WO2019059008A1 - 排ガス希釈装置、排ガス分析システム、及び排ガス希釈方法 - Google Patents

排ガス希釈装置、排ガス分析システム、及び排ガス希釈方法 Download PDF

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exhaust gas
dilution
gas
flow path
purge
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PCT/JP2018/033282
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Inventor
友志 吉村
智之 澤田
Original Assignee
株式会社堀場製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas dilution device, an exhaust gas analysis system, and an exhaust gas dilution method.
  • exhaust gas discharged from the engine is collected and introduced into an exhaust gas analyzer.
  • the exhaust gas analyzer is frequently contaminated by high concentration components (for example, organic components such as hydrocarbons) contained in the exhaust gas. It is necessary to perform purge processing and cleaning processing.
  • high concentration components for example, organic components such as hydrocarbons
  • an exhaust gas dilution device is provided at the front stage of the exhaust gas analysis device, and the diluted exhaust gas is introduced into the exhaust gas analysis device by mixing the exhaust gas and the dilution gas in the exhaust gas dilution device. It is done.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems at once, and its main object is to suppress the aggregation and condensation of the components contained in the exhaust gas and to perform the cleaning by the purge.
  • the exhaust gas dilution apparatus is an exhaust gas dilution apparatus that dilutes the exhaust gas with a dilution gas and leads out to the exhaust gas analyzer, and is connected to the main flow path into which the exhaust gas is introduced and the main flow path A dilution gas flow path into which the dilution gas is introduced, a purge gas flow path connected to the main flow path, into which a purge gas is introduced, and a heating unit which heats the dilution gas,
  • the outlet port of the main flow path is characterized in that the diluted exhaust gas or the purge gas is led out.
  • the heating part heats the gas for dilution, the temperature fall of the waste gas accompanying dilution can be suppressed, and aggregation and condensation of the component contained in waste gas can be suppressed. Furthermore, since the purge gas can be introduced into the main flow path, the contamination component adhering to the main flow path, the contamination component adhering to the piping from the exhaust gas dilution device to the exhaust gas analysis device and the internal flow path of the exhaust gas analysis device are removed. be able to.
  • the exhaust gas dilution device further includes a constant flow device provided in the main flow path to make the flow rate of the exhaust gas constant.
  • the constant flow rate device is provided in the main flow path, the flow rate fluctuation due to the pressure fluctuation of the exhaust gas can be suppressed, and the exhaust gas flowing in the main flow path can be made a constant flow rate. Can be fixed.
  • a pressure regulator is used for the constant flow device, it is possible to suitably reduce the flow rate fluctuation due to pressure fluctuation.
  • the heating unit desirably heats the purge gas.
  • the purge gas flow passage is connected upstream of the constant flow device in the main flow passage.
  • the purge gas can not flow from the downstream side to the upstream side of the pressure regulator. Therefore, in order to purge the pressure regulator, the purge gas upstream of the pressure regulator in the main flow path It is desirable that the flow paths are connected.
  • the inlet port of the dilution gas channel and the inlet port of the purge gas channel are common ports, and the dilution gas is common. Is preferably used as the purge gas.
  • the dilution gas flow path and the purge gas flow path be a common flow path.
  • the heating unit heat the dilution gas by heating at least the dilution gas channel.
  • the dilution gas can be reliably heated before flowing into the main flow path.
  • the heating unit heats the exhaust gas diluted by heating at least the main flow path. With this configuration, aggregation and condensation of components contained in the diluted exhaust gas can be further suppressed.
  • the heating unit desirably heats the main flow passage and the dilution gas flow passage at the same set temperature.
  • the exhaust gas dilution apparatus supplies the dilution gas to the main flow path through the dilution gas flow path to dilute the exhaust gas, and supplies the purge gas to the main flow path to the main flow path. It is desirable to provide a switching mechanism for switching between the flow path and a purge mode for purging the exhaust gas analyzer.
  • the exhaust gas dilution apparatus of the present invention is provided by a flow rate adjustment device which is provided in the dilution gas flow path and adjusts the flow rate of the dilution gas, a control unit which controls the flow rate adjustment device, and the exhaust gas analysis device. It is preferable to further include a concentration acquisition unit that acquires the obtained concentration, and the control unit controls the flow rate adjustment device according to the concentration acquired by the concentration acquisition unit to adjust the dilution ratio of the exhaust gas. . With this configuration, the dilution ratio in the exhaust gas dilution device can be adjusted to an optimal value.
  • the flow rate of dilution gas is increased by the flow adjustment device to increase the dilution ratio
  • the concentration acquired by the concentration acquisition unit is low, flow adjustment It is conceivable to reduce the dilution ratio by reducing the flow rate of the dilution gas using an apparatus.
  • the exhaust gas analysis system is an exhaust gas analysis system configured by connecting the above-described exhaust gas dilution device and the exhaust gas analysis device via a heating pipe, and the exhaust gas analysis device is included in the diluted exhaust gas.
  • the concentration of the component before dilution contained in the exhaust gas is calculated using the concentration of the component after dilution and the dilution ratio by the exhaust gas dilution device. According to this exhaust gas analysis system, since the dilution ratio can be maintained constant by the exhaust gas dilution apparatus, the concentration of the component before dilution contained in the exhaust gas can be accurately calculated.
  • the exhaust gas dilution method according to the present invention is an exhaust gas dilution method of diluting an exhaust gas with a dilution gas and leading it to an exhaust gas analyzer, and connecting to a main flow path into which the exhaust gas is introduced and the main flow path Using an exhaust gas dilution apparatus comprising: a dilution gas flow path into which the dilution gas is introduced; and a purge gas flow path connected to the main flow path and into which a purge gas is introduced; While supplying the dilution gas through the dilution gas flow path to heat the dilution gas for diluting the exhaust gas, the diluted exhaust gas or the purge gas is led out to the exhaust gas analyzer.
  • an exhaust gas dilution apparatus comprising: a dilution gas flow path into which the dilution gas is introduced; and a purge gas flow path connected to the main flow path and into which a purge gas is introduced; While supplying the dilution gas through the dilution gas flow
  • aggregation and condensation of the components contained in the exhaust gas can be suppressed, and cleaning by purge can be performed.
