JP2002276342A - 微粒子除去装置 - Google Patents

微粒子除去装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体容量がコンパクトで、耐久性に富むと共
に、従来品に比べて極めて廉価に作製することのできる
微粒子除去装置を提供する。 【解決手段】 入口部112、内部空間114および出
口部116を有する容器110と、容器の入口部に開口
する開口部132を有し、内部空間114に配設された
袋状のフィルター部材130と、袋状のフィルター部材
の内部に配設された微粒子捕集体140と、微粒子捕集
体140と袋状のフィルター部材130の底部との間に
配設されたヒータ150とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ディーゼ
ルエンジン等から排出される未燃焼の微粒子、特に黒煙
等を捕集し除去する微粒子除去装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、特に都市部においてディーゼルエ
ンジンから排出されるNOxや黒煙等の浮遊微粒子によ
る大気汚染が問題となっており、早急な対策が求められ
ている。
【0003】従来、この種の大気汚染における黒煙等の
浮遊微粒子に対する排気ガス浄化装置としては、2つの
セラミックファイバー製のフィルターを並列に配置し、
一方のフィルターでは黒煙等の浮遊微粒子を捕集しつ
つ、他方のフィルターでは捕集した黒煙等の浮遊微粒子
を焼却するように交互に切替えて用いるものが知られて
いる。
【0004】また、高密度のセラミックハニカム構造体
のフィルターを主要構成部材として、いわゆる黒煙に代
表される未燃焼の微粒子を捕集するトラップシステムを
構成し、ある程度堆積した未燃焼の微粒子を電気ヒータ
などの加熱手段を用いて高温度化し、燃焼除去するよう
にしたものも知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような排気ガス浄化装置においてフィルターを並列に配
置し切替え使用するものにあっては、黒煙等の浮遊微粒
子を捕集するフィルターが2つ必要であり、その分全体
容量も大きくならざるを得ず、車載用の装置としては限
界があるものであった。さらに、重量およびコスト的に
も問題が指摘されている。
【0006】また、高密度のセラミックハニカム構造体
のフィルターを用いるものは、燃焼除去の際の急激な温
度上昇によりハニカム構造体のフィルターに亀裂が生じ
たりする、燃焼熱によるフィルターの劣化や破損が起こ
り、未燃焼の微粒子を燃焼除去する除去効率が低下する
など耐久性に乏しいことが問題になっている。
【0007】そこで、本発明は、かかる従来の問題を解
決し、全体容量がコンパクトで、耐久性に富むと共に、
従来品に比べて極めて廉価に作製することのできる微粒
子除去装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の微粒子除去装置は、入口部、内部空間および
出口部を有する容器と、前記容器の入口部に開口する開
口部を有し、前記内部空間に配設された袋状のフィルタ
ー部材と、前記袋状のフィルター部材の内部に配設され
た微粒子捕集体と、前記微粒子捕集体と前記袋状のフィ
ルター部材の底部との間に配設されたヒータとを備える
ことを特徴とする。
【0009】また、前記袋状のフィルター部材の底部と
前記容器の出口部との間に配設された補助ヒータをさら
に備えてもよい。
【0010】さらに、前記袋状のフィルター部材は、セ
ラミックファイバーから形成されたクロスであることが
好ましい。
【0011】また、前記微粒子捕集体は、Fe−Cr−
Al合金の細線を張り巡らせて所定の通気性を備えて形
成されていることが好ましい。
【0012】なお、前記微粒子捕集体は、所定の間隙を
空けて前記袋状のフィルター部材内に配置されていても
よい。
【0013】ここで、前記容器は、前記入口部側から前
記内部空間に向けて延在し、周方向にほぼ等間隔に配置
された複数本の支持棒を有し、該複数本の支持棒によっ
て前記袋状のフィルター部材の筒部および前記微粒子捕
集体が支持されていることが好ましい。
