特許 6093654 排ガスサンプリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6093654

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】排ガスサンプリング装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/22 20060101AFI20170227BHJP

   F28F 9/24 20060101ALN20170227BHJP

【ＦＩ】

   G01N1/22 G

   G01N1/22 M

   !F28F9/24

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-117262(P2013-117262)

(22)【出願日】2013年6月3日

(65)【公開番号】特開2014-235101(P2014-235101A)

(43)【公開日】2014年12月15日

【審査請求日】2016年3月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100113468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 樹

(72)【発明者】

【氏名】江草 隆志

【審査官】 土岐 和雅

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−２１３８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４０９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４１８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０３５４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１８４１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３１８５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１８０１９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０５−０２５１８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０４−１０８１９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 自動車-排気ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、全炭化水素及び窒素酸化物の測定方法，日本工業規格（ＪＩＳ），日本，１９９８年，JIS D 1030，1-14

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ１／００〜１／４４、Ｆ２８Ｄ１／００〜１３／００、Ｆ２８Ｆ９／００〜９／２６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）、ＪＩＳ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガスを希釈用ガスにより希釈してなる希釈排ガスが流れる希釈排ガス流路と、
前記希釈排ガス流路に設けられ、前記希釈排ガスの温度を調節する温調機構と、
前記希釈排ガス流路における前記温調機構の下流側に設けられ、前記希釈排ガスの流量を一定流量に制御する流量制御機構とを備える排ガスサンプリング装置であって、
前記希釈排ガス流路の一部を構成するものであり、前記希釈排ガスを導入するガス導入ポート及び前記希釈排ガスを導出するガス導出ポートが形成されたケーシングを有しており、
前記温調機構が前記ケーシングに収容されるとともに、前記流量制御機構が前記ガス導出ポートに流体的に接続されており、
前記ガス導入ポート及び前記温調機構の間に、前記ガス導入ポートから導入される希釈排ガスを分散させる分散構造が設けられており、
前記ケーシングが、複数のガス導出ポートを有しており、
前記複数のガス導出ポートそれぞれに前記流量制御器が流体的に接続されている排ガスサンプリング装置。

【請求項2】

排ガスを希釈用ガスにより希釈してなる希釈排ガスが流れる希釈排ガス流路と、
前記希釈排ガス流路に設けられ、前記希釈排ガスの温度を調節する温調機構と、
前記希釈排ガス流路における前記温調機構の下流側に設けられ、前記希釈排ガスの流量を一定流量に制御する流量制御機構とを備える排ガスサンプリング装置であって、
前記希釈排ガス流路の一部を構成するものであり、前記希釈排ガスを導入するガス導入ポート及び前記希釈排ガスを導出するガス導出ポートが形成されたケーシングを有しており、
前記温調機構が前記ケーシングに収容されるとともに、前記流量制御機構が前記ガス導出ポートに流体的に接続されており、
前記ガス導入ポート及び前記温調機構の間に、前記ガス導入ポートから導入される希釈排ガスを分散させる分散構造が設けられており、
前記温調機構が、前記希釈排ガスを加熱する加熱器と、前記希釈排ガスを冷却する冷却器とを有し、
前記加熱器及び前記冷却器が、前記ガス導入ポート側からこの順で配置されており、
前記希釈排ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケーシングにおける前記冷却器の下流側に配置されている排ガスサンプリング装置。

【請求項3】

前記冷却器が、前記希釈排ガスとの間で熱交換を行う冷却要素と、当該冷却要素を収容する筐体とを備えており、
前記筐体が、前記ガス導入ポート側を向く一端面に前記希釈排ガスを導入する導入口を有しており、前記ガス導出ポート側を向く他端面に前記希釈排ガスを導出する導出口を有しており、
前記ケーシングと前記筐体との間の空間を、前記ガス導入ポート側と前記ガス導出ポート側とで仕切る仕切構造が設けられている請求項２記載の排ガスサンプリング装置。

【請求項4】

前記冷却器が、冷媒を循環させることにより希釈排ガスを冷却するものであり、
前記流量制御機構により設定される希釈排ガス流量に応じて、前記冷媒の流量を制御することにより、前記希釈排ガスを所望の温度に冷却するように構成されている請求項３記載の排ガスサンプリング装置。

【請求項5】

前記分散構造が、前記ガス導入ポートに対向して設けられた多孔板により構成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の排ガスサンプリング装置。

【請求項6】

前記流量制御機構が、流量制御器及び吸引手段からなる定容量サンプリング装置である請求項１乃至５の何れか一項に記載の排ガスサンプリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、定容量サンプリング装置等の排ガスサンプリング装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、採取した排ガスを大気等の希釈用ガスで希釈し、当該希釈された排ガス（以下、希釈排ガスという。）中に含まれる成分の濃度を測定する希釈サンプリング方式として、定容量サンプリング装置（以下、ＣＶＳという。）が広く用いられている。

