JP2007291385A - 煤を生産する方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現存の装置と方法の不利益を克服し、特に設定可能な特性をもつ煤の形成を可能とする再生可能な特性をもつ煤粒子を発生する装置と方法を提供する。
【解決手段】測定、校正、試験或いは濾過の試験目的の定義された特性をもつ煤を生産する方法は、燃料ガス１と酸素ガス２を燃焼室４に供給し、燃料ガス１と酸素ガス２を燃焼室４で反応するようもたらして火災３を起こし、燃焼室４に流れ状態を設定して火災３内のガスが非乱流形式に流れ、冷却希釈ガス５が流れ方向に関して火災の下流で、燃焼室４に供給される工程から成る。 燃焼室４から分離した煤放出導管は手順によって不要になる。同様に、方法を実行する装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、再生可能な特性をもつ煤を生産する方法と装置に関する。

再生可能な特性をもつ煤を生産する煤発生器は煤粒子測定装置の校正或いは調整のために必要とされる。そのような煤粒子測定装置は例えば内燃機関、特にジーゼル機関の放出特性を測定するために用いられる。煤発生器の適用のさらに重要な分野は最も異なるタイプの濾過器の開発と試験であり、濾過器の特性のために塵或いは煤エアゾールを既知の見込み、一定の見込みで準備しなければならなく、場合によっては調整可能な見込みで準備しなければならない。煤発生器はそのような適用において機関試験台に対する安価な代替物である。

煤発生の見込みは火災内の燃焼に基づいている。煤の特性は必要に応じて再生されるので、乱流が生じるべきではない。これは、大量の煤を生産すべき煤発生器とは著しく違っている。公知のように、乱流は多少間欠的な方法で生産される大量の煤の結果を有する。それ故に、本目的の火災は希釈な火災、或いは予め混合された火災であるべきであり、火災の領域の流れは多少の層状に保持されるべきである。

そのような煤発生器は欧州特許第１０５５８７７号明細書（特許文献１）と国際特許出願公開第２００４／０６５４９４号明細書（特許文献２）の書類に記載されている。煤粒子を発生させる拡散火災は燃料ガスと酸素ガスによって燃焼室において形成されている。この燃焼室はその燃焼室から離れた導管へ延びており、導管には消火ガスが供給され、煤粒子が導管に放出される。離れた煤放出導管を備える構造によって、人は発生した煤粒子の特性において顕著な影響を有しない煤放出導管において流れ状態の変更を達成する。

前述した煤発生器は、構造において比較的に複雑であると言う普通の不利益を有する。互いに横方向に延びるパイプをもつ装置は製造において全く複雑である。

この発明はこの不利益を解決することを企てている。
欧州特許第１０５５８７７号明細書 国際特許出願公開第２００４／０６５４９４号明細書 国際特許出願公開第２００６／００５２１２号明細書

それ故に、この発明の目的は、現存の装置と方法の不利益を克服し、特に設定可能な特性をもつ煤の形成を可能とする再生可能な特性をもつ煤粒子を発生する装置と方法を提供する。この装置は好ましくは先行技術による装置より製造においてより簡単であるべきである。

この目的は、特許請求項に定義される発明、即ち燃料ガスと酸素ガスを燃焼室に供給し、燃料ガスと酸素ガスを燃焼室で反応するように搬送して火災を惹起し、燃焼室に流れ状態を設定して火災内のガスが非乱流形式に流れ、冷却希釈ガスが流れ方向に関して火災の下流で燃焼室に供給される工程から成る方法によって達成される。

本発明による装置によると、流れ方向に関する火災の下流では、冷却希釈ガスが燃焼室へ供給され、燃焼室では火災が非乱流流れ環境において形成される。縦方向上方に向いた火災（ろうそく火災と同様に）をもつ好ましく選定された幾何学形状によって、「火災の下流には」は「火災の上に」と等しいと考えるべきである。

