JP2000292321A

JP2000292321A - 抽出希釈装置及びサンプル採取装置

Info

Publication number: JP2000292321A
Application number: JP11096592A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Sekiya; 光伸関谷
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ希釈トンネル内の圧力を一定に保
ち、ＰＭ測定精度を悪化させることなく、部分希釈全量
サンプル採取方式を実現する。【解決手段】排ガスの一部を抽出する抽出管３と、希
釈用空気を発生する希釈空気源５と、抽出管３で抽出し
た抽出ガスを、希釈用空気によって希釈する希釈トンネ
ル４と、制御用空気を発生する制御空気源１５と、抽出
管３の抽出流の流量を検出する流量計１１と、流量計１
１の検出結果に基づいて、制御用空気によって抽出流の
流量を制御するコントローラ１２，制御弁１４、コント
ロールノズル１３等を含み、希釈トンネル４で希釈した
希釈排ガスの全量を、サンプルフィルタ８で採取する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の排出ガス
等の希釈対象流体をサンプリング（抽出）して希釈する
抽出希釈装置、及び、その希釈された流体に含くまれて
いる微量物質（パーティキュレートマター；以下、ＰＭ
という）をサンプル（標本）として採取するサンプル採
取装置に関するものである。

【０００２】図１０は、サンプル採取装置の分類を示し
た図である。この種のサンプル採取装置は、図１０
（Ａ）に示すように、エンジンＥの排気管Ｅｘからの排
ガスの全量（１／１）をとって、全量希釈トンネルＦＤ
Ｔ内の一部量（例えば、１／１０００〜１／４０００）
をサンプルフィルタＳＦで採取する全量希釈部分サンプ
ル採取方式（フルダイリューショントンネル方式）と、
図１０（Ｂ）に示すように、エンジンＥの排気管Ｅｘか
らの排ガスを分流器Ｄｖで一部量分流し（例えば、１／
１００）、ミニ希釈トンネルｍＤＴ内の一部量（例え
ば、１／１０〜１／４０）をサンプルフィルタＳＦで採
取する部分希釈部分サンプル採取方式（ミニダイリュー
ショントンネル方式）と、図１０（Ｃ）に示すように、
エンジンＥの排気管Ｅｘからの排ガスを分流器Ｄｖで一
部量分流し（例えば、１／１０００〜１／４０００）、
マイクロ希釈トンネルμＤＴ内の全量（１／１）をサン
プルフィルタＳＦで採取する部分希釈全量サンプル採取
方式（マイクロダイリューショントンネル方式）とに分
類される。

【０００３】図１０の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）方式の順に、
測定精度が悪くなるが、装置が小形化し、コストダウン
が図れるという利点がある。

【０００４】図１１は、従来のサンプル採取装置（部分
希釈全量サンプル採取方式）の一例を示す模式図であ
る。この抽出希釈装置は、エンジンからの排ガスが排気
される排気管１の途中に流量計（ＭＤｅ）２が設けられ
ている。この流量計（ＭＤｅ）２は、排気管１内を流れ
る排ガスのエンジン総排出流量（Ｇｅ）を測定する。抽
出（サンプリング）管３は、排気管１から予め設定され
た分流比（ＳＲ：通常１０００〜４０００）に従ったサ
ンプリング流量（Ｇｓ）を抽出して、希釈トンネル４に
導入する。このとき、次式の関係がある。

【０００５】Ｇｓ＝Ｇｅ／ＳＲ・・・（式１）ただし、ＳＲ：分流比

【０００６】希釈トンネル４は、希釈空気源５からの希
釈空気によって、導入された排ガスを希釈するものであ
る。希釈空気源５から希釈トンネル４への管路には、制
御弁（ＣＶ）６，流量計（ＭＤｄ）７が設けられてい
る。希釈トンネル４に導入された一部量の排ガスは、希
釈空気源５からの希釈空気により希釈され、希釈排ガス
となる。このときのサンプリング流量Ｇｓは、希釈空気
流量Ｇｄと希釈排ガス流量Ｇｔの関数となる。すなわ
ち、次式の関係がある。

【０００７】Ｇｓ＝ｆ（Ｇｔ，Ｇｄ）・・・（式２）

【０００８】希釈排ガスは、サンプルフィルタ８を通し
て、予め設定された一定量でポンプ１０によって吸引さ
れる。このときの流量は、流量計（ＭＤｔ）９により計
測され、測定値（Ｇｔ）が得られる。サンプルフィルタ
８は、希釈排ガス中のＰＭを採取し、別途後処理した後
に、その採取が重量測定される。

