JPH10318888A - 気化ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より安定した濃度で、燃料や水などの気化ガ
スを含む混合ガスを供給することができる気化ガス供給
装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の気化ガス供給装置は、液体が注
入される液体注入孔１１および希釈ガスが注入される希
釈ガス注入孔２１と、注入された液体が加熱されて気化
ガスになる前置室１と、気化ガスと希釈ガスとを混合し
て噴射する噴射ノズル３と、噴射ノズル３から噴射され
た気化ガスと希釈ガスとが拡散しつつ加熱されて互いに
混合し混合ガスを生成する混合室４と、前置室１および
混合室４を加熱する電気ヒータ５と、混合室４で生成さ
れた混合ガスを供給する混合ガス供給口４１とを有す
る。前置室１で液体が完全に気化して気化ガスになるの
で、噴射ノズル３への供給にバブルジェット等の非定常
現象がなくなり、常に一定の割合で気化ガスが噴射ノズ
ル３へ送られるので、濃度が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体が気化した気
化ガスを所定量含む混合ガスを供給する気化ガス供給装
置の技術分野に属し、特に所定の湿度をもったガスや所
定の濃度の混合気を安定して供給するのに適した気化ガ
ス供給装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】気化ガス供給装置の従来技術１として
は、図６に示すように、高沸点の炭化水素を含む燃料
（ヘキサデカン、ガソリンおよび軽油など）を希釈ガス
中に気化させて混合ガスを供給する装置があった。この
ような装置は、エンジンの排ガスを模擬したモデルガス
を生成し、排ガス浄化用の触媒を試験する試験装置への
混合ガスの供給源として使用されている。

【０００３】従来技術１の気化ガス供給装置には、ステ
ンレス鋼製の円筒状の筐体６Ｐの内部に、空洞として上
側から燃料供給孔１Ｐ、混合室４および希釈ガス予備加
熱室２が形成されている。そしてこれらの空洞１Ｐ，
４，２を取り囲むように四つの電気ヒータ５が筐体６Ｐ
の中に配設されていて、これらの空洞１Ｐ，４，２を加
熱している。混合室４の一端には噴射ノズル３が固定さ
れており、燃料注入孔１１から燃料供給孔１Ｐに注入さ
れた液体燃料は、燃料注入孔１Ｐを通るうちにある程度
加熱され、気液混合状態で噴射ノズル３から混合室４内
に噴射される。一方、希釈ガス予備加熱室２には希釈ガ
ス注入孔２１から希釈ガスが所定の流量で注入され、あ
る程度加熱された後、噴射ノズル３から混合室４内に噴
射されて上記燃料と混合される。気化した燃料と希釈ガ
スとの混合ガスは、混合室４の他端の混合ガス供給口４
１から外部の試験装置等に供給される。

【０００４】また、気化ガス供給装置の従来技術２とし
ては、図７に示すように、ドライガス中に水を噴霧して
所定の水分を含む加湿ガスを供給する装置があった。こ
のような装置も、エンジンの排ガスを模擬したモデルガ
スを生成し、排ガス浄化用の触媒を試験する試験装置へ
の混合ガスの供給源として使用されている。従来技術２
の気化ガス供給装置では、中央部に円筒状の内部空間で
形成されている混合室４’が配設されており、その一端
にはノズル３’が内部空間に向けて開口している。水注
入孔１１’から注入された水は、希釈ガス注入孔２１’
から注入されたドライガスとともにノズル３から噴霧さ
れ、気液混合相で混合室４’に入る。混合室４’は、電
気ヒータ５’によって外周を囲まれており、電気ヒータ
５’の発熱作用により全周から加熱されるので、ノズル
３’から噴霧された水はドライガス中に蒸発して所定の
水分を含む加湿ガスを形成する。同加湿ガスは、混合ガ
ス供給口４１から排出され、外部の試験装置等に供給さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の従来
技術１の気化ガス供給装置では、燃料供給孔１Ｐを燃料
が通るうちに中途半端に加熱されるので、バブルジェッ
トを生じて噴射ノズル３からの燃料の噴射流量が非定常
的に変動する傾向があった。すなわち、従来技術１の気
化ガス供給装置から供給される混合ガス中に占める軽油
の気化ガス濃度は、図８に示すようにかなり激しく時間
変動するので、一定の濃度の混合ガスを供給する上で不
都合を生じていた。