【0003】

このＣＶＳでは、特許文献１に示すように、臨界流量ベンチュリ及び吸引ポンプからなる流量制御機構の上流側に、希釈排ガスの温度を一定に調整する熱交換器が設けられている。この熱交換器を通過した希釈排ガスは、接続配管を通って臨界流量ベンチュリに流入する。このとき、希釈排ガスは、熱交換器を通過した直後には、温度分布が不均一であり温度斑を有している。そして、希釈排ガスは、熱交換器から接続配管に流れる際に生じる流路断面積の変化（縮小）、接続配管を流れる途中に生じる流路断面積の変化（縮小又は拡大）、又は接続配管の屈曲部分等により、臨界流量ベンチュリに到達するまでに十分に攪拌されて均一な温度となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−１０４１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、計測室や実験室内に様々な試験設備を設置する等のために、ＣＶＳの小型化が望まれている。そして、このＣＶＳの小型化を実現するために、本願発明者は、熱交換器及び臨界流量ベンチュリの間の接続配管を可能な限り短くするもしくは無くすことを考えている。

【0006】

ところが、前記接続配管を無くすと、熱交換器を通過した希釈排ガスが、温度斑を有したまま臨界流量ベンチュリに流入してしまう。臨界流量ベンチュリを通過する流量には温度特性があり、希釈排ガスの温度が変化すると、臨界流量ベンチュリを通過する希釈排ガスの流量が変化してしまう。

【0007】

ここで、前記ＣＶＳには、前記熱交換器の上流側にサンプリングラインを接続し、このサンプリングラインにより希釈排ガスを比例サンプリングして、当該サンプリングライン上のＰＭ捕集フィルタに希釈排ガスを通過させるものがある。なお、比例サンプリングは、前記臨界流量ベンチュリの制御流量に対して一定比率で希釈排ガスをサンプリングする方式である。この比例サンプリングにおいて、従来は、臨界流量ベンチュリの制御流量が一定であるとして、サンプリングラインに設けた吸引ポンプの回転数等を一定に制御している。

【0008】

しかしながら、熱交換器を通過した直後の希釈排ガスは温度斑を有しているので、臨界流量ベンチュリの制御流量が変化してしまい、正確に比例サンプリングを行うことができないという問題がある。

【0009】

なお、厳密に比例サンプリングする場合には、臨界流量ベンチュリに流入する希釈排ガスの温度及び圧力と臨界流量ベンチュリの制御流量とから、希釈排ガスの瞬時流量を算出して、吸引ポンプの回転数をフィードバック制御することも考えられる。しかし、この方法では、サンプリングポイントから臨界流量ベンチュリまでの希釈排ガスの流れ時間等を考慮した希釈排ガスの遅れ時間の補正が必要となり、演算が複雑になってしまう。

【0010】

また、前記臨界流量ベンチュリの制御流量を積算した積算流量を用いてトータルマス計測する場合にも、臨界流量ベンチュリの制御流量が変化してしまうと、測定誤差となってしまう。

【0011】

そこで本発明は、ＣＶＳ等の排ガスサンプリング装置を小型化するとともに、臨界流量ベンチュリ等の流量制御器に通過する希釈排ガスの温度を均一にすることをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

すなわち本発明に係る排ガスサンプリング装置は、排ガスを希釈用ガスにより希釈してなる希釈排ガスが流れる希釈排ガス流路と、前記希釈排ガス流路に設けられ、前記希釈排ガスの温度を調節する温調機構と、前記希釈排ガス流路における前記温調機構の下流側に設けられ、前記希釈排ガスの流量を一定流量に制御する流量制御機構とを備える排ガスサンプリング装置であって、前記希釈排ガス流路の一部を構成するものであり、前記希釈排ガスを導入するガス導入ポート及び前記希釈排ガスを導出するガス導出ポートが形成されたケーシングを有しており、前記温調機構が前記ケーシングに収容されるとともに、前記流量制御機構が前記ガス導出ポートに流体的に接続されており、前記ガス導入ポート及び前記温調機構の間に、前記ガス導入ポートから導入される希釈排ガスを分散させる分散構造が設けられていることを特徴とする。

【0013】

このようなものであれば、ケーシングに温調機構を収容するとともに流量制御機構がケーシングのガス導出ポートに流体的に接続されているので、従来のように温調機構及び流量制御機器の間に設けられていた配管を極力短くもしくは不要にすることができ、排ガスサンプリング装置を小型化することができる。
このように温調機構及び流量制御機構の間の配管を極力短くもしくは不要にすることで、温調機構を通過する希釈排ガスの流速分布により、温調機構を通過した希釈排ガスの温度分布が不均一になり、温度斑が生じてしまう。このとき本発明では、ガス導入ポート及び温調機構の間に分散構造を設けているので、温調機構を通過する希釈排ガスの流速分布を均一化させて、温調機構を通過した希釈排ガスの温度分布を均一化させることができる。これにより、臨界流量ベンチュリを通過する希釈排ガスを一定流量に安定させることができ、比例サンプリングを正確に行うことができるとともに、トータルマス計測の精度を向上させることができる。
なお、温調機構の下流側、つまり、温調機構及びガス導出ポートの間に分散構造を設けることも考えられるが、温調機構及びガス導出ポートの間隔が狭いため、分散構造を設けたところで、温調機構を通過した希釈排ガスの温度分布を十分に均一化することが難しい。

