JP2016176870A

JP2016176870A - 排ガスサンプリング装置

Info

Publication number: JP2016176870A
Application number: JP2015058695A
Authority: JP
Inventors: 喜則大槻; Yoshinori Otsuki
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: US20160273438A1; JP6530208B2; EP3076151A1; CN105987831A; US10161286B2; EP3076151B1; CN105987831B

Abstract

【課題】可変流量域の小さい構造の単純な流量制御機構を用いてシステム全体を簡素化することを可能とするとともに、従来よりも排ガスの希釈率の精度を向上させることができる排ガスサンプリング装置を提供する。【解決手段】多段希釈を行う排ガスサンプリング装置であって、最終段である第ｎ段の希釈流路における第ｎの希釈器での希釈率をＲとした場合に、最終段である第ｎ段以外の各希釈流路における各希釈器での希釈率がそれぞれ実質的に（Ｒ＋１）となるように構成した。【選択図】図1

Description

本発明は、複数段の希釈流路を具備し、多段希釈によって排ガスを希釈する排ガスサンプリング装置に関するものである。

例えば排ガスに含まれる所定の粒子径を有する粒子状物質（以下、ＰＭともいう）の量を測定する場合、大きな希釈率で排ガスを希釈し、希釈排ガスを所定の流量でフィルタを通過させることが行われている。

希釈率が大きくなるほど希釈器に流入する希釈空気の流量誤差や希釈器に取得される排ガスの流量誤差の影響が希釈率の精度に表れやすくなる。このため、１段しか希釈流路を備えていない排ガスサンプリング装置では、希釈率が大きくなると所望の精度で排ガスを希釈することは難しい。

このような問題を解決するために、特許文献１に示されるような２段の希釈流路を備えた排ガスサンプリング装置が提案されている。このものは、第１段の希釈流路において排ガスを希釈率Ｒ１で希釈し、第２段の希釈流路において第１段の希釈流路で希釈された希釈排ガスの一部を取得し、さらに希釈率Ｒ２で希釈するように構成されている。各希釈流路は、流入する希釈空気の流量を制御する希釈空気流量制御器と、流出する希釈排ガスの流量を制御する希釈排ガス流量制御器をそれぞれ具備しており、計４つの流量制御器で４つの流量をそれぞれ制御することで排ガスを所望の希釈率Ｒとなるように希釈している。

しかしながら、特許文献１に記載の排ガスサンプリング装置では、最終的な希釈率Ｒを変更する場合、精度よく排ガスの希釈が行えるように４つの全ての流量制御器による制御流量を変更していた。そして、様々な希釈率に対応できるようにするには各流量制御器の可変流量域を大きなものに設定しなくてはならないと考えられていたため、システムの大型化と複雑化を招いていた。

また、本願発明者が鋭意検討を行ったところ、多段希釈の排ガスサンプリング装置は、システムの構成を簡素化しつつ、従来よりも最終段における希釈率の精度をより高められることを初めて見出した。

特許３０５４５１４号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、可変流量域の小さい構造の単純な流量制御機構を用いてシステム全体を簡素化することを可能とするとともに、従来よりも排ガスの希釈率の精度を向上させることができる排ガスサンプリング装置を提供する事を目的とする。

すなわち、本発明の排ガスサンプリング装置は、ｎ段（ｎは２以上の自然数）の希釈流路を備えた排ガスサンプリング装置であって、第ｋ段（ｋは１以上ｎ以下の自然数）の希釈流路が、排ガス又は第（ｋ−１）段の希釈流路において希釈された希釈排ガスを取得する第ｋのサンプリング管と、前記第ｋのサンプリング管により取得された排ガス又は希釈排ガスが希釈空気により希釈される第ｋの希釈器と、第ｋの希釈器に流入する希釈空気の流量を制御する第ｋの希釈空気流量制御機構と、第ｋの希釈器から流出する希釈排ガスの流量を制御する第ｋの希釈排ガス流量制御機構とを備え、最終段である第ｎ段の希釈空気流量制御機構により第ｎの希釈器に流入する希釈空気の流量に連動して、各段の希釈流路において各サンプリング管により取得される排ガス又は希釈排ガスの流量が制御されるように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、例えば希釈率を変更する場合には最終段である第ｎ段の希釈空気流量制御機構により第ｎの希釈器に流入する希釈空気の量を変更するだけで、各段の希釈流路に取得される排ガス又は希釈排ガスの流量を連動させて制御できるので、第ｎ段の希釈流路における１つの変更作業や調節作業だけで各段の希釈流路における希釈率を一斉に変更する事が可能となる。したがって、従来において必要だった各段の希釈流路において取得される排ガス又は希釈排ガスの量を調整するための機構等を省略し、システム全体を簡素化する事が可能となる。

