特許 7155844 付着物試験装置

(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】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】付着物試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/02 20060101AFI20221012BHJP

【ＦＩ】

G01N1/02 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018190919

(22)【出願日】2018-10-09

(65)【公開番号】P2020060420

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸谷 洋一

(72)【発明者】

【氏名】山田 剛

(72)【発明者】

【氏名】中島 勇人

【審査官】高田 亜希

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－１９８３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６５２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４９－０５２５８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０４－２１３０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０９７６３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０６０１９９４６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／００ － １／４４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気流路に設けられ、第１付着面および前記第１付着面と異なる位置に配される第２付着面を少なくとも有する捕集部材と、
前記第１付着面と前記第２付着面との温度を異ならせる温度調整部と、
を備える付着物試験装置。

【請求項2】

前記温度調整部は、
前記第１付着面側を加熱する加熱部と、
前記第２付着面側を冷却する冷却部と、
を含む請求項１に記載の付着物試験装置。

【請求項3】

前記捕集部材は、前記第１付着面側と前記第２付着面側とに分割可能である
請求項１または２に記載の付着物試験装置。

【請求項4】

流路断面積の異なる複数の内部流路が形成された流路形成部を備え、
前記捕集部材は、前記複数の内部流路に設けられる
請求項１から３のいずれか１項に記載の付着物試験装置。

【請求項5】

前記捕集部材は、
排気ガスの流れの上流側ほど、前記排気ガスの流れに垂直な断面積が小さくなる湾曲部
を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の付着物試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、付着物試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジン、タービン、ボイラーなどの排気ガスには、オイルミストや燃焼生成物などが含まれる。排気流路の内壁面や排気流路中の部材に、これらの物質が付着する。例えば、特許文献１には、ＥＧＲシステムが設けられたエンジンの吸気通路への付着物を試験するための試験装置が記載されている。この試験装置では、排気ガスと吸気が混合された混合気が引き込まれる試験用流路中に、回転ドラムが設けられる。回転ドラムの表面には、試験片が設置される。回転ドラム内部に設けられたヒータにより、試験片の温度が調整可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭５９－１９８３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

排気流路（ＥＧＲシステム付きの吸気流路を含む）における位置によっては、内壁面や各部材の温度が異なる。そのため、上記の特許文献１に記載の試験装置では、温度の異なる複数の位置を模擬した試験を行う場合、試験回数が多くなってしまう。そのため、温度などの条件の異なる試験を行う際に、試験回数を抑制する技術の開発が希求される。

【0005】

本開示は、試験回数を抑制することが可能な付着物試験装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示の付着物試験装置は、排気流路に設けられ、第１付着面および第１付着面と異なる位置に配される第２付着面を少なくとも有する捕集部材と、第１付着面と第２付着面との温度を異ならせる温度調整部と、を備える。

【0007】

温度調整部は、第１付着面側を加熱する加熱部と、第２付着面側を冷却する冷却部と、を含んでもよい。

【0008】

捕集部材は、第１付着面側と第２付着面側とに分割可能であってもよい。

【0009】

流路断面積の異なる複数の内部流路が形成された流路形成部を備え、捕集部材は、複数の内部流路に設けられてもよい。

【0010】

捕集部材は、排気ガスの流れの上流側ほど、排気ガスの流れに垂直な断面積が小さくなる湾曲部を有してもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示の付着物試験装置によれば、試験回数を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】付着物試験装置を説明するための図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

【図3】変形例を説明するための図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、付着物試験装置１を説明するための図である。図１に示すように、付着物試験装置１は、排気流路Ｅに設けられる。排気流路Ｅでは、エンジン、タービン、ボイラーなどの対象装置の燃焼室で生成された排気ガスが流通する。また、排気流路Ｅは、流通するガスに排気ガスが含まれる流路であればよい。例えば、ＥＧＲ（排気再循環：Exhaust Gas Recirculation）システム付きのエンジンの吸気通路であってもよい。

【0016】

排気流路Ｅには、貫通孔Ｅａが形成される。貫通孔Ｅａは、排気流路Ｅを形成する壁部Ｅｂを、例えば、排気流路Ｅの径方向に貫通する。貫通孔Ｅａを貫通方向から見た形状は、例えば、円形である。ただし、貫通孔Ｅａは、他の形状であってもよい。付着物試験装置１は、貫通孔Ｅａに挿通される。

