(57)【要約】 【課題】応答性が高く、脈動や逆流があっても計測可能であり、低流量を精度良く測定することができる流量測定装置を提供する。【解決手段】本実施形態による流量測定装置は、排出ガスの流入口と、流入口と連通し、排出ガスの入口よりも出口が高い位置にあり、排出ガスから粒子および水分を除去するメッシュフィルタと、メッシュフィルタと連通し、排出ガスの入口が出口よりも高い位置にあり、排出ガスを層流状態で流す層流素子と、層流素子の入口近傍における排出ガスの気圧と層流素子の出口近傍における排出ガスの気圧との差圧を測定する差圧計と、層流素子を通過した排出ガスを排出する流出口とを備えている。【選択図】図１
2018197684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスの流入口と、
前記流入口と連通し、前記排出ガスの入口よりも出口が高い位置にあり、前記排出ガスから粒子および水分を除去するメッシュフィルタと、
前記メッシュフィルタと連通し、前記排出ガスの入口が出口よりも高い位置にあり、前記排出ガスを層流状態で流す層流素子と、
前記層流素子の入口近傍における前記排出ガスの気圧と前記層流素子の出口近傍における前記排出ガスの気圧との差圧を測定する差圧計と、
前記層流素子を通過した前記排出ガスを排出する流出口とを備えた、流量測定装置。
【請求項２】
前記メッシュフィルタおよび前記層流素子は、ともに略鉛直方向に前記排出ガスを流すように縦型配置され、前記メッシュフィルタと前記層流素子との間の配管と併せて逆Ｕ字形状に構成されている、請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】
前記流入口および前記メッシュフィルタより低い位置に設けられ前記水分を当該流量測定装置の外へ排出する水抜き孔をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の流量測定装置。
【請求項４】
前記層流素子の全体の断面積に対する該層流素子を構成する細管の開口断面積の総和の比率が０．９以上である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流量測定装置。
【請求項５】
前記層流素子の入口側の円周に亘って略等間隔に設けられた４つ以上の第１ガス取出し孔と、
前記層流素子の出口側の円周に亘って略等間隔に設けられた４つ以上の第２ガス取出し孔と、
前記層流素子の円周方向に隣接する２つの前記第１ガス取出し孔を接続する複数の第１継手と、
前記層流素子の円周方向に隣接する２つの前記第２ガス取出し孔を接続する複数の第２継手と、
前記層流素子の円周方向に隣接する２つの前記第１継手同士を接続する少なくとも１つの第３継手と、
前記層流素子の円周方向に隣接する２つの前記第２継手同士を接続する少なくとも１つの第４継手とをさらに備え、
前記差圧計は、前記第１および第３継手を介して前記層流素子の入口近傍における前記排出ガスの気圧を測定し、前記第２および第４継手を介して前記層流素子の出口近傍における前記排出ガスの気圧を測定する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流量測定装置。
【請求項６】
前記層流素子の入口近傍から前記第１および第３継手を介して前記差圧計までの第１導管と前記層流素子の出口近傍から前記第１および第３継手を介して前記差圧計までの第２導管とにパージガスを供給するパージガス供給部をさらに備えた、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流量測定装置。
【請求項７】
前記層流素子の入口近傍における前記排出ガスの第１温度と前記層流素子の出口近傍における前記排出ガスの第２温度とを測定する温度計をさらに備えた、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の流量測定装置。
【請求項８】
複数の温度を有する前記排出ガスによって導出された係数ａ、ｂ、ｃを予め格納する記憶部と、  
前記係数ａ、ｂ、ｃを用いて流量Ｑを算出する演算部とをさらに備えており、
【数１】
2018197684.tif 000017
ΔＰは前記層流素子の圧力損失、Ｐは前記排出ガスの圧力、Ｔは前記排出ガスの温度、μは前記排出ガスの粘度、μ２０は温度２０度における空気の粘度、Ｑは前記排出ガスの流量である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排出ガスの流量測定は、試験室にてシャシダイナモメータやエンジンダイナモメータを用いて、実際の路上走行を想定した走行試験で行われていた。しかしながら、実際の路上走行では、走行経路の違い、渋滞のような交通状況、天候等により、走行条件が異なる。このため、試験室での流量測定結果は、実際の路上走行における流量測定結果と乖離していた。
【０００３】
このような状況の中で、走行試験のモードについては、世界的に規格の統一化が進められている。実際の路上走行に近い試験である乗用車等の国際調和排出ガス・燃費試験法 (WLTP（Worldwide Harmonized Light vehicles Test Procedure)）、過渡試験サイクル (WHTC（Worldwide Harmonized Transient Cycle)）の導入、および、車載式排出ガス測定システム (PEMS（Portable Emission Measurement System)）を用いた実路走行排ガス(RDE（Real Driving Emissions)）試験の導入が検討されている。
