JP6449610B2 - Carbon suit generating apparatus and carbon suit generating method - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出される排ガスに含まれるカーボンスーツ（すす）を模擬的に発生させ、発生したカーボンスーツの導電性を向上させるカーボンスーツ発生装置およびカーボンスーツ発生方法に関する。 The present invention relates to a carbon suit generating apparatus and a carbon suit generating method for generating a carbon suit (soot) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine in a simulated manner and improving the conductivity of the generated carbon suit.
内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）から排出される排ガスには、カーボンスーツを主成分とする粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」ともいう。）などの物質が含まれている。そして、このＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：以下、「ＰＦ」ともいう。）が内燃機関の排気通路内に設けられている。 Exhaust gas discharged from an internal combustion engine (for example, a diesel engine) contains substances such as particulate matter (hereinafter also referred to as “PM”) mainly composed of carbon suit. A particulate filter (hereinafter also referred to as “PF”) for collecting the PM is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine.
ところで、上記ＰＦの性能評価や上記ＰＦの目詰まり状態等の解析または評価をするために、実際の排気ガスを使用する代わりに、模擬的な評価ガスを使用することが知られている。そのような模擬的な評価ガスを使用することによって種々の条件を作り出し、開発対象としている上記ＰＦの性能評価等を実際の排ガスを使用するよりは容易に行うことができる。 By the way, in order to analyze or evaluate the performance evaluation of the PF and the clogged state of the PF, it is known to use a simulated evaluation gas instead of using the actual exhaust gas. By using such a simulated evaluation gas, various conditions can be created, and the performance evaluation of the PF that is the development object can be performed more easily than using the actual exhaust gas.
かかる模擬的な評価ガスを調製させる装置としては、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、粉体微量供給器によってカーボン粉末を発生させ、該カーボン粉末が所定濃度となるように、該カーボン粉末を連続的に標準気体中に供給してカーボン混合気を生成することが開示されている。そして、特許文献１に記載の技術では、上記カーボン混合気をモデルガスに混合させることで、評価ガスを調製している。 As an apparatus for preparing such a simulated evaluation gas, for example, Patent Document 1 can be cited. In Patent Document 1, carbon powder is generated by a powder microfeeder, and the carbon powder is continuously supplied into a standard gas so that the carbon powder has a predetermined concentration, thereby generating a carbon mixture. Is disclosed. And in the technique of patent document 1, the evaluation gas is prepared by mixing the said carbon mixture into model gas.
ところで、模擬的な評価ガスを調製する装置の一形態として、対向させた一対の炭素棒である棒状電極間に気中放電（典型的にはアーク放電）を発生させ、該電極間からカーボンスーツを発生させるものが挙げられる。 By the way, as one form of an apparatus for preparing a simulated evaluation gas, an air discharge (typically arc discharge) is generated between rod-shaped electrodes that are a pair of opposed carbon rods, and a carbon suit is formed between the electrodes. Can be mentioned.
しかしながら、かかる気中放電を発生させて一対の電極間からカーボンスーツを発生させる態様の装置では、発生したカーボンスーツは、移送途中で冷却されるため、導電性の低いアモルファスカーボンになり易いという課題がある。このアモルファスカーボンを含む評価ガスは、実際の排ガスよりも導電性が低いため、実際のカーボンスーツの導電性を考慮した場合におけるＰＦの性能評価をするのには必ずしも適切ではなかった。 However, in the apparatus of the aspect in which the carbon suit is generated between the pair of electrodes by generating such an air discharge, the generated carbon suit is cooled in the middle of the transfer, so that it is easy to become amorphous carbon having low conductivity. There is. Since the evaluation gas containing amorphous carbon has lower conductivity than actual exhaust gas, it is not always suitable for evaluating the performance of PF in consideration of the conductivity of the actual carbon suit.
そこで本発明は、上述した課題を解決すべく創出されたものであり、気中放電によって発生したカーボンスーツの導電性を向上させることを目的としており、かかる目的を実現できるカーボンスーツ発生装置およびカーボンスーツ発生方法を提供するものである。 Accordingly, the present invention has been created to solve the above-described problems, and has an object to improve the conductivity of a carbon suit generated by air discharge. A suit generation method is provided.
本発明に係るカーボンスーツ発生装置は、対向した一対の棒状電極のうち少なくとも一方の電極が炭素棒である電極間に気中放電させることで上記炭素棒からカーボンスーツを発生させるカーボンスーツ発生装置であって、上記カーボンスーツは、少なくとも一部がグラファイト化したカーボンであり、上記電極が収容され、上記カーボンスーツを内部で発生させる容器と、上記容器内に配置され、一方の上記電極の周囲を囲む筒と、上記容器内の上記電極間に連続する気中放電を発生させる放電発生電源と、一方の上記電極と上記筒との間に接続され、不活性ガスが流れる配管と、を備え、上記気中放電によって発生した上記カーボンスーツを加熱し、該カーボンスーツに導電性を付与する加熱機構を有する。上記一対の棒状電極は、陽極炭素棒と陰極炭素棒とで構成されている。上記陰極炭素棒における上記陽極炭素棒側の端部の断面積は、上記陽極炭素棒における上記陰極炭素棒側の端部の断面積より小さい。上記配管は、上記陰極炭素棒から上記陽極炭素棒に向かって、不活性ガスを供給する。上記カーボンスーツ発生装置は、上記陽極炭素棒の軸を中心に上記陽極炭素棒を回転させる回転機構をさらに備えている。 The carbon suit generating apparatus according to the present invention is a carbon suit generating apparatus that generates a carbon suit from the carbon rod by causing air discharge between electrodes in which at least one of the pair of opposed rod-shaped electrodes is a carbon rod. The carbon suit is at least partly graphitized carbon, the electrode is accommodated therein, a container for generating the carbon suit inside, and the container is disposed in the container, and around one of the electrodes A surrounding cylinder, a discharge generating power source that generates a continuous air discharge between the electrodes in the container, and a pipe that is connected between one of the electrodes and the cylinder, and through which an inert gas flows, A heating mechanism for heating the carbon suit generated by the air discharge and imparting conductivity to the carbon suit is provided. The pair of rod-shaped electrodes is composed of an anode carbon rod and a cathode carbon rod. The cross-sectional area of the end portion on the anode carbon rod side of the cathode carbon rod is smaller than the cross-sectional area of the end portion on the cathode carbon rod side of the anode carbon rod. The piping supplies an inert gas from the cathode carbon rod toward the anode carbon rod. The carbon suit generator further includes a rotation mechanism that rotates the anode carbon rod about the axis of the anode carbon rod.
上記構成のカーボンスーツ発生装置によれば、気中放電によって発生したカーボンスーツを加熱機構によって加熱することができる。このため、発生したカーボンスーツが急速に冷却されてアモルファスカーボンとなることを抑制し、カーボンスーツの結晶化（グラファイト化）を促進することができる。よって、発生したカーボンスーツの導電性を向上させることができる。したがって、本構成のカーボンスーツ発生装置によると、生成された結晶化の高い（即ち導電性が向上した）カーボンスーツが含まれた評価ガスを調製し、ＰＦの適切な性能評価をすることができる。 According to the carbon suit generator having the above configuration, the carbon suit generated by the air discharge can be heated by the heating mechanism. For this reason, it can suppress that the carbon suit which generate | occur | produced is rapidly cooled and becomes amorphous carbon, and can accelerate | stimulate crystallization (graphitization) of a carbon suit. Therefore, the conductivity of the generated carbon suit can be improved. Therefore, according to the carbon suit generator of the present configuration, it is possible to prepare an evaluation gas containing the generated carbon suit with high crystallization (that is, improved conductivity) and perform an appropriate performance evaluation of PF. .
本発明の好ましい一態様によれば、上記一対の棒状電極は、陽極炭素棒と陰極炭素棒とで構成されている。上記陰極炭素棒における上記陽極炭素棒側の端部の断面積は、上記陽極炭素棒における上記陰極炭素棒側の端部の断面積より小さい。上記陰極炭素棒から上記陽極炭素棒に向かって、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、上記陽極炭素棒の軸を中心に上記陽極炭素棒を回転させる回転機構と、をさらに備えている。 According to a preferred aspect of the present invention, the pair of rod-shaped electrodes is composed of an anode carbon rod and a cathode carbon rod. The cross-sectional area of the end portion on the anode carbon rod side of the cathode carbon rod is smaller than the cross-sectional area of the end portion on the cathode carbon rod side of the anode carbon rod. An inert gas supply mechanism that supplies an inert gas from the cathode carbon rod toward the anode carbon rod; and a rotation mechanism that rotates the anode carbon rod about the axis of the anode carbon rod. Yes.
上記態様によれば、陰極炭素棒における陽極炭素棒側の端部の断面積を、陽極炭素棒における陰極炭素棒側の端部の断面積より小さくすることで、電極間にかかる電圧を安定させることができる。よって、発生したカーボンスーツの粒径および発生量を安定させることができる。陽極炭素棒を回転させない場合、陽極炭素棒の一部のみが放電によって消費する。そのため、一部のみ欠けた状態となり、陽極炭素棒に接触する不活性ガスが偏流し易くなる。しかし、上記態様では、陽極炭素棒の端部を均等に消費し易い。よって、陽極炭素棒に接触する不活性ガスが偏流することを防ぐことができる。よって、発生したカーボンスーツの粒径および発生量を安定させることができる。 According to the above aspect, the voltage applied between the electrodes is stabilized by making the cross-sectional area of the end portion on the anode carbon rod side of the cathode carbon rod smaller than the cross-sectional area of the end portion on the cathode carbon rod side of the anode carbon rod. be able to. Therefore, the particle size and generated amount of the generated carbon suit can be stabilized. When the anode carbon rod is not rotated, only a part of the anode carbon rod is consumed by the discharge. Therefore, only a part is lost, and the inert gas in contact with the anode carbon rod tends to drift. However, in the said aspect, it is easy to consume the edge part of an anode carbon rod equally. Therefore, it is possible to prevent the inert gas in contact with the anode carbon rod from drifting. Therefore, the particle size and generated amount of the generated carbon suit can be stabilized.
本発明の好ましい他の一態様によれば、上記加熱機構は、上記発生したカーボンスーツに赤外線を照射して該カーボンスーツを加熱するイメージ炉である。 According to another preferable aspect of the present invention, the heating mechanism is an image furnace that heats the generated carbon suit by irradiating the generated carbon suit with infrared rays.
上記態様によれば、加熱機構をイメージ炉によって簡単に構成することができる。イメージ炉によって、一対の電極間から発生したカーボンスーツを容易に加熱することができる。その結果、アモルファス化を防いで結晶化を促進し、当該カーボンスーツに導電性を付与することができる。 According to the said aspect, a heating mechanism can be easily comprised by an image furnace. With the image furnace, the carbon suit generated between the pair of electrodes can be easily heated. As a result, amorphization can be prevented to promote crystallization, and conductivity can be imparted to the carbon suit.
