JP3957643B2

JP3957643B2 - フィルタ保持用治具およびこれを用いた分析方法

Info

Publication number: JP3957643B2
Application number: JP2003045231A
Authority: JP
Inventors: 宏和福島; 茂中谷
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2004251861A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中に浮遊する粒子状物質、特に車両に搭載されたエンジンなどの内燃機関（例えばディーゼルエンジンなど）から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：パーティキュレートマター）の分析する際に用いるフィルタを加熱させるための治具およびこれを用いた分析方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
大気中には、種々の粒径の粒子状物質が存在するが、粒径１０μｍ以下の粒子状物質が、人体に悪影響を及ぼす可能性が高いことが知られている。その中で、さらに粒径２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質（ＦｉｎｅＰａｒｔｉｃｌｅ）が特に都市部の大気中に多く存在しており、この微小浮遊粒子状物質がディーゼル車の排気ガス中に多く含まれている。
【０００３】
このようなディーゼル車等の内燃機関からの排ガス中に含まれる粒子状物質を測定する手法として、エンジンから排出される高温の排ガスを清浄な空気で希釈し、この希釈排ガスを定容量吸引し、フィルタによってガス中の粒子状物質を捕集し、このフィルタを精密天秤などで秤量して、粒子状物質捕集前のフィルタとの重量差に基づいて定量分析するフィルタ重量法が一般に知られている。しかしながら、このようなフィルタ重量法においては、フィルタに吸着した水分が測定誤差として大きく影響するため、捕集前後のフィルタ中の水分を一定にするため定温・定湿処理が必要となる。また、低濃度ＰＭの排ガスを測定する場合、例えば２００ｍｇのフィルタの上に捕集された０．１ｍｇの粒子状物質を正確に秤量する必要があり、フィルタそのものの重量の測定誤差が粒子状物質の重量の測定誤差に大きな影響を与えるといった問題がある。
【０００４】
これに対して、粒子状物質をテープ状のフィルタの異なる位置において捕集し、β線吸収方式などの検出手法を用いて検出する手法がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
また、排ガス中の微粒子をフィルタ上で捕集し、微粒子を加熱して微粒子中の炭素を酸化させて二酸化炭素に変換し、この二酸化炭素の濃度を二酸化炭素メータなどを用いて測定し、求めた二酸化炭素の濃度から、微粒子内の炭素の質量を算出し、排ガス中の微粒子濃度を検出する方法がある（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】
特開２００１−３４３３１９号公報
【特許文献２】
特公平７−５８２６４号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この技術においても以下のような問題が発生する。すなわち、フィルタ等の捕集手段を排ガス分析装置に組み込まれたフィルタ保持部から取外して加熱炉に投入する際に、フィルタ等を慎重に取り扱う必要がある。具体的には、
（１）フィルタ等に捕集された粒子状物質をこぼさないようにする
（２）フィルタ等を素手で取り扱わないようにする
といった点に注意を払う必要がある。（２）は、手などに付着している油分などの成分がフィルタに接触することで、油分の一部がフィルタにも付着し、加熱炉による加熱によって、この油分まで測定されてしまうからである。
【０００７】
上記の（１）を行うためには、フィルタを内側に折り曲げたり、内側に巻き込んだりした後に、フィルタをその状態のまま加熱炉まで移動させるなどの手段があるが、この際に、（２）のように素手で取り扱うことができないため、ピンセット等の器具を用いて作業を行わなければならない。しかしながら、前記フィルタは石英等の材質で形成されており、弾性が相当強いことから、内側に折り曲げた状態（もしくは内側に巻き込んだ状態）から元に戻ろうとする力が強く作用するため、この状態を維持するのは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、このような折り曲げられたフィルタを加熱炉に投入する際に生じる技術的課題を考慮してなされたもので、その目的は、粒子状物質を捕集したフィルタを内側に折り曲げた状態または内側に巻き込んだ状態まま保持し、かつ容易に持ち運び可能とするようなフィルタ保持用治具およびこれを用いた分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明においては、粒子状物質を捕集したフィルタを装着するためのフィルタ保持用治具が、一定の長さの柄部分と、前記柄部分の一端に設けられた、フィルタを折り畳んだ状態もしくはフィルタを巻き込んだ状態を保持するための開口部とからなることを特徴とするフィルタ保持用治具を提案している。
