JP2013242273A

JP2013242273A - 排ガス分析装置

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Publication number: JP2013242273A
Application number: JP2012117042A
Authority: JP
Inventors: Masaru Miyai; 優宮井; Tomoyuki Yoshimura; 友志吉村; Manabu Ito; 学伊藤
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: CN108519461A; US20130312615A1; JP5795284B2; EP2667174B1; EP2667174A2; CN108519461B; EP2667174A3; CN103424511A; US9468877B2

Abstract

【課題】エンジンが設置されたテスト室にわざわざ移動してフィルタを交換する作業を殆ど不要にしつつ、エンジンの排ガスを連続測定を可能にする。
【解決手段】第１フィルタ５が設けられた第１フィルタ流路４１と、第２フィルタ７が設けられた第２フィルタ流路４２と、第１フィルタ５又は第２フィルタ７を通過した排ガスを分析するための排ガス分析部３と、第１フィルタ流路４１又は第２フィルタ流路４２を切り替える流路切り替え機構９と、各フィルタ流路４１、４２のフィルタ５、７にパージガスをパルス供給するパルスパージ機構１０とを備え、排ガスが流れている一方のフィルタ流路に設けられたフィルタの上流側及び下流側の圧力差が所定値以上となった場合に、他方のフィルタ流路に切り替えるとともに、当該一方のフィルタ流路に設けられたフィルタにパージガスをパルス供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両等のエンジン等の内燃機関又は蒸気タービンなどの外燃機関から排出される排ガスを分析するための排ガス分析システムに関するものである。

従来の排ガス分析装置としては、特許文献１に示すように、テスト室に設置されたエンジンから排出される排ガスを導入する導入路に、当該排ガスに含まれる塵や煤等を除去するための除塵フィルタが設けられている。この除塵フィルタは、塵や煤等が付着して目詰まりしてしまうため、定期的（例えば８時間おき等）に交換する必要がある。

しかしながら、除塵フィルタはテスト室に配置されることが多く、ユーザはわざわざテスト室に入って除塵フィルタを交換する必要がある。ここで、テスト室は、車両等のエンジンの起動によって高温となっているだけでなく、除塵フィルタが高温となるエンジン又は排気管の近傍に配置されており、除塵フィルタの交換作業は、高温環境下で行う必要があり、ユーザの負担が大きい。また、除塵フィルタの交換作業は、高温となるエンジン又は排気管の近傍での作業となり危険である。なお、除塵フィルタの交換作業を、エンジン又は排気管の温度が下がってから行うことも考えられるが、そうすると、次の排ガス測定に取り掛かるまでの時間が長くなってしまう。

一方、近年では、車両等のエンジンの連続測定（例えば２４時間連続測定や４８時間連続測定等）の要求がある。ところが、上記の通り、除塵フィルタを交換するために連続測定を一旦停止する必要があるため、所望の連続測定を行うことが難しいという問題がある。

特開２００６−１５３７４６号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、例えばエンジンが設置されたテスト室等のフィルタ設置場所に移動してフィルタを交換する作業を殆ど不要にするとともに、当該エンジンから排出される排ガスの連続測定を可能にすることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る排ガス分析装置は、排ガスを分析する排ガス分析装置であって、前記排ガスが導通する第１フィルタ及び当該第１フィルタの詰まりを検知するための第１センサが設けられた第１フィルタ流路と、前記排ガスが導通する第２フィルタ及び当該第２フィルタの詰まりを検知するための第２センサが設けられた第２フィルタ流路と、前記第１フィルタ又は前記第２フィルタを通過した排ガスを分析するための排ガス分析部と、前記排ガスを前記第１フィルタ流路又は前記第２フィルタ流路に選択的に流す流路切り替え機構と、前記各フィルタ流路に設けられて、前記各フィルタにパージガスをパルス供給するパルスパージ機構とを備え、前記流路切り替え機構によって排ガスが流れている一方のフィルタ流路に設けられたセンサの出力値が所定範囲外となった場合に、前記流路切り替え機構によって前記排ガスが流れるフィルタ流路を他方のフィルタ流路に切り替えるとともに、前記一方のフィルタ流路に設けられたフィルタに前記パルスパージ機構によって前記パージガスをパルス供給することを特徴とする。

