CN115917284A - 稀释气体混合单元及排气分析系统 - Google Patents

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泉博满
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Abstract

本发明提供一种稀释气体混合单元以及排气分析系统，为了即使在降低稀释比使稀释气体流量降低了的情况下也降低混合气体的喷起对背景测量的影响，稀释气体混合单元(X)用于对用稀释气体对排气进行稀释而形成的混合气体进行分析的排气分析系统(100)，使稀释气体与排气混合，稀释气体混合单元(X)具备：稀释气体供给管(3H)，与导入排气的排气导入管(21)连接，并且向该排气导入管(21)供给稀释气体；稀释气体取样部(250)，设置在稀释气体供给管(3H)，采集稀释气体；以及倒流防止部件(5)，设置在稀释气体供给管(3H)中的比稀释气体取样部(250)更靠排气导入管(21)侧，用于防止混合气体在稀释气体供给管内倒流。

Description

稀释气体混合单元及排气分析系统
技术领域
本发明涉及稀释气体混合单元以及排气分析系统。
背景技术
作为以往的排气分析系统，已知有具备导入排气的排气导入管以及与该排气导入管连接并供给稀释气体的稀释气体供给管的排气分析系统(专利文献1)。通过涉及的构成，采集用稀释气体对排气进行稀释而形成的混合气体，并且采集稀释气体，例如，从采集到的混合气体中包含的测量对象成分的浓度减去作为背景值的采集到的稀释气体中包含的同成分的浓度等，进行排气的分析。
但是，近来正在推进排气中包含的各种各样的成分的低浓度化，为了担保针对这样的排气的分析精度，需要比以往降低稀释比。
但是，如果在上述的排气分析系统中降低稀释比，则稀释气体流量降低，因此例如在通过发动机的转动控制使排气流量急剧地变动的情况下，稀释后的排气(混合气体)的一部分喷起到稀释气体供给管中，有时会产生该混合气体中包含的成分对背景测量造成影响的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2010-139340号
发明内容
本发明要解决的技术问题
因此，本发明的主要目的在于即使在降低稀释比使稀释气体流量降低了的情况下也降低混合气体的喷起对背景测量的影响。
解决技术问题的技术方案
即，本发明的稀释气体混合单元，其特征在于，所述稀释气体混合单元用于对用稀释气体对排气进行稀释而形成的混合气体进行分析的排气分析系统，使所述稀释气体与所述排气混合，所述稀释气体混合单元具备：稀释气体供给管，与导入所述排气的排气导入管连接，并且向该排气导入管供给稀释气体；稀释气体取样部，设置在所述稀释气体供给管，采集所述稀释气体；以及倒流防止部件，设置在所述稀释气体供给管中的比所述稀释气体取样部更靠所述排气导入管侧，用于防止所述混合气体在所述稀释气体供给管内倒流。
按照这样构成的稀释气体混合单元，由于在稀释气体供给管中的比稀释气体取样部更靠排气导入管侧设置有倒流防止部件，所以即使降低稀释比、稀释气体的流量降低、由此混合气体的一部分喷起到稀释气体供给管中，该混合气体也与倒流防止部件碰撞并被稀释气体推回，变成难以在稀释气体供给管中倒流。其结果，能够使喷起的混合气体难以到达稀释气体取样部，能够降低该混合气体对背景测量的影响。
在发生了混合气体的喷起的情况下，存在该混合气体沿着稀释气体供给管的内周面移动的倾向。如果鉴于该情况，则优选的是，所述倒流防止部件具有所述稀释气体通过的贯通孔，所述倒流防止部件沿着所述稀释气体供给管的内周面设置。
如果是这样的方式，则由于倒流防止部件沿着稀释气体供给管的内周面设置，所以能够更可靠地使喷起的混合气体与倒流防止部件碰撞。
