JP2015210269A - 粒子測定装置および粒子測定装置の作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、あまりに高い及び／又はあまりに低い温度から粒子測定装置が効果的に保護されることが可能である粒子測定装置及び方法を提供することである。【解決手段】この課題は、発明に従い、試験ガスの温度が、粒子測定装置内で、温度に対して敏感な第一の試験ガス処理または試験ガス計測装置の流れ上流で計測され、そして計測された温度が、第一及び／又は第二の限界値と比較され、そして測定された温度が第一の限界値を上回るか、または第二の限界値を下回るとき、粒子測定装置が、安全なモードに切り替えられることによって解決される。【選択図】 図１

Description

本発明は、粒子測定装置、及び、一以上の試験ガス処理及び／又は試験ガス計測装置を有し、温度を有する粒子チャージされた試験ガスが供給される粒子測定装置の作動方法に関する。

例えば粒子計測計（粒子カウンター）のような粒子測定装置には、例えば粒子状物質の濃度、粒子状物質の大きさ分布、粒子状物質の質量、特有の表面等のような、粒子チャージされた（独語：ｐａｒｔｉｋｅｌｇｅｌａｄｅｎ）ガス流の特性値の決定の為に、通常希釈された粒子チャージされた試験ガスが供給される。この為、粒子チャージされた試験ガス、例えば内燃機関の排ガスが、例えば車両の排気管から、ガス流から取り出される。そして粒子測定装置に試験ガス配管（これもまた加熱されていることが可能である）を介して供給される。粒子測定装置内には、異なる処理ユニットまたは計測ユニットが設けられていることが可能である。例えばしばしば入口側には、希釈ユニットが配置され、この中で粒子チャージされた試験ガスが、例えば洗浄され、乾燥され、そしてフィルタリングされた空気のような基本的に粒子を有さない希釈ガスによって、所定の比率で希釈される。そのような希釈ユニットは、回転希釈部の形式で、特許文献１から公知である。他の公知な希釈ユニットは、例えば特許文献２より公知である、いわゆる希釈トンネルである。希釈によって通常、試験ガスもまた冷えた希釈ガスによって冷却され、このことは粒子測定装置の後続するコンポーネントをあまりに高い温度から保護する。

しかし粒子測定装置は、入口において、異なる温度の試験ガスを供給されることが有る。特に、内燃機関の排気管から取り出される生の排ガスは、極めて広い温度領域の温度を有し得る。粒子測定装置を試験ガスの高温から保護するために、所定の長さの適温とされた試験ガス配管が使用される。例えば、サンプリング箇所と粒子測定装置の間の、１５０度に加熱された長さ５０ｃｍのステンレス管は、粒子測定装置の入口におけるあまりに高い温度を防止する。経験によると、通常の運転では、しかしながら、試験ガスが粒子測定装置の入口において短時間より高温を有することが有るということが起こり得る。粒子測定装置の異なるコンポーネントは、構造上の理由から、または材料上の理由から、これらがさらされ得る所定の最高温度を有する。この温度限界が、特に比較的長い時間の間、上回られると、粒子測定装置の損傷または破壊さえ発生することが可能で、しかしいずれにせよ、粒子測定装置の故障を引き起こすことが可能である。

他方で、試験ガスのあまりに低い温度、特に、各露点の下の温度は問題である。というのは、粒子測定装置内での凝縮に通じ得るからである。その際、発生する凝縮物は、粒子測定装置の機能、またはそのコンポーネントの機能の妨げとなり、または粒子測定装置を損傷または破壊さえすることが可能である。

欧州特許第２ ０２５ ９７９ Ｂ１号明細書 欧州特許第１ ３６７ ３７９ Ｂ１号明細書 オーストリア国実用新案第１３ ２３９ Ｕ１号明細書 欧州特許出願公開第２ ２６４ ４２３ Ａ２号明細書