また、第ｎ段の希釈空気流量制御機構を制御するだけで例えば各段で取得される排ガス又は希釈排ガスの流量を揃えることも可能となるので、各段の希釈流路における希釈率を均等に分配することも容易となる。このため、特定の希釈流路における希釈率が大きくなりすぎるのを防ぎ、各希釈流路における流量誤差の影響が希釈率に表れにくくすることができ、全体として大きな希釈率を達成したい場合でも精度を従来よりも高くすることが可能となる。

各段の希釈流路における希釈率を揃えやすくし、流量誤差の影響が希釈率に表れにくくして全体として大きな希釈率を精度よく達成できるようにするには、各段の希釈流路において各サンプリング管により取得される排ガス又は希釈排ガスの流量が全て実質的に同じ流量となるように制御されるものであればよい。

各希釈流路において取得される排ガス又は希釈排ガスの流量を正確に同じ値にして、各流路における希釈率を実質的に同じ値にするためには、最終段である第ｎ段の希釈流路における第ｎの希釈器での希釈率をＲとした場合に、最終段である第ｎ段以外の各希釈流路における各希釈器での希釈率がそれぞれ実質的に（Ｒ＋１）となるように構成されていればよい。

ここで、「最終段である第ｎ段以外の各希釈流路における各希釈器での希釈率がそれぞれ実質的に（Ｒ＋１）となる」とは、第ｎ段以外の各希釈流路における希釈率が（Ｒ＋１）で正確に揃っている場合だけでなく、所定の許容差の範囲内で一致していることを含む概念である。例えば、第ｎ段以外の希釈流路における希釈率が（Ｒ+1）に対してプラスマイナス２０％の範囲内に入っていればよい。

このようなものであれば特に希釈率Ｒが大きい場合には、最終段である第ｎ段以外の希釈流路の希釈率がＲ＋１で全て揃っている、あるいは、所定の許容差の中で揃っているとともに最終段である第ｎ段の希釈流路の希釈率Ｒとも略等しい値となるので、全ての希釈流路の希釈率を略揃えることができる。

このため、各希釈流路に流入する希釈空気の流量と、各希釈流路に流入する排ガス又は希釈排ガスの流量を略同じ流量にすることができ、ある希釈流路だけで大きく希釈されず流量誤差の希釈率に対する影響を最小にできる。したがって、排ガスサンプリング装置全体における希釈率の精度を最も高くすることが可能となる。

最終段である第ｎ段の希釈流路における希釈率をＲとした場合に、第ｎ段以外の希釈流路における希釈率をＲ＋１でより正確に揃えられるようにして、排ガスサンプリング装置全体として大きな希釈率を精度よく達成できるようにするには、最終段である第ｎ段以外の各希釈流路において各希釈器に流入する希釈空気の流量と、全ての各希釈流路において各希釈器から各希釈排ガス流量制御機構を介して流出する希釈排ガスの流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように構成されていればよい。

ここでの「実質的に」との文言も所定の許容範囲を含むものであり、ある基準流量に対して第ｎ段以外の各希釈空気の流量、全ての段における希釈排ガスの流量がプラスマイナス２０％の範囲で揃っていることを意味する。

このようなものであれば、第ｎ段以外の希釈流路の１つに注目すると、希釈空気と希釈排ガスの流量はバランスすることになるので、１段前の希釈流路から流入する希釈排ガスの流量と、１段後の希釈流路に流量は等しくなる。つまり、最終段である第ｎ段において第ｎのサンプリング管から取得される流量と、第ｎ以外の希釈流路においてサンプリング管を介して取得される排ガス又は希釈排ガスの流量は略等しくなる。最終段である第ｎ段の希釈流路において第ｎ−１段から取得される希釈排ガスの流量は、第ｎの希釈排ガス流量制御機構で実現される希釈排ガスの流量と第ｎの希釈空気流量制御機構で実現される希釈空気の流量との差分で決定される。

