ＰＭ排出量測定装置
【課題】このＰＭ排出量測定装置は，排ガス通路を流れる排ガスの一部を導入して排ガス中のＰＭを帯電させて基板のＰＭ捕集部に静電捕集し，ＰＭ排出量とＰＭ排出濃度を測定する。
【解決手段】このＰＭ排出量測定装置は，ハウジング７内に配設した測定パイプ８に形成した開口２７を通じて露出して排ガス中のＰＭを静電捕集するＰＭ捕集部９を構成する基板１０，ＰＭ捕集部９に対向した測定パイプ８内で放電させてＰＭを帯電させるＰＭ帯電器４１，ＰＭを静電捕集したＰＭ捕集部９に対して光照射する光発光器１３，光発光器１３による光照射が反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器１４，及びＰＭ捕集部９に捕集したＰＭを消失させて基板１０を再生させる基板再生器１５を有する。
【解決手段】このＰＭ排出量測定装置は，ハウジング７内に配設した測定パイプ８に形成した開口２７を通じて露出して排ガス中のＰＭを静電捕集するＰＭ捕集部９を構成する基板１０，ＰＭ捕集部９に対向した測定パイプ８内で放電させてＰＭを帯電させるＰＭ帯電器４１，ＰＭを静電捕集したＰＭ捕集部９に対して光照射する光発光器１３，光発光器１３による光照射が反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器１４，及びＰＭ捕集部９に捕集したＰＭを消失させて基板１０を再生させる基板再生器１５を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，プラズマ放電を利用して排ガス中に含まれる粒子状物質（以下，ＰＭという）を帯電させてＰＭを基板に捕集し，基板に捕集されたＰＭのＰＭ排出量，ＰＭ排出濃度を測定することができるＰＭ排出量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは，高い熱効率を有することから，結果的にディーゼル車の普及は地球温暖化防止に寄与することになる。また，ディーゼルエンジンから排出される炭素系の粒子状物質（以下，ＰＭという）等の有害物質は，人体に有害であることから，近年，その排出量を益々低減するように規制されている。近年，ＰＭ排出量の測定方法としては，光の吸収，光散乱，荷電，重量法，光反射法等の各種情報を利用して，排気ガス中に含まれるＰＭの排出重量，ＰＭの粒径，ＰＭ排出濃度の測定方法が開発されている。
【０００３】
従来，排気ガス中の微粒子計測装置および計測方法として，排気ガス中に含まれる微粒子を連続的に且つ粒径に関する情報を含めて計測するものである。該微粒子計測装置は，排気ガスを互いに層を成した状態で分級通路内に流入させ，上流側に設けた帯電器で排気ガス中の微粒子を帯電させ，下流側では流れを横切る方向に電場を形成し，分級通路の側面には流れ方向に互いの位置を異ならせて複数の採取口を設ける。排気ガス中の微粒子は，電場の影響を受けて流れを横切る方向に移動し，分級通路の壁面に到達し，移動してきた微粒子を採取口から取り込んで粒子検出器により検出する（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，流体に含まれる微粒子の中から所定の粒径範囲内の微粒子だけを時系列的に計測する微粒子計測装置および計測方法が知られている。該微粒子計測装置は，帯電させた微粒子を含んだ計測対象流体と，搬送流体とが層を成すような状態で流しておき，流れに交差する方向の電場を形成し，微粒子が電場を受けて流れを横切る方向に移動する速度は，粒径に依存するので，微粒子は粒径に応じて異なる経路を通過する性質を利用して計測対象の微粒子を，所望の粒径よりも大きな微粒子と小さな微粒子とに分離して微粒子を検出する（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，粒子計測装置として，粒子個数濃度が高い流体に含まれる粒子数を高精度で計測するものが知られている。該粒子計測装置は，流体に含まれる粒子を所定の割合で除去する粒子除去部と，粒子除去部を通過した粒子を計測するセンサ部を備え，粒子除去部の粒子径に対する固有の除去特性を用いてセンサ部で計測した粒子数を補正処理する特性データメモリから成る粒子数補正手段を設けている（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
また，交流電場を用いて微粒子を質量分級する微粒子計測装置および計測方法が知られている。該微粒子計測装置は，微粒子を帯電させ，大気圧以下の所定圧力を有する気体とともに通路部に供給し，等角度ずつ位相をずらした複数組の交流電圧を，気体の流れと直交する方向に印加し，それによって微粒子が通路部内を振動しながら進行し，電圧波形に応じた特定の質量を有する微粒子のみが，通路部を通過することができ，微粒子を直接的に質量により分級できる（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２４４０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１００１号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５８２９号公報
【特許文献４】特開２００８−１１１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで，ＰＭ排出量測定装置によるＰＭ排出量や濃度の測定には，種々の測定装置や測定方法が開発されているが，簡単で且つ低コストのものが未だに提供されていないのが現状である。そこで，本発明者は，粒子状物質であるＰＭを含んでいる排気ガスの流れに対して，高圧電源から高圧を印加してプラズマ放電を発生させ，排気ガス流れをプラズマ放電によって回転する基板に排気ガス中のＰＭを捕集し，ＰＭを捕集した基板に対して光照射をし，反射してくる反射光を測定して排気ガス中に含まれるＰＭの排出重量，ＰＭ排出濃度を測定することを開発した。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，粒子状物質であるＰＭを含む排ガスの一部を測定パイプに取り込んで，前記測定パイプを流れる排ガス中に含まれる前記ＰＭをＰＭ捕集部を構成する基板に静電捕集し，前記ＰＭ捕集部に光を照射して反射してくる反射光及び散乱光を測定し，前記基板に静電捕集された前記ＰＭに起因する反射光及び散乱光の強度の変化を演算することによって，ＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって排ガス中のＰＭ濃度を測定するものであり，前記基板への前記ＰＭの静電捕集の測定を予め決められた間隔で不連続的に繰り返し行って前記排ガスに含まれるＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を測定するものであって，例えば，エンジンからの排ガス中に含まれるＰＭを捕集浄化する排ガス浄化装置を備えたシステムに適用して，排ガス浄化装置の作動状態や作動制御を行うのに利用できるＰＭ排出量測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，化石燃料の燃焼によって発生する排ガスを排出する排ガス通路に前記排ガスを取り入れる導入パイプと前記排ガスを回収する回収パイプとによって前記排ガス通路にバイパスして設けられたＰＭ排出量測定装置において，