  • Exhaust gas analysis system 2 Exhaust gas dilution device 3 ⁇ Exhaust gas analysis device 4 ⁇ Heating piping 21 ⁇ Main flow path 22 ⁇ Pressure regulator (constant flow rate unit) 23 ⁇ ⁇ ⁇ Dilution gas channel 231 ⁇ ⁇ ⁇ Flow adjustment valve (flow adjustment device) 24 ⁇ ⁇ ⁇ Purge gas flow path 25 ⁇ ⁇ ⁇ Heating unit 2p3 ⁇ ⁇ ⁇ Dilution gas introduction port 2p 4 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Purge gas introduction port 12 ⁇ ⁇ ⁇ Control unit 13 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Concentration acquisition unit
  • the exhaust gas analysis system 100 of the present embodiment analyzes components of exhaust gas discharged from an engine (internal combustion engine) which is a sample, and as shown in FIG. 1, the exhaust gas is diluted with a dilution gas and diluted.
  • An exhaust gas dilution device 2 for deriving exhaust gas an exhaust gas analysis device 3 for analyzing diluted exhaust gas obtained by the exhaust gas dilution device 2, a dilution exhaust gas delivery port 2p2 of the exhaust gas dilution device 2 and a dilution exhaust gas introduction port 3p1 of the exhaust gas analysis device 3
  • a heating pipe 4 for connecting the As described above, the exhaust gas dilution device 2 is provided separately from the exhaust gas analysis device 3, and they are connected by the heating pipe 4. Therefore, the exhaust gas dilution device 2 and the exhaust gas analysis device 3 can be installed at a distance, and the degree of freedom of installation can be increased.
  • the exhaust gas analysis system 100 is provided with a filter device 5 for removing soot, dust and the like contained in the exhaust gas at the front stage of the exhaust gas dilution device 2, and the exhaust gas introduction port 5 p 1 of the filter device 5 is
  • the heating pipe 7 connected to the exhaust gas sampling unit 6 is connected.
  • the filter device 5 and the exhaust gas dilution device 2 are supported by the same support 8.
  • the exhaust gas outlet port 5p2 of the filter device 5 and the exhaust gas inlet port 2p1 of the exhaust gas dilution device 2 are closely disposed opposite to each other at the same height, and are connected by a straight tubular connecting pipe 9.
  • the exhaust gas dilution device 2 introduces a main flow passage 21 into which exhaust gas is introduced, a constant flow device 22 which makes the flow rate of exhaust gas flowing through the main flow passage 21 constant, and dilution gas is introduced.
  • a dilution gas flow passage 23, a purge gas flow passage 24 into which a purge gas is introduced, and a heating unit 25 which heats at least the dilution gas and the purge gas are provided.
  • the main flow passage 21, the constant flow rate device 22, the dilution gas flow passage 23, the purge gas flow passage 24 and the heating unit 25 are accommodated in a single case 26.
  • the control device CTL for controlling the components of the exhaust gas dilution device 2 to execute the exhaust gas dilution function is accommodated in the housing 26.
  • the control device CTL may be provided outside the casing, or may have the control device of the exhaust gas analysis device 3 provided with the function.
  • One end of the main flow passage 21 is connected to the exhaust gas introduction port 2 p 1 provided on the side surface of the housing 26, and the other end is connected to the exhaust gas outlet port 2 p 2 provided on the side surface of the housing 26.
  • the constant flow rate device 22 provided in the main flow passage 21 is a pressure regulator for adjusting the pressure fluctuation in the exhaust gas introduction port (the exhaust gas sampling unit 6) to make the pressure constant.
  • the pressure of the exhaust gas flowing downstream of the pressure regulator 22 becomes constant by the pressure regulator 22, and the flow rate becomes constant.
  • the pressure regulator 22 is also provided with a pressure sensor PG that detects the pressure of the exhaust gas.
  • the dilution gas flow channel 23 is connected to the downstream of the constant flow rate unit 22 in the main flow channel 21, and introduces the dilution gas into the main flow channel 21.
  • the upstream end of the dilution gas flow channel is connected to a dilution gas introduction port 2 p 3 provided on the side surface of the housing 26.
  • a dilution gas source (not shown) such as, for example, a nitrogen gas source is connected to the dilution gas introduction port 2p3. That is, the dilution gas of the present embodiment is nitrogen gas which is an inert gas.
  • the dilution gas flow channel 23 is provided with a flow rate adjustment device 231 for adjusting the flow rate of the dilution gas.
  • the flow rate adjustment device 231 of the present embodiment is, for example, a flow rate adjustment valve such as a needle valve.
  • the dilution gas flow passage 23 is provided with a flow meter 232 for measuring the flow rate of the dilution gas, and an on-off valve 233 for switching the dilution gas flow passage 23.
  • a pressure regulator 234 is provided on the upstream side of the flow meter 232 in the dilution gas flow channel 23 to adjust the pressure fluctuation of the dilution gas flowing into the dilution gas flow channel 23 constant.
  • the flow rate adjustment by the flow rate adjusting valve 232 may be performed by the user looking at the indicated value of the flow meter 232 and operating the flow rate adjusting valve 232 to adjust the valve opening degree thereof. It may be performed by the user looking at the indicated value and inputting a set value to the control device CTL, and the control device CTL controls the flow rate adjustment valve 232 to adjust the valve opening degree thereof. . Further, the on-off valve 233 may be manually switched on and off, or may be automatically controlled on and off by the control device CTL.
  • the purge gas flow channel 24 is connected to the upstream of the constant flow rate device 22 in the main flow channel 21 and introduces the purge gas into the main flow channel 21.
  • the upstream end of the purge gas flow path is connected to a purge gas introduction port 2 p 4 provided on the side surface of the housing 26.
  • the purge gas inlet port 2p4 is constituted by a port common to the above-described dilution gas inlet port 2p3. That is, the purge gas of the present embodiment is nitrogen gas.
  • the purge gas flow path 24 is a flow path common to the dilution gas flow path 23 in a predetermined range from the common port (the dilution gas introduction port 2p3).
