固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法
【課題】ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を行うことのできる固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法を提供する。
【解決手段】本発明の固形物生成評価装置１００は、評価液体Ｌを貯留すると共に評価液体Ｌを気化させる気化部１と、試験片Ｔ（ＴＲ）を密閉空間内に保持しつつ試験片Ｔ（ＴＲ）を加熱する加熱炉４と、気化した評価液体Ｌを加熱炉４に向けて流入させる気体を供給する気体供給部２とを有するという構成を採用する。
【解決手段】本発明の固形物生成評価装置１００は、評価液体Ｌを貯留すると共に評価液体Ｌを気化させる気化部１と、試験片Ｔ（ＴＲ）を密閉空間内に保持しつつ試験片Ｔ（ＴＲ）を加熱する加熱炉４と、気化した評価液体Ｌを加熱炉４に向けて流入させる気体を供給する気体供給部２とを有するという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンやターボチャージャ等の駆動装置、又は焼き入れ処理や浸炭処理等を行う熱処理装置には、装置の作動に伴い擦動する箇所が存在するため、該擦動箇所を潤滑するための潤滑油（潤滑剤）が上記装置に供給されている。
ここで、上記装置の内部は高温（例えば、６００℃等）となっているため、供給された潤滑油（エンジンやターボチャージャ等においては燃料等も含む）は熱によって変質・炭化し、デポジットと呼ばれる固形物が生成されていた。このデポジットは、装置の性能を低下させるだけでなく、多大なメンテナンスを強いられることから、その生成量を抑制することが求められている。
【０００３】
デポジットの生成量を抑制するためには、デポジットに変質しにくい潤滑油等の開発やデポジットが生成して付着していた箇所における材質・表面処理の改善等が考えられる。そして、このような開発を進めていくためには、様々な条件の下でデポジットの生成に関する評価を行う必要がある。もっとも、上記の実際の装置をデポジットの生成に関する評価に用いることは、手間やコストが掛かり適当でない。
そこで、特許文献１には、潤滑油等の評価液体を加熱した試験パネルに連続して付着させ、試験パネル上にデポジットを生成することのできる評価装置が開示されている。この評価装置を用いることで、実際の装置を用いることなくデポジットの生成に関する評価を行うことができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平１−２３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような課題が存在する。
従来の評価装置は、潤滑油等の評価液体を液状のまま高温の試験パネルに撥ねかけて、試験パネル上にデポジットを生成していた。一方、ターボチャージャや熱処理装置の内部では潤滑油等は熱により気化しており、気化した潤滑油等が高温の部材の表面に付着することでデポジットが生成されていた。すなわち、従来の評価装置とターボチャージャ等の装置との間では、デポジットの生成状況が異なっていた。
【０００６】
また、従来の評価装置を用いて生成されるデポジットの組成は、カーボンだけでなく有機化合物も多く含まれたものであり、その状態は、ゲル状で有機溶剤等を用いて容易に除去できるものであった。一方、ターボチャージャ等の装置で生成されるデポジットの組成は、カーボンや酸化バナジウム等の無機物により構成され、その状態は、硬く固着し水噴射や有機溶剤等を用いても容易には除去できないものであった。
【０００７】
以上のように、従来の評価装置とターボチャージャ等の実際の装置との間では、デポジットの生成状況も、生成されるデポジットの組成及び状態も共に異なるものである。そのため、従来の評価装置を用いてターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を行うことが難しいという課題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を行うことのできる固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の固形物生成評価装置は、評価液体を貯留すると共に評価液体を気化させる気化部と、試験片を密閉空間内に保持しつつ試験片を加熱する加熱炉と、気化した評価液体を加熱炉に向けて流入させる気体を供給する気体供給部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、まず気化部に貯留された液状の評価液体が気化する。次に、気体供給部から供給された気体により、気化した評価液体が加熱炉に向かって流入される。さらに、気化した評価液体が加熱炉によって加熱された試験片の表面に付着し、試験片の表面に評価液体の気化成分による固形物が生成される。
【００１０】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気化部が、液状の評価液体を加熱する加熱部を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、気化部に貯留された液状の評価液体は、加熱部の加熱により気化する。
【００１１】
また、本発明の固形物生成評価装置は、加熱部が、加熱炉での加熱温度よりも低い温度で評価液体を加熱するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、加熱部の加熱によって、加熱炉に達する前に評価液体が劣化して増粘化することが防止される。
【００１２】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気体供給部が、気化部内に貯留された液状の評価液体中に気体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、液状の評価液体中に気体が供給されるために、評価液体が攪拌され、且つ評価液体の気化が促進される。
【００１３】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気体供給部が、気体の供給量を調整する調整部を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、気体の供給量を調整することで、気化した評価液体の流量及び流速が調整される。そのため、試験片の表面に生成される固形物の生成速度が調整される。
【００１４】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気体供給部が複数種類の気体を供給し、調整部が複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、気体供給部から供給された気体は加熱炉の密閉空間内に流入しており、試験片の周囲の雰囲気を、複数種類の気体のうち所定の気体雰囲気に設定することが可能となる。また、調整部により、複数種類の気体の混合比率を調整することも可能となる。
【００１５】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気化した評価液体及び気体を気化部から加熱炉まで供給する供給管と、供給管の内部を加熱する第２加熱部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、供給管の内部が第２加熱部により加熱されているため、気化した評価液体が冷却されて供給管内で凝縮することが防止される。
【００１６】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、評価液体を気化させる気化工程と、気化した評価液体を流動させる気体を供給する気体供給工程と、密閉空間内に保持された試験片を加熱する加熱工程と、気化した評価液体を試験片に向けて衝突させ試験片の表面に評価液体による固形物を生成する工程と、固形物の生成に関する情報を計測する工程とを有するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、まず気化工程で評価液体が気化する。次に、気体供給工程で供給された気体により、気化した評価液体が試験片に向けて流動し始める。これらと同時に、加熱工程では試験片が加熱される。さらに、試験片に向けて流動している、気化した評価液体が加熱された試験片の表面に衝突し、試験片の表面に評価液体による固形物が生成される。最後に、固形物の生成に関する情報が計測され、固形物生成の評価がなされる。
【００１７】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気化工程では、評価液体を加熱により気化させるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、液状の評価液体は加熱により気化する。
