JP2008164474A - Particulate matter measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排出ガスに含まれる粒子状物質の質量や成分等を測定する粒子状物質測定装置に関するものである。 The present invention relates to a particulate matter measuring apparatus that measures the mass, components, and the like of particulate matter contained in engine exhaust gas.
従来、エンジンからの排出物質の1つである粒子状物質(PM:Particulate Mattersと称される場合もある。この明細書では以下PMとも言う。)の質量測定方法として周知なものの1つにフィルタ質量法がある。フィルタ質量法は、エンジン排出ガスの流路上にフィルタを配置してPMを捕集し、その捕集したPMの質量を秤量する方法であり、特定の標準物質が事実上存在しないPMにおいて、その質量を直接測定できることから、測定の確実性、正確性を期待できるものとして知られている。 Conventionally, a filter is one of the well-known mass measuring methods for particulate matter (also referred to as PM: Particulate Matters, also referred to as PM in this specification), which is one of exhaust materials from an engine. There is a mass method. The filter mass method is a method of collecting a PM by arranging a filter on a flow path of engine exhaust gas, and weighing the mass of the collected PM. In a PM in which a specific standard substance does not substantially exist, Since the mass can be directly measured, it is known that the reliability and accuracy of measurement can be expected.
さらに最近では、フィルタで捕集したPMを燃焼させ、そのガス濃度を分析することにより元々のPMの質量を算定するフィルタ燃焼法と称される質量測定方法が開発されてきている。このフィルタ燃焼法は、フィルタ質量法による測定に対して高い相関性を有するもので、フィルタ質量法による秤量の限界を超えた微量なPMであっても測定できる他、フィルタ水分量の安定化が不要であることから、手間もかからず比較的短い時間で測定できるという利点がある。
しかし、このフィルタ燃焼法であっても、フィルタでPMを捕集し、それを加熱し、そこで発生するガスを分析し、フィルタを冷却する、という複数の工程が必要であるため、それをトータルした測定に要する時間は、1枚のフィルタの場合、約30秒から数分かかる。本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、フィルタ捕集と燃焼法を組み合わせ、しかもそのときのフィルタ燃焼法による測定時間を短縮することにより、究極的には連続測定を可能にすることをその主たる所期課題としたものである。 However, even this filter combustion method requires a plurality of processes of collecting PM with a filter, heating it, analyzing the gas generated there, and cooling the filter, so that the total The time required for the measurement takes about 30 seconds to several minutes in the case of one filter. The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to ultimately perform continuous measurement by combining filter collection and a combustion method and reducing the measurement time by the filter combustion method at that time. This is the main desired task.
すなわち、本発明に係る粒子状物質測定装置は、加熱炉と、その加熱炉から延出する接続配管と、その接続配管の先端に連結されたフィルタ保持室とを備え、加熱炉に導かれて高温化された加熱用ガスが、接続配管を通過してフィルタ保持室に流入し、その内部に保持された捕集フィルタに吹き付けられて、当該捕集フィルタに捕集されているエンジン排出ガス中の粒子状物質を気化乃至燃焼させるように構成したものであって、前記加熱炉のガス導出部が、先端に向かって漸次内径が縮小し、その先端内径が接続配管の内径よりも小さい形状をなすものであることを特徴とする。 That is, the particulate matter measuring device according to the present invention includes a heating furnace, a connection pipe extending from the heating furnace, and a filter holding chamber connected to the tip of the connection pipe, and is guided to the heating furnace. The heated heating gas passes through the connecting pipe, flows into the filter holding chamber, is blown to the collection filter held inside, and is collected in the engine exhaust gas collected by the collection filter. The gas outlet portion of the heating furnace has a shape in which the inner diameter gradually decreases toward the tip, and the tip inner diameter is smaller than the inner diameter of the connection pipe. It is an eggplant.
また、本発明に係る加熱炉は、内部を通過するガスを高温化するとともに、接続配管を介して連結されたフィルタ保持室内のフィルタに対し、その高温化ガスを吹き付けて当該フィルタを加熱するものであって、ガス導出部が、先端に向かって漸次内径が縮小し、その先端内径が接続配管の内径よりも小さい形状をなすものであることを特徴とする。 In addition, the heating furnace according to the present invention heats the filter by blowing the high-temperature gas to the filter in the filter holding chamber connected through the connection pipe while heating the gas passing through the inside. Then, the gas outlet part is characterized in that the inner diameter gradually decreases toward the tip, and the tip inner diameter is smaller than the inner diameter of the connection pipe.
このようなものであれば、加熱炉から出た加熱用ガスは、細い流束となって進行し、フィルタに吹き付けられるまでの途中では接続配管の内面にほとんど接触しない。そして、接続配管の内面と流束との間は、流体の澱んでいる状態となる。 If it is such, the gas for a heating which came out of the heating furnace will advance as a thin flux, and will hardly contact the inner surface of a connection piping in the middle until it is sprayed on a filter. And between the inner surface of the connection pipe and the flux, the fluid is stagnant.