  • the purge gas flow passage 24 is common to the pressure regulator 234 and the flow meter 232 of the dilution gas flow passage 23, and is branched from the dilution gas flow passage 23 between the pressure regulator 234 and the flow meter 232. Are connected to the main flow path 21.
  • the branched purge gas flow path 24 is provided with a flow rate adjusting device 241 for adjusting the flow rate of the purge gas.
  • the flow control device 241 of the present embodiment is, for example, a flow control valve such as a needle valve.
  • an on-off valve 242 for switching the opening and closing of the purge gas flow path 24 is provided in the purge gas flow path.
  • the on-off valve 242 may be manually switched on and off, or may be automatically controlled on and off by the control device CTL.
  • the heating unit 25 heats the exhaust gas, the dilution gas, and the purge gas by heating the main flow passage 21 and the dilution gas flow passage 23. Specifically, the heating unit 25 heats a predetermined region including the junction point X of the main flow passage 21 and the dilution gas flow passage 23. In the present embodiment, the heating unit 25 heats a range including the place where the pressure regulator 22 is provided in the main flow passage 21 to the confluence point X of the dilution gas flow passage 23 and the dilution gas flow passage 23. Heat part of the
  • the specific configuration of the heating unit 25 is, as shown in FIG. 3, for example, a plate 251 made of a metal excellent in thermal conductivity such as aluminum, and a plate 251 inserted in the thickness direction of the plate 251 along the plane direction. And a plurality of heaters 252 provided.
  • the plurality of heaters 252 are provided at equal intervals along the flow direction so as to be parallel to each other.
  • the plurality of heaters 252 are power controlled by the control device CTL and operate at the same set temperature (for example, 191 ° C.).
  • a temperature sensor TS such as, for example, a thermocouple is inserted and provided. The detection signal of the temperature sensor TS is used for power control of the heater 252 by the control signal CTL.
  • a pipe 10 constituting the main flow passage 21 and a pressure regulator 22 provided in the main flow passage 21 are provided in contact with each other.
  • a T-shaped joint 11 which is a joining point X with the dilution gas flow path 23 is also provided in contact with one surface of the plate 251. Furthermore, in the present embodiment, a part of the dilution gas channel 23 is formed in the plate 251.
  • the piping 10 constituting the main flow path 21, the pressure regulator 22 and the T-shaped joint 11 are provided in contact with the single plate 251, these are heated to the same set temperature. .
  • the heating efficiency of the dilution gas can be improved.
  • the heater may be provided in thermal contact with the back surface of the metal plate made of aluminum or the like, and the pipe 10, the pressure regulator 22 and the T-shaped joint 11 may be provided in thermal contact with the front surface of the metal plate. .
  • the exhaust gas dilution device 2 has a dilution mode (see FIG. 4) for diluting the exhaust gas and a purge mode (see FIG. 5) for purging the flow path.
  • ⁇ Dilution mode> In the dilution mode, the on-off valve 242 provided in the purge gas flow passage 24 is closed, and the on-off valve 233 provided in the dilution gas flow passage 23 is opened.
  • the on-off control of the on-off valves 242 and 233 is performed by the control device CTL based on the sequence operation signal transmitted from the external control device.
  • the on-off valves 242 and 233 may be opened and closed manually.
  • the exhaust gas is introduced from the exhaust gas sampling unit 6 into the main flow path 21 by a suction pump (not shown) provided inside or downstream of the exhaust gas analyzer 3.
  • the exhaust gas flowing into the main flow passage 21 is adjusted to a constant flow rate by the pressure regulator 22, and the dilution gas supplied to the main flow passage 21 is adjusted to a constant flow rate by the flow rate adjustment device 231. This keeps the dilution ratio constant.
  • the diluted exhaust gas is heated to a predetermined temperature (for example, 191 ° C.) by the heating unit 25 and is derived from the diluted exhaust gas outlet port 2p2.
  • the exhaust gas thus diluted at a constant dilution ratio is introduced into the exhaust gas analyzer 3 through the heating pipe 4 and the concentration of the component after dilution contained in the diluted exhaust gas is measured. Then, the component concentration contained in the exhaust gas before dilution is calculated using the measured value of the component concentration after dilution and the dilution ratio.
  • ⁇ Purge mode> In the purge mode, the on-off valve 231 provided in the dilution gas flow channel 23 is closed, and the on-off valve 242 provided in the purge gas flow channel 24 is opened.
  • the on-off control of the on-off valves 242 and 233 is performed by the control device CTL based on the sequence operation signal transmitted from the external control device. In addition, it is performed by the control device CTL based on the purge start command input from the user.
  • the on-off valves 242 and 233 may be opened and closed manually.
  • purge gas is introduced into the main flow path 21 by a suction pump (not shown) provided inside or downstream of the exhaust gas analyzer 3.
  • the purge gas introduced into the main flow passage 21 is heated by the heating unit 25 which heats the main flow passage 21 and flows toward the diluted exhaust gas outlet port 2p2 through the pressure regulator 22 and the merging point X.
  • the heated purge gas flows into the internal flow path of the exhaust gas analyzer 3 through the heating pipe 4 and purges the flow path.
  • the purge gas introduced into the main flow passage 21 flows toward the upstream side of the merging point Y of the purge gas flow passage 24 and purges the main flow passage 21 and the heating pipe 7 up to the exhaust gas sampling unit 6.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the flow control valve 231 adjusts the flow rate of the dilution gas by the user operating the flow control valve 231 or by the user inputting a set value to the control device CTL.
  • the flow control valve 231 may be automatically controlled using the component concentration obtained by the exhaust gas analyzer 3 as follows.
  • the control device CTL of the exhaust gas dilution device 2 includes the control unit 12 that controls the flow rate adjustment device 231, and the concentration acquisition unit 13 that acquires the concentration obtained by the exhaust gas analysis device 3. Have. Then, the control unit 12 controls the flow rate adjustment valve 231 according to the concentration acquired by the concentration acquisition unit 13 to adjust the dilution ratio of the exhaust gas.