【0017】

付着物試験装置１は、取付管２を有する。取付管２は、例えば、円筒形状である。取付管２の外側には、カバー管３が設けられる。カバー管３は、例えば、円筒形状である。カバー管３の一端が貫通孔Ｅａに挿通される。カバー管３は、貫通孔Ｅａに取付けられる。カバー管３と貫通孔Ｅａとの間、および、取付管２とカバー管３の間には、不図示のシール部材が設けられる。

【0018】

取付管２は、カバー管３に挿通される。取付管２の一端は、貫通孔Ｅａの内側に位置する。取付管２の他端側には、フランジ部２ａが形成される。カバー管３の他端側には、フランジ部３ａが形成される。フランジ部２ａとフランジ部３ａは、不図示の締結部材で締結される。

【0019】

取付管２の内部には、捕集部材４が設けられる。捕集部材４の少なくとも一部は、貫通孔Ｅａの内側に位置する。捕集部材４は、例えば、大凡円板形状である。捕集部材４は、取付管２の内部に着脱可能に取り付けられる。捕集部材４のうち、排気流路Ｅ側の端面４ａには、突出部４ｂが形成される。端面４ａのうち、突出部４ｂの周囲には、カバー板５が設けられる。カバー板５は、取付管２の一端および捕集部材４の端面４ａを覆う。

【0020】

捕集部材４のうち、端面４ａと反対側（排気流路Ｅの外側）の端面４ｃには、シャフト６の先端部が挿通される。シャフト６の先端部には、ネジ溝が形成されており、捕集部材４の端面４ｃに形成されたネジ穴に螺合する。シャフト６は、捕集部材４を取付管２に挿通させるための冶具であり、挿通後に捕集部材４から取り外されてもよい。

【0021】

対向板７は、排気流路Ｅ内に配される。対向板７は、捕集部材４の端面４ａに対向する。対向板７のうち、捕集部材４側の端面７ａと、捕集部材４の端面４ａは、離隔する。対向板７の端面７ａと、捕集部材４の端面４ａは、例えば、大凡平行に配置されている。対向板７の端面７ａと、捕集部材４の端面４ａとの間には、隔壁部８が配される。

【0022】

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図２では、カバー板５よりも、カバー板５の径方向外側の部材は図示を省略する。図２に示すように、捕集部材４の突出部４ｂは、大凡矩形である。上記の対向板７も、捕集部材４と大凡同形状である。カバー板５は、挿通孔５ａを有する。挿通孔５ａは、突出部４ｂと大凡同形状である。突出部４ｂは、挿通孔５ａに挿通される。

【0023】

隔壁部８は、図２中、左右方向（排気流路Ｅの流れに垂直な方向）に離隔して、３つ設けられる。隔壁部８は、排気流路Ｅの流れ方向に延在する。図２中、右側、および、中央の２つの隔壁部８は、突起部８ａを有する。突起部８ａは、互いに近接する方向に突出する。

【0024】

捕集部材４、対向板７、および、３つの隔壁部８は、流路形成部９を構成する。流路形成部９は、複数（ここでは、２つ）の内部流路９ａ、９ｂを形成する。内部流路９ａ、９ｂは、捕集部材４の端面４ａ、対向板７の端面７ａ、３つの隔壁部８により、囲繞される。

【0025】

内部流路９ａは、例えば、排気流路Ｅの流れ方向（図２中、上下方向）に亘って、流路断面積（流路幅）が大凡一定である。内部流路９ｂのうち、上流側の流路断面積は、内部流路９ａと大凡等しい。内部流路９ｂのうち、下流側の流路断面積は、突起部８ａによって、内部流路９ａよりも小さくなっている。

【0026】

排気流路Ｅを流れる排気ガスは、内部流路９ａ、９ｂに流入する。捕集部材４の端面４ａは、内部流路９ａ、９ｂの内壁面である（内部流路９ａ、９ｂに面する）。排気ガス中に含まれる物質の一部は、付着物として端面４ａに付着する。内部流路９ｂでは、内部流路９ａよりも流路断面積が小さい部位があるため、流速が高い。そのため、１度に複数の流速条件の試験が可能となる。その結果、試験回数が抑制される。

【0027】

ここで、捕集部材４の端面４ａのうち、上流側（図２中、上側）の部位を第１付着面４ｄとする。捕集部材４の端面４ａのうち、下流側（図２中、下側）の部位を第２付着面４ｅとする。

