JP3285511B2

JP3285511B2 - ガス分析試験装置

Info

Publication number: JP3285511B2
Application number: JP12549497A
Authority: JP
Inventors: 賢一郎鈴木; 博文新庄; 史男引間
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Best Instruments Co Ltd
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Best Instruments Co Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2002-05-27
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JPH10319006A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種ガスを触媒な
いし吸着剤等に接触させて組成の変化を調べるためのガ
ス分析試験装置の技術分野に属し、特にディーゼルエン
ジンなどの排ガスの浄化用触媒の試験に用いて好適なガ
ス分析試験装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】炭化水素をガス化し空気等で希釈して調
製した原ガスを吸着剤などの反応手段に送って、反応の
前後でのガスを採取して分析する装置には、一例として
特開昭６１−１６００５０号公報に開示されたものがあ
る。一般的に排ガス浄化用の触媒等の評価装置では、実
際の排ガスを模擬したモデルガスを発生させる機能と、
反応の前後のガス成分を正確に評価する機能とが必要と
される。しかし、実際の排ガスは種々の成分から構成さ
れているガスであり、その組成・温度・流量は時間的に
も変動するので、それを模擬したモデルガスを所望の試
験条件で供給することは簡単ではない。

【０００３】排ガスの中でもディーゼルエンジンの排ガ
スを模擬するガス分析試験は、同排ガスが高沸点の炭化
水素を含んでいるので、試験条件を整えることはなかな
か難しかった。具体的には、高沸点の炭化水素を気化さ
せて安定に供給することが難しいうえに、高沸点の炭化
水素は熱分解を起こしやすく触媒などの供試材に到達す
るまでに成分が変化してしまいやすかった。

【０００４】また、排ガスの中には硫酸塩（サルフェー
ト）や炭化水素（ＨＣ）ガスなどの微量ガス成分とその
他の微量ガス成分とが含まれているが、このような排ガ
スのモデルガスで微量ガス成分が互いに化学反応してし
まい組成が変化する場合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
の様々な不都合を解決するためには、モデルガスの条件
を触媒等の供試材での反応前の段階で適正に自動調整
し、同供試材での反応前後のガスの成分および温度を自
動的に記録することが必要である。そこで本発明は、モ
デルガスの条件を触媒等の供試材での反応前の段階で適
正に自動調整し、同供試材での反応前後のガスの成分お
よび温度を自動的に記録するガス分析試験装置を提供す
ることを解決すべき課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。（第１手段）本発明の第１手段は、液状の炭化水素を気
化させる気化ガス供給部を含み該気化ガスを含む複数種
類のガスを個別に所定の流量で供給するガス供給部と、
該ガス供給部から該複数種類のガスが導入され混合ガス
を形成したのち該混合ガスが流通する触媒および吸着剤
のうちいずれかの供試材を保持する反応管と該反応管を
加熱するヒータと該反応管内のガス温度を計測する温度
センサとを含む試験部と、該供試材の上流および下流の
該試験部からそれぞれ抽出された該混合ガスを分析する
分析部と、該分析部での分析結果および該温度センサの
計測結果を含むデータを記録すると共に該データに基づ
いて該複数種類のガスの該流量および該ヒータの出力を
含む試験条件を制御する記録制御部とを有することを特
徴とするガス分析試験装置である。

【０００７】本手段では、液状の炭化水素を気化させる
気化ガス供給部を含み複数種類のガスを個別に所定の流
量で供給するガス供給部の作用により、適正なモデルガ
スとしての混合ガスが供試材を保持している反応管に供
給される。ここで、供試材の上流および下流の反応管か
らそれぞれ混合ガスが抽出（サンプリング）され、分析
部により分析される。また、温度センサの作用により、
反応管内のガス温度が計測されている。そして、記録制
御部は、分析部での分析結果および温度センサの計測結
果を含む各種データを時系列で記録する作用と共に、同
データに基づいて複数種類のガスの流量およびヒータの
出力を含む試験条件を制御する作用を有する。

【０００８】これは、本手段のガス分析試験装置が形成
しているシステムの中に、一種の（広義の）フィードバ
ック制御ループが形成されていることを意味している。
また、記録制御部に予めプログラムしておけば、所望の
試験条件が設定されるだけではなく、試験の途中で試験
条件を変動させることもまた可能である。すなわち、本
手段の機能には、モデルガスの条件を触媒等の供試材で
の反応前の段階で適正に自動調整することと、同供試材
での反応前後のガスの成分および温度を自動的に記録す
ることとが含まれている。

【０００９】したがって本手段によれば、モデルガスの
条件を触媒等の供試材での反応前の段階で適正に自動調
整し、同供試材での反応前後のガスの成分および温度を
自動的に記録するガス分析試験装置を提供することがで
きるという効果がある。［付記］以上の第１手段に対し、以下のような第２手段
ないし第５手段に記載されている限定を加えることがで
き、それぞれに特有の作用効果が発揮される。