このテキストでは、「上」、「下」、「縦」、「横」などのような位置設定と方向に関する相関的な詳細は常に開放状態に関してと理解されるべきである。

欧州特許第１０５５８７７号明細書（特許文献１）と国際特許出願公開第２００４／０６５４９４号明細書（特許文献２）による先行技術は、煤粒子を含有するガスを燃焼室から水平に延びる煤放出導管へ導き、燃焼室へは消火ガスがさらに導入されることを教示する。ガスは火災が縦方向に、それで燃焼空間に流れる。これとは違って、この発明によると、冷却希釈ガスが燃焼室へ直接に供給される、即ち一方の室から他方の室或いは導管への口は火災と冷却希釈ガス供給部の間に配置されていない。軸線を中心に回転対称である部品の構造の場合には（これは製造にとって利点である）、互いに傾斜されている軸線はなく、先行技術において教示された如く、燃焼室と煤放出導管の間の流れ方向において変更が生じない。真直なチューブの実際に円筒対称構造が可能であり、燃焼室を形成する。これは流れ状態を簡略化し、再生産性を支援する。好ましくは、火災と冷却希釈ガス供給部の間では室の幅狭くなる或いは幅広くなることさえが必要とされていない。

先行技術と対照したこの発明による発生のそれ以上の利点は、消火ガスが冷却希釈ガスとして使用される必要がない（即ち、現行の温度で化学的に不活発である窒素或いは不活性ガスのようなガスではない）けれども、人が例えば空気を使用し得ることである。

火災は非乱流流れである。この流れによって、この方法は測定、較正( calibration ) や試験目的の煤を製造するのに良く適している。実際に、凝固が乱流環境で加速され、平均して大きな煤粒子を導くことがわかった。較正や試験される測定装置や濾過器がそれぞれに有毒な小粒子に感知して有効であるべきであるけれども、大きな煤粒子をもつエアゾールは較正や試験目的のために適していない。

この発明による装置は、測定、較正、試験或いは濾過試験目的の煤発生器であって、冷却希釈ガスを供給するために、燃焼室と燃焼室に延びる少なくとも一つのノズル或いは開口を備える。

この発明による構造は、十分に簡単であり、それ故に、先行技術による煤発生器より製造において僅かに安価である。そのデザインはさらに融通性があるが、しかし本質的に管状物体は燃焼室として使用され得る。これは、燃料ガスと酸素ガスの供給部と冷却希釈ガスの口の間、この発明による煤発生器の異なる例の間の縦方向距離のような簡単な態様のパラメータを許容する。前述の縦方向距離は、煤粒子が形成され、この煤粒子が環境と反応し得る／凝固し得る領域を実質的に決定する。特別な実施例によると、この縦方向距離は燃焼室に関して縦方向に移動し得る（即ち流れ軸線に沿って）燃料ガスと酸素ガスの供給部と冷却希釈ガスの口によって設定され得る。

冷却希釈ガスの供給は特に好ましくは幾つかの側面から燃焼室の中央への供給である。例えば燃焼室は少なくとも三つ、好ましくは四つ、少なくとも五つ、少なくとも六つ或いはそれ以上の開口或いはノズルから成り、それら開口或いはノズルは例えば中央の周りに環状に配列され、その開口或いはノズルを通して冷却或いは希釈ガスが中央へ流れる。

燃焼室が真直なチューブとして設計されており、そのチューブにより冷却或いは希釈ガスの供給は周面の周りに環状に配列された幾つかの開口（穴）を通して送られる実施例は、特に製造技術に関して有利である。

この発明の実施例は、これから後に図面によって詳細に記載される。
図における同じ参照数字は互いに一致する両実施例の要素を示す。

図１による煤発生器は、燃焼室の壁が形成される燃焼室チューブ８から成る。燃料ガス１が燃焼室に供給され得る燃料ガスチューブ７は、燃焼室の内側に導く。酸素ガス２は他の供給開口を通して燃焼室４の低い領域へ供給され得る。拡散火炎３は燃料ガスと酸素ガスの同時供給により先行点火後に燃焼室４で維持され得る。

