(57)【要約】【課題】混合ガスの濃度および流量を高速かつ正確に制御できる混合ガス流量制御装置を提供する。【解決手段】各原料ガス供給源１ａ〜１ｄに原料ガス供給管路２ａ〜２ｄが接続され、原料ガス供給管路にガス混合管路３が接続される。各原料ガス供給管路に第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄが設けられる。ガス混合管路に第２の流量制御バルブ５の入口が接続される。ガス混合管路にオーバーフロー管路６が分岐接続される。第２の流量制御バルブの出口に混合ガス供給管路７が接続される。制御部８が、混合ガス供給管路に供給すべき混合ガスの濃度及び流量設定値に従って、第１の流量制御バルブの開度を調整すると同時に、第１の流量制御バルブの開度と第１の流量制御バルブの原料ガスに対するコンバージョンファクタとから算出した第２の流量制御バルブの混合ガスに対するコンバージョンファクタに基づき、第２の流量制御バルブの開度を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原料ガス供給源と、
前記複数の原料ガス供給源にそれぞれ接続された複数の原料ガス供給管路と、
原料ガスを混合するガス混合管路と、を備え、前記複数の原料ガス供給管路が前記ガス混合管路の入口に分岐接続されており、さらに、
前記複数の原料ガス供給管路のそれぞれの途中に設けられた第１の流量制御バルブと、
入口が前記ガス混合管路の出口に接続された第２の流量制御バルブと、
前記ガス混合管路の途中に分岐接続され、余分な混合ガスを排出するオーバーフロー管路と、
前記第２の流量制御バルブの出口に接続された混合ガス供給管路と、
前記第１の流量制御バルブおよび第２の流量制御バルブを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記混合ガス供給管路に供給すべき前記混合ガスの濃度および流量設定値に従い、前記第１の流量制御バルブの開度を調整すると同時に、前記第１の流量制御バルブの開度と前記第１の流量制御バルブの前記原料ガスに対するコンバージョンファクタとから算出した前記第２の流量制御バルブの前記混合ガスに対するコンバージョンファクタに基づき、前記第２の流量制御バルブの開度を調整するものであることを特徴とする混合ガス流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の混合ガス流量制御装置を備えた排ガス浄化触媒評価装置であって、
入口が前記混合ガス流量制御装置の前記混合ガス供給管路の出口に接続され、内部に試験すべき排ガス浄化触媒が収容されたガスセルと、
入口が前記ガスセルの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出口に接続されたガス分析計と、
前記測定ガス供給管路の途中に分岐接続され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の前記希釈ガス供給源よりも下流側に設けられ、前記制御部によって制御される第３の流量制御バルブと、
前記測定ガス供給管路の前記希釈ガス供給管路との接続部よりも上流側に分岐接続され、余分な測定ガスを排出する第２のオーバーフロー管路と、を備え、前記制御部は、前記希釈ガス供給管路から前記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、前記第２のオーバーフロー管路から余分な前記測定ガスが常時排出され、かつ、前記ガス分析計に供給される、希釈された前記測定ガスの流量が一定になるように、前記第３の流量制御バルブの開度を調整するものであることを特徴とする排ガス浄化触媒評価装置。
【請求項３】
前記ガスセルが前記第２の流量制御バルブに近接して配置され、前記オーバーフロー管路が前記第２の流量制御バルブの入口の近傍において前記ガス混合管路に分岐接続され、前記第２のオーバーフロー管路が前記ガスセルの出口の近傍において前記測定ガス供給管路に分岐接続されていることを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化触媒評価装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記排ガス浄化触媒の試験のための前記混合ガスの前記濃度および流量設定値の組が格納されたメモリを有しており、前記制御部は、前記排ガス浄化触媒の試験が完了したとき、前記ガス分析計による前記測定ガスの濃度測定値と、前記メモリに格納された前記混合ガスの前記濃度設定値とを比較し、前記濃度設定値と前記測定ガスの濃度測定値との差が所定の基準値以上であるときは、前記濃度設定値が前記測定ガスの濃度測定値に一致するように、前記メモリに格納された前記混合ガスの前記濃度および流量設定値を補正し、補正した前記濃度および流量設定値に従って、前記排ガス浄化触媒の再試験を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