本発明の好ましい他の一態様によれば、上記カーボンスーツ発生装置は、上記一対の電極間の間隔を調節する電極間隔調節手段をさらに備えている。上記放電発生電源は、上記電極間隔調節手段によって、所定の間隔に調節された上記一対の電極間にアーク放電を生じさせるように構成されている。ここで、上記加熱機構は、上記電極間隔調節手段によって、上記電極間が所定の間隔に設定されるとともに、該設定された間隔において、上記放電発生電源によって上記発生したカーボンスーツに導電性を付与し得る熱エネルギーを有するアーク放電を発生させるように構成されている。 According to another preferred aspect of the present invention, the carbon suit generator further includes an electrode interval adjusting means for adjusting an interval between the pair of electrodes. The discharge generating power source is configured to generate an arc discharge between the pair of electrodes adjusted to a predetermined interval by the electrode interval adjusting means. Here, the heating mechanism sets a predetermined interval between the electrodes by the electrode interval adjusting means, and imparts conductivity to the carbon suit generated by the discharge generating power source at the set interval. An arc discharge having a heat energy that can be generated is generated.
上記態様によれば、放電発生電源はアーク放電を発生させる電源である。一対の電極間から発生したカーボンスーツに、導電性を付与し得る熱エネルギーを有するアーク放電を発生させることで、カーボンスーツを導電性が高いグラファイト化したカーボンにすることができる。また、加熱機構専用の装置などを新たに用意する必要がないため、コストを削減することができる。 According to the above aspect, the discharge generating power source is a power source that generates arc discharge. By generating arc discharge having thermal energy capable of imparting conductivity to the carbon suit generated between the pair of electrodes, the carbon suit can be made into graphitized carbon having high conductivity. Further, since it is not necessary to newly prepare a device dedicated to the heating mechanism, the cost can be reduced.
また、本発明は他の側面として、これらカーボンスーツ発生装置において、上記加熱機構によって、上記一対の電極間から発生したカーボンスーツに導電性を付与することを特徴とするカーボンスーツ発生方法を提供することができる。 Further, the present invention provides, as another aspect, a carbon suit generating method characterized in that in these carbon suit generating devices, conductivity is imparted to the carbon suit generated between the pair of electrodes by the heating mechanism. be able to.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the field.
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係るカーボンスーツ発生装置１００について説明する。図１は、本実施形態に係るカーボンスーツ発生装置１００を模式的に示した図である。図１に示すように、カーボンスーツ発生装置１００は、上下方向（ここでは鉛直方向）に対向した一対の第１電極１０１および第２電極１０２の間に気中放電させることで、電極１０１および１０２からカーボンスーツを発生させる装置である。カーボンスーツ発生装置１００は、一対の第１電極１０１および第２電極１０２を収容する減圧可能な容器１０７と、放電発生電源１１３と、イメージ炉１１７とを備えている。
<First Embodiment>
First, the carbon suit generator 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a carbon suit generating apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the carbon suit generator 100 causes the electrodes 101 and 102 to discharge in the air between a pair of the first electrode 101 and the second electrode 102 facing in the vertical direction (here, the vertical direction). It is a device that generates a carbon suit from. The carbon suit generating apparatus 100 includes a container 107 that can be depressurized that accommodates a pair of the first electrode 101 and the second electrode 102, a discharge generating power source 113, and an image furnace 117.
電極１０１および１０２は、棒状電極であり、炭素棒である。典型的には、丸棒（円柱）状の棒状電極であるが、角棒（角柱）状の棒状電極であってもよい。なお、電極１０１は炭素棒である必要はなく、少なくとも電極１０２が炭素棒であればよい。ここでは、電極１０１および１０２は、長手方向に対向するようにして上下方向に並んでいる。電極１０１および１０２は、それぞれホルダ１０３および１０４に固定されている。ホルダ１０３および１０４には、それぞれ端子１０５および１０６が接続されている。また、第２電極１０２が固定されたホルダ１０４は、ホルダ台１１４に載置されている。 The electrodes 101 and 102 are rod-shaped electrodes and are carbon rods. Typically, it is a round bar (cylindrical) bar electrode, but it may be a square bar (prism) bar electrode. Note that the electrode 101 is not necessarily a carbon rod, and at least the electrode 102 may be a carbon rod. Here, the electrodes 101 and 102 are arranged in the vertical direction so as to face each other in the longitudinal direction. Electrodes 101 and 102 are fixed to holders 103 and 104, respectively. Terminals 105 and 106 are connected to holders 103 and 104, respectively. The holder 104 to which the second electrode 102 is fixed is placed on the holder base 114.
容器１０７は、内部でカーボンスーツを発生させる。容器１０７には、電極１０１および１０２などが収容されている。本実施形態では、容器１０７は、下方に開口しており、この開口は、底蓋１０７ａによって閉じられている。容器１０７は耐熱性のある気密容器である。容器１０７の上部であって、第２電極１０２の上方に位置する箇所には、排出口１１５が形成されている。この排出口１１５は、電極１０１および１０２間で発生したカーボンスーツが排出される部位である。底蓋１０７ａには、上面から上方に延びた締結部材１１２が設けられている。この締結部材１１２の上端にはホルダ台１１４が設けられている。締結部材１１２によって、第２電極１０２は固定されている。また、底蓋１０７ａには、チューブ１１０が設けられ、このチューブ１１０は、容器１０７内で金属製配管１１１に接続されている。チューブ１１０には、不活性ガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガス等）が流されており、チューブ１１０および金属製配管１１１を通して容器１０７内を不活性ガスで満たす（置換する）ことができる。なお、容器１０７内は真空であってもよい。また、容器１０７内の圧力については特に限定されないが、典型的には、０．０２ＭＰａ〜０．２ＭＰａ程度が適当である。 The container 107 generates a carbon suit inside. The container 107 contains electrodes 101 and 102 and the like. In the present embodiment, the container 107 is opened downward, and this opening is closed by a bottom lid 107a. The container 107 is a heat-resistant airtight container. A discharge port 115 is formed at a location above the second electrode 102 above the container 107. The discharge port 115 is a portion from which the carbon suit generated between the electrodes 101 and 102 is discharged. The bottom cover 107a is provided with a fastening member 112 extending upward from the upper surface. A holder base 114 is provided at the upper end of the fastening member 112. The second electrode 102 is fixed by the fastening member 112. The bottom lid 107 a is provided with a tube 110, and this tube 110 is connected to a metal pipe 111 in the container 107. An inert gas (for example, nitrogen gas, argon gas, etc.) flows through the tube 110, and the inside of the container 107 can be filled (replaced) with the inert gas through the tube 110 and the metal pipe 111. The inside of the container 107 may be a vacuum. Moreover, although it does not specifically limit about the pressure in the container 107, Typically, about 0.02 MPa-0.2 MPa are suitable.
本実施形態では、チューブ１１０および金属製配管１１１を通った不活性ガスは、電極１０１から電極１０２に向かうように噴出される。具体的には、第１電極１０１は、筒１０８によって周囲が囲まれている。第１電極１０１と筒１０８の内周面との間には若干の隙間がある。また、電極１０１および１０２が対向している箇所は、筒１０９によって周囲が囲まれている。筒１０９は、石英またはアルミナなどの絶縁性と耐熱性とを有する材料によって構成されている。金属製配管１１１は、一端がチューブ１１０に接続されており、他端が第１電極１０１の下方から第１電極１０１と筒１０８の内周面との間の隙間に向かって不活性ガスが流れるように配置されている。そのため、チューブ１１０および金属製配管１１１を通った不活性ガスは、電極１０１から電極１０２に向かうように噴出される。 In the present embodiment, the inert gas that has passed through the tube 110 and the metal pipe 111 is ejected from the electrode 101 toward the electrode 102. Specifically, the first electrode 101 is surrounded by a cylinder 108. There is a slight gap between the first electrode 101 and the inner peripheral surface of the cylinder 108. Further, a portion where the electrodes 101 and 102 are opposed is surrounded by a cylinder 109. The cylinder 109 is made of a material having insulating properties and heat resistance, such as quartz or alumina. One end of the metal pipe 111 is connected to the tube 110, and the other end flows from the lower side of the first electrode 101 toward a gap between the first electrode 101 and the inner peripheral surface of the cylinder 108. Are arranged as follows. Therefore, the inert gas that has passed through the tube 110 and the metal pipe 111 is ejected from the electrode 101 toward the electrode 102.
放電発生電源１１３は、容器１０７内の電極１０１および１０２間に連続する気中放電を発生させる。本実施形態では、放電発生電源１１３は、端子１０５および１０６、ならびに、ホルダ１０３および１０４を介して、電極１０１および１０２に接続されている。放電発生電源１１３は、正負極出力を有している。ここでは、第１電極（カソード）１０１には、負極の電圧が印加され、第２電極（アノード）１０２には、正極の電圧が印加されている。放電発生電源１１３は、気中放電を定電流によって連続放電させる機能を有している直流電源であり、アーク放電電源であることが好ましい。アーク放電を用いることで、エネルギー投入量の増大を狙い、所定の電圧（例えば２０Ｖ〜１００Ｖ、好ましくは３０Ｖ〜８０Ｖ）かつ所定の電流（例えば１０Ａ〜６０Ａ、好ましくは２０Ａ〜４０Ａ）の連続放電を第１電極１０１および第２電極１０２の間に発生させることができ、その結果、５ｇ／ｈ程度のカーボンスーツを発生させることができる。 The discharge generating power source 113 generates a continuous air discharge between the electrodes 101 and 102 in the container 107. In the present embodiment, the discharge generating power supply 113 is connected to the electrodes 101 and 102 via the terminals 105 and 106 and the holders 103 and 104. The discharge generating power supply 113 has positive and negative output. Here, a negative voltage is applied to the first electrode (cathode) 101, and a positive voltage is applied to the second electrode (anode) 102. The discharge generating power supply 113 is a DC power supply having a function of continuously discharging the air discharge with a constant current, and is preferably an arc discharge power supply. By using arc discharge, aiming at an increase in energy input, continuous discharge of a predetermined voltage (for example, 20V to 100V, preferably 30V to 80V) and a predetermined current (for example, 10A to 60A, preferably 20A to 40A) is performed. It can be generated between the first electrode 101 and the second electrode 102, and as a result, a carbon suit of about 5 g / h can be generated.
イメージ炉１１７は、放電発生電源１１３の気中放電によって発生したカーボンスーツを加熱し、このカーボンスーツに導電性を付与する。本実施形態では、イメージ炉１１７は、本発明の加熱機構に対応する。 The image furnace 117 heats the carbon suit generated by the air discharge of the discharge generating power supply 113 and imparts conductivity to the carbon suit. In the present embodiment, the image furnace 117 corresponds to the heating mechanism of the present invention.