【０００６】また、前述の従来技術２においても、気化
ガス供給装置に供給する水の流量は一定であっても、噴
霧した水が細かい水滴から気化して水蒸気に変化する率
が必ずしも一定ではなかった。それゆえ、従来技術２に
おいても、前述の従来技術１と同様に加湿ガスに占める
水蒸気の濃度に細かい時間変動を生じ、一定の濃度の加
湿ガスを試験装置等に供給する上で不都合であった。

【０００７】そこで本発明は、より安定した濃度で燃料
や水などの気化ガスを含む混合ガスを供給することがで
きる気化ガス供給装置を提供することを解決すべき課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 （第１手段）本発明の第１手段は、液体が注入される液
体注入孔および該液体の気化ガスを希釈するための希釈
ガスが注入される希釈ガス注入孔と、該液体注入孔から
注入された該液体が加熱されて該気化ガスになる前置室
と、該前置室を加熱する前置室加熱手段と、該気化ガス
と該希釈ガスとを混合して噴射する噴射ノズルと、該噴
射ノズルを格納するとともに該気化ガスと該希釈ガスと
が拡散しつつ加熱されて互いに混合し混合ガスを生成す
る混合室と、該混合室を加熱する混合室加熱手段と、該
混合室で生成された該混合ガスを供給する混合ガス供給
口とを有することを特徴とする気化ガス供給装置であ
る。

【０００９】本手段では、前置室において液体注入孔か
ら注入された液体が加熱されて完全に気化しており、噴
射ノズルには気化ガスが一定の質量流量で供給される。
それゆえ、噴射ノズルでは同気化ガスと希釈ガスとが両
方とも気相で噴射され、混合室において拡散するうちに
互いに一定の混合比で混合する。その際、混合室は混合
室加熱手段により加熱されているので、気化ガスが再び
冷却されて液体に凝結するようなことはない。

【００１０】したがって本手段によれば、液体注入孔か
ら注入される液体と希釈ガス注入孔から注入される気化
ガスとがそれぞれ一定の質量流量で注入されていれば、
混合ガス供給口から一定の濃度の混合ガスが一定の質量
流量で供給される。すなわち本手段によれば、より安定
した濃度で燃料や水などの気化ガスを含む混合ガスを供
給することができる気化ガス供給装置を提供することが
可能になるという効果がある。

【００１１】なお、上記第１手段はさらに、前記希釈ガ
ス注入孔と前記噴射ノズルとの間の前記希釈ガスの流路
に挿置され、該希釈ガスが加熱昇温される希釈ガス加熱
部を有していてもよい。また、前記液体としては、液体
炭化水素、液体燃料および水など液体のうちから適切に
選択することが可能であり、前記希釈ガスとしては、い
わゆるドライガスまたはキャリアガスなどを使用するこ
とができる。さらに、前記前置加熱室は複数個あって、
並列ないし直列に接続されている構成の第１手段も実施
可能である。

【００１２】［付記］以上の第１手段に対して、次の第
２手段ないし第５手段の限定を加えることも可能であ
り、これらの限定を加えた場合には各手段に特有の作用
効果がそれぞれ発揮される。 （第２手段）本発明の第２手段は、上記第１手段の気化
ガス供給装置において、前記希釈ガス注入孔から前記噴
射ノズルに至る流路に、前記希釈ガスを加熱する希釈ガ
ス予備加熱手段が配設されていることを特徴とする。

【００１３】本手段では、噴射ノズルに至る時点で希釈
ガスも加熱されて昇温しているので、噴射ノズルから噴
射された気化ガスを冷却し気化成分を凝結させて液滴を
生じる恐れがなくなり、よりいっそう混合ガスの濃度が
一定化する。したがって本手段によれば、よりいっそう
安定した濃度で燃料や水などの気化ガスを含む混合ガス
を供給することができるようになるという効果がある。

