JP4653719B2 - Ｐｍ発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＰＦや触媒等を備えた排気ガス浄化装置を評価するために、ガス中にＰＭを発生させるＰＭ発生装置に関する。

各種の内燃機関等から排出される排気ガス中の微粒子や有害物質は、人体、環境への影響が大きく、これらの大気への放出を防止する必要性が高まっている。特に、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレートマター、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）やＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）等は影響が甚大であり、それらにかかる規制は世界的に強化されている。そこで、ＰＭを除去するためのフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ、ＤＰＦ）やＮＯ_Ｘを窒素と水に還元するため等に有用な触媒を備えた排気ガス浄化装置の研究・開発が進められ、高性能な浄化装置が市場に提供されるようになった。

ところが、その排気ガス浄化装置を試験し、その性能や耐久性を正確に高い精度で評価する手段は提案されていない、というのが現状である。関連する先行文献も多くはなく、評価ガス供給装置（特許文献１）、気化ガス供給装置（特許文献２）、及びガス分析試験装置（特許文献３）が知られるが、実際の排気ガスを十分に模擬したものとはいえなかったり（特許文献１を参照）、排気ガス発生のための具体的な手段が明らかとなっていない（特許文献２，３を参照）、という問題を有していた。

以下、従来技術について説明する。排気ガス浄化装置の性能等を評価する手段としては、先ず、実際のディーゼルエンジン等からの排気ガスを排気ガス浄化装置に供給して、その処理ガスを分析する方法がある。次いで、カーボン粉末や実際の排気ガスから採取したＰＭを用い、これをガス中に混合して、実際のディーゼルエンジン等からの排気ガスを模擬した排気ガスを製造し、それを排気ガス浄化装置に供給して、その処理ガスを分析する方法が知られる（特許文献１を参照）。更には、軽油又は炭化水素を燃焼させてＰＭを含む排気ガスを発生させる方法や、黒鉛電極をスパークさせてＰＭを含む排気ガスを発生させる方法が知られ、これらにより得られた排気ガスを用いて、排気ガス浄化装置の性能等を評価することが可能である（特許文献１を参照）。

特開２００５−２１４７４２号公報 特開平１０−３１８８８８号公報 特開平１０−３１９００６号公報

しかしながら、実際のディーゼルエンジン等からの排気ガスを利用する方法では、排気ガス流量、ＰＭ発生量、排気ガス温度、ＳＯＦ量を、独立して制御出来ないため、一定条件で排気ガス浄化装置の性能等を評価することが不可能であるという問題があった。又、ディーゼルエンジン等からの排気ガスを模擬した排気ガスを製造する方法（特許文献１を参照）では、実際に使用される燃料と異なっていたり、一旦採取されたＰＭを用いることから、既述の通り、実際の排気ガスを十分に模擬したものとはいえないという問題があった。更に、軽油又は炭化水素を燃焼させてＰＭを含む排気ガスを発生させる方法では、ＰＭの性状、特にＰＭの粒径分布等の性状が、実際のディーゼルエンジン等からの排気ガスとは異なるものとなり、実際の排気ガスを十分に模擬したものとはいえず、排気ガス浄化装置の性能等の評価に適さないという問題があった。即ち、何れの場合も、排気ガス浄化装置へ供給する評価用の排気ガスを発生させる手段に問題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガス浄化装置を評価するために、実際のディーゼルエンジン等からの排気ガスを十分に模擬した排気ガスを一定の条件で安定的に供給することが可能な手段を提供することにある。検討が重ねられた結果、以下に示す手段により、上記目的を達成出来ることが見出された。

即ち、先ず、本発明によれば、液体及び／又は気体の燃料と、燃焼用空気と、の混合を行い、混合をされた混合気に不完全な燃焼をさせて、ガスの中にＰＭを発生させる装置であって、混合及び燃焼を生じる燃焼室と、その燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射手段と、混合気を着火するパイロットバーナと、を具備し、燃焼室が、燃焼用空気を供給するための空気入口、ＰＭを発生させたガスを送出するためのガス出口、及びパイロットバーナに通じる火炎入口、を形成した筐体部と、その筐体部との間に空間を形成しつつ筐体部の中に組み込まれた外筒部と、その外筒部との間に空間を形成するとともに火炎入口と直接連通するように外筒部の中に組み込まれた内筒部と、を有し、外筒部及び内筒部は、それぞれの周面に複数の貫通孔を備え、燃料噴射手段によって筐体部と外筒部との間の空間に噴射された燃料と、空気入口から筐体部と外筒部との間の空間に供給された燃焼用空気とが、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入され混合をされるように構成されているＰＭ発生装置（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｒ）が提供される。本発明に係るＰＭ発生装置は、ガスの中にＰＭを発生させる装置であり、換言すれば、本発明に係るＰＭ発生装置は、ＰＭを発生させたガス（ＰＭ含有ガス）を製造し供給する装置ということが出来る。尚、スート（煤、Ｓｏｏｔ）及びＳＯＦは、ＰＭ（粒子状物質）に含まれるものである。

本発明に係るＰＭ発生装置においては、上記燃料噴射手段が、筐体部と外筒部との間の空間に、燃料を間欠で噴射することが可能な手段であることが好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置は、筐体部が円筒状部分を有するとともに、外筒部及び内筒部が円筒状を呈し、筐体部の円筒状部分の中に、円筒状の外筒部が、筐体部の円筒状部分と同軸になるように組み込まれ、円筒状の外筒部の中に、円筒状の内筒部が、円筒状の外筒部と中心軸方向を同じくし且つ偏心して組み込まれているものであることが好ましい。以下、このような態様における更に好ましい態様について説明する。

本発明に係るＰＭ発生装置は、ガス出口に通じる開口を備え、筐体部の中に組み込まれてガス出口側の端面を構成する前板部と、火炎入口に通じる開口を備え、筐体部の中に組み込まれて火炎入口側の端面を構成する後板部と、を有することが好ましい。そして、この場合に、前板部と外筒部とが一体化し、及び／又は、後板部と内筒部とが一体化していることが好ましい。更に、外筒部、内筒部、前板部、及び後板部が、金属材料で形成されていることが好ましい。そして、その金属材料が、インコネル（登録商標）であることが好ましい。この場合、燃料を燃焼用空気と混合し不完全な燃焼をさせてガスの中にＰＭを発生させる、という反応は、全てインコネル材料の部材で囲われた空間で生じることになる。

また、外筒部、内筒部、前板部、及び後板部が、セラミック材料で形成されていることも好ましい。そして、このセラミック材料が、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア、及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。この場合、金属材料に比べて更に耐久性能が向上する。さらに、セラミック材料は、金属材料に比べて熱変形が生じ難いため、熱変形に起因するＰＭ発生量の低下を防止することができるという利点がある。なお、上記群の中でも、セラミック材料は、窒化珪素であることが好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置において、燃料噴射手段は、燃料の噴射方向が、外筒部の中心軸方向に対し概ね直角であり且つ外筒部の中心軸方向に垂直な断面の接線方向に傾くように、筐体部に設けられ、燃料噴射手段によって筐体部と外筒部との間の空間へ噴射された燃料が、外筒部の周面を廻りながら、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入されるように構成されていることが好ましい。概ね直角とは、好ましくは直角であるが、厳密でなくてもよいことを意味し、燃料の噴射方向が、外筒部の中心軸方向に対し８５〜９５°であってよい。又、上記要件に従う限り、燃料の廻る方向及びそれを実現するための燃料噴射手段の筐体部への取付態様は限定されない。