したがって、接続配管の温度を低く維持したままでも、加熱用ガスは、前記澱んだ流体による断熱効果作用とあいまって、接続配管に熱をほとんど奪われることなく、加熱炉で温められた温度をほぼ保ったまま、フィルタに到達することとなる。そしてその結果、従来に比べ非常にはやくフィルタの温度を上げ、PMの気化乃至燃焼を促進することができ、ひいては、測定時間の短縮を図ることができる。 Therefore, even when the temperature of the connecting pipe is kept low, the heating gas is combined with the heat insulating effect by the stagnant fluid, and the temperature heated in the heating furnace is almost not taken away by the connecting pipe. The filter is reached while keeping it. As a result, it is possible to raise the temperature of the filter very quickly as compared with the conventional case, to promote the vaporization or combustion of PM, and to shorten the measurement time.
加熱用ガスに効率よく熱を伝達するには、前記加熱炉の内部流路内に、複数の団塊状をなす、又は複数の団塊状部材を連ねて一体化した蓄熱部材を配置しておくことが好ましい。 In order to efficiently transfer heat to the heating gas, a heat storage member that forms a plurality of conglomerates or integrates a plurality of conglomerate members is disposed in the internal flow path of the heating furnace. Is preferred.
前記フィルタ保持室に排出ガスが導かれ、フィルタによる粒子状物質の捕集がなされるように構成したものにおいては、PM捕集中に加熱炉からの熱影響が大きいと測定誤差を生じ得る。かかる現象をできるだけ避けるには、前記フィルタに対し、排出ガスの通過方向とは逆方向から前記加熱用ガスが吹き付けられるように構成したものが望ましい。 In a configuration in which exhaust gas is guided to the filter holding chamber and particulate matter is collected by the filter, measurement errors may occur if the PM trapping concentration is greatly affected by heat from the heating furnace. In order to avoid such a phenomenon as much as possible, it is desirable that the heating gas is blown against the filter from the direction opposite to the exhaust gas passage direction.
このような構成の本発明によれば、フィルタ燃焼法において、粒子状物質の気化・燃焼時間を大幅に短くできるため、トータルとしての測定時間を短縮することができる。 According to the present invention having such a configuration, in the filter combustion method, the vaporization / combustion time of the particulate matter can be significantly shortened, so that the total measurement time can be shortened.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態> <First Embodiment>
この粒子状物質測定装置100は、図1に示すように、フィルタFに捕集されたPMに、高温化した加熱用ガス、すなわちN2ガス及びO2ガスをそれぞれこの順で時間差をあけて吹き付け、その気化・燃焼したガス中に含まれるCO2、NO2の質量を、NDIR(図1では示されていない)などの分析部で測定するようにしたものである。このときのCO2量、SO2量からPMを構成するSOF、硫酸塩、すすの質量を算出することができる。 As shown in FIG. 1, the particulate matter measuring apparatus 100 is arranged such that a heated gas, that is, N 2 gas and O 2 gas, is separated from the PM collected by the filter F in this order. The mass of CO 2 and NO 2 contained in the gas that has been sprayed and vaporized / combusted is measured by an analysis unit such as NDIR (not shown in FIG. 1). The mass of SOF, sulfate, and soot constituting PM can be calculated from the CO 2 amount and SO 2 amount at this time.
この図1において、符号Rは、前記加熱用ガスを通過させてこれを高温化する加熱炉である。この加熱炉Rは、その内部構造を同図に示すように、内部流路を形成する管路71と、その周囲に巻き設けたヒータ72と、さらにそのヒータ72の周囲に設けた断熱材73と、管路71内に配設した蓄熱部材である複数の耐熱セラミックボール(例えばSiC球)74とを備えているものである。そして前記ヒータ72によって管路71及びセラミックボール74が所定温度にまで暖められることで、この加熱炉Rを通過する加熱用ガスが、管路71及びセラミックボール74から熱を与えられて、その温度が上昇する。 In FIG. 1, the symbol R is a heating furnace that passes the heating gas and raises the temperature thereof. As shown in the figure, the heating furnace R has a pipe line 71 forming an internal flow path, a heater 72 wound around the pipe 71, and a heat insulating material 73 provided around the heater 72. And a plurality of heat-resistant ceramic balls (for example, SiC spheres) 74 which are heat storage members disposed in the pipe 71. Then, by heating the pipe 71 and the ceramic ball 74 to a predetermined temperature by the heater 72, the heating gas passing through the heating furnace R is given heat from the pipe 71 and the ceramic ball 74, and the temperature thereof is increased. Rises.
