いてオゾンガスを送ることにより、オゾンガスが希釈されるので、オゾンガスと模擬ガスに含まれる各種成分とを反応し難くすることができる。さらに、キャリアガスがオゾンガスに不活性で且つ模擬ガスの成分濃度に影響を与えないものであるので、キャリアガスでオゾンガスを送る際に、オゾンガスがキャリアガスと反応することを防ぐとともに、キャリアガスによる模擬ガスの成分濃度の変動を抑えることができる。
以上により、模擬ガスに含まれる各種成分を変化させること無く、オゾンガスを効率良く触媒２００に流入させることができるので、オゾンガスを触媒２００に供給することによる触媒浄化率の変化を正しく評価することができる。また、オゾン分解触媒の評価においては、オゾン分解率の変化を正しく評価することができる。

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、キャリアガスとして窒素ガスを用いているが、オゾンガスに不活性であり、且つ模擬ガスの成分濃度に影響を与えないガスであれば、例えばヘリウムガス、アルゴンガス又は二酸化炭素ガスを用いても良い。

また、オゾンガス供給路３に供給される酸素ガスは、第１ガスを構成する酸素ガスの一部を用いても良いし、第２ガスに酸素ガスが含まれている場合には、当該第２ガスを構成する酸素ガスの一部を用いても良い。

さらに、前記実施形態では、オゾンガス供給路３が、前記第２ガス供給路２３の接続点よりも下流側に接続されているが、第２ガス供給路２３の接続点よりも上流側に接続されたものであっても良いし、収容部２５１に模擬ガス流路２とは別の経路で接続されたものであっても良い。

その上、前記実施形態では、キャリアガス供給路４が、オゾンガス供給路３においてオゾンガス生成部３１よりも下流側に接続されているが、オゾンガス生成部３１よりも上流側に接続されたものであっても良い。

加えて、例えば触媒評価試験終了後などにおいて、オゾンガス供給路３からオゾンガスを模擬ガス流路２に供給することにより、前記オゾンガスによって前記模擬ガス流路２をパージするように構成しても良い。

さらに、図２に示すように、第１ガス加熱部２２及び模擬ガス供給路２４が単一のチャンバ（模擬ガス生成セル）１０により形成されたものであっても良い。つまり、この模擬ガス生成セル１０において上流側に第１ガス加熱部２２が設けられ、下流側に模擬ガス生成セル１０内に配置された触媒２００を加熱するため触媒加熱部２５が設けられ、第１ガス加熱部２２及び触媒加熱部２５の間に第２ガス供給路２３及びオゾンガス供給路３が接続されている。

さらに前記実施形態では、模擬ガスは、第１ガス及び第２ガスを混合することで生成されるものであったが、第２ガスを用いることなく、第１ガスを第１ガス加熱部２２で加熱することによって生成されるものであっても良い。

その上、本発明は、触媒評価試験装置に用いるものの他、ガス分析計に模擬ガスを供給することにより、当該ガス分析計の性能試験を行うものにも適用可能である。

加えて、光化学スモッグの原因となる光化学オキシダントを生成する成分（例えばオゾンやアルデヒド等）を排出する煙道に設けられる触媒の除去効率等を測定して評価すべく、本発明の模擬ガスを、それらの成分を含むガスで構成しても良い。この場合には、例えばアルデヒドを含むガスを第２ガス供給路から模擬ガス流路に供給するように構成することが考えられる。

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・・・模擬ガス供給装置
２００・・・触媒（試験対象）
２ ・・・模擬ガス流路
２１ ・・・第１ガス供給路
２２ ・・・第１ガス加熱部
２３ ・・・第２ガス供給路
２４ ・・・模擬ガス供給路
３ ・・・オゾンガス供給路
４ ・・・キャリアガス供給路

Claims (4)

1. 模擬ガスを生成して試験対象に供給する模擬ガス供給装置であって、
   模擬ガスを前記試験対象に流すための模擬ガス流路と、
   オゾンガスを前記試験対象に供給するとともに、オゾン濃度を測定するオゾン計が設けられたオゾンガス供給路と、
   前記オゾンガス供給路に接続されて、オゾンガスに不活性であり且つ模擬ガスの成分濃度に影響を与えないキャリアガスを、前記オゾンガス供給路に供給するキャリアガス供給路と、
   前記模擬ガス流路、前記オゾンガス供給路及び前記キャリアガス供給路それぞれに設けられた流量制御装置と、
   前記オゾン計により測定されたオゾン濃度と、前記各流量制御装置それぞれの制御流量とを用いて前記試験対象に供給される前記模擬ガス中のオゾン濃度を算出する制御装置とを備える模擬ガス供給装置。
2. 前記模擬ガス流路が、
   前記模擬ガスを構成する第１ガスを供給する第１ガス供給路と、
   前記第１ガス供給路が接続されて前記第１ガスを加熱する第１ガス加熱部と、
   前記第１ガス加熱部により加熱された前記第１ガスを含む模擬ガスを前記試験対象に供給する模擬ガス供給路とを備え、
   前記オゾンガス供給路が、前記第１ガス加熱部よりも下流側に接続されている請求項１記載の模擬ガス供給装置。
3. 前記オゾンガス供給路が、酸素ガスが供給されて当該酸素ガスからオゾンガスを生成するオゾンガス生成部を有しており、
   前記キャリアガス供給路が、前記オゾンガス生成部よりも下流側に接続されている請求項１又は２記載の模擬ガス供給装置。
4. 前記キャリアガス供給路が、前記模擬ガスを生成する材料ガスの一部をキャリアガスとして供給するものである請求項１乃至３の何れかに記載の模擬ガス供給装置。