又、空気入口が、筐体部の前記燃料噴射手段の近傍に設けられ、空気入口から筐体部と外筒部との間の空間に供給された燃焼用空気が、燃料とともに、外筒部の周面を廻りながら、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入されるように構成されていることが好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置において、外筒部に備わる貫通孔の一部又は全部が、外筒部の中心軸方向に垂直な断面の接線方向（外筒部の周面の方向（周方向））に傾いて形成されていることが好ましい。貫通孔が傾くので、外筒部の表面には楕円形の開口が形成される。

本発明に係るＰＭ発生装置は、筐体部の円筒状部分の中心軸方向に垂直な断面に、その中心軸を通り相互に直角をなすＸ軸及びＹ軸からなる座標軸を設定した場合において（但し、Ｘ軸とＹ軸とは中心軸方向に垂直な断面で相互に直角であればよく、絶対的な方向は限定されない）、筐体部の円筒状部分の内壁がＹ＝＋１００に位置するとき、Ｙ＝＋６０〜８０の位置に、燃料の噴射方向がＸ軸に平行になるように、燃料噴射手段が筐体部に設けられるものであることが好ましい。尚、外筒部は筐体部の円筒状部分と同軸であるから、上記座標軸は外筒部の中心軸方向に垂直な断面に設定されているということが出来る。

上記要件は、燃料噴射手段の位置を規定するものである。座標軸は、筐体部の円筒状部分の中心軸方向に垂直な断面に中心軸を通るように設定されるから、筐体部の円筒状部分の内壁は、Ｙ軸に対し＋Ｙ側及び−Ｙ側の２箇所で交わり、Ｘ軸に対し＋Ｘ側及び−Ｘ側の２箇所で交わるが、筐体部の円筒状部分の内壁がＹ＝＋１００に位置するときとは、このうちの筐体部の円筒状部分の内壁がＹ軸と＋Ｙ側で交わる場合を指す。Ｙの大きさ及び極性によって、座標軸上における燃料噴射手段の位置や、後述する複数の貫通孔うちの少なくとも１つの位置や、外筒部の中心軸に対し内筒部の中心軸がずれる方向を規定しているのである。尚、筐体部の中心軸方向の位置については、燃料噴射手段は、筐体部に備わる外筒部の中心軸方向の長さを１００としたときに、火炎入口側から２０〜８０の位置に設けられることが好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置は、（筐体部の円筒状部分の内壁がＹ＝＋１００に位置するとき）外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つが、Ｙ＝＋７０〜９０の位置に設けられるものであることが好ましい。

又、外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つと、上記座標軸の原点と、燃料噴射手段と、が形成する角度が、１０〜４０°であることが好ましい。この角度は、換言すれば、複数の貫通孔のうちの少なくとも１つと上記座標軸の原点と燃料噴射手段とを結ぶ線が表す角度である。貫通孔及び燃料噴射手段には所定の幅があるので、角度は、貫通孔の中心部分と、原点と、燃料噴射手段における燃料が噴射される部分と、を結ぶ線で決まることとする。この好ましい態様は、外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つが、燃料噴射手段と、近過ぎず遠過ぎない位置に設けられることを示している。そして、本発明に係るＰＭ発生装置においては、複数の貫通孔のうちの１つの位置が上記条件で特定されたら、残りの貫通孔は、外筒部の周面に均等に配設されることが好ましい。円筒状の外筒部の中心軸方向に垂直な断面は円輪形（ドーナツ形）になるから、その円輪形の周上に均等間隔で３〜８箇所程度（即ち、中心角が４５〜１２０°程度になるように）、配設する態様が例示出来る。

更に、内筒部の中心軸が外筒部の中心軸より−Ｙ側にずれることによって、外筒部と内筒部とが偏心していることが好ましい。これは、燃料噴射手段は＋Ｙ側に配設されるから、燃料噴射手段とは（座標軸上の）反対側で、外筒部と内筒部とが偏心していることを意味する。

本発明に係るＰＭ発生装置において、外筒部、前板部、及び後板部の合計の中心軸方向の長さと、筐体部の円筒状部分の内側における中心軸方向の長さと、の比が７０：１００〜９８：１００であることが好ましい。

又、本発明に係るＰＭ発生装置は、後板部と筐体部との間に、非膨張セラミックス繊維性マットが挿入されているものであることが好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置において、外筒部の周面に備わる貫通孔の径と外筒部の内径の比は、５：１００〜２０：１００であることが好ましい。より好ましい比は、７：１００〜１５：１００である。換言すれば、外筒部の内径を１００％としたとき、外筒部の周面に備わる貫通孔の径の好ましい大きさは５〜２０％であり、より好ましくは、７〜１５％である。

本発明に係るＰＭ発生装置において、筐体部に形成されたＰＭを発生させたガス出口の径と、外筒部の内径（内側直径）と、の比が１０：１００〜５０：１００であることが好ましい。換言すれば、外筒部の内径を１００としたとき、筐体部出口径は１０〜５０である。より好ましくは、筐体部出口径と外筒部の内径の比は、１０：１００〜３０：１００である。

以上、筐体部が円筒状部分を有するとともに、外筒部及び内筒部が円筒状を呈し、筐体部の円筒状部分の中に、円筒状の外筒部が、筐体部の円筒状部分と同軸になるように組み込まれ、円筒状の外筒部の中に、円筒状の内筒部が、円筒状の外筒部と中心軸方向を同じくし且つ偏心して組み込まれている場合における、更に好ましい態様について説明したが、以下においては限定されない。

本発明に係るＰＭ発生装置において、燃焼室の外筒部の内側の容積（Ｌ、リットル）が、供給される最大の燃焼用空気の流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）の１．２倍以上であることが好ましい。より好ましくは、１．５倍以上である。上限は４倍以下である。例えば、供給される（使用される）最大の燃焼用空気の流量が０．５（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）の場合には、燃焼室の容積は、０．６Ｌ以上であることが好ましく、０．７５リットル以上であれば、更に好ましい。尚、大気圧で１ｍ^３は１０００Ｌだから、この要件は、１分間あたりに供給される最大の燃焼用空気の量（ＮＬ）に対して、燃焼室の外筒部の内側の容積（Ｌ）が１．２×１０^−３倍以上であることが好ましい、ことを意味する。

本発明に係るＰＭ発生装置においては、燃焼室に備わる外筒部の内径（ｍｍ）は、外筒部の内径（ｍｍ）の２乗を、供給される最大の燃焼用空気の流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）で除した値が、２．０×１０^４倍以上であることが好ましい。より好ましくは２．３×１０^４倍以上である。上限は５．０×１０^４倍以下である。例えば、供給される（使用される）最大の燃焼用空気の流量が０．５（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）の場合には、燃焼室の内径は１００ｍｍ以上であることが好ましく、１０７ｍｍ以上であれば、尚好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置において、燃料の噴射圧力は０．１〜１．０（ＭＰａ）であることが好ましい。

本発明に係るＰＭ発生装置は、燃料が軽油である場合に、ガスの中に発生させるＰＭの量を０．１〜３０ｇ／Ｌ（軽油）とすることが可能である。又、ガスの中に発生させるＰＭのＳＯＦ（有機溶媒可溶性成分、Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）を１〜５０質量％とし、且つＰＭの平均粒子径を１０〜１５０×１０^−９ｍとすることが可能である。本発明に係るＰＭ発生装置は、このような能力が要求される場合に、好適に採用されるものである。

