JP7090822B1

JP7090822B1 - 高温ガス導入装置

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Publication number: JP7090822B1
Application number: JP2022007854A
Authority: JP
Inventors: 明豊高宮
Original assignee: Best Instruments Co Ltd
Current assignee: Best Instruments Co Ltd
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: JP2023106873A

Abstract

【課題】高温ガスを流量制御しつつ導入することができる高温ガス導入装置を提供する。【解決手段】高温ガスが内部を流れる本管２に取り付けられ、本管から高温ガスを流量制御しつつ導入する高温ガス導入装置１。本管に接続され、一端開口３ａから高温ガスが流入する高温ガス導入管３と、高温ガス導入管に接続され、高温ガス導入管の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管４と、冷却ガス供給管の冷却ガス入口４ａに接続された冷却ガス供給源５と、冷却ガス供給管に設けられた第１の流量制御器６と、高温ガス導入管の他端開口３ｂに接続され、高温ガスと冷却ガスの混合ガスが内部を流れる混合ガス輸送管７と、混合ガス輸送管に設けられた第２の流量制御器８と、第１および第２の流量制御器に作動的に接続された制御部９とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、高温ガスを流量制御しつつ導入する高温ガス導入装置に関するものである。

自動車等のエンジンの排気系には、排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化装置が搭載され、またエンジンの動作制御や排ガス浄化装置の状態の監視を目的として排ガスセンサが配置されている。

そして、排ガス浄化触媒および排ガスセンサの研究・開発には性能評価装置が用いられ、性能評価装置のガスセル内に排ガス浄化触媒または排ガスセンサが収容され、模擬ガスが、試験モード（自動車排出ガス規制で定められる）で走行中の実車の排ガス浄化触媒および排ガスセンサに供給される排ガスと同様の温度状態および流量でガスセル内に導入され、性能評価が行われる（例えば、特許文献１、２参照）。

一方、実車においては、通常、排ガス浄化触媒および排ガスセンサはエンジンのエキゾーストマニホールドの近傍に配置され、排ガス浄化触媒および排ガスセンサにはエンジンからの排ガスが直接的に供給されるが、この場合、排ガスの温度は、７００℃～８００℃まで上昇し、時には１０００℃以上になることもある。

そのため、性能評価装置にはヒータが備えられ、模擬ガスがヒータによって加熱されて排ガスの温度状態がシミュレーションされるようになっている。
しかしながら、模擬ガスを１０００℃以上に昇温させるには、高性能なヒータを含む高価な温度制御システムおよび多大な電力が必要であり、性能評価にコストがかかる。

また、従来の性能評価装置は１つのガスセルしか備えておらす、一度に１つの試験体（評価すべき対象物）の性能評価しかできないので、効率が悪く、性能評価に時間およびコストがかかる。

これを解消するには、１つの性能評価装置に複数のガスセルを備えて、一度に複数の試験体をセット可能にすればよいが、それにはガスセル単体の場合よりも大掛かりな温度制御システムを要し、性能評価装置の製造コストが上昇する。

そこで、模擬ガスを使用する代わりに、エンジンの排気系から直接高温の排ガスを性能評価装置に導入し、試験体に供給することも考えられるが、高温の排ガスを流量制御しながら取り込むことができる装置は従来技術にはなかった。

特許第５１３８８３０号公報特開２０１２－２４２１４９号公報

したがって、本発明の課題は、高温ガスを流量制御しつつ導入することができる高温ガス導入装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、高温ガスが内部を流れる本管に取り付けられ、前記本管から前記高温ガスを流量制御しつつ導入する高温ガス導入装置であって、前記本管に接続され、一端開口から前記高温ガスが流入する高温ガス導入管と、前記高温ガス導入管に接続され、前記高温ガス導入管の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管と、前記冷却ガス供給管の冷却ガス入口に接続された冷却ガス供給源と、前記冷却ガス供給管に設けられた第１の流量制御器と、前記高温ガス導入管の他端開口に接続され、前記高温ガスと前記冷却ガスの混合ガスが内部を流れる混合ガス輸送管と、前記混合ガス輸送管に設けられた第２の流量制御器と、前記第１および前記第２の流量制御器に作動的に接続された制御部と、前記高温ガス導入装置を前記本管の下流端に取り付けるための管結合用ブロックと、を備え、前記管結合用ブロックは、一面に、前記本管の前記下流端に対する第１の嵌合凹部と、前記第１の嵌合凹部の底面に形成された前記高温ガス導入管に対する第２の嵌合凹部とを有し、前記第１の嵌合凹部に前記本管の前記下流端が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、前記第２の嵌合凹部には、前記高温ガス導入管の前記他端開口側が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、前記管結合用ブロックの内部には、一端が前記第２の嵌合凹部の底面に開口し、他端が前記管結合用ブロックの外面に開口したガス流路が形成され、前記ガス流路の前記他端開口には前記混合ガス輸送管が接続され、前記高温ガス導入装置の前記冷却ガス供給管が前記管結合用ブロックに取り付けられ、前記冷却ガス供給管の先端は前記高温ガス導入管の前記他端開口を通って前記高温ガス導入管の内部を軸方向にのびているものであることを特徴とする高温ガス導入装置が提供される。
ここで、前記第１および前記第２の流量制御器は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えているものとする（以下同様）。