【０００４】
特に、ＰＥＭＳを用いたＲＤＥ試験に関しては、厳しい環境基準に対応するように、実走行における排出ガスの流量を正確に測定することは重要である。また、ＰＥＭＳを用いたＲＤＥ試験は、ＰＥＭＳを車載して実走行しながら行われるので、気象条件などの計測環境を考慮する必要がある。
【０００５】
ＰＥＭＳを用いたＲＤＥ試験では、排出ガスの特定成分の濃度と排出ガスの総流量との積から該特定成分の排出量を算出している。この場合、排出ガスの流量を高精度で測定する必要がある。また、粒子状物質(ＰＭ（Particulate Matter)） の希釈率を求めるために排出ガスの流量を高精度で測定する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】柳原茂、層流形流量計、内燃機関、Voｌ.７、No.77 1968．10.p 11
【非特許文献２】日本機械学会、技術資料、流体計測法、p214、4.9.2 層流流量計、1985、8月25日
【非特許文献３】EGRの動的計測（第一報 流量計測）JSME Dynamics & Design Conference 2008, No.557 (2008)
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０２４７３０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２７８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実走行における排出ガスの流量測定は、アイドリング等の低回転時の脈動流や逆流、加速時における急激な流量変化や温度変化、さらに、振動や凝縮水等の影響を考慮しつつ、高精度に測定することが要求される。また、車載可能にするためには、ＰＥＭＳ自体の装置の大きさも考慮する必要がある。
【０００９】
例えば、コリオリ式やカルマン渦流量計等の流量計は、耐振動、脈動流、逆流において流量を精度良く測定することが困難である。一方、ピトー管式流量計は、逆流や凝縮水があっても、流量を精度良く測定可能であり、また、構造が簡単で小型である。このことから、ピトー管式流量計は、ＰＥＭＳとして頻繁に用いられる。しかし、トピー管式流量計は、排出ガスの圧力差と流量との関係が線形でなく、特に、低流量において流量を精度良く測定することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、応答性が高く、脈動や逆流があっても計測可能であり、低流量を精度良く測定することができる流量測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態による流量測定装置は、排出ガスの流入口と、流入口と連通し、排出ガスの入口よりも出口が高い位置にあり、排出ガスから粒子および水分を除去するメッシュフィルタと、メッシュフィルタと連通し、排出ガスの入口が出口よりも高い位置にあり、排出ガスを層流状態で流す層流素子と、層流素子の入口近傍における排出ガスの気圧と層流素子の出口近傍における排出ガスの気圧との差圧を測定する差圧計と、層流素子を通過した排出ガスを排出する流出口とを備えている。
メッシュフィルタおよび層流素子は、ともに略鉛直方向に排出ガスを流すように縦型配置され、メッシュフィルタと層流素子との間の配管と併せて逆Ｕ字形状に構成されていてもよい。
流量測定装置は、流入口およびメッシュフィルタより低い位置に設けられ水分を当該流量測定装置の外へ排出する水抜き孔をさらに備えてもよい。
層流素子の全体の断面積に対する該層流素子を構成する細管の開口断面積の総和の比率が０．９以上でよい。
流量測定装置は、層流素子の入口側の円周に亘って略等間隔に設けられた４つ以上の第１ガス取出し孔と、層流素子の出口側の円周に亘って略等間隔に設けられた４つ以上の第２ガス取出し孔と、層流素子の円周方向に隣接する２つの第１ガス取出し孔を接続する複数の第１継手と、層流素子の円周方向に隣接する２つの第２ガス取出し孔を接続する複数の第２継手と、層流素子の円周方向に隣接する２つの第１継手同士を接続する少なくとも１つの第３継手と、層流素子の円周方向に隣接する２つの前記第２継手同士を接続する少なくとも１つの第４継手とをさらに備え、差圧計は、第１および第３継手を介して層流素子の入口近傍における排出ガスの気圧を測定し、第２および第４継手を介して層流素子の出口近傍における排出ガスの気圧を測定してよい。
流量測定装置は、層流素子の入口近傍から第１および第３継手を介して差圧計までの第１導管と層流素子の出口近傍から第１および第３継手を介して差圧計までの第２導管とにパージガスを供給するパージガス供給部をさらに備えてもよい。
流量測定装置は、層流素子の入口近傍における排出ガスの第１温度と層流素子の出口近傍における排出ガスの第２温度とを測定する温度計をさらに備えてもよい。
流量測定装置は、複数の温度を有する排出ガスによって導出された係数ａ、ｂ、ｃを予め格納する記憶部と、係数ａ、ｂ、ｃを用いて流量Ｑを算出する演算部とをさらに備えてもよい。尚、
【数１】
2018197684.tif 000003
