排ガス計測装置
【課題】排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測をより高精度に行なうことが可能な排ガス計測装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有する排ガス計測装置であって、空気精製機１３は、取り込んだ空気１１Ａを加熱する加熱部１６と、加熱された空気１１Ｃ中の計測対象成分を除去する触媒１７が備えられている触媒部１８と、加熱された空気１１Ｃの冷却又は加温を行なう温度調整可能な温調部１９と、冷却された空気１１Ｄ中の少なくともＮ2Ｏを吸着し、除去する吸着材２０が設けられている吸着部２１と、取り込まれた空気１１Ａと加熱部１６で加熱された空気１１とを熱交換する熱交換部２２と、を有する。
【解決手段】本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有する排ガス計測装置であって、空気精製機１３は、取り込んだ空気１１Ａを加熱する加熱部１６と、加熱された空気１１Ｃ中の計測対象成分を除去する触媒１７が備えられている触媒部１８と、加熱された空気１１Ｃの冷却又は加温を行なう温度調整可能な温調部１９と、冷却された空気１１Ｄ中の少なくともＮ2Ｏを吸着し、除去する吸着材２０が設けられている吸着部２１と、取り込まれた空気１１Ａと加熱部１６で加熱された空気１１とを熱交換する熱交換部２２と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両では、排ガス計測装置を用いて、エンジンから放出される排ガスの排出質量を計測して評価することが行なわれている。自動車の排ガス中に含まれる各種の成分の排出質量を計測する場合、その信頼性、安定性からＣＶＳ（Constant Volume Sampler）と呼ばれる方法を採用した定容量採取装置（以下「ＣＶＳ装置」という。）が排ガス計測装置として使用されている。ＣＶＳ装置は、大気又は精製空気を希釈空気として用い、希釈した排ガスから排出質量を計測するため、希釈空気中の計測対象成分（バックグラウンド：Ｂ．Ｇ）を別途計測し、計測対象成分との差で排ガスの計測対象成分の排出質量を求める。
【０００３】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置として、前記空気精製機より排出される精製空気を取り込むラインと、大気中の空気を取り込むラインとを設け、精製空気又は空気のどちらか一方を選択して希釈空気として用い、排ガスの排出質量を求める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、空気精製機を備えたＣＶＳ装置において前記空気精製機内に設けている触媒部の設定温度を調整可能とし、前記触媒を活性化させて空気の浄化効率を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９７４４号公報
【特許文献２】特開２００１−４１９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、近年、温暖化規制等に伴い、計測対象成分として一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の排出質量を計測する必要がある。取り込んだ大気を希釈空気として用いる場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在している。このため、Ｎ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する場合、図５に示すように、車両から排出される排ガス中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘを約０．１ｐｐｍ程度とした時、差量法により希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａから希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂである０．４ｐｐｍ程度を減質することにより、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められることから、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａは約０．５ｐｐｍ程度となる。
【０００７】
しかしながら、排出質量を計測する際、分析誤差が生じるため、図５に示すように、分析誤差が絶対値で１％の読取り値比率（ＲＳ：Reading Scale）とすると、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａには０．００５ｐｐｍ程度、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂには０．００４ｐｐｍ程度の誤差の濃度が絶対値として各々に含まれることになる。この希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの統計的に加算された誤差が、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値０．１ｐｐｍ程度に含まれることになる。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの誤差を含めた上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出される。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・（１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・（２）
【０００８】
この排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに統計的に加算されることで含まれる誤差は、０．００６４ｐｐｍ程度となり、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂでの各々の分析値の誤差の約６．４倍程度に相当し、絶対値で６．４％程度の分析誤差となる。一方、希釈空気中のバックグラウンド濃度が０ｐｐｍであれば、分析誤差を絶対値で１％のＲＳとして計測することができる。
【０００９】
そのため、ＣＶＳ装置を用いて排出質量を計測する場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在しているため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の分析誤差が大きく、信頼性が低い、という問題がある。
【００１０】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置を用いても、従来の空気精製機では、希釈空気中の全炭化水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素化合物（ＮＯｘ）を除去し、空気を精製することはできるが、Ｎ2Ｏの低減効果が殆ど得られない。このため、精製空気中にはＮ2Ｏが残存してしまうため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の測定の信頼性が低い、という問題がある。
【００１１】
このように、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する際、分析誤差が少なく、より高精度に分析することが可能な排ガス計測装置が求められている。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測をより高精度に行なうことが可能な排ガス計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明は、大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、前記空気精製機が、取り込んだ空気を加熱する加熱部と、加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、冷却された空気中の少なくとも一酸化二窒素を吸着し、除去する吸着材が備えられている吸着部と、を有することを特徴とする排ガス計測装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る排ガス計測装置によれば、空気精製機に送給される希釈空気中のＮ2Ｏを排ガスに混合する前に予め吸着材でＮ2Ｏを吸着し、Ｎ2Ｏが除去された精製空気を排ガスに供給することができるため、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、精製空気中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を超えた場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。
【図３】図３は、精製空気中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を越えていない場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。
