JP2019174205A - 試験用サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧環境下においてサンプリング試験を正確に実施可能とする。【解決手段】燃焼器１００から排出された排気ガスの一部を取得する試験用サンプリング装置１であって、排気ガスが通過する計測用フィルタ３と、燃焼器１００から弁装置を介することなく直接的に排気ガスの一部を計測用フィルタ３に案内する計測用配管２と、計測用フィルタ２の下流側において排気ガスの流れ状態を規定する弁装置４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、試験用サンプリング装置に関するものである。

燃焼器から排出された排気ガスの成分を分析するため、燃焼器から排出されるガスをサンプリングし、成分濃度を計測する場合がある。一例として、燃焼器から排出されたガスを減圧し、常圧状態で排気ガスをサンプリングするバッハラッハ法が挙げられる。このような手法では、排気ガス中の水分が凝集し、排気ガス中の微粒子が凝集した水滴に付着するため、正しい濃度を計測できない場合がある。これに対して、例えば、特許文献１には、燃焼器に接続されるガス取出管と、計測用フィルタが設けられる第１のガス流路と、第２のガス流路と、２つのガス流路の上流側に設けられる切換弁とを備える排気ガスサンプリング装置が開示されている。特許文献１の排気ガスサンプリング装置では、第１のガス流路に流入した排気ガスが計測用フィルタを通過することにより、計測用フィルタに排気ガスの固形粒子成分を付着させている。これにより、排気ガスの圧力を減圧することなく、排気ガスのサンプリングを実施できる。

特開２０１５−１７９０５５号公報

特許文献１の排気ガスサンプリング装置では、第１のガス流路の上流に切換弁が設けられている。しかしながら、切換弁を排気ガスが通過する際に、切換弁に排気ガスの微粒子成分が付着、堆積する。微粒子成分が付着した状態で切換弁を駆動させると、切換弁に付着していた微粒子成分が第１のガス流路中に落下し、流れる排気ガス中の微粒子成分と共に計測用フィルタに接触する可能性があり、正確なサンプリング試験の妨げとなる可能性がある。
しかしながら、燃焼器から排出される排気ガスは高圧であり、高圧環境下で上述の試験を行う必要がある。したがって、切換弁を設けないと、計測用フィルタの前後に圧力差が生じるため、計測用フィルタが破損する可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高圧環境下においてサンプリング試験を正確に実施可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、燃焼器から排出された排気ガスの一部を取得する試験用サンプリング装置であって、上記排気ガスが通過する計測用フィルタと、弁装置を介することなく直接的に上記排気ガスの一部を上記計測用フィルタに案内する計測用配管と、上記計測用フィルタの下流側において上記排気ガスの流れ状態を規定する弁装置とを備える、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、上記計測用配管に接続され、上記計測用フィルタを通過した上記排気ガスを外部へと案内する排出配管を備え、上記弁装置は、上記排出配管より上流側に設けられ、上記計測用フィルタの下流側において上記計測用配管を閉鎖可能である、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第２の手段において、上記排出配管に接続され、空気または不活性ガスを上記排出配管に案内するバイパス配管と、上記バイパス配管に設けられるバイパス用開閉弁とを備える、という構成を採用する。

第４の手段として、上記第３の手段において、上記バイパス配管は、燃焼器の上流側に接続され、燃焼用空気の一部が流入する、という構成を採用する。

第５の手段として、上記第２〜４のいずれかの手段において、上記排出配管に設けられ、上記排気ガスの上記排出配管内における流量を制御する流量制御装置を備える、という構成を採用する。

第６の手段として、上記第５の手段において、上記排出配管の上記流量制御装置の上段に設けられ、上記排気ガスの上記排出配管内における圧力を変化させる調圧弁を備える、という構成を採用する。

第７の手段として、上記第１〜６のいずれかの手段において、上記計測用配管及び上記計測用フィルタは、複数設けられると共に並列に接続される、という構成を採用する。

本発明によれば、計測用フィルタの上流側に弁装置が設けられておらず、直接計測用フィルタに排気ガスが流入する。したがって、上流側において排気ガス中の微粒子成分が付着する構成部材がなく、正確にサンプリング試験を実施できる。

