特許 6998222 フィルタ試験装置及びその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-22

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】フィルタ試験装置及びその使用方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 15/10 20060101AFI20220111BHJP

   G01M 15/02 20060101ALI20220111BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

G01M15/10

G01M15/02

F01N3/00 G

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018005930

(22)【出願日】2018-01-17

(65)【公開番号】P2019124606

(43)【公開日】2019-07-25

【審査請求日】2020-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大塚 貴康

(72)【発明者】

【氏名】川原 武義

(72)【発明者】

【氏名】福海 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】玉井 裕二

(72)【発明者】

【氏名】後藤 優喜

【審査官】亀澤 智博

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５２３３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８８６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８９４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２３８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１４７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１２７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２５２１３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １５／００ －１５／１４

Ｆ０１Ｎ ３／００ － ３／３８

Ｆ２３Ｄ １１／００ －１１／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼用空気の入口、煤発生用メインバーナ、パイロットバーナ、及び燃焼ガスの生成空間を備えた燃焼部と、
アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能なフィーダと、
フィーダから供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置と、
燃焼部で生成した燃焼ガスの流路内に設けられた、前記空気輸送するための装置からの不燃性粒子を同伴する空気の入口、及び前記燃焼ガスと前記空気を混合して混合ガスを生成するための混合空間を備えた混合部と、
混合部で生成した混合ガスの流路内に設けられた、混合ガス中の煤及び不燃性粒子を捕集するフィルタを設置するための空間、及びフィルタからの浄化されたガスの出口を備えたフィルタ設置部と、
を具備するフィルタ試験装置。

【請求項2】

燃焼部はフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを備える請求項１に記載のフィルタ試験装置。

【請求項3】

フィーダは不燃性粒子を定量供給可能に構成されている請求項１又は２に記載のフィルタ試験装置。

【請求項4】

アッシュを模擬した不燃性粒子はＣａ、Ｐ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＳよりなる群から選択される一種以上の元素を含有する化合物を含む請求項１～３の何れか一項に記載のフィルタ試験装置。

【請求項5】

フィルタの入口側及び出口側の間の圧力損失を測定するための圧力計測器を具備する請求項１～４の何れか一項に記載のフィルタ試験装置。

【請求項6】

燃焼部に供給される燃焼用空気の流量制御装置を具備する請求項１～５の何れか一項に記載のフィルタ試験装置。

【請求項7】

煤発生用メインバーナに供給される燃料の流量制御装置を具備する請求項１～６の何れか一項に記載のフィルタ試験装置。

【請求項8】

空気輸送するための装置は、フィーダから供給される不燃性粒子を輸送するための配管及び空気を輸送するための配管を備え、
前記不燃性粒子を輸送するための配管は、空気を輸送するための配管の途中に設けられたベンチュリ部に連結されており、
空気を輸送するための配管は、ベンチュリ部の下流側で、混合部における前記不燃性粒子を同伴する空気の入口に連結されている、
請求項１～７の何れか一項に記載のフィルタ試験装置。

【請求項9】

混合部は冷却用空気の入口を備える請求項１～８の何れか一項に記載のフィルタ試験装置。

【請求項10】

フィルタ設置部にフィルタを設置した上でフィルタ試験装置を稼働させて混合ガスを生成し、混合ガス中の煤及び不燃性粒子をフィルタで捕集することを含む請求項１～９の何れか一項に記載のフィルタ試験装置の使用方法。

【請求項11】

燃焼部での煤の発生量がフィルタの体積１Ｌ当たり０．０２ｇ／ｍｉｎ以上となるように燃焼用空気の流量及び煤発生用メインバーナへ供給する燃料の流量を制御し、且つ、フィーダからの不燃性粒子の供給量がフィルタの体積１Ｌ当たり０．０５ｇ／ｍｉｎ以上となるように制御することを含む請求項１０に記載の使用方法。

【請求項12】

燃焼部での煤の発生量（ｇ／ｍｉｎ）に対するフィーダからの不燃性粒子の供給量（ｇ／ｍｉｎ）の比を０．５～４０の範囲に制御することを含む請求項１０又は１１に記載の使用方法。

【請求項13】

フィルタの入口における混合ガスの温度を１００～１１００℃の範囲に制御することを含む請求項１０～１２の何れか一項に記載の使用方法。

【請求項14】

燃焼部はフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを備えており、フィーダの運転を停止した状態で、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを用いてフィルタ再生用高熱ガスを発生させ、フィルタに捕集された煤を燃焼することを含む請求項１０～１３の何れか一項に記載の使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はフィルタ試験装置に関する。また、本発明はフィルタ試験装置の使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等の内燃機関を搭載した自動車から排出される排ガスには、炭素を主成分とする煤（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の他、エンジンオイル由来の未燃成分（Ｃａ、Ｐ、Ｍｇ等の化合物）を主成分とするアッシュが含まれる。煤やアッシュは環境汚染の原因となるため、従来、これらの内燃機関の排ガスラインには煤及びアッシュを捕集するＧＰＦやＤＰＦ等のフィルタが装着されている。

【0003】

フィルタに捕集された煤及びアッシュはフィルタの圧力損失を増加させたり捕集機能を劣化させたりする原因となる。このため、煤及びアッシュがフィルタに堆積したときのフィルタの経時的な性能変化を把握することは、フィルタの性能評価及び研究開発において重要である。

【0004】

従来、煤及びアッシュの堆積による影響を検討するために、フィルタを装着したガソリン車若しくはディーゼル車を走行させる、又は、長期間エンジンを回すといった方法で、フィルタを試験することが行われていた。しかしながら、実車輌でのアッシュ堆積速度は非常に緩やかであるため、アッシュを堆積させるのに半年以上もの長時間を要し、試験に要する費用も多大となっていた。

【0005】

そこで、実際の自動車から排出される排気ガスを模擬したガスを供給することで、短時間で効率よく試験を行うための装置が従来提案されてきた。

【0006】

例えば、特開２０１２－１８９４５４号公報（特許文献１）では、ディーゼルエンジより排出される粒子状物質と同等の燃焼温度を有する粒子状物質を多量に発生させることができ、かつ、所定圧損までのＰＭ堆積量のバラツキが小さい粒子状物質発生装置であると同時に、フィルタ再生用高熱ガス発生装置でもある装置が提案されている。具体的には、気体燃料を内部で燃焼させて粒子状物質含有ガスまたはフィルタ再生用高熱ガスを発生させる燃焼室であって、前記燃焼室に燃焼用空気を供給する空気入口と、前記燃焼室で発生した粒子状物質含有ガスまたはフィルタ再生用高熱ガスを前記燃焼室から排出するガス出口とを備えた燃焼室、前記燃焼室内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メインバーナ、および、前記燃焼室内に取り付けられ前記燃焼室に供給された気体燃料と燃焼用空気の混合ガスに着火するパイロットバーナを備えた粒子状物質含有ガスまたはフィルタ再生用高熱ガス発生装置が記載されている。

