粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法
【課題】燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる粒子状物質発生装置を提供する。
【解決手段】燃焼用空気Ｆ１を供給するための空気入口１及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスＦ２を排出するためのガス出口２を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室３と、燃焼室３に挿入され、気体燃料を燃焼室３内に連続的に供給する供給孔（気体燃料を供給する孔）５が形成されたメインバーナ４と、燃焼室３に配設され燃焼室３に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナ６と、燃焼室３の空気入口１に配設され、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する断面における燃焼用空気Ｆ１の流速の速い領域を中央部から偏らせて燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる偏流形成用配管１１とを備える粒子状物質発生装置１００。
【解決手段】燃焼用空気Ｆ１を供給するための空気入口１及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスＦ２を排出するためのガス出口２を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室３と、燃焼室３に挿入され、気体燃料を燃焼室３内に連続的に供給する供給孔（気体燃料を供給する孔）５が形成されたメインバーナ４と、燃焼室３に配設され燃焼室３に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナ６と、燃焼室３の空気入口１に配設され、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する断面における燃焼用空気Ｆ１の流速の速い領域を中央部から偏らせて燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる偏流形成用配管１１とを備える粒子状物質発生装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法に関し、さらに詳しくは、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）やＮＯＸ（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を捕集するためのフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）や、ＮＯＸを窒素と水に還元する等の特性を有する触媒、を備えた排気ガス浄化装置の研究、開発が進められ、高性能な排気ガス浄化装置が市場に提供されるようになった。
【０００３】
このような排気ガス浄化装置を製造するに際しては、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必要がある。排気ガス浄化装置の性能等を評価する手段としては、実際の自動車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挙げられる。また、カーボン粉末や実際の排気ガスから採取した粒子状物質を用い、これをガス中に混合して、実際の自動車エンジンからの排気ガスを模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ている（例えば、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粒子状物質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粒子状物質を含む排気ガスを発生させる方法が知られており、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（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、燃料間欠噴射手段を備え、燃焼用空気の中に燃料を間欠的に噴射することにより、燃焼ガス中に多量の粒子状物質を発生させ、その多量の粒子状物質を含む燃焼ガスを安全に、安定して排ガス浄化装置に供給することができるＰＭ（粒子状物質）発生装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４７４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際の自動車エンジン等からの排気ガスを利用する方法では、設備が大型化し高額になるという問題があった。また、自動車エンジンからの排気ガスを模した排気ガスを製造する方法では、一旦採取されたＰＭを用いることから、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の発生量の制御が困難であり且つ失火し易いという問題があった。黒鉛電極をスパークさせて粒子状物質を含む排気ガスを発生させる方法では、粒子状物質発生量が少なく、多量の粒子状物質を短時間に発生出来ないという問題があった。
【０００７】
また、燃料間欠噴射手段を備え、燃焼用空気の中に燃料を間欠的に噴射するＰＭ（粒子状物質）発生装置は、粒子状物質を多量に発生させることができる優れたものであるが、発生する粒子状物質の燃焼温度の観点から、更に改良の余地のあるものであった。
【０００８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生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】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下の粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法を提供する。
【００１０】
［１］ 燃焼用空気を供給するための空気入口及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスを排出するためのガス出口を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室と、前記燃焼室に挿入され、気体燃料を前記燃焼室内に連続的に供給する供給孔が形成されたメインバーナと、前記燃焼室に配設され前記燃焼室に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナと、前記燃焼室の前記空気入口に配設され、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する断面における前記燃焼用空気の流速の速い領域を中央部から偏らせて前記燃焼用空気に偏流を生じさせる偏流形成用配管とを備える粒子状物質発生装置。
【００１１】
［２］ 前記偏流形成用配管が、一方の端部側に直線状に延びる入口側直管を有するとともに他方の端部側に直線状に延びる出口側直管を有し、前記入口側直管及び前記出口側直管に繋がる角部が曲線状に形成されたＬ字状配管である［１］に記載の粒子状物質発生装置。
【００１２】
［３］ 前記偏流形成用配管の前記出口側直管の長さが１４０ｍｍ以下である［１］又は［２］に記載の粒子状物質発生装置。
【００１３】
［４］ 前記燃焼室入口から、前記メインバーナまでの距離が７０〜４００ｍｍである［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１４】
［５］ 前記メインバーナから供給される気体燃料の前記メインバーナからの供給方向が、前記燃焼用空気の流れ方向を含む平面内における、前記燃焼用空気の流れ方向を０°方向とし前記燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向としたときの、９０〜２７０°方向である［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１５】
［６］ 前記メインバーナが管状構造であり、前記メインバーナに前記気体燃料を供給する供給孔が１個形成され、前記供給孔の開口径が４〜１０ｍｍである［１］〜［５］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１６】
［７］ 前記メインバーナの前記供給孔が、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する平面で前記メインバーナが挿入されている位置を切断した前記燃焼室の断面において、前記燃焼室の中心から前記燃焼室の内径の３５％までの範囲に位置する［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１７】
［８］ 前記燃焼室が、中心軸方向における中央部に直径が均一な直管部を有するとともに中心軸方向における両端部にテーパー状に細く形成されたテーパー部を有する円筒状であり、前記燃焼室の直管部の内径が、前記直管部を流れる前記燃焼用空気の流量が使用時における最大流量であるときに前記燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下となるような大きさである［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１８】
［９］ ［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置を用いて、粒子状物質を発生させる粒子状物質発生方法。
【００１９】
［１０］ 平均空気過剰率が０．８〜３．０になるように、前記空気入口から前記燃焼用空気を供給し、前記メインバーナから前記気体燃料を連続的に供給し、前記パイロットバーナにより前記気体燃料に着火して前記気体燃料を燃焼させて粒子状物質を発生させ、前記粒子状物質を含有するガスを前記ガス出口から排出する［９］に記載の粒子状物質発生方法。
【００２０】
［１１］ 前記メインバーナに着火後、パイロットバーナを消火する［９］又は［１０］に記載の粒子状物質発生方法。
【００２１】
［１２］ ［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置と、前記粒子状物質発生装置のガス出口側に配設された、評価試料である多孔質セラミック構造体を収納する試料収納容器とを備え、前記粒子状物質発生装置で発生した粒子状物質をガスと共に前記試料収納容器に送り、前記粒子状物質を含有する前記ガスを前記試料収納容器に収納された多孔質セラミック構造体に供給することができる多孔質セラミック構造体評価装置。
【００２２】
［１３］ 冷却空気供給手段と、前記冷却空気供給手段から供給される空気の流量を制御する冷却空気流量制御手段とを更に備え、前記冷却空気供給手段から、前記粒子状物質発生装置と前記試料収納容器との間に、冷却空気を導入し、冷却空気と粒子状物質を含有するガスとを混合し、排気ガスの温度制御をすることができる［１２］に記載の多孔質セラミック構造体評価装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の粒子状物質発生装置は、気体燃料を燃焼室内に連続的に供給することにより、高い空気過剰率で気体燃料を燃焼させることができるため、燃焼温度の高い粒子状物質を発生させることができる。また、偏流形成用配管により燃焼用空気に偏流を生じさせることにより、燃焼用空気の流速の遅い領域を作り、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。
【００２４】
また、本発明の粒子状物質発生方法は、上記本発明の粒子状物質発生装置を用いて、粒子状物質を発生させるものであるため、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成する燃焼室の断面を示す模式図である。
【図４】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。
【図５】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成するメインバーナを模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の粒子状物質発生装置の他の実施形態を構成するメインバーナを模式的に示す平面図である。
【図７】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。
【図８】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図９】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図１０】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体のセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２７】
（１）粒子状物質発生装置：
本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態は、図１〜図３に示すように、「燃焼用空気Ｆ１を供給するための空気入口１及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスＦ２を排出するためのガス出口２を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する」燃焼室３と、「燃焼室３に挿入され、気体燃料を燃焼室３内に連続的に供給する供給孔（気体燃料を供給する孔）５が形成された」メインバーナ４と、燃焼室３に配設され燃焼室３に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナ６と、「燃焼室３の空気入口１に配設され、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する断面における燃焼用空気Ｆ１の流速の速い領域を中央部から偏らせて燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる」偏流形成用配管１１とを備えるものである。図１は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。図２は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す平面図である。図３は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成する燃焼室の断面（燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行であると共に、円筒状のメインバーナ４の中心軸に直交する断面）を示す模式図である。各図面において、燃焼用空気Ｆ１を示す矢印の長さは、燃焼用空気Ｆ１の流速を示し、矢印の長さが長いほうが流速が速いことを示す。
【００２８】
このように、本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、気体燃料を燃焼室３内に連続的に供給することにより、高い空気過剰率で気体燃料を燃焼させることができるため、燃焼温度の高い炭素を主成分とする粒子状物質を発生させることができる。また、偏流形成用配管１１により燃焼用空気に偏流を生じさせることにより、燃焼用空気の流速の速い領域を中央部から偏らせて燃焼用空気の流速の遅い領域を作り、燃焼温度の高い炭素を主成分とする粒子状物質を多量に発生させることができる。尚、通常、真っ直ぐに延びる配管内にガスを流すと、ガスの流れる方向（配管の中心軸方向）に直交する断面において、中央部分のガスの流速が最も速くなる。粒子状物質の燃焼温度としては、具体的には、５００〜５２０℃とすることができる。ここで、「炭素を主成分とする」とは、粒子状物質全体において炭素が９０質量％以上含有されることを意味する。粒子状物質中には、炭素以外にはＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）分等が含有されることがある。
【００２９】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、燃焼用空気Ｆ１を供給するための空気入口１及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスＦ２を排出するためのガス出口２を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室３を備えるものである。燃焼室３の形状は、図１、図２に示すように、「中心軸方向における中央部に直径（中心軸方向に直交する断面における直径）が均一な直管部３ａを有するとともに、中心軸方向における両端部にテーパー状に細く形成されたテーパー部３ｂ，３ｂを有する円筒状」であることが好ましいが、両端部にテーパーが形成されていない通常の円筒状であってもよいし、底面が「四角形等の多角形（両端部がテーパー状であるものも含む）」の筒状であってもよい。燃焼室３の形状が、図１、図２に示すように、「両端部にテーパー部３ｂ，３ｂを有する形状」であると、燃焼用空気および燃焼排気ガスの流れがスムースとなり、粒子状物質の発生量を多くすることができ、更に、圧損を低く抑えることができる。また、燃焼室３の空気入口１とガス出口２には、図１、図２に示すように、他の部材（偏流形成用配管等）との接合のために、フランジ（鍔部）７が配設されていることが好ましい。
【００３０】
燃焼室３の大きさは、特に限定されないが、必要範囲の排気ガス流量および粒子状物質を生成させることができる大きさであることが好ましい。例えば、燃焼室の直管部の内径が、直管部を流れる燃焼用空気の流量が使用時における最大流量であるときに燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下となるような大きさであることが好ましい。また、例えば、評価に必要な排気ガス流量を得るために、０．２５Ｎｍ３／分〜４Ｎｍ３／分の燃焼空気流量を必要とする場合、燃焼室３の内径（燃焼用空気が流れる方向に直交する断面における、燃焼室３の内壁により形成される形状の直径）は１００〜３００ｍｍであることが好ましく、１３０〜２１０ｍｍであることが更に好ましい。また、同様に必要とする燃焼空気流量範囲が０．２５Ｎｍ３／分〜４Ｎｍ３／分の場合の燃焼室３の内容積は、６０００〜３５０００ｃｍ３であることが好ましく、９０００〜３００００ｃｍ３であることが更に好ましい。燃焼室３の内径が１００ｍｍより小さいと、粒子状物質の生成量が少なくなることがある。また、燃焼室３の内径が３００ｍｍより大きいと、高い燃焼温度を維持するために燃焼用空気流量を多くする必要があり、最小燃焼用空気流量が大きくなってしまうことがある。燃焼室の内容積が、６０００ｃｍ３より小さいと、燃焼室３の壁が高温となるため、燃焼室３が酸化劣化することがあり、更に周辺への熱遮蔽が必要となることがある。また、燃焼室３の内容積が、３５０００ｃｍ３より大きいと、粒子状物質発生装置が大きくなるため、粒子状物質発生装置の製造コストや運転コストが大きくなり、また、粒子状物質発生装置を設置するためのスペースを大きくする必要がある。
