(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主圧送導管（１８）と、
試料ガスを前記主圧送導管（１８）内で圧送することのできる主容積ポンプ（２４）と、
試料ガス袋（４８）と、
前記主圧送導管（１８）を前記試料ガス袋（４８）に流体接続することのできる試料ガス採取導管（４６）と、
該試料ガス採取導管（４６）内に配置された流量調整部材（５０）と、
試料ガス分析導管（５６）を介して前記試料ガス袋（４８）に接続することができる分析器（６４）と、
を備える排ガス試料採取システムであって、
前記主容積ポンプ（２４）と前記試料ガス袋（４８）との間に、排気導管（６６；７０；７８）を介して流体接続部を形成することができ、前記排気導管（６６；７０；７８）内に、該排気導管（６６；７０；７８）を開閉することのできる弁（６８；８０）が配置されており、
前記排気導管（６６；７０；７８）は、前記試料ガス採取導管（４６）の下流側で、前記試料ガス袋（４８）から前記主圧送導管（１８）に開口していることを特徴とする、排ガス試料採取システム。
【請求項２】
前記排気導管（６６；７０）は、前記主容積ポンプ（２４）の上流側で前記主圧送導管（１８）に開口している、請求項１記載の排ガス試料採取システム。
【請求項３】
前記排気導管（６６；７０；７８）は、前記主圧送導管（１８）内に配置された流量調整器（３０）の下流側で前記主圧送導管（１８）に開口している、請求項１又は２記載の排ガス試料採取システム。
【請求項４】
前記流量調整器（３０）はベンチュリノズルである、請求項３記載の排ガス試料採取システム。
【請求項５】
前記排気導管（６６；７０；７８）内には真空ポンプ（７４）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の排ガス試料採取システム。
【請求項６】
前記試料ガス分析導管（５６）内には、試料ガス圧送手段（６０）と、流量調整器または切換弁（５８）とが配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の排ガス試料採取システム。
【請求項７】
前記主圧送導管（１８）は、空気入口（１０）と、排ガス源（１７）に接続された排ガス入口（２１）とを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガス試料採取システム。
【請求項８】
第１の排気導管（６６；７８）および第２の排気導管（７０）が、前記試料ガス袋（４８）と流体接続することができ、前記第２の排気導管（７０）内に前記真空ポンプ（７４）が配置されている、請求項５記載の排ガス試料採取システム。
【請求項９】
前記第２の排気導管（７０）は、前記主容積ポンプ（２４）の上流側で前記主圧送導管（１８）に開口している、請求項８記載の排ガス試料採取システム。
【請求項１０】
前記第２の排気導管（７０）内には弁（７２）が配置されている、請求項８又は９記載の排ガス試料採取システム。
【請求項１１】
前記第１の排気導管（６６）と前記第２の排気導管（７０）とは、内部に弁（８０）が配置された１つの共通の導管部分（７８）を有している、請求項８又は９記載の排ガス試料採取システム。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の排ガス試料採取システムの運転方法であって、
試料ガスを採取するために
前記主圧送導管（１８）に接続された排ガス源（１７）を作動させ、
前記主圧送導管（１８）を通じて試料ガスを圧送するための前記主容積ポンプ（２４）を作動させ、
前記試料ガス分析導管（５６）内の流量調整器または切換弁（５８）を閉じ、
次いで排ガスを分析するために
前記試料ガス分析導管（５６）内の前記流量調整器または前記切換弁（５８）を開き、
前記試料ガス分析導管（５６）内の試料ガス圧送手段（６０）を作動させ、
かつ前記試料ガス袋（４８）から流入した試料ガスを前記分析器（６４）で分析する、
方法において、
試料ガス採取中および排ガス分析中は、前記排気導管（６６）内の前記弁（６８；８０）を閉じておき、
