(57)【要約】【課題】  被試験体フィルタから測定のために局所的なサンプルを切取ることを必要とせずにフィルタ全体の直接的な評価が可能で、かつ高価で大掛かりな設備を必要とせず、簡単な構成で迅速に被試験体フィルタの捕集能力を測定できるセラミックスハニカムフィルタの評価装置及び評価方法を提供する。【解決手段】  所定の粒径以上の粒径を有する試験微粒子を含む試験ガスを被試験体フィルタ１０に通して該被試験体フィルタ１０の捕集能力を測定するセラミックスハニカムフィルタの評価装置１であって、微粒子を含む原料ガスを発生する含塵ガス発生器３と、前記微粒子中の所定の粒径未満の粒径を有する微粒子を前記原料ガスから除去して前記試験微粒子を含む試験ガスとする電気集塵器４と、前記試験ガス中の粒子濃度を測定する濃度計５とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の粒径以上の粒径を有する試験微粒子を含む試験ガスを被試験体フィルタに通して該被試験体フィルタの捕集能力を測定するセラミックスハニカムフィルタの評価装置であって、
微粒子を含む原料ガスを発生する含塵ガス発生器と、
前記微粒子中の所定の粒径未満の粒径を有する微粒子を前記原料ガスから除去して前記試験微粒子を含む試験ガスとする電気集塵器と、
前記試験ガス中の粒子濃度を測定する濃度計とを有することを特徴とするセラミックスハニカムフィルタの評価装置。
【請求項２】
請求項１記載のセラミックスハニカムフィルタの評価装置を用い、前記被試験体フィルタに通す前の前記試験微粒子を含む試験ガスの粒子濃度と、前記被試験体フィルタに通した後の前記試験微粒子を含む試験ガスの粒子濃度とを比較して前記被試験体フィルタの捕集能力を評価するセラミックスハニカムフィルタの評価方法。
【請求項３】
前記電気集塵器の印加電圧を変えることにより前記所定の粒径を制御し、前記試験ガス中に含まれる前記試験微粒子の粒度分布を調整して、被試験体フィルタに供給し、前記粒度分布に応じたフィルタの捕集能力を評価する請求項２記載のセラミックスハニカムフィルタの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスハニカムフィルタの粒子の捕集特性を評価するセラミックスハニカムフィルタの評価装置及び評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスハニカムフィルタが特許文献１に記載されている。このようなセラミックスハニカムフィルタは特に耐熱性に優れるため、車両の排ガスを浄化するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）として用いられる。このようなセラミックスハニカムフィルタ（以下、フィルタと略す）の捕集効率を評価する場合、実際にディーゼルエンジンを稼動させて実際の排ガスを用いて評価している。このディーゼルエンジンを用いた評価装置を以下に示す。
【０００３】
図４は従来のセラミックスハニカムフィルタの評価装置の概略図である。
図示したように、従来のセラミックスハニカムフィルタの評価装置５１は、ディーゼルエンジン５２、バルブ５３，５４、及び粒子センサー５５で構成される。セラミックスハニカムフィルタからなる被試験体フィルタ５６を評価する場合、まず、評価装置５１に被試験体フィルタ５６をセットする。次に、ディーゼルエンジン５２を稼動させ、排ガスを発生させる。切り替え器５７によりバルブ５３及び５４の流路を切り替え（図の矢印Ａ方向）、排ガスを被評価フィルタ５６に対しバイパスさせる。この状態で排ガスを希釈器５８に通し排ガスを希釈し、粒子センサー５５により排ガス中の粒子の濃度を測定する。次に、バルブ５３及び５４の流路を切り替え器５７により切り替えて被試験体フィルタ５６にディーゼルエンジン５２からの排ガスを通す（図の矢印Ｂ方向）。被試験体フィルタ５６を通過した排ガスは希釈器５８により希釈され、粒子センサー５５によりその濃度を測定される。測定後の排ガスはバイパスされたもの及び被評価フィルタを通したもの両方とも矢印Ｄのように排気される。このようにして測定された濃度を比較し、被試験体フィルタ５６を通過した排ガスは通過しない排ガスに比べてどの程度粒子を捕集したかを評価する。
