JP4827841B2 - 排ガス希釈装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の排ガスに含まれる物質成分を分析するために、排ガスを希釈する排ガス希釈装置に関するものである。

例えばディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter、すす等の粒子状物質）をフィルタで捕集して定量分析する際には、排ガスを希釈用空気で希釈する排ガス希釈装置が用いられている。

従来、この種の排ガス希釈装置は、例えば引用文献１及び引用文献２に示すように、自動車等の排ガスを抽出（サンプリング）して、排ガス流通管により分析計などへ流通させている。そして、排ガス流通管に設けた混合部において、希釈ガス供給管から供給される希釈ガスと所定の割合で混合することによって排ガスを希釈している。

これらはともに、混合部に希釈ガスを供給するまで、希釈ガス供給管が排ガス流通管に接触しているか、あるいは希釈ガス供給管から供給された希釈ガスが排ガス流通管の周囲を通過する構造となっている。

ところが、このような構造であると、希釈ガスが排ガス流通管を通じて、あるいは排ガス流通管及び希釈ガス供給管を通じて排ガスの温度により影響を受けて温度上昇してしまい、所定の温度の希釈ガスと排ガスとの混合ができず、分析結果に影響を与えてしまう。
特開２００２−３３３３８９ 特開２０００−３２９６６１

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、排ガスと希釈ガスとの混合前において、希釈ガスが排ガス供給管の温度によって上昇することを防止することをその所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る排ガス希釈装置は、排ガス中に含まれる物質を分析するために当該排ガスを希釈する排ガス希釈装置であって、排ガスを流通させる排ガス流通管と、前記排ガス流通管の途中に設けられ、オリフィスを有する混合部と、前記混合部において開口し、前記排ガス流通管に希釈ガスを供給する希釈ガス供給管と、を備え、前記希釈ガス供給管を、前記開口に至るまで、前記排ガス流通管と間隔をあけて配置していることを特徴とする。

このようなものであれば、希釈ガス供給管及び排ガス流通管の間に空間的に間隔を設けているので、排ガスと希釈ガスとの混合前において、希釈ガスが排ガス流通管の温度によって上昇することを防止することができる。したがって、希釈後の排ガスの温度コントロールを好適に行うことができるようになる。

また偏りなく、均一に希釈するためには、前記希釈ガス供給管を２つ以上備えていることが望ましい。

さらに、一層偏り無く、均一に希釈するためには、前記希釈ガス供給管の前記混合部における開口を、前記排ガス流通管の周囲に等間隔に設けていることが望ましい。

それぞれの希釈ガス流通管を流通する希釈ガスの条件を同一にして、一層測定精度を高めるためには、前記希釈ガス供給管の長さを互いに等しくしていることが望ましい。

オリフィスによる乱流発生等により均一な希釈を実現するためには、前記排ガス流通管が、希釈される前の排ガスを供給させる排ガス供給管と、希釈された後の排ガスを流通させる排ガス移送管とから構成され、前記排ガス供給管の、前記混合部に排ガスを供給するための排ガス供給口を前記オリフィスの下流側に配置していることが望ましい。

希釈ガスが排ガス供給管の開口に向かうようにして、希釈ガスと排ガスとが混合しやすくするためには、前記希釈ガス供給管から供給される希釈ガスを前記排ガスの流通方向（排ガス供給管の開口）に向かわせる案内面を備えていることが好適である。

さらに、希釈ガスが温度変化することを好適に防ぐためには、前記混合部の周囲に放熱機構を備えていることが好ましい。

このように構成した本発明によれば、希釈ガス供給管及び排ガス流通管の間に空間的に間隔を設けているので、排ガスと希釈ガスとの混合前において、希釈ガスが排ガス流通管の温度によって上昇することを防止しすることができる。したがって、希釈後の排ガスの温度コントロールを好適に行うことができるようになり、分析結果を精度の良いものとすることが可能となる。

本発明に係る排ガス希釈装置を用いた実施形態における分析装置の模式的構成図。 同実施形態における排ガス希釈装置の部分拡大断面図。 同実施形態における連結部材の部分拡大断面図。 同実施形態における連結部材の正面図。 同実施形態における連結部材の側面図。 同実施形態における環状プレートの正面図。 同実施形態における排ガス希釈装置の分解図。 同実施形態における希釈ガス供給口の配置を主として示す図。 その他の実施形態における連結部材の部分拡大断面図。 希釈ガス供給管の長さを略同一にした実施形態における希釈ガス導入管及び連結部材の側面図。 希釈ガス供給管の長さを略同一にした実施形態における希釈ガス導入管及び連結部材の斜視図。 さらにその他の実施形態における排ガス希釈装置の部分拡大断面図。