【００１０】（第２手段）本発明の第２手段は、上記第
１手段のガス分析試験装置において、前記ガス供給部
は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、酸
素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、水蒸気、アンモニ
ア、硫黄酸化物および窒素酸化物のうち少なくとも一つ
の微量ガスを供給する微量ガス供給部とを、さらに有す
ることを特徴とする。

【００１１】本手段では、窒素ガスなどのキャリヤガス
に各種微量ガス成分が混合された混合ガスが、ガス供給
部から試験部の反応管に供給される。これらの各種微量
ガス成分には、常温では液状の炭化水素類だけではな
く、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、水蒸気、ア
ンモニア、硫黄酸化物および窒素酸化物などが含まれう
るので、混合ガスの成分は実際の排ガスの成分により近
くなる。

【００１２】したがって本手段によれば、実際の排ガス
の成分により近い混合ガスが試験部に供給されるので、
より正確に模擬された排ガスに関する試験が行えるよう
になるという効果がある。（第３手段）本発明の第３手段は、上記第２手段のガス
分析試験装置において、前記ヒータは、前記反応管内に
導入された前記キャリアガスを加熱するガスヒータと、
前記供試材を加熱する供試材ヒータとからなり、該反応
管は、該ガスヒータと該供試材ヒータとの間から前記気
化ガスおよび前記微量ガスのうち少なくとも一方を導入
する複数本のガス中間導入管と、該ガス中間導入管と前
記供試材との間の空間に保持されている不活性な固体の
粒からなる充填材とを有することを特徴とする。

【００１３】本手段では、主にキャリアガスはガスヒー
タにより加熱昇温されるが、キャリアガスとの混合以前
には微量ガスは昇温されないので、微量ガス成分の熱分
解が進むことがない。そして、微量ガスは複数の中間導
入管から反応管内に供給され、供試材の前に保持されて
いる充填材によりキャリアガスと共に攪拌されて、昇温
しているキャリアガスと混合されて混合ガスを形成す
る。微量ガスはキャリアガスに比べて微量であるので、
混合ガスの温度はおおむねキャリアガスの温度で決ま
り、微量ガスの温度の影響はあまり受けない。

【００１４】すなわち、反応管中において供試材の直前
の充填材の部分で昇温していない微量ガスと昇温してい
るキャリアガスとが互いに混合して混合ガスが形成され
るので、微量ガス成分の熱分解が進まないうちに適正な
温度の混合ガスが供試材に達する。それゆえ、微量ガス
成分の熱分解に起因する混合ガスの変質は防止されてい
る。

【００１５】また、ガス中間導入管が複数本あるので、
互いに化学反応しやすい微量ガスは、互いに別のガス中
間導入管から別個に反応管内に導入される。そして、反
応管中において供試材の直前の充填材の部分で昇温して
いるキャリアガスと混合されると、大量のキャリアガス
に混ざって反応が進みにくいうえに、反応が進まないう
ちに供試材に達する。それゆえ、微量ガス成分の互いの
化学反応に起因する混合ガスの変質も防止されている。

【００１６】したがって本手段によれば、混合ガスをほ
とんど変質させることなく供試材へ供給することが可能
であり、より正確なガス分析試験を実施することができ
るという効果がある。（第４手段）本発明の第４手段は、上記第２手段または
上記第３手段のガス分析試験装置において、前記反応管
は、前記キャリアガスが一端から導入され前記ヒータに
外周を囲まれている外管と、前記複数種類のガスが一端
から個別に導入され該外管の内部を該外管の内周壁と離
れて延在しており他端が該外管内で開口する開口部を形
成している三本以上の内管とを有することを特徴とす
る。

【００１７】本手段では、反応管の中で内管の外側を流
れるキャリアガスが主に加熱昇温され、三本以上ある内
管の内側を流れている各種の微量ガスはある程度までし
か昇温されない。そして、反応管内の供試材に比較的近
い部分で内管が開口するまでその状態が保たれ、同開口
と供試材との間の比較的短い区間でキャリアガスと各種
の微量ガスとが互いに混合して混合ガスが形成される。

【００１８】すなわち、反応管中において供試材付近に
至るまであまり昇温していない微量ガスと昇温している
キャリアガスとが、供試材の比較的近傍で互いに混合し
て混合ガスが形成されるので、微量ガス成分の熱分解が
進まないうちに適正な温度の混合ガスが供試材に達す
る。それゆえ、微量ガス成分の熱分解に起因する混合ガ
スの変質は防止されている。

