JPH04331352A - パーティキュレート分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン排
気ガス中のパーティキュレート（すす等の微粒子状物質
）を定量分析するパーティキュレート分析装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン排気ガス中のパーテ
ィキュレートの測定方法としては、図３に示すように、
ディーゼルエンジン２５から排出される高温排気ガスを
ダイリューショントンネル２６等のガス流路中に定量供
給し、このダイリューショントンネル２６の下流部から
分岐管２７を経て一定流量導出される排気ガスに含まれ
るパーティキュレートを、分岐管２７に介装した捕集フ
ィルタ２９によって捕集し、そのフィルタ２９を精密天
秤等で秤量してパーティキュレート捕集前のフィルタ２
９との重量差に基づき定量分析を行うフィルタ捕集法が
一般に知られている。

【０００３】なお、上記ダイリューショントンネル２６
は、その上流部から導入される排気ガスを、エアフィル
タ２４を介して外部から導入される常温エアにより希釈
および冷却するためのトンネルである。このダイリュー
ショントンネル２６の下流側には、一定流量Ｑ０　の吸
引および排気を行うＣＶＳ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｖｏｌ
ｕｍｅ　Ｓａｍｐｌｅｒ　）装置２８が接続されている
。

【０００４】このフィルタ捕集方法の場合、フィルタ２
９に吸着した水分が測定誤差として大きく影響するため
、フィルタ２９中の水分のみを取り除く温度での加熱処
理が必要である。また、パーティキュレート中には通常
有機溶媒に溶解するｓｏｆ（ｓｏｌｕｂｌｅ　ｏｒｇａ
ｎ−ｉｃ　ｆｒａｃｔｉｏｎ）と称される揮発性ＨＣ成
分、ｄｓ（ｄｒｙ　ｓｏｏｔ）　と称されるＣ（すす）
成分、硫化塩（ｓｕｌｆａｔｅ　）等が含まれており、
ｓｏｆは有機溶媒抽出、硫化塩は蒸留水またはイオンク
ロマト用溶離液によって抽出測定しなければならない。 そのため、上記方法では、全測定を完了するのに数時間
を要すると共に、作業自体に高度の熟練が要求され、分
析結果に個人差が生じる。

【０００５】そこで、これに代わる方法として、ディー
ゼルエンジンからの排気ガスが定量供給される流路に設
置されて排気ガス中のパーティキュレートを捕集したフ
ィルタ２９を、図４に示すように、加熱炉３０内で段階
的に昇温加熱して前記パーティキュレート中のＨＣ，Ｃ
，Ｓを燃焼させ、その燃焼ガスを酸化触媒３１に接触さ
せた後、分析計３２に導いて分析する方法が提案されて
いる。 図４において、分析計３２で検出された燃焼ガスの検出
信号は、プリアンプ３３で増幅されて演算部３４に入力
され、その入力信号に基づきパーティキュレート中のＨ
Ｃ，Ｃ，Ｓの重量が演算部３４で演算される。この方法
の場合、フィルタ設置後の処理を自動化できるので、測
定の所要時間を短縮化でき、分析結果の個人差もある程
度解消できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法の場
合でも、パーティキュレート捕集後のフィルタ２９を、
排気ガス流路から取り出して加熱炉３０に設置するとい
った作業は人手によって行う必要がある。このため、そ
の作業の途中でフィルタ２９にパーティキュレート以外
の不純物が付着する可能性が非常に高く、その不純物が
分析結果の誤差要因となるという問題点があった。

【０００７】また、各測定時点ごとにフィルタの設置作
業を行わなければならないので、ディーゼルエンジンか
ら排出される排気ガスに対して連続的に測定することが
できないという問題点も有する。さらに、この方法の場
合にも人手による作業が介在するので、分析結果に個人
差が生じるのを回避できないという問題点も残る。