このようなものであれば、排ガスが流れている一方のフィルタ流路に設けられたフィルタが目詰まり等によりセンサの出力値が所定範囲外となった場合に、排ガスが流れるフィルタ流路を他方のフィルタ流路に切り替えるので、排ガスの連続測定が可能となる。また、他方のフィルタに切り替えた後に、目詰まり等を生じて洗浄が必要な一方のフィルタにパージガスをパルス供給しているため、当該一方のフィルタを交換することなく、洗浄して再生させることができる。このように第１フィルタ及び第２フィルタを順次切り替えることで、フィルタ交換のために測定を停止させる必要が無く、連続測定が可能となる。さらに、パルスパージ機構がパージガスをパルス供給することにより、パルスパージ機構の圧縮機の容量を大きくすることなく、高圧ガスを効率良くフィルタに供給することができる。

ここでフィルタ流路（第１フィルタ流路、第２フィルタ流路）に設けられるセンサ（第１センサ、第２センサ）としては、例えば（１）フィルタの上流側及び下流側の圧力差を検知する圧力センサ、（２）フィルタの上流側又は下流側の一方の圧力を検知する圧力センサ、（３）フィルタを流れる流量を検知する流量センサ、又は、（４）フィルタの上流側又は下流側の一方の圧力を検知する圧力センサとフィルタを流れる流量を検知する流量センサとの組み合わせ等が考えられる。このとき、センサの出力値が所定範囲外となるとは、上記（１）の場合には、圧力センサにより得られた圧力差が所定値以上となることであり、上記（２）の場合には、例えば圧力センサにより得られたフィルタ上流側の圧力が所定値以上となる、もしくは、圧力センサにより得られたフィルタ下流側の圧力が所定値以下となることであり、上記（３）の場合には、流量センサにより得られた流量が所定値以下となることであり、上記（４）の場合には、例えば圧力センサにより得られた圧力に対して流量センサにより得られた流量が所定値以下となることである。

流路切り替え機構によって、第１フィルタ流路と第２フィルタ流路との間で流路を切り替えた場合には、切り替え先のフィルタ内部にパージガスが残っているため、そのパージガスによって排ガスが希釈されて、排ガス分析部により測定される排ガス中の成分濃度等が一時的に低下する。このため、成分濃度等の経時変化に注目している際に自動的に流路が切り替わってしまうと、かえって使い勝手が悪くなってしまう。この問題を解決するためには、流路切り替え機構による切り替えタイミングを、前記センサによる出力値が所定範囲外となった場合に自動で行う自動モードと、ユーザの手動で行う手動モードとを選択可能に構成していることが望ましい。これならば、自動モード及び手動モードを選択可能に構成しているため、成分濃度等の経時変化に注目している際に手動モードを選択すれば、自動的に流路が切り替わり成分濃度が一時的に低下してしまうことを防止することができる。

一方のフィルタ流路から他方のフィルタ流路に切り替える場合に、切り替え先の他方のフィルタが低温であると、排ガス中の測定成分がフィルタで凝集してしまい測定結果に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。このため、前記流路切り替え機構によって前記排ガスが流れるフィルタ流路を他方のフィルタ流路に切り替える前に予め当該他方のフィルタ流路に設けられたフィルタを加熱していることが望ましい。

前記パルスパージ機構によって前記パージガスをパルス供給する場合に、前記パージガスがパルス供給されるフィルタを加熱していることが望ましい。このようにフィルタを加熱した状態でパージガスを供給することより、フィルタに付着した濾物を除去し易くすることができる。

このように構成した本発明によれば、例えばエンジンが設置されたテスト室等のフィルタ設置場所に移動してフィルタを交換する作業を殆ど不要にするとともに、当該エンジンから排出される排ガスの連続測定を可能にすることができる。

本実施形態の排ガス分析装置の構成を模式的に示す図。第１フィルタ流路に排ガスが流れている状態を示す図。第１フィルタ流路から第２フィルタ流路に切り替えた直後の状態を示す図。パルスパージによるフィルタの上流側及び下流側の差圧変化を示す図。