これらのことから、第ｎの希釈空気流量制御機構で実現される希釈空気の流量を１つだけ変更するだけで、第ｎ段以外の希釈流路において取得される希釈排ガスの流量を揃えて変化させ、さらには希釈率を揃えて変化させることが可能となる。

つまり、排ガスサンプリング装置が多数の流量制御機構を備えていても、第ｎ段の第ｎの希釈空気流量制御機構で実現される希釈空気の流量を調整するだけで、各段の希釈率を略同じ値に揃えつつ、別の希釈率に変更することができる。このため、調整される流量は１つしかないにもかかわらず、生の排ガスを任意の希釈率で精度よく希釈することが本発明の排ガスサンプリング装置では可能である。

排ガスサンプリング装置の構成を簡単なものにしつつ、第ｎ段以外の各希釈流路において流入する希釈空気の流量とその精度を揃えやすくして、各希釈流路での希釈率の精度を高められるようにするには、最終段である第ｎ段以外の各希釈流路において、各希釈器に流入する希釈空気の流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように各希釈空気流量制御機構が構成されていればよい。

ここで、「各希釈器に流入する希釈空気の流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように各希釈空気流量制御機構が構成されている」とは、各希釈器に流入する希釈空気の流量が同じ値で正確に揃っている場合だけでなく、基準となる希釈空気流量に対してプラスマイナス２０％の範囲で揃っていることも含む概念である。

各希釈流路において各サンプリング管により取得される排ガス又は希釈排ガスの流量を揃えることができ、排ガスサンプリング装置を構成する部品の共通化を図り、構成をさらに簡素化できるようにするには、最終段である第ｎ段以外の各希釈流路において、各希釈器から各希釈排ガス流量制御機構を介して流出する希釈排ガスの流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように各希釈排ガス流量制御機構が構成されていればよい。

ここで、「各希釈器から各希釈排ガス流量制御機構を介して流出する希釈排ガスの流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように各希釈排ガス流量制御機構が構成されている」とは、各希釈器から流出する希釈排ガスの流量が同じ値で正確に揃っている場合だけでなく、基準となる希釈排ガス流量に対してプラスマイナス２０％の範囲で揃っていることを含む概念である。

大きな希釈率で希釈された希釈排ガスを用いて例えばＰＭの測定等の測定を精度よく行えるようにするには、最終段である第ｎ段の希釈流路が、第ｎの希釈器で希釈された後の希釈排ガスが通過するフィルタをさらに備えていればよい。

最終段である第ｎ段以外については流量の可変域を大きく取らなくても、任意の希釈率に変更することができることを利用して、第ｎ段以外の希釈流路の構成を非常に簡素化するには、最終段である第ｎ段以外の各希釈空気流量制御機構及び希釈排ガス流量制御機構が、臨界流量オリフィス又は臨界流量ベンチュリで構成されていればよい。

排ガスサンプリング装置として簡素な構成を実現しつつ、各段の希釈率を略揃えながら任意の値に変更できるようにするには、最終段である第ｎ段の第ｎの希釈空気流量制御機構のみが、制御する流量を変更可能に構成されており、最終段である第ｎ段以外の各希釈空気流量制御機構と、全ての段の各希釈排ガス流量制御機構とが、制御する流量が１つの流量に固定されていればよい。

本発明の排ガスサンプリング装置によれば、各段の希釈流路における希釈率を略同じに揃えて、各希釈流路に設けられた流量制御機構による流量誤差の影響が希釈率に表れにくくすることができる。このため、排ガスを大きな希釈率で希釈する場合でも最終段である第ｎ段において所望の精度で希釈された希釈排ガスを容易に得ることができる。さらに、各段の希釈率が揃えられているので、各希釈流路に設けられる流量制御機構はそれほど大きな可変流量域を有している必要はなく、例えば固定流量の制御のみを行うことができる臨界流量オリフィスや臨海流量ベンチュリのような構成が簡単なもののみを共通して使用することができ、排ガスサンプリング装置全体の構成を非常に簡単なものにすることができる。