【０００８】上記の従来欠点に鑑み、本発明は、個人差
や不純物などの誤差要因が介在せず、自動的かつ連続的
に測定できるパーティキュレート分析装置を提供せんと
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、エアを導入するベンチュリ管を上流部
に設け、このベンチュリ管のスロート部にディーゼルエ
ンジンからの排気ガスの一部を導入するサンプル導入管
を接続して、エアによる希釈排気ガスをポンプで吸引し
定流量供給するようにしたサンプル流路と、このサンプ
ル流路の途中を連続的に横切るように一定速度で繰り出
され排気ガス中のパーティキュレートを捕集するテープ
状フィルタと、前記サンプル流路を横切ってきたテープ
状フィルタを連続的に前記繰り出し速度と同じ速度で通
過させながら加熱して、捕集されたパーティキュレート
中のＨＣ，Ｃ，Ｓを燃焼させる加熱燃焼炉と、この加熱
燃焼炉による燃焼ガスを分析する分析計とを備えたこと
を特徴としている。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、テープ状フィルタを排気
ガスの供給部であるサンプル流路から加熱燃焼炉へと定
速移動させることによって、パーティキュレートの定量
分析を連続的に行うことができ、人手によるフィルタの
設置などの作業を省力化できる。サンプル流路には、そ
のベンチュリ管からのエアの導入に伴って、ベンチュリ
管のスロート部に接続されたサンプル導入管からディー
ゼルエンジンの排気ガスの一部が導入されるので、凹凸
の少ない流路を通じて排気ガスの一部を定流量供給でき
、流路の途中でパーティキュレートの一部が捕捉される
のを抑えることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係るパーティキュレート分析装置
の構成を概略的に示す模式図である。同図において、テ
ープ状フィルタ１はディーゼルエンジン４から排出され
る排気ガス中のパーティキュレートを捕集するためのも
のであり、例えば石英繊維からなり、予め巻き付けられ
ているローダ側ロール２から一定速度で繰り出されてア
ンローダ側ロール３へと巻き取られる。

【００１２】上記テープ状フィルタ１の移動経路の途中
には、ディーゼルエンジン４から排出される排気ガスの
一部を、テープ状フィルタ１に定量供給するサンプル流
路５が、テープ状フィルタ１と交差するように配置され
ている。

【００１３】このサンプル流路５の上流側は、その一端
が図示しないエアフィルタ等を介して外気に開放された
ベンチュリ管６からなり、ベンチュリ管６のスロート部
６ａにはディーゼルエンジン４からの排気ガスの一部を
導入するサンプル導入管７が接続されている。なお、こ
れらの部材は、静電気を帯びない、例えばステンレスス
チール等の金属材料で構成することが望ましい。

【００１４】また、サンプル流路５の、テープ状フィル
タ１との交差部よりも下流側には吸引ポンプ８が設けら
れ、ベンチュリ管６から取り込まれるエアと、サンプル
導入管７から導入される排気ガスと、後述するパージエ
アの一部とを混合したガスが吸引ポンプ８によって吸引
排気される。

【００１５】さらに、サンプル流路５の、テープ状フィ
ルタ１との交差部とベンチュリ管６との間には、サンプ
ル導入管７から導入される排気ガスをベンチュリ管６か
ら取り込まれるエアで希釈・冷却するための希釈トンネ
ル９が介装されている。

【００１６】サンプル流路５のテープ状フィルタ１との
交差部では、サンプル流路５を横切ってテープ状フィル
タ１の移動が可能となるように、サンプル流路５は分断
されている。

【００１７】この分断部分から排気ガスが流路外に漏出
しないように、サンプル流路５の分断部分はシール用空
室１０で取り囲まれている。この空室１０には、テープ
状フィルタ１の通過を許容する入口１０ａおよび出口１
０ｂと、排気ガスの漏出を阻止するエアカーテンとなる
パージエアを導入するためのエア導入口１０ｃとが設け
られている。なお、エアカーテンによるシール部は、極
力沿面距離を長くし、テープ状フィルタ１の通過を許容
するギャップを可能な限り狭く（テープ状フィルタ１の
厚みの１．１　〜１．５　倍程度）することが望ましい
。

【００１８】シール用空室１０のエア導入口１０ｃから
導入されるパージエアの供給流量Ｑｐ１は、シール用空
室５内において当該パージエアの圧力がサンプル流路５
内のガスの圧力を上回るように、つまりサンプル流路５
のガスが空室１０に漏出しないように定められる。

