JP4436089B2 - ガスサンプリングバッグ - Google Patents

Description

この発明は、ガスサンプリングバッグに関し、特に、定容量サンプリング流路に接続されるとともに、複数のガス出入り孔が形成されたパイプをバッグ本体内に収容し、前記ガス出入り孔を通してガスがバッグ本体内に出入りするようにしてあるガスサンプリングバッグに関する。

例えば、自動車エンジン等から排出される排ガスのサンプリング方法の一つに、定容量サンプリング（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｕｍｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＶＳ）法がある。このＣＶＳ法においては、過渡的に流量が変化する排ガスを大気で希釈して、この希釈後の流量を既知流量とし、希釈後のガス成分濃度と前記既知流量とを用いて成分の重量を算出することが行われる。

ところで、前記ＣＶＳ法を用いたガス濃度の測定手法の一つに、サンプリングされた希釈ガスをガスサンプリングバッグに収容し、その後、このガスサンプリングバッグ内のガスをガス分析計に供給する方法がある。

図５は、上記ガスサンプリングバッグの従来例を概略的に示すもので、この図において、５１はガスサンプリングバッグで、５２は例えばフッ素樹脂シートを貼り合わせて伸縮自在に構成されたバッグ本体である。そして、５３はバッグ本体５２の内部に設けられる断面円形の例えばフッ素樹脂などよりなるパイプで、例えば平面視数字の８の字状に形成されている。そして、このパイプ５３の中央部には、外部のガス流路との接続部であるガス接続部５４が形成されるとともに、パイプ５３の全長にわたってその周面に均一な間隔で適宜大きさの径を有する小径のガス出入り孔５５が複数個形成されている。

このように構成されたガスサンプリングバッグ５１は、そのガス接続部５４がバルブを介して定容量サンプリング流路に接続され、前記バルブを開くことにより、定容量サンプリング流路からのガスがガス接続部５４を経てパイプ５３に導入され、さらに、複数のガス出入り孔５５を介してバッグ本体５２内に入る。そして、バッグ本体５２内において入ったガスは確実にミキシングされ、均一な濃度のガスとなる。また、ガスサンプリングバッグ５１は、バルブを介してガス分析計へのガス供給路に接続されており、前記バルブを開くことにより、バッグ本体５２内のガスは、複数のガス出入り孔５５およびパイプ５３を介してガス接続部５４に至り、前記ガス分析計へのガス供給路方向に流出していく。
実用新案登録第２６０４９６５号公報

しかしながら、上記従来のガスサンプリングバッグ５１においては、ガスのガス出入り孔５５通過時における圧損が可及的に小さくなるように、パイプ５３の内径が例えば６ｍｍであるとき、このパイプ５３に、例えば、開口径が３ｍｍのガス出入り孔５５が５２個形成されていた。このように構成されたガスサンプリングバッグ５１においては、前記定容量サンプリング流路における濃度変化が激しいときには、バッグ本体５２内におけるガスのミキシングが必ずしも確実に行われず、したがって、バッグ本体５２内におけるガスの濃度にムラが生ずることがあった。

前記ガスサンプリングバッグ５１のバッグ本体５２内におけるガスの濃度のムラを回避するには、バッグ本体５２内へのガスの充填率を大きくしたり、バッグ本体５２へのガスの注入時間を長くしたり、バッグ本体５２へのガスの注入流量を大きくするなどの手法が考えられる。しかしながら、上記定容量サンプリング流路に接続されるガスサンプリングバッグ５１においては、そのバッグ本体５２全体の容量も様々な制約上限界があり、各試験モード時間と注入流量との関係から、単純に注入流量を大きくすることができないといった問題がある。

上述のような制約の下で、本願の発明者等は種々検討した結果、従来のガスサンプリングバッグ５１においては、ガスのガス出入り孔５５通過時における圧損をできるだけ小さくするようにしていたため、ガス接続部５４を経てパイプ５３に流入したガスの全てが必ずしもガス出入り孔５５の全てを経てバッグ本体５２内に流入するのではなく、ガス接続部５４に近い限られた複数のガス出入り孔５５を経てバッグ本体５２内に流入し、ミキシングが十分に行われていなかった可能性が高いことを知見した。

