(57)【要約】【課題】圧力変動が粒子数計測に与える影響を低減する。【解決手段】排ガスに所定の処理を行う排ガス処理部と、前記排ガス処理部を通過した排ガスに含まれる粒子数を計測する粒子数計測部と、前記粒子数計測部の下流に設けられた流体抵抗素子と、前記流体抵抗素子の下流に設けられた排気ポンプと、前記流体抵抗素子及び前記排気ポンプの間の流路に接続され、前記流体抵抗素子の下流に気体を供給する気体供給路と、前記気体供給路に設けられ、前記流体抵抗素子の下流に供給される気体の流量を調整する流量調整部とを備える。【選択図】図１
2020094810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスに含まれる粒子数を計測する粒子数計測部と、
前記粒子数計測部の下流に設けられた流体抵抗素子と
前記流体抵抗素子の下流に設けられた吸引ポンプと、
前記流体抵抗素子及び前記吸引ポンプの間の流路に接続され、前記流体抵抗素子の下流に気体を供給する気体供給路と、
前記気体供給路に設けられ、前記流体抵抗素子の下流に供給される気体の流量を調整する流量調整部とを備える、粒子数計測装置。
【請求項２】
前記流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧、前記流体抵抗素子の上流側圧力、又は、外気圧力を測定する圧力センサをさらに備え、
前記流量調整部は、前記圧力センサの測定圧力に基づいて流量を調整するものである、請求項１記載の粒子数計測装置。
【請求項３】
前記流量調整部は、前記流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧が所定の範囲となるように流量を調整する、請求項２記載の粒子数計測装置。
【請求項４】
前記気体供給路は、バッファタンクを介して前記排ガス処理部及び前記粒子数計測部の間の流路に接続されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の粒子数計測装置。
【請求項５】
前記粒子数計測部の上流に設けられ排ガスに所定の処理を行う排ガス処理部と、
前記排ガス処理部及び前記粒子数計測部の間の流路に接続された気体排出路と、
前記気体排出路に設けられた排気ポンプと、
前記気体排出路において前記排気ポンプの上流側に設けられたバッファタンクとをさらに備え、
前記気体供給路は、前記バッファタンクに接続されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の粒子数計測装置。
【請求項６】
排ガスに含まれる粒子数を計測する粒子数計測部と、前記粒子数計測部の下流に設けられた流体抵抗素子と、前記流体抵抗素子の下流に設けられた排気ポンプと、前記流体抵抗素子及び前記排気ポンプの間の流路に接続され、前記流体抵抗素子の下流に気体を供給する気体供給路と、前記気体供給路に設けられ、前記流体抵抗素子の下流に供給される気体の流量を調整する流量調整部とを備える粒子数計測装置を用いた粒子数計測方法であって、
前記流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧、前記流体抵抗素子の上流側圧力、又は、外気圧力に基づいて前記流量調整部を制御する、粒子数計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子数計測装置及び粒子数計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
採取された排ガスに含まれる粒子状物質の数（ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）を精密に計測できる機器としては、例えば凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ：Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）と称される粒子数カウンタがある。
【０００３】
この凝縮粒子カウンタは、特許文献１に示すように、過飽和のアルコール雰囲気中に、粒子状物質を通過させて大きな径に成長させた後、スリットから排出し、出てきた粒子状物質をレーザ光で計数するものである。そして、凝縮粒子カウンタには、導入される排ガスの流量を調整するために差圧式流量計が設けられている。この差圧式流量計は、クリティカルオリフィスの上流側と下流側との差圧を検出することによって流量を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２７７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の凝縮粒子カウンタを用いて高所（例えば標高３０００ｍ）で排ガス分析を行う場合には、凝縮粒子カウンタの外気圧力が低下してしまい、クリティカルオリフィスを流れる流量が変動してしまう。