  • the exhaust gas dilution device 2 dilutes the exhaust gas so as to have a dilution ratio set in advance by a user or the like, and introduces the diluted exhaust gas into the exhaust gas analysis device 3. Then, the concentration of the diluted component contained in the diluted exhaust gas is measured by the exhaust gas analyzer 3. The measured value of the component concentration is transmitted to the concentration acquisition unit 13 provided in the control device CTL of the exhaust gas dilution device 2.
  • the control unit 12 reduces the dilution ratio so that the component concentration obtained by the exhaust gas analyzer 3 falls within the setting range.
  • the flow control valve 231 is controlled to adjust the flow rate of the dilution gas flowing into the main flow path 21.
  • the dilution ratio may be switched as follows.
  • the exhaust gas sampled is introduced into the exhaust gas analyzer 3 without diluting the exhaust gas by the exhaust gas dilution device 2.
  • the concentration of the component before dilution contained in the exhaust gas is measured by the exhaust gas analyzer 3.
  • the measured value of the component concentration is transmitted to the concentration acquisition unit 13 provided in the control device CTL of the exhaust gas dilution device 2.
  • the control unit 12 sets the dilution ratio according to the component concentration acquired by the concentration acquisition unit 13 and controls the flow rate adjusting valve 231 so that the component concentration obtained by the exhaust gas analyzer 3 falls within a predetermined setting range. Then, the flow rate of the dilution gas flowing into the main flow path 21 is adjusted.
  • the dilution gas flow channel 23 and the purge gas flow channel 24 are respectively provided, and a part of them is configured by the common flow channel, but as shown in FIG. 23 may be used as the purge gas channel 24. That is, the dilution gas flow channel 23 and the purge gas flow channel 24 may be a common flow channel. With this configuration, the flow channel configuration of the exhaust gas dilution device 22 can be simplified.
  • the dilution gas channel 23 and the purge gas channel 24 may be provided separately.
  • one end of the purge gas flow channel 2 is connected to a purge gas inlet port 2p4 provided on the side surface of the housing 23.
  • the purge gas introduction port 2p4 is connected to a purge gas source such as a nitrogen gas source, for example.
  • the constant flow device 22 of the embodiment is a pressure regulator, it may be a throttling mechanism such as an orifice or a venturi, or may be a mass flow controller having a flow meter and a flow control valve.
  • heating part 25 of the said embodiment consisted of a single block which heats a several flow path simultaneously, you may consist of several blocks provided in each each flow path. In addition to heating the plurality of flow paths at the same set temperature, heating may be performed at different set temperatures for each flow path or each heating location.