この発明は、上述の知見に基づいてなされたもので、その目的は、ガスがバッグ本体内に均一に吹き出されるようにして、バッグ本体内でガスが確実にミキシングされた状態で充填できるようにしたガスサンプリングバッグを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明では、自動車エンジン等から排出される排ガスを希釈してなる希釈後の排ガスを、定容量でサンプリングするための定容量サンプリング流路に接続されるガス接続部を有するとともに、複数のガス出入り孔が形成されたパイプをバッグ本体内に収容し、定容量サンプリング流路からのガスが前記ガス接続部を経て前記パイプに導入され、さらに、前記複数のガス出入り孔を通して前記ガスがバッグ本体内に出入りするようにしてあるガスサンプリングバッグにおいて、前記複数のガス出入り孔は、バッグ本体を形成する部材によって塞がらないように前記パイプの全長にわたってその周面に形成されており、これらガス出入り孔の開口の大きさは、圧損を可及的に大きくならないように抑制しつつ、複数のガス出入り孔の開口面積の総和が、前記パイプの断面積とほぼ等しいかあるいは小さくなるように設定され、すべてのガス出入り孔からほぼ均一にガスがバッグ本体内に吹き出される（請求項１）。

特に、前記複数のガス出入り孔は、前記パイプの全長にわたってその周面に均一な間隔を隔てて形成されているのが好ましい（請求項２）。

上記構成のガスサンプリングバッグにおいては、複数のガス出入り孔の全てにおける圧力が従来のガスサンプリングバッグに比べて高くなり、これに伴って、ガス出入り孔からバッグ本体内に吹き出されるガスの流速が大きくなる。その結果、ガス接続部に近い限られた複数のガス出入り孔からだけではなく、パイプに開設されている全てのガス出入り孔からほぼ均一にガスがバッグ本体内に吹き出されることとなる。

したがって、この発明のガスサンプリングバッグにおいては、バッグ本体内にサンプリングされたガスが確実にミキシングされた状態で充填されるようになり、したがって、定容量サンプリング流路における濃度変化が激しいときでも、ガス分析部に対して濃度が均一なガスをサンプルガスとして供給することができる。

図１〜図４は、この発明の一つの実施例を示す。まず、図１は、この発明のガスサンプリングバッグを組み込んだ自動車排ガス測定装置の一例を概略的に示す。この図１において、１はサンプルガス希釈配管で、その上流側から、排ガス源としての自動車のエンジンから排出される排ガスＧが流れるように構成されている。２はサンプルガス希釈配管１に接続される希釈用エアー導入管で、フィルタ３を介してサンプルガス希釈配管１内に希釈用エアーＡを導入するように構成されている。４はサンプルガス希釈配管１の下流側に接続されるベンチュリ管、５はこのベンチュリ管４の下流側の管路６に設けられる吸引装置としてのブロアで、エアーＡによって希釈された排ガス（以下、希釈後の排ガスという）Ｇ₁ を所定の流量Ｑ₁ で吸引するように構成されている。

７はサンプルガス希釈配管１を流れる希釈後の排ガスＧ₁ を定容量でサンプリングするための定容量サンプリング流路で、その最上流部にベンチュリ管４と相似的な機能を有するベンチュリ管よりなるガスサンプリング部８を有し、その下流側には吸引ポンプ９を備え、その下流側の流路７ａに複数のガスサンプリングバッグ（このガスサンプリングバッグの構成については後述する）１０が設けられている。すなわち、前記流路７ａには、複数の分岐流路１１が接続され、各分岐流路１１に開閉弁１２を介してガスサンプリングバッグ１０が接続されている。また、各ガスサンプリングバッグ１０には、開閉弁１３を備えたガス流路１４がそれぞれ接続されており、これらのガス流路１４の下流側は、ガス分析部１５へのガス供給路１６に接続されている。なお、１７はガス供給路１６に設けられる吸引ポンプである。

前記定容量サンプリング流路７においては、ガスサンプリング部８によって希釈後の排ガスＧ₁ を吸引するときの流量をＱ₂ とするとき、Ｑ₂ ／Ｑ₁ が常に一定となるように、吸引ポンプ９を動作させる。すなわち、一つのガスサンプリングバッグ１０に希釈後の排ガスＧ₁ を充填する場合には、当該ガスサンプリングバッグ１０に対応するガス流路１４に設けられた開閉弁１３を閉じる一方、分岐流路１１に設けられた開閉弁１２を開いて前記Ｑ₂ ／Ｑ₁ が常に一定となるようにサンプリングすることにより、ガスサンプリングバッグ１０に希釈後の排ガスＧ₁ が充填される。そして、このガスサンプリングバッグ１０内の希釈後の排ガスＧ₁ を分析する場合には、開閉弁１２を閉じる一方、ガス流路１４に設けられた開閉弁１３を開くことにより、ガス供給路１６を介してガス分析部１５に前記希釈後の排ガスＧ₁ がサンプルガスとして供給される。