そうすると、凝縮粒子カウンタに流入する排ガスの流量が低下したり、増加したりしてしまう。その結果、粒子数計測を精度良く行うことができないという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、外気圧力の変動が粒子数計測に与える影響を低減することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る粒子数計測装置は、排ガスに所定の処理を行う排ガス処理部と、前記排ガス処理部を通過した排ガスに含まれる粒子数を計測する粒子数計測部と、前記粒子数計測部の下流に設けられた流体抵抗素子と、前記流体抵抗素子の下流に設けられた吸引ポンプと、前記流体抵抗素子及び前記吸引ポンプの間の流路に接続され、前記流体抵抗素子の下流に気体を供給する気体供給路と、前記気体供給路に設けられ、前記流体抵抗素子の下流に供給される気体の流量を調整する流量調整部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、流体抵抗素子の下流に気体を導入する気体供給路に流量調整部を設けているので、外気圧力の変動に応じて、流体抵抗素子の下流に供給される気体の流量を調整することで、流体抵抗素子に流れる流量の変動を低減することができる。その結果、外気圧力が変動した場合であっても粒子数計測を精度良く行うことができる。
【０００９】
圧力変動を自動的に補正して粒子数計測の測定精度を向上させるためには、前記流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧、前記流体抵抗素子の上流側圧力、又は、外気圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサの測定圧力に基づいて、前記流量調整部を制御する制御部とをさらに備えることが望ましい。
【００１０】
具体的には、前記制御部は、前記流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧が所定の範囲となるように前記流量調整部を制御することが考えられる。
【００１１】
排ガス処理部への排ガスの導入を行うとともに、流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧を所定の範囲にするためには、前記気体供給路は、バッファタンクを介して前記排ガス処理部及び前記粒子数計測部の間の流路に接続されていることが望ましい。
【００１２】
上記のように１つの吸引ポンプを用いて排ガス処理部への排ガスの導入と粒子数計測部への排ガスの導入との両方を行う構成では、吸引ポンプの選択の自由度が限られてしまう。例えば、排ガス処理部への排ガスの導入を優先した場合には大容量の吸引ポンプが必要となってしまうが、そうすると、粒子数計測部への排ガスの導入を精度良く調整することが難しい。一方、粒子数計測部への排ガスの導入を優先した場合には大容量の吸引ポンプを用いることが難しく、排ガス処理部への排ガスの導入を十分に行うことが難しい。
この問題を好適に解決するためには、前記排ガス処理部及び前記粒子数計測部の間の流路に接続された気体排出路と、前記気体排出路に設けられた排気ポンプと、前記気体排出路において前記排気ポンプの上流側に設けられたバッファタンクとをさらに備えていることが望ましい。
この構成において、気体供給路に接続された吸引ポンプを用いて排ガス処理部への排ガスの導入を補助するためには、前記気体供給路は、前記バッファタンクに接続されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明に係る粒子数計測方法は、排ガスに所定の処理を行う排ガス処理部と、前記排ガス処理部を通過した排ガスに含まれる粒子数を計測する粒子数計測部と、前記粒子数計測部の下流に設けられた流体抵抗素子と、前記流体抵抗素子の下流に設けられた排気ポンプと、前記流体抵抗素子及び前記排気ポンプの間の流路に接続され、前記流体抵抗素子の下流に気体を供給する気体供給路と、前記気体供給路に設けられ、前記流体抵抗素子の下流に供給される気体の流量を調整する流量調整部とを備える粒子数計測装置を用いた粒子数計測方法であって、前記流体抵抗素子の上流側圧力及び下流側圧力の差圧、前記流体抵抗素子の上流側圧力、又は、外気圧力に基づいて前記流量調整部を制御することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上に述べた本発明によれば、圧力変動が粒子数計測に与える影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る粒子数計測装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】同実施形態の関係データを示す図である。