【0007】

特開２０１６－１８８６３３号公報（特許文献２）では、ＤＰＦの固体成分（ＰＭやアッシュ）の捕集効率を、エンジンやバーナ装置を用いることなく、迅速かつ簡便に測定することができる測定装置が提案されている。具体的には、ディーゼルパティキュレートフィルタに空気を送り込む送気装置と、前記送気装置から前記ディーゼルパティキュレートフィルタに送り込まれた空気を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタから引き抜き、外部に排出する排気装置と、前記送気装置から前記ディーゼルパティキュレートフィルタに送り込まれる空気中に、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる固体成分を模擬した粒子状の模擬固体成分を、一定の周期で断続的に供給する模擬固体成分供給装置とを備えた、ディーゼルパティキュレートフィルタの固体成分捕集効率を測定するための測定装置が記載されている。また、特許文献２には、模擬固体成分として、パティキュレートマターを模擬したカーボンブラック（人工煤）及びアッシュを模擬した不燃性粒子を使用することも記載されている。

【0008】

また、オイル中のアッシュの添加量を増加させたり、火炎にオイルを注入したりして、オイルを燃焼させたときのアッシュの発生量を増加させて、アッシュをフィルタに加速堆積させる方法も知られている（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１２－１８９４５４号公報

【文献】特開２０１６－１８８６３３号公報

【非特許文献】

【0010】

【文献】Fabian Sonntag, Peter Eilts, “Evaluation of Accelerated Ash Loading Procedures for Diesel Particulate Filters”, SAE International, 2016-01-0939, 04/05/2016

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１に記載の装置は煤の発生に焦点を当てており、アッシュを発生させることは念頭においていない。

【0012】

特許文献２によれば、模擬固体成分を空気と混合させてフィルタ試験を行うため、エンジンやバーナ装置を用いることなく安全に試験を行うことができるものの、実車輌では数百℃の高温ガスがフィルタを通過するため、実車輌を使用するときの条件との乖離が大きい。また、模擬固体成分として使用する人工煤は一般には燃焼温度が２９０～５２０℃程度であり、実車輌で生成する煤の燃焼温度に比べて低温側にシフトしている。このため、特許文献２に記載の方法で模擬固体成分をフィルタに堆積させ、実車輌のように高温条件下でフィルタの圧力損失を計測すると、大部分の人工煤が燃焼してしまい、高温条件下でのフィルタの圧力損失の挙動を実車輌に近い条件で分析することができない。

【0013】

非特許文献１ではオイルの燃焼によりアッシュの発生量を制御しているため、アッシュの発生量の制御が難しい。また、アッシュの発生量にも限度があり、より迅速に加速試験を行うことができることが望まれる。更に、実車輌では、煤とアッシュが排ガス成分として一緒になり混合された状態でフィルタへ堆積するが、非特許文献１ではアッシュを加速堆積させることに力点を置いており、煤の堆積についての検討が不足している。

【0014】

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、実車輌に近似した条件下で、煤とアッシュが一緒になり混合された状態でフィルタへ堆積する状況を短時間に模擬することを可能とするフィルタ試験装置を提供することを課題の一つとする。また、本発明はそのようなフィルタ試験装置の使用方法を提供することを課題の別の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、煤をバーナで発生させると共に、バーナからの燃焼ガス中にアッシュを模擬した不燃性粒子をフィーダから供給することが有効であることを見出し、本発明を完成させた。

【0016】

本発明は一側面において、
燃焼用空気の入口、煤発生用メインバーナ、パイロットバーナ、及び燃焼ガスの生成空間を備えた燃焼部と、
アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能なフィーダと、
フィーダから供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置と、
燃焼部で生成した燃焼ガスの流路内に設けられた、前記空気輸送するための装置からの不燃性粒子を同伴する空気の入口、及び前記燃焼ガスと前記空気を混合して混合ガスを生成するための混合空間を備えた混合部と、
混合部で生成した混合ガスの流路内に設けられた、混合ガス中の煤及び不燃性粒子を捕集するフィルタを設置するための空間、及びフィルタからの浄化されたガスの出口を備えたフィルタ設置部と、
を具備するフィルタ試験装置である。

【0017】

本発明に係るフィルタ試験装置の一実施形態においては、燃焼部はフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを備える。

【0018】

本発明に係るフィルタ試験装置の別の一実施形態においては、フィーダは不燃性粒子を定量供給可能に構成されている。

【0019】

本発明に係るフィルタ試験装置の更に別の一実施形態においては、アッシュを模擬した不燃性粒子はＣａ、Ｐ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＳよりなる群から選択される一種以上の元素を含有する化合物を含む。

【0020】

本発明に係るフィルタ試験装置の更に別の一実施形態においては、フィルタ試験装置はフィルタの入口側及び出口側の間の圧力損失を測定するための圧力計測器を具備する。

【0021】

本発明に係るフィルタ試験装置の更に別の一実施形態においては、フィルタ試験装置は燃焼部に供給される燃焼用空気の流量制御装置を具備する。

【0022】

本発明に係るフィルタ試験装置の更に別の一実施形態においては、フィルタ試験装置は煤発生用メインバーナに供給される燃料の流量制御装置を具備する。

【0023】

本発明に係るフィルタ試験装置の更に別の一実施形態においては、
空気輸送するための装置は、フィーダから供給される不燃性粒子を輸送するための配管及び空気を輸送するための配管を備え、
前記不燃性粒子を輸送するための配管は、空気を輸送するための配管の途中に設けられたベンチュリ部に連結されており、
空気を輸送するための配管は、ベンチュリ部の下流側で、混合部における前記不燃性粒子を同伴する空気の入口に連結されている。

【0024】

本発明に係るフィルタ試験装置の更に別の一実施形態においては、混合部は冷却用空気の入口を備える。

【0025】

本発明は別の一側面において、フィルタ設置部にフィルタを設置した上でフィルタ試験装置を稼働させて混合ガスを生成し、混合ガス中の煤及び不燃性粒子をフィルタで捕集することを含む本発明に係るフィルタ試験装置の使用方法である。

【0026】

本発明に係るフィルタ試験装置の使用方法の一実施形態においては、燃焼部での煤の発生量がフィルタの体積１Ｌ当たり０．０２ｇ／ｍｉｎ以上となるように燃焼用空気の流量及び煤発生用メインバーナへ供給する燃料の流量を制御し、且つ、フィーダからの不燃性粒子の供給量がフィルタの体積１Ｌ当たり０．０５ｇ／ｍｉｎ以上となるように制御することを含む。

【0027】

本発明に係るフィルタ試験装置の使用方法の別の一実施形態においては、燃焼部での煤の発生量（ｇ／ｍｉｎ）に対するフィーダからの不燃性粒子の供給量（ｇ／ｍｉｎ）の比を０．５～４０の範囲に制御することを含む。

【0028】

本発明に係るフィルタ試験装置の使用方法の更に別の一実施形態においては、フィルタの入口における混合ガスの温度を１００～１１００℃の範囲に制御することを含む。

【0029】

本発明に係るフィルタ試験装置の使用方法の更に別の一実施形態においては、燃焼部はフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを備えており、フィーダの運転を停止した状態で、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを用いてフィルタ再生用高熱ガスを発生させ、フィルタに捕集された煤を燃焼することを含む。

【発明の効果】

【0030】

本発明の一実施形態によれば、実車輌により近似した条件下で、煤とアッシュが一緒になり混合された状態でフィルタへ堆積する状況を短時間に模擬することを可能とするフィルタ試験装置が提供される。
本発明の一実施形態によれば、フィルタ特性として重要な煤とアッシュが同時に堆積した時の圧力損失を実車輌に近似した条件下（例えば５００℃以上の温度）で測定可能である。
本発明の一実施形態によれば、バーナでの煤発生量及びフィーダからの不燃粒子供給量をそれぞれ独立して制御できるので、燃焼ガスに含まれる煤とアッシュの割合を任意に設定できる。このため、実車輌に近似した煤及びアッシュのフィルタへの堆積状態を容易に達成可能である。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態に係るフィルタ試験装置の模式的な側面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るフィルタ試験装置の燃焼部の模式的な側面図である。