本発明に係るＰＭ発生装置では、１つの燃焼室に複数の燃料噴射手段を具備することが出来、このような態様も好ましいものである。

又、本発明に係るＰＭ発生装置は、燃焼室、燃料噴射手段、及びパイロットバーナを、複数、具備することが出来、このような態様も好ましいものである。

本発明に係るＰＭ発生装置は、ＰＭを発生させたガスの供給先が排気ガス浄化装置であり、その排気ガス浄化装置の評価を行うために好適に使用される。そして、排気ガス浄化装置が、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものであり、評価が、ＤＰＦの捕集効率、ＰＭ堆積圧損、再生性能、酸化性能のうちの何れか１又は２以上の評価である場合に、好適に使用される。尚、評価は、排気ガス浄化装置の耐久性の評価も含まれ、評価対象である排気ガス浄化装置としては、排気ガス中の有害物質を分解するための触媒を備えたものも含まれる。尚、触媒の酸化性能を測定する場合に、ＰＭ発生装置にＮＯ（一酸化窒素）等を外部供給することも好ましい手段である。

次に、本発明によれば、上記した何れかのＰＭ発生装置を、複数、具備するとともに、それら複数のＰＭ発生装置を、同一の条件で作動させ、あるいは、少なくとも一のＰＭ発生装置を、他のＰＭ発生装置と異なる条件で作動させ得る制御手段と、複数のＰＭ発生装置で得られた、ＰＭを発生させたガスを混合し、混合ＰＭ含有ガスを得るＰＭ含有ガス混合手段と、を具備し、混合ＰＭ含有ガスを排気ガス浄化装置へ供給することによって、その排気ガス浄化装置の評価を行う排気ガス浄化装置の評価装置が提供される。更に、複数のＰＭ発生装置の燃焼室の容積を変えることによって、小排気ガス量から大排気ガス量までをカバーするＰＭ発生装置を得ることが出来る。

本発明に係るＰＭ発生装置は、燃焼室が、筐体部とその筐体部の中に組み込まれた外筒部とその外筒部の中に組み込まれた内筒部とを有し、外筒部及び内筒部は、それぞれの周面に複数の貫通孔を備え、燃料噴射手段によって筐体部と外筒部との間の空間に噴射された燃料と、空気入口から筐体部と外筒部との間の空間に供給された燃焼用空気とが、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入され混合をされるように構成されているので、筐体部と外筒部との間の空間に、燃焼用空気を連続的に一定量供給し、同じ空間に燃料噴射手段によって燃料を好ましくは間欠で噴射したときに、加熱されて外筒部で気化した燃料の濃度の高い混合気が、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入され、その混合気のうちの空気と接している部分が燃焼し、空気と遮断された内側の混合気が、その燃焼の熱により蒸し焼きとなってＰＭが発生する。即ち、本発明に係るＰＭ発生装置によれば、ディーゼルエンジンから発生するＰＭと概ね同じ発生メカニズムでＰＭを発生させることが出来、得られるＰＭ含有ガスも、実際のディーゼルエンジンからの排気ガスと概ね同等なものになる。従って、本発明に係るＰＭ発生装置によって製造されるＰＭ含有ガスは、排気ガス浄化装置の性能等の評価に適したものになる。又、実際のディーゼルエンジンに比べて、軽油の使用量に対してＰＭを多く発生させることが出来るため、効率の面でも優れている。従来の燃料噴射装置付きバーナー装置を用いて燃料を不完全燃焼させると、燃料の気化が不十分であることから、ＰＭの粒径（主にＰＭに含まれるスートの粒径）の分布が実際のディーゼルエンジンより広い範囲となってしまったり、ＳＯＦが増大して安定した性状のＰＭ含有ガスを得ることが不可能であったが、本発明によれば、このような問題を解決出来る。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、燃料の噴射方向が外筒部の中心軸方向に対し概ね直角であり且つ外筒部の中心軸方向に垂直な断面の接線方向に傾くように、燃料噴射手段が筐体部に設けられており、空気入口が筐体部の燃料噴射手段の近傍に設けられ、燃料噴射手段によって筐体部と外筒部との間の空間へ噴射された燃料と、燃焼用空気と、が外筒部の周面を廻りながら、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入されるように構成されているので、燃焼用空気及び燃料の気化によって、外筒部と筐体部の中が冷却され、過度の温度上昇を防止する。そのため、燃焼室の筐体部及び外筒部の耐久性が、飛躍的に向上する。従来の燃料噴射装置付きバーナー装置では、筐体部の内側に燃焼炎が直接当たるため、筐体部は過度に温度上昇し、耐久性に乏しいが、本発明によれば、このような問題が生じない。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、外筒部に備わる貫通孔の一部又は全部が、外筒部の中心軸方向に垂直な断面の接線方向（外筒部の周面の方向（周方向））に傾いて形成され、外筒部の表面に楕円形の開口が形成されるため、燃料を、安定して滑らかに、外筒部と内筒部との間の空間へ導入することが可能である。このことにより、燃料と燃焼用空気の混合が抑制され、混合気の中の燃料の濃度が部分的に高く維持されるため、導入された燃料が蒸し焼きとなり、ＳＯＦ量の少ない、黒色で安定したＰＭが多量に発生する。外筒部に備わる貫通孔が傾かず、外筒部の表面に円形の開口が形成される場合には、噴射された燃料は、スムースに、外筒部と内筒部との間の空間へ導入されず、燃料は筐体部と外筒部との間の空間を廻るため、燃焼用空気と混合され、燃料の濃度が薄くなる。そのため、茶色のＰＭとなり、ＳＯＦ量も多く、ＰＭの発生量が少なくなり易いが、本発明によれば、このような問題は生じない。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、燃料噴射手段の取付位置とは反対側で、外筒部と内筒部とが偏心しているため、外筒部と内筒部との間の空間が、その偏心した側で狭くなる。従って、燃料噴射装置近傍の外筒部の貫通孔から、外筒部と内筒部との間の空間へ導入された燃料及び燃焼用空気が内筒部の周りを廻る速度と、燃料噴射装置から離れた位置の外筒部の貫通孔から、外筒部と内筒部との間の空間へ導入された燃料及び燃焼用空気が内筒部の周りを廻る速度と、が概ね均一になり、燃料と燃焼用空気との混合が抑制され、混合気の中の燃料の濃度が部分的に高く維持されるため、ＳＯＦ量の少ない、黒色で安定したＰＭが多量に発生する。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、筐体部の円筒状部分の中心軸方向に垂直な断面に、その中心軸を通り相互に直角をなすＸ軸及びＹ軸からなる座標軸を設定した場合において、筐体部の円筒状部分の内壁がＹ＝＋１００に位置するとき、外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つが、Ｙ＝＋７０〜９０の位置に設けら、貫通孔と燃料噴射手段との位置関係が、外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つと上記座標軸の原点と燃料噴射手段とが形成する角度が１０〜４０°になるような位置関係である。そのため、燃料と燃焼用空気は、外筒部の周面と滑らかに衝突し、更に、燃料噴射装置と貫通孔との距離が適度に短いので、燃料と燃焼用空気とによる混合気は、燃料の濃度が高く維持されたまま、外筒部貫通孔から外筒部内部へと導入されるので、ＳＯＦ量の少ない、黒色で安定したＰＭが多量に発生する。上記角度が４０°より大きくなると、燃料と燃焼用空気は外筒部の周面と激しく衝突し、貫通孔も燃料噴射装置から離れるので、燃料と燃焼用空気は混合し易くなるため、茶色でＳＯＦ量が多く、ＰＭ発生量も少なくなり易い。上記角度が１０°より小さく貫通孔が燃料噴射装置に近過ぎると、燃料が気体となる前に導入され燃焼するため、ＰＭの粒径分布が広く、粒径が大きくなるので、ディーゼルエンジン等からの排気ガスとは異なるものとなる。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、燃焼室に備わる外筒部の内側の容積（Ｌ）が、供給される最大の前記燃焼用空気の流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）の、１．２〜１．５倍以上であるため、使用される最大の燃焼用空気の流量に対し、充分大きい。又、燃焼室に備わる外筒部の内径（ｍｍ）は、燃焼室の内径（ｍｍ）の２乗を、供給される最大の燃焼用空気の流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）で除した値が、２．０×１０^４〜２．３×１０^４倍以上であり、更には、外筒部の周面に備わる貫通孔の径と、外筒部の内径（内側直径）と、の比が５：１００〜２０：１００、より好ましくは、７：１００〜１５：１００であり、各部分の流速が充分に低くなるように設定されているので、燃料と燃焼用空気の混合が抑制され、部分的に燃料の濃度が高い混合気として維持される。従って、その混合気中の燃料が蒸し焼きとなり、ＳＯＦ量の少ない、黒色で安定したＰＭが多量に発生する。燃焼室の容積が１．２未満では流速が速く、燃料が燃焼用空気と混合し易く、燃料濃度が薄くなるため、茶色のＰＭとなり、ＳＯＦ量も多く、ＰＭ発生量が少なくなり易いが、本発明によれば、このような問題は生じない。