【００１０】
さらに、前記フィルタ保持用治具を加熱炉に挿入した際に、前記柄部分の開口部を設けた側の一端が加熱炉の燃焼部近辺に位置し、かつ、前記柄部分の他端が加熱炉の入口近辺に位置するように柄部分の長さを定めることが望ましい（請求項２）。また、その柄部分の他端に空隙部や凹み部を設けることによって（請求項３）、前記フィルタ用保持治具を加熱炉に挿入し、加熱等の工程を経て分析が終了した後に前記フィルタ保持用治具を取り出す際に、加熱炉の入口近辺に柄部分の他端が位置しており、指や鉤部を引っ掛けるための空隙部や凹み部が目視できるため、前記フィルタ保持用治具を容易に加熱炉から取り出すことができるという効果がある。
【００１１】
また、前記フィルタ保持用治具は、フィルタを装着した後に加熱炉において加熱するため、耐加熱の材質、例えば石英等から形成されることが好ましい（請求項４）。
【００１２】
また、請求項５においては、このようなフィルタ保持用治具を用いてフィルタを加熱炉に挿入し、分析を行う分析方法を提案している。これによって、従来要していた多大な工数が大幅に低減されるとともに、フィルタに捕集された捕集物質等をこぼすことなく分析が可能となるため、分析精度の向上にも貢献することができる。
【００１３】
本発明に関する、エンジン等の燃焼機関から生じる排ガス中の粒子状物質に含まれるすす（ＳＯＯＴ）やサルフェート等の成分を分析する分析装置について、実施例を示しながら詳細を説明する。図１は、本発明に関する排ガス分析装置の一例であって、２０は例えば自動車等に搭載される、排ガスを排出するディーゼルエンジンなどの内燃機関、２１は内燃機関１に連なる排気管である。２２は排気管２１に挿入接続され、排気管２１中を流れる排ガスＧ１をサンプリングするためのプローブで、その下流側において、サンプリングされた排ガスＧ１を希釈する希釈トンネル２３に接続されている。２４はこの希釈トンネル２３の上流側に接続されている希釈用空気の供給管である。
【００１４】
２５は、希釈トンネル２３の下流側に接続され、希釈された排ガスＧ１が流れるガス流路で、この流路２５の下流側は二つの流路２６、２７に分岐し、それぞれの流路２６，２７に排ガスＧ１中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのフィルタ手段２８，２９が設けられている。このうち、一方の流路２６は粒子状物質採取時の排気ガスＧ１を流すためのサンプルガス流路に、また、他方の流路２７は粒子状物質を採取しない時の排気ガスＧ１を流すためのバイパス流路として用いられるよう、構成されている。なお、フィルタ手段は例えば耐熱性を有する石英などのフィルタなどより構成されるフィルタ装置であり、一方のフィルタ装置（フィルタ手段２８）は測定用フィルタ、他方のフィルタ装置（フィルタ手段２９）はダミーフィルタとして用いられる。
【００１５】
３０は、サンプルガス流路２６、バイパス流路２７の下流側に設けられる流路切り換え手段としての三方電磁弁で、その下流側はガス流路３１に接続され、このガス流路３１には、回転数制御によって吸引能力を変えることができる吸引ポンプ、例えばルーツブロアポンプ３２と、測定精度の高い流量計、例えばベンチュリ計３３とがこの順に設けられている。
【００１６】
次に、図２を用いて本発明の実施形態の一例を説明する。４０はエンジン排ガスＧ１中に含まれる粒子状物質を捕集したフィルタ（フィルタ手段２８から採取）を加熱するための加熱炉（たとえば電気炉）であり、加熱用ヒータ４０ａおよびチャンバ４０ｂより構成されている。前記加熱用ヒータ４０ａは、温度調整機構（図示していない）によってその発熱状態が制御され、加熱炉４０内の温度を任意の所定温度に制御可能な構造となっている。
【００１７】