示された配列では、燃料ガスチューブ７は燃焼室に突き出し、その間に酸素ガス２はさらに流れ方向において下流に供給される。この配列において示される如く、拡散火炎３は燃料ガスチューブ７の口から上方へ形成する。冷却希釈ガスが流れ方向における燃料ガスチューブ７の口の上に燃焼室へ供給５される。これは、燃焼室の壁における開口９を通して行われる。これら開口９は壁の周辺線に沿って環状配列に配列分布されている。これにより、冷却希釈ガスは互いに対向して横たわる開口（粗雑に対向する開口）から燃焼室へ対向水平方向から流れるので、冷却希釈ガスの供給による流れに対する結果的貢献は水平方向において消失する。つまり、実質的に縦方向ガス流は流れ方向において冷却或いは希釈ガスの供給部の上に形成する。

燃料ガスと酸素ガス、場合によっては混合された他のガスの容積流は層状流が火炎の領域に生じるように維持されている。

燃料ガスと酸素ガスの容積流は、火炎がこれによりその範囲にまで冷却されるように高く選定され、その火炎が消され、煤粒子の酸化が防止される。容積流は冷却希釈ガスの化学的組成物に依存して選定され得る。特に簡単であり、空気が冷却希釈ガスとして選定されるならば、酸化処理の停止／防止は最初に冷却効果によって行われる。不活性消火ガスを使用するときに、消火ガスによって酸素含有量のかなりの希釈は同様に酸化処理に反作用する。

煤含有エアゾール６は燃焼室４の外へ上方に流れて、そこでエアゾールは適切な輸送及び搬送又はそのいずれか一方の手段（図示なし）によって、例えば他の輸送パイプ或いは柔軟なチューブによって向けられる如くさらに輸送され得る。

火炎の高さは燃料ガスチューブ口と開口９の間の縦方向距離Ｌにより決定される。燃料ガスチューブ７は例えば燃焼室チューブ８に関して移動でき、火炎高さＬはこの移動により変更され得る。この変更によって、煤粒子質量放出と同様に煤粒子寸法と煤粒子濃度は狙った方法で影響され得る。それ以上の影響可能性は燃料ガス１及び／又は酸素ガス２に混合されることができる窒素或いは空気のような他のガスによって生じる。

示された配列では、燃料ガスは燃焼空間に口を備える分離した燃料チューブ７を通して供給され、その間に酸素ガスは燃料チューブ７に沿って下外部から流れる。逆構成は同様に想像できる、即ち酸素ガスは分離したチューブを通して流れ、その間に燃料ガスは外側でこのチューブに沿って流れる。同様に、燃料ガス及び酸素ガスが例えば二本のチューブを通して流れるそれら燃料ガス及び酸素ガスによって狙った形式で火炎３のベースに放出されることができ、この二本のチューブは互いに同心円或いは平行であり、互いに次に延びる。

予め混合された燃料ガスと酸素ガスは同様に想像できる。
燃焼室４は外部室（図示なし）によって包囲されている、或いは部分的に包囲されている。このとき、この外部室は開口の少なくとも領域に燃焼室を取り囲む。外部室は燃焼室に支配するより高い圧力をもつ冷却希釈ガスを含有する。外部室は少なくとも領域において燃焼室チューブを取り囲む外部チューブによって形成され得る。例えば同様に環状スリーブが存在し、開口９の高さで燃焼室の周りに適用される。多くのその他の解決策が想像できる。

エアゾール６が同様に大気圧下にある圧力で利用され得る適用が存在する。この例はマスター・エンジニアリングの国際特許出願公開第２００６−５２１２号明細書（特許文献３）の書類に示された配列である。外部室はそのような適用に必要ではない。むしろ適切なポンプ手段によって、人は負圧が常に燃焼室４を支配することを保証し得る。包囲空気は冷却希釈ガスとして役立ち、このとき、この包囲空気は自動的に開口９を通して吸引される。