【００１４】（第３手段）本発明の第３手段は、上記の
第１手段または第２手段の気化ガス供給装置において、
前記前置室は、前記希釈ガスが別途導入される希釈ガス
予備注入孔を有することを特徴とする。本手段では、前
置室において注入された液体が気化するだけではなく、
希釈ガス予備注入孔から前置室に気化ガスの一部が注入
されるので、前置室内で気化ガスと希釈ガスとの予備混
合が行われる。そしてしかるのち、予備混合された気化
ガスと希釈ガスとの予備混合ガスと、希釈ガス注入孔か
ら注入された希釈ガスとが噴射ノズルから混合室内に噴
射され、混合室内でより完全に混合される。

【００１５】したがって本手段によれば、さらによりい
っそう安定した濃度で燃料や水などの気化ガスを含む混
合ガスを供給することができるという効果がある。 （第４手段）本発明の第４手段は、上記第１手段ないし
第３手段の気化ガス供給装置において、前記前置室は、
その内部に前記前置室加熱手段を有することを特徴とす
る。

【００１６】本手段では、前置室加熱手段が前置室内に
配設されているので、液体注入孔から前置室に注入され
た液体が直接的に加熱され、速やかに気化する。したが
って本手段によれば、前置室内での液体の気化がより速
やかに行われ、より短時間のうちに安定した濃度で燃料
や水などの気化ガスを含む混合ガスを供給することがで
きるようになるという効果がある。

【００１７】（第５手段）本発明の第５手段は、上記の
第１手段ないし第４手段の気化ガス供給装置において、
前記前置室は、前記前置室加熱手段に接して配設され一
端が前記液体注入孔に連通しているパイプと、該パイプ
の他端に形成され該前置室内に開口しているノズルとを
有することを特徴とする。

【００１８】本手段では、前記液体注入孔から連通して
いるパイプが前置室加熱手段に接して配設されており、
このパイプ内で液体は速やかに気化して他端のノズルか
ら前置室内に噴霧されて完全に気化する。したがって本
手段によれば、前置室内での液体の気化がより完全かつ
速やかに行われ、いっそう安定した濃度で燃料や水など
の気化ガスを含む混合ガスを速やかに供給することがで
きるようになるという効果がある。

【００１９】

【発明の実施の形態および実施例】本発明の気化ガス供
給装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理
解が得らえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明
する。 ［実施例１］ （実施例１の構成）本発明の実施例１としての気化ガス
供給装置では、図１（ａ）に示すように、軸長方向が水
平な円筒体状の筐体６に、液体注入孔としての燃料注入
孔１１、希釈ガス予備注入孔１２、希釈ガス注入孔２１
および混合ガス供給口４１とが取り付けられている。ま
た、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、複数に分割され
るステンレス鋼製のブロック状の筐体６の内部には、筐
体６の軸心と平行に円筒状の内部空間として、上方から
順に、前置室１、混合室４および希釈ガス予備加熱室２
が形成されている。さらに筐体６の内部には、これらの
内部空間１，２，４を取り囲むように、四本の電気ヒー
タ５がこれらの内部空間１，２，４と平行に配設されて
いる。

【００２０】燃料注入孔１１は、高沸点の炭化水素を含
む燃料（ｎ−ヘキサデカン、ガソリンおよび軽油など）
が外部のポンプ等から注入される液体注入孔であって、
前置室１の一端に連通して水平方向に開口している。ま
た、希釈ガス予備注入孔１２は、窒素などの希釈ガスが
外部のボンベ等からレギュレータを介して供給されて注
入される孔であって、前置室１の上記一端の付近に上方
から連通しており、上方に開口している。一方、希釈ガ
ス注入孔２１は、窒素などの希釈ガスがボンベ等からレ
ギュレータを介して供給される孔であって、希釈ガス予
備加熱室２の一端に連通して水平方向に開口している。

【００２１】以上は燃料および希釈ガスが注入される注
入孔であるが、混合ガス供給口４１は、上記燃料の気化
ガスと上記希釈ガスとの混合ガスを外部の試験装置等に
供給するための排出口である。すなわち混合ガス供給口
４１は、上記混合ガスが形成される混合室４の一端に連
通して水平方向に開口している。燃料注入孔１１、希釈
ガス注入孔２１および混合ガス供給口４１は、筐体６の
一端に上下に並んで開口している。一方、希釈ガス予備
注入孔１２は、筐体６の上記一端付近の上部に開口して
いる。