上記課題を解決するため、また本発明によれば、高温ガスが内部を流れる本管に取り付けられ、前記本管から前記高温ガスを流量制御しつつ導入する高温ガス導入装置であって、前記本管に接続され、一端開口から前記高温ガスが流入する高温ガス導入管と、前記高温ガス導入管に接続され、前記高温ガス導入管の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管と、前記冷却ガス供給管の冷却ガス入口に接続された冷却ガス供給源と、前記冷却ガス供給管に設けられた第１の流量制御器と、前記高温ガス導入管の他端開口に接続され、前記高温ガスと前記冷却ガスの混合ガスが内部を流れる混合ガス輸送管と、前記混合ガス輸送管に設けられた第２の流量制御器と、前記第１および前記第２の流量制御器に作動的に接続された制御部と、前記高温ガス導入装置を前記本管の下流端に取り付けるための管結合用ブロックと、を備え、前記高温ガス導入管、および前記冷却ガス供給管、および前記混合ガス輸送管、および前記第１および前記第２の流量制御器はそれぞれ複数の前記高温ガス導入管、および複数の前記冷却ガス供給管、および複数の前記混合ガス輸送管、および複数の前記第１および前記第２の流量制御器からなり、前記管結合用ブロックは、一面に、前記本管の前記下流端に対する第１の嵌合凹部と、前記第１の嵌合凹部の底面に形成された前記複数の前記高温ガス導入管に対する複数の第２の嵌合凹部と、を有し、前記第１の嵌合凹部に前記本管の前記下流端が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、前記複数の第２の嵌合凹部にはそれぞれ対応する前記高温ガス導入管の前記他端開口側が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、前記管結合用ブロックの内部には、それぞれ一端が対応する前記第２の嵌合凹部の底面に開口し、他端が前記管結合用ブロックの外面に開口した複数のガス流路が形成され、前記複数のガス流路のそれぞれの前記他端開口には対応する前記混合ガス輸送管が接続され、前記複数の冷却ガス供給管がそれぞれ前記管結合用ブロックに取り付けられ、前記冷却ガス供給管の先端が対応する前記高温ガス導入管の前記他端開口を通って前記高温ガス導入管の内部を軸方向にのび、前記冷却ガス供給源が前記複数の冷却ガス供給管のそれぞれの前記冷却ガス入口に接続され、前記制御部が前記複数の第１の流量制御器および前記複数の第２の流量制御器に作動的に接続されているものであることを特徴とする高温ガス導入装置が提供される。

本発明の好ましい実施例によれば、前記本管の側壁に分岐接続され、または前記管結合用ブロックに取り付けられ、一端が前記本管の内部に開口し、他端が外部に開口した高温ガスオーバーフロー管と、前記高温ガスオーバーフロー管に接続され、または前記管結合用ブロックに取り付けられ、前記高温ガスオーバーフロー管の内部に冷却ガスを供給する別の冷却ガス供給管と、を備え、前記別の冷却ガス供給管の冷却ガス出口は前記高温ガスオーバーフロー管の前記一端開口の手前に位置し、前記別の冷却ガス供給管の冷却ガス入口に前記冷却ガス供給源が接続され、さらに、前記別の冷却ガス供給管に設けられた第３の流量制御器と、前記高温ガスオーバーフロー管に設けられた第４の流量制御器と、を備え、前記第３および前記第４の流量制御器のそれぞれに前記制御部が作動的に接続されている。
ここで、前記第３および前記第４の流量制御器は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えているものとする（以下同様）。

