JP2014173910A - 排ガスサンプリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】希釈排ガスを採取するサンプリング部を複数のベンチュリで構成した場合において、装置を大型化及びコスト増大を抑えつつ、複数のベンチュリの組み合わせにより得られる希釈排ガス流量に合わせて希釈用ガス流量を精度良く得る。
【解決手段】希釈排ガスの一部を採取するサンプリング部8が、希釈排ガス分析機器に導入される希釈排ガスの流量を制御する複数のベンチュリを並列に接続して構成されており、希釈用ガスサンプル流路SL2に設けられた流量制御部9が、希釈用ガス分析機器に導入される希釈用ガスの流量を制御する複数のベンチュリを並列に接続して構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばエンジンから出た排ガスを大気等の希釈用ガスで希釈して、その希釈された排ガスをサンプリングする排ガスサンプリング装置に関するものである。
この種の排ガスサンプリング装置としては、特許文献1に示すように、排ガス導入ポートから導入された排ガスが流れるメイン流路に、希釈用ガスを導入する希釈用ガス流路を接続し、その接続点の下流側において希釈された希釈排ガスの一部をサンプリングして、希釈排ガス採取バッグに採取するものがある。また、この排ガスサンプリング装置は、前記希釈排ガス採取バッグに採取された希釈排ガスの成分濃度のバックグランド補正を行うために、前記希釈用ガス流路から希釈用ガスの一部をサンプリングして、希釈用ガス採取バッグに採取している。そして、希釈排ガス採取バッグの希釈排ガスの成分濃度から希釈用ガス採取バッグの希釈用ガスの成分濃度を差し引くことで、排ガスの成分濃度を算出している。
具体的にこの排ガスサンプリング装置は、メイン流路にサンプリングベンチュリを設けて、希釈排ガス採取バッグに一定流量で採取するように構成されており、また、希釈用ガス流路にニードルバルブを設けて、希釈用ガス採取バッグに一定流量で採取するように構成されている。そして、希釈排ガス採取バッグへのサンプリング時間内において、希釈排ガス採取バッグに採取される希釈排ガス量と希釈用ガス採取バッグに採取される希釈用ガス量とを略同一にするために、前記サンプリングベンチュリの臨界流量と、前記ニードルバルブの制御流量とが略同一となるように構成されている。
ここで、例えば試験サイクルの変更に伴い前記サンプリング流量などを変更する等のために、複数のサンプリングベンチュリを設けて、それらサンプリングベンチュリを切り替える又は組み合わせることが考えられている。このとき、前記サンプリング時間内において、希釈排ガス採取バッグに採取される希釈排ガス量と希釈用ガス採取バッグに採取される希釈用ガス量とを略同一にするために、前記複数のサンプリングベンチュリの臨界流量と同一の制御流量を有する複数のニードルバルブを並列に設けることが考えられる。そして、複数のサンプリングベンチュリを組み合わせて希釈排ガス流量を制御した場合には、前記複数のニードルバルブを組み合わせて希釈用ガス流量を制御する必要がある。
しかしながら、ニードルバルブはバルブ上流側の圧力とバルブ下流側の圧力との差圧により流量が決まるところ、複数のニードルバルブを組み合わせて用いた場合にはバルブ単体での圧力条件と異なり、設定した流量が流れないため、希釈排ガス流量と同一の流量が得られない。このため、前記サンプリング時間において希釈排ガス採取バッグに採取された希釈排ガス量と希釈用ガス採取バッグに採取された希釈用ガス量とが異なってしまい、バックグランド補正を正確に行うことが難しいという問題がある。
また、複数のサンプリングベンチュリを組み合わせて得られる複数の希釈排ガス流量毎に、その希釈排ガス流量と同じ制御流量を有する複数のニードルバルブを設けることが考えられるが、装置が大型化してしまい、コストが増大してしまうという問題がある。