【００３１】
また、燃焼室３の形状が、図１、図２に示すように、「両端部がテーパー状に細く形成された円筒状」である場合、燃焼室３の空気入口１及びガス出口２の「ガスの流れる方向に直交する断面」の面積（空間部分の面積）は、燃焼室３の直管部３ａの「ガスの流れる方向に直交する断面」の面積（空間部分の面積）の２５〜６５％であることが好ましく、３５〜６０％であることが更に好ましい。
【００３２】
また、燃焼室３の壁の厚さは、３〜１０ｍｍであることが好ましく、４〜７ｍｍであることが更に好ましい。燃焼室３の壁の厚さが薄すぎると、燃焼室３の壁面の温度が高くなるため、酸化劣化が激しく、粒子状物質発生装置の強度が低下することがある。燃焼室３の壁の厚さが厚すぎると、燃焼条件が安定するまでの時間が長くなることがある。更に、粒子状物質発生装置が重くなり過ぎることがあり、また、粒子状物質発生装置の製造コストが高くなることがある。また、燃焼室３の材質としては、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。
【００３３】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、燃焼用空気Ｆ１の流速を、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する断面において偏らせて、燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる偏流形成用配管１１が、燃焼室３の空気入口１に配設されている。このように、燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる偏流形成用配管１１が、燃焼室３の空気入口１に配設されていることにより、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速が、燃焼室３内における燃焼用空気Ｆ１全体の平均流速より遅くなるようにすることができる。ここで、「偏流」とは、ガスの流れる方向に直交する断面において、ガスの流れの速い部分と遅い部分とが形成された状態を意味する。また、「平均流速」とは、「平均流速（ｍ／秒）＝燃焼用空気流量（ｍ３／秒）／燃焼室断面積（ｍ２）」の計算式で算出した値である。「燃焼用空気流量」とは、燃焼室３内を流れる燃焼用空気Ｆ１の流量である。「燃焼室断面積」とは、燃焼室３における、「燃焼用空気Ｆ１の流通方向に直交する断面（空間部分における断面）の面積が一定の領域（テーパー状になっていない領域）」の、当該断面の面積（例えば、直管部３ａの、中心軸方向に直交する断面の面積）のことである。また、「燃焼用空気Ｆ１の平均流速」は、気体燃料を燃焼室内に供給していない状態での値である。
【００３４】
偏流形成用配管１１は、図１、図２に示すように、一方の端部側に直線状に延びる入口側直管１８を有するとともに他方の端部側に直線状に延びる出口側直管１９を有し、入口側直管１８及び出口側直管１９に繋がる角部１４が曲線状に形成されたＬ字状配管であることが好ましい。図１、図２に示す偏流形成用配管１１は、一方の端部に偏流形成用配管入口１２を有し、他方の端部に偏流形成用配管出口１３を有する管状の構造物である。そして、偏流形成用配管出口１３が、燃焼室３の空気入口１に接続されている。これにより、偏流形成用配管入口１２から偏流形成用配管１１内に流入した燃焼用空気Ｆ１が、偏流形成用配管１１内を通過して偏流形成用配管出口１３から排出され、偏流形成用配管出口１３から排出された燃焼用空気Ｆ１が空気入口１から燃焼室３内に流入する。このように、偏流形成用配管１１は、角部１４が曲線状のＬ字状配管であることにより、偏流形成用配管１１内（角部１４内）における「Ｌ字形状」の外側寄り（外周１４ａ寄り）を流れる燃焼用空気Ｆ１が、偏流形成用配管１１内における「Ｌ字形状」の内側寄り（内周１４ｂ寄り）を流れる燃焼用空気Ｆ１より、流速が速くなる。このように流速が遅くなった燃焼用空気Ｆ１を、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置に流れるようにすることにより、又は、メインバーナ４から、流速が遅くなった燃焼用空気Ｆ１に向けて気体燃料を供給することにより、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速が、燃焼室３内における燃焼用空気Ｆ１全体の平均流速より遅くなるようにすることができる。また、メインバーナ４から、流速が遅くなった燃焼用空気Ｆ１に向けて気体燃料を供給することにより、更に、効果的に燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。
【００３５】
また、偏流形成用配管１１の偏流形成用配管入口１２と偏流形成用配管出口１３には、図１、図２に示すように、他の部材（燃焼室等）との接合のために、フランジ（鍔部）１５が配設されていることが好ましい。
【００３６】
偏流形成用配管１１は、燃焼室３の空気入口１の「ガスが流通する方向に直交する断面」の形状と同じ形状の断面（ガスが流通する方向に直交する断面）を有する配管が、角部が曲線状になるようにして、Ｌ字状に曲げられた構造であることが好ましい。
【００３７】
偏流形成用配管１１の大きさは、特に限定されないが、燃焼用空気を偏流させ、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速が、燃焼室３内における燃焼用空気Ｆ１全体の平均流速より遅くなるようにできることが好ましい。偏流形成用配管入口１２から角部１４に向かって直線状に延びる入口側直管１８と、円弧状の角部１４との境界を「曲がり初めの位置１６」とし、偏流形成用配管出口１３から角部１４に向かって直線状に延びる出口側直管１９と、円弧状の角部１４との境界を「曲がり終りの位置１７」としたときに、偏流形成用配管出口１３から「曲がり終わりの位置１７」までの距離（出口側直管１９の長さ）Ｄ２は、１４０ｍｍ以下であることが好ましい。また、偏流形成用配管の曲がり角度は９０度前後であることが好ましい。
【００３８】
また、偏流形成用配管１１の壁の厚さは、２〜６ｍｍであることが好ましく、３〜５ｍｍであることが更に好ましい。偏流形成用配管１１の壁の厚さが薄すぎると、粒子状物質発生装置の強度が低下することがある。偏流形成用配管１１の壁の厚さが厚すぎると、粒子状物質発生装置が重くなり過ぎることがあり、また、粒子状物質発生装置の製造コストが高くなることがある。また、偏流形成用配管の材質としては、特に限定されないが、ステンレス鋼、炭素鋼等を挙げることができる。
【００３９】
燃焼用空気Ｆ１は、コンプレッサーによって空気を加圧して生成させることが好ましい。そして、コンプレッサーによって生成され、減圧弁、流量調整弁等によって調整された燃焼用空気（圧縮空気）Ｆ１が、偏流形成用配管１１の偏流形成用配管入口１２に供給されることが好ましい。燃焼用空気Ｆ１を発生させる装置は、冷却空気供給手段４１（図９を参照）としてもよい。つまり、冷却空気供給手段４１（図９を参照）で生成させた圧縮空気を、燃焼用空気Ｆ１及び冷却空気Ｆ３（図９を参照）の両方に使用してもよい。
【００４０】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室３内におけるメインバーナ４の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速は、４．０ｍ／秒以下であることが好ましい。４．０ｍ／秒より速いと、粒子状物質の発生量が少なくなることがある。
【００４１】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室３の直管部３ａの燃焼用空気Ｆ１の平均流速が０．１〜４．０ｍ／秒であることが好ましい。０．１ｍ／秒より遅いと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。４．０ｍ／秒より速いと、粒子状物質の発生量が少なくなることがある。
【００４２】
メインバーナ４から供給される気体燃料としては、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス等を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室３内の平均空気過剰率が０．８〜３．０であることが好ましく、１．０〜１．５であることが更に好ましい。平均空気過剰率が０．８より小さいと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。平均空気過剰率が３．０より大きいと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。燃焼室３内の「平均空気過剰率」は、燃焼室３内を流れる燃焼用空気全体の流量（体積基準）と、供給している燃料全体の流量（体積基準）と、を用いて算出した「空気過剰率」のことである。「空気過剰率」は、空気の流量（体積基準）を、「供給している燃料」を過不足なく燃焼させるために必要な空気の理論流量（体積基準）で、除した値である。
【００４４】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、図１〜３に示すように、気体燃料の供給孔５が形成された筒状のメインバーナ４が、中心軸が燃焼用空気Ｆ１に直交するように、燃焼室３の側面から燃焼室３の直管部３ａの内部に挿入されていることが好ましい。そして、図４に示すように、「メインバーナ４から供給される気体燃料」のメインバーナ４からの供給方向（気体燃料の供給方向）Ｑが、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を含む（燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行な）平面内における、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を０°方向（Ｑ０）とし燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向（Ｑ９０）としたときの、９０〜２７０°方向（９０°方向（Ｑ９０）〜２７０°方向（Ｑ２７０））であることが好ましく、１２０〜１８０°方向であることが更に好ましく、１２０〜１３５°方向であることが特に好ましい。この場合、燃焼用空気Ｆ１の流れる方向に対して反対の方向が、１８０°方向（Ｑ１８０）となる。このように、気体燃料の供給方向Ｑを、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を含む平面内における、９０〜２７０°方向とすることにより、粒子状物質の発生量を多くすることができる。「気体燃料の供給方向」は、メインバーナ４の「供給孔５の向き」であるということもできる。図４は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。図４は、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行であるとともに、メインバーナ４に直交する平面で切断した断面である。また、図４は、偏流形成用配管１１の、入口側直管１８の中心軸と出口側直管１９の中心軸とを含む平面で切断した断面であるということもできる。
【００４５】
更に、「メインバーナ４から供給される気体燃料」のメインバーナ４からの供給方向（気体燃料の供給方向）Ｑが、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を含む（燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行な）平面内における、燃焼用空気の流れ方向を０°方向とし燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向としたときの、９０〜２７０°方向であり、且つ、偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分の「燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」における、重心（中心：断面が円形の場合は、円の中心であり、断面が多角形の場合は当該多角形の中心）２１から燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２に向かう方向２３が、「燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向」である上記９０°方向（Ｑ９０）に平行になるようにして、偏流形成用配管１１が燃焼室３の空気入口１に配設されたものであることが好ましい。これにより、粒子状物質の発生量を、より多くすることができる。
【００４６】
そして、気体燃料の供給方向Ｑが、１２０〜１８０°方向であることが更に好ましく、１２０〜１３５°方向であることが特に好ましい。このよに、重心（中心）２１から燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２に向かう方向２３が、「燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向」である９０°方向（Ｑ９０）に平行になるようにして、偏流形成用配管１１を燃焼室３の空気入口１に配設した状態で、気体燃料の供給方向Ｑを、１２０〜１８０°方向とし、更に好ましくは１２０〜１３５°方向とすることにより、「燃焼用空気の流れが遅い領域」に向かって気体燃料を供給することになるため、粒子状物質の発生量をより多くすることができる。本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、「燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２」は、偏流形成用配管１１の、入口部１８の中心軸と出口部１９の中心軸とを含む平面で切断した断面（図４を参照）において、偏流形成用配管１１の角部１４の内部における「内周１４ｂ側の、曲がり終わりの位置１７」から、偏流形成用配管出口１３に向かって燃焼用空気の流れ方向に平行に直線（内周側の直線）を引いたときに、当該「内周側の直線」と「偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分における、燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」とが交わる部分である。
【００４７】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室の空気入口１から、メインバーナまでの距離が７０〜４００ｍｍであることが好ましい。７０ｍｍより短い場合、又は４００ｍｍより長い場合には、粒子状物質の生成量が少なくなることがある。
【００４８】
図５に示すように、本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、メインバーナ４は、「気体燃料を供給する供給孔５が１個形成され、供給孔５の開口径（直径）が４〜１０ｍｍである管状構造」であることが好ましい。メインバーナ４に供給孔５が１個形成される場合に、供給孔５の開口径が４ｍｍより小さい場合、又は１０ｍｍより大きい場合には、粒子状物質の生成量が少なくなることがある。メインバーナ４の形状は、図１、図５に示すように、円筒状であることが好ましいが、底面が「四角形等の多角形」の筒状であってもよい。図５は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成するメインバーナを模式的に示す平面図である。
【００４９】
また、図７に示すように、メインバーナ４の供給孔５の位置は、燃焼用空気の流れ方向に直交する平面で「メインバーナ４が挿入されている位置」を切断した燃焼室の断面において、燃焼室の中心８から燃焼室３の内径（直径）ｄの３５％までの範囲（範囲Ｓ）に位置することが好ましい。メインバーナ４の供給孔５の位置が、燃焼室の中心８から燃焼室３の内径ｄの３５％だけ離れた位置より、燃焼室の中心８から遠いと、粒子状物質の生成量が減少することがある。図７は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。図７は、粒子状物質発生装置の燃焼室３及びメインバーナ４を、ガスの流れる方向に直交する平面で切断した断面を示している。
【００５０】
メインバーナ４の燃焼室３に挿入されている部分の長さ及び内径（メインバーナ４の内部の空間部分の、中心軸方向に直交する断面における直径）は、特に限定されないが、燃焼室の径、メインバーナ４の供給孔５の位置及び孔径で略決まる。一方、メインバーナ４の供給孔５の孔径は、燃焼エア流量範囲が０．２５〜４Ｎｍ３／分では４ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、メインバーナ４の壁の厚さは、３〜１０ｍｍであることが好ましく、４〜７ｍｍであることが更に好ましい。メインバーナ４の壁の厚さが薄すぎると、燃焼室３の壁面の温度が高くなるため、酸化劣化が激しくなることがある。メインバーナ４の壁の厚さが厚すぎると、燃焼条件が安定するまでの時間が長くなることがある。更に、粒子状物質発生装置が重くなり過ぎることがあり、また、粒子状物質発生装置の製造コストが高くなることがある。
【００５１】
また、メインバーナ４の材質としては、ステンレス鋼およびインコネル等を挙げることができる。
【００５２】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、図１〜図３に示すように、燃焼室３に配設され燃焼室に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナ６を備えている。パイロットバーナ６は、筒状であることが好ましく、燃焼室３の側面から燃焼室３の直管部３ａの壁面に配設されていることが好ましい。パイロットバーナ６の構造は、自動点火が可能であること、圧縮空気の使用が可能であること、火炎検知器の取り付けが可能であることが好ましい。パイロットバーナ６は、メインバーナ４の下流側（ガスの流れる方向における下流側）に配置されていることが好ましいが、メインバーナ４の上流側に配置されていてもよい。