４１は、フィルタ等をチャンバ４０ｂ内に投入するための投入口であり、開閉可能な蓋構造を有している。投入口４１においては、フィルタを投入するために必要な大きさの開口を有していればよく、必ずしも加熱炉４０の一端を開放する構造を有している必要はない。フィルタの投入によって、フィルタが位置Ｐのあたりに設置された後、投入口は閉じられて加熱が開始される。４２は、加熱炉４０に対して不燃ガスまたは助燃ガス（たとえばＮ_２、Ｏ_２）等を択一的に供給する第１ガス供給部で、第１ガス供給部４２から加熱炉４０に不燃ガスを供給するガス供給路４３には、例えば流量測定および流量制御の機能を備えた例えばマスフローコントローラなどの流量制御装置４４を設けてもよい。
【００１８】
４５は加熱炉４０において生じたガスが流れるガス流路で、その下流は並列した流路４５，４６に分岐している。これらのガス流路４５、４６の下流側には、それぞれ流量計４７、４８、酸化還元処理部４９Ａおよびガス分析部５０Ａが設けられている。より詳しくは、一方のガス流路４５には、マスフローメータなどの流量計４７、例えばＣｕＯなどの酸化触媒が設けられ、酸素を供給するための酸素供給路（図示せず）が接続された酸化処理部４９ＡおよびＣＯ_２分析計５０Ａがこの順に設けられている。そして、他方のガス流路４６には、前記流量計４７と同様の流量計４８、例えばカーボンなどの還元触媒が設けられた還元処理部４９ＢおよびＳＯ_２分析計５０Ｂがこの順に設けられている。ここで用いるＣＯ_２分析計４９ＡおよびＳＯ_２分析計４９Ｂは、例えば非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲガス分析計）である。つまり、酸化還元処理部４９においては、酸化処理部４９Ａと還元処理部４９Ｂとが互いに並列的に配置され、ガス分析部５０においては、ＣＯ_２分析計５０ＡとＳＯ_２分析計５０Ｂとが互いに並列的に配置されている。
【００１９】
そして、５１はガス分析部５０Ａ、５０Ｂや流量計４７．４８などからの信号に基づいて演算処理を行ったり、演算結果に基づいて制御信号を送信するための演算制御部で、例えばパソコンなどよりなる。この演算制御部には、記憶部（図示せず）が内蔵または外付けで設けられており、演算処理に必要なデータを予め記憶させておき、適宜のタイミングでこれらのデータを読み出し、演算処理に用いることが可能な構成となっている。
【００２０】
次に、フィルタを加熱炉４０内に手動によって投入するためのフィルタ保持用治具としてのフィルタホルダについて図３を用いて説明する。１は、フィルタホルダであって、開口部３を有する柄部分２からなり、柄部分２の先端部４と反対側の他端には取手部５を有している。６は、柄部分２途中に設けられた突起部であり、取手部５からこの突起部６までは、指等で直接触れてもよいエリアであることを示すための機能を有している。
【００２１】
前記開口部３は、フィルタを保持部するための保持部３ａで形成されており、本実施例では柄部分２に接着された半円状に湾曲した複数の棒からなっている。この保持部３ａによって、開口部３に装着されたフィルタは、折り畳んだ状態または巻き込んだ状態を保持することが可能となる。開口部３をフィルタの大きさに適合するサイズを有するように予め設計するために、必要に応じて保持部３ａの湾曲率や棒の数等を変更してもよい。本実施例では４本の湾曲した棒３ａ１〜３ａ４より形成されている。なお、この保持部３ａは、柄部分２に対して横方向に広がりをもたせることで、フィルタホルダ１を載置する際に安定性をもたらすことが可能である。
【００２２】
取手部５は、握り部５ａと切り欠き部５ｂとからなり、加熱炉４０内にフィルタホルダ１が投入され、加熱（検出）が終了した後にフィルタホルダ１を回収する際に、切り欠き部５ｂに指や鉤を引っ掛けて回収しやすいような構造となっている。この切り欠き部５ｂは、握り部５ａに空隙を設けて形成してもよいし、単に凹み部を設けて形成してもよい。
【００２３】
このフィルタホルダ１は、全長Ｌ、先端部４から保持部３ａまでの長さがＬ１、保持部３ａの長さがＬ２、保持部３ａから突起部６までの長さがＬ３、突起部６から取手部５までの長さがＬ４となっているが、これらの長さはそれぞれ加熱炉の設計や、フィルタのサイズ、さらにフィルタ装着台（図示せず）の仕様によって、適宜調節する必要がある。例えば、前述のように、フィルタ保持部の長さＬ２は、巻取られたフィルタをその状態で保持するために必要な十分の長さを有している必要があり、また、突起部から取手部までの長さＬ４は、指などで触れた際に生じた油分などの成分が、加熱炉４０内で燃焼し、検出手段４９、４９’によって検出されることがないように、フィルタホルダ１が加熱炉４０内の加熱炉４０ａによって加熱されない程度に十分な長さとなるように定める必要がある。
【００２４】
次に、前述のようなフィルタホルダ１に、フィルタを装着する手順を図４を用いて説明する。図４（Ａ）において、７はフィルタ手段２８から取り出された石英よりなるフィルタである。図１に示す排ガス中の粒子状物質を捕集するシステムを用いることによって、フィルタ７の７ａ部において粒子状物質が捕集される。