作为所述倒流防止部件的具体的方式，可以举出孔板(orifice plate)。
如果使用形成有一个贯通孔的孔板作为上述的孔板，则通过了该贯通孔的稀释气体难以绕到孔板的背侧，在该背侧发生稀释气体的滞留。尤其是在稀释气体流量为低流量区域的情况下，显著地出现该滞留。
其结果，在孔板的下游侧，在稀释气体供给管内的中央部，通过了贯通孔的稀释气体不停滞地流动，另一方面，在稀释气体供给管内的内周面附近，发生稀释气体的滞留，因此，引起混合气体中包含的排气成分的均匀性的降低、进而引起分析结果的再现性的降低。
另外，通过扩大贯通孔，使孔板的背侧的区域变窄，难以产生稀释气体的滞留，但是在该情况下，会损害孔板的倒流防止效果。
因此，为了担保倒流防止效果并且提高混合气体中包含的排气成分的均匀性，优选的是，所述倒流防止部件是设置有许多所述贯通孔的多孔式孔板。
如果是这样的构成，由于通过许多贯通孔对稀释气体进行整流，所以在多孔式孔板的下游侧，能够使稀释气体不停滞地流动。由此，能够担保倒流防止效果，并且能够提高混合气体中包含的排气成分的均匀性。
使多孔式孔板的贯通孔越小，越能提高通过该贯通孔后的稀释排气的流速，因此能够提高倒流防止效果，但是在稀释气体的流量大的分析规格中，压力损失变得过大，存在无法使用的情况。
因此，优选的是，所述多孔式孔板在所述稀释气体供给管内沿着所述稀释气体的流动方向设置有多个。
如果是这样的方式，作为多个多孔式孔板，使用贯通孔的大小不同的，由此能够根据稀释气体流量不同的各种各样的分析规格，适当地调整倒流防止效果、压力损失。
作为更具体的实施方式，优选的是，与上游侧的所述多孔式孔板的所述贯通孔相比，下游侧的所述多孔式孔板的所述贯通孔一方小。
为了对朝向倒流防止部件的贯通孔的稀释气体进行取样，优选的是，所述稀释气体取样部具有导入口，所述导入口在所述稀释气体供给管内配置成从管轴方向观察时位于所述倒流防止部件的所述贯通孔内、或者位于比将该稀释气体供给管的管轴为中心从管轴开始的内径的一半更靠内侧。
优选的是，所述导入口朝向所述稀释气体的上游侧。
如果是这样的方式，则与导入口例如朝向稀释气体的下游侧或侧方的情况相比较，能够不会勉强地采集稀释气体，并且能够使发生了喷起的情况下的混合气体难以到达导入口。
如果考虑由于设置倒流防止部件而对排气分析的影响，则优选的是，设置有所述倒流防止部件的所述稀释气体供给管的压力损失小于250Pa。
另外，本发明的排气分析系统，其特征在于，所述排气分析系统具备：混合气体流通管，所述混合气体流过所述混合气体流通管；混合气体取样部，设置在所述混合气体流通管，采集所述混合气体；定流量机构，使所述混合气体的流量成为恒定流量；气体分析仪，对采集到的所述稀释气体以及采集到的所述混合气体中包含的规定的测量对象成分进行分析；以及上述的稀释气体混合单元。
即使在这样构成的排气分析系统中也能够得到与上述的稀释气体混合单元相同的作用效果。
发明效果
按照这样构成的本发明，即使在降低稀释比使稀释气体流量降低了的情况下，也能够降低混合气体的喷起对背景测量的影响。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的排气分析系统的整体构成的示意图。
图2是表示同实施方式的稀释气体混合单元的构成的示意图。
图3是表示同实施方式的倒流防止部件的效果的实验数据。
图4是表示另外的实施方式的倒流防止部件的构成的示意图。
图5是另外的实施方式的倒流防止部件的构成的示意图。
图6是表示另外的实施方式的倒流防止部件的构成的示意图。
图7是表示另外的实施方式的稀释气体混合单元的构成的示意图。
附图标记说明
100···排气分析系统
X···稀释气体混合单元