【００５３】
パイロットバーナ６の材質としては、ステンレス鋼、炭素鋼等を挙げることができる。
【００５４】
（２）粒子状物質発生装置の製造方法：
本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の製造方法としては、特に限定されないが、例えば以下の方法を挙げることができる。
【００５５】
燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管を所定の材料を用いてそれぞれ作製する。燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管の材料は、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態において好ましいとされた材料であることが好ましい。燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管は、それぞれ、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態において好ましいとされた形状等に形成することが好ましい。
【００５６】
作製した、燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管を、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態において好ましいとされた位置関係になるように組み立てて本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を得ることが好ましい。
【００５７】
（３）粒子状物質発生方法：
本発明の粒子状物質発生方法の一の実施形態は、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を用いて、粒子状物質を発生させる方法である。
【００５８】
このように、本発明の粒子状物質発生方法の一の実施形態は、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を用いて、粒子状物質を発生させるため、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。具体的には、粒子状物質の燃焼温度を、５００〜５２０℃とすることができる。そして、燃焼用空気１Ｎｍ３当たり、０．７５ｇ以上の粒子状物質を生成させることができる。これにより、ＤＰＦの評価を効率よく実施することができる。
【００５９】
本実施形態の粒子状物質発生方法は、図１〜図３に示す粒子状物質発生装置１００を用いて、空気入口１から燃焼用空気Ｆ１を供給し、メインバーナ４から気体燃料を連続的に供給し、パイロットバーナ６により気体燃料に着火して気体燃料を燃焼させて粒子状物質を発生させ、粒子状物質を含有するガス（粒子状物質含有ガス）Ｆ２をガス出口２から排出するものである。そして、本実施形態の、粒子状物質発生方法に使用する粒子状物質発生装置１００は、偏流形成用配管１１が配設されており、偏流形成用配管１１を通過した燃焼用空気Ｆ１が燃焼室３の空気入口１に供給される。
【００６０】
本実施形態の粒子状物質発生方法においては、平均空気過剰率（燃焼室内の平均空気過剰率）が０．８〜３．０になるように、空気入口１から燃焼用空気Ｆ１を供給することが好ましい。平均空気過剰率は、１．０〜１．５であることが更に好ましい。平均空気過剰率が０．８より小さいと、発生する「炭素を主成分とする粒子状物質」の燃焼温度が低くなることがある。平均空気過剰率が３．０より大きいと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。また、平均空気過剰率と粒子状物質の生成量との関係は以下の通りである。例えば、平均空気過剰率が１．２の条件の時に、０．７７〜１．１６ｇ／Ｎｍ３の粒子状物質を生成させることができる。更には、平均空気過剰率を下げ、パイロットバーナを消火する等により１．０〜１．６ｇ／Ｎｍ３の粒子状物質を生成させることができる。平均空気過剰率を３．０にすれば、粒子状物質の発生量を最小で０．０３ｇ／Ｎｍ３にすることができる。
【００６１】
本実施形態の粒子状物質発生方法においては、メインバーナ４に着火後、パイロットバーナ６を消火することが好ましい。パイロットバーナ６を消火することで、粒子状物質の発生量を多くすることができる。この原因は、メインバーナにより発生した粒子状物質が、パイロットバーナにより燃焼してしまうためと考えられる。尚、このパイロットバーナの消火時間は、メインバーナ４に着火してから１０〜２０秒後とすることが好ましい。１０秒後より前にパイロットバーナ６を消火すると、メインバーナ４がその後消えることがあるためである。従って、メインバーナが失火することなく安定して燃焼するまでの時間であれば良い。
【００６２】
（４）多孔質セラミック構造体評価装置：
本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態（多孔質セラミック構造体評価装置２００）は、図８に示すように、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態（粒子状物質発生装置１００）と、粒子状物質発生装置１００のガス出口２側に配設された、評価試料である多孔質セラミック構造体３２を収納する試料収納容器３１とを備え、粒子状物質発生装置１００で発生した粒子状物質をガスと共に試料収納容器３１に送り（粒子状物質含有ガスＦ２を試料収納容器３１に送り）、粒子状物質を含有するガス（粒子状物質含有ガスＦ２）を試料収納容器３１に収納された多孔質セラミック構造体３２に供給することができるものである。図８は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【００６３】
このように、本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態（粒子状物質発生装置１００）で生成させた粒子状物質を試料収納容器３１に送り、試料収納容器３１内に収納された多孔質セラミック構造体３２に供給することができるため、燃焼温度の高い粒子状物質を所望量だけ多孔質セラミック構造体３２に送り、多孔質セラミック構造体３２について、粒子状物質を捕集して行う試験を効率的に行うことができる。そして、多孔質セラミック構造体３２を自動車等に搭載して粒子状物質を捕集した場合の結果に近い試験結果を得ることができる。
【００６４】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００は、図８に示すように、冷却空気導入ノズル３３を側面に備えた冷却空気混合管３４を、粒子状物質発生装置１００と試料収納容器３１との間に、備えることが好ましい。そして、冷却空気導入ノズル３３から冷却空気混合管３４内に供給された冷却空気Ｆ３と、粒子状物質含有ガスＦ２とを、冷却空気混合管３４内で混合し、排気ガス（粒子状物質含有ガスＦ２）の温度制御をすることができることが好ましい。これにより、より実際の使用に近い温度条件で多孔質セラミック構造体３２の評価をすることができる。冷却空気混合管３４と粒子状物質発生装置１００との接合、及び冷却空気混合管３４と試料収納容器３１との接合は、フランジを介して行われていることが好ましい。
【００６５】
また、本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００は、図９に示すように、冷却空気供給手段４１と、冷却空気供給手段４１から供給される空気（冷却空気Ｆ３）の流量を制御する冷却空気流量制御手段４２とを更に備え、冷却空気供給手段４１から、粒子状物質発生装置１００と試料収納容器３１との間に、冷却空気Ｆ３を導入し、冷却空気Ｆ３と粒子状物質を含有するガス（粒子状物質含有ガスＦ２）とを混合し、排気ガス（粒子状物質含有ガスＦ２）の温度制御をすることができることが好ましい。冷却空気供給手段４１と冷却空気供給ノズルとが配管で接続されていることが好ましい。図９は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【００６６】
冷却空気供給手段４１としては、特に限定されないが、具体的には、コンプレッサー、ブロア等を挙げることができる。冷却空気流量制御手段４２としては、特に限定されないが、具体的には、減圧弁、流量調整弁等を挙げることができる。
【００６７】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００において、試料収納容器３１は、円筒状の缶体であることが好ましいが、底面が「四角形等の多角形」の筒状の缶体であってもよい。また、試料収納容器３１は、ガスの入口側に入口管３１ａが配設され、ガスの出口側に出口管３１ｂが配設されていることが好ましい。そして、冷却空気混合管３４に整流管３５および入口管３１ａが接続され、冷却空気混合管３４から排出された粒子状物質含有ガスＦ２と冷却空気Ｆ３との混合ガスが、入口管３１ａから試料収納容器３１内に流入し、試料収納容器３１を通過して出口管３１ｂから外部に排出されることが好ましい。尚、冷却空気混合管３４を使用しない場合には、入口管３１ａが、燃焼室３のガス出口２に接続されることが好ましい。
【００６８】
試料収納容器３１の大きさは、試験を行う多孔質セラミック構造体を内部に収納することができれば特に限定されない。試料収納容器３１の材質としては、ステンレス鋼を挙げることができる。入口管３１ａの材質と出口管３１ｂの材質は、試料収納容器３１の材質と同じであることが好ましい。入口管３１ａの内径（直径）は、試料の径により略決まり、通常用いられる試料の径を考慮すると、５０〜１０６ｍｍが好ましい。また、入口管３１ａの最大内径と、冷却空気混合管３４の内径と略同じ長さであることも好ましい態様である。また、入口管３１ａの、ガスの流れる方向における長さも、試料の径により略決まり、通常用いられる試料の径を考慮すると、５０〜２００ｍｍが好ましい。出口管３１ｂの内径（直径）は、入口管３１ａの内径と略等しいことが好ましい。また、出口管３１ｂの、ガスの流れる方向における長さは、５０〜３００ｍｍが好ましい。
【００６９】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００において、冷却空気混合管３４は、燃焼室３のガス出口２と同じ形状の開口部を有する配管であることが好ましい。冷却空気混合管３４のガスの流れる方向における長さは、特に限定はないが、冷却空気供給ノズルの内径の２倍以上の長さがあることが望ましい。冷却空気と粒子状物質含有ガスとの混合が不十分にならないように、冷却空気混合管３４出口と入口管３１ａの入口の間に冷却空気と粒子状物質含有ガス混合用の配管（整流管３５）を設置することが好ましい。整流管３５の長さとしては、冷却空気供給ノズル３３の内径の３倍以上の長さであることが好ましい。
【００７０】
冷却空気混合管３４に配設される冷却空気供給ノズル３３の接続位置は特に限定はないが、冷却空気混合管３４の「燃焼室３と接続されている側の端部」から「冷却空気混合管３４の長さの３０％の長さだけ離れた位置」から、冷却空気混合管３４の燃焼室３と接続されている側の端部から「冷却空気混合管３４の長さの８０％の長さだけ離れた位置」までの範囲に接続されていることが好ましい。冷却空気供給ノズル３３の内径は、５０〜１１０ｍｍが好ましい。
【００７１】
冷却空気供給ノズル３３は、当該冷却空気供給ノズル３３から流入する冷却空気の進行方向と、冷却空気混合管３４のガスが流れる方向とにより形成される角度（小さい側の角度）が３０〜６０°となるように冷却空気混合管３４に配設されていることが好ましい。これにより、冷却空気と、粒子状物質含有ガスとの混合を十分に行うことができる。冷却空気供給ノズル３３及び冷却空気供給ノズル３３の材質としては、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。
【００７２】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００によって評価を行う多孔質セラミック構造体３２は、排気ガス等から粒子状物質を捕集するためのフィルターとして使用されるものであれば特に限定されない。例えば、図１０、図１１に示すような、「一方の端面５５から他方の端面５６まで貫通し」流体の流路となる複数のセル５２を区画形成する「多孔質セラミックからなる隔壁５１」と、外周に位置する外周壁５４とを備え、一方の端面５５における所定のセルの開口部と、他方の端面５６における残余のセルの開口部に目封止部５３を有するセラミックハニカム構造体５０を挙げることができる。図１０、図１１に示すセラミックハニカム構造体５０は、一方の端面５５側に目封止部５３が形成された上記所定のセルと、他方の端面５６側に目封止部５３が形成された上記残余のセルとが交互に並び、一方の端面５５と他方の端面５６に市松模様が形成されている。図１０は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体５０を模式的に示す斜視図である。図１１は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体５０のセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
図８に示すような構造の多孔質セラミック構造体評価装置２００を、厚さ９ｍｍのステンレス鋼を材料として作製した。偏流形成用配管１１における「入口部の長さＤ１」（図１参照）を３０ｍｍとし、「出口部の長さＤ２」（図１参照）を１４ｍｍとし、角部１４（図１参照）の外側（外周１４ａ側）の円弧の半径を１３０ｍｍとした。また、偏流形成用配管１１の直線部分（入口部及び出口部）の内径（直径）を７０ｍｍとした。偏流形成用配管１１は、円筒状のステンレス鋼が曲げられた形状（角部が曲線状のＬ字状配管）とした。また、燃焼室３のガスの流れる方向における長さを８００ｍｍとし、空気入口１（図１参照）の内径（直径）を７０ｍｍとし、ガス出口２（図１参照）における内径（直径）を１０６ｍｍとし、中央の平行部分（テーパーになっていない部分）の内径（直径）を１３０ｍｍとした。燃焼室３は、円筒形状の両端部がテーパー状に細く形成された構造とした。冷却空気混合管３４のガスの流れる方向における長さを４５０ｍｍとし、内径を燃焼室３のガス出口２（図１参照）における内径と同じ長さにした。冷却空気混合管３４に配設される冷却空気供給ノズル３３は、内径（直径）１０６ｍｍとした。冷却空気混合管３４及び冷却空気供給ノズル３３は円筒状とした。試料収納容器３１は、内径（直径）３１３ｍｍ、長さ３６０ｍｍの円筒状とした。冷却空気流量調整手段としては、減圧弁と流量調整弁を用いた。また、冷却空気供給手段によって発生させた空気（冷却空気）を、燃焼用空気及び冷却空気として用いた。
【００７５】
また、燃焼室３の入口１（図１参照）から、メインバーナ４までの距離を２１０ｍｍとした。メインバーナ４は、直径（内径）１０．５ｍｍの円筒状とし、直径６ｍｍの供給孔５（図２参照）が１つ形成されたものとした。メインバーナ４は、ガスの流れる方向に直交する断面において供給孔が燃焼室３の中心に位置するように配置した。また、供給孔の向きを、「気体燃料の、メインバーナからの供給方向」が１２０°方向（図４参照）（「供給孔の向き」が１２０°方向）になるようにした。尚、図４に示すように、偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分の「燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」における、重心（中心）２１から燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２に向かう方向２３が、「燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向」である９０°方向（Ｑ９０）に平行になるようにして、偏流形成用配管１１を燃焼室３の空気入口１に配設した。そして、「燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２」は、偏流形成用配管１１の、入口部１８の中心軸と出口部１９の中心軸とを含む平面で切断した断面（図４に示す断面）において、偏流形成用配管１１の角部１４の内部における「内周１４ｂ側の曲がり終わりの位置１７」から、偏流形成用配管出口１３に向かって燃焼用空気の流れ方向に平行に直線（内周側の直線）を引いたときに、当該「内周側の直線」と「偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分の燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」とが交わる部分である。これにより、燃焼室内におけるメインバーナに形成された供給孔の位置における燃焼用空気の流速が、燃焼室内における燃焼用空気全体の平均流速より遅くなる。
【００７６】
上記多孔質セラミック構造体評価装置２００を用いて、粒子状物質を発生させた。燃料としては、ＬＰＧ（液化プロパンガス）を気化させたものを用いた。気体燃料使用量（ＬＰＧの使用量）を２５．７リットル／分とした。燃焼用空気は０．５Ｎｍ３／分で供給し、冷却空気を加えた後のガス総量は３．５Ｎｍ３／分であった。平均空気過剰率λは、０．８であった。平均空気過剰率λは、「λ＝燃焼用空気流量（Ｎｍ３／分）／（燃料流量（Ｎｍ３／分）×２４．３）」の式で求めた値である。パイロットバーナは、メインバーナを着火後も点火したままとした。
【００７７】
上記粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質の発生量（粒子状物質発生量）を以下の方法で測定し、発生した粒子状物質の燃焼温度（粒子状物質燃焼温度）を以下の方法で測定した。結果を表１に示す。
【００７８】
（粒子状物質の発生量）
粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質を濾紙で捕集し、その増加質量から単位時間当たりの粒子状物質の発生量を算出した。
【００７９】
（粒子状物質の燃焼温度）
上記「粒子状物質の発生量」の測定方法によって得られた「粒子状物質が捕集された濾紙」を、電気炉で４５０℃に加熱し、その後、「１０℃昇温する毎に１０分間保持する」という操作を繰り返しながら昇温し、濾紙上の粒子状物質が完全に焼失したときの温度を粒子状物質の燃焼温度とした。
【００８０】
【表１】
【００８１】
（実施例２〜７）