【００２５】
このフィルタ７の内部７ａ部（粒子状物質捕集部）を内側にして、フィルタ７のほぼ中央部を中心にして図４（Ａ）のようにフィルタ７をピンセット等（図示していない）で折り曲げる。このとき、フィルタ７の中心線の左右両側から同時に折り曲げてもよいし、片側からのみ折り曲げてもよい。
【００２６】
次に、ほぼ半分に折り曲げられたフィルタ７を、さらに半分になるように折り曲げる（図４（Ｂ）参照）。これによって、図４（Ｃ）に示すように、フィルタ７の内部７ａ部が完全に内側となるように折り畳まれて、フィルタ７に捕集された粒子状物質がフィルタ７からこぼれ落ちる可能性は極力低減される。この状態で、図５に示すようにフィルタ７をピンセット等で（図示せず）移動させ、フィルタホルダ１に装着することで、フィルタ７を折り畳んだ状態を保持したまま移動可能となり、加熱炉４０にフィルタホルダ１ごと挿入することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明に関する第２の実施例を図６を用いて説明する。１０は、フィルタ保持用治具としてのフィルタホルダであって、図３に示す第１の実施形態と同様に、開口部１３を有する柄部分１２からなり、柄部分１２の先端部１４と反対側の他端には取手部１５を有した構造である。１６は、柄部分１２途中に設けられた突起部であり、図３に示す突起部６と同等の作用をもたらす。
【００２８】
開口部１３は、柄部分１２と一体形成された湾曲した平面１３ａによって形成されている。このように、１つの平面によって開口部１３を形成することによって、フィルタ７をフィルタホルダ１０に装着した後に、フィルタ７から粒子状物質がこぼれたとしても、フィルタホルダ１０の開口部１３を形成する平面１３ａによって受け止められ、そのまま加熱炉４０に挿入することで適切な分析が可能となる。また、図６に示す第２の実施例においては、湾曲した平面で開口部１３を形成しているが、これに代えて平面板を矩形に加工することによって開口部１３を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上、説明した本発明によれば、粒子状物質を捕集したフィルタを、複雑な工程を行うことによって測定対象の粒子状物質をこぼすなどといったことがなく、容易に加熱炉まで移動可能となるので、分析工程が大幅に向上するだけでなく、測定精度の向上にも大きく貢献される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する燃焼機関からの排ガスを測定するシステムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明で用いるフィルタ加熱炉の具体的構成の一例を示す図である。
【図３】本発明で用いるフィルタホルダの具体的構成の一例を示す図である。
【図４】本発明で用いるフィルタを装着する手順を示す図である。
【図５】本発明で用いるフィルタ装着台の具体的構成の一例を示す図である。
【図６】本発明で用いるフィルタホルダの他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１，１０…フィルタホルダ、２，１２…柄部分、３，１３…開口部、７…フィルタ、４０…加熱炉

Claims

エンジン等の燃焼機関から生じる排ガス中の粒子状物質に含まれる成分を分析する分析装置に用い、該粒子状物質を捕集したフィルタを装着するためのフィルタ保持用治具であって、前記フィルタ保持用治具が、一定の長さの柄部分と、前記柄部分の一端に設けられた、フィルタを折り畳んだ状態もしくはフィルタを巻き込んだ状態を保持するための開口部とからなることを特徴とするフィルタ保持用治具。
前記フィルタ保持用治具を加熱炉に挿入した際に、前記柄部分の開口部を設けた側の一端が加熱炉の燃焼部近辺に位置し、かつ、前記柄部分の他端が加熱炉の入口近辺に位置するように柄部分の長さを定めたことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ保持用治具。
前記柄部分の他端に、空隙部または凹み部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のフィルタ保持用治具。
前記フィルタ保持用治具が、石英からなることを特徴とする請求項１ないし３に記載のフィルタ保持用治具。
請求項１ないし４に記載のフィルタ保持用治具にフィルタを保持させ、加熱炉に挿入してフィルタを加熱することで、フィルタに捕集された物質の成分を分析することを特徴とする分析方法。