即ち、本発明に係るＰＭ発生装置は、燃焼室が、筐体部とその筐体部の中に組み込まれた外筒部とその外筒部の中に組み込まれた内筒部とを有し、外筒部及び内筒部は、それぞれの周面に複数の貫通孔を備え、燃料噴射手段によって筐体部と外筒部との間の空間に噴射された燃料と、空気入口から筐体部と外筒部との間の空間に供給された燃焼用空気とが、外筒部の貫通孔を介して外筒部と内筒部との間の空間へ導入され混合をされるように構成されているが、このような構造は、燃焼室の大きさに比べ、燃焼用空気の多い範囲（上記した外筒部の内側の容積（Ｌ）が使用される最大の燃焼用空気の流量に対し充分大きい範囲）では、燃料濃度を、不均一なもの、濃淡があるもの、とするに好都合な構造ということが出来る。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、筐体部のガス出口の径と外筒部の内径の比が１０：１００〜５０：１００であり、筐体部のガス出口の径を小さくしているので、燃焼室に圧力がかかり、燃焼の殆どが流速の低い燃焼室で生じる。従って、燃料と燃焼用空気の混合が抑制され、燃料の濃度が高い混合気として維持されるため、その混合気中の燃料が蒸し焼きとなり、ＳＯＦ量の少ない、黒色で安定したＰＭが多量に発生する。上記範囲を外れ、外筒部の内径を１００としたとき、筐体部のガス出口の径が５０より大きいと、燃焼室にかかる圧力が低いため、燃焼が燃焼室の外で生じ、その間に、燃料が燃焼用空気と混合し、燃料濃度が薄くなるため、茶色のＰＭとなり、ＳＯＦ量も多く、ＰＭ発生量が少なくなり易いが、本発明によれば、このような問題は生じない。

本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、燃料の噴射圧力が０．１〜１．０（ＭＰａ）であり、圧力が高く、範囲が広い。従って、間欠噴射により圧力を高く設定した場合には、同じ流量の燃料を短時間に噴射出来るので、より高濃度の燃料を含む混合気となり、ＰＭを多量に発生させることが可能となる。又、その圧力を様々に変化させることで、広い範囲のＰＭ発生量の制御や、発生したＰＭの色、ＳＯＦ量を、自由に制御可能となるため、排気ガス浄化装置の性能や耐久性を、正確に、高い精度で、評価する手段として好適である。

得ようとするＰＭを発生させたガスの流量が少ない場合、即ち、ＰＭ発生装置において燃料及び燃焼用空気の流量が少ない場合には、燃焼において燃焼室の温度が充分に上昇せず、茶色のＰＭとなり、ＳＯＦ量は多く、ＰＭ発生量が少なくなってしまう、という欠点を生じ得るが、本発明に係るＰＭ発生装置は、その好ましい態様により、燃焼室、燃料噴射手段、及びパイロットバーナを、複数、具備することで、流量に対応した仕様を実現することが出来、小流量から大流量までに対応可能なＰＭ発生装置とすることが出来る。更に、複数の燃焼室の容積を同一とせず、少なくとも一つを変えることによって、ＰＭを発生させたガスが、より少流量から大流量の場合までを、カバーすることが出来る。

本発明に係るＰＭ発生装置は、実際のディーゼルエンジン等からの排気ガスを利用していないので、設備をより小型化することが可能であり、コストを抑制出来る。又、実際のディーゼルエンジンでは、排気ガスの流量、ＰＭ発生量、排気ガスの温度、ＳＯＦ量、を独立して制御出来ない。しかし、この点においても、本発明のＰＭ発生装置は、各々を独立して制御可能であり、ディーゼルエンジン等からの排気ガスを十分に模擬しながら、一定条件で排気ガス浄化装置へ排気ガスを供給することが出来るので、より優れた手段であるといえる。従って、排気ガス浄化装置へ供給する評価用の排気ガスを製造し供給する手段として好適なものである。

得ようとするＰＭを発生させたガスの流量が少ない場合には、即ち、ＰＭ発生装置において燃料及び燃焼用空気の流量が少ない場合には、燃焼室の温度が充分に上昇せず、茶色のＰＭとなり、ＳＯＦ量が多く、ＰＭ発生量が少ないという問題が生じ得るが、本発明に係る排気ガス浄化装置の評価装置は、本発明に係るＰＭ発生装置を、複数、具備することで、そのような欠点をカバーすることが出来、ＰＭを発生させたガスが、小流量から大流量の場合までをカバーした排気ガス浄化装置の評価装置とすることが出来る。更に、具備する複数のＰＭ発生装置におけるそれぞれの燃焼室の容積を同一とせず、少なくとも一つを変えることで、より少流量から大流量の場合までをカバーすることが可能である。従って、大型から小型排気ガス浄化装置まで一つの排気ガス浄化装置で性能や耐久性を正確に高い精度で評価する手段として好適である。

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。

先ず、本発明に係るＰＭ発生装置について説明する。図１〜図６は、本発明に係るＰＭ発生装置の一の実施形態を示す図である。図１は上面図であり、図２は側面図であり、図３は図１におけるＰＰ断面を示す図であり、図４は図２におけるＱＱ断面を示す図である。又、図５は内部を分解して表す斜視図であり、図６は、燃料及び燃焼用空気の流れを説明するために図４において筐体部を拡大し燃料噴射手段を簡略化して描いた図である。

図１〜図６に示されるＰＭ発生装置１０は、燃料１３１を噴射する燃料噴射手段３と燃焼を生じる燃焼室１とを具備する装置である。ＰＭ発生装置１０は、燃焼用空気１３２を、空気入口１１３から燃焼室１へ、連続して供給するとともに、燃料１３１を、燃料噴射手段３によって好ましくは間欠で燃焼室１へ噴射することにより、高濃度燃料の混合気を生成し、この高濃度燃料の混合気が、燃焼室１において、燃焼用空気と接する側（外側）から燃焼するため、燃焼用空気と接しない側（内側）の燃料（気体）が燃焼用空気と遮断され、燃焼の熱によって蒸し焼き状態となり、排気ガスの中にＰＭが発生する装置である。即ち、ＰＭ発生装置１０は、ＰＭを発生させたガス（ＰＭ含有ガス１３３）を製造することが可能な装置である。