【００１８】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気化工程では、加熱工程での加熱温度よりも低い温度で評価液体を加熱するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気化工程での加熱によって、試験片に達する前に評価液体が劣化して増粘化することが防止される。
【００１９】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気体供給工程では、気体を液状の評価液体中に供給するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、液状の評価液体中に気体が供給されるために、評価液体が攪拌され、且つ評価液体の気化が促進される。
【００２０】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気体の供給量を調整する調整工程を有するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、調整工程で気体の供給量が調整されることから、気化した評価液体の流量及び流速が調整される。そのため、試験片の表面に生成される固形物の生成速度が調整される。
【００２１】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気体供給工程では複数種類の気体を供給し、調整工程では複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気体供給工程で供給された気体は試験片が保持された密閉空間内に流入しており、試験片の周囲の雰囲気を、複数種類の気体のうち所定の気体雰囲気に設定することが可能となる。また、調整工程において複数種類の気体の混合比率を調整することも可能となる。
【００２２】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気化した評価液体が密閉空間に達する前に、気化した評価液体を加熱する工程を有するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気化した評価液体が加熱されているため、密閉空間に達する前に、気化した評価液体が冷却されて凝縮することが防止される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、ターボチャージャや熱処理装置等と同様の生成状況でデポジット（固形物）を生成でき、同様の組成及び状態を有するデポジットを生成することができる。したがって、本発明によれば、ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を、実際の装置を用いることなく行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】固形物生成評価装置１００の全体構成図である。
【図２】不活性雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
【図３】酸素雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法における実施の形態を、図１から図３を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００の全体構成図である。
固形物生成評価装置１００は、潤滑油や燃料等の評価液体からデポジット（固形物）を生成し、その生成に関する評価を行うための装置であって、気化部１と、気体供給部２と、供給管３と、加熱炉４と、排ガス処理部５とを有している。
【００２７】
気化部１は、潤滑油や燃料等の評価液体Ｌを貯留すると共に、評価液体Ｌを気化するものであって、液体貯留部１１と、第１温度センサ１２と、第１ヒータ（加熱部）１３と、第１温度制御部１４とを有している。
【００２８】
液体貯留部１１は、評価液体Ｌを貯留するための容器であり、耐熱性（例えば、３００℃以上）を有する耐熱ガラスを用いて形成され、上下方向で分離可能なセパラブルフラスコである。液体貯留部１１の上部には吐出口１１ａが設けられており、この吐出口１１ａは後述する供給管３に接続されている。
【００２９】
液体貯留部１１に貯留される評価液体Ｌとしては、ターボチャージャや熱処理装置（共に図示せず）における擦動箇所を潤滑するための潤滑油、エンジン（図示せず）で燃焼される燃料、又はそれらを混合した液体等が用いられる。燃料としては、ガソリン、軽油又は重油等が用いられる。
【００３０】
第１温度センサ１２は、液体貯留部１１内に貯留された評価液体Ｌの温度を計測するための計測器であり、評価液体Ｌ中に設置されている。また、第１温度センサ１２は、後述する第１温度制御部１４に電気的に接続されている。
第１ヒータ（加熱部）１３は、液体貯留部１１を介してその内部に貯留された評価液体Ｌを加熱するものであって、液体貯留部１１であるフラスコの下部外面に接触して設けられるマントルヒータである。また、第１ヒータ１３は、第１温度制御部１４に電気的に接続されている。
【００３１】
第１温度制御部１４は、第１ヒータ１３の温度を制御することで評価液体Ｌの温度を調整する制御部である。この第１温度制御部１４は、予め設定された評価液体Ｌの温度設定値を保持している。温度設定値には、評価液体Ｌが気化でき且つ評価液体Ｌを熱劣化させない範囲の温度が選択され、本実施形態での温度設定値は１００℃から１５０℃の範囲内で設定されている。
【００３２】
気体供給部２は、気化部１の液体貯留部１１内に気体を供給するものであって、複数のボンベ２１と、複数のバルブ（調整部）２２と、管部２３と、気体供給ノズル２４と、流量制御部（調整部）２５とを有している。
【００３３】
複数のボンベ２１は、複数種類の気体をそれぞれ高圧状態で収容する容器である。ボンベ２１に収容される気体としては、窒素やアルゴン等の不活性ガス、又は酸素や空気等が用いられる。
複数のバルブ（調整部）２２は、各ボンベ２１の気体の吐出口に各々接続されており、各ボンベ２１から吐出される気体の流量を調整するための開閉弁である。複数のバルブ２２は、後述する流量制御部２５に電気的に接続されている。
【００３４】
管部２３は、複数のバルブ２２と気体供給ノズル２４との間に設けられる管体である。管部２３は、複数のバルブ２２にそれぞれ接続された各管が順次集約されて１本の管となっている。
気体供給ノズル２４は、液体貯留部１１内に気体を供給するノズルである。気体供給ノズル２４の先端には供給口２４ａが設けられ、供給口２４ａは液体貯留部１１内に貯留された評価液体Ｌの内部に没入している。また、供給口２４ａは、液体貯留部１１の底部近傍に設置されている。
流量制御部（調整部）２５は、予め設定された各気体の流量設定値に基づいて、各気体の流量を制御するための制御部である。
【００３５】
供給管３は、気化部１から加熱炉４まで流体を移動させるものであって、第２管部３１と、第２温度センサ３２と、第２ヒータ（第２加熱部）３３と、第２温度制御部３４とを有している。
第２管部３１は、液体貯留部１１の吐出口１１ａと、後述する加熱炉４の第３管部４１との間に設けられており、ステンレス製のフレキシブルチューブが用いられている。
第２温度センサ３２は、第２管部３１の外周面に接触して設けられており、第２温度制御部３４に電気的に接続されている。
【００３６】
第２ヒータ（第２加熱部）３３は、第２管部３１をその外周面から加熱するためのヒータである。第２ヒータ３３は、リボン状のヒータであり、第２管部３１の外周面に巻回され且つ第２管部３１の全長に亘って隙間なく設けられている。第２ヒータ３３は、第２温度制御部３４に電気的に接続されている。
【００３７】
第２温度制御部３４は、予め設定された第２管部３１の温度設定値、及び第２温度センサ３２から出力される現在の第２管部３１の温度に基づいて、第２ヒータの温度を制御する制御部である。本実施形態での温度設定値は１５０℃から２５０℃の範囲内で設定されている。
【００３８】
加熱炉４は、気化した評価液体Ｌを付着させるための試験片Ｔを、密閉空間内で加熱するものであって、第３管部４１と、第３温度センサ４２と、第３ヒータ４３と、第３温度制御部４４とを有している。
第３管部４１は、その内部に複数の試験片Ｔを設置するための管体であって、耐熱性（例えば、７００℃等）を有する石英を用いて形成されている。第３管部４１の一端部は供給管３に接続され、他端部は後述する排ガス処理部５に接続されており、それらの接続箇所以外では第３管部４１は気密に保持されている。
【００３９】
第３管部４１内に設置される複数の試験片Ｔは、その表面にデポジットを生成させるためのものである。デポジットの生成を抑える効果のある材質や表面処理を評価するために、複数種類の材質及び表面処理の試験片Ｔが用いられる。