【図3】アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能なフィーダの構造例を模式的に示す斜視図である。

【図4】フィーダから供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置の構造例を示す模式的な側面図である。

【図5】ＤＰＦの一例を模式的に示す斜視図である。

【図6】ＤＰＦの一例をセルの延びる方向に直交する方向から観察したときの模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

【0033】

（１．試験装置）
図１には、本発明の一実施形態に係るフィルタ試験装置の模式的な側面図が記載されている。
本実施形態に係るフィルタ試験装置１００は、
燃焼用空気の入口１１２、煤発生用メインバーナ１１４、パイロットバーナ１１６、及び燃焼ガスの生成空間１１５を備えた燃焼部１１０と、
アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能なフィーダ１２０と、
フィーダ１２０から供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置１３０と、
燃焼部１１０で生成した燃焼ガスの流路内に設けられた、前記空気輸送するための装置１３０からの不燃性粒子を同伴する空気の入口１４２、及び前記燃焼ガスと前記空気を混合して混合ガスを生成するための混合空間１４４を備えた混合部１４０と、
混合部１４０で生成した混合ガスの流路内に設けられた、混合ガス中の煤及び不燃性粒子を捕集するフィルタ１５２を設置するための空間１５４、及びフィルタ１５２からの浄化されたガスの出口１５６を備えたフィルタ設置部１５０と、
を具備する。

【0034】

（１．１ 燃焼部）
一実施形態において、燃焼部１１０は、燃焼用空気の入口１１２、煤発生用メインバーナ１１４、パイロットバーナ１１６、及び燃焼ガスの生成空間１１５を備える。燃焼部１１０を区画する壁の材質としては、限定的ではないが、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。煤発生用メインバーナ１１４に燃料が供給され、また、燃焼用空気が燃焼用空気の入口１１２から燃焼部１１０内に供給される。パイロットバーナ１１６には、燃料及び空気を供給することができる。燃焼ガスの生成空間１１５では、煤発生用メインバーナ１１４に供給される燃料が燃焼して燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは煤を含有することができる。

【0035】

パイロットバーナ１１６は煤発生用メインバーナ１１４に点火する目的で主に使用される。煤発生用メインバーナ１１４に着火後にパイロットバーナの運転を停止してもよいが、煤発生用メインバーナ着火後もパイロットバーナの運転を継続してもよい。煤発生用メインバーナ１１４に着火後にパイロットバーナの運転を停止する場合、煤発生用メインバーナ１１４に着火してから、１０秒以上経過後、例えば１０～２０秒経過後に、パイロットバーナ１１６を消火することが好ましい。これによって、安定した燃焼状態で煤を効率よく発生することができる。１０秒以上経過前にパイロットバーナ１１６を消火すると、煤発生用メインバーナ１１４がその後消えることがある。

【0036】

一実施形態において、燃焼部１１０は、全体形状を筒状とすることができ、典型的には円筒状とすることができる。燃焼用空気の入口１１２を筒状燃焼部の一端に設け、筒状燃焼部１１０内で発生した燃焼ガスの出口１１３を筒状燃焼部の他端に設けることができる。燃焼部を筒状（典型的には円筒状）とする場合、図１に示すように、両端がテーパー状に縮径していることが好ましい。両端をテーパー状に縮径させることで、燃焼用空気及び燃焼ガスの流れがスムーズとなり、煤の発生量を多くすることができ、且つ、圧損を低く抑えることができる。また、燃焼用空気の入口１１２と燃焼ガスの出口１１３には、図１に示すように、他の部材や配管との接合のために、フランジ部（鍔部）１１９が形成されていることが好ましい。

【0037】

燃焼部１１０の大きさは、特に限定されないが、燃焼用空気により、燃料を燃焼させ、フィルタ試験を短時間で行うのに適当な煤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、ＧＰＦ及びＤＰＦの一般的な大きさの範囲からみて、燃焼部が円筒状であり、燃焼用空気の流量が０．０４Ｎｍ³／分～０．２５Ｎｍ³／分であり、煤の発生量（濃度）が０．２５～０．７５ｇ／Ｎｍ³必要となる場合、燃焼部の内径（直径）は１３０～２５０ｍｍであることが好ましく、１５０～２００ｍｍであることがより好ましい。また、燃焼部の容積は、６，０００～３５，０００ｃｍ³であることが好ましく、６，０００～３０，０００ｃｍ³であることがより好ましい。燃焼部の内径が１３０ｍｍより小さいと、煤の生成量が少なくなることがある。また、燃焼部の内径が２５０ｍｍより大きいと燃焼部内に均一な分布で燃焼用空気を流すための最小流量が制限されることがある。燃焼部の容積が、６，０００ｃｍ³より小さいと燃焼部の壁が高温となり、燃焼部が酸化劣化したり、周辺への熱遮蔽が必要となったりすることがある。また、燃焼部の容積が、３５，０００ｃｍ³より大きいと、フィルタ試験装置が大きくなるため、試験装置の製作コストや運転コストが大きくなり、また、設置スペースを大きくする必要が生じることがある。

【0038】

（１．２ 煤発生用メインバーナ）
煤発生用メインバーナ１１４により、煤を含有する燃焼ガスを生成することができる。煤発生用メインバーナ１１４の形状には特に制約はないが、例えば筒状にすることができ、典型的には円筒状にすることができる。

【0039】

燃焼ガス中の煤の含有量は、例えば、燃焼部１１０に供給される燃焼用空気の流量及び煤発生用メインバーナ１１４に供給される燃料の流量を調整することで制御可能である。従って、本発明の一実施形態においては、フィルタ試験装置１００は燃焼部１１０に供給される燃焼用空気の流量制御装置１０３を備えることができる。また、本発明の一実施形態においては、フィルタ試験装置は煤発生用メインバーナ１１４に供給される燃料の流量制御装置１０６を備えることができる。燃焼用空気の流量制御装置１０３又は燃料の流量制御装置１０６としては、空気又は燃料の流量を制御するというそれぞれの目的が達成できれば特段の制限はないが、例えば、減圧弁及び流量制御バルブが挙げられる。流量制御バルブの開閉は手動で行ってもよいし、空気式、電気式、油圧式、ソレノイド式等の電磁バルブ及び電動バルブ等のバルブアクチュエータを介して行ってもよい。流量制御バルブの制御はマスフローコントローラを使用して行ってもよい。燃焼用空気の流量制御装置１０３及び燃料の流量制御装置１０６は、それぞれ一つを使用してもよいし、二つ以上を組み合わせて使用してもよい。

【0040】

煤発生用メインバーナ１１４による燃焼部での煤の発生量は、短時間で実車輌の寿命走行距離に相当する分のアッシュ堆積を模擬するという観点から、フィルタの体積１Ｌ当たり０．０２ｇ／ｍｉｎ以上となるように燃焼用空気の流量及び煤発生用メインバーナへ供給する燃料の流量を制御することが好ましい。煤の発生量は、フィルタの体積１Ｌ当たり０．０２ｇ／ｍｉｎ以上となるように燃焼用空気の流量及び煤発生用メインバーナへ供給する燃料の流量を制御することがより好ましく、フィルタの体積１Ｌ当たり０．０５ｇ／ｍｉｎ以上となるように燃焼用空気の流量及び煤発生用メインバーナへ供給する燃料の流量を制御することが更により好ましい。煤の発生量の上限には特に制約はないが、過度に大きくするとフィルタの入口が煤で閉塞してしまい、フィルタ内部に煤が堆積しにくくなるので、フィルタの体積１Ｌ当たり１ｇ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、フィルタの体積１Ｌ当たり０．５ｇ／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。ここで、フィルタの体積とはフィルタの外形寸法から測定した値を指し、フィルタ内部の空間部分は考慮しない。