前記導入パイプと前記回収パイプとが取り付けられたハウジング，前記ハウジング内に配設されて入口が前記導入パイプに出口が前記回収パイプに接続された測定パイプ，前記測定パイプの途中に設けた開口を通じて前記測定パイプ内に一部が露出して前記排ガスに含まれるＰＭを静電捕集するＰＭ捕集部を構成し且つ前記ハウジング内で回転する基板，前記基板内に内蔵されたリード線を通じて接地された接地電極，前記基板に対向して配設されて前記測定パイプ内にプラズマ放電を発生させて前記ＰＭを帯電させるＰＭ帯電器，前記ＰＭを静電捕集した前記基板の前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための光発光器，前記光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器，及び前記ＰＭ捕集部に帯電捕集した前記ＰＭを消失させて前記基板を再生させる基板再生器を有することを特徴とするＰＭ排出量測定装置に関する。
【００１１】
このＰＭ排出量測定装置において，前記基板は，セラミックス，ガラス，金属酸化物から選択された１種以上の絶縁材料から円筒状の管部材に形成されており，予め決められた所定の方向で且つ所定の速度で回転可能に構成されている。
【００１２】
また，前記ＰＭ帯電器は，高圧電源に接続された帯電用電極と前記帯電用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記帯電用電極を印加して前記帯電用電極と前記接地電極との間に前記測定パイプ内に前記プラズマ放電を発生させ，前記プラズマ放電によって前記排ガス中に含まれる前記ＰＭを帯電させ，帯電した前記ＰＭを前記基板に静電捕集させるものである。
【００１３】
また，前記基板再生器は，高圧電源に接続された再生用電極と前記再生用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記プラズマ放電によって前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭをＣＯとＣＯ2 に反応消失させて前記基板から除去するものである。
【００１４】
このＰＭ排出量測定装置は，前記光発光器である発光ランプからの入射光を直接／又は光ケーブルを介して前記ＰＭ捕集部に照射すると共に，同時に，前記反射光強度計測器である光ダイオードによって前記基板の前記ＰＭ捕集部からの前記反射光及び前記散乱光を測定するものである。
【００１５】
このＰＭ排出量測定装置は，前記測定パイプには，前記排ガスの温度を測定する温度計，及び前記排ガスの流量を測定するガス流量計が設けられている。
【００１６】
また，前記排ガス中のＰＭ排出量は，前記基板の回転半径及び回転速度，前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭ捕集量による前記反射光の変化，前記温度計で測定された排ガス温度，及び前記ガス流量計で測定された前記排ガスの流量から成る情報を演算し，前記排ガス中のＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって測定するものである。
【００１７】
このＰＭ排出量測定装置において，前記測定パイプが配置された前記ハウジング内は，前記導入パイプから取り込んだ前記排ガスを浄化した清浄ガスが吹き込まれて前記測定パイプ内の圧力より高く調整されて前記測定パイプから前記ハウジング内へは前記排ガスが侵入しないものである。
【００１８】
このＰＭ排出量測定装置は，前記基板再生器を配設した後流側の前記基板における前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための別の光発光器，及び前記別の光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する別の反射光強度計測器を設け，再生された前記基板の前記ＰＭ捕集部における前記ＰＭの捕集状態を測定するものである。
【発明の効果】
【００１９】
このＰＭ排出量測定装置は，上記のように構成されているので，排ガス通路を流れる排ガスに含まれるＰＭのＰＭ排出量やＰＭ排出濃度を，簡単な装置で容易に且つ正確に，しかも繰り返し測定することができる。また，このＰＭ排出量測定装置を，例えば，エンジンやバーナの燃焼ガスを排出する排ガス通路に設けると，排ガス中のＰＭ排出量を正確に且つ容易に測定することができ，更に，自動車等の移動体のエンジンからの排ガスを排気する排ガス通路に排ガス浄化装置が取り付けられている場合には，本装置を排ガス浄化装置の下流側に設けることによって，排ガス浄化装置の浄化状態を検査することができ，それに応じて排ガス浄化装置の浄化力を調整することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明によるＰＭ排出量測定装置の一実施例を示しており，ＰＭ捕集部の反射光強度を１点で計測するタイプを示す概略説明図である。
【図２】この発明によるＰＭ排出量測定装置におけるＰＭ捕集，基板再生，及び入射光と反射・散乱光の経路を示す概略説明の斜視図である。
【図３】この発明によるＰＭ排出量測定装置の別の実施例を示しており，ＰＭ捕集部の反射光強度を２点で計測するタイプを示す概略説明の斜視図である。
【図４】この発明によるＰＭ排出量測定装置における基板に対するＰＭ塗布量と反射光強度の逆数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下，図面を参照して，この発明によるＰＭ排出量測定装置の実施例を説明する。まず，図１及び図２を参照して，この発明によるＰＭ排出量測定装置１の一実施例を説明する。図１及び図２には，ＰＭ排出量測定装置１において，基板１０に構成されたＰＭ捕集部９に堆積されたＰＭ捕集量を光照射と反射光強度とをそれぞれ１点で計測するタイプが示されている。
【００２２】
ＰＭ排出量測定装置１は，概して，石油，石炭，天然ガス，メタンハイドレード等の化石燃料を燃焼させることによって発生するＰＭを含んだ排ガスＧ（以下，Ｇは省略）を排出する排ガス通路２から排ガスを取り入れる導入パイプ３と，ＰＭが捕集されてしまった排ガスを排ガス通路２に戻す回収パイプ４とによって排ガス通路２にバイパスして設けられている。実施例１では，基板１０は，回転可能に構成され，接地電極１８を内蔵したタイプが用いられている。
【００２３】
ＰＭ排出量測定装置１は，特に，導入パイプ３と回収パイプ４とが取り付けられたハウジング７，ハウジング７内に配設されて入口５が導入パイプ３に出口６が回収パイプ４に連通された測定パイプ８，測定パイプ８に設けられた開口２７を通じて測定パイプ８内に露出して排ガスに含まれる粒子状物質であるＰＭを捕集するＰＭ捕集部９を構成し且つハウジング７内で回転する基板１０，基板１０内に内蔵されたリード線３４を通じて接地された接地電極１８，基板１０のＰＭ捕集部９に対向して配設されて測定パイプ８内で弱いプラズマ放電を発生させてＰＭを帯電させる帯電用電極１２を持つＰＭ帯電器４１，基板１０のＰＭ捕集部９の光照射部３２に対して光照射するための光発光器１３，光発光器１３による光照射が基板１０のＰＭ捕集部９で反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器１４，及び基板１０のＰＭ捕集部９に静電捕集したＰＭをＰＭ捕集部９から除去する基板再生器１５を有していることを特徴としている。
【００２４】
このＰＭ排出量測定装置１は，測定パイプ８に途中に形成された開口２７において基板１０が測定パイプ８内に露出し，その露出した領域がＰＭ捕集領域となる。基板１０は，その表面上にＰＭが捕集されて，ＰＭが捕集された部分がＰＭ捕集部９を構成することになる。また，基板１０は，アルミナ等のセラミックス，ガラス，金属酸化物から選択された１種以上の絶縁材料から円筒状の絶縁管の形状に形成されており，予め決められた所定の方向で且つ所定の速度で回転可能に構成されている。基板１０は，図２に示すように，例えば，両端に絶縁管１１を備え且つ内部に接地電極１８を内蔵した円筒体に形成され，ハウジング７内で支持部材３６に回転可能に支持されており，上記円筒体の外周面にはアルミナ等で構成されたＰＭ捕集部９を備えている。ＰＭ捕集部９の一部は，測定パイプ８に設けた開口２７を通じて測定パイプ８内に常に露出状態に配設されている。従って，基板１０が一回転すると，ＰＭ捕集部９を持つ基板１０の全周が開口２７を通じて測定パイプ８内に露出することになる。基板１０に内蔵されている接地電極１８は，リード線３４を通じてアースされている。