符号9は、フィルタ(捕集フィルタとも言う)Fを保持するフィルタ保持室である。フィルタFは、高温でも変化を起こさない例えば石英を素材として形成された薄い板状のものである。このフィルタFは、その面が加熱用ガスの流れ方向と直交するように、フィルタ保持室9内に配置されている。 Reference numeral 9 denotes a filter holding chamber that holds a filter (also referred to as a collection filter) F. The filter F is a thin plate formed of, for example, quartz that does not change even at high temperatures. The filter F is disposed in the filter holding chamber 9 so that its surface is orthogonal to the flow direction of the heating gas.
符号10は、前記フィルタ保持室9と加熱炉Rとを接続する接続配管で、直線状をなしその内径が一定の円筒状のものである。なお、この接続配管10は、フィルタ保持室9に接続されている関係上、温度を上げることは好ましくない。分析時以外のときに、フィルタFの温度が上昇して、PMの気化等が生じてしまうと、測定誤差が生じうるからである。 Reference numeral 10 denotes a connecting pipe that connects the filter holding chamber 9 and the heating furnace R, and has a straight cylindrical shape with a constant inner diameter. Note that it is not preferable to raise the temperature of the connection pipe 10 because it is connected to the filter holding chamber 9. This is because a measurement error may occur if the temperature of the filter F rises at a time other than the time of analysis and vaporization of PM occurs.
以上のような構成により、加熱炉Rのガス導出部75から出た高温のガスが、接続配管10を通ってフィルタ保持室9の流入し、その内部のフィルタFに吹き付けられるようにしている。 With the above-described configuration, the high-temperature gas that has exited from the gas lead-out portion 75 of the heating furnace R flows into the filter holding chamber 9 through the connection pipe 10 and is blown to the filter F inside.
しかして、この実施形態では、前記加熱炉Rのガス導出部75を、先端に向かって細くなる中空円錐状の形状にしている。より具体的には、ガス導出部75の内径が先端に向かって漸次縮小し、その先端内径が接続配管10の内径よりも小さい形状をなすように構成してある。なお、ガス導出部75の先端は、少なくとも断熱材73又はヒータ72よりも内側又は同一面になるように構成している。これはガス導出部75が外に突出して冷やされることを防止するためである。また、セラミックボール74は、このガス導出部75に一部が収容されてその先端近傍にまで配置されるように構成してある。 Thus, in this embodiment, the gas outlet 75 of the heating furnace R has a hollow conical shape that narrows toward the tip. More specifically, the inner diameter of the gas outlet 75 is gradually reduced toward the tip, and the tip inner diameter is configured to be smaller than the inner diameter of the connection pipe 10. Note that the tip of the gas outlet 75 is configured to be at least on the inner side or the same surface as the heat insulating material 73 or the heater 72. This is to prevent the gas outlet 75 from protruding outside and being cooled. The ceramic ball 74 is configured such that a part of the ceramic ball 74 is accommodated in the gas lead-out portion 75 and disposed near the tip thereof.
このようなものであれば、加熱炉Rから出た加熱用ガスは、図1に示すように、接続配管10の中心軸線C上を、細い流束となって進行し、捕集フィルタFに吹き付けられてそこで捕集フィルタFの全面に広がる。しかしてその途中では接続配管10の内面にはほとんど接触せず、接続配管10の内面と流束との間は、わずかに剥離したガスが残存するのみで、真空に近い状態となる。これは、シミュレーションで確認した結果である。 If this is the case, the heating gas emitted from the heating furnace R travels as a thin flux on the central axis C of the connecting pipe 10 as shown in FIG. It is sprayed and spreads over the entire surface of the collection filter F. In the middle of this, the inner surface of the connection pipe 10 is hardly contacted, and a slightly peeled gas remains between the inner surface of the connection pipe 10 and the flux, and a state close to a vacuum is obtained. This is a result confirmed by simulation.
したがって、接続配管10の温度を低く維持したままでも、加熱用ガスは、前記真空空間による断熱効果作用もあいまって、接続配管10に熱をほとんど奪われることなく、加熱炉Rで温められた温度を保ったまま、捕集フィルタFに吹き付けられこととなり、従来に比べ格段にはやく(2倍以上)捕集フィルタFの温度を上げ、PMの気化乃至燃焼を促進することができる。そして、このようにPMの気化乃至燃焼時間を短くできることにより、ひいては、ガス分析時間の短縮を図ることができる。 Therefore, even if the temperature of the connecting pipe 10 is kept low, the heating gas is heated by the heating furnace R without being deprived of heat by the connecting pipe 10 due to the heat insulating effect of the vacuum space. In this way, it is sprayed to the collection filter F, and the temperature of the collection filter F can be increased much faster (twice or more) than before, and the vaporization or combustion of PM can be promoted. In addition, since the PM vaporization or combustion time can be shortened, the gas analysis time can be shortened.