【００１９】また、内管が三本以上あるので、互いに化
学反応しやすい微量ガスは、互いに別のガス中間導入管
から別個に反応管内に導入される。そして、反応管中に
おいて供試材の比較的近傍で昇温しているキャリアガス
と混合されると、大量のキャリアガスに混ざって反応が
進みにくいうえに、反応が進まないうちに供試材に達す
る。それゆえ、微量ガス成分の互いの化学反応に起因す
る混合ガスの変質も防止されている。

【００２０】したがって本手段によれば、混合ガスをほ
とんど変質させることなく供試材へ供給することが可能
であり、より正確なガス分析試験を行うことが可能にな
るという効果がある。（第５手段）本発明の第５手段は、上記第４手段のガス
分析試験装置において、前記反応管は、前記開口部の周
囲を含んで前記内管の外周面と前記外管の内壁面との間
の空間の少なくとも一部に充填されている不活性な固体
の粒からなる充填材を有することを特徴とする。

【００２１】本手段では、充填材が内管の開口部の周囲
を取り巻いているので、同開口部と供試材との間の距離
が短くても、粒状の充填材のもつ乱流による攪拌作用に
より各種の微量ガスはキャリアガス中に均質に混合され
る。したがって本手段によれば、各種の微量ガスはキャ
リアガス中により均質に混合されるので、いっそう正確
なガス分析試験を行うことが可能になるという効果があ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態および実施例】本発明のガス分析試
験装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理
解が得らえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明
する。［実施例１］（実施例１の構成）本発明の実施例１としてのガス分析
試験装置は、図１に全体のシステム構成を示すように、
大きく分けてガス供給部１と試験部２と分析部７と記録
制御部８とから構成されている。

【００２３】先ず、ガス供給部１は、液状の炭化水素
（ＨＣ）を気化させる気化ガス供給部１３，１４を含
み、この気化ガスを含む複数種類のガスを個別に所定の
流量で供給する設備の総称である。ガス供給部１からの
トータルの流量は、毎分５リットルから４０００リット
ルまでの間で任意に設定することができる。ガス供給部
１には、窒素（Ｎ₂）、酸素（Ｏ₂）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ₂）、二酸化硫
黄（ＳＯ₂）、一酸化窒素（ＮＯ）、プロピレン（Ｃ₃
Ｈ₆）およびヘキサン（Ｃ₆Ｈ₁₄）などを供給する各種の
ボンベ１１が備わっている。ボンベ１１のうちいくつか
はキャリヤーガスを供給するキャリヤーガス供給部であ
り、他のいくつかは各種の微量ガスを供給する微量ガス
供給部である。

【００２４】各ボンベ１１から直接試験部２にガスを供
給する場合にも、加湿ガス供給部１２、燃料供給部１３
またはＨＣ供給部１４を介して試験部２にガスを供給す
る場合にも、マスフロー・コントローラ（ＭＦＣ）１０
により質量流量がそれぞれ適正に調整される。いずれの
ＭＦＣ１０も、記録制御部８の演算装置および制御装置
により、適正にフィードバック制御されている。

【００２５】窒素は主にキャリアガスないし希釈ガスと
して使用され、比較的大量に試験部２の反応管（図略）
に供給されている。一方、酸素、二酸化炭素、一酸化炭
素、水素、二酸化硫黄、一酸化窒素、プロピレンおよび
ヘキサンなどは、微量ガスとして個別に（または互いに
化学反応しない組み合わせで）試験部２の反応管に供給
される。

【００２６】加湿ガス供給部１２には、ボンベ１１から
キャリアガスとして窒素のドライガスが所定の質量流量
で供給され、水ポンプ（図略）から所定流量で水が供給
される。加湿ガス供給部１２は、水を加熱し沸騰させて
水蒸気にしておく前置室を有し、予備加熱されたドライ
ガスと上記水蒸気とを同一の噴射ノズルから噴射して混
合室内で加熱混合して加湿ガスを生成し、同加湿ガスを
試験部２の反応管に供給する。加湿ガス供給部１２によ
れば、前置室の作用により、所望の濃度の水蒸気を含む
加湿ガスが、希望しない濃度変動なしに安定して供給さ
れる。ガスボンベ１１から燃料供給部１３へ至る配管の
途中にはＭＦＣ１０が挿置されており、記録制御部８に
より質量流量が適正に調整ないし設定されている。

【００２７】燃料供給部１３には、ボンベ１１から希釈
ガスとしての窒素および酸素が供給され、燃料ポンプ
（図略）から高沸点の炭化水素を含む軽油やガソリンな
どの燃料が所定流量で供給される。燃料供給部１３は、
内部温度が３５０〜４５０℃の間の任意の温度に設定さ
れ上記燃料を加熱して気化させる前置室を有し、予備加
熱された窒素のキャリアガスと上記気化燃料ガスとを同
一の噴射ノズルから混合室内に噴射する。燃料供給部１
３の混合室内では、キャリアガスと気化燃料ガスとがさ
らに加熱されながら混合し、高沸点の炭化水素を含む成
分が安定した適正な濃度の混合ガスが試験部２に供給さ
れる。また、燃料供給部１３から試験部２へ至る配管の
途中にはＭＦＣ１０が挿置されており、記録制御部８に
より質量流量が適正に調整ないし設定されている。

