JPWO2008096853A1 - 流体中の微粒子濃度測定機、測定方法および測定プログラム - Google Patents
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Abstract
検出器に堆積した微粒子の量に影響を受けず、高精度で流体中の微粒子濃度を決定できる流体中の微粒子濃度測定機、流体中の微粒子濃度測定方法および流体中の微粒子濃度測定プログラムを提供する。微粒子捕集手段、温度測定手段、流量測定手段、インピーダンス測定手段、計時手段、温度と流速から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定する定数決定手段、インピーダンスの、単位時間当りの変化を算出する単位時間当りインピーダンス変化算出手段、および単位時間当りインピーダンス変化算出手段で算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定する微粒子濃度決定手段を備えた流体中の微粒子濃度測定機である。
Description
本発明は流体中の微粒子濃度測定機、流体中の微粒子濃度測定方法および流体中の微粒子濃度測定プログラムに関するものである。
自動車の排気ガスに含まれる有害物質への排出量規制は厳しくなる一方であり、米国では２０１０年には排出量の車載診断装置が必須となると言われている。
また、ガソリン車であっても筒内へ燃料を直接噴射する方式であると、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）を搭載したディーゼル車よりも多くの微粒子（ＰＭ）を排出しているという報告もある。
特許文献１には、排気ガス中のパティキュレートが導電性を有する粒子から成り立っていることに着目し、導電性のパティキュレートを付着又は吸着した電気絶縁部材の電気抵抗が減少することを利用したパティキュレート検出素子及びパティキュレート検出フィルタが開示されている。
また、特許文献２には、光源から放射される光を排気ガスの流れの中を透過させて受光部により受光し、パティキュレート濃度との間に一定の相関関数を有する排気ガスの光の不透過度を検出し、制御手段においてパティキュレート濃度に換算する技術が開示されている。
特開昭５９−０６００１８号公報
特開平０４−２０３４１３号公報
しかしながら、流体中の微粒子濃度測定機、流体中の微粒子濃度測定方法および流体中の微粒子濃度測定プログラムは現在まで十分なものが提案されていなかった。
特許文献１に開示の発明は、フィルタに捕獲されたパティキュレート量を測定することができるが、ガス流中のパティキュレート量を測定することはできない。
また、特許文献２に開示の発明のように光を排気ガス管中に透過し、その不透過度を測定する方法では、排気ガス流全体が測定できるが、発光・受光部の窓が汚れて徐々に精度が悪化するという問題がある。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、検出器に堆積した微粒子の量に影響を受けず、高精度で流体中の微粒子濃度を決定できる流体中の微粒子濃度測定機、流体中の微粒子濃度測定方法および流体中の微粒子濃度測定プログラムを提供することにある。
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、（１）微粒子捕集手段に堆積した微粒子量と微粒子捕集手段のインピーダンスの変化とには相関があること、（２）微粒子捕集手段の微粒子捕集量は流体の流量の影響を受けること、および（３）温度および流量が一定の場合、流体中の微粒子濃度と微粒子捕集手段のインピーダンスの、単位時間における変化には相関があることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下に示す流体中の微粒子濃度測定機、流体中の微粒子濃度測定方法および流体中の微粒子濃度測定プログラムが提供される。
［１］ 流体中の微粒子を捕集する微粒子捕集手段、前記微粒子捕集手段の温度を測定する温度測定手段、前記微粒子捕集手段を通過する流体の流量を測定する流量測定手段、前記微粒子捕集手段のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段、および情報処理手段を備え、前記情報処理手段が、時間の経過を計時する計時手段、入力された温度と流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定する定数決定手段、入力されたインピーダンスの、前記計時手段により計時された単位時間当りの変化を算出する単位時間当りインピーダンス変化算出手段、および前記定数決定手段で決定された単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、前記単位時間当りインピーダンス変化算出手段で算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定する微粒子濃度決定手段、を備えた流体中の微粒子濃度測定機。
