JP3201555U - 粒子を監視する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な測定がきるだけでなく、信頼性があり長期使用可能な、燃焼機関の排出システム内の微粒子の濃度を監視する装置の提供。【解決手段】本考案に係る装置１は、ハウジング２と、排出システム４への取り付け封止手段５と、粒子測定センサ６と、ガス入口７と、微粒子を帯電させる手段８と、帯電した微粒子に運ばれる電流を検出する手段と、ガス出口１０と、空気をイオン化する手段１１とを備え、ハウジング２が、排出システム４内に延びる部分３を含み、取り付け封止手段５が、排出システム４の壁の１つの開口部を通して装置１を排出システム４に取り付けるように配置され、装置１が、取り付け封止手段５内に配置された、センサ６に電力を与えるための電気コネクタと、センサ６によって生成された電気信号を伝達するための電気コネクタと、本質的に清浄なガスをセンサ６に供給するためのガス・コネクタとを備える。【選択図】図１

Description

本考案は、燃焼機関の排出システム内の微粒子の濃度を監視する装置に係るものである。

多くの燃焼プロセスにおいて、１ｎｍから１０μｍまでの直径を有する微粒子が形成される。様々な理由のために、こうした微粒子の測定が行われる。微粒子の測定は、健康への影響のおそれがあるために、また燃焼機関、特にディーゼル機関の動作など、燃焼プロセスの動作を監視する目的でも実施される場合がある。この理由のために、信頼性のある微粒子測定装置が必要である。

微粒子を測定するための従来技術の方法及び装置の１つは、国際公開第２００９／１０９６８８号に記載されている。この従来技術の方法では、清浄で本質的に粒子のないガスが装置内に供給され、主流として、入口チャンバを介して装置内部に設けられたエゼクタに方向付けられる。さらに、清浄なガスは、入口チャンバに供給される前及びその間にイオン化される。イオン化された清浄なガスは、好ましくは音速で又は音速近くでエゼクタに送ることができる。清浄なガスのイオン化は、例えばコロナ荷電器を用いて実施できる。入口チャンバはさらに、微粒子を有するエーロゾルを含む流路又は空間と流体連通するように配置されたサンプル入口を備える。清浄なガスの流れ及びエゼクタは共に、サンプルのエーロゾルの流れが導管又は空間から入口チャンバまで形成されるような、サンプル入口への吸引を生じさせる。したがって、サンプルのエーロゾルの流れは、エゼクタへの側流として与えられる。イオン化された清浄なガスは、粒子を帯電させる。帯電した粒子はさらに、エーロゾルを含む導管又は空間に戻すように案内することができる。したがって、エーロゾルのサンプルの微粒子は、帯電した粒子によって運ばれる電荷を監視することによって監視される。自由イオンを除去すること、さらにイオン・トラップを用いて除去することが可能である。これまでに言及した微粒子に加えて、工業プロセス及び燃焼プロセスでは通常、１μｍ超、２μｍ超、３μｍ超、５μｍ超、又はさらに大きい粒子直径を有する粒子も形成される。こうした１μｍ超の粒子直径を有する粗粒子は、通常の動作条件において（ただし特に始動、停止、動作不良の条件の間など特定の動作条件において）、少量形成される可能性がある。ディーゼル機関の排出粒子の粒度分布は、一般に３つの異なるモード、すなわち、約５０ｎｍ未満の直径を有する粒子からなる核モード、５０ｎｍ〜１μｍの直径を有する粒子からなる蓄積モード、及び粒子直径が１μｍ超である粗大モードを示す。大部分のディーゼル機関の排出粒子は、排気ガスが排出管から出た後に生じるが、こうした粒子は通常、蓄積及び核モードに属する。