【0014】

前記分散構造が、前記ガス導入ポートに対向して設けられた多孔板により構成されていることが望ましい。
これならば、分散構造の構成を極めて簡単にすることができる。また、多孔板に形成される孔の開口サイズ、孔の密度又は開口率等を適宜設定することで、希釈排ガスの流速分布を簡単にコントロールすることができる。

【0015】

前記排ガス導入ポートが、前記ケーシングにおける一方の側壁に設けられており、前記排ガス導出ポートが、前記ケーシングにおける前記一方の側壁に対向する他方の側壁に設けられていることが望ましい。
これならば、ケーシングの構成を極めて簡単にできる。また、ガス導出ポート、分散構造、温調機構及びガス導出ポートがこの順で一列に配置されるため、分散構造を設けたことによる分散効果を一層顕著にすることができる。
特に、前記一方の側壁又は前記他方の側壁が、上下に対向する側壁であることが望ましい。これならば、ガス導出ポート、分散構造、温調機構及びガス導出ポートがこの順で上下に配置されるため、排ガスサンプリング装置の設置面積を特に小さくすることができる。

【0016】

前記ケーシングが、複数のガス導出ポートを有しており、前記複数のガス導出ポートそれぞれに前記流量制御器が流体的に接続されていることが望ましい。
このようにケーシングに複数の流量制御器が設けられる構成において、前記分散構造を設けるものであれば、各流量制御器を通過する希釈排ガスの温度を均一化することができる。

【0017】

前記温調機構が、前記希釈排ガスを加熱する加熱器と、前記希釈排ガスを冷却する冷却器とを有し、前記加熱器及び前記冷却器が、前記ガス導入ポート側からこの順で配置されており、前記希釈排ガスの温度を検出する温度センサが、前記ケーシングにおける前記冷却器の下流側に配置されていることが望ましい。
これならば、希釈排ガスの温度を正確に測定することができ、希釈排ガスの温度調整を正確に行うことができる。
なお、加熱器及び冷却器を逆の配置、つまり、冷却器及び加熱器を、ガス導入ポートからこの順で配置し、温度センサをケーシングにおける加熱器の下流側に配置した場合には、加熱器として用いられるヒータの熱放射によって温度センサが加熱されるため、希釈排ガスの温度よりも高い温度を検出してしまう。このとき、温度センサからの検出温度を用いて温調機構を制御すると、実際の希釈排ガスの温度が、目標温度よりも低くなってしまうという問題がある。

【0018】

前記冷却器が、前記希釈排ガスとの間で熱交換を行う冷却要素と、当該冷却要素を収容する筐体とを備えており、前記筐体が、前記ガス導入ポート側を向く一端面に前記希釈排ガスを導入する導入口を有しており、前記ガス導出ポート側を向く他端面に前記希釈排ガスを導出する導出口を有しており、前記ケーシングと前記筐体との間の空間を、前記ガス導入ポート側と前記ガス導出ポート側とで仕切る仕切構造が設けられていることが望ましい。
これならば、冷却器の筐体及びケーシングの間の空間から、希釈排ガスが、冷却器の下流側に流れることを防止することができる。つまり、仕切構造により、ガス導入ポートから導入された希釈排ガスの全てが冷却要素を通過することになり、温度斑を一層低減することができ、流量制御器に流入する希釈排ガスの温度をより一層均一化することができる。

【発明の効果】

【0019】

このように構成した本発明によれば、単一のケーシングに温調機構及び流量制御機構を設けているので、排ガスサンプリング装置を小型化することができる。また、ケーシングのガス導入ポート及び温調機構の間に分散構造を設けているので、流量制御機構に流入する希釈排ガスの温度を均一にすることができ、臨界流量ベンチュリを通過する希釈排ガスを一定流量に安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態の排ガスサンプリング装置の構成を模式的に示す図。

【図2】同実施形態のケーシングの左右方向に沿った縦断面図。

【図3】同実施形態のケーシングの前後方向に沿った縦断面図。

【図4】同実施形態のガス導入ポート及び分散構造の位置関係を示す斜視図。

【図5】同実施形態の分散構造の有無における流速分布を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明に係る排ガスサンプリング装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0022】

