JP2003027920A

JP2003027920A - 排気ガス処理方法および装置

Info

Publication number: JP2003027920A
Application number: JP2001211700A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Takada; 友昭高田; Kazuo Tsutsumi; 香津雄堤; Hiroshi Ito; 浩伊藤; Sosuke Kinouchi; 総介木野内
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2003-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: JP4220142B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で排気ガスに含まれる固体炭素の
ような微粒子を効率的に処理でき、装置のコンパクト化
を図ることができる排気ガス処理方法と装置を提供す
る。【解決手段】エンジンの排気ガスに含まれる微粒子を
捕捉する捕捉粒子５が堆積した捕集体６に、その下方か
ら前記排気ガスを導入して上方に排出して処理する捕捉
粒子としてかさ密度１．５〜４の粒子を用い、前記排気
ガスの圧力と捕集体６にかかる重力とのバランスによっ
て捕集体６を固定層としたり、流動化させて流動層と
し、流動化時に流動層内で微粒子を燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン、ガソリンエンジン、ガスタービン、ボイラ、または
焼却炉などの燃焼装置から排出される排気ガスに多く含
まれている固体炭素（すす）のような微粒子を効率的に
処理でき、かつ、装置のコンパクト化を図ることができ
る処理方法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ディーゼルエンジンでは、負荷
の変動時などに固体炭素からなる１μｍ以下の微粒子が
多量に発生して、排気ガスとともに大気に排出される。
そこで、従来では、フィルタを用いて微粒子を捕集し、
これを燃焼させて処理している（実公平５ー１３９３４
号公報）。

【０００３】しかし、フィルタを用いる捕集手段では、
次のような不都合があった。微粒子はフィルタとの衝突
によって捕集されるため、微粒子はフィルタの排気ガス
の入口側のみで捕集される。このため、フィルタとして
膜状の大きな面積のものが必要となり、しかもフィルタ
は目詰りを起し易い。また、捕集された微粒子は高温で
燃焼されるが、このときフィルタは断熱層を形成してい
るので、フィルタは１０００℃程度の高温となる。した
がって、フィルタにはセラミック繊維などの温度に強い
材料が使用されているが、この種のフィルタは耐久性が
低く、しかも高価格のため、ランニングコストが高くな
る。

【０００４】さらに、フィルタで捕集した微粒子を燃焼
させる場合、その燃焼方法は通常のバーナー燃焼の場合
と同じく、高温状態で高速燃焼させる必要がある。した
がって、フィルタには加熱した空気を供給しながら捕集
微粒子の燃焼を行う必要があるので、この間は集塵操作
を一旦停止させて、微粒子の集塵は別のフィルタで行う
必要がある。このため、２つ以上のフィルタを用意し
て、これらを切り換えながら運転するバッチ式の操作が
必要となる。

【０００５】また、フィルタに捕集した微粒子を高温で
燃焼させる場合、微粒子は炭化して結晶化していく。こ
のため、微粒子を完全に燃焼させようとして温度を上げ
ると、８００℃程度からＳＰ２結合（黒鉛化）が進行
し、炭素同士が緻密に結合してグラファイト化する。グ
ラファイト化すると、燃焼速度が遅くなり、完全燃焼に
必要な時間が長くなってしまう。

【０００６】そこで、本発明者等は、以上のような各種
の不都合を解決できる遠心流動層方式による排気ガス処
理装置を以前に提案した（ＷＯ９３−２４２０７号公
報）。この処理装置は、排気ガスの導入管を有する外ケ
ーシングと、これの内部に設けられた円筒形の流動触媒
層反応器とからなり、この反応器は、その内部に排気ガ
スを導入するための多孔状円筒からなる分散板を有する
とともに、この分散板の中心軸線回りで回転可能とさ
れ、内部には粉粒状触媒が装填されており、前記反応器
には、その中心軸線と同軸的に排気ガスの排気管が接続
され、これが前記外ケーシングの外部に突出している。