本発明の一実施形態に係る試験用サンプリング装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る試験用サンプリング装置の変形例における構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る試験用サンプリング装置の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る試験用サンプリング装置１は、燃焼器１００から排出される排気ガスの一部を抽出して微粒子成分を取得するサンプリング試験を実施する装置である。本実施形態においては、燃焼器におけるスス（微粒子）のサンプリング試験の一例として、バッハラッハ法に則った試験方法を用いる。試験用サンプリング装置１は、図１に示すように、計測用配管２と、計測用フィルタ３と、開閉弁４（弁装置）と、バイパス配管５と、バイパス用開閉弁６と、排出配管７と、排気用フィルタ８と、調圧弁９と、流量制御装置１０と、圧力センサ１１と、温度センサ１２とを備えている。
また、本実施形態における燃焼器１００は、例えばジェットエンジン用燃焼器とされ、燃焼用空気が供給される供給管１１０及び排気ガスを外部へと案内する排気管１２０と接続されている。

計測用配管２は、排気管１２０に接続され、排気管１２０を流れる燃焼器１００の排気ガスの一部を計測用フィルタ３へと案内する配管である。また、計測用配管２には計測用フィルタ３よりも上流側において弁装置等が設けられておらず、計測用配管２内の排気ガスは、弁装置等を介さずに直接的に計測用フィルタ３へと流れる。また、計測用配管２は、周囲にヒータが巻回され、全体が加温されている。

計測用フィルタ３は、計測用配管２の流路中に設けられている。これにより、計測用配管２を通る排気ガスは、計測用フィルタ３を通過することとなる。なお、計測用フィルタ３は、バッハラッハ法において用いられる濾紙状のフィルタと同一である。

開閉弁４は、計測用配管２内であって、計測用フィルタ３の下流側に設けられる電動弁である。開閉弁４は、不図示の演算装置等により操作され、計測用配管２を閉鎖・開放し、排気ガスの流れ状態を規定する。

バイパス配管５は、供給管１１０に接続されると共に、排出配管７の排気用フィルタ８の上流に接続される配管である。バイパス配管５は、供給管１１０に流れる燃焼用空気の一部が流れ込み、排出配管７へと案内する。燃焼用空気は、燃焼器１００に供給される空気であり、排気ガスと同程度の圧力を有している。

バイパス用開閉弁６は、バイパス配管５に設けられる電動弁であり、バイパス配管５を閉鎖・開放可能としている。また、バイパス用開閉弁６は、不図示の演算装置等により操作されることにより開弁・閉弁が切り替えられる。

排出配管７は、計測用配管２及びバイパス配管５と接続される配管であり、燃焼用空気及び排気ガスを外部へと案内する。

排気用フィルタ８は、排出配管７に設けられるフィルタであり、排気ガス中に含まれる微粒子等を吸着する。これにより、排気用フィルタ８の下流側に流れる気体から、微粒子を除去することができる。

調圧弁９は、排気用フィルタ８の下流側かつ流量制御装置１０の上段に設けられる電動弁である。調圧弁９は、圧力センサ１１から取得した排気ガス及び燃焼用空気の圧力に基づいて不図示の演算装置により開弁度が制御され、排出配管７内の調圧弁９よりも下流側における排気ガス及び燃焼用空気の圧力を低下させる。

流量制御装置１０は、排出配管７の下流端に設けられており、排出配管７を流れる排気ガスの流量が予め設定された流量となるように、不図示の演算装置により排出配管７における排気ガスの流量を調節する。なお、この際設定される流量は、例えばＪＩＳ規格に準拠したバッハラッハ法による微粒子計測において規定される流量（５３〜８０ｃｍ^３／秒程度）とされる。また、流量制御装置１０は、排出配管７を流れる排気ガスの積算流量についても計測している。

圧力センサ１１は、調圧弁９と流量制御装置１０との間の流路上に設けられており、該流路に流れる排気ガス及び燃焼用空気の圧力を計測している。また、圧力センサ１１は、計測した圧力を含むデータを不図示の演算装置に送る。

温度センサ１２は、調圧弁９と流量制御装置１０との間の流路上に設けられた熱電対であり、該流路に流れる排気ガス及び燃焼用空気の温度を計測している。また、温度センサ１２は、計測した圧力を含むデータを不図示の演算装置または外部の記録装置に送る。