符号の説明

１・・・排ガス希釈装置、Ｇ・・・排ガス、１０１・・・排ガス流通管、１７・・・オリフィス、１０２・・・混合部、Ｗ・・・希釈ガス、１４・・・希釈ガス供給管、１３２Ｃ・・・案内面、１１・・・排ガス供給管、１１２・・・排ガス供給口、１５・・・放熱機構（放熱孔）

本実施形態に係る分析システムは、図１に示すように、例えば自動車に搭載されるエンジンＥからの排ガスＧを導入して希釈する排ガス希釈装置１と、排ガス希釈装置１により希釈された排ガスＧ中に含まれるＰＭを捕集するためのフィルタ２と、当該フィルタ２の下流に設けられ、吸引ポンプ３と、この吸引ポンプ３の下流に設けられた例えばベンチュリ計などの流量計４とからなる。

排ガス希釈装置１は、図２に示すように、排ガスＧを流通させる排ガス流通管１０１と、前記排ガス流通管１０１に設けた、オリフィス１７を有する混合部１０２と、前記混合部１０２において開口し、前記排ガス流通管１０１に希釈ガスＷを供給する希釈ガス供給管１４と、を備えている。

排ガス流通管１０１は、希釈される前の排ガスＧを供給する排ガス供給管１１と、希釈された後の排ガスＧを流通させる排ガス移送管１２と、排ガス供給管１１及び排ガス移送管１２の間に介在する連結部材１３とから構成される。

排ガス供給管１１は、その一方が、エンジンＥからの排ガスＧを排出するための排気管５の側壁に挿入して接続されており、その排ガス導入口１１１が、排ガスＧの流路方向に向かって開いている。そして排ガス供給管１１の他方において排ガスＧを混合部１０２に供給する。排ガスＧを混合部１０２に供給する排ガス供給口１１２は、後述するオリフィス１７の下流側に配置されるようにしている。また、排ガス供給管１１は周囲温度によって冷やされるのを防止するように、その周囲が断熱層を含む保護管１１３によって覆われている。この保護管１１３は、排ガス供給口１１２から所定距離まで外径が小さくなっている。

排ガス移送管１２は、混合部１０２において希釈された排ガスＧを流通させるためのものであり、その排ガス移送管１２上には、排ガスＧ中のＰＭを捕集するためのフィルタ２、吸引ポンプ３及び流量計４が、配置されている。

連結部材１３は、図３〜図５に示すように、排ガス供給管１１と排ガス移送管１２と希釈ガス供給管１４を連結するものであり、排ガス供給管１１の排ガス供給口１１２を有する端部に嵌合する筒状部１３１と、この筒状部１３１に連続し、排ガス移送管１２及び希釈ガス供給管１４が接続される鍔部１３２とから構成される。

筒状部１３１は、その内径が互いに異なる小径部１３１１と大径部１３１２とからなり、大径部１３１１には、排ガス供給管１１からの熱を遮断するために、筒状の断熱部材１３３が、後述する環状プレート１３４及びコイルバネ１３５により嵌入される。そして、断熱部材１３３が嵌入された状態で、大径部１３１１と小径部１３１２との内径が略同一となり、排ガス供給管１１の端部１１Ａが挿入される。

鍔部１３２は、筒状部１３１の下流側に形成されており、環状形状をなしている。その中心部は混合部１０２を構成し、その筒状部側端面１３２Ａには後述する希釈ガス供給管１４が筒状部１３１と空間的に間隔を空け、かつ当該端面１３２Ａに対して略垂直に接続されている。また、鍔部１３２は、希釈ガス供給管１４から供給される希釈ガスＷが排ガスＧと混ざりやすくするために、希釈ガス供給口１３２Ｂの下流側前方に、下流に行くに従って徐々に径が小さくなっている案内面１３２Ｃを有している。

さらに、鍔部１３２には、排ガスＧからの熱を効率的に放熱するための放熱機構、つまり鍔部１３２を軸線方向に貫通する複数の放熱孔１５が、放射状にほぼ等間隔に配置されている。また鍔部１３２の下流側端面１３２Ｄには、凹部１６が設けられており、その凹部１６には図６に示すオリフィス１７を有する環状プレート１３４が嵌入され、ねじ１８によって固定される。このとき、図７に示すように、凹部１６に設けたリング溝１６１にＯリング１６２を嵌合させ、断熱部材１３３を筒状体１３１の大径部１３１１に嵌入させるように、断熱部材１３３及びコイルバネ１３５を挟み込むように環状プレート１３４が鍔部１３２に取り付けられる。そして、オリフィス１７が排ガスＧの流通方向に垂直に形成される。なお、環状プレート１３４には、前記鍔部１３２に設けた複数の放熱孔１５のうち一部と一致するように等間隔に貫通孔１３４１を設けるようにしている。