本発明の一実施形態に係る排ガスサンプリング装置及び排ガス測定システムを示す模式図。本発明の別の実施形態に係る排ガスサンプリング装置の制御部の構成を示す機能ブロック図。

本発明の一実施形態に係る排ガスサンプリング装置１００について図１を参照しながら説明する。

本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は、排ガスに含まれる所定の粒子径を有する粒子状物質（以下、ＰＭともいう）の量を測定する排ガス測定システム２００の一部をなすものである。

前記排ガスサンプリング装置１００は、排ガスに含まれるＰＭの量を測定するために適した濃度へ排ガスを多段希釈するように構成してある。すなわち、前記排ガスサンプリング装置１００は、ｎ段（ｎは２以上の自然数）の希釈流路ＤＬを有し、各希釈流路ＤＬにおいて排ガス又は希釈排ガスの希釈、希釈排ガスの分流を繰り返すことにより段階的に排ガスを希釈するように構成してある。

各希釈流路ＤＬは基本的に略同じ構成を有している。すなわち、第ｋ段（ｋは１以上ｎ以下の自然数）の希釈流路ＤＬは、排ガス又は希釈排ガスを取得する第ｋのサンプリング管Ｓと、前記第ｋのサンプリング管Ｓにより取得された排ガス又は希釈排ガスが希釈空気により希釈される第ｋの希釈器Ｔと、第ｋの希釈器Ｔに流入する希釈空気の流量を制御する第ｋの希釈空気流量制御機構Ｄと、第ｋの希釈器Ｔから流出する希釈排ガスの流量を制御する第ｋの希釈排ガス流量制御機構Ｅとを備えている。なお、以下の説明において各段の構成要素を区別して説明したほうが分かりやすい場合には、第ｋ段の構成要素はそれぞれＤＬ（ｋ）、Ｄ（ｋ）、Ｓ（ｋ）、Ｔ（ｋ）のように符号に対して段数を示す番号を付与する。

第１段の希釈流路ＤＬにおける第１のサンプリング管Ｓ（１）は、排ガスを取得するためのものであり、第１段以外の第ｋ段の希釈流路ＤＬ（ｋ）における第ｋのサンプリング管Ｓ（ｋ）は、第（ｋ−１）段の希釈流路ＤＬ（ｋ−１）において希釈された希釈排ガスを取得するように構成してある。

前記希釈器Ｔは、筒状をなす希釈トンネルであって上流端からは前記希釈空気流量制御機構Ｄを通過した希釈空気が流入し、下流端は前記希釈排ガス流量制御機構Ｅに接続してある。前記希釈器Ｔ内において上流側には前記サンプリング管Ｓの下流端が開口させてあり、排ガス又は前の段の希釈流路ＤＬから取得された希釈後の希釈排ガスが流入するようにしてある。一方、最終段である第ｎ段以外の希釈流路ＤＬにおいては、前記希釈器Ｔ内において下流側には次の段の希釈流路ＤＬを構成するサンプリング管Ｓの上流端が開口させてあり、希釈された後の希釈排ガスの一部が次の希釈流路ＤＬに分流されるようにしてある。次の希釈流路ＤＬに分流されなかった希釈排ガスは前記希釈排ガス流量制御機構Ｅを通過して希釈器Ｔの外部へと排出される。

第ｎ段以外の希釈流路ＤＬの希釈空気流量制御機構Ｄは、それぞれが実質的に同じ流量を流すように構成された臨界流量オリフィス又は臨界流量ベンチュリである。また、第ｎ段の希釈流路ＤＬ（ｎ）の希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）は、希釈空気の流量を適宜変更できるように構成してある。

また、全ての希釈流路ＤＬの希釈排ガス流量制御機構Ｅは、本実施形態ではそれぞれが実質的に同じ流量を流すように構成された臨界流量オリフィス又は臨界流量ベンチュリである。なお、各希釈排ガス流量制御機構Ｅの下流にはポンプ等の図示しない吸引源と接続してある。