［２］ 流体中の微粒子を捕集する微粒子捕集手段の温度、流量およびインピーダンスを測定し、測定された温度と流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定し、測定されたインピーダンスの単位時間当りの変化を算出し、決定された単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定する流体中の微粒子濃度測定方法。
［３］ コンピュータに、温度、流量およびインピーダンスの入力を受付させ、受付けられた温度と流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定させ、入力されたインピーダンスの単位時間当りの変化を算出させ、決定させた単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定させる、流体中の微粒子濃度測定プログラム。
本発明によれば、検出器に堆積した微粒子の量に影響を受けず、安価かつ高精度で流体中の微粒子濃度を決定できる流体中の微粒子濃度測定機、流体中の微粒子濃度測定方法および流体中の微粒子濃度測定プログラムが提供される。
１０：微粒子捕集手段、２０：温度測定手段、３０：流量測定手段、４０：インピーダンス測定手段、５０：情報処理手段、６０：表示手段、７０：印刷手段、８０：通信手段、１００：中央処理手段、１１０：計時手段、１２０：定数決定手段、１３０：単位時間当りインピーダンス変化算出手段、１４０：微粒子濃度決定手段、２００：記憶手段、２１０：テーブル
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
本発明を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す機能ブロック図である。微粒子捕集手段１０は、図示しない流体の流路に配設されている。この微粒子捕集手段１０には、温度測定手段２０、流量測定手段３０およびインピーダンス測定手段４０が配設されている。温度測定手段２０、流量測定手段３０およびインピーダンス測定手段４０は情報処理手段５０の入力ポートに接続されている。尚、温度測定手段２０、流量測定手段３０及びインピーダンス測定手段４０は情報処理手段５０の入力ポートに直接接続されない場合、微粒子捕集手段１０内の温度及び流量と相関のあるデータを、通信によって他の測定器等から取得して使用することも可能である。
情報処理手段５０は、入力ポートを介して温度測定手段２０、流量測定手段３０およびインピーダンス測定手段４０と接続されており、また、出力ポートを介して表示手段６０、印刷手段７０および通信手段８０と接続されている。情報処理手段５０は、入力ポートおよび出力ポートに加えて、中央処理手段１００および記憶手段２００を備える。
中央処理手段１００は、入力ポート、出力ポートおよび記憶手段２００と接続されている。また、中央処理手段１００は、計時手段１１０を備える。中央処理手段１００はまた、記憶手段２００に格納されているプログラムを読み込むことにより、定数決定手段１２０、単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０および微粒子濃度決定手段１４０として機能する。
記憶手段２００は、中央処理手段１００と接続されている。また、記憶手段２００には、中央処理手段１００をそれぞれの手段として機能させるためのプログラム、パラメータおよびテーブル等が格納されているほか、各測定手段で測定されたデータ、中央処理手段１００によるデータ処理の結果算出されたデータ等を格納するための領域が確保されている。また、記憶手段２００には、各温度および各流速における単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を記録したテーブル２１０が格納されている。
表示手段６０、印刷手段７０および通信手段８０はそれぞれ情報処理手段５０の出力ポートに接続されている。
次に、図１の機能ブロック図に示された本発明の一実施形態の作用を説明する。図示しない流体の流路に微粒子を含む流体が流れると、図示しない流体の流路に配設された微粒子捕集手段１０に微粒子が捕集される。微粒子捕集手段１０の温度およびインピーダンスならびに微粒子捕集手段を通過する流体の流量はそれぞれ、温度測定手段２０、インピーダンス測定手段４０および流量測定手段３０により測定される。情報処理手段５０はこれらの測定データを受け付け、以下説明する所定の処理を行う。また、本発明の微粒子濃度測定プログラムは、情報処理手段５０としてのコンピュータに以下に説明する所定の処理を行わせる。