【0041】

燃焼ガス中の煤の含有量は、煤発生用メインバーナ１１４の燃料供給孔１１７ａの開口径の大きさによっても変化させることができる。具体的には、煤発生用メインバーナ１１４に、開口径の大きさ燃料供給孔１１７ａを使用すると燃焼ガス中の煤の量が増加しやすく、開口径の小さな燃料供給孔１１７ａを使用すると燃焼ガス中の煤の量が減少しやすい。燃焼ガス中の煤の含有量を高めるという点から、燃料供給孔１１７ａの開口径は、４ｍｍ以上であることが好ましく、６ｍｍ以上であることがより好ましい。但し、燃料供給孔１１７ａの開口径が大きすぎても煤の発生量が低下する場合があるため、燃料供給孔１１７ａの開口径は、１４ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。ここで、燃料供給孔１１７ａの開口径は円相当径を指す。

【0042】

燃焼ガス中の煤の含有量は、燃料供給孔１１７ａの個数によっても変化させることができる。燃料供給孔１１７ａの個数は少なくし、燃料を分散させずに集中して燃焼部１１０内に供給したほうが、煤の発生量が多くなる傾向にある。従って、燃焼ガス中の煤の含有量を増加させるという観点からは、一つの煤発生用メインバーナ１１４に当たりに設置される燃料供給孔１１７ａの個数は２つ以下であるのが好ましく、１つであるのがより好ましい。

【0043】

一般には、燃焼ガス中の煤の含有量を多くするには燃料が不完全燃焼しやすいように空気過剰率を低く設定すればよい。しかしながら、実車輌の排ガス中に含まれる煤は燃焼温度が５００℃以上と比較的高温であることが多い。そこで、実車輌に近似した燃焼温度の高い煤を発生させるという観点からは、煤発生用メインバーナ１１４を運転中、燃焼部１１０内での平均空気過剰率を０．９～２．０、好ましくは１．０～１．５の範囲で燃焼させることにより、燃焼温度の高い煤を生成させることができる。例示的には、燃焼温度が５００～５６０℃の煤を生成させることができる。一実施形態において、煤は炭素を９０質量％以上含有することができる。煤は炭素以外にＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）分等を含有することがある。

【0044】

燃焼部１１０内での平均空気過剰率は、燃焼用空気の入口１１２から供給される燃焼用空気全体の流量（Ｎｍ³／分）と煤発生用メインバーナ１１４に供給している燃料の流量（Ｎｍ³／分）と、を用いて算出する。

【0045】

また、煤発生用メインバーナ１１４が配置されている位置は、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から下流側（燃焼用空気の流れ方向における下流側）に向かって１００ｍｍの位置から、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から上流側（燃焼用空気の流れ方向における上流側）に向かって２００ｍｍの位置までの範囲内にあることが好ましい。煤発生用メインバーナ１１４が配置されている位置が、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から下流側に向かって１００ｍｍの位置から、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から上流側に向かって１００ｍｍの位置までの範囲内にあることがより好ましい。

【0046】

煤発生用メインバーナ１１４を運転させる際に燃焼部１１０に供給する燃焼用空気は、送気装置１０１から空気配管１０２を通して供給することができる。送気装置１０１としては、限定的ではないが、ドライエアー供給装置、送風機、コンプレッサ等が好適に使用できる。コンプレッサ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、流量制御装置１０３によって流量制御された燃焼用空気（圧縮空気）が、燃焼用空気の入口１１２に供給されることが好ましい。これにより、燃焼用空気の流速が高くなり、燃焼温度の高い煤を生成しやすくなる。具体的には、燃焼用空気の入口１１２における燃焼用空気の平均流速が０．１ｍ／秒以上であることが好ましく、０．５ｍ／秒以上であることがより好ましい。また、煤の発生量を多くするという観点からは、燃焼用空気の入口１１２における燃焼用空気の平均流速が４．０ｍ／秒以下であることが好ましく、２．０ｍ／秒以下であることがより好ましい。平均流速は、空気の供給流量（Ｎｍ³／秒）÷入口の断面積（ｍ²）により算出される。

【0047】

図２を参照すると、図２には本発明の一実施形態に係るフィルタ試験装置の燃焼部の模式的な側面図が記載されている。好ましい一実施形態において、煤発生用メインバーナ１１４は筒状（典型的には円筒状）であり、その中心軸が燃焼用空気の流れる方向に直交するように、燃焼部１１０内部に挿入される。煤発生用メインバーナ１１４の挿入方向は特に制限はないが、例えば燃焼部１１０の横側面から水平に挿入することができる。図２中、煤発生用メインバーナ１１４の中心軸を起点とした矢印は、燃料供給孔の向き、すなわち燃料の噴射方向を示している。燃料供給孔の向きは、燃焼用空気の流れ方向に逆らう向きに設定するほうが、燃焼温度の高い煤を多量に発生することができる。具体的には、燃焼温度の高い煤を多量に発生させるには、燃料供給孔の向きと、燃焼用空気の流れ方向のなす角度Ｑ１が、９０°～１８０°であることが好ましく、１３５°～１８０°であることがより好ましい。

【0048】

（１．３ フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ）
図１を参照すると、燃焼部１１０は更に、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８を備えてもよい。フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８により高温の燃焼ガスを発生させ、高温の燃焼ガスを利用してフィルタ内部に蓄積した煤を燃焼除去することができる。従って、フィルタ試験装置１００の使用方法の一実施形態においては、フィーダの運転を停止した状態で、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを用いてフィルタ再生用高熱ガスを発生させ、フィルタに捕集された煤を燃焼することを含む。フィルタ再生用高熱ガス発生用バーナの形状には特に制約はないが、例えば筒状にすることができ、典型的には円筒状にすることができる。

【0049】

先述した煤発生用メインバーナ１１４では、燃焼ガス温度は１００～３００℃程度とすることができ、典型的には１８０～２５０℃程度とすることができる。一方、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８では、生成する燃焼ガス温度を５００℃以上とすることができる。フィルタに蓄積された煤を除去するという観点からは、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８で生成する燃焼ガス温度は６００℃以上とすることがより好ましい。フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の燃焼ガス温度の上限は特に設定されないが、安全上の理由から、１０００℃以下とすることが好ましい。