また接続配管10の温度を低く保って構わないので、PMの捕集中において、接続配管10に接続されているフィルタ保持室9やフィルタFへの熱影響を低減でき、PMの捕集中での気化などを防止して、測定精度を担保できる。 In addition, since the temperature of the connection pipe 10 may be kept low, the heat influence on the filter holding chamber 9 and the filter F connected to the connection pipe 10 can be reduced in the PM concentration, and vaporization in the PM concentration. Measurement accuracy can be assured.
<第2実施形態> Second Embodiment
前記第1実施形態に係る粒子状物質測定装置100は、特に加熱炉、フィルタ保持部を中心とした構成を述べるにとどまったが、この構成を含んださらに全体の構成の一例について、この第2実施形態で説明する。なお、以下の符号中、第1実施形態に対応する部材には同一の符号を付しているが、この第2実施形態では、加熱炉、フィルタをそれぞれ複数に用いている関係上、加熱炉の符号をRからR1、R2、R3に、またフィルタの符号をFからF1、F2、F3に変えている。 The particulate matter measuring device 100 according to the first embodiment has only described the configuration centered on the heating furnace and the filter holding unit, but this second example of the overall configuration including this configuration is also described in this second example. This will be described in the embodiment. In the following reference numerals, the same reference numerals are given to the members corresponding to the first embodiment. However, in the second embodiment, the heating furnace and the filter are used in a plurality, respectively. Is changed from R to R1, R2, and R3, and the filter is changed from F to F1, F2, and F3.
この第2実施形態に係る粒子状物質測定装置100は、図2に示すように、内燃機関であるエンジン200の排出ガス中に含まれるPMの質量を測定するものであり、エンジン200の排気管201に接続されて、運転中のエンジン200から排出される排出ガスの一部が、直接又は希釈ユニット300により希釈されて導入される。 As shown in FIG. 2, the particulate matter measuring device 100 according to the second embodiment measures the mass of PM contained in the exhaust gas of the engine 200 that is an internal combustion engine, and the exhaust pipe of the engine 200. A part of the exhaust gas that is connected to the engine 201 and is discharged from the engine 200 during operation is introduced directly or diluted by the dilution unit 300.
より具体的にこの粒子状物質測定装置100の内部構造を説明すると、この粒子状物質測定装置100は、図3に示すように、運転状態にあるエンジン200からの排出ガスが導入される導入ポートPI1と、その導入ポートPI1から3分岐する通過流路L11、L12、L13と、分岐した各通過流路L11、L12、L13にそれぞれ設けられたPM捕集用の捕集フィルタF1、F2、F3と、各フィルタF1、F2、F3を、排出ガスが通過している捕集状態、捕集されたPMが加熱されて気化乃至燃焼している加熱状態、冷却されている冷却状態の順にそれぞれ位相をずらせて遷移させる状態遷移機構6と、前記加熱状態にあるフィルタに連通し、PMが気化乃至燃焼して発生したガスを分析する分析部3と、を備えている。 More specifically, the internal structure of the particulate matter measuring device 100 will be described. As shown in FIG. 3, the particulate matter measuring device 100 is an introduction port into which exhaust gas from the engine 200 in the operating state is introduced. PI1, collection passages L11, L12, and L13 branched from the introduction port PI1, and collection filters F1, F2, and F3 for collecting PM provided in the branched passages L11, L12, and L13, respectively. And the filters F1, F2, and F3 in the order of the collection state in which the exhaust gas passes, the heating state in which the collected PM is heated to vaporize or burn, and the cooling state in which it is cooled. A state transition mechanism 6 that shifts by shifting, and an analysis unit 3 that communicates with the filter in the heated state and analyzes gas generated by vaporization or combustion of PM.
捕集フィルタF1、F2、F3は、PMを燃焼させても自身が変化したりガスを発生したりしない耐熱性の高い、例えば石英などの材質で作られたものである。 The collection filters F1, F2, and F3 are made of a material having high heat resistance such as quartz that does not change itself or generate gas even when PM is burned.
次に、前記捕集状態、加熱状態、冷却状態をそれぞれ生成するための、通過流路L11、L12、L13等を含む装置内流体回路構成について説明する。 Next, the in-device fluid circuit configuration including the passage channels L11, L12, L13 and the like for generating the collection state, the heating state, and the cooling state will be described.