【図５】図５は、従来の排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、希釈空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る排ガス計測装置について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【００１８】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有し、車両（検査対象）から排出される排ガス１４を精製空気１２と混合、希釈した希釈排ガス１５の排出質量を計測し、排ガス１４から排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置である。排ガス計測装置１０は、空気精製機１３と、空気精製機１３で精製された精製空気１２を流通させる主通路（メインダクト）３１とからなるものである。
【００１９】
空気精製機１３は、取り込んだ空気１１Ａを加熱する加熱部１６と、加熱された空気１１Ｃ中の計測対象成分を除去する触媒１７が備えられている触媒部１８と、加熱された空気１１Ｃの冷却又は加温を行なう温調部１９と、冷却された空気１１Ｅ中の少なくとも一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を吸着し、除去する吸着材２０が設けられている吸着部２１と、取り込まれた空気１１Ａと加熱部１６で加熱され、浄化された空気１１Ｄとを熱交換する熱交換部２２と、を有する。
【００２０】
空気精製機１３において大気中の空気１１Ａを取り込んで精製された精製空気１２を希釈空気として用いている。空気精製機１３の通路２３には、大気に開放する空気取入口２４と空気出口２５とが設けられている。空気１１Ａは、空気取入口２４側から空気出口２５側に向かって、熱交換部２２、加熱部１６、触媒部１８、熱交換部２２、温調部１９、吸着部２１の順に通路２３内を通過する。
【００２１】
通路２３内には、送風機が設けられ、前記送風機により空気取入口２４側から大気中の空気１１Ａを取り入れ、空気出口２５側へ送風される。また、空気１１Ａとしては、大気中から取り入れた空気を用いているが、予め除湿された空気などを用いるようにしてもよい。送風機として例えば、送風能力が可変可能なブロワなどが用いられる。また、空気精製機１３は、適正な流量の空気１１Ａを送風するように流量制御を行なっている。
【００２２】
空気取入口２４より通路２３内に取り込まれた空気１１Ａは、加熱部１６で加熱され、浄化された空気１１Ｃと熱交換部２２において間接的に熱交換することで、加熱される。この熱交換部２２で加熱された空気を空気１１Ｂとする。また、熱交換部２２で空気１１Ａを空気１１Ｃと間接的に熱交換し加熱するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換部２２を設けず、空気１１Ａと空気１１Ｃとを熱交換しないようにしてもよい。
【００２３】
空気１１Ｂは通路２３内を通過して加熱部１６に送給される。空気１１Ｂは加熱部１６において更に加熱され、この加熱された空気１１Ｃは触媒部１８に送給される。加熱部１６は、加熱部１６内に流入してきた空気１１Ｂを加熱できるものであればよく、例えば通路２３の外周に加熱用ヒータを設け、空気１１Ｂを加熱するようにしてもよい。この加熱部１６において空気１１Ｂを更に加熱した後、この加熱された空気１１Ｃが触媒部１８に供給されることで、触媒部１８内に設けられている触媒１７の活性を向上させることができる。このため、触媒１７に加熱部１６を通過した後の空気１１Ｃが接触することで、空気１１Ｃ中の計測対象成分の除去効率を向上させることができる。
【００２４】
また、空気１１Ｃ中に含まれる計測対象成分としては、例えば、全炭化水素（ＴＨＣ）、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ2などのＮＯｘ等が例示される。また、全炭化水素とは、大気中の炭化水素（ＨＣ）の測定により得られるメタン（ＣＨ4）の濃度と、非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）の濃度の両方の和である。
【００２５】
また、触媒部１８では、空気１１Ｃ中の計測対象成分の除去を行なっている。触媒部１８には触媒１７が設けられている。触媒１７は、触媒成分を担体に担持されて構成されている。触媒成分として、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｎ及びＲｈなどの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金若しくはこれらの金属の酸化物、又はこれらの２種類以上の混合物などが用いられる。触媒成分の担体としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、ジルコニア、シリカ（ＳｉＯ2）及びゼオライト等から選ばれた１種類以上の金属酸化物又は該金属酸化物と金属の複合酸化物との混合物などが用いられる。また、触媒１７としては、触媒成分を担体に担持させたものの他、触媒成分のみを金属等の基材に担持させたものを用いるようにしてもよい。
【００２６】
触媒部１８において計測対象成分が除去された空気１１Ｄは、熱交換部２２で空気取入口２４から通路２３内に取り込まれた空気１１Ａと間接的に熱交換し、冷却された後、温調部１９に送給される。
【００２７】
温調部１９は温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度を調整可能とする。温調部１９において温調部２１から排出される空気１１Ｅの温度を調整可能とすることで、吸着部２１には任意の温度に調整された空気１１Ｅを送給することができる。排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際には空気１１Ｄを冷却して温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度を低温又は常温とする。このとき、温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度は、例えば２０℃以上、３０℃以下、好ましくは２３℃以上、２７℃以下、更に好ましくは２５℃前後とする。これにより、吸着部２１において吸着材２０のＮ2Ｏの吸着性能を向上させ、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着材２０に吸着させることができる。また、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離する時には、空気１１Ｄを加温して温調部１９から排出される空気１１Ｅを昇温させる。このとき、温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度として、例えば７０℃以上、９０℃以下、好ましくは７５℃以上、８５℃以下、更に好ましくは８０℃程度とする。これにより、吸着部２１の吸着材２０に吸着されたＮ2Ｏを脱離することができ、精製空気１２中に同伴させて排出することができる。
【００２８】
温調部１９において温度調整された空気１１Ｅは、吸着部２１に送給される。吸着部２１に送給された空気１１Ｅは吸着材２０により少なくとも空気１１Ｅ中のＮ2Ｏが吸着、除去される。また、吸着材２０は、空気１１Ｅ中に残留しているＮ2Ｏの他に、空気１１Ｅ中に残留又は生成するＮＯｘ、ＴＨＣ、アンモニア（ＮＨ3）などの計測対象成分も吸着可能なものを用いるようにしてもよい。
【００２９】
吸着部２１に設けられる吸着材２０として、少なくとも金属イオンとイオン交換してゼオライトに該金属を担持させたゼオライト（金属イオン交換ゼオライト）が用いられる。ゼオライトに担持する金属としては、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎａ、Ｋ及びＦｅ等の少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金などを用いることができる。また、用いられるゼオライトの種類としては、特に限定されるものではなく、細孔径が比較的小さく、表面積を増大させるフェリエライト、ＺＳＭ‐５、モルデナイト、β型ゼオライトなどを用いることが好ましい。特に、Ｆｅイオンをイオン交換して担持したゼオライトはコストを抑えることができるため、吸着材として用いるのに好ましく、例えば、Ｆｅ−ＺＳＭ５、Ｆｅ−βモルデナイト等を用いるのが好ましい。
【００３０】
また、吸着部２１には同一の吸着材２０のみを配置するようにしているが、吸着部２１の構成としてはこれに限定されるものではなく、吸着部２１内に複数の異なる吸着材２０を設けてもよい。また、吸着部２１は、例えば、吸着材２０を前段部と後段部とに分けて異なる吸着材２０を設けるようにしてもよい。前記前段部には、シリカ／アルミナモル比（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比）が小さいゼオライトを配置することが好ましい。ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さい程、イオン交換サイトの量が多くなり、Ｎ2Ｏの吸着性能を向上させることができる。よって、前記前段部にＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトを配置することで、効率良く空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着することができる。前記前段部に配置するＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトとして、例えばＹ型ゼオライト、Ａ型ゼオライトなどを用いることができる。
【００３１】
吸着材２０を前段部と後段部とに分けて配置する場合、前段部には、例えば、Ｎａイオンをイオン交換して担持したゼオライトとしてＮａ−Ｙ型ゼオライト、Ｋイオンをイオン交換して担持したゼオライトとしてＫ−Ａ型ゼオライトなどを配置し、後段部には、Ｆｅイオンをイオン交換して担持したゼオライトとしてＦｅ−ＺＳＭ５を配置するのが好ましい。