【0050】

燃焼ガスの温度は、例えば、燃焼部１１０に供給される燃焼用空気の流量及びフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８に供給される燃料の流量を調整することで制御可能である。例えば燃焼用空気の流量を増やしたり、燃料の流量を増やしたりすることで燃焼ガスの温度を高くすることができる。従って、本発明の一実施形態においては、フィルタ試験装置１００は燃焼部１１０に供給される燃焼用空気の流量制御装置１０３を備えることができる。また、本発明の一実施形態においては、フィルタ試験装置１００はフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８に供給される燃料の流量制御装置１０６を備えることができる。燃焼用空気の流量制御装置１０３又は燃料の流量制御装置１０６としては、空気又は燃料の流量を制御するという目的が達成できれば特段の制限はないが、例えば、減圧弁及び流量制御バルブが挙げられる。流量制御バルブの開閉は手動で行ってもよいし、空気式、電気式、油圧式、ソレノイド式等の電磁バルブ及び電動バルブ等のバルブアクチュエータを介して行ってもよい。流量制御バルブの制御はマスフローコントローラを使用して行ってもよい。燃焼用空気の流量制御装置１０３は、一つの流量制御装置を使用してもよいし、二つ以上の流量制御装置を組み合わせて使用してもよい。同様に、燃料の流量制御装置１０６も、一つの流量制御装置を使用してもよいし、二つ以上の流量制御装置を組み合わせて使用してもよい。

【0051】

フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８では、煤発生用メインバーナ１１４と異なり、燃焼ガス中の煤の含有量が少ないほうが望ましい。煤の含有量はフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の燃料供給孔１１７ｂの開口径によって変化させることができる。具体的には、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８に、開口径の小さな燃料供給孔１１７ｂを形成すると燃焼ガス中の煤の量が減少しやすい。燃焼ガス中の煤の含有量を低減するという観点から、燃料供給孔１１７ｂの開口径は、６ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以下であることが更により好ましい。ここで、燃料供給孔１１７ｂの開口径は円相当径を指す。

【0052】

燃焼ガス中の煤の含有量は、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の燃料供給孔１１７ｂの個数によっても変化させることができる。燃料供給孔１１７ｂの個数を多くし、燃料を分散させて燃焼部１１０内に供給したほうが、煤の発生量が少なくなる傾向にある。従って、燃焼ガス中の煤の含有量を減少させるという観点からは、一つのフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８に当たりに設置される燃料供給孔１１７ｂの個数は５以上が好ましく、１０以上がより好ましく、２０以上が更により好ましい。また、燃料供給孔（燃料噴射口）１１７ｂを複数設置するときは、一列に並べる方が、燃焼安定性、煤の抑制の観点から、好ましい。

【0053】

燃焼ガス中の煤の含有量を少なくするという観点では、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８を運転中、燃焼部１１０内での平均空気過剰率は好ましくは２～１０であり、より好ましくは３～８である。燃焼部１１０内での平均空気過剰率は、燃焼用空気の入口１１２から供給される燃焼用空気全体の流量（Ｎｍ³／分）とフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８に供給している燃料の流量（Ｎｍ³／分）と、を用いて算出する。

【0054】

また、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８が配置されている位置は、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から下流側（燃焼用空気の流れ方向における下流側）に向かって１００ｍｍの位置から、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から上流側（燃焼用空気の流れ方向における上流側）に向かって２００ｍｍの位置までの範囲内にあることが好ましい。フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８が配置されている位置が、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から下流側に向かって１００ｍｍの位置から、パイロットバーナ１１６が配置されている位置から上流側に向かって１００ｍｍの位置までの範囲内にあることがより好ましい。

【0055】

フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８を運転させる際に燃焼部１１０に供給する燃焼用空気も、コンプレッサ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、流量制御装置１０３によって調整された燃焼用空気（圧縮空気）が、燃焼用空気の入口１１２に供給されることが好ましい。煤の発生量を少なくするという観点からは、燃焼用空気の入口１１２における燃焼用空気の平均流速が１．０ｍ／秒以上であることが好ましく、４．０ｍ／秒以上であることがより好ましい。また、安定した燃焼を確保するという観点からは、燃焼用空気の入口１１２における燃焼用空気の平均流速が４０．０ｍ／秒以下であることが好ましく、２０．０ｍ／秒以下であることがより好ましい。平均流速は、空気の供給流量（Ｎｍ³／秒）÷入口の断面積（ｍ²）により算出される。

【0056】

図２を参照すると、図２には本発明の一実施形態に係るフィルタ試験装置の燃焼部の模式的な側面図が記載されている。好ましい一実施形態において、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８は筒状（典型的には円筒状）であり、その中心軸が燃焼用空気の流れる方向に直交するように、燃焼部１１０内部に挿入される。フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の挿入方向は特に制限はないが、例えば燃焼部１１０の横側面から水平に挿入することができる。図２中、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の中心軸を起点とした矢印は、燃料供給孔の向き、すなわち燃料の噴射方向を示している。燃料供給孔の向きは、燃焼用空気の流れ方向と同じ方向に設定するほうが、煤の発生を抑制することができる。具体的には、煤の発生を抑制するには、燃料供給孔の向きと、燃焼用空気の流れ方向（図示の態様では筒状燃焼部の中心軸方向）のなす角度Ｑ２が、０°～９０°であることが好ましく、０°～４５°であることがより好ましい。

【0057】

燃焼部１１０は、煤発生用メインバーナ１１４及びフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８をそれぞれ少なくとも一つ設けるのが好ましい。しかしながら、煤発生用メインバーナ１１４及びフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の何れか又は双方を複数設けることも可能である。さらに、煤発生用メインバーナ１１４とフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８とを１つのメインバーナで共用することも可能である。この場合、燃料供給孔の向きを、煤を発生させるときと、高熱ガスを発生させるときとの間で、切り替え可能に構成することもできる。さらに、メインバーナの燃料供給孔の開口径を、煤を発生させるときと、フィルタ再生用高熱ガスを発生させるときとの間で、切り替え可能に構成することもできる。

【0058】

煤発生用メインバーナ１１４、パイロットバーナ１１６及びフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８の燃料としては、液体燃料及び気体燃料が使用できるが、取り扱い易さ及び安全面から、気体燃料が好ましい。気体燃料としては、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス等が挙げられる。燃料は一種類を単独使用してもよいし、二種類以上を組み合わせて使用してもよい。煤発生用メインバーナ１１４、パイロットバーナ１１６及びフィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ１１８を運転させる際に燃焼部１１０に供給する燃料は、燃料供給装置１０４から燃料配管１０５を通して供給することができる。燃料供給装置１０４としては、限定的ではないが、燃料ボンベ、燃料供給ポンプ等が好適に使用できる。

【0059】

（１．４ フィーダ）
図１を参照すると、フィーダ１２０は一実施形態において、アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能である。実車輌において、エンジンオイル由来のアッシュがフィルタに堆積する速度は非常に緩やかであるため、フィーダ１２０を用いて予め用意したアッシュを模擬した不燃性粒子を供給することが、実車輌に近似したアッシュの堆積状態を短時間で模擬するのに有効である。

【0060】

アッシュを模擬した不燃性粒子は一実施形態において、Ｃａ、Ｐ、Ｚｎ、Ｍｇ及びＳよりなる群から選択される一種以上の元素を含有する化合物を含む。アッシュを模擬した不燃性粒子の具体例としては、限定的ではないが、硫酸カルシウム粒子、炭酸カルシウム粒子、リン酸塩、硫酸亜鉛が挙げられる。これらの中でも、実際にエンジンから排出される排ガスに含まれるアッシュの成分に類似しているという理由から、硫酸カルシウム、炭酸カルシウムが好ましい。不燃性粒子は一種類を単独使用してもよいし、二種類以上を組み合わせて使用してもよい。

