JP4940199B2 - 回転式希釈器 - Google Patents

Description

本発明は、表面に不連続の貫通孔が穿設され、かつ、連続的に回転する回転円板を備えて成り、前記貫通孔がその運動軌道に沿って常に複数の前記貫通孔を覆う流入開口部及び流出開口部を介して希釈されていない流体と希釈用流体に交互に開口する前記回転式希釈器に関するものである。

上記のような、カルッセル希釈器（Karussell-Verduenner）とも呼ばれるものが例えば非特許文献１に記載されている。このような希釈器は、測定器の限定された測定範囲のより良好な利用のためにできる限り広範な混合比率（希釈比率）における所定の予希釈が必要な場合に、液体又は気体の測定に対して特別に使用されている。

非特許文献１に記載された希釈器の基本ユニットは２つの接続管路を備えており、そのうち１つは（エアロゾルを含んだ）希釈されていない流体用のものであり、もう１つはエアロゾルを含まない希釈用流体に対して使用されるものとなっている。これら２つの接続管路は、基本ユニットにおける同じ外面に流入開口部及び流出開口部を有しているとともに、ステッピングモータによって駆動される回転部材によってカバーされている。なお、この回転部材は、摩擦を減らすよう適当な添加物が含有された複合材料で形成されている。

しかして、流入開口部及び流出開口部とは反対側の面に設けられた貫通孔は、回転部材の回転時に前記各開口部に開口しているため、エアロゾルを含む希釈されていない流体のうち制御可能な一部が通過することになる。なお、このエアロゾルを含む希釈されていない流体のうち制御可能な一部は、希釈用流体のための開口部から再び流出することになる。したがって、混合比率は、貫通孔の数及び容積、希釈用流体の流量並びに回転円板の回転速度の関数となっている。

また、冒頭に記載したような希釈器の他の形態として、貫通孔を備えた回転部材の代わりに、貫通孔を備えた円板として形成し、この貫通孔に流入開口部及び流出開口部を介して流体が流入されるか、又は流出される。流入するエアロゾルを含む希釈されていない流体は、回転部材を通過した後、含有するエアロゾルがフィルタによって完全に除去され、希釈用流体として回転部材の逆側から導入されるようになっている。

ところで、回転部材が回転していない場合には、エアロゾルを含む希釈されていない流体は分岐せずに回転部材の逆側へ流通し、エアロゾル測定装置に流入する流体にはエアロゾルが含まれていないことになる。一方、回転部材が回転している場合には、エアロゾルを含む希釈されていない流体のうち所定量がエアロゾルを含まない希釈用流体に混合され、混合比率が上記同様に設定されることになる。
"Journal of Aerosol Science"、1997、Vol. 28、No. 6、p.1049−p.1055

しかしながら、上記従来の希釈器においては、調整可能な混合比率の範囲が比較的狭く制限されており、部材等の構造的な変更によってのみ混合比率範囲をこれが高くなる方向又は低くなる方向へずらすことが可能であるが、当該範囲を拡大することが不可能であるという問題がある。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、冒頭に記載したような回転式希釈器において、上記のような欠点を解消し、容易に利用可能な混合比率範囲を拡大することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、表面に不連続の貫通孔が穿設され、かつ、連続的に回転する回転円板を備えて成り、前記貫通孔がその運動軌道に沿って常に複数の前記貫通孔を覆う流入開口部及び流出開口部を介して希釈されていない流体と希釈用流体に交互に開口する前記回転式希釈器において、前記回転円板に複数の貫通孔から成る列を少なくとも２つ設け、これら列それぞれ異なる運動軌道を描くように配するとともに、これら貫通孔に接続する希釈されていない流体用及び／又は希釈用流体用の前記流入開口部及び前記流出開口部を別々に制御可能としたことを特徴としている。

これにより、貫通孔の列を様々に制御（１つだけの列の調整、２つ以上の列の調整、すべての列の調整など）することで、極めて容易に混合比率範囲を拡大することが可能である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転式希釈器において、前記貫通孔を、前記列内においてはすべて同じ大きさに形成するとともに、他の列とは大きさを異ならせて形成したことを特徴としている。

