JP4568054B2 - Catalyst unit and analyzer using the same - Google Patents
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Description
本発明は、加熱手段、触媒ユニットおよびこれを用いた分析装置に関し、例えば、自動車排気ガス中のアンモニア分析装置のように高速処理を要する場合の、加熱手段、触媒ユニットおよびこれを用いた分析装置に関する。 The present invention relates to a heating means, a catalyst unit, and an analyzer using the same, and, for example, a heating means, a catalyst unit, and an analyzer using the same when high-speed processing is required as in an ammonia analyzer in automobile exhaust gas. About.
従来、アンモニア(NH3)の測定方法としては、図7に示すような構成の定置排出源用NH3分析装置が知られている(例えば特許文献1参照)。NH3系と窒素酸化物(NOx)系の2系統のサンプリングプローブラインからなるサンプリングプローブ部51、それぞれの系の一酸化窒素(NO)濃度を測定する分析計を備えた分析部52、及び、2つの分析計から得られたNO濃度よりNH3濃度を算出する演算部53から構成されている。サンプリングプローブラインの一方(NH3系)には酸化形あるいは還元形の触媒Cが設けられており、酸化形にはアンモニア酸化触媒、還元形にはアンモニア還元触媒が用いられている。
Conventionally, as a method for measuring ammonia (NH 3 ), a stationary emission source NH 3 analyzer configured as shown in FIG. 7 is known (see, for example, Patent Document 1). A
酸化形の測定原理は、NH3系のNH3を酸化触媒の働きで等モルのNOに酸化し、このNOの濃度を検出することによりNH3濃度を測定するものである。排ガス中には、一般に、NOxも存在するので、検出器の上流で排ガス中の二酸化窒素(NO2)をNO2−NOコンバータによりNOに還元する。NOx系流路では、NOx濃度だけが検出され、NH3系流路ではNH3及びNOxの合計の濃度が検出されるので、この2つの流路の検出器の検出値の差がNH3濃度となる。還元形の測定原理は、NH3系のNH3を還元触媒の働きで等モルのNOxと反応を行なわせ、反応により欠損したNOx濃度を検出することにより、NH3濃度を測定するものである。この場合、NH3系流路ではNH3濃度の分だけ減少したNOx濃度が検出され、この両流路の検出値の差がNH3濃度となる。 The measurement principle of the oxidized form is to measure NH 3 concentration by oxidizing NH 3 based NH 3 to equimolar NO by the action of an oxidation catalyst and detecting the concentration of this NO. In general, NOx is also present in the exhaust gas, so nitrogen dioxide (NO 2 ) in the exhaust gas is reduced to NO by the NO 2 -NO converter upstream of the detector. Only the NOx concentration is detected in the NOx system flow path, and the total concentration of NH 3 and NOx is detected in the NH 3 system flow path. Therefore, the difference between the detection values of the detectors of the two flow paths is the NH 3 concentration. It becomes. The measurement principle of the reduced form, of NH 3 NH 3 system to perform the reaction with equimolar NOx by the action of the reduction catalyst, by detecting a NOx concentration deficient by the reaction, and measures the NH 3 concentration . In this case, the NO 3 concentration decreased by the NH 3 concentration is detected in the NH 3 system flow path, and the difference between the detected values of both flow paths becomes the NH 3 concentration.
一方、移動排出源用である自動車排気ガス分析装置としては、通常運転での排気ガス中には殆んど含まれておらず、NH3の不安定さ、NH3の吸着性の強さおよび排ガス中の測定成分の急激な変化に応答しうる測定手段がないことから実用化されたものはなかった。
しかしながら、昨今の環境分析の重要性、および自動車あるいはエンジンの各種改良に伴い、測定手段としても、排ガス中の測定成分の急激な変化に応答し連続的に測定可能な自動車排気ガスNH3分析装置の要請が強くなってきた。 However, along with the recent importance of environmental analysis and various improvements of automobiles or engines, an automobile exhaust gas NH 3 analyzer that can continuously measure in response to a sudden change in measurement components in exhaust gas as a measuring means. The request for is getting stronger.
具体的には、ガソリンエンジンにおいて、リーンバーンあるいはリッチスパイクと呼ばれる還元雰囲気の燃焼条件還元雰囲気によって数10〜数1000ppmのNH3が発生することがある。また、ディーゼルエンジンにおいては、最近排ガス処理として、尿素添加が注目されている。つまり、大型ディーゼル車のNOx低減方策として有望視されているのが選択還元触媒(SCR)で、これは尿素水溶液を還元剤としてエンジンから排出されたNOxを触媒上で無害な窒素(N2)に還元するという方式で、このとき、数10〜数100ppmのNH3が発生することがある。こうした発生NH3を、正確にかつ応答性よく測定することが分析装置の課題となる。 Specifically, in a gasoline engine, several tens to several thousand ppm of NH 3 may be generated by a reducing atmosphere, which is called a lean burn or a rich spike, under a reducing atmosphere. In diesel engines, urea addition has recently attracted attention as an exhaust gas treatment. In other words, a selective reduction catalyst (SCR) is promising as a NOx reduction measure for large diesel vehicles. This is a nitrogen (N 2 ) that is harmless on the catalyst with NOx discharged from the engine using urea aqueous solution as a reducing agent. In this case, several tens to several hundred ppm of NH 3 may be generated. Measuring the generated NH 3 accurately and with good responsiveness is a problem of the analyzer.