後に詳説するように、発明者らは、微粒子捕集手段に堆積した微粒子量と微粒子捕集手段のインピーダンスの変化とには相関があること、および、温度および流量が一定の場合、流体中の微粒子濃度と微粒子捕集手段のインピーダンス変化には相関があることを見出した。また、インピーダンスは温度に依存して変化する。そこで、各温度および各流量における単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数をあらかじめ求めておけば、微粒子捕集手段のインピーダンス変化を観測することによって、流体中の微粒子の濃度を求めることができる。
定数決定手段１２０は、温度測定手段２０から情報処理手段５０に入力された温度と、流量測定手段３０から情報処理手段５０に入力された流量とから単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定する。具体的には、各温度および各流量における単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を、あらかじめ、実験、計算等により求めておき、テーブル２１０として記憶手段２００に格納しておく、このテーブル２１０を用いると、温度および流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数が一義的に定まる。定数決定手段１２０は、温度と流量が入力されると、テーブル２１０を記憶手段２００から呼び出し、入力された温度と流量により特定される単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を取り出す。
単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０は、インピーダンス測定手段４０から入力されるインピーダンスの、計時手段１１０で計時される単位時間における変化を算出する。具体的には、単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０は、連続的にインピーダンス測定手段４０から入力されているインピーダンスを任意の時点で特定する。次に、単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０は、計時手段１１０に計時を開始させる。計時手段１１０により単位時間の経過が計時されると、単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０は、連続的にインピーダンス測定手段４０から入力されているインピーダンスを再び特定する。単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０は、これらのインピーダンスの差から単位時間当りのインピーダンスの変化を算出する。
微粒子濃度決定手段１４０は、定数決定手段１２０で決定された単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、単位時間当りインピーダンス変化算出手段１３０で算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定する。具体的には、微粒子濃度決定手段１４０は、単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数の逆数とインピーダンスの単位時間当りの変化との積を演算することにより微粒子濃度を決定する。
以上、図１を使用して本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記では、各温度、流量におけるインピーダンス変化−微粒子濃度定数をテーブル２１０として用意しておく実施形態を説明したが、これに限定されない。実験データ等から、各温度、または各流量における近似曲線を求めておき、これに当てはめることによりインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定してもよい。また、上記では、インピーダンスを連続的にインピーダンスが測定されている実施形態を説明したが、これに限定されない。計時手段１１０により所定の時間の経過が計時される毎にインピーダンスを測定するようにしても良い。
さらに、上記では、温度測定手段２０および流速測定手段３０が微粒子捕集手段１０内に配設されている実施形態を説明したが、これに限定されない。要は微粒子捕集手段１０内の温度および微粒子捕集手段１０を通過する流体の流速が測定できれば良く、流体の流路において、微粒子捕集手段１０の前または後に配設されていても良い。また、上記では、温度測定手段２０、流速測定手段３０およびインピーダンス測定手段４０が情報処理手段５０の入力ポートに直接接続されている実施形態を説明したが、これらの測定手段が他の手段を介して情報処理手段の入力ポートに接続されていても良い。例えば、温度測定手段２０および流速測定手段３０が、図示しない第二の情報処理手段に接続されており、当該第二の情報処理手段を介して情報処理手段５０に接続されていても良い。
［微粒子捕集手段］