【０００４】
しかし、このような評価装置５１は、実際のディーゼルエンジン５２を用いるため、排ガス濃度を一定にする調整が困難である。また、設備が大掛かりとなり、設置スペースが必要である。有害な排ガスを使用するため、排気を完全にする等試験に当たっての細心の注意が必要で、しかも排ガスは別名「黒煙」といわれるように被試験体フィルタや評価装置をすすで真黒にし、その後始末も大変である。
【０００５】
一方、フィルタの捕集効率を間接的に評価するために、フィルタの細孔径分布を水銀ポロシメーター（水銀圧入）法を用いることがある。これは液体水銀が圧力の増加とともに大きな孔から順にしみ込む現象を応用したもので、汎用的な細孔径分布の測定方法として広く用いられている。しかし、この測定方法は、測定に用いるサンプルサイズが２〜３ｍｍ程度であることが必要であり、被試験体から削り取る等してサンプルを取り出さなければならず、フィルタ製品そのものを被試験体として用いることができない。また、得られる情報はサンプルサイズが小さいことから局所的な情報にとどまり、被試験体フィルタ全体としての捕集効率を知ることはできない。またこの方法は、測定時間がかかり、迅速な評価ができない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５４６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、被試験体フィルタから測定のために局所的なサンプルを切取ることを必要とせずにフィルタ全体の直接的な評価が可能で、かつ高価で大掛かりな設備を必要とせず、簡単な構成で迅速に被試験体フィルタの捕集効率を測定できるセラミックスハニカムフィルタの評価装置及び評価方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、所定の粒径以上の粒径を有する試験微粒子を含む試験ガスを被試験体フィルタに通して該被試験体フィルタの捕集能力を測定するセラミックスハニカムフィルタの評価装置であって、微粒子を含む原料ガスを発生する含塵ガス発生器と、前記微粒子中の所定の粒径未満の粒径を有する微粒子を前記原料ガスから除去して前記試験微粒子を含む試験ガスとする電気集塵器と、前記試験ガス中の粒子濃度を測定する濃度計とを有することを特徴とするセラミックスハニカムフィルタの評価装置を提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１記載のセラミックスハニカムフィルタの評価装置を用い、前記被試験体フィルタに通す前の前記試験微粒子を含む試験ガスの粒子濃度と、前記被試験体フィルタに通した後の前記試験微粒子を含む試験ガスの粒子濃度とを比較して前記被試験体フィルタの捕集能力を評価するセラミックスハニカムフィルタの評価方法を提供する。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記電気集塵器の印加電圧を変えることにより前記所定の粒径を制御し、前記試験ガス中に含まれる前記試験微粒子の粒度分布を調整して、被試験体フィルタに供給し、前記粒度分布に応じたフィルタの捕集能力を評価することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、含塵ガス発生器から発生した原料ガスに含まれる微粒子のうち、被試験体フィルタを通す前に所定の粒径未満の粒径を有する微粒子を電気集塵器で原料ガスから除去して試験微粒子を含む試験ガスとするため、被試験体フィルタを通過させる試験ガス中の試験微粒子の粒径を調整できる。したがって、流通させる試験ガス中の試験微粒子の粒径を揃えて粒度分布を調整し、粒度分布に応じたフィルタを評価できる。含塵ガス発生器としては気化燃焼を利用した含塵ガス発生器や、線香等の煙を使用すれば設備が大掛かりとならず、安価で測定できる。