希釈ガス供給管１４は、主管１４１と、主管１４１に接続され３つに分岐している分岐管１４２と、分岐管１４２に接続された希釈ガス導入管１４３とからなり、希釈ガスを混合部１０２に直接導入するようにしている。そして、図８に示すように、希釈ガス供給管１４の混合部１０２における開口、つまり、鍔部１３２における希釈ガス導入管１４３の希釈ガス供給口１３２Ｂを互いに等間隔に配置しており、排ガス流通管１０１の周囲に等間隔に設けている。

このように構成した分析装置によれば、希釈ガス供給管１４及び排ガス流通管１０１の間に空間的に間隔を設けているので、排ガスＧと希釈ガスＷとの混合前において、希釈ガスＷが排ガス流通管１０１の温度によって上昇されることを防止することができる。したがって、希釈後の排ガスの温度コントロールを好適に行うことができるようになり、精度の良い測定結果を得ることが可能となる。

また、希釈ガス供給管１４を３つ設け、希釈ガス供給管１４の希釈ガス導入口１３２Ｂを、排ガス流通管１０１の周囲に等間隔に設けているので、排ガスＧを偏り無く、均一に希釈することができる。

さらに、連結部材１３に放熱機構たる放熱孔１５を設けているので、排ガスＧからの熱を好適に放熱することができ、排ガスＧの温度が希釈ガスＷに与える影響を一層小さくすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、希釈ガス供給管を３つ設けるようにしたが、これに限られることはなく、２つあるいは４つ以上設けるようにしても良い。このとき、それらそれぞれの希釈ガス供給口を等間隔に設けることが好適である。

また、前記実施形態では、希釈ガス供給管を鍔部の端面にほぼ垂直に接続するようにしたがこれに限られず、図９に示すように、排ガス供給管と空間的に間隔を空けて、希釈ガス供給管、具体的には希釈ガス導入管を排ガスの流通方向を向く方向に傾いた状態で接続するようにしても良い。これにより希釈ガス及び希釈された後の排ガスの流れがスムーズとなり、排ガス移送管の内壁面にＰＭが付着することを防ぐことができる。

その上、希釈後の排ガスの温度を一層均一なものにするためには、図１０、図１１に示すように、希釈ガス供給管の長さを同一、つまり希釈ガス導入管の長さを同一にすることも考えられる。

加えて、前記実施形態では排ガス供給口をオリフィスの下流側に設けたが、図１２に示すようにオリフィスの上流側に設けるようにしても良い。

その他、前述した各実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

以上のように、本発明に係る分析装置によれば、希釈ガス供給管及び排ガス流通管の間に空間的に間隔を設けているので、排ガスと希釈ガスとの混合前において、希釈ガスが排ガス流通管の温度によって上昇されることを防止することができる。したがって、希釈後の排ガスの温度コントロールを好適に行うことができるようになり、精度の良い測定結果を得ることが可能となる。

Claims (6)

1. 排ガス中に含まれる物質を分析するために当該排ガスを希釈する排ガス希釈装置であって、
   排ガスを流通させる排ガス流通管と、
   前記排ガス流通管の途中に設けられ、オリフィスを有する混合部と、
   前記混合部において開口し、前記排ガス流通管に希釈ガスを供給する、互いに間隔をあけて設けられた２つ以上の希釈ガス供給管と、を備え、
   前記希釈ガス供給管が、前記開口に至るまで、前記排ガス流通管と間隔をあけて配置されているとともに、その前記混合部における開口が、排ガスの流通方向と略同一方向を向いていることを特徴とする排ガス希釈装置。
2. 前記希釈ガス供給管の前記混合部における開口を、前記排ガス流通管の周囲に等間隔に設けていることを特徴とする請求項１記載の排ガス希釈装置。
3. 前記希釈ガス供給管の長さを互いに等しくしていることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス希釈装置。
4. 前記希釈ガス供給管から供給される希釈ガスを前記排ガスの流通方向に向かわせる案内面を備えている請求項１、２又は３記載の排ガス希釈装置。
5. 前記排ガス流通管が、希釈される前の排ガスを供給させる排ガス供給管と、希釈された後の排ガスを流通させる排ガス移送管とから構成され、
   前記排ガス供給管の、前記混合部に排ガスを供給するための排ガス供給口を前記オリフィスの下流側に配置していることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の排ガス希釈装置。
6. 前記混合部の周囲に放熱機構を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の排ガス希釈装置。