気体燃料使用量を表１に示すように変更することにより、平均空気過剰率を変化させた以外は、実施例１と同様にして、粒子状物質を発生させた。また、「粒子状物質発生量」及び「粒子状物質燃焼温度」についても実施例１と同様にして上記方法で測定した。結果を表１に示す。
【００８２】
（参考例）
特開２００７−１５５７１２号公報に記載のＰＭ発生装置を用いて、粒子状物質を発生させた。使用燃料である液体燃料としては、軽油を用いた。軽油の使用量（液体燃料使用量）は、３．６リットル／時間とした。燃料間欠噴射手段における、燃料の噴射時間（開弁時間）を１５ミリ秒とし、燃料噴射周期（開弁周期）を６０ミリ秒とした。これにより、デューティー比（開弁時間／開弁周期）は０．２５であった。また、燃焼用空気の供給量を０．４５Ｎｍ３／分とし、総空気量を４．０Ｎｍ３／分とした。平均空気過剰率λを０．８１とし、瞬間空気過剰率を０．２０とした。瞬間空気過剰率とは、液体燃料を噴射した瞬間の、液体燃料の濃度が高くなった部分の空気過剰率である。実施例１と同様にして、「粒子状物質発生量」及び「粒子状物質燃焼温度」を上記方法で測定した。結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
（実施例８）
燃焼用空気の供給量を１．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とし、メインバーナ４の燃料供給孔の向きを、０°方向（図４参照）とした以外は、実施例１と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表３に示す。尚、粒子状物質濃度は測定値である粒子状物質発生量から、燃焼用空気１Ｎｍ３当たりの粒子状物質の質量を計算により求めたものである。
【００８５】
【表３】
【００８６】
（実施例９〜１６）
「供給孔の向き」を、表３に示すように変更した以外は、実施例８と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表３に示す。
【００８７】
（実施例１７）
燃焼用空気の供給量を２．０Ｎｍ３／分とし、メインバーナ４を、図６に示すような「９個の供給孔５を形成した形状」とし、各供給孔５の開口径（直径）を２ｍｍとし、平均空気過剰率λを１．２とした以外は、実施例１と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表４に示す。
【００８８】
【表４】
【００８９】
（実施例１８〜２３）
メインバーナ４の供給孔５の個数を１個とし、供給孔５の直径を、表４に示すように変更した以外は、実施例１７と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、粒子状物質発生量を測定した。結果を表４に示す。尚、実施例２３においては、円筒状のメインバーナ４の直径（内径）を１４ｍｍにした。
【００９０】
（実施例２４）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を４２０ｍｍとし、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を、２１０ｍｍとした。また、燃焼用空気の供給量を３．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とした。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表５に示す。
【００９１】
【表５】
【００９２】
（実施例２５〜２９）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２を表５に示すように変更した以外は、実施例２４と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表５に示す。
【００９３】
（実施例３０）
燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を、３０ｍｍとし、偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を１４ｍｍとし、燃焼用空気の供給量を１．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とした。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表６に示す。
【００９４】
【表６】
【００９５】
（実施例３１〜３５）
燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を表５に示すように変更した以外は、実施例３０と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表６に示す。
【００９６】
（実施例３６〜３８）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を４２０ｍｍとし、燃焼用空気の供給量を表７に示すように変更した以外は、空気過剰率λ、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表７に示す。
【００９７】
【表７】
【００９８】
（実施例３９〜４１）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を１４ｍｍとし、燃焼用空気の流量を表７に示すように変更した以外は、空気過剰率λ、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表７に示す。
【００９９】
（実施例４２）
燃焼室３の中央の平行部分（直管部３ａ）（図１参照）の内径（直径）を８１ｍｍとし、偏流形成用配管１１の直線部分（入口側直管１８及び出口側直管１９）（図１参照）の内径（直径）を４３ｍｍとし、偏流形成用配管１１における、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を１４ｍｍとした。また、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を偏流形成用配管１１の直線部分（入口側直管１８及び出口側直管１９）の内径（直径）の３倍（１２９ｍｍ）とし、また、燃焼室３のガスの流れる方向における長さを８００ｍｍとした。また、燃焼用空気の供給量を０．２５Ｎｍ３／分、平均空気過剰率λを１．２とした。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径等の、その他の条件は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表８に示す。
【０１００】
【表８】
【０１０１】
（実施例４３〜５９）
偏流形成用配管１１の出口側直管１９の長さ（図１参照）を１４ｍｍとし、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を偏流形成用配管１１の直線部分（入口側直管１８及び出口側直管１９）の内径（直径）の３倍とした。また、燃焼室３のガスの流れる方向における長さを８００ｍｍとし、燃焼室の内径（ガスの流れる方向における中央部の直径）、偏流形成用配管１１の内径、燃焼用空気の供給量、燃焼用空気の平均流速を表７に示す。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径等の、その他の条件は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表８に示す。
【０１０２】
（実施例６０）
「供給孔の向き」を１２０°とし、燃焼室の内径（ガスの流れる方向における中央部の直径）を１３０ｍｍとし、燃焼用空気の供給量を３．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とした以外は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。尚、実施例１と同様に、メインバーナ４は、ガスの流れる方向に直交する断面において、「供給孔が、燃焼室３の中心に位置する」ように配置した（供給孔位置：０ｍｍ）。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表９に示す。
【０１０３】
【表９】
【０１０４】
（実施例６１〜６４）
供給孔の中心からの位置を表９に示すように中心から外側へ変更した以外は、実施例６０と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表９に示す。
【０１０５】
（実施例６５、６６）
燃焼用空気の供給量を１．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とし、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。尚、実施例１と同様に、メインバーナ４は、ガスの流れる方向に直交する断面において、「供給孔が、燃焼室３の中心に位置する」ように配置した（供給孔位置：０ｍｍ）。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表１０に示す。尚、実施例６６は、実施例６５において「パイロットバーナを、メインバーナを着火して１５秒後に消火した」ものである。
【０１０６】
【表１０】
【０１０７】
（実施例６７、６８）
燃焼用空気の供給量を２．０Ｎｍ３／分とした以外は、実施例６５と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表１０に示す。尚、実施例６８は、実施例６７において「パイロットバーナを、メインバーナを着火して１５秒後に消火した」ものである。
【０１０８】
表１、表２より、実施例１〜７の粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質の燃焼温度は、従来例の粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質の燃焼温度より高いことがわかる。実際のディーゼルエンジンから排出される粒子状物質の燃焼温度が５００〜５６０℃程度であるため、実施例１〜７の粒子状物質発生方法によって、これと同等の粒子状物質が得られていることが分かる。
【０１０９】
表３より、「供給孔の向き」が１２０〜１８０°である場合に特に粒子状物質が多く発生していることがわかる。
【０１１０】
表４より、メインバーナの供給孔の個数を１個にして、気体燃料を分散させずに集中して燃焼室内に供給したほうが、粒子状物質が多く発生していることがわかる。更に、メインバーナ４の供給孔５の直径は４〜１０ｍｍの範囲である場合に特に粒子状物質が多く発生していることがわかる。
【０１１１】
表５より、「偏流形成用配管１１における燃焼用空気に偏流が生じる位置（曲がり終わりの位置）１７（図１参照）から燃焼室入口１までの距離「出口側直管の長さＤ２」（図１参照）は１４０ｍｍ以下で粒子状物質の発生量が多くなることが分かる。短い程、メインバーナ付近の偏流程度が大きくなるためと思われる。
【０１１２】
表６より、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離が７０〜４００ｍｍで粒子状物質は多く発生していることがわかる。メインバーナ４までの距離が３０ｍｍの場合、燃焼用空気入口１に近過ぎるため、燃焼用空気の流速が速く、燃料と燃焼用空気の混合が良くなり、粒子状物質の発生量が少なくなったものと思われる。一方、６００ｍｍの場合、偏流配管から距離が遠いため、燃焼用空気の整流が進行し、偏流効果が小さくなり、粒子状物質の発生量が少なくなったものと思われる。
【０１１３】
表７より、セラミック構造体の耐熱衝撃性、耐久性を効率的に評価するためには、粒子状物質の発生量は多いほうが好ましい。具体的には、粒子状物質の濃度は燃焼用空気１Ｎｍ３あたり、０．７５ｇ以上であることが好ましい。「偏流形成用配管１１における燃焼用空気に偏流が生じる位置（曲がり終わりの位置）１７（図１参照）から燃焼室入口１までの距離「出口側直管の長さＤ２」（図１参照）が長い場合、粒子状物質の濃度を燃焼用空気１Ｎｍ３あたり０．７５ｇ以上とするには、燃焼室３の内径（直径）が１３０ｍｍの場合、燃焼用空気の供給量は約１Ｎｍ３／分が限界であることが分かる。一方、「出口側直管の長さＤ２」の短い場合、３Ｎｍ３／分まで０．７５（ｇ／Ｎｍ３）以上の濃度で発生できることが分かる。従って、「出口部の長さＤ２」を短くし、偏流を大きくすることで、燃焼室を小型化することが可能となる。
【０１１４】
表８より、粒子状物質の濃度０．７５（ｇ／Ｎｍ３）以上を達成するためには、燃焼用空気供給量２．０（Ｎｍ３／分）の場合には燃焼室の内径が１０６ｍｍ以上必要であり、燃焼用空気供給量３．０（Ｎｍ３／分）の場合には燃焼室の内径が１３０ｍｍ以上必要であり、燃焼用空気供給量４．０（Ｎｍ３／分）の場合には燃焼室の内径が１５５ｍｍ以上必要であり、この時の燃焼室３の直管部の平均流速は４．０ｍ／秒以下であることが分かる。
【０１１５】
表９より、メインバーナの供給孔は、燃焼室の中心より、燃焼用空気の流速が遅い外側にずれた位置に配置したほうが、粒子状物質の発生量が多くなることが分かる。特に供給孔位置の燃焼室の中心から、燃焼室内径（直径）に対する比率で１５〜３５％の距離だけ離れた範囲である場合に、特に粒子状物質が多く発生していることがわかる。
【０１１６】
表１０より、パイロットバーナを、「メインバーナを着火した後」に消火することにより、粒子状物質の発生量が多くなることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の粒子状物質発生装置は、自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業用定置エンジン、燃焼機器等から排出される排ガスに含有される粒子状物質を捕集するための多孔質セラミック構造体の評価を行うために好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１：空気入口、２：ガス出口、３：燃焼室、３ａ：直管部、３ｂ：テーパー部、４：メインバーナ、５：供給孔（気体燃料を供給する孔）、６：パイロットバーナ、７：フランジ（鍔部）、８：燃焼室の中心、１１：偏流形成用配管、１２：偏流形成用配管入口、１３：偏流形成用配管出口、１４：角部、１４ａ：外周（角部の外周）、１４ｂ：内周（角部の内周）、１５：フランジ、１６：曲がり始めの位置、１７：曲がり終わりの位置（偏流が生じる位置）、１８：入口側直管、１９：出口側直管、２１：重心（中心）、２２：燃焼用空気の流れが最も遅い位置、２３：重心（中心）から燃焼用空気の流れが最も遅い位置に向かう方向、３１：試料収納容器、３１ａ：入口管、３１ｂ：出口管、３２：多孔質セラミック構造体、３３：冷却空気、３４：冷却空気混合管、３５：整流管、４１：冷却空気供給手段、４２：冷却空気流量制御手段、５０：ハニカム構造体、５１：隔壁、５２：セル、５３：目封止部、５４：外周壁、５５：一方の端面、５６：他方の端面、１００：粒子状物質発生装置、２００：多孔質セラミック構造体評価装置、Ｄ１：入口側直管の長さ、Ｄ２：出口側直管の長さ、Ｆ１：燃焼用空気、Ｆ２：粒子状物質含有ガス、Ｆ３：冷却空気、Ｑ：気体燃料の供給方向（供給孔の向き）、Ｑ０：０°方向、Ｑ９０：９０°方向、Ｑ１８０：１８０°方向、Ｑ２７０：２７０°方向、ｄ：内径、Ｓ：範囲。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法に関し、さらに詳しくは、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）やＮＯＸ（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を捕集するためのフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）や、ＮＯＸを窒素と水に還元する等の特性を有する触媒、を備えた排気ガス浄化装置の研究、開発が進められ、高性能な排気ガス浄化装置が市場に提供されるようになった。
【０００３】
このような排気ガス浄化装置を製造するに際しては、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必要がある。排気ガス浄化装置の性能等を評価する手段としては、実際の自動車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挙げられる。また、カーボン粉末や実際の排気ガスから採取した粒子状物質を用い、これをガス中に混合して、実際の自動車エンジンからの排気ガスを模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ている（例えば、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粒子状物質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粒子状物質を含む排気ガスを発生させる方法が知られており、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（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、燃料間欠噴射手段を備え、燃焼用空気の中に燃料を間欠的に噴射することにより、燃焼ガス中に多量の粒子状物質を発生させ、その多量の粒子状物質を含む燃焼ガスを安全に、安定して排ガス浄化装置に供給することができるＰＭ（粒子状物質）発生装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４７４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際の自動車エンジン等からの排気ガスを利用する方法では、設備が大型化し高額になるという問題があった。また、自動車エンジンからの排気ガスを模した排気ガスを製造する方法では、一旦採取されたＰＭを用いることから、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の発生量の制御が困難であり且つ失火し易いという問題があった。黒鉛電極をスパークさせて粒子状物質を含む排気ガスを発生させる方法では、粒子状物質発生量が少なく、多量の粒子状物質を短時間に発生出来ないという問題があった。
【０００７】
また、燃料間欠噴射手段を備え、燃焼用空気の中に燃料を間欠的に噴射するＰＭ（粒子状物質）発生装置は、粒子状物質を多量に発生させることができる優れたものであるが、発生する粒子状物質の燃焼温度の観点から、更に改良の余地のあるものであった。