【００１９】また、サンプル流路５の下流側の吸引ポン
プ８による排気流量Ｑｂ　は一定となるように定められ
る。すなわち、ディーゼルエンジンからサンプル流路５
に供給される希釈排気ガスの一定流量をＱｓ　とした場
合、吸引ポンプ８による排気流量Ｑｂ　は、Ｑｂ　＝Ｑ
ｓ　＋ΔＱｐ１ となる。ただし、ΔＱｐ１は、パージエアのうちサンプ
ル流路５内に流入する流量（一定）を表す。

【００２０】テープ状フィルタ１の移動経路の、前記サ
ンプル流路５交差部よりも下手側の途中には、パージ部
１１が配置される。このパージ部１１は、テープ状フィ
ルタ１にＮ２　やボンベエア等ＣＯ，ＣＯ２　，ＨＣの
不純物が少ないガスを吹きつけて、テープ状フィルタ１
で捕集された物質のうちから、パーティキュレート以外
の物質であるＣＯ，ＣＯ２　，ＨＣ等のガス成分と、フ
ィルタ１に吸着されている水分とを取り除くためのもの
である。

【００２１】さらに、テープ状フィルタ１の移動経路の
、前記パージ部１１よりも下手側の途中には、テープ状
フィルタ１の通過を許容してフィルタ１を加熱する加熱
燃焼炉１２が配置される。この加熱燃焼炉１２には、赤
外反射炉やＣＯ２　レーザ等からなる加熱源１３からの
輻射熱を透過させる窓１２ａと、加熱燃焼炉１２内にＯ
２　またはエアを担体ガスあるいはパージガスとして供
給するための給気口１２ｂ，１２ｃが設けられている。 担体ガスは加熱燃焼炉１２内をＯ２　雰囲気にするガス
であり、パージガスは加熱燃焼炉１２のフィルタ出入口
をシールするガスである。

【００２２】また、加熱燃焼炉１２の、テープ状フィル
タ１通過部を挟んで上記給気口１２ｂ，１２ｃと対向す
る側には、加熱燃焼炉１２で生成される燃焼ガスを吸引
する吸気路１４が接続されている。この吸気路１４の途
中には、酸化触媒部１５が介装されている。この酸化触
媒部１５は、例えばアルミナ担体に白金をコーティング
した酸化触媒を石英管内に充填したものからなり、その
内部は約　６００〜８００　℃程度に加熱されている。

【００２３】吸気路１４の下流側には、定量採取用のＣ
ＶＳ装置１６と吸引ポンプ１７とが接続されていて、こ
れにより加熱燃焼炉１２中から吸気路１４を経て一定流
量Ｑｍ　の燃焼ガスが採取される。例えば、加熱燃焼炉
１２の給気口１２ｂから一定流量Ｑｃ　の担体ガスが、
また給気口１２ｃから一定流量Ｑｐ２のパージガスが炉
内に供給されるものとすると、加熱燃焼炉８から採取さ
れる燃焼ガスの流量Ｑｍ　は、 Ｑｍ　＝Ｑｃ　＋ΔＱｐ２ となる。ただし、ΔＱｐ２は、炉内に供給されるパージ
ガスのうち吸気路１０に流入する流量（一定）を表す。

【００２４】吸引ポンプ１７の下流側には、採取された
燃焼ガスの成分濃度を検出するための例えば非分散型赤
外線ガス分析計（以下、ＮＤＩＲと呼ぶ）１８が設けら
れる。このＮＤＩＲ１８は、例えばＨ２　Ｏ，ＣＯ２　
，ＳＯ２　等のガスを同時に検出するためのＨ２　Ｏ検
出器、ＣＯ２　検出器、ＳＯ２　検出器（図示せず）を
互いに光学的に直列または並列に配置して構成されてい
る。

【００２５】ＮＤＩＲ１８の次段には、ＮＤＩＲ１８の
各検出器による検出信号をそれぞれ増幅するプリアンプ
１９，２０，２１が接続され、さらにその次段には増幅
された各検出信号を入力して、これらの検出信号に基づ
き燃焼ガスＨ２　Ｏ，ＣＯ２　，ＳＯ２　の各ガス濃度
をＨＣ，Ｃ，Ｓの重量に換算する演算を行う演算回路２
２が接続されている。