前記試料ガス袋（４８）を排気するために、前記排気導管（６６；７８）内の前記弁（６８；８０）を開く一方で、前記主容積ポンプ（２４）を作動することにより、前記試料ガスが、前記排気導管（６６；７０；７８）を通り、前記試料ガス採取導管（４６）の下流側で、前記試料ガス袋（４８）から前記主圧送導管（１８）内へ流れるようにすることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
前記主容積ポンプ（２４）は、試料ガス採取中、試料ガス分析中、および前記試料ガス袋（４８）の排気中には作動されている、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記試料ガス袋（４８）の排気中、前記第２の排気導管（７０）内の前記真空ポンプ（７４）は作動されており、かつ前記第２の排気導管（７０）内の前記弁（７２）は開かれている、請求項１０項記載の排ガス試料採取システムを用いた請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
前記試料ガス袋（４８）の排気中、前記第２の排気導管（７０）内の前記真空ポンプ（７４）は作動されており、かつ前記導管部分（７８）内の前記弁（８０）は開かれている、請求項１１記載の排ガス試料採取システムを用いた請求項１２または１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主圧送導管と、試料ガスを主圧送導管内で圧送することのできる主容積ポンプと、試料ガス袋と、主圧送導管を試料ガス袋に流体接続することのできる試料ガス採取導管と、試料ガス採取導管内に配置された流量調整部材と、試料ガス分析導管を介して試料ガス袋に接続することができる分析器とを備える排ガス試料採取システム、ならびにこのような排ガス試料採取システムの運転方法において、試料ガスを採取するために排ガス源を接続し、主圧送導管を通じて試料ガスを圧送するための主容積ポンプを接続し、試料ガス分析導管内の流量調整器または切換弁を閉じ、次いで排ガスを分析するために試料ガス分析導管内の流量調整器または切換弁を開き、試料ガス圧送手段を接続し、かつ試料ガス袋から流入した試料ガスを分析器で分析する方法に関する。
【０００２】
このような排ガス試料採取システムならびに付随するその運転方法は周知であり、自動車のエンジンが超えてはならないエミッション限界値を定める法規、つまり例えばヨーロッパ地域に関するＥＣＥ基準Ｒ８３、または米国地域に関するＣＦＲ法典第４０巻に基づいている。これらの法規ではエミッション限界値の他に、希釈度が可変のエミッション測定装置による試料採取の形式も、大抵規制されている。
【０００３】
このような装置は、例えばＣＶＳ（constant volume sampling/定容量試料採取）装置として知られている。これらの装置では排ガスに常に空気が混加され、これにより概ね一定の、空気・排ガス混合物の総体積流量が生じるようになっている。この装置を介して袋内に採取された試料は、次いで分析器でその有害物質量に関して分析される。特に、二酸化炭素量、一酸化炭素量、炭化水素量、ならびに窒素酸化物量が測定される。
【０００４】
分析後には通常、試料ガスの残留物が試料袋内に残っている。よって新たな運転サイクルを開始する前に、試料袋を完全に空にすることが必要である。このことは一般に、出口に通じる別個の排気導管内に配置された真空ポンプを介して行われる。
【０００５】
このような装置は、例えば独国特許出願公開第１９８５７９５５号明細書に開示されている。この装置では、試料袋は、負圧圧送手段を介して排気可能な耐圧容器内に位置している。試料袋に通じる排気導管内ならびに主圧送導管内、および分析器に通じる導管内にはそれぞれ、各導管を開閉可能な弁が配置されている。袋の充填中に容器は一定の負圧に晒されるので、排ガス中に存在する水蒸気の凝縮が回避される。試料袋の出口弁を開くことにより、測定実施後に試料袋も負圧圧送手段により完全に空にされる。
【０００６】