また、被試験体フィルタから測定のためのサンプル等を切出して用いる必要がなく、そのまま装置にセットできるので、迅速に作業でき、被試験体フィルタ全体としての捕集能力を測定することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、含塵ガス発生器から発生した微粒子のうち、被試験体フィルタを通す前に例えば所定の粒径未満の微粒子を電気集塵器で捕集することにより、被試験体フィルタを通過させる試験微粒子の粒径を調整できる。したがって、この試験微粒子濃度と、被試験体フィルタを通した後の試験微粒子濃度を比較することにより正確に被試験体フィルタの捕集能力を測定できる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、電気集塵器の印加電圧を調整することにより、容易に試験ガス中の試験微粒子の粒度分布を調製することができる。したがって、所定の電圧を所定時間だけ印加し、電圧を変えてまた所定時間印加することにより、粒度分布に応じたフィルタ捕集能力の評価が容易に確実にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの評価装置の概略図である。
図示したように、本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの評価装置１は、基本的には被試験体フィルタ１０を通る矢印で示す流路を形成し、この流路を通して試験微粒子を含む試験ガスを流すものである。流路に沿ってフィルタ２、含塵ガス発生器３、電気集塵器４、濃度計５、バルブ１３，１４、流速測定器９、吸引ファン６が備わる。電気集塵器４は集塵器制御器７で電圧制御され、濃度計５とともにパソコン８に接続される。装置１内のガスは、吸引ファン６により装置１内を図の矢印方向に流通する。ガスの流路には流速測定器９が備わる。流速測定器９は、流路に備わるオリフィスの前後の圧力を測定して流速を算出する。流路の途中には、捕集能力を測定して評価の対象となる被試験体フィルタ１０がセットされる。このとき、被試験体フィルタ１０の両端面は圧損低下の原因がないように端面をなるべく覆わないように保持され、かつ端面からガスが漏れないように着脱が簡単な圧着式のホルダー等を用いて固定される。このように、被試験体フィルタ１０全体をそのまま装置１にセットして測定できるので、被試験体フィルタ１０の全体としての捕集能力を測定することができる。被試験体フィルタ１０の前後には三方弁等のバルブ１３，１４が備わり、被試験体フィルタ１０を通る流路と被試験体フィルタ１０を通らないバイパス流路（図のＢ）に分岐する。フィルタ２は流路入口に備わり、流路内への不純物の流入を防ぐ。
【００１５】
流路は濃度計５に連通する部分を有し、流路中に流れるガス中の粒子濃度がそれぞれ測定される。濃度計５は被試験体フィルタ１０の前後の変化が計測できる感度であれば反射式、透過式、または規定のフィルタに粉塵を付着させ、その付着したフィルタに光を当てて粉塵濃度を測るＦＳＮ（フィルタスモークナンバー）計のいずれを用いてもよい。濃度が小さい場合は、カスケードインパクタや電子低圧インパクタを用いて測定してもよい。
【００１６】
なお、図示したバイパス流路Ｂを設ける構成に代えて、被試験体フィルタ１０の前後にそれぞれ濃度計を備えることにより、又は１つの濃度計を被試験体フィルタ１０の前後に連通させて連通位置を切り替えることにより、被試験体フィルタの前後の濃度を計測することもできる。このような構成としても、フィルタ１０を通さない粒子濃度とフィルタ１０を通した粒子濃度を測定でき、これらを比較してフィルタ能力を評価することができる。この構成の場合、バイパス流路Ｂは不要となる。
【００１７】