【００２８】具体的には、気化燃料ガスの温度は１７０
〜５００℃の間で所定の温度に制御されており、気化燃
料ガスの供給量は±２％程度の精度の流量計で流量制御
されている。これに対応して、所定の濃度の混合ガスが
得られるように、希釈ガスとしての窒素は±１％の精度
で流量制御されている。ＨＣ供給部１４には、前述の燃
料供給部１３と同一構造のボンベ１１から希釈ガスとし
ての窒素が供給され、ＨＣポンプ（図略）から所定の成
分の炭化水素が所定流量で供給される。（あるいは、Ｈ
Ｃ供給部１４は、バブリング構造を取ることもできる。
すなわち、ＨＣ種を収容している容器の温度が０〜３０
０℃の間で所定の温度に制御されており、その中の底部
に窒素ガスを導入してバブリングを行うようにすること
もできる。すると、ＨＣ種の飽和蒸気圧に基づく供給Ｈ
Ｃ種の温度設定と、バブリング用窒素ガスの供給量の設
定とにより、炭化水素が所定流量で供給される。）さらに、ＨＣ供給部１４から試験部２へ至る配管の途中
には、ＭＦＣ１０が挿置されており、記録制御部８によ
り質量流量が適正に調整ないし設定されている。つま
り、炭化水素の気化ガスは、１７０℃から２００℃まで
の間で所定の温度に温度制御され、精度が±２％程度の
流量計で流量が計測されている。これに対応して所定の
濃度の混合ガスが得られるように、希釈ガスとしての窒
素は±１％の精度で流量制御されている。

【００２９】ガス変動部１５は、還元性ガス（たとえば
一酸化炭素）の濃度および酸化性ガス（たとえば酸素）
の濃度を、記録制御部８に予め格納されたプログラムに
従って高速で変動させながら、これらのガスをを試験部
２に供給する。なお、ガス供給部１の要所要所には調圧
器および流量計が配設されており、各種ガス成分を所望
の割合で試験部２の反応管に安定供給することが可能に
なっている。

【００３０】次に、試験部２は、図２に示すように、ガ
ス供給部１から複数種類のガスが導入され混合ガスを形
成したのち混合ガスが流通する供試材３（触媒または吸
着剤等）を保持する反応管４と、反応管４を加熱するヒ
ータ６１，６２と、反応管内のガス温度を計測する温度
センサ５１，５２，５３とを有する。ヒータ６１，６２
は、反応管４内に導入されたキャリアガスＧ１を加熱す
る電熱線からなるガスヒータ６１と、供試材３を加熱す
る電熱線からなる供試材ヒータ６２とである。一方、温
度センサ５１，５２，５３は、反応管４の外管４１内の
キャリアガスＧ１の温度を検出する熱電対５１と、供試
材３に導入される混合ガスの温度を計測する熱電対５２
と、供試材３の温度を計測する熱電対５３とである。

【００３１】反応管４の上半部は、キャリアガスＧ１が
一端から導入されガスヒータ６１に外周を囲まれている
外管４１と、各種微量ガスＧ２が上端から導入される七
本の束ねられた内管４２とから構成されている。これら
の内管４２は、上端から前述の複数種類のガスが個別に
導入されるとともに、外管４１の内部を外管４１の内周
壁と離れて延在している。内管４２の下端は、外管４１
内で開口する開口部を形成している。

【００３２】同開口部を含む内管４２の周囲には、外管
４１の内周面との間の空間に石英ビーズ４０が充填され
ており、石英ビーズ４０は目皿（多孔板）４４によって
下端部から支持されて外管４１内に保持されている。石
英ビーズ４０は不活性な固体の粒であるから各種ガスと
は反応することがなく、石英ビーズ４０の乱流作用によ
り、内管４２の開口部から外管４１内に開放された各種
の微量ガスは、加熱されたキャリアガスと均質に混合さ
れる。

【００３３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ端面を図３に示す
ように、反応管４の上半部は、外側から順にガスヒータ
６１、外管４１、内管４２を束ねるガラス管４３および
七本のガラス管４３から構成されている。キャリアガス
Ｇ１は、石英ビーズ４０が充填されている外管４１の内
壁面と外管４１の外周面との間の空間を通って加熱され
て昇温しつつ下降する。一方、七本の内管４２の内部に
は個別に微量ガスが通されており、石英ビーズ４０およ
びガラス管４３によってある程度断熱されているので、
各種微量ガスはあまり加熱を受けずある程度だけ昇温し
つつ内管４２の中を下降する。各内管４２に通されてい
る微量ガスは、それぞれ水素、一酸化炭素、二酸化硫
黄、一酸化窒素、プロピレンおよびヘキサンならびに高
沸点の炭化水素（または燃料の気化ガスとキャリアガス
との混合ガス）などである。