特に、発生NH3を酸化処理あるいは還元処理によって変換する場合においては、上記のようなNH3の不安定さや吸着性の強さを原因とする、応答遅れや効率低下(処理中のロス)の影響は無視できないものである。つまり、酸化処理手段あるいは還元処理手段の機能・特性が、こうした課題の大きな要因であり、改善が緊急の課題となっている。 In particular, when the generated NH 3 is converted by oxidation treatment or reduction treatment, response delay and efficiency reduction (loss during processing) due to the instability of NH 3 and the strength of adsorption are as described above. The impact cannot be ignored. In other words, the function and characteristics of the oxidation treatment means or the reduction treatment means are a major factor for such problems, and improvement is an urgent problem.
また、NH3測定に限らず、各種の分析装置に用いられる加熱手段あるいは触媒ユニットについては、その応答性・高効率化の要請と併せ、コンパクト化が従来からの大きな課題であった。 Further, not only NH 3 measurement, but also heating means or catalyst units used in various analyzers, along with a demand for responsiveness and high efficiency, downsizing has been a major issue from the past.
そこで、この発明の目的は、こうした要請に対応し、試料中の成分変動にも素早く追随することができる分析装置を提供することにある。さらに、こうした分析装置には必須の構成要素となる、圧力損失の少ない交換が容易でコンパクトかつ迅速に機能する加熱手段あるいは触媒ユニットを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an analysis apparatus that can respond to such a request and can quickly follow component fluctuations in a sample. It is another object of the present invention to provide a heating means or a catalyst unit that is an essential component of such an analyzer and that can be easily exchanged with little pressure loss, is compact, and functions quickly.
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す加熱手段、触媒ユニットおよびこれを用いた分析装置によって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。 As a result of extensive research, the present inventor has found that the above object can be achieved by the heating means, catalyst unit, and analyzer using the same, and has completed the present invention.
本発明は、流路を形成する管状体を内部に有する加熱手段を備えた触媒ユニットであり、前記管状体における前記加熱手段の内側部分には、前記管状体の内周面から内側に突出し、且つ、前記内周面に沿った管状の絞りとして機能する突起部あるいは段部が複数設けられるとともに、下流側には、触媒が設置されることを特徴とする。 The present invention is a catalyst unit including a heating unit having a tubular body forming a flow path therein, and an inner portion of the heating unit in the tubular body protrudes inward from an inner peripheral surface of the tubular body, In addition, a plurality of protrusions or step portions functioning as a tubular throttle along the inner peripheral surface are provided, and a catalyst is installed on the downstream side.
一般に、層流に近いガス流の加熱においては、ガス流と平行な加熱体との接触面近傍において境界層を形成し、その内部でのガス体は急速に温度上昇を生じるが、境界層外のガス体の温度を上昇させることは難しい。本発明者は、こうした課題に対し、層流に近いガス流を形成した後の流路に突起部あるいは段部を設けることによって、乱流を形成するとともに、境界層にあったガスと層外にあったガスを混合・移動させ、突起部の後段に設けられたガス流と平行な流路(平行平坦部)において、境界層に移動したガスを急速加熱することによって、短時間にガス流全体の昇温を図ることができることを案出した。また、流量が多い場合などには、突起部あるいは段部を複数設けることによって、ガス条件にあった急速加熱効果を得ることができる。 In general, when heating a gas flow close to a laminar flow, a boundary layer is formed in the vicinity of the contact surface with the heating body parallel to the gas flow, and the temperature of the gas body within that rapidly increases, but the outside of the boundary layer It is difficult to raise the temperature of the gas body. In order to solve such problems, the present inventor has formed a turbulent flow by providing a projection or a step in the flow path after forming a gas flow close to a laminar flow, and at the same time, forms a turbulent flow and a gas existing in the boundary layer. In a flow path (parallel flat part) parallel to the gas flow provided at the rear stage of the projection, the gas that has moved to the boundary layer is rapidly heated in a short period of time. It was devised that the overall temperature could be raised. In addition, when the flow rate is large, a rapid heating effect suitable for the gas condition can be obtained by providing a plurality of protrusions or stepped portions.