【0028】

捕集部材４のうち、第１付着面４ｄ側の内部には、加熱部１０ａが設けられる。加熱部１０ａは、捕集部材４の第１付着面４ｄ側を加熱する。加熱部１０ａは、例えば、電熱ヒータなどで構成される。ただし、加熱部１０ａは、第１付着面４ｄ側を加熱できれば、他の部材で構成されてもよい。例えば、加熱部１０ａは、高温の熱媒が流通する配管によって構成されてもよい。

【0029】

捕集部材４のうち、第２付着面４ｅ側の内部には、冷却部１０ｂが設けられる。冷却部１０ｂは、捕集部材４の第２付着面４ｅ側を冷却する。冷却部１０ｂは、例えば、冷却水などが流通する冷却流路などで構成される。ただし、冷却部１０ｂは、第２付着面４ｅ側を冷却できれば、他の部材で構成されてもよい。例えば、冷却部１０ｂは、ペルチェ素子で構成されてもよい。

【0030】

このように、加熱部１０ａ、冷却部１０ｂは、第１付着面４ｄと第２付着面４ｅとの温度を異ならせる温度調整部１０として機能する。

【0031】

捕集部材４の内部には、複数の温度センサ１１（図２中、クロスハッチングで示す）が設けられる。温度センサ１１は、捕集部材４の端面４ａ近傍の温度を検出する。温度センサ１１は、例えば、熱電対などで構成される。ただし、温度センサ１１は、捕集部材４の端面４ａ近傍の温度を検出できれば、他の部材で構成されてもよい。

【0032】

温度センサ１１は、内部流路９ａ、９ｂに沿って、複数設けられる（図２参照。ただし、図１では１つのみ示す）。温度センサ１１は、内部流路９ａ、９ｂの範囲に複数設けられる。温度センサ１１は、内部流路９ａ、９ｂよりも上流側にも設けられる。ただし、温度センサ１１は、この配置に限らず、内部流路９ａ、９ｂに沿って、複数設けられればよい。

【0033】

上記のように、温度調整部１０が設けられているため、端面４ａには温度勾配が生じる。温度センサ１１により、端面４ａの温度分布が推定可能である。そのため、１度に複数の温度条件の試験が可能となる。その結果、試験回数が抑制される。

【0034】

図３は、変形例を説明するための図である。図３に示すように、排気流路Ｅには、収容室Ｅｃが形成される。排気ガスは、収容室Ｅｃの流入口Ｅｄから収容室Ｅｃに流入し、流出口Ｅｅから排出される。流出口Ｅｅの下流に設けられたバルブＢａによって、排気ガスの流量が制御される。

【0035】

収容室Ｅｃには、捕集部材２４が設けられる。捕集部材２４は、図３中、左右方向（収容室Ｅｃへの流入時の排気ガスの流れ方向に垂直な方向）に、複数（ここでは、５つ）の小片部２４ａに分割可能である。捕集部材２４は、例えば、分割容易となるように、１つの部材に複数の切込みが形成されていてもよい。捕集部材２４は、複数の小片部２４ａを組み付けて形成されてもよい。それぞれの小片部２４ａの内部には、不図示の温度センサが設けられる。

【0036】

ここでは、例えば、図３中、一番左側の小片部２４ａの表面を第１付着面２４ｄ、図３中、一番右側の小片部２４ａの表面を第２付着面２４ｅとする。捕集部材２４は、第１付着面２４ｄ側と第２付着面２４ｅ側とに分割可能である。

【0037】

また、小片部２４ａごとに温度調整部３０が設けられる（図３では１つのみ示す）。温度調整部３０は、熱媒流路３０ａと、バルブ３０ｂを含む。熱媒流路３０ａは、小片部２４ａの内部に形成された流路（不図示）に連通する。バルブ３０ｂは、熱媒流路３０ａに設けられる。バルブ３０ｂを介して、熱媒の流量が制御される。熱媒は、例えば、液体であって、不図示の装置で加熱されてもよいし、冷却されてもよい。温度調整部３０によって、小片部２４ａごとの温度が調整可能となる。

【0038】

また、熱媒として気体が用いられてもよいし、熱媒の流量を意図的に小さく抑制してもよい。この場合、熱媒の加熱または冷却能力が低いことから、１つの小片部２４ａのなかでも、熱媒流路３０ａの上流側と下流側とで温度差が大きくなることがある。これにより、１つの小片部２４ａのみでも、複数の温度条件による試験が可能となる。