【0014】さらに、前記袋状のフィルター部材の筒部
と前記容器との間には所定の通路空間が存することが好
ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。
【0016】図1において、100は本発明の一実施の
形態にかかる黒煙等の微粒子除去装置全体を表し、11
0は鋼板から形成された容器である。容器110は、入
口部112、内部空間114および出口部116を有
し、本実施の形態では、入口部112は蓋部材118
に、内部空間114は筒部材120の内側に、そして出
口部116は筒部材120の端部に一体に形成された端
部材122にそれぞれ設けられている。
【0017】130は袋状のフィルター部材を示し、該
袋状のフィルター部材130は容器110の入口部11
2に開口する開口部132を有し、容器110の内部空
間114内に配設されている。袋状のフィルター部材1
30は、図7にも示すように、セラミックファイバー製
のクロスを袋状に縫製して形成され、開口部132の周
りには取付け用のフランジ部134が折り返し縫製など
により形成されている。
【0018】さらに、上述の容器110の蓋部材118
には、入口部112の周りの周方向にほぼ等間隔に配置
されて複数本(本実施の形態では4本)の鋼製支持棒1
24が植設されている。該支持棒124は蓋部材11
8、換言すると容器110の入口部112側から内部空
間114に向けて延在しており、袋状のフィルター部材
130の筒部136を支持している。
【0019】なお、袋状のフィルター部材130のフラ
ンジ部134は、図1(b)に詳細に示すように、容器
110の筒部材120の端部に形成されたフランジ部1
21と蓋部材118との間に挟まれ、ボルトBおよびナ
ットN等の締結手段により締結されることによっても、
容器110に保持されている。
【0020】次に、140は袋状のフィルター部材13
0の内部に配設された微粒子捕集体であり、上述の周方
向にほぼ等間隔に配置された複数本の支持棒124によ
って支持されている。該微粒子捕集体140は、耐食耐
熱性のFe−Cr−Al合金の細線を張り巡らせて所定
の通気性を有する塊として形成されており、本実施の形
態では、微粒子捕集体140が2個、上流側微粒子捕集
体140−1と蓋部材118との間および上流側微粒子
捕集体140−1と下流側微粒子捕集体140−2との
間に所定の間隙を空けて袋状のフィルター部材130内
に配置されている。
【0021】さらに、微粒子捕集体140と袋状のフィ
ルター部材130の底部138との間にはヒータ150
が配設され、また、袋状のフィルター部材130の底部
138と容器110の出口部116との間には補助ヒー
タ160が配設されている。ここで用いているヒータ1
50および補助ヒータ160は、図4および図5に示す
ようなシーズヒータであり、図6に示すように、容器1
10の筒部材120に溶着された固定部材170により
固定支持されている。なお、本実施の形態では、ヒータ
150は3個のシーズヒータ152,154,156で
構成され、その中で一番上流側のヒータ152と補助ヒ
ータ160は図4に示されるタイプ、二、三番目のヒー
タ154,156は図5に示されるタイプである。これ
は、所要の発熱量に基づき設定される。
【0022】さらに、袋状のフィルター部材130の筒
部136と容器110の筒部材120との間には所定の
通路空間123が存するように、筒部材120と袋状の
フィルター部材130の筒部136との径方向寸法が設
定されている。
【0023】ここで、本発明の微粒子除去装置に適した
フィルター部材130および微粒子捕集体140につい
て、さらに詳しく説明する。
【0024】フィルター部材130は、黒煙を捕捉しつ
つ、例えば、黒煙燃焼時の高温(1200℃)にも耐
え、通気性にも優れ、黒煙の燃焼ガス(灰)やその他の
排気ガス中の塵埃等を透過させる機能を有することが必
要であり、かかる要求を満たす材料としては、ネクステ
ル(登録商標)312セラミックファイバーで形成され
たクロス(住友スリーエム社製:AF−14)が好まし
い。これは、連続使用温度1200℃に耐え、通気度7
3m/分、300ないし700℃における熱伝導率0.