【０００８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生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】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下の粒子状物質発生装置及び粒子状物質発生方法を提供する。
【００１０】
［１］ 燃焼用空気を供給するための空気入口及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスを排出するためのガス出口を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室と、前記燃焼室に挿入され、気体燃料を前記燃焼室内に連続的に供給する供給孔が形成されたメインバーナと、前記燃焼室に配設され前記燃焼室に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナと、前記燃焼室の前記空気入口に配設され、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する断面における前記燃焼用空気の流速の速い領域を中央部から偏らせて前記燃焼用空気に偏流を生じさせる偏流形成用配管とを備える粒子状物質発生装置。
【００１１】
［２］ 前記偏流形成用配管が、一方の端部側に直線状に延びる入口側直管を有するとともに他方の端部側に直線状に延びる出口側直管を有し、前記入口側直管及び前記出口側直管に繋がる角部が曲線状に形成されたＬ字状配管である［１］に記載の粒子状物質発生装置。
【００１２】
［３］ 前記偏流形成用配管の前記出口側直管の長さが１４０ｍｍ以下である［１］又は［２］に記載の粒子状物質発生装置。
【００１３】
［４］ 前記燃焼室入口から、前記メインバーナまでの距離が７０〜４００ｍｍである［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１４】
［５］ 前記メインバーナから供給される気体燃料の前記メインバーナからの供給方向が、前記燃焼用空気の流れ方向を含む平面内における、前記燃焼用空気の流れ方向を０°方向とし前記燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向としたときの、９０〜２７０°方向である［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１５】
［６］ 前記メインバーナが管状構造であり、前記メインバーナに前記気体燃料を供給する供給孔が１個形成され、前記供給孔の開口径が４〜１０ｍｍである［１］〜［５］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１６】
［７］ 前記メインバーナの前記供給孔が、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する平面で前記メインバーナが挿入されている位置を切断した前記燃焼室の断面において、前記燃焼室の中心から前記燃焼室の内径の３５％までの範囲に位置する［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１７】
［８］ 前記燃焼室が、中心軸方向における中央部に直径が均一な直管部を有するとともに中心軸方向における両端部にテーパー状に細く形成されたテーパー部を有する円筒状であり、前記燃焼室の直管部の内径が、前記直管部を流れる前記燃焼用空気の流量が使用時における最大流量であるときに前記燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下となるような大きさである［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【００１８】
［９］ ［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置を用いて、粒子状物質を発生させる粒子状物質発生方法。
【００１９】
［１０］ 平均空気過剰率が０．８〜３．０になるように、前記空気入口から前記燃焼用空気を供給し、前記メインバーナから前記気体燃料を連続的に供給し、前記パイロットバーナにより前記気体燃料に着火して前記気体燃料を燃焼させて粒子状物質を発生させ、前記粒子状物質を含有するガスを前記ガス出口から排出する［９］に記載の粒子状物質発生方法。
【００２０】
［１１］ 前記メインバーナに着火後、パイロットバーナを消火する［９］又は［１０］に記載の粒子状物質発生方法。
【００２１】
［１２］ ［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質発生装置と、前記粒子状物質発生装置のガス出口側に配設された、評価試料である多孔質セラミック構造体を収納する試料収納容器とを備え、前記粒子状物質発生装置で発生した粒子状物質をガスと共に前記試料収納容器に送り、前記粒子状物質を含有する前記ガスを前記試料収納容器に収納された多孔質セラミック構造体に供給することができる多孔質セラミック構造体評価装置。
【００２２】
［１３］ 冷却空気供給手段と、前記冷却空気供給手段から供給される空気の流量を制御する冷却空気流量制御手段とを更に備え、前記冷却空気供給手段から、前記粒子状物質発生装置と前記試料収納容器との間に、冷却空気を導入し、冷却空気と粒子状物質を含有するガスとを混合し、排気ガスの温度制御をすることができる［１２］に記載の多孔質セラミック構造体評価装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の粒子状物質発生装置は、気体燃料を燃焼室内に連続的に供給することにより、高い空気過剰率で気体燃料を燃焼させることができるため、燃焼温度の高い粒子状物質を発生させることができる。また、偏流形成用配管により燃焼用空気に偏流を生じさせることにより、燃焼用空気の流速の遅い領域を作り、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。
【００２４】
また、本発明の粒子状物質発生方法は、上記本発明の粒子状物質発生装置を用いて、粒子状物質を発生させるものであるため、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成する燃焼室の断面を示す模式図である。
【図４】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。
【図５】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成するメインバーナを模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の粒子状物質発生装置の他の実施形態を構成するメインバーナを模式的に示す平面図である。
【図７】本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。
【図８】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図９】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図１０】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体のセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２７】
（１）粒子状物質発生装置：
本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態は、図１〜図３に示すように、「燃焼用空気Ｆ１を供給するための空気入口１及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスＦ２を排出するためのガス出口２を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する」燃焼室３と、「燃焼室３に挿入され、気体燃料を燃焼室３内に連続的に供給する供給孔（気体燃料を供給する孔）５が形成された」メインバーナ４と、燃焼室３に配設され燃焼室３に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナ６と、「燃焼室３の空気入口１に配設され、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する断面における燃焼用空気Ｆ１の流速の速い領域を中央部から偏らせて燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる」偏流形成用配管１１とを備えるものである。図１は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。図２は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を模式的に示す平面図である。図３は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成する燃焼室の断面（燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行であると共に、円筒状のメインバーナ４の中心軸に直交する断面）を示す模式図である。各図面において、燃焼用空気Ｆ１を示す矢印の長さは、燃焼用空気Ｆ１の流速を示し、矢印の長さが長いほうが流速が速いことを示す。
【００２８】
このように、本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、気体燃料を燃焼室３内に連続的に供給することにより、高い空気過剰率で気体燃料を燃焼させることができるため、燃焼温度の高い炭素を主成分とする粒子状物質を発生させることができる。また、偏流形成用配管１１により燃焼用空気に偏流を生じさせることにより、燃焼用空気の流速の速い領域を中央部から偏らせて燃焼用空気の流速の遅い領域を作り、燃焼温度の高い炭素を主成分とする粒子状物質を多量に発生させることができる。尚、通常、真っ直ぐに延びる配管内にガスを流すと、ガスの流れる方向（配管の中心軸方向）に直交する断面において、中央部分のガスの流速が最も速くなる。粒子状物質の燃焼温度としては、具体的には、５００〜５２０℃とすることができる。ここで、「炭素を主成分とする」とは、粒子状物質全体において炭素が９０質量％以上含有されることを意味する。粒子状物質中には、炭素以外にはＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）分等が含有されることがある。
【００２９】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、燃焼用空気Ｆ１を供給するための空気入口１及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスＦ２を排出するためのガス出口２を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室３を備えるものである。燃焼室３の形状は、図１、図２に示すように、「中心軸方向における中央部に直径（中心軸方向に直交する断面における直径）が均一な直管部３ａを有するとともに、中心軸方向における両端部にテーパー状に細く形成されたテーパー部３ｂ，３ｂを有する円筒状」であることが好ましいが、両端部にテーパーが形成されていない通常の円筒状であってもよいし、底面が「四角形等の多角形（両端部がテーパー状であるものも含む）」の筒状であってもよい。燃焼室３の形状が、図１、図２に示すように、「両端部にテーパー部３ｂ，３ｂを有する形状」であると、燃焼用空気および燃焼排気ガスの流れがスムースとなり、粒子状物質の発生量を多くすることができ、更に、圧損を低く抑えることができる。また、燃焼室３の空気入口１とガス出口２には、図１、図２に示すように、他の部材（偏流形成用配管等）との接合のために、フランジ（鍔部）７が配設されていることが好ましい。
【００３０】
燃焼室３の大きさは、特に限定されないが、必要範囲の排気ガス流量および粒子状物質を生成させることができる大きさであることが好ましい。例えば、燃焼室の直管部の内径が、直管部を流れる燃焼用空気の流量が使用時における最大流量であるときに燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下となるような大きさであることが好ましい。また、例えば、評価に必要な排気ガス流量を得るために、０．２５Ｎｍ３／分〜４Ｎｍ３／分の燃焼空気流量を必要とする場合、燃焼室３の内径（燃焼用空気が流れる方向に直交する断面における、燃焼室３の内壁により形成される形状の直径）は１００〜３００ｍｍであることが好ましく、１３０〜２１０ｍｍであることが更に好ましい。また、同様に必要とする燃焼空気流量範囲が０．２５Ｎｍ３／分〜４Ｎｍ３／分の場合の燃焼室３の内容積は、６０００〜３５０００ｃｍ３であることが好ましく、９０００〜３００００ｃｍ３であることが更に好ましい。燃焼室３の内径が１００ｍｍより小さいと、粒子状物質の生成量が少なくなることがある。また、燃焼室３の内径が３００ｍｍより大きいと、高い燃焼温度を維持するために燃焼用空気流量を多くする必要があり、最小燃焼用空気流量が大きくなってしまうことがある。燃焼室の内容積が、６０００ｃｍ３より小さいと、燃焼室３の壁が高温となるため、燃焼室３が酸化劣化することがあり、更に周辺への熱遮蔽が必要となることがある。また、燃焼室３の内容積が、３５０００ｃｍ３より大きいと、粒子状物質発生装置が大きくなるため、粒子状物質発生装置の製造コストや運転コストが大きくなり、また、粒子状物質発生装置を設置するためのスペースを大きくする必要がある。
【００３１】
また、燃焼室３の形状が、図１、図２に示すように、「両端部がテーパー状に細く形成された円筒状」である場合、燃焼室３の空気入口１及びガス出口２の「ガスの流れる方向に直交する断面」の面積（空間部分の面積）は、燃焼室３の直管部３ａの「ガスの流れる方向に直交する断面」の面積（空間部分の面積）の２５〜６５％であることが好ましく、３５〜６０％であることが更に好ましい。
【００３２】
また、燃焼室３の壁の厚さは、３〜１０ｍｍであることが好ましく、４〜７ｍｍであることが更に好ましい。燃焼室３の壁の厚さが薄すぎると、燃焼室３の壁面の温度が高くなるため、酸化劣化が激しく、粒子状物質発生装置の強度が低下することがある。燃焼室３の壁の厚さが厚すぎると、燃焼条件が安定するまでの時間が長くなることがある。更に、粒子状物質発生装置が重くなり過ぎることがあり、また、粒子状物質発生装置の製造コストが高くなることがある。また、燃焼室３の材質としては、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。
【００３３】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、燃焼用空気Ｆ１の流速を、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する断面において偏らせて、燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる偏流形成用配管１１が、燃焼室３の空気入口１に配設されている。このように、燃焼用空気Ｆ１に偏流を生じさせる偏流形成用配管１１が、燃焼室３の空気入口１に配設されていることにより、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速が、燃焼室３内における燃焼用空気Ｆ１全体の平均流速より遅くなるようにすることができる。ここで、「偏流」とは、ガスの流れる方向に直交する断面において、ガスの流れの速い部分と遅い部分とが形成された状態を意味する。また、「平均流速」とは、「平均流速（ｍ／秒）＝燃焼用空気流量（ｍ３／秒）／燃焼室断面積（ｍ２）」の計算式で算出した値である。「燃焼用空気流量」とは、燃焼室３内を流れる燃焼用空気Ｆ１の流量である。「燃焼室断面積」とは、燃焼室３における、「燃焼用空気Ｆ１の流通方向に直交する断面（空間部分における断面）の面積が一定の領域（テーパー状になっていない領域）」の、当該断面の面積（例えば、直管部３ａの、中心軸方向に直交する断面の面積）のことである。また、「燃焼用空気Ｆ１の平均流速」は、気体燃料を燃焼室内に供給していない状態での値である。
【００３４】
偏流形成用配管１１は、図１、図２に示すように、一方の端部側に直線状に延びる入口側直管１８を有するとともに他方の端部側に直線状に延びる出口側直管１９を有し、入口側直管１８及び出口側直管１９に繋がる角部１４が曲線状に形成されたＬ字状配管であることが好ましい。図１、図２に示す偏流形成用配管１１は、一方の端部に偏流形成用配管入口１２を有し、他方の端部に偏流形成用配管出口１３を有する管状の構造物である。そして、偏流形成用配管出口１３が、燃焼室３の空気入口１に接続されている。これにより、偏流形成用配管入口１２から偏流形成用配管１１内に流入した燃焼用空気Ｆ１が、偏流形成用配管１１内を通過して偏流形成用配管出口１３から排出され、偏流形成用配管出口１３から排出された燃焼用空気Ｆ１が空気入口１から燃焼室３内に流入する。このように、偏流形成用配管１１は、角部１４が曲線状のＬ字状配管であることにより、偏流形成用配管１１内（角部１４内）における「Ｌ字形状」の外側寄り（外周１４ａ寄り）を流れる燃焼用空気Ｆ１が、偏流形成用配管１１内における「Ｌ字形状」の内側寄り（内周１４ｂ寄り）を流れる燃焼用空気Ｆ１より、流速が速くなる。このように流速が遅くなった燃焼用空気Ｆ１を、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置に流れるようにすることにより、又は、メインバーナ４から、流速が遅くなった燃焼用空気Ｆ１に向けて気体燃料を供給することにより、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速が、燃焼室３内における燃焼用空気Ｆ１全体の平均流速より遅くなるようにすることができる。また、メインバーナ４から、流速が遅くなった燃焼用空気Ｆ１に向けて気体燃料を供給することにより、更に、効果的に燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。
【００３５】
また、偏流形成用配管１１の偏流形成用配管入口１２と偏流形成用配管出口１３には、図１、図２に示すように、他の部材（燃焼室等）との接合のために、フランジ（鍔部）１５が配設されていることが好ましい。
【００３６】
偏流形成用配管１１は、燃焼室３の空気入口１の「ガスが流通する方向に直交する断面」の形状と同じ形状の断面（ガスが流通する方向に直交する断面）を有する配管が、角部が曲線状になるようにして、Ｌ字状に曲げられた構造であることが好ましい。