本発明の別の好ましい実施例によれば、前記高温ガス導入管の内部における前記冷却ガス供給管の冷却ガス出口の上流側において高温ガスの温度を測定する温度センサ、または前記混合ガス輸送管を流れる混合ガスの温度を測定する温度センサをさらに備え、前記制御部は前記温度センサによる温度測定値を受信可能になっている。

本発明によれば、第１および第２の流量制御部の動作が制御部によって制御され、高温ガス導入管に流入する冷却ガスの流量が第１の流量制御器によって制御される一方、高温ガス導入管から流出する高温ガスと冷却ガスの混合ガスの流量が第２の流量制御器によって制御される。

このとき、次式が成立する。
（高温ガスの導入流量＋冷却ガスの供給流量）＝混合ガスの排出流量
よって、例えば、混合ガスの排出流量が一定のとき、冷却ガスの供給流量が増加すると、高温ガスの導入流量は減少する一方、冷却ガスの供給流量が減少すると、高温ガスの導入流量は増大する。

また、例えば、冷却ガスの供給流量が一定のとき、混合ガスの排出流量が増加すると、高温ガスの導入流量も増加する一方、混合ガスの排出流量が減少すると、高温ガスの導入流量も減少する。

すなわち、第１および第２の流量制御器によって、本管から高温ガスが流量制御されつつ高温ガス導入管に導入される。
こうして、高温ガスを流量制御しつつ取り込むことができる。

さらに、本発明によれば、高温ガス導入管には高い耐熱性が要求され、高温ガス導入管をセラミック等の高価で加工しにくい材料から形成する必要がある一方、混合ガス輸送管および冷却ガス供給管、混合ガス輸送管および冷却ガス供給管のそれぞれと高温ガス導入管との接続部、および第１および第２の流量制御器には、低温のガス（冷却ガスや冷却ガスと高温ガスとの混合ガス）が流れ、高い耐熱性は要求されず、よってそれらを安価で加工が容易な部材から形成することができ、高温ガス導入装置を低コストで製造することができる。

本発明の１実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図である。本発明の別の実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図である。図２の試験体性能評価装置の高温ガス導入装置と本管との接続部の拡大断面図である。本発明のさらに別の実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図である。図４の試験体性能評価装置の高温ガス導入装置と本管との接続部の拡大断面図である。本発明のさらに別の実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図４に類似の図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の１実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図である。

図１を参照して、本発明の高温ガス導入装置１は、高温ガスが内部を流れる本管２に対し、一端開口３ａ側において分岐接続されて、一端開口３ａから高温ガスが導入される高温ガス導入管３と、高温ガス導入管３に接続され、高温ガス導入管３の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管４と、冷却ガス供給管４の冷却ガス入口４ａに接続された冷却ガス供給源５、冷却ガス供給管４に設けられた第１の流量制御器６とを備えている。

第１の流量制御器６は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、冷却ガス供給管４における第１の流量制御器６の下流側に開閉弁１１ａが設けられている。

高温ガス導入装置１は、さらに、高温ガス導入管３の他端開口３ｂに接続され、高温ガスと冷却ガスの混合ガスが内部を流れる混合ガス輸送管７と、混合ガス輸送管７に設けられた第２の流量制御器８と、第１および第２の流量制御器６、８に作動的に接続された制御部９とを備えている。

第２の流量制御器８は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、混合ガス輸送管７における第２の流量制御器８の下流側に開閉弁１１ｂが設けられている。

試験体性能評価装置は、高温ガス導入装置１に加えて、高温ガス導入管３の内部における冷却ガス供給管４の冷却ガス出口４ｂよりも上流側に設けられた試験体収容部１０と、混合ガス輸送管７に設けられた（図示されない）ガス分析装置とを備えている。

本発明の高温ガス導入装置１によれば、第１および第２の流量制御器６、８の動作が制御部９によって制御され、高温ガス導入管３に流入する冷却ガスの流量が第１の流量制御器６によって制御される一方、高温ガス導入管３から流出する高温ガスと冷却ガスの混合ガスの流量が第２の流量制御器８によって制御される。

すなわち、第１および第２の流量制御器６、８によって、本管２から高温ガスが流量制御されつつ高温ガス導入管３に導入される。
こうして、本発明の高温ガス導入装置によれば、高温ガスを流量制御しつつ取り込むことができる。

それによって、高温ガス導入管３の試験体収容部１０に収容された試験体には、高温ガスが流量制御されつつ供給され、試験体を通過したガスが、冷却ガスによって冷却された後、混合ガス輸送管７を流れ、その間に（図示されない）ガス分析装置によって分析され、その後外部に排出される。そして、分析結果に基づいて試験体の性能が評価される。