まず、捕集状態を作り出すために必要な捕集状態生成回路から説明する。この回路は、前記排出ガス導入ポートPI1と、その排出ガス導入ポートPI1から3分岐する通過流路L11、L12、L13と、各通過流路L11、L12、L13における捕集フィルタF1、F2、F3の下流にそれぞれ設けた第1開閉バルブV11、V12、V13とからなる。さらに、バルブV11、V12、V13の下流において各通過流路L11、L12、L13は合流して1本の統合流路Lとなり、その統合流路Lが排気ポートPOに接続されている。この統合流路L上には、ベンチュリ管などの一定流量Qallを流す定流量器4とルーツブロワなどの吸引ポンプ5とが設けられて、排気ポートPOにいる。 First, a collection state generation circuit necessary for creating a collection state will be described. This circuit includes the exhaust gas introduction port PI1, passage passages L11, L12, L13 branched from the exhaust gas introduction port PI1, and collection filters F1, F2, F3 in the passage passages L11, L12, L13. The first open / close valves V11, V12, and V13 are provided downstream of each. Further, the passage passages L11, L12, and L13 merge to form one integrated passage L downstream of the valves V11, V12, and V13, and the integrated passage L is connected to the exhaust port PO. On the integrated flow path L, a constant flow rate device 4 for flowing a constant flow rate Qall such as a Venturi tube and a suction pump 5 such as a Roots blower are provided and located at an exhaust port PO.
このような構成において、いずれかの1つのバルブV11(V12、V13)を開き、他のバルブV12、V13((V11、V13)、(V11、V12))を閉じることによって、その開いたバルブV11(V12、V13)が設けられている通過流路L11(L12、L13)のみに排出ガスが流れ込み、対応する捕集フィルタF1(F2、F3)が捕集状態となる。 In such a configuration, by opening any one valve V11 (V12, V13) and closing the other valves V12, V13 ((V11, V13), (V11, V12)), the opened valve V11 is opened. The exhaust gas flows only into the passage channel L11 (L12, L13) provided with (V12, V13), and the corresponding collection filter F1 (F2, F3) is in the collection state.
加熱状態を作り出すために必要な加熱状態生成回路は、圧送されてくる加熱用ガスが流入する流入ポートPI2と、その流入ポートPI2から延出し途中で3分岐して、各通過流路L11、L12、L13の捕集フィルタF1、F2、F3よりも下流であって第1開閉バルブV11、V12、V13よりも上流にそれぞれ接続される加熱用ガス流路L21、L22、L23と、各加熱用ガス流路L21、L22、L23上に設けられた加熱炉R1、R2、R3と、その加熱炉R1、R2、R3の手前、すなわち前記流入ポートPI2側に設けられた第2開閉バルブV21、V22、V23とからなる。さらに、分岐前の加熱用ガス流路L2上には、加熱用ガス流量制御手段11を設けて、加熱用ガスの流量Q1を一定に制御している。 The heating state generation circuit necessary for creating the heating state is divided into an inflow port PI2 into which the heated heating gas flows in, and three branches in the middle of the extension from the inflow port PI2, and each passage flow path L11, L12. Gas flow paths L21, L22, L23 connected to the downstream of the collection filters F1, F2, F3 of L13 and upstream of the first on-off valves V11, V12, V13, and the respective heating gases Heating furnaces R1, R2, R3 provided on the flow paths L21, L22, L23, and second opening / closing valves V21, V22 provided on the front side of the heating furnaces R1, R2, R3, that is, on the inflow port PI2 side, V23. Further, a heating gas flow rate control means 11 is provided on the heating gas flow path L2 before branching, and the heating gas flow rate Q1 is controlled to be constant.
このような構成において、いずれか1つの第2開閉バルブV21(V22、V23)のみを開くと、加熱炉R1(R2、R3)を通って加熱された加熱用ガスが、対応する通過流路L11(L12、L13)に流れ込み、排出ガスの流れ方向で言えば下流側から捕集フィルタF1(F2、F3)に吹き付けられる。そして、そこに捕集されているPMを気化乃至燃焼させる。その際に発生するガスは、加熱用ガスとともに、通過流路L11(L12、L13)を排出ガスの流れ方向とは逆向きに進行し、一部は、その通過流路L11(L12、L13)の途中から分岐する分析ガス流路L41(L42、L43)を通って、ガス分析を行う分析部3に導かれる。残りはその通過流路L11(L12、L13)を排出ガスの流れ方向とは逆向きにさらに進行し、通過流路L11、L12、L13が3分岐する分岐点で排出ガスと合流して他の通過流路L12(L13、L11)に流れ込む。 In such a configuration, when only one of the second on-off valves V21 (V22, V23) is opened, the heating gas heated through the heating furnace R1 (R2, R3) becomes the corresponding passage flow path L11. (L12, L13) flows into the collection filter F1 (F2, F3) from the downstream side in terms of the flow direction of the exhaust gas. Then, the PM collected therein is vaporized or burned. The gas generated at this time travels along the passage flow path L11 (L12, L13) together with the heating gas in the direction opposite to the flow direction of the exhaust gas, and a part of the passage flow path L11 (L12, L13). Through the analysis gas flow path L41 (L42, L43) that branches from the middle of the gas, the gas is introduced to the analysis unit 3 that performs gas analysis. The rest further travels through the passage flow path L11 (L12, L13) in the direction opposite to the flow direction of the exhaust gas, and merges with the exhaust gas at the branching point where the passage flow paths L11, L12, L13 branch into three. It flows into the passage channel L12 (L13, L11).