本発明において微粒子捕集手段とは、流体中の微粒子を捕集できる手段をいう。本発明における微粒子捕集手段は、通過する流体中の微粒子を全て捕集する必要はない。ただし、通過する微粒子の一部を捕集する必要がある。本発明に使用できる微粒子捕集手段としては、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔（セル）を有する構造体であるハニカム構造体、所定のセルの一方の端部が当該セル内に充填された封止材からなる封止部により目封止され、残余のセルについては前記所定のセルとは反対側の他方の端部が同様に封止部により目封止されている微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）、セラミックスの坏土に、発泡ポリウレタンフォーム等の造孔材を混錬して焼成し、完成した成形体の気孔率が７５％以上であるセラフォーム等を例示することができるがこれらに限定されない。
本発明において微粒子捕集手段とは、流体中の微粒子を捕集できる手段をいう。本発明における微粒子捕集手段は、通過する流体中の微粒子を全て捕集する必要はない。ただし、通過する微粒子の一部を捕集する必要がある。本発明に使用できる微粒子捕集手段としては、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔（セル）を有する構造体であるハニカム構造体、所定のセルの一方の端部が当該セル内に充填された封止材からなる封止部により目封止され、残余のセルについては前記所定のセルとは反対側の他方の端部が同様に封止部により目封止されている微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）、セラミックスの坏土に、発泡ポリウレタンフォーム等の造孔材を混錬して焼成し、完成した成形体の気孔率が７５％以上であるセラフォーム等を例示することができるがこれらに限定されない。
［温度測定手段］
本発明において温度測定手段とは、微粒子捕集手段の温度を測定できる手段をいう。本発明に使用できる温度測定手段としては、熱電対、白金抵抗体やサーミスタ等を例示することができるがこれらに限定されない。高い精度は要求されないが、時間応答性のよい物が望ましい。
本発明において温度測定手段とは、微粒子捕集手段の温度を測定できる手段をいう。本発明に使用できる温度測定手段としては、熱電対、白金抵抗体やサーミスタ等を例示することができるがこれらに限定されない。高い精度は要求されないが、時間応答性のよい物が望ましい。
［流量測定手段］
本発明において流量測定手段とは、微粒子捕集手段を通過する流体の流量を測定できる手段をいう。本発明に使用できる流量測定手段としては、熱式気体流量計や差圧式等を例示することができるがこれらに限定されない。
本発明において流量測定手段とは、微粒子捕集手段を通過する流体の流量を測定できる手段をいう。本発明に使用できる流量測定手段としては、熱式気体流量計や差圧式等を例示することができるがこれらに限定されない。
［インピーダンス測定手段］
本発明においてインピーダンス測定手段とは、微粒子捕集手段のインピーダンスを測定できる手段をいう。本発明に使用できるインピーダンス測定手段としては、直流抵抗計や交流抵抗などが測定できるＬＣＲメーター等を例示することができるがこれらに限定されない。ただし、測定にする範囲が〜数十ＭΩの高抵抗が測定できる性能が望ましい。微粒子捕集手段がハニカム構造体、ＤＰＦまたはセラフォームである場合には、ハニカム構造体等の微粒子が捕集される部位に一対の電極を配設し、電極間に交流を流して測定することができる。
本発明においてインピーダンス測定手段とは、微粒子捕集手段のインピーダンスを測定できる手段をいう。本発明に使用できるインピーダンス測定手段としては、直流抵抗計や交流抵抗などが測定できるＬＣＲメーター等を例示することができるがこれらに限定されない。ただし、測定にする範囲が〜数十ＭΩの高抵抗が測定できる性能が望ましい。微粒子捕集手段がハニカム構造体、ＤＰＦまたはセラフォームである場合には、ハニカム構造体等の微粒子が捕集される部位に一対の電極を配設し、電極間に交流を流して測定することができる。
［情報処理手段］
本発明における情報処理手段としては、広く普及しているコンピュータを採用することができる。
本発明における情報処理手段としては、広く普及しているコンピュータを採用することができる。
［通信手段］
本発明における通信手段としては、有線、無線の広く普及している手段を採用することができる。本発明においては、通信手段を介して別の装置等に各手段で得たデータ、情報処理手段５０で処理したデータ等を送信することができる。本発明において、温度測定手段２０、流量測定手段３０及びインピーダンス測定手段４０は、他のＥＣＵ等で測定されたデータをそのＥＣＵ等との通信によって取得し、温度、流量及びインピーダンスとして使用することも可能である。通信信号はアナログデータ及びデジタルデータどちらでもよいが、広く普及する車載データ通信ＣＡＮを踏まえるとデジタルデータの転送が望ましい。本発明の微粒子濃度測定機を自動車の排気ガス流路に配設する場合には、通信手段を介して、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等に対して、現在の排気ガス中の微粒子濃度をリアルタイムで送信することができる。なお、本発明において通信手段は、不要であれば、省略することも可能である。