本実施形態では、イメージ炉１１７は、容器１０７の排出口１１５の出口に設けられている。イメージ炉１１７は、従来公知のものであればよい。例えば、イメージ炉１１７は、赤外線ゴールドイメージ炉であることが好ましい。イメージ炉１１７は、一対の電極１０１および１０２の間から発生したカーボンスーツに赤外線を照射して、発生したカーボンスーツを加熱させる。ここでは、イメージ炉１１７は、略長方体形状であり、長手方向に沿って円筒が切り抜かれた形状をしている。イメージ炉１１７の内周面には、赤外線ランプ（図示せず）および放物面ミラー（図示せず）が配置されている。また、イメージ炉１１７内には、透明な筒状の石英管１１６が配置されており、この石英管１１６が容器１０７の排出口１１５の出口に繋がっている。ここでは、石英管１１６内にカーボンスーツが導入され、上記赤外線ランプおよび上記放物面ミラーによってカーボンスーツは高温で加熱される。そして、カーボンスーツが高温で加熱されることによって、導電性が付与される。なお、イメージ炉１１７の加熱温度は、６００℃〜１０００℃であることが好ましい。 In the present embodiment, the image furnace 117 is provided at the outlet of the outlet 115 of the container 107. The image furnace 117 may be any conventionally known one. For example, the image furnace 117 is preferably an infrared gold image furnace. The image furnace 117 irradiates the carbon suit generated between the pair of electrodes 101 and 102 with infrared rays to heat the generated carbon suit. Here, the image furnace 117 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a shape in which a cylinder is cut out along the longitudinal direction. An infrared lamp (not shown) and a parabolic mirror (not shown) are arranged on the inner peripheral surface of the image furnace 117. A transparent cylindrical quartz tube 116 is disposed in the image furnace 117, and this quartz tube 116 is connected to the outlet 115 of the container 107. Here, a carbon suit is introduced into the quartz tube 116, and the carbon suit is heated at a high temperature by the infrared lamp and the parabolic mirror. And conductivity is provided by heating a carbon suit at high temperature. In addition, it is preferable that the heating temperature of the image furnace 117 is 600 degreeC-1000 degreeC.
次に、本実施形態に係るカーボンスーツ発生装置１００において、カーボンスーツが発生し、発生したカーボンスーツに導電性を付与する手順について説明する。先ず、チューブ１１０から不活性ガスが容器１０７内に導入され、容器１０７内が所定のガス圧となるように不活性ガスで置換される。放電発生電源１１３によって電極１０１および１０２に電圧が印加される。このとき、電極１０１および１０２の間で放電が発生し、正極の電圧が印加された電極１０２が加熱されて昇華し、カーボンスーツが発生する。発生したカーボンスーツは、筒１０８の内周面と電極１０１との隙間を上方に向かって噴射する不活性ガスによって、冷却しながら容器１０７の上方へ移動し、排出口１１５を通じてイメージ炉１１７内の石英筒１１６に導入される。石英筒１１６内に導入されたカーボンスーツは、イメージ炉１１７内に配置された赤外線ランプおよび放物面ミラーによって約６００℃〜１０００℃で加熱されることにより急速な冷却が抑制され、結晶化（グラファイト化）の進行によって導電性が付与されることとなる。 Next, in the carbon suit generating apparatus 100 according to the present embodiment, a procedure for generating a carbon suit and imparting conductivity to the generated carbon suit will be described. First, an inert gas is introduced from the tube 110 into the container 107, and is replaced with the inert gas so that the inside of the container 107 has a predetermined gas pressure. A voltage is applied to the electrodes 101 and 102 by the discharge generating power supply 113. At this time, a discharge is generated between the electrodes 101 and 102, the electrode 102 to which the positive voltage is applied is heated and sublimated, and a carbon suit is generated. The generated carbon suit moves to the upper side of the container 107 while being cooled by the inert gas injected upward through the gap between the inner peripheral surface of the tube 108 and the electrode 101, and passes through the discharge port 115 in the image furnace 117. It is introduced into the quartz cylinder 116. The carbon suit introduced into the quartz tube 116 is heated at about 600 ° C. to 1000 ° C. by an infrared lamp and a parabolic mirror disposed in the image furnace 117, thereby suppressing rapid cooling and crystallization ( Conductivity is imparted by the progress of graphitization.
以上、第１実施形態に係るカーボンスーツ発生装置１００について説明した。次に、第１実施形態に関する試験例について説明するが、以下で説明する試験例は本発明を限定することを意図したものではない。 The carbon suit generating apparatus 100 according to the first embodiment has been described above. Next, although the test example regarding 1st Embodiment is demonstrated, the test example demonstrated below is not intending limiting this invention.
ここでは、試験例１として、第１実施形態に係るカーボンスーツ発生装置１００において、電極１０１および１０２の間から発生したカーボンスーツを、加熱機構であるイメージ炉１１７に導入したときにおける、カーボンスーツの抵抗値について調べた。 Here, as Test Example 1, in the carbon suit generating apparatus 100 according to the first embodiment, the carbon suit generated from between the electrodes 101 and 102 is introduced into the image furnace 117 that is a heating mechanism. The resistance value was examined.
≪試験例１≫
＜実施例１＞
先ず、棒状の炭素棒である第１電極１０１および第２電極１０２を用意した。第１電極１０１および第２電極１０２は、ともに極径５ｍｍ、長さ１００ｍｍの炭素棒である。そして、電極１０１および１０２の気中放電前の間隔が２ｍｍとなるように、図１に示すカーボンスーツ発生装置１００のように第１電極１０１および第２電極１０２を垂直に対向するように配置した。また、容器１０７内は、所定のガス圧の不活性ガス（窒素ガス）で満たされている。そして、放電発生電源１１３としてアーク発生電源（直流電源）を用いて、所定の電圧（２５Ｖ）で気中放電（アーク放電）を第１電極１０１および第２電極１０２の間に発生させる。
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<Example 1>
First, the 1st electrode 101 and the 2nd electrode 102 which are rod-shaped carbon rods were prepared. The first electrode 101 and the second electrode 102 are both carbon rods having a pole diameter of 5 mm and a length of 100 mm. And the 1st electrode 101 and the 2nd electrode 102 were arrange | positioned so as to oppose perpendicularly like the carbon suit generator 100 shown in FIG. 1 so that the space | interval before the air discharge of the electrodes 101 and 102 might be set to 2 mm. . Further, the inside of the container 107 is filled with an inert gas (nitrogen gas) having a predetermined gas pressure. Then, using an arc generating power supply (DC power supply) as the discharge generating power supply 113, an air discharge (arc discharge) is generated between the first electrode 101 and the second electrode 102 at a predetermined voltage (25 V).
上述した構成のカーボンスーツ発生装置１００において、第１電極１０１および第２電極１０２間でカーボンスーツを発生させる。そして、発生したカーボンスーツをイメージ炉１１７内の石英筒１１６に導入し、６００℃でカーボンスーツを加熱させた。このときの時間の経過に伴うカーボンスーツの抵抗値（ＭΩ）を求めた。 In the carbon suit generating apparatus 100 configured as described above, a carbon suit is generated between the first electrode 101 and the second electrode 102. The generated carbon suit was introduced into the quartz cylinder 116 in the image furnace 117, and the carbon suit was heated at 600 ° C. The resistance value (MΩ) of the carbon suit with the passage of time at this time was determined.
＜実施例２＞
イメージ炉１１７内の石英筒１１６に導入したカーボンスーツを８００℃で加熱させた以外は、実施例１と同様にして、実施例２における時間の経過に伴うカーボンスーツの抵抗値を求めた。
<Example 2>
The resistance value of the carbon suit with the passage of time in Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon suit introduced into the quartz cylinder 116 in the image furnace 117 was heated at 800 ° C.
＜実施例３＞
イメージ炉１１７内の石英筒１１６に導入したカーボンスーツを１０００℃で加熱させた以外は、実施例１と同様にして、実施例３における時間の経過に伴うカーボンスーツの抵抗値を求めた。
<Example 3>
The resistance value of the carbon suit over time in Example 3 was determined in the same manner as in Example 1 except that the carbon suit introduced into the quartz cylinder 116 in the image furnace 117 was heated at 1000 ° C.
実施例１〜３で求めた石英筒１１６に導入した時間の経過に伴うカーボンスーツの抵抗値を図２のグラフに示す。なお、図２において、縦軸はカーボンスーツの抵抗値（ＭΩ）を示し、横軸はカーボンスーツを石英筒１１６内に導入した経過時間（即ち加熱継続時間）を示している。図２に示すように、イメージ炉１１７内の加熱温度を高くすることによって、短時間でカーボンスーツの抵抗値が下がることが分かる。すなわち、加熱温度が高いほど短時間でカーボンスーツがグラファイト化し、導電性の向上が認められる。特に、実施例３のように加熱温度を１０００℃にすると、０．５秒でカーボンスーツの抵抗値が１．０ＭΩ以下となった。なお、実際の排ガス中のＰＭの抵抗値は６００ｋΩ〜８００ｋΩである。このことによって、発生したカーボンスーツに加熱処理をすることで、カーボンスーツの抵抗値を低減させる、すなわち、カーボンスーツに導電性を付与することができることが分かる。イメージ炉１１７の加熱温度を高温にする程、より短時間で、カーボンスーツに導電性を付与することができる。 The resistance value of the carbon suit with the passage of time introduced into the quartz cylinder 116 obtained in Examples 1 to 3 is shown in the graph of FIG. In FIG. 2, the vertical axis represents the resistance value (MΩ) of the carbon suit, and the horizontal axis represents the elapsed time (that is, the heating duration) when the carbon suit is introduced into the quartz cylinder 116. As shown in FIG. 2, it can be understood that the resistance value of the carbon suit decreases in a short time by increasing the heating temperature in the image furnace 117. That is, as the heating temperature is higher, the carbon suit becomes graphitized in a shorter time, and an improvement in conductivity is recognized. In particular, when the heating temperature was 1000 ° C. as in Example 3, the resistance value of the carbon suit became 1.0 MΩ or less in 0.5 seconds. In addition, the resistance value of PM in actual exhaust gas is 600 kΩ to 800 kΩ. From this, it can be seen that the heat treatment of the generated carbon suit can reduce the resistance value of the carbon suit, that is, can impart conductivity to the carbon suit. As the heating temperature of the image furnace 117 is increased, conductivity can be imparted to the carbon suit in a shorter time.
以上のように、本実施形態では、気中放電によって発生したカーボンスーツは、イメージ炉１１７によって加熱される。加熱されたカーボンスーツは、導電性が低いアモルファスカーボンではなく、導電性が高いグラファイト化したカーボンとなる。よって、発生したカーボンスーツの導電性を向上させることができる。また、導電性が向上したカーボンスーツが含まれた評価ガスで、ＰＦの適切な性能評価をすることができる。 As described above, in the present embodiment, the carbon suit generated by the air discharge is heated by the image furnace 117. The heated carbon suit is not amorphous carbon having low conductivity, but graphitized carbon having high conductivity. Therefore, the conductivity of the generated carbon suit can be improved. In addition, it is possible to perform an appropriate performance evaluation of PF with an evaluation gas containing a carbon suit with improved conductivity.
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るカーボンスーツ発生装置２００について説明する。図３は、本実施形態に係るカーボンスーツ発生装置２００を模式的に示した図である。本実施形態では、図３に示すように、カーボンスーツの加熱機構は、電極間隔調節手段（モータ２０９）によって、電極２０１および２０２の間が所定の間隔に設定されるとともに、設定された間隔において、放電発生電源によって、発生したカーボンスーツに導電性を付与し得る熱エネルギーを有するアーク放電を発生させるように構成されている。
Second Embodiment
Next, the carbon suit generator 200 according to the second embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram schematically showing the carbon suit generating apparatus 200 according to the present embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the heating mechanism of the carbon suit is set to a predetermined interval between the electrodes 201 and 202 by the electrode interval adjusting means (motor 209), and at the set interval. The discharge generating power source is configured to generate arc discharge having thermal energy capable of imparting conductivity to the generated carbon suit.
