JP6342096B1 - 試験体のガス応答性を評価する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡試験において試験体のガス応答性を正確に評価できる評価装置を提供する。【解決手段】試験ガス供給源２と試験体収容部１の入口が試験ガス供給管路３によって接続される。試験体収容部の出口とガス濃度分析計５が測定ガス供給管路４によって接続される。ガス濃度分析計の排気系にポンプ６が設けられる。測定ガス供給管路からオーバーフロー管路７が分岐し、オーバーフロー管路の途中から既知ガス供給管路８が分岐する。ガス濃度分析計による測定の間に、既知ガス供給源から所定濃度の既知ガスの一定流量が供給される。ガス濃度分析計に既知ガスの濃度を測定する濃度計１１が備えられる。既知ガス濃度設定値の入力を受ける既知ガス濃度設定値入力部１０と、濃度計の既知ガス濃度測定値と既知ガス濃度設定値を用いて測定ガスの希釈率を算出し、この希釈率に基づいてガス濃度分析計の測定値を補正する測定値補正部１２が備えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス浄化触媒およびガスセンサーその他の試験体において過渡変化する試験ガスの成分および濃度を測定することによって試験体のガス応答性を評価する装置に関するものである。

この種の評価装置においては、排ガス浄化触媒その他のガスを吸脱着し得る物質およびガスセンサー等を試験体として、試験体に試験ガスが流量を変化させながら供給され、試験体を通過した後の試験ガスが測定ガスとしてガス分析計に導入され、ガス分析計によって測定ガスの成分ガス濃度の過渡変化が測定され、測定結果に基づいて試験体のガス応答性が評価される。

ところで、この場合、試験体を通過する試験ガスが小流量になると、ガス分析計に導入される測定ガスの流量も減少し、それによって、試験体からガス分析計に至る管路内における流速が低下し、ガス分析計の応答速度が遅くなる。
そのため、試験ガスが小流量のときには、試験体において過渡変化する試験ガスの成分および濃度を正確に測定することが容易ではない。

そこで、これまでに、試験ガスが小流量のときでも、試験体において過渡変化する試験ガスの成分および濃度を測定できる評価装置がいくつか提案されている。
例えば、特許文献１に記載の評価装置は、試験ガス供給源（混合ガス流量制御装置）と、入口が試験ガス供給源の試験ガス供給管路（混合ガス供給管路）の出口に接続され、内部に試験体（排ガス浄化触媒）が収容されたガスセルを備えている。

ガスセルの出口には測定ガス供給管路の入口が接続され、測定ガス供給管路の出口にはガス分析計が接続されている。
また、測定ガス供給管路の途中から希釈ガス供給管路が分岐し、希釈ガス供給管路に希釈ガス供給源が接続されている。

希釈ガス供給管路の希釈ガス供給源よりも下流側には流量制御バルブが設けられている。流量制御バルブは制御部によって制御される。
また、測定ガス供給管路における希釈ガス供給管路との分岐点の上流側には、余分な測定ガスを排出するオーバーフロー管路が分岐接続されている。

制御部は、希釈ガス供給管路から測定ガス供給管路に供給される希釈ガスの流量が一定になり、かつ、オーバーフロー管から余分な測定ガスが常時排出され、かつ、ガス分析計に供給される希釈された測定ガスの流量が一定になるように、流量制御バルブの開度を調節する。

そして、この従来の評価装置においては、例えば、試験ガスの流量が５〜２０L/minの範囲内において試験体を評価し得るガスセルと、標準測定流量（測定に必要な流量）が１０L/minのガス分析計を用いて過渡試験が行われる場合、試験ガスの流量が最小値（５L/min）となったときにも１０L/minの測定ガスがガス分析計に供給されるようにすべく、希釈ガス供給管路から、常時、５L/minよりも大きい一定量、例えば、６L/minの希釈ガスが供給される。

それによって、試験ガス供給管路からガスセルへの試験ガスの供給流量が変化しても、ガス分析計には常に一定の希釈率で希釈された測定ガスが一定の流量で供給され、ガス分析計による測定がなされて、得られた測定値に対し希釈率補正がなされる。
こうして、ガスセルへの試験ガスの供給流量が変化しても、常にガス分析計による正確な測定がなされ得る。