【0061】

フィーダ１２０によって供給される不燃性粒子には、実際にエンジンから排出される排ガスに含まれる固体成分の粒径と同程度の粒径を有するものを用いることが好ましい。従って、不燃性粒子の平均粒径は、１００～１０００００ｎｍであることが好ましく、１００～１０００ｎｍがより好ましい。このような不燃性粒子を用いることにより、実際にエンジンから排出される排ガスの状態をより正確に模擬することが可能となる。ここで、不燃性粒子の平均粒径は、光散乱法を測定原理とするレーザー回折／散乱式粒度測定装置により体積基準の累積粒度分布を測定したときの５０％粒子径のことである。

【0062】

アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能である限り、フィーダ１２０の構成に特に制限はないが、フィーダ１２０は不燃性粒子を定量供給可能に構成されていることが、アッシュの堆積速度を管理するという点で好ましい。フィーダ１２０は一実施形態において、不燃性粒子を保持するための収容部１２１と、収容部１２１内の不燃性粒子の排出機構１２２とを備える。排出機構１２２はモータ等の駆動装置によって作動させることができる。フィーダ１２０からの不燃性粒子の排出速度は例えばモータ等の駆動装置をインバータ制御することにより制御することができる。

【0063】

短時間でフィルタにアッシュを堆積させるという観点からは、フィーダからの不燃性粒子の供給量を、フィルタの体積１Ｌ当たり０．０５ｇ／ｍｉｎ以上となるように、好ましくは１ｇ／ｍｉｎ以上となるように、制御することが有利である。また、フィーダからの不燃性粒子の供給量の上限には特に制約はないが、過度に大きくするとフィルタの入口が不燃性粒子で閉塞してしまい、フィルタ内部に不燃性粒子が堆積しにくくなるのでフィーダからの不燃性粒子の供給量を、フィルタの体積１Ｌ当たり３０ｇ／ｍｉｎ以下となるように、好ましくは１５ｇ／ｍｉｎ以下となるように、制御することが有利である。

【0064】

そして、フィルタに堆積する煤及びアッシュの堆積状態を、実車輌に近似した煤及びアッシュの堆積状態に近づけるという観点からは、燃焼部での煤の発生量（ｇ／ｍｉｎ）に対するフィーダからの不燃性粒子の供給量（ｇ／ｍｉｎ）の比を０．５～４０の範囲に制御することが好ましく、５～１５の範囲に制御することがより好ましい。

【0065】

図３には、アッシュを模擬した不燃性粒子を供給可能なフィーダ３００の構造例を模式的に示す斜視図が記載されている。フィーダ３００は、収容容器３１１と、収容容器３１１の下方に設置され、鉛直方向に延びる回転軸を中心にして一定方向に回転可能な羽根車３１２とを備える。収容容器３１１は、アッシュを模擬した不燃性粒子３０５を収容するためのものであり、底部に孔３１５を設けることができる。収容容器３１１の底部には鉛直方向に延びる回転軸を中心にして一定方向に回転可能なすり切り羽根３０３が設置されている。羽根車３１２は、孔３１５の下方に配置され、モータ等の駆動装置（図示せず）によって、一定方向（例えば、時計回り）に回転することができる。フィーダ３００は、羽根車３１２の回転速度を制御可能なコントローラを有することが好ましい。羽根車３１２の回転速度を変化させることにより、不燃性粒子３０５のフィーダ３００からの供給速度を変化させることが可能である。

【0066】

羽根車３１２には、隣接する羽根３１３同士の間に、平面視略Ｕ字状の受容空間３１４を形成することができる。羽根車３１２が回転する過程において、受容空間３１４が、収容容器３１１の孔３１５の直下の位置Ａにあるときに、収容容器３１１に収容されている不燃性粒子３０５が、底部の孔３１５を通じて重力により落下し、この受容空間３１４に収まる。この際、すり切り羽根３０３が、受容空間３１４の上を回転しながら通過することで、不燃性粒子３０５のオーバーフロー分がすり切られる。その後、羽根車３１２の回転により、この受容空間３１４が、出口３０６の位置Ｃに到達したときに、受容空間３１４に収まっていた不燃性粒子３０５が、重力により下方に落下し、フィーダ３００から流出し、後述する空気輸送するための装置１３０に供給される。

【0067】

受容空間３１４に収まっていた不燃性粒子３０５が落下してから、次の受容空間３１４に収まっていた不燃性粒子３０５が落下するまでには、一定の時間を要する。つまり、ある一つの受容空間３１４が出口３０６の位置Ｃに到達した時点から、当該一つの受容空間３１４の１つ手前の位置Ｂにある受容空間３１４が上記位置Ｃに到達し、その後、受容空間３１４に収まっていた不燃性粒子３０５が落下する時点までには、一定の時間を要する。このため、図３に示すフィーダ３００からの不燃性粒子３０５の供給が、一定の周期で断続的に行われることになる。なお、位置Ｂは、羽根車３１２の回転方向において、位置Ｃの１つ手前の位置である。

【0068】

（１．５ フィーダから供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置）
図１を参照すると、フィルタ試験装置１００は一実施形態において、フィーダ１２０から供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置１３０を具備する。空気輸送するための装置１３０としては、フィーダ１２０から供給される不燃性粒子を、混合部１４０へ空気輸送することができれば特に制限はなく、圧送式及び吸引式の何れを採用してもよいが、エンジンからの排ガスを模擬するという観点から、送気装置１３４を用いた圧送式により空気輸送可能な装置とすることが好ましい。

【0069】

空気輸送するための装置１３０は一実施形態において、空気の流量制御装置１３５を備えることができる。空気の流量制御装置１３５としては、空気の流量を制御するという目的が達成できれば特段の制限はないが、例えば、減圧弁及び流量制御バルブが挙げられる。流量制御バルブの開閉は手動で行ってもよいし、空気式、電気式、油圧式、ソレノイド式等の電磁バルブ及び電動バルブ等のバルブアクチュエータを介して行ってもよい。流量制御バルブの制御はマスフローコントローラを使用して行ってもよい。空気の流量制御装置１３５は、それぞれ一つを使用してもよいし、二つ以上を組み合わせて使用してもよい。

【0070】

空気輸送するための装置１３０から供給する空気の圧力は、不燃性粒子を円滑に空気輸送するという観点から、０．０５ＭＰａＧ以上とすることが好ましく、０．１ＭＰａＧ以上とすることがより好ましい。空気輸送するための装置１３０から供給する空気の圧力は、過度に大きくする必要はないことから、０．５ＭＰａＧ以下とすることが好ましく、０．３ＭＰａＧ以下とすることがより好ましい。

【0071】

図４には、フィーダから供給される不燃性粒子を空気輸送するための装置４００の構造例が模式的に記載されている。空気輸送するための装置４００は、フィーダから供給される不燃性粒子を輸送するための配管４０２、空気を輸送するための配管４０４、空気を輸送するための配管４０４を流れる空気の流量制御装置４０７及び空気を配管４０４に送り込むための送気装置４０８を備える。送気装置４０８としては、限定的ではないが、ドライエアー供給装置、送風機、コンプレッサ等が好適に使用できる。

【0072】

不燃性粒子を輸送するための配管４０２は、空気を輸送するための配管４０４の途中に設けられたベンチュリ部４０６に連結されている。ベンチュリ部４０６では空気を輸送するための配管４０４が縮径しており、ベンチュリ効果によって空気の流速が増加し、低圧が発生する。これにより、不燃性粒子を輸送するための配管４０２を流れる不燃性粒子が空気を輸送するための配管４０４に吸引導入される。空気を輸送するための配管４０４は、ベンチュリ部４０６の下流側で、混合部１４０における不燃性粒子を同伴する空気の入口１４２に連結している。よって、ベンチュリ部４０６で空気と不燃性粒子が混合することで生成した不燃性粒子を同伴する空気は、配管４０４内を下流側に進み、空気の入口１４２から混合部１４０内に供給される。