本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は、例えばエンジン等から排出される排ガス中に含まれる成分分析を行うためのガス分析システムに用いられるものであり、排ガスを大気（希釈用空気）等の希釈用ガスで数倍（例えば１０倍〜２０倍）に希釈し、濃度計測を行う希釈サンプリング方式のものである。

【0023】

具体的にこの排ガスサンプリング装置１００は、図１に示すように、排ガスを希釈用ガスにより希釈してなる希釈排ガスが流れる希釈排ガス流路Ｒと、当該希釈排ガス流路Ｒに設けられ、希釈排ガスの温度を調節する温調機構２と、希釈排ガス流路Ｒにおける温調機構２の下流側に設けられ、希釈排ガスの流量を一定流量に制御する流量制御機構３（定容量サンプリング装置）とを備えている。

【0024】

希釈排ガス流路Ｒを構成する希釈排ガス配管４の上流側には、排ガス及び希釈用ガスを混合するための混合部５が接続されている。本実施形態の混合部５は、オリフィス５１を用いて構成されている。そして、この混合部５には、一端に排ガス導入ポートＰＴ１が設けられた排ガス導入配管６及び一端に希釈用ガス導入ポートＰＴ２が設けられた希釈用ガス導入配管７が接続されている。なお、希釈用ガス導入ポートＰＴ２には、大気中の夾雑物を除去するためのフィルタＦ１が設けられている。

【0025】

また、希釈排ガス配管４における混合部５の下流側には、希釈トンネル４１が形成されており、この希釈トンネル４１において、排ガス及び希釈用ガスが均一に混合される。なお、希釈トンネル４１には、希釈排ガスをサンプリングしてＰＭ捕集フィルタ８に導入するためのサンプリングラインＳＬ１が接続されている。このサンプリングラインＳＬ１は、前記流量制御機構３により一定流量とされた希釈排ガスの流量（ＣＶＳ流量）に対して一定比率で希釈排ガスをサンプリングするものであり、ＰＭ捕集フィルタ８及び吸引ポンプ９がこの順で設けられている。なお、吸引ポンプ９は、図示しない制御装置により、その回転数が一定に制御されている。

【0026】

温調機構２は、図１〜図３に示すように、希釈排ガスを加熱する加熱器２１と、希釈排ガスを冷却する冷却器２２とを有している。

【0027】

加熱器２１は、図２及び図３に示すように、希釈排ガスに接触して希釈排ガスを加熱する加熱要素２１１と、当該加熱要素２１１を支持する支持体２１２とを備えている。本実施形態の加熱要素２１１は、例えば二クロム線等の発熱体をステンレス等の金属製のヒータパイプに収容するとともに、前記発熱体及びヒータパイプの間に酸化マグネシウム等の熱伝導に優れた絶縁粉末を充填して構成されたシースヒータである。

【0028】

そして、この加熱器２１は、流量制御機構３により設定される希釈排ガスの流量に応じて、シースヒータである加熱要素２１１を駆動するための電気容量［ｋＶＡ］を段階的又は連続的に切り替え可能に構成されている。例えば、前記電気容量を６ｋＶＡと１２ｋＶＡとで切り替え可能に構成した場合、希釈排ガスが所定流量よりも小さい場合には、前記電気容量を６ｋＶＡとし、希釈排ガスが所定流量よりも大きい場合には、前記電気容量を１２ｋＶＡとすることが考えられる。

【0029】

冷却器２２は、図２及び図３に示すように、希釈排ガスに接触して希釈排ガスとの間で熱交換を行う冷却要素２２１と、当該冷却要素２２１を収容して支持する筐体２２２とを備えている。本実施形態の冷却要素２２１は、フィンチューブ型のものであり、例えば工業用水や水道水等の冷却水が流れる複数の冷媒配管２２１ａと、当該複数の冷媒配管２２１ａに取り付けられた複数の伝熱フィン２２１ｂとを有する。また、冷媒配管２２１ａには、図示しない循環ポンプ及び流量調整弁等からなる冷却水循環機構が接続されている。筐体２２２は、概略直方体形状をなすものであり、一端面に希釈排ガスを導入する導入口２２２ａを有しており、前記一端面に対向する他端面に希釈排ガスを導出する導出口２２２ｂを有している。

【0030】

そして、この冷却器２２は、流量制御機構３により設定される希釈排ガスの流量に応じて、流量調整弁の弁開度を調整することにより、冷媒配管２２１ａを流通する冷却水の流量を調整できるように構成されている。前記流量調整弁は、電動弁から構成されており、図示しない制御装置により、希釈排ガス流量が大きくなるに連れて徐々に弁開度が大きくなるように比例制御される。