負圧圧送手段としては、スペースおよびコスト削減のために、圧送量の少ない比較的小型のポンプが用いられる。その結果、排気時間、ひいては２つの被測定運転サイクル間の時間が比較的長くなってしまう。
【０００７】
よって、より大型のポンプの使用による所要スペースの増大、または投資・運転コストの増大が生じること無しに、大幅に迅速な排気を達成する排ガス試料採取システムならびに付随する方法を提供する、という課題が生じる。
【０００８】
この課題は、独立請求項１記載の特徴を有する排ガス試料採取システム、ならびにこのような排ガス試料採取システムの、独立請求項１３記載の特徴を有する運転方法により解決される。
【０００９】
当該排ガス試料採取システムでは、排気導管を介して主容積ポンプと少なくとも１つの試料ガス袋との間に流体接続部を形成することができるようになっており、かつ排気導管内に、該排気導管を開閉することのできる弁が配置されていることにより、袋の排気に際して主容積ポンプが接続される、ということが達成される。この主容積ポンプは、これまで排気に使用されていた真空ポンプよりも大幅に高い流量を有しているので、前記排気導管を接続することにより、排気時間が大幅に短縮されることになる。
【００１０】
方法に関しては、試料ガス採取中および排ガス分析中は第１の排気導管内の弁を閉じておき、試料ガス袋を排気するために排気導管内の弁を開く一方で主容積ポンプを接続することにより、排ガス試料採取を実施する。これに相応して試料袋の迅速な排気が行われる。また、追加的な運転コストも全く生じない。この時点では通常、主容積ポンプはいずれにしろ、排ガス源遮断後に主圧送導管から先行運転サイクルの残留排ガスを除去するために作動しているからである。これに対応して、主容積ポンプが主圧送導管の排気にも、試料袋の排気にも使用されるわけである。
【００１１】
対応して、主容積ポンプは試料ガス採取中、試料ガス分析中、および試料ガス袋の排気中には接続されている。よって主容積ポンプを改めて起動する必要はない。
【００１２】
好適には、排気導管は主容積ポンプの上流側で主圧送導管に開口している。これにより、主容積ポンプに対する接続導管の長さを最小にすることができる。主圧送導管の一部が、試料袋の排気にも利用されるからである。
【００１３】
本発明の１つの好適な構成では、排気導管は、試料ガス採取導管の下流側で主圧送導管に開口している。これにより、測定に重要な主圧送導管部分に、試料袋から取り出された排ガスによる主圧送導管の汚染が生じることはなくなっている。つまり、第２ステップにおける主圧送導管の洗浄の作用が影響を及ぼされることはない。
【００１４】
排気導管は、１つの特に有利な構成では、主圧送導管内に配置された流量調整器の下流側で主圧送導管に開口している。この、ノズルとポンプとの間の領域において、主容積ポンプにより、排気導管内に排気に十分な負圧が形成され得る。
【００１５】
特に好適には、前記流量調整器は、比例試料採取を可能にするために、特に超臨界状態で運転されるベンチュリノズルとして形成される。
【００１６】
好適には、排気導管内には真空ポンプが配置されている。このようにして、排気導管内の負圧を高め、ひいては排気時間を減少させることができる。
【００１７】
１つの進歩的な有利な実施形態では、第１および第２の排気導管は、少なくとも１つの試料ガス袋と流体接続可能であり、この場合、第２の排気導管内に真空ポンプが配置されている。これに対応して、主容積ポンプによる袋からの試料ガスの圧送に並行して付加的な排気が行われ、これにより、第１の導管が閉じられると、袋が空になるのがさらに加速させられる、または達成可能なより高い負圧で以て、より良好な排気が可能になる。
【００１８】
有利には第２の排気導管も、主容積ポンプの上流側で主圧送導管に開口している。このことは、所要導管長さを減少させ、ポンプのガス圧送を支援すると共に、排ガスを含有する全試料に共通した出口を可能にするので、追加的な浄化がある場合でも、次に複数の並列的な、フィルタまたは触媒等の排ガス浄化手段を用いずに済む。
【００１９】