ＰＭ発生装置１０の燃料噴射手段３は、自らが噴射する燃料１３１の噴射方向（図６を参照）が、円筒状の外筒部６の中心軸方向（図５において横方向）に対し概ね直角であり、且つ、外筒部６の中心軸方向に垂直な断面（円形又は円輪形）の接線方向に傾くように、筐体部５に設けられる（図４及び図６を参照）。燃料噴射手段３としては、例えば、筐体部５と外筒部６との間の空間１０１に、燃料１３１を間欠で噴射することが可能な電磁式インジェクタが採用される。

ＰＭ発生装置１０の燃焼室１は、分割面５３で２つに分割し内部を開くことが可能な筐体部５と、その筐体部５の円筒状部分５ａの中に収められた外筒部６、内筒部７、及び外筒部６を保持するリング４を有する。外筒部６は円筒状を呈し、筐体部５の円筒状部分５ａの中に、その筐体部５の円筒状部分５ａと同軸になるように組み込まれ、更に、円筒状の内筒部７が、外筒部６の中に、外筒部６と中心軸方向を同じくし且つ偏心して（図３及び図４を参照）、組み込まれている。ＰＭ発生装置１０の燃焼室１では、円筒状の外筒部６は、燃焼用空気が供給される空気入口１１３と連通しており、円筒状の内筒部７は、空気入口１１３と直接連通しておらず、パイロットバーナ２に通じる火炎入口５１と連通している（図３を参照）。外筒部６、前板部８、及び後板部９の中心軸方向の長さは、筐体部５の円筒状部分５ａの内側における中心軸方向の長さＤ（図３を参照）に対し、９８％の大きさである。換言すれば、外筒部６、前板部８、及び後板部９の中心軸方向の長さと、筐体部５の円筒状部分５ａの軸方向の長さＤと、の比が９８：１００になっている。

筐体部５には、パイロットバーナ２に通じる火炎入口５１及びＰＭを発生させたガスを送出するガス出口５２が形成され、前板部８は、ガス出口５２に通じる開口８１を備え、筐体部５の円筒状部分５ａの中に組み込まれてガス出口５２側の端面を構成し、後板部９は、火炎入口５１に通じる開口９１を備え、筐体部５の円筒状部分５ａの中に組み込まれて火炎入口５１側の端面を構成する。ガス出口５２の径Ｃは、外筒部６の内径Ａに対し、２５％の大きさである（図３を参照）。換言すれば、ガス出口５２の径Ｃと、外筒部６の内径Ａと、の比Ｃ：Ａは、２５：１００になっている。燃焼室１では、前板部８と外筒部６とは一体化していないが、後板部９と内筒部７とは一体化している。又、リング４と筐体部５の間にはガスケット３０１が挿入され、後板部９と筐体部５の間には図示しない非膨張セラミックス繊維性マットが挿入されている。

燃焼室１において、外筒部６は、その周面に貫通孔６１を備えている。貫通孔６１は、円筒状の外筒部６の中心軸方向（図５において横方向）に３つの層を形成するように設けられ、各層毎に、円筒状の外筒部６の中心軸方向に垂直な断面の周上に、均等間隔で（中心角が９０°になるように）４つ配設されている。即ち、外筒部６には、合計で（３×４＝）１２の貫通孔６１が備わっている。外筒部６の貫通孔６１は、全て、外筒部６の中心軸方向に垂直な断面（円形又は円輪形）の接線方向（外筒部の周面の方向）に傾いて形成されており（図４を参照）、貫通孔６１が傾く結果、外筒部６の表面には楕円形の開口が形成される（図５を参照）。貫通孔６１の径Ｂは、外筒部６の内径Ａに対して７％の大きさである（図４を参照）。換言すれば、貫通孔６１の径Ｂと、外筒部６の内径Ａと、の比Ｂ：Ａは７：１００になっている。尚、貫通孔６１の径Ｂは、図４に示されるように、外筒部６の表面の楕円形の開口で定められるのではなく、貫通孔６１自体の中心軸方向に垂直な断面の直径として求められる。

一方、内筒部７は、その周面に貫通孔７１を備えている。貫通孔７１は、円筒状の内筒部７の中心軸方向（図５において横方向）に２つの層を形成するように設けられ、各層毎に、円筒状の内筒部７の中心軸方向に垂直な断面の周上に、均等間隔で（中心角が９０°になるように）４つ配設されている。即ち、内筒部７には、合計で（２×４＝）８の貫通孔７１が備わっている。内筒部７の貫通孔７１は、全て、傾いて形成されておらず、内筒部７の中心軸方向に垂直な断面（円形又は円輪形）の法線方向（周面から中心軸へ向けた方向）に向けて形成され（図４を参照）、その結果、内筒部７の表面には円形の開口が形成される（図５を参照）。

ＰＭ発生装置１０において、外筒部６は、燃焼用空気が供給される空気入口１１３と連通しており、円筒状の内筒部７は空気入口１１３とは、直接、連通しておらず、パイロットバーナ２（に通じる火炎入口５１）と連通している（図３を参照）。燃料噴射手段３によって筐体部５と外筒部６との間の空間１０１に噴射された燃料１３１は、気化し、外筒部６の貫通孔６１を介して外筒部６と内筒部７との間の空間１０２へ導入され、燃焼する。このとき、燃料噴射手段３は、燃料１３１の噴射方向が既述の如く傾くように、筐体部５に設けられるから、燃料噴射手段３によって筐体部５と外筒部６との間の空間１０１へ噴射された燃料は、外筒部６の周面を廻りながら、外筒部６の貫通孔６１を介して、外筒部６と内筒部７との間の空間１０２へ導入される（図６を参照）。

空気入口１１３から筐体部５と外筒部６との間の空間１０１に連続供給された燃焼用空気１３２は、外筒部６の周面を廻りながら、外筒部６の貫通孔６１を介して、外筒部６と内筒部７との間の空間１０２へ導入される（図６を参照）。そして、筐体部５と外筒部６との間の空間１０１に、好ましくは間欠で噴射された燃料１３１は、外筒部６の周面を廻りながら、外筒部６の貫通孔６１を介して、外筒部６と内筒部７との間の空間１０２へ導入され、燃焼用空気１３２と接する側（外側）が燃焼し、接しない側（内側）の燃料（気体）は、空気と遮断され、燃焼の熱によって蒸し焼き状態となり、ＰＭが発生し、ＰＭ含有ガス１３３となって、ガス出口５２から、排気ガス浄化装置等へ供給される。ＰＭ発生装置１０は、外筒部６、内筒部７、前板部８、後板部９は全て、インコネル材料で形成されたものであり、上記ＰＭを発生させる不完全な燃焼は、全てインコネル材料からなる部材で囲われた空間で生じる。空気入口１１３は、燃料噴射手段３の近傍に設けられており、装置のコンパクト化、メンテナンス性向上の観点から都合がよい構造になっている。

なお、ＰＭ発生装置１０は、外筒部６、内筒部７、前板部８、後板部９を全て、インコネル材料で形成する代わりに、セラミック材料（窒化珪素）で形成されたものとすることもできる。このようにセラミック材料（窒化珪素）で形成すると、ＰＭ発生装置１０の耐久性能が向上する。さらに、セラミック材料は、金属材料に比べて熱変形が生じ難いため、熱変形に起因するＰＭ発生量の低下を防止することができるという利点がある。