本実施形態では、炭素棒で構成された第１電極（カソード）２０１および第２電極（アノード）２０２は、お互いの端面が対向するようにして略平行に配置されている。第１電極２０１には取付器具２０３が取り付けられており、取付器具２０３によって台座２０５に固定されている。第２電極２０２には取付器具２０４が取り付けられており、取付器具２０４によって台座２０６に固定されている。台座２０６は、スライド台２０７に載置されている。また、台座２０６の図３の正面からみて右側側面の面中心には、雌螺子が加工されている。その台座２０６の雌螺子部分には、雄螺子シャフト２１０の雄螺子部分が貫通されている。 In the present embodiment, the first electrode (cathode) 201 and the second electrode (anode) 202 made of carbon rods are arranged substantially in parallel so that their end faces face each other. An attachment tool 203 is attached to the first electrode 201, and is fixed to the pedestal 205 by the attachment tool 203. An attachment device 204 is attached to the second electrode 202, and is fixed to the base 206 by the attachment device 204. The base 206 is placed on the slide base 207. Further, a female screw is machined at the center of the right side surface of the pedestal 206 as viewed from the front of FIG. The male screw portion of the male screw shaft 210 is passed through the female screw portion of the pedestal 206.
そして、雄螺子シャフト２１０の雄螺子部分に対向する側には、モータ２０９の回転軸が固定されており、モータ２０９の回転と共に雄螺子シャフト２１０も回転する。このように、モータ２０９が回転することによって雄螺子シャフト２１０が回転することにより、台座２０６がスライドし、該スライドによって第２電極２０２が軸方向に移動することができる。このことによって、第１電極２０１および第２電極２０２の間隔を調整することができる。また、台座２０５、スライド台２０７およびモータ２０９は、ベース台２０８に固定されている。 The rotating shaft of the motor 209 is fixed to the side of the male screw shaft 210 facing the male screw portion, and the male screw shaft 210 also rotates as the motor 209 rotates. As described above, when the motor 209 rotates and the male screw shaft 210 rotates, the base 206 slides, and the second electrode 202 can move in the axial direction by the sliding. As a result, the distance between the first electrode 201 and the second electrode 202 can be adjusted. In addition, the base 205, the slide base 207, and the motor 209 are fixed to the base base 208.
かかる構成のカーボンスーツ発生装置２００には、放電発生電源２１１が備えられている。放電発生電源２１１は、モータ２０９によって所定の間隔に調節された一対の電極２０１および２０２の間にアーク放電を生じさせるように構成されている。ここでは、放電発生電源２１１の正極出力には、第２電極２０２、すなわち、モータ２０９によってスライドさせる電極が接続されている。一方、放電発生電源２１１の負極出力には、第１電極２０１が接続されている。また、放電発生電源２１１の正極出力側はアースされている。なお、放電発生電源２１１は定電流源である。 The carbon suit generating apparatus 200 having such a configuration is provided with a discharge generating power source 211. The discharge generating power supply 211 is configured to cause arc discharge between the pair of electrodes 201 and 202 adjusted to a predetermined interval by the motor 209. Here, the second electrode 202, that is, an electrode that is slid by the motor 209 is connected to the positive output of the discharge generating power supply 211. On the other hand, the first electrode 201 is connected to the negative output of the discharge generating power supply 211. Further, the positive output side of the discharge generating power supply 211 is grounded. The discharge generating power supply 211 is a constant current source.
かかるカーボンスーツ発生装置２００の構成のうち、第１電極２０１、第２電極２０２、取付器具２０３および２０４、台座２０５および２０６、スライド台２０７は、容器２１４内に格納されている。容器２１４は、密閉性の高い容器である。容器２１４には、配管２１５および２１７が貫通されている。この配管２１５および２１７は、不活性ガス（例えば、アルゴンガスまたは窒素ガス）を容器２１４内に導入する管である。このように、配管２１５および２１７を通じて容器２１４内に窒素ガスを導入することによって、容器２１４内は、窒素ガスが充満された状態（以下、「窒素雰囲気」ともいう。）となる。特に、配管２１７の出口は、第１電極２０１および第２電極２０２の間の近傍に設けられており、アーク放電によって発生したカーボンスーツを効果的に冷却する。また、配管２１７を流れる不活性ガスは、電極２０１および２０２の間で発生したカーボンスーツを上方に向かって後述する排出口２１６へ移動させる役割も担っている。 Among the configurations of the carbon suit generating apparatus 200, the first electrode 201, the second electrode 202, the attachment tools 203 and 204, the bases 205 and 206, and the slide base 207 are stored in the container 214. The container 214 is a highly airtight container. Pipes 215 and 217 are passed through the container 214. The pipes 215 and 217 are pipes for introducing an inert gas (for example, argon gas or nitrogen gas) into the container 214. Thus, by introducing nitrogen gas into the container 214 through the pipes 215 and 217, the container 214 is filled with nitrogen gas (hereinafter also referred to as “nitrogen atmosphere”). In particular, the outlet of the pipe 217 is provided in the vicinity between the first electrode 201 and the second electrode 202, and effectively cools the carbon suit generated by the arc discharge. The inert gas flowing through the pipe 217 also plays a role of moving the carbon suit generated between the electrodes 201 and 202 upward to a discharge port 216 described later.
また、容器２１４の上部には、排出口２１６が設けられている。この排出口２１６は、カーボン製であり、容器２１４内で発生したカーボンスーツを含有するガス（以下、「カーボン含有ガス」ともいう。）を排出するための管である。 In addition, a discharge port 216 is provided in the upper part of the container 214. The discharge port 216 is made of carbon and is a tube for discharging a gas containing a carbon suit generated in the container 214 (hereinafter also referred to as “carbon-containing gas”).
かかるカーボンスーツ発生装置２００は、制御部２１３を備えている。制御部２１３は、主としてデジタルコンピュータから構成されており、カーボンスーツ発生装置２００の稼働における制御装置として機能する。制御部２１３は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＣＰＵ等を有している。制御部２１３は、入力ポートによってカーボンスーツ発生装置２００内の情報を取得し、該情報に基づいて出力ポートに制御信号を送信することで、カーボンスーツ発生装置２００を制御することができる。例えば、入力ポートには、放電発生電源２１１によって発生された第１電極２０１および第２電極２０２との間の電圧および／または電流の情報が伝達される。一方、出力ポートにはモータ２０９が接続されており、該出力ポートを介して、モータ制御信号をモータ２０９に送信することで、モータ２０９の回転によって、第２電極２０２を軸方向に移動することによって第１電極２０１および第２電極２０２との間隔を制御することができる。 Such a carbon suit generating apparatus 200 includes a control unit 213. The control unit 213 is mainly composed of a digital computer, and functions as a control device in the operation of the carbon suit generating apparatus 200. The control unit 213 includes, for example, a ROM, a RAM, a CPU, and the like. The control unit 213 can control the carbon suit generating apparatus 200 by acquiring information in the carbon suit generating apparatus 200 through the input port and transmitting a control signal to the output port based on the information. For example, voltage and / or current information between the first electrode 201 and the second electrode 202 generated by the discharge generating power supply 211 is transmitted to the input port. On the other hand, a motor 209 is connected to the output port, and a motor control signal is transmitted to the motor 209 via the output port, whereby the second electrode 202 is moved in the axial direction by the rotation of the motor 209. Thus, the distance between the first electrode 201 and the second electrode 202 can be controlled.
カーボンスーツ発生装置２００は、電圧検出手段２１２と、電極間隔調節手段としてのモータ２０９を備えている。電圧検出手段２１２は、第１電極２０１および第２電極２０２に印加された電圧を検出する手段である。電圧検出手段２１２は、制御部２１３と電気的に接続されている。制御部２１３は、電圧測定信号を受信し、該受信後、電圧検出手段２１２は、放電発生電源２１１によって発生された第１電極２０１および第２電極２０２の間の電圧を測定する。なお、この電圧を測定する方法は、本発明を特に限定するものではないが、例えば、可動コイル構造であり永久磁石およびコイルで構成される電圧測定器などを使用することができる。 The carbon suit generating apparatus 200 includes a voltage detection unit 212 and a motor 209 as an electrode interval adjustment unit. The voltage detection unit 212 is a unit that detects a voltage applied to the first electrode 201 and the second electrode 202. The voltage detection unit 212 is electrically connected to the control unit 213. The control unit 213 receives the voltage measurement signal, and after receiving the voltage measurement signal, the voltage detection unit 212 measures the voltage between the first electrode 201 and the second electrode 202 generated by the discharge generation power supply 211. The method for measuring the voltage does not particularly limit the present invention. For example, a voltage measuring instrument having a movable coil structure and composed of a permanent magnet and a coil can be used.
電極間隔調節手段は、一対の電極２０１および２０２の間の間隔を調節する。上述したように、ここでは、電極間隔調節手段は、モータ２０９である。モータ２０９は、制御部２１３と電気的に接続されている。制御部２１３は、電圧検出手段２１２によって電極２０１および２０２に印加された電圧を検出し、該検出結果に基づいて電極２０１および２０２の間隔を調節するために、モータ２０９を駆動させることによって、第２電極２０２を軸方向に移動させて、電極２０１および２０２の間隔を調節している。 The electrode interval adjusting means adjusts the interval between the pair of electrodes 201 and 202. As described above, the electrode interval adjusting means is the motor 209 here. The motor 209 is electrically connected to the control unit 213. The control unit 213 detects the voltage applied to the electrodes 201 and 202 by the voltage detection unit 212, and drives the motor 209 to adjust the interval between the electrodes 201 and 202 based on the detection result, thereby The distance between the electrodes 201 and 202 is adjusted by moving the two electrodes 202 in the axial direction.
カーボンスーツ発生装置２００は、加熱機構を備えており、この加熱機構は、放電発生電源２１１と電極間隔調節手段（モータ２０９）とから構成されている。具体的には、加熱機構は、モータ２０９によって、電極２０１および２０２の間が所定の間隔に設定されるとともに、該設定された間隔において、放電発生電源２１１によって発生したカーボンスーツに導電性を付与し得る熱エネルギーを有するアーク放電を発生させるように構成されている。すなわち、本実施形態に係る加熱機構は、放電発生電源２１１によって発生したアーク放電の熱エネルギーを利用して、発生したカーボンスーツを加熱している。 The carbon suit generating apparatus 200 includes a heating mechanism, and the heating mechanism includes a discharge generating power supply 211 and an electrode interval adjusting means (motor 209). Specifically, the heating mechanism sets a predetermined interval between the electrodes 201 and 202 by the motor 209 and imparts conductivity to the carbon suit generated by the discharge generation power source 211 at the set interval. An arc discharge having a heat energy that can be generated is generated. That is, the heating mechanism according to the present embodiment heats the generated carbon suit using the thermal energy of arc discharge generated by the discharge generation power supply 211.
かかる構成のカーボンスーツ発生装置２００において、配管２１７からの不活性ガスの上方に向かう流路に沿って、電極２０１および２０２の間で発生したカーボンスーツは、排出口２１６へ向かって移動する。このとき、容器２１４内の電極２０１および２０２と排出口２１６との間の空間Ａは、放電発生電源２１１によるアーク放電の熱エネルギーによって赤熱している。カーボンスーツは、この空間Ａを通過することによって加熱され、導電性が高いグラファイト化したカーボンとなる。なお、この空間Ａの赤熱の範囲は、モータ２０９によって電極２０１および２０２の間の間隔を広くする程、広くなる。 In the carbon suit generating apparatus 200 having such a configuration, the carbon suit generated between the electrodes 201 and 202 moves toward the discharge port 216 along the flow path upward of the inert gas from the pipe 217. At this time, the space A between the electrodes 201 and 202 and the discharge port 216 in the container 214 is red hot by the heat energy of arc discharge by the discharge generating power supply 211. The carbon suit is heated by passing through the space A to become graphitized carbon having high conductivity. The range of red heat in the space A becomes wider as the distance between the electrodes 201 and 202 is increased by the motor 209.