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Abstract

本発明は、排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮を抑えるとともに、パージにより清掃を行うものであり、排ガスを希釈用ガスにより希釈して排ガス分析装置に導出する排ガス希釈装置２であって、排ガスが導入されるメイン流路２１と、メイン流路２１に接続されて、希釈用ガスが導入される希釈用ガス流路２３と、メイン流路２１に接続されて、パージガスが導入されるパージガス流路２４と、前記希釈用ガスを加熱する加熱部とを備える。

Description

排ガス希釈装置、排ガス分析システム、及び排ガス希釈方法
　本発明は、排ガス希釈装置、排ガス分析システム、及び排ガス希釈方法に関するものである。
　エンジン適合試験などのエンジン特性を評価する試験では、エンジンから排出される排ガスを採取して排ガス分析装置に導入することが行われている。
　ところで、エンジン適合などにおいて排ガス分析装置に希釈しない排ガスを導入した場合には、当該排ガスに含まれる高濃度の成分（例えば炭化水素類などの有機成分）によって排ガス分析装置が汚染されてしまい、頻繁にパージ処理や清掃処理を行う必要がある。
　このため、特許文献１に示すように、排ガス分析装置の前段に排ガス希釈装置を設けて、当該排ガス希釈装置において排ガスと希釈用ガスとを混合することにより、希釈した排ガスを排ガス分析装置に導入することが行われている。
　しかしながら、従来の排ガス希釈装置では、希釈用ガスは排ガスを冷やすために用いられていることから希釈用ガスが加熱されていないため、希釈用ガスを用いて排ガスを希釈した場合には、排ガスの温度が低下して排ガスに含まれているガス成分や粒子成分が凝集したり、水蒸気や揮発性成分（例えば炭化水素成分）が凝縮してしまうという問題が生じる。これらは排ガス分析の誤差要因となり、その結果、エンジン特性を精度良く評価することができないという問題がある。
　さらに、排ガスを希釈しているとはいえ、エンジンから出る排ガスに含まれる成分によって、排ガス希釈装置及び排ガス分析装置の内部流路が汚染されてしまうという問題がある。
特開２０１１－１６３８０６号公報
　そこで本発明は、上述した課題を一挙に解決すべくなされたものであり、排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮を抑えるとともに、パージによる清掃を行うことをその主たる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、排ガスを希釈用ガスにより希釈して排ガス分析装置に導出する排ガス希釈装置であって、前記排ガスが導入されるメイン流路と、前記メイン流路に接続されて、前記希釈用ガスが導入される希釈用ガス流路と、前記メイン流路に接続されて、パージガスが導入されるパージガス流路と、前記希釈用ガスを加熱する加熱部とを備え、前記メイン流路の導出ポートが、希釈された前記排ガス又は前記パージガスを導出することを特徴とする。
　このようなものであれば、加熱部が希釈用ガスを加熱しているので、希釈に伴う排ガスの温度低下を抑えることができ、排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮を抑えることができる。さらに、パージガスをメイン流路に導入することができるので、メイン流路に付着した汚れ成分、排ガス希釈装置から排ガス分析装置までの配管及び排ガス分析装置の内部流路に付着した汚れ成分を除去することができる。
　また従来、エンジンから排出される排ガスの圧力変動によって排ガス希釈装置に導入される排ガスの流量が変動することから、希釈比を一定に維持することが難しいという問題がある。この問題を好適に解決するためには、排ガス希釈装置は、前記メイン流路に設けられて、前記排ガスの流量を一定にする定流量器をさらに備えることが望ましい。この構成であれば、メイン流路に定流量器を設けているので、排ガスの圧力変動などによる流量変動を抑えてメイン流路を流れる排ガスを一定流量にすることができ、その結果、希釈比を一定とすることができる。定流量器に圧力レギュレータを用いた場合には、圧力変動による流量変動を好適に低減することができる。
　パージによる清掃効果を一層向上させるためには、前記加熱部は、前記パージガスを加熱するものであることが望ましい。
　定流量器の汚れを除去するとともにパージされるメイン流路の範囲を大きくするためには、前記パージガス流路は、前記メイン流路における前記定流量器の上流に接続されていることが望ましい。定流量器として圧力レギュレータを用いた場合には、圧力レギュレータの下流側から上流側にパージガスを流すことができないため、圧力レギュレータのパージを行うためには、メイン流路における圧力レギュレータの上流にパージガス流路が接続されていることが望ましい。
　装置の流路構成を簡略化するとともに、ガス源を共通化するためには、前記希釈用ガス流路の導入ポートと前記パージガス流路の導入ポートとが共通のポートであり、前記希釈用ガスが前記パージガスとして用いられることが望ましい。
　装置の流路構成を可及的に簡略化するためには、前記希釈用ガス流路及び前記パージガス流路が共通の流路とされていることが望ましい。
　前記加熱部は、少なくとも前記希釈用ガス流路を加熱することによって前記希釈用ガスを加熱することが望ましい。この構成であれば、メイン流路に流入する前に希釈用ガスを確実に加熱することができる。また、加熱部は、少なくとも前記メイン流路を加熱することによって希釈された前記排ガスを加熱するものであることが望ましい。この構成であれば、希釈された排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮をより一層抑えることができる。
　前記加熱部は、前記メイン流路及び前記希釈用ガス流路を同じ設定温度で加熱するものであることが望ましい。この構成であれば、メイン流路を流れる排ガスに希釈用ガスを混合しても排ガスに含まれる成分に対して温度変化を生じにくくすることができ、前記成分の温度変化に伴う性状の変化を抑制することができる。また、加熱部の設定温度を同じにしているので、制御を容易にすることができる。さらに、加熱部をメイン流路及び希釈用ガス流路で共通にすることができ、装置構成を簡単にすることができる。
　この排ガス希釈装置は、前記メイン流路に前記希釈用ガス流路を介して前記希釈用ガスを供給して前記排ガスを希釈する希釈モードと、前記メイン流路に前記パージガスを供給して前記メイン流路及び前記排ガス分析装置をパージするパージモードとを切り替える切替機構を備えることが望ましい。