ここで、図６に示された座標軸を用いて、ＰＭ発生装置１０における燃料噴射手段３及び貫通孔６１の位置、並びに外筒部６の中心軸に対し内筒部７の中心軸がずれる方向について説明する。図６における座標軸は、筐体部５の円筒状部分の中心軸方向に垂直な断面に、その中心軸を通り相互に直角をなすように設定されたＸ軸及びＹ軸からなるものである。

ＰＭ発生装置１０では、座標軸上において、筐体部５の円筒状部分の内壁がＹ＝＋１００に位置するとき、それに対し、燃料噴射手段３は、Ｙ＝＋６０の位置に、且つ、燃料の噴射方向がＸ軸に平行になるように、筐体部５に設けられている。外筒部６の貫通孔６１のうちの１つである貫通孔６１ａの設けられる位置は、Ｙ＝＋７０の位置である。そして、既述のように外筒部６と内筒部７とは偏心しているが、それは内筒部７の中心軸が外筒部６の中心軸より−Ｙ側にずれることによって実現されている。即ち、座標軸上で、燃料噴射手段３は＋Ｙ側に設けられ、それとは反対の−Ｙ側で、外筒部６と内筒部７とが偏心している。又、ＰＭ発生装置１０では、外筒部６の貫通孔６１のうちの１つである貫通孔６１ａと座標軸の原点Ｏと燃料噴射手段３とが形成する角度θは、２７°になっている。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の評価装置について説明する。図７は、本発明に係る排気ガス浄化装置の評価装置（単に「評価装置」ともいう）の一の実施形態を示す構成図である。図７に示される評価装置２０は、４台の上記したＰＭ発生装置１０（Ｎｏ．１，２，３，４）を具備し、それらで製造されたＰＭ含有ガスをＰＭ含有ガス混合手段によって混合し、得られた混合ＰＭ含有ガスを、排気ガス浄化装置３２へ供給することによって、その排気ガス浄化装置３２の評価を行うことが可能な装置である。混合ＰＭ含有ガスは、切替弁２２，２３によって、排気ガス浄化装置３２へ供給されるか否か選択される。又、切替弁２２，２３の下流には、例えば熱電対で構成される温度検出器３３が取り付けられており、得られた混合ＰＭ含有ガスの温度を検出する。尚、図７において、各ＰＭ発生装置１０の燃料間欠噴射手段、パイロットバーナ２等の詳細部分は省略され描かれていない。

ＰＭ含有ガス混合手段は、ＰＭ発生装置１０が製造したＰＭ含有ガスの温度を調整する二次空気供給部３１と、Ｎｏ．１〜４のＰＭ含有ガスを合流させ混合するメインヘッダ部２１と、によって実現されている。即ち、評価装置２０では、４台のＰＭ発生装置１０が並列に接続され、最終的にメインヘッダ部２１に合流し混合された混合ＰＭ含有ガスが、排気ガス浄化装置３２へ供給される。尚、本発明に係る排気ガス浄化装置の評価装置では、ＰＭ含有ガス混合手段は、４台に限らず複数であって、同じものではなく異なる仕様のＰＭ発生装置を、並列に接続で構成された態様とすることも可能である。

評価装置２０では、各ＰＭ発生装置１０において、ＰＭ含有ガスが送出される出口に、二次空気供給部３１が取り付けられている。それぞれの二次空気供給部３１では、各ＰＭ発生装置１０で製造されたＰＭ含有ガスに、図示しないコンプレッサ等の二次空気供給手段によって流路１５から供給された二次空気が合流し混合され、その二次空気の流量を調節することによって、各ＰＭ発生装置１０毎に、ＰＭ含有ガスが、所定の温度及び流量になるように調製される。この二次空気の流量の調節は、流量計２８と調節弁２９とで行われる。即ち、各ＰＭ発生装置１０毎に設けられた二次空気供給部３１へ送られる二次空気の流路１５には、各系統毎に、流量計２８と調節弁２９とが設けられており、それぞれの二次空気の流量を調節することが出来るようになっている。調節弁２９は、流量計２８から独立して手動調整出来るものであってもよいが、流量計２８の検出流量に基づいて自動制御可能なものが特に好ましい。

評価装置２０では、又、４台のＰＭ発生装置１０を、同一の条件で作動させ、あるいは、全てを、他のＰＭ発生装置１０と異なる条件で作動させ得る制御手段が備わっている。この制御手段は、４台のＰＭ発生装置１０にそれぞれ備わる、電磁弁の開閉時間及び周期を制御する機能を持つ燃料間欠噴射手段（図７において省略）と、燃焼用空気流量調節手段と、で実現される。

燃焼用空気流量調節手段は、燃焼用空気の流量を調節する手段であり、流量計２４と調節弁２５とで構成される。即ち、各ＰＭ発生装置１０の燃焼室へ送られる燃焼用空気の流路１４には、各系統毎に、流量計２４と調節弁２５とが設けられており、それぞれの燃焼用空気の流量を調節することが出来るようになっている。調節弁２５は、流量計２４から独立して手動調整出来るものであってもよいが、流量計２４の検出流量に基づいて自動制御可能なものが、特に好ましい。

図７に示されない評価装置２０の制御装置により、４台のＰＭ発生装置１０のそれぞれにおいて、上記燃料間欠噴射手段を用いて燃料の噴射周期（電磁弁の開閉周期）を選択し、燃料の噴射時間により燃料の流量を調節するとともに、燃焼用空気の流量を調節し、更には、上記した二次空気の流量を調節することによって、最終的に排気ガス浄化装置３２へ供給される混合ＰＭ含有ガスの流量、温度、ＰＭ含有量、含有されたＰＭの性状等を、自在に変更することが可能である。

尚、図７において、排気ガス浄化装置３２は、その側面が描かれており、性能及び／又は耐久性を評価する対象である排気ガス浄化装置３２は、円筒状の空間と、両端において徐々に狭くなるすり鉢状空間と、を有する箱体として構成され、円筒状の空間の中に、例えばハニカム構造を呈するフィルタであって排気ガス中の微粒子を除去するフィルタや酸化触媒がコートされたフィルタであって微粒子を除去するフィルタ、あるいは、例えばハニカム構造を呈する触媒（触媒体）であって排気ガス中の有害物質を分解するための酸化触媒、三元触媒等の触媒（触媒体）、が収容されているものである。尚、図示しないが、排気ガス浄化装置３２の下流側（排気ガスの出口側）に、ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ等を分析する分析手段を備えることが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）図１に示されるＰＭ発生装置１０に二次空気供給部（図７を参照）を設けた装置を使用し、燃料としては軽油を用い、燃料噴射手段によって燃焼用空気の中に燃料を間欠で噴射し、不完全燃焼させてＰＭを発生させ、ＰＭ含有ガスを製造した。そして、そのＰＭ含有ガスに、二次空気供給部から二次空気を混合し、評価対象となる２００℃のＰＭ含有ガス（評価ガス）を得た。そして、そのＰＭ含有ガス（評価ガス）を吸引して、濾紙（フィルタ）の質量から１時間あたりのＰＭ発生量を測定するとともに、ＰＭの粒径分布を測定し、更に、ＰＭ含有ガス（評価ガス）中の粒子状物質の成分と、ＰＭ含有ガス（評価ガス）中のガス成分を、分析した。