21···排气导入管
3H···稀释气体供给管
250···稀释气体取样部
P···导入口
5···倒流防止部件
5a···贯通孔
具体实施方式
以下参照附图对使用了本发明的稀释气体混合单元的排气分析系统的一个实施方式进行说明。
本实施方式的排气分析系统100为稀释取样方式，用作为稀释气体的稀释用空气对从测试车辆200采集到的排气进行稀释，并进行浓度测量。以下，在本实施方式中，针对对排气全量进行取样、用稀释用空气进行稀释并成为恒定的已知流量的定容定容稀释取样方式进行说明。
另外，作为测试车辆200，可以举出发动机车、混动车、燃料电池车等。
具体地说，如图1所示，其具备：定容取样装置2，将排气全量以及稀释用空气导入装置中，以使将它们混合后的总流量成为恒定的方式进行控制，将稀释后的排气(以下称为混合气体)的一部分以恒定流量采集到采集袋中；稀释用空气精制装置3，将除去了大气中的杂质的精制后的稀释用空气供给到所述定容取样装置2；以及气体分析仪4，对通过所述定容取样装置2的采集袋采集到的混合气体中的规定成分(例如HC、CO、H2O、N2O等)的浓度进行分析。
定容取样装置2具备：排气导入管21，与承载在底盘测功机300上的测试车辆200的排气管200H连接；稀释气体供给管3H，与排气导入管21连接，供给稀释气体；混合气体流通管23，设置有使混合气体的流量成为恒定流量的定流量机构231；混合气体采集管24，用于分取流过该混合气体流通管23的混合气体；以及稀释气体采集管25，用于分取流过稀释气体供给管3H的稀释用空气。另外，在排气导入管21的下游可以设置除去混合气体中包含的粉尘的旋风除尘器22。另外，定容取样装置2不一定采集搭载在底盘测功机3上的测试车辆200的排气，例如也可以采集来自与发动机测功机连接的发动机的排气、来自与一个或多个测功机连接的动力传动系的排气。
定流量机构231由设置在混合气体流通管23上的文丘里管231a以及设置在该文丘里管231a的下游的涡轮鼓风机231b构成。
混合气体采集管24具备：混合气体取样部240，设置在混合气体流通管23内；混合气体采集管241，一端与混合气体取样部连接；混合气体采集泵242，设置在该混合气体采集管241上；以及混合气体袋243，收纳通过该混合气体采集泵242采集到的混合气体。另外，混合气体采集管241设置在比定流量机构231更靠上游侧。
另外，稀释气体采集管25具备：稀释气体取样部250，设置在稀释气体供给管3H内；稀释气体采集管251，与稀释气体取样部250连接；稀释气体采集泵252，设置在该稀释气体采集管251上；以及稀释气体袋253，收纳通过该稀释气体采集泵252采集到的稀释用空气。
而且，使用混合气体采集管24的混合气体袋243以及稀释气体采集管25的稀释气体袋253，通过气体分析仪4进行所谓的袋测量。
稀释用空气精制装置3从大气精制出稀释用空气，为了实现排气分析中的背景的低浓度稳定化，除去稀释用空气中的至少CO、HC、NOx、N2O中的任意一种。在该稀释用空气精制装置3中，除去CO、HC、NO、N2O等的方法如下：将稀释用空气中的CO、HC、NO、N2O转换成CO2、H2O、N2、NO2，另外利用NOx吸附剂对由NO、N2O氧化生成的NO2进行吸附处理。
在此，在本实施方式的排气分析系统100中，特征包含在图1的用虚线包围的区域中，具体地说，特征存在于将排气与稀释气体混合的稀释气体混合单元X，在以下对该稀释气体混合单元进行详述。
如图1以及图2所示，本实施方式的稀释气体混合单元X至少具备上述的稀释气体供给管3H以及设置在该稀释气体供给管3H的稀释气体取样部250，在此也具备排气导入管21的至少一部分。
本实施方式的稀释气体取样部250具有导入口P，该导入口P设置在稀释气体供给管内3H，并朝向稀释气体的上游侧。