以下に本発明に係る排ガス分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の排ガス分析装置１は、図示しない車両等のエンジンが設置されたテスト室に設けられて、当該エンジンから排出される排ガスを分析するものである。なお、排ガス分析装置１は、前記テスト室と区画された計測室にある中央管理装置との間で、例えばＬＡＮを介して、分析データやスケジュールデータ等の各種データの授受を行う。

具体的に排ガス分析装置１は、図１に示すように、エンジンから排出された排ガスを導入する導入ポート２と、当該導入ポート２から導入された排ガスの分析を行う排ガス分析部３と、前記導入ポート２及び前記排ガス分析部３を接続して前記導入ポート２から導入された排ガスを前記排ガス分析部３に導く導入路４とを備えている。なお、排ガス分析部は、例えば測定原理の異なる複数のガス分析計を搭載しており、排ガス中に含まれるＨＣ、ＮＯ_Ｘ、ＣＯ、ＣＯ_２等の各成分を各別に測定することができるものである。

そして、前記導入路４は、排ガスが導通する第１フィルタ５及び当該第１フィルタ５の上流側及び下流側の圧力差を検知する第１圧力センサ６が設けられた第１フィルタ流路４１と、排ガスが導通する第２フィルタ７及び当該第２フィルタ７の上流側及び下流側の圧力差を検知する第２圧力センサ８が設けられた第２フィルタ流路４２とを備えている。なお、第１フィルタ５及び第２フィルタ７は、例えばガラスウールからなる繊維状物質を用いて構成されたもの、又はステンレス等の金属からなる線状体を編み込んで形成したシート体を円筒状に巻回して構成した表面濾過フィルタが考えられる。表面濾過フィルタを用いた場合には、後述するパルスパージ機構１０により下流側からパージガスをパルス供給して洗浄する場合に洗浄し易い。

これら第１フィルタ流路４１及び第２フィルタ流路４２は、導入路４上流側の分岐点４ａ及び導入路４下流側の合流点４ｂの間に並列に設けられたものである。なお、導入路４において、排ガス分析部３に至るまでの途中には、排ガスを１３０℃程度に保温するためのホットホースや流量制御部（レギュレータ等）が取付けられている。

さらに、導入路４には、排ガスを第１フィルタ流路４１又は第２フィルタ流路４２に選択的に流す流路切り替え機構９と、各フィルタ流路４１、４２に設けられて、各フィルタ５、６に下流側からパージガスをパルス供給するパルスパージ機構１０とが設けられている。このパルスパージ機構１０は、各フィルタ５、６を洗浄するためのフィルタ洗浄機構を構成する。

流路切り替え機構９は、図１に示すように、第１フィルタ流路４１における第１フィルタ５の上流側に設けられた第１上流側開閉弁Ｖ１と、第２フィルタ流路４２における第２フィルタ７の上流側に設けられた第２上流側開閉弁Ｖ２と、当該第１、第２上流側開閉弁Ｖ１、Ｖ２を制御する切り替え制御部９１とを有する。なお、第１上流側開閉弁Ｖ１及び第２上流側開閉弁Ｖ２は、例えば電磁弁である。そして、前記切り替え制御部９１は、第１上流側開閉弁Ｖ１及び第２上流側開閉弁Ｖ２を「第１上流側開閉弁Ｖ１：開、第２上流側開閉弁Ｖ２：閉」又は「第１上流側開閉弁Ｖ１：閉、第２上流側開閉弁Ｖ２：開」と開閉制御して、排ガスを第１フィルタ流路４１又は第２フィルタ流路４２の何れか一方に選択的に流すように構成されている。具体的に切り替え制御部９１は、排ガス流れているフィルタ流路４１、４２の圧力センサ６、８から圧力データを取得し、当該圧力データが示す測定値（差圧）と、予め入力された所定の閾値とを比較して、測定値が所定の閾値よりも大きい場合に、排ガスが流れるフィルタ流路４１、４２を切り替えるべく、上流側開閉弁Ｖ１、Ｖ２を制御する。なお、所定の閾値とは、フィルタ流路４１、４２を切り替えるための基準差圧であり、具体的にはフィルタ５、７が目詰まりしていると判断できる差圧である。