［ＰＭ発生量の測定方法］ＰＭ含有ガス（評価ガス）を２０Ｌ／ｍｉｎの速度で吸引し、一定時間（１分間）、濾紙（ローボリ用フィルタ８０１５−３（ＡＰ２００５５００、５５ｍｍ）、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）に通す。そして、濾紙に付着したＰＭの質量をミクロ天秤（ＭＥ５−Ｆ、０．００１ｍｇ、ＳＡＲＴＯＲＩＵＳ社製）で測定し、二次空気を混合した後のＰＭ含有ガス（評価ガス）の流量、それから吸引されたガスの流量、及び吸引時間より、１時間あたりのＰＭ発生量（ｇ／Ｈｒ）及び消費した燃料１リットルあたりのＰＭ発生量（ｇ／ｌ）を求めた。

［ＰＭの粒径分布の測定方法］二次空気を混合した後のＰＭ含有ガス（評価ガス）から吸引されたガスを希釈し、ＴＳＩ社製Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅｒ （ＳＭＰＳ）Ｍｏｄｅｌ ３９３６シリーズを使用してＰＭの粒径分布を測定した。

［粒子状物質の成分分析方法］ＨＯＲＩＢＡ社製Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ ＭＥＸＡ−１３７０ＰＭを用いて分析した。

［ガス成分の分析方法］ＨＯＲＩＢＡ社製ＭＥＸＡ−９１００Ｄを用いて分析した。

結果は、ＰＭの粒径分布が６０〜１２０×１０^−９ｍであり、デイーゼルエンジンの排気ガスと概ね同等であった。又、ＰＭ発生量は３０．６ｇ／Ｈｒであり、消費した燃料１リットルあたりのＰＭ発生量は１１．７（ｇ／ｌ）であった。ＰＭ含有ガスの粒子状物質の成分は、ＳＯＦが６．２質量％、スートが９３．６質量％、ＳＵＬＦＡＴＥが０．２質量％であった。ガス成分は、ＣＯが４０ｐｐｍ、ＨＣが５０ｐｐｍ、ＮＯ_Ｘが１２ｐｐｍ、Ｏ_２が１４体積％、ＣＯ_２が５体積％であった。

（比較例１）図８に示される燃焼装置１８０を使用し、燃料としては軽油を用い、燃料噴射手段によって燃焼用空気の中に燃料を間欠で噴射し混合させ、不完全燃焼させてＰＭを発生させ、ＰＭ含有ガスを製造した。そして、そのＰＭ含有ガスに、コンプレッサによって二次空気を混合し、評価対象となる２００℃のＰＭ含有ガス（評価ガス）を得た。そして、実施例１と同様な手段により、１時間あたりのＰＭ発生量、消費した燃料１リットルあたりのＰＭ発生量（ｇ／ｌ）、及びＰＭの粒径分布を測定するとともに、ＰＭ含有ガス（評価ガス）中の粒子状物質の成分を分析し、更に、ＰＭ含有ガス（評価ガス）中のガス成分を分析した。

図８に示される燃焼装置１８０は、燃焼用空気を供給するための空気入口２５１から導入された燃焼用空気２３２を、空気予熱室１８５で加熱するとともに、燃料噴射手段１８３からバッフルプレート１８６によって燃焼筒１８７に向けて噴射された燃料２３１を、加熱された燃焼用空気２３２と、空気予熱室１８５内で混合し、燃焼器１８２で着火して燃焼筒１８７内で不完全に燃焼をさせて、ガス出口２５２から、ＰＭ含有ガス２３３を排出するように構成された装置である。

結果は、ＰＭの粒径分布が３００〜１０００×１０^−９ｍであり、デイーゼルエンジンの排気ガスとは大きく異なっていた。又、ＰＭ発生量は５．２ｇ／Ｈｒ（軽油）であり、消費した燃料１リットルあたりのＰＭ発生量は２．０（ｇ／ｌ）であった。ＰＭ含有ガスの粒子状物質の成分は、ＳＯＦが３０質量％、スートが６７質量％、ＳＵＬＦＡＴＥが３質量％であった。ガス成分は、ＣＯが３０ｐｐｍ、ＨＣが５０ｐｐｍ、ＮＯ_Ｘが３００ｐｐｍ、Ｏ_２が１４体積％、ＣＯ_２が５体積％であった。

（考察）実施例１により、本発明に係るＰＭ発生器の使用により、粒径分布がデイーゼルエンジンの排気ガス並の６０〜１２０×１０^−９ｍになることが確認出来た。又、ＰＭ発生量が増加してもＳＯＦが増加することはなく安定した性状のＰＭを発生させ得ることが確認出来た。比較例１の結果より、従来の燃焼装置の場合、燃料が充分気化されないために、粒径分布が３００〜１０００×１０^−９ｍと広い範囲となる。又、ＰＭ発生量が、より少ないのにもかかわらず、ＳＯＦが増大し、安定した性状のＰＭを発生させることが出来なかった。尚、実施例１では、ＰＭの色は黒色であったが、比較例１では灰色であった。これは、ＳＯＦの含有量の違いによるものと考えられた。

本発明のＰＭ発生装置及び排気ガス浄化装置の評価装置は、排気ガス中の微粒子を除去するフィルタ、フィルタに堆積した微粒子を酸化燃焼除去するための触媒、又は排気ガス中の有害物質を分解するための触媒、等を備えた排気ガス浄化装置の性能及び／又は耐久性の評価を行うために、好適に利用される。

本発明に係るＰＭ発生装置の一の実施形態を示す上面図である。 図１に示されるＰＭ発生装置の側面図である。 図１におけるＰＰ断面を示す断面図である。 図２におけるＱＱ断面を示す断面図である。 図１に示されるＰＭ発生装置の内部を分解して表す斜視図である。 図４と同じ断面を示す図であり、筐体部を拡大し燃料噴射手段を簡略化して描いた断面図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置の評価装置の一の実施形態を示す構成図である。 従来の燃焼装置の一の例を示す断面図である。

符号の説明

１：燃焼室、２：燃焼器、３：燃料噴射手段、５：筐体部、５ａ：（筐体部の）円筒状部分、６：外筒部、７：内筒部、８前板部、９：後板部、１０：ＰＭ発生装置、１１：火炎検知器、１３：流路、１４：流路、１５：流路、２０：（排気ガス浄化装置の）評価装置、２１：メインヘッダ部、２２，２３：切替弁、２４：流量計、２５：調節弁、２８：流量計、２９：調節弁、３１：二次空気供給部、３２：排気ガス浄化装置、３３：温度検出器、５１：火炎入口、５２：（ＰＭを発生させた）ガス出口、５３：分割面、６１，６１ａ：貫通孔、７１：貫通孔、１１３：空気入口、１３２：燃焼用空気、１８０：燃焼装置、１８３：燃料噴射手段、１８５：空気予熱室、１８６：バッフルプレート、１８７：燃焼筒、２３１：燃料、２３２：燃焼用空気、２３３：ＰＭ含有ガス、２５１：空気入口、２５２：ガス出口。

Claims (28)