よって本発明の課題は、あまりに高い及び／又はあまりに低い温度から粒子測定装置が効果的に保護されることが可能である粒子測定装置及び方法を提供することである。

この課題は、発明に従い、試験ガスの温度が、粒子測定装置内で、温度に対して敏感な第一の試験ガス処理または試験ガス計測装置の流れ上流で計測され、そして計測された温度が、第一及び／又は第二の限界値と比較され、そして測定された温度が第一の限界値を上回るか、または第二の限界値を下回るとき、粒子測定装置が、安全なモードに切り替えられることによって解決される。これによって粒子測定装置内の温度に対して敏感な装置は、効率的に、あまりに高い温度又はあまりに低い温度から保護されることが可能である。というのは、粒子測定装置は、安全な温度領域を離れるとすぐに、安全なモードに切り替えられるからである。

短時間の著しい温度変動の場合に、安全なモードへの切り替えを防止するために、測定された温度が所定の期間の間、第一の限界値を上回るか、または第二の限界値を下回るとき、粒子測定装置を安全なモードへ切り替えることが意図され得る。これは、短時間の高い温度は、上側の限界値を上回る場合も、なお問題無くあり得るという思想に基づいている。余りに高い温度が、余りに長く存在して初めて、損傷を考慮する必要があろう。これはそして防止される。

重要であるのは、温度センサーが、粒子測定装置中、温度に対して敏感な第一の試験ガス処理または試験ガス計測装置の流れ上流に配置されている点である。その際、温度センサーは、試験ガスの温度を検出し、そして制御ユニットは検出された温度を第一及び／又は第二の限界値と比較し、計測された温度が、第一の限界値を上回る、または第二の限界値を下回るとき、制御ユニットは粒子測定装置を安全なモードに切り替える。この為、温度センサーは、入口配管中で粒子測定装置の入口に、粒子測定装置中でバイパス配管内に、または粒子測定装置の周りでバイパス配管内に配置されていることが可能である。

本発明の一つのバリエーションでは、粒子測定装置中で粒子測定装置の流れ上流で、または温度に対して敏感な第一の試験ガス処理又は試験ガス計測装置の流れ上流で、バイパス配管は分岐し、そして温度センサーは該バイパス配管内に配置されている。

本発明を以下に図１から４を参照しつつ詳細に説明する。図は、本発明の例示的、簡略的かつ制限しない有利な実施形を示している。その際、図は以下を示している。

粒子測定装置によって粒子チャージされたガス流の特性値の決定の為の装置 粒子測定装置の周りのバイパス配管を有する装置 発明に係る粒子測定装置の有利な実施形の図 粒子測定装置中の試験ガスコンディショニング装置の為の一つの実施例

図１の装置内では、排ガスサンプリングプローブ１によって、粒子チャージされた試験ガス（ここでは排ガス）が内燃機関５の排気管２から取り出され、そして試験ガス配管７を介して粒子測定装置８へと供給される。粒子測定装置８を通る所定の体積流を保証するために、粒子測定装置８の流れ下流には、吸引ポンプ９が設けられている。同様に、吸引ポンプ９の前または後には追加的に、一つの体積流コントロールユニット６が設けられていることも可能である。制御ユニット３は、図１に示唆されるように、粒子測定装置８の機能と場合によっては吸引ポンプ９および体積流コントロールユニット６の機能も制御する。粒子測定装置８の入口には、一つの温度センサー４が設けられている。これは、例えば粒子測定装置８の入口配管１３内に設けられている。これは、供給される試験ガスの検出された温度を制御ユニット３へと供給する。温度センサー４は、その際、粒子測定装置８内、温度に対して敏感な（独語：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｐｆｉｎｄｌｉｃｈ）第一の試験ガス温度処理または試験ガス計測装置の上流に配置されている。温度センサー４の流れ上流には、試験ガス処理または試験ガス計測装置が配置されていることが当然可能であろう。温度センサー４は、温度監視機能の為に、当然、試験ガス配管７内、粒子測定装置８の外に配置されていることも可能である。