【００３４】図２のＩＶ−ＩＶ端面を図４に示すよう
に、反応管４の中間部には、七本のガス中間導入管４５
と、混合ガス抽出管４６と、熱電対導入管４７とが、ほ
ぼ全周囲から水平に接合されている。七本のガス中間導
入管４５からは、前述の内管４２と同様に各種の微量ガ
スの供給ができるようになっている。混合ガス抽出管４
６は分析部７に連通しており、混合ガス抽出管４６から
抽出（サンプリング）された混合ガスは、分析部７へ送
られて分析される。熱電対導入管４７からはＣＡ（クロ
メル・アルメル）熱電対５２が挿入されており、同熱電
対５２の先端は、反応管４の中間部の空間の中央部付近
に達していて、供試材３へ流入する混合ガスの温度計測
が行われる。

【００３５】なお、前述の各種の微量ガスは、試験温度
や微量ガスの種類等の試験条件によって、内管４２、ガ
ス中間導入管４５、または両者４２，４５のうちいずれ
かから反応管４内に導入されうる。場合によっては、外
管４１に微量ガスのうち一部が当初から供給されていて
も良い。再び図２に示すように、供試材３は反応管４の
下半部の狭窄部に下から目皿４４’に支えられて保持さ
れており、供試材３の上には不活性な充填材としての石
英ビーズ４０が充填されて供試材３直前で混合ガスを均
一化する。供試材３は、排ガス中の有毒成分の分解作用
を有する触媒や同有毒成分の吸着作用を有する吸着剤な
どであって、その形状はモノリス状やペレット状など、
各種形状の中から選択されうる。

【００３６】供試材３を通過した混合ガスは、封止材４
８によって封止されている反応管４の下端部に達し、排
出管４９から排出されるとともにその一部は抽出されて
分析部７に送られて分析される。再び図１に示すよう
に、試験部２において反応管４の内部の供試材３の前後
からそれぞれ採取された混合ガスは、それぞれのサンプ
リングラインを通って別個に分析部７に送られる。各サ
ンプリングラインは、硫酸塩（サルフェート）が硫酸ミ
スト化して管内に付着しないように、２００〜３００℃
に保たれた石英ガラス管で構成されている。この温度範
囲では高沸点の炭化水素が熱分解を起こすことはないの
で、こうすることにより、炭化水素類と硫黄酸化物とが
併存している混合ガスの成分を変質させることなく分析
部７に送ることが可能になる。

【００３７】分析部７は七つの分析器（具体的にはＣＯ
計、ＣＯ₂計、ＴＨＣ計、ＮＯ_x計、Ｏ₂計、ＳＯ_x計
およびＮＯ₂計）を有し、分析部７で各混合ガスの成分
はオンライン計測によりそれぞれ分析される。この分析
の結果得られたデータは、信号線を通じて記録制御部８
に伝送される。記録制御部８は、演算装置と制御装置と
表示記録装置とからなる。表示記録部は、分析部７での
分析結果および各温度センサ５１，５２，５３の計測結
果を含むデータを時系列で記録すると共に、モニター画
面に映し出してリアルタイムで表示する。また記録制御
部８は、これらのデータに基づいて前述の複数種類のガ
スの流量（ＭＦＣ１０で調節）およびヒータ６１，６２
の出力を含む試験条件をフィードバック制御する。制御
則は、通常はＰＩＤ制御則を用いるが、必要に応じてフ
ァジー制御則や他の制御則を用いても良く、演算装置内
の制御ソフトウェアの変更でいかようにも対応すること
ができる。

【００３８】（実施例１の作用効果）本実施例のガス分
析試験装置は、以上のように構成されているので次のよ
うな作用効果を有する。第１に、ガス供給部１から多数
の種類のガスが試験部２の反応管４に供給され、しかも
分析部７による分析結果から記録制御部８が各種ガスの
流量を適正にフィードバック制御するので、所望の成分
の混合ガスが速やかかつ安定して反応管４に供給され
る。より具体的には、排ガスのモデルガスを可成りの精
度で模擬することができ、しかもガス変動部１５や各Ｍ
ＦＣ１０の自動調整により、成分が時間変動する排ガス
の模擬も容易にできるようになっている。したがって、
排ガスを模擬したモデルガスの成分調整が容易であり、
速やかかつ正確なガス分析試験が可能になるという効果
がある。