また、本発明の高温ガス導入装置１によれば、高温ガス導入管３には高い耐熱性が要求され、高温ガス導入管３をセラミック等の高価で加工しにくい材料から形成する必要がある一方、混合ガス輸送管７および冷却ガス供給管４、混合ガス輸送管７および冷却ガス供給管４のそれぞれと高温ガス導入管３との接続部、および第１および第２の流量制御器６、８には、低温のガス（冷却ガスや冷却ガスと高温ガスとの混合ガス）が流れ、高い耐熱性は要求されず、よってそれらを安価で容易に加工できる部材から形成することができ、高温ガス導入装置１を低コストで製造することができる。

図２は、本発明の別の実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図であり、図３は、図２の試験体性能評価装置の高温ガス導入装置と本管との接続部の拡大断面図である。
図２および図３を参照して、本発明の高温ガス導入装置２０は、高温ガスが内部を流れる本管２２の下流端２２ａに接続され、一端開口２１ａから高温ガスが流入する高温ガス導入管２１と、管結合用ブロック２３とを備えている。

管結合用ブロック２３は、一面に、本管２２の下流端２２ａに対する第１の嵌合凹部２３ａと、第１の嵌合凹部２３ａの底面に形成された高温ガス導入管２１に対する第２の嵌合凹部２３ｂとを有している。

そして、第１の嵌合凹部２３ａに本管２２の下流端２２ａが嵌め込まれて管結合用ブロック２３に気密状態で固定され、第２の嵌合凹部２３ｂには、高温ガス導入管２１の他端開口２１ｂ側が嵌め込まれて管結合用ブロック２３に気密状態で固定されている。

管結合用ブロック２３の内部には、一端２４ａが第２の嵌合凹部２３ｂの底面に開口し、他端２４ｂが管結合用ブロック２３の外面に開口したガス流路２４が形成されている。

高温ガス導入装置２０は、また、管結合用ブロック２３に取り付けられ、先端（冷却ガス出口２５ａ）が、高温ガス導入管２１の他端開口２１ｂを通って当該高温ガス導入管２１の内部を軸方向にのびる冷却ガス供給管２５と、冷却ガス供給管２５の冷却ガス入口２５ｂに接続された冷却ガス供給源２６と、冷却ガス供給管２５に設けられた第１の流量制御器２７とを備えている。

第１の流量制御器２７は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、冷却ガス供給管２５における第１の流量制御器２７の下流側に開閉弁２８ａが設けられている。

高温ガス導入装置２０は、さらに、管結合用ブロック２３のガス流路２４の他端開口２４ｂに接続され、内部を高温ガスと冷却ガスの混合ガスが流れる混合ガス輸送管２９と、混合ガス輸送管２９に設けられた第２の流量制御器３０と、第１および第２の流量制御器２７、３０に作動的に接続された制御部３１とを備えている。

第２の流量制御器３０は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、混合ガス輸送管２９における第２の流量制御器３０の下流側に開閉弁２８ｂが設けられている。

高温ガス導入装置２０は、さらに、高温ガス導入管２１の内部に流入した高温ガスの温度を測定する温度センサ３２を備えており、温度センサ３２による測定値は制御部３１に送信されるようになっている。

試験体性能評価装置は、高温ガス導入装置２０に加えて、高温ガス導入管２１の内部における一端開口２１ａ付近（冷却ガス供給管２５の冷却ガス出口２５ａよりも上流側）に設けられた試験体収容部３３と、混合ガス輸送管２９に設けられた（図示されない）ガス分析装置とを備えている。

なお、この実施例では、冷却ガス供給管２５からの冷却ガスが試験体収容部３３に収容された試験体に直接当たらないようにするため、冷却ガス供給管２５の先端開口は閉じられ、冷却ガス出口２５ａが冷却ガス供給管２５の先端側壁に設けられる。

この実施例の高温ガス導入装置２０によれば、図１の実施例の高温ガス導入装置１の場合と同様に、第１および第２の流量制御器２７、３０の動作が制御部３１によって制御され、第１および第２の流量制御器２７、３０によって、本管２２から高温ガスが流量制御されつつ高温ガス導入管２１に導入される。