このことは以下のことから説明できる。電極２０１および２０２の間隔が広くなると、電極２０１および２０２への印加電圧が高くなる。放電発生電源２１１は、定電流源であるため、上記間隔が広くなることはアーク放電にかかる電力が大きくなることである。また、アーク放電は、電極２０１および２０２の近傍で発生するため、電極２０１および２０２の間におけるカーボンスーツを発生させる以外の熱エネルギーは、電極２０１および２０２の周囲を加熱することに費やされる。そのため、電極２０１および２０２の間の間隔を広くすることで、容器２１４内のカーボンスーツは、アーク放電の熱エネルギーにより、導電性が高いグラファイト化したカーボンとなる。 This can be explained from the following. When the distance between the electrodes 201 and 202 is increased, the voltage applied to the electrodes 201 and 202 is increased. Since the discharge generating power supply 211 is a constant current source, the increase in the interval means that the electric power applied to the arc discharge is increased. In addition, since arc discharge is generated in the vicinity of the electrodes 201 and 202, heat energy other than generating a carbon suit between the electrodes 201 and 202 is spent on heating the periphery of the electrodes 201 and 202. Therefore, by widening the gap between the electrodes 201 and 202, the carbon suit in the container 214 becomes graphitized carbon having high conductivity due to the thermal energy of arc discharge.
図４および図５は、カーボンスーツ発生装置２００において、発生したカーボンスーツのＴＥＭ画像である。図４は、電極２０１および２０２の間の間隔を２ｍｍにした場合における、発生したカーボンスーツである。図５は、電極２０１および２０２の間の間隔を４ｍｍにした場合における、発生したカーボンスーツである。なお、図４および図５のＴＥＭ画像は、倍率が３０万倍である。図４に示すように、電極２０１および２０２の間隔を２ｍｍとした場合、発生したカーボンスーツはアモルファスカーボンである。一方、図５に示すように、電極２０１および２０２の間隔を４ｍｍとした場合、発生したカーボンスーツには、グラファイト化したカーボンの特徴である層状構造が見受けられた。このように、電極２０１および２０２の間隔は、４ｍｍ以上であることが好ましい。このことによって、導電性が高いグラファイト化したカーボンスーツが得られ易い。 4 and 5 are TEM images of the carbon suit generated in the carbon suit generating apparatus 200. FIG. FIG. 4 shows the generated carbon suit when the distance between the electrodes 201 and 202 is 2 mm. FIG. 5 shows the generated carbon suit when the distance between the electrodes 201 and 202 is 4 mm. The TEM images in FIGS. 4 and 5 have a magnification of 300,000 times. As shown in FIG. 4, when the distance between the electrodes 201 and 202 is 2 mm, the generated carbon suit is amorphous carbon. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the distance between the electrodes 201 and 202 was 4 mm, the generated carbon suit had a layered structure characteristic of graphitized carbon. Thus, the distance between the electrodes 201 and 202 is preferably 4 mm or more. This makes it easy to obtain a graphitized carbon suit having high conductivity.
以上のように、本実施形態では、放電発生電源２１１はアーク放電を発生させる電源である。一対の電極２０１および２０２間から発生したカーボンスーツに、導電性を付与し得る熱エネルギーを有するアーク放電を発生させることで、カーボンスーツを導電性が高いグラファイト化したカーボンにすることができる。また、加熱機構専用の装置などを新たに用意する必要がないため、コストを削減することができる。 As described above, in the present embodiment, the discharge generating power supply 211 is a power supply that generates arc discharge. By generating an arc discharge having thermal energy capable of imparting conductivity to the carbon suit generated between the pair of electrodes 201 and 202, the carbon suit can be made into graphitized carbon having high conductivity. Further, since it is not necessary to newly prepare a device dedicated to the heating mechanism, the cost can be reduced.
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るカーボンスーツ発生装置３００について説明する。図６は、第３実施形態に係るカーボンスーツ発生装置３００を模式的に示した図である。第３実施形態では、図６に示すように、容器３０３の周りにイメージ炉３０４を設けることで、電極間で発生したカーボンスーツを加熱している。
<Third Embodiment>
Next, the carbon suit generator 300 according to the third embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram schematically showing a carbon suit generating apparatus 300 according to the third embodiment. In the third embodiment, as shown in FIG. 6, the carbon suit generated between the electrodes is heated by providing an image furnace 304 around the container 303.
本実施形態では、炭素棒である第１電極（カソード）３０１および第２電極（アノード）３０２は、お互いの端面が対向するようにして略垂直に配置されている。第１電極３０１は、端子３２０を介してアーク放電を行う定電流の放電発生電源３２２の負極出力が接続されている。第２電極３０２は、端子３２１を介して放電発生電源３２２の正極出力が接続されている。ここでは、電極３０１および３０２は、石英製の透明な筒状の容器３０３に収容されている。 In the present embodiment, the first electrode (cathode) 301 and the second electrode (anode) 302, which are carbon rods, are arranged substantially vertically so that their end faces face each other. The first electrode 301 is connected to the negative output of a constant-current discharge generating power source 322 that performs arc discharge via a terminal 320. The second electrode 302 is connected to the positive output of the discharge generating power source 322 via the terminal 321. Here, the electrodes 301 and 302 are accommodated in a transparent cylindrical container 303 made of quartz.
容器３０３には、上部および下部に、配管３０５および３１６が設けられている。配管３０５および３１６には、不活性ガスが流されており、配管３０５および３１６を通して容器３０３は所定のガス圧の不活性ガスで満たされる（置換される）。具体的には、配管３０５からの不活性ガスは、一対の電極３０１および３０２の近傍へ流れる。第１電極３０１は、耐熱性の材料で形成された筒３０７に囲まれており、この筒３０７の上端には配管３０５の出口が設けられている。配管３０５からの不活性ガスは、筒３０７と第１電極３０１との間の隙間から電極３０１および３０２の近傍に流れる。配管３１６からの不活性ガスは、容器３０３の下部から上方へ向かって流れる。また、容器３０３には、上部に排出口３１７が設けられている。排出口３１７は、容器３０３内のカーボンスーツを排出するものである。そのため、配管３１６からの不活性ガスは、電極３０１および３０２の間で発生したカーボンスーツを排出口３１７へ向けて流す流路を形成している。 The container 303 is provided with pipes 305 and 316 at the top and bottom. An inert gas flows through the pipes 305 and 316, and the container 303 is filled (replaced) with the inert gas having a predetermined gas pressure through the pipes 305 and 316. Specifically, the inert gas from the pipe 305 flows to the vicinity of the pair of electrodes 301 and 302. The first electrode 301 is surrounded by a cylinder 307 formed of a heat-resistant material, and an outlet of the pipe 305 is provided at the upper end of the cylinder 307. The inert gas from the pipe 305 flows in the vicinity of the electrodes 301 and 302 from the gap between the tube 307 and the first electrode 301. The inert gas from the pipe 316 flows upward from the lower part of the container 303. In addition, the container 303 is provided with a discharge port 317 at the top. The discharge port 317 discharges the carbon suit in the container 303. Therefore, the inert gas from the pipe 316 forms a flow path for allowing the carbon suit generated between the electrodes 301 and 302 to flow toward the discharge port 317.
ここでは、第２電極３０２には、電極間隔調節手段であるモータ３０８が接続されている。このモータ３０８によって第２電極３０２は、上下方向に移動可能である。すなわち、モータ３０８によって、電極３０１および３０２の間隔を調節することができる。このモータ３０８によって電極３０１および３０２の間隔を調節する構造は、従来公知のものであればよく、その説明は省略する。 Here, the second electrode 302 is connected to a motor 308 which is an electrode interval adjusting means. The second electrode 302 can be moved in the vertical direction by the motor 308. That is, the distance between the electrodes 301 and 302 can be adjusted by the motor 308. The structure for adjusting the distance between the electrodes 301 and 302 by the motor 308 may be any conventionally known structure, and the description thereof is omitted.
本実施形態では、容器３０３を囲むようにして、イメージ炉３０４が配置されている。このイメージ炉３０４は、所謂ゴールドイメージ炉であり、赤外線ランプ（図示せず）と放物面ミラー（図示せず）とを備えている。イメージ炉３０４によって、容器３０３内を６００℃〜１０００℃に加熱する。 In the present embodiment, an image furnace 304 is disposed so as to surround the container 303. The image furnace 304 is a so-called gold image furnace, and includes an infrared lamp (not shown) and a parabolic mirror (not shown). The interior of the container 303 is heated to 600 ° C. to 1000 ° C. by the image furnace 304.
本実施形態では、カーボンスーツ発生装置３００は、第２実施形態の制御部２１３と同様の制御部３２３と、第２実施形態の電圧検出手段２１２と同様の電圧検出手段３２４とを備えている。制御部３２３は、モータ３０８および電圧検出手段３２４と電気的に接続されており、電圧検出手段３２４によって電極３０１および３０２に印加された電圧を検出し、モータ３０８を制御することによって、上記印加された電圧が一定になるように電極３０１および３０２の間隔を調節する。 In the present embodiment, the carbon suit generating apparatus 300 includes a control unit 323 similar to the control unit 213 of the second embodiment, and a voltage detection unit 324 similar to the voltage detection unit 212 of the second embodiment. The control unit 323 is electrically connected to the motor 308 and the voltage detection unit 324, detects the voltage applied to the electrodes 301 and 302 by the voltage detection unit 324, and controls the motor 308 to apply the application. The distance between the electrodes 301 and 302 is adjusted so that the voltage is constant.
以上のように、本実施形態では、電極３０１および３０２から発生したカーボンスーツは、イメージ炉３０４によって容器３０３内で加熱され、導電性が高いグラファイト化したカーボンとなる。よって、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、一対の電極３０１および３０２の間から発生したカーボンスーツに、導電性を付与し得る熱エネルギーを有するアーク放電を発生させることで、カーボンスーツを導電性が高いグラファイト化したカーボンにすることもできる。よって、第２実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in this embodiment, the carbon suit generated from the electrodes 301 and 302 is heated in the container 303 by the image furnace 304 to become graphitized carbon having high conductivity. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, the carbon suit generated from between the pair of electrodes 301 and 302 is made to have a highly conductive graphite by generating an arc discharge having thermal energy capable of imparting conductivity. Carbon can also be used. Therefore, the same effect as the second embodiment can be obtained.
なお、第３実施形態において、加熱機構のイメージ炉３０４の代わりに、反射鏡を容器３０３の周りに設けてもよい。このことによって、放電発生電源３２２からのアーク放電から発生する赤外線を電極３０１および３０２から発生するカーボンスーツの近傍、および、発生したカーボンスーツが排出口３１７に移動する流路に集光させることで、カーボンスーツを加熱し、カーボンスーツに導電性を付与することができる。 In the third embodiment, a reflecting mirror may be provided around the container 303 instead of the image furnace 304 of the heating mechanism. As a result, the infrared rays generated from the arc discharge from the discharge generating power source 322 are condensed in the vicinity of the carbon suit generated from the electrodes 301 and 302 and the flow path where the generated carbon suit moves to the discharge port 317. The carbon suit can be heated to impart conductivity to the carbon suit.