【図３】変形実施形態に係る粒子数計測装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る粒子数計測装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜装置構成＞
本実施形態の粒子数計測装置１００は、排ガスに含まれる粒子状物質の数（ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ、以下「粒子数」という。）を計測するものである。排ガスは、内燃機関に接続された排気管から排出されるものであり、定容量サンプリング装置（ＣＶＳ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｓａｍｐｌｅｒ）等で希釈された後に、その一部が採取されて粒子数計測装置１００に導入される。なお、ＣＶＳとは別に希釈用ガスで希釈するものであっても良いし、希釈しないものであっても良い。
【００１８】
具体的にこの粒子数計測装置１００は、図１に示すように、ＣＶＳ等により希釈された排ガスに所定の処理を行う排ガス処理部２と、排ガス処理部２を通過した排ガスに含まれる粒子数を計測する粒子数計測部３と、粒子数計測部３の下流に設けられた差圧式流量計４と、差圧式流量計４の下流に設けられた吸引ポンプ５と、差圧式流量計４及び吸引ポンプ５の間の流路に接続され、差圧式流量計４の下流に気体を供給する気体供給路６と、気体供給路６に設けられ、差圧式流量計４の下流に供給される気体の流量を調整する流量調整部７と、流量調整部７を制御する制御部８とを備えている。
【００１９】
排ガス処理部２は、排ガスに含まれる硫酸ミストやＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）からなる揮発性粒子を除去するための揮発性粒子除去部（ＶＰＲ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｒｅｍｏｖｅｒ）である。
【００２０】
この揮発性粒子除去部２は、加熱希釈器２１と、蒸発管２２と、冷却希釈器２３とを有している。揮発性粒子除去部２において、排ガスは所定の第１加熱温度（例えば１５０〜４００℃）の加熱希釈器２１で例えば１０〜２００倍に希釈されて、後段に設けられた第２加熱温度（例えば３００〜４００℃）の蒸発管２２により既に形成されていた揮発性粒子が気化される。その後、排ガスは冷却希釈器２３で例えば１０〜１５倍に再度希釈されて所定の冷却温度（例えば３５℃）よりも低温とされて、再凝縮による粒子生成と熱泳動による粒子損失が防止される。
【００２１】
粒子数計測部３は、凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ）であり、過飽和のアルコール（ブタノール等）雰囲気中に、粒子状物質を通過させて大きな径に成長させた後、スリットから排出し、出てきた粒子状物質をレーザ光で計数するものである。この凝縮粒子カウンタは、導入する流量が大きくなりすぎると、粒子状物質の成長が不十分となってしまうため、導入する流量を所望の粒子径に成長させることができる所定の範囲に制限することが望ましい。
【００２２】
差圧式流量計４は、粒子数計測部３に流入する排ガスの流量を測定するものであり、オリフィス４１の上流側圧力及び下流側圧力の差圧から流量を測定する構成としてある。この差圧式流量計４により得られた排ガスの流量は、制御部８に送られる。この差圧式流量計４は、流体抵抗素子として絞り機構であるオリフィス４１を有しており、また、オリフィス４１における差圧を測定する圧力センサ４２を有するものである。
【００２３】
吸引ポンプ５は、粒子数計測部３に排ガス処理部２で処理された排ガスを流入させるものであり、差圧式流量計４のオリフィス４１に所定の差圧を生じさせる。本実施形態の吸引ポンプ５は、一定容量で吸引するものである。
【００２４】
気体供給路６は、差圧式流量計４及び吸引ポンプ５の間に気体を導入するものであり、その一端が差圧式流量計４及び吸引ポンプ５の間の流路に接続されており、他端がバッファタンク９に接続されている。
【００２５】
バッファタンク９は、排ガス処理部２及び粒子数計測部３の間の流路に接続された気体排出路１０に設けられており、当該気体排出路１０には排気ポンプ１１が設けられている。このバッファタンク９は、排気ポンプ１１の脈動を低減するものである。この構成により、排ガス処理部２に排ガスが導入されることになる。また、バッファタンク９には、気体供給路６が接続されていることから、吸引ポンプ５によっても排ガス処理部２に排ガスが導入されることになる。
【００２６】
そして、気体供給路６には、差圧式流量計４及び吸引ポンプ５の間に供給される気体の流量を調整するための流量調整部７が設けられている。この流量調整部７は電磁弁であり、その弁開度が制御部８によって制御されることによって、差圧式流量計４の下流側に供給される気体の流量が調整され、差圧式流量計４のオリフィス４１の下流側圧力が調整される。