【００２５】
また，ＰＭ帯電器４１は，高圧電源２１に接続した帯電用電極１２と，帯電用電極１２を被覆した絶縁管２２とから構成されている。ＰＭ排出量測定装置１は，ＰＭ帯電器４１で測定パイプ８内に発生した弱いプラズマ放電によって排ガス中に含まれるＰＭが帯電され，帯電したＰＭがＰＭ捕集部９に静電捕集されるように構成されている。また，ＰＭ排出量測定装置１では，光発光器１３である発光ランプからの入射光は，直接／又は光ケーブルを介してＰＭ捕集部９に導入されて光照射部３２が照射されると共に，同時に，ＰＭ捕集部９からの反射光及び散乱光は，反射光強度計測器１４である光ダイオードによって測定するように構成されている。反射光強度計測器１４による測定値は，コントローラ４０のコンピュータに情報として入力される。
【００２６】
また，基板再生器１５は，高圧電源に接続した再生用電極２６と，再生用電極２６を被覆した絶縁管２５とから構成されている。基板再生器１５は，再生用電極２６を印加することによって強いプラズマ放電を発生させ，該プラズマ放電によってＰＭ捕集部９に捕集されているＰＭをＣＯ，ＣＯ2 に反応消失させてＰＭ捕集部９から除去し，基板１０を再生するものである。このＰＭ排出量測定装置は，測定パイプ８には，ＰＭ帯電器４１の下流側（又は上流側）に位置して排ガスの温度を測定する温度計１６，及び排ガスの流量を測定するガス流量計１７が設けられている。ＰＭ帯電器４１の下流側における測定パイプ８を流れる排ガスは，ＰＭが捕集された後の浄化された排ガスが流れ，回収パイプ４を通じて排ガス通路２へ回収される。
【００２７】
このＰＭ排出量測定装置１は，測定パイプ８が配置されたハウジング７内には，供給ポンプ３９を作動して導入パイプ３から排ガス取込みパイプ３７を通じて取り込んだ排ガスをフイルタ３８に通して浄化した清浄ガスを清浄ガス供給パイプ２３から吹き込んでおり，ハウジング７内は，測定パイプ８内の圧力より高く調整されて測定パイプ８からハウジング７内へは排ガスが流入できないように調整されている。
【００２８】
このＰＭ排出量測定装置１において，コントローラ４０は，高圧電源２１，高圧電源２４，光発光器１３，及び反射光強度計測器１４の作動を制御し，供給ポンプ３９，及び基板１０を回転駆動するモータ（図示せず）を駆動制御する。また，反射光強度計測器１４，温度計１６，及びガス流量計１７から得られた情報は，コントローラ４０のコンピュータに入力され，コントローラ４０の制御に利用される。このＰＭ排出量測定装置１は，上記のように構成されており，排ガス中のＰＭ排出量は，基板１０の回転半径及び回転速度，ＰＭ捕集部９に捕集されたＰＭ捕集量による反射光の変化，温度計で測定された排ガス温度，及びガス流量計１７で測定された排ガスの流量から成る情報をコントローラ４０に設けたコンピュータで演算し，排ガス中のＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって測定するものである。
【００２９】
このＰＭ排出量測定装置１では，コントローラ４０は，高圧電源２１から帯電用電極１２へ高電圧を印加して，帯電用電極１２と基板１０に内蔵の接地電極１８との間に弱いプラズマ放電を発生させ，測定パイプ８を流れる排ガス中に含まれるＰＭを帯電させ，帯電したＰＭを基板１０のＰＭ捕集部９に静電捕集させる制御を行う。また，コントローラ４０は，高圧電源２４から再生用電極２６へ高電圧を印加して，再生用電極２６と基板１０に内蔵の接地電極１８との間に強いプラズマ放電を発生させ，基板１０のＰＭ捕集部９に付着したＰＭをＣＯ，ＣＯ2 に反応消失させてＰＭ捕集部９からＰＭを除去する制御を行う。
【００３０】
このＰＭ排出量測定装置１について，ＰＭ捕集量の計量可能性の確認に関しては，次のとおりである。基板１０として，セラッミク基板（アルミナ板）を作製し，該セラッミク基板にディーゼルエンジンから排気される排ガスから捕集したＰＭを塗布した。次いで，ＰＭを塗布したセラッミク基板に対して光発光器１３によって光照射強度を一定にして，セラッミク基板に照射し，そこで，セラッミク基板の光反射強度を測定した。その結果，図４に示すグラフからも分かるように，ＰＭ塗布量は，０．１２ｍｇ／ｃｍ2 以下において，反射光の強度１の逆数と直線関係にあるが，０．１２ｍｇ／ｃｍ2 以上になると，ＰＭ塗布量が急激に変わる別の直線関係を持つようになる。０．１２ｍｇ／ｃｍ2 以下におけるＰＭ塗布量と反射光の強度１の逆数との関係は，より正確にＰＭ塗布量を計算できることを確認できた。
【００３１】
排ガス通路２から取り込んだ排ガスの一部は，導入パイプ３を通じてＰＭ排出量測定装置１の入口５に導入され，該排ガスをＰＭ捕集部９に通した後に，出口６から回収パイプ４を通じて排ガス通路２に戻るように構成されている。ＰＭ帯電器４１では，帯電用電極１２を印加した電圧により弱い放電が発生し，該放電によって，ＰＭが帯電し，ＰＭ捕集部９に静電捕集される。基板１０が回転してＰＭ捕集部９が光照射部３２へ進み，そこで，光を発生する光発光器１３から投射された光は，光照射部３２まで光導入管１９を通じて導入され，ＰＭ捕集部９のＰＭの捕集状態に対応して反射光と散乱光となって反射され，それらの光を集光した後に，集光した反射光は光導出管２０を経て，反射光強度計測部１４で反射光や散乱光の強度が測定される。ＰＭ捕集部９に照射する光の一部が捕集したＰＭに吸収されるため，ＰＭ捕集部９から反射又は散乱してくる光の強度が変化，即ち低下する。基板回転速度，ＰＭ捕集による反射光強度の変化と付属している排ガス温度とガス流量を測定する装置から得たガス温度とガス流量の情報をコンピュータが演算する。
【００３２】
例えば，ＰＭ排出量やＰＭ排出濃度は，式（１）と（２）でそれぞれ見積もることができる。
式１は，ＰＭ排出量（ｇ／ｈ）を示している。即ち，式１は次のとおりである。
（ｇ／ｈ）＝ｋ・（Ｖ／Ｖ1 ）・〔（ａ／Ｉ）＋ｂ〕・ｒ（Ｔ／Ｔ1 ）
式２は，ＰＭ排出濃度（ｇ／Ｎｍ3 ）を示している。即ち，式２は次のとおりである。（ｇ／Ｎｍ3 ）＝ｋ・（１／Ｖ1 ）・〔（ａ／Ｉ）＋ｂ〕・ｒ（273.15／Ｔ1 ）
但し，Ｖ，Ｖ1 は，それぞれ排ガス総流量と測定器に入る排ガス流量，単位ｍ3 ／h である。 Ｔ，Ｔ1 は，それぞれ排ガス温度と測定器に入る排ガス温度（単位はＫ）である。ａ，ｂは，定数であり，図１に示す実験結果から求められる。ｒは，基板の回転数であり，単位は回転／時間である。I は，反射光と散乱光の強度である。２７３．１５は，排ガス流量を標準状態（２７３．１５Ｋ，1 気圧）に換算するための定数であり，単位は絶対温度Ｋである。ｋは，計測器定数である。
【００３３】
次いで，基板１０が回転してＰＭ捕集部９がＰＭ除去部である基板再生器１５へ進み，そこで，ＰＭを捕集した基板１０は高圧電源２１からの電力で再生用電極２６が高電圧に印加され，再生用電極２６と接地電極１８との間により強い放電が発生し，放電で生成する活性酸素種によって，ＰＭ捕集部９に付着しているＰＭがＣＯとＣＯ2 まで酸化されて消失され，基板１０のＰＭ捕集部９が再生される。
【００３４】
次に，図３を参照して，この発明による別の実施例であるＰＭ排出量測定装置１ＡによるＰＭ捕集部に堆積されたＰＭ捕集量を反射光強度を２点で計測するタイプについて説明する。実施例２のＰＭ排出量測定装置１Ａは，実施例１のＰＭ排出量測定装置１と比較して，２つの光発生器１３，２８を構成したものであり，光発光器２８及び反射光強度計測器２９を設けて基板１０のＰＭ捕集部９に対して光照射部３３を設けた以外は，実施例１と同様な構成を有しているので，以下の説明では，同一部材については同一符号を付し，重複する説明は，ここでは省略する。
【００３５】