ΔＰは層流素子の圧力損失、Ｐは排出ガスの圧力、Ｔは排出ガスの温度、μは排出ガスの粘度、μ２０は温度２０度における空気の粘度、Ｑは排出ガスの流量である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態によるラミナー式流量計１の構成例を示す図。
【図２】層流素子３０、圧力管６０、導管７０、差圧計８０の構成例を示す概略図。
【図３】層流素子３０、圧力管６０、導管７０、差圧計８０を略鉛直上方向から見た概略図。
【図４】層流素子３０の構成例を示す図。
【図５】流量校正装置の構成例を示す概略図。
【図６】流量係数Ｋ２０と測定値Ｘとの関係を示すグラフ。
【図７】流量校正装置２を用いたラミナー式流量計１の流量校正方法を示すフロー図。
【図８】数ａ、ｂ、ｃを用いて、流量を測定する方法を示すフロー図。
【図９】水抜き孔１１０の構成例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１４】
図１は、本実施形態によるラミナー式流量計１の構成例を示す図である。ラミナー式流量計１は、流入口１０と、メッシュフィルタ２０と、層流素子３０と、圧力管４０と、圧力計５０と、圧力管６０と、導管７０と、差圧計８０と、温度センサ９０と、温度計１００と、水抜き孔１１０と、流出口１２０と、配管１４１〜１４６と、演算部１３０とを備えている。
【００１５】
ラミナー式流量計１は、層流素子３０を備えた層流形流量計であり、層流形排出ガス流量計(ＥｘＬＦＭ（Exhaust Gas Lamina Flowmeter）)である。本実施形態では、ラミナー式流量計１を校正した上でＰＥＭＳに適用してＲＤＥ試験を行う。
【００１６】
流入口１０は、排出ガスＥをラミナー式流量計１内へ取り込む配管１４１の開口であり、例えば、自動車のマフラーに取り付けられ、該自動車のエンジンからの排出ガスＥを取り込む。エンジンからの排出ガスＥは、脈動流を伴い、燃焼生成物である燃焼ガスや水蒸気等を含む。
【００１７】
排出ガスＥは、配管１４１を通過して鉛直上方向へ移動し、メッシュフィルタ２０に達する。メッシュフィルタ２０は、配管１４２内に設けられており、流入口１０と連通している。メッシュフィルタ２０において、排出ガスＥの入口２１よりも出口２２が高い位置にある。例えば、メッシュフィルタ２０は、円筒形の籠状の形状を有し、略鉛直方向に延伸している。メッシュフィルタ２０は、その開口部の鉛直上方向へ向けて、縦型配置されている。メッシュフィルタ２０の開口部の外縁は、配管１４３の上流側端部に取り付けられており、排出ガスＥは全てメッシュフィルタ２０を介して配管１４３へ移動する。メッシュフィルタ２０は、例えば、３１６ＵＬ等の耐腐食性かつ耐熱性に優れた金属で形成されている。メッシュフィルタ２０の目のサイズは、特に限定しないが、例えば、０．６ｍｍ以下である。入口２１からメッシュフィルタ２０を通過した排出ガスＥは、鉛直上方向へ移動して出口２２から配管１４３へ流れる。このように、排出ガスＥがメッシュフィルタ２０を通過することによって、排出ガスＥに含まれる粒子はメッシュフィルタ２０によって排出ガスＥから除去される。また、配管１４２の径は、配管１４１の径よりも大きい。従って、排出ガスＥが配管１４１から配管１４２へ達すると、排出ガスの気圧が低下し、排出ガス中に含まれる水分が凝縮し易くなる。このような状態の排出ガスＥがメッシュフィルタ２０を通過すると、排出ガスＥに含まれる水分が凝縮する。凝縮水は、メッシュフィルタ２０に一旦付着するが、メッシュフィルタ２０は縦型配置されているので、鉛直下方へ滴下しあるいは配管１４１、１４２の内壁を伝って、メッシュフィルタ２０の下方にある水抜き孔１１０の上の貯留部１１５に溜まる。
【００１８】
水抜き孔（キャピラリ）１１０は、流入口１０およびメッシュフィルタ２０より低い位置に設けられ、貯留部１１５に溜まった凝縮水をラミナー式流量計１の外部へ排出ガスＥの一部とともに排出する。水抜き孔１１０の孔径は、例えば、約１ｍｍである。水抜き孔１１０から排出される排出ガスの一部は、排出ガスの流量に影響を与えない程度（例えば、排出ガスの流量の０．１％未満）にする。このとき、凝縮水に含まれる粒子も凝縮水および排出ガスとともに水抜き孔１１０から排出され得る。
【００１９】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、水抜き孔１１０の構成例を示す断面図である。水抜き孔１１０は、重力および／または配管１４１の内部と外部との圧力差によって凝縮水を排出してよい。図９（Ａ）に示すように、水抜き孔１１０は、略直線状の管であってもよい。
【００２０】
図９（Ｂ）に示すように、水抜き孔１１０は、逆Ｊ形状の管であってもよい。この場合、水抜き孔１１０は、配管１４１の内部と外部との圧力差が所定値よりも大きいときに凝縮水を排出する。圧力差の所定値は、端部ＥＤＧｂから上端までの高さＨｂによって決定される。これにより、排出ガスＥが水抜き孔１１０から排出されるときに或る程度の抵抗を有する。これは、排出ガスＥが無駄に外部に漏れ出ることを抑制することができる。
【００２１】
さらに、図９（Ｃ）に示すように、水抜き孔１１０は、Ｊ形状の管であってもよい。この場合も、水抜き孔１１０は、配管１４１の内部と外部との圧力差が所定値よりも大きいときに凝縮水を排出する。圧力差の所定値は、端部ＥＤＧｃから下端までの高さＨｃによって決定される。これにより、図９（Ｂ）の水抜き孔１１０と同様に、排出ガスＥが水抜き孔１１０から排出されるときに或る程度の抵抗を有する。これは、排出ガスＥが無駄に外部に漏れ出ることを抑制することができる。このように、水抜き孔１１０は略直線状の管であってもよく、逆Ｊ形状あるいはＪ形状に屈曲したトラップのある管であってもよい。排出ガスＥの漏出を少なくする必要がある場合には、図９（Ｂ）または図９（Ｃ）に示す水抜き孔１１０を用いればよい。