排ガス浄化触媒評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の原料ガス供給源から供給される原料ガスを所定の混合比で混合し、生成した混合ガスの流量を制御する装置、並びに当該装置を備えた排ガス浄化触媒評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排ガス浄化触媒評価装置、燃料電池システムおよび半導体製造装置等は、複数種類の原料ガス（酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等）を所定の混合比で混合し、生成した混合ガスを流量制御しつつ供給する混合ガス流量制御装置を備えている。
【０００３】
この種の混合ガス流量制御装置として、例えば、複数のガス供給源のそれぞれから供給されるガスの流量を所定量に設定する流量設定手段（構成ガス用マスフローコントローラ）と、構成ガス用マスフローコントローラのそれぞれで設定された各ガスの流量を加算した総流量を算出する総流量算出手段と、混合ガスの流量を計測する流量計測手段（マスフローメータ）と、総流量算出手段で算出した総流量と、マスフローメータで計測した混合ガスの流量との相関関係を表す特定係数を参照して混合ガスの流量を調整する流量調整手段（制御装置および混合ガス用マスフローメータ）と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この装置によれば、各ガス供給源から供給されるそれぞれのガスの流量を加算した値（総流量）と、これらのガスを混合して生成した混合ガスの流量との相関関係を表す特定係数を算出し、この特定係数を用いてマスフローメータの流量計測値を補正しつつ、混合ガス用マスフローメータの開度を制御して混合ガスの流量を調整するので、混合ガスの濃度（各ガスの混合比）を変化させても、混合ガスの流量制御を正確に行うことができる。
【０００５】
しかしながら、この混合ガス流量制御装置においては、混合ガスの濃度および流量を変更するとき、その都度、混合ガスの流量が安定するまでマスフローメータによる計測を待ち、計測後に混合ガス用マスフローメータの開度を調整するので、混合ガスの濃度および流量の変更開始後、変更完了までに数秒〜数十秒の時間を要していた。そして、この間は、混合ガス流量制御装置から供給される混合ガスの濃度および流量に不確定さが生じるという問題があった。
【０００６】
また、この混合ガス流量制御装置を備えた従来の排ガス浄化触媒評価装置においては、混合ガス用マスフローメータの出口に混合ガス供給管路の入口が接続され、混合ガス供給管路の出口には、内部に排ガス浄化触媒が収容されたガスセルの入口が接続される。そして、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る。さらに、測定ガス供給管路の途中には、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る。
【０００７】
この構成によれば、ガスセルへの混合ガスの供給量が多く、ガスセルから測定ガス供給管路に、オーバーフロー管路からオーバーフローが生じる程度の流量の測定ガスが供給されるときは、測定ガス供給管路内の測定ガス流量がほぼ一定になり、ガス分析計による測定が正確になされるが、ガスセルへの混合ガスの供給量が減少し、ガスセルから測定ガス供給管路への測定ガスの供給量が減少すると、測定ガス供給管路内の測定ガス流量が変動し、ガス分析計による正確な測定が行えなくなるという問題があった。その結果、自動車排ガスと同等の線速度流量変化を正確にシミュレーションすることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の課題は、混合ガスの濃度および流量を高速かつ正確に制御できる混合ガス流量制御装置を提供することにある。
また、本発明の課題は、混合ガスの供給流量を変化させても、正確な測定ができる排ガス浄化触媒評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の原料ガス供給源と、前記複数の原料ガス供給源にそれぞれ接続された複数の原料ガス供給管路と、原料ガスを混合するガス混合管路と、を備え、前記複数の原料ガス供給管路が前記ガス混合管路の入口に分岐接続されており、さらに、前記複数の原料ガス供給管路のそれぞれの途中に設けられた第１の流量制御バルブと、入口が前記ガス混合管路の出口に接続された第２の流量制御バルブと、前記ガス混合管路の途中に分岐接続され、余分な混合ガスを排出するオーバーフロー管路と、前記第２の流量制御バルブの出口に接続された混合ガス供給管路と、前記第１の流量制御バルブおよび第２の流量制御バルブを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記混合ガス供給管路に供給すべき混合ガスの濃度および流量設定値に従い、前記第１の流量制御バルブの開度を調整すると同時に、前記第１の流量制御バルブの開度と前記第１の流量制御バルブの前記原料ガスに対するコンバージョンファクタとから算出した前記第２の流量制御バルブの前記混合ガスに対するコンバージョンファクタに基づき、前記第２の流量制御バルブの開度を調整するものであることを特徴とする混合ガス流量制御装置を構成したものである。