如果更具体地进行说明，则该导入口P配置成稀释气体供给管3H的管轴L通过该导入口P，在此，配置成同管轴L通过导入口P的中心或其附近。
另外，该实施方式的导入口P在稀释气体供给管3H的管轴方向上设置在与排气导入管21相比更接近稀释气体供给管3H的上游侧开口3Ha的位置。
另外，上述的导入口P可以朝向稀释气体的下游侧，也可以朝向侧方(稀释气体供给管3H的径向)，也可以设置在与稀释气体供给管3H的上游侧开口3Ha相比更接近排气导入管21的位置。
于是，该稀释气体混合单元X还具备倒流防止部件5，该倒流防止部件5设置在稀释气体供给管3H中的比稀释气体取样部250更靠排气导入管21侧，用于防止混合气体在稀释气体供给管3H内倒流。
倒流防止部件5具有使稀释气体通过的贯通孔5a。本实施方式的倒流防止部件5例如是呈平板状的圆环状等，具体地说，是孔板。在该实施方式中，配置成上述的稀释气体取样部200的导入口P进入倒流防止部件5的贯通孔5a的内侧。另外，贯通孔5a的大小为流过稀释气体供给管3H的稀释气体的压力损失不对排气分析的分析精度造成影响的程度的大小，具体地说，使设置有倒流防止部件5的稀释气体供给管3H内的压力损失成为小于250Pa。
该倒流防止部件5沿着稀释气体供给管3H的内周面设置，换句话说，倒流防止部件5的外周面的至少一部分与稀释气体供给管3H的内周面的至少一部分接触。
在该实施方式中，倒流防止部件5遍及稀释气体供给管3H的内周面的整周设置，换句话说，倒流防止部件5的外周面的整周与稀释气体供给管3H的内周面的整周接触。
另外，作为倒流防止部件5，不一定遍及稀释气体供给管3H的内周面的整周，也可以在稀释气体供给管3H的内周面的一部分连续地或断续地设置。
另外，在此的倒流防止部件5在稀释气体供给管3H的管轴方向上设置在比导入口P更靠排气导入管21侧且与排气导入管21相比更接近稀释气体供给管3H的上游侧开口3Ha的位置。但是，倒流防止部件5也可以设置在与稀释气体供给管3H的上游侧开口3Ha相比更接近排气导入管21的位置。
按照这样构成的排气分析系统100，由于将倒流防止部件5设置在稀释气体供给管3H中的比稀释气体取样部250更靠排气导入管21侧，所以即使降低稀释比、稀释气体的流量降低、由此混合气体的一部分喷起到稀释气体供给管3H内，也能够使该混合气体与倒流防止部件5碰撞并被稀释气体推回，因此变得难以倒流到稀释气体供给管3H中。其结果，能够使喷起的混合气体难以到达稀释气体取样部250，从而能够降低该混合气体对背景测量的影响。
在此，为了对本发明的倒流防止部件5的作用效果进行说明，将使用了测试车辆的排气测试时的车速的示意图在图3的(a)中示出，并且将在同测试时从稀释气体取样部250采集到的稀释用空气中包含的CO2浓度的示意图在图3的(b)中示出。
如果在图3的(a)的A的时点踩下测试车辆的加速踏板，使车速暂时上升，则由于排气的排气流量急剧上升，与稀释用空气的流量平衡暂时变化，作为稀释后的排气的混合气体的一部分喷起。
在以往技术中，喷起的混合气体到达稀释气体取样部250，由于检测到来源于该混合气体中包含的排气的CO2，所以如图3的(b)的B所示，气体浓度暂时上升。本来，稀释气体取样部250的目的是测量稀释气体中包含的测量对象成分的浓度，如上述这样地测量了一部分排气中包含的测量对象成分，即，引起分析精度的降低。
与此相对，在使用了本发明的倒流防止部件5的情况下，如图3的(b)所示，看得出来未出现气体浓度的上升，防止了混合气体到达稀释气体取样部250。
此外，本实施方式的稀释气体取样部250的导入口P设置在稀释气体供给管3H的管轴L通过的位置，所以即使混合气体沿着稀释气体供给管3H的内壁移动并喷起，也能够使该混合气体难以到达导入口P。