【００２６】次に、上記分析装置によるパーティキュレ
ートの定量分析動作について説明する。ローダ側ロール
２から繰り出されるテープ状フィルタ１は一定速度でア
ンローダ側ロール３へと巻き取られる。これにより、テ
ープ状フィルタ１は、サンプル流路５、パージ部１１お
よび加熱燃焼炉１２をこれらの配置順序にしたがって通
過する。サンプル流路５を横切るとき、ディーゼルエン
ジン４からサンプル流路５を経て供給されてくる定流量
Ｑｓ　の希釈された排気ガスがテープ状フィルタ１を透
過する。その結果、テープ状フィルタ１に排気ガス中の
パーティキュレートが捕集される。

【００２７】なお、サンプル流路５のベンチュリ管６で
は、その開放端から取り込まれる定流量エアに対して一
定割合の流量の排気ガスがサンプル導入管７を経てディ
ーゼルエンジン４から導入される。その結果、サンプル
流路５には、エアで希釈された一定流量Ｑｓ　の排気ガ
スが供給されることになる。図２は、上記ベンチュリ管
６の開放端から取り込まれるエア流量と、サンプル導入
管７から導入される排気ガスのサンプル流量との対比関
係を示すグラフであり、その関係曲線はベンチュリ管６
や、そのスロート部６ａに接続されるサンプル導入管７
の構造・寸法を変えることによって、曲線（イ），（ロ
），（ハ）のように任意に設定することができる。

【００２８】上記エア流量と、排気ガスのサンプル流量
との比は、実施例のようにディーゼルエンジン４から排
出された排気ガスを直接サンプリングする場合には、１
０：１程度とするのが望ましい。また、ディーゼルエン
ジン４からの排気ガスの全量を、例えば図３で示したよ
うなダイリューショントンネル２６で希釈した後、サン
プリングする場合には、２：１ないし３：１程度とする
のが望ましい。

【００２９】なお、サンプル流路５としては、吸引ポン
プ、定圧レギュレータ、キャピラリ等を接続して構成し
たり、流路にニードルバルブ、流量検出器を設け、流量
検出器が検出する流量に応じてポンプの回転数やニード
ルバルブの開度をコントローラで制御することによって
定流量供給するといった構成のものが一般的である。

【００３０】ちなみに、上記サンプル流路５として、こ
のような一般的な構成のものを採用した場合には、流路
に凹凸が多いので、その凹凸部に排気ガス中のパーティ
キュレートの一部が捕捉されてしまい、測定精度を低下
させる一因となるという不具合が生じる。これに対して
、実施例のサンプル流路５の構成では、流路の凹凸部が
少なくなるので、パーティキュレートが途中で捕捉され
るのを充分回避できる。

【００３１】また、この実施例では、ベンチュリ管６の
下流部に設けられた希釈トンネル９によって排気ガスが
希釈・冷却されるので、図３で示したディーゼルエンジ
ン２５からの排気ガスの全量をダイリューショントンネ
ル２６で希釈・冷却する場合の分析データとの間に相関
のある分析結果を得ることができる。

【００３２】さて、パーティキュレートを捕集したテー
プ状フィルタ１がサンプル流路５との交差部を過ぎてパ
ージ部１１に差し掛かると、テープ状フィルタ１に対し
てＮ２　などのガスが吹きつけられ、これによってテー
プ状フィルタ１に捕集された物質のうちから、パーティ
キュレート以外の物質であるＣＯ，ＣＯ２　，ＨＣ等の
ガス成分と、フィルタ１に吸着されている水分とが除去
される。