【００３２】
また、吸着材２０としては、金属イオン交換ゼオライトを用いる他に、触媒成分が担体に担持されて構成されてなるものを用いるようにしてもよい。触媒成分として、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属、Ｍｎなどの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金若しくはこれらの金属の酸化物、又はこれらの２種類以上の混合物などを用いてもよい。触媒成分を担持する担体として、活性炭、酸化セリウム、ジルコニア、アルミナ、シリカ等から選ばれる１種類以上の金属酸化物又は該金属酸化物と金属の複合酸化物との混合物などを用いてもよい。また、吸着部２１は、金属イオン交換ゼオライトと上記触媒成分が担持された担体からなる吸着材とを併用してもよい。
【００３３】
このように、空気精製機１３が、空気取入口２４から通路２３内に取り込まれた空気１１Ａ中のＮ2Ｏを吸着部２１において除去し、空気出口２５からＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として排出することができる。よって、予めＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として用い、排ガス１４に混合することができるため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を分析することができる。
【００３４】
空気出口２５は、主通路３１に接続され、空気精製機１３で精製された精製空気１２を希釈空気として主通路３１へ導入している。主通路３１は、精製空気１２を取り入れる取入口３２と大気に開放する排出口３３とを有し、取入口３２と排出口３３とを連通するように設けられている。取入口３２は、空気精製機１３の空気出口２５から送風される精製空気１２を取り込めるようにしている。また、空気精製機１３は、精製空気１２を、直接、主通路３１に送風するようにしているが、空気精製機１３と主通路３１との間に接続通路等を介して主通路３１に精製空気１２を送風するようにしてもよい。
【００３５】
主通路３１の下流側には、精製空気１２を下流側へ吸引するためのブロア３４（ＣＶＳ吸引装置）が配設され、取入口３２から精製空気１２を下流側へ吸引している。また、主通路３１の上流側には、ゴミ除去のためのフィルター、サイクロン等を配設するようにしてもよい。
【００３６】
主通路３１は、排気接続管３５と連結され、排気接続管３５は車両に搭載されているエンジンからの排ガス１４を大気に放出する排気管に着脱自在に接続されている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量を測定している間、前記車両の前記エンジンから放出された排ガス１４は排気接続管３５を介して主通路３１内の精製空気１２と混合、希釈され、希釈排ガス１５となる。
【００３７】
またブロア３４の上流側には、ベンチュリ４１が設けられ、車両から排出される排ガスの計測対象成分の排出質量の測定を行う際、排ガス１４と精製空気１２とを適正な希釈率としている。ベンチュリ４１は一定の流量で排ガス１４と精製空気１２とを混合した希釈排ガス１５が主通路３１内を流れるようにしている。
【００３８】
また、ＣＶＳ装置としては、定容量ポンプ方式（ＰＤＰ方式）と臨界流量ベンチュリ方式（ＣＦＶ方式）との二方式が採用されている。本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、ベンチュリ４１を用いたＣＦＶ方式のＣＶＳ装置を採用しているが、ＣＦＶ方式に代えて正置換型ポンプ（ＰＤＰ）式のＣＶＳ装置を用いるようにしてもよい。
【００３９】
また、ベンチュリ４１の上流側には、サンプリングベンチュリ４２が設けられ、主通路３１の外部に配設した吸引ポンプ４３の吸込力により、サンプリングベンチュリ４２から希釈排ガス１５を一定の流量で採集し、サンプルバッグ４４に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の測定を行っている間、排ガス１４を精製空気１２で希釈した希釈排ガス１５をサンプルバッグ４４内に蓄えて、希釈排ガス１５中の測定対象成分の平均濃度を得るようにしている。
【００４０】
また、主通路３１の取入口３２の下流側には、吸引ポンプ４５で精製空気１２だけを分岐通路４６を通じ採集して希釈空気バッグ４７に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の計測を行っている間、精製空気１２に残留しているＣＨ4などのＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｎ2Ｏなどの計測対象成分を蓄える。
【００４１】
サンプルバッグ４４、希釈空気バッグ４７内の気体は、分析器４８において分析されて、排ガス１４中の測定対象成分の濃度が求められる。具体的には、分析器４８において、サンプルバッグ４４により採集された希釈排ガス１５中のＮ2Ｏから、希釈空気バッグ４７により採集された精製空気１２中のＮ2Ｏを差し引いて、車両から排出された排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を求めることができる。
【００４２】
また、サンプリングベンチュリ４２の上流側には、排ガス１４を供給していない場合に、主通路３１内の精製空気１２を一部抜出す精製空気採取通路４９が設けられ、精製空気採取通路４９より主通路３１の外部に抜出した精製空気１２を分析器４８に送給する。分析器４８には、精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度を測定するＮ2Ｏ分析計、ＴＨＣなど他の計測対象成分に応じて各々の濃度を測定する分析計が設けられ、これらの分析計により精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度、他の計測対象成分の濃度を測定する。
【００４３】
また、分析器４８には、分析に用いられた精製空気１２、希釈排ガス１５をベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に排出する排気通路が設けられている。分析器４８で分析に用いられた精製空気１２又は希釈排ガス１５は、前記排気通路を介してベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に送給される。
【００４４】
（吸着材２０の再生）
吸着材２０は、吸着部２１に供給される空気１１Ｅの温度に応じて、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏの吸着と、吸着したＮ2Ｏの脱離との両方の機能を有している。温調部１９は温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度を調整可能としているため、上述のように、空気１１Ｅの温度を低温又は常温にまで低下させて吸着部２１に供給すると、吸着材２０は空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着することができる。吸着材２０にＮ2Ｏが吸着されると、吸着材２０のＮ2Ｏの吸着性能は徐々に低下するが、空気１１Ｅの温度を上昇させて吸着部２１に供給すると、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離し、吸着材２０を再生することができる。吸着材２０から脱離したＮ2Ｏは吸着部２１に供給される空気１１Ｅに取り込まれ、吸着部２１の外部に精製空気１２に同伴させて排出することができる。
【００４５】
吸着材２０を再生する際、温調部１９において温度設定を高温に設定し、吸着部２１に供給される空気１１Ｅを昇温させる。温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度は、例えば、７０℃以上、９０℃以下、好ましくは７５℃以上、８５℃以下、更に好ましくは８０℃前後とする。高温に加熱された空気１１Ｅは、吸着部２１において吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離して、吸着部２１から精製空気１２に同伴させて排出される。脱離したＮ2Ｏを同伴する希釈空気１２は精製空気採取通路４９から抜出され、分析器４８において抜き出した精製空気１２中の計測対象成分の濃度を連続分析する。
【００４６】
分析器４８において、精製空気１２中のＮ2Ｏを含む全計測対象成分が、所定の濃度条件を満たしたら、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離し、吸着材２０を再生する操作を終了とする。
【００４７】
吸着材２０の再生を行う操作の終了は、以下のようにして行なわれる。まず、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を開始してから分析器４８により所定時間（例えば、５分）以内に、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）を越えているか否か判定する。精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を超えた場合と、超えていない場合とに分けて吸着材２０の再生の終了判定を行う。
【００４８】