而且，稀释气体的流动在稀释气体供给管3H的中心部比外周部更快，因此，也能够使混合气体难以到达导入口P。
而且，由于倒流防止部件5沿着稀释气体供给管3H的内周面设置，所以能够更可靠地使喷起的混合气体与倒流防止部件5碰撞。
另外，由于稀释气体取样部250的导入口P朝向稀释气体的上游侧，所以与导入口P朝向例如下游侧或侧方的情况相比较，能够不勉强地采集稀释气体，并且能够使发生了喷起的情况下的混合气体难以到达导入口P。
而且，由于设置有倒流防止部件5的稀释气体供给管3H的压力损失小于250Pa，所以能够担保排气分析的分析精度。
另外，本发明不限于所述实施方式。
例如，作为倒流防止部件5，在所述实施方式中为圆环状的部件，但是也可以是半圆环状、部分圆环状等呈圆环状的一部分的部件。此外，倒流防止部件5不限于平板状，例如如图4所示，也可以采用朝向稀释气体的流动方向直径缩小的截头圆锥形状等各种各样的形状。
另外，所述实施方式的稀释气体混合单元X具备一个倒流防止部件5，但是也可以具备多个倒流防止部件5。在该情况下，多个倒流防止部件5在稀释气体供给管3H内可以以管轴方向上的位置相同而周向上的位置不同的方式设置，也可以以管轴方向上的位置不同且周向上的位置不同的方式设置。
此外，倒流防止部件5在所述实施方式中具有单一的贯通孔5a，但是也可以具有多个贯通孔5a。
如图5所示，作为设置多个贯通孔5a的具体的实施方式，可以举出使用设置有许多贯通孔5a的多孔式孔板作为倒流防止部件5的方式。
如图6所示，该倒流防止部件5呈平板状，假想设定有作为形成贯通孔5a的区域的贯通孔形成区域5X。
该贯通孔形成区域5X例如是呈圆形的区域，在此是与稀释气体供给管3H的内径相同的直径尺寸(直径)的圆形。在本实施方式中，在该贯通孔形成区域5X规则地排列有相同直径尺寸的贯通孔5a。另外，贯通孔5a的大小例如在中央部与外周部可以不同，贯通孔5a的配置不限于图6所示的配置，可以适当地变更。另外，作为贯通孔形成区域5X，也可以是比稀释气体供给管3H的内径小的直径尺寸，也不限于圆形，例如也可以是多边形或矩形。
此外，在图5所示的构成中，作为倒流防止部件的多孔式孔板5在稀释气体供给管内3H沿着稀释气体的流动方向设置有多个。
在此，设置有两个多孔式孔板5，间隔件S介于它们之间。由此，上游侧的多孔式孔板5与下游侧的多孔式孔板5之间分开间隔件S的厚度而配置。另外，作为多孔式孔板5的个数，也可以是一个，还可以是三个以上。
上游侧的多孔式孔板5以及下游侧的多孔式孔板5的形成的贯通孔5a的尺寸彼此不同。更具体地说，与上游侧的多孔式孔板5的贯通孔5a相比，下游侧的多孔式孔板5的贯通孔5a一方小。另外，也可以使形成于上游侧的多孔式孔板5的贯通孔5a的数量与形成于下游侧的多孔式孔板5的贯通孔5a的数量不同。
如果是这样的构成，则通过许多贯通孔5a对稀释气体进行整流，所以在多孔式孔板5的下游侧，能够使稀释气体不停滞地流动。由此，能够担保多孔式孔板5的倒流防止效果，并且能够提高混合气体中包含的排气成分的均匀性。
此外，作为多个多孔式孔板5，由于使用贯通孔5a的大小不同的孔板，所以能够根据稀释气体流量不同的各种各样的分析规格，适当地调整倒流防止效果、压力损失。
另外，在稀释气体流量大的情况下，如果使用多孔式孔板5，则压力损失变得过大，因此在该情况下，可以使用所述实施方式的形成有一个贯通孔5a的孔板5，也可以根据稀释气体的流量将所述实施方式的孔板5与多孔式孔板5组合使用。
稀释气体取样部250的导入口P在所述实施方式中设置在稀释气体供给管3H内，但是也可以设置在稀释气体供给管3H的周壁。