【００３７】
偏流形成用配管１１の大きさは、特に限定されないが、燃焼用空気を偏流させ、燃焼室３内におけるメインバーナ４に形成された供給孔５の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速が、燃焼室３内における燃焼用空気Ｆ１全体の平均流速より遅くなるようにできることが好ましい。偏流形成用配管入口１２から角部１４に向かって直線状に延びる入口側直管１８と、円弧状の角部１４との境界を「曲がり初めの位置１６」とし、偏流形成用配管出口１３から角部１４に向かって直線状に延びる出口側直管１９と、円弧状の角部１４との境界を「曲がり終りの位置１７」としたときに、偏流形成用配管出口１３から「曲がり終わりの位置１７」までの距離（出口側直管１９の長さ）Ｄ２は、１４０ｍｍ以下であることが好ましい。また、偏流形成用配管の曲がり角度は９０度前後であることが好ましい。
【００３８】
また、偏流形成用配管１１の壁の厚さは、２〜６ｍｍであることが好ましく、３〜５ｍｍであることが更に好ましい。偏流形成用配管１１の壁の厚さが薄すぎると、粒子状物質発生装置の強度が低下することがある。偏流形成用配管１１の壁の厚さが厚すぎると、粒子状物質発生装置が重くなり過ぎることがあり、また、粒子状物質発生装置の製造コストが高くなることがある。また、偏流形成用配管の材質としては、特に限定されないが、ステンレス鋼、炭素鋼等を挙げることができる。
【００３９】
燃焼用空気Ｆ１は、コンプレッサーによって空気を加圧して生成させることが好ましい。そして、コンプレッサーによって生成され、減圧弁、流量調整弁等によって調整された燃焼用空気（圧縮空気）Ｆ１が、偏流形成用配管１１の偏流形成用配管入口１２に供給されることが好ましい。燃焼用空気Ｆ１を発生させる装置は、冷却空気供給手段４１（図９を参照）としてもよい。つまり、冷却空気供給手段４１（図９を参照）で生成させた圧縮空気を、燃焼用空気Ｆ１及び冷却空気Ｆ３（図９を参照）の両方に使用してもよい。
【００４０】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室３内におけるメインバーナ４の位置における燃焼用空気Ｆ１の流速は、４．０ｍ／秒以下であることが好ましい。４．０ｍ／秒より速いと、粒子状物質の発生量が少なくなることがある。
【００４１】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室３の直管部３ａの燃焼用空気Ｆ１の平均流速が０．１〜４．０ｍ／秒であることが好ましい。０．１ｍ／秒より遅いと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。４．０ｍ／秒より速いと、粒子状物質の発生量が少なくなることがある。
【００４２】
メインバーナ４から供給される気体燃料としては、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス等を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室３内の平均空気過剰率が０．８〜３．０であることが好ましく、１．０〜１．５であることが更に好ましい。平均空気過剰率が０．８より小さいと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。平均空気過剰率が３．０より大きいと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。燃焼室３内の「平均空気過剰率」は、燃焼室３内を流れる燃焼用空気全体の流量（体積基準）と、供給している燃料全体の流量（体積基準）と、を用いて算出した「空気過剰率」のことである。「空気過剰率」は、空気の流量（体積基準）を、「供給している燃料」を過不足なく燃焼させるために必要な空気の理論流量（体積基準）で、除した値である。
【００４４】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、図１〜３に示すように、気体燃料の供給孔５が形成された筒状のメインバーナ４が、中心軸が燃焼用空気Ｆ１に直交するように、燃焼室３の側面から燃焼室３の直管部３ａの内部に挿入されていることが好ましい。そして、図４に示すように、「メインバーナ４から供給される気体燃料」のメインバーナ４からの供給方向（気体燃料の供給方向）Ｑが、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を含む（燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行な）平面内における、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を０°方向（Ｑ０）とし燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向（Ｑ９０）としたときの、９０〜２７０°方向（９０°方向（Ｑ９０）〜２７０°方向（Ｑ２７０））であることが好ましく、１２０〜１８０°方向であることが更に好ましく、１２０〜１３５°方向であることが特に好ましい。この場合、燃焼用空気Ｆ１の流れる方向に対して反対の方向が、１８０°方向（Ｑ１８０）となる。このように、気体燃料の供給方向Ｑを、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を含む平面内における、９０〜２７０°方向とすることにより、粒子状物質の発生量を多くすることができる。「気体燃料の供給方向」は、メインバーナ４の「供給孔５の向き」であるということもできる。図４は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。図４は、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行であるとともに、メインバーナ４に直交する平面で切断した断面である。また、図４は、偏流形成用配管１１の、入口側直管１８の中心軸と出口側直管１９の中心軸とを含む平面で切断した断面であるということもできる。
【００４５】
更に、「メインバーナ４から供給される気体燃料」のメインバーナ４からの供給方向（気体燃料の供給方向）Ｑが、燃焼用空気Ｆ１の流れ方向を含む（燃焼用空気Ｆ１の流れ方向に平行な）平面内における、燃焼用空気の流れ方向を０°方向とし燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向としたときの、９０〜２７０°方向であり、且つ、偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分の「燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」における、重心（中心：断面が円形の場合は、円の中心であり、断面が多角形の場合は当該多角形の中心）２１から燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２に向かう方向２３が、「燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向」である上記９０°方向（Ｑ９０）に平行になるようにして、偏流形成用配管１１が燃焼室３の空気入口１に配設されたものであることが好ましい。これにより、粒子状物質の発生量を、より多くすることができる。
【００４６】
そして、気体燃料の供給方向Ｑが、１２０〜１８０°方向であることが更に好ましく、１２０〜１３５°方向であることが特に好ましい。このよに、重心（中心）２１から燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２に向かう方向２３が、「燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向」である９０°方向（Ｑ９０）に平行になるようにして、偏流形成用配管１１を燃焼室３の空気入口１に配設した状態で、気体燃料の供給方向Ｑを、１２０〜１８０°方向とし、更に好ましくは１２０〜１３５°方向とすることにより、「燃焼用空気の流れが遅い領域」に向かって気体燃料を供給することになるため、粒子状物質の発生量をより多くすることができる。本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、「燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２」は、偏流形成用配管１１の、入口部１８の中心軸と出口部１９の中心軸とを含む平面で切断した断面（図４を参照）において、偏流形成用配管１１の角部１４の内部における「内周１４ｂ側の、曲がり終わりの位置１７」から、偏流形成用配管出口１３に向かって燃焼用空気の流れ方向に平行に直線（内周側の直線）を引いたときに、当該「内周側の直線」と「偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分における、燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」とが交わる部分である。
【００４７】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、燃焼室の空気入口１から、メインバーナまでの距離が７０〜４００ｍｍであることが好ましい。７０ｍｍより短い場合、又は４００ｍｍより長い場合には、粒子状物質の生成量が少なくなることがある。
【００４８】
図５に示すように、本実施形態の粒子状物質発生装置１００においては、メインバーナ４は、「気体燃料を供給する供給孔５が１個形成され、供給孔５の開口径（直径）が４〜１０ｍｍである管状構造」であることが好ましい。メインバーナ４に供給孔５が１個形成される場合に、供給孔５の開口径が４ｍｍより小さい場合、又は１０ｍｍより大きい場合には、粒子状物質の生成量が少なくなることがある。メインバーナ４の形状は、図１、図５に示すように、円筒状であることが好ましいが、底面が「四角形等の多角形」の筒状であってもよい。図５は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を構成するメインバーナを模式的に示す平面図である。
【００４９】
また、図７に示すように、メインバーナ４の供給孔５の位置は、燃焼用空気の流れ方向に直交する平面で「メインバーナ４が挿入されている位置」を切断した燃焼室の断面において、燃焼室の中心８から燃焼室３の内径（直径）ｄの３５％までの範囲（範囲Ｓ）に位置することが好ましい。メインバーナ４の供給孔５の位置が、燃焼室の中心８から燃焼室３の内径ｄの３５％だけ離れた位置より、燃焼室の中心８から遠いと、粒子状物質の生成量が減少することがある。図７は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の断面を示す模式図である。図７は、粒子状物質発生装置の燃焼室３及びメインバーナ４を、ガスの流れる方向に直交する平面で切断した断面を示している。
【００５０】
メインバーナ４の燃焼室３に挿入されている部分の長さ及び内径（メインバーナ４の内部の空間部分の、中心軸方向に直交する断面における直径）は、特に限定されないが、燃焼室の径、メインバーナ４の供給孔５の位置及び孔径で略決まる。一方、メインバーナ４の供給孔５の孔径は、燃焼エア流量範囲が０．２５〜４Ｎｍ３／分では４ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。また、メインバーナ４の壁の厚さは、３〜１０ｍｍであることが好ましく、４〜７ｍｍであることが更に好ましい。メインバーナ４の壁の厚さが薄すぎると、燃焼室３の壁面の温度が高くなるため、酸化劣化が激しくなることがある。メインバーナ４の壁の厚さが厚すぎると、燃焼条件が安定するまでの時間が長くなることがある。更に、粒子状物質発生装置が重くなり過ぎることがあり、また、粒子状物質発生装置の製造コストが高くなることがある。
【００５１】
また、メインバーナ４の材質としては、ステンレス鋼およびインコネル等を挙げることができる。
【００５２】
本実施形態の粒子状物質発生装置１００は、図１〜図３に示すように、燃焼室３に配設され燃焼室に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナ６を備えている。パイロットバーナ６は、筒状であることが好ましく、燃焼室３の側面から燃焼室３の直管部３ａの壁面に配設されていることが好ましい。パイロットバーナ６の構造は、自動点火が可能であること、圧縮空気の使用が可能であること、火炎検知器の取り付けが可能であることが好ましい。パイロットバーナ６は、メインバーナ４の下流側（ガスの流れる方向における下流側）に配置されていることが好ましいが、メインバーナ４の上流側に配置されていてもよい。
【００５３】
パイロットバーナ６の材質としては、ステンレス鋼、炭素鋼等を挙げることができる。
【００５４】
（２）粒子状物質発生装置の製造方法：
本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態の製造方法としては、特に限定されないが、例えば以下の方法を挙げることができる。
【００５５】
燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管を所定の材料を用いてそれぞれ作製する。燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管の材料は、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態において好ましいとされた材料であることが好ましい。燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管は、それぞれ、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態において好ましいとされた形状等に形成することが好ましい。
【００５６】
作製した、燃焼室、メインバーナ、パイロットバーナ及び偏流形成用配管を、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態において好ましいとされた位置関係になるように組み立てて本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を得ることが好ましい。
【００５７】
（３）粒子状物質発生方法：
本発明の粒子状物質発生方法の一の実施形態は、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を用いて、粒子状物質を発生させる方法である。
【００５８】
このように、本発明の粒子状物質発生方法の一の実施形態は、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態を用いて、粒子状物質を発生させるため、燃焼温度の高い粒子状物質を多量に発生させることができる。具体的には、粒子状物質の燃焼温度を、５００〜５２０℃とすることができる。そして、燃焼用空気１Ｎｍ３当たり、０．７５ｇ以上の粒子状物質を生成させることができる。これにより、ＤＰＦの評価を効率よく実施することができる。
【００５９】
本実施形態の粒子状物質発生方法は、図１〜図３に示す粒子状物質発生装置１００を用いて、空気入口１から燃焼用空気Ｆ１を供給し、メインバーナ４から気体燃料を連続的に供給し、パイロットバーナ６により気体燃料に着火して気体燃料を燃焼させて粒子状物質を発生させ、粒子状物質を含有するガス（粒子状物質含有ガス）Ｆ２をガス出口２から排出するものである。そして、本実施形態の、粒子状物質発生方法に使用する粒子状物質発生装置１００は、偏流形成用配管１１が配設されており、偏流形成用配管１１を通過した燃焼用空気Ｆ１が燃焼室３の空気入口１に供給される。
【００６０】
本実施形態の粒子状物質発生方法においては、平均空気過剰率（燃焼室内の平均空気過剰率）が０．８〜３．０になるように、空気入口１から燃焼用空気Ｆ１を供給することが好ましい。平均空気過剰率は、１．０〜１．５であることが更に好ましい。平均空気過剰率が０．８より小さいと、発生する「炭素を主成分とする粒子状物質」の燃焼温度が低くなることがある。平均空気過剰率が３．０より大きいと、粒子状物質の燃焼温度が低くなることがある。また、平均空気過剰率と粒子状物質の生成量との関係は以下の通りである。例えば、平均空気過剰率が１．２の条件の時に、０．７７〜１．１６ｇ／Ｎｍ３の粒子状物質を生成させることができる。更には、平均空気過剰率を下げ、パイロットバーナを消火する等により１．０〜１．６ｇ／Ｎｍ３の粒子状物質を生成させることができる。平均空気過剰率を３．０にすれば、粒子状物質の発生量を最小で０．０３ｇ／Ｎｍ３にすることができる。
【００６１】
本実施形態の粒子状物質発生方法においては、メインバーナ４に着火後、パイロットバーナ６を消火することが好ましい。パイロットバーナ６を消火することで、粒子状物質の発生量を多くすることができる。この原因は、メインバーナにより発生した粒子状物質が、パイロットバーナにより燃焼してしまうためと考えられる。尚、このパイロットバーナの消火時間は、メインバーナ４に着火してから１０〜２０秒後とすることが好ましい。１０秒後より前にパイロットバーナ６を消火すると、メインバーナ４がその後消えることがあるためである。従って、メインバーナが失火することなく安定して燃焼するまでの時間であれば良い。
【００６２】
（４）多孔質セラミック構造体評価装置：
本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態（多孔質セラミック構造体評価装置２００）は、図８に示すように、上記本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態（粒子状物質発生装置１００）と、粒子状物質発生装置１００のガス出口２側に配設された、評価試料である多孔質セラミック構造体３２を収納する試料収納容器３１とを備え、粒子状物質発生装置１００で発生した粒子状物質をガスと共に試料収納容器３１に送り（粒子状物質含有ガスＦ２を試料収納容器３１に送り）、粒子状物質を含有するガス（粒子状物質含有ガスＦ２）を試料収納容器３１に収納された多孔質セラミック構造体３２に供給することができるものである。図８は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【００６３】