【００２２】
排出ガスＥは、メッシュフィルタ２０および配管１４３を通過して配管１４４へ移動する。配管１４３は、逆Ｕ字形状を有し、排出ガスＥの流れる方向を上方向から下方向へ変更する。配管１４４には、圧力管４０が設けられており、圧力管４０には圧力計５０が設けられている。圧力計５０は、圧力管４０を介して排出ガスＥの圧力Ｐを計測する。
【００２３】
排出ガスＥは、配管１４４を鉛直下方向へ移動し、配管１４５で層流素子３０に達する。配管１４５には、層流素子３０の他、圧力管６０および温度センサ９０が設けられている。
【００２４】
層流素子３０は、排出ガスＥの入口３１が出口３２よりも高い位置にあり、排出ガスＥを層流状態で流すように多数の細管３３（図４参照）で構成されている。層流素子３０は、縦型配置されており、略鉛直下方向に排出ガスＥを流すように構成されている。層流素子３０に凝縮水が付着した場合であっても、排出ガスＥを層流素子３０の下方向へ流すことによって、凝縮水は、排出ガスＥの下流側、即ち、鉛直下方向へ排出ガスＥの流れとともに強制的に層流素子３０から排出される。メッシュフィルタ２０および層流素子３０は、メッシュフィルタ２０と層流素子３０との間にある配管１４２〜１４５と併せて略逆Ｕ字形状に構成されている。
【００２５】
複数の圧力管６０が層流素子３０の入口近傍と出口近傍に設けられている。圧力管６０には差圧計８０が接続されている。差圧計８０は、複数の圧力管６０を介して層流素子３０の入口近傍における排出ガスＥの気圧と層流素子３０の出口近傍における排出ガスＥの気圧との差圧ΔＰを測定する。導管７０は、圧力管６０と差圧計８０との間に設けられている。圧力管６０、差圧計８０および導管７０の構成については後で説明する。
【００２６】
複数の温度センサ９０が層流素子３０の入口近傍と出口近傍に設けられている。層流素子３０の入口近傍（上側）にある温度センサ９０は、層流素子３０の入口近傍における排出ガスＥの第１温度を検知する。層流素子３０の出口近傍（下側）にある温度センサ９０は、層流素子３０の出口近傍における排出ガスＥの第２温度を検知する。温度センサ９０には温度計１００が接続されており、温度計１００は、温度センサ９０において検知された排出ガスＥの第１および第２温度を測定する。
【００２７】
層流素子３０の上流および下流の両方で排出ガスＥの温度を計測する理由は以下の通りである。排出ガスＥの温度は、層流素子３０を通過する際も放熱により低下し、層流素子３０の上流と下流とでは温度が異なる。このため、上流と下流とのどちらか一方の計測では、層流素子３０を通過する排出ガスＥの温度となりえず、誤差が生じる。排出ガスＥの温度が高いほど放熱量が大きくなるため、排出ガスのように高温となる流体では上流と下流との温度差は無視できない。このよう温度差を低減させるために、温度センサ９０は、層流素子３０の上流と下流の近傍を計測する。さらに、多くの温度計測を用いて、算術平均（相加平均）、加重平均、調和平均等の平均法を用いて、層流素子３０を通過する排出ガスＥの温度とすればよい。これにより、層流素子３０内を通過する排出ガスＥの温度を正確に測定することができる。
【００２８】
排出ガスＥは、配管１４５を鉛直下方向へ移動すると、配管１４６の流出口１２０から排出される。
【００２９】
配管１４１〜１４６は、流入口１０から流出口１２０までほぼ密閉された状態で連通している。配管１４１〜１４６は、例えば、３１６ＵＬ（ステンレス）等の耐腐食性かつ耐熱性に優れた金属で形成されている。
【００３０】
演算部１３０は、圧力計５０で測定された排出ガスＥの圧力、差圧計８０で測定された差圧ΔＰ、および、温度計１００で計測された温度を用いて、排出ガスＥの流量Ｑを演算する。このとき、流量Ｑは、記憶部１３５に予め格納された係数ａ、ｂ、ｃを用いて演算される。演算された結果データは、図示しない付属モニタに表示してもよく、あるいは、外部へ出力してもよい。係数ａ、ｂ、ｃの導出および流量Ｑの演算については後述する。
【００３１】
図２は、層流素子３０、圧力管６０、導管７０、差圧計８０の構成例を示す概略図である。層流素子３０の上流側と下流側とのそれぞれに複数（例えば、４つ）の圧力管６０が設けられている。層流素子３０の上流側に設けられた圧力管６０を６０＿１とし、層流素子３０の下流側に設けられた圧力管６０を６０＿２とする。また、層流素子３０の上流側に設けられた導管７０を７０＿１とし、層流素子３０の下流側に設けられた導管７０を７０＿２とする。この場合、圧力管６０＿１は、導管７０＿１に接続されており、導管７０＿１を介して差圧計８０に接続されている。圧力管６０＿２は、導管７０＿２に接続されており、導管７０＿２を介して差圧計８０に接続されている。
【００３２】