加えて、制御部３１において、温度センサ３２による温度測定値に基づいて、混合ガスの温度Ｔ_３（Ｋ）が、次式を用いて算出される（この演算では、冷却ガスの温度は既定値とされる。なぜなら、冷却ガス供給源２６は通常エアコンプレッサーやボンベ等からなっているからである）。
Ｔ_３＝（ｎ_１×Ｔ_１＋ｎ_２×Ｔ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）
＝［（Ｆ_１／２２．４）×Ｔ_１＋（Ｆ_２／２２．４）×Ｔ_２］
／［Ｆ_１／２２．４＋Ｆ_２／２２．４］
ここで、Ｔ_１（Ｋ）、Ｆ_１（Ｌ／min；０℃、１atm）およびｎ_１（mol）はそれぞれ高温ガスの温度、流量およびモル数であり、Ｔ_２（Ｋ）、Ｆ_２（Ｌ／min；０℃、１atm）およびｎ_２（mol）はそれぞれ冷却ガスの温度、流量およびモル数である。

すなわち、この実施例の高温ガス導入装置２０によれば、第１および第２の流量制御器２７、３０によって、本管２２から高温ガスが流量制御されつつ高温ガス導入管２１に導入されるとともに、混合ガス輸送管２９を流れる混合ガスの温度が制御される。

この実施例では、高温ガス導入管２１に温度センサ３２を配置して、高温ガスの温度を測定し、その測定値から演算によって混合ガスの温度を算出するようにしたが、もちろん、温度センサ３２は配置せずに、混合ガス輸送管２９に別の温度センサを配置し、当該別の温度センサによって直接混合ガスの温度を測定する構成も可能である。
この構成によれば、制御部３１において、混合ガスの温度測定値から上述の演算と同様にして、高温ガスの温度が算出され得る。

こうして、この実施例の高温ガス導入装置２０によれば、高温ガスを流量制御しつつ取り込むとともに、混合ガスの温度制御も行うことができるので、高温ガス導入装置２０（よって試験体性能評価装置）の動作中に、混合ガス輸送管２９、混合ガス輸送管２９および冷却ガス供給管２５のそれぞれと管結合用ブロック２３との接続部、および第２の流量制御器３０のそれぞれを確実に耐熱温度以下の温度に維持することができ、高温ガス導入装置２０（よって試験体性能評価装置）のより高い安全性が確保される。

そして、高温ガス導入管２１の試験体収容部３３に収容された試験体には、高温ガスが流量制御されつつ供給され、試験体を通過したガスが、冷却ガスによって冷却された後、ガス流路２４を経て混合ガス輸送管２９を流れ、その間に（図示されない）ガス分析装置によって分析され、その後外部に排出される。そして、分析結果に基づいて試験体の性能が評価される。

図４は、本発明のさらに別の実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図であり、図５は、図２の試験体性能評価装置の高温ガス導入装置と本管との接続部の拡大断面図である。
図４および図５を参照して、本発明の高温ガス導入装置４０は、それぞれ高温ガスが内部を流れる本管４２の下流端４２ａに接続され、一端開口４１ａから高温ガスが流入する複数（この実施例では２本）の高温ガス導入管４１と、管結合用ブロック４３とを備えている。

管結合用ブロック４３は、一面に、本管４２の下流端４２ａに対する第１の嵌合凹部４３ａと、第１の嵌合凹部４３ａの底面に形成された複数の高温ガス導入管４１に対する複数（この実施例では２つ）の第２の嵌合凹部４３ｂとを有している。

そして、第１の嵌合凹部４３ａに本管４２の下流端４２ａが嵌め込まれて管結合用ブロック４３に気密状態で固定され、複数の第２の嵌合凹部４３ｂにはそれぞれ対応する高温ガス導入管４１の他端開口４１ｂ側が嵌め込まれて管結合用ブロック４３に気密状態で固定されている。

管結合用ブロック４３の内部には、それぞれ一端４４ａが第２の嵌合凹部４３ｂの底面に開口し、他端４４ｂが管結合用ブロック４３の外面に開口した複数のガス流路４４が形成されている。

高温ガス導入装置４０は、さらに、それぞれ管結合用ブロック４３に取り付けられ、先端（冷却ガス出口４５ａ）が、対応する高温ガス導入管４１の他端開口４１ｂを通って当該高温ガス導入管４１の内部を軸方向にのびる複数（この実施例では２本）の冷却ガス供給管４５と、複数の冷却ガス供給管４５のそれぞれの冷却ガス入口４５ｂに接続された冷却ガス供給源４６と、複数の冷却ガス供給管４５のそれぞれに設けられた第１の流量制御器４７とを備えている。

第１の流量制御器４７は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、各冷却ガス供給管４５における第１の流量制御器４７の下流側に開閉弁５２ａが設けられている。