しかし、この評価装置においては、常に、測定ガスに常時一定流量の希釈ガスが混合され、一定の希釈率で希釈された低濃度の測定ガスについて測定がなされるのでガス分析計の測定誤差が生じ易いという問題があった。

すなわち、例えば、１００Vol％のＣＯ_２を測定できるガス分析計の測定誤差が、１％F.S.（１％フルスケール）の場合、測定濃度値の誤差は±１vol％となるが、このガス分析計によって、１００vol％のＣＯ_２を希釈なしで測定した場合と、５倍希釈で測定した場合の測定値に対する測定誤差を比較すると、
・希釈なしの場合：±１vol％／１００vol％＝±１％誤差
・５倍希釈の場合：±１vol％／２０vol％＝±５％誤差
となって、５倍希釈の場合には測定誤差も５倍になる。

また、測定ガスの温度や圧力が変化すると、希釈ガス、および希釈ガスによって希釈された測定ガスの質量流量が変化して希釈率が変動し、それに伴って測定値に希釈率補正を加えたときに誤差が生じるおそれがあった。

特許第４９２５４９３号公報

したがって、本発明の課題は、過渡試験において試験体のガス応答性を正確に評価できる評価装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、過渡試験において試験体のガス応答性を評価する装置であって、ガス入口およびガス出口を有し、内部に前記試験体が収容された試験体収容部と、試験ガス供給源と、一端が前記試験ガス供給源に接続され、他端が前記試験体収容部の前記ガス入口に接続された試験ガス供給管路と、一端が前記試験体収容部の前記ガス出口に接続された測定ガス供給管路と、前記測定ガス供給管路の他端に接続されたガス濃度分析計と、を備え、前記測定ガス供給管路の内部には、前記試験体を通過した後の前記試験ガスである測定ガスが流れるようになっており、さらに、前記測定ガス供給管路の途中から分岐したオーバーフロー管路と、前記ガス濃度分析計の排気系、または前記測定ガス供給管路における前記オーバーフロー管路との分岐点よりも下流側に設けられ、前記ガス濃度分析計による測定がなされている間に前記測定ガスを前記ガス濃度分析計に送給するポンプと、前記オーバーフロー管路の途中から分岐した既知ガス供給管路と、前記既知ガス供給管路に接続され、前記ガス濃度分析計による測定がなされている間に予め設定された濃度の既知ガスの所定流量を供給する既知ガス供給源と、前記既知ガスの濃度設定値の入力を受ける既知ガス濃度設定値入力部と、前記ガス濃度分析計に組み込まれ、または前記測定ガス供給管路における前記オーバーフロー管路との分岐点よりも下流側に配置された前記既知ガスの濃度を測定する濃度計と、前記ガス濃度分析計による測定がなされている間に、前記濃度計の既知ガス濃度測定値および前記既知ガス濃度設定値入力部に入力された既知ガス濃度設定値を用いて前記測定ガスの希釈率を算出し、前記測定ガスの希釈率に基づいて前記ガス濃度分析計の測定値を補正する測定値補正部と、備え、前記測定値補正部による補正後の測定値に基づいて前記試験体のガス応答性の評価がなされるものであることを特徴とする装置が提供される。

本発明の好ましい実施例によれば、前記既知ガスは、前記測定ガス供給管路を流れる前記測定ガスの流量が前記ガス濃度分析計の標準測定流量よりも少量となったときに、前記標準測定流量から不足する流量を補充するべく供給される。

本発明の別の好ましい実施例によれば、前記装置は、さらに、前記既知ガス供給管路における前記既知ガス供給源の下流側に設けられた第１の流量制御器と、前記既知ガス供給管路における前記第１の流量制御器の下流側から分岐した希釈ガス供給管路と、前記希釈ガス供給管路に接続された希釈ガス供給源と、前記希釈ガス供給管路における前記希釈ガス供給源の下流側に設けられた第２の流量制御器と、を備えている。