【0031】

流量制御機構３は、図１に示すように、前記排ガス導入配管６から導入される排ガスと希釈用ガス導入配管７から導入される希釈用ガスとの総流量が一定となるように流量制御するものであり、希釈排ガス流路Ｒにおいて前記温調機構２の下流側に接続された臨界流量ベンチュリ（ＣＦＶ）からなる複数の流量制御器３１と、希釈排ガス流路Ｒにおいて流量制御器３１の下流側に接続された例えばブロワやポンプ等の吸引手段３２により構成される。また、複数の臨界流量ベンチュリ３１及び吸引ポンプ３２の間には、各臨界流量ベンチュリ３１に対応して開閉弁３３が設けられており、これにより希釈排ガスが流れる臨界流量ベンチュリ３１が選択されて、前記総流量が設定される。前記吸引ポンプ３２により選択された臨界流量ベンチュリ３１の上流側及び下流側の差圧が所定値以上にすることで前記総流量が一定となる。なお、吸引ポンプ３２により吸引された希釈排ガスは外部に放出される。

【0032】

なお、希釈排ガス流路Ｒにおいて、前記温調機構２及び流量制御機構３の間には、排ガス採取バッグ等の分析機器２００に希釈排ガスをサンプリングするためのサンプリングラインＳＬ２が接続されている。なお、このサンプリングラインＳＬ２の先端部には、ＣＶＳ流量に対して一定比率で希釈排ガスをサンプリングするための例えばサンプリングベンチュリなどのサンプリング流量制御機構（不図示）が設けられている。

【0033】

しかして本実施形態の排ガスサンプリング装置１００は、図２及び図３に示すように、前記希釈排ガス流路Ｒの一部を構成するものであり、希釈排ガスを導入するガス導入ポートＰＴ３及び希釈排ガスを導出するガス導出ポートＰＴ４が形成されたケーシング１０を有している。

【0034】

そして、このケーシング１０に前記温調機構２が収容されるとともに、ケーシング１０のガス導出ポートＰＴ４に流量制御器である臨界流量ベンチュリ３１が流体的に接続されて設けられている。

【0035】

前記ケーシング１０は、一端壁である上側壁１０ａにガス導入ポートＰＴ３が形成されており、前記上側壁１０ａに対向する下側壁１０ｂにガス導出ポートＰＴ４が形成されている。上側壁１０ａは、概略矩形平板状をなす壁であり、この上側壁１０ａの中央部にガス導入ポートＰＴ３が形成されている。本実施形態のガス導入ポートＰＴ３は、概略円形状のガス導入口ＰＴ３ｘを有する。下側壁１０ｂには、複数（本実施形態では４個）のガス導出ポートＰＴ４が直線状に一列に形成されている（図２参照）。そして、これら各ガス導出ポートＰＴ４に互いに臨界流量の異なる臨界流量ベンチュリ３１が流体的に接続される。本実施形態では、ガス導出ポートＰＴ４の下流側端部に、臨界流量ベンチュリ３１の上流側端部が、接続金具を介して取り付けられる。

【0036】

図３に示すように、ケーシング１０の一方の側壁（後側壁）１０ｃには、加熱器２１及び冷却器２２を取り付けるための取り付け開口部１０ｚが形成されており、当該取り付け開口部１０ｚを介して加熱器２１及び冷却器２２がケーシング１０の内部に収容されて取り付けられる。具体的に加熱器２１は、加熱要素２１１がケーシング１０の内部に収容された状態で固定され、保護体２１２で電気的接続部を保護している。また、冷却器２２は、冷却要素２２１及び当該冷却要素２２１を収容する筐体２２２がケーシング１０に収容された状態で、筐体２２２の後端面に設けられたフランジ部２２２ｘがケーシング１０の前側壁１０ｃにねじ固定されることにより取り付けられる。この取り付けられた状態で、冷却器２２の筐体２２２の一端面（上端面）に形成された導入口２２２ａは、ガス導入ポートＰＴ３側（上側）を向いており、前記筐体２２２の他端面（下端面）に形成された導出口２２２ｂはガス導出ポートＰＴ４側（下側）を向いている。

【0037】

具体的に、加熱器２１及び冷却器２２は、ガス導入ポートＰＴ３に対してこの順に配置されている。つまり、加熱器２１がガス導入ポートＰＴ３側（ケーシング１０の上側）に配置され、冷却器２２がガス導出ポーＰＴ４側（ケーシング１０の下側）に配置されている。

【0038】

本実施形態のケーシング１０では、冷却器２２を通過した希釈排ガスをケーシング１０内に滞留させることなく効率良く流量制御器３１に導入するために、図３に示すように、冷却器２２の下側の流路断面積が小さくなるように希釈排ガス流路Ｒを絞っている。具体的には、ケーシング１０の互いに対向する前後側壁１０ｃ、１０ｄが、冷却器２２の下側に行くに従って、つまり、ガス導出ポートＰＴ４に向かうに従って、対向面の距離が小さくなる傾斜面を有している。本実施形態では、前後側壁１０ｃ、１０ｄが内側に折れ曲がることにより、傾斜面が形成されている。これにより、ケーシング１０における冷却器２２の下流側には、台形断面の空間が形成される。