【００２２】前置室１は、主にその左右に位置する前置
室加熱手段としての二本の電気ヒータ５から加熱される
ための内部空間である。上記加熱の結果、燃料注入孔１
１から注入された液体燃料は、加熱昇温されて全て気化
し、気化ガスとなる。また、希釈ガス予備注入孔１２か
ら前置室１に希釈ガスの一部も注入されるので、前置室
１内ですでに、上記気化ガスと上記希釈ガスとの濃度が
高い混合ガスが形成されている。

【００２３】ここで、本実施例の前置室１と従来技術１
のただの孔との違いは、前置室１が大きな内周面積を持
ち、内周壁面ないし底面から液体燃料への熱伝導が速や
かに行われて、液体燃料の気化が迅速に行われる点にあ
る。また、液体燃料の注入流量率が大きい場合にも、前
置室１の底部に液体燃料の溜まりができて気化が進み、
液体燃料が液相のまま混合室４の噴射ノズル３に送り込
まれることが防止されている点にある。液相の液体燃料
を噴射ノズル３に送り込まないようにするために、噴射
ノズル３に通じるパイプ３１ないし同パイプに連通して
いる孔は、前置室１の底部から離れた位置で前置室１内
に開口している。

【００２４】希釈ガス予備加熱室２は、希釈ガス注入孔
２１から注入された希釈ガスが、主にその左右に位置す
る希釈ガス予備加熱手段としての二本の電気ヒータ５か
ら加熱されるための内部空間である。上記加熱の結果、
上記燃料に含まれる高沸点の炭化水素の沸点以上の温度
に希釈ガスは昇温される。混合室４の一端には、混合室
４が形成している内部空間に向かって開口している噴射
ノズル３が固定されている。噴射ノズル３は、前置室１
で生成された前述の燃料の気化ガスを含む濃い混合ガス
と、希釈ガス予備加熱室２で昇温された希釈ガスとを、
混合して噴射するノズルである。噴射ノズル３には、前
置室１の他端から連通しているパイプ３１と、希釈ガス
予備加熱室２の同じく他端から連通しているパイプ３２
とが接続されている。それぞれのパイプ３１，３２を通
じて前述のように濃い混合ガスと希釈ガスとが、噴射ノ
ズル３に所定の割合（混合比率）で供給される。

【００２５】混合室４は、気化ガスを含む濃い混合ガス
と希釈ガスとが、噴射ノズル３から混合されて噴射され
たのち拡散しつつ、混合室加熱手段としての四本のヒー
タ５により加熱されて互いに混合し混合ガスを生成する
ための内部空間である。混合室４の他端には、混合室４
で生成された混合ガスを外部の試験装置等に供給するた
めの混合ガス供給口が外部に向かって開口している。

【００２６】（実施例１の作用）本実施例の気化ガス供
給装置は、以上のような構成であるので、以下のような
作用を生じる。燃料注入孔１１から前置室１の一端に注
入された液体燃料は、前置室１で加熱昇温されて全量が
気化し、気化ガスになる。同時に、希釈ガス予備注入孔
１２から同じく前置室１の一端付近に注入された一部の
希釈ガスは、同様に加熱されて液体燃料の高沸点の炭化
水素の沸点以上の温度に昇温される。そして、気化ガス
と希釈ガスとは前置室１内で混合され、比較的濃い混合
気を形成する。前置室１内で生成された比較的濃い混合
気は、パイプ３１を通じて混合室４の一端部に固定され
ている噴射ノズル３に所定の質量流量で供給される。こ
の質量流量は、前述の希釈ガス予備注入孔１２から注入
される一部の希釈ガスの質量流量と、燃料注入孔１１か
ら注入される液体燃料の質量流量との和に対応してい
る。

【００２７】一方、希釈ガス注入孔２１から希釈ガス予
備加熱室２に注入された希釈ガスは、希釈ガス予備加熱
室２内で加熱され、上記液体燃料に含まれる高沸点の炭
化水素の沸点以上の温度に昇温される。しかるのち昇温
された希釈ガスは、パイプ３２を通じ所定の質量流量で
噴射ノズル３に供給される。この質量流量は、希釈ガス
注入孔２１から注入される希釈ガスの質量流量に対応し
ている。