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、本発明は、上記混合ガス流量制御装置を備えた排ガス浄化触媒評価装置であって、入口が前記混合ガス流量制御装置の前記混合ガス供給管路の出口に接続され、内部に試験すべき排ガス浄化触媒が収容されたガスセルと、入口が前記ガスセルの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出口に接続されたガス分析計と、前記測定ガス供給管路の途中に分岐接続され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の前記希釈ガス供給源よりも下流側に設けられ、前記制御部によって制御される第３の流量制御バルブと、前記測定ガス供給管路の前記希釈ガス供給管路との接続部よりも上流側に分岐接続され、余分な測定ガスを排出する第２のオーバーフロー管路と、を備え、前記制御部は、前記希釈ガス供給管路から前記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、前記第２のオーバーフロー管路から余分な前記測定ガスが常時排出され、かつ、前記ガス分析計に供給される、希釈された前記測定ガスの流量が一定になるように、前記第３の流量制御バルブの開度を調整するものであることを特徴とする排ガス浄化触媒評価装置を構成したものである。
【００１２】
この排ガス浄化触媒評価装置において、前記ガスセルが前記第２の流量制御バルブに近接して配置され、前記オーバーフロー管路が前記第２の流量制御バルブの入口の近傍において前記ガス混合管路に分岐接続され、前記第２のオーバーフロー管路が前記ガスセルの出口の近傍において前記測定ガス供給管路に分岐接続されていることが好ましい。
【００１３】
この排ガス浄化触媒評価装置において、また、前記制御部は、前記排ガス浄化触媒の試験のための前記混合ガスの前記濃度および流量設定値の組が格納されたメモリを有しており、前記制御部は、前記排ガス浄化触媒の試験が完了したとき、前記ガス分析計による前記測定ガスの濃度測定値と、前記メモリに格納された前記混合ガスの前記濃度設定値とを比較し、前記濃度設定値と前記測定ガスの濃度測定値との差が所定の基準値以上であるときは、前記濃度設定値が前記測定ガスの濃度測定値に一致するように、前記メモリに格納された前記混合ガスの前記濃度および流量設定値を補正し、補正した前記濃度および流量設定値に従って、前記排ガス浄化触媒の再試験を行うようになっていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、混合ガス供給管路に供給すべき混合ガスの濃度および流量設定値に従って、第１の流量制御バルブの開度を調整すると同時に、第１の流量制御バルブの開度および第１の流量制御バルブの原料ガスに対するコンバージョンファクタから算出した第２の流量制御バルブの混合ガスに対するコンバージョンファクタに基づいて第２の流量制御バルブの開度を調整するようにしたので、混合ガスの濃度および流量設定値の変更後、瞬時に、当該設定値に対応する濃度および流量の混合ガスを混合ガス供給管路に供給することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、測定ガス供給管路における第２のオーバーフロー管路の下流測に希釈ガス供給管路を分岐接続し、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、第２のオーバーフロー管路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測定ガスの流量が一定になるようにしたので、ガスセルに対する混合ガスの供給流量が変化しても、ガス分析計には、常に、一定濃度に希釈された測定ガスを一定の流量で供給することができ、それによって、常に正確な測定が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の１実施例による混合ガス流量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した混合ガス流量制御装置を備えた排ガス浄化触媒評価装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による試験ガス流量制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１を参照して、本発明による混合ガス流量制御装置は、複数の原料ガス供給源１ａ〜１ｄと、これらの原料ガス供給源１ａ〜１ｄにそれぞれ接続された複数の原料ガス供給管路２ａ〜２ｄと、原料ガスを混合するガス混合管路３を備えている。複数の原料ガス供給管路２ａ〜２ｄはガス混合管路３の入口３ａに分岐接続されている。