さらに、最終段である第ｎ段の希釈流路ＤＬ（ｎ）は希釈器Ｔ（ｎ）の下流端と希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｎ）との間に希釈排ガスが通過するフィルタＦを設けてあり、このフィルタＦによって排ガスに含まれるＰＭを捕集して、その黒色度等を測定することでＰＭの含有量が測定される。

次に各希釈流路ＤＬを流れるガスの流量について最終段である第ｎ段の希釈流路ＤＬにおける各ガスの流量について説明してから第ｎ段以外の希釈流路ＤＬにおける各ガスの流量について説明する。

第ｎ段の希釈流路ＤＬ（ｎ）では、希釈排ガスは分流されることなく全量が第ｎの希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｎ）を介して第ｎの希釈器Ｔ（ｎ）から外部へと排出されるので、第ｎの希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｎ）で制御された希釈排ガスの流出する流量であるＱ_Ｅ（ｎ）と第ｎの希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）で制御された希釈空気の流入する流量であるＱ_Ｄ（ｎ）との差分流量が第ｎのサンプリング管Ｓ（ｎ）により第（ｎ−１）の希釈流路ＤＬ（ｎ−１）から取得される希釈排ガスの流量Ｑ_Ｓ（ｎ）となる。

つまり、Ｑ_Ｓ（ｎ）＝Ｑ_Ｅ（ｎ）−Ｑ_Ｄ（ｎ）・・・（１）と表すことができる。

また、第ｎの希釈流路ＤＬにおける希釈率Ｒはその定義から
Ｒ＝（Ｑ_Ｓ（ｎ）＋Ｑ_Ｄ（ｎ））／Ｑ_Ｓ（ｎ）＝Ｑ_Ｅ（ｎ）／Ｑ_Ｓ（ｎ）・・・（２）
と表すことができる。

ここで、第ｎの希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｎ）を通過する希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｎ）は、例えば米国において定められている排ガス測定規則等を満たすように設定してある。本実施形態ではＰＭの測定のために前記フィルタＦを通過させるべき流量として定められている流量に設定してある。

次に第ｎ段目以外の第ｋ段目の希釈流路ＤＬ（ｋ）における各ガスの流量について説明する。

第ｋの希釈空気流量制御機構Ｄにより制御される希釈空気の流量をＱ_Ｄ（ｋ）、第ｋのサンプリング管Ｓ（ｋ）により第（ｋ−１）の希釈流路ＤＬ（ｋ−１）から取得される排ガス又は希釈排ガスの流量をＱ_Ｓ（ｋ）、第ｋのサンプリング管Ｓにより分流される希釈排ガスの流量をＱ_{Ｓ（ｋ＋１）}、第ｋの希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｋ）を介して外部へ排出される希釈排ガスの流量をＱ_Ｅ（ｋ）とすると、第ｋの希釈器Ｔ（ｋ）に流入する流量と流出する流量は釣り合うことから以下のように表すことができる。

Ｑ_Ｄ（ｋ）＋Ｑ_Ｓ（ｋ）＝Ｑ_{Ｓ（ｋ＋１）}＋Ｑ_Ｅ（ｋ）・・・（３）

また、第ｋの希釈流路ＤＬ（ｋ）における希釈率をＸ（ｋ）とした場合、希釈率の定義から以下のように表すことができる。

Ｘ（ｋ）＝（Ｑ_Ｓ（ｋ）＋Ｑ_Ｄ（ｋ））／Ｑ_Ｓ（ｋ）・・・（４）

ここで、本実施形態では第ｎ段以外の第ｋの希釈空気流量制御機構Ｄ（ｋ）で制御されて流入する希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｋ）と全ての希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｋ）を介して流出する希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｋ）は、第ｎ段の希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｎ）から流出する希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｎ）と同じ流量となるように設定してある。

つまり、第ｎ段以外の希釈流路ＤＬ（ｋ）においては、希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｋ）と希釈排ガスが第ｋの希釈排ガス流量制御機構Ｅ（ｋ）を通過して外部へ流出する流量Ｑ_Ｅ（ｋ）はＱ_Ｅ（ｎ）で等しくなるので式（３）は以下のように変形できる。