【００２８】噴射ノズル３に送られた濃い混合ガスと希
釈ガスとは、噴射ノズル３から混合されつつ混合室４内
に噴射され、混合室４の内部空間で拡散しつつより完全
に互いに混合して適正な濃度の混合ガスを形成する。こ
の際混合されるのは、気相のみの濃い混合ガスと気相の
みの希釈ガスとであり、噴射ノズル３および混合室４で
は気相同士の混合が行われる。なお、混合室４において
も混合ガスは幾分加熱されるので、混合ガスの温度が混
合ガスに含まれている高沸点の炭化水素の沸点を下回る
ことはなく、混合室４内で液体燃料の成分が凝結して細
かい液滴を形成することはない。

【００２９】混合室４内で生成された混合ガスは、混合
室４の他端に連通している混合ガス供給口４１から、所
定の質量流量で外部の試験装置等に供給される。この質
量流量は、燃料注入孔１１、希釈ガス予備注入孔１２お
よび希釈ガス注入孔２１からそれぞれ気化ガス供給装置
内に注入される液体燃料の質量流量および希釈ガスの質
量流量の和に対応している。

【００３０】（実施例１の効果）前述のように、液体燃
料は前置室１で完全に気化しており、噴射ノズル３では
気相同士の混合が行われるので、従来技術１で起こって
いたようなバブルジェットによる噴射ノズル３への燃料
流量の非定常現象は起こり得ない。その結果、本実施例
の気化ガス供給装置によれば、気化ガス供給装置内に注
入される液体燃料の質量流量および希釈ガスの質量流量
が一定であれば、その和として一定の質量流量で一定の
濃度の混合ガスの供給が可能になるという効果がある。

【００３１】この効果を確認するため、発明者らは本実
施例の気化ガス供給装置を使用して液体燃料としての軽
油と希釈ガスとして窒素との混合ガスを生成する試験を
行った。同試験では、軽油はポンプにより毎分０．１５
ｃｃで、窒素は毎分６．０リットルで気化ガス供給装置
に供給され、混合室４の温度は４５０℃に保持されてい
た。混合ガス供給口４１から供給される混合ガスの濃度
は、従来技術１の試験（図８参照）と同様に、ＴＨＣ
（全炭化水素）濃度分析計で計測された。同分析計の最
大レンジは５０００ｐｐｍＣである。

【００３２】この試験の結果、図２に示すように、混合
ガス中の気化後の軽油分を示すＴＨＣ濃度に時間変化が
ほとんど無く、極めて安定した軽油ガス濃度で混合ガス
が生成されていることが分かる。したがって本実施例の
気化ガス供給装置によれば、上記試験で実証されたよう
に、極めて安定した濃度で所定の質量流量の混合ガスを
供給することが可能になるという効果がある。

【００３３】（実施例１の付記）液体燃料に含まれる高
沸点の炭化水素は、所定温度以上の高温に保たれている
と熱分解等の化学変化を起こして改質ないし変質してし
まう傾向にある。そこで本実施例の気化ガス供給装置に
おいて、前置室１の温度によって高沸点の炭化水素がど
れほど改質されてしまうかを調査する実験を行った。本
実験では、液体燃料としてヘキサデカンを毎分０．１５
ｃｃで供給し、希釈ガスとして窒素ガスを毎分６リット
ルで供給し、混合ガス中の改質ガスの割合をＦＩＤ式ク
ロマトグラフ分析計にて測定した。同実験は、前置室１
内の温度が３５０〜５５０℃の範囲において５０℃刻み
で行われた。

【００３４】その結果、図３に示すように、前置室１内
の温度が４５０℃未満ではヘキサデカンの改質がほとん
ど起こらないことが判明した。それゆえ、ヘキサデカン
の混合ガス中の濃度をヘキサデカンの燃料注入孔１１へ
の注入流量で制御し、改質ガスの発生を抑制したい場合
には、前置室１内の温度を４５０℃未満に抑制して本実
施例の気化ガス供給装置を運転すれば良いことが分かっ
た。