試料採取および排ガス分析の最中の第２の排気導管の通流を完全に防ぐことができるようにするために、第２の排気導管内には弁が配置されている。
【００２０】
相応して試料ガス袋の排気中、有利には第２の排気導管内の真空ポンプは接続されており、かつ第２の排気導管内の弁または導管部分内の弁は開かれている。このようにして、第３ステップ中は第２の排気導管の最大通流量ひいては最高速度で試料袋が空にされることが保証される。
【００２１】
択一的に有利なのは、第１の排気導管と第２の排気導管とが、内部に弁が配置された１つの共通の導管部分を有している場合である。これに対応して、試料袋を空にするためには、両排気導管内に設けられた２つの弁の代わりに１つの弁だけを使用もしくは接続すれば済むので、製造・運転コストが削減されることになる。ただしこのことは常に、両導管を一緒に開閉する場合にのみ可能である。
【００２２】
試料袋から分析器まで可能な試料ガスの圧送、および付加的に、分析が行われない段階の最中に可能な試料ガス分析導管の遮断を保証するために、試料ガス分析導管内には試料ガス圧送手段と、流量調整器または切換弁とが配置されている。
【００２３】
好適には、主圧送導管はフィルタを備えた空気入口と、排ガス源に接続された排ガス入口とを有している。主流量の調節により、試料ガスを所望の希釈率で試料採取用に提供することができる。
【００２４】
これにより、試料袋の排気時間を減少させ、かつ複数の試料袋を同時に排気することができるということに基づき、排ガス分析サイクル時間を周知の構成に比べて大幅に減少させることのできる排ガス試料採取システム、ならびにこのような排ガス試料採取システムの運転方法が達成される。この場合、製造・運転コストは概ね変更無しのままであり続けることができる。
【００２５】
本発明による排ガス試料採取システムの１つの実施例を図面に原理図として示すと共に、以下で付随する調整方法と同様に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による排ガス試料採取システムをフローチャートの形態で示す原理図である。
【００２７】
本発明による排ガス試料採取システムは、エアフィルタ１２が配置された空気入口１０を有している。空気は、空気試料採取プローブ１５が突入している空気通路１４内へ流入し、空気試料採取プローブ１５を介して測定中連続的に空気試料が取り出される。空気通路１４は混合ゾーン１６に開口しており、そこで空気は、排ガス通路１９に開口している排ガス入口２１と接続された排ガス源１７から流入する排ガスと、均質に混合される。混合ゾーン１６は、空気と排ガスとから成る試料ガスが通流する主圧送導管１８の最初の部分である。主圧送導管１８内には、試料ガスのコンディショニング用の手段２０、例えば試料ガスの固定的な温度を調節するための熱交換器等が配置されている。付加的に、温度および圧力測定用の測定手段２２が主容積ポンプ２４の直前に配置されており、主容積ポンプ２４を介して、試料ガスが主圧送導管１８を通って圧送される。
【００２８】
主圧送導管１８内には、試料ガスの代表的な試料を採取することのできる、１つまたは複数の試料採取プローブ２６が突入している。主容積ポンプ２４は、主圧送導管１８内の十分な流量を保証する。主容積ポンプ２４の直前には圧力測定器２８が配置されており、圧力測定器２８を介して主容積ポンプ２４の上流側の圧力が測定される。超臨界領域で運転されるベンチュリノズルが主圧送導管１８内の流量調整器３０として使用される場合には、主容積ポンプ２４の上流側に配置されたベンチュリノズルの臨界運転を保証する十分な圧力が供給される、ということが保証され、ベンチュリノズルの通流は流体力学の法則に従って音速で行われ、ひいては周知の形式で流量調整器３０として働く。ただし指摘しておくと、この装置は臨界未満の領域でも運転可能である。主容積ポンプ２４の下流側には、主圧送導管１８の出口３２が位置している。
【００２９】
空気試料採取プローブ１５を介して採取された空気は、空気試料導管３４を介して空気圧送ポンプ３６により、収集袋３８内へ圧送される。この空気流を一定にかつ清浄に採取することができるようにするために、空気試料導管３４内には流量測定器４０と接続された流量調整器４２と、付加的なエアフィルタ４３とが配置されている。