図２、３は、排ガス１４中に含まれる計測対象成分として、Ｎ2Ｏの他に、ＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ2が含まれている場合の時間と濃度変化との関係を示す図であり、図２は、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を超えた場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。図２に示すように、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を開始してから分析器４８により所定時間（例えば、５分）以内に、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）を越えた場合、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が下がり再び所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）以下となる時点を測定する。次に、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）以下となった時点から所定時間（例えば、５分）経過後に精製空気１２中のＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の濃度を測定する。次に、所定時間（例えば、５分）経過以降に、ＴＨＣ、ＮＯｘの濃度が０．２ｐｐｍＣ以下であり、ＣＯの濃度が０．５ｐｐｍ以下であり、ＣＯ2の濃度が０．１％以下となった時、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を行なう操作を完了し、吸着材２０の再生を終了する。尚、ＴＨＣ及びＮＯｘの濃度はメタン換算ｐｐｍ濃度（ｐｐｍＣ）により表示されるものである。
【００４９】
また、図３は、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を越えていない場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。図３に示すように、吸着材２０の再生を開始してから分析器４８により所定時間（例えば、５分）以内に、精製空気１２のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）を越えていない場合、更に所定時間（例えば、５分）経過後に精製空気１２中のＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の濃度を測定する。所定時間（例えば、５分）経過後以降に、ＴＨＣ及びＮＯｘの濃度が０．２ｐｐｍＣ以下であり、ＣＯの濃度が０．５ｐｐｍ以下であり、ＣＯ2が０．１％以下となった時、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を行なう操作を完了し、吸着材２０の再生を終了する。
【００５０】
吸着材２０の再生を行なうことで、吸着材２０のＮ2Ｏの吸着性能を維持することができ、吸着部２１において空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを高い吸着率で繰り返し吸着することができる。これにより、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を行なう際、排ガス１４には常時Ｎ2Ｏの低減された精製空気１２を安定して混合し、排ガス１４を希釈することができるため、精製空気１２中のＮ2Ｏの影響を常時低減し、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を安定して行なうことができる。このため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の計測の誤差を常時小さくし、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００５１】
（試験例）
車両から排出される排ガス１４中のＮ2Ｏの濃度を測定した時の試験結果の一例を以下に示す。図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。また、吸着部２１には吸着材２０を前段部と後段部とに分けて配置した。前記前段部には、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトを配置し、前記後段部には、前記前段部に配置したゼオライトよりもＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が大きいゼオライトを配置した。
【００５２】
図４に示すように、サンプルバッグ４４で回収された希釈排ガス１５のＮ2Ｏ濃度Ａが０．１５ｐｐｍ程度であり、希釈空気バッグ４７で回収された精製空気１２のＮ2Ｏ濃度Ｂが０．０５ｐｐｍ程度であり、排ガス１４中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められた。
【００５３】
希釈排ガス１５と精製空気１２とのＮ2Ｏ濃度の分析誤差が、絶対値で１％のＲＳであるとき、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａの分析誤差は０．００１５ｐｐｍ程度であり、精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂの分析誤差は０．０００５ｐｐｍ程度となった。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘにおける誤差の上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出された。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（２）
【００５４】
このため、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度を統計的に加算すると、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘには０．００１６ｐｐｍ程度の分析誤差が生じ、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに含まれる誤差は、絶対値で１．６％程度の誤差となった。よって、図５に示すような従来の排ガス計測装置を用いて計測した場合に比べて約１／４程度にまで排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの測定誤差を低減することができた。
【００５５】
このように、本実施の形態に係る排ガス計測装置１０によれば、温調部１９において吸着部２１に送給される空気１１Ｅの温度を調整可能とし、吸着部２１において精製空気１２中のＮ2Ｏを吸着材２０で吸着すると共に、吸着材２０に吸着したＮ2Ｏを脱離し再生することができる。このため、空気１１Ａ中のＮ2Ｏを排ガス１４に混合する前に予め吸着材２０で吸着し、排ガス１４にはＮ2Ｏを除去した精製空気１２を供給することができると共に、吸着材２０を再生することで、吸着材２０はＮ2Ｏの吸着性能を維持することができるので、吸着部２１は精製空気１２中のＮ2Ｏを高い吸着率で繰り返し吸着することができる。
【００５６】
よって、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、排ガス１４には常時Ｎ2Ｏの低減された精製空気１２を安定して供給することで、精製空気１２中のＮ2Ｏによる影響を低減し、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を安定して行なうことができるため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の計測の誤差を常時小さくすることができる。従って、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことが可能となり、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００５７】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、検査対象として車両からの排ガス中の計測対象成分の重量を求める排ガス計測装置を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外から排出される排ガス中の成分の重量を求める計測装置についても同様に用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明に係る排ガス計測装置は、予めＮ2Ｏを除去した精製空気を用いて排ガスを希釈するので、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測を行う排ガス計測装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 排ガス計測装置
１１Ａ〜１１Ｅ 空気
１２ 精製空気
１３ 空気精製機
１４ 排ガス
１５ 希釈排ガス
１６ 加熱部
１７ 触媒
１８ 触媒部
１９ 温調部
２０ 吸着材
２１ 吸着部
２２ 熱交換部
２３ 通路
２４ 空気取入口
２５ 空気出口
３１ 主通路
３２ 取入口
３３ 排出口
３４ ブロア（ＣＶＳ吸引装置）
３５ 排気接続管
４１ ベンチュリ
４２ サンプリングベンチュリ
４３、４５ 吸引ポンプ
４４ サンプルバッグ
４６ 分岐通路
４７ 希釈空気バッグ
４８ 分析器