なお、各通過流路L11、L12、L13から分岐する各ガス分析流路L41、L42、L43上には、第4開閉バルブV41、V42、V43が設けられているので、対応するバルブV41(V42、V43)のみを開いて、発生した前記ガスを分析部3に導入可能にしておく必要がある。付言しておくと、ガス分析流路は1本に統合され、その統合されたガス分析流路L4上に、ドライヤ2、分析部3、分析ガスの流量Qmを制御する分析ガス流量制御装置4がこの順で配置されている。分析部3は、例えばNDIRなどを利用したものであり、発生したガスを測定して得られたCO2及びSO2の質量からPMの質量(又は濃度)を算出するものである。 Since the fourth open / close valves V41, V42, and V43 are provided on the gas analysis channels L41, L42, and L43 branched from the passage channels L11, L12, and L13, the corresponding valves V41 (V42) are provided. , V43) only, and the generated gas needs to be introduced into the analysis unit 3. In addition, the gas analysis flow path is integrated into one, and the analysis gas flow rate control device 4 that controls the dryer 2, the analysis unit 3, and the flow rate Qm of the analysis gas on the integrated gas analysis flow path L 4. Are arranged in this order. The analysis unit 3 uses, for example, NDIR and calculates the mass (or concentration) of PM from the mass of CO 2 and SO 2 obtained by measuring the generated gas.
冷却状態を作り出すための冷却状態生成回路は、常温状態の冷却用ガスが導入されるガス流入ポートPI2と、その流入ポートPI2から延出し途中で3分岐して、各通過流路L11、L12、L13の捕集フィルタF1、F2、F3よりも下流であって第1開閉バルブV11、V12、V13よりも上流にそれぞれ接続される冷却用ガス流路L31、L32、L33と、各冷却用ガス流路L31、L32、L33にそれぞれ設けられた第3開閉バルブV31、V32、V33とからなるものである。また、分岐前の冷却用ガス流路L3上には、冷却用ガス流量制御手段12を設けている。この冷却用ガス流量制御手段12は、ベンチュリ4の流量Qallが多少変動しても、排出ガスの流入流量Qinが一定になるように、冷却用ガスの流量Q2を制御するものである。 A cooling state generation circuit for creating a cooling state includes a gas inflow port PI2 into which a cooling gas in a room temperature state is introduced, and three branches in the middle of the extension from the inflow port PI2, and each passage flow path L11, L12, Cooling gas flow paths L31, L32, L33 connected downstream of the collection filters F1, F2, F3 of L13 and upstream of the first on-off valves V11, V12, V13, and the respective cooling gas flows It consists of 3rd opening-and-closing valves V31, V32, and V33 provided in paths L31, L32, and L33, respectively. A cooling gas flow rate control means 12 is provided on the cooling gas flow path L3 before branching. This cooling gas flow rate control means 12 controls the flow rate Q2 of the cooling gas so that the inflow flow rate Qin of the exhaust gas becomes constant even if the flow rate Qall of the venturi 4 slightly varies.
このような構成において、いずれか1つの第3開閉バルブV31(V32、V33)のみを開くと、冷却用ガスは、対応する通過流路L11(L12、L13)に流れ込み、捕集フィルタF1(F2、F3)に、排出ガスの流れ方向で言えば、下流側から吹き付けられる。このようにして捕集フィルタF1(F2、F3)を冷却した冷却用ガスは、その通過流路L11(L12、L13)を排出ガスの流れ方向とは逆向きにさらに進行し、通過流路L11、L12、L13の分岐点から排出ガスと合流して他の通過流路L12(L13、L11)に流れ込む。 In such a configuration, when only one of the third open / close valves V31 (V32, V33) is opened, the cooling gas flows into the corresponding passage flow paths L11 (L12, L13), and the collection filter F1 (F2). F3) is blown from the downstream side in the direction of the exhaust gas flow. The cooling gas that has cooled the collection filter F1 (F2, F3) in this way further travels through the passage passage L11 (L12, L13) in the direction opposite to the flow direction of the exhaust gas, and the passage passage L11. , L12 and L13 join the exhaust gas and flow into the other passages L12 (L13 and L11).
なお、流量制御手段13は、ベンチュリ4の流量Qallが温度や絶対圧によって多少変動しても、トータル流量、すなわちQall-Q3の値が一定になるように、そのQ3を制御するものである(定流量器4に流れ込むガスの総流量Qallは、Qin+Q1+Q2+Q3-Qmであり、Qall-Q3を一定に保っておけば、Q1、Qmが一定であるから、前述したようにQ2を制御することで、Qinを制御できる)。 The flow rate control means 13 controls the Q3 so that the total flow rate, that is, the value of Qall-Q3 is constant even if the flow rate Qall of the venturi 4 slightly fluctuates due to temperature and absolute pressure ( The total flow rate Qall of the gas flowing into the constant flow meter 4 is Qin + Q1 + Q2 + Q3-Qm. If Qall-Q3 is kept constant, Q1 and Qm are constant, so Q2 is controlled as described above. To control Qin).