　また、本発明の排ガス希釈装置は、前記希釈用ガス流路に設けられ、前記希釈用ガスの流量を調整する流量調整機器と、前記流量調整機器を制御する制御部と、前記排ガス分析装置により得られた濃度を取得する濃度取得部とをさらに備え、前記制御部は、前記濃度取得部が取得した濃度に応じて前記流量調整機器を制御し、前記排ガスの希釈比を調整することが望ましい。この構成であれば、排ガス希釈装置における希釈比を最適な値に調整することができる。例えば、濃度取得部が取得した濃度が高い場合には、流量調整機器により希釈用ガスの流量を多くして、希釈比を大きくし、濃度取得部が取得した濃度が低い場合には、流量調整機器により希釈用ガスの流量を少なくして、希釈比を小さくすることが考えられる。
　また、本発明に係る排ガス分析システムは、上述した排ガス希釈装置と排ガス分析装置とを加熱配管を介して接続して構成された排ガス分析システムであって、前記排ガス分析装置は、希釈排ガスに含まれる希釈後の成分濃度と、前記排ガス希釈装置による希釈比とを用いて、前記排ガスに含まれる希釈前の成分濃度を算出することを特徴とする。
　この排ガス分析システムによれば、排ガス希釈装置により希釈比を一定に維持することができるので、排ガスに含まれる希釈前の成分濃度を精度良く算出することができる。
　さらに、本発明に係る排ガス希釈方法は、排ガスを希釈用ガスにより希釈して排ガス分析装置に導出する排ガス希釈方法であって、前記排ガスが導入されるメイン流路と、前記メイン流路に接続されて、前記希釈用ガスが導入される希釈用ガス流路と、前記メイン流路に接続されて、パージガスが導入されるパージガス流路とを備える排ガス希釈装置を用いて、前記メイン流路に前記希釈用ガス流路を介して前記希釈用ガスを供給して前記排ガスを希釈する前記希釈用ガスを加熱するとともに、希釈された前記排ガス又は前記パージガスを前記排ガス分析装置に導出することを特徴とする。
　このように構成した本発明によれば、排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮を抑えるとともに、パージによる清掃を行うことができる。
本実施形態に係る排ガス分析システムの構成を示す模式図である。 同実施形態の排ガス希釈装置の流路構成を示す模式図である。 同実施形態の加熱部の構成を主として示す模式図である。 同実施形態の排ガス希釈装置の希釈モードを示す模式図である。 同実施形態の排ガス希釈装置のパージモードを示す模式図である。 変形実施形態の排ガス希釈装置の制御装置の機能構成を示す図である。 変形実施形態の排ガス希釈装置の流路構成を示す模式図である。 変形実施形態の排ガス希釈装置の流路構成を示す模式図である。
１００・・・排ガス分析システム
２　　・・・排ガス希釈装置
３　　・・・排ガス分析装置
４　　・・・加熱配管
２１　・・・メイン流路
２２　・・・圧力レギュレータ（定流量器）
２３　・・・希釈用ガス流路
２３１・・・流量調整弁（流量調整機器）
２４　・・・パージガス流路
２５　・・・加熱部
２ｐ３・・・希釈用ガス導入ポート
２ｐ４・・・パージガス導入ポート
１２　・・・制御部
１３　・・・濃度取得部
　以下、本発明に係る排ガス分析システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態の排ガス分析システム１００は、供試体であるエンジン（内燃機関）から排出される排ガスの成分を分析するものであり、図１に示すように、排ガスを希釈用ガスにより希釈して希釈排ガスを導出する排ガス希釈装置２と、排ガス希釈装置２により得られた希釈排ガスを分析する排ガス分析装置３と、排ガス希釈装置２の希釈排ガス導出ポート２ｐ２及び排ガス分析装置３の希釈排ガス導入ポート３ｐ１を接続する加熱配管４とを有している。このように排ガス希釈装置２は、排ガス分析装置３と別体に設けられており、それらが加熱配管４により接続されている。このため、排ガス希釈装置２と排ガス分析装置３とを距離を開けて設置することができ、設置の自由度を高めることができる。
　また、この排ガス分析システム１００は、排ガス希釈装置２の前段には、排ガスに含まれる煤やダスト等を除去するフィルタ装置５が設けられており、当該フィルタ装置５の排ガス導入ポート５ｐ１には、排ガスサンプリング部６に接続された加熱配管７が接続されている。なお、フィルタ装置５と排ガス希釈装置２とは同一の支持台８により支持されている。また、フィルタ装置５の排ガス導出ポート５ｐ２及び排ガス希釈装置２の排ガス導入ポート２ｐ１とは同じ高さにおいて近接して対向配置されており、直管状の接続管９により接続されている。
　排ガス希釈装置２は、図２に示すように、排ガスが導入されるメイン流路２１と、メイン流路２１を流れる排ガスの流量を一定にする定流量器２２と、希釈用ガスが導入される希釈用ガス流路２３と、パージガスが導入されるパージガス流路２４と、少なくとも希釈用ガス及びパージガスを加熱する加熱部２５とを備えている。
　これらメイン流路２１、定流量器２２、希釈用ガス流路２３、パージガス流路２４及び加熱部２５は、単一の筐体２６内に収容されている。その他、当該筐体２６内には、排ガス希釈装置２の各部を制御して排ガス希釈機能を実行するための制御装置ＣＴＬが収容されている。なお、制御装置ＣＴＬは、筐体の外部に設けられたものであってもよいし、排ガス分析装置３の制御装置にその機能を備えさせたものであってもよい。
　メイン流路２１は、筐体２６の側面に設けられた排ガス導入ポート２ｐ１に一端が接続されるとともに、筐体２６の側面に設けられた排ガス導出ポート２ｐ２に他端が接続されている。
　このメイン流路２１に設けられた定流量器２２は、排ガス導入ポート（排ガスサンプリング部６）における圧力変動を調圧して圧力を一定にするための圧力レギュレータである。この圧力レギュレータ２２により当該圧力レギュレータ２２の下流に流れる排ガスの圧力が一定となり、その流量が一定となる。また、圧力レギュレータ２２には、排ガスの圧力を検出する圧力センサＰＧが設けられている。
　希釈用ガス流路２３は、メイン流路２１における定流量器２２の下流に接続されており、メイン流路２１に希釈用ガスを導入するものである。希釈用ガス流路の上流端は、筐体２６の側面に設けられた希釈用ガス導入ポート２ｐ３に接続されている。なお、希釈用ガス導入ポート２ｐ３には、例えば窒素ガス源などの希釈用ガス源（図示なし）が接続されている。つまり、本実施形態の希釈用ガスは、不活性ガスである窒素ガスである。
　また、希釈用ガス流路２３には、希釈用ガスの流量を調整するための流量調整機器２３１が設けられている。本実施形態の流量調整機器２３１は、例えばニードルバルブなどの流量調整弁である。その他、希釈用ガス流路２３には、希釈用ガスの流量を計測する流量計２３２と、希釈用ガス流路２３の開閉を切り替える開閉弁２３３とが設けられている。希釈用ガス流路２３において流量計２３２の上流には、希釈用ガス流路２３に流入する希釈用ガスの圧力変動を一定に調整するための圧力レギュレータ２３４が設けられている。
　なお、流量調整弁２３２による流量調整は、ユーザが流量計２３２の指示値を見て、流量調整弁２３２を操作してその弁開度を調整することで行われるものであってもよいし、ユーザが前記指示値を見て、制御装置ＣＴＬに設定値を入力して、当該制御装置ＣＴＬが流量調整弁２３２を制御してその弁開度を調整することで行われるものであってもよい。また、開閉弁２３３は、手動で開閉が切り替えられるものであってもよいし、制御装置ＣＴＬにより自動で開閉制御されるものであってもよい。