つまり、本発明は、突起部あるいは段部の設置によるガスの攪拌・混合効果と平行平坦部での安定したガス流の形成とを利用しつつ、前者での熱流の入れ替え・熱拡散効果と後者の円滑な伝熱効果を有効に活かすことによって、短い流路での急速な加熱手段を可能としたものである。従って、加熱ユニット全体としてのコンパクト化も可能となり、特に導入ガスと温度差の大きい場合に優位性が高い。 That is, the present invention utilizes the gas agitation / mixing effect by the installation of the protrusion or step and the formation of a stable gas flow in the parallel flat part, while the heat flow replacement / thermal diffusion effect in the former and the latter By making effective use of the smooth heat transfer effect, rapid heating means in a short flow path is made possible. Therefore, the heating unit as a whole can be made compact, and the superiority is high particularly when the temperature difference from the introduced gas is large.
本発明は、上記触媒ユニットであって、前記加熱手段は、前記管状体の内径と略同じ外径を有する他の管状体を挿入して外部流路との接続を行うことを特徴とする。 The present invention is the above catalyst unit, said heating means, and performs the connection with an external channel by inserting another tubular body having substantially the same outer diameter as the inner diameter of the tubular body.
所定流量のガスの加熱には、所定の加熱容積の確保が必要となる一方、加熱後は素早くガスの移送を行うことが好ましい。本発明においては、2つの異径の管状体を嵌装し、大径の管状体内部を加熱部として加熱容積を確保し、加熱後は管径を小さくして流速を高くすることによって、効率のよい加熱ユニットを構成することができる。また、嵌装した2つの管状体の内部の管端面は段部を形成することから、この段部を触媒等の部材の固定に使用することで、不要な部材を用いずに、かつ圧力損失などの発生なく部材の加熱を行うことができる。特に、本発明に適用対象の1つである高速応答型分析装置における加熱ユニットあるいは触媒ユニットの形成においては、高速加熱を目的とすることから、こうした機能は非常に有効となる。 While heating a gas at a predetermined flow rate requires securing a predetermined heating volume, it is preferable to transfer the gas quickly after heating. In the present invention, two tubular bodies with different diameters are fitted, a heating volume is secured by using the inside of the large-diameter tubular body as a heating portion, and after heating, the tube diameter is reduced to increase the flow rate, thereby improving the efficiency. A good heating unit can be configured. In addition, since the tube end surfaces inside the two fitted tubular bodies form a step portion, by using this step portion for fixing a member such as a catalyst, an unnecessary member is not used and pressure loss is achieved. The member can be heated without the occurrence of the above. In particular, in the formation of a heating unit or a catalyst unit in a high-speed response type analyzer that is one of the objects to be applied to the present invention, such a function is very effective because it aims at high-speed heating.
本発明は、上記触媒ユニットであって、前記突起部あるいは段部の流路前後部には、流路中心線と平行かつ平坦な所定長の領域の内面を構成する平行平坦部が形成されており、下流側の前記平行平坦部に、触媒が設置されることを特徴とする。 The present invention provides a top Kisawa medium unit, the flow path front and rear of the protrusion or the step portion, the parallel flat portions constituting the inner surface area of channel center line parallel and flat predetermined length is formed The catalyst is installed in the parallel flat part on the downstream side .
上記のように、本発明に係る加熱ユニットは、非常に短時間での加熱を可能とし、かつ流路に突起部あるいは/および段部を有している。従って、こうした機能を触媒ユニットとしてさらに有効に活かすには、内部に挿入する触媒自体が圧力損失の上昇を生じないことおよびその固定にフィルタや保持部材などを用いないことが好ましい。本発明においては、かかる観点から、メッシュ形状の触媒を、突起部あるいは段部を固定手段として挿入することによって、非常に応答速度に優れ、ガス中の物質吸着などのない、触媒の交換が容易でコンパクトな触媒ユニットを構成することが可能となる。 As described above, the heating unit according to the present invention enables heating in a very short time and has a protrusion or / and a step in the flow path. Therefore, in order to make more effective use of such a function as a catalyst unit, it is preferable that the catalyst itself inserted therein does not cause an increase in pressure loss and does not use a filter or a holding member for fixing it. In the present invention, from this point of view, by inserting a mesh-shaped catalyst as a fixing means by using a protrusion or a step, the catalyst can be exchanged easily with excellent response speed and no substance adsorption in the gas. Thus, a compact catalyst unit can be configured.
本発明は、上記触媒ユニットを用いた分析装置であって、試料採取流路を複数に分岐し、その少なくとも1つの流路に前記触媒ユニットを配置することを特徴とする。 The present invention is an analysis apparatus using the above Kisawa medium unit branches a sampled channel into a plurality, characterized by arranging the front Kisawa medium unit to the at least one channel.