【００３５】一方、高沸点の炭化水素を気化させるため
には、その沸点から求めるに液体燃料がヘキサデカンで
ある場合には、前置室１内の温度は、３５０℃以上であ
ることが望ましい。それゆえ、前置室１内の温度は、３
５０℃以上４５０℃未満の範囲に収まっていることが望
ましい。同様の試験を高沸点炭化水素の各種について行
うことにより、所望の高沸点炭化水素成分の改質を防ぎ
つつ、所定の濃度の混合ガスを供給することが可能にな
る。また、上記試験の結果と高沸点炭化水素の沸点とに
基づいて、所望の液体燃料の気化ガスを所定の濃度で含
む混合ガスを供給するのに適した前置室１内の温度範囲
を規定することができる。

【００３６】なお、希釈ガス予備注入孔１２からの希釈
ガスの前置室１への注入は、必ずしも必要ではないが、
混合ガスの均質性をより向上させる効果がある。 ［実施例２］ （実施例２の全体構成）本発明の実施例２としての気化
ガス供給装置は、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、前
置室１’、ドライガスパイプ２’、噴射ノズル３、混合
室４’および電気ヒータ５’を直方体の箱状のステンレ
ス鋼製筐体６’に格納している。筐体６’の横方向の一
端面（一側面）からは、液体注入孔としての水注入孔１
１’のパイプの一端部と、希釈ガス注入孔２１としての
ドライガスパイプ２’の一端部とが突出している。一
方、筐体６’の上記一端面に背向している他端面には、
混合ガスとしての加湿ガスを試験装置などに供給する混
合ガス供給口４１’が開口している。

【００３７】すなわち、本実施例の気化ガス供給装置
は、液体としての水と希釈ガスとしてのドライガスとが
それぞれ水注入孔１１’と希釈ガス注入孔２１’とから
注入され、所定の水蒸気量を含む加湿ガスを混合ガス供
給口４１から供給する加湿ガスの供給装置である。前置
室１は、内蔵の電気ヒータ（図略）により加熱されてお
り、水注入孔１１’から注入された水を沸騰させて全て
水蒸気としたのち、この水蒸気をパイプ３１’を通じて
噴射ノズル３に供給する。前置室１の構成については、
のちに詳述する。

【００３８】一方、ドライガスパイプ２’は、一端で前
述のように希釈ガス注入孔２１’を形成し、筐体６’の
内部を一方から他方まで延在したうえでまた一方に戻る
Ｕ字型の形状に成形され、他端はパイプ３２’で噴射ノ
ズル３に接続されている。混合室４’を加熱する電気ヒ
ータ５’の熱によって筐体６’の内部の空気温度はかな
りの高温になっており、電気ヒータ５’からの放射熱も
加わるので、ドライガスパイプ２’の中をドライガスが
通っている間にドライガスは加熱昇温される。そして噴
射ノズル３に供給される段階で、ドライガスの温度は、
その飽和水蒸気量（相対湿度１００％での絶対湿度）が
所望の水蒸気量（絶対湿度）よりも高くなる温度にま
で、昇温されていることが望ましい。

【００３９】噴射ノズル３は、ライナー４３の一端に固
定されており、ライナー４３，４４によって形成されて
いる混合室４’の円筒状の内部空間に向かって開口して
いる。噴射ノズル３からは、前述の水蒸気およびドライ
ガスが混合されつつ噴射され、混合室４’の中で拡散し
つつより均一に互いに混合されて加湿ガスを形成する。
この加湿ガスは、混合室４においてさらに加熱昇温され
たうえで、混合室４の他端に開口して外部の試験装置等
に連通している混合ガス供給口４１’から外部に供給な
いし排出される。

【００４０】混合室４を形成しているライナー４３，４
４は、ＳＵＳ−３１６ステンレス鋼製の中空円筒状の部
材であって、全周を中空円筒状の電気ヒータ５’に囲ま
れている。電気ヒータ５’は、混合室加熱手段としてだ
けではなく、前述のように希釈ガス予備加熱手段として
も作用している。また、電気ヒータ５’は、所定の間隔
を空けて噴射ノズル３をも囲んで配設されており、噴射
ノズル３をもある程度加熱している。