特開2001−264223号公報
そこで本発明は、希釈排ガスを採取するサンプリング部を複数のベンチュリで構成した場合において、装置を大型化及びコスト増大を抑えつつ、複数のベンチュリの組み合わせにより得られる希釈排ガス流量に合わせて希釈用ガス流量を精度良く得ることをその主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係る排ガスサンプリング装置は、排ガスを導入するための排ガス導入ポートと、希釈用ガスを導入するための希釈用ガス導入ポートと、前記排ガス導入ポートに一端が接続されたメイン流路と、前記希釈用ガス導入ポートに一端が接続され、他端が前記メイン流路に接続された希釈用ガス流路と、前記メイン流路及び前記希釈用ガス流路の接続点又はその下流側に設けられ、前記希釈用ガスにより希釈された希釈排ガスの一部を採取するサンプリング部と、前記サンプリング部に一端が接続され、他端が希釈排ガス分析機器に接続された希釈排ガスサンプル流路と、前記希釈用ガス流路に一端が接続され、他端が希釈用ガス分析機器に接続された希釈用ガスサンプル流路と、前記希釈用ガスサンプル流路に設けられて、当該希釈用ガスサンプル流路を流れる希釈用ガスの流量を制御する流量制御部とを備え、前記サンプリング部が、前記希釈排ガス分析機器に導入される希釈排ガスの流量を制御する複数のベンチュリを並列に接続して構成されており、前記流量制御部が、前記希釈用ガス分析機器に導入される希釈用ガスの流量を制御する複数のベンチュリを並列に接続して構成されていることを特徴とする。
このようなものであれば、サンプリング部が複数のベンチュリを並列に接続して構成されているので、希釈排ガスをサンプリングするベンチュリを切り替える又は組み合わせることで、種々のサンプリング流量の希釈排ガスを希釈排ガス分析機器に導入することができる。そして、希釈用ガス流路に設けた流量制御部が、複数のベンチュリを並列に接続して構成されているので、前記サンプリング部による希釈排ガス流量に合わせて流量制御部のベンチュリを切り替える又は組み合わせることで、希釈用ガス流量を精度良く得ることができる。ここで、流量制御部を複数のベンチュリを用いて構成しているので、希釈用ガス流路の構成をニードルバルブを用いた場合に比べて大型化を抑えることができ、また、コストの増大も抑えることができる。
前記サンプリング部を構成する複数のベンチュリが、互いに異なる臨界流量を有するものであり、前記流量制御部を構成する複数のベンチュリが、互いに異なる臨界流量を有するものであり、前記サンプリング部を構成する複数のベンチュリの組み合わせ及び前記流量制御部を構成する複数のベンチュリの組み合わせが同じであることが望ましい。これならば、サンプリング部の複数のベンチュリによる希釈排ガス流量と、流量制御部の複数のベンチュリによる希釈用ガス流量とをより精度良く簡単に同一にできる。
前記メイン流路において、前記サンプリング部よりも下流側に、前記メイン流路を流れる希釈排ガスの流量を一定にする一定流量制御機器が設けられていることが望ましい。これならば、排ガスサンプリング装置を定容量サンプリング装置とすることができる。
前記希釈排ガス分析機器が、前記希釈排ガスを採取するための希釈排ガス採取バッグであり、前記希釈用ガス分析機器が、前記希釈用ガスを採取するための希釈用ガス採取バッグであることが望ましい。このように希釈排ガス採取バッグ及び希釈用ガス採取バッグを用いた排ガスサンプリング装置においては、それらガス採取バッグの破裂を防ぎ、各ガス採取バッグに略同量のガスを採取することができるので、本発明の効果が一層顕著となる。
このように構成した本発明によれば、希釈用ガスサンプル流路に設けられた流量制御部が複数のベンチュリから構成されているので、希釈排ガスを採取するサンプリング部を複数のベンチュリで構成した場合において、装置を大型化及びコスト増大を抑えつつ、複数のベンチュリの組み合わせにより得られる希釈排ガス流量に合わせて希釈用ガス流量を精度良く得ることができる。