14〜0.17および1平米当りの空気透過度32.5
/分の特性を有するものである。本実施の形態で
は、かかるクロスを袋状に縫製して用いる。
【0025】また、微粒子捕集体140は、黒煙等の吸
着捕集性に優れ、また、黒煙燃焼時の高温(1200
℃)や熱衝撃にも耐えると共に燃焼を助成する機能を有
することが必要であり、かかる要求を満たす材料として
は、Fe−Cr−Al合金(Fe−18Cr−3Al、
Fe−19Cr−3.25Al、Fe−15Cr−5A
l、Fe−22Cr−5.5Al、Fe−20Cr−5
Al、Fe−17Cr−4Al等)が好ましい。これら
は、高温においてその表面にアルミナ(Al )を
生じ、赤外線をよく吸収して高い赤外線放射率を有して
いると考えられている。本実施の形態では、かかるFe
−Cr−Al合金の細線(0.3mm径)を通気孔径が
3〜4mmとなるように張り巡らして直径約250m
m、厚さ約100mmの円柱状の塊とし、前後において
差圧が生じないように形成している(細線の総長さ20
0m、重量800g)。なお、微粒子捕集体140の間
の所定の間隔として約100mm空けられている。
【0026】上述の構成になる微粒子除去装置100が
ディーゼルエンジン(不図示)の排気系に装着され、エ
ンジンが作動されると、エンジンから排出された排気ガ
スが入口部112から微粒子除去装置100に流入する
ことになる。排気ガスが流入すると、黒煙に代表される
未燃焼の微粒子は微粒子捕集体140および袋状フィル
ター部材130で捕集され、微粒子成分が除去された浄
化排気ガスが通路空間123を通り出口部116へ流れ
る。
【0027】エンジンのアイドリング時には、排気ガス
の温度が低く、袋状フィルター部材130の微粒子捕集
体140より上流側および微粒子捕集体140にはおび
ただしい量の黒煙が鈴なり状に付着して捕集され、微粒
子捕集体140で捕捉され得なかった黒煙を含む微粒子
が袋状フィルター部材130の微粒子捕集体140より
下流側で捕集される。ここで、ヒータ150に温度条件
等に応じて所定のタイミングで通電すると、加熱され、
微粒子捕集体140および袋状フィルター部材130に
捕捉されている黒煙が燃焼し、焼却される。
【0028】エンジンの中高負荷時には、エンジンの排
気ガスの温度は比較的高く、アイドリング時に捕捉され
ながらも焼却され得なかった分も含めて、微粒子捕集体
140に順次捕捉される黒煙が排気ガスの熱(650〜
700℃)とFe−Cr−Al合金製の微粒子捕集体1
40の放射熱とにより自発的に連続的に燃焼し、焼却さ
れる。このように、例えば、車載のディーゼルエンジン
のように、アイドリング運転と中高負荷運転とを繰り返
すようなエンジンの場合には、アイドリング時に捕集さ
れた黒煙は中高負荷時における排気ガス温度の上昇によ
り自発的に燃焼するので、必ずしもヒータ150を常時
作動させる必要はない。
【0029】なお、補助ヒータ160はフィルター部材
130および微粒子捕集体140に捕捉され得なかった
極めて微細な粒子が存在する場合に通電動作させればよ
い。
【0030】上述のように、ヒータ150は常時動作さ
せる必要はないので、例えば、微粒子除去装置100内
に温度センサを設け、温度がある時間に亘り所定温度以
下に低下したときに通電して加熱するようにしてもよ
い。もちろん、電源に余裕がある場合には常時通電する
ようにしてもよい。なお、ヒータ150は微粒子捕集体
140の下流、すなわち、袋状フィルター部材130と
の間に設けるのがよく、このようにすると、排気ガスの
流動によるヒータ温度の低下を防止できるからである。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明の微粒子除去装置
によれば、次の効果が得られることが発明者等の実験に
より確認されている。
【0032】(1)エンジンの運転状態で、黒煙等の微
粒子の捕捉とその焼却処理を連続的に同時に行うので、
従来のフィルターを並列に配置し切替え使用するタイプ
のものに比べ、コンパクトに構成することができる。そ
の分、軽量化が可能である。
【0033】(2)微粒子捕集体としてFe−Cr−A
l合金を用いることにより、従来のセラミックハニカム
構造体のフィルターに比べ、劣化、破損等がなく、耐久
性に優れ、しかも廉価な微粒子除去装置を得ることが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す断面図であり、
(a)は全体図、(b)はその一部拡大図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】図1のIII−III線断面図である。