導管７０＿１、７０＿２には、パージガス供給部ＰＧＳが接続されている。パージガス供給部ＰＧＳは、圧力調整部１４０および流量調整部１５０、１６０を備えている。圧力調整部１４０は、外部から供給されるパージガスＰＧの全体圧力を調整する。流量調整部１５０、１６０は、それぞれ圧力調整部１４０から供給された所定圧力のパージガスＰＧを、導管７０＿１、７０＿２に所定の流量で流すように調節する。このとき、流量調整部１５０、１６０は、差圧の測定に支障を来さないように、導管７０＿１、７０＿２のそれぞれにほぼ等しい流量でパージガスＰＧを流す。パージガスは、排出ガスＥに含まれる凝縮水が圧力管６０＿１、６０＿２および導管７０＿１、７０＿２に逆流することを抑制する。凝縮水が逆流すると、凝縮水が圧力管６０＿１、６０＿２または導管７０＿１、７０＿２を閉塞し計測が不可能となるからである。それとともに、パージガスは、圧力管６０＿１、６０＿２、導管７０＿１、７０＿２および差圧計８０を排出ガスによる腐食から保護する。このために、パージガスは、流量測定中において、パージガス供給部ＰＧＳから配管１４５内へ継続的に供給される。これにより、差圧の計測が中断されるようなことを抑制できる。さらに、パージガスＰＧが圧力管６０＿１、６０＿２および導管７０＿１、７０＿２を冷却するので、圧力管６０＿１、６０＿２、導管７０＿１、７０＿２および差圧計８０の材料の耐熱性の制約を緩和させることができる。パージガスＰＧは、例えば、ドライエアーまたは窒素等の不活性ガスでよい。パージガスＰＧは、圧力管６０＿１、６０＿２から配管１４５へ流れる。しかし、パージガスＰＧの流量は、排出ガスＥの流量に比べて非常に少量（例えば、０．１％未満）となっている。従って、排出ガスＥの流量Ｑにはほとんど影響を与えない。
【００３３】
図３は、層流素子３０、圧力管６０、導管７０、差圧計８０を略鉛直上方向から見た概略図である。第１ガス取出し孔としての４つの圧力管６０＿１が、層流素子３０の上流側において、配管１４５の円周に亘って四方に略等間隔に配置されている。また、図３では圧力管６０＿１の下に隠れているが、第２ガス取出し孔としての４つの圧力管６０＿２が、層流素子３０の下流側において、配管１４５の円周に亘って四方に略等間隔に配置されている。
【００３４】
尚、層流素子３０の上流側に設けられた４つの圧力管６０＿１を、便宜的に、６０＿１ａ、６０＿１ｂ、６０＿１ｃ、６０＿１ｄとする。また、圧力管６０＿１ａ、６０＿１ｂ、６０＿１ｃ、６０＿１ｄに接続する導管７０＿１を、それぞれ便宜的に、７０＿１ａ、７０＿１ｂ、７０＿１ｃ、７０＿１ｄとする。
【００３５】
層流素子３０の下流側に設けられた４つの圧力管６０＿２を、便宜的に、６０＿２ａ、６０＿２ｂ、６０＿２ｃ、６０＿２ｄとする。また、圧力管６０＿２ａ、６０＿２ｂ、６０＿２ｃ、６０＿２ｄに接続する導管７０＿２を、それぞれ便宜的に、７０＿２ａ、７０＿２ｂ、７０＿２ｃ、７０＿２ｄとする。
層流素子３０の上流側において、層流素子３０の円周方向に隣接する２つの導管７０＿１ａ、７０＿１ｂは、Ｔ型継手（第１継手）ＴＣ１ａによって連結されている。即ち、層流素子３０の円周方向に隣接する２つの圧力管６０＿１ａ、６０＿１ｂは、導管７０＿１ａ、７０＿１ｂを介してＴ型継手ＴＣ１ａによって接続されている。層流素子３０の円周方向に隣接する他の２つの導管７０＿１ｃ、７０＿１ｄは、Ｔ型継手（第１継手）ＴＣ１ｂによって連結されている。即ち、層流素子３０の円周方向に隣接する他の２つの圧力管６０＿１ｃ、６０＿１ｄは、導管７０＿１ｃ、７０＿１ｄを介してＴ型継手ＴＣ１ｂによって接続されている。
【００３６】
さらに、層流素子３０の円周方向に隣接する２つの導管７０＿１ｅ、７０＿１ｆは、Ｔ型継手（第３継手）ＴＣ１ｃによって連結されている。即ち、層流素子３０の円周方向に隣接する２つのＴ型継手ＴＣ１ａ、ＴＣ１ｂは、導管７０＿１ｅ、７０＿１ｆを介してＴ型継手ＴＣ１ｃによって接続されている。Ｔ型継手ＴＣ１ｃは、導管７０＿１ｇを介して差圧計８０に接続されている。
【００３７】
このように、３つのＴ型継手ＴＣ１ａ〜ＴＣ１ｃで導管７０＿１ａ〜７０＿１ｆを接続し、１つの導管７０＿１ｇにまとめる構成は、“トリプルＴ”と呼ばれている。トリプルＴを採用することによって、差圧計８０は、４つの圧力管６０＿１ａ〜６０＿１ｄを通して得られる気圧の平均値を検出することができる。
【００３８】
また、層流素子３０の下流側についても同様のことが言える。層流素子３０の円周方向に隣接する２つの導管７０＿２ａ、７０＿２ｂは、Ｔ型継手（第２継手）ＴＣ２ａによって連結されている。即ち、層流素子３０の円周方向に隣接する２つの圧力管６０＿２ａ、６０＿２ｂは、導管７０＿２ａ、７０＿２ｂを介してＴ型継手ＴＣ２ａによって接続されている。層流素子３０の円周方向に隣接する他の２つの導管７０＿２ｃ、７０＿２ｄは、Ｔ型継手（第２継手）ＴＣ２ｂによって連結されている。即ち、層流素子３０の円周方向に隣接する他の２つの圧力管６０＿２ｃ、６０＿２ｄは、導管７０＿２ｃ、７０＿２ｄを介してＴ型継手ＴＣ２ｂによって接続されている。
【００３９】
さらに、層流素子３０の円周方向に隣接する２つの導管７０＿２ｅ、７０＿２ｆは、Ｔ型継手（第４継手）ＴＣ２ｃによって連結されている。即ち、層流素子３０の円周方向に隣接する２つのＴ型継手ＴＣ２ａ、ＴＣ２ｂは、導管７０＿２ｅ、７０＿２ｆを介してＴ型継手ＴＣ２ｃによって接続されている。Ｔ型継手ＴＣ２ｃは、導管７０＿２ｇを介して差圧計８０に接続されている。
【００４０】
このように、下流側においても、３つのＴ型継手ＴＣ２ａ〜ＴＣ２ｃで導管７０＿２ａ〜７０＿２ｆを接続し、１つの導管７０＿２ｇにまとめる “トリプルＴ”の構成となっている。これにより、差圧計８０は、４つの圧力管６０＿２ａ〜６０＿２ｄを通して得られる気圧の平均値を検出することができる。
【００４１】