【０００９】このサンプル採取装置では、サンプリング
流量（Ｇｓ）が、時々刻々変化するエンジン総排出流量
（Ｇｅ）に従って、（式１）が成立するようにする必要
があるので、制御弁（ＣＶ）６は、（式２）の関係に従
って、希釈空気流量（Ｇｄ）の値を制御する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の方式は、以下のような問題点があった。（１）（式２）に関して、ＧｓとＧｔ，Ｇｄの量的関係
は、代表的な例では、Ｇｓ：Ｇｄ：Ｇｔ＝１：９：１０〜１：３９：４０・・・（式３）程度であり、Ｇｓの算出は、１０〜４０倍の広い測定レ
ンジである流量計（ＭＤｄ，ＭＤｔ）から求めることと
なり、Ｇｓの値の精度確保が困難であり、ＰＭの測定精
度を悪化させる主要因となっている。

【００１１】（２）Ｇｅのダイナミックレンジは、対
象エンジンにより、約４〜６倍程度あり、前記（式３）
の関係は、Ｇｓ：Ｇｄ：Ｇｔ＝１：９：１０〜１：５９：６０＝１：３９：４０〜１：１５９：１６０・・・（式４）となり、さらに困難な問題となっている。

【００１２】（３）希釈トンネル内の圧力に関し、流
量は、（式１），（式２）の関係を常に成立させるため
に、希釈トンネル内圧は、排気管内のサンプリングポイ
ントＳＰ（図１１参照）の圧力状態に影響され、一定値
とはならない。このことは、希釈トンネル内での未だ十
分には解明されていないＰＭの生成又は生長過程の問題
に影響を及ぼす可能性があり、望ましいものではない。
現在、ＰＭ測定装置は、全量希釈部分サンプル採取方式
（フルダイリューショントンネル方式）が基準器である
が、この場合に、希釈トンネル内圧は、常時、ほぼ大気
圧となっている。

【００１３】（４）希釈トンネル内の圧力が常時変動
する状況下であっても、希釈排ガスの流量を、常時一定
流量に保つ必要があるが、実状としては困難であり、Ｐ
Ｍ測定精度の悪化の原因となっている。

【００１４】本発明の目的は、希釈トンネル内の圧力を
一定に保ち、ＰＭ測定精度を悪化させることなく、部分
希釈全量サンプル採取方式を実現できる抽出希釈装置及
びサンプル採取装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、希釈対象流体の一部を抽出する
抽出手段（３）と、希釈用流体を発生又は流入する希釈
流体源（５）と、前記抽出手段で抽出した希釈対象流体
を、前記希釈用流体によって希釈する希釈手段（４）
と、制御用流体を発生又は流入する制御流体源（１５）
と、前記抽出手段の抽出流の流量を検出する抽出流量検
出手段（１１）と、前記抽出流量検出手段の検出結果に
基づいて、前記制御用流体の流量又は圧力を制御する抽
出流制御手段（１２，１３，１４）と、を備えた抽出希
釈装置である。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１に記載の抽出
希釈装置において、前記希釈流体源は、一定圧の状態に
維持することを特徴とする抽出希釈装置である。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１に記載の抽出
希釈装置において、前記希釈流体源は、大気に解放され
ていることを特徴とする抽出希釈装置である。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１に記載の抽出
希釈装置において、前記制御流体源は、前記希釈用流体
の圧力を調整して用いること（１８）を特徴とする抽出
希釈装置である。

【００１９】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれか１項に記載の抽出希釈装置において、前
記抽出流制御手段は、前記抽出手段の抽出流放出部又は
流路に設けられ、前記制御用流体を流入する流入部（１
３）と、前記流入部の上流側に設けられ、流入する前記
制御用流体の流量を制御する流量制御部（１４）と、を
備えることを特徴とする抽出希釈装置である。

【００２０】請求項６の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれか１項に記載の抽出希釈装置において、前
記抽出流制御手段は、前記抽出手段の抽出流放出部に対
向して配置され、前記制御用流体を対向流として放出す
る対向流放出部（２１）と、前記対向流放出部を前記抽
出流放出部に対して、抽出流軸方向の略垂直方向及び／
又は略平行方向に移動させ、或いは、抽出流軸方向の相
対角を変化させる駆動部（２２）と、を備えることを特
徴とする抽出希釈装置である。