また、第３実施形態において、加熱機構としてのイメージ炉３０４の代わりに、電極３０１および３０２の周囲を囲むように筒状に巻いたニクロム線であってもよい。 In the third embodiment, instead of the image furnace 304 as a heating mechanism, a nichrome wire wound in a cylindrical shape so as to surround the electrodes 301 and 302 may be used.
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係るカーボンスーツ発生装置４００について説明する。図７は、第４実施形態に係るカーボンスーツ発生装置４００を模式的に示した図である。図７に示すように、陰極炭素棒の一例である第１電極（カソード）４０１、および、陽極炭素棒の一例である第２電極（アノード）４０２は、お互いの端面が上下方向に対向するように配置されている。このことによって、放電切れが発生しにくい。第１電極４０１は、端子４２０を介してアーク放電を行う定電流の放電発生電源４２２の負極出力が接続されている。第２電極４０２は、端子４２１を介して放電発生電源４２２の正極出力が接続されている。第１電極４０１における第２電極４０２側の端部の断面積は、第２電極４０２における第１電極４０１側の端部の断面積より小さい。ここでは、第１電極４０１の両端部および中央部の横断面積は略同じである。電極４０１および４０２は、容器４０３に収容されている。
<Fourth embodiment>
Next, the carbon suit generator 400 according to the fourth embodiment will be described. FIG. 7 is a view schematically showing a carbon suit generating apparatus 400 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the first electrode (cathode) 401, which is an example of a cathode carbon rod, and the second electrode (anode) 402, which is an example of an anode carbon rod, face each other in the vertical direction. Is arranged. As a result, it is difficult for discharge interruption to occur. The first electrode 401 is connected to the negative output of a constant-current discharge generating power source 422 that performs arc discharge via a terminal 420. The second electrode 402 is connected to the positive output of the discharge generating power source 422 via the terminal 421. The cross-sectional area of the end portion of the first electrode 401 on the second electrode 402 side is smaller than the cross-sectional area of the end portion of the second electrode 402 on the first electrode 401 side. Here, the cross-sectional areas of both ends and the center of the first electrode 401 are substantially the same. The electrodes 401 and 402 are accommodated in a container 403.
容器４０３の下部には、配管４０４および４０５が設けられている。配管４０４および４０５には、不活性ガスが流される。ここでは、配管４０４および４０５には、共に流量計４１８ａを介して、不活性ガスである窒素を供給する窒素供給装置４１９ａ、および、流量計４１８ｂを介して、不活性ガスであるアルゴンを供給するアルゴン供給装置４１９ｂが接続されている。供給装置４１９ａおよび４１９ｂは、本発明の不活性ガス供給機構の一例である。流量計４１８ａおよび４１８ｂは、例えばフロート式の流量計であり、それぞれ窒素およびアルゴンの流量を調整する。なお、配管４０４および４０５には、不活性ガスの流動を整える整流板が設けられていてもよい。 Pipes 404 and 405 are provided below the container 403. An inert gas flows through the pipes 404 and 405. Here, both the pipes 404 and 405 are supplied with nitrogen, which is an inert gas, via a flow meter 418a, and with nitrogen, which is an inert gas, via a flow meter 418b. An argon supply device 419b is connected. The supply devices 419a and 419b are an example of the inert gas supply mechanism of the present invention. The flow meters 418a and 418b are, for example, float type flow meters, and adjust the flow rates of nitrogen and argon, respectively. Note that the pipes 404 and 405 may be provided with rectifying plates that regulate the flow of the inert gas.
本実施形態では、第１電極４０１は、円筒状の供給ノズル４２５で囲まれており、この供給ノズル４２５の下方に配管４０４の出口が設けられている。配管４０４からの不活性ガスは、供給ノズル４２５と第１電極４０１との間の空間を通り、第１電極４０１から第２電極４０２に向かって流れる。ここでは、電極４０１および４０２は円筒状の筒４２６で囲まれており、この筒４２６の下方に配管４０５の出口が設けられている。配管４０５からの不活性ガスは、筒４２６内を通過する。ここでは、容器４０３の上部には、カーボンスーツを排出する排出口４１７が設けられている。配管４０４および４０５からの不活性ガスは、電極４０１および４０２の間で発生したカーボンスーツを排出口４１７へ向けて流す流路を形成している。本実施形態では、排出口４１７および配管４０４は、電極４０１および４０２の軸線上に配置されている。 In the present embodiment, the first electrode 401 is surrounded by a cylindrical supply nozzle 425, and an outlet of the pipe 404 is provided below the supply nozzle 425. The inert gas from the pipe 404 flows through the space between the supply nozzle 425 and the first electrode 401 and flows from the first electrode 401 toward the second electrode 402. Here, the electrodes 401 and 402 are surrounded by a cylindrical tube 426, and an outlet of the pipe 405 is provided below the tube 426. The inert gas from the pipe 405 passes through the cylinder 426. Here, a discharge port 417 for discharging the carbon suit is provided in the upper part of the container 403. The inert gas from the pipes 404 and 405 forms a flow path through which the carbon suit generated between the electrodes 401 and 402 flows toward the discharge port 417. In the present embodiment, the discharge port 417 and the pipe 404 are disposed on the axes of the electrodes 401 and 402.
カーボンスーツ発生装置４００は、回転機構４３０を備えている。回転機構４３０は、第２電極４０２の軸を中心に第２電極４０２を回転させるものである。回転機構４３０の構成は特に限定されない。例えば、本実施形態では、回転機構４３０は、ドリブンギア４３１と、ドライブギア４３２と、ドライブシャフト４３３と、モータ４３４とによって構成されている。ドリブンギア４３１は、第２電極４０２に固定されている。ドリブンギア４３１には、ドライブギア４３２が噛み合っている。ドライブギア４３２には、ドライブシャフト４３３の一端が挿入されている。ドライブシャフト４３３の他端には、モータ４３４が接続されている。ここでは、モータ４３４が回転することによって、ドライブシャフト４３３、ドライブギア４３２およびドリブンギア４３１を通じて、第２電極４０２は軸方向に回転する。なお、第２電極４０２の回転数は、３秒〜１０秒ごとに１回転することが好ましい。 The carbon suit generator 400 includes a rotation mechanism 430. The rotation mechanism 430 rotates the second electrode 402 around the axis of the second electrode 402. The configuration of the rotation mechanism 430 is not particularly limited. For example, in this embodiment, the rotation mechanism 430 includes a driven gear 431, a drive gear 432, a drive shaft 433, and a motor 434. The driven gear 431 is fixed to the second electrode 402. A drive gear 432 is engaged with the driven gear 431. One end of a drive shaft 433 is inserted into the drive gear 432. A motor 434 is connected to the other end of the drive shaft 433. Here, when the motor 434 rotates, the second electrode 402 rotates in the axial direction through the drive shaft 433, the drive gear 432, and the driven gear 431. In addition, it is preferable that the rotation speed of the 2nd electrode 402 carries out 1 rotation every 3 to 10 seconds.
第２電極４０２には、電極間隔調節手段であるモータ４０８が接続されている。このモータ４０８は、第３実施形態のモータ３０８と同様のものであり、モータ４０８によって、電極４０１および４０２の間隔を調節することができる。 The second electrode 402 is connected to a motor 408 that is an electrode interval adjusting means. The motor 408 is similar to the motor 308 of the third embodiment, and the distance between the electrodes 401 and 402 can be adjusted by the motor 408.
本実施形態では、カーボンスーツ発生装置４００は、第２実施形態の制御部２１３と同様の制御部４２８と、第２実施形態の電圧検出手段２１２と同様の電圧検出手段４２９とを備えている。制御部４２８は、電極間隔調節手段のモータ４０８、回転機構４３０のモータ４３４、供給装置４１９ａ，４１９ｂ、および、電圧検出手段４２９と電気的に接続されている。電圧検出手段４２９によって電極４０１および４０２に印加された電圧を検出し、モータ４０８を制御することによって、上記印加された電圧が一定になるように電極４０１および４０２の間隔を調節する。また、制御部４２８は、回転機構４３０のモータ４３４によって、第２電極４０２の回転数を制御する。 In the present embodiment, the carbon suit generating apparatus 400 includes a control unit 428 similar to the control unit 213 of the second embodiment, and a voltage detection unit 429 similar to the voltage detection unit 212 of the second embodiment. The control unit 428 is electrically connected to the motor 408 of the electrode interval adjustment unit, the motor 434 of the rotation mechanism 430, the supply devices 419a and 419b, and the voltage detection unit 429. By detecting the voltage applied to the electrodes 401 and 402 by the voltage detection means 429 and controlling the motor 408, the interval between the electrodes 401 and 402 is adjusted so that the applied voltage becomes constant. In addition, the control unit 428 controls the rotation speed of the second electrode 402 by the motor 434 of the rotation mechanism 430.
本実施形態では、まず、配管４０４および４０５を流れる不活性ガス（窒素およびアルゴン）の流量を流量計４１８ａおよび４１８ｂによって設定する。そして、放電発生電源４２２の電流値および初期電圧値を設定する。電圧検出手段４２９によって電極４０１および４０２に印加された電圧を検出し、モータ４０８を制御することによって、上記印加された電圧が一定になるように電極４０１および４０２の間隔を調節する。このことによって、発生したカーボンスーツの粒径および単位時間当たりの発生数を安定させることができる。 In the present embodiment, first, the flow rate of the inert gas (nitrogen and argon) flowing through the pipes 404 and 405 is set by the flow meters 418a and 418b. Then, the current value and initial voltage value of the discharge generating power source 422 are set. By detecting the voltage applied to the electrodes 401 and 402 by the voltage detection means 429 and controlling the motor 408, the interval between the electrodes 401 and 402 is adjusted so that the applied voltage becomes constant. This makes it possible to stabilize the particle size and the number of generated carbon suits per unit time.
発生したカーボンスーツは、温度が高い（例えば、数千℃）雰囲気中では、粒径成長し、不活性ガスの流路に沿って容器４０３の上部へ移動する。そして、温度が低下するとカーボンスーツの粒径成長は止まり、その粒径のカーボンスーツが排出口４１７から排出される。本実施形態では、温度が高い雰囲気中に存在するカーボンスーツの個数濃度が高い場合、カーボンスーツが大粒径化する。すなわち、放電発生電源４２２の電流値が大きい程、カーボンスーツが大粒径化する。また、電極４０１および４０２の間隔を大きくすると、電圧が高くなる。このことによって、カーボンスーツの発生量が多くなる。以上のように、放電発生電源４２２の電流値を一定にし、電極４０１および４０２の間隔を調節して電圧を変化させることで、カーボンスーツの粒径分布を安定させた状態で発生数のみを制御することができる。 The generated carbon suit grows in particle size in an atmosphere having a high temperature (for example, several thousand degrees Celsius), and moves to the upper part of the container 403 along the flow path of the inert gas. When the temperature decreases, the particle size growth of the carbon suit stops, and the carbon suit having the particle size is discharged from the discharge port 417. In the present embodiment, when the number concentration of carbon suits present in an atmosphere having a high temperature is high, the carbon suit has a large particle size. That is, the larger the current value of the discharge generating power source 422, the larger the carbon suit particle size. Further, when the distance between the electrodes 401 and 402 is increased, the voltage is increased. This increases the amount of carbon suit generated. As described above, the current value of the discharge generating power source 422 is made constant, and the voltage is changed by adjusting the distance between the electrodes 401 and 402, so that only the number of occurrences is controlled while the particle size distribution of the carbon suit is stabilized. can do.
