(57)【要約】      （修正有）【課題】温度分布に優れ、触媒の寿命性能を高めたコンバータを提供する。【解決手段】ガス組成変換用のコンバータであって、発熱体１２が接触し或いは近傍に配置された、複数の貫通孔１０，１１を有する金属ブロック９と、触媒２が充填された反応管５と、充填材３が充填された昇温管６とを備え、反応管５及び昇温管６は、貫通孔１０，１１にそれぞれ貫通して配置されており、反応管５及び昇温管６は互いに連通し、昇温管６が上流側に配置される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ガス組成変換用のコンバータであって、
発熱体が接触し或いは近傍に配置された第１及び第２の金属ブロックと、
前記第１の金属ブロックに囲まれた、触媒が充填された反応管と、
前記第２の金属ブロックに囲まれた、充填材が充填された昇温管と
を備え、前記反応管及び前記昇温管は互いに連通し、前記昇温管が上流側に配置されたことを特徴とするコンバータ。
【請求項２】
前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックが一体化しており、前記反応管と前記触媒管とが互いに並行して配置されたことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックが分離されたことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ガス組成変換用のコンバータに関し、特に、化学発光式ＮＯｘ計で必要な、ＮＯ２をＮＯに還元するために使用されるコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の化学発光式の大気ＮＯｘ計は、一酸化窒素（ＮＯ）に対してのみ活性があるオゾン（Ｏ３）をＮＯと反応させ、その際生じる化学発光の強度を測定して、ＮＯ濃度を計測するものである。従って、ＮＯｘ中のもう一つの主要構成化合物である二酸化窒素（ＮＯ２）は、そのままではＮＯ２濃度を計測することができない。
【０００３】
そのため、実際の計測器では、タイミングバルブで試料ガス供給系を２分し、試料ガスをそのまま検出器に導入しＮＯｘ中のＮＯ成分のみを計測する第１系統と、コンバータと称する触媒を充填し加熱保持した装置にガスを流通させることでＮＯ２をＮＯに還元し全窒化物量を計測する第２系統を配置している。上記２系統による計測を交互におこなうことで、第１系統によりＮＯのみ、第２系統によりＮＯｘ（ＮＯ＋ＮＯ２）濃度を知ることができるので、ＮＯ２濃度は、第１系統と第２系統での濃度の値から算出することができる。
【０００４】
従来のコンバータは、図４に示すように、その基本構成は、触媒２２がずれ止め用のシリカウール２４に挟まれて充填された反応管２５が、発熱体２０を取り付けた金属ブロック２９を貫通して配置されたものである。そして、金属ブロック２９は、断熱材２８によって囲まれている。
【０００５】
一般に、ＮＯｘ計用コンバータの寿命は、触媒単体の活性と触媒全体量の積で決まり、前者においては触媒を最適の温度で稼働させる必要がある。しかしながら、装置内で２〜５℃に強制冷却して調湿されたサンプルガスを流通させるコンバータの場合、触媒１２の上層部はこのガスによって冷却されてしまい、触媒層内で温度分布が生じるため、触媒は本来の寿命性能を発揮することができない。
【０００６】
触媒１２の上流部に充填材を配置し、昇温されたキャリアガスに低温の微量ガスが混入した混合ガスを充填材で混合して均一な温度の混合ガスを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３１９００６号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、昇温していないキャリアガスを直接触媒１２に供給する場合には、触媒１２の直前に充填材を配置しても、多量のキャリアガス含む混合ガスを十分昇温させることは困難である。
【０００８】
本考案の目的は、温度分布に優れ、触媒の寿命性能を高めたコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の考案は、ガス組成変換用のコンバータであって、発熱体が接触し或いは近傍に配置された第１及び第２の金属ブロックと、前記第１の金属ブロックに囲まれた、触媒が充填された反応管と、前記第２の金属ブロックに囲まれた、充填材が充填された昇温管とを備え、前記反応管及び前記昇温管は互いに連通し、前記昇温管が上流側に配置されたことを特徴とするコンバータである。
【００１０】
また、請求項２に記載の考案は、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックが一体化しており、前記反応管と前記触媒管とが互いに並行して配置されたことを特徴とする請求項１に記載のコンバータである。
【００１１】
また、請求項３に記載の考案は、前記第１の金属ブロックと前記第２の金属ブロックが分離されたことを特徴とする請求項１に記載のコンバータである。
【考案の効果】
【００１２】