なお、本実施形態では、後述するようにパルスパージ機構１０を設けているため、第１フィルタ５の下流側、第２フィルタ７の下流側にも、第１、第２下流側開閉弁Ｖ３、Ｖ４を設けている。なお、第１、第２下流側開閉弁Ｖ３、Ｖ４は、例えば電磁弁である。そして、前記切り替え制御部９１は、第１下流側開閉弁Ｖ３の動作を第１上流側開閉弁Ｖ１の動作と同一にし、第２下流側開閉弁Ｖ４の動作を第２上流側開閉弁Ｖ２の動作と同一にしている。つまり、第１フィルタ流路４１は、第１上流側開閉弁Ｖ１及び第１下流側開閉弁Ｖ３が閉じられることによって密閉される。同様に、第２フィルタ流路４２は、第２上流側開閉弁Ｖ２及び第２下流側開閉弁Ｖ４が閉じられることによって密閉される。

各フィルタ流路４１、４２に設けられたパルスパージ機構１０は、図１に示すように、各フィルタ流路４１、４２におけるフィルタ５、７の下流側に接続されたパージガス導入路１０１と、フィルタ５、７の上流側に接続されたパージガス導出路１０２と、前記パージガス導入路１０１にパージガスを供給するパージガス供給部１０３と、当該パージガス供給部１０３の動作を制御してパージガスをパルス供給させるガス供給制御部１０４とを備えている。パージガス導入路１０１は、第１、第２下流側開閉弁Ｖ３、Ｖ４の上流側に接続されており、開閉弁Ｖ５が設けられている。また、パージガス導出路１０２は、第１、第２上流側開閉弁Ｖ１、Ｖ２の下流側に接続されており、開閉弁Ｖ６が設けられている。また、これら開閉弁Ｖ５、Ｖ６は、例えば電磁弁であり、弁制御部１０５によって開閉制御される。また、パージガス供給部１０３は、パージガスを圧縮して高圧ガスとする圧縮機を有する。

そして、フィルタ５、７の清浄を行う場合には、弁制御部１０５が、パージガス導入路１０１及びパージガス導出路１０２に設けられた開閉弁Ｖ５、Ｖ６を開けるとともに、ガス供給制御部１０４がパージガス供給部１０３を制御することによって、フィルタ５、７の下流側から、つまり排ガスの導通方向と逆向きに高圧のパージガスを１又は複数に亘ってパルス供給する。パルス供給するとは、パージガスを数秒間（例えば１秒間）供給することである。なおパルス供給の回数は、エンジンの種類（排ガスの種類）によって異なる。このとき、パージガスを供給するフィルタ流路（４１又は４２）の上流側開閉弁（Ｖ１又はＶ２）及び下流側開閉弁（Ｖ３又はＶ４）を共に閉じているので、排ガスが流れているフィルタ流路にパージガスが流れて排ガスが希釈されないように構成している。つまり、例えば第１フィルタ流路４１の第１フィルタ５にパージガスを供給する場合に、当該パージガスが第２フィルタ流路４２に流れないように構成している。

なお、流路切り替え機構９の切り替え制御部９１、パルスパージ機構１０のガス供給制御部１０４及び弁制御部１０５等の制御機器類は、１つのコンピュータ（例えばＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、ＡＤ変換器、ディスプレイ等からなる。）によって機能するように構成しても良いし、物理的に分離した複数のコンピュータによって機能するように構成しても良い。

次に、このように構成した排ガス分析装置１の動作について説明する。
図２に示すように、第１フィルタ流路４１に排ガスを流して、当該第１フィルタ流路４１を流れた排ガスが排ガス分析部３によって分析されている場合には、第１圧力センサ６によって第１フィルタ５の上流側及び下流側の差圧が検知されており、当該圧力データは流路切り替え機構９の切り替え制御部９１に入力されている。