本発明における通信手段としては、有線、無線の広く普及している手段を採用することができる。本発明においては、通信手段を介して別の装置等に各手段で得たデータ、情報処理手段５０で処理したデータ等を送信することができる。本発明において、温度測定手段２０、流量測定手段３０及びインピーダンス測定手段４０は、他のＥＣＵ等で測定されたデータをそのＥＣＵ等との通信によって取得し、温度、流量及びインピーダンスとして使用することも可能である。通信信号はアナログデータ及びデジタルデータどちらでもよいが、広く普及する車載データ通信ＣＡＮを踏まえるとデジタルデータの転送が望ましい。本発明の微粒子濃度測定機を自動車の排気ガス流路に配設する場合には、通信手段を介して、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等に対して、現在の排気ガス中の微粒子濃度をリアルタイムで送信することができる。なお、本発明において通信手段は、不要であれば、省略することも可能である。
［表示手段］
本発明における表示手段としては、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等、広く普及している表示機を採用することができる。本発明の微粒子濃度測定機を自動車の排気ガス流路に配設する場合には、表示手段は、運転者等に対して、現在の排気ガス中の微粒子濃度をリアルタイムで知らせるために、数値、グラフ等を表示することができる。なお、本発明において表示手段は、不要であれば、省略することも可能である。
本発明における表示手段としては、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等、広く普及している表示機を採用することができる。本発明の微粒子濃度測定機を自動車の排気ガス流路に配設する場合には、表示手段は、運転者等に対して、現在の排気ガス中の微粒子濃度をリアルタイムで知らせるために、数値、グラフ等を表示することができる。なお、本発明において表示手段は、不要であれば、省略することも可能である。
参考例：
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカの各粉末を、ＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％という化学組成の範囲に入るように所定の割合で調合したコージェライト化原料に、造孔剤としてグラファイトを１５〜２５質量％、ＰＥＴ、ＰＭＡ、フェノール樹脂等の合成樹脂を合計５〜１５質量％添加し、更にメチルセルロース類と界面活性剤とを所定量添加し、これに水を加えて混練し坏土とした。次いで、この坏土を真空脱気後、ハニカム構造に押し出し成形し、マイクロ波乾燥および熱風乾燥法により乾燥した後、最高温度を１４００〜１４３５℃として焼成することにより、多孔質のセラミックス（コージェライト）からなるハニカム構造体を製造した。このハニカム構造体の外周面の２カ所に銀ペーストを塗布して焼き付けることにより、電極を形成した。次に、当該電極間の交流インピーダンスを計測するインピーダンス計測回路を接続した。この電極付きハニカム構造体を微粒子捕集フィルタとともに缶体に収納した。
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカの各粉末を、ＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％という化学組成の範囲に入るように所定の割合で調合したコージェライト化原料に、造孔剤としてグラファイトを１５〜２５質量％、ＰＥＴ、ＰＭＡ、フェノール樹脂等の合成樹脂を合計５〜１５質量％添加し、更にメチルセルロース類と界面活性剤とを所定量添加し、これに水を加えて混練し坏土とした。次いで、この坏土を真空脱気後、ハニカム構造に押し出し成形し、マイクロ波乾燥および熱風乾燥法により乾燥した後、最高温度を１４００〜１４３５℃として焼成することにより、多孔質のセラミックス（コージェライト）からなるハニカム構造体を製造した。このハニカム構造体の外周面の２カ所に銀ペーストを塗布して焼き付けることにより、電極を形成した。次に、当該電極間の交流インピーダンスを計測するインピーダンス計測回路を接続した。この電極付きハニカム構造体を微粒子捕集フィルタとともに缶体に収納した。
［実験１：微粒子捕集手段に堆積した微粒子量とインピーダンスの変化との関係］