そのため、各列の調整の際に、達成可能な混合比率を容易に段階付けすることが可能である。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の回転式希釈器において、前記各列ごとに前記貫通孔の数を異ならせたことを特徴としている。

これにより、達成可能な混合比率に対する他のパラメータを提供することが可能である。

また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転式希釈器において、希釈用流体の質量流量を、当該回転式希釈器の上流側に接続した流量制御装置により調整するよう構成したことを特徴としている。

これにより、利用可能な混合比率範囲を更に拡大することが可能である。

また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転式希釈器において、前記回転円板を、流体の流通方向に前後して配置した少なくとも２つの回転円板として形成したことを特徴としている。

上記同様、これにより、利用可能な混合比率範囲を更に拡大することが可能である。

さらに、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転式希釈器において、前記回転円板並びに／又は前記流入開口部若しくは前記流出開口部に接続された流入管路及び流出管路を加熱手段、特にカートリッジヒータにより一定温度に保持したことを特徴としている。

これにより、流体の成分、特に該流体によって運搬されるエアロゾルの吸着を防止又は少なくとも強く抑制することが可能である。

本発明によれば、流体の混合比率範囲を拡大することが可能である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１はエアロゾル測定システムに取り付けられた回転式希釈器の断面図であり、図２は図１における斜線を付した部材の分解斜視図であり、図３は回転式希釈器の別の部分概要図であり、図４は図３における矢印ＩＶ−ＩＶに沿った断面図であり、図５は図３における矢印Ｖ−Ｖに沿った断面図であり、図６はエアロゾル測定システムにおける図３〜図５に示す回転式希釈器の概要図であり、図７は本発明の回転式希釈器の他の実施形態を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１に示す回転式希釈器１は２つの固定円板２，３の間に１つの回転円板４を備えており、この回転円板４は、その両側に位置する平坦面７，８に開口する不連続の貫通孔９，１０を備えて形成されているとともに、ステッピングモータ５によってその回転軸（中心軸）６回りに回転するようになっている。ここで、図１における下方に記載した回転円板４の平面図から分かるように、該回転円板４には貫通孔９，１０それぞれの２つの列が形成されている。これら２つの列は回転円板４のその回転軸６を中心とした回転時に２つの異なる運動軌道を形成し、これら２つの列は、それぞれ交互に流入開口部１１〜１４及び流出開口部１５〜１８を介して回転円板４と密に接する固定円板２，３の平坦面７，８に開口するようになっている。

しかして、希釈されていない流体（例えば粒子を含んだ内燃機関の排ガス）が第１の流入管路１９を通って導入される。ここで、この第１の流入管路１９を通って導入された流体は、第１の分岐管路２１内に配置された第１の切換弁２０によって、選択的に流入開口部１１のみか、又は流入開口部１１，１２の両方に流通するようになっている。

なお、両流入開口部１１，１２への流通を個々に制御可能な切換弁２０を流入開口部１１，１２それぞれに接続された管路に設けることも可能である。こうすることで、必要な場合には、第１の分岐管路２１を介すのみで流入開口部１２を制御することが可能となる。

また、回転式希釈器１における第１の流入管路１９の反対側には、流出開口部１７，１８が第１の分岐管路２２及び流出管路２３を介して不図示の排出口へ接続されている。

ところで、上流側の流量制御装置２４及び第２の流入管路２５を介して、制御可能な希釈用流体が図１に示す回転式希釈器１の下側へ導入される。この希釈用流体は、第２の切換弁２６によって制御されて流入開口部１３又は（第２の分岐管路２７を通って）両流入開口部１３，１４へ導入される。

また、回転式希釈器１の下流側には流出開口部１５，１６から第２の分岐管路２７，２８が延設されており、この第２の分岐管路２７，２８は、希釈された流体を例えばエアロゾル測定装置２９へ案内するものである。