このような本実施形態に係る試験用サンプリング装置１の動作について説明する。
燃焼用空気が供給管１１０を介して燃焼器１００供給され、燃焼器１００が駆動されると、燃焼器１００内部で燃料が燃焼され、排気管１２０より排気ガスが排出され始める。この際、試験用サンプリング装置１においては、開閉弁４が閉弁状態とされ、バイパス用開閉弁６が開弁状態とされる。これにより、供給管１１０を流れる燃焼用空気の一部は、バイパス配管５へと流入し、さらに排出配管７へと流れる。供給管１１０を流れる燃焼用空気は、燃焼器１００から排出される排気ガスの圧力と同程度の圧力を有している。したがって、バイパス配管５及び排出配管７は、排気ガスの圧力と同程度となり、開閉弁４の前後における圧力が同程度となる。なお、調圧弁９は、流量制御装置１０が動作可能な圧力範囲となるように調節されている。

そして、燃焼器１００の燃焼状態が、排気ガス中の微粒子等の計測に適した状態となると、サンプリング作業を実施するため、バイパス用開閉弁６が閉弁され、開閉弁４が開弁される。

開閉弁４が開弁されると、燃焼器１００から排出された排気ガスは、一部が計測用配管２へと流入する。その際、開閉弁４の前後における圧力がほぼ同程度であるため、計測用フィルタ３に急激な圧力差がかかることがなく、破れることはない。そして、排気ガスは、計測用フィルタ３を通って、排出配管７へと流れる。この際、流量制御装置１０は、予め設定された流速となるように排出配管７を流れる排気ガスの流量を調整する。これにより、計測用配管２には、内部の流速が一定に保たれた状態で排気ガスが流れることとなる。また、排気ガスが計測用フィルタ３を通過することで、排気ガス中の微粒子が計測用フィルタ３に付着する。排気ガスは、計測用フィルタ３を通過した微粒子が排気用フィルタ８を通過することにより除去され、流量制御装置１０を介して外部へと排出される。

流量制御装置１０を通過する排気ガス流量は、圧力センサ１１と温度センサ１２を用いて不図示の制御装置にて温圧補正される。この結果、流量制御装置１０を通過する排気ガスは、圧力および温度によらずバッハラッハ計測に必要な流量に制御される。計測を開始してから流量制御装置１０を通過した排気ガス流量の積算値が、設定値に達すると、バイパス用開閉弁６が開弁され、開閉弁４が閉弁される。これにより、計測用配管２への排気ガスの流入が停止され、バイパス配管５への燃焼用空気の流入が開始される。また、燃焼器１００の稼働を停止させると、燃焼器１００の圧力低下に伴って、計測用配管２における圧力も低下する。

このような本実施形態に係る試験用サンプリング装置１によれば、計測用配管２において、計測用フィルタ３の上流側に弁装置が設けられておらず、燃焼器１００から排出された排気ガスが直接計測用フィルタ３を通過する。したがって、弁装置が駆動することにより発生する弁装置からの微粒子の落下が計測用フィルタ３における計測結果に影響を及ぼすことがなく、正確に計測を行うことができる。

さらに、弁装置が計測用フィルタ３の上流に設けられないことにより、燃焼器１００の圧力低下に伴って計測用配管２内の圧力が低下する。このため、サンプリング試験終了後に計測用フィルタ３を取り外す際に、外部と計測用配管２との差圧により計測用フィルタ３が破損することがない。

また、計測用配管２において、開閉弁４が計測用フィルタ３の下流側かつ近傍に設けられている。これにより、計測用配管２内において応答性良く排気ガスの流れ状態を変化させることができる。

また、試験用サンプリング装置１は、燃焼用空気が流れるバイパス配管５を備えることにより、排出配管７と計測用配管２との圧力差を解消すると共に、サンプリング試験時以外では排出配管７に排気ガスが流入しない状態とすることができる。

また、試験用サンプリング装置１は、流量制御装置１０を備えており、排出配管７における流量を制御することが可能である。これにより、サンプリング試験時に、排出配管７を介して計測用配管２の流量を制御可能であり、バッハラッハ法に則ったサンプリングを行うことが可能である。