【００３３】次に、加熱燃焼炉８に差し掛かると、テー
プ状フィルタ１はＯ２　雰囲気中で加熱される。これに
より、テープ状フィルタ１に付着しているパーティキュ
レートが燃焼し、ＣＯ２　，Ｈ２　Ｏ，ＳＯ２　などの
燃焼ガスに変化する。この燃焼ガスは吸気路１４に吸引
され、酸化触媒部１５を経てＮＤＩＲ１８へと定流量供
給される。その燃焼ガスの中に、加熱燃焼炉１２で不完
全燃焼であったＣＯ，ＨＣが含まれる場合でも、これら
のガスは途中の酸化触媒部１５において完全燃焼しＣＯ
２　，Ｈ２　Ｏとなる。

【００３４】酸化触媒部１５を経て完全にＣＯ２　，Ｈ
２　Ｏ，ＳＯ２　となった各燃焼ガスは、ＮＤＩＲ１８
の各検出器によってそれぞれ検出される。その検出信号
はそれぞれ対応するプリアンプ１９，２０，２１で増幅
されて演算回路２２に入力され、ここでＨＣ，Ｃ，Ｓの
重量（ｍｇ）に換算される。

【００３５】ところで、テープ状フィルタ１がサンプル
流路５を横切ってから、加熱燃焼炉１２を通過するまで
の所要時間をｔとすると、演算回路２２で得られるパー
ティキュレートの分析結果は、その分析時点よりも時間
ｔだけ前に遡った時点にサンプル流路５に供給された排
気ガスに対するデータとなる。すなわち、この場合、分
析結果には時間ｔだけの遅れが生じる。そこで、分析結
果を解析する場合には、この時間遅れを考慮して分析デ
ータと排気ガスとを対応付ければよい。

【００３６】なお、本実施例では、分析計として非分散
型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）１８を用いた場合につ
いて説明したが、これに限らず、例えば熱伝導度型分析
計（ＴＣＤ）等を用いてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、上述した構成より成り、テー
プ状フィルタを、ディーゼルエンジンからの排気ガスを
定流量供給するサンプル流路、およびフィルタに付着し
たパーティキュレートをＯ２　雰囲気下で燃焼させる加
熱燃焼炉のそれぞれに、これらの順序で一定速度により
通過させ、加熱燃焼炉での燃焼ガスを分析計で分析する
ようにしているので、フィルタの設置等の人手による作
業が不要で、自動的かつ連続的な測定が可能となる。ま
た、サンプル流路は、そのベンチュリ管からのエアの定
流量吸引に伴って、ベンチュリ管のスロート部に接続さ
れたサンプル導入管からディーゼルエンジンの排気ガス
の一部を一定流量導入するようにしているので、凹凸の
少ない流路を通じて排気ガスの一部を定流量供給でき、
流路の途中でパーティキュレートの一部が捕捉されてし
まうことがなく、精度の高い測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のパーティキュレート分析装置
の概要を模式的に示す図である。

【図２】実施例のパーティキュレート分析装置のサンプ
ル流路に供給されるエア流量と排気ガスのサンプル流量
との対比関係を示すグラフである。

【図３】フィルタでパーティキュレートを採取する従来
の装置の概要を模式的に示す図である。

【図４】フィルタに捕集したパーティキュレートに基づ
きパーティキュレートの定量分析を行う測定系の一例を
模式的に示す図である。

【符号の説明】

１…テープ状フィルタ、５…サンプル流路、６…ベンチ
ュリ管、６ａ…スロート部、７…サンプル導入管、８…
ポンプ、１２…加熱燃焼炉、１８…分析計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エアを導入するベンチュリ管を上流部
   に設け、このベンチュリ管のスロート部にディーゼルエ
   ンジンからの排気ガスの一部を導入するサンプル導入管
   を接続して、エアによる希釈排気ガスをポンプで吸引し
   定流量供給するようにしたサンプル流路と、このサンプ
   ル流路の途中を連続的に横切るように一定速度で繰り出
   され排気ガス中のパーティキュレートを捕集するテープ
   状フィルタと、前記サンプル流路を横切ってきたテープ
   状フィルタを連続的に前記繰り出し速度と同じ速度で通
   過させながら加熱して、捕集されたパーティキュレート
   中のＨＣ，Ｃ，Ｓを燃焼させる加熱燃焼炉と、この加熱
   燃焼炉による燃焼ガスを分析する分析計とを備えたこと
   を特徴とするパーティキュレート分析装置。