【００４１】ライナー４４の内径はライナー４３の内径
よりもやや大きく、両ライナー４３，４４の接合部には
段差が形成されている。それゆえ、混合室４の内部空間
での境界層の発達は上記接合部の段差で妨げており、同
段差の下流では乱流が生じてより均一に混合ガスが生成
されるようになっている。 （実施例２の前置室）本実施例の気化ガス供給装置の前
置室１’は、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、前置室
容器１０、電気ヒータ１５、一端にノズル１４を有する
コイル状のパイプ１３などから構成されている。

【００４２】前置室容器１０は、略中空円筒体状のステ
ンレス鋼製の容器であって円筒体状の内部空間を形成し
ており、前置室加熱手段としての電気ヒータ１５を内蔵
している。電気ヒータ１５は、導線１５１からの電力に
よって発熱する丸棒状の発熱体であり、前置室１の上端
部から中間部にまで延在して固定されている。円筒体状
の電気ヒータ１５の周囲には、ステンレス鋼製の比較的
細いパイプ１３がコイル状に隙間なく巻き付けられてい
る。すなわち、パイプ１３は、前置室容器１０の一部を
介して電気ヒータ１５接して配設されており、パイプ１
３の上端側は、前置室容器１０の外部にまで延在して水
注入孔１１’と連通している。一方、パイプ１３の下端
は電気ヒータ１５の下端面に沿って内部空間の中心にま
で延在しており、内部空間の中間部の中心から前置室１
の下方に向かって開口するノズル１４を形成している。

【００４３】そして前置室容器１０の下端の中心部に
は、内部空間に向かって漏斗状に開口している水蒸気孔
１６が形成されており、水蒸気孔１６は、前述のパイプ
３１を介して噴射ノズル３（図４参照）に連通してい
る。本実施例の気化ガス供給装置の前置室１’は以上の
ように構成されているので、次のような作用を発揮す
る。

【００４４】水注入孔１１’から所定の流量率で注入さ
れた水は、コイル状のパイプ１３で電気ヒータ１５によ
り直接的に加熱され、パイプ１３の中にあるうちに気化
して水蒸気となり、ノズル１４から前置室１’の内部空
間に噴射される。前置室容器１０は、電気ヒータ１５か
ら加熱されているのである程度の高温に達しており、前
置室容器１０の内部で水蒸気が再び凝結して水滴を形成
することはない。

【００４５】それゆえ、前置室１’の水蒸気孔１６から
は、水蒸気のみが所定の質量流量で噴射ノズル３に供給
される。 （実施例２の作用効果）本実施例の気化ガス供給装置
は、以上のように構成されているので、以下のような作
用および効果を有する。

【００４６】噴射ノズル３には、前置室１’から水滴が
含まれない水蒸気が供給され、ドライガスパイプ２’か
ら昇温したドライガスが供給されるので、水蒸気とドラ
イガスとが気相同士で混合され、噴射ノズル３から混合
室４’の内部空間に噴射される。この際、混合ガス供給
口４１から外部に供給される加湿ガスの所望の水蒸気量
に対して、ドライガスの飽和水蒸気量が上回るように、
ドライガスが昇温されている。それゆえ、噴射ノズル３
で水蒸気とドライガスとが混合されて噴射される際に、
混合ガスの相対湿度が１００％を越えることがないの
で、噴射ノズル３での噴射混合の際に水滴が凝結するこ
とが防止されている。

【００４７】噴射ノズル３から混合室４’内に噴射され
た混合ガスは、混合室４内を拡散しながらさらに均一に
混合されつつ下流の混合ガス供給口４１’へと流れてい
く。その間、混合室４’を形成しているライナー４３，
４４を介して電気ヒータ５’によって加湿ガスはさらに
加熱されるので、加湿ガスから混合室４’内で水滴が凝
結することはない。また、前述のように、二つのライナ
ー４３，４４の接合部の段差で生じる乱流の攪拌作用に
より、加湿ガスはより均一に混合される。

【００４８】したがって、本実施例の気化ガス供給装置
によれば、所定の質量流量で水およびドライガスを注入
することによって、極めて均質で所望の蒸気量を含む加
湿ガスを常に一定の濃度で外部に供給することができる
という効果がある。 （実施例２の実証試験）以上の効果を確認する目的で、
本実施例の気化ガス供給装置を使用して所定の水分濃度
の加湿ガスを生成する実証試験を行った。ドライガスと
して窒素ガスをボンベから毎分２リットルの流量率で供
給し、水は毎分２ｃｃをポンプにより気化ガス供給装置
に供給した。