なお、材質や表面処理等の評価を行う場合には、複数の試験片Ｔのうち少なくとも１つはリファレンス用の試験片ＴＲとする。このリファレンス用試験片ＴＲの材質は例えばステンレスであり、表面処理も一定ものが用いられている。
【００４０】
第３温度センサ４２は、第３管部４１の温度を計測する計測器であり、第３温度制御部４４に電気的に接続されている。
第３ヒータ４３は、第３管部４１の外周面に接して設けられており、第３管部４１を介して複数の試験片Ｔ（ＴＲ）を加熱するためのヒータである。第３ヒータ４３は、第３温度制御部４４に電気的に接続されている。
【００４１】
第３温度制御部４４は、第３管部４１を所定の温度に維持するための温度制御部である。第３温度制御部４４は、予め設定された第３管部４１の温度設定値を保持している。この温度設定値には、第３管部４１内で加熱された試験片Ｔの表面に気化した評価液体Ｌが付着したときに、評価液体Ｌが変質・炭化できる温度が設定され、本実施形態では３００℃から７００℃の範囲内で設定されている。
【００４２】
排ガス処理部５は、第３管部４１から排出された気体（試験片Ｔに付着しなかった気化した評価液体Ｌを含む）を浄化する処理部である。
【００４３】
なお、上述した第１温度制御部１４、流量制御部２５、第２温度制御部３４及び第３温度制御部４４は、いずれもその作動時間を制御するためのタイマーを有しており、所定の時間で固形物生成評価装置１００を作動させることができる。
【００４４】
続いて、上述した固形物生成評価装置１００を用いて、潤滑油や燃料等の評価液体からデポジットを生成する方法、及びデポジット生成の評価方法について説明する。
【００４５】
まず、気化部１の液体貯留部１１に、潤滑油、燃料、又はそれらを混合した評価液体Ｌを貯留する。また、気体供給部２のボンベ２１に、気化部１に供給するための気体を収容し、加熱炉４の第３管部４１内に、複数の試験片Ｔ（ＴＲ）を設置する。
【００４６】
次に、気化部１において評価液体Ｌを気化させる。
第１温度制御部１４は、予め設定された評価液体Ｌの温度設定値を保持している。この温度は、１００℃から１５０℃の範囲で設定される。なお、この設定温度値は、加熱炉４内の温度よりも低く設定されており、且つ評価液体Ｌが加熱により劣化及び増粘化しない範囲の温度に設定されている。これにより、気化部１での評価液体Ｌの劣化及び増粘化を防ぐことができる。
【００４７】
第１温度センサ１２は、評価液体Ｌの現在の温度を計測し、計測結果を第１温度制御部１４に出力する。第１ヒータ１３は、第１温度制御部１４から出力される電気的指示を受けて発熱し、液体貯留部１１を介して評価液体Ｌを加熱する。第１温度制御部１４は、第１温度センサ１２の計測結果及び評価液体Ｌの温度設定値に基づいて、第１ヒータ１３の温度を制御する。結果として、評価液体Ｌは加熱され予め設定された温度に維持される。
評価液体Ｌは、加熱により気化する。
【００４８】
次に、気体供給部２が、気化部１に気体を供給する。
複数のボンベ２１に、気化部１に供給するための気体、例えば窒素、アルゴン、一酸化窒素、二酸化硫黄、空気又は酸素等が各々収容される（図１では、３種の気体を３個のボンベにそれぞれ収容した場合を図示したが、気化部１に供給する気体の種類により、ボンベの数は適宜変更してよい）。なお、単一の気体のみを用いてもよい。
流量制御部２５が各バルブ２２の開度を制御し、各ボンベ２１から吐出されるそれぞれの気体の流量を調整する。ボンベ２１からはバルブ２２の開度に応じた流量で気体が吐出され、該気体は管部２３に導入される。
複数の気体を用いている場合には、各ボンベ２１から吐出された気体は管部２３で集約され混合される。また、流量制御部２５は、各ボンベ２１から吐出されるそれぞれの気体の流量を制御することで、各気体の混合比率を調整することもできる。
【００４９】
管部２３内の気体は、気体供給ノズル２４に向かって流入し、気体供給ノズル２４の供給口２４ａから評価液体Ｌ内に供給される。供給口２４ａは液体貯留部１１の底部近傍に設けられているため、評価液体Ｌ内に供給された気体は液体貯留部１１の底部近傍から評価液体Ｌの液面に向かって上昇して流動する。この気体の流動により評価液体Ｌは攪拌され、気体の気泡が液面にて破裂することで評価液体Ｌの気化が促進される。気化した評価液体Ｌは、液体貯留部１１の吐出口１１ａから気体と共に吐出され、供給管３に導入される。
【００５０】
次に、供給管３内の気化した評価液体Ｌ及び気体は、加熱炉４に向かって流入される。
第２温度制御部３４は、第２温度センサ３２の温度計測結果及び予め設定された第２管部３１の設定温度値（例えば２５０℃）に基づいて、第２ヒータ３３の温度を制御する。結果として、第２管部３１は加熱され予め設定された温度に維持される。第２管部３１が加熱されているために、第２管部３１内を流れる気化した評価液体Ｌの冷却を防止でき、冷却による評価液体Ｌの凝縮を防ぐことができる。
【００５１】
次に、加熱炉４内に設置された試験片Ｔ及びリファレンス用試験片ＴＲの表面にデポジットが生成される。
第３温度制御部４４は、予め設定された第３管部４１の温度設定値を保持している。この設定温度は、第３管部４１の内部がターボチャージャや熱処理装置の内部と同様の温度となるように設定されており、例えば６００℃に設定されている。
【００５２】
第３温度センサ４２は、第３管部４１の現在の温度を計測し、計測結果を第３温度制御部４４に出力する。第３ヒータ４３は、第３温度制御部４４から出力される電気的指示を受けて発熱し、第３管部４１をその外部から加熱する。第３温度制御部４４は、第３温度センサ４２の計測結果及び第３管部４１の温度設定値に基づいて、第３ヒータ４３の温度を制御する。結果として、第３管部４１の内部は、ターボチャージャや熱処理装置の内部と同様の温度に維持され、第３管部４１内に設置された試験片Ｔ（ＴＲ）も加熱され上記温度に維持される。
【００５３】
気化した評価液体Ｌ及び気体は、供給管３内から加熱炉４の第３管部４１内に導入される。第３管部４１は、供給管３及び排ガス処理部５との接続部以外は気密に保たれているため、第３管部４１の内部、すなわち試験片Ｔ（ＴＲ）の周囲の雰囲気は、気体供給部２から供給された気体によって満たされている。
【００５４】
気化した評価液体Ｌは、気体と共に排ガス処理部５に向かって第３管部内を流れる。その流れを妨げるように試験片Ｔ（ＴＲ）が第３管部４１内に設置されているため、気化した評価液体Ｌは、加熱された試験片Ｔ及びリファレンス用試験片ＴＲの表面に付着する。試験片Ｔ（ＴＲ）の表面で評価液体Ｌは熱により変質・炭化し、試験片Ｔ（ＴＲ）の表面でデポジットが生成される。すなわち、加熱炉４の第３管部４１内では、ターボチャージャや熱処理装置内と同様の状況、特に、温度及び気体の酸素濃度を同様の条件とした中で、デポジットを生成することができる。
【００５５】
第３管部４１から排出された気体及び気化した評価液体Ｌは、排ガス処理部５に導入され、評価液体Ｌの凝縮・分離や気体の浄化等が行われる。
【００５６】
次に、加熱炉４内で生成されたデポジットの生成に関する情報を計測し、その評価を行う。以下、一例として生成されたデポジットの重量計測を行う。
デポジットの重量計測は、上述したデポジット生成工程の前後での重量変化により行う。すなわち、デポジットの生成前後での試験片Ｔの重量を計測し、それらの間の差を生成されたデポジットの重量とするものである。なお、例えば、試験片Ｔの材料及び表面処理を一定とし、評価液体Ｌの種類や組成等を様々に変えることで、デポジットの生成に関する評価を行う場合は、リファレンス用試験片ＴＲを用いずともよい。また、この場合に、複数の試験片Ｔを設置し、各試験片Ｔ上に生成されたデポジット重量を平均したものを計測値としてもよい。
【００５７】
一方、試験片Ｔの材料や表面処理を様々に変化させたときのデポジット生成量を評価する場合には、評価液体Ｌの種類や試験時間によってデポジットの生成量が異なるため、試験片Ｔの材料や表面処理のデポジット生成に対する影響のみを評価することが難しい。そのため、リファレンス用試験片ＴＲを用いて、試験片Ｔの材料や表面処理のみに着目した評価を行うことが可能となる。
【００５８】
具体的には、まず、第３管部４１内に設置する複数の試験片Ｔのうち、少なくとも１つをリファレンス用試験片ＴＲとする。そして、デポジットの生成前後での試験片Ｔ及びリファレンス用試験片ＴＲの重量変化から、それぞれの表面で生成されたデポジット重量を計測する。試験片Ｔの表面でのデポジット重量を、リファレンス用試験片ＴＲの表面でのデポジット重量で除算し、得られた値を評価指標とする。この評価指標を用いることで、試験片Ｔの材料や表面処理のみに着目した評価を行うことができる。
以上で、固形物生成評価装置１００による評価液体Ｌからのデポジットの生成、及びデポジットの生成に関する評価が終了する。
【００５９】