本実施形態の排ガスサンプリング装置の構成を示す図。 同実施形態のサンプリング部の具体的構成を示す模式図。 同実施形態の流量制御部の具体的構成を示す模式図。
以下に本発明に係る排ガスサンプリング装置について図面を参照して説明する。
本実施形態の排ガスサンプリング装置100は、例えばエンジン等から排出される排ガス中に含まれる成分分析を行うためのガス分析システムに用いられるものであり、排ガスを大気(希釈用空気)等の希釈用ガスで数倍(例えば10倍〜20倍)に希釈し、濃度計測を行う希釈サンプリング方式のものである。
具体的にこの排ガスサンプリング装置100は、定容量サンプリング装置であり、図1に示すように、排ガスを導入するための排ガス導入ポートPT1に一端が接続されたメイン流路MLと、希釈用ガスを導入するための希釈用ガス導入ポートPT2に一端が接続され、他端が前記メイン流路MLに接続された希釈用ガス流路DLとを備えている。
メイン流路MLは、一端に排ガス導入ポートPT1が設けられた排ガスを導入する排ガス導入配管2と、当該排ガス導入配管2に接続された混合部3と、当該混合部3の下流に接続されたダスト除去用のサイクロン4と、当該サイクロン4に接続されたサンプリング配管5と、当該サンプリング配管5に接続された一定流量制御機器6とにより構成されている。また、希釈用ガス流路DLは、一端に希釈用ガス導入ポートPT2が設けられた希釈用ガス導入配管7により構成されている。なお、希釈用ガス導入ポートPT2には、大気中の夾雑物を除去するためのフィルタ(不図示)が設けられている。
ここで、混合部3は、前記希釈用ガス流路DLを構成する希釈用ガス導入配管7と前記排ガス導入配管2とが接続されるものであり、例えばミキシングティーと呼ばれるものである。
また、サンプリング配管5は、後述するバッグ採取用のサンプリング部8が設けられるとともに、連続測定用のサンプリング部が設けられるものである。
一定流量制御機器6は、前記排ガス導入配管2から導入される排ガスと希釈用ガス導入配管7から導入される希釈用ガスとの総流量が一定となるように流量制御するものであり、前記サンプリング配管5の下流に接続された臨界流量ベンチュリ(CFV)からなるメインベンチュリ61と、このメインベンチュリ61の下流に接続された例えばブロワ等の吸引ポンプ62により構成される。この吸引ポンプ62によりメインベンチュリ61の上流側及び下流側の差圧が必要値以上にすることで前記総流量が一定となる。なお、吸引ポンプ62により吸引された希釈排ガスは外部に放出される。
しかして本実施形態の排ガスサンプリング装置100は、メイン流路ML及び希釈用ガス流路DLの接続点又はその下流側に設けられ、希釈用ガスにより希釈された希釈排ガスの一部を採取するサンプリング部8と、サンプリング部8に一端が接続され、他端が希釈排ガス分析機器M1(例えば希釈排ガス採取バッグ)に接続された希釈排ガスサンプル流路SL1と、希釈用ガス流路DLに一端が接続され、他端が希釈用ガス分析機器M2に接続された希釈用ガスサンプル流路SL2と、希釈用ガスサンプル流路SL2に設けられて、当該希釈用ガスサンプル流路SL2を流れる希釈用ガスの流量を制御する流量制御部9とを備えている。なお、本実施形態では、希釈排ガス分析機器M1が希釈排ガス採取バッグであり、希釈用ガス分析機器M2が希釈用ガス採取バッグである。
サンプリング部8は、一定流量制御機器6によって総流量が一定とされたメイン流路MLから一定流量の希釈排ガスを比例サンプリングするものであり、図2に示すように、希釈排ガス採取バッグM1に導入される希釈排ガスの流量を制御する複数(図2では3つ)のベンチュリ81a〜81cを並列に接続して構成されている。具体的にサンプリング部8は、互いに異なる臨界流量を有するベンチュリ81a〜81cを並列に接続してあり、各ベンチュリ81a〜81cの上流側又は下流側(本実施形態では下流側)には開閉弁82a〜82cが設けられている。なお、この開閉弁82a〜82cは、後述する制御機器(不図示)により制御される電磁弁である。この開閉弁82a〜82cの下流側で各流路は合流しており、希釈排ガスサンプル流路SL1に連通している。