【0073】

（１．６ 混合部）
図１を参照すると、フィルタ試験装置１００は一実施形態において、空気輸送するための装置１３０からの不燃性粒子を同伴する空気の入口１４２、及び前記燃焼ガスと前記空気を混合して混合ガスを生成するための混合空間１４４を備えた混合部１４０を具備する。混合部１４０を区画する壁の材質としては、限定的ではないが、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。一実施形態において、混合部１４０は、全体形状を筒状とすることができ、典型的には円筒状とすることができる。この場合、燃焼部で生成した燃焼ガスの入口１４６を筒状混合部の一端（一方の底面側）に設け、筒状混合部１４０内で発生した混合ガスの出口１４８を筒状混合部の他端（他方の底面側）に設けることができる。また、不燃性粒子を同伴する空気の入口１４２は筒状混合部の側面に設けることができる。

【0074】

また、燃焼ガスの入口１４６と混合ガスの出口１４８には、図１に示すように、他の部材や配管との接合のために、フランジ部（鍔部）１４７が形成されていることが好ましい。

【0075】

一実施形態において、混合部１４０は冷却用空気の入口１４９を備えることができる。冷却用空気を混合部１４０に供給することで、混合部１４０の温度を低下させることができる。また、冷却用空気の入口１４９に供給する冷却用空気の流量を調整することで、混合部１４０内の温度を調整することもできる。また、フィルタへ送り込むガスの総流量を調整することもできる。混合部１４０が筒状である場合、冷却用空気の入口１４９は混合部１４０の側面に設けることができる。冷却用空気の入口１４９は、空気輸送するための装置１３０からの不燃性粒子を同伴する空気の入口１４２よりも、燃焼ガスの流れ方向を基準に上流側又は下流側にずらして設置することが、不燃性粒子の流れの乱れを防止するという理由により好ましい。

【0076】

混合部１４０に供給する冷却用空気は、送気装置１０１から空気配管１０２を通して供給することができる。送気装置１０１としては、限定的ではないが、ドライエアー供給装置、送風機、コンプレッサ等が好適に使用できる。冷却用空気のために個別に送気装置１０１を設置して独立した配管系を形成してもよいが、燃焼用空気と共通の送気装置１０１を利用し、空気配管１０２を分岐することで冷却用空気のための配管系を形成するのが経済的である。冷却用空気の配管途中には流量制御装置１０３を設置することができる。冷却用空気の流量制御装置１０３は、燃焼用空気の説明の中で述べた流量制御装置１０３と同様であるため、詳細な説明を割愛する。

【0077】

（１．７ フィルタ設置部）
図１を参照すると、フィルタ試験装置１００は一実施形態において、混合ガス中の煤及び不燃性粒子を捕集するフィルタ１５２を設置するための空間１５４、及びフィルタ１５２からの浄化されたガスの出口１５６を備えたフィルタ設置部１５０を具備する。フィルタ設置部１５０は混合部１４０で生成した混合ガスの流路内に設けることができる。フィルタ設置部１５０を区画する壁の材質としては、限定的ではないが、ステンレス鋼、ニッケル合金等を挙げることができる。フィルタ設置部１５０にフィルタ１５２を設置した上でフィルタ試験装置１００を稼働させて混合ガスを生成させると、混合部１４０からの煤及びアッシュを含む混合ガスは、フィルタ設置部１５０に設置されたフィルタ１５２を通過する。混合ガス中の煤及び不燃性粒子はフィルタ１５２で捕集されるので、フィルタ１５２の出口からは、フィルタの性能に応じて浄化されたガスが排出される。浄化されたガスは、ダクト等の排気系統に流すことができる。

【0078】

フィルタ設置部１５０は一実施形態において、全体形状を筒状とすることができ、典型的には円筒状とすることができる。この場合、混合部１４０で生成した混合ガスの入口１５５を筒状フィルタ設置部の一端（一方の底面側）に設け、フィルタを通過した後の浄化されたガスの出口１５６を筒状混合部の他端（他方の底面側）に設けることができる。燃焼部１１０、混合部１４０及びフィルタ設置部１５０が共に筒状である場合、これらを同軸上に配列することができる。

【0079】

一実施形態において、フィルタ設置部１５０には、フィルタ１５２の入口側及び出口側の間の圧力損失を測定するための圧力計測器１５８を設置してもよい。圧力損失を測定することは、例えばフィルタの経時的な性能変化を評価及び分析するのに有用である。

【0080】

フィルタ１５２の入口における混合ガスの温度は、燃焼部で生成した燃焼ガスの温度に依存するところ、フィルタ１５２の入口における混合ガスの温度は、例えば１００～１１００℃の範囲に制御することができる。本発明に係るフィルタ試験装置の一実施形態においては、先述したように燃焼温度が５００℃以上の煤を生成することが可能である。実車輌においても同様の燃焼温度をもつ煤が生成する。このため、燃焼温度が５００℃以上の煤を生成することで、実車輌に近似した状態でフィルタの圧力損失を測定することも可能である。

【0081】

また、混合ガスの入口１５５と浄化されたガスの出口１５６には、図１に示すように、他の部材や配管との接合のために、フランジ部（鍔部）１５７が形成されていることが好ましい。

【0082】

（１．８ フィルタ）
本発明に係るフィルタ試験装置の試験対象となるフィルタ１５２としては、ガス中の煤及びアッシュを捕集可能な構造を有することができれば特に制限はない。典型的なフィルタとして、燃焼装置の排ガスラインに装着される煤及びアッシュを捕集するＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）及びＤＰＦ（Diesel Ｐarticulate Filter）が挙げられる。ＧＰＦ及びＤＰＦは一実施形態において、第一底面から第二底面まで延び、第一底面が開口して第二底面が目封止された複数の第１セルと、第一底面から第二底面まで延び、第二底面が目封止されて第一底面が開口する複数の第２セルと、第１セル及び第２セルを区画形成する多孔質の隔壁とを有する柱状のハニカム構造部を備える。

【0083】

図５には、ＤＰＦの一例を模式的に示す斜視図が記載されている。図６には、ＤＰＦの一例をセルの延びる方向に直交する方向から観察したときの模式的な断面図が記載されている。図示のフィルタ５００は外周側壁５０２と、外周側壁５０２の内側に配設され、第一底面５０４から第二底面５０６まで延び、第一底面５０４が開口して第二底面５０６が目封止された複数の第１セル５０８と、外周側壁５０２の内側に配設され、第一底面５０４から第二底面５０６まで延び、第一底面５０４が目封止されて第二底面５０６が開口する複数の第２セル５１０とを備える。また、図示のフィルタ５００においては、第１セル５０８及び第２セル５１０を区画形成する多孔質の隔壁５１２を備えており、第１セル５０８及び第２セル５１０が隔壁５１２を挟んで交互に隣接配置されている。

【0084】

フィルタ５００の上流側の第一底面５０４に煤及びアッシュを含む燃焼ガスが供給されると、燃焼ガスは第１セル５０８に導入されて第１セル５０８内を下流に向かって進む。第１セル５０８は下流側の第二底面５０６が目封止されているため、燃焼ガスは第１セル５０８と第２セル５１０を区画する多孔質の隔壁５１２を透過して第２セル５１０に流入する。煤及びアッシュは隔壁５１２を通過できないため、第１セル５０８内に捕集され、堆積する。煤及びアッシュが除去された後、第２セル５１０に流入した清浄な排ガスは第２セル５１０内を下流に向かって進み、下流側の第二底面５０６から流出する。