続いて、固形物生成評価装置１００を用いて生成されたデポジット及びターボチャージャ内で生成されたデポジットの、それぞれの組成及び状態を比較する。
図２は、不活性雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
図３は、酸素雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
【００６０】
ターボチャージャには、その内部を流動する気体の酸素濃度が低い箇所と高い箇所とが存在する。そして、雰囲気の酸素濃度の違いによって生成されるデポジットの組成が変化し、例えば酸素濃度が低い箇所（例えば０％）ではカーボンを主成分とするデポジットが生成され、酸素濃度が高い箇所（例えば１０％）ではカーボンだけでなく酸化バナジウム等の無機物も生成される。
そこで、固形物生成評価装置１００の気体供給部２から供給される気体を不活性ガス（窒素又はアルゴン等）のみとした場合と、上記不活性ガスに酸素又は空気を混合しその酸素濃度を凡そ１０％とした場合との、それぞれの場合でデポジットを生成した。
【００６１】
まず、不活性雰囲気で生成されたデポジットについて説明する。
気体供給部２から供給される気体を不活性ガス（窒素又はアルゴン等）のみとし、加熱炉４における第３管部４１の内部をターボチャージャの内部と同様の温度とした条件で、固形物生成評価装置１００を用いてデポジットを生成した。固形物生成評価装置１００にて生成されたデポジット及びターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットを、共にラマン分光分析法を用いて分析した結果を図２に示す。
【００６２】
図２の横軸は、ラマン散乱光の振動数と入射光の振動数との間の差（ラマンシフト）を表し、縦軸はラマン散乱光の強度を表している。ラマンシフトは分析対象の物質に特有の値となることから、ラマン分光分析法により得られるラマンシフトの波形を比較することで、分析対象を比較することができる。
図２に示すように、実線は、固形物生成評価装置１００を用いて生成されたデポジットの分析結果であり、波線は、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットの分析結果である。図２を参照すると、上記分析結果は共にカーボンの存在を示す１５００ｃｍ−１近傍でのピークを有している。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと組成的に近似したデポジットを生成できることが判明した。
また、上記両装置内で生成された各デポジットは、共に硬く固着し、水噴射や有機溶剤によっても容易に除去できない状態となっている。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと状態的に近似したデポジットを生成できることも判明した。
【００６３】
次に、酸素雰囲気で生成されたデポジットについて説明する。
気体供給部２から供給される気体を不活性ガス（窒素又はアルゴン等）に酸素又は空気を混合してその酸素濃度を凡そ１０％とし、加熱炉４における第３管部４１の内部をターボチャージャの内部と同様の温度とした条件で、固形物生成評価装置１００を用いてデポジットを生成した。固形物生成評価装置１００にて生成されたデポジット及びターボチャージャ内の酸素濃度が比較的高い箇所（凡そ１０％）で生成されたデポジットを、共にラマン分光分析法を用いて分析した結果を図３に示す。
【００６４】
図３を参照すると、上記分析結果は共に酸化バナジウムの存在を示す８００ｃｍ−１近傍でのピークを有している。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと組成的に近似したデポジットを生成できることが判明した。
また、上記両装置内で生成された各デポジットは、共に硬く固着し、水噴射や有機溶剤によっても容易に除去できない状態となっている。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと状態的に近似したデポジットを生成できることも判明した。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、ターボチャージャや熱処理装置等と同様の生成状況でデポジット（固形物）を生成でき、同様の組成及び状態を有するデポジットを生成することができる。したがって、本実施形態によれば、ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を、実際の装置を用いることなく行うことができるという効果がある。
【００６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、気体供給部２は液体貯留部１１に貯留された評価液体Ｌ内に気体を供給しているが、これに限定されるものではなく、気体供給部２が供給する気体によって気化した評価液体Ｌが加熱炉４に向かって流入する構成となっていればよい。
【符号の説明】
【００６８】
１００…固形物生成評価装置、１…気化部、１３…第１ヒータ（加熱部）、２…気体供給部、２２…バルブ（調整部）、２５…流量制御部（調整部）、３…供給管、３３…第２ヒータ（第２加熱部）、４…加熱炉、Ｌ…評価液体、Ｔ…試験片、ＴＲ…リファレンス用試験片（試験片）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンやターボチャージャ等の駆動装置、又は焼き入れ処理や浸炭処理等を行う熱処理装置には、装置の作動に伴い擦動する箇所が存在するため、該擦動箇所を潤滑するための潤滑油（潤滑剤）が上記装置に供給されている。
ここで、上記装置の内部は高温（例えば、６００℃等）となっているため、供給された潤滑油（エンジンやターボチャージャ等においては燃料等も含む）は熱によって変質・炭化し、デポジットと呼ばれる固形物が生成されていた。このデポジットは、装置の性能を低下させるだけでなく、多大なメンテナンスを強いられることから、その生成量を抑制することが求められている。
【０００３】
デポジットの生成量を抑制するためには、デポジットに変質しにくい潤滑油等の開発やデポジットが生成して付着していた箇所における材質・表面処理の改善等が考えられる。そして、このような開発を進めていくためには、様々な条件の下でデポジットの生成に関する評価を行う必要がある。もっとも、上記の実際の装置をデポジットの生成に関する評価に用いることは、手間やコストが掛かり適当でない。
そこで、特許文献１には、潤滑油等の評価液体を加熱した試験パネルに連続して付着させ、試験パネル上にデポジットを生成することのできる評価装置が開示されている。この評価装置を用いることで、実際の装置を用いることなくデポジットの生成に関する評価を行うことができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平１−２３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような課題が存在する。
従来の評価装置は、潤滑油等の評価液体を液状のまま高温の試験パネルに撥ねかけて、試験パネル上にデポジットを生成していた。一方、ターボチャージャや熱処理装置の内部では潤滑油等は熱により気化しており、気化した潤滑油等が高温の部材の表面に付着することでデポジットが生成されていた。すなわち、従来の評価装置とターボチャージャ等の装置との間では、デポジットの生成状況が異なっていた。
【０００６】
また、従来の評価装置を用いて生成されるデポジットの組成は、カーボンだけでなく有機化合物も多く含まれたものであり、その状態は、ゲル状で有機溶剤等を用いて容易に除去できるものであった。一方、ターボチャージャ等の装置で生成されるデポジットの組成は、カーボンや酸化バナジウム等の無機物により構成され、その状態は、硬く固着し水噴射や有機溶剤等を用いても容易には除去できないものであった。
【０００７】
以上のように、従来の評価装置とターボチャージャ等の実際の装置との間では、デポジットの生成状況も、生成されるデポジットの組成及び状態も共に異なるものである。そのため、従来の評価装置を用いてターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を行うことが難しいという課題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を行うことのできる固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の固形物生成評価装置は、評価液体を貯留すると共に評価液体を気化させる気化部と、試験片を密閉空間内に保持しつつ試験片を加熱する加熱炉と、気化した評価液体を加熱炉に向けて流入させる気体を供給する気体供給部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、まず気化部に貯留された液状の評価液体が気化する。次に、気体供給部から供給された気体により、気化した評価液体が加熱炉に向かって流入される。さらに、気化した評価液体が加熱炉によって加熱された試験片の表面に付着し、試験片の表面に評価液体の気化成分による固形物が生成される。