本考案によれば、反応管の上流側に充填材を充填した昇温管を配置したので、温度分布に優れ、触媒の寿命性能を高めたコンバータを提供することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本考案の実施の形態によるコンバータを説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なり、また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることに留意すべきである。
【００１４】
［第１の実施の形態］
本考案の第１の実施の形態に係るコンバータは、図１に示すように、ガス組成変換用のコンバータであって、発熱体１２が接触し或いは近傍に配置された、複数の貫通孔１０，１１を有する金属ブロック９と、触媒２が充填された反応管５と、充填材３が充填された昇温管６とを備え、反応管５及び昇温管６は、貫通孔１０，１１にそれぞれ貫通して配置されており、反応管５及び昇温管６は互いに連通し、昇温管６が上流側に配置される。
【００１５】
本実施の形態による金属ブロック（以下で、「炉」ともいう。）９は、反応管５及び昇温管６を所定の温度に保持するためのものであり、反応管５及び昇温管６を挿入できる孔径を有する複数の貫通孔１０，１１が形成されている。金属ブロック９の形状は、特に限定されないが、直方体、多角柱、円柱等を挙げることができる。また、金属ブロック９の大きさは、サンプルガスの処理容量に応じて適宜設定することができる。例えば、直方体の場合、縦×横が、約２ｃｍ×２ｃｍ〜１０ｃｍ×１０ｃｍ程度、高さが約５〜２０ｃｍ程度である。
【００１６】
金属ブロック９の材質は、金属であれば特に限定されないが、例えば、ステンレススチール（ＳＵＳ）、アルミニウム、銅等を挙げることができる。
【００１７】
金属ブロック９には、金属ブロック９を昇温させるための発熱体１２が、金属ブロック９の側面に接して配置されている。発熱体１２は、金属ブロック９に接触しないで近傍に配置してもよい。発熱体１２には、電流を流すと発熱し、一定温度で自己制御するポジスターが締結されている。
【００１８】
金属ブロック９の温度は、触媒２の活性が保持される温度であれば、特に限定されないが、例えば、約１００〜３００℃程度である。
【００１９】
本実施の形態においては、断熱材８が、反応管５及び昇温管６の一部を含めて金属ブロック９全体を覆っている。断熱材８の材質としては、樹脂やセラミックファイバー集合体等が挙げられる。
【００２０】
反応管５は、導入するサンプルガス中のＮＯ２をＮＯに還元するためのものである。反応管５の形状は、筒型形状であれば、特に限定されないが、好ましくは円管であるのがよい。反応管５の大きさは、サンプルガスの処理容量に応じて適宜設定することができる。例えば、円管の場合、外径が約１０〜２０ｍｍ程度、厚さが約０．５〜１ｍｍ程度、高さが約５〜２０ｃｍ程度である。
【００２１】
反応管５の材質としては、ガス吸着性が低く触媒２と反応しないものであれば、特に限定されない。例えば、ガラス、機密性の高いセラミック或いは反応性の低い金属等を挙げることができる。
【００２２】
反応管５内には、ＮＯ２のＮＯへの還元反応を担う触媒２が位置保持用のシリカウール４に挟まれて充填されている。触媒２は、ＮＯ２のＮＯへの還元反応に寄与できるものであれば、特に限定されない。例えば、直径約０．５〜０．９ｍｍ程度の粒状活性炭にリン酸（Ｈ３ＰＯ４）等を含浸させたもの、或いはぺロブスカイト型金属酸化物等を挙げることができる。
【００２３】
昇温管６は、供給された低温のサンプルガスを反応管５に送り出す前に予め昇温させるためのものである。昇温管６の形状は、筒型形状であれば、特に限定されないが、好ましくは円管であるのがよい。昇温管６の大きさは、サンプルガスの処理容量に応じて適宜設定することができる。例えば、円管の場合、外径が約１０〜２０ｍｍ程度、厚さが約０．５〜１ｍｍ程度、高さが約５〜２０ｃｍ程度である。好ましくは、反応管５と同じ形状・寸法とするのがよい。
【００２４】
昇温管６の材質としては、充填材３と反応しないものであれば、特に限定されないが、例えば、ガラス、セラミック或いは金属等を挙げることができる。好ましくは、反応管５と同じ材質とするのがよい。
【００２５】
昇温管６内には、不活性充填材３が位置保持用のシリカウール４に挟まれて充填されている。なお、不活性充填材３の重量が大きく、シリカウール４で十分に支えきれない場合は、不活性の金属メッシュ等を用いてもよい。
【００２６】
不活性充填材３の材質としては、例えば、ジルコニア、アルミナ等のファインセラミックス，ガラス，不活性金属等が使用可能である。形状としては充填効率がよく、ガス流の抵抗となりにくい、つまり透過性の良い球状であるのが望ましい。球状の場合、平均粒径が、例えば、約１〜３ｍｍ程度であるのがよい。
【００２７】
昇温管６は、反応管５の上流側に配置されており、反応管５と昇温管６はバイトン等の低反応性ゴムで形成されたコネクタ１４を介してＵ字管７と接続されている。そして、反応管５及び昇温管６は、それぞれストッパ１３により金属ブロック９に挿入保持されている。
なお、Ｕ字管７を含む反応管５及び昇温管６間の接続部分は別途断熱材で覆っていることが好ましい。
【００２８】
反応管５及び／又は昇温管６は、複数本が金属ブロック９内に配置されていてもよい。これにより、多量のサンプルガスを同時に効率よく処理することが可能となる。
【００２９】
（動作原理）