試験ガス流に可能な限り少ない影響を与えるため、特に、望まれない乱流を試験ガス流の中に生じさせるのを防止するために、そして、温度センサー４の少ない質量に基づいて、温度特性の迅速な応答性を保証するため、そして重要であるのは、短時間の温度変化を検出することができるように、温度計測の温度センサー４として、好ましくは、ニードル形状の熱電対が使用される。

制御ユニット３内では、供給される試験ガスの温度Ｔが、温度限界値Ｔ_Ｏ，Ｔ_Ｕの上回り及び／又は下回りに関して監視される。温度限界値Ｔ_Ｏ，Ｔ_Ｕは、固定的に予提供されていることが可能であり、または外部から予提供されることが可能である。温度Ｔが各温度限界値Ｔ_Ｏ，Ｔ_Ｕを上回るかまたは下回ると、粒子測定装置８は一つの安全なモードに切り替えられ、あまりに高いまたはあまりに低い温度Ｔによる粒子測定装置８のコンポーネントの損傷を防止する。安全なモードは、例えば、入口側の切替バルブを閉じること、または粒子測定装置８中の個々の計測経路を閉じることを含む。安全なモードとして、切替バルブによって計測から周囲空気へと切り替えられることも意図され得る。同様に、吸引ポンプ９及び／又は体積流コントロールユニット６を介して、粒子測定装置８を通る体積流を減少させる、又は完全にストップさせることも考え得るであろう。安全なモードの為の別の可能性は、当然、粒子測定装置８の完全な遮断である。このため平行して、当然、適当な警告信号も出力されることが可能である。これは例えば音響的に出力され、またはディスプレーに出力される。

現在の温度Ｔを評価する代わりに、制御ユニット３内で、温度Ｔが所定の期間の間、各温度限界値の上または下にあるか監視されることも可能であろう。極めて短時間の高い温度Ｔは、粒子測定装置８に対してなお許容されることが可能である。温度Ｔが、ある期間限界値の上に位置するとき、粒子測定装置８は安全なモードへと切り替えられる。

図２の実施例では、温度センサー４は、粒子測定装置８中でなく、粒子測定装置８の周りに案内されているバイパス配管１０中に設けられている。バイパス配管１０は、粒子測定装置８の前で分岐しており、そして粒子測定装置８の流れ下流で出口配管１６へと再び開口している。バイパス配管１０が粒子測定装置８の前で分岐した後、バイパス配管１０内に配置された温度センサー４は、当然、粒子測定装置８の前の温度も測定し、または、そのように配置された温度センサー４は、粒子測定装置８の流れ上流にも配置され、そしてこれによって、粒子測定装置８内の、温度に対して敏感な第一の試験ガス処理または試験ガス計測装置の流れ上流にも配置されている。

バイパス配管１０は、しかしまた、当然、粒子測定装置８内に配置されることも可能であろう。その際、バイパス配管１０は、この場合、粒子測定装置８内の温度に対して敏感な試験ガス処理又は試験ガス計測装置の前で、例えば試験ガスコンディショニング装置２０の前で、以下に記載するように分岐する必要がある。

バイパス配管１０内及び／又は粒子測定装置８の前または中に、他のセンサー１１，１２が配置されていることも可能である。これは例えば、圧力センサー、湿度センサーであり、これらはその計測値を同様に制御ユニット３へと供給することができる。制御ユニット３は、これによって他のセンサーシグナルも、粒子測定装置８の保護又は監視の為に利用することができる。