【００１０】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気化部が、液状の評価液体を加熱する加熱部を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、気化部に貯留された液状の評価液体は、加熱部の加熱により気化する。
【００１１】
また、本発明の固形物生成評価装置は、加熱部が、加熱炉での加熱温度よりも低い温度で評価液体を加熱するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、加熱部の加熱によって、加熱炉に達する前に評価液体が劣化して増粘化することが防止される。
【００１２】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気体供給部が、気化部内に貯留された液状の評価液体中に気体を供給するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、液状の評価液体中に気体が供給されるために、評価液体が攪拌され、且つ評価液体の気化が促進される。
【００１３】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気体供給部が、気体の供給量を調整する調整部を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、気体の供給量を調整することで、気化した評価液体の流量及び流速が調整される。そのため、試験片の表面に生成される固形物の生成速度が調整される。
【００１４】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気体供給部が複数種類の気体を供給し、調整部が複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、気体供給部から供給された気体は加熱炉の密閉空間内に流入しており、試験片の周囲の雰囲気を、複数種類の気体のうち所定の気体雰囲気に設定することが可能となる。また、調整部により、複数種類の気体の混合比率を調整することも可能となる。
【００１５】
また、本発明の固形物生成評価装置は、気化した評価液体及び気体を気化部から加熱炉まで供給する供給管と、供給管の内部を加熱する第２加熱部とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、供給管の内部が第２加熱部により加熱されているため、気化した評価液体が冷却されて供給管内で凝縮することが防止される。
【００１６】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、評価液体を気化させる気化工程と、気化した評価液体を流動させる気体を供給する気体供給工程と、密閉空間内に保持された試験片を加熱する加熱工程と、気化した評価液体を試験片に向けて衝突させ試験片の表面に評価液体による固形物を生成する工程と、固形物の生成に関する情報を計測する工程とを有するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、まず気化工程で評価液体が気化する。次に、気体供給工程で供給された気体により、気化した評価液体が試験片に向けて流動し始める。これらと同時に、加熱工程では試験片が加熱される。さらに、試験片に向けて流動している、気化した評価液体が加熱された試験片の表面に衝突し、試験片の表面に評価液体による固形物が生成される。最後に、固形物の生成に関する情報が計測され、固形物生成の評価がなされる。
【００１７】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気化工程では、評価液体を加熱により気化させるという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、液状の評価液体は加熱により気化する。
【００１８】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気化工程では、加熱工程での加熱温度よりも低い温度で評価液体を加熱するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気化工程での加熱によって、試験片に達する前に評価液体が劣化して増粘化することが防止される。
【００１９】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気体供給工程では、気体を液状の評価液体中に供給するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、液状の評価液体中に気体が供給されるために、評価液体が攪拌され、且つ評価液体の気化が促進される。
【００２０】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気体の供給量を調整する調整工程を有するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、調整工程で気体の供給量が調整されることから、気化した評価液体の流量及び流速が調整される。そのため、試験片の表面に生成される固形物の生成速度が調整される。
【００２１】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気体供給工程では複数種類の気体を供給し、調整工程では複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気体供給工程で供給された気体は試験片が保持された密閉空間内に流入しており、試験片の周囲の雰囲気を、複数種類の気体のうち所定の気体雰囲気に設定することが可能となる。また、調整工程において複数種類の気体の混合比率を調整することも可能となる。
【００２２】
また、本発明における固形物生成の評価方法は、気化した評価液体が密閉空間に達する前に、気化した評価液体を加熱する工程を有するという方法を採用する。
このような方法を採用する本発明では、気化した評価液体が加熱されているため、密閉空間に達する前に、気化した評価液体が冷却されて凝縮することが防止される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、ターボチャージャや熱処理装置等と同様の生成状況でデポジット（固形物）を生成でき、同様の組成及び状態を有するデポジットを生成することができる。したがって、本発明によれば、ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を、実際の装置を用いることなく行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】固形物生成評価装置１００の全体構成図である。
【図２】不活性雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
【図３】酸素雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の固形物生成評価装置及び固形物生成の評価方法における実施の形態を、図１から図３を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００の全体構成図である。
固形物生成評価装置１００は、潤滑油や燃料等の評価液体からデポジット（固形物）を生成し、その生成に関する評価を行うための装置であって、気化部１と、気体供給部２と、供給管３と、加熱炉４と、排ガス処理部５とを有している。
【００２７】
気化部１は、潤滑油や燃料等の評価液体Ｌを貯留すると共に、評価液体Ｌを気化するものであって、液体貯留部１１と、第１温度センサ１２と、第１ヒータ（加熱部）１３と、第１温度制御部１４とを有している。
【００２８】
液体貯留部１１は、評価液体Ｌを貯留するための容器であり、耐熱性（例えば、３００℃以上）を有する耐熱ガラスを用いて形成され、上下方向で分離可能なセパラブルフラスコである。液体貯留部１１の上部には吐出口１１ａが設けられており、この吐出口１１ａは後述する供給管３に接続されている。
【００２９】
液体貯留部１１に貯留される評価液体Ｌとしては、ターボチャージャや熱処理装置（共に図示せず）における擦動箇所を潤滑するための潤滑油、エンジン（図示せず）で燃焼される燃料、又はそれらを混合した液体等が用いられる。燃料としては、ガソリン、軽油又は重油等が用いられる。
【００３０】