この缶体に、微粒子（煤）を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、電極付ハニカム構造体に微粒子を堆積させながら、前記電極間の交流インピーダンスの計測を行ったところ、堆積した微粒子の質量と計測した交流インピーダンスの変化率との関係は、図２のようになった。エンジン条件は排気量２Ｌのディーゼルエンジンで回転数及びトルクは１５００ｒｐｍ／５０Ｎｍ、ＥＧＲのバルブの開度５０％とした。この時の排ガス条件は、２２０℃、１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ、０．８ｇ／ｈｒの微粒子濃度である。図２から、微粒子捕集手段に堆積した微粒子量とインピーダンスの変化との間には、相関があることが分かる。
この缶体に、微粒子（煤）を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、電極付ハニカム構造体に微粒子を堆積させながら、前記電極間の交流インピーダンスの計測を行ったところ、堆積した微粒子の質量と計測した交流インピーダンスの変化率との関係は、図２のようになった。エンジン条件は排気量２Ｌのディーゼルエンジンで回転数及びトルクは１５００ｒｐｍ／５０Ｎｍ、ＥＧＲのバルブの開度５０％とした。この時の排ガス条件は、２２０℃、１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ、０．８ｇ／ｈｒの微粒子濃度である。図２から、微粒子捕集手段に堆積した微粒子量とインピーダンスの変化との間には、相関があることが分かる。
［実験２：微粒子捕集手段に堆積した微粒子量と流体の流速との関係］
上記の缶体を使用して、流速を変化させつつ微粒子を含むディーゼルエンジン排ガスを模擬したバーナー燃焼ガスを流し、電極付ハニカム構造体に微粒子を堆積させた。微粒子の捕集量は試験前のハニカムと試験後のハニカムの重量差から求めた。結果を図３に示す。試験は、ガス温度２００℃、微粒子濃度２．０〜２．４ｇ／ｈｒとし、流量１、２、３Ｎｍ３／ｍｉｎの条件で行った。図から、微粒子捕集量と流量の間には、相関があることが分かる。
上記の缶体を使用して、流速を変化させつつ微粒子を含むディーゼルエンジン排ガスを模擬したバーナー燃焼ガスを流し、電極付ハニカム構造体に微粒子を堆積させた。微粒子の捕集量は試験前のハニカムと試験後のハニカムの重量差から求めた。結果を図３に示す。試験は、ガス温度２００℃、微粒子濃度２．０〜２．４ｇ／ｈｒとし、流量１、２、３Ｎｍ３／ｍｉｎの条件で行った。図から、微粒子捕集量と流量の間には、相関があることが分かる。
［実験３：微粒子濃度とインピーダンス変化との関係］
インピーダンス検出感度を向上させるため、上記のハニカム構造体の一方の端面を、端面の中央部が最も窪むように球面状にえぐって、端面が電極の間に位置するようにし、えぐった端面が微粒子捕集フィルタ側になるように缶体に収納した以外、上記と同様にした缶体を使用して、所定の濃度の微粒子（煤）を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、電極付ハニカム構造体に微粒子を堆積させながら、前記電極間の交流インピーダンスの計測を行った。経過時間とインピーダンスとの関係は図４のようになった。排ガス流量は１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ、排ガス温度約２２０℃とし、排出微粒子濃度が３．８ｍｇ／ｍ３と６．３ｍｇ／ｍ３とした。３．８ｍｇ／ｍ３の時の試験条件は、排気量２Ｌのディーゼルエンジンで回転数及びトルクは１６５０ｒｐｍ／５５Ｎｍ、ＥＧＲのバルブの開度２９％とした。また、６．３ｍｇ／ｍ３の時の試験条件は、同一エンジンにて回転数及びトルクは１５００ｒｐｍ／６０Ｎｍ、ＥＧＲのバルブの開度５０％とした。微粒子濃度の逆数とインピーダンス変化の積とインピーダンスとの関係は図５のようになった。図５から、微粒子濃度が違っても、ａ（Ｚ）はほぼ同じになることが分かる。
インピーダンス検出感度を向上させるため、上記のハニカム構造体の一方の端面を、端面の中央部が最も窪むように球面状にえぐって、端面が電極の間に位置するようにし、えぐった端面が微粒子捕集フィルタ側になるように缶体に収納した以外、上記と同様にした缶体を使用して、所定の濃度の微粒子（煤）を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、電極付ハニカム構造体に微粒子を堆積させながら、前記電極間の交流インピーダンスの計測を行った。経過時間とインピーダンスとの関係は図４のようになった。排ガス流量は１．３Ｎｍ３／ｍｉｎ、排ガス温度約２２０℃とし、排出微粒子濃度が３．８ｍｇ／ｍ３と６．３ｍｇ／ｍ３とした。３．８ｍｇ／ｍ３の時の試験条件は、排気量２Ｌのディーゼルエンジンで回転数及びトルクは１６５０ｒｐｍ／５５Ｎｍ、ＥＧＲのバルブの開度２９％とした。また、６．３ｍｇ／ｍ３の時の試験条件は、同一エンジンにて回転数及びトルクは１５００ｒｐｍ／６０Ｎｍ、ＥＧＲのバルブの開度５０％とした。微粒子濃度の逆数とインピーダンス変化の積とインピーダンスとの関係は図５のようになった。図５から、微粒子濃度が違っても、ａ（Ｚ）はほぼ同じになることが分かる。