図３内には、粒子測定装置８の可能な態様が簡略的に表されている。試験ガス配管７は、粒子測定装置８に接続されており、そして粒子測定装置８の入口配管１３内に開口している。粒子測定装置８内には、一以上の試験ガス処理および試験ガス計測装置が配置されている。入口側では、入口配管１３が試験ガスコンディショニング装置２０内で開口している。これは、供給される試験ガスを適当な方法で処理（評価）する。試験ガス処理装置２０の流れ上流には、一つの切替バルブ１９が配置されていることが可能である。この切替バルブによって、粒子測定装置８は、制御ユニット３のコントロールのもと、遮断されることができるので試験ガスがもはや流れることはできない。代替として切替バルブ１９は、空気配管１４を介して外部空気の供給に切り替えられることもできる。

粒子測定装置８は、ここでは二つの計測経路を有する二経路式に形成されている。これは、供給される試験ガス流が、粒子測定装置８内で二つの並列に配置された計測配管２８，２９と、その内部に配置された例えば散乱光測定装置、オパシメーター、粒子計測計（粒子カウンター）、エアロゾル電位計等のような試験ガス計測装置２１，２２に分割されることによって行われる。しかしまた、当然に、二つの計測経路より多くの、または唯一の計測経路が設けられていることも可能である。同様に、一つの計測配管２８，２９内に二つの計測装置２１，４２を相前後して、図３に示唆されているように配置することも可能である。複数の試験ガス計測装置２１，２２，４２の使用の際には、粒子測定装置８の感度は、高められることが可能である。これは、試験ガス計測装置２１，２２，４２が異なる解像度、及び／又は計測領域で使用されることによって可能である。唯一の計測経路を制御ユニット３のコントロールのもと遮断するために、計測配管２９内に、遮断バルブ１８が配置されていることも可能である。

個々の試験ガス計測装置２１，２２，４２を通る体積流を簡単に調整することができるように、計測配管２８，２９に対して並列に配置された計測装置バイパス配管２４が、ここではフィルターユニット２３と共に設けられていることが可能である。各配管内には、追加的に更に一つの臨界絞り２５，２６，２７が設けられていることが可能である。これは、同様に個々の配管内の体積流のコントロールの為に使用される。試験ガス計測装置２１，２２，４２の流れ下流には、個々の配管２４，２８，２９が再び排出配管３１にまとめられる。この中には、脈動ダンパー３０が配置されていることが可能である。排出配管３１内には、更にまた、吸引ポンプ９が配置されていることが可能である。周囲空気から粒子測定装置８の計測経路への逆流を防止するために、排出側には、更に、一つの安全バルブ３２が設けられていることが可能である。

例えば、試験ガス計測装置２２が、流れ方向でみて、温度に対して敏感な第一の試験ガス計測装置であったなら、温度センサー４も、同時に、温度センサー１０に対するバイパス配管１０としても使用される計測装置バイパス配管２４中に配置されていることが可能であろう。

排ガス処理装置２０内には、一つの希釈段５６も設けられていることが可能である。この中で、ガスと共に又は好ましくは粒子を有さない空気と共に取り込まれた排ガスが、以下に図４を参照して詳細に説明されるように希釈される。この為に必要な純粋な空気の提供の為に、粒子測定装置内には、図３に例示的に表されているように、空気処理部が設けられていることが可能である。ここでは、希釈空気吸入配管１５を介して周囲空気が希釈空気ポンプ３３によって吸引され、ガス冷却部３４内で冷却され、凝縮除去部３５内で乾燥され、そしてフィルターユニット３６，３７内でフィルタリングされる。このように処理された空気は、取り出されそして排ガス処理装置２０は、希釈空気配管３８を介して供給されることができる。希釈空気配管３８中には同様に、脈動ダンパー３９と質量流コントロール装置４０が配置されていることが可能である。除去される凝縮水分は、凝縮ポンプ４１によって粒子測定装置８から排出されることが可能である。