第１温度センサ１２は、液体貯留部１１内に貯留された評価液体Ｌの温度を計測するための計測器であり、評価液体Ｌ中に設置されている。また、第１温度センサ１２は、後述する第１温度制御部１４に電気的に接続されている。
第１ヒータ（加熱部）１３は、液体貯留部１１を介してその内部に貯留された評価液体Ｌを加熱するものであって、液体貯留部１１であるフラスコの下部外面に接触して設けられるマントルヒータである。また、第１ヒータ１３は、第１温度制御部１４に電気的に接続されている。
【００３１】
第１温度制御部１４は、第１ヒータ１３の温度を制御することで評価液体Ｌの温度を調整する制御部である。この第１温度制御部１４は、予め設定された評価液体Ｌの温度設定値を保持している。温度設定値には、評価液体Ｌが気化でき且つ評価液体Ｌを熱劣化させない範囲の温度が選択され、本実施形態での温度設定値は１００℃から１５０℃の範囲内で設定されている。
【００３２】
気体供給部２は、気化部１の液体貯留部１１内に気体を供給するものであって、複数のボンベ２１と、複数のバルブ（調整部）２２と、管部２３と、気体供給ノズル２４と、流量制御部（調整部）２５とを有している。
【００３３】
複数のボンベ２１は、複数種類の気体をそれぞれ高圧状態で収容する容器である。ボンベ２１に収容される気体としては、窒素やアルゴン等の不活性ガス、又は酸素や空気等が用いられる。
複数のバルブ（調整部）２２は、各ボンベ２１の気体の吐出口に各々接続されており、各ボンベ２１から吐出される気体の流量を調整するための開閉弁である。複数のバルブ２２は、後述する流量制御部２５に電気的に接続されている。
【００３４】
管部２３は、複数のバルブ２２と気体供給ノズル２４との間に設けられる管体である。管部２３は、複数のバルブ２２にそれぞれ接続された各管が順次集約されて１本の管となっている。
気体供給ノズル２４は、液体貯留部１１内に気体を供給するノズルである。気体供給ノズル２４の先端には供給口２４ａが設けられ、供給口２４ａは液体貯留部１１内に貯留された評価液体Ｌの内部に没入している。また、供給口２４ａは、液体貯留部１１の底部近傍に設置されている。
流量制御部（調整部）２５は、予め設定された各気体の流量設定値に基づいて、各気体の流量を制御するための制御部である。
【００３５】
供給管３は、気化部１から加熱炉４まで流体を移動させるものであって、第２管部３１と、第２温度センサ３２と、第２ヒータ（第２加熱部）３３と、第２温度制御部３４とを有している。
第２管部３１は、液体貯留部１１の吐出口１１ａと、後述する加熱炉４の第３管部４１との間に設けられており、ステンレス製のフレキシブルチューブが用いられている。
第２温度センサ３２は、第２管部３１の外周面に接触して設けられており、第２温度制御部３４に電気的に接続されている。
【００３６】
第２ヒータ（第２加熱部）３３は、第２管部３１をその外周面から加熱するためのヒータである。第２ヒータ３３は、リボン状のヒータであり、第２管部３１の外周面に巻回され且つ第２管部３１の全長に亘って隙間なく設けられている。第２ヒータ３３は、第２温度制御部３４に電気的に接続されている。
【００３７】
第２温度制御部３４は、予め設定された第２管部３１の温度設定値、及び第２温度センサ３２から出力される現在の第２管部３１の温度に基づいて、第２ヒータの温度を制御する制御部である。本実施形態での温度設定値は１５０℃から２５０℃の範囲内で設定されている。
【００３８】
加熱炉４は、気化した評価液体Ｌを付着させるための試験片Ｔを、密閉空間内で加熱するものであって、第３管部４１と、第３温度センサ４２と、第３ヒータ４３と、第３温度制御部４４とを有している。
第３管部４１は、その内部に複数の試験片Ｔを設置するための管体であって、耐熱性（例えば、７００℃等）を有する石英を用いて形成されている。第３管部４１の一端部は供給管３に接続され、他端部は後述する排ガス処理部５に接続されており、それらの接続箇所以外では第３管部４１は気密に保持されている。
【００３９】
第３管部４１内に設置される複数の試験片Ｔは、その表面にデポジットを生成させるためのものである。デポジットの生成を抑える効果のある材質や表面処理を評価するために、複数種類の材質及び表面処理の試験片Ｔが用いられる。
なお、材質や表面処理等の評価を行う場合には、複数の試験片Ｔのうち少なくとも１つはリファレンス用の試験片ＴＲとする。このリファレンス用試験片ＴＲの材質は例えばステンレスであり、表面処理も一定ものが用いられている。
【００４０】
第３温度センサ４２は、第３管部４１の温度を計測する計測器であり、第３温度制御部４４に電気的に接続されている。
第３ヒータ４３は、第３管部４１の外周面に接して設けられており、第３管部４１を介して複数の試験片Ｔ（ＴＲ）を加熱するためのヒータである。第３ヒータ４３は、第３温度制御部４４に電気的に接続されている。
【００４１】
第３温度制御部４４は、第３管部４１を所定の温度に維持するための温度制御部である。第３温度制御部４４は、予め設定された第３管部４１の温度設定値を保持している。この温度設定値には、第３管部４１内で加熱された試験片Ｔの表面に気化した評価液体Ｌが付着したときに、評価液体Ｌが変質・炭化できる温度が設定され、本実施形態では３００℃から７００℃の範囲内で設定されている。
【００４２】
排ガス処理部５は、第３管部４１から排出された気体（試験片Ｔに付着しなかった気化した評価液体Ｌを含む）を浄化する処理部である。
【００４３】
なお、上述した第１温度制御部１４、流量制御部２５、第２温度制御部３４及び第３温度制御部４４は、いずれもその作動時間を制御するためのタイマーを有しており、所定の時間で固形物生成評価装置１００を作動させることができる。
【００４４】
続いて、上述した固形物生成評価装置１００を用いて、潤滑油や燃料等の評価液体からデポジットを生成する方法、及びデポジット生成の評価方法について説明する。
【００４５】
まず、気化部１の液体貯留部１１に、潤滑油、燃料、又はそれらを混合した評価液体Ｌを貯留する。また、気体供給部２のボンベ２１に、気化部１に供給するための気体を収容し、加熱炉４の第３管部４１内に、複数の試験片Ｔ（ＴＲ）を設置する。
【００４６】
次に、気化部１において評価液体Ｌを気化させる。
第１温度制御部１４は、予め設定された評価液体Ｌの温度設定値を保持している。この温度は、１００℃から１５０℃の範囲で設定される。なお、この設定温度値は、加熱炉４内の温度よりも低く設定されており、且つ評価液体Ｌが加熱により劣化及び増粘化しない範囲の温度に設定されている。これにより、気化部１での評価液体Ｌの劣化及び増粘化を防ぐことができる。
【００４７】
第１温度センサ１２は、評価液体Ｌの現在の温度を計測し、計測結果を第１温度制御部１４に出力する。第１ヒータ１３は、第１温度制御部１４から出力される電気的指示を受けて発熱し、液体貯留部１１を介して評価液体Ｌを加熱する。第１温度制御部１４は、第１温度センサ１２の計測結果及び評価液体Ｌの温度設定値に基づいて、第１ヒータ１３の温度を制御する。結果として、評価液体Ｌは加熱され予め設定された温度に維持される。
評価液体Ｌは、加熱により気化する。
【００４８】
次に、気体供給部２が、気化部１に気体を供給する。
複数のボンベ２１に、気化部１に供給するための気体、例えば窒素、アルゴン、一酸化窒素、二酸化硫黄、空気又は酸素等が各々収容される（図１では、３種の気体を３個のボンベにそれぞれ収容した場合を図示したが、気化部１に供給する気体の種類により、ボンベの数は適宜変更してよい）。なお、単一の気体のみを用いてもよい。
流量制御部２５が各バルブ２２の開度を制御し、各ボンベ２１から吐出されるそれぞれの気体の流量を調整する。ボンベ２１からはバルブ２２の開度に応じた流量で気体が吐出され、該気体は管部２３に導入される。
複数の気体を用いている場合には、各ボンベ２１から吐出された気体は管部２３で集約され混合される。また、流量制御部２５は、各ボンベ２１から吐出されるそれぞれの気体の流量を制御することで、各気体の混合比率を調整することもできる。
【００４９】
管部２３内の気体は、気体供給ノズル２４に向かって流入し、気体供給ノズル２４の供給口２４ａから評価液体Ｌ内に供給される。供給口２４ａは液体貯留部１１の底部近傍に設けられているため、評価液体Ｌ内に供給された気体は液体貯留部１１の底部近傍から評価液体Ｌの液面に向かって上昇して流動する。この気体の流動により評価液体Ｌは攪拌され、気体の気泡が液面にて破裂することで評価液体Ｌの気化が促進される。気化した評価液体Ｌは、液体貯留部１１の吐出口１１ａから気体と共に吐出され、供給管３に導入される。
【００５０】
次に、供給管３内の気化した評価液体Ｌ及び気体は、加熱炉４に向かって流入される。
第２温度制御部３４は、第２温度センサ３２の温度計測結果及び予め設定された第２管部３１の設定温度値（例えば２５０℃）に基づいて、第２ヒータ３３の温度を制御する。結果として、第２管部３１は加熱され予め設定された温度に維持される。第２管部３１が加熱されているために、第２管部３１内を流れる気化した評価液体Ｌの冷却を防止でき、冷却による評価液体Ｌの凝縮を防ぐことができる。