図４から、式（１）の関係が導かれる。ここで、Ｚはインピーダンス、ｔは時間、ｎは微粒子濃度を示す。
ΔＺ／Δｔ∝ｎ（微粒子濃度） （１）
ΔＺ／Δｔ∝ｎ（微粒子濃度） （１）
インピーダンスＺにより、ΔＺ／Δｔが変化することから、式（２）の関係が成立する。ここで、ａ（Ｚ）は、単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数である。
ａ（Ｚ）＝（１／ｎ）×ΔＺ／Δｔ （２）
ａ（Ｚ）＝（１／ｎ）×ΔＺ／Δｔ （２）
実験等により、ａ（Ｚ）を求めておけば、式（３）により微粒子濃度を求めることができる。
ｎ＝１／ａ（Ｚ）×ΔＺ／Δｔ （３）
ｎ＝１／ａ（Ｚ）×ΔＺ／Δｔ （３）
ａ（Ｚ）は、各インピーダンスにおける単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数であるが、もちろん初期値Ｚ０からのインピーダンス変化量ΔＺにおけるインピーダンス変化−微粒子濃度定数として、ａ(ΔＺ)で表すこともできる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
上記缶体に、微粒子（煤）を含むディーゼルエンジン排ガスを微粒子濃度を変化させつつ流した。温度測定手段としての熱伝対で測定された排ガス温度は２２０℃、流量測定手段としての流量センサで測定された流量は２５℃で１．３ｍ３／ｍｉｎであった。この温度および流量から決定される初期値Ｚ０からのインピーダンス変化量ΔＺにおけるインピーダンス変化−微粒子濃度定数は式（４）となった。
ａ（ΔＺ）＝−１．００×１０−１５×ΔＺ３＋６．１７×１０−９×ΔＺ２−１×１０−２×ΔＺ （４）
であった。インピーダンスの測定結果から得られた微粒子（スート）濃度を図６に示す。
ａ（ΔＺ）＝−１．００×１０−１５×ΔＺ３＋６．１７×１０−９×ΔＺ２−１×１０−２×ΔＺ （４）
であった。インピーダンスの測定結果から得られた微粒子（スート）濃度を図６に示す。
また、このときの微粒子（スート）濃度を排出ガス中の煤煙による遮光作用を利用して煤煙濃度を測定するＡＶＬ社製のスモークメーターによって測定した結果も図６に示す。図６から、本発明の微粒子濃度測定機および測定方法で得られた流体中の微粒子濃度はスモークメーターによって測定された微粒子濃度とよく一致していることが分かる。
本発明は、内燃機関の排気系等で排出される微粒子の排出量を計測するために使用することができる。
Claims (3)
- 流体中の微粒子を捕集する微粒子捕集手段、
前記微粒子捕集手段の温度を測定する温度測定手段、
前記微粒子捕集手段を通過する流体の流量を測定する流量測定手段、
前記微粒子捕集手段のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段、
および情報処理手段を備え、
前記情報処理手段が、
時間の経過を計時する計時手段、
入力された温度と流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定する定数決定手段、
入力されたインピーダンスの、前記計時手段により計時された単位時間当りの変化を算出する単位時間当りインピーダンス変化算出手段、
および前記定数決定手段で決定された単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、前記単位時間当りインピーダンス変化算出手段で算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定する微粒子濃度決定手段、
を備えた流体中の微粒子濃度測定機。 - 流体中の微粒子を捕集する微粒子捕集手段の温度、流量およびインピーダンスを測定し、
測定された温度と流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定し、
測定されたインピーダンスの単位時間当りの変化を算出し、
決定された単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定する流体中の微粒子濃度測定方法。 - コンピュータに、
温度、流量およびインピーダンスの入力を受付させ、
受付けられた温度と流量から単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を決定させ、
入力されたインピーダンスの単位時間当りの変化を算出させ、
決定させた単位時間当りインピーダンス変化−微粒子濃度定数を使用して、算出された、インピーダンスの単位時間当りの変化から微粒子濃度を決定させる、
流体中の微粒子濃度測定プログラム。
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