特にディーゼル機関のオンボード診断のための微粒子監視装置に対する重要な要求の１つは、構成が小さくコンパクトなことである。さらに、こうした微粒子監視装置を、メンテナンスの必要なしに長期間動作させることができることも好ましい。燃焼機関の微粒子の監視など多くの用途では、リアルタイムで微粒子の測定を実施するために、連続的に監視装置を動作させることができることがさらに好ましい。ディーゼル機関の排出物の測定に用いられる特定の装置は、そうした装置が受ける力又は温度に耐えるような十分に強いものではなく、特定の装置は、信号対雑音比が不十分であるために、粒子状物質の存在を正確に示すことができない。したがって、従来技術の装置の欠点を考慮して、排気ガスの流れの中を流動する微粒子を監視するための改善された装置が求められている。

国際公開第２００９／１０９６８８号

本考案の目的は、従来技術の欠点の克服された装置を提供することである。

本考案の目的は、燃焼機関の排出システム（４）内の微粒子の濃度を監視する装置（１）であって、
ａ．ハウジング（２）と、
ｂ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）と、
ｃ．前記ハウジング（２）の内側に配置された粒子測定センサ（６）と、
ｄ．測定流を前記粒子測定センサ（６）内に供給するための前記ハウジング内のガス入口（７）と、
ｅ．前記ハウジング（２）の内側に配置された前記粒子測定センサ（６）に入る前記微粒子の少なくとも一部を帯電させる手段（８）と、
ｆ．帯電した微粒子によって運ばれる電流の少なくとも一部を検出する手段と、
ｇ．前記測定流を前記粒子測定センサ（６）から離れる方向に送るための前記ハウジング内のガス出口（１０）と、
ｈ．本質的に清浄な空気をイオン化する手段（１１）と
を備える前記装置において、
ｉ．前記ハウジング（２）が、燃焼機関の前記排出システム（４）内に延びる部分（３）を含み、
ｊ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）が、
前記排出システム（４）の壁の１つの開口部を通して前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付けるように配置され、
前記装置（１）が、
ｋ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）内に配置された、前記センサ（６）に電力を与えるための電気コネクタと、
ｌ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）内に配置された、前記センサ（６）によって生成された電気信号を伝達するための電気コネクタと、
ｍ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）内に配置された、本質的に清浄なガスを前記センサ（６）に供給するためのガス・コネクタと、
を備えることを特徴とする装置によって達成される。

本考案の一具体例による装置は以下の仕様、すなわち、
本質的に清浄な空気の体積流量：ＮＴＰで０．５〜５ｄｍ^３／分
排出システムからの測定流量：ＮＴＰで１〜１０ｄｍ^３／分
組立ねじ：Ｍ２９×１．５
衝撃抵抗：＞３０Ｇ
動作範囲（排気ガス粒子の濃度の場合）：＜２５ｍｇ／ｍ^３
を有する。 以下では、添付の原理図を参照して、本考案をさらに詳しく説明する。

本考案に係る装置の実施例を示す図。

分かりやすくするために、図は、本考案を理解するために必要な細部のみを示している。本考案の特徴を強調するために、本考案の理解に不要であり当業者には明らかである構造及び細部は、図から省いてある。

装置１は、燃焼機関の排出システム４の中に延びる部分３を含むハウジングを備えている。装置１は、排出システム４の壁、好ましくは燃焼機関の排出管の壁に取り付けられ、封止される（５）。粒子測定センサ６は、ハウジング２の内側に配置され、ハウジング２は、測定流をセンサ６に供給するための入口孔７、及び測定流を出すための出口孔１０を有する。センサ６に入る粒子の少なくとも一部は帯電させられ、装置は帯電した粒子によって運ばれる電流を測定する手段を備える。本考案にとっては、装置を排出管に対して組み立てるために管内の１つの開口部が必要なだけであり、簡単且つ安価な組立体が得られることが重要である。排出管内の１つの開口部への結合は、本質的に清浄なガスの流れをイオン化するために用いられるコロナ放出デバイスなどの放出デバイスへの高い電圧など、センサに電力を与えるための電気的結合、粒子測定センサによって生成される電気信号を伝達するための他の電気的結合、及び本質的に清浄な空気をセンサに与えるためのガス結合を含む。こうした結合は、装置１を排出システム４に取り付ける手段５の内部に配置される。センサは、粒子に付着していないイオンを除去するためのイオン・トラップ９を含むことが好ましい。センサは、国際公開第２００９／１０９６８８号に記載されるものなどの、ベンチュリのスロート部及び粒子をイオン化するチャンバを含むことも好ましい。