【００５１】
次に、加熱炉４内に設置された試験片Ｔ及びリファレンス用試験片ＴＲの表面にデポジットが生成される。
第３温度制御部４４は、予め設定された第３管部４１の温度設定値を保持している。この設定温度は、第３管部４１の内部がターボチャージャや熱処理装置の内部と同様の温度となるように設定されており、例えば６００℃に設定されている。
【００５２】
第３温度センサ４２は、第３管部４１の現在の温度を計測し、計測結果を第３温度制御部４４に出力する。第３ヒータ４３は、第３温度制御部４４から出力される電気的指示を受けて発熱し、第３管部４１をその外部から加熱する。第３温度制御部４４は、第３温度センサ４２の計測結果及び第３管部４１の温度設定値に基づいて、第３ヒータ４３の温度を制御する。結果として、第３管部４１の内部は、ターボチャージャや熱処理装置の内部と同様の温度に維持され、第３管部４１内に設置された試験片Ｔ（ＴＲ）も加熱され上記温度に維持される。
【００５３】
気化した評価液体Ｌ及び気体は、供給管３内から加熱炉４の第３管部４１内に導入される。第３管部４１は、供給管３及び排ガス処理部５との接続部以外は気密に保たれているため、第３管部４１の内部、すなわち試験片Ｔ（ＴＲ）の周囲の雰囲気は、気体供給部２から供給された気体によって満たされている。
【００５４】
気化した評価液体Ｌは、気体と共に排ガス処理部５に向かって第３管部内を流れる。その流れを妨げるように試験片Ｔ（ＴＲ）が第３管部４１内に設置されているため、気化した評価液体Ｌは、加熱された試験片Ｔ及びリファレンス用試験片ＴＲの表面に付着する。試験片Ｔ（ＴＲ）の表面で評価液体Ｌは熱により変質・炭化し、試験片Ｔ（ＴＲ）の表面でデポジットが生成される。すなわち、加熱炉４の第３管部４１内では、ターボチャージャや熱処理装置内と同様の状況、特に、温度及び気体の酸素濃度を同様の条件とした中で、デポジットを生成することができる。
【００５５】
第３管部４１から排出された気体及び気化した評価液体Ｌは、排ガス処理部５に導入され、評価液体Ｌの凝縮・分離や気体の浄化等が行われる。
【００５６】
次に、加熱炉４内で生成されたデポジットの生成に関する情報を計測し、その評価を行う。以下、一例として生成されたデポジットの重量計測を行う。
デポジットの重量計測は、上述したデポジット生成工程の前後での重量変化により行う。すなわち、デポジットの生成前後での試験片Ｔの重量を計測し、それらの間の差を生成されたデポジットの重量とするものである。なお、例えば、試験片Ｔの材料及び表面処理を一定とし、評価液体Ｌの種類や組成等を様々に変えることで、デポジットの生成に関する評価を行う場合は、リファレンス用試験片ＴＲを用いずともよい。また、この場合に、複数の試験片Ｔを設置し、各試験片Ｔ上に生成されたデポジット重量を平均したものを計測値としてもよい。
【００５７】
一方、試験片Ｔの材料や表面処理を様々に変化させたときのデポジット生成量を評価する場合には、評価液体Ｌの種類や試験時間によってデポジットの生成量が異なるため、試験片Ｔの材料や表面処理のデポジット生成に対する影響のみを評価することが難しい。そのため、リファレンス用試験片ＴＲを用いて、試験片Ｔの材料や表面処理のみに着目した評価を行うことが可能となる。
【００５８】
具体的には、まず、第３管部４１内に設置する複数の試験片Ｔのうち、少なくとも１つをリファレンス用試験片ＴＲとする。そして、デポジットの生成前後での試験片Ｔ及びリファレンス用試験片ＴＲの重量変化から、それぞれの表面で生成されたデポジット重量を計測する。試験片Ｔの表面でのデポジット重量を、リファレンス用試験片ＴＲの表面でのデポジット重量で除算し、得られた値を評価指標とする。この評価指標を用いることで、試験片Ｔの材料や表面処理のみに着目した評価を行うことができる。
以上で、固形物生成評価装置１００による評価液体Ｌからのデポジットの生成、及びデポジットの生成に関する評価が終了する。
【００５９】
続いて、固形物生成評価装置１００を用いて生成されたデポジット及びターボチャージャ内で生成されたデポジットの、それぞれの組成及び状態を比較する。
図２は、不活性雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
図３は、酸素雰囲気で生成されたデポジットの組成を示すグラフである。
【００６０】
ターボチャージャには、その内部を流動する気体の酸素濃度が低い箇所と高い箇所とが存在する。そして、雰囲気の酸素濃度の違いによって生成されるデポジットの組成が変化し、例えば酸素濃度が低い箇所（例えば０％）ではカーボンを主成分とするデポジットが生成され、酸素濃度が高い箇所（例えば１０％）ではカーボンだけでなく酸化バナジウム等の無機物も生成される。
そこで、固形物生成評価装置１００の気体供給部２から供給される気体を不活性ガス（窒素又はアルゴン等）のみとした場合と、上記不活性ガスに酸素又は空気を混合しその酸素濃度を凡そ１０％とした場合との、それぞれの場合でデポジットを生成した。
【００６１】
まず、不活性雰囲気で生成されたデポジットについて説明する。
気体供給部２から供給される気体を不活性ガス（窒素又はアルゴン等）のみとし、加熱炉４における第３管部４１の内部をターボチャージャの内部と同様の温度とした条件で、固形物生成評価装置１００を用いてデポジットを生成した。固形物生成評価装置１００にて生成されたデポジット及びターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットを、共にラマン分光分析法を用いて分析した結果を図２に示す。
【００６２】
図２の横軸は、ラマン散乱光の振動数と入射光の振動数との間の差（ラマンシフト）を表し、縦軸はラマン散乱光の強度を表している。ラマンシフトは分析対象の物質に特有の値となることから、ラマン分光分析法により得られるラマンシフトの波形を比較することで、分析対象を比較することができる。
図２に示すように、実線は、固形物生成評価装置１００を用いて生成されたデポジットの分析結果であり、波線は、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットの分析結果である。図２を参照すると、上記分析結果は共にカーボンの存在を示す１５００ｃｍ−１近傍でのピークを有している。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと組成的に近似したデポジットを生成できることが判明した。
また、上記両装置内で生成された各デポジットは、共に硬く固着し、水噴射や有機溶剤によっても容易に除去できない状態となっている。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと状態的に近似したデポジットを生成できることも判明した。
【００６３】
次に、酸素雰囲気で生成されたデポジットについて説明する。
気体供給部２から供給される気体を不活性ガス（窒素又はアルゴン等）に酸素又は空気を混合してその酸素濃度を凡そ１０％とし、加熱炉４における第３管部４１の内部をターボチャージャの内部と同様の温度とした条件で、固形物生成評価装置１００を用いてデポジットを生成した。固形物生成評価装置１００にて生成されたデポジット及びターボチャージャ内の酸素濃度が比較的高い箇所（凡そ１０％）で生成されたデポジットを、共にラマン分光分析法を用いて分析した結果を図３に示す。
【００６４】
図３を参照すると、上記分析結果は共に酸化バナジウムの存在を示す８００ｃｍ−１近傍でのピークを有している。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと組成的に近似したデポジットを生成できることが判明した。
また、上記両装置内で生成された各デポジットは、共に硬く固着し、水噴射や有機溶剤によっても容易に除去できない状態となっている。そのため、本実施形態に係る固形物生成評価装置１００を用いて、ターボチャージャ内の酸素濃度が低い箇所で生成されたデポジットと状態的に近似したデポジットを生成できることも判明した。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、ターボチャージャや熱処理装置等と同様の生成状況でデポジット（固形物）を生成でき、同様の組成及び状態を有するデポジットを生成することができる。したがって、本実施形態によれば、ターボチャージャや熱処理装置等におけるデポジットの生成に関する評価を、実際の装置を用いることなく行うことができるという効果がある。
【００６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、気体供給部２は液体貯留部１１に貯留された評価液体Ｌ内に気体を供給しているが、これに限定されるものではなく、気体供給部２が供給する気体によって気化した評価液体Ｌが加熱炉４に向かって流入する構成となっていればよい。