Ｑ_Ｓ（ｋ）＝Ｑ_{Ｓ（ｋ＋１）}・・・（５）

すなわち、全てのサンプリング管Ｓにより取得される排ガス又は希釈排ガスの流量は等しくなり、かつ、第ｎ段の希釈流路ＤＬ（ｎ）において取得される希釈排ガスの流量Ｑ_Ｓ（ｎ）となる。ここで、第ｎ段において取得される希釈排ガスの流量Ｑ_Ｓ（ｎ）は、第ｎの希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）で実現される流入する希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）を変更することで調節することができる。そして、式（５）から分かるように第ｎ段に流入する希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）を変更するだけで、各段で取得される排ガス又は希釈排ガスの流量Ｑ_Ｓ（ｋ）も第ｎ段で取得される希釈排ガスの流量Ｑ_Ｓ（ｎ）と同じになるように連動して制御することができる。別の表現をすると本実施形態では、第ｎ段の希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）を除いた各段の希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｋ）と全ての段における流出する希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｋ）とを同じ流量に設定することにより、第ｎの希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）により第ｎの希釈器Ｔ（ｎ）に流入する希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）に連動して、各段の希釈流路ＤＬ（ｋ）において各サンプリング管Ｓ（ｋ）により取得される排ガス又は希釈排ガスの流量Ｑ_Ｓ（ｋ）が制御されるように構成してある。

上述したように、第ｋ段の希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｋ）は第ｎ段の希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｎ）と同じ流量に制御しているので、流量式（４）に示した第ｎ段以外の第ｋ段の希釈流路ＤＬにおける希釈率Ｘは以下のように書き換えられる。

Ｘ（ｋ）＝（Ｑ_Ｓ（ｎ）＋Ｑ_Ｅ（ｎ））／Ｑ_Ｓ（ｎ）・・・（６）

さらに式（２）と式（６）から
Ｘ（ｋ）＝Ｒ＋１・・・（７）
を導くことができる。

このように、本実施形態では、第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）以外の全ての流量制御機構で制御される流量をＱ_Ｅ（ｎ）に揃えることによって、第ｎ段以外の各希釈流路ＤＬにおける希釈率をＲ＋１で揃えている。

また、式（１）（２）から分かるように第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）から流入する希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）をＱ_Ｅ（ｎ）よりも少し小さい流量にすれば、第ｎ段の希釈流路ＤＬ（ｎ）における希釈率は十分な大きな値となり、第ｎ段の希釈流路ＤＬの希釈率Ｒと第ｎ段以外の各希釈流路ＤＬの希釈率Ｒ＋１も略同じ値に揃えることができる。

このように本実施形態の排ガスサンプリング装置１００によれば、第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）以外の流量制御機構で制御される流量をフィルタＦに通過させる希釈排ガス流量Ｑ_Ｅ（ｎ）に揃えているので、各希釈流路ＤＬにおける希釈率を略同じ値に揃えて、段階的に希釈することができる。

そして、各希釈流路ＤＬにおいて排ガス又は希釈排ガスは低い希釈率で少しずつ希釈されていくので、各希釈流路ＤＬを流れる流体の流量に誤差が発生したとしてもその影響は各希釈流路ＤＬにおける各希釈率Ｒ＋１又はＲには表れにくい。

したがって、排ガスサンプリング装置１００全体での希釈率Ｙを大きな値にしたい場合でも、精度よく希釈を行うことが可能となる。

また、排ガスサンプリング装置１００全体での希釈率Ｙを別の値に変更したい場合には、第ｎの希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）で制御される希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）を変更するだけで自動的に各希釈流路ＤＬ（ｋ）における希釈率を均等に分配することができる。したがって、従来のように希釈率を変更したい場合には各希釈流路ＤＬに設けられた流量制御機構のそれぞれについて流量設定を変更していたのに対して、本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は１つの流量制御機構の流量設定を変更するだけで、各希釈流路ＤＬでの希釈率を揃えて全体として高い希釈率での希釈を精度良く実現することができる。

さらに、本実施形態の排ガスサンプリング装置１００では、大きな可変流量域を有する流量制御機構は第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）のみであり、その他の流量制御機構については固定流量の同じ形式のものを用いることができる。したがって、排ガスサンプリング装置１００に用いられる多数の流量制御機構について同じもので構成して、希釈率の精度を保ちながらシステムの簡素化を実現できる。