【００４９】その結果、本実施例の気化ガス供給装置に
よれば、水蒸気量が平均５％の加湿ガスの生成に際し、
水蒸気量の変動幅は±０．５％であった。一方、従来技
術２の気化ガス供給装置により同一条件で比較試験をし
た結果、水蒸気量の変動幅は±５％であった。すなわ
ち、本実施例の気化ガス供給装置によれば、従来技術２
と比較して水蒸気量の変動幅は一桁小さくなり、加湿ガ
スの濃度の安定性が大幅に向上していることが確認され
た。

【００５０】また、本実施例の気化ガス供給装置では、
作動開始から約１分間で水蒸気量が安定したが、従来技
術２による比較例では水蒸気量が安定するまでに１２分
間を要した。このことから、本実施例の気化ガス供給装
置によれば、安定した水蒸気量の加湿ガスを短時間のう
ちに供給可能になるという効果もあることが実証され
た。この効果は、本実施例の気化ガス供給装置を用いて
行う試験等の時間短縮につながり、ひいては試験コスト
の低減にもなるという効果をももたらす。

【００５１】（実施例２の変形態様）加湿ガス中の所望
の水蒸気量が多く、一つの前置室１’では電気ヒータ１
５の加熱能力から十分な量の水蒸気を供給できない場合
には、複数の前置室１’を並列に接続する構成の変形態
様も実施可能である。本変形態様によれば、かなり高い
濃度で水蒸気を含むの加湿ガスをより大量に供給するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての気化ガス供給装置の構成を
示す組図 （ａ）側断面図 （ｂ）縦端面図

【図２】 実施例１としての気化ガス供給装置の効果を
示すグラフ

【図３】 実施例１の前置室内の温度の影響を示すグラ
フ

【図４】 実施例２としての気化ガス供給装置の構成を
示す組図 （ａ）側断面図 （ｂ）縦断面図

【図５】 実施例２の前置室の構成を示す組図 （ａ）側断面図 （ｂ）水平断面図

【図６】 従来技術１としての気化ガス供給装置の構成
を示す組図 （ａ）側断面図 （ｂ）縦端面図

【図７】 従来技術２としての気化ガス供給装置の構成
を示す側断面図

【図８】 従来技術１としての気化ガス供給装置の問題
点を示すグラフ

【符号の説明】

１，１’：前置室 １０：前置室容器 １１：燃料注入孔（液体注入孔として） １１’：水注入孔（液体注入孔として） １２：希釈ガス予備注入孔 １３：パイプ １４：
ノズル １５：電気ヒータ（前置室加熱手段として） １５
１：導線 １６：水蒸気孔 ２：希釈ガス予備加熱室 ２’：希釈ガスパイプ ２１，２１’：希釈ガス注入孔 ３：噴射ノズル ３１，３１’，３２，３２’：パイ
プ ４，４’：混合室 ４１：混合ガス供給口 ４２，
４３，４４：ライナー ５：電気ヒータ（前置室加熱手段、希釈ガス加熱手段、
混合室加熱手段として） ５’：電気ヒータ（混合室加熱手段および希釈ガス予備
加熱手段として） ６：筐体（ステンレス鋼製のブロック） ６’：筐体
（ステンレス鋼製の箱）

フロントページの続き (72)発明者 新庄 博文 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 引間 史男 京都府宇治市槙島町吹前97番地の28 株式 会社ベスト測器内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体が注入される液体注入孔および該液
   体の気化ガスを希釈するための希釈ガスが注入される希
   釈ガス注入孔と、 該液体注入孔から注入された該液体が加熱されて該気化
   ガスになる前置室と、 該前置室を加熱する前置室加熱手段と、 該気化ガスと該希釈ガスとを混合して噴射する噴射ノズ
   ルと、 該噴射ノズルを格納するとともに、該気化ガスと該希釈
   ガスとが拡散しつつ加熱されて互いに混合し混合ガスを
   生成する混合室と、 該混合室を加熱する混合室加熱手段と、 該混合室で生成された該混合ガスを供給する混合ガス供
   給口と、を有することを特徴とする気化ガス供給装置。