ＰＭ排出量測定装置１Ａは，主として，回転する接地電極１８を内蔵した基板１０，ＰＭを捕集するためのＰＭ帯電器４１（高圧電源２１，帯電用電極１２，絶縁管１１から成る），基板１０を再生するための高圧電源２１と再生用電極２６，絶縁管２５，２つの光発生器１３，２８，２つの反射光強度測定部１４，２９，温度計１６，及びガス流量計１７から構成されている。ＰＭ排出量測定装置１Ａの作動は，実施例１のＰＭ排出量測定装置１と比較して，光発生器２８及び反射光強度測定部２９を備えている以外は，同様である。光発生器２８及び反射光強度測定部２９は，主として，ＰＭをＰＭ捕集部９に捕集する前の基板１０の状態に対して，ＰＭ捕集部９が基板再生器１５のＰＭ除去部を通過しているが，それでもなおＰＭ捕集部９に残存するＰＭの付着状態を測定し，測定値を更に的確にするものである。
【００３６】
ＰＭ排出量測定装置１Ａでも，ＰＭ排出量測定装置１と同様に，ＰＭ捕集部９に照射する光の一部が捕集されたＰＭに吸収されるため，ＰＭ捕集部９から反射または散乱してくる光の強度が変化し低下する。基板１０の回転速度，ＰＭ捕集による反射光強度の変化と付属している排ガス温度とガス流量を測定する装置から得たガス温度とガス流量の情報からコンピュータで演算し，ＰＭ排出量或いはＰＭ排出濃度を測定する。
【００３７】
例えば，ＰＭ排出量やＰＭ排出濃度は，式（３）と（４）でそれぞれ見積もることができる。
式３は，ＰＭ排出量（ｇ／ｈ）を示している。即ち，式３は次のとおりである。
（ｇ／ｈ）＝ｋ・（Ｖ／Ｖ1 ）・〔（ａ／（Ｉ−Ｉ0 ）＋ｂ〕・ｒ（Ｔ／Ｔ1 ） 式４は，ＰＭ排出濃度（ｇ／Ｎｍ3 ）を示している。即ち，式４は次のとおりである。（ｇ／Ｎｍ3 ）＝ｋ・（１／Ｖ1 ）・〔（ａ／（Ｉ−Ｉ0 ）＋ｂ〕・ｒ（273.15／Ｔ1 ） 但し，Ｖ，Ｖ1 は，それぞれ排ガス総流量と測定器に入る排ガス流量，単位ｍ3 ／h である。 Ｔ，Ｔ1 は，それぞれ排ガス温度と測定器に入る排ガス温度（単位はＫ）である。ａ，ｂは，定数であり，図１に示す実験結果から求められる。ｒは，基板の回転数であｒｕ単位：回転／時間）。Ｉ0 とI は，ＰＭ捕集前後の反射光と散乱光の強度である。２７３．１５は，排ガス流量を標準状態（２７３．１５Ｋ，1 気圧）に換算するための定数であり，単位は絶対温度Ｋである。ｋは，計測器定数である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明によるＰＭ排出量測定装置は，ディーゼルエンジン等の炭化水素系燃焼機関からの排ガスに含まれる煤，黒煙，環境中に浮遊する固体粒子状物質，即ち，ＰＭの排出量やその濃度を測定するものであり，自動車等の移動体に設けたエンジンの排ガスを浄化する排ガス浄化装置と並設してその作動状態を制御するのにも利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ ＰＭ排出量測定装置
２ 排ガス通路
３ 導入パイプ
４ 回収パイプ
５ 入口
６ 出口
７ ハウジング
８ 測定パイプ
９ ＰＭ捕集部
１０ 基板
１１，２２，２５ 絶縁管
１２ 帯電用電極
１３，２８ 光発光器
１４，２９ 反射光強度計測器
１５ 基板再生器
１６ 温度計
１７ ガス流量計
１８ 接地電極
１９，３０ 光導入管
２０，３１ 光導出管
２１，２４ 高圧電源
２３ 清浄ガス供給パイプ
２６ 再生用電極
２７ 開口
３２，３３ 光照射部
３４ 接地電極リード線
３７ 排ガス取り込みパイプ
３８ フイルタ
３９ 供給ポンプ
４０ コントローラ
４１ ＰＭ帯電器
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，プラズマ放電を利用して排ガス中に含まれる粒子状物質（以下，ＰＭという）を帯電させてＰＭを基板に捕集し，基板に捕集されたＰＭのＰＭ排出量，ＰＭ排出濃度を測定することができるＰＭ排出量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは，高い熱効率を有することから，結果的にディーゼル車の普及は地球温暖化防止に寄与することになる。また，ディーゼルエンジンから排出される炭素系の粒子状物質（以下，ＰＭという）等の有害物質は，人体に有害であることから，近年，その排出量を益々低減するように規制されている。近年，ＰＭ排出量の測定方法としては，光の吸収，光散乱，荷電，重量法，光反射法等の各種情報を利用して，排気ガス中に含まれるＰＭの排出重量，ＰＭの粒径，ＰＭ排出濃度の測定方法が開発されている。
【０００３】
従来，排気ガス中の微粒子計測装置および計測方法として，排気ガス中に含まれる微粒子を連続的に且つ粒径に関する情報を含めて計測するものである。該微粒子計測装置は，排気ガスを互いに層を成した状態で分級通路内に流入させ，上流側に設けた帯電器で排気ガス中の微粒子を帯電させ，下流側では流れを横切る方向に電場を形成し，分級通路の側面には流れ方向に互いの位置を異ならせて複数の採取口を設ける。排気ガス中の微粒子は，電場の影響を受けて流れを横切る方向に移動し，分級通路の壁面に到達し，移動してきた微粒子を採取口から取り込んで粒子検出器により検出する（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，流体に含まれる微粒子の中から所定の粒径範囲内の微粒子だけを時系列的に計測する微粒子計測装置および計測方法が知られている。該微粒子計測装置は，帯電させた微粒子を含んだ計測対象流体と，搬送流体とが層を成すような状態で流しておき，流れに交差する方向の電場を形成し，微粒子が電場を受けて流れを横切る方向に移動する速度は，粒径に依存するので，微粒子は粒径に応じて異なる経路を通過する性質を利用して計測対象の微粒子を，所望の粒径よりも大きな微粒子と小さな微粒子とに分離して微粒子を検出する（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，粒子計測装置として，粒子個数濃度が高い流体に含まれる粒子数を高精度で計測するものが知られている。該粒子計測装置は，流体に含まれる粒子を所定の割合で除去する粒子除去部と，粒子除去部を通過した粒子を計測するセンサ部を備え，粒子除去部の粒子径に対する固有の除去特性を用いてセンサ部で計測した粒子数を補正処理する特性データメモリから成る粒子数補正手段を設けている（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
また，交流電場を用いて微粒子を質量分級する微粒子計測装置および計測方法が知られている。該微粒子計測装置は，微粒子を帯電させ，大気圧以下の所定圧力を有する気体とともに通路部に供給し，等角度ずつ位相をずらした複数組の交流電圧を，気体の流れと直交する方向に印加し，それによって微粒子が通路部内を振動しながら進行し，電圧波形に応じた特定の質量を有する微粒子のみが，通路部を通過することができ，微粒子を直接的に質量により分級できる（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２４４０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１００１号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５８２９号公報