1. 液体及び／又は気体の燃料と、燃焼用空気と、の混合を行い、混合をされた混合気に不完全な燃焼をさせて、ガスの中にＰＭ（パティキュレートマター、粒子状物質）を発生させる装置であって、
   前記混合及び燃焼を生じる燃焼室と、その燃焼室へ前記燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記混合気を着火するパイロットバーナと、を具備し、
   前記燃焼室が、前記燃焼用空気を供給するための空気入口、前記ＰＭを発生させたガスを送出するためのガス出口、及び前記パイロットバーナに通じる火炎入口、を形成した筐体部と、その筐体部との間に空間を形成しつつ前記筐体部の中に組み込まれた外筒部と、その外筒部との間に空間を形成するとともに前記火炎入口と直接連通するように前記外筒部の中に組み込まれた内筒部と、を有し、
   前記外筒部及び前記内筒部は、それぞれの周面に複数の貫通孔を備え、
   前記燃料噴射手段によって前記筐体部と外筒部との間の空間に噴射された前記燃料と、前記空気入口から前記筐体部と外筒部との間の空間に供給された前記燃焼用空気とが、前記外筒部の貫通孔を介して前記外筒部と内筒部との間の空間へ導入され前記混合をされるように構成されているＰＭ発生装置。
2. 前記燃料噴射手段が、前記筐体部と外筒部との間の空間に、前記燃料を間欠で噴射することが可能な手段である請求項１に記載のＰＭ発生装置。
3. 前記筐体部が円筒状部分を有するとともに、前記外筒部及び内筒部が円筒状を呈し、
   前記筐体部の円筒状部分の中に、前記円筒状の外筒部が、前記筐体部の円筒状部分と同軸になるように組み込まれ、
   前記円筒状の外筒部の中に、前記円筒状の内筒部が、前記円筒状の外筒部と中心軸方向を同じくし且つ偏心して組み込まれている請求項１又は２に記載のＰＭ発生装置。
4. 前記ガス出口に通じる開口を備え、前記筐体部の中に組み込まれて前記ガス出口側の端面を構成する前板部と、
   前記火炎入口に通じる開口を備え、前記筐体部の中に組み込まれて前記火炎入口側の端面を構成する後板部と、を有する請求項３に記載のＰＭ発生装置。
5. 前記前板部と前記外筒部とが一体化し、及び／又は、前記後板部と前記内筒部とが一体化している請求項４に記載のＰＭ発生装置。
6. 前記外筒部、内筒部、前板部、及び後板部が、金属材料で形成されている請求項４又は５に記載のＰＭ発生装置。
7. 前記外筒部、内筒部、前板部、及び後板部が、セラミックス材料で形成されている請求項４又は５に記載のＰＭ発生装置。
8. 前記セラミックス材料が、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア、及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項７に記載のＰＭ発生装置。
9. 前記燃料噴射手段は、燃料の噴射方向が、前記外筒部の中心軸方向に対し略直角であり且つ前記外筒部の中心軸方向に垂直な断面の接線方向に傾くように、前記筐体部に設けられ、
   前記燃料噴射手段によって前記筐体部と外筒部との間の空間へ噴射された前記燃料が、前記外筒部の周面を廻りながら、前記外筒部の貫通孔を介して前記外筒部と内筒部との間の空間へ導入されるように構成されている請求項３〜８の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
10. 前記空気入口が、前記筐体部の前記燃料噴射手段の近傍に設けられ、
    前記空気入口から前記筐体部と外筒部との間の空間に供給された前記燃焼用空気が、前記燃料とともに、前記外筒部の周面を廻りながら、前記外筒部の貫通孔を介して前記外筒部と内筒部との間の空間へ導入されるように構成されている請求項３〜９の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
11. 前記外筒部に備わる貫通孔の一部又は全部が、前記外筒部の中心軸方向に垂直な断面の接線方向に傾いて形成されている請求項３〜１０の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
12. 前記筐体部の円筒状部分の中心軸方向に垂直な断面に、その中心軸を通り相互に直角をなすＸ軸及びＹ軸からなる座標軸を設定した場合において（但し、Ｘ軸とＹ軸とは中心軸方向に垂直な断面で相互に直角であればよく、絶対的な方向は限定されない）、
    前記筐体部の円筒状部分の内壁がＹ＝＋１００に位置するとき、Ｙ＝＋６０〜８０の位置に、燃料の噴射方向がＸ軸に平行になるように、前記燃料噴射手段が前記筐体部に設けられる請求項３〜１１の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
13. 前記外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つが、Ｙ＝＋７０〜９０の位置に設けられる請求項１２に記載のＰＭ発生装置。
14. 前記外筒部の周面に備わる複数の貫通孔のうちの少なくとも１つと、前記座標軸の原点と、前記燃料噴射手段と、が形成する角度が、１０〜４０°である請求項１２又は１３に記載のＰＭ発生装置。
15. 前記内筒部の中心軸が前記外筒部の中心軸より−Ｙ側にずれることによって、前記外筒部と内筒部とが偏心している請求項１２〜１４の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
16. 前記外筒部、前板部、及び後板部の合計の中心軸方向の長さと、前記筐体部の円筒状部分の内側における中心軸方向の長さと、の比が７０：１００〜９８：１００である請求項４〜１５の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
17. 前記後板部と前記筐体部との間に、非膨張セラミックス繊維性マットが挿入されている請求項４〜１６の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
18. 前記外筒部の周面に備わる貫通孔の径と、前記外筒部の内径（内側直径）と、の比が５：１００〜２０：１００である請求項３〜１７の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
19. 前記筐体部に形成された前記ＰＭを発生させたガス出口の径と、前記外筒部の内径（内側直径）と、の比が１０：１００〜５０：１００である請求項３〜１８の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
20. 前記燃焼室に備わる外筒部の内側の容積（Ｌ（リットル））が、供給される最大の前記燃焼用空気の流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）の、１．２倍以上である請求項１〜１９の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
21. 前記燃焼室に備わる外筒部の内径（ｍｍ）は、前記外筒部の内径（ｍｍ）の２乗を、供給される最大の燃焼用空気の流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）で除した値が、２．０×１０^４倍以上である請求項１〜２０の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
22. 前記燃料の噴射圧力が、０．１〜１．０（ＭＰａ）である請求項１〜２１の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
23. 前記燃料が軽油である場合に、前記ガスの中に発生させるＰＭの量が０．１〜３０ｇ／Ｌ（軽油）である請求項１〜２２の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
24. 前記ガスの中に発生させるＰＭのＳＯＦ（有機溶媒可溶性成分、Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）が１〜５０質量％であり、且つＰＭの平均粒子径が１０〜１５０×１０^−９ｍである請求項１〜２３の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
25. 前記燃焼室、前記燃料噴射手段、及び前記パイロットバーナを、複数、具備する請求項１〜２４の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
26. ＰＭを発生させたガスの供給先が排気ガス浄化装置であり、その排気ガス浄化装置の評価を行うために使用される請求項１〜２５の何れか一項に記載のＰＭ発生装置。
27. 前記排気ガス浄化装置が、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を備え、前記評価が、前記ＤＰＦの捕集効率、ＰＭ堆積圧損、再生性能、酸化性能のうちの何れか１又は２以上の評価である請求項２６に記載のＰＭ発生装置。
28. 請求項１〜２７の何れか一項に記載のＰＭ発生装置を、複数、具備するとともに、
    それら複数のＰＭ発生装置を、同一の条件で作動させ、あるいは、少なくとも一のＰＭ発生装置を、他のＰＭ発生装置と異なる条件で作動させ得る制御手段と、
    複数のＰＭ発生装置で得られた、ＰＭを発生させたガスを混合し、混合ＰＭ含有ガスを得るＰＭ含有ガス混合手段と、を具備し、
    前記混合ＰＭ含有ガスを排気ガス浄化装置へ供給することによって、その排気ガス浄化装置の評価を行う排気ガス浄化装置の評価装置。

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