【0039】

そして、このケーシング１０において、冷却器２２の下流側に、希釈排ガスの温度を検出する例えば白金測温抵抗体からなる温度センサ１１が設けられている。この温度センサ１１は、ケーシング１０の後側壁１０ｄにおける傾斜面から内部に挿入して設けられている。また、温度センサ１１を設ける位置は、希釈排ガスを流す臨界流量ベンチュリ３１を切り替えたことにより生じる流量変化を受けにくい位置としている。具体的に温度センサ１１を設ける位置は、冷却器２２における筐体２２２の導出口２２２ｂの近傍であり、どんな流量の組み合わせにおいても各臨界流量ベンチュリ３１の入口温度との差が所定範囲（±２℃以内）となる位置としている。

【0040】

本実施形態では、この温度センサ１１により得られた希釈排ガス温度を用いて、前記加熱器２１及び前記冷却器２２をＰＩＤ制御する制御装置（不図示）を備えている。具体的に制御装置は、温度センサ１１により得られた希釈排ガス温度に基づいて、加熱器２１のＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御するとともに、冷却器２２のＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御するものである。詳細には、希釈排ガス温度を４０℃となるように加熱器２１及び冷却器２２を制御している。加熱器２１のＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御するものとしては、加熱器２１に通電する電源装置のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比をＰＷＭ制御することが考えられる。また、冷却器２２のＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御するものとしては、冷却水循環機構に設けられた循環ポンプのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比をＰＷＭ制御することや、冷却水循環機構に設けられた開閉弁の開／閉のデューティ比をＰＷＭ制御することが考えられる。

【0041】

なお、従来の方式では、加熱器２１及び冷却器２２をＯＮ−ＯＦＦ制御している。具体的には、加熱器２１のＯＮ時に、冷却器２２をＯＦＦとし、加熱器２１のＯＦＦ時に、冷却器２２をＯＮとすることで、加熱器２１及び冷却器２２の一方が必ずＯＮとなるようにＯＮ−ＯＦＦ制御している。ところが、このＯＮ−ＯＦＦ制御では、希釈排ガス温度が一定の温度範囲（例えば±５℃）でハンチングを起こしてしまい、臨界流量ベンチュリ３１を通過する希釈排ガス流量も変動してしまうという問題がある。本実施形態では、加熱器２１及び冷却器２２をＰＩＤ制御することによって、希釈排ガスの温調性能を±２℃以内にすることができる。

【0042】

また、このケーシング１０において、図３に示すように、冷却器２２の下流側には、前記サンプリングラインＳＬ２を構成するサンプリング管ＳＬ２ｈが接続されている。このサンプリング管ＳＬ２ｈは、前記温度センサ１１と同じように、ケーシング１０の前側壁１０ｃにおける傾斜面から内部に挿入して設けられている。

【0043】

そして、本実施形態では、図２〜図４に示すように、ケーシング１０のガス導入ポート及びケーシング１０に収容された加熱器２１の間に、ガス導入ポートＰＴ３から導入された希釈排ガスをガス導入ポートＰＴ３から外側に分散させる分散構造１２が設けられている。

【0044】

この分散構造１２は、ケーシング１０の流路断面積がガス導入ポートＰＴ３の流路断面積よりも大きいことで生じる希釈排ガスの流速分布の不均一を解消するものである。具体的に分散構造１２は、ガス導入ポートＰＴ３に対向する中心空間部分の流体抵抗を大きくすることによって、希釈排ガスをケーシング１０内において前記中心空間部分から周囲空間部分に分散させるものである。

【0045】

この分散構造１２は、多数の貫通孔が形成された例えばステンレス製の矩形平板状をなす多孔板である。本実施形態の多孔板１２は、開口形状が円形をなす貫通孔が形成されて、開口率が例えば３０％〜５０％のパンチングメタルである。この多孔板１２は、ガス導入ポートＰＴ３のガス導入口ＰＴ３ｘに対向して配置される。具体的には、ケーシング１０に設けられた支持部材１３に取り付けられることにより、ガス導入口ＰＴ３ｘに対向して配置される。

【0046】

多孔板１２の基板サイズは、ガス導入口ＰＴ３ｘの開口サイズよりも大きい。ここで、ガス導入口ＰＴ３ｘから導入される希釈排ガスの流れ方向に対する広がり角度が６度〜１３度程度であるため、ガス導入口ＰＴ３ｘからの距離と前記広がり角度とを考慮して、多孔板１２の基板サイズを設定する。また、ガス導入口ＰＴ３ｘに対する多孔板１２の距離が小さい場合には、圧力損失が大きくなってしまうため、これを考慮して、ガス導入口ＰＴ３ｘに対する多孔板１２の距離を設定する。

