(57)【要約】【課題】露点計測方法において、結露が生成する箇所の実際の形状に則した結露センサを用いてガスの露点を正確に計測することを目的とする。【解決手段】測定対象ガスが流れる配管６中の結露を検出する結露センサ６からの信号と、測定対象ガスの温度を測定する温度センサからの信号とに基づいて測定対象ガスの露点を求める。【選択図】図１
2012002582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスの露点を計測する露点計測方法であって、
前記測定対象ガスが流れる配管中の結露を検出する結露センサからの信号と、前記測定対象ガスの温度を測定する温度センサからの信号とに基づいて前記測定対象ガスの露点を求めることを特徴とする露点計測方法。
【請求項２】
前記配管の温度を調節しながら前記測定対象ガスの露点を求めることを特徴とする請求項１記載の露点計測方法。
【請求項３】
前記結露センサは、
流体が流れる内部流路を有する配管形状に形状設定されると共に、
前記内部流路及び外壁面に露出する複数の導電領域と、前記導電領域同士を絶縁する絶縁領域とを有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の露点計測方法。
【請求項４】
測定対象ガスの露点を計測する露点計測装置であって、
前記測定対象ガスが流れる配管中の結露を検出する結露センサと、
前記測定対象ガスの温度を測定する温度センサと、
前記結露センサからの信号及び前記温度センサからの信号に基づいて前記測定対象ガスの露点を求める測定部と
を備えることを特徴とする露点計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露点計測方法及びその露点計測方法を用いた露点計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガスを利用する機器やガスと接する機会のある機器では、そのガスに接する機器の壁面温度とガスとの温度差に起因して壁面に結露が発生することがある。
例えば、上記機器が排気ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation）システム（以下、「ＥＧＲシステム」という（特許文献１参照）。）を組み込んだエンジンシステムの場合、排気ガスを取り込んだ吸気側の配管内において結露が発生する可能性がある。
排気ガスには、窒素酸化物 (ＮＯｘ)や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている。このため、結露の結果発生する結露液は、腐食性液体となり、配管を損傷する虞がある。
このため、このような結露する虞のある機器は、結露を生じさせない運転条件を計算により求め、その求められた条件を満たすように稼動することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−００８９７２号公報
【特許文献２】特開平６−１３００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、新たなエンジンシステムを組んだ場合には、エンジンの駆動環境や配管の設置環境が変化し、排気ガスの組成が変化する。排気ガスの組成が変化することは、排気ガスの露点が変化することを意味する。
このような排気ガスの露点の変化を把握するために、たとえば排気ガスの組成をガスクロマトグラフィや光学式計測装置で分析し、その分析結果に基づいて当該排気ガスの露点を算出する方法が考えられていた（特許文献２参照）。
しかしながら、このような方法では、ガスクロマトグラフィや光学式計測装置での分析結果に基づいて露点を算出するため、その算出過程が複雑であり、正確な露点を求めることはできない。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、露点が未知のガスの当該露点を正確に計測する露点計測方法及びそれを用いた露点計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００７】
第１の発明は、測定対象ガスの露点を計測する露点計測方法であって、上記測定対象ガスが流れる配管中の結露を検出する結露センサからの信号と、上記測定対象ガスの温度を測定する温度センサからの信号とに基づいて上記測定対象ガスの露点を求めるという構成を採用する。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記配管の温度を調節しながら上記測定対象ガスの露点を求めるという構成を採用する。
【０００９】
第３の発明は、上記第１または２の発明において、上記結露センサは、流体が流れる内部流路を有する配管形状に形状設定されると共に、上記内部流路及び外壁面に露出する複数の導電領域と、上記導電領域同士を絶縁する絶縁領域とを有するという構成を採用する。
【００１０】