図２から分かるように、流入開口部１１〜１４及び流出開口部１５〜１８が、常に貫通孔９，１０のうち幾つかを覆うように固定円板２，３の周方向へ所定の長さにわたって設けられている。これにより、回転円板４の回転中に、貫通孔９，１０への流入及び貫通孔９，１０からの流出がより良好に行われることになる。

また、図１及び図２に示す回転円板４が固定円板２，３の間で静止している状態にあれば、第１の流入管路１９を通って流入した流体は、回転式希釈器１によって希釈されることなく流入管路１１若しくは両流入管路１１，１２、覆われた貫通孔９，１０、流出開口部１７，１８及び流出管路２３を通って排出される。したがって、第２の流入管路２５を通って導入された希釈用流体は、混合されることなくエアロゾル測定装置２９へ案内されることになる。

一方、回転円板４が回転している場合には、第１の流入管路１９を通って導入された例えばエアロゾルを含んだ流体のうち所定分が粒子を含んでいない希釈用流体と混合される。ここで、混合比率（希釈比率）は、貫通孔９，１０の数及び容積、希釈用流体の質量流量並びに回転円板４の回転速度の関数となっている。

希釈されていない流体の流入開口部１１，１２及び希釈用流体の流入開口部１３，１４はそれぞれ独立して調整可能であるため、貫通孔９，１０における異なる列を調整する（１つだけの列の調整、２つ以上の列の調整、すべての列の調整など）ことで極めて容易に混合比率を高めることが可能となっている。

ここで、図示した例では１つの列における貫通孔９，１０の大きさは同じであり、別の列における貫通孔９，１０の大きさは異なっている。しかし、各列ごとの貫通孔９，１０の数が異なるように更に設定することも可能である。こうすることで、同じ大きさの貫通孔９，１０でも異なる混合比率が得られることになる。

＜実施の形態２＞
図３〜図５に示す本実施の形態においても、図１及び図２に示すものと同部材のものは同一の符号を付して示している。

図１及び図２について説明した部材及び機能のほかに、本実施の形態においては更にステッピングモータ５を支持するハウジング３０が設けられている。このハウジング３０は、３つの連結部材３１を備えており、連結部材３１と該連結部材３１によって案内されるバネ３２を介して固定円板２，３をその間にある回転円板２に対して押圧するよう構成されている。

また、図３における左側に示されている流入側の第１及び第２の切換弁２０，２６により、選択的に又は同時に比較的大きな貫通孔９及び／及び比較的小さな貫通孔１０に流体を流通させることが可能である。

図６には、エアロゾル測定装置２９の流入側において機能している図３〜図５における回転式希釈器１が示されている。内燃機関の排気管路３３から排出される粒子を含んだ排ガスは、プローブ３４によって検出され、第１の流入管路１９によって回転式希釈器１へ導入される。

一方、粒子を含んでいない希釈用空気は、フィルタ３５及び流量制御装置２４を備えた第２の流入管路２５を通って回転式希釈器１へ導入される。

そして、流出管路２３及び第２の分岐管路を通してそれぞれ排ガス及び希釈されエアロゾルを含んだ気体が排出される。また、気体の状態方程式によって、希釈用流体の質量流量制御時の正確な混合比率を算出するに必要な質量等価に対する容積を算出するために、これら流出管路２３及び第２の分岐管路２７には圧力センサ３６が設けられている。なお、温度による影響は、図７に示す各円板の一定温度保持機能によって把握することが可能である。

＜実施の形態３＞
図７に示す回転式希釈器１においては、回転円板が、流体の流通方向に前後して配置されつつ別々の貫通孔９，１０並びにこれに付随する流入開口部１１〜１４及び流出開口部１５〜１８を有する２つの回転円板４’，４”として形成されている。また、固定円板は、３つの固定円板２，２’，３によって形成されている。このような構成によれば、使用可能な混合比率範囲を更に拡大することが可能である。

さらに、図７に示すものにおいて、加熱手段３７によって固定円板２，２’，３を加熱することも可能である。これにより、流入開口部１１〜１４への流入管路及び流出開口部１５〜１８からの流出管路を一定温度に保持することが可能であり、例えばエアロゾルの吸着の防止を図ることができる。