【図4】ヒータの一例を示す正面図である。
【図5】ヒータの他の例を半分のみ示す正面図である。
【図6】ヒータの取付け状態を示す断面図である。
【図7】袋状フィルター部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
110 容器 120 筒状部 123 通路空間 130 袋状フィルター部材 132 開口部 140 微粒子捕集体 150 ヒータ 160 補助ヒータ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01D 39/20 B01D 39/20 A 46/10 46/10 B C 46/24 46/24 B C (71)出願人 501083517 白井 紀満 香川県高松市亀水町439番地3 (71)出願人 501083539 植松 育美 香川県高松市田村町281−8 (72)発明者 大江 敏明 香川県高松市木太町4260番地5 Fターム(参考) 3G090 AA02 BA05 CB11 DA12 DA13 EA01 4D019 AA01 BA02 BA05 BB02 CA03 CB02 CB09 4D058 JA02 JA12 JB03 JB06 KA08 KB11 KC04 KC15 LA01 MA42 SA08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入口部、内部空間および出口部を有する
    容器と、 前記容器の入口部に開口する開口部を有し、前記内部空
    間に配設された袋状のフィルター部材と、 前記袋状のフィルター部材の内部に配設された微粒子捕
    集体と、 前記微粒子捕集体と前記袋状のフィルター部材の底部と
    の間に配設されたヒータとを備えることを特徴とする微
    粒子除去装置。
  2. 【請求項2】 前記袋状のフィルター部材の底部と前記
    容器の出口部との間に配設された補助ヒータをさらに備
    えることを特徴とする請求項1に記載の微粒子除去装
    置。
  3. 【請求項3】 前記袋状のフィルター部材は、セラミッ
    クファイバーから形成されたクロスであることを特徴と
    する請求項1または2に記載の微粒子除去装置。
  4. 【請求項4】 前記微粒子捕集体は、Fe−Cr−Al
    合金の細線を張り巡らせて所定の通気性を備えて形成さ
    れていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
    に記載の微粒子除去装置。
  5. 【請求項5】 前記微粒子捕集体は、所定の間隙を空け
    て前記袋状のフィルター部材内に配置されていることを
    特徴とする請求項4に記載の微粒子除去装置。
  6. 【請求項6】 前記容器は、前記入口部側から前記内部
    空間に向けて延在し、周方向にほぼ等間隔に配置された
    複数本の支持棒を有し、該複数本の支持棒によって前記
    袋状のフィルター部材の筒部および前記微粒子捕集体が
    支持されていることを特徴とする請求項1ないし5のい
    ずれかに記載の微粒子除去装置。
  7. 【請求項7】 前記袋状のフィルター部材の筒部と前記
    容器との間には所定の通路空間が存することを特徴とす
    る請求項6に記載の微粒子除去装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084725A1 (ja) * 2007-12-28 2009-07-09 Kyomasa Uehara 集塵装置
JP2013033197A (ja) * 2011-07-04 2013-02-14 Japan Vilene Co Ltd 超微粒子発生抑制フィルタ
JP2016107200A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 コットレル工業株式会社 セラミックフィルタ用リテーナ及び隔壁型式集塵装置
WO2017120040A1 (en) * 2016-01-06 2017-07-13 Caterpillar Inc. Filter system and filtration method for fluid reservoirs
CN113614001A (zh) * 2019-02-04 2021-11-05 因诺斯佩克有限公司 聚合物材料

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