そして、圧力データが示す差圧が所定範囲外、つまり所定値以上となった場合に、流路切り替え機構９の切り替え制御部９１は、第１フィルタ５が目詰まりしたと判断して、第１上流側開閉弁Ｖ１及び第１下流側開閉弁Ｖ３を閉じて、第２上流側開閉弁Ｖ２及び第２下流側開閉弁Ｖ４を開ける。これにより、図３に示すように、排ガスが流れるフィルタ流路が、第１フィルタ流路４１から第２フィルタ流路４２に切り替わる。なお、第１フィルタ５及び第２フィルタ７それぞれにフィルタ加熱部（不図示）を設けておき、切り替え前において、切り替え先の第２フィルタ７を所望の温度（例えば１９１℃）に予め加熱しておくことが好ましい。

この切り替えの後、パルスパージ機構１０の弁制御部１０５が、切り替え制御部９１から切り替えたことを示す切り替え信号を取得して、パージガス導入路１０１の開閉弁Ｖ５及びパージガス導出路１０２の開閉弁Ｖ６を開けるとともに、ガス供給制御部１０４が、パージガス供給部１０３を制御してパージガスを第１フィルタ５にパルス供給する。これにより、第１フィルタ５を清浄して再生させることができる。ここで、パルス供給の回数とフィルタの上流側及び下流側の差圧との関係について図４に示す。図４の場合には、パージガスのパルス供給を４回行うことによって、測定開始時の状態まで再生できている。なお、本実施形態では、第１フィルタ５及び第２フィルタ７は、フィルタ加熱部（不図示）によって常時加熱されているため、前記パルスパージ機構１０によりパージガスがパルス供給される際においても、第１フィルタ５は加熱されている。これにより第１フィルタ５に付着した濾物を除去し易くしている。また、第１フィルタ５及び第２フィルタ７を常時加熱しているため、流路切り替え機構９により第１フィルタ５及び第２フィルタ７の間で不定期に切り替えられる場合にも、加熱された状態のフィルタに切り替えることができる。

上述した動作を繰り返すことによって、排ガスの連続測定において、「第１フィルタ流路４１の排ガス流通」→「第１フィルタ５の汚れ検知」→「流路切り替え」→「第２フィルタ流路４２の排ガス流通＋第１フィルタ５のパルスパージ」→「第２フィルタ７の汚れ検知」→「流路切り替え」→「第１フィルタ流路４１の排ガス流通＋第２フィルタ７のパルスパージ」→・・・を順次行うことになる。

このように構成した本実施形態に係る排ガス分析装置１によれば、排ガスが流れている一方のフィルタ流路（例えば第１フィルタ流路４１）に設けられたフィルタ（第１フィルタ５）が目詰まり等によりその上流側及び下流側の圧力差が所定値以上となった場合に、排ガスが流れるフィルタ流路を他方のフィルタ流路（第２フィルタ流路４２）に切り替えるので、排ガスの連続測定が可能となる。また、他方のフィルタ（第２フィルタ７）に切り替えた後に、目詰まり等を生じて洗浄が必要な一方のフィルタ（第１フィルタ５）にパージガスをパルス供給しているため、当該一方のフィルタ（第１フィルタ５）を交換することなく、洗浄して再生させることができる。このようにして第１フィルタ５及び第２フィルタ７を順次切り替えることによって、フィルタ交換のために停止させることなく連続測定することができる。さらに、パルスパージ機構１０がパージガスをパルス供給することにより、パルスパージ機構１０の圧縮機１０３の容量を大きくすることなく、高圧ガスを効率良くフィルタ５、７に供給することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、圧力センサにより得られた差圧が所定値以上となった場合に、流路切り替え機構によって排ガスが流れるフィルタ流路を自動で切り替えるように構成しているが、当該自動で切り替える自動モードと、ユーザが手動で切り替える手動モードとをユーザが選択可能に構成しても良い。この場合、制御機器がユーザからのモード選択信号を受け付けるモード選択信号受付部を備え、ユーザが制御機器の入力手段を操作することでモード選択を可能にすることが考えられる。これならば、自動モード及び手動モードを選択可能に構成しているため、成分濃度等の変動に注目している際に手動モードを選択すれば、自動的に流路が切り替わり成分濃度が一時的に低下してしまうことを防止できる。なお、手動モードを選択した場合であっても、圧力センサにより得られた差圧が所定値以上となった場合には、ユーザに報知するために、例えばディスプレイにアラーム表示を行う等することが考えられる。これにより、手動モードであっても、フィルタの切り替えをユーザに促すことができる。