前記ガスサンプリングバッグ１０は、図２および図３に示すように、例えばフッ素樹脂シートを貼り合わせて伸縮自在に構成されたバッグ本体１８内に、断面円形の例えばフッ素樹脂などよりなるパイプ１９を、例えば平面視数字の８の字状に設けてなる。そして、このパイプ１９の中央には前記外部のガス流路（この例では、流路１１，１４）と接続されるガス接続部２０が形成されるとともに、パイプ１９の全長にわたってその周面に均一な間隔で適宜大きさの径を有する小径のガス出入り孔２１が複数個（例えば、５２個）形成されている。このガス出入り孔２１は、特に、図３に示すように、バッグ本体１８を形成する本体部材１８ａ，１８ｂによって塞がらないように開設され、より好ましくは、パイプ１９の直径方向に対向して開設されている。

そして、前記各ガス出入り孔２１は、その開口の大きさが、ガス通過時の圧損が可及的に大きくならないように抑制しつつ最小化されるように形成されている。より具体的には、前記パイプ１９の開口断面積をＳ₁₉とし、複数個のガス出入り孔２１の開口面積の総和をＳ₂₁とするとき、

なる関係を満足するように、より好ましくは、Ｓ₁₉＞Ｓ₂₁を満足するようにしてある。

そして、より厳密には、パイプ１９における複数個のガス出入り孔２１の開口面積の総和Ｓ₂₁をパイプ１９の開口断面積Ｓ₁₉より小さくなるように、ガス出入り孔２１の開口径を小さくするが、この小径化による圧損は可及的に小さくなるようにし、注入、排気時にガスの流れが極端に遅延しないようにした。

このように構成されたガスサンプリングバッグ１０においては、バッグ本体１８内に収容されるパイプ１９に形成されるガス出入り孔２１の開口の大きさを、圧損が可及的に大きくならないように抑制しつつ、最小化しているので、パイプ１９の内圧が高くなり、これに伴って、ガス出入り孔２１からバッグ本体１８内に吹き出されるガスの流速が大きくなる。その結果、ガス接続部２０に近い限られた複数のガス出入り孔２１からだけではなく、パイプ１９に開設されている全てのガス出入り孔２１からほぼ均一にガスがバッグ本体１８内に吹き出されることとなる。したがって、前記ガスサンプリングバッグ１０においては、バッグ本体１８内でガスが確実にミキシングされた状態で充填されるようになり、したがって、ガス分析部１５に対して濃度が均一なガスをサンプルガスとして供給することができる。

図４は、ガスサンプリングバッグ１０に収容されるパイプ１９に形成されるガス出入り孔２１の開口径を、３ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍといった３つの大きさにそれぞれ設定し、それぞれ、下記の条件で試験を行ったときのガスサンプリングバッグ１０におけるガスのミキシングエラー（ミキシング効果）を示すものである。そして、図中の符号□は、ガスサンプリングバッグ１０への充填時のガス流量が６Ｌ／分の割合で充填したときのデータを、また、図中の符号○は、３Ｌ／分の割合で充填したときのデータを、それぞれ、示している。なお、図中、孔径０．５ｍｍにおいては、前記□と○とが存在している。

そして、試験の概要（条件）は下記の通りである。すなわち、試験は、ガスサンプリングバッグ１０へのガスの充填やカズサンプリングバッグ１０内のガスのミキシングに悪影響が及ぼされないようにするため、ガスサンプリングバッグ１０周辺に温度差や気流が生じないようにして行った。そして、パイプ１９の開口径および流路１１，１３の内径はいずれも６ｍｍとした。また、５０ｐｐｍのＣ₃ Ｈ₈ を１００秒間６Ｌ／分および３Ｌ／分の流量でガスサンプリングバッグ１０に充填した後、空気を４００秒間前記それぞれの流量（６Ｌ／分および３Ｌ／分）で前記ガスサンプリングバッグ１０に充填した。そして、６０秒放置後、前記ガスサンプリングバッグ１０に衝撃を与えることによって、その内部のＣ₃ Ｈ₈ と空気との混合を促し、衝撃後のＴＨＣ（トータルハイドロカーボン）の濃度を確認し、その値と基準として衝撃前の濃度との差を、下記式によってミキシングエラーＥ（％）を求めた。
Ｅ（％）＝〔（衝撃後の濃度）−（衝撃前の濃度）〕／（衝撃後の濃度）×１００