排気ガス・システム内に延びる部分の長さは、５５ｍｍ以下であることが好ましい。装置１の排気ガス・システムの壁の外側に広がる部分の長さは、３０〜５０ｍｍであることが好ましい。排気ガス・システム内に延びる部分は、排気ガス・システム内に、排出管内を流れるガスがハウジング内の入口孔に直接入らないような方向に組み立てられることが好ましい。これは、当業者によく知られている等速の粒子のサンプリングに反するが、排気ガスの流れの中の粗粒子が入口孔に入らない傾向になるため有益な結果をもたらす。本考案の一実施例においては、入口孔は、ハウジングの壁が入口孔を効果的に遮蔽し、入口孔内への粒子の見通し経路が存在しないように配置される。これは特に、入口孔での圧力が排出管内の圧力よりも低くなるような入口孔と排出管との間の圧力差をもたらす、国際公開第２００９／１０９６８８号に記載されるものなど、粒子センサが本質的に清浄なガスの流れを含むときに有益な実施例である。

図１の実施例は、排出システム内に延びる部分が金属薄板から製造された部分を含む構造を示している。本考案の好ましい実施例では、排出システム内に延びる部分の本質的な部分が、簡単に製造可能であり且つ安価な構造をもたらす金属薄板から製造される。本考案の好ましい実施例では、特にハウジングの排出システムの内側の部分、ベンチュリのスロート部及びイオン・トラップ９が、金属薄板から製造される。

本考案の趣旨に従って、本考案の様々な実施例を示すことが可能である。したがって、これまでに示した実例は、本考案を限定するものと考えてはならず、本考案の実施例は、以下の実用新案登録請求の範囲に示す本考案の特徴の範囲内で、自由に変更することが可能である。

Claims (5)

1. 燃焼機関の排出システム（４）内の微粒子の濃度を監視する装置（１）であって、
   ａ．ハウジング（２）と、
   ｂ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）と、
   ｃ．前記ハウジング（２）の内側に配置された粒子測定センサ（６）と、
   ｄ．測定流を前記粒子測定センサ（６）内に供給するための前記ハウジング内のガス入口（７）と、
   ｅ．前記ハウジング（２）の内側に配置された前記粒子測定センサ（６）に入る前記微粒子の少なくとも一部を帯電させる手段（８）と、
   ｆ．帯電した微粒子によって運ばれる電流の少なくとも一部を検出する手段と、
   ｇ．前記測定流を前記粒子測定センサ（６）から離れる方向に送るための前記ハウジング内のガス出口（１０）と、
   ｈ．本質的に清浄な空気をイオン化する手段（１１）と
   を備える前記装置において、
   ｉ．前記ハウジング（２）が、燃焼機関の前記排出システム（４）内に延びる部分（３）を含み、
   ｊ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）が、
   前記排出システム（４）の壁の１つの開口部を通して前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付けるように配置され、
   前記装置（１）が、
   ｋ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）内に配置された、前記センサ（６）に電力を与えるための電気コネクタと、
   ｌ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）内に配置された、前記センサ（６）によって生成された電気信号を伝達するための電気コネクタと、
   ｍ．前記装置（１）を前記排出システム（４）に取り付け封止する手段（５）内に配置された、本質的に清浄なガスを前記センサ（６）に供給するためのガス・コネクタと、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 燃焼機関の前記排出システム（４）内に延びる部分（３）が、金属薄板から製造された部分を含むことを特徴とする請求項１に記載された装置。
3. 前記本質的に清浄な空気をイオン化する手段（１１）が、コロナ放出デバイスを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された装置。
4. 燃焼機関の前記排出システム（４）内に延びる部分（３）の長さが、５５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された装置。
5. 前記ガス入口（７）が、排気管内を流れる前記ガスの見通し線上にないことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された装置。