ところで、以上に説明した加熱状態生成回路及び冷却状態生成回路の構成から明らかなように、この実施形態では、加熱用ガス流路L21、L22、L23と冷却用ガス流路L31、L32、L33との始端部分である流入ポートPI2が共通化されており、加熱用ガスと冷却用ガスとは共通したガスを用いることができるようにしてある。そして流路が途中から分岐して、加熱用ガス流路L21、L22、L23を流れるガスは加熱炉R1、R2、R3で高温化されて加熱用ガスとなり、冷却用ガス流路L31、L32、L33を流れるものは、そのまま冷却用ガスとなるように構成している。なお、これら加熱用ガス流路と冷却用ガス流路とを別個に設け、異なるガスを用いるようにしても構わない。 As is apparent from the configuration of the heating state generation circuit and the cooling state generation circuit described above, in this embodiment, the heating gas passages L21, L22, L23 and the cooling gas passages L31, L32, L33 The inflow port PI2, which is the starting end portion of each, is made common, so that a common gas can be used as the heating gas and the cooling gas. Then, the flow path branches from the middle, and the gas flowing through the heating gas flow paths L21, L22, and L23 is heated to heating gas in the heating furnaces R1, R2, and R3, and becomes the heating gas, and the cooling gas flow paths L31, L32, What flows through L33 is configured to be the cooling gas as it is. The heating gas flow path and the cooling gas flow path may be provided separately and different gases may be used.
状態遷移機構6は、図3に示すように、例えば、CPU、メモリ、入出力チャネルなどから構成された専用乃至汎用のいわゆるコンピュータであり、そのメモリに格納したプログラムにしたがってCPUが動作してバルブ制御信号を出力し、前記流体回路における各バルブV11〜V43を開閉制御するものである。 As shown in FIG. 3, the state transition mechanism 6 is a dedicated or general-purpose computer composed of, for example, a CPU, a memory, an input / output channel, etc., and the CPU operates according to a program stored in the memory. A control signal is output to control opening / closing of the valves V11 to V43 in the fluid circuit.
具体的なバルブV11〜V43の開閉制御のタイミングチャートを図4、各状態を図5〜図7に示す。 FIG. 4 is a timing chart of the opening / closing control of the specific valves V11 to V43, and FIGS.
まず図5に示すように、第1フィルタF1が捕集状態にあるときに、第2フィルタF2は加熱状態にあり、第3フィルタF3は冷却状態にある。そして次の状態遷移により、第1フィルタF1は加熱状態、第2フィルタF2は冷却状態、第3フィルタF3は捕集状態となる(図6参照)。さらにその次の状態遷移により、第1フィルタF1は冷却状態、第2フィルタF2は捕集状態、第3フィルタF3は加熱状態となる(図7参照)。そしてこのサイクルを繰り返す。 First, as shown in FIG. 5, when the first filter F1 is in the collection state, the second filter F2 is in the heating state and the third filter F3 is in the cooling state. By the next state transition, the first filter F1 is in the heating state, the second filter F2 is in the cooling state, and the third filter F3 is in the collecting state (see FIG. 6). Further, by the next state transition, the first filter F1 is in the cooling state, the second filter F2 is in the collecting state, and the third filter F3 is in the heating state (see FIG. 7). Then repeat this cycle.
しかして、各フィルタF1(F2、F3)に着目すれば、捕集状態、加熱状態、冷却状態の順に状態遷移する。一方で、フィルタF1、F2、F3毎の状態位相は互いにずれていおり、特に1つのフィルタが捕集状態を終えると、空き時間なく次のフィルタが捕集状態となる。 Therefore, when attention is paid to each filter F1 (F2, F3), the state transitions in the order of the collection state, the heating state, and the cooling state. On the other hand, the state phases of the filters F1, F2, and F3 are shifted from each other. In particular, when one filter finishes the collection state, the next filter is in the collection state with no free time.
したがって、このような構成であれば、いずれかのフィルタF1(F2、F3)が常に捕集状態となっており、PMの捕集もれがないうえ、3枚のフィルタF1、F2、F3が次々と加熱状態、すなわちガス分析状態となるので、従来のように1つのフィルタで分析するのに比べ、測定間隔を実質的に1/3に短縮することができる。また、第1実施形態で述べたように、加熱炉R1〜R3の特徴構成により、ガス燃焼時間をも短縮できるので、測定時間をさらに短くできる効果も重畳されて、その時間分解能を飛躍的に向上させることができる。 Therefore, with such a configuration, one of the filters F1 (F2, F3) is always in a collecting state, PM is not collected, and the three filters F1, F2, F3 Since the heating state, that is, the gas analysis state, is continued one after another, the measurement interval can be substantially shortened to 1/3 as compared with the conventional case of analyzing with one filter. Further, as described in the first embodiment, since the gas combustion time can be shortened by the characteristic configuration of the heating furnaces R1 to R3, the effect of further shortening the measurement time is also superimposed, and the time resolution is dramatically improved. Can be improved.