このような構成により、差圧計８０は、層流素子３０の上流側で層流素子３０の円周に均等配置された４つの圧力管６０＿１ａ〜６０＿１ｄにおいける平均気圧と、層流素子３０の下流側で層流素子３０の円周に均等配置された４つの圧力管６０＿２ａ〜６０＿２ｄにおいける平均気圧との差圧ΔＰを測定する。即ち、差圧計８０は、Ｔ型継手ＴＣ１ａ、ＴＣ１ｂおよびＴＣ１ｃを介して層流素子３０の入口近傍における排出ガスＥの平均気圧を測定し、Ｔ型継手ＴＣ２ａ、ＴＣ２ｂおよびＴＣ２ｃを介して層流素子３０の出口近傍における排出ガスＥの平均気圧を測定し、それらの差圧を算出することができる。あるいは、差圧計８０は、層流素子３０の入口近傍における排出ガスＥの平均気圧と層流素子３０の出口近傍における排出ガスＥの平均気圧との差圧を受圧部（図示せず）でそのまま検出してもよい。
【００４２】
尚、パージガス供給部ＰＧＳは、層流素子３０の入口近傍からＴ型継手ＴＣ１ａ、ＴＣ１ｂおよびＴＣ１ｃを介して差圧計８０までの第１導管７０＿１と、層流素子３０の出口近傍からＴ型継手ＴＣ２ａ、ＴＣ２ｂおよびＴＣ２ｃを介して差圧計８０までの第２導管７０＿２とにパージガスを供給する。このとき、パージガス供給部ＰＧＳは、第１導管７０＿１ａ〜７０＿１ｇのいずれにパージガスを供給してもよく、第２導管７０＿２ａ〜７０＿２ｇのいずれにパージガスを供給してもよい。
【００４３】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、層流素子３０の構成例を示す図である。図４（Ａ）は、細管３３の構成を示す図であり、図４（Ｂ）は、図３の枠Ｃの拡大図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、排出ガスＥの流れる方向に対して垂直方向の層流素子３０の断面を示している。
【００４４】
層流素子３０は、延伸した細長い金属板３４と、金属板３４上に設けられジグザグ状あるいは波形状に屈曲した金属板３５とを備えている。細管３３は、金属板３４と金属板３５と間の略台形状の隙間によって構成される。このように金属板３５をを有する金属板３４を、図３に示す層流素子３０の中心Ｏに巻くことによって、図４（Ｂ）に示すような多数の細管３３を有する層流素子３０が形成される。尚、細管３３の断面形状は、台形に限定されず、円形、他の多角形であってもよい。
【００４５】
また、層流素子３０の全体の断面積に対する細管３３の開口断面積の総和の比率を０．９以上にする。これにより、圧力損失（ΔＰ）を低下させ、汚れの付着も低減させることができる。
【００４６】
さらに、層流素子３０の凝縮水や汚染を除去するために、層流素子３０にヒータ（図示せず）を設けてもよい。この場合、排出ガスＥの温度も変わるので、後述する係数ａ、ｂ、ｃの導出および流量Ｑの演算において温度補償を行う必要がある。
【００４７】
次に、係数ａ、ｂ、ｃの導出および流量Ｑの演算について説明する。ラミナー式流量計において、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すような層流素子３０内の複数の細管３３のレイノズル数は、臨界レイノズル数よりも低い。このため、細管３３はその内部を通過する排出ガスＥを層流にする。排出ガスＥが層流である場合、細管３３内の排出ガスＥの粘性抵抗による圧力降下は、流体の流速（流量）に比例する（ハーゲン・ポアズイユの法則）。
【００４８】
ラミナー式流量計のような層流型流量計の原理は、層流素子３０の圧力損失（差圧）ΔＰを計測し、差圧ΔＰを流量Ｑに変換する。差圧ΔＰは、ハーゲン・ポアズイユの法則を層流素子３０に適用した場合の圧力損失（層流素子３０内の圧力損失）をΔＰ１とし、層流素子３０の入口端およびその近傍の助走区間における圧力損失をΔＰ２とした場合に、式１で表わされる。
【数２】
2018197684.tif 000004
【００４９】
また、差圧ΔＰは、Ｑを排出ガスＥの流量、ｄを細管の直径、Ｌを細管長、ρを排出ガスＥの密度、μを排出ガスＥの粘度、ζを損失係数として式２で表される。
【数３】
2018197684.tif 000005
式２において、二項定理を用いて差圧ΔＰの三次項まで流量Ｑについて解くと、式３で表される。
【数４】
2018197684.tif 000006
気体の状態方程式より、Ｐを排出ガスＥの圧力、Ｔを排出ガスＥの温度、Ｒを状態定数とすると、密度ρは式４のように表される。
【数５】
2018197684.tif 000007
また、
【数６】
2018197684.tif 000008
とすると、流量Ｑは式５のように表される。
【数７】
2018197684.tif 000009
ここで、μ は排出ガスＥの実際の粘度であり、μ20は標準状態（２０℃の空気）の粘度であるとすると、流量Ｑは式６のように表される。
【数８】
2018197684.tif 000010
粘度比率μ20/μは、空気の場合サザランド（Sutherland）の式から式７のように表される。
【数９】
2018197684.tif 000011
さらに、
【数１０】
2018197684.tif 000012
とすると、流量Ｑは、式１１のように流量係数Ｋ２０、粘度比率μ20/μおよび差圧ΔＰで表される。
【数１１】
2018197684.tif 000013
式９のＸは、層流素子３０の差圧ΔＰ、層流素子３０の近傍の圧力Ｐ、層流素子３０の温度Ｔから得られる計測値である。圧力Ｐは、層流素子３０の上流または下流のいずれの圧力でもよい。μ は、温度Ｔの関数である。流量係数Ｋ２０は、測定値Ｘの関数であり、複数の温度の排出ガスにおける測定値Ｘを、図５に示す流量校正装置２を用いて校正し、係数ａ、ｂ、ｃを導出する。