第４の発明は、測定対象ガスの露点を計測する露点計測装置であって、上記測定対象ガスが流れる配管中の結露を検出する結露センサと、上記測定対象ガスの温度を測定する温度センサと、上記結露センサからの信号及び上記温度センサからの信号に基づいて上記測定対象ガスの露点を求める測定部とを備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定対象ガスが流れる配管中の結露を検出する結露センサからの信号及び測定対象ガスの温度を測定する温度センサからの信号に基づいて測定対象ガスの露点を求めることができるので、実際の機器に即した状態で露点を求めることができる。そして、求められた露点情報は機器の設計に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における露点計測方法を用いてテスト装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における露点計測方法で用いる結露センサの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態に係る露点計測方法について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る露点計測方法を用いて露点の計測を行うテスト装置Ｔの概略構成図である。このＥＧＲシステムのテスト装置Ｔは、ＥＧＲシステムを含み、エンジン１と、ターボチャージャ２と、温度調節装置３と、温度計４ａ，４ｂと、測定部５と、結露センサ６とを備えている。
【００１５】
エンジン１は、ガソリンエンジン又はジーゼルエンジンの内燃機関であり、ターボチャージャ２は、回転軸の一方側にコンプレッサ２ａを備えると共に、その回転軸の他方側にタービン２ｂを備えて構成されている。
コンプレッサ２ａは、エンジン１の吸気側に接続されている吸気管７と接続され、タービン２ｂは、エンジン１の排気側に接続されている排気管８と接続されている。これら吸気管７及び排気管８には、ターボチャージャ２を迂回する形で再循環管９が接続されている。また、吸気管７の再循環管９が接続している箇所及びコンプレッサ２ａの設備されている箇所の間には、結露センサ６が接続されている。この結露センサ６については、後に図面を用いて詳述する。
なお、実際のテスト装置Ｔには、図１に示される部材以外に、エアークリーナやインタークーラ等の部材が設けられているが、ここでは図面を簡略化するために省略されている。
【００１６】
温度調節装置３は、結露センサ６の外周囲に設けられており、気体又は液体からなる熱媒体が通過できるように構成されていて、結露センサ６を設定温度に調整し、結露センサ６内を流れるガス（測定対象ガス）の温度を調整できるように構成されている。
【００１７】
温度計４ａ，４ｂは、熱伝対型の温度計からなり、温度調節装置３及び結露センサ６を挟んで配置されており、吸気管７にそれぞれ取り付けられている。そして、温度計４ａ，４ｂは吸気管７内のガス温度を測定する。
【００１８】
測定部５は、図示しないが、結露センサ６に対して所定の電圧を供給する電源供給回路、その結露センサから出力された電流信号に基づいて結露の有無を検出する演算処理回路（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
【００１９】
結露センサ６について、図２を用いて説明する。図２の（ａ）は結露センサ６の正面図であり、（ｂ）はその右側面図である。この結露センサ６は、本発明の導電領域に相当する導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、本発明の絶縁領域に相当する絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとから構成されている。
【００２０】
各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、外形形状が細長いＳＵＳ等の導電性の板材からなり、その板材の短辺側が円弧状に構成されている。そして、これら各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの円弧は、各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの短辺側を円弧に沿って並べたときに、予め定められた直径を有する円を呈するように決められている（図２（ａ）参照）。したがって、各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの短辺側を円弧に沿って並べたときには、長さが板材の長辺の長さに等しい円筒が形成される（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
各絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、外形形状が細長い合成樹脂製等の電気絶縁性の板材からなる。その長さは、各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの長さに等しく、その短辺側の幅は、各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの円弧状の短辺の長さより十分に小さく、その高さ（厚さ）は、各導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの厚さに等しく形成されている。各絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの短辺側の幅は、検出される結露の大きさによって決められ、その幅が小さくなるほど、小さい結露も検出することができる。
【００２２】
導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配置関係は、導体部と絶縁部とが交互になるように接着材等を用いて気密状態で組み合わされる。
すなわち、絶縁部１１ａは、その長手方向の両側面に導体部１０ａ，１０ｂの長手方向の側面がそれぞれ当接し、かつ、絶縁部１１ａの短辺側の両端面が導体部１０ａ，１０ｂの短辺の両端面にそれぞれ一致するように設けられる。
同様にして、絶縁部１１ｂは、導体部１０ｂ，１０ｃ間に配設され、絶縁部１１ｃは、導体部１０ｃ，１０ｄに配設され、そして、絶縁部１１ｄは、導体部１０ｄ，１０ａに配設される。
このような導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配置により、その内部には、ガス流体の流れる内部流路を有する配管形状が形成される。
なお、本発明で「導電領域同士を絶縁する絶縁領域」というときは、互いに隣接する導体部を電気的に絶縁する領域ということを意味している。
【００２３】
上記導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからなる円筒状の結露センサ６は、少なくとも、その円筒状の内径形状が図１における吸気管４の結露検出箇所の内径形状に合致するように決められている。図１において、結露検出箇所は、吸気管４の直線部分に設定されているので、結露センサ６の内径形状も吸気管４の直線部分に合わせて形成されている。したがって、結露検出箇所がエルボ等の湾曲状のときは、その湾曲に合わせて形成される。
【００２４】
上記構成からなる結露センサ６の結露検出原理を図２（ａ）を用いて説明する。導体部１０ａ，１０ｂ間、導体部１０ｂ，１０ｃ間、導体部１０ｃ，１０ｄ間及び導体部１０ｄ，１０ａ間の外側には、電流計Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４がそれぞれ接続されている。そして、これらの電流計Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、測定部５と電気的に接続されている。また、図示しないが、導体部１０ａ，１０ｂ間、導体部１０ｂ，１０ｃ間、導体部１０ｃ，１０ｄ間及び導体部１０ｄ，１０ａ間には、図示しない電源回路から予め設定された電圧が順次印加される。
【００２５】
結露センサ６の内側は、結露検出に先立って結露液Ｌの生成されていない状態に保たれる。この状態は、結露成分を含まない乾燥ガスを結露センサ６の内側に通過させることにより得られる。
次いで、結露センサ６の内側にガス（本発明の「測定対象ガス」に相当している。）が流れると、結露センサ６の内壁面には、その内壁面にガスが接触したときに生じる温度低下等の一定の条件の下に結露が生じ、結露液Ｌが生成される。
【００２６】
そして、生成された結露液Ｌが絶縁部１１ａ上に存在すると、導体部１０ａ，１０ｂ間の電気絶縁が破壊され、電流計Ａ１には、所定の電流値が表示される。したがって、電流計Ａ１が所定の電流値を検出したときは、導体部１０ａ，１０ｂ間に結露液Ｌが生成されたことが分かる。また、この検出される電流値は、生成される結露液Ｌの大きさ、すなわち、濡れ面積に比例することが分かっているので、電流値によって結露液Ｌの大きさも推定することができる。
【００２７】
同様にして、絶縁部１１ｂ上に生成される結露液Ｌが電流計Ａ２によって検出され、絶縁部１１ｃ上に生成される結露液Ｌが電流計Ａ３によって検出され、そして、絶縁部１１ｄ上に生成される結露液Ｌが電流計Ａ４によって検出される。
【００２８】
なお、各導体部に印加する電源は、直流又は交流のいずれも選択することができるが、交流電源の場合は、測定されたインピーダンスにより結露液Ｌの液抵抗を推定できる可能性を有している。
また、この例では、各導体部間に、電源回路から所定の電圧がそれぞれ印加されるようにしたが、導体部を異種金属で構成してガルバニック対を形成し、電圧の供給を省略するようにしてもよい。例えば、導体部１０ａ，１０ｃの金属と、導体部１０ｂ，１０ａの金属とを異なるようにしてもよい。
【００２９】
なお、上記結露センサ６は、４個の導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び４個の絶縁部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄから構成されているが、４個以上の導体部及び絶縁部で構成することができる。これらの個数が増えるほど、きめ細やかな結露検出が可能となる。
【００３０】