　パージガス流路２４は、メイン流路２１における定流量器２２の上流に接続されており、メイン流路２１にパージガスを導入するものである。パージガス流路の上流端は、筐体２６の側面に設けられたパージガス導入ポート２ｐ４に接続されている。パージガス導入ポート２ｐ４は、上記の希釈用ガス導入ポート２ｐ３と共通のポートにより構成されている。つまり本実施形態のパージガスは、窒素ガスである。
　ここで、パージガス流路２４は、前記共通のポート（希釈用ガス導入ポート２ｐ３）から所定範囲において希釈用ガス流路２３と共通の流路とされている。具体的にパージガス流路２４は、希釈用ガス流路２３の圧力レギュレータ２３４及び流量計２３２の間まで共通とされており、圧力レギュレータ２３４及び流量計２３２の間において希釈用ガス流路２３から分岐してメイン流路２１に接続されている。
　また、分岐したパージガス流路２４には、パージガスの流量を調整するための流量調整機器２４１が設けられている。本実施形態の流量調整機器２４１は、例えばニードルバルブなどの流量調整弁である。その他、パージガス流路には、パージガス流路２４の開閉を切り替える開閉弁２４２が設けられている。なお、開閉弁２４２は、手動で開閉が切り替えられるものであってもよいし、制御装置ＣＴＬにより自動で開閉制御されるものであってもよい。
　加熱部２５は、メイン流路２１及び希釈用ガス流路２３を加熱することによって、排ガス、希釈用ガス及びパージガスを加熱するものである。具体的に加熱部２５は、メイン流路２１と希釈用ガス流路２３との合流点Ｘを含む所定領域を加熱する。本実施形態では、加熱部２５は、メイン流路２１において、圧力レギュレータ２２が設けられた箇所から希釈用ガス流路２３の合流点Ｘまでを含む範囲を加熱するとともに、希釈用ガス流路２３の一部を加熱する。
　加熱部２５の具体的な構成は、図３に示すように、例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなるプレート２５１と、当該プレート２５１の肉厚内に平面方向に沿って挿し込まれて設けられた複数のヒータ２５２とを有している。なお、複数のヒータ２５２は、互いに並行となるように流路方向に沿って等間隔に設けられている。これら複数のヒータ２５２は、制御装置ＣＴＬにより電力制御されて、同じ設定温度（例えば１９１℃）で動作する。また、プレート２５１の肉厚内には、例えば熱電対などの温度センサＴＳが挿し込まれて設けられている。この温度センサＴＳの検出信号は、制御信号ＣＴＬによるヒータ２５２の電力制御に用いられる。
　そして、このプレート２５１の一面に沿ってメイン流路２１を構成する配管１０及びメイン流路２１に設けられる圧力レギュレータ２２が接触して設けられている。また、希釈用ガス流路２３との合流点ＸとなるＴ字継手１１もプレート２５１の一面に接触して設けられている。さらに、本実施形態では、希釈用ガス流路２３の一部がプレート２５１内に形成されている。
　このように単一のプレート２５１にメイン流路２１を構成する配管１０、圧力レギュレータ２２及びＴ字継手１１が接触して設けられているので、これらは同一の設定温度に加熱されることになる。また、希釈用ガス流路２３の一部がプレート２５１内に形成されているので、希釈用ガスの加熱効率を向上することができる。なお、アルミニウム製などの金属プレートの裏面にヒータを熱的に接触して設けるとともに、当該金属プレートの表面に配管１０、圧力レギュレータ２２及びＴ字継手１１を熱的に接触して設けても良い。
　次にこの排ガス希釈装置２の動作について図４及び図５を参照して説明する。
　この排ガス希釈装置２は、排ガスを希釈する希釈モード（図４参照）と、流路をパージするパージモード（図５参照）とを有する。
＜希釈モード＞
　希釈モードでは、パージガス流路２４に設けられた開閉弁２４２が閉じられて、希釈用ガス流路２３に設けられた開閉弁２３３が開けられる。この開閉弁２４２、２３３の開閉制御は、外部制御機器から送信されるシーケンス動作信号に基づいて、制御装置ＣＴＬにより行われる。なお、開閉弁２４２、２３３の開閉は手動で行ってもよい。
　この希釈モードにおいては、排ガス分析装置３の内部又はその下流に設けられた吸引ポンプ（図示なし）によって排ガスサンプリング部６から排ガスがメイン流路２１に導入される。そして、メイン流路２１に流れる排ガスは圧力レギュレータ２２により一定流量に調整され、メイン流路２１に供給される希釈用ガスは、流量調整機器２３１により一定流量に調整されている。これにより、希釈比が一定に維持される。また、希釈排ガスは、加熱部２５によって所定温度（例えば１９１℃）に加熱されて希釈排ガス導出ポート２ｐ２から導出される。
　このように一定の希釈比により希釈された排ガスは、加熱配管４を介して排ガス分析装置３に導入されて、希釈排ガスに含まれる希釈後の成分濃度が測定される。そして、この希釈後の成分濃度の測定値と前記希釈比とを用いて、希釈前の排ガスに含まれる成分濃度が算出される。
＜パージモード＞
　パージモードでは、希釈用ガス流路２３に設けられた開閉弁２３１が閉じられて、パージガス流路２４に設けられた開閉弁２４２が開けられる。この開閉弁２４２、２３３の開閉制御は、外部制御機器から送信されるシーケンス動作信号に基づいて、制御装置ＣＴＬにより行われる。その他、ユーザから入力されるパージ開始指令に基づいて、制御装置ＣＴＬにより行われる。なお、開閉弁２４２、２３３の開閉は手動で行ってもよい。
　このパージモードにおいては、排ガス分析装置３の内部又はその下流に設けられた吸引ポンプ（図示なし）によってパージガスがメイン流路２１に導入される。このとき、メイン流路２１に導入されたパージガスは、メイン流路２１を加熱する加熱部２５により加熱されつつ、圧力レギュレータ２２及び合流点Ｘを通過して希釈排ガス導出ポート２ｐ２に向かって流れる。そして、この加熱されたパージガスは、加熱配管４を介して排ガス分析装置３の内部流路に流入して流路をパージする。また、メイン流路２１に導入されたパージガスは、パージガス流路２４の合流点Ｙよりも上流側に向かって流れて、排ガスサンプリング部６までのメイン流路２１及び加熱配管７もパージする。
＜本実施形態の効果＞
　このように構成された本実施形態に排ガス分析システム１００によれば、加熱部２５が希釈用ガスを加熱しているので、希釈に伴う排ガスの温度低下を抑えることができ、排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮を抑えることができる。また、パージガスをメイン流路２１に導入しているので、メイン流路２１に付着した汚れ成分、排ガス希釈装置２から排ガス分析装置３までの加熱配管４及び排ガス分析装置３の内部流路に付着した汚れ成分を除去することができる。特に本実施形態では、加熱部２５がパージガスを加熱しているので、その清掃効果をより一層顕著にすることができる。さらに、メイン流路２１に圧力レギュレータ２２を設けているので、排ガスの圧力変動による流量変動を抑えてメイン流路２１を流れる排ガスを一定流量にすることができ、その結果、希釈比を一定とすることができる。