４９ 精製空気採取通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両では、排ガス計測装置を用いて、エンジンから放出される排ガスの排出質量を計測して評価することが行なわれている。自動車の排ガス中に含まれる各種の成分の排出質量を計測する場合、その信頼性、安定性からＣＶＳ（Constant Volume Sampler）と呼ばれる方法を採用した定容量採取装置（以下「ＣＶＳ装置」という。）が排ガス計測装置として使用されている。ＣＶＳ装置は、大気又は精製空気を希釈空気として用い、希釈した排ガスから排出質量を計測するため、希釈空気中の計測対象成分（バックグラウンド：Ｂ．Ｇ）を別途計測し、計測対象成分との差で排ガスの計測対象成分の排出質量を求める。
【０００３】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置として、前記空気精製機より排出される精製空気を取り込むラインと、大気中の空気を取り込むラインとを設け、精製空気又は空気のどちらか一方を選択して希釈空気として用い、排ガスの排出質量を求める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、空気精製機を備えたＣＶＳ装置において前記空気精製機内に設けている触媒部の設定温度を調整可能とし、前記触媒を活性化させて空気の浄化効率を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９７４４号公報
【特許文献２】特開２００１−４１９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、近年、温暖化規制等に伴い、計測対象成分として一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の排出質量を計測する必要がある。取り込んだ大気を希釈空気として用いる場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在している。このため、Ｎ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する場合、図５に示すように、車両から排出される排ガス中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘを約０．１ｐｐｍ程度とした時、差量法により希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａから希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂである０．４ｐｐｍ程度を減質することにより、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められることから、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａは約０．５ｐｐｍ程度となる。
【０００７】
しかしながら、排出質量を計測する際、分析誤差が生じるため、図５に示すように、分析誤差が絶対値で１％の読取り値比率（ＲＳ：Reading Scale）とすると、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａには０．００５ｐｐｍ程度、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂには０．００４ｐｐｍ程度の誤差の濃度が絶対値として各々に含まれることになる。この希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの統計的に加算された誤差が、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値０．１ｐｐｍ程度に含まれることになる。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの誤差を含めた上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出される。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・（１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００５2＋０．００４2）1/2・・・（２）
【０００８】
この排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに統計的に加算されることで含まれる誤差は、０．００６４ｐｐｍ程度となり、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度Ａと、希釈空気中のＮ2Ｏ濃度Ｂでの各々の分析値の誤差の約６．４倍程度に相当し、絶対値で６．４％程度の分析誤差となる。一方、希釈空気中のバックグラウンド濃度が０ｐｐｍであれば、分析誤差を絶対値で１％のＲＳとして計測することができる。
【０００９】
そのため、ＣＶＳ装置を用いて排出質量を計測する場合、希釈空気中にはバックグラウンドとしてＮ2Ｏが約０．４ｐｐｍ程度存在しているため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の分析誤差が大きく、信頼性が低い、という問題がある。
【００１０】
また、空気精製機を備えたＣＶＳ装置を用いても、従来の空気精製機では、希釈空気中の全炭化水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素化合物（ＮＯｘ）を除去し、空気を精製することはできるが、Ｎ2Ｏの低減効果が殆ど得られない。このため、精製空気中にはＮ2Ｏが残存してしまうため、希釈排ガス中のＮ2Ｏ濃度の測定の信頼性が低い、という問題がある。
【００１１】
このように、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量をＣＶＳ装置を用いて計測する際、分析誤差が少なく、より高精度に分析することが可能な排ガス計測装置が求められている。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測をより高精度に行なうことが可能な排ガス計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明は、大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、前記空気精製機が、取り込んだ空気を加熱する加熱部と、加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、冷却された空気中の少なくとも一酸化二窒素を吸着し、除去する吸着材が備えられている吸着部と、を有することを特徴とする排ガス計測装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る排ガス計測装置によれば、空気精製機に送給される希釈空気中のＮ2Ｏを排ガスに混合する前に予め吸着材でＮ2Ｏを吸着し、Ｎ2Ｏが除去された精製空気を排ガスに供給することができるため、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、精製空気中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を超えた場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。
【図３】図３は、精製空気中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を越えていない場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。
【図５】図５は、従来の排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、希釈空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る排ガス計測装置について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置の構成を簡略に示す図である。
【００１８】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０は、大気中の空気１１Ａを取り込んで精製した精製空気１２を希釈空気として送風する空気精製機１３を有し、車両（検査対象）から排出される排ガス１４を精製空気１２と混合、希釈した希釈排ガス１５の排出質量を計測し、排ガス１４から排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置である。排ガス計測装置１０は、空気精製機１３と、空気精製機１３で精製された精製空気１２を流通させる主通路（メインダクト）３１とからなるものである。
【００１９】
空気精製機１３は、取り込んだ空気１１Ａを加熱する加熱部１６と、加熱された空気１１Ｃ中の計測対象成分を除去する触媒１７が備えられている触媒部１８と、加熱された空気１１Ｃの冷却又は加温を行なう温調部１９と、冷却された空気１１Ｅ中の少なくとも一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を吸着し、除去する吸着材２０が設けられている吸着部２１と、取り込まれた空気１１Ａと加熱部１６で加熱され、浄化された空気１１Ｄとを熱交換する熱交換部２２と、を有する。
【００２０】
空気精製機１３において大気中の空気１１Ａを取り込んで精製された精製空気１２を希釈空気として用いている。空気精製機１３の通路２３には、大気に開放する空気取入口２４と空気出口２５とが設けられている。空気１１Ａは、空気取入口２４側から空気出口２５側に向かって、熱交換部２２、加熱部１６、触媒部１８、熱交換部２２、温調部１９、吸着部２１の順に通路２３内を通過する。