【特許文献４】特開２００８−１１１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで，ＰＭ排出量測定装置によるＰＭ排出量や濃度の測定には，種々の測定装置や測定方法が開発されているが，簡単で且つ低コストのものが未だに提供されていないのが現状である。そこで，本発明者は，粒子状物質であるＰＭを含んでいる排気ガスの流れに対して，高圧電源から高圧を印加してプラズマ放電を発生させ，排気ガス流れをプラズマ放電によって回転する基板に排気ガス中のＰＭを捕集し，ＰＭを捕集した基板に対して光照射をし，反射してくる反射光を測定して排気ガス中に含まれるＰＭの排出重量，ＰＭ排出濃度を測定することを開発した。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，粒子状物質であるＰＭを含む排ガスの一部を測定パイプに取り込んで，前記測定パイプを流れる排ガス中に含まれる前記ＰＭをＰＭ捕集部を構成する基板に静電捕集し，前記ＰＭ捕集部に光を照射して反射してくる反射光及び散乱光を測定し，前記基板に静電捕集された前記ＰＭに起因する反射光及び散乱光の強度の変化を演算することによって，ＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって排ガス中のＰＭ濃度を測定するものであり，前記基板への前記ＰＭの静電捕集の測定を予め決められた間隔で不連続的に繰り返し行って前記排ガスに含まれるＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を測定するものであって，例えば，エンジンからの排ガス中に含まれるＰＭを捕集浄化する排ガス浄化装置を備えたシステムに適用して，排ガス浄化装置の作動状態や作動制御を行うのに利用できるＰＭ排出量測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，化石燃料の燃焼によって発生する排ガスを排出する排ガス通路に前記排ガスを取り入れる導入パイプと前記排ガスを回収する回収パイプとによって前記排ガス通路にバイパスして設けられたＰＭ排出量測定装置において，
前記導入パイプと前記回収パイプとが取り付けられたハウジング，前記ハウジング内に配設されて入口が前記導入パイプに出口が前記回収パイプに接続された測定パイプ，前記測定パイプの途中に設けた開口を通じて前記測定パイプ内に一部が露出して前記排ガスに含まれるＰＭを静電捕集するＰＭ捕集部を構成し且つ前記ハウジング内で回転する基板，前記基板内に内蔵されたリード線を通じて接地された接地電極，前記基板に対向して配設されて前記測定パイプ内にプラズマ放電を発生させて前記ＰＭを帯電させるＰＭ帯電器，前記ＰＭを静電捕集した前記基板の前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための光発光器，前記光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器，及び前記ＰＭ捕集部に帯電捕集した前記ＰＭを消失させて前記基板を再生させる基板再生器を有することを特徴とするＰＭ排出量測定装置に関する。
【００１１】
このＰＭ排出量測定装置において，前記基板は，セラミックス，ガラス，金属酸化物から選択された１種以上の絶縁材料から円筒状の管部材に形成されており，予め決められた所定の方向で且つ所定の速度で回転可能に構成されている。
【００１２】
また，前記ＰＭ帯電器は，高圧電源に接続された帯電用電極と前記帯電用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記帯電用電極を印加して前記帯電用電極と前記接地電極との間に前記測定パイプ内に前記プラズマ放電を発生させ，前記プラズマ放電によって前記排ガス中に含まれる前記ＰＭを帯電させ，帯電した前記ＰＭを前記基板に静電捕集させるものである。
【００１３】
また，前記基板再生器は，高圧電源に接続された再生用電極と前記再生用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記プラズマ放電によって前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭをＣＯとＣＯ2 に反応消失させて前記基板から除去するものである。
【００１４】
このＰＭ排出量測定装置は，前記光発光器である発光ランプからの入射光を直接／又は光ケーブルを介して前記ＰＭ捕集部に照射すると共に，同時に，前記反射光強度計測器である光ダイオードによって前記基板の前記ＰＭ捕集部からの前記反射光及び前記散乱光を測定するものである。
【００１５】
このＰＭ排出量測定装置は，前記測定パイプには，前記排ガスの温度を測定する温度計，及び前記排ガスの流量を測定するガス流量計が設けられている。
【００１６】
また，前記排ガス中のＰＭ排出量は，前記基板の回転半径及び回転速度，前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭ捕集量による前記反射光の変化，前記温度計で測定された排ガス温度，及び前記ガス流量計で測定された前記排ガスの流量から成る情報を演算し，前記排ガス中のＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって測定するものである。
【００１７】
このＰＭ排出量測定装置において，前記測定パイプが配置された前記ハウジング内は，前記導入パイプから取り込んだ前記排ガスを浄化した清浄ガスが吹き込まれて前記測定パイプ内の圧力より高く調整されて前記測定パイプから前記ハウジング内へは前記排ガスが侵入しないものである。
【００１８】
このＰＭ排出量測定装置は，前記基板再生器を配設した後流側の前記基板における前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための別の光発光器，及び前記別の光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する別の反射光強度計測器を設け，再生された前記基板の前記ＰＭ捕集部における前記ＰＭの捕集状態を測定するものである。
【発明の効果】
【００１９】
このＰＭ排出量測定装置は，上記のように構成されているので，排ガス通路を流れる排ガスに含まれるＰＭのＰＭ排出量やＰＭ排出濃度を，簡単な装置で容易に且つ正確に，しかも繰り返し測定することができる。また，このＰＭ排出量測定装置を，例えば，エンジンやバーナの燃焼ガスを排出する排ガス通路に設けると，排ガス中のＰＭ排出量を正確に且つ容易に測定することができ，更に，自動車等の移動体のエンジンからの排ガスを排気する排ガス通路に排ガス浄化装置が取り付けられている場合には，本装置を排ガス浄化装置の下流側に設けることによって，排ガス浄化装置の浄化状態を検査することができ，それに応じて排ガス浄化装置の浄化力を調整することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明によるＰＭ排出量測定装置の一実施例を示しており，ＰＭ捕集部の反射光強度を１点で計測するタイプを示す概略説明図である。
【図２】この発明によるＰＭ排出量測定装置におけるＰＭ捕集，基板再生，及び入射光と反射・散乱光の経路を示す概略説明の斜視図である。
【図３】この発明によるＰＭ排出量測定装置の別の実施例を示しており，ＰＭ捕集部の反射光強度を２点で計測するタイプを示す概略説明の斜視図である。
【図４】この発明によるＰＭ排出量測定装置における基板に対するＰＭ塗布量と反射光強度の逆数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下，図面を参照して，この発明によるＰＭ排出量測定装置の実施例を説明する。まず，図１及び図２を参照して，この発明によるＰＭ排出量測定装置１の一実施例を説明する。図１及び図２には，ＰＭ排出量測定装置１において，基板１０に構成されたＰＭ捕集部９に堆積されたＰＭ捕集量を光照射と反射光強度とをそれぞれ１点で計測するタイプが示されている。
【００２２】
ＰＭ排出量測定装置１は，概して，石油，石炭，天然ガス，メタンハイドレード等の化石燃料を燃焼させることによって発生するＰＭを含んだ排ガスＧ（以下，Ｇは省略）を排出する排ガス通路２から排ガスを取り入れる導入パイプ３と，ＰＭが捕集されてしまった排ガスを排ガス通路２に戻す回収パイプ４とによって排ガス通路２にバイパスして設けられている。実施例１では，基板１０は，回転可能に構成され，接地電極１８を内蔵したタイプが用いられている。