なお、サンプリング部8のベンチュリ81a〜81cは、上流側の圧力に関わらず上流側及び下流側に必要値以上の圧力差が発生すれば、ベンチュリ81a〜81cを通過するガス流量は臨界流量で一定となるが、実際には、メインベンチュリ61の上流側に設けられた圧力センサPSの検出圧力(P)及び温度センサTSの検出温度(T)と、予め大気圧の雰囲気下において検定した固有のベンチュリ係数Cとから算出する(Q=C・P・T−1/2))。そして、この算出したガス流量を積算して、希釈排ガス採取バッグM1の容量を超える前に希釈排ガスのサンプリングを終了する。
希釈排ガスサンプル流路SL1は、一端がサンプリング部8に接続されており、下流側で複数に分岐しており、各サンプル分岐路SL1a〜SL1cの他端が希釈排ガス採取バッグM1に接続されている。各サンプル分岐路SL1a〜SL1cには、採取すべき希釈排ガス採取バッグM1を切り替えるための開閉弁V1a〜V1cが設けられている。また、希釈排ガスサンプル流路SL1における分岐点の上流側には、前記サンプリング部8のベンチュリ81a〜81cを流れるガス流量を臨界流量とするための吸引ポンプP1が設けられている。なお、吸引ポンプP1及び分岐点の間には、ドレンセパレータ及び流量計(いずれも不図示)が設けられている。また、希釈排ガスサンプル流路SL1は、外部ヒータ等によって加熱されており、希釈排ガスに含まれる水等の成分が結露又は凝縮しないように構成している。
希釈用ガスサンプル流路SL2は、一端が希釈用ガス流路DLを構成する希釈用ガス導入配管7に接続されており、下流側で複数に分岐して、各サンプル分岐路SL2a〜SL2cの他端が希釈用ガス採取バッグM2に接続されている。各サンプル分岐路SL2a〜SL2cには、採取すべき希釈用ガス採取バッグM2を切り替えるための開閉弁V2a〜V2cが設けられている。また、希釈用ガスサンプル流路SL2における分岐点の上流側には、後述する流量制御部9のベンチュリ91a〜91cを流れるガス流量を臨界流量とするための吸引ポンプP2が設けられている。なお、吸引ポンプP2及び分岐点の間には、ドレンセパレータ及び流量計(いずれも不図示)が設けられている。
流量制御部9は、図3に示すように、希釈用ガスサンプル流路SL2に設けられて、希釈用ガス採取バッグM2に導入される希釈用ガスの流量を制御する複数(図3では3つ)のベンチュリ91a〜91cを並列に接続して構成されている。具体的に流量制御部9は、互いに異なる臨界流量を有するベンチュリ91a〜91cを並列に接続してあり、各ベンチュリ91a〜91cの上流側又は下流側(本実施形態では上流側)には開閉弁92a〜92cが設けられている。なお、この開閉弁92a〜92cは、後述する制御機器(不図示)により制御される電磁弁である。
なお、流量制御部9のベンチュリ91a〜91cは、上流側の圧力に関わらず上流側及び下流側に必要値以上の圧力差が発生すれば、ベンチュリ91a〜91cを通過するガス流量は臨界流量で一定となるが、実際には、予め定めた標準圧力(P)及び標準温度(T)と、予め大気圧の雰囲気下において検定した固有のベンチュリ係数Cとから算出する(Q=C・P・T −1/2))。そして、この算出したガス流量を積算して、希釈用ガス採取バッグM2の容量を超える前に希釈用ガスのサンプリングを終了する、或いは、前記サンプリング部8によりサンプリングが終了すると同時に終了する。