【符号の説明】
【００６８】
１００…固形物生成評価装置、１…気化部、１３…第１ヒータ（加熱部）、２…気体供給部、２２…バルブ（調整部）、２５…流量制御部（調整部）、３…供給管、３３…第２ヒータ（第２加熱部）、４…加熱炉、Ｌ…評価液体、Ｔ…試験片、ＴＲ…リファレンス用試験片（試験片）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価液体を貯留すると共に、前記評価液体を気化させる気化部と、
試験片を密閉空間内に保持しつつ、前記試験片を加熱する加熱炉と、
気化した前記評価液体を前記加熱炉に向けて流入させる気体を供給する気体供給部とを有することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固形物生成評価装置において、
前記気化部は、液状の前記評価液体を加熱する加熱部を備えることを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固形物生成評価装置において、
前記加熱部は、前記加熱炉での加熱温度よりも低い温度で、前記評価液体を加熱することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の固形物生成評価装置において、
前記気体供給部は、前記気化部内に貯留された液状の前記評価液体中に前記気体を供給することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の固形物生成評価装置において、
前記気体供給部は、前記気体の供給量を調整する調整部を備えることを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項６】
請求項５に記載の固形物生成評価装置において、
前記気体供給部は、複数種類の前記気体を供給し、
前記調整部は、前記複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の固形物生成評価装置において、
気化した前記評価液体及び前記気体を、前記気化部から前記加熱炉まで供給する供給管と、
前記供給管の内部を加熱する第２加熱部とを有することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項８】
評価液体を気化させる気化工程と、
気化した前記評価液体を流動させる気体を供給する気体供給工程と、
密閉空間内に保持された試験片を加熱する加熱工程と、
気化した前記評価液体を前記試験片に向けて衝突させ、前記試験片の表面に前記評価液体による固形物を生成する工程と、
前記固形物の生成に関する情報を計測する工程とを有することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項９】
請求項８に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気化工程では、前記評価液体を加熱により気化させることを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気化工程では、前記加熱工程での加熱温度よりも低い温度で、前記評価液体を加熱することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気体供給工程では、前記気体を液状の前記評価液体中に供給することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか一項に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気体の供給量を調整する調整工程を有することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気体供給工程では、複数種類の前記気体を供給し、
前記調整工程では、前記複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか一項に記載の固形物生成の評価方法において、
気化した前記評価液体が前記密閉空間に達する前に、気化した前記評価液体を加熱する工程を有することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１】
評価液体を貯留すると共に、前記評価液体を気化させる気化部と、
試験片を密閉空間内に保持しつつ、前記試験片を加熱する加熱炉と、
気化した前記評価液体を前記加熱炉に向けて流入させる気体を供給する気体供給部とを有することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固形物生成評価装置において、
前記気化部は、液状の前記評価液体を加熱する加熱部を備えることを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固形物生成評価装置において、
前記加熱部は、前記加熱炉での加熱温度よりも低い温度で、前記評価液体を加熱することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の固形物生成評価装置において、
前記気体供給部は、前記気化部内に貯留された液状の前記評価液体中に前記気体を供給することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の固形物生成評価装置において、
前記気体供給部は、前記気体の供給量を調整する調整部を備えることを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項６】
請求項５に記載の固形物生成評価装置において、
前記気体供給部は、複数種類の前記気体を供給し、
前記調整部は、前記複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の固形物生成評価装置において、
気化した前記評価液体及び前記気体を、前記気化部から前記加熱炉まで供給する供給管と、
前記供給管の内部を加熱する第２加熱部とを有することを特徴とする固形物生成評価装置。
【請求項８】
評価液体を気化させる気化工程と、
気化した前記評価液体を流動させる気体を供給する気体供給工程と、
密閉空間内に保持された試験片を加熱する加熱工程と、
気化した前記評価液体を前記試験片に向けて衝突させ、前記試験片の表面に前記評価液体による固形物を生成する工程と、
前記固形物の生成に関する情報を計測する工程とを有することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項９】
請求項８に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気化工程では、前記評価液体を加熱により気化させることを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気化工程では、前記加熱工程での加熱温度よりも低い温度で、前記評価液体を加熱することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気体供給工程では、前記気体を液状の前記評価液体中に供給することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか一項に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気体の供給量を調整する調整工程を有することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の固形物生成の評価方法において、
前記気体供給工程では、複数種類の前記気体を供給し、
前記調整工程では、前記複数種類の気体の供給量をそれぞれ調整することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか一項に記載の固形物生成の評価方法において、
気化した前記評価液体が前記密閉空間に達する前に、気化した前記評価液体を加熱する工程を有することを特徴とする固形物生成の評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−７５５０（Ｐ２０１１−７５５０Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４９６６８（Ｐ２００９−１４９６６８）
【出願日】平成２１年６月２４日（２００９．６．２４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２４日（２００９．６．２４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
[ Back to top ]