また、流量制御装置１０の上段に調圧弁９を設けることにより、流量制御装置１０に流入する排気ガス及び燃焼用空気の圧力を、流量制御装置１０の稼働に適した条件まで低下させている。したがって、燃焼圧力条件を変化させても流量制御装置１０の圧力を一定に保つことが可能となり、幅広い圧力条件において試験用サンプリング装置１を用いることが可能である。

また、本実施形態においては、開閉弁４、バイパス用開閉弁６及び調圧弁９と、流量制御装置１０とが不図示の演算装置により操作される。これにより、サンプリング試験を自動化することが可能である。

さらに、開閉弁４、バイパス用開閉弁６及び調圧弁９が電動弁とされることにより、所定時間内に素早く弁体を移動させることができ、応答性が良い。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、計測用配管２及び計測用フィルタ３が１つのみとしたが、本発明はこれに限定されない。図２に示すように、計測用配管２、計測用フィルタ３及び開閉弁４がそれぞれ複数設けられ、並列に配置されるものとしてもよい。この場合、排気ガスのサンプリング試験を複数連続で実施することが可能である。また、この場合、開閉弁４の開閉タイミングでバイパス用開閉弁６を閉開することで、排出配管７の圧力を一定に保つことが可能であり、計測用フィルタ３を破損させることなく、異なるタイミングにおける排気ガスの状態を計測することが可能である。

また、開閉弁４とバイパス用開閉弁６とが一体となった三方弁を計測用配管２及びバイパス配管５の下流端に設けるものとしてもよい。

また、上記実施形態においては、試験用サンプリング装置１は、調圧弁９を備えるものとしたが、本発明はこれに限定されない。流量制御装置１０の耐圧性能が高い場合には、調圧弁９を設けない構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、流量制御装置１０の上流に温度センサ１２、圧力センサ１１を設置したが、本発明はこれに限定されない。流量制御装置１０により温圧補正が可能であれば上記センサは設けなくても良い。

また、バイパス配管５は、供給管１１０と接続されず、外部のタンク・ボンベ等から供給される加圧された空気または不活性ガスを排出配管７に案内するものとしてもよい。

また、上記実施形態においては、燃焼器１００の一例として、ジェットエンジンを挙げたが、本発明はこれに限定されず、その他の高圧燃焼器に適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、バッハラッハ法に則ったサンプリング試験について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＢＯＳＨ法等、他の手法によるサンプリング試験についても適用可能である。

１ 試験用サンプリング装置
２ 計測用配管
３ 計測用フィルタ
４ 開閉弁（弁装置）
５ バイパス配管
６ バイパス用開閉弁
７ 排出配管
８ 排気用フィルタ
９ 調圧弁
１０ 流量制御装置
１１ 圧力センサ
１２ 温度センサ
１００ 燃焼器
１１０ 供給管
１２０ 排気管

Claims (7)

1. 燃焼器から排出された排気ガスの一部を取得する試験用サンプリング装置であって、
   前記排気ガスが通過する計測用フィルタと、
   弁装置を介することなく直接的に前記排気ガスの一部を前記計測用フィルタに案内する計測用配管と、
   前記計測用フィルタの下流側において前記排気ガスの流れ状態を規定する弁装置と
   を備えることを特徴とする試験用サンプリング装置。
2. 前記計測用配管に接続され、前記計測用フィルタを通過した前記排気ガスを外部へと案内する排出配管を備え、
   前記弁装置は、前記排出配管より上流側に設けられ、前記計測用フィルタの下流側において前記計測用配管を閉鎖可能であることを特徴とする請求項１記載の試験用サンプリング装置。
3. 前記排出配管に接続され、空気または不活性ガスを前記排出配管に案内するバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられるバイパス用開閉弁と
   を備えることを特徴とする請求項２記載の試験用サンプリング装置。
4. 前記バイパス配管は、燃焼器の上流側に接続され、燃焼用空気の一部が流入することを特徴とする請求項３記載の試験用サンプリング装置。
5. 前記排出配管に設けられ、前記排気ガスの前記排出配管内における流量を制御する流量制御装置を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の試験用サンプリング装置。
6. 前記排出配管の前記流量制御装置の上段に設けられ、前記排気ガスの前記排出配管内における圧力を変化させる調圧弁を備えることを特徴とする請求項５記載の試験用サンプリング装置。
7. 前記計測用配管及び前記計測用フィルタは、複数設けられると共に並列に接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の試験用サンプリング装置。

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