【００５０】
図５は、流量校正装置の構成例を示す概略図である。流量校正装置２は、ブロア２１０と、基準流量計２２０と、ヒータ２３０と、を備えている。流量校正装置２には、校正対象となるラミナー式流量計１が取り付けられている。ブロア２１０で排出ガスの流量を調節し、基準流量計２２０でその流量を測定する。ヒータ２３０は排出ガスＥを所定温度に調節し、ラミナー式流量計１が排出ガスＥの流量を計測する。流量校正装置２は、排出ガスＥの流量を基準流量計２２０で測定しつつ、温度や流量を変更しながら、ラミナー式流量計１で排出ガスＥの流量を計測する。
【００５１】
例えば、図６は、流量係数Ｋ２０と測定値Ｘとの関係を示すグラフである。このグラフは、流量校正装置２を用いて、排出ガスＥの温度を５０℃〜２００℃で変化させたときに得られるＸとＫ２０との関数である。即ち、このグラフは式１０を表している。このような複数の温度の排出ガスにおける測定値Ｘを、流量校正装置２を用いて校正し、係数ａ、ｂ、ｃを導出する。係数ａ、ｂ、ｃは、流量計１の固有値であり、流量計１の固体ごとに導出される。係数ａ、ｂ、ｃは、複数の温度の排出ガスに対応するように校正されているので、流量計１は、高温の排出ガスＥに対しても高精度な流量係数Ｋ２０および流量Ｑを得ることができる。係数ａ、ｂ、ｃは、流量計１の記憶部１３５に予め格納され、図８に示す実際のＲＤＥ試験で流量ＱＥＸの算出のために用いられる。
【００５２】
図７は、流量校正装置２を用いたラミナー式流量計１の流量校正方法を示すフロー図である。まず、流量校正装置２に排出ガスＥを流し、温度および流量を設定（変更）する（Ｓ１０，Ｓ２０）。次に、ラミナー式流量計１において差圧ΔＰ、気圧Ｐ、温度Ｔを測定する（Ｓ３０）。流量および温度の測定回数は、流量校正装置２に設けられたカウンタ（図示せず）でカウントする。
【００５３】
次に、流量の測定回数が所定値を超えたか否かを判定する（Ｓ４０）。また、温度の測定回数が所定値を超えたか否かを判定する（Ｓ５０）。ステップＳ４０、Ｓ５０の判定は、図示しない制御部において実行される。
【００５４】
流量の測定回数が所定値を超えていない場合（Ｓ４０のＮＯ）、ステップＳ２０〜Ｓ５０を繰り返す。
【００５５】
流量の測定回数が所定値を超えたが、温度の測定回数が所定値を超えていない場合（Ｓ４０のＹＥＳ、Ｓ５０のＮＯ）、ステップＳ１０〜Ｓ５０を繰り返す。
【００５６】
温度の測定回数も所定値を超えた場合（Ｓ５０のＹＥＳ）、流量および温度の測定が終了する。尚、流量および温度の測定は、いずれを先に実行してもよく、あるいは、同時であってもよい。また、流量および温度の測定回数の判定は、いずれを先に実行してもよく、あるいは、同時であってもよい。
【００５７】
次に、流量校正装置２は、測定されたΔＰ、Ｐ、Ｔから式７を用いてμ /μ20を算出し、式９を用いてＸを算出する（Ｓ６０）。さらに、流量校正装置２は、Ｑを基準流量として、式１１を用いて、Ｑ、μ /μ20およびΔＰからＫ２０を算出する（Ｓ７０）。これにより、或る流量および或る温度におけるＫ２０およびＸが分かる。測定された全ての流量および温度について、Ｋ２０およびＸが算出されると、式１０の関数が近似的に分かる。これにより、係数ａ、ｂ、ｃが最小二乗法等の近似曲線算出法を用いて判明する。尚、係数ａ、ｂ、ｃを正確に算出するために、流量および温度の測定点は、流量の計測レンジにわたって、例えば、１０以上分割した点であることが好ましい。
【００５８】
このように算出された係数ａ、ｂ、ｃは、流量計１の記憶部１３５に格納される。これより、流量校正装置２によるラミナー式流量計１の校正が終了する。
【００５９】
校正後、ラミナー式流量計１を実際に自動車等に取り付けて、実際の流量を計測する。即ち、流量測定対象からの排出ガスＥを実測する。
【００６０】
図８は、図７の流量校正方法で得られた係数ａ、ｂ、ｃを用いて、流量を測定する方法を示すフロー図である。まず、ラミナー式流量計１を自動車等に取り付けて、自動車等から実際に排出されるガスＥの差圧ΔＰ、気圧Ｐ、温度Ｔを測定する（Ｓ１１）。
【００６１】
次に、ラミナー式流量計１では、演算部１３０が、式７および式９を用いて、測定された差圧ΔＰ、圧力Ｐ、温度Ｔからμ /μ20およびＸＥＸを算出する（Ｓ２１）。尚、ＸＥＸは、流量測定の対象となる実際の排出ガスＥのＸを示す。
【００６２】
次に、演算部１３０は、記憶部１３５内に格納された係数ａ、ｂ、ｃを用いて、ＸＥＸから係数ＫＥＸを算出する（Ｓ３１）。尚、ＫＥＸは、流量測定の対象となる実際の排出ガスＥの係数Ｋを示す。
【００６３】
次に、演算部１３０は、差圧ΔＰ、μ /μ20、ＫＥＸから排出ガスＥの流量ＱＥＸを算出する。流量ＱＥＸはＲＤＥ試験に用いられる数値となる。
【００６４】
このように、本実施形態によるラミナー式流量計１は、式３において、差圧ΔＰの三次項まで用いて、係数ａ、ｂ、ｃを予め算出し、これを格納している。そして、ラミナー式流量計１は、係数ａ、ｂ、ｃを用いて、実際の排出ガスＥの流量Ｑを測定する。
【００６５】
通常、式２を流量Ｑについて二項定理を用いてΔＰの二次項まで解くと、式１２および式１３のように表される。
【数１２】
2018197684.tif 000014
【００６６】
一般的な層流形流量計では、式１３のＡ、Ｂを流量校正によって定数として与える。しかしながら、定数Ｂには、密度ρと粘度μの項がある。従って、排出ガスのように温度が高い流体や圧力が大きく変動（脈動）する流体では、定数Ｂにおいて誤差が大きくなる。従って、従来の層流形流量計は、ＰＥＭＳとしてＲＤＥ試験に用いると、正確な流量Ｑを得ることが困難となる。