＜その他の実施形態＞
　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、ユーザが流量制御弁２３１を操作することによって、又は、ユーザが制御装置ＣＴＬに設定値を入力することによって流量調整弁２３１により希釈用ガスの流量を調整するものであったが、以下のように排ガス分析装置３により得られた成分濃度を用いて自動で流量調整弁２３１を制御するものであってもよい。
　この場合、排ガス希釈装置２の制御装置ＣＴＬは、図６に示すように、流量調整機器２３１を制御する制御部１２と、排ガス分析装置３により得られた濃度を取得する濃度取得部１３とを備えている。そして、制御部１２は、濃度取得部１３が取得した濃度に応じて流量調整弁２３１を制御し、排ガスの希釈比を調整する。
　次に制御装置ＣＴＬにより希釈比の切り替え動作の具体例について説明する。
　排ガス希釈装置２は、ユーザ等により予め設定された希釈比となるように排ガスを希釈して排ガス分析装置３に希釈排ガスを導入する。そして、排ガス分析装置３によりその希釈排ガスに含まれる希釈後の成分濃度を測定する。この成分濃度の測定値は、排ガス希釈装置２の制御装置ＣＴＬに設けられた濃度取得部１３に送信される。
　この濃度取得部１３により取得された成分濃度が所定の設定範囲外の場合には、制御部１２は、希釈比を小さくして排ガス分析装置３により得られる成分濃度が前記設定範囲内となるように、流量調整弁２３１を制御して、メイン流路２１に流入する希釈用ガスの流量を調整する。
　また、次のように希釈比を切り替えてもよい。
　排ガス希釈装置２により排ガスを希釈することなく、サンプリングした排ガスを排ガス分析装置３に導入する。そして、排ガス分析装置３により排ガスに含まれる希釈前の成分濃度を測定する。この成分濃度の測定値は、排ガス希釈装置２の制御装置ＣＴＬに設けられた濃度取得部１３に送信される。
　この濃度取得部１３により取得された成分濃度に応じて、制御部１２は希釈比を設定し、排ガス分析装置３により得られる成分濃度が所定の設定範囲内となるように流量調整弁２３１を制御して、メイン流路２１に流入する希釈用ガスの流量を調整する。
　前記実施形態では、希釈用ガス流路２３とパージガス流路２４とをそれぞれ設けて、それらの一部を共通の流路により構成しているが、図７に示すように、希釈用ガス流路２３をパージガス流路２４として用いてもよい。つまり、希釈用ガス流路２３とパージガス流路２４とを共通の流路としてもよい。この構成であれば、排ガス希釈装置２２の流路構成を簡単にすることができる。
　また、図８に示すように、希釈用ガス流路２３とパージガス流路２４とを別々に設けてもよい。この場合、パージガス流路２の一端は、筐体２３の側面に設けられたパージガス導入ポート２ｐ４に接続される。パージガス導入ポート２ｐ４には、例えば窒素ガス源などのパージガス源に接続される。
　前記実施形態の定流量器２２は、圧力レギュレータであったが、その他、オリフィスやベンチュリなどの絞り機構であってもよいし、流量計及び流量制御弁を有するマスフローコントローラであってもよい。
　前記実施形態の加熱部２５は、複数の流路を同時に加熱する単一ブロックからなるものであったが、各流路それぞれに設けられた複数のブロックからなるものであってもよい。また、複数の流路を同じ設定温度で加熱する構成の他、流路毎又は加熱箇所ごとに異なる設定温度で加熱するものであってもよい。
　その他、本発明は前記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。
　本発明によれば、排ガスに含まれる成分の凝集や凝縮を抑えるとともに、パージによる清掃を行うことができる。

Claims (11)

  1. 　排ガスを希釈用ガスにより希釈して排ガス分析装置に導出する排ガス希釈装置であって、
    　前記排ガスが導入されるメイン流路と、
    　前記メイン流路に接続されて、前記希釈用ガスが導入される希釈用ガス流路と、
    　前記メイン流路に接続されて、パージガスが導入されるパージガス流路と、
    　前記希釈用ガスを加熱する加熱部とを備え、
    　前記メイン流路の導出ポートが、希釈された前記排ガス又は前記パージガスを導出する、排ガス希釈装置。
  2. 　前記メイン流路に設けられて、前記排ガスの流量を一定にする定流量器をさらに備える、請求項１記載の排ガス希釈装置。
  3. 　前記加熱部は、前記パージガスを加熱するものである、請求項１記載の排ガス希釈装置。
  4. 　前記希釈用ガス流路の導入ポートと前記パージガス流路の導入ポートとが共通のポートであり、
    　前記希釈用ガスが前記パージガスとして用いられる、請求項１記載の排ガス希釈装置。
  5. 　前記希釈用ガス流路及び前記パージガス流路が共通の流路とされている、請求項１記載の排ガス希釈装置。
  6. 　前記パージガス流路は、前記メイン流路における前記定流量器の上流に接続されている、請求項２記載の排ガス希釈装置。
  7. 　前記加熱部は、少なくとも前記希釈用ガス流路を加熱することによって前記希釈用ガスを加熱し、少なくとも前記メイン流路を加熱することによって希釈された前記排ガスを加熱するものである、請求項１記載の排ガス希釈装置。
  8. 　前記加熱部は、前記希釈用ガス流路とともに前記メイン流路を加熱するものであり、前記メイン流路及び前記希釈用ガス流路を同じ設定温度で加熱するものである、請求項７記載の排ガス希釈装置。
  9. 　前記希釈用ガス流路に設けられ、前記希釈用ガスの流量を調整する流量調整機器と、
    　前記流量調整機器を制御する制御部と、
    　前記排ガス分析装置により得られた濃度を取得する濃度取得部とをさらに備え、
    　前記制御部は、前記濃度取得部が取得した濃度に応じて前記流量調整機器を制御し、前記排ガスの希釈比を調整する、請求項１記載の排ガス希釈装置。
  10. 　請求項１記載の排ガス希釈装置と排ガス分析装置とを加熱配管を介して接続して構成された排ガス分析システムであって、
    　前記排ガス分析装置は、希釈排ガスに含まれる希釈後の成分濃度と、前記排ガス希釈装置による希釈比とを用いて、前記排ガスに含まれる希釈前の成分濃度を算出する排ガス分析システム。
  11. 　排ガスを希釈用ガスにより希釈して排ガス分析装置に導出する排ガス希釈方法であって、
    　前記排ガスが導入されるメイン流路と、前記メイン流路に接続されて、前記希釈用ガスが導入される希釈用ガス流路と、前記メイン流路に接続されて、パージガスが導入されるパージガス流路とを備える排ガス希釈装置を用いて、
    　前記メイン流路に前記希釈用ガス流路を介して前記希釈用ガスを供給して前記排ガスを希釈する前記希釈用ガスを加熱するとともに、希釈された前記排ガス又は前記パージガスを前記排ガス分析装置に導出する、排ガス希釈方法。

     
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