【００３０】
少なくとも１つの試料採取プローブ２６を介して、試料ガスは試料ガス圧送ポンプ４４により試料ガス採取導管４６を通って、１つまたは複数の試料ガス袋４８内へ圧送される。試料ガス採取導管４６内には、試料ガス圧送ポンプ４４の上流側に流量調整部材５０が配置されており、流量調整部材５０は、試料ガス圧送ポンプ４４の下流側に配置された流量測定器５２の測定値に対応して調整され、これにより、ガス採取時の流量を一定に、または総流量に比例するように保つと共に、運転サイクル終了時に十分な量の試料を保証することができるようになっている。流量調整部材５０および流量測定器５２は、主圧送導管１８内の流量に比例した流量を生ぜしめる別のベンチュリノズルにより形成され得る。両ベンチュリノズルにおける圧力および温度は同じだからである。さらに試料ガス採取導管４６内には、固体粒子を分離するためのフィルタ５４が位置している。
【００３１】
試料ガス袋４８はさらに、内部に流量調整器または切換弁５８、ならびに試料ガス圧送手段６０および別の流量測定器６２が配置された試料ガス分析導管５６を介して、１つまたは複数の分析器６４と接続されている。この分析器６４で、排ガス中の有害物質、特に排ガス中の炭化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、および窒素酸化物の量が求められる。
【００３２】
この分析には、試料ガス袋４８内に蓄えられた試料ガスの全量が必要とされるわけではないので、排ガス分析を実施した後で次に測定する前に、試料ガス袋４８を完全に空にする必要がある。通常は、試料ガス袋４８をまず空にしてから、洗浄ガス導管８１を介してファン８２によりフィルタ１２の下流側で取り出した洗浄ガスを試料ガス袋４８内へ圧送し、次いで試料ガス袋４８を再び排気することにより、再度洗浄する。洗浄ガス導管８１内には、洗浄ガス導管８１を開閉するための開閉弁８４が配置されている。
【００３３】
本発明に基づき、排ガス試料採取システムは試料ガス袋４８の排気用に、主容積ポンプ２４の上流側かつ試料採取プローブ２６の下流側で試料ガス袋４８から主圧送導管１８に開口する第１の排気導管６６を有しているので、試料ガス袋４８と主容積ポンプ２４との間に流体接続部が生じている。この流体接続部は、第１の排気導管６６内に配置された弁６８を介して開閉され得る。
【００３４】
図示の排ガス試料採取システムは、前記第１の排気導管６６に加えて別の第２の排気導管７０を有しており、第２の排気導管７０内にもやはり弁７２が配置されているので、第２の排気導管７０も弁７２により同様に開閉され得る。この第２の排気導管７０内には付加的に、試料ガス袋４８を空にするための追加的な負圧を供給することのできる真空ポンプ７４が位置しているが、この真空ポンプ７４は、主容積ポンプ２４よりも大幅に少ない最大流量を有している。第２の排気導管７０もやはり、主容積ポンプ２４の上流側で主圧送導管１８に開口していることが図面に実線で示されている。このシステムは、全排ガスが１つの出口のみを介して外部に案内される、という利点を有している。ただし破線で示すように、第２の排気導管７０が別個の出口７６に通じることも可能である。
【００３５】
同様に、両排気導管６６，７０が１つの共通の導管部分７８を有していて、該導管部分７８は引き続く延在部において初めて、第１の排気導管６６と第２の排気導管７０とに分かれている、ということも考えられる。この場合は前記導管部分７８内に、弁７２を代替する弁８０が配置されるので、両排気導管６６，７０は一緒に開閉可能であるか、または択一的には両導管６６，７０は弁８０を介して閉鎖可能であると共に、第２の排気導管７０が開かれた状態では、第１の排気導管６６は弁６８を介して閉鎖されてもよい。
【００３６】