さらに言えば、この3つのフィルタを有した流体回路を基本構成として、複数の流体回路を並列に設け、各流体回路での位相をずらせることで、サンプリングタイムを1つのフィルタの場合の1/6(2つの流体回路の場合)、1/9(3つの流体回路の場合)・・・と言うぐあいに、さらに短縮することも可能である。 Furthermore, with the fluid circuit having these three filters as a basic configuration, a plurality of fluid circuits are provided in parallel, and the phase in each fluid circuit is shifted, so that the sampling time is 1 / 6 (in the case of two fluid circuits), 1/9 (in the case of three fluid circuits)... Can be further shortened.
また、フィルタ燃焼法を基本的には利用しているので、PMの質量測定において精度と信頼性を担保でき、しかも天秤法のように、フィルタの着脱や水分量の安定化、あるいは水分量安定化のための大型機器が必要ないので、車両搭載も可能である。 In addition, since the filter combustion method is basically used, accuracy and reliability can be ensured in the mass measurement of PM, and the attachment / detachment of the filter, stabilization of the water content, or stabilization of the water content, as in the balance method. Since no large-scale equipment is required to make it easier, it can be mounted on a vehicle.
そして本装置100を車両搭載した場合は、前述したように、測定の時間分解能を従来に比べ大幅に向上できるので、路上実走行など、エンジン200が動的に運転されている状況においてのPM排出量の時間変化を連続測定に近い状態で把握でき、従来ではなし得なかったエンジン200の動的解析やそれによる性能向上などに寄与できる。 When the present apparatus 100 is mounted on a vehicle, as described above, the time resolution of measurement can be greatly improved as compared with the conventional case. Therefore, PM emission in a situation where the engine 200 is dynamically operated, such as actual driving on the road. The time change of the quantity can be grasped in a state close to continuous measurement, which can contribute to the dynamic analysis of the engine 200 that could not be achieved in the past and the performance improvement thereby.
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではない。例えば流体回路構成の変更は適宜可能であるし、加熱炉を用いず、フィルタを保持しているフィルタ保持室を加熱するようにしてもよい。状態遷移機構もコンピュータのみならず、シーケンサなど、他の電気制御機器を用いて構わない。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the fluid circuit configuration can be changed as appropriate, and the filter holding chamber holding the filter may be heated without using a heating furnace. As the state transition mechanism, not only a computer but also other electric control devices such as a sequencer may be used.
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 In addition, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
100・・・粒子状物質測定装置
200・・・エンジン200
3・・・分析部
6・・・状態遷移機構
L11、L12、L13・・・通過流路
L2、L21、L22、L23・・・加熱用ガス流路
L3、L31、L32、L33・・・冷却用ガス流路
F1、F2、F3・・・捕集フィルタ
R1、R2、R3・・・加熱炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Particulate matter measuring device 200 ... Engine 200
3 ... analyzer 6 ... state transition mechanisms L11, L12, L13 ... passing passages L2, L21, L22, L23 ... heating gas passages L3, L31, L32, L33 ... cooling Gas flow paths F1, F2, F3 ... collection filters R1, R2, R3 ... heating furnace
Claims (4)
前記加熱炉のガス導出部が、先端に向かって漸次内径が縮小し、その先端内径が接続配管の内径よりも小さい形状をなすものである粒子状物質測定装置。 A heating furnace, a connecting pipe extending from the heating furnace, and a filter holding chamber connected to the tip of the connecting pipe are provided, and the heating gas that has been heated to the heating furnace passes through the connecting pipe. Then, it flows into the filter holding chamber, and is blown to the collection filter held therein, so that the particulate matter in the engine exhaust gas collected by the collection filter is vaporized or burned. And
The particulate matter measuring device in which the gas outlet portion of the heating furnace has a shape in which the inner diameter gradually decreases toward the tip, and the tip inner diameter is smaller than the inner diameter of the connection pipe.
ガス導出部が、先端に向かって漸次内径が縮小し、その先端内径が接続配管の内径よりも小さい形状をなすものである加熱炉。 The temperature of the gas passing through the inside is increased, and the filter is heated by blowing the increased temperature gas to the filter in the filter holding chamber connected through the connection pipe,
A heating furnace in which the gas outlet portion has a shape in which the inner diameter gradually decreases toward the tip, and the tip inner diameter is smaller than the inner diameter of the connection pipe.
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