【0085】

フィルタ１５２の材質としては、限定的ではないが、多孔質セラミックスを挙げることができる。セラミックスとしては、コージェライト、ムライト、ジルコン、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、ジルコニア、スピネル、インディアライト、サフィリン、コランダム、チタニア等が挙げられる。そして、これらのセラミックスは、１種を単独で含有するものでもよいし、２種以上を同時に含有するものであってもよい。

【0086】

フィルタ１５２の外周側壁５０２とフィルタ設置部１５０の内壁の間に隙間が生じないように、フィルタ１５２の外周側壁５０２をキャニングすることが好ましい。

【実施例】

【0087】

以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【0088】

（１．フィルタの用意）
試験用に以下の仕様のＤＰＦを用意した。
材質：コージェライト製
形状：円柱状
寸法：直径１１８.４ｍｍ×高さ１２７.０ｍｍ（体積：１３９７４３９ｍｍ³）
セル密度：３４セル／ｃｍ²
隔壁の厚さ：１５０μｍ
セル形状（セルの長さ方向に垂直な断面におけるセルの断面形状）：正方形
隔壁の気孔率：４８％
隔壁の平均細孔径：１２μｍ
構造：第一底面から第二底面まで延び、第一底面が開口して第二底面が目封止された複数の第１セルと、第一底面から第二底面まで延び、第二底面が目封止されて第一底面が開口する複数の第２セルと、第１セル及び第２セルを区画形成する多孔質の隔壁とを有する柱状のハニカム構造部を有する。第１セル及び第２セルは隔壁を挟んで交互に隣接配置されており、各底面は市松模様状を呈する。

【0089】

（２．試験装置の構成）
図１に示す構造のフィルタ試験装置を作製した。各部の仕様は以下の通りである。燃焼部、混合部及びフィルタ設置部は略円筒状であり、これらを同軸上に配列した。

【0090】

（３．フィルタへの煤及び不燃性粒子の蓄積）
フィルタ設置部にフィルタを設置した上でフィルタ試験装置の煤発生用メインバーナ、フィーダ、及び不燃性粒子を空気輸送するための装置を以下の条件で稼働させて混合ガスを生成し、混合ガス中の煤及び不燃性粒子をフィルタで捕集した。
＜煤発生用メインバーナ＞
燃焼用空気：コンプレッサからの圧縮空気をマスフローコントローラを用いて１．５Ｎｍ³／分の流量で供給、平均流速１．６ｍ／秒
燃料：ボンベからのプロパンガスをマスフローコントローラを用いて０．０１Ｎｍ³／分の流量で供給
平均空気過剰率：０．９
フィルタ入口における燃焼ガス温度：２００℃
＜フィーダ＞
構造：粉体定量供給装置（株式会社アイシンナノテクノロジーズ社製マイクロンフィーダー ＴＦ-７０－ＣＴ）
不燃性粒子の種類：Ｃａ化合物
不燃性粒子の平均粒径：４０μｍ
不燃性粒子の供給量：０．５ｇ／ｍｉｎ
不燃性粒子の供給量制御方法：粉体を供給する歯車の回転数をモータでインバータ制御（不燃性粒子を空気輸送するための装置）
方式：圧送式（ベンチュリ効果を利用して不燃性粒子を空気を輸送するための配管に導入）
空気圧力：０．１ＭＰａＧ
試験時間は１Ｈｒとした。試験終了後、フィルタに蓄積した煤及び不燃性粒子の重量を、試験前後のフィルタの重量差から求めたところ、３０ｇであった。このうち、不燃性粒子の重量は、２９ｇであった。不燃性粒子の重量はガソリン車の走行寿命時の不燃性粒子の堆積量に相当する。また、不燃性粒子の供給量に基づいて算出した不燃性粒子の重量を差し引き、煤の重量を求めた。その結果、フィルタの体積１Ｌ当たり平均して０．０２ｇ／ｍｉｎの煤が蓄積したことが確認された。

【0091】

（４．圧力損失測定）
上記の試験によりフィルタへ煤及び不燃性粒子を蓄積後、フィーダの運転を停止した状態で、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを、平均空気過剰率＝２、フィルタ入口における燃焼ガス温度＝５００℃、フィルタ１Ｌ当たりの高熱ガス＝１Ｎｍ³／ｍｉｎの条件で１Ｈｒ稼働させたときの、フィルタの入口側及び出口側の間の圧力損失を測定した。試験後にフィルタ内を観察したところ、煤は実質的に全量残存しており、煤をほとんど燃焼させることなく圧力損失の測定が可能であったことが確認した。

【0092】

（５．フィルタ再生）
上記の試験によりフィルタへの煤及び不燃性粒子を蓄積後、フィーダの運転を停止した状態で、フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナを平均空気過剰率＝５、フィルタ入口における燃焼ガス温度＝６５０℃、フィルタ１Ｌ当たりの高熱ガス＝１Ｎｍ³／ｍｉｎの条件で稼働させながらフィルタ再生用高熱ガスを発生させ、フィルタに捕集された煤を燃焼させた。その結果、フィルタ内の煤が除去され、アッシュのみが残存したことが確認された。

【符号の説明】

【0093】

１００ フィルタ試験装置
１０１ 送気装置
１０２ 空気配管
１０３ 空気の流量制御装置
１０４ 燃料供給装置
１０５ 燃料配管
１０６ 燃料の流量制御装置
１１０ 燃焼部
１１２ 燃焼用空気の入口
１１３ 燃焼ガスの出口
１１４ 煤発生用メインバーナ
１１５ 燃焼ガスの生成空間
１１６ パイロットバーナ
１１７ａ 煤発生用メインバーナの燃料供給孔
１１７ｂ フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナの燃料供給孔
１１８ フィルタ再生用高熱ガス発生用メインバーナ
１１９ フランジ部（鍔部）
１２０ フィーダ
１２１ 収容部
１２２ 不燃性粒子の排出機構
１３０ 不燃性粒子を空気輸送するための装置
１３４ 送気装置
１３５ 空気の流量制御装置
１４０ 混合部
１４２ 不燃性粒子を同伴する空気の入口
１４４ 混合空間
１４６ 燃焼ガスの入口
１４８ 混合ガスの出口
１４７ フランジ部（鍔部）
１４８ 混合ガスの出口
１４９ 冷却用空気の入口
１５０ フィルタ設置部
１５２ フィルタ
１５４ フィルタを設置するための空間
１５６ 浄化されたガスの出口
１５７ フランジ部（鍔部）
１５８ 圧力計測器
３００ フィーダ
３０３ すり切り羽根
３０５ 不燃性粒子
３０６ 出口
３１１ 収容容器
３１２ 羽根車
３１３ 羽根
３１４ 受容空間
３１５ 孔
４００ 不燃性粒子を空気輸送するための装置
４０２ 不燃性粒子を輸送するための配管
４０４ 空気を輸送するための配管
４０６ ベンチュリ部
４０７ 空気の流量制御装置
４０８ 送気装置
５００ フィルタ
５０２ 外周側壁
５０４ 第一底面
５０６ 第二底面
５０８ 第１セル
５１０ 第２セル
５１２ 隔壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】