本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記装置は、さらに、前記既知ガス供給管路における前記既知ガス供給源の下流側から分岐した希釈ガス供給管路と、前記希釈ガス供給管路に接続された希釈ガス供給源と、前記既知ガス供給管路における前記希釈ガス供給管路との分岐点の下流側に設けられた第１の流量制御器と、前記希釈ガス供給管路における前記希釈ガス供給源の下流側、または前記既知ガス供給管路における前記既知ガス供給源および前記希釈ガス供給管路との分岐点間に設けられた第２の流量制御器と、を備えている。

本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記測定値補正部は、前記測定ガスの希釈率をディスプレイ表示し、またはプリントアウトし、または記憶する。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記測定値補正部は、前記ガス濃度分析計および前記濃度計のそれぞれの測定対象成分毎の濃度検知開始時刻を監視し、前記濃度検知開始時刻間にズレが生じている場合に、当該時刻のズレを加味して前記ガス濃度計の測定値を補正する。

本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記既知ガスは、前記試験ガスに含まれていないガスであって、かつ前記試験ガスと反応しないガスからなっている。

本発明によれば、既知ガス供給管路をオーバーフロー管路から分岐させ、測定ガス供給管路を流れる測定ガスの流量だけではガス濃度分析計の標準測定流量よりも不足する場合にのみ、その不足分の流量の既知ガスを測定ガス供給管路に供給するようにしたので、測定ガスを必要最小限の希釈率で測定することができ、ガス濃度分析計の測定誤差を最小限に抑えることができる。

さらには、既知ガス濃度設定値入力部および濃度計を備え、測定値補正部において、既知ガスの濃度変化率を加味して測定ガスの希釈率を算出し、この希釈率に基づいてガス濃度分析計の測定値を補正するので、測定ガスの温度や圧力が変化して、既知ガスや既知ガスによって希釈された測定ガスの流量（質量流量）が変化し、測定ガスの希釈率が変動しても、常に高精度で、測定値に希釈率補正を加えることができる。
こうして、本発明によれば、測定ガス濃度の正確な測定値に基づいて、試験体のガス応答性の評価を高精度で行うことができる。

本発明の１実施例による試験体のガス応答性を評価する装置の概略構成を示す図である。 本発明の別の実施例による試験体のガス応答性を評価する装置の概略構成を示す図である。 本発明の装置における測定ガス濃度分析計および濃度計のそれぞれの測定対象成分毎の濃度測定値の時間変化の１例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の１実施例による試験体のガス応答性を評価する装置の概略構成を示す図である。
図１を参照して、本発明によれば、ガス入口１ａおよびガス出口１ｂを有し、内部に試験体（図示されない）が収容された試験体収容部１と、試験ガス供給源２と、一端３ａが試験ガス供給源２に接続され、他端３ｂが試験体収容部１のガス入口１ａに接続された試験ガス供給管路３と、一端４ａが試験体収容部１のガス出口１ｂに接続された測定ガス供給管路４と、測定ガス供給管路４の他端４ｂに接続されたガス濃度分析計５が備えられる。
測定ガス供給管路４の内部には、試験体（図示されない）を通過した後の試験ガスである測定ガスが流れるようになっている。

また、測定ガス供給管路４の途中からオーバーフロー管路７が分岐し、ガス濃度分析計５の排気系には、ガス濃度分析計５による測定がなされている間に測定ガスをガス濃度分析計５に送給するポンプ６が設けられている。
なお、ポンプ６を、ガス濃度分析計５の排気系ではなく、測定ガス供給管路４におけるオーバーフロー管路７との分岐点よりも下流側に設けることもできる。

さらに、オーバーフロー管路７の途中から既知ガス供給管路８が分岐し、既知ガス供給管路８に既知ガス供給源９が接続され、ガス濃度分析計５による測定がなされている間に予め設定された濃度の既知ガスの所定流量（常時ガス濃度分析計５の標準測定流量からの不足分を補い得る流量）が供給されるようになっている。
既知ガスは、試験ガスに含まれていないガスであって、かつ試験ガスと反応しないガスであることが好ましい。