このように、本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００は、本発明の粒子状物質発生装置の一の実施形態（粒子状物質発生装置１００）で生成させた粒子状物質を試料収納容器３１に送り、試料収納容器３１内に収納された多孔質セラミック構造体３２に供給することができるため、燃焼温度の高い粒子状物質を所望量だけ多孔質セラミック構造体３２に送り、多孔質セラミック構造体３２について、粒子状物質を捕集して行う試験を効率的に行うことができる。そして、多孔質セラミック構造体３２を自動車等に搭載して粒子状物質を捕集した場合の結果に近い試験結果を得ることができる。
【００６４】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００は、図８に示すように、冷却空気導入ノズル３３を側面に備えた冷却空気混合管３４を、粒子状物質発生装置１００と試料収納容器３１との間に、備えることが好ましい。そして、冷却空気導入ノズル３３から冷却空気混合管３４内に供給された冷却空気Ｆ３と、粒子状物質含有ガスＦ２とを、冷却空気混合管３４内で混合し、排気ガス（粒子状物質含有ガスＦ２）の温度制御をすることができることが好ましい。これにより、より実際の使用に近い温度条件で多孔質セラミック構造体３２の評価をすることができる。冷却空気混合管３４と粒子状物質発生装置１００との接合、及び冷却空気混合管３４と試料収納容器３１との接合は、フランジを介して行われていることが好ましい。
【００６５】
また、本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００は、図９に示すように、冷却空気供給手段４１と、冷却空気供給手段４１から供給される空気（冷却空気Ｆ３）の流量を制御する冷却空気流量制御手段４２とを更に備え、冷却空気供給手段４１から、粒子状物質発生装置１００と試料収納容器３１との間に、冷却空気Ｆ３を導入し、冷却空気Ｆ３と粒子状物質を含有するガス（粒子状物質含有ガスＦ２）とを混合し、排気ガス（粒子状物質含有ガスＦ２）の温度制御をすることができることが好ましい。冷却空気供給手段４１と冷却空気供給ノズルとが配管で接続されていることが好ましい。図９は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【００６６】
冷却空気供給手段４１としては、特に限定されないが、具体的には、コンプレッサー、ブロア等を挙げることができる。冷却空気流量制御手段４２としては、特に限定されないが、具体的には、減圧弁、流量調整弁等を挙げることができる。
【００６７】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００において、試料収納容器３１は、円筒状の缶体であることが好ましいが、底面が「四角形等の多角形」の筒状の缶体であってもよい。また、試料収納容器３１は、ガスの入口側に入口管３１ａが配設され、ガスの出口側に出口管３１ｂが配設されていることが好ましい。そして、冷却空気混合管３４に整流管３５および入口管３１ａが接続され、冷却空気混合管３４から排出された粒子状物質含有ガスＦ２と冷却空気Ｆ３との混合ガスが、入口管３１ａから試料収納容器３１内に流入し、試料収納容器３１を通過して出口管３１ｂから外部に排出されることが好ましい。尚、冷却空気混合管３４を使用しない場合には、入口管３１ａが、燃焼室３のガス出口２に接続されることが好ましい。
【００６８】
試料収納容器３１の大きさは、試験を行う多孔質セラミック構造体を内部に収納することができれば特に限定されない。試料収納容器３１の材質としては、ステンレス鋼を挙げることができる。入口管３１ａの材質と出口管３１ｂの材質は、試料収納容器３１の材質と同じであることが好ましい。入口管３１ａの内径（直径）は、試料の径により略決まり、通常用いられる試料の径を考慮すると、５０〜１０６ｍｍが好ましい。また、入口管３１ａの最大内径と、冷却空気混合管３４の内径と略同じ長さであることも好ましい態様である。また、入口管３１ａの、ガスの流れる方向における長さも、試料の径により略決まり、通常用いられる試料の径を考慮すると、５０〜２００ｍｍが好ましい。出口管３１ｂの内径（直径）は、入口管３１ａの内径と略等しいことが好ましい。また、出口管３１ｂの、ガスの流れる方向における長さは、５０〜３００ｍｍが好ましい。
【００６９】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００において、冷却空気混合管３４は、燃焼室３のガス出口２と同じ形状の開口部を有する配管であることが好ましい。冷却空気混合管３４のガスの流れる方向における長さは、特に限定はないが、冷却空気供給ノズルの内径の２倍以上の長さがあることが望ましい。冷却空気と粒子状物質含有ガスとの混合が不十分にならないように、冷却空気混合管３４出口と入口管３１ａの入口の間に冷却空気と粒子状物質含有ガス混合用の配管（整流管３５）を設置することが好ましい。整流管３５の長さとしては、冷却空気供給ノズル３３の内径の３倍以上の長さであることが好ましい。
【００７０】
冷却空気混合管３４に配設される冷却空気供給ノズル３３の接続位置は特に限定はないが、冷却空気混合管３４の「燃焼室３と接続されている側の端部」から「冷却空気混合管３４の長さの３０％の長さだけ離れた位置」から、冷却空気混合管３４の燃焼室３と接続されている側の端部から「冷却空気混合管３４の長さの８０％の長さだけ離れた位置」までの範囲に接続されていることが好ましい。冷却空気供給ノズル３３の内径は、５０〜１１０ｍｍが好ましい。
【００７１】
冷却空気供給ノズル３３は、当該冷却空気供給ノズル３３から流入する冷却空気の進行方向と、冷却空気混合管３４のガスが流れる方向とにより形成される角度（小さい側の角度）が３０〜６０°となるように冷却空気混合管３４に配設されていることが好ましい。これにより、冷却空気と、粒子状物質含有ガスとの混合を十分に行うことができる。冷却空気供給ノズル３３及び冷却空気供給ノズル３３の材質としては、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。
【００７２】
本実施形態の多孔質セラミック構造体評価装置２００によって評価を行う多孔質セラミック構造体３２は、排気ガス等から粒子状物質を捕集するためのフィルターとして使用されるものであれば特に限定されない。例えば、図１０、図１１に示すような、「一方の端面５５から他方の端面５６まで貫通し」流体の流路となる複数のセル５２を区画形成する「多孔質セラミックからなる隔壁５１」と、外周に位置する外周壁５４とを備え、一方の端面５５における所定のセルの開口部と、他方の端面５６における残余のセルの開口部に目封止部５３を有するセラミックハニカム構造体５０を挙げることができる。図１０、図１１に示すセラミックハニカム構造体５０は、一方の端面５５側に目封止部５３が形成された上記所定のセルと、他方の端面５６側に目封止部５３が形成された上記残余のセルとが交互に並び、一方の端面５５と他方の端面５６に市松模様が形成されている。図１０は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体５０を模式的に示す斜視図である。図１１は、本発明の多孔質セラミック構造体評価装置の一の実施形態で評価を行うセラミックハニカム構造体５０のセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
図８に示すような構造の多孔質セラミック構造体評価装置２００を、厚さ９ｍｍのステンレス鋼を材料として作製した。偏流形成用配管１１における「入口部の長さＤ１」（図１参照）を３０ｍｍとし、「出口部の長さＤ２」（図１参照）を１４ｍｍとし、角部１４（図１参照）の外側（外周１４ａ側）の円弧の半径を１３０ｍｍとした。また、偏流形成用配管１１の直線部分（入口部及び出口部）の内径（直径）を７０ｍｍとした。偏流形成用配管１１は、円筒状のステンレス鋼が曲げられた形状（角部が曲線状のＬ字状配管）とした。また、燃焼室３のガスの流れる方向における長さを８００ｍｍとし、空気入口１（図１参照）の内径（直径）を７０ｍｍとし、ガス出口２（図１参照）における内径（直径）を１０６ｍｍとし、中央の平行部分（テーパーになっていない部分）の内径（直径）を１３０ｍｍとした。燃焼室３は、円筒形状の両端部がテーパー状に細く形成された構造とした。冷却空気混合管３４のガスの流れる方向における長さを４５０ｍｍとし、内径を燃焼室３のガス出口２（図１参照）における内径と同じ長さにした。冷却空気混合管３４に配設される冷却空気供給ノズル３３は、内径（直径）１０６ｍｍとした。冷却空気混合管３４及び冷却空気供給ノズル３３は円筒状とした。試料収納容器３１は、内径（直径）３１３ｍｍ、長さ３６０ｍｍの円筒状とした。冷却空気流量調整手段としては、減圧弁と流量調整弁を用いた。また、冷却空気供給手段によって発生させた空気（冷却空気）を、燃焼用空気及び冷却空気として用いた。
【００７５】
また、燃焼室３の入口１（図１参照）から、メインバーナ４までの距離を２１０ｍｍとした。メインバーナ４は、直径（内径）１０．５ｍｍの円筒状とし、直径６ｍｍの供給孔５（図２参照）が１つ形成されたものとした。メインバーナ４は、ガスの流れる方向に直交する断面において供給孔が燃焼室３の中心に位置するように配置した。また、供給孔の向きを、「気体燃料の、メインバーナからの供給方向」が１２０°方向（図４参照）（「供給孔の向き」が１２０°方向）になるようにした。尚、図４に示すように、偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分の「燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」における、重心（中心）２１から燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２に向かう方向２３が、「燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向」である９０°方向（Ｑ９０）に平行になるようにして、偏流形成用配管１１を燃焼室３の空気入口１に配設した。そして、「燃焼用空気の流れが最も遅い位置２２」は、偏流形成用配管１１の、入口部１８の中心軸と出口部１９の中心軸とを含む平面で切断した断面（図４に示す断面）において、偏流形成用配管１１の角部１４の内部における「内周１４ｂ側の曲がり終わりの位置１７」から、偏流形成用配管出口１３に向かって燃焼用空気の流れ方向に平行に直線（内周側の直線）を引いたときに、当該「内周側の直線」と「偏流形成用配管と燃焼室の空気入口との接続部分の燃焼用空気の流れ方向に直交する断面」とが交わる部分である。これにより、燃焼室内におけるメインバーナに形成された供給孔の位置における燃焼用空気の流速が、燃焼室内における燃焼用空気全体の平均流速より遅くなる。
【００７６】
上記多孔質セラミック構造体評価装置２００を用いて、粒子状物質を発生させた。燃料としては、ＬＰＧ（液化プロパンガス）を気化させたものを用いた。気体燃料使用量（ＬＰＧの使用量）を２５．７リットル／分とした。燃焼用空気は０．５Ｎｍ３／分で供給し、冷却空気を加えた後のガス総量は３．５Ｎｍ３／分であった。平均空気過剰率λは、０．８であった。平均空気過剰率λは、「λ＝燃焼用空気流量（Ｎｍ３／分）／（燃料流量（Ｎｍ３／分）×２４．３）」の式で求めた値である。パイロットバーナは、メインバーナを着火後も点火したままとした。
【００７７】
上記粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質の発生量（粒子状物質発生量）を以下の方法で測定し、発生した粒子状物質の燃焼温度（粒子状物質燃焼温度）を以下の方法で測定した。結果を表１に示す。
【００７８】
（粒子状物質の発生量）
粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質を濾紙で捕集し、その増加質量から単位時間当たりの粒子状物質の発生量を算出した。
【００７９】
（粒子状物質の燃焼温度）
上記「粒子状物質の発生量」の測定方法によって得られた「粒子状物質が捕集された濾紙」を、電気炉で４５０℃に加熱し、その後、「１０℃昇温する毎に１０分間保持する」という操作を繰り返しながら昇温し、濾紙上の粒子状物質が完全に焼失したときの温度を粒子状物質の燃焼温度とした。
【００８０】
【表１】
【００８１】
（実施例２〜７）
気体燃料使用量を表１に示すように変更することにより、平均空気過剰率を変化させた以外は、実施例１と同様にして、粒子状物質を発生させた。また、「粒子状物質発生量」及び「粒子状物質燃焼温度」についても実施例１と同様にして上記方法で測定した。結果を表１に示す。
【００８２】
（参考例）
特開２００７−１５５７１２号公報に記載のＰＭ発生装置を用いて、粒子状物質を発生させた。使用燃料である液体燃料としては、軽油を用いた。軽油の使用量（液体燃料使用量）は、３．６リットル／時間とした。燃料間欠噴射手段における、燃料の噴射時間（開弁時間）を１５ミリ秒とし、燃料噴射周期（開弁周期）を６０ミリ秒とした。これにより、デューティー比（開弁時間／開弁周期）は０．２５であった。また、燃焼用空気の供給量を０．４５Ｎｍ３／分とし、総空気量を４．０Ｎｍ３／分とした。平均空気過剰率λを０．８１とし、瞬間空気過剰率を０．２０とした。瞬間空気過剰率とは、液体燃料を噴射した瞬間の、液体燃料の濃度が高くなった部分の空気過剰率である。実施例１と同様にして、「粒子状物質発生量」及び「粒子状物質燃焼温度」を上記方法で測定した。結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
（実施例８）
燃焼用空気の供給量を１．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とし、メインバーナ４の燃料供給孔の向きを、０°方向（図４参照）とした以外は、実施例１と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表３に示す。尚、粒子状物質濃度は測定値である粒子状物質発生量から、燃焼用空気１Ｎｍ３当たりの粒子状物質の質量を計算により求めたものである。
【００８５】
【表３】
【００８６】
（実施例９〜１６）
「供給孔の向き」を、表３に示すように変更した以外は、実施例８と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表３に示す。
【００８７】
（実施例１７）
燃焼用空気の供給量を２．０Ｎｍ３／分とし、メインバーナ４を、図６に示すような「９個の供給孔５を形成した形状」とし、各供給孔５の開口径（直径）を２ｍｍとし、平均空気過剰率λを１．２とした以外は、実施例１と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表４に示す。
【００８８】
【表４】
【００８９】
（実施例１８〜２３）
メインバーナ４の供給孔５の個数を１個とし、供給孔５の直径を、表４に示すように変更した以外は、実施例１７と同様にして、粒子状物質を発生させた。上記方法により、粒子状物質発生量を測定した。結果を表４に示す。尚、実施例２３においては、円筒状のメインバーナ４の直径（内径）を１４ｍｍにした。
【００９０】
（実施例２４）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を４２０ｍｍとし、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を、２１０ｍｍとした。また、燃焼用空気の供給量を３．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とした。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表５に示す。
【００９１】
【表５】
【００９２】
（実施例２５〜２９）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２を表５に示すように変更した以外は、実施例２４と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表５に示す。
【００９３】
（実施例３０）
燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を、３０ｍｍとし、偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を１４ｍｍとし、燃焼用空気の供給量を１．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とした。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表６に示す。
【００９４】
【表６】
【００９５】
（実施例３１〜３５）
燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を表５に示すように変更した以外は、実施例３０と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表６に示す。
【００９６】
（実施例３６〜３８）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を４２０ｍｍとし、燃焼用空気の供給量を表７に示すように変更した以外は、空気過剰率λ、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表７に示す。
【００９７】
【表７】
【００９８】
（実施例３９〜４１）
偏流形成用配管１１における曲がり終わりの位置１７（偏流が生じる位置）から、燃焼用空気入口１までの長さである、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を１４ｍｍとし、燃焼用空気の流量を表７に示すように変更した以外は、空気過剰率λ、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径、および燃焼室３等は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表７に示す。
【００９９】
（実施例４２）
燃焼室３の中央の平行部分（直管部３ａ）（図１参照）の内径（直径）を８１ｍｍとし、偏流形成用配管１１の直線部分（入口側直管１８及び出口側直管１９）（図１参照）の内径（直径）を４３ｍｍとし、偏流形成用配管１１における、出口側直管１９の長さＤ２（図１参照）を１４ｍｍとした。また、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を偏流形成用配管１１の直線部分（入口側直管１８及び出口側直管１９）の内径（直径）の３倍（１２９ｍｍ）とし、また、燃焼室３のガスの流れる方向における長さを８００ｍｍとした。また、燃焼用空気の供給量を０．２５Ｎｍ３／分、平均空気過剰率λを１．２とした。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径等の、その他の条件は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表８に示す。