【００２７】
制御部８は、圧力センサ４２により測定されたオリフィス４１の上流側圧力及び下流側圧力の差圧に応じて流量調整部（電磁弁）７の弁開度を制御するものである。ここで、制御部８は、オリフィス４１の上流側圧力及び下流側圧力の差圧が所定の範囲となるように流量調整部７を制御する。そして、制御部８は、当該圧力センサ４２の圧力測定信号を取得して流量調整部７を制御する。ここでは、制御部８に、流体抵抗素子における差圧と弁開度との関係を示す関係データを持たせておき、取得した圧力測定信号に基づいて、電磁弁７に制御信号を出力する。上記の関係データとしては、例えば図２に示すように、差圧（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｄｒｏｐ［ｋＰａ］）と弁開度（Ｖａｌｖｅ  Ｏｐｅｎｉｎｇ［％］）との関係データである。このように流量調整部７が制御されることにより、外気圧力の変化に関わらず、オリフィス４１の差圧の変動を低減することができる。
【００２８】
＜本実施形態の効果＞
本実施形態の粒子数計測装置１００によれば、差圧式流量計４の下流に気体を導入する気体供給路６に流量調整部７を設けているので、外気圧力の変動に応じて、差圧式流量計４（オリフィス４１）の下流に供給される気体の流量を調整することで、オリフィス４１に流れる流量の変動を低減することができる。その結果、外気圧力が変動した場合であっても粒子数計測を精度良く行うことができる。特に制御部８が流量調整部である電磁弁７を制御するので、圧力変動を自動的に補正して粒子数計測の測定精度を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態は、凝縮粒子カウンタ３に導入する排ガスの流量を吸引ポンプ５により調整し、排ガス処理部２に導入する排ガスの流量を主として排気ポンプ１１により調整しているので、排ガス処理部２に流入する排ガスの流量を十分に確保しつつ、凝集粒子カウンタ３において粒子状物質を十分に成長させることのできる適切な流量に調整することができる。
【００３０】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３１】
例えば、粒子数計測装置の構成としては、図３に示すものであっても良い。この粒子数計測装置１００では、気体供給路６の他端が大気開放されており、当該他端から空気を導入する構成としてある。気体供給路６の他端には、例えばＨＥＰＡフィルタなどの防塵フィルタ１２が設けられている。そして、気体供給路６に設けられた流量調整部７によって差圧式流量計４の下流に供給される空気の流量が調整される。なお、図３では、排ガス処理部２に排ガスを導入するための排気ポンプがバッファタンク９を介して２つ設けられているが、１つであっても良い。
【００３２】
流体抵抗素子としては、オリフィスの他に、上流側と下流側との間で圧力差を生じさせるものであればよく、例えば、ベンチュリやキャピラリーなどであっても良い。また、これらを用いた定流量器や差圧計などを流体抵抗素子として用いても良い。
【００３３】
前記実施形態の他に、粒子数計測装置１００の外部の外気圧力を測定する圧力センサを設けて、当該圧力センサにより得られた外気圧力を用いて制御部８が流量調整部７を制御するようにしても良い。ここで、外気圧力を測定する圧力センサは、粒子数計測装置１００に設けられたものであっても良いし、粒子数計測装置１００とは別に設けられたものであっても良い。また、流体抵抗素子の上流側圧力を測定する圧力センサを設けて、当該圧力センサにより得られた上流側圧力を用いて制御部８が流量調整部７を制御するように構成しても良い。
【００３４】
前記実施形態では、バッファタンクを設けて脈動を低減する構成としているが、バッファタンクは必ずしも必要ではない。
【００３５】
また、前記実施形態では、気体排出路１０及び排気ポンプ１１を設ける構成であったが、これらは必ずしも必要ではない。この場合、吸引ポンプ５により排ガス処理部２に排ガスが導入されるとともに粒子数計測部３に希釈された排ガスが導入されることになる。
【００３６】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１００・・・粒子数計測装置
２・・・排ガス処理部
３・・・粒子数計測部
４・・・差圧式流量計
４１・・・オリフィス（流体抵抗素子）
４２・・・圧力センサ
５・・・吸引ポンプ
６・・・気体供給路
７・・・流量調整部
８・・・制御部
９・・・バッファタンク
１０・・・気体排出路
１１・・・排気ポンプ
【図１】
2020094810.tif 000003
【図２】
2020094810.tif 000004
【図３】
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