次にその他の実施形態について説明する。

前記実施形態ではｎ段の希釈流路ＤＬを備えた排ガスサンプリング装置１００について説明したが、本発明は２段以上の希釈流路ＤＬを備えた排ガスサンプリング装置１００として構成しても構わない。また、最終段である第ｎ段においてのみ排ガスの測定を行うように構成していたが、途中の段の希釈流路ＤＬに排ガス測定器を設けて排ガス測定を行うようにしても構わない。各流量制御機構については臨界流量オリフィスや臨界流量ベンチュリに限られるものではなく、マスフローコントローラや流量制御バルブと制御器の組み合わせからなる機構を用いても構わない。また、第ｎ段以外の希釈流路ＤＬにおいて、希釈空気流量制御機構Ｄにより実現される希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｋ）と、希釈排ガス流量制御機構Ｅにより実現される希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｋ）が異なる値に設定されて、かつ、第ｎ段の希釈流路ＤＬ（ｎ）における希釈率をＲとした場合に第ｎ段以外の希釈流路における希釈率をＲ＋１に揃えるようにしてもよい。

前記実施形態では第ｎ段以外の各希釈流路ＤＬにおける希釈率はＲ＋１で揃っている場合を説明したが、各希釈流路ＤＬにおける希釈率は実質的に同じ値で揃っていればよい。例えば希釈率Ｒ＋１を基準としてプラスマイナス２０％以内で揃っていても高い希釈率であっても精度よく排ガスの希釈を行うことができる。なお、より好ましくは希釈率Ｒ＋１を基準としてプラスマイナス１０％又は５％以内で揃っていればよい。

また、第ｎ段以外の各希釈空気流量制御機構Ｄで制御される希釈空気の流量はある基準流量Ｑ_ＤＲに対してプラスマイナス２０％以内の範囲で揃っているように構成してもよい。より好ましくは、基準流量Ｑ_ＤＲに対してプラスマイナス１０％又は５％以内で第ｎ段以外の各希釈空気流量制御機構Ｄで実現される流量が揃っていればよい。

さらに、第ｎ段以外の希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｋ）と、希釈排ガス流量制御機構Ｅを介して排出される希釈排ガスの流量Ｑ_Ｅ（ｋ）は厳密に同じ値でなくてもよい。

各希釈排ガス流量制御機構Ｅで制御される希釈排ガスの流量も基準の流量Ｑ_ＥＲに対して所定の範囲内で揃っていてもよい。例えば基準の流量Ｑ_ＥＲに対してプラスマイナス２０％の範囲で揃っていればよいし、より好ましくは流量Ｑ_ＥＲに対してプラスマイナス１０％又は５％以内で揃うように構成してもよい。

加えて、図２に示すように前記排ガスサンプリング装置１００は、全体として達成した希釈率Ｙを受け付けて、その希釈率Ｙが実現されるように第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）の流量設定を変更する制御部Ｃをさらに備えてもよい。

この制御部Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたコンピュータによって実現されるものであって、全体希釈率受付部Ｃ１、設定流量算出部Ｃ２、流量設定部Ｃ３としての機能を少なくとも発揮するものである。

前記全体希釈率受付部Ｃ１は、ユーザからの入力等により排ガスサンプリング装置１００全体で達成するべき希釈率Ｙを受け付け、その値を前記設定流量算出部Ｃ２へと出力するものである。

前記設定流量算出部Ｃ２は、第ｎの希釈空気流量制御機構Ｄ（ｎ）に設定されるべき設定流量を受け付けた全体の希釈率Ｙに基づいて算出するものである。前記実施形態で説明したように第ｎ段の希釈流路ＤＬにおける希釈率をＲとした場合、第ｎ段以外の希釈流路ＤＬの希釈率はＲ＋１であることから、排ガスサンプリング装置１００全体の排ガスの希釈率Ｙは、Ｙ＝Ｒ（Ｒ＋１）^ｎ−１、又は、Ｒが十分に大きければ近似値としてＹ≒Ｒ^ｎとすることができる。前記設定流量算出部Ｃ２は、これらの式のいずれかに基づき、第ｎ段での希釈率Ｒを算出する。さらに、フィルタＦに流すべき流量Ｑ_Ｅ（ｎ）は試験規約であらかじめ決まっているので、前記設定流量算出部Ｃ２は算出された希釈率Ｒと流量Ｑ_Ｅ（ｎ）から必要とされる第ｎ段での希釈空気の流量Ｑ_Ｄ（ｎ）を算出し、この値を設定流量とする。