排ガス試料採取システムは、１つのテストサイクルが排ガス源１７の作動で以て始まるように運転される。この時点では主容積ポンプ２４は試料ガスを、主圧送導管１８を通して圧送する。空気試料採取プローブ１５を介して空気通路１４から試料空気流が、空気試料導管３４を経て空気圧送ポンプ３６により収集袋３８へ移送される。同時に、排ガスと空気とから成る試料ガスが、１つまたは複数の試料採取プローブ２６を介して試料ガス圧送ポンプ４４により、試料ガス採取導管４６を通って１つまたは複数の試料ガス袋４８へ圧送される。この試料採取、つまり試料ガス流の採取は、臨界ベンチュリノズル３０，５０の使用に基づき、総体積流量に比例して行われる。第１の排気導管６６内の弁６８、第２の排気導管７０内の弁７２、および試料ガス分析導管５６内の流量調整器または切換弁５８は、この時点では閉じられているので、試料ガスが試料ガス袋４８から漏出する恐れはない。これに対応して、真空ポンプ７４と試料ガス圧送手段６０も非作動状態にある。
【００３７】
テストサイクルの終了と共に、試料ガス圧送ポンプ４４は停止される。付加的に、この第２ステップで試料ガス圧送手段６０が作動させられると共に切換弁５８が開かれて、試料ガスが試料ガス袋４８から試料ガス分析導管５６を通って分析器６４へ圧送される。このプロセスの最中も主容積ポンプ２４は、主圧送導管１８内に存在する残留排ガスを吸い込むために、引き続き作動している。
【００３８】
全ての分析が実施された後に次いで、試料ガス袋４８を第３ステップにおいて完全に空にせねばならない。このためには両弁６８，７２が開かれると共に真空ポンプ７４が接続され、これにより試料ガス袋４８内に存在する残留試料ガスが、両排気導管６６，７０を介して主圧送導管１８内へ流れ戻るようになっている。このとき、第２の排気導管７０内では真空ポンプ７４により、かつ第１の排気導管６６内では引き続き運転中の主容積ポンプ２４により、所要の圧力降下が生ぜしめられる。主容積ポンプ２４は、この時点では確かに引き続き空気を、エアフィルタ１２を介して主圧送導管１８内へ引き込んでいるが、特にエアフィルタ１２と主容積ポンプ２４との間の、各排気導管６６，７０の入口の上流側で主圧送通路１８内に配置されたベンチュリノズル３０によっても、排気導管６６を介して十分な圧力降下が生ぜしめられる。これは特に、主容積ポンプ２４の圧送量が、これまで使用されていた真空ポンプの何倍にもなるからである。この排気の後に、試料ガス袋４８は通常、導管８１を介して再度洗浄されてから、改めて排気される。もちろん、収集袋３８もやはり主圧送導管１８に接続して、試料ガス袋４８と同様に排気することも可能である。このためには、主圧送導管１８に直接に通じる別個の導管が、対応する弁と共に設けられるか、または収集袋３８が、排気導管６６，７０，７８のうちの１つまたは２つと流体接続されてもよい。
【００３９】
つまりこのシステムと付随する方法とによって、追加的な圧送手段を必要とすること無しに、試料ガス袋を空にするための大幅に短縮された排気時間が達成される。これにより、特に追加的な真空ポンプが省かれる場合には、設計変更を概ね追加支出無しで実施することができ、それどころか場合によってはコスト削減が可能である。袋を空にするための時間が減少し、ひいては真空ポンプの運転時間がより短く済むため、運転コストは、使用される排気導管が１つなのか、または２つなのか、ということに左右されない。
【００４０】
独立請求項の保護範囲内で様々な変更が可能であることは明らかである。特に、説明した実施形態に比べ、場合により第２の排気導管は完全に省かれてもよい。また、両排気導管を部分的に統合することもでき、これにより１つの調整弁が省かれてもよい。説明した構成に比べ、一般には複数の試料ガス袋が並行して、または順次充填される。明確に指摘しておくと、本発明による排ガス試料採取システムおよびこれに対応する方法は、１つの袋だけを用いた試料採取に限定されるものではない。一般にこの装置には、複数の試料ガス袋および／または複数の試料採取プローブが装備されており、これらは適当な数の弁および流量調整器を周知の形式で備えている。さらに、当該装置に設けられた排気する必要のある全ての試料袋、特に空気収集袋も、前記のように接続された排気導管を介して空にすることができる。
【図１】
0006602871.tif 000002