【００１９】
複数の原料ガス供給管路２ａ〜２ｄのそれぞれの途中に第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄが設けられ、ガス混合管路３の出口３ｂに第２の流量制御バルブ５の入口５ａが接続される。この実施例では、第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄおよび第２の流量制御バルブ５は、いずれもマスフローコントローラからなっている。
第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄおよび第２の流量制御バルブ５は、制御部８によって制御される。
【００２０】
ガス混合管路３の途中には、余分な混合ガスを排出するオーバーフロー管路６が分岐接続される。さらに、第２の流量制御バルブ５の出口５ｂに混合ガス供給管路７が接続される。
【００２１】
制御部８は、混合ガス供給管路７に供給すべき混合ガスの濃度および流量設定値に従って、第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの開度を調整すると同時に、第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの開度と第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの原料ガスに対するコンバージョンファクタとから算出した第２の流量制御バルブ５の混合ガスに対するコンバージョンファクタに基づき、第２の流量制御バルブ５の開度を調整する。
【００２２】
第２の流量制御バルブ５の混合ガスに対するコンバージョンファクタの算出法は、次のとおりである。
すなわち、ｎ種類の原料ガスを混合する場合を考え、第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの第１の原料ガス、第２の原料ガス、・・・、および第ｎの原料ガスに対するコンバージョンファクタを、それぞれ、ＣＦ１、ＣＦ２、・・・、およびＣＦｎとし（各原料ガスに対するコンバージョンファクタは、例えば、窒素のＣＦ値＝１、酸素のＣＦ値＝０．９８、二酸化炭素のＣＦ値＝０．７４、一酸化炭素のＣＦ値＝１等、既知である。）、第１の原料ガスの濃度Ｘ１（vol％）、第２の原料ガスの濃度Ｘ２（vol％）、・・・、第ｎの原料ガスの濃度Ｘｎ（vol％）の割合で混合するとき、第２の流量制御バルブ５の混合ガスに対するコンバージョンファクタＣＦは、
【００２３】
【数１】
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となる。
【００２４】
よって、例えば、酸素を５vol％、二酸化炭素を１２vol％、一酸化炭素を６vol％、窒素を７７vol％混合して混合ガスを生成する場合、混合ガスのＣＦ値は、０．９５８となる。
【００２５】
本発明の混合ガス流量制御装置によれば、混合ガス供給管路７に供給すべき混合ガスの濃度および流量設定値に従って、第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの開度が調整されると同時に、第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの開度と第１の流量制御バルブ４ａ〜４ｄの原料ガスに対するコンバージョンファクタから算出された第２の流量制御バルブの混合ガスに対するコンバージョンファクタに基づいて第２の流量制御バルブの開度が調整される。
【００２６】
そして、混合ガスの濃度および流量設定値が変更された場合には、瞬時に、当該設定値に対応する濃度および流量の混合ガスが混合ガス供給管路に供給される。
【００２７】
図２は、図１に示した混合ガス流量制御装置を備えた排ガス浄化触媒評価装置の構成を示すブロック図である。
図２を参照して、本発明による排ガス浄化触媒評価装置は、入口１０ａが混合ガス流量制御装置の混合ガス供給管路７の出口７ｂに接続され、内部に試験すべき排ガス浄化触媒１６が収容されたガスセル１０を備えている。
【００２８】
ガスセル１０の出口１０ｂには測定ガス供給管路１１の入口１１ａが接続され、測定ガス供給管路１１の出口１１ｂにはガス分析計１２が接続される。また、測定ガス供給管路１１の途中には、希釈ガス供給管路１３が分岐接続され、希釈ガス供給管路１３に希釈ガス供給源１４が接続される。
【００２９】
希釈ガス供給管路１３の希釈ガス供給源１４よりも下流側には、第３の流量制御バルブ１５が設けられる。この実施例では、第３の流量制御バルブ１５として、マスフローコントローラが用いられるが、マスフローコントローラ以外の任意の公知の流量制御バルブが使用可能である。第３の流量制御バルブ１５は、制御部８によって制御されるようになっている。