そして、この流量制御部9を構成する3つのベンチュリ91a〜91cそれぞれの臨界流量と、前記サンプリング部8を構成する3つのベンチュリ81a〜81cそれぞれの臨界流量がほぼ同一となるように構成されている。つまり、サンプリング部8を構成する3つのベンチュリ81a〜81cの組み合わせ及び流量制御部9を構成する3つのベンチュリ91a〜91cの組み合わせが同じである。例えば、ベンチュリ81a及びベンチュリ91aが同一(臨界流量:Qa)であり、ベンチュリ81b及びベンチュリ91bが同一(臨界流量:Qb)であり、ベンチュリ81c及びベンチュリ91cが同一(臨界流量:Qc)である。
次に、このように構成したサンプリング部8及び流量制御部9を制御する制御機器の動作について簡単に説明する。
制御機器は、サンプリング部8を構成する3つのベンチュリ81a〜81cにおいて、予め設定された希釈排ガス採取バッグM1への設定流量に基づいて、希釈排ガスを採取するベンチュリ81a〜81cの組み合わせ流量が、前記設定流量となるようにサンプリング部8の開閉弁82a〜82cを開閉制御する。図2のように3つのベンチュリ81a〜81cを有するものの場合には、計7通りの流量を設定することができる。
そして、制御機器は、前記設定流量又は前記サンプリング部8のベンチュリ81a〜81cの組み合わせ流量となるように、流量制御部9の開閉弁92a〜92cを開閉制御する。なお、本実施形態の流量制御部9は、サンプリング部8と同一の構成であるため、サンプリング部8における開閉弁82a〜82cの開閉の組み合わせと同一の組み合わせとなるように開閉弁92a〜92cが開閉制御される。
このように制御機器が、サンプリング部8及び流量制御部9を制御することによって、同一のサンプリング時間における希釈排ガス採取バッグM1に導入される希釈排ガス流量と希釈用ガス採取バッグM2に導入される希釈用ガス流量とが同一となる。
このように構成した本実施形態に係る排ガスサンプリング装置100によれば、サンプリング部8が複数のベンチュリ81a〜81cを並列に接続して構成されているので、希釈排ガスをサンプリングするベンチュリ81a〜81cを切り替える又は組み合わせることで、種々のサンプリング流量の希釈排ガスを希釈排ガス採取バッグM1に導入することができる。
そして、希釈用ガス流路DLに設けた流量制御部9が、複数のベンチュリ91a〜91cを並列に接続して構成されているので、前記サンプリング部8による希釈排ガス流量に合わせて流量制御部9のベンチュリ91a〜91cを切り替える又は組み合わせることで、希釈用ガス流量を精度良く得ることができる。
ここで、流量制御部9を複数のベンチュリ91a〜91cを用いて構成しているので、希釈用ガス流路DLの構成をニードルバルブを用いた場合に比べて大型化を抑えることができ、また、コストの増大も抑えることができる。
なお、流量制御部9を複数のニードルバルブを並列に接続して構成すると、バルブ上流側の圧力低下が流量に影響を与えてしまうが、本実施形態ではベンチュリ91a〜91cでは、下流側の圧力を吸引ポンプP2により下げて、上流側の圧力に関わらずベンチュリ91a〜91cの上流側圧力及び下流側圧力の差圧を必要値以上にすれば一定流量を得ることができ、希釈用ガス流量を精度良く得ることができる。
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、前記実施形態では、サンプリング部8及び流量制御部9それぞれにおいて、互いに臨界流量の異なるベンチュリを用いて構成しているが、同じ臨界流量を有するベンチュリを用いて構成しても良い。
また、前記実施形態では、サンプリング部8を構成する複数のベンチュリの組み合わせ及び流量制御部9を構成する複数のベンチュリの組み合わせが同一であったが異なるものであっても良い。また、サンプリング部8を構成するベンチュリの個数及び流量制御部9を構成するベンチュリの個数が互いに異なるものであっても良い。