【0047】

なお、多孔板１２の基板サイズが前記ガス導入口ＰＴ３ｘよりも小さい場合には、ガス導入口ＰＴ３ｘから導入された希釈排ガスの流速分布の不均一を十分に解消することができない。また、多孔板１２の基板サイズをケーシング１０の流路全体をカバーするものとしてしまうと、多孔板１２における圧力損失が大きくなってしまう。

【0048】

ここで、図５に、分散構造１２を有さない場合における加熱器２１を通過する希釈排ガスの流速分布（図５（１）参照）と、分散構造１２を有する場合における加熱器２１を通過する希釈排ガスの流速分布（図５（２）参照）とを模式的に示す。分散構造１２を有さない場合には、ガス導入ポートＰＴ３に対向する中心空間部分の流速が速く、周囲空間部分の流速が遅いという流速分布となる。一方で、分散構造１２を有する場合には、中心空間部分の流体抵抗が大きくなるため、希釈排ガスが周囲空間部分に流れることになり、中心空間部分と周囲空間部分との流速の不均一を解消することができる。

【0049】

さらに本実施形態では、図２及び図３に示すように、ケーシング１０に収容された筐体２２２とケーシング１０との間の空間をガス導入ポートＰＴ３側とガス導出ポートＰＴ４側とで仕切る仕切構造１４を備えている。

【0050】

この仕切構造１４は、加熱器２１により加熱された希釈排ガスが、冷却器２２により冷却されることなくガス導出ポートＰＴ４に流れることを遮るものである。具体的に仕切構造１４は、ケーシング１０の側壁から内側に突出して設けられたベース部１４１と、前記冷却器２２の筐体２２２に設けられ、前記ベース部１４１に取り付けられる取り付け部１４２とからなる。

【0051】

ベース部１４１は、ケーシング１０の４つの側壁１０ｃ〜１０ｆにおいて、取り付け開口部１０ｚを有する後側壁１０ｃを除いた３つの側壁１０ｄ〜１０ｆの内面に設けられている。本実施形態のベース部１４１は、冷却器２２の筐体２２２が載置されるものであり、また、互いに対向する左右側壁１０ｅ、１０ｆに設けられた２つのベース部１４１は、冷却器２２を取り付ける際に、筐体２２２をスライドさせるためのスライド部となる。

【0052】

筐体２２２に設けられる取り付け部１４２は、筐体２２２において前記ベース部１４１に対応する側壁に設けられたフランジにより構成されている。本実施形態のフランジ１４２は、筐体２２２の導出口２２２ｂを形成する開口縁から外側に連続して形成されている。

【0053】

そして、冷却器２２をケーシング１０に取り付けた状態で、冷却器２２の筐体２２２に設けられたフランジ１４２が、ケーシング１０の側壁１０ｄ〜１０ｆに設けられたベース部１４１に接触することにより、ベース部１４１とフランジ１４２との間に隙間が無く、希釈排ガスが筐体２２２の周囲を通ってガス導出ポートＰＴ４及び臨界流量ベンチュリ３１に流れないように構成している。これにより、加熱された希釈排ガスが、冷却されることなく臨界流量オリフィス３１に流れて、臨界流量オリフィス３１の入口温度の温度分布が悪くなることを防止できる。

【0054】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る排ガスサンプリング装置１００によれば、ケーシング１０に温調機構２を収容するとともに臨界流量ベンチュリ３１をケーシング１０のガス導出ポートＰＴ４に設けているので、従来のように温調機構２及び臨界流量ベンチュリ３１の間に設けられていた配管を不要にすることができ、排ガスサンプリング装置１００を小型化することができる。

【0055】

また、ガス導入ポートＰＴ３及び温調機構２の間に分散構造１２を設けているので、温調機構２を通過する希釈排ガスの流速分布を均一化させることができ、その結果、温調機構２を通過した希釈排ガスの温度分布を均一化させることができる。ここで、分散構造１２を多孔板により構成しているので、分散構造１２の構成を極めて簡単にすることができる。また、多孔板１２の基板サイズ、多孔板１２に形成される孔の開口サイズ、孔の密度又は開口率等を適宜設定することで、希釈排ガスの流速分布を簡単にコントロールすることができる。

【0056】

さらに、ケーシング１０の上側壁１０ａにガス導入ポートＰＴ３、ケーシング１０の下側壁１０ｂにガス導出ポートＰＴ４を設け、温調機構２及び臨界流量ベンチュリ３１を上下に配置しているので、排ガスサンプリング装置１００の設置面積を小さくすることができる。

【0057】

その上、冷却器２２の筐体２２２とケーシング１０の側壁１０ｄ〜１０ｆとの間に仕切構造１４を設けているので、希釈排ガスが冷却器２２の筐体２２２とケーシング１０の側壁１０ｄ〜１０ｆの間から、希釈排ガスが冷却器２２の下流側に漏れることを防止できる。これにより、臨界流量ベンチュリ３１に流入する希釈排ガスの温度をより一層均一化することができる。