【００６７】
これに対し、本実施形態によるラミナー式流量計１は、式３において、差圧ΔＰの三次項まで用いて、係数ａ、ｂ、ｃを予め算出している。そして、ラミナー式流量計１は、係数ａ、ｂ、ｃを用いて、実際の排出ガスＥの流量Ｑを測定する。これにより、密度ρおよび粘度μをより詳細に考慮した高精度の係数ａ、ｂ、ｃが算出され得る。従って、ラミナー式流量計１は、排出ガスのように高温度かつ圧力変動（脈動）の大きな流体であっても、ＰＥＭＳとしてＲＤＥ試験に用いることができる。
【００６８】
また、本実施形態によるラミナー式流量計１は、排出ガスＥの入口２１よりも出口２２が高い位置にあるメッシュフィルタ２０を、逆Ｕ字形状の前段に備えている。これにより、メッシュフィルタ２０は、入口２１からの排出ガスＥに含まれる粒子を除去し、かつ、排出ガスＥに含まれる水分（凝縮水）を排除することができる。
【００６９】
また、ラミナー式流量計１は、メッシュフィルタ２０の下方に水抜き孔１１０を有するので、排出ガスＥの極少量を排出しつつ、貯留部１１５に溜まった凝縮水や粒子を外部へ排出することがきる。
【００７０】
また、ラミナー式流量計１は、略鉛直方向に排出ガスＥを流すように縦型配置された層流素子３０を、逆Ｕ字形状の後段に備えている。このように層流素子３０を縦型配置することによって、排出ガスＥの水分が層流素子３０に凝縮水として付着しても層流素子３０から滴下させ、排出ガスＥの流出口１２０から排出することができる。
【００７１】
また、層流素子３０の全体の断面積に対する細管３３の開口断面積の総和の比率は０．９以上である。これにより、圧力損失（ΔＰ）を低下させ、汚れの付着も低減させることができる。
【００７２】
また、層流素子３０に発生する差圧ΔＰの取り出しに関し、差圧計８０と配管１４５との間の導管７０は、所謂、トリプルＴ接続されている。このトリプルＴ接続は、層流素子３０の上流および下流の両方にある。これにより、層流素子３０の上流および下流のそれぞれにおいて、差圧ΔＰの平均圧力を測定することができるとともに、導管７０の目詰まりも抑制することができる。
【００７３】
また、導管７０＿１、７０＿２には、パージガス供給部ＰＧＳが接続されており、差圧の測定時に、パージガスＰＧが導管７０＿１、７０＿２に常時供給されている。パージガスＰＧは、排出ガスＥに影響を与えない程度の少量であり、かつ、ほぼ等しい流量で導管７０＿１、７０＿２に供給される。これにより、差圧の測定に支障を与えること無く、排出ガスＥに含まれる凝縮水が圧力管６０＿１、６０＿２、導管７０＿１、７０＿２および差圧計８０に逆流することを抑制できる。凝縮水の逆流を抑制することによって、圧力管６０＿１、６０＿２、導管７０＿１、７０＿２および差圧計８０を腐食から保護することができる。
【００７４】
また、ラミナー式流量計１は、トピー管式流量計ほどではないが、車載可能な程度に小型化可能であり、単独でも、排出ガスＥの流量を計測可能である。一方、ラミナー式流量計１は、トピー管式流量計に比べて、低流量を精度良く測定することができる。
【００７５】
層流型流量計の脈動流に対する応答性は、細管３３内の非圧縮性流体のナビエストークス方程式を基礎として考える。また、脈動流を式１４のように単純な振動流と仮定した場合、細管３３内の非圧縮性流体のナビエストークス方程式は、式１５のように表される。
【数１３】
2018197684.tif 000015
Ｑは流量、Ｑｍは振動流の平均流量、Ｑａは振動流の振幅流量、ωは角速度、ｔは時間、ｕｍは振動流の平均流速、ｕａは、振動流の振幅流速、Ｗ０はウォーマスリィ数 (Womersley Number)、Φは位相である。
【００７６】
上記式１５にて、ウォーマスリィ数Ｗ０は、式１４で定義される振動数と粘度で表される無次元数である。
【数１４】
2018197684.tif 000016
振動流に対してウォーマスリィ数Ｗ０は応答性を示す指標になり、Ｗ０＝２．５としたときの角速度ωが応答可能な周波数を示す。
【００７７】
ラミナー式流量計１は、１００℃の空気においてＷ０＝２．５のとき角速度ωが３４４ｒａｄ／ｓ（５５Ｈｚ）なので、応答性が良いと言える。
【００７８】
以上の本実施形態によるラミナー式流量計１は、煙突等の排出ガスの流量測定に適用することもできる。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８０】
１  ラミナー式流量計、
１０  流入口、
２０  メッシュフィルタ、
３０  層流素子、
４０  圧力管、
５０  圧力計、
６０  圧力管、
７０  導管、
８０  差圧計、
９０  温度センサ、
１００  温度計、
１１０  水抜き孔、
１２０流出口、
１４１〜１４６  配管、
１３０  演算部
【図１】
2018197684.tif 000018
【図２】
2018197684.tif 000019
【図３】
2018197684.tif 000020
【図４】
2018197684.tif 000021
【図５】
2018197684.tif 000022
【図６】
2018197684.tif 000023
【図７】
2018197684.tif 000024
【図８】
2018197684.tif 000025
【図９】
2018197684.tif 000026