【００２１】
通路２３内には、送風機が設けられ、前記送風機により空気取入口２４側から大気中の空気１１Ａを取り入れ、空気出口２５側へ送風される。また、空気１１Ａとしては、大気中から取り入れた空気を用いているが、予め除湿された空気などを用いるようにしてもよい。送風機として例えば、送風能力が可変可能なブロワなどが用いられる。また、空気精製機１３は、適正な流量の空気１１Ａを送風するように流量制御を行なっている。
【００２２】
空気取入口２４より通路２３内に取り込まれた空気１１Ａは、加熱部１６で加熱され、浄化された空気１１Ｃと熱交換部２２において間接的に熱交換することで、加熱される。この熱交換部２２で加熱された空気を空気１１Ｂとする。また、熱交換部２２で空気１１Ａを空気１１Ｃと間接的に熱交換し加熱するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換部２２を設けず、空気１１Ａと空気１１Ｃとを熱交換しないようにしてもよい。
【００２３】
空気１１Ｂは通路２３内を通過して加熱部１６に送給される。空気１１Ｂは加熱部１６において更に加熱され、この加熱された空気１１Ｃは触媒部１８に送給される。加熱部１６は、加熱部１６内に流入してきた空気１１Ｂを加熱できるものであればよく、例えば通路２３の外周に加熱用ヒータを設け、空気１１Ｂを加熱するようにしてもよい。この加熱部１６において空気１１Ｂを更に加熱した後、この加熱された空気１１Ｃが触媒部１８に供給されることで、触媒部１８内に設けられている触媒１７の活性を向上させることができる。このため、触媒１７に加熱部１６を通過した後の空気１１Ｃが接触することで、空気１１Ｃ中の計測対象成分の除去効率を向上させることができる。
【００２４】
また、空気１１Ｃ中に含まれる計測対象成分としては、例えば、全炭化水素（ＴＨＣ）、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯ2などのＮＯｘ等が例示される。また、全炭化水素とは、大気中の炭化水素（ＨＣ）の測定により得られるメタン（ＣＨ4）の濃度と、非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）の濃度の両方の和である。
【００２５】
また、触媒部１８では、空気１１Ｃ中の計測対象成分の除去を行なっている。触媒部１８には触媒１７が設けられている。触媒１７は、触媒成分を担体に担持されて構成されている。触媒成分として、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｎ及びＲｈなどの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金若しくはこれらの金属の酸化物、又はこれらの２種類以上の混合物などが用いられる。触媒成分の担体としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、ジルコニア、シリカ（ＳｉＯ2）及びゼオライト等から選ばれた１種類以上の金属酸化物又は該金属酸化物と金属の複合酸化物との混合物などが用いられる。また、触媒１７としては、触媒成分を担体に担持させたものの他、触媒成分のみを金属等の基材に担持させたものを用いるようにしてもよい。
【００２６】
触媒部１８において計測対象成分が除去された空気１１Ｄは、熱交換部２２で空気取入口２４から通路２３内に取り込まれた空気１１Ａと間接的に熱交換し、冷却された後、温調部１９に送給される。
【００２７】
温調部１９は温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度を調整可能とする。温調部１９において温調部２１から排出される空気１１Ｅの温度を調整可能とすることで、吸着部２１には任意の温度に調整された空気１１Ｅを送給することができる。排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際には空気１１Ｄを冷却して温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度を低温又は常温とする。このとき、温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度は、例えば２０℃以上、３０℃以下、好ましくは２３℃以上、２７℃以下、更に好ましくは２５℃前後とする。これにより、吸着部２１において吸着材２０のＮ2Ｏの吸着性能を向上させ、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着材２０に吸着させることができる。また、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離する時には、空気１１Ｄを加温して温調部１９から排出される空気１１Ｅを昇温させる。このとき、温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度として、例えば７０℃以上、９０℃以下、好ましくは７５℃以上、８５℃以下、更に好ましくは８０℃程度とする。これにより、吸着部２１の吸着材２０に吸着されたＮ2Ｏを脱離することができ、精製空気１２中に同伴させて排出することができる。
【００２８】
温調部１９において温度調整された空気１１Ｅは、吸着部２１に送給される。吸着部２１に送給された空気１１Ｅは吸着材２０により少なくとも空気１１Ｅ中のＮ2Ｏが吸着、除去される。また、吸着材２０は、空気１１Ｅ中に残留しているＮ2Ｏの他に、空気１１Ｅ中に残留又は生成するＮＯｘ、ＴＨＣ、アンモニア（ＮＨ3）などの計測対象成分も吸着可能なものを用いるようにしてもよい。
【００２９】
吸着部２１に設けられる吸着材２０として、少なくとも金属イオンとイオン交換してゼオライトに該金属を担持させたゼオライト（金属イオン交換ゼオライト）が用いられる。ゼオライトに担持する金属としては、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎａ、Ｋ及びＦｅ等の少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金などを用いることができる。また、用いられるゼオライトの種類としては、特に限定されるものではなく、細孔径が比較的小さく、表面積を増大させるフェリエライト、ＺＳＭ‐５、モルデナイト、β型ゼオライトなどを用いることが好ましい。特に、Ｆｅイオンをイオン交換して担持したゼオライトはコストを抑えることができるため、吸着材として用いるのに好ましく、例えば、Ｆｅ−ＺＳＭ５、Ｆｅ−βモルデナイト等を用いるのが好ましい。
【００３０】
また、吸着部２１には同一の吸着材２０のみを配置するようにしているが、吸着部２１の構成としてはこれに限定されるものではなく、吸着部２１内に複数の異なる吸着材２０を設けてもよい。また、吸着部２１は、例えば、吸着材２０を前段部と後段部とに分けて異なる吸着材２０を設けるようにしてもよい。前記前段部には、シリカ／アルミナモル比（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比）が小さいゼオライトを配置することが好ましい。ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さい程、イオン交換サイトの量が多くなり、Ｎ2Ｏの吸着性能を向上させることができる。よって、前記前段部にＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトを配置することで、効率良く空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着することができる。前記前段部に配置するＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトとして、例えばＹ型ゼオライト、Ａ型ゼオライトなどを用いることができる。
【００３１】
吸着材２０を前段部と後段部とに分けて配置する場合、前段部には、例えば、Ｎａイオンをイオン交換して担持したゼオライトとしてＮａ−Ｙ型ゼオライト、Ｋイオンをイオン交換して担持したゼオライトとしてＫ−Ａ型ゼオライトなどを配置し、後段部には、Ｆｅイオンをイオン交換して担持したゼオライトとしてＦｅ−ＺＳＭ５を配置するのが好ましい。
【００３２】
また、吸着材２０としては、金属イオン交換ゼオライトを用いる他に、触媒成分が担体に担持されて構成されてなるものを用いるようにしてもよい。触媒成分として、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属、Ｍｎなどの少なくとも１種類以上の金属、これらの金属を含有する合金若しくはこれらの金属の酸化物、又はこれらの２種類以上の混合物などを用いてもよい。触媒成分を担持する担体として、活性炭、酸化セリウム、ジルコニア、アルミナ、シリカ等から選ばれる１種類以上の金属酸化物又は該金属酸化物と金属の複合酸化物との混合物などを用いてもよい。また、吸着部２１は、金属イオン交換ゼオライトと上記触媒成分が担持された担体からなる吸着材とを併用してもよい。
【００３３】
このように、空気精製機１３が、空気取入口２４から通路２３内に取り込まれた空気１１Ａ中のＮ2Ｏを吸着部２１において除去し、空気出口２５からＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として排出することができる。よって、予めＮ2Ｏが除去された精製空気１２を希釈空気として用い、排ガス１４に混合することができるため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、分析誤差を小さくし、より高精度に、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を分析することができる。