高温ガス導入装置４０は、さらに、それぞれ管結合用ブロック４３の対応するガス流路２４の他端開口４４ｂに接続され、内部を高温ガスと冷却ガスの混合ガスが流れる複数（この実施例では２本）の混合ガス輸送管４８と、複数の混合ガス輸送管４８のそれぞれに設けられた第２の流量制御器４９と、各第１の流量制御器４７および各第２の流量制御器４９に作動的に接続された制御部５０とを備えている。

第２の流量制御器４９は、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、各混合ガス輸送管４８における第２の流量制御器４９の下流側に開閉弁５２ｂが設けられている。

高温ガス導入装置４０は、さらに、各混合ガス輸送管４８に設けられた、混合ガスの温度を測定する温度センサ５３を備えており、各温度センサ５３による測定値は制御部５０に送信されるようになっている。

試験体性能評価装置は、高温ガス導入装置４０に加えて、各高温ガス導入管４１の内部における一端開口４１ａ付近（冷却ガス供給管４５の冷却ガス出口４５ａよりも上流側）に設けられた試験体収容部５１と、各混合ガス輸送管４８に設けられた（図示されない）ガス分析装置と、本管４２の外周を取り囲むように配置されたヒータ５４とを備えている。

なお、この実施例では、冷却ガス供給管４５からの冷却ガスが試験体収容部５１に収容された試験体に直接当たらないようにするため、冷却ガス供給管４５の先端開口は閉じられ、冷却ガス出口４５ａが冷却ガス供給管４５の先端側壁に設けられる。

この実施例の高温ガス導入装置４０によれば、高温ガス導入管４１毎に、関係する第１および第２の流量制御器４７、４９の動作が制御部５０によって制御され、第１および第２の流量制御器４７、４９によって、本管４２から高温ガスが流量制御されつつ当該高温ガス導入管４１に導入されるとともに、関係する混合ガス輸送管４８を流れる混合ガスの温度が制御される。

なお、ヒータ５４は各高温ガス導入管４１に流入する高温ガスを同一温度まで加熱したい場合に使用される。

そして、各高温ガス導入管４０の試験体収容部５１に収容された試験体には、高温ガスが流量制御されつつ供給され、試験体を通過したガスが、冷却ガスによって冷却された後、ガス流路４４を経て混合ガス輸送管４８を流れ、その間に（図示されない）ガス分析装置によって分析され、その後外部に排出される。そして、分析結果に基づいて各試験体の性能が評価される。

図６は、本発明のさらに別の実施例による高温ガス導入装置を備えた試験体性能評価装置の概略構成を示す図４に類似の図である。
図６の実施例の高温ガス導入装置４０’は、図４の実施例の高温ガス導入装置４０に高温ガスオーバーフロー管５６を追加したものである。よって、図６中、図４に示したものと同じ構成要素には同一番号を付し、以下ではそれらの詳細な説明を省略する。

図６に示すように、この実施例では、管結合用ブロック４３’の内部に、管結合用ブロック４３’の中心軸に沿ってのび、一端が第１の嵌合凹部４３ａ’の底面に開口し、他端が管結合用ブロック４３’の外面に開口した別のガス流路５５が形成されている。

そして、別のガス流路５５の他端開口に高温ガスオーバーフロー管５６の一端開口が気密状態で接続され、高温ガスオーバーフロー管５６の他端は外部に開口している。
さらに、高温ガスオーバーフロー管５６に第４の流量制御器５８が設けられ、高温ガスオーバーフロー管５６における第４の流量制御器５８の下流側に開閉弁５２ｂ’が設けられている。

第４の流量制御器５８は、第１および第２の流量制御器４７、４９と同様に、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、高温ガスオーバーフロー管５６における第４の流量制御器５８の下流側に開閉弁５２ｂ’が設けられている。

さらに、管結合用ブロック４３’に別の冷却ガス供給管４５’が取り付けられ、別の冷却ガス供給管４５’の先端（冷却ガス出口４５ａ’）が、別のガス流路５５内を軸方向に別のガス流路５５の一端開口の手前までのびている。
そして、別の冷却ガス供給管４５’の冷却ガス入口に冷却ガス供給源４６が接続され、別の冷却ガス供給管４５’に第３の流量制御器５７が設けられている。

第３の流量制御器５７は、第１および第２の流量制御器４７、４９と同様に、通常のバルブ機能に加えて流量測定機能も備えており、好ましくは、マスフローコントローラからなっている。
また、別の冷却ガス供給管４５’における第３の流量制御器５７の下流側に開閉弁５２ａ’が設けられている。