【００２３】
ＰＭ排出量測定装置１は，特に，導入パイプ３と回収パイプ４とが取り付けられたハウジング７，ハウジング７内に配設されて入口５が導入パイプ３に出口６が回収パイプ４に連通された測定パイプ８，測定パイプ８に設けられた開口２７を通じて測定パイプ８内に露出して排ガスに含まれる粒子状物質であるＰＭを捕集するＰＭ捕集部９を構成し且つハウジング７内で回転する基板１０，基板１０内に内蔵されたリード線３４を通じて接地された接地電極１８，基板１０のＰＭ捕集部９に対向して配設されて測定パイプ８内で弱いプラズマ放電を発生させてＰＭを帯電させる帯電用電極１２を持つＰＭ帯電器４１，基板１０のＰＭ捕集部９の光照射部３２に対して光照射するための光発光器１３，光発光器１３による光照射が基板１０のＰＭ捕集部９で反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器１４，及び基板１０のＰＭ捕集部９に静電捕集したＰＭをＰＭ捕集部９から除去する基板再生器１５を有していることを特徴としている。
【００２４】
このＰＭ排出量測定装置１は，測定パイプ８に途中に形成された開口２７において基板１０が測定パイプ８内に露出し，その露出した領域がＰＭ捕集領域となる。基板１０は，その表面上にＰＭが捕集されて，ＰＭが捕集された部分がＰＭ捕集部９を構成することになる。また，基板１０は，アルミナ等のセラミックス，ガラス，金属酸化物から選択された１種以上の絶縁材料から円筒状の絶縁管の形状に形成されており，予め決められた所定の方向で且つ所定の速度で回転可能に構成されている。基板１０は，図２に示すように，例えば，両端に絶縁管１１を備え且つ内部に接地電極１８を内蔵した円筒体に形成され，ハウジング７内で支持部材３６に回転可能に支持されており，上記円筒体の外周面にはアルミナ等で構成されたＰＭ捕集部９を備えている。ＰＭ捕集部９の一部は，測定パイプ８に設けた開口２７を通じて測定パイプ８内に常に露出状態に配設されている。従って，基板１０が一回転すると，ＰＭ捕集部９を持つ基板１０の全周が開口２７を通じて測定パイプ８内に露出することになる。基板１０に内蔵されている接地電極１８は，リード線３４を通じてアースされている。
【００２５】
また，ＰＭ帯電器４１は，高圧電源２１に接続した帯電用電極１２と，帯電用電極１２を被覆した絶縁管２２とから構成されている。ＰＭ排出量測定装置１は，ＰＭ帯電器４１で測定パイプ８内に発生した弱いプラズマ放電によって排ガス中に含まれるＰＭが帯電され，帯電したＰＭがＰＭ捕集部９に静電捕集されるように構成されている。また，ＰＭ排出量測定装置１では，光発光器１３である発光ランプからの入射光は，直接／又は光ケーブルを介してＰＭ捕集部９に導入されて光照射部３２が照射されると共に，同時に，ＰＭ捕集部９からの反射光及び散乱光は，反射光強度計測器１４である光ダイオードによって測定するように構成されている。反射光強度計測器１４による測定値は，コントローラ４０のコンピュータに情報として入力される。
【００２６】
また，基板再生器１５は，高圧電源に接続した再生用電極２６と，再生用電極２６を被覆した絶縁管２５とから構成されている。基板再生器１５は，再生用電極２６を印加することによって強いプラズマ放電を発生させ，該プラズマ放電によってＰＭ捕集部９に捕集されているＰＭをＣＯ，ＣＯ2 に反応消失させてＰＭ捕集部９から除去し，基板１０を再生するものである。このＰＭ排出量測定装置は，測定パイプ８には，ＰＭ帯電器４１の下流側（又は上流側）に位置して排ガスの温度を測定する温度計１６，及び排ガスの流量を測定するガス流量計１７が設けられている。ＰＭ帯電器４１の下流側における測定パイプ８を流れる排ガスは，ＰＭが捕集された後の浄化された排ガスが流れ，回収パイプ４を通じて排ガス通路２へ回収される。
【００２７】
このＰＭ排出量測定装置１は，測定パイプ８が配置されたハウジング７内には，供給ポンプ３９を作動して導入パイプ３から排ガス取込みパイプ３７を通じて取り込んだ排ガスをフイルタ３８に通して浄化した清浄ガスを清浄ガス供給パイプ２３から吹き込んでおり，ハウジング７内は，測定パイプ８内の圧力より高く調整されて測定パイプ８からハウジング７内へは排ガスが流入できないように調整されている。
【００２８】
このＰＭ排出量測定装置１において，コントローラ４０は，高圧電源２１，高圧電源２４，光発光器１３，及び反射光強度計測器１４の作動を制御し，供給ポンプ３９，及び基板１０を回転駆動するモータ（図示せず）を駆動制御する。また，反射光強度計測器１４，温度計１６，及びガス流量計１７から得られた情報は，コントローラ４０のコンピュータに入力され，コントローラ４０の制御に利用される。このＰＭ排出量測定装置１は，上記のように構成されており，排ガス中のＰＭ排出量は，基板１０の回転半径及び回転速度，ＰＭ捕集部９に捕集されたＰＭ捕集量による反射光の変化，温度計で測定された排ガス温度，及びガス流量計１７で測定された排ガスの流量から成る情報をコントローラ４０に設けたコンピュータで演算し，排ガス中のＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって測定するものである。
【００２９】
このＰＭ排出量測定装置１では，コントローラ４０は，高圧電源２１から帯電用電極１２へ高電圧を印加して，帯電用電極１２と基板１０に内蔵の接地電極１８との間に弱いプラズマ放電を発生させ，測定パイプ８を流れる排ガス中に含まれるＰＭを帯電させ，帯電したＰＭを基板１０のＰＭ捕集部９に静電捕集させる制御を行う。また，コントローラ４０は，高圧電源２４から再生用電極２６へ高電圧を印加して，再生用電極２６と基板１０に内蔵の接地電極１８との間に強いプラズマ放電を発生させ，基板１０のＰＭ捕集部９に付着したＰＭをＣＯ，ＣＯ2 に反応消失させてＰＭ捕集部９からＰＭを除去する制御を行う。
【００３０】
このＰＭ排出量測定装置１について，ＰＭ捕集量の計量可能性の確認に関しては，次のとおりである。基板１０として，セラッミク基板（アルミナ板）を作製し，該セラッミク基板にディーゼルエンジンから排気される排ガスから捕集したＰＭを塗布した。次いで，ＰＭを塗布したセラッミク基板に対して光発光器１３によって光照射強度を一定にして，セラッミク基板に照射し，そこで，セラッミク基板の光反射強度を測定した。その結果，図４に示すグラフからも分かるように，ＰＭ塗布量は，０．１２ｍｇ／ｃｍ2 以下において，反射光の強度１の逆数と直線関係にあるが，０．１２ｍｇ／ｃｍ2 以上になると，ＰＭ塗布量が急激に変わる別の直線関係を持つようになる。０．１２ｍｇ／ｃｍ2 以下におけるＰＭ塗布量と反射光の強度１の逆数との関係は，より正確にＰＭ塗布量を計算できることを確認できた。
【００３１】
排ガス通路２から取り込んだ排ガスの一部は，導入パイプ３を通じてＰＭ排出量測定装置１の入口５に導入され，該排ガスをＰＭ捕集部９に通した後に，出口６から回収パイプ４を通じて排ガス通路２に戻るように構成されている。ＰＭ帯電器４１では，帯電用電極１２を印加した電圧により弱い放電が発生し，該放電によって，ＰＭが帯電し，ＰＭ捕集部９に静電捕集される。基板１０が回転してＰＭ捕集部９が光照射部３２へ進み，そこで，光を発生する光発光器１３から投射された光は，光照射部３２まで光導入管１９を通じて導入され，ＰＭ捕集部９のＰＭの捕集状態に対応して反射光と散乱光となって反射され，それらの光を集光した後に，集光した反射光は光導出管２０を経て，反射光強度計測部１４で反射光や散乱光の強度が測定される。ＰＭ捕集部９に照射する光の一部が捕集したＰＭに吸収されるため，ＰＭ捕集部９から反射又は散乱してくる光の強度が変化，即ち低下する。基板回転速度，ＰＭ捕集による反射光強度の変化と付属している排ガス温度とガス流量を測定する装置から得たガス温度とガス流量の情報をコンピュータが演算する。
【００３２】
例えば，ＰＭ排出量やＰＭ排出濃度は，式（１）と（２）でそれぞれ見積もることができる。