【００２１】請求項７の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれか１項に記載の抽出希釈装置において、前
記抽出流制御手段は、前記抽出手段の抽出流放出部に対
向して配置され、前記制御用流体を対向流として放出す
る対向流放出部（２１）と、前記対向流放出部と前記抽
出流放出部との間に設けられ、前記制御用流体の一部を
遮蔽する遮蔽部（２３）と、を備えることを特徴とする
抽出希釈装置である。

【００２２】請求項８の発明は、請求項１から請求項７
までのいずれか１項に記載の抽出希釈装置と、前記抽出
希釈装置で希釈された流体の全量に含まれる微量物質を
サンプルとして採取するサンプル採取手段（８）と、を
備えたサンプル採取装置である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。（第１実施形態）図１は、本発明によるサンプル採取装
置の第１実施形態を示す図である。なお、以下に説明す
る各実施形態では、前述した従来例と同様な機能を果た
す部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省
略する。

【００２４】流量計（ＭＤｓ）１１は、抽出管３に設け
られ、排気管１から希釈トンネル４に導入される排ガス
の一部の流量を直接測定するためのものであり、例え
ば、超音波流量計などが用いることができる。この流量
計（ＭＤｓ）１１の測定結果は、コントローラ１２に出
力される。流量計（ＭＤｓ）１１は、排ガスの一部（抽
出流）の流量を直接測定するので、Ｇｓの測定精度の問
題点（１）、（２）が解決される。

【００２５】コントロールノズル１３は、抽出管３の出
口に設けられ、希釈トンネル４に導入する排ガスの流量
を制御するノズルである。このコントロールノズル１３
には、制御空気源１５からの制御用空気が制御弁（Ｃ
Ｖ）１４を介して、接続されている。制御弁（ＣＶ）１
４は、コントローラ１２からの制御信号により流量が調
整される。

【００２６】制御空気源１５は、希釈空気源５からの希
釈用空気を、清浄にするためのフィルタ１６を通して、
圧縮機１８で圧縮した空気が供給される。また、フィル
タ１６を通した空気は、空気中に含まれるＰＭをサンプ
リングするバックグラウンドサンプリングフィルタ１７
にも供給される。

【００２７】本実施形態では、一部の排ガスは、希釈ト
ンネル４への流入量を制御するためのコントロールノズ
ル１３を経て、希釈トンネル４内に導入される。希釈ト
ンネル４内に導入された一部量（Ｇｓ）の排ガスと、制
御用空気量（Ｇｃ）とは、常時、ほぼ大気圧の希釈空気
により希釈され、希釈排ガスとなる。このときの関係式
は、（式５）となる。

【００２８】Ｇｔ＝ｆ（Ｇｓ，Ｇｃ）＋Ｇｄ・・・（式５）

【００２９】但し、流量計（ＭＤｓ）１１によって、Ｇ
ｓを直接測定しているので、Ｇｔを流量計（Ｍｄｔ）９
で測定する以外は、Ｇｃ、Ｇｄの値を知る必要はない。
なお、前述した（式１）を満たす必要があることは従来
と同様である。従って、希釈トンネル４の内圧は、常時
ほぼ大気圧状態となり、従来方式の問題点（３）が解決
される。同様に、問題点（４）が解決される。

【００３０】（第２実施形態）図２は、本発明によるサ
ンプル採取装置の第２実施形態を示す図である。第２実
施形態は、抽出管３の出口（抽出流放出部）３ａに対向
して配置され、制御空気源１５の制御用空気を対向流と
して放出する対向流管２１と、対向流放出管２１を、抽
出管３の出口３ａに対して、抽出流軸方向の略垂直方向
及び／又は略平行方向に移動させ、或いは、抽出流軸方
向の相対角を変化させる駆動部２２が設けられている。
また、希釈トンネル４は、希釈用フィルタ１６を介し
て、大気に連通している大気開放型である。