本発明によれば、また、ガス濃度分析計５に組み込まれて既知ガスの濃度を測定する濃度計１１と、既知ガスの濃度設定値の入力を受ける既知ガス濃度設定値入力部１０が備えられる。
既知ガス濃度設定値としては、既知ガス供給源９に予め充填された既知ガスの濃度値、または（試験開始前に）評価装置内に既知ガスのみを導入した場合の濃度計１１による測定値等が入力される。

なお、この実施例では、濃度計１１はガス濃度分析計５に組み込まれている（ガス濃度分析計５が既知ガスを検出することもできる）が、ガス濃度分析計５が既知ガスを検出できない場合には、濃度計１１が測定ガス供給管路４におけるオーバーフロー管路７との分岐点よりも下流側に配置される。

さらに、ガス濃度分析計５による測定がなされている間に、濃度計１１の既知ガス濃度測定値、および既知ガス濃度設定値入力部１０に入力された既知ガス濃度設定値を用いて測定ガスの希釈率を算出し、測定ガスの希釈率に基づいてガス濃度分析計５の測定値を補正する測定値補正部１２が備えられる。

次に、本発明のガス濃度分析装置の動作を具体的に説明する。
例えば、試験ガスの流量が５〜２０L/minの範囲内において試験体を評価し得る評価装置と、標準測定流量（測定に必要な流量）が１０L/minのガス濃度分析計５を用いて過渡試験が実施される場合、試験ガスの最小流量（５L/min）とガス濃度分析計５の標準測定流量（１０L/min）の差分（５L/min）以上の既知ガスが、既知ガス供給源９からオーバーフロー管路７に試験中常時供給される。

それによって、試験ガス流量（よって、測定ガス流量）が１０L/min以上のときは、ガス濃度分析計５には測定ガス（１０L/min)のみが供給され、余剰測定ガスおよび既知ガスはオーバーフロー管路７を通じて外部に排出される。一方、試験ガス流量（よって、測定ガス流量）が１０L/min未満のときは、標準測定流量からの不足分の流量の既知ガスが、オーバーフロー管路７から測定ガス供給管路４に供給され、余剰既知ガスはオーバーフロー管路７を通じて外部に排出される。

こうして、ガス濃度分析計５による測定が実施される。
そして、測定ガスが既知ガスによって希釈されている場合（試験ガスの流量が１０L/min未満の場合）には、得られた測定値（測定ガスの濃度測定値）は、測定値補正部１３によって、

に従って、希釈前の測定値に補正される。

一方、測定ガスが既知ガスによって希釈されていない場合（試験ガスの流量が１０L/min以上の場合）は、濃度計１１による既知ガス濃度測定値がゼロであり、ガス濃度分析計５による測定値は補正されない。

なお、上式において、既知ガス濃度測定値＝既知ガス濃度設定値となるときは、既知ガスが希釈されていない状態であり、これはガス濃度分析計５に既知ガスのみが導入された場合に対応する。そして、この場合には、測定ガスの全ての成分に関してガス濃度分析計５による測定値はゼロとなり、測定値の補正はされない。

そして、本発明の評価装置においては、測定ガス供給管路４を流れる測定ガスの流量だけではガス濃度分析計５の標準測定流量よりも不足する場合にのみ、その不足分の流量の既知ガスを測定ガス供給管路４に供給するので、測定ガスを必要最小限の希釈率で測定することができ、ガス濃度分析計５の測定誤差を最小限に抑えることができる。

また、測定値補正部１２において、既知ガスの濃度の変化率を加味して測定ガスの希釈率を算出し、この希釈率に基づいてガス濃度分析計５の測定値を補正するので、測定ガスの温度や圧力が変化して、既知ガスや既知ガスによって希釈された測定ガスの流量（質量流量）が変化し、測定ガスの希釈率が変動しても、常に、測定値に対し正確に希釈率補正を加えることができる。
こうして、本発明の評価装置によれば、正確に測定された測定ガス濃度に基づき、試験体のガス応答性の評価を高精度で行うことができる。