式１は，ＰＭ排出量（ｇ／ｈ）を示している。即ち，式１は次のとおりである。
（ｇ／ｈ）＝ｋ・（Ｖ／Ｖ1 ）・〔（ａ／Ｉ）＋ｂ〕・ｒ（Ｔ／Ｔ1 ）
式２は，ＰＭ排出濃度（ｇ／Ｎｍ3 ）を示している。即ち，式２は次のとおりである。（ｇ／Ｎｍ3 ）＝ｋ・（１／Ｖ1 ）・〔（ａ／Ｉ）＋ｂ〕・ｒ（273.15／Ｔ1 ）
但し，Ｖ，Ｖ1 は，それぞれ排ガス総流量と測定器に入る排ガス流量，単位ｍ3 ／h である。 Ｔ，Ｔ1 は，それぞれ排ガス温度と測定器に入る排ガス温度（単位はＫ）である。ａ，ｂは，定数であり，図１に示す実験結果から求められる。ｒは，基板の回転数であり，単位は回転／時間である。I は，反射光と散乱光の強度である。２７３．１５は，排ガス流量を標準状態（２７３．１５Ｋ，1 気圧）に換算するための定数であり，単位は絶対温度Ｋである。ｋは，計測器定数である。
【００３３】
次いで，基板１０が回転してＰＭ捕集部９がＰＭ除去部である基板再生器１５へ進み，そこで，ＰＭを捕集した基板１０は高圧電源２１からの電力で再生用電極２６が高電圧に印加され，再生用電極２６と接地電極１８との間により強い放電が発生し，放電で生成する活性酸素種によって，ＰＭ捕集部９に付着しているＰＭがＣＯとＣＯ2 まで酸化されて消失され，基板１０のＰＭ捕集部９が再生される。
【００３４】
次に，図３を参照して，この発明による別の実施例であるＰＭ排出量測定装置１ＡによるＰＭ捕集部に堆積されたＰＭ捕集量を反射光強度を２点で計測するタイプについて説明する。実施例２のＰＭ排出量測定装置１Ａは，実施例１のＰＭ排出量測定装置１と比較して，２つの光発生器１３，２８を構成したものであり，光発光器２８及び反射光強度計測器２９を設けて基板１０のＰＭ捕集部９に対して光照射部３３を設けた以外は，実施例１と同様な構成を有しているので，以下の説明では，同一部材については同一符号を付し，重複する説明は，ここでは省略する。
【００３５】
ＰＭ排出量測定装置１Ａは，主として，回転する接地電極１８を内蔵した基板１０，ＰＭを捕集するためのＰＭ帯電器４１（高圧電源２１，帯電用電極１２，絶縁管１１から成る），基板１０を再生するための高圧電源２１と再生用電極２６，絶縁管２５，２つの光発生器１３，２８，２つの反射光強度測定部１４，２９，温度計１６，及びガス流量計１７から構成されている。ＰＭ排出量測定装置１Ａの作動は，実施例１のＰＭ排出量測定装置１と比較して，光発生器２８及び反射光強度測定部２９を備えている以外は，同様である。光発生器２８及び反射光強度測定部２９は，主として，ＰＭをＰＭ捕集部９に捕集する前の基板１０の状態に対して，ＰＭ捕集部９が基板再生器１５のＰＭ除去部を通過しているが，それでもなおＰＭ捕集部９に残存するＰＭの付着状態を測定し，測定値を更に的確にするものである。
【００３６】
ＰＭ排出量測定装置１Ａでも，ＰＭ排出量測定装置１と同様に，ＰＭ捕集部９に照射する光の一部が捕集されたＰＭに吸収されるため，ＰＭ捕集部９から反射または散乱してくる光の強度が変化し低下する。基板１０の回転速度，ＰＭ捕集による反射光強度の変化と付属している排ガス温度とガス流量を測定する装置から得たガス温度とガス流量の情報からコンピュータで演算し，ＰＭ排出量或いはＰＭ排出濃度を測定する。
【００３７】
例えば，ＰＭ排出量やＰＭ排出濃度は，式（３）と（４）でそれぞれ見積もることができる。
式３は，ＰＭ排出量（ｇ／ｈ）を示している。即ち，式３は次のとおりである。
（ｇ／ｈ）＝ｋ・（Ｖ／Ｖ1 ）・〔（ａ／（Ｉ−Ｉ0 ）＋ｂ〕・ｒ（Ｔ／Ｔ1 ） 式４は，ＰＭ排出濃度（ｇ／Ｎｍ3 ）を示している。即ち，式４は次のとおりである。（ｇ／Ｎｍ3 ）＝ｋ・（１／Ｖ1 ）・〔（ａ／（Ｉ−Ｉ0 ）＋ｂ〕・ｒ（273.15／Ｔ1 ） 但し，Ｖ，Ｖ1 は，それぞれ排ガス総流量と測定器に入る排ガス流量，単位ｍ3 ／h である。 Ｔ，Ｔ1 は，それぞれ排ガス温度と測定器に入る排ガス温度（単位はＫ）である。ａ，ｂは，定数であり，図１に示す実験結果から求められる。ｒは，基板の回転数であｒｕ単位：回転／時間）。Ｉ0 とI は，ＰＭ捕集前後の反射光と散乱光の強度である。２７３．１５は，排ガス流量を標準状態（２７３．１５Ｋ，1 気圧）に換算するための定数であり，単位は絶対温度Ｋである。ｋは，計測器定数である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明によるＰＭ排出量測定装置は，ディーゼルエンジン等の炭化水素系燃焼機関からの排ガスに含まれる煤，黒煙，環境中に浮遊する固体粒子状物質，即ち，ＰＭの排出量やその濃度を測定するものであり，自動車等の移動体に設けたエンジンの排ガスを浄化する排ガス浄化装置と並設してその作動状態を制御するのにも利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ ＰＭ排出量測定装置
２ 排ガス通路
３ 導入パイプ
４ 回収パイプ
５ 入口
６ 出口
７ ハウジング
８ 測定パイプ
９ ＰＭ捕集部
１０ 基板
１１，２２，２５ 絶縁管
１２ 帯電用電極
１３，２８ 光発光器
１４，２９ 反射光強度計測器
１５ 基板再生器
１６ 温度計
１７ ガス流量計
１８ 接地電極
１９，３０ 光導入管
２０，３１ 光導出管
２１，２４ 高圧電源
２３ 清浄ガス供給パイプ
２６ 再生用電極
２７ 開口
３２，３３ 光照射部
３４ 接地電極リード線
３７ 排ガス取り込みパイプ
３８ フイルタ
３９ 供給ポンプ
４０ コントローラ
４１ ＰＭ帯電器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料の燃焼によって発生する排ガスを排出する排ガス通路に前記排ガスを取り入れる導入パイプと前記排ガスを回収する回収パイプとによって前記排ガス通路にバイパスして設けられたＰＭ排出量測定装置において，
前記導入パイプと前記回収パイプとが取り付けられたハウジング，前記ハウジング内に配設されて入口が前記導入パイプに出口が前記回収パイプに接続された測定パイプ，前記測定パイプの途中に設けた開口を通じて前記測定パイプ内に一部が露出して前記排ガスに含まれるＰＭを静電捕集するＰＭ捕集部を構成し且つ前記ハウジング内で回転する基板，前記基板内に内蔵されたリード線を通じて接地された接地電極，前記基板に対向して配設されて前記測定パイプ内にプラズマ放電を発生させて前記ＰＭを帯電させるＰＭ帯電器，前記ＰＭを静電捕集した前記基板の前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための光発光器，前記光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器，及び前記ＰＭ捕集部に帯電捕集した前記ＰＭを消失させて前記基板を再生させる基板再生器を有することを特徴とするＰＭ排出量測定装置。
【請求項２】
前記基板は，セラミックス，ガラス，金属酸化物から選択された１種以上の絶縁材料から円筒状の管部材に形成されており，予め決められた所定の方向で且つ所定の速度で回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項３】
前記ＰＭ帯電器は，高圧電源に接続された帯電用電極と前記帯電用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記帯電用電極を印加して前記帯電用電極と前記接地電極との間に前記測定パイプ内に前記プラズマ放電を発生させ，前記プラズマ放電によって前記排ガス中に含まれる前記ＰＭを帯電させ，帯電した前記ＰＭを前記基板に静電捕集させることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項４】