【００３１】図３〜図７は、第２実施形態によるサンプ
ル採取装置の対向流による抽出流制御機構を示す図であ
る。図３は、対向流管２１を抽出管３に対して、抽出流
方向（矢印Ｓ）と略垂直方向に、ｗａ（＝０），ｗｂ，
ｗｃだけ移動した場合を示している。図３（ａ），
（ｂ），（ｃ）の各状態における抽出管３の出口３ａ近
傍の圧力を、それぞれｐａ，ｐｂ，ｐｃとすると、Ｖｃ
が一定の条件下では、次の関係が成立する。

【００３２】Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ・・・（６）

【００３３】また、抽出管３内の流量を、それぞれＧｓ
ａ，Ｇｓｂ，Ｇｓｃとすると、抽出管３の入口の圧力Ｐ
ｅが一定の条件下では、次式の関係が成立する。

【００３４】Ｇｓａ＜Ｇｓｂ＜Ｇｓｃ・・・（７）

【００３５】従って、抽出管３と対向流管２１の相対位
置を適切に調整することにより、抽出流の流量Ｇｓを制
御することが可能となる。

【００３６】図４は、対向流管２１を抽出管３に対し
て、抽出流軸方向（矢印Ｓ）と平行方向に、Ｌａ（＝基
準値），Ｌｂ，Ｌｃだけ移動した場合を示している。図
５は、対向流管２１を抽出管３に対して、抽出流軸方向
（矢印Ｓ）と相対角を、θａ（＝０），θｂ，θｃだけ
変化させた場合を示している。これらの場合も、対向流
管２１を抽出管３に対して、適切に調整することによ
り、抽出流の流量Ｇｓを制御することが可能となる。

【００３７】図６は、対向流管２１と抽出管３との間に
挿入され、対向流の一部を遮蔽する遮蔽物２３が設けら
れており、この遮蔽物２３の位置を、抽出流方向（矢印
Ｓ）と略垂直方向に、ｔａ（＝０），ｔｂ，ｔｃだけ移
動したものである。この場合は、遮蔽物２３の位置を適
切に調整することにより、抽出流の流量Ｇｓを制御する
ことが可能となる。

【００３８】図７は、対向流管２１及び抽出管３の出口
付近の断面形状を目的に合わせて変更したものである。
この場合は、それぞれの出口付近の断面形状を、適切に
設計することにより、抽出流の流量Ｇｓの制御特性を選
定することが可能となる。

【００３９】図８は、第２実施形態によるサンプル採取
装置の対向流による抽出流制御機構の変形例を示す図で
ある。図８の例では、抽出管３の先端に第１実施形態と
同様なコントロールノズル１３を設け、そのコントロー
ルノズル１３への導入管２４に、対向流管２２を配置し
たものである。対向流管２２の調整は、図３〜図７まで
の方法を同様に適用することができる。

【００４０】図１２は、第２実施形態によるサンプル採
取装置の対向流による抽出流制御機構の他の変形例を示
す図である。図２では、抽出管３の出口３ａと対向流管
２１の流路の方向が、希釈トンネル４内の流れの方向と
略直交する方向に配置されている例で示したが、図１２
（Ａ）に示すように、抽出管３の出口３ａ付近に枝管を
設けて排出口としたり、図１２（Ｂ）に示すように、抽
出管３と対向流管２１の出口付近を曲げて、抽出ガスの
排出方向を、希釈トンネル４内の流れの方向に合わせる
ことが望ましい。

【００４１】（第３実施形態）図９は、本発明によるサ
ンプル採取装置の第３実施形態を示す図である。第３実
施形態では、抽出管３に設けられた流量計（ＭＤｓ）１
１によって、排気管１から希釈トンネル４に導入される
排ガスの一部の流量を直接測定するのは第１実施形態と
同じであるが、コントローラ１２によって、抽出管３の
途中に設けられた流量調整弁１９を制御するようにした
ものである。ここでは、制御空気源１５は、希釈空気源
５とは別の清浄な高圧空気源を用いている。

【００４２】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、種々の変形や変更が可能であって、そ
れらも本発明の均等の範囲内である。（１）希釈用流体は、空気の例で説明したが、希釈対象
流体の種類によっては、不活性ガスなどを用いてもよ
い。

【００４３】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、測定対象流体の一部を抽出した抽出流の流量を直
接検出して、その抽出流の流量又は圧力を、制御用流体
を用いて制御するので、希釈手段内の圧力を一定に保つ
ことが可能となり、サンプル採取の精度を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサンプル採取装置の第１実施形態
を示す図である。