第３および第４の流量制御器５７、５８には制御部５０が作動的に接続されている。
また、高温ガスオーバーフロー管５６に、高温ガスの温度を測定する温度センサ５３’が設けられ、温度センサ５３’による測定値が制御部５０に送信されるようになっている。

この実施例の高温ガス導入装置４０’によれば、図４の実施例の高温ガス導入装置４０の場合と同様に、高温ガス導入管４１毎に、関係する第１および第２の流量制御器４７、４９の動作が制御部５０によって制御され、第１および第２の流量制御器４７、４９によって、本管４２から高温ガスが流量制御されつつ当該高温ガス導入管４１に導入されるとともに、関係する混合ガス輸送管４８を流れる混合ガスの温度が制御される。

さらに、この実施例の高温ガス導入装置４０’によれば、この作用効果に加えて次の作用効果が得られる。
すなわち、本管４２を流れる高温ガスの流量が既知または測定可能な場合、本管４２を流れる高温ガスの流量が、各高温ガス導入管４１に導入される高温ガスの流量の総和を超えたとき、当該超過流量が、第３および第４の流量制御器５７、５８によって流量および温度制御されつつ、高温ガスオーバーフロー管５６に導入されて外部に排出される。

それによって、本管４２の内部に過剰圧が生じることが防止され、その結果、ガス漏れの発生が防止され、また、各高温ガス導入管４１に対する高温ガスの導入流量が正確に制御される。

１高温ガス導入装置
２本管
３高温ガス導入管
３ａ一端開口
３ｂ他端開口
４冷却ガス供給管
４ａ冷却ガス入口
４ｂ冷却ガス出口
５冷却ガス供給源
６第１の流量制御器
７混合ガス輸送管
８第２の流量制御器
９制御部
１０試験体収容部
１１ａ、１１ｂ開閉弁
２０高温ガス導入装置
２１高温ガス導入管
２１ａ一端開口
２１ｂ他端開口
２２本管
２２ａ下流端
２３管結合用ブロック
２３ａ第１の嵌合凹部
２３ｂ第２の嵌合凹部
２４ガス流路
２４ａ一端
２４ｂ他端
２５冷却ガス供給管
２５ａ冷却ガス出口
２５ｂ冷却ガス入口
２６冷却ガス供給源
２７第１の流量制御器
２８ａ、２８ｂ開閉弁
２９混合ガス輸送管
３０第２の流量制御器
３１制御部
３２温度センサ
３３試験体収容部
４０、４０’ 高温ガス導入装置
４１高温ガス導入管
４２本管
４２ａ下流端
４３、４３’ 管結合用ブロック
４３ａ、４３ａ’ 第１の嵌合凹部
４３ｂ第２の嵌合凹部
４４ガス流路
４５、４５’ 冷却ガス供給管
４５ａ、４５ａ’ 冷却ガス出口
４５ｂ冷却ガス入口
４６冷却ガス供給源
４７第１の流量制御器
４８混合ガス輸送管
４９第２の流量制御器
５０制御部
５１試験体収容部
５２ａ、５２ａ’５２ｂ、５２ｂ’ 開閉弁
５３、５３’ 温度センサ
５４ヒータ
５５別のガス流路
５６高温ガスオーバーフロー管
５７第３の流量制御器
５８第４の流量制御器