本実施形態では、不活性ガスとして、窒素供給装置４１９ａから供給される窒素、および、アルゴン供給装置４１９ｂから供給されるアルゴンを使用している。アルゴンは窒素よりも放電し易い気体である。そのため、不活性ガスとしてアルゴンを使用した場合、同一電圧において、電極４０１および４０２の間隔を大きくした状態であっても放電することができる。よって、同一電圧において、アルゴンを容器４０３に導入した場合、発生したカーボンスーツの個数濃度が下がり、小粒径化したカーボンスーツが得られる。また、窒素とアルゴンとの混合割合は特に限定されず、粒径が大きいカーボンスーツを得たい場合、窒素の割合を大きくするとよく、粒径が小さいカーボンスーツを得たい場合、アルゴンの割合を大きくするとよい。 In the present embodiment, nitrogen supplied from the nitrogen supply device 419a and argon supplied from the argon supply device 419b are used as the inert gas. Argon is a gas that is easier to discharge than nitrogen. Therefore, when argon is used as the inert gas, discharge can be performed even when the gap between the electrodes 401 and 402 is increased at the same voltage. Therefore, when argon is introduced into the container 403 at the same voltage, the number concentration of generated carbon suits is lowered, and a carbon suit having a reduced particle size can be obtained. In addition, the mixing ratio of nitrogen and argon is not particularly limited, and when it is desired to obtain a carbon suit having a large particle size, it is preferable to increase the ratio of nitrogen. When obtaining a carbon suit having a small particle diameter, the ratio of argon is increased. Good.
以上、第４実施形態に係るカーボンスーツ発生装置４００について説明した。次に、第４実施形態のカーボンスーツ発生装置４００に関する試験例について説明するが、以下で説明する試験例は本発明を限定することを意図したものではない。 Heretofore, the carbon suit generator 400 according to the fourth embodiment has been described. Next, although the test example regarding the carbon suit generator 400 of 4th Embodiment is demonstrated, the test example demonstrated below is not intending limiting this invention.
≪試験例２≫
試験例２では、容器４０３に不活性ガスを導入する際、１箇所から不活性ガスを導入する場合と、２箇所から不活性ガスを導入する場合とにおける発生したカーボンスーツの個数濃度について調べた。
<< Test Example 2 >>
In Test Example 2, when the inert gas was introduced into the container 403, the number concentration of carbon suits generated when the inert gas was introduced from one place and when the inert gas was introduced from two places was examined. .
＜実施例２−１＞
極径３ｍｍ、長さ１００ｍｍの炭素棒である第１電極４０１、および、極径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの炭素棒である第２電極４０２を用意した。電極４０１および４０２の気中放電前の間隔が２ｍｍとなるように、第１電極４０１および第２電極４０２を垂直に対向するように配置した。そして、放電発生電源４２２としてアーク発生電源（直流電源）を用いて、所定の電圧（２５Ｖ）で気中放電（アーク放電）を第１電極４０１および第２電極４０２の間に発生させる。また、配管４０４から窒素を２０Ｌ／ｍｉｎ、および、配管４０５から窒素を４０Ｌ／ｍｉｎで容器４０３に導入する。
<Example 2-1>
A first electrode 401 that is a carbon rod having a pole diameter of 3 mm and a length of 100 mm, and a second electrode 402 that is a carbon rod having a pole diameter of 10 mm and a length of 100 mm were prepared. The first electrode 401 and the second electrode 402 were arranged so as to face each other vertically so that the distance before the air discharge between the electrodes 401 and 402 was 2 mm. Then, an air discharge (arc discharge) is generated between the first electrode 401 and the second electrode 402 at a predetermined voltage (25 V) using an arc generation power supply (DC power supply) as the discharge generation power supply 422. Further, nitrogen is introduced into the container 403 from the pipe 404 at 20 L / min and nitrogen from the pipe 405 at 40 L / min.
上述した構成のカーボンスーツ発生装置４００において、第１電極４０１および第２電極４０２間でカーボンスーツを発生させる。このときの時間経過（０．５時間経過〜１．２５時間経過の間の２７００秒間）に伴う発生したカーボンスーツの個数濃度を調べた。その結果を図８に示す。 In the carbon suit generator 400 configured as described above, a carbon suit is generated between the first electrode 401 and the second electrode 402. The number concentration of carbon suits generated with the passage of time at this time (2700 seconds between 0.5 hours to 1.25 hours) was examined. The result is shown in FIG.
＜比較例２−１＞
配管４０４から窒素を４０Ｌ／ｍｉｎを容器４０３内に導入し、配管４０５から窒素を容器４０３内に導入させない以外は、実施例２−１と同様にして、時間経過（０．５時間経過〜１．２５時間経過の間の２７００秒間）に伴う発生したカーボンスーツの個数濃度を調べた。その結果を図９に示す。
<Comparative Example 2-1>
Except for introducing nitrogen from the pipe 404 into the container 403 at a rate of 40 L / min and not introducing nitrogen into the container 403 from the pipe 405, the time elapses (0.5 hours elapse to 1 hour). The number concentration of carbon suits generated during 2700 seconds during the course of 25 hours) was examined. The result is shown in FIG.
図９に示すように、経過時間が１０００秒〜２７００秒の間において、配管４０４のみから窒素を容器４０３内に導入した比較例２−１の場合、時間が経過するに従って個数濃度にばらつきがみられた。一方、図８に示すように、配管４０４および４０５の２箇所から窒素を容器４０３内に導入した実施例２−１の場合、時間が経過したときでも個数濃度が安定している。よって、配管４０４および４０５の２箇所から不活性ガスを容器４０３内に導入することによって、発生したカーボンスーツの個数濃度を安定させることができる。 As shown in FIG. 9, in the case of Comparative Example 2-1, in which nitrogen was introduced into the container 403 only from the piping 404 when the elapsed time was between 1000 seconds and 2700 seconds, the number concentration varied as time passed. It was. On the other hand, as shown in FIG. 8, in the case of Example 2-1 in which nitrogen was introduced into the container 403 from two places of the pipes 404 and 405, the number concentration was stable even when time passed. Therefore, the number concentration of the generated carbon suit can be stabilized by introducing the inert gas into the container 403 from two places of the pipes 404 and 405.
≪試験例３≫
次に、試験例３について説明する。試験例３では、第２電極（アノード）４０２を回転させる場合と回転させない場合における、第２電極４０２の片減り角度について調べた。なお、片減り角度とは、図１０に示すような角度Ｒのことである。
<< Test Example 3 >>
Next, Test Example 3 will be described. In Test Example 3, the half-reduction angle of the second electrode 402 when the second electrode (anode) 402 was rotated and not rotated was examined. The one-sided angle is an angle R as shown in FIG.
＜比較例３−１、実施例３−１〜３−５＞
試験例３では、電圧：５０Ｖ、電流：２０Ａとする以外は、実施例２−１と同様の構成であって、第２電極４０２の回転数が０ｒ／ｍｉｎ（比較例３−１）、０．３８ｒ／ｍｉｎ（実施例３−１）、０．７７ｒ／ｍｉｎ（実施例３−２）、６．１５ｒ／ｍｉｎ（実施例３−３）、１２．３ｒ／ｍｉｎ（実施例３−４）、および、１８．５ｒ／ｍｉｎ（実施例３−５）である場合における、３０分経過後の第２電極４０２の片減り角度について調べた。その結果を図１１に示す。
<Comparative Example 3-1, Examples 3-1 to 3-5>
In Test Example 3, the configuration was the same as Example 2-1 except that the voltage was 50 V and the current was 20 A, and the rotation speed of the second electrode 402 was 0 r / min (Comparative Example 3-1), 0 .38 r / min (Example 3-1), 0.77 r / min (Example 3-2), 6.15 r / min (Example 3-3), 12.3 r / min (Example 3-4) In addition, in the case of 18.5 r / min (Example 3-5), the half-reduction angle of the second electrode 402 after 30 minutes was examined. The result is shown in FIG.
図１１に示すように、第２電極４０２を回転させない比較例３−１では、片減り角度が約１２度であった。しかし、第２電極４０２を回転させた実施例３−１〜３−５では、片減り角度が比較例３−１よりも小さかった。このことによって、第２電極４０２を回転させることによって、片減り角度を小さくすることができることが分かる。 As shown in FIG. 11, in Comparative Example 3-1, in which the second electrode 402 is not rotated, the half-reduction angle was about 12 degrees. However, in Examples 3-1 to 3-5 in which the second electrode 402 was rotated, the half-reduction angle was smaller than that of Comparative Example 3-1. From this, it can be seen that the rotation angle of the second electrode 402 can be made smaller.
また、試験例３において、第２電極４０２の回転数を６．１５ｒ／ｍｉｎとする実施例３−３、および、第２電極４０２を回転させない比較例３−１における時間経過（２時間連続試験の最後の１５分間）に伴う発生したカーボンスーツの個数濃度を表すグラフを図１２に示す。図１２に示すように、第２電極４０２を回転させた実施例３−３の方が、第２電極４０２を回転させない比較例３−１に比べて、発生したカーボンスーツの個数濃度が安定している。なお、図示は省略するが、第２電極４０２を回転させた実施例３−３の方が、第２電極４０２を回転させない比較例３−１に比べて、電圧値が安定していた。以上のように、第２電極４０２を回転させて片減り角度を小さくすることによって、発生したカーボンスーツの個数濃度を安定させることができる。第２電極４０２の片減り角度が大きいと、第２電極４０２に接触する不活性ガスが偏流し易くなる。その結果、発生したカーボンスーツの粒径および発生量が安定しない。しかし、本実施形態では、第２電極４０２を均等に消費させることによって、第２電極４０２に接触する不活性ガスが偏流することを防ぐことができる。よって、発生したカーボンスーツの粒径および発生量を安定させることができる。 Further, in Test Example 3, the time elapsed in Example 3-3 in which the rotation speed of the second electrode 402 is 6.15 r / min and Comparative Example 3-1 in which the second electrode 402 is not rotated (two-hour continuous test) FIG. 12 is a graph showing the number concentration of carbon suits generated during the last 15 minutes. As shown in FIG. 12, the number concentration of the generated carbon suit is more stable in Example 3-3 in which the second electrode 402 is rotated than in Comparative Example 3-1 in which the second electrode 402 is not rotated. ing. Although illustration is omitted, the voltage value was more stable in Example 3-3 in which the second electrode 402 was rotated than in Comparative Example 3-1 in which the second electrode 402 was not rotated. As described above, the number concentration of the generated carbon suit can be stabilized by rotating the second electrode 402 to reduce the one-side reduction angle. When the one-side reduction angle of the second electrode 402 is large, the inert gas in contact with the second electrode 402 tends to drift. As a result, the particle size and generated amount of the generated carbon suit are not stable. However, in the present embodiment, it is possible to prevent the inert gas in contact with the second electrode 402 from drifting by consuming the second electrode 402 evenly. Therefore, the particle size and generated amount of the generated carbon suit can be stabilized.