また、前記実施形態では、パージパルス機構によるフィルタのパルスパージは、パルス供給のパルス回数によって制御されているが、パルス供給を行う時間によって制御するようにしても良い。また、フィルタの上流側及び下流側の差圧を見て、その差圧が所定値以下となった場合に、フィルタのパルスパージを終了するように構成しても良い。

さらに、前記実施形態では、フィルタのパルスパージを行う際にフィルタ加熱部を用いてフィルタを加熱しているが、パージガス自体を高温（例えば１９１℃）にして、当該高温のパージガスをフィルタにパルス供給するように構成しても良い。これによって、パルスパージ中のフィルタを加熱して、濾物の除去をし易くすることができる。また、パージガスによって、切り替え先のフィルタを加熱することができる。

その上、前記実施形態では第１フィルタ及び第２フィルタを常時加熱するものであったが、常時過熱するものではなく、排ガスが導通しているフィルタを加熱するものであっても良いし、切り替え先のフィルタを切り替える前に予め加熱するものであっても良いし、パージガスがパルス供給されるフィルタを加熱するものであって良い。

加えて、フィルタの詰まりを検知するためのセンサとしては、フィルタの上流側及び下流側の圧力差を検知する圧力センサの他、フィルタの上流側又は下流側の一方の圧力を検知する圧力センサであっても良いし、フィルタを流れる流量を検知する流量センサであっても良い。

また、前記実施形態では、エンジンの排ガスを分析するものであったが、その他、蒸気タービン等の外燃機関から排出される排ガスを分析するものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１・・・排ガス分析装置
２・・・導入ポート
３・・・排ガス分析部
４・・・導入路
４１・・・第１フィルタ流路
４２・・・第２フィルタ流路
５・・・第１フィルタ
６・・・第１圧力センサ（第１センサ）
７・・・第２フィルタ
８・・・第２圧力センサ（第２センサ）
９・・・流路切り替え機構
１０・・・パルスパージ機構

Claims

排ガスを分析する排ガス分析装置であって、
前記排ガスが導通する第１フィルタ及び当該第１フィルタの詰まりを検知するための第１センサが設けられた第１フィルタ流路と、
前記排ガスが導通する第２フィルタ及び当該第２フィルタの詰まりを検知するための第２センサが設けられた第２フィルタ流路と、
前記第１フィルタ又は前記第２フィルタを通過した排ガスを分析するための排ガス分析部と、
前記排ガスを前記第１フィルタ流路又は前記第２フィルタ流路に選択的に流す流路切り替え機構と、
前記各フィルタ流路に設けられて、前記各フィルタにパージガスをパルス供給するパルスパージ機構とを備え、
前記流路切り替え機構によって排ガスが流れている一方のフィルタ流路に設けられたセンサの出力値が所定範囲外となった場合に、前記流路切り替え機構によって前記排ガスが流れるフィルタ流路を他方のフィルタ流路に切り替えるとともに、前記一方のフィルタ流路に設けられたフィルタに前記パルスパージ機構によって前記パージガスをパルス供給することを特徴とする排ガス分析装置。
流路切り替え機構による切り替えタイミングを、前記センサによる出力値が所定範囲外となった場合に自動で行う自動モードと、ユーザの手動で行う手動モードとを選択可能に構成していることを特徴とする請求項１記載の排ガス分析装置。
前記流路切り替え機構によって前記排ガスが流れるフィルタ流路を他方のフィルタ流路に切り替える前に予め当該他方のフィルタ流路に設けられたフィルタを加熱していることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス分析装置。
前記パルスパージ機構によって前記パージガスをパルス供給する場合に、前記パージガスがパルス供給されるフィルタを加熱していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の排ガス分析装置。