【0058】

以上のように、排ガスサンプリング装置１００を小型化できるだけでなく、臨界流量ベンチュリ３１に流れる希釈排ガス温度を均一化することができるので、臨界流量ベンチュリ３１を通過する希釈排ガス流量を一定流量に安定させることができる。

【0059】

これにより、温調機構２の上流側（具体的には希釈トンネル４１）に接続されたサンプリングラインＳＬ１により比例サンプリングする場合において、サンプリングラインＳＬ１に設けた吸引ポンプの回転数を一定に制御するだけで、正確に比例サンプリングを行うことができる。また、臨界流量ベンチュリ３１を通過した希釈排ガス流量が一定で安定しているため、希釈トンネル４１を流れた全希釈排ガスの質量（臨界流量ベンチュリ３１の制御流量×採取時間）が正確に求まり、エンジンから排出されるＰＭの全排出量を精度良く測定することができる。

【0060】

さらに、臨界流量ベンチュリ３１を通過した希釈排ガス流量が一定で安定しているため、希釈排ガス流量の積算値が正確に求まり、排ガスに含まれる所定成分の排出質量を精度良く測定することができる。これにより、カーボンバランス法により燃料消費量を精度良く算出することができる。

【0061】

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0062】

例えば、前記実施形態では、ケーシング１０のガス導出ポートＰＴ４に流量制御器である臨界流量ベンリュリ３１を設けて接続配管を無くした構成としているが、これに限られず、ガス温度が均一にならないほどの短い配管を、ガス導出ポートＰＴ４と臨界流量ベンチュリ３１との間に設けた構成も、本発明に含まれる。

【0063】

また、前記実施形態の分散構造１２は、ガス導入ポートＰＴ３から導入された希釈排ガスの流体抵抗となるものであれば多孔板に限られず、多孔質部材を用いて構成しても良い。多孔板１２の形状としては、矩形平板状に限られず、ガス導入ポートＰＴ３のガス導入口ＰＴ３ｘを流れ方向から見たときに、多孔板１２がガス導入口ＰＴ３ｘを覆うものであれば、例えば円形状、楕円形状又は多角形状等をなすものであっても良い。

【0064】

また、前記実施形態では、分散構造１２をガス導入ポートＰＴ３及び温調機構２（具体的には加熱器２１）の間に設けているが、これに加えて、加熱器２１及び冷却器２２の間にも分散構造を設けても良い。これならば、冷却器２２に流入する希釈排ガスの流速分布をより一層均一にすることができ、冷却器２２を通過した希釈排ガスの温度分布をより一層均一にすることができる。

【0065】

さらに、前記実施形態では、ガス導入ポートＰＴ３がケーシング１０の上側壁１０ａに設けられ、ガス導出ポートＰＴ４がケーシング１０の下側壁１０ｂに設けられているが、ケーシング１０の互いに対向する側壁（例えば左右側壁、前後側壁）に設けられたものであっても良い。これならば、排ガスサンプリング装置１００の高さ寸法を小さくすることができる。

【0066】

その上、前記実施形態では、ケーシング１０に複数の臨界流量ベンチュリ３１を設ける構成であったが、喉部面積を機械的に変えられる単一の臨界流量ベンチュリを設ける構成としても良い。また、前記実施形態の流量制御器３１は臨界流量ベンチュリを用いたものであったが、臨界流量ベンチュリの他に、臨界流量オリフィス（ＣＦＯ）やスムーズアプローチオリフィス（ＳＡＯ）を用いたものであっても良い。また、流量制御機構３としてポジティブディスプレースメントポンプ（ＰＤＰ）を用いてもよい。

【0067】

さらに加えて、前記実施形態の排ガスサンプリング装置１００は排ガスを全量希釈するものであったが、部分希釈するものであっても良い。つまり、前記排ガス導入ポートＰＴ１が排ガスの一部を採取して希釈排ガス流路に導入するものであっても良い。

【0068】

分析機器２００は、排ガス採取バッグでもよいし、希釈排ガス成分を連続的に測定する測定器でもよい。

【0069】

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。

【符号の説明】

【0070】

１００ ・・・排ガスサンプリング装置
Ｒ ・・・希釈排ガス流路
２ ・・・温調機構
２１ ・・・加熱器
２２ ・・・冷却器
２２１ ・・・冷却要素
２２２ ・・・筐体
２２２ａ・・・導入口
２２２ｂ・・・導出口
３１ ・・・流量制御器
３２ ・・・吸引ポンプ
１０ ・・・ケーシング
ＰＴ３ ・・・ガス導入ポート
ＰＴ４ ・・・ガス導出ポート
１１ ・・・温度センサ
１２ ・・・分散構造（多孔板）
１４ ・・・仕切構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】