エアロゾル測定システムに取り付けられた回転式希釈器の断面図である。 図１における斜線を付した部材の分解斜視図である。 回転式希釈器の別の部分概要図である。 図３における矢印ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図３における矢印Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 エアロゾル測定システムにおける図３〜図５に示す回転式希釈器の概要図である。 本発明の回転式希釈器の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 回転式希釈器
２，２’，３ 固定円板
４，４’，４” 回転円板
５ ステッピングモータ
６ 回転軸
７，８ 平坦面
９，１０ 貫通孔
１１〜１４ 流入開口部
１５〜１８ 流出開口部
１９ 第１の流入管路
２０ 第１の切換弁
２１，２２ 第１の分岐管路
２３ 流出管路
２４ 流量制御装置
２５ 第２の流入管路
２６ 第２の切換弁
２７，２８ 第２の分岐管路
２９ エアロゾル測定装置
３０ ハウジング
３１ 連結部材
３２ バネ
３３ 排気管路
３４ プローブ
３５ フィルタ
３６ 圧力センサ
３７ 加熱手段

Claims (6)

1. ２列に配された互いに不連続の貫通孔（９，１０）を有し、かつ、モータ（５）により回転駆動される回転円板（４）と、
   該回転円板（４）の両側にそれぞれ隣接して配置され、かつ、２列の前記貫通孔（９，１０）にそれぞれ連通する２列の互いに不連続の貫通孔を有する第１及び第２の固定円板（３，２）と、
   前記第１の固定円板（３）における径方向外側の貫通孔に接続された、被希釈流体用の第１の流入管路（１９）と、
   前記第２の固定円板（２）における径方向外側の貫通孔に接続された第１の流出管路（２３）と、
   前記第１の流入管路（１９）から分岐し、かつ、前記第１及び第２の固定円板（３，２）における径方向内側の貫通孔を介して前記第１の流出管路（２３）に接続された第１の分岐管路（２１）と、
   前記第１の流入管路（１９）と平行に延在し、かつ、前記第１の固定円板（３）における径方向外側の貫通孔に接続された、希釈流体用の第２の流入管路（２５）と、
   前記第１の流出管路（２３）と平行に延在し、かつ、前記第２の固定円板（２）における径方向外側の貫通孔に接続された第２の流出管路（２７）と、
   前記第２の流入管路（２５）から分岐し、かつ、前記第１及び第２の固定円板（３，２）における径方向内側の貫通孔を介して前記第２の流出管路（２７）に接続された第２の分岐管路（２８）と
   を備えて成り、
   前記第１の分岐管路（２１）における前記第１の流入管路（１９）との分岐部と前記第１の固定円板（３）との接続部の間に第１の切換弁（２０）を設け、
   前記第２の分岐管路（２８）における前記第２の流入管路（２５）との分岐部と前記第１の固定円板（３）との接続部の間に第２の切換弁（２６）を設け、
   前記第１の切換弁（２０）の開閉、前記第２の切換弁（２６）の開閉及び前記モータ（５）の出力を個々に制御するよう構成したことを特徴とする回転式希釈器。
2. 前記回転円板（４）における前記貫通孔（９，１０）を、前記列内においてはすべて同じ大きさに形成するとともに、他の列とは大きさを異ならせて形成したことを特徴とする請求項１記載の回転式希釈器。
3. 前記回転円板（４）における各列ごとに該回転円板（４）における前記貫通孔（９，１０）の数を異ならせたことを特徴とする請求項１又は２記載の回転式希釈器。
4. 希釈用流体の質量流量を、当該回転式希釈器の上流側に接続した流量制御装置（２４）により調整するよう構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転式希釈器。
5. 前記回転円板（４）を、流体の流通方向に前後して配置した少なくとも２つの回転円板（４’，４”）として形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転式希釈器。
6. 前記回転円板（４）並びに／又は前記第１の流入管路（１９）、前記第１の流出管路（２３）、前記第２の流入管路（２５）及び前記第２の流出管路（２７）を加熱手段（３７）により一定温度に保持したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転式希釈器。

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