図２は、本発明の別の実施例による試験体のガス応答性を評価する装置の概略構成を示す図である。
図２の実施例は、図１の実施例と既知ガスを供給する構成部分が異なるだけである。よって、図２中、図１に示したものと同じ構成要素には同一番号を付し、以下ではそれらの詳細な説明を省略する。

図２を参照して、この実施例では、既知ガス供給管路８における既知ガス供給源９の下流側に第１のマスフローコントローラ（流量制御器）１３が設けられ、既知ガス供給管路８における第１のマスフローコントローラ１３の下流側から希釈ガス供給管路１４が分岐している。

さらに、希釈ガス供給管路１４に希釈ガス供給源１５が接続され、希釈ガス供給管路１４における希釈ガス供給源１５の下流側に第２のマスフローコントローラ（流量制御器）１６が設けられている。

そして、既知ガス濃度設定値として、試験開始前に評価装置内に希釈ガスによって希釈された既知ガスのみを導入したときの濃度計１１の測定値が、既知ガス濃度設定値入力部１０に入力される。

この実施例によれば、濃度計の測定レンジを越える濃度の既知ガスを使用することが可能になる。
なお、図２の実施例では、既知ガス供給管路８における希釈ガス供給管路１４との分岐点よりも上流側と、希釈ガス供給管路１４にそれぞれ１つのマスフローコントローラ１３、１６を設けたが、各１つのマスフローコントローラ１３、１６を、既知ガス供給管路８における希釈ガス供給管路１４との分岐点よりも上流側、および希釈ガス供給管路１４のうちのいずれか一方と、既知ガス供給管路８における前記分岐点よりも下流側に設けてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されず、当業者が添付の特許請求の範囲に記載した構成の範囲内で種々の変形例を案出し得ることは言うまでもない。

例えば、測定値補正部１２が、測定ガスの希釈率をディスプレイ表示し、またはプリントアウトし、または記憶するようにしてもよい。この構成によれば、使用者が、測定ガスの希釈率に基づいて、測定ガス濃度値の不確かさを判断することが可能になる。

また、上記実施例では、ガス濃度分析計５による測定中、既知ガス供給源９から常時ガス濃度分析計５の標準測定流量からの不足分を補い得る流量の既知ガスを供給するようにしたが、その代わりに、測定ガス供給管路４を流れる測定ガスの流量がガス濃度分析計５の標準測定流量よりも少量となったときに、標準測定流量から不足する流量の既知ガスを補充するようにしてもよい。

また、ガス濃度分析計５の各測定対象成分に対する応答時間が互いにズレる場合があり、あるいはガス濃度分析計５と濃度計１１とで測定対象成分に対する応答時間にズレが生じる場合がある。このような場合には、例えば、図３に示すように、ガス濃度分析計５および濃度計１１のそれぞれの測定対象成分毎の濃度測定値の時間変化を表すグラフに時間的なズレが生じる。

そして、このズレが大きくなると、それに伴って測定誤差も大きくなる。
そのため、本発明の別の実施例によれば、測定値補正部１２が、ガス濃度分析計５および濃度計１１のそれぞれの測定対象成分毎の濃度検知開始時刻を監視し、濃度検知開始時刻間にズレが生じている場合に、その時刻のズレを加味してガス濃度分析計５の測定値を補正するようになっている。

すなわち、例えば、図３に示すような場合には、ガス濃度分析計５の測定対象成分の濃度検知開始時刻の方が、濃度計１１の測定対象成分（既知ガス）の濃度検知開始時刻よりも１秒遅延しているので、ガス濃度分析計５の測定値の希釈率の計算を、ガス濃度分析計５による当該測定値の測定時刻よりも１秒前の濃度計１１による濃度測定値を用いて行う。

１ 試験体収容部
１ａ ガス入口
１ｂ ガス出口
２ 試験ガス供給源
３ 試験ガス供給管路
３ａ 一端
３ｂ 他端
４ 測定ガス供給管路
４ａ 一端
４ｂ 他端
５ ガス濃度分析計
６ ポンプ
７ オーバーフロー管路
８ 既知ガス供給管路
９ 既知ガス供給源
１０ 既知ガス濃度設定値入力部
１１ 濃度計
１２ 測定値補正部
１３ 第１のマスフローコントローラ（流量制御器）
１４ 希釈ガス供給管路
１５ 希釈ガス供給源
１６ 第２のマスフローコントローラ（流量制御器）