ＮＯ２を含むサンプルガスを、まず昇温管６に導入する。昇温管６内には透過性の不活性充填材３があるため、これを通過する際に十分に熱交換が行われ、炉９の設定温度に昇温される。サンプルガスはこの状態で、Ｕ字管７を通って再度炉９に配置された反応管５に導入される。したがって、反応管５では触媒２の熱を殆ど奪うことなくサンプルガスを流通させることができ、触媒２との接触によりＮＯ２がＮＯに組成変換される。
【００３０】
本実施の形態によれば、触媒２を充填したガラスないしは金属製の反応管５を加熱するための金属ブロック９に、サンプルガスに対して不活性でかつ透過性のよい充填材３を充填した昇温管６を上流側に別途配置し、昇温管６と反応管５を流通路で連結させたので、反応管５内の触媒１２には温度差の低減した温度分布に優れたガス組成変換用のコンバータが提供される。
【００３１】
本実施の形態に係るコンバータによれば、触媒１２を最適温度で稼働できることから、触媒１２自体の高変換率を維持することができ、ひいてはより長寿命な特性を得ることが可能となる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
本考案の第２の実施の形態に係るコンバータ２０は、図２に示すように、発熱体３３が接触し或いは近傍に配置された、貫通孔３１を有する第１の金属ブロック１９と、貫通孔３１に貫通して配置された、充填材３が充填された昇温管６と、発熱体３４が接触し或いは近傍に配置された、貫通孔３０を有する第２の金属ブロック２９と、貫通孔３０に貫通して配置された、触媒２が充填された反応管５とを備えており、反応管５及び昇温管６は互いに連通し、昇温管６が上流側に配置される。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３３】
図２においては、充填管６と反応管５とが互いに並行して配置された構成を示したが、充填管６と反応管５とが直線状に配置されていてもよい。
【００３４】
本実施の形態によれば、反応管５及び昇温管６をそれぞれ独立した金属ブロック（１９，２９）に配置したので、反応管５及び昇温管６の加熱を個別に調整することが可能となる。
【００３５】
（評価試験）
充填材３の必要充填量とサンプルガスの温度との関係を、以下のようにして調べた。
外径φ=１４mm、内径φ=１２mmのガラス製の昇温管６に、充填材３として直径φ=２mmのアルミナ球を所定の量充填した上で約２００℃で保持された反応炉９にセットし、充填材３を支持する金属（ＳＵＳ）メッシュ近傍の温度、すなわち昇温管６の下流側における充填材３下端（底）付近でのサンプルガスの温度を測定した。
【００３６】
導入するサンプルガスは、１００ｐｐｍのＮＯ２と２℃の飽和ｗｅｔ−ａｉｒを用い、ガス温度は導入時に２℃〜室温、流入速度は１．５リットル／分とした。測定は、充填材３の下端（金属メッシュ）での位置、及びこの下端より下流側に約０．６ｍｍの位置で行った。結果を図３に示した。
【００３７】
図３に示すように、充填材３がないと充填材３下端温度は１９０℃以下であるが、アルミナ球の容量、すなわち充填材３の厚さが増すに従ってサンプルガスの温度は上昇し、充填量５ｍＬで指示温度１９５．１℃、充填量１０ｍＬで１９６℃となり、５ｍＬ充填で下端及び下端付近でほぼ平衡に達している。
従って、上記設定条件においては、充填材３の容量として５ｍＬ以上が望ましい。充填材３を５ｍＬ以上とすることにより、サンプルガスを良好に昇温できることが示された。
【００３８】
以上のことから、本考案によるコンバータ１，２０は、充填材３を充填した昇温管６により温度分布に優れた触媒２を得るのが可能となることがわかった。
【００３９】
[その他の実施の形態]
以上、上述した実施の形態によって本考案を詳細に説明したが、当業者にとっては、本考案が本明細書中に説明した実施の形態に限定されるものではないということは明らかである。本考案は、実用新案登録請求の範囲の記載により定まる本考案の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更形態として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本考案に対して何ら制限的な意味を有するものではない。以下、上述した実施の形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００４０】
例えば、上述した各構成の形状、数値、材料等は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本考案の第１の実施の形態に係るコンバータの模式的断面図。
【図２】本考案の第２の実施の形態に係るコンバータの模式的断面図。
【図３】充填材の層厚とガス温度との関係を示したグラフ。
【図４】従来のコンバータの模式的断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１，２０・・・コンバータ
２・・・触媒
３・・・充填材
４・・・シリカウール
５・・・反応管
６・・・昇温管
７・・・Ｕ字管
８・・・断熱材
９，１９，２９・・・金属ブロック（１９：第１の金属ブロック、２９：第２の金属ブロック）
１０，１１，３０，３１・・貫通孔
１２，３３，３４・・発熱体
１３・・・ストッパ
１４・・・コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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