≪試験例４≫
次に、試験例４について説明する。試験例４では、第１電極（カソード）４０１の第２電極４０２の端部の極径（以下、単に第１電極４０１の極径という。）を変更したときにおける時間経過に伴う発生したカーボンスーツの個数濃度と、電圧値とを調べた。
<< Test Example 4 >>
Next, Test Example 4 will be described. In Test Example 4, the carbon suit generated with the passage of time when the pole diameter of the end of the second electrode 402 of the first electrode (cathode) 401 (hereinafter simply referred to as the pole diameter of the first electrode 401) was changed. The number concentration and the voltage value were examined.
＜実施例４−１＞
実施例４−１は、実施例２−１と同様の構成である。
<Example 4-1>
Example 4-1 has the same configuration as that of Example 2-1.
＜比較例４−１＞
第１電極４０１の極径が１０ｍｍである以外は、実施例４−１と同様の構成とした。
<Comparative Example 4-1>
The configuration was the same as that of Example 4-1, except that the first electrode 401 had a pole diameter of 10 mm.
実施例４−１および比較例４−１における時間経過に伴う発生したカーボンスーツの個数濃度および電圧値について調べ、その結果を図１３に示す。図１３に示すように、第１電極４０１の極径を、第２電極４０２の極径と同じにした比較例４−１では、発生したカーボンスーツの個数濃度にばらつきがみられた。しかし、第１電極４０１の極径を第２電極４０２の極径よりも細くした実施例４−１では、比較例４−１に比べて、発生したカーボンスーツの個数濃度が安定した。また、実施例４−１では、比較例４−１に比べて、電圧値が安定した。電圧値が安定することによって、発生するカーボンスーツの発生量を安定させることができる。よって、第１電極４０１の極径を第２電極４０２の極径よりも細くする、すなわち、第１電極４０１における第２電極４０２側の端部の断面積を、第２電極４０２における第１電極４０１側の端部の断面積よりも小さくすることによって、電圧値を安定することができると共に、発生したカーボンスーツの粒径および発生量を安定させることができる。 The number concentration and voltage value of the carbon suits generated with the passage of time in Example 4-1 and Comparative Example 4-1 were examined, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 13, in Comparative Example 4-1, in which the pole diameter of the first electrode 401 was the same as the pole diameter of the second electrode 402, the number concentration of the generated carbon suits varied. However, in Example 4-1, in which the pole diameter of the first electrode 401 was made smaller than the pole diameter of the second electrode 402, the number concentration of the generated carbon suits was more stable than that in Comparative Example 4-1. Moreover, in Example 4-1, the voltage value was stabilized compared with Comparative Example 4-1. By stabilizing the voltage value, the amount of carbon suit generated can be stabilized. Therefore, the pole diameter of the first electrode 401 is made smaller than the pole diameter of the second electrode 402, that is, the cross-sectional area of the end portion of the first electrode 401 on the second electrode 402 side is set to the first electrode of the second electrode 402. By making it smaller than the cross-sectional area of the end portion on the 401 side, the voltage value can be stabilized, and the particle size and generated amount of the generated carbon suit can be stabilized.
≪試験例５≫
次に、試験例５について説明する。試験例５では、第２電極（アノード）４０２の極径を変更したときにおける発生したカーボンスーツの発生レートと粒径との関係について調べた。
<< Test Example 5 >>
Next, Test Example 5 will be described. In Test Example 5, the relationship between the generation rate and particle size of the carbon suit generated when the pole diameter of the second electrode (anode) 402 was changed was examined.
＜実施例５−１〜５−３＞
第２電極（アノード）４０２の極径を５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍであること、および、それぞれ電圧：６０Ｖ、電流：２０Ａとする以外は、実施例４−１と同様の構成とし、それぞれ実施例５−１、実施例５−２、実施例５−３とした。
<Examples 5-1 to 5-3>
Except that the pole diameter of the second electrode (anode) 402 is 5 mm, 7 mm, and 10 mm, and that the voltage is 60 V and the current is 20 A, respectively, the configuration is the same as that of Example 4-1, and Example 5 is used. -1, Example 5-2, and Example 5-3.
実施例５−１〜実施例５−３における発生したカーボンスーツの発生レートと粒径との関係について調べ、その結果を図１４に示す。図１４に示すように、第２電極４０２の極径を細くする程、第２電極４０２の蒸発が促進される。このことによって、粒径成長が促進される。よって、発生したカーボンスーツの発生レートが高くなり、粒径が大きくなる。一方、第２電極４０２の極径を太くする程、第２電極４０２の蒸発が抑制される。そのため、粒径成長が抑制される。よって、発生したカーボンスーツの発生レートが低くなり、粒径が小さくなる。したがって、第２電極４０２の極径を変更することによって粒径および発生レートを調整することができる。 The relationship between the generation rate and the particle size of the carbon suit generated in Example 5-1 to Example 5-3 was examined, and the result is shown in FIG. As shown in FIG. 14, the evaporation of the second electrode 402 is promoted as the pole diameter of the second electrode 402 is reduced. This promotes particle size growth. Therefore, the generation rate of the generated carbon suit is increased, and the particle size is increased. On the other hand, as the pole diameter of the second electrode 402 is increased, the evaporation of the second electrode 402 is suppressed. Therefore, particle size growth is suppressed. Therefore, the generation | occurrence | production rate of the generated carbon suit becomes low and a particle size becomes small. Therefore, the particle diameter and the generation rate can be adjusted by changing the pole diameter of the second electrode 402.
以上、第４実施形態におけるカーボンスーツ発生装置４００について説明した。なお、本実施形態では、図７に示すように、第１電極４０１の両端部および中央部の横断面積は略同じであった。しかし、第１電極４０１の第２電極４０２側の端部の断面積が、第２電極４０２の第１電極４０１側の端部の断面積よりも小さいとよく、この場合、図１５に示すように、第１電極４０１の第２電極４０２側の端部の断面積は、第１電極４０１の第２電極４０２と反対側の端部の断面積よりも小さくてもよい。第１電極４０１は、第２電極４０２の端部に向かうに従って、断面積が小さくてもよい。 In the above, the carbon suit generator 400 in 4th Embodiment was demonstrated. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the cross-sectional areas of both end portions and the central portion of the first electrode 401 are substantially the same. However, the cross-sectional area of the end portion of the first electrode 401 on the second electrode 402 side is preferably smaller than the cross-sectional area of the end portion of the second electrode 402 on the first electrode 401 side. In this case, as shown in FIG. In addition, the cross-sectional area of the end portion of the first electrode 401 on the second electrode 402 side may be smaller than the cross-sectional area of the end portion of the first electrode 401 on the side opposite to the second electrode 402. The first electrode 401 may have a smaller cross-sectional area toward the end of the second electrode 402.
１００、２００、３００、４００ カーボンスーツ発生装置
１０１ 第１電極（電極）
１０２ 第２電極（電極）
１０７ 容器
１１３ 放電発生電源
１１５ 排出口
１１６ 石英管
１１７ イメージ炉（加熱機構）
２０１ 第１電極（電極）
２０２ 第２電極（電極）
２０９ モータ（電極間隔調節手段）
２１１ 放電発生電源
２１２ 電圧検出手段
２１３ 制御部
２１４ 容器
２１６ 排出口
３０１ 第１電極（電極）
３０２ 第２電極（電極）
３０３ 容器
３０４ イメージ炉（加熱機構）
３０８ モータ（電極間隔調節手段）
３２２ 放電発生電源
３２３ 制御部
３２４ 電圧検出手段
４０１ 第１電極（陰極炭素棒）
４０２ 第２電極（陽極炭素棒）
４０３ 容器
４１９ａ 窒素供給装置（供給機構）
４１９ｂ アルゴン供給装置（供給機構）
４２２ 放電発生電源
４２５ 供給ノズル
４３０ 回転機構
100, 200, 300, 400 Carbon suit generator 101 First electrode (electrode)
102 Second electrode (electrode)
107 Container 113 Discharge generation power source 115 Discharge port 116 Quartz tube 117 Image furnace (heating mechanism)
201 1st electrode (electrode)
202 Second electrode (electrode)
209 Motor (electrode spacing adjustment means)
211 Discharge generation power supply 212 Voltage detection means 213 Control unit 214 Container 216 Discharge port 301 First electrode (electrode)
302 Second electrode (electrode)
303 Container 304 Image furnace (heating mechanism)
308 Motor (Electrode spacing adjustment means)
322 Discharge generation power source 323 Control unit 324 Voltage detection means 401 First electrode (cathode carbon rod)
402 Second electrode (anode carbon rod)
403 Container 419a Nitrogen supply device (supply mechanism)
419b Argon supply device (supply mechanism)
422 Discharge generating power source 425 Supply nozzle 430 Rotating mechanism
Claims (4)
前記カーボンスーツは、少なくとも一部がグラファイト化したカーボンであり、
前記電極が収容され、前記カーボンスーツを内部で発生させる容器と、
前記容器内に配置され、一方の前記電極の周囲を囲む筒と、
前記容器内の前記電極間に連続する気中放電を発生させる放電発生電源と、
一方の前記電極と前記筒との間に接続され、不活性ガスが流れる配管と、
を備え、
前記気中放電によって発生した前記カーボンスーツを加熱し、該カーボンスーツに導電性を付与する加熱機構を有し、
前記一対の棒状電極は、陽極炭素棒と陰極炭素棒とで構成され、
前記陰極炭素棒における前記陽極炭素棒側の端部の断面積は、前記陽極炭素棒における前記陰極炭素棒側の端部の断面積より小さく、
前記配管は、前記陰極炭素棒から前記陽極炭素棒に向かって、不活性ガスを供給し、
前記陽極炭素棒の軸を中心に前記陽極炭素棒を回転させる回転機構をさらに備えた、カーボンスーツ発生装置。 A carbon suit generator for generating a carbon suit from the carbon rod by causing air discharge between the electrodes in which at least one of the opposed rod-shaped electrodes is a carbon rod,
The carbon suit is carbon that is at least partially graphitized,
A container in which the electrode is housed and generates the carbon suit;
A cylinder disposed in the container and surrounding one of the electrodes;
A discharge generating power source for generating a continuous air discharge between the electrodes in the container;
A pipe connected between one of the electrodes and the cylinder, through which an inert gas flows;
With
Heating said carbon soot generated by the aerial discharge, have a heating mechanism to impart electrical conductivity to the carbon soot,
The pair of rod-shaped electrodes is composed of an anode carbon rod and a cathode carbon rod,
The cross-sectional area of the anode carbon rod side end portion of the cathode carbon rod is smaller than the cross-sectional area of the cathode carbon rod side end portion of the anode carbon rod,
The pipe supplies an inert gas from the cathode carbon rod toward the anode carbon rod,
A carbon suit generator , further comprising a rotation mechanism that rotates the anode carbon rod about the axis of the anode carbon rod .
前記放電発生電源は、前記電極間隔調節手段によって所定の間隔に調節された前記一対の電極間にアーク放電を生じさせるように構成されている、請求項１に記載されたカーボンスーツ発生装置。 An electrode interval adjusting means for adjusting an interval between the pair of electrodes;
2. The carbon suit generator according to claim 1, wherein the discharge generating power source is configured to generate an arc discharge between the pair of electrodes adjusted to a predetermined interval by the electrode interval adjusting unit.
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