【００３９】第２に、ガス供給部１における加湿ガス供
給部１２、燃料供給部１３およびＨＣ供給部１４の作用
により、水蒸気や高沸点の炭化水素などの時間的な濃度
の変動が従来は激しかった成分を、濃度の変動が少ない
安定供給することが可能である。したがって、この点で
もより精度が高く安定したガス分析試験が可能になると
いう効果がある。

【００４０】第３に、内管４２またはガス中間導入管４
５を通して反応管４内に、高沸点の炭化水素などの熱分
解しやすい微量ガスを導入することにより、供試材３の
直前までほとんど熱分解なしに同微量ガスを供給するこ
とが可能になっている。また、内管４２およびガス中間
導入管４５は、それぞれ七本あって互いに化学反応しや
すい微量ガスを別個に供試材３の直前まで導入すること
が可能になっている。したがって、供試材３に至るまで
の間での熱分解や化学反応による混合ガスの変質が防止
されているので、より正確なガス分析試験を行うことが
できるという効果がある。

【００４１】第４に、温度センサ５１，５２，５３から
の温度計測データに基づき、記録制御部８によるフィー
ドバック制御がヒータ６１，６２に施されているので、
温度条件も自動的に所望の条件に速やかに合致させるこ
とが可能である。前述の各種ガスの質量流量の調整によ
る混合ガスの適正な成分調製だけではなく、試験温度条
件も自動制御されるので、ガス分析試験の自動化が進み
省力化になるという効果がある。

【００４２】第５に、記録制御部８にはデジタル化され
た各種データのオンライン自動記録機能とリアルタイム
モニター機能とが備わっているので、試験員の省力化が
進み試験後のデータ解析が容易になるという効果があ
る。以上をまとめると、本実施例のガス分析試験装置に
よれば、混合ガス（モデルガス）の条件が触媒等の供試
材３での反応前の段階で適正に自動調整され、供試材３
での反応前後ないし反応中の混合ガスの成分および温度
を自動的に記録することができる。その結果、排ガスの
触媒試験などの複雑なガス分析試験を速やかかつ正確に
行うことができ、併せて省力化もできるという効果があ
る。

【００４３】（実施例１の比較試験）反応管４を外管４
１の中に内管４２を配設した構成としたことによる効果
を、前述の本実施例と比較例とで比較実験を行って検証
した。本実施例による試験では、図５に示すように、外
管４１に窒素、酸素（１０％）、水蒸気（０．５％）、
一酸化窒素（２３０ｐｐｍ）および二酸化硫黄（２５ｐ
ｐｍ）からなるキャリアガスを供給し、二本の内管４２
に単独のｎ−ヘキサン（３０００ｐｐｍ）と単独の一酸
化炭素（２００ｐｐｍ）とを別個に供給した。同図中に
破線で位置を示している供試材３は配設されておらず、
上記各ガスの混合ガスはヒータ６１，６２に加熱される
のみで反応管４内を素通りして排出管４９から配設さ
れ、分析部７で分析にかけられる。この際の温度計測値
は、代表して中間部の熱電対５２からの計測出力を用い
た。

【００４４】本実施例による試験の結果、図６に示すよ
うに、混合ガスの温度が５００℃に至るまで高沸点の炭
化水素であるｎ−ヘキサン（図中のＴＨＣに対応）は熱
分解せず、一酸化炭素（ＣＯ）はいっさい増加していな
い。一方、比較例として図７に示すように、反応管４か
ら内管４２を取り去り反応管４を外管４１のみの構成と
した場合には、外管４１に通じる試験ガス供給口から前
述の全てのガスが混合されて供給される。すると、当初
から混合ガスがガスヒータ６１により加熱されるので、
図８に示すように、ｎ−ヘキサン（図中のＴＨＣに対
応）は加熱されて熱による酸化分解を起こす。すなわ
ち、試験温度が４００度を超えるとｎ−ヘキサンの濃度
が低下するとともに、熱分解生成物である一酸化炭素の
濃度がこれに対応して混合ガスの温度が高まるにつれて
上昇する。

【００４５】以上の本実施例と比較例との反応管４での
比較試験で明らかなように、本実施例の外管４１と内管
４２とを有する二重構造の反応管４の構成により、熱分
解しやすい微量ガスについても熱分解を防止することが
できる。その結果、本実施例によれば、熱分解しやすい
微量ガスをも所期の濃度で供試材３に供給することがで
きるという効果が実証された。