この発明による煤発生器の他の実施例は、図２に示されている。それら要素のみの機能が図１による実施例のものと違っていることが記載されている。後者（第１図）とは違って、冷却希釈ガスは燃焼空間４の壁における開口を通して供給されないが、しかし冷却ガスリング１２の内側に配列されるノズル１２通して供給される。冷却ガスリングは例えば燃焼室４と（燃焼室と冷却ガスリングの軸線１４と）同心円である。二つ以上のノズル１３は存在し、例えば冷却ガスリングの内側に沿って一様に分布され得る。二重矢印により示される如く、冷却ガスリングは例えば燃焼空間に対して軸方向に移動でき、その手段によって火炎３の高さＬが影響され得る。無論、これに対する代用或いは補充として、燃料ガスチューブ７は同様に燃焼空間４に対して移動できる。
多くの他の実施例が想像できる。

この発明による方法を実施するためにこの発明による装置の概略線図を示す。 この発明による方法を実施するためにこの発明による他の装置の概略線図を示す。

符号の説明

１．．．．．燃料ガス
２．．．．．酸素ガス
３．．．．．拡散火炎
４．．．．．燃焼室
６．．．．．煤含有エアゾール
７．．．．．燃料ガスチューブ
８．．．．．燃焼室チューブ
９．．．．．開口
１１．．．．冷却ガスチューブ
１２．．．．冷却ガスチューブ
１３．．．．ノズル
１４．．．．軸線

Claims (12)

1. 燃料ガスと酸素ガス（１、２）を燃焼室（４）に供給し、燃料ガスと酸素ガス（１、２）を燃焼室（４）で反応するように搬送して火災（３）を惹起し、燃焼室（４）に流れ状態を設定して火災（３）内のガスが非乱流形式に流れる工程から成る測定、校正、試験或いは濾過の試験目的の定義された特性をもつ煤を生産する方法において、冷却希釈ガス（５）が流れ方向に関して火災の下流で、燃焼室（４）に供給されることを特徴とする方法。
2. 冷却希釈ガス（５）が幾つかの側面から供給され、中央へ放出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 冷却希釈ガス（５）が少なくとも三つのノズル（１３）及び開口（９）又はそのいずれか一方から燃焼室（４）に供給されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ノズル（１３）及び開口（９）又はそのいずれか一方は中央の周りに環状に配列されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 冷却希釈ガス（５）は開口（９）を通して燃焼室（４）の壁（８）に供給されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 好ましくは室温の空気が冷却希釈ガスとして選定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 火災（３）が形成され得る燃焼室（４）と、火災（３）を形成する燃料ガスと酸素ガス（５）の燃焼室への供給部とから成り、装置の作動条件における燃焼室内の流れ条件は火災内のガスが非乱流形式で流れるように設定され得る測定、校正、試験或いは濾過の試験目的の定義された特性をもつ煤を生産する装置において、冷却希釈ガス（５）を流れ方向に関して火災の下流で、燃焼室（４）に供給させる少なくとも一つの開口（９）及びノズル（１３）そのいずれか一方を備えることを特徴とする装置。
8. 複数の開口（９）及びノズル（１３）又はそのいずれか一方は異なる方向から冷却希釈ガスを供給するようになっていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 少なくとも三つの開口（９）及びノズル（１３）又はそのいずれか一方が存在し、三つの開口（９）及びノズル（１３）又はそのいずれか一方が中央の周りに環状に火災（３）の下流で配列され、冷却希釈ガス（５）を中間へ作動条件で放出することを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 少なくとも一つの開口（９）及びノズル又はそのいずれか一方が燃焼室（４）の壁（８）の穴として設計され、環境ガスがこの穴を通して作動条件の燃焼室へ流れて、それにより冷却希釈ガス（５）として作用することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 少なくとも壁の穴の領域の燃焼室を包囲し且つ環境ガスを含有する外部室を備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 燃料ガスと酸素ガスの供給部と少なくとも一つの開口（９）及びノズル又はそのいずれか一方の間の距離（Ｌ）は調子を合わせられることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の装置。

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