上記図４から、パイプ１９に開設するガス出入り孔２１の孔径の大きさが３．０ｍｍのものよりも１．５ｍｍのものの方がミキシングエラーが小さく、前記孔径の大きさが０．５ｍｍのものの方がミキシングエラーがさらに小さくなることが分かる。すなわち、ガス出入り孔２１の開口径が小さくなるにつれてミキシングエラーが改善され、エラー幅が小さくなることが確認できる。特に、ガス出入り孔２１の開口径を０．５ｍｍとした場合は、一般的なサンプリング条件である流量６Ｌ／分の場合では、ミキシングエラーを従来の約１／３以下の０．６％にまで改善することができ、また、流量３Ｌ／分という流量が小さな場合においても、ミキシングエラーを従来の約１／６の２％にまで改善することができる。また、各ガス出入り孔２１を通過するガスの流速は、従来の３０倍以上とすることができる。

そして、上述のように、一般的なサンプリング条件である流量６Ｌ／分の場合、ミキシングエラーを１％以下にすることが望ましいが、上記図４からも理解されるように、前記１％以下を満たす３つのデータがいずれも１％以下であることから、ガス出入り孔２１の開口径は、１．０ｍｍ以下であることが望ましく、より好ましくは０．５ｍｍである。

上述のように、パイプ１９に形成されるガス出入り孔２１を小径化することにより、このガス出入り孔２１を通過するガスの流速がアップし、バッグ本体１８内でガスが確実にミキシングされた状態で充填されるようになる。

なお、上述した実施例においては、パイプ１９の開口径が６ｍｍのとき、ガス出入り孔２１の開口径を０．５ｍｍとしているが、これに限られるものではなく、パイプ１９の開口径やガス出入り孔２１の開口径は、圧損が可及的に大きくならないように抑制されるようにしてあれば、任意に設定することができる。また、パイプ１９に形成されるガス出入り孔２１の個数として５２個を例示しているが、これ以外の個数の場合であっても、同様に適用することができる。

この発明のガスサンプリングバッグを組み込んだ自動車排ガス測定装置の一例を概略的に示す図である。 前記ガスサンプリングバッグの一例を示す図である。 前記ガスサンプリングバッグにおけるガス出入り孔の開設状態を示す部分拡大図である。 パイプにおけるガス出入り孔の開口径とミキシングエラーとの関係を示す図である。 従来のガスサンプリングバッグを示す図である。

符号の説明

７ 定容量サンプリング流路
１０ ガスサンプリングバッグ
１８ バッグ本体
１９ パイプ
２０ ガス接続部
２１ ガス出入り孔
Ｇ ₁ 希釈後の排ガス

Claims (2)

1. 自動車エンジン等から排出される排ガスを希釈してなる希釈後の排ガスを、定容量でサンプリングするための定容量サンプリング流路に接続されるガス接続部を有するとともに、複数のガス出入り孔が形成されたパイプをバッグ本体内に収容し、定容量サンプリング流路からのガスが前記ガス接続部を経て前記パイプに導入され、さらに、前記複数のガス出入り孔を通して前記ガスがバッグ本体内に出入りするようにしてあるガスサンプリングバッグにおいて、前記複数のガス出入り孔は、バッグ本体を形成する部材によって塞がらないように前記パイプの全長にわたってその周面に形成されており、これらガス出入り孔の開口の大きさは、圧損を可及的に大きくならないように抑制しつつ、複数のガス出入り孔の開口面積の総和が、前記パイプの断面積とほぼ等しいかあるいは小さくなるように設定され、すべてのガス出入り孔からほぼ均一にガスがバッグ本体内に吹き出されることを特徴とするガスサンプリングバッグ。
2. 前記複数のガス出入り孔は、前記パイプの全長にわたってその周面に均一な間隔を隔てて形成されている請求項１に記載のガスサンプリングバッグ。

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