含塵ガス発生器３からは微粒子を含む原料ガスが発生する。原料ガス中の微粒子濃度の調整は、例えば光学式のダストセンサを含塵ガス発生器３の出口側に設け、微粒子濃度をモニターしながら一定濃度の原料ガスを供給する。このようなダストセンサを設けずに電気集塵器４のみによって微粒子濃度を調整してもよい。微粒子を含む原料ガスとしては例えば線香の煙であり、線香は通常の線香以外に火災感知器の試験用の線香でもよい。蚊取り線香は脂が強いため普通の線香の方が好ましい。この原料ガスは含塵ガス発生器３から装置１内の流路に供給される。ガス濃度は、アナログレベルを設定できる光スイッチや光ダスト計等で一定濃度になるようにモニターしながらコントロールされる。線香の煙を用いた場合、煙濃度が不足するため、また濃度が不安定になるため、線香の煙が所定濃度に保たれた煙箱（不図示）から供給することが好ましい。これにより、煙箱がバッファとなり、流路に所定濃度の煙が吸引される。このように、微粒子を含む原料ガスを線香の煙とすれば、簡単な設備で安価に被試験体フィルタ１０のフィルタ効率を測定できる。含塵ガス発生器３としては、気化燃焼を利用した含塵ガス発生器やディーゼルエンジンのスート発生装置を用いてもよい。
【００１８】
電気集塵器４はイオン化部と集塵部（不図示）で構成される。イオン化部は、２０〜３０ｍｍ程度の傘状電極とグリッドの平行電極からなり、電極には直流１０ｋＶ程度の高電圧が印加される。これにより、プラス極からマイナス極にコロナ放電が発生し、空気分子はプラスマイナスに帯電し、イオンが発生するマイナスイオンはイオン化線に吸収されるがプラスイオンは平行電極に充満し、この間を通過する粉塵はプラスに帯電される。集塵部は、直流５ｋＶ程度に帯電されたプラス電極と接地された電極で構成され、プラスに帯電した粉塵はこの集塵部に入るとマイナス極に吸着される。印加電圧に応じて吸着される粉塵粒子の最大粒径が定まる。すなわち、電圧に応じた粒径以下の微粒子が捕集され、それより大きい微粒子が通過する。
【００１９】
パソコン８には電気集塵器の集塵器制御器７からの制御信号や、濃度計５からの濃度データ、流路内の流速や温度等が取り込まれ、被試験体フィルタ１０の評価計算が行われる。
【００２０】
図２は含塵ガス発生器から発生する原料ガス中の微粒子の粒度分布と電気集塵器の制御電圧の関係の説明図である。
（Ａ）は含塵ガス発生器３から発生する原料ガス中の微粒子の粒度分布の概念を示すグラフである。グラフは原料ガスとして線香の煙の例を示し、横軸は粒径（μｍ）、縦軸は粒子数である。このグラフから、１．０μｍ付近の粒径を持つ粒子が最も多く含まれていることが分かる。この粒度分布を持った微粒子を含む原料ガスが含塵ガス発生器から供給された場合、電気集塵器に所定の電圧を印加すると、所定粒径未満の微粒子が捕集される（図の一点鎖線より左側のＸ領域）。したがって、電気集塵器４を通過して流路を流れる試験ガス中の試験微粒子はこれより大きい粒径の微粒子（図の一点鎖線より右側のＹ領域）となる。電圧を上げると一点鎖線の位置が右に移動する。
【００２１】
（Ｂ）は電気集塵器の制御電圧（印加電圧）と濃度計による粒子濃度の関係を示すグラフである。グラフが示すように、印加電圧に応じて濃度計出力（粒子濃度）は下がる。すなわち、電気集塵器４の印加電圧が上がるとＹ領域が減少するとともに電気集塵器で捕集される微粒子が増加するため、電気集塵器４を通過する試験微粒子が減少して濃度計出力が下がる。
【００２２】
（Ｃ）は電気集塵器の制御電圧を変化させたときの時間と微粒子濃度の関係を示すグラフである。Ｖ１＜Ｖ２として、電気集塵器４の電圧を上げたとする。この場合、（Ｂ）が示すようにフィルタによる微粒子捕集量は低下するので、濃度計出力（微粒子濃度）はＶ１よりＶ２の方が減少することが分かる。（Ｄ）はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３として電気集塵器４の電圧をさらに上げたときのグラフであり、（Ｃ）と同様に、電圧を上げると（Ｖ３）、フィルタによる微粒子捕集量がさらに低下し、濃度計出力がさらに低下することが分かる。
【００２３】
図３は本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの評価方法のフローチャートである。
ステップＳ１
フィルタ能力を評価すべき被試験体フィルタ１０を評価装置１にセットする。