なお、図１に示す結露センサ６の設置位置は一例であり、他の配管の一部として結露センサＳ１を設置しても良い。また、図１に示すテスト装置Ｔの構成も一例であり、他の装置構成を採用していても良い。
そして、本実施形態においては、本発明の露点計測装置は、温度調節装置３と、温度計４ａ，４ｂと、測定部５と、結露センサ６とによって構成されている。
【００３１】
上記構成からなるテスト装置Ｔを用いてエンジン１の結露検出の実験を行なうには、エンジン１を駆動し、吸気管４中に設けられているスロットルバルブＶ１、排気管５中のタービン２ｂを迂回する形で設けられているバイパス路中のバルブ（ウエイトゲート）Ｖ２、及び、再循環管６中に設けられているバルブＶ３の開度が調整される。さらに、温度調節装置３への通過熱媒体の調整により、結露センサ６の温度が設定される。この設定される温度は、エンジン１の置かれる夏場や冬場、あるいは寒冷地仕様等の環境を想定して行なわれる（後述する表１の「配管温度」参照）。
【００３２】
上記各Ｖ１〜Ｖ３の開度調整や温度調節装置３の温度等の条件を変化させてエンジン１が駆動されると、結露センサ６の管内壁面には、排出ガス中の含まれているＮＯｘやＳＯｘ等の成分を含む腐食性液体が結露することがある。結露が生じたことが検出されると、そのときの温度が吸気管４を流れるガスの露点と判定される。
表１は、エンジン１に供給される燃料の種類、ＥＧＲ率及び燃焼効率毎に、結露センサ６の温度（表１において「配管温度」）を所定温度に変化させたとき結露の有無を示している。
【００３３】
【表１】
2012002582.tif 000003
【００３４】
そして、表１から分かるように、燃料が「Ａ」で、ＥＧＲ率１０％及び燃焼効率８０％の運転条件のときの露点は２５℃であり、燃料が「Ａ」で、ＥＧＲ率２０％及び燃焼効率７０％の運転条件のときの露点は５０℃であると計測される。この計測された露点は、運転条件とガスによる腐食のリスクの相関関係を予見することができるので、適切なＥＧＲ率を設定することが可能となる。なお、表１に示すように、他の燃料（例えば「Ｂ」、「Ｃ」）のＥＧＲ率、燃料効率ごとに広範囲の露点情報を得ておくとよい。
【００３５】
以上のような本実施形態の露点計測方法及び露点計測装置によれば、ガスが流れる配管中の結露を検出する結露センサ６からの信号及びガスの温度を測定する温度センサ４ａからの信号に基づいてガスの露点を求めることができるので、実際の機器に即した状態で露点を求めることができる。そして、求められた露点情報は機器の設計に利用することができる。
【００３６】
また、上述の露点計測方法においては、結露センサ６の温度を調節しながら、測定対象ガスの露点を計測している。このため、容易に測定対象ガスの露点を見つけることが可能となる。
【００３７】
また、上記露点計測方法で用いられる結露センサ６は、ガスが流れる内部流路を有する配管形状に形状設定されている。このため、上述のようにテスト装置Ｔの配管の一部に結露センサ６を組み込んでテストを行うことができ、実際の運転状態における結露の有無を正確に検出することが可能となる。
また、結露センサ６が備える導体部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、結露センサ６の外壁面に露出している。このため、結露センサ６の外側から配線を接続することができ、ガスの流れを阻害することなく配線の引き廻しを行うことが可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態の結露センサ６は、さらには結露センサ６の外側から配線を接続することができるため、内部流路の径は、閉塞しない範囲で極限まで小さくすることが可能である。つまり、上記実施形態の結露センサ６は、小型化に向いており、従来結露の検出ができなかった小径の配管において結露の検出を可能とする。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態においては、配管形状の結露センサ６を用いて結露の検出を行う構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＡＣＭセンサを結露センサとして配管内に貼着して配管における結露を検出するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４１】
Ｔ……テスト装置、１……エンジン、２……ターボチャージャ、３……温度調節装置、４ａ，４ｂ……温度計（露点計測装置）、５……測定部（露点計測装置）、６……結露センサ（露点計測装置）、７……吸気管、８……排気管、９……再循環管、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ……導体部（導電領域）、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ……絶縁部（絶縁領域）、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４……電流計、Ｌ……結露液
【図１】
2012002582.tif 000004
【図２】
2012002582.tif 000005