さらに、前記実施形態の排ガスサンプリング装置を大気圧よりも低い低圧室で用いた場合には、流量制御部9を構成するベンチュリ91a〜91cにおいて流量誤差が生じてしまう。これは、流量制御部9を構成するベンチュリ91a〜91cは、大気圧化において所望のガス流量となるように調整されており、ガス流量の算出において予め定めた標準温度及び標準圧力を用いているためである。このため、流量制御部9のベンチュリ91a〜91cを流れるガス流量の算出において、サンプリング配管5に設けられた圧力センサPSの検出圧力及び温度センサTSの検出温度を用いて算出するように構成しても良い。これならば、標準圧力及び標準温度を用いた場合に比べて流量制御部9のベンチュリ91a〜91cを流れるガス流量を精度良く算出することができ、希釈用ガス採取バッグM2の破裂を防ぐことができる。
その上、前記実施形態では、希釈排ガス分析機器及び希釈用ガス分析機器が、ガス採取バッグであったが、その他、ガスに含まれるPMを捕集するためのPMフィルタ等であっても良い。
加えて、前記実施形態の排ガスサンプリング装置は排ガスを全量希釈するものであったが、部分希釈するものであっても良い。つまり、前記排ガス導入ポートPT1が排ガスの一部を採取してメイン流路MLに導入するものであっても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
100・・・排ガスサンプリング装置
PT1・・・排ガス導入ポート
PT2・・・希釈用ガス導入ポート
ML・・・メイン流路
DL・・・希釈用ガス流路
8・・・サンプリング部
81a〜81c・・・複数のベンチュリ
SL1・・・希釈排ガスサンプル流路
M1・・・希釈排ガス採取バッグ(希釈排ガス分析機器)
SL2・・・希釈用ガスサンプル流路
M2・・・希釈用ガス採取バッグ(希釈用ガス分析機器)
9・・・流量制御部
91a〜91c・・・複数のベンチュリ

Claims (4)

  1. 排ガスを導入するための排ガス導入ポートと、
    希釈用ガスを導入するための希釈用ガス導入ポートと、
    前記排ガス導入ポートに一端が接続されたメイン流路と、
    前記希釈用ガス導入ポートに一端が接続され、他端が前記メイン流路に接続された希釈用ガス流路と、
    前記メイン流路及び前記希釈用ガス流路の接続点又はその下流側に設けられ、前記希釈用ガスにより希釈された希釈排ガスの一部を採取するサンプリング部と、
    前記サンプリング部に一端が接続され、他端が希釈排ガス分析機器に接続された希釈排ガスサンプル流路と、
    前記希釈用ガス流路に一端が接続され、他端が希釈用ガス分析機器に接続された希釈用ガスサンプル流路と、
    前記希釈用ガスサンプル流路に設けられて、当該希釈用ガスサンプル流路を流れる希釈用ガスの流量を制御する流量制御部とを備え、
    前記サンプリング部が、前記希釈排ガス分析機器に導入される希釈排ガスの流量を制御する複数のベンチュリを並列に接続して構成されており、
    前記流量制御部が、前記希釈用ガス分析機器に導入される希釈用ガスの流量を制御する複数のベンチュリを並列に接続して構成されている排ガスサンプリング装置。
  2. 前記サンプリング部を構成する複数のベンチュリが、互いに異なる臨界流量を有するものであり、
    前記流量制御部を構成する複数のベンチュリが、互いに異なる臨界流量を有するものであり、
    前記サンプリング部を構成する複数のベンチュリの組み合わせ及び前記流量制御部を構成する複数のベンチュリの組み合わせが同じである請求項1記載の排ガスサンプリング装置。
  3. 前記メイン流路において、前記サンプリング部よりも下流側に、前記メイン流路を流れる希釈排ガスの流量を一定にする一定流量制御機器が設けられている請求項1又は2記載の排ガスサンプリング装置。
  4. 前記希釈排ガス分析機器が、前記希釈排ガスを採取するための希釈排ガス採取バッグであり、
    前記希釈用ガス分析機器が、前記希釈用ガスを採取するための希釈用ガス採取バッグである請求項1乃至3の何れかに記載の排ガスサンプリング装置。
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