Claims

高温ガスが内部を流れる本管に取り付けられ、前記本管から前記高温ガスを流量制御しつつ導入する高温ガス導入装置であって、
前記本管に接続され、一端開口から前記高温ガスが流入する高温ガス導入管と、
前記高温ガス導入管に接続され、前記高温ガス導入管の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管と、
前記冷却ガス供給管の冷却ガス入口に接続された冷却ガス供給源と、
前記冷却ガス供給管に設けられた第１の流量制御器と、
前記高温ガス導入管の他端開口に接続され、前記高温ガスと前記冷却ガスの混合ガスが内部を流れる混合ガス輸送管と、
前記混合ガス輸送管に設けられた第２の流量制御器と、
前記第１および前記第２の流量制御器に作動的に接続された制御部と、
前記高温ガス導入装置を前記本管の下流端に取り付けるための管結合用ブロックと、を備え、
前記管結合用ブロックは、一面に、前記本管の前記下流端に対する第１の嵌合凹部と、前記第１の嵌合凹部の底面に形成された前記高温ガス導入管に対する第２の嵌合凹部とを有し、
前記第１の嵌合凹部に前記本管の前記下流端が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、前記第２の嵌合凹部には、前記高温ガス導入管の前記他端開口側が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、
前記管結合用ブロックの内部には、一端が前記第２の嵌合凹部の底面に開口し、他端が前記管結合用ブロックの外面に開口したガス流路が形成され、前記ガス流路の前記他端開口には前記混合ガス輸送管が接続され、
前記高温ガス導入装置の前記冷却ガス供給管が前記管結合用ブロックに取り付けられ、前記冷却ガス供給管の先端は前記高温ガス導入管の前記他端開口を通って前記高温ガス導入管の内部を軸方向にのびているものであることを特徴とする高温ガス導入装置。
高温ガスが内部を流れる本管に取り付けられ、前記本管から前記高温ガスを流量制御しつつ導入する高温ガス導入装置であって、
前記本管に接続され、一端開口から前記高温ガスが流入する高温ガス導入管と、
前記高温ガス導入管に接続され、前記高温ガス導入管の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給管と、
前記冷却ガス供給管の冷却ガス入口に接続された冷却ガス供給源と、
前記冷却ガス供給管に設けられた第１の流量制御器と、
前記高温ガス導入管の他端開口に接続され、前記高温ガスと前記冷却ガスの混合ガスが内部を流れる混合ガス輸送管と、
前記混合ガス輸送管に設けられた第２の流量制御器と、
前記第１および前記第２の流量制御器に作動的に接続された制御部と、
前記高温ガス導入装置を前記本管の下流端に取り付けるための管結合用ブロックと、を備え、
前記高温ガス導入管、および前記冷却ガス供給管、および前記混合ガス輸送管、および前記第１および前記第２の流量制御器はそれぞれ複数の前記高温ガス導入管、および複数の前記冷却ガス供給管、および複数の前記混合ガス輸送管、および複数の前記第１および前記第２の流量制御器からなり、
前記管結合用ブロックは、一面に、前記本管の前記下流端に対する第１の嵌合凹部と、前記第１の嵌合凹部の底面に形成された前記複数の前記高温ガス導入管に対する複数の第２の嵌合凹部と、を有し、
前記第１の嵌合凹部に前記本管の前記下流端が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、前記複数の第２の嵌合凹部にはそれぞれ対応する前記高温ガス導入管の前記他端開口側が嵌め込まれて前記管結合用ブロックに気密状態で固定され、
前記管結合用ブロックの内部には、それぞれ一端が対応する前記第２の嵌合凹部の底面に開口し、他端が前記管結合用ブロックの外面に開口した複数のガス流路が形成され、前記複数のガス流路のそれぞれの前記他端開口には対応する前記混合ガス輸送管が接続され、
前記複数の冷却ガス供給管がそれぞれ前記管結合用ブロックに取り付けられ、前記冷却ガス供給管の先端が対応する前記高温ガス導入管の前記他端開口を通って前記高温ガス導入管の内部を軸方向にのび、
前記冷却ガス供給源が前記複数の冷却ガス供給管のそれぞれの前記冷却ガス入口に接続され、
前記制御部が前記複数の第１の流量制御器および前記複数の第２の流量制御器に作動的に接続されているものであることを特徴とする高温ガス導入装置。
前記本管の側壁に分岐接続され、または前記管結合用ブロックに取り付けられ、一端が前記本管の内部に開口し、他端が外部に開口した高温ガスオーバーフロー管と、
前記高温ガスオーバーフロー管に接続され、または前記管結合用ブロックに取り付けられ、前記高温ガスオーバーフロー管の内部に冷却ガスを供給する別の冷却ガス供給管と、を備え、前記別の冷却ガス供給管の冷却ガス出口は前記高温ガスオーバーフロー管の前記一端開口の手前に位置し、前記別の冷却ガス供給管の冷却ガス入口に前記冷却ガス供給源が接続され、さらに、
前記別の冷却ガス供給管に設けられた第３の流量制御器と、
前記高温ガスオーバーフロー管に設けられた第４の流量制御器と、を備え、前記第３および前記第４の流量制御器のそれぞれに前記制御部が作動的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温ガス導入装置。
前記高温ガス導入管の内部における前記冷却ガス供給管の冷却ガス出口の上流側において高温ガスの温度を測定する温度センサ、または前記混合ガス輸送管を流れる混合ガスの温度を測定する温度センサをさらに備え、前記制御部は前記温度センサによる測定値を受信可能になっていることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載の高温ガス導入装置。