ステップＳ２
バルブ１３，１４により、装置内のガスがバイパス流路Ｂを通るように流路を切り替える。これにより、装置内のガスは被試験体フィルタ１０を通過することはないため、フィルタ１０を通過しない微粒子濃度を濃度計５で測定できる。
ステップＳ３
装置１内の流路にガス（空気）を流通させる。ガスは吸引ファン６が作動することによりフィルタ２を通って装置内を流通して排気される。直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍで（２．５４ｃｍ）２あたり２００セルのフィルタの場合、ガスの流速は２０リットル／ｍｉｎ程度である。
【００２４】
ステップＳ４
評価装置１の流路に原料ガス（例えば線香の煙）を供給する。原料ガスは含塵ガス発生器３から発生する。
ステップＳ５
電気集塵器４により所定粒径以下の微粒子を捕集して粒度分布及び微粒子濃度を調整する。捕集は印加電圧を調整して行い、電圧に応じた粒径未満の微粒子が捕集され、それより大きい試験微粒子が電機集塵器４を通過してバイパス流路Ｂを流れる。
ステップＳ６
濃度計５により微粒子濃度を測定する。ここで測定されるガス濃度は、流路がバイパス流路Ｂに切り替えられているため、被試験体フィルタ１０を通さない微粒子濃度である。
【００２５】
ステップＳ７
バルブ１３，１４により、装置内のガスが被試験体フィルタ１０を通るように流路を切り替える。これにより、装置内のガスは試験体フィルタ１０を通過するため、フィルタ１０を通した微粒子濃度を濃度計５で測定できる。
ステップＳ８
ステップＳ４と同様の条件で含塵ガス発生器３により流路に原料ガスを供給する。これは上記ステップＳ４で原料ガスを供給しまたまま続行してもよい。
ステップＳ９
ステップＳ５と同様の条件で電気集塵器４を用いて微粒子を捕集する。このとき電気集塵器の印加電圧を変えることにより被試験体フィルタに供給する原料ガス中の微粒子の粒度分布を変えて粒度分布の異なる複数種類の試験ガスを供給する。
ステップＳ１０
濃度計５により微粒子濃度を測定する。ここで測定される濃度は、被試験体フィルタ１０を通した微粒子濃度である。この場合、電気集塵器の印加電圧調製により粒度分布を変えたガスごとに濃度を測定する。これにより、試験微粒子を含む試験ガスの粒度分布に応じた被試験体フィルタの捕集能力を評価できる。
【００２６】
ステップＳ１１
パソコンを用いて、ステップＳ６とステップＳ１０で得られたフィルタ１０を通さない微粒子濃度と通した微粒子濃度の測定値を比較する。この後、被試験体フィルタの捕集能力を演算等により解析し、フィルタ特性を評価する。この方法は、同一条件で発生させた微粒子の、被試験体フィルタを通さない微粒子濃度と通した微粒子濃度を比較するので、正確に被試験体フィルタの捕集能力を測定できる。なお、上述した方法ではバイパス流路Ｂを通したガスの微粒子濃度を先に測定したが、フィルタ１０を通したガスの微粒子濃度を先に測定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、セラミックスハニカムフィルタに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの評価装置の概略図。
【図２】含塵ガス発生器から発生する原料ガス中の微粒子の粒度分布と電気集塵器の制御電圧の関係の説明図
【図３】本発明に係るセラミックスハニカムフィルタの評価方法のフローチャート。
【図４】従来のセラミックスハニカムフィルタの評価装置の概略図。
【符号の説明】
【００２９】
１：セラミックスハニカムフィルタの評価装置、２：フィルタ、３：含塵ガス発生器、４：電気集塵器、５：濃度計、６：吸引ファン、７：集塵器制御器、８：パソコン、９：流速測定器、１０：被試験体フィルタ、１３，１４：バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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