前記流量設定部Ｃ３は、前記設定流量算出部Ｃ２で算出されたＱ_Ｄ（ｎ）を第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄに目標値として設定する。ここで、流量設定部Ｃ３は多数ある流量制御機構のうち第ｎ段の希釈空気流量制御機構Ｄのみ設定流量を変更するように構成してある。

このようなものであれば、ユーザが入力する全体の希釈率Ｙに基づき、自動的に最も精度よく希釈を行えるように排ガスサンプリング装置１００を動作させることができる。

なお、本発明は実施形態に示したものに限られず、様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

２００・・・排ガス測定システム
１００・・・排ガスサンプリング装置
Ｄ（ｋ）・・・希釈空気流量制御機構
Ｓ（ｋ）・・・サンプリング管
Ｔ（ｋ）・・・希釈器（希釈トンネル）
Ｅ（ｋ）・・・希釈排ガス流量制御機構
Ｃ・・・制御部
Ｃ１・・・全体流量受付部
Ｃ２・・・設定流量算出部
Ｃ３・・・流量設定部

Claims

ｎ段（ｎは２以上の自然数）の希釈流路を備えた排ガスサンプリング装置であって、
第ｋ段（ｋは１以上ｎ以下の自然数）の希釈流路が、
排ガス又は第（ｋ−１）段の希釈流路において希釈された希釈排ガスを取得する第ｋのサンプリング管と、
前記第ｋのサンプリング管により取得された排ガス又は希釈排ガスが希釈空気により希釈される第ｋの希釈器と、
第ｋの希釈器に流入する希釈空気の流量を制御する第ｋの希釈空気流量制御機構と、
第ｋの希釈器から流出する希釈排ガスの流量を制御する第ｋの希釈排ガス流量制御機構とを備え、
最終段である第ｎ段の希釈空気流量制御機構により第ｎの希釈器に流入する希釈空気の流量に連動して、各段の希釈流路において各サンプリング管により取得される排ガス又は希釈排ガスの流量が制御されるように構成されていることを特徴とする排ガスサンプリング装置。
各段の希釈流路において各サンプリング管により取得される排ガス又は希釈排ガスの流量が全て実質的に同じ流量となるように制御される請求項１記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段の希釈流路における第ｎの希釈器での希釈率をＲとした場合に、最終段である第ｎ段以外の各希釈流路における各希釈器での希釈率がそれぞれ実質的に（Ｒ＋１）となるように構成されている請求項１又は２記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段以外の各希釈流路において各希釈器に流入する希釈空気の流量と、全ての各希釈流路において各希釈器から各希釈排ガス流量制御機構を介して流出する希釈排ガスの流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように構成されている請求項１乃至３いずれかに記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段以外の各希釈流路において、各希釈器に流入する希釈空気の流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように各希釈空気流量制御機構が構成されている請求項１乃至４いずれかに記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段以外の各希釈流路において、各希釈器から各希釈排ガス流量制御機構を介して流出する希釈排ガスの流量がそれぞれ実質的に同じ流量となるように各希釈排ガス流量制御機構が構成されている請求項１乃至５いずれかに記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段の希釈流路が、第ｎの希釈器で希釈された後の希釈排ガスが通過するフィルタをさらに備えている請求項１乃至６いずれかに記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段以外の各希釈空気流量制御機構及び希釈排ガス流量制御機構が、臨界流量オリフィス又は臨界流量ベンチュリで構成されている請求項１乃至７いずれかに記載の排ガスサンプリング装置。
最終段である第ｎ段の第ｎの希釈空気流量制御機構のみが、制御する流量を変更可能に構成されており、
最終段である第ｎ段以外の各希釈空気流量制御機構と、全ての段の各希釈排ガス流量制御機構とが、制御する流量が１つの流量に固定されている請求項１乃至８いずれかに記載の排ガスサンプリング装置。