図４に表されているような例示的な排ガス処理装置２０内には、例えば、予加熱部分５０が設けられている。この中で、供給される排ガスがヒーター要素５１によって予め適温とされる。余加熱要素５０内では、揮発性の排ガス成分もガス相に移行させられる。その後、例えば特許文献３に記載されるように触媒５２が引き続く。この中で揮発性の排ガス成分が排ガスから引き離される。触媒５２は、酸化触媒５３を含む。この中で、揮発性の有機排ガス成分が燃焼される。そして、揮発性の硫酸化された粒子（独語：ｆｌｕｅｃｈｔｉｇｅ ｓｕｌｆａｔｉｓｃｈｅ Ｐａｒｔｉｋｅｌ）内で硫黄トラップ５４が結び付けられ、そして排ガスから引き離される。触媒５２は、好ましくは、加熱装置５５によって、例えば制御ユニット３のコントロールのもと適温化可能である。触媒５２には、流れ下流に希釈段５６が続く。この希釈段中で、洗浄された試験ガス流が純粋な空気によって希釈される。ここで希釈段５６は、特許文献３に記載されるように、例えば多孔性の（独語：ｐｏｒｏｅｓ）希釈部として形成されている。当然、希釈段５６の他の実施形も考え得る。これは例えば、特許文献１に記載されるような、回転希釈部として、または十分公知な希釈トンネルとしての実施形である。後接続された希釈段５６を有さない排ガス処理装置２０の実施形も考え得るし、また、希釈段５６のみを有し（予加熱部分５０を有さず、かつ触媒５２を有さない）実施形も考え得る。

Claims (6)

1. 一以上の試験ガス処理及び／又は試験ガス計測装置（２０，２１，２２，４２）を有し、粒子チャージされた温度（Ｔ）を有する試験ガスが供給される粒子測定装置（８）の作動方法において、
   試験ガスの温度（Ｔ）が、粒子測定装置（８）中の、温度に対して敏感な第一の試験ガス処理又は試験ガス計測装置（２０，２１，２２，４２）の流れ上流で計測され、そして測定された温度（Ｔ）が第一及び／又は第二の限界値（Ｔ_Ｏ，Ｔ_Ｕ）と比較され、そして測定された温度（Ｔ）が第一の限界値（Ｔ_Ｏ）を上回るか、または第二の限界値（Ｔ_Ｕ）を下回るとき、粒子測定装置（８）が安全なモードに切り替えられることを特徴とする方法。
2. 測定された温度（Ｔ）が所定の期間の間、第一の限界値（Ｔ_Ｏ）を上回るか、または第二の限界値（Ｔ_Ｕ）を下回るとき、粒子測定装置（８）が、安全なモードに切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 一以上の試験ガス処理及び／又は試験ガス計測装置（２０，２１，２２，４２）および一つの温度センサー（４）を有する粒子測定装置であって、この温度センサーが、粒子測定装置（８）内の温度に対して敏感な第一の試験ガス処理又は試験ガス計測装置（２０，２１，２２，４２）の流れ上流に配置されており、そして試験ガスの温度（Ｔ）を検出し、そして制御ユニット（３）が検出された温度（Ｔ）を第一及び／又は第二の限界値（Ｔ_Ｏ，Ｔ_Ｕ）と比較し、そして、計測された温度（Ｔ）が第一の限界値（Ｔ_Ｏ）を上回るか、または第二の限界値（Ｔ_Ｕ）を下回るとき、制御ユニット（３）が粒子測定装置（８）を安全なモードに切り替えることを特徴とする粒子測定装置。
4. 温度センサー（４）が、入口配管（１３）内、粒子測定装置（８）の入口に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の粒子測定装置。
5. 粒子測定装置（８）内で、温度に対して敏感な第一の試験ガス処理又は試験ガス計測装置（２０，２１，２２，４２）の流れ上流でバイパス配管（１０）が分岐しており、そして温度センサー（４）がバイパス配管（１０）内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の粒子測定装置。
6. 粒子測定装置（８）の流れ上流にバイパス配管（１０）が分岐しており、そして温度センサー（４）が、バイパス配管（１０）内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の粒子測定装置。

Images