另外，导入口P也可以设置在稀释气体供给管3H的管轴L不通过的位置。另外，例如如图7所示，作为管轴L不通过的导入口P的位置，可以举出导入口P收纳在比稀释排气供给管3H的内径的一半更靠内侧I的位置。
另外，作为排气分析系统100，在所述实施方式中是对排气全量进行取样的系统，但是也可以是对排气的一部分进行取样的系统。
此外，本发明不限于所述实施方式，当然在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种各样的变形。
工业实用性
按照本发明的排气分析系统100，即使在降低稀释比使稀释气体流量降低了的情况下也能够降低混合气体的喷起对背景测量的影响。

Claims (10)

1.一种稀释气体混合单元，其特征在于，
所述稀释气体混合单元用于对用稀释气体对排气进行稀释而形成的混合气体进行分析的排气分析系统，使所述稀释气体与所述排气混合，
所述稀释气体混合单元具备：
稀释气体供给管，与导入所述排气的排气导入管连接，并且向该排气导入管供给稀释气体；
稀释气体取样部，设置在所述稀释气体供给管，采集所述稀释气体；以及
倒流防止部件，设置在所述稀释气体供给管中的比所述稀释气体取样部更靠所述排气导入管侧，用于防止所述混合气体在所述稀释气体供给管内倒流。
2.根据权利要求1所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
所述倒流防止部件具有所述稀释气体通过的贯通孔，所述倒流防止部件沿着所述稀释气体供给管的内周面设置。
3.根据权利要求1或2所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
所述倒流防止部件是孔板。
4.根据权利要求2或3所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
所述倒流防止部件是设置有许多所述贯通孔的多孔式孔板。
5.根据权利要求4所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
所述多孔式孔板在所述稀释气体供给管内沿着所述稀释气体的流动方向设置有多个。
6.根据权利要求5所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
与上游侧的所述多孔式孔板的所述贯通孔相比，下游侧的所述多孔式孔板的所述贯通孔一方小。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
所述稀释气体取样部具有导入口，所述导入口在所述稀释气体供给管内配置成从管轴方向观察时位于所述倒流防止部件的所述贯通孔内、或者位于比将该稀释气体供给管的管轴为中心从管轴开始的内径的一半更靠内侧。
8.根据权利要求7所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
所述导入口朝向所述稀释气体的上游侧。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的稀释气体混合单元，其特征在于，
设置有所述倒流防止部件的所述稀释气体供给管的压力损失小于250Pa。
10.一种排气分析系统，其特征在于，
所述排气分析系统具备：
混合气体流通管，所述混合气体流过所述混合气体流通管；
混合气体取样部，设置在所述混合气体流通管，采集所述混合气体；
定流量机构，使所述混合气体的流量成为恒定流量；
气体分析仪，对采集到的所述稀释气体以及采集到的所述混合气体中包含的规定的测量对象成分进行分析；以及
如权利要求1至9中任意一项所述的稀释气体混合单元。
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