【００３４】
空気出口２５は、主通路３１に接続され、空気精製機１３で精製された精製空気１２を希釈空気として主通路３１へ導入している。主通路３１は、精製空気１２を取り入れる取入口３２と大気に開放する排出口３３とを有し、取入口３２と排出口３３とを連通するように設けられている。取入口３２は、空気精製機１３の空気出口２５から送風される精製空気１２を取り込めるようにしている。また、空気精製機１３は、精製空気１２を、直接、主通路３１に送風するようにしているが、空気精製機１３と主通路３１との間に接続通路等を介して主通路３１に精製空気１２を送風するようにしてもよい。
【００３５】
主通路３１の下流側には、精製空気１２を下流側へ吸引するためのブロア３４（ＣＶＳ吸引装置）が配設され、取入口３２から精製空気１２を下流側へ吸引している。また、主通路３１の上流側には、ゴミ除去のためのフィルター、サイクロン等を配設するようにしてもよい。
【００３６】
主通路３１は、排気接続管３５と連結され、排気接続管３５は車両に搭載されているエンジンからの排ガス１４を大気に放出する排気管に着脱自在に接続されている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量を測定している間、前記車両の前記エンジンから放出された排ガス１４は排気接続管３５を介して主通路３１内の精製空気１２と混合、希釈され、希釈排ガス１５となる。
【００３７】
またブロア３４の上流側には、ベンチュリ４１が設けられ、車両から排出される排ガスの計測対象成分の排出質量の測定を行う際、排ガス１４と精製空気１２とを適正な希釈率としている。ベンチュリ４１は一定の流量で排ガス１４と精製空気１２とを混合した希釈排ガス１５が主通路３１内を流れるようにしている。
【００３８】
また、ＣＶＳ装置としては、定容量ポンプ方式（ＰＤＰ方式）と臨界流量ベンチュリ方式（ＣＦＶ方式）との二方式が採用されている。本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、ベンチュリ４１を用いたＣＦＶ方式のＣＶＳ装置を採用しているが、ＣＦＶ方式に代えて正置換型ポンプ（ＰＤＰ）式のＣＶＳ装置を用いるようにしてもよい。
【００３９】
また、ベンチュリ４１の上流側には、サンプリングベンチュリ４２が設けられ、主通路３１の外部に配設した吸引ポンプ４３の吸込力により、サンプリングベンチュリ４２から希釈排ガス１５を一定の流量で採集し、サンプルバッグ４４に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の測定を行っている間、排ガス１４を精製空気１２で希釈した希釈排ガス１５をサンプルバッグ４４内に蓄えて、希釈排ガス１５中の測定対象成分の平均濃度を得るようにしている。
【００４０】
また、主通路３１の取入口３２の下流側には、吸引ポンプ４５で精製空気１２だけを分岐通路４６を通じ採集して希釈空気バッグ４７に蓄えるようにしている。排ガス１４中の計測対象成分の排出質量の計測を行っている間、精製空気１２に残留しているＣＨ4などのＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｎ2Ｏなどの計測対象成分を蓄える。
【００４１】
サンプルバッグ４４、希釈空気バッグ４７内の気体は、分析器４８において分析されて、排ガス１４中の測定対象成分の濃度が求められる。具体的には、分析器４８において、サンプルバッグ４４により採集された希釈排ガス１５中のＮ2Ｏから、希釈空気バッグ４７により採集された精製空気１２中のＮ2Ｏを差し引いて、車両から排出された排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を求めることができる。
【００４２】
また、サンプリングベンチュリ４２の上流側には、排ガス１４を供給していない場合に、主通路３１内の精製空気１２を一部抜出す精製空気採取通路４９が設けられ、精製空気採取通路４９より主通路３１の外部に抜出した精製空気１２を分析器４８に送給する。分析器４８には、精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度を測定するＮ2Ｏ分析計、ＴＨＣなど他の計測対象成分に応じて各々の濃度を測定する分析計が設けられ、これらの分析計により精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度、他の計測対象成分の濃度を測定する。
【００４３】
また、分析器４８には、分析に用いられた精製空気１２、希釈排ガス１５をベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に排出する排気通路が設けられている。分析器４８で分析に用いられた精製空気１２又は希釈排ガス１５は、前記排気通路を介してベンチュリ４１より後流側の主通路３１内に送給される。
【００４４】
（吸着材２０の再生）
吸着材２０は、吸着部２１に供給される空気１１Ｅの温度に応じて、空気１１Ｅ中のＮ2Ｏの吸着と、吸着したＮ2Ｏの脱離との両方の機能を有している。温調部１９は温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度を調整可能としているため、上述のように、空気１１Ｅの温度を低温又は常温にまで低下させて吸着部２１に供給すると、吸着材２０は空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを吸着することができる。吸着材２０にＮ2Ｏが吸着されると、吸着材２０のＮ2Ｏの吸着性能は徐々に低下するが、空気１１Ｅの温度を上昇させて吸着部２１に供給すると、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離し、吸着材２０を再生することができる。吸着材２０から脱離したＮ2Ｏは吸着部２１に供給される空気１１Ｅに取り込まれ、吸着部２１の外部に精製空気１２に同伴させて排出することができる。
【００４５】
吸着材２０を再生する際、温調部１９において温度設定を高温に設定し、吸着部２１に供給される空気１１Ｅを昇温させる。温調部１９から排出される空気１１Ｅの温度は、例えば、７０℃以上、９０℃以下、好ましくは７５℃以上、８５℃以下、更に好ましくは８０℃前後とする。高温に加熱された空気１１Ｅは、吸着部２１において吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離して、吸着部２１から精製空気１２に同伴させて排出される。脱離したＮ2Ｏを同伴する希釈空気１２は精製空気採取通路４９から抜出され、分析器４８において抜き出した精製空気１２中の計測対象成分の濃度を連続分析する。
【００４６】
分析器４８において、精製空気１２中のＮ2Ｏを含む全計測対象成分が、所定の濃度条件を満たしたら、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏを脱離し、吸着材２０を再生する操作を終了とする。
【００４７】
吸着材２０の再生を行う操作の終了は、以下のようにして行なわれる。まず、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を開始してから分析器４８により所定時間（例えば、５分）以内に、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）を越えているか否か判定する。精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を超えた場合と、超えていない場合とに分けて吸着材２０の再生の終了判定を行う。
【００４８】
図２、３は、排ガス１４中に含まれる計測対象成分として、Ｎ2Ｏの他に、ＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ2が含まれている場合の時間と濃度変化との関係を示す図であり、図２は、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を超えた場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。図２に示すように、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を開始してから分析器４８により所定時間（例えば、５分）以内に、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）を越えた場合、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が下がり再び所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）以下となる時点を測定する。次に、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）以下となった時点から所定時間（例えば、５分）経過後に精製空気１２中のＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の濃度を測定する。次に、所定時間（例えば、５分）経過以降に、ＴＨＣ、ＮＯｘの濃度が０．２ｐｐｍＣ以下であり、ＣＯの濃度が０．５ｐｐｍ以下であり、ＣＯ2の濃度が０．１％以下となった時、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を行なう操作を完了し、吸着材２０の再生を終了する。尚、ＴＨＣ及びＮＯｘの濃度はメタン換算ｐｐｍ濃度（ｐｐｍＣ）により表示されるものである。