【図２】本発明によるサンプル採取装置の第２実施形態
を示す図である。

【図３】第２実施形態に係る対向流による抽出流制御機
構の対向流管を抽出管に対して、抽出流方向と略垂直方
向に移動させた場合を示す図である。

【図４】第２実施形態に係る対向流による抽出流制御機
構の対向流管を抽出管に対して、抽出流方向と略垂直方
向に平行させた場合を示す図である。

【図５】第２実施形態に係る対向流による抽出流制御機
構の対向流管を抽出管に対して、抽出流方向と相対角を
変化させた場合を示す図である。

【図６】第２実施形態に係る対向流による抽出流制御機
構の対向流管と抽出管との間に遮蔽物を挿入する場合を
示す図である。

【図７】第２実施形態に係る対向流による抽出流制御機
構の対向流管及び抽出管の出口付近の断面形状を示した
図である。

【図８】第２実施形態によるサンプル採取装置の対向流
による抽出流制御機構の変形例を示す図である。

【図９】本発明によるサンプル採取装置の第３実施形態
を示す図である。

【図１０】一般的なサンプル採取装置の分類を示した図
である。

【図１１】従来のサンプル採取装置（部分希釈全量サン
プリング方式）の一例を示す図である。

【図１２】第２実施形態によるサンプル採取装置の対向
流による抽出流制御機構の他の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１排気管２流量計（ＭＤｅ）３抽出管４希釈トンネル５希釈空気源６制御弁（ＣＶ）７流量計（ＭＤｄ）８サンプルフィルタ９流量計（ＭＤｔ）１０ポンプ１１流量計（ＭＤｓ）１２コントローラ１３コントロールノズル１５制御空気源１４制御弁（ＣＶ）１６希釈用フィルタ１７バックグラウントサンプリングフィルタ１８圧縮機２１対向流管２２駆動部２３遮蔽物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希釈対象流体の一部を抽出する抽出手段
と、希釈用流体を発生又は流入する希釈流体源と、前記抽出手段で抽出した希釈対象流体を、前記希釈用流
体によって希釈する希釈手段と、制御用流体を発生又は流入する制御流体源と、前記抽出手段の抽出流の流量を検出する抽出流量検出手
段と、前記抽出流量検出手段の検出結果に基づいて、前記制御
用流体の流量又は圧力を制御する抽出流制御手段と、を
備えた抽出希釈装置。
【請求項２】請求項１に記載の抽出希釈装置におい
て、前記希釈流体源は、一定圧の状態に維持することを特徴
とする抽出希釈装置。
【請求項３】請求項１に記載の抽出希釈装置におい
て、前記希釈流体源は、大気に解放されていることを特徴と
する抽出希釈装置。
【請求項４】請求項１に記載の抽出希釈装置におい
て、前記制御流体源は、前記希釈用流体の圧力を調整して用
いることを特徴とする抽出希釈装置。
【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の抽出希釈装置において、前記抽出流制御手段は、前記抽出手段の抽出流放出部又は流路に設けられ、前記
制御用流体を流入する流入部と、前記流入部の上流側に設けられ、流入する前記制御用流
体の流量を制御する流量制御部と、を備えることを特徴とする抽出希釈装置。
【請求項６】請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の抽出希釈装置において、前記抽出流制御手段は、前記抽出手段の抽出流放出部に対向して配置され、前記
制御用流体を対向流として放出する対向流放出部と、前記対向流放出部を前記抽出流放出部に対して、抽出流
軸方向の略垂直方向及び／又は略平行方向に移動させ、
或いは、抽出流軸方向の相対角を変化させる駆動部と、
を備えることを特徴とする抽出希釈装置。
【請求項７】請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の抽出希釈装置において、前記抽出流制御手段は、前記抽出手段の抽出流放出部に対向して配置され、前記
制御用流体を対向流として放出する対向流放出部と、前記対向流放出部と前記抽出流放出部との間に設けら
れ、前記制御用流体の一部を遮蔽する遮蔽部と、を備え
ることを特徴とする抽出希釈装置。
【請求項８】請求項１から請求項７までのいずれか１
項に記載の抽出希釈装置と、前記抽出希釈装置で希釈された流体の全量に含まれる微
量物質をサンプルとして採取するサンプル採取手段と、
を備えたサンプル採取装置。