上記のように、本発明に係る加熱ユニットあるいは触媒ユニットは、応答性や保守性などに非常に優れた機能を有している。従って、高速応答を要求される分析装置に、こうした機能を適用すれば、非常に優れた分析装置を構成することが可能となる。特に、試料採取流路を複数に分岐し、一方の試料に対して所定の処理を行い、未処理試料との比較測定を行う場合などにおいては、流路間における応答のズレを非常に小さくすることができることから、リアルタイムの測定が可能となる。また、多少の応答ズレが発生する場合であっても、個々の応答特性を補正することによって精度の高い測定が可能となる。 As described above, the heating unit or the catalyst unit according to the present invention has a very excellent function in response and maintenance. Therefore, if such a function is applied to an analyzer that requires a high-speed response, a very excellent analyzer can be configured. In particular, when the sample collection flow path is branched into a plurality of samples, a predetermined process is performed on one sample, and a comparative measurement with an unprocessed sample is performed, the difference in response between the flow paths is extremely small. Real-time measurement is possible. Even if a slight response deviation occurs, it is possible to measure with high accuracy by correcting individual response characteristics.
本発明は、上記分析装置であって、前記触媒は、白金系触媒および/あるいはニッケル系触媒であり、試料中のアンモニアを酸化することを特徴とする。 The present invention is the above analyzer, wherein the catalyst is a platinum-based catalyst and / or a nickel-based catalyst , and oxidizes ammonia in a sample.
NH3の分析における現状の課題は既述の通りであるが、本発明における加熱手段あるいは触媒ユニットを用いた分析装置では、その内の最大の課題である応答速度の改善およびNH3の吸着防止に優れた機能を発揮することができる。具体的には、試料採取流路を複数に分岐し、一方の流路に白金系触媒および/あるいはニッケル系触媒を配した本発明に係る触媒ユニットを用いて試料中のNH3を酸化することによって、NH3の吸着が少なく、迅速なNH3→NOx変換ができ、未処理試料とのNOx比較測定を行うことによって、非常に応答速度の優れたNH3分析装置を構成することができる。特に、NH3→NOx変換は800℃以上の高温条件が必要となることから、本発明に係る触媒ユニットは非常に有用であり、また、流路における圧力損失が殆んどなく試料中の他の成分の吸着・ロスもないことから、未処理流路との応答差が殆んど生じることがない点においても優れている。 Although the current problems in the analysis of NH 3 are as described above, in the analyzer using the heating means or the catalyst unit in the present invention, improvement of response speed and prevention of adsorption of NH 3 are the biggest problems among them. Can exhibit excellent functions. Specifically, NH 3 in a sample is oxidized using a catalyst unit according to the present invention in which a sampling channel is branched into a plurality of channels and a platinum-based catalyst and / or a nickel-based catalyst is arranged in one channel. Accordingly, less adsorption of NH 3, can quickly NH 3 → NOx conversion, by performing the NOx comparative measurements with the untreated sample, it is possible to construct a superior NH 3 analyzer very response speed. In particular, since NH 3 → NOx conversion requires a high temperature condition of 800 ° C. or higher, the catalyst unit according to the present invention is very useful, and there is almost no pressure loss in the flow path, and the other in the sample. Since there is no adsorption / loss of these components, it is excellent in that there is almost no difference in response with the untreated flow path.
以上のように、本発明によれば、従来困難であった、圧力損失の少ない交換が容易でコンパクトかつ迅速に機能する加熱手段あるいは触媒ユニットを提供することができる。また、こうした加熱手段あるいは触媒ユニットを分析装置に利用することによって、試料中の成分変動にも素早く追随することができ、1の試料流路を複数の流路に分岐し一方に加熱手段あるいは触媒ユニットを配設した場合にあっても、流路間の応答ズレの殆んどない分析装置を提供することができる。特に、自動車排ガス中のNH3分析装置のように、従来応答性などの面で全く実用化されていなかった分野では、非常に有用な装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a heating means or a catalyst unit, which has been difficult in the past, can be easily replaced with little pressure loss, is compact, and functions quickly. Further, by utilizing such a heating means or catalyst unit in an analyzer, it is possible to quickly follow fluctuations in the components in the sample, and one sample flow path is branched into a plurality of flow paths, and one of the heating means or the catalyst is provided. Even in the case where the unit is provided, it is possible to provide an analyzer with little difference in response between the flow paths. In particular, a very useful device can be provided in a field that has not been put into practical use in terms of responsiveness and the like, such as an NH 3 analyzer in automobile exhaust gas.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(A)は、この発明に係る加熱手段の基本的な構成を例示している。加熱部1の内部に流路を形成する管状体2を配し、管状体2の複数の部位に突起部3(具体的には各々を3a,3b,3cで表す)を形成するとともに、該突起部3の流路前後部に平行平坦部4(具体的には各々を4a,4b,4c,4dで表す)を形成する。