【0039】

捕集部材２４が分割可能であることから、試験後、捕集部材２４を温度条件の異なる小片部２４ａに分割して、各種測定などを容易に遂行可能となる。

【0040】

図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図４では、小片部２４ａ近傍を抽出して示す。図４に示すように、捕集部材２４の各小片部２４ａは、湾曲部３１を有する。湾曲部３１は、排気ガスの流れの上流側（図４中、上側）ほど、排気ガスの流れに垂直な断面積が小さくなる。ここでは、湾曲部３１は、排気ガスの流れの上流側ほど、図４中、左右方向の幅が小さくなる。

【0041】

湾曲部３１の近傍において、排気ガスの流速は、湾曲部３１の最上流部３１ａから下流側に離隔するほど、高速となる。湾曲部３１近傍において速度勾配が生じる。そのため、湾曲部３１を設けることで、様々な流速条件の試験が一度に行える。その結果、試験回数が抑制される。

【0042】

上述した実施形態及び変形例では、複数の温度条件、流速条件における付着物の試験を一度に行うことが可能となる。温度条件、流速条件の組み合わせから、エンジンなど対象装置の各部へ付着する物質の種類が推定可能となる。例えば、硫黄など、腐食の要因となる物質が付着するかなどが推定可能となる。シリンダの内壁面に煤などが付着して、摩耗の要因となる可能性の推定が可能となる。また、対象装置の各部のうち、付着物が特に付着し易い部位の推定が可能となる。単位時間当たりに付着した付着物の量から、どの程度の使用時間でどの程度の量だけ付着物が付着するのかが推定可能となる。

【0043】

また、付着物は、取付管２や排気流路Ｅから取り外し可能な捕集部材４、２４に付着している。そのため、捕集部材４、２４から付着物を採取せずに、捕集部材４、２４ごと、付着物の固さなどの測定が可能となる。試験前後の捕集部材４、２４（小片部２４ａ）の重量変化から、付着物の重量が容易に測定できる。

【0044】

また、排気流路Ｅに設けられた触媒などでは、排気ガスの流速の低下により付着物の付着量が増加する場合がある。そこで、捕集部材４、２４の一部、または、全部を、触媒と同一（または類似する）物質とすることで、触媒への付着物の付着を試験してもよい。

【0045】

以上、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0046】

例えば、上述した実施形態および変形例の排気流路Ｅは、エンジンなどの装置の既存の排気流路であってもよいし、既存の排気流路に並列して設けられたバイパス流路であってもよい。

【0047】

また、上述した実施形態および変形例では、付着物試験装置１が試験する対象装置として、エンジン、タービン、ボイラーなどを例に挙げて説明した。これらのうち、例えば、舶用などの大型のディーゼルエンジンでは、試験に要する燃料コストが大きくなる。付着物試験装置１では、上記のように、試験回数が抑制されることから、コスト削減効果が大きい。

【0048】

また、上述した実施形態では、温度調整部１０は、加熱部１０ａと冷却部１０ｂを含む場合について説明した。この場合、温度勾配を大きくすることが可能となる。ただし、温度調整部１０は、加熱部１０ａと冷却部１０ｂの一方のみを備えてもよい。

【0049】

また、上述した変形例では、捕集部材２４を複数の小片部２４ａに分割可能とする場合について説明した。しかし、捕集部材２４は、複数の小片部２４ａに分割可能に構成されておらずともよい。また、上述した実施形態の捕集部材４を、複数の小片部に分割可能に構成してもよい。

【0050】

また、上述した実施形態では、流路断面積の異なる複数の内部流路９ａ、９ｂが形成される場合について説明した。しかし、内部流路９ａ、９ｂは一つであってもよい。また、上述した変形例の湾曲部３１の代わりに、流路断面積の異なる複数の内部流路９ａ、９ｂが設けられてもよい。

【0051】

また、上述した変形例では、小片部２４ａに湾曲部３１が形成される場合について説明した。しかし、湾曲部３１は必須の構成ではない。また、上述した実施形態において、複数の内部流路９ａ、９ｂの代わりに、捕集部材４に湾曲部３１が形成されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本開示は、付着物試験装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0053】

１ 付着物試験装置
４ 捕集部材
４ｄ 第１付着面
４ｅ 第２付着面
９ 流路形成部
９ａ 内部流路
９ｂ 内部流路
１０ 温度調整部
１０ａ 加熱部
１０ｂ 冷却部
２４ 捕集部材
２４ｄ 第１付着面
２４ｅ 第２付着面
３０ 温度調整部
３１ 湾曲部
Ｅ 排気流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】