【００４６】（実施例１の各種試験）本実施例のガス分
析試験装置を使用した各種試験を、試験１〜５まで行っ
たので、本発明の効果を示す実例として報告する。試験
１では、触媒による多成分ガスの反応性の測定を行っ
た。この際、触媒には酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）製
の担体１２０ｇに対し白金（Ｐｔ）２ｇを担持させたペ
レット状のものを用い、触媒充填量は６ｃｃであった。
また、混合ガスの成分は、一酸化炭素１５０ｐｐｍ、二
酸化硫黄２５ｐｐｍ、一酸化窒素２３０ｐｐｍ、二酸化
炭素６．７％、酸素１０％、ヘキサン３０００ｐｐｍＣ
および窒素バランスであった。窒素は外管４１の頂部か
ら反応管４内に供給され、その他の微量ガスは反応管４
の中間部のガス中間導入管４５のそれぞれから別個に反
応管４内に供給された。触媒の体積に対する体積流量率
ＳＶ（スペースベロシティー）は、毎時１０万であり、
そのうちサンプリングラインへの採取量は、合計で０．
５リットルであった。そして、触媒部における熱電対５
３で計測される反応温度で５００℃から１５０℃まで、
毎分６℃の率で連続降温しながらオンライン計測が続け
られた。

【００４７】試験１の結果、図９に示すように、反応管
４の中間部での熱電対５２（図２参照）の計測温度を横
軸の「入りガス温度」とし、縦軸を「転化率（コンバー
ジョンレシオ）」とするグラフが自動的に得られた。な
お、ここでいう転化率とは、ガス供給部１から反応管４
に供給される混合ガス中の微量ガス成分に対する、反応
後の混合ガス中の微量ガス成分の減少量の百分率であ
る。このグラフから、試験１での触媒の多成分ガスに対
する分解作用の温度特性は明らかである。

【００４８】試験１の結果から、本実施例のガス分析試
験装置によれば、高沸点の炭化水素を含む多成分の混合
ガスに対する触媒の反応の温度特性に関する試験データ
を容易かつ速やかに得ることができるという効果が確認
された。試験２では、前述の試験１において反応管４に
供給する混合ガスの成分のうち、ヘキサン３０００ｐｐ
ｍＣをヘキサデカン３０００ｐｐｍＣで代替した。ま
た、触媒の成分は代えないが形状をペレット状からモノ
リス状に変更した。モノリス状触媒のセル密度は４００
セル／平方インチであり、同触媒の充填量は直径３０ｍ
ｍで長さ５０ｍｍであった。一方、混合ガスの供給量
は、毎分５８リットルであった。その他の試験条件は、
試験１と同様であった。

【００４９】試験２の結果、図１０に示すように、入り
ガス温度に対する一酸化窒素およびヘキサデカンの転化
率が自動的に得られた。本試験の結果からも、前述の試
験１の結果から言えるのと同様の本実施例の効果を実証
することができた。試験３として、前述の試験２で反応
管４に供給される混合ガスのうち、ヘキサデカン３００
０ｐｐｍＣをさらに軽油３０００ｐｐｍＣで代替した混
合ガスを用いてガス分析試験を行った。その他の試験条
件は、試験２と同様であった。

【００５０】試験３の結果、図１１に示すように、入り
ガス温度に対する一酸化窒素の転化率が自動的に得られ
た。本手段の結果からは、新たに軽油を微量ガス成分と
して含むディーゼルエンジンの排ガスにより近い試験が
本実施例のガス分析試験装置で可能であることが明らか
になった。また、本試験の結果からも、前述の試験１の
結果から言えるのと同様の本実施例の効果を実証するこ
とができた。

【００５１】試験４では、混合ガスの組成を混合ガス１
と混合ガス２との二つのパターンで用意し、混合ガス１
を前述の試験２と同様の触媒に１０秒間、混合ガス２を
同触媒に２０秒間、交互に導入することを繰り返し行っ
た。ここで、混合ガス１の成分は、一酸化炭素１５０ｐ
ｐｍ、二酸化硫黄２５ｐｐｍ、一酸化窒素２３０ｐｐ
ｍ、二酸化炭素６．７％、酸素１０％、プロピレン３０
００ｐｐｍＣおよび窒素バランスであった。一方、混合
ガス２の成分は、混合ガス１の成分からプロピレンを除
いたものである。本試験での触媒は、試験２の触媒と同
様のものであり、熱電対５３によって計測される触媒内
の反応温度は、恒温の２００℃に一定に制御されてい
る。その他の試験条件は、前述の試験２と同様である。

【００５２】すなわち試験４は、混合ガスの成分が周期
的に変動する場合での触媒の反応特性を計測する試験で
ある。換言すれば本試験は、互いに組成が異なる混合ガ
ス１と混合ガス２とを交互に反応管４に自動供給して自
動計測および自動記録する本実施例のガス分析試験装置
の機能を確認する試験である。本試験の結果、図１２
（ａ）に示すように、入りガス濃度では一酸化窒素は一
定であるのに比べ、一周期３０秒間のうち約１０秒間だ
け所定のプロピレン濃度が検出される。一方、触媒出ガ
ス濃度では、図１２（ｂ）に示すように、プロピレンの
供給中の１０秒間においてはプロピレンおよび一酸化窒
素の濃度が半減している。それゆえ、本試験においては
触媒の作用によりプロピレンと一酸化窒素とが互いに反
応して排ガス中の濃度が低下することが確認された。