FIG. 1A illustrates the basic configuration of the heating means according to the present invention. A
突起部3を形成する方法としては、例えば、図1(A)のように、管状体2の部位A,B,Cに絞りを設けることで、各々3a,3b,3cの突起部を形成することが可能である。管状体2に絞りを設けて突起部3を形成する場合には、比較的滑らかな形状の突起部3とすることができる。また、突起部3を形成する方法は、これに限定されるものではなく、種々の方法を用いることが可能である。例えば、図1(B)に例示するように、管状体2内部に異径の管状体2aの嵌挿することも可能である。この場合、管状体2aの断面形状は、任意に設定することが可能であり、角部を有する場合(段部を形成することになる)など種々の形状とすることが可能となる。
As a method for forming the protrusion 3, for example, as shown in FIG. 1A, the
また、図1(B)では、外部流路との接続のために、管状体2の内径と略同じ外径を有する管状体5を挿入している。管状体5の端部5aが、図1(A)における突起部3cと同等の機能を果たすとともに、加熱後のガス体の流速を高めることによって、効率のよい加熱ユニットを構成することができる。
In FIG. 1B, a
ここで、管状体2の管径は、使用流量あるいは加熱手段の大きさなど使用によって任意に設定可能であるが、通常約1L/min程度のガス流量の場合には、内径約φ4〜8mm程度とされる。
Here, the tube diameter of the
このときの突起部における現象およびそれに伴う流路内位置による温度変化を、発明者は、その実験結果および知見を基に、図2(A)に示すように推考している。以下、流路内部のガス体の状態を2層あるいは3層に分けて説明する。 The inventor presumes the phenomenon in the protrusion at this time and the accompanying temperature change due to the position in the flow channel as shown in FIG. 2A based on the experimental results and knowledge. Hereinafter, the state of the gas body inside the flow path will be described in two layers or three layers.
(1)流路内部のガス体の状態を2層(境界層・中央層)に分けて考えると、
(1−1)当初、平行平坦部4aでの流路内の状態においては、層流に近いガス流を形成する。このとき、管壁に近い流れは境界層を形成し、図2(B)に示すように、比較的伝熱効果が高く短時間に温度上昇を生じ、流路中央層のガスは、境界層のガスからの伝熱によって温度上昇を生じる。
(1−2)次に、突起部3aにおいて、乱流を形成するとともに、境界層にあったガスと中央層にあったガスが混合・移動する。このとき、境界層にあったガスの一部は、温度を幾分低下させながら高温を維持して中央層に移動し、中央層のガスの一部は、境界層にあったガスからの受熱量を増やしながら境界層に移動する。従って、境界層のガス温度は実線Aのように一旦低下し、中央層のガス温度は実線Bのように速やかに上昇する。
(1−3)突起部3aの後段に設けられた平行平坦部4bにおいては、(1−1)と同様、境界層に移動したガスを急速加熱するともに、中央層のガス温度も徐々に上昇する。
(1−4)突起部3b以降は、同様に(1−2)と(1−3)を繰り返すことによって、短時間にガス流全体の昇温を図ることができる。
(1) Considering the state of the gas body inside the channel divided into two layers (boundary layer and central layer),
(1-1) Initially, a gas flow close to a laminar flow is formed in the flow path in the parallel
(1-2) Next, in the
(1-3) In the parallel
(1-4) After the
もし突起部がなければ、図2(B)に示すように、境界層のガスは破線A’のような温度勾配、また中央層のガスは破線B’のような温度勾配による温度上昇が生じる一方、本発明においては、境界層のガスは実線A、中央層のガスは実線Bに示すように蛇行的に温度上昇を繰り返す。このとき、突起部3の存在によって、その直後の平行平坦部における境界層のガスの温度上昇勾配が大きくなることから、加熱手段出口のガス流全体の平均温度は、突起部のない場合に比較して大幅に上昇させる、あるいは加熱流路の長さを大幅に短縮することが可能となる。 If there is no protrusion, as shown in FIG. 2 (B), the temperature of the boundary layer gas is increased by a temperature gradient as shown by a broken line A ′, and the temperature of the gas at the center layer is increased by a temperature gradient as shown by a broken line B ′. On the other hand, in the present invention, the boundary layer gas repeats a temperature increase in a meandering manner as indicated by the solid line A and the central layer gas by the solid line B. At this time, since the temperature rise gradient of the gas in the boundary layer in the parallel flat portion immediately after that increases due to the presence of the protrusion 3, the average temperature of the entire gas flow at the outlet of the heating means is compared with the case where there is no protrusion. As a result, the heating channel can be significantly increased or the length of the heating channel can be significantly shortened.