また、測定ガス供給管路１１の希釈ガス供給管路１３との接続部よりも上流側には、余分な測定ガスを排出する第２のオーバーフロー管路１７が分岐接続される。
【００３０】
この場合、ガスセル１０が第２の流量制御バルブ５に近接して配置され、オーバーフロー管路６が第２の流量制御バルブ５の入口５ａの近傍においてガス混合管路３に分岐接続され、第２のオーバーフロー管路１７がガスセル１０の出口１０ｂの近傍において測定ガス供給管路１１に分岐接続されていること、要するに、オーバーフロー管路６のガス混合管路３との接続部９および第２のオーバーフロー管路１７の測定ガス供給管路１１との接続１８間の距離ができるだけ短くなっていることが好ましい。
それによって、混合ガスの濃度および流量設定値の変化を、希釈ガスによる希釈前の測定ガスに正確に反映させることができる。
【００３１】
制御部８は、希釈ガス供給管路１３から測定ガス供給管路１１に供給される希釈ガスの流量が一定になり、かつ、第２のオーバーフロー管路１７から余分な測定ガスが常時排出され、かつ、ガス分析計１２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、第３の流量制御バルブ１５の開度を調整する。
【００３２】
すなわち、例えば、排ガス浄化触媒１６の試験が、ガスセル１０への混合ガスの供給量を５リットル／分〜３０リットル／分の範囲内で変化させ、その間に、ガス分析計１２に対して測定ガスを１０リットル／分の一定流量で供給されるような条件下で実施される場合には、制御部８は、第３の流量制御バルブ１５の開度を、希釈ガス供給源１４から希釈ガスが６リットル／分の一定流量で測定ガス供給管路１１に供給されるように調整する。それによって、ガスセル１０への混合ガスの供給量が変化しても、ガス分析計１２に対しは、常に、混合ガスの濃度の０．４倍の濃度の測定ガスが、４リットル／分の一定流量で供給される。
【００３３】
本発明の排ガス浄化触媒評価装置は上述の混合ガス流量制御装置を備えているので、本発明の排ガス浄化触媒評価装置によれば、この混合ガス流量制御装置による作用効果が得られることは言うまでもないが、さらに、測定ガス供給管路１１における第２のオーバーフロー管路１７の下流測に希釈ガス供給管路１３を分岐接続し、希釈ガス供給管路１３から測定ガス供給管路１１に供給される希釈ガスの流量が一定になり、かつ、第２のオーバーフロー管路１７から余分な測定ガスが常時排出され、かつ、ガス分析計１２に供給される測定ガスの流量が一定になるようにしたので、混合ガス供給管路７からガスセル１０への混合ガスの供給流量が変化しても、ガス分析計１２には、常に、一定濃度に希釈された測定ガスを一定の流量で供給することができる。それによって、ガスセル１０への混合ガスの供給流量が変化しても、常にガス分析計１２による正確な測定を行うことができる。
こうして、本発明の排ガス浄化触媒評価装置によれば、自動車排ガスと同等の線速度流量変化を正確にシミュレーションすることができる。
【００３４】
上述の排ガス浄化触媒評価装置においては、希釈ガス供給管路１３から測定ガス供給管路１１に希釈ガスを一定流量で供給し、余分な測定ガスを第２のオーバーフロー管路１７から常に排出する構成としているが、この構成に起因して、オーバーフロー管路６の接続部９および第２のオーバーフロー管路１７の接続部１８の間の領域において、混合ガスの濃度および流量設定値の変化が正確に反映されない場合がある。
【００３５】
このような場合には、排ガス浄化触媒１６の試験のための混合ガスの濃度および流量設定値の組を予め制御部８のメモリに格納しておき、排ガス浄化触媒１６の試験が完了したとき、制御部８が、ガス分析計１２による測定ガスの濃度測定値と、メモリに格納された混合ガスの前記濃度設定値とを比較し、濃度設定値と測定ガスの濃度測定値との差が所定の基準値以上であるときは、濃度設定値が測定ガスの濃度測定値に一致するように、メモリに格納された混合ガスの前記濃度および流量設定値を補正し、補正した濃度および流量設定値に従って、排ガス浄化触媒の再試験を行うようにすればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ〜１ｄ  原料ガス供給源
２ａ〜２ｄ  原料ガス供給管路
３  ガス混合管路
３ａ  入口
３ｂ  出口
４ａ〜４ｂ  第１の流量制御バルブ
５  第２の流量制御バルブ
５ａ  入口
５ｂ  出口
６  オーバーフロー管路
７  混合ガス供給管路
７ａ  入口
７ｂ  出口
８  制御部
９  接続部
１０  ガスセル
１０ａ  入口
１０ｂ  出口
１１  測定ガス供給管路
１１ａ  入口
１１ｂ  出口
１２  ガス分析計
１３  希釈ガス供給管路
１４  希釈ガス供給源
１５  第３の流量制御バルブ
１６  排ガス浄化触媒
１７  第２のオーバーフロー管路
１８  接続部
【図１】
2013105299.tif 000004
【図２】
2013105299.tif 000005