Claims (7)

1. 過渡試験において試験体のガス応答性を評価する装置であって、
   ガス入口およびガス出口を有し、内部に前記試験体が収容された試験体収容部と、
   試験ガス供給源と、
   一端が前記試験ガス供給源に接続され、他端が前記試験体収容部の前記ガス入口に接続された試験ガス供給管路と、
   一端が前記試験体収容部の前記ガス出口に接続された測定ガス供給管路と、
   前記測定ガス供給管路の他端に接続されたガス濃度分析計と、を備え、
   前記測定ガス供給管路の内部には、前記試験体を通過した後の前記試験ガスである測定ガスが流れるようになっており、さらに、
   前記測定ガス供給管路の途中から分岐したオーバーフロー管路と、
   前記ガス濃度分析計の排気系、または前記測定ガス供給管路における前記オーバーフロー管路との分岐点よりも下流側に設けられ、前記ガス濃度分析計による測定がなされている間に前記測定ガスを前記ガス濃度分析計に送給するポンプと、
   前記オーバーフロー管路の途中から分岐した既知ガス供給管路と、
   前記既知ガス供給管路に接続され、前記ガス濃度分析計による測定がなされている間に予め設定された濃度の既知ガスの所定流量を供給する既知ガス供給源と、
   前記既知ガスの濃度設定値の入力を受ける既知ガス濃度設定値入力部と、
   前記ガス濃度分析計に組み込まれ、または前記測定ガス供給管路における前記オーバーフロー管路との分岐点よりも下流側に配置された前記既知ガスの濃度を測定する濃度計と、
   前記ガス濃度分析計による測定がなされている間に、前記濃度計の既知ガス濃度測定値および前記既知ガス濃度設定値入力部に入力された既知ガス濃度設定値を用いて前記測定ガスの希釈率を算出し、前記測定ガスの希釈率に基づいて前記ガス濃度分析計の測定値を補正する測定値補正部と、備え、
   前記測定値補正部による補正後の測定値に基づいて前記試験体のガス応答性の評価がなされるものであることを特徴とする装置。
2. 前記既知ガスは、前記測定ガス供給管路を流れる前記測定ガスの流量が前記ガス濃度分析計の標準測定流量よりも少量となったときに、前記標準測定流量から不足する流量を補充するべく供給されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記既知ガス供給管路における前記既知ガス供給源の下流側に設けられた第１の流量制御器と、
   前記既知ガス供給管路における前記第１の流量制御器の下流側から分岐した希釈ガス供給管路と、
   前記希釈ガス供給管路に接続された希釈ガス供給源と、
   前記希釈ガス供給管路における前記希釈ガス供給源の下流側に設けられた第２の流量制御器と、をさらに備えたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記既知ガス供給管路における前記既知ガス供給源の下流側から分岐した希釈ガス供給管路と、
   前記希釈ガス供給管路に接続された希釈ガス供給源と、
   前記既知ガス供給管路における前記希釈ガス供給管路との分岐点の下流側に設けられた第１の流量制御器と、
   前記希釈ガス供給管路における前記希釈ガス供給源の下流側、または前記既知ガス供給管路における前記既知ガス供給源および前記希釈ガス供給管路との分岐点間に設けられた第２の流量制御器と、をさらに備えたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
5. 前記測定値補正部は、前記測定ガスの希釈率をディスプレイ表示すること、またはプリントアウトすること、または記憶することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の装置。
6. 前記測定値補正部は、前記ガス濃度分析計および前記濃度計のそれぞれの測定対象成分毎の濃度検知開始時刻を監視し、前記濃度検知開始時刻間にズレが生じている場合に、当該時刻のズレを加味して前記ガス濃度分析計の測定値を補正することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の装置。
7. 前記既知ガスは、前記試験ガスに含まれていないガスであって、かつ前記試験ガスと反応しないガスであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の装置。

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