(2)流路内部のガス体の状態を3層(境界層・中間層・中心層)に分けて考えると、
(2−1)平行平坦部4aでの流路内の状態においては、層流に近いガス流を形成する。このとき、図2(B)に示すように、境界層のガスは、比較的伝熱効果が高く短時間に温度上昇を生じ、流路中心層と境界層との中間(中間層)にあるガスは、境界層のガスからの受熱によって温度上昇を生じながら中心層に放熱し、中心層のガスは、中間層からの受熱のみで昇温する。
(2−2)突起部3aにおいて、乱流を形成するとともに、境界層・中間層・中心層にあったガスが相互に混合・移動する。このとき、境界層にあったガスの一部は、温度を幾分低下させながら高温を維持して中間層および中心層に移動する。中間層のガスの一部は、境界層にあったガスからの受熱量を増やしながら境界層に移動すると同時に、一部は温度を幾分低下させながら中心層に移動する。中心層のガスの一部は、境界層あるいは中間層にあったガスからの受熱量を増やしながら境界層あるいは中間層に移動する。
従って、境界層のガス温度は実線Aのように一旦低下し、中間部あるいは中心部のガス温度は実線Bのように速やかに上昇する。
(2−3)突起部3aの後段に設けられた平行平坦部4bにおいては、(2−1)と同様に、境界層に移動したガスを急速加熱するともに、中間部と中心部のガス温度も徐々に上昇する。
(2−4)突起部3b以降は、同様に(2−2)と(2−3)を繰り返すことによって、短時間にガス流全体の昇温を図ることができる。
(2) Considering the state of the gas body inside the flow path divided into three layers (boundary layer, intermediate layer, central layer),
(2-1) In the state in the flow path in the parallel
(2-2) In the
Therefore, the gas temperature in the boundary layer once decreases as indicated by the solid line A, and the gas temperature in the intermediate portion or the central portion rapidly increases as indicated by the solid line B.
(2-3) In the parallel
(2-4) After the
このときの流路内位置と各層の温度との関係は、境界層のガス温度を実線Aのように示し、中間部と中心部の平均ガス温度を実線Bのように示せば、図2(B)とほぼ同様の曲線となり、突起部3の存在によって、加熱手段出口のガス流全体の平均温度を大幅に上昇させる、あるいは加熱流路の長さを大幅に短縮することが可能となる。 The relationship between the position in the flow path and the temperature of each layer at this time is shown in FIG. 2 (the solid layer A shows the gas temperature in the boundary layer, and the average gas temperature in the middle and the center as shown by the solid line B. The curve is almost the same as in B), and the presence of the protrusion 3 makes it possible to significantly increase the average temperature of the entire gas flow at the outlet of the heating means, or to greatly shorten the length of the heating channel.
以上の内容は、図3(A)、(B)に示すように、図2(A)の管内位置4cにおける管径方向の温度分布についての実測データによって実証することができる。突起部3を1つ設けた状態を実線Cで、突起部3がない状態を破線C’で示すように、900℃設定の過熱手段の中心部において、約140℃の温度差が生じている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the above contents can be verified by actually measured data on the temperature distribution in the pipe radial direction at the in-
次に、上記加熱手段を適用し構成された触媒ユニットについて述べる。図4(A)は、上記加熱手段の突起部3bと3cの間の平行平坦部4bの位置に触媒6が配設されている場合を例示する。突起部3a、3bと順に加熱され、所定の温度に十分昇温された条件で触媒6を機能させることが可能となる。
Next, a catalyst unit configured by applying the heating means will be described. FIG. 4A illustrates the case where the
触媒6は、使用に応じた任意の形状・組成を選択し、触媒ユニットに設置することが可能であるが、形状面では、図4(A)のように突起部3bと3cとで固定する場合には、メッシュ状触媒が好ましい。触媒6による圧力損失の上昇がなく、フィルタや保持部材などを用いずに固定することができることから、吸着によるロスや応答遅れの発生を防止することが可能となる。また、触媒6の装着・着脱が簡単で、交換が容易である点においても優れている。
The
また、図1(B)の加熱手段を触媒ユニットに適用した構成例を図4(B)に示す。上記突起部3cおよび平行平坦部4cを管状体5に代えたもので、触媒6を配設後、管状体5を嵌装することで触媒6を固定することができる。加熱手段としての利点に加え、管状体5を抜くあるいは位置を変更することで、触媒固定の融通性が高い点あるいは内挿している触媒を容易に取り出し、交換することができる点においても優れている。
FIG. 4B shows a configuration example in which the heating means of FIG. 1B is applied to a catalyst unit. The
図5は、上記加熱手段あるいは触媒ユニットを用い、NO分析部として化学発光式分析計(CLD)を用いた分析装置の1つの構成を例示する。試料中のNH3測定を例にとると、試料ポンプ7によってサンプル入口から導入された試料は、採取流路中に配設された酸化触媒ユニット8、NO−NO2変換ユニット9を経由してNO分析部10に導入され、オゾン分解ユニット11を介して排出される。NO分析部10には酸素源を基にオゾン発生手段12を介してオゾン(O3)ガスが供給される。なお、試料中に酸化に必要な十分な酸素がない場合には、所定量の酸素(空気)を添加して試料中の支燃剤を補給し高い酸化反応効率を確保することができる。
FIG. 5 illustrates one configuration of an analyzer using the above-described heating means or catalyst unit and using a chemiluminescence analyzer (CLD) as the NO analyzer. Taking the NH 3 measurement in the sample as an example, the sample introduced from the sample inlet by the