【００５３】したがって、本発明のガス分析試験装置に
よれば、互いに組成が異なる混合ガス１と混合ガス２と
を交互に反応管４に自動供給して自動計測および自動記
録することが可能であることが実証された。試験５で
は、窒素をキャリアガスとして使用し、微量ガス成分の
濃度および組成を次の表１のように自動的に変化させ
て、触媒特性（Ａ／Ｆ特性）を求めた。ここでλは、理
論空燃比に対する実際の空燃比の比率（空燃比／理論空
燃比）を意味している。

【００５４】

【表１】

【００５５】この際、触媒には酸化アルミニウム製の担
体１２０ｇに対しパラジウム（Ｐｄ）３ｇを担持させた
ペレット状のものを用い、触媒充填量は１０ｃｃであっ
た。同触媒の反応温度は３００℃で一定に保たれ、同触
媒に対する混合ガスの容積流量率ＳＶは毎時５万であっ
た。試験５の結果、図１３に示すように、λ（空燃比／
理論空燃比）の変化に対する触媒出ガス中の窒素酸化
物、炭化水素および一酸化炭素の濃度の転化率が計測さ
れた。

【００５６】したがって、試験５のように混合ガスの組
成を次々に変動させていく試験の場合にも、本実施例の
ガス分析試験装置によれば、予めプログラムされたとお
りに自動的に混合ガスの組成を変化させていき、データ
を自動的に記録することが可能であることが実証され
た。以上詳述したように、本実施例のガス分析試験装置
によれば、試験条件の多くを自動的に設定し、多様なガ
ス分析試験を自動的に行って自動的にデータを記録する
ことができ、複雑なガス分析試験の省力化および効率化
に多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１としてのガス分析試験装置の構成を
示すブロック図

【図２】実施例１の試験部の構成を示す側断面図

【図３】実施例１の試験部の構成を示す一水平端面図

【図４】実施例１の試験部の構成を示す他の水平端面
図

【図５】実施例１の試験部の構成を示す模式図

【図６】実施例１のガス分析試験装置による試験結果
を示すグラフ

【図７】比較例の試験部の構成を示す模式図

【図８】比較例のガス分析試験装置による比較試験結
果を示すグラフ

【図９】実施例１のガス分析試験装置による試験１の
結果を示すグラフ

【図１０】実施例１のガス分析試験装置による試験２の
結果を示すグラフ

【図１１】実施例１のガス分析試験装置による試験３の
結果を示すグラフ

【図１２】実施例１のガス分析試験装置による試験４の
結果を示す組図（ａ）入りガス濃度の時間変化を示すグラフ（ｂ）触媒出ガス濃度の時間変化を示すグラフ

【図１３】実施例１のガス分析試験装置による試験５の
結果を示すグラフ

【符号の説明】

１：ガス供給部１０：質量流量コントローラ（ＭＦＣ）１１：ガス
ボンベ１２：加湿ガス供給部１３：燃料供給部（気化ガス供給部として）１４：ＨＣ供給部（気化ガス供給部として）１５：ガス変動部２：試験部３：供試材（触媒または吸着剤等）４：反応管４０：石英ビーズ（不活性な固体の粒と
して）４１：外管４２：内管４３：ガラス管４４，４４’：目皿（多孔板）４５：ガス中間導入管４６：混合ガス抽出管４７：熱電対導入管４８：封止材４９：排出管５１，５２，５３：ＣＡ熱電対（温度センサとして）６１：ガスヒータ（電気炉）６２：供試材ヒータ
（電気炉）７：分析部８：記録制御部Ｇ１：キャリアガスＧ２，Ｇ３：微量ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者引間史男京都府宇治市槙島町吹前97番地の28 株式会社ベスト測器内 (56)参考文献特開昭61−160050（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−135393（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 33/00 - 33/46 G01N 25/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液状の炭化水素を気化させる気化ガス供
給部を含み、該気化ガスを含む複数種類のガスを個別に
所定の流量で供給するガス供給部と、該ガス供給部から該複数種類のガスが導入され混合ガス
を形成したのち該混合ガスが流通する触媒および吸着剤
のうちいずれかの供試材を保持する反応管と、該反応管
を加熱するヒータと、該反応管内のガス温度を計測する
温度センサとを含む試験部と、該供試材の上流および下流の該試験部からそれぞれ抽出
された該混合ガスを分析する分析部と、該分析部での分析結果および該温度センサの計測結果を
含むデータを記録すると共に、該データに基づいて該複
数種類のガスの該流量および該ヒータの出力を含む試験
条件を制御する記録制御部と、を有することを特徴とす
るガス分析試験装置。