前記基板再生器は，高圧電源に接続された再生用電極と前記再生用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記プラズマ放電によって前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭをＣＯとＣＯ2 に反応消失させて前記基板から除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項５】
前記光発光器である発光ランプからの入射光を直接／又は光ケーブルを介して前記ＰＭ捕集部に照射すると共に，同時に，前記反射光強度計測器である光ダイオードによって前記基板の前記ＰＭ捕集部からの前記反射光及び前記散乱光を測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項６】
前記測定パイプには，前記排ガスの温度を測定する温度計，及び前記排ガスの流量を測定するガス流量計が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項７】
前記排ガス中のＰＭ排出量は，前記基板の回転半径及び回転速度，前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭ捕集量による前記反射光の変化，前記温度計で測定された排ガス温度，及び前記ガス流量計で測定された前記排ガスの流量から成る情報を演算し，前記排ガス中のＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって測定することを特徴とする請求項６に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項８】
前記測定パイプが配置された前記ハウジング内は，前記導入パイプから取り込んだ前記排ガスを浄化した清浄ガスが吹き込まれて前記測定パイプ内の圧力より高く調整されて前記測定パイプから前記ハウジング内へは前記排ガスが侵入しないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項９】
前記基板再生器を配設した後流側の前記基板における前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための別の光発光器，及び前記別の光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する別の反射光強度計測器を設け，再生された前記基板の前記ＰＭ捕集部における前記ＰＭの捕集状態を測定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項１】
化石燃料の燃焼によって発生する排ガスを排出する排ガス通路に前記排ガスを取り入れる導入パイプと前記排ガスを回収する回収パイプとによって前記排ガス通路にバイパスして設けられたＰＭ排出量測定装置において，
前記導入パイプと前記回収パイプとが取り付けられたハウジング，前記ハウジング内に配設されて入口が前記導入パイプに出口が前記回収パイプに接続された測定パイプ，前記測定パイプの途中に設けた開口を通じて前記測定パイプ内に一部が露出して前記排ガスに含まれるＰＭを静電捕集するＰＭ捕集部を構成し且つ前記ハウジング内で回転する基板，前記基板内に内蔵されたリード線を通じて接地された接地電極，前記基板に対向して配設されて前記測定パイプ内にプラズマ放電を発生させて前記ＰＭを帯電させるＰＭ帯電器，前記ＰＭを静電捕集した前記基板の前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための光発光器，前記光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する反射光強度計測器，及び前記ＰＭ捕集部に帯電捕集した前記ＰＭを消失させて前記基板を再生させる基板再生器を有することを特徴とするＰＭ排出量測定装置。
【請求項２】
前記基板は，セラミックス，ガラス，金属酸化物から選択された１種以上の絶縁材料から円筒状の管部材に形成されており，予め決められた所定の方向で且つ所定の速度で回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項３】
前記ＰＭ帯電器は，高圧電源に接続された帯電用電極と前記帯電用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記帯電用電極を印加して前記帯電用電極と前記接地電極との間に前記測定パイプ内に前記プラズマ放電を発生させ，前記プラズマ放電によって前記排ガス中に含まれる前記ＰＭを帯電させ，帯電した前記ＰＭを前記基板に静電捕集させることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項４】
前記基板再生器は，高圧電源に接続された再生用電極と前記再生用電極を被覆した絶縁管とから構成されており，前記プラズマ放電によって前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭをＣＯとＣＯ2 に反応消失させて前記基板から除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項５】
前記光発光器である発光ランプからの入射光を直接／又は光ケーブルを介して前記ＰＭ捕集部に照射すると共に，同時に，前記反射光強度計測器である光ダイオードによって前記基板の前記ＰＭ捕集部からの前記反射光及び前記散乱光を測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項６】
前記測定パイプには，前記排ガスの温度を測定する温度計，及び前記排ガスの流量を測定するガス流量計が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項７】
前記排ガス中のＰＭ排出量は，前記基板の回転半径及び回転速度，前記基板の前記ＰＭ捕集部に捕集された前記ＰＭ捕集量による前記反射光の変化，前記温度計で測定された排ガス温度，及び前記ガス流量計で測定された前記排ガスの流量から成る情報を演算し，前記排ガス中のＰＭ排出量及びＰＭ排出濃度を見積もって測定することを特徴とする請求項６に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項８】
前記測定パイプが配置された前記ハウジング内は，前記導入パイプから取り込んだ前記排ガスを浄化した清浄ガスが吹き込まれて前記測定パイプ内の圧力より高く調整されて前記測定パイプから前記ハウジング内へは前記排ガスが侵入しないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【請求項９】
前記基板再生器を配設した後流側の前記基板における前記ＰＭ捕集部に対して光照射するための別の光発光器，及び前記別の光発光器による光照射が前記ＰＭ捕集部で反射した反射光及び散乱光を測定する別の反射光強度計測器を設け，再生された前記基板の前記ＰＭ捕集部における前記ＰＭの捕集状態を測定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＰＭ排出量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２３７２３７（Ｐ２０１１−２３７２３７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７９４４（Ｐ２０１０−１０７９４４）
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（５０９１８５１９２）株式会社 ＡＣＲ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（５０９１８５１９２）株式会社 ＡＣＲ (9)
【Ｆターム（参考）】
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