【０１００】
【表８】
【０１０１】
（実施例４３〜５９）
偏流形成用配管１１の出口側直管１９の長さ（図１参照）を１４ｍｍとし、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離を偏流形成用配管１１の直線部分（入口側直管１８及び出口側直管１９）の内径（直径）の３倍とした。また、燃焼室３のガスの流れる方向における長さを８００ｍｍとし、燃焼室の内径（ガスの流れる方向における中央部の直径）、偏流形成用配管１１の内径、燃焼用空気の供給量、燃焼用空気の平均流速を表７に示す。また、メインバーナ４の直径、供給孔の向き、径等の、その他の条件は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表８に示す。
【０１０２】
（実施例６０）
「供給孔の向き」を１２０°とし、燃焼室の内径（ガスの流れる方向における中央部の直径）を１３０ｍｍとし、燃焼用空気の供給量を３．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とした以外は、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。尚、実施例１と同様に、メインバーナ４は、ガスの流れる方向に直交する断面において、「供給孔が、燃焼室３の中心に位置する」ように配置した（供給孔位置：０ｍｍ）。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表９に示す。
【０１０３】
【表９】
【０１０４】
（実施例６１〜６４）
供給孔の中心からの位置を表９に示すように中心から外側へ変更した以外は、実施例６０と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表９に示す。
【０１０５】
（実施例６５、６６）
燃焼用空気の供給量を１．０Ｎｍ３／分とし、平均空気過剰率λを１．２とし、実施例１と同様にして粒子状物質を発生させた。尚、実施例１と同様に、メインバーナ４は、ガスの流れる方向に直交する断面において、「供給孔が、燃焼室３の中心に位置する」ように配置した（供給孔位置：０ｍｍ）。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表１０に示す。尚、実施例６６は、実施例６５において「パイロットバーナを、メインバーナを着火して１５秒後に消火した」ものである。
【０１０６】
【表１０】
【０１０７】
（実施例６７、６８）
燃焼用空気の供給量を２．０Ｎｍ３／分とした以外は、実施例６５と同様にして粒子状物質を発生させた。上記方法により、「粒子状物質発生量」を測定した。結果を表１０に示す。尚、実施例６８は、実施例６７において「パイロットバーナを、メインバーナを着火して１５秒後に消火した」ものである。
【０１０８】
表１、表２より、実施例１〜７の粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質の燃焼温度は、従来例の粒子状物質発生方法によって発生した粒子状物質の燃焼温度より高いことがわかる。実際のディーゼルエンジンから排出される粒子状物質の燃焼温度が５００〜５６０℃程度であるため、実施例１〜７の粒子状物質発生方法によって、これと同等の粒子状物質が得られていることが分かる。
【０１０９】
表３より、「供給孔の向き」が１２０〜１８０°である場合に特に粒子状物質が多く発生していることがわかる。
【０１１０】
表４より、メインバーナの供給孔の個数を１個にして、気体燃料を分散させずに集中して燃焼室内に供給したほうが、粒子状物質が多く発生していることがわかる。更に、メインバーナ４の供給孔５の直径は４〜１０ｍｍの範囲である場合に特に粒子状物質が多く発生していることがわかる。
【０１１１】
表５より、「偏流形成用配管１１における燃焼用空気に偏流が生じる位置（曲がり終わりの位置）１７（図１参照）から燃焼室入口１までの距離「出口側直管の長さＤ２」（図１参照）は１４０ｍｍ以下で粒子状物質の発生量が多くなることが分かる。短い程、メインバーナ付近の偏流程度が大きくなるためと思われる。
【０１１２】
表６より、燃焼用空気入口１からメインバーナ４までの距離が７０〜４００ｍｍで粒子状物質は多く発生していることがわかる。メインバーナ４までの距離が３０ｍｍの場合、燃焼用空気入口１に近過ぎるため、燃焼用空気の流速が速く、燃料と燃焼用空気の混合が良くなり、粒子状物質の発生量が少なくなったものと思われる。一方、６００ｍｍの場合、偏流配管から距離が遠いため、燃焼用空気の整流が進行し、偏流効果が小さくなり、粒子状物質の発生量が少なくなったものと思われる。
【０１１３】
表７より、セラミック構造体の耐熱衝撃性、耐久性を効率的に評価するためには、粒子状物質の発生量は多いほうが好ましい。具体的には、粒子状物質の濃度は燃焼用空気１Ｎｍ３あたり、０．７５ｇ以上であることが好ましい。「偏流形成用配管１１における燃焼用空気に偏流が生じる位置（曲がり終わりの位置）１７（図１参照）から燃焼室入口１までの距離「出口側直管の長さＤ２」（図１参照）が長い場合、粒子状物質の濃度を燃焼用空気１Ｎｍ３あたり０．７５ｇ以上とするには、燃焼室３の内径（直径）が１３０ｍｍの場合、燃焼用空気の供給量は約１Ｎｍ３／分が限界であることが分かる。一方、「出口側直管の長さＤ２」の短い場合、３Ｎｍ３／分まで０．７５（ｇ／Ｎｍ３）以上の濃度で発生できることが分かる。従って、「出口部の長さＤ２」を短くし、偏流を大きくすることで、燃焼室を小型化することが可能となる。
【０１１４】
表８より、粒子状物質の濃度０．７５（ｇ／Ｎｍ３）以上を達成するためには、燃焼用空気供給量２．０（Ｎｍ３／分）の場合には燃焼室の内径が１０６ｍｍ以上必要であり、燃焼用空気供給量３．０（Ｎｍ３／分）の場合には燃焼室の内径が１３０ｍｍ以上必要であり、燃焼用空気供給量４．０（Ｎｍ３／分）の場合には燃焼室の内径が１５５ｍｍ以上必要であり、この時の燃焼室３の直管部の平均流速は４．０ｍ／秒以下であることが分かる。
【０１１５】
表９より、メインバーナの供給孔は、燃焼室の中心より、燃焼用空気の流速が遅い外側にずれた位置に配置したほうが、粒子状物質の発生量が多くなることが分かる。特に供給孔位置の燃焼室の中心から、燃焼室内径（直径）に対する比率で１５〜３５％の距離だけ離れた範囲である場合に、特に粒子状物質が多く発生していることがわかる。
【０１１６】
表１０より、パイロットバーナを、「メインバーナを着火した後」に消火することにより、粒子状物質の発生量が多くなることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の粒子状物質発生装置は、自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業用定置エンジン、燃焼機器等から排出される排ガスに含有される粒子状物質を捕集するための多孔質セラミック構造体の評価を行うために好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１：空気入口、２：ガス出口、３：燃焼室、３ａ：直管部、３ｂ：テーパー部、４：メインバーナ、５：供給孔（気体燃料を供給する孔）、６：パイロットバーナ、７：フランジ（鍔部）、８：燃焼室の中心、１１：偏流形成用配管、１２：偏流形成用配管入口、１３：偏流形成用配管出口、１４：角部、１４ａ：外周（角部の外周）、１４ｂ：内周（角部の内周）、１５：フランジ、１６：曲がり始めの位置、１７：曲がり終わりの位置（偏流が生じる位置）、１８：入口側直管、１９：出口側直管、２１：重心（中心）、２２：燃焼用空気の流れが最も遅い位置、２３：重心（中心）から燃焼用空気の流れが最も遅い位置に向かう方向、３１：試料収納容器、３１ａ：入口管、３１ｂ：出口管、３２：多孔質セラミック構造体、３３：冷却空気、３４：冷却空気混合管、３５：整流管、４１：冷却空気供給手段、４２：冷却空気流量制御手段、５０：ハニカム構造体、５１：隔壁、５２：セル、５３：目封止部、５４：外周壁、５５：一方の端面、５６：他方の端面、１００：粒子状物質発生装置、２００：多孔質セラミック構造体評価装置、Ｄ１：入口側直管の長さ、Ｄ２：出口側直管の長さ、Ｆ１：燃焼用空気、Ｆ２：粒子状物質含有ガス、Ｆ３：冷却空気、Ｑ：気体燃料の供給方向（供給孔の向き）、Ｑ０：０°方向、Ｑ９０：９０°方向、Ｑ１８０：１８０°方向、Ｑ２７０：２７０°方向、ｄ：内径、Ｓ：範囲。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を供給するための空気入口及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスを排出するためのガス出口を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室と、
前記燃焼室に挿入され、気体燃料を前記燃焼室内に連続的に供給する供給孔が形成されたメインバーナと、
前記燃焼室に配設され前記燃焼室に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナと、
前記燃焼室の前記空気入口に配設され、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する断面における前記燃焼用空気の流速の速い領域を中央部から偏らせて前記燃焼用空気に偏流を生じさせる偏流形成用配管とを備える粒子状物質発生装置。
【請求項２】
前記偏流形成用配管が、一方の端部側に直線状に延びる入口側直管を有するとともに他方の端部側に直線状に延びる出口側直管を有し、前記入口側直管及び前記出口側直管に繋がる角部が曲線状に形成されたＬ字状配管である請求項１に記載の粒子状物質発生装置。
【請求項３】
前記偏流形成用配管の前記出口側直管の長さが１４０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の粒子状物質発生装置。
【請求項４】
前記燃焼室入口から、前記メインバーナまでの距離が７０〜４００ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項５】
前記メインバーナから供給される気体燃料の前記メインバーナからの供給方向が、前記燃焼用空気の流れ方向を含む平面内における、前記燃焼用空気の流れ方向を０°方向とし前記燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向としたときの、９０〜２７０°方向である請求項１〜４のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項６】
前記メインバーナが管状構造であり、前記メインバーナに前記気体燃料を供給する供給孔が１個形成され、前記供給孔の開口径が４〜１０ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項７】
前記メインバーナの前記供給孔が、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する平面で前記メインバーナが挿入されている位置を切断した前記燃焼室の断面において、前記燃焼室の中心から前記燃焼室の内径の３５％までの範囲に位置する請求項１〜６のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項８】
前記燃焼室が、中心軸方向における中央部に直径が均一な直管部を有するとともに中心軸方向における両端部にテーパー状に細く形成されたテーパー部を有する円筒状であり、
前記燃焼室の直管部の内径が、前記直管部を流れる前記燃焼用空気の流量が使用時における最大流量であるときに前記燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下となるような大きさである請求項１〜７のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質発生装置を用いて、粒子状物質を発生させる粒子状物質発生方法。
【請求項１０】
平均空気過剰率が０．８〜３．０になるように、前記空気入口から前記燃焼用空気を供給し、前記メインバーナから前記気体燃料を連続的に供給し、前記パイロットバーナにより前記気体燃料に着火して前記気体燃料を燃焼させて粒子状物質を発生させ、前記粒子状物質を含有するガスを前記ガス出口から排出する請求項９に記載の粒子状物質発生方法。
【請求項１１】
前記メインバーナに着火後、パイロットバーナを消火する請求項９又は１０に記載の粒子状物質発生方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質発生装置と、前記粒子状物質発生装置のガス出口側に配設された、評価試料である多孔質セラミック構造体を収納する試料収納容器とを備え、
前記粒子状物質発生装置で発生した粒子状物質をガスと共に前記試料収納容器に送り、前記粒子状物質を含有する前記ガスを前記試料収納容器に収納された多孔質セラミック構造体に供給することができる多孔質セラミック構造体評価装置。
【請求項１３】
冷却空気供給手段と、前記冷却空気供給手段から供給される空気の流量を制御する冷却空気流量制御手段とを更に備え、
前記冷却空気供給手段から、前記粒子状物質発生装置と前記試料収納容器との間に、冷却空気を導入し、冷却空気と粒子状物質を含有するガスとを混合し、排気ガスの温度制御をすることができる請求項１２に記載の多孔質セラミック構造体評価装置。
【請求項１】
燃焼用空気を供給するための空気入口及び発生した粒子状物質を含有する粒子状物質含有ガスを排出するためのガス出口を有し、気体燃料が内部で燃焼されて粒子状物質が発生する燃焼室と、
前記燃焼室に挿入され、気体燃料を前記燃焼室内に連続的に供給する供給孔が形成されたメインバーナと、
前記燃焼室に配設され前記燃焼室に供給された気体燃料に着火するパイロットバーナと、
前記燃焼室の前記空気入口に配設され、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する断面における前記燃焼用空気の流速の速い領域を中央部から偏らせて前記燃焼用空気に偏流を生じさせる偏流形成用配管とを備える粒子状物質発生装置。
【請求項２】
前記偏流形成用配管が、一方の端部側に直線状に延びる入口側直管を有するとともに他方の端部側に直線状に延びる出口側直管を有し、前記入口側直管及び前記出口側直管に繋がる角部が曲線状に形成されたＬ字状配管である請求項１に記載の粒子状物質発生装置。
【請求項３】
前記偏流形成用配管の前記出口側直管の長さが１４０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の粒子状物質発生装置。
【請求項４】
前記燃焼室入口から、前記メインバーナまでの距離が７０〜４００ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項５】
前記メインバーナから供給される気体燃料の前記メインバーナからの供給方向が、前記燃焼用空気の流れ方向を含む平面内における、前記燃焼用空気の流れ方向を０°方向とし前記燃焼用空気の流れ方向に直交する一の方向を９０°方向としたときの、９０〜２７０°方向である請求項１〜４のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項６】
前記メインバーナが管状構造であり、前記メインバーナに前記気体燃料を供給する供給孔が１個形成され、前記供給孔の開口径が４〜１０ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項７】
前記メインバーナの前記供給孔が、前記燃焼用空気の流れ方向に直交する平面で前記メインバーナが挿入されている位置を切断した前記燃焼室の断面において、前記燃焼室の中心から前記燃焼室の内径の３５％までの範囲に位置する請求項１〜６のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項８】
前記燃焼室が、中心軸方向における中央部に直径が均一な直管部を有するとともに中心軸方向における両端部にテーパー状に細く形成されたテーパー部を有する円筒状であり、
前記燃焼室の直管部の内径が、前記直管部を流れる前記燃焼用空気の流量が使用時における最大流量であるときに前記燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下となるような大きさである請求項１〜７のいずれかに記載の粒子状物質発生装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質発生装置を用いて、粒子状物質を発生させる粒子状物質発生方法。
【請求項１０】
平均空気過剰率が０．８〜３．０になるように、前記空気入口から前記燃焼用空気を供給し、前記メインバーナから前記気体燃料を連続的に供給し、前記パイロットバーナにより前記気体燃料に着火して前記気体燃料を燃焼させて粒子状物質を発生させ、前記粒子状物質を含有するガスを前記ガス出口から排出する請求項９に記載の粒子状物質発生方法。
【請求項１１】
前記メインバーナに着火後、パイロットバーナを消火する請求項９又は１０に記載の粒子状物質発生方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質発生装置と、前記粒子状物質発生装置のガス出口側に配設された、評価試料である多孔質セラミック構造体を収納する試料収納容器とを備え、
前記粒子状物質発生装置で発生した粒子状物質をガスと共に前記試料収納容器に送り、前記粒子状物質を含有する前記ガスを前記試料収納容器に収納された多孔質セラミック構造体に供給することができる多孔質セラミック構造体評価装置。
【請求項１３】
冷却空気供給手段と、前記冷却空気供給手段から供給される空気の流量を制御する冷却空気流量制御手段とを更に備え、
前記冷却空気供給手段から、前記粒子状物質発生装置と前記試料収納容器との間に、冷却空気を導入し、冷却空気と粒子状物質を含有するガスとを混合し、排気ガスの温度制御をすることができる請求項１２に記載の多孔質セラミック構造体評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０９２０２（Ｐ２０１１−２０９２０２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８８７０（Ｐ２０１０−７８８７０）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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