【００４９】
また、図３は、精製空気１２中のＮ2Ｏの濃度が所定濃度を越えていない場合の時間と計測対象成分の濃度変化との関係を示す図である。図３に示すように、吸着材２０の再生を開始してから分析器４８により所定時間（例えば、５分）以内に、精製空気１２のＮ2Ｏの濃度が所定濃度（例えば、０．６ｐｐｍ）を越えていない場合、更に所定時間（例えば、５分）経過後に精製空気１２中のＴＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の濃度を測定する。所定時間（例えば、５分）経過後以降に、ＴＨＣ及びＮＯｘの濃度が０．２ｐｐｍＣ以下であり、ＣＯの濃度が０．５ｐｐｍ以下であり、ＣＯ2が０．１％以下となった時、吸着材２０に吸着されているＮ2Ｏの脱離を行なう操作を完了し、吸着材２０の再生を終了する。
【００５０】
吸着材２０の再生を行なうことで、吸着材２０のＮ2Ｏの吸着性能を維持することができ、吸着部２１において空気１１Ｅ中のＮ2Ｏを高い吸着率で繰り返し吸着することができる。これにより、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を行なう際、排ガス１４には常時Ｎ2Ｏの低減された精製空気１２を安定して混合し、排ガス１４を希釈することができるため、精製空気１２中のＮ2Ｏの影響を常時低減し、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を安定して行なうことができる。このため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の計測の誤差を常時小さくし、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００５１】
（試験例）
車両から排出される排ガス１４中のＮ2Ｏの濃度を測定した時の試験結果の一例を以下に示す。図４は、本発明の実施の形態に係る排ガス計測装置を用いた時の希釈排ガス、精製空気、排ガスの各々のＮ2Ｏ濃度の測定結果の一例を示す図である。また、吸着部２１には吸着材２０を前段部と後段部とに分けて配置した。前記前段部には、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が小さいゼオライトを配置し、前記後段部には、前記前段部に配置したゼオライトよりもＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が大きいゼオライトを配置した。
【００５２】
図４に示すように、サンプルバッグ４４で回収された希釈排ガス１５のＮ2Ｏ濃度Ａが０．１５ｐｐｍ程度であり、希釈空気バッグ４７で回収された精製空気１２のＮ2Ｏ濃度Ｂが０．０５ｐｐｍ程度であり、排ガス１４中のＮ2Ｏ濃度（排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度）Ｘが０．１ｐｐｍ程度と求められた。
【００５３】
希釈排ガス１５と精製空気１２とのＮ2Ｏ濃度の分析誤差が、絶対値で１％のＲＳであるとき、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａの分析誤差は０．００１５ｐｐｍ程度であり、精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂの分析誤差は０．０００５ｐｐｍ程度となった。このとき、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘにおける誤差の上限値及び下限値は、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの値と、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差の上限値及び下限値により得られる正規分布に基づき、例えば、下記式のように算出された。
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの上限値：０．１＋（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（１）
排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの下限値：０．１−（０．００１５2＋０．０００５2）1/2・・・（２）
【００５４】
このため、希釈排ガス１５中のＮ2Ｏ濃度Ａと精製空気１２中のＮ2Ｏ濃度Ｂとの各々の分析誤差によるＮ2Ｏ濃度を統計的に加算すると、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘには０．００１６ｐｐｍ程度の分析誤差が生じ、排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの０．１ｐｐｍに含まれる誤差は、絶対値で１．６％程度の誤差となった。よって、図５に示すような従来の排ガス計測装置を用いて計測した場合に比べて約１／４程度にまで排ガス起因Ｎ2Ｏ濃度Ｘの測定誤差を低減することができた。
【００５５】
このように、本実施の形態に係る排ガス計測装置１０によれば、温調部１９において吸着部２１に送給される空気１１Ｅの温度を調整可能とし、吸着部２１において精製空気１２中のＮ2Ｏを吸着材２０で吸着すると共に、吸着材２０に吸着したＮ2Ｏを脱離し再生することができる。このため、空気１１Ａ中のＮ2Ｏを排ガス１４に混合する前に予め吸着材２０で吸着し、排ガス１４にはＮ2Ｏを除去した精製空気１２を供給することができると共に、吸着材２０を再生することで、吸着材２０はＮ2Ｏの吸着性能を維持することができるので、吸着部２１は精製空気１２中のＮ2Ｏを高い吸着率で繰り返し吸着することができる。
【００５６】
よって、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量を計測する際、排ガス１４には常時Ｎ2Ｏの低減された精製空気１２を安定して供給することで、精製空気１２中のＮ2Ｏによる影響を低減し、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の測定を安定して行なうことができるため、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の計測の誤差を常時小さくすることができる。従って、排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析誤差を小さくし、より高精度に排ガス１４中のＮ2Ｏの排出質量の分析を行うことが可能となり、信頼性の高い分析結果を得ることができる。
【００５７】
本実施の形態に係る排ガス計測装置１０においては、検査対象として車両からの排ガス中の計測対象成分の重量を求める排ガス計測装置を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外から排出される排ガス中の成分の重量を求める計測装置についても同様に用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明に係る排ガス計測装置は、予めＮ2Ｏを除去した精製空気を用いて排ガスを希釈するので、排ガス中のＮ2Ｏの排出質量の計測を行う排ガス計測装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 排ガス計測装置
１１Ａ〜１１Ｅ 空気
１２ 精製空気
１３ 空気精製機
１４ 排ガス
１５ 希釈排ガス
１６ 加熱部
１７ 触媒
１８ 触媒部
１９ 温調部
２０ 吸着材
２１ 吸着部
２２ 熱交換部
２３ 通路
２４ 空気取入口
２５ 空気出口
３１ 主通路
３２ 取入口
３３ 排出口
３４ ブロア（ＣＶＳ吸引装置）
３５ 排気接続管
４１ ベンチュリ
４２ サンプリングベンチュリ
４３、４５ 吸引ポンプ
４４ サンプルバッグ
４６ 分岐通路
４７ 希釈空気バッグ
４８ 分析器
４９ 精製空気採取通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、
前記空気精製機が、
取り込んだ空気を加熱する加熱部と、
加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、
加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、
冷却された空気中の少なくとも一酸化二窒素を吸着し、除去する吸着材が備えられている吸着部と、
を有することを特徴とする排ガス計測装置。
【請求項１】
大気中の空気を取り込んで精製した精製空気を希釈空気として送風する空気精製機を有し、検査対象から排出される排ガスを前記精製空気と混合、希釈した希釈排ガスの排出質量を計測し、前記排ガスから排出される計測対象成分の排出質量を求める排ガス計測装置において、
前記空気精製機が、
取り込んだ空気を加熱する加熱部と、
加熱された空気中の計測対象成分を除去する触媒が備えられている触媒部と、
加熱された空気の冷却又は加温を行なう温調部と、
冷却された空気中の少なくとも一酸化二窒素を吸着し、除去する吸着材が備えられている吸着部と、
を有することを特徴とする排ガス計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４３２３８（Ｐ２０１０−２４３２３８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９００４０（Ｐ２００９−９００４０）
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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