また、酸化触媒ユニット8およびNO−NO2変換ユニット9の直前において試料流路を分岐して、切換弁13aおよび13bを作動し各ユニットへの導入およびパスを切換えることによって、測定成分を選択することができる。つまり、(a)試料を酸化触媒ユニット8およびNO−NO2変換ユニット9に導入した場合には試料中のトータル窒素化合物を測定し、(b)酸化触媒ユニット8をパスしNO−NO2変換ユニット9に導入したときにはNOxを測定し、(c)両者をパスしたときはNOを測定することができる。従って、これらの切換えを迅速に行うことによって、(a)−(b)=NH3、(b)−(c)=NO2を測定することができる。
Further, a measurement component is selected by branching the sample flow path immediately before the
このとき、本発明に係る加熱手段あるいは触媒ユニットは、酸化触媒ユニット8、NO−NO2変換ユニット9およびオゾン分解ユニット11に適用が可能であり、装置全体のコンパクト化に大きく寄与している。酸化触媒ユニット8では、内部に白金系触媒および/あるいはニッケル系触媒を配し、約800〜900℃の条件で、試料中のアンモニアを酸化する。また、NO−NO2変換ユニット9では、内部にカーボン系触媒を配し、約150〜200℃の条件で、試料中のNO2をNOに還元・変換する。さらに、オゾン分解ユニット11では、約200〜300℃の条件で、試料中のO3を加熱分解して排気ガスを無害化する。本発明に係る加熱手段あるいは触媒ユニットは、こうした種々の温度条件に対しても適用可能であり、特に800℃以上の高温条件にも略同条件で対応できる点において非常に優位性が高い。
At this time, the heating means or the catalyst unit according to the present invention can be applied to the
上記の構成では、NH3の酸化触媒として白金系触媒および/あるいはニッケル系触媒を例示したが、他にパラジウム系触媒や銅あるいはクロム系触媒などの酸化触媒の適用も可能である。ただし、メッシュ形状を構成し、かつ酸化効率を所定値(例えば変換効率90%)以上とするには、白金系触媒および/あるいはニッケル系触媒が好ましい。 In the above configuration, a platinum-based catalyst and / or a nickel-based catalyst is exemplified as the NH 3 oxidation catalyst. However, an oxidation catalyst such as a palladium-based catalyst, copper, or chromium-based catalyst can also be applied. However, a platinum-based catalyst and / or a nickel-based catalyst is preferable in order to form a mesh shape and to set the oxidation efficiency to a predetermined value (for example, a conversion efficiency of 90%) or more.
以上のように、本発明に係る分析装置では、NH3の吸着が少なく、迅速なNH3→NOx変換ができ、未処理試料とのNOx比較測定を行うことによって、非常に応答速度の優れたNH3分析装置を構成することができる。また、NO,NO2,NOxについても連続測定を行うことが可能である。 As described above, in the analyzer according to the present invention, there is little NH 3 adsorption, rapid NH 3 → NOx conversion is possible, and NOx comparison measurement with an untreated sample is performed, so that the response speed is extremely excellent. An NH 3 analyzer can be configured. Moreover, it is possible to perform continuous measurement for NO, NO 2 and NOx.
本発明に係る分析装置の他の構成例を図6に示す。試料中のNH3測定を例に取ると、試料ポンプ7によってサンプル入口から導入された試料を2つに分岐し、(d)一方を酸化触媒ユニット8に導入し、(e)他方をそのままの状態で、各々NO−NO2変換ユニット9aおよび9bを経由してNO分析部10aおよび10bに導入され、オゾン分解ユニット11aおよび11bを介して排出される。このとき、(d)では試料中のトータル窒素化合物を測定し、(e)ではNOxを測定することができ、(d)−(e)=NH3を連続的に測定することができる。また、(f)NO−NO2変換ユニット9bの直前において試料流路を分岐して設けた切換弁13bを作動しユニットをパスすることによって、NOを測定することができ、(e)−(f)=NO2を測定することができる。また、(g)切換弁13aを作動し酸化触媒ユニット8をパスすることによって、(e)と同様の流路を構成することができ、NOとNOxの同時測定が可能であり、(e)−(f)=NO2を測定することができる。なお、試料中に酸化に必要な十分な酸素がない場合には、試料分岐前に所定量の酸素(空気)を添加して試料中の支燃剤を補給し高い酸化反応効率を確保することができる。
Another configuration example of the analyzer according to the present invention is shown in FIG. Taking NH 3 in a sample as an example, the sample introduced from the sample inlet by the
このとき、本発明に係る酸化触媒ユニット8は、応答性や保守性などに非常に優れた機能を有することから、流路間における応答のズレを非常に小さくすることができ、リアルタイムの測定が可能となる。
At this time, the
以上のように、本発明に係る分析装置では、試料採取流路を複数に分岐し、一方の流路に白金系触媒および/あるいはニッケル系触媒を配した本発明に係る触媒ユニットを用いて試料中のNH3を酸化することによって、NH3の吸着が少なく、迅速なNH3→NOx変換ができ、未処理試料とのNOx比較測定を行うことによって、非常に応答性の優れたNH3分析装置を構成することができる。また、NH3→NOx変換流路における圧力損失や試料中の他の成分の吸着・ロスもないことから、未処理流路との応答差が殆んど生じることがない。また、多少の応答ズレが発生する場合であっても、個々の流路において独立した応答特性を有することから、例えば(d)〜(g)の流路に同一NOガスを導入した時の応答を基に容易に補正するなど、応答ズレの影響を受けずに、精度の高い測定が可能となる。さらに、NO,NO2,NOxについても連続測定を行うことが可能である。 As described above, in the analyzer according to the present invention, a sample is collected using the catalyst unit according to the present invention in which the sampling channel is branched into a plurality of channels and the platinum-based catalyst and / or the nickel-based catalyst is arranged in one channel. by oxidation of NH 3 in less adsorption of NH 3, can quickly NH 3 → NOx conversion, by performing the NOx comparative measurements with the untreated sample, very responsive excellent NH 3 analysis A device can be configured. In addition, since there is no pressure loss in the NH 3 → NOx conversion channel and no adsorption / loss of other components in the sample, there is almost no difference in response with the untreated channel. Further, even when some response deviation occurs, the response characteristics when the same NO gas is introduced into the flow paths (d) to (g), for example, since the individual flow paths have independent response characteristics. This makes it possible to perform highly accurate measurement without being affected by response deviation, such as easy correction based on the above. Furthermore, continuous measurement can be performed for NO, NO 2 and NOx.
以上、この発明は、自動車排気ガス中のNH3やNOxを迅速に測定する場合に非常に好適な手段として適用することができる他、各種燃焼炉などの固定排出源を含む各種排気ガス中のNH3やNOxあるいはそれ以外の成分の測定、例えば、水素や塩化水素などの測定にも適用可能である。 As described above, the present invention can be applied as a very suitable means for quickly measuring NH 3 and NOx in automobile exhaust gas, and in various exhaust gases including fixed exhaust sources such as various combustion furnaces. It is also applicable to measurement of NH 3 , NOx or other components, for example, measurement of hydrogen, hydrogen chloride and the like.
また、幅広い加熱温度領域に対応することができことから、排気ガスに限らず各種プロセスや研究用にも適用が可能であり、例えば、以下のような分野にも適用することができる。
(1)加熱ユニット単体として、触媒評価装置における模擬ガス発生装置
(2)エンジン内部の加熱状態におけるガスの挙動解析装置
Moreover, since it can respond to a wide heating temperature region, it can be applied not only to exhaust gas but also to various processes and research purposes. For example, it can also be applied to the following fields.
(1) Simulated gas generator in catalyst evaluation device as a single heating unit (2) Gas behavior analysis device in the heated state inside the engine
1 加熱部
2、5 管状体
3 突起部
4 平行平坦部
6 触媒
7 試料ポンプ
8 酸化触媒ユニット
9 NO−NO2変換ユニット
10 NO分析部
11 オゾン分解ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記管状体における前記加熱手段の内側部分には、前記管状体の内周面から内側に突出し、且つ、前記内周面に沿った管状の絞りとして機能する突起部あるいは段部が複数設けられるとともに、下流側には、触媒が設置されることを特徴とする触媒ユニット。 A catalyst unit including a heating means having a tubular body forming a flow path therein,
A plurality of protrusions or step portions protruding inward from the inner peripheral surface of the tubular body and functioning as a tubular throttle along the inner peripheral surface are provided on the inner portion of the heating means in the tubular body. The catalyst unit is characterized in that a catalyst is installed on the downstream side.
前記突起部あるいは段部の流路前後部には、流路中心線と平行かつ平坦な所定長の領域の内面を構成する平行平坦部が形成されており、
下流側の前記平行平坦部に、触媒が設置されることを特徴とする触媒ユニット。 The catalyst unit according to claim 1 or 2,
A parallel flat part constituting the inner surface of a predetermined length region parallel to the flow path center line is formed on the front and rear portions of the flow path of the protrusion or step,
A catalyst unit, wherein a catalyst is installed in the parallel flat portion on the downstream side.
試料採取流路を複数に分岐し、その少なくとも1つの流路に前記触媒ユニットを配置することを特徴とする分析装置。 An analyzer using the catalyst unit according to any one of claims 1 to 3,
An analyzer characterized by branching a sample collection channel into a plurality of channels and arranging the catalyst unit in at least one of the channels.
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