【０００７】上記処理装置は、流動触媒層反応器が回転
され、反応器内の粉粒状触媒が遠心力によって分散板の
内面に張り付くように流動する。一方、排気ガスは、導
入管から外ケーシング内に導入され、ガス圧力によって
分散板を通って反応器の内部に入り、流動状態の触媒と
接触して燃焼処理される。処理により清浄化された排気
ガスは、外ケーシングから排気管を介して外部に排出さ
れる。この処理装置によれば、燃焼時にグラファイト化
が起りにくいので、燃焼速度が速くなって燃焼時間が短
くなり、しかもランニングコストも低くなり、またバッ
チ式とすることなく、連続した処理運転が可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の排気ガ
ス処理装置は、流動触媒層反応器を回転駆動させる必要
があるので、構造が複雑化して高価となる。また、高出
力時だけではなく、低出力時にも常に反応器を回転させ
る必要があるため、エネルギーの無駄が多くなって効率
が悪い。

【０００９】そこで、本発明の目的は、従来より、例え
ば燃焼器、集塵器、消音器、反応器などとして用いられ
ている流動層に改良を加えて、簡単な構造で、排気ガス
に含まれる炭素を含んだ固体の微粒子を効率的に処理で
き、かつ、装置のコンパクト化を図ることができる排気
ガスの処理方法と装置を安価に提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る排気ガス処理方法は、エンジンの排気
ガスに含まれる微粒子を捕捉する捕捉粒子が堆積した捕
集体に、その下方から前記排気ガスを導入して上方に排
出することにより排気ガスを処理する処理方法であっ
て、前記捕捉粒子としてかさ密度１．５〜５の粒子を用
い前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのバラン
スによって捕集体を固定層としたり、流動化させて流動
層とし、流動化時に流動層内で前記微粒子を燃焼させ
る。かさ密度が上記の範囲を超える場合は流動化不良と
なり、一方、上記の範囲未満の場合は装置が大きくな
る。

【００１１】上記処理方法においてエンジンからの排気
ガスは、捕集体の下方から導入されて、排気ガスに含ま
れる微粒子が捕集体の捕捉粒子により捕捉される。この
状態で、前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力との
バランスによって捕捉粒子が固定層となったり、流動層
となったりする。つまり前記圧力が前記重力よりも大き
くなったときに捕捉粒子が流動化して、その流動層の全
域で、捕捉粒子に捕捉された微粒子が排気ガス中の残存
酸素との接触により燃焼（酸化）して効率的に処理され
る。すなわち、炭素を含む微粒子（固体炭素）が、燃焼
により二酸化炭素および水となって無害化され、清浄化
された排気ガスが大気に排出される。前記流動層での燃
焼は、微粒子が燃え尽きるまで流動しながら継続される
ので、微粒子の高い除去効率が得られる。

【００１２】さらに詳述すると、エンジンの起動時やア
イドリング時など排ガス温度が２００℃程度以下の運転
時には、排気ガスの圧力が小さいため、捕捉粒子は流動
化することなく固定層となって微粒子を捕捉する。しか
し、エンジンの回転数が上がって排ガス温度が２００℃
程度を超え排気ガスの圧力が高くなると、捕捉粒子が流
動化し、つまり、捕捉粒子が浮遊分散された流動層の状
態となり、排気ガスに対し新たな捕捉粒子が循環しなが
ら順次接触し、排気ガス中の微粒子を効率的に捕捉す
る。また、エンジンの回転数が上がることにより排気ガ
スの温度も上昇するので、前記捕捉粒子に捕捉された微
粒子が流動層の全域において速やかに燃焼される。

【００１３】また、流動層は、熱容量が大きくて熱伝達
速度も速いため、流動層が高温に発熱したり急激な温度
上昇を伴うことはない。このため、温度が上がれば燃焼
速度が速くなり、また燃焼速度が速くなれば温度が上昇
するような暴走は発生しない。しかも、従来のフィルタ
で微粒子を捕捉して燃焼させる場合のように、ホットス
ポットの発生は起らず、また微粒子が溶融して固まり流
動化不良を起すということもない。また、以前に提案し
た回転流動層方式による排気ガス処理装置のように反応
器を回転駆動させる必要がないので、構造が簡略化され
て低価格となる。また、分散板を通過するガスの流速分
布を均一化するには、捕集体の下側の風箱入口部の排ガ
ス平均流速を３０m ／s 以下とし、動圧を小さくするこ
とが好ましい。

【００１４】本発明の好ましい実施形態における処理方
法では、前記排気ガスの流動層内空塔速度（流動対象物
（この場合は捕集体）が存在しない場合の速度で、以
下、単に「排気ガスの速度」という。）が、排気ガスに
よる捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には
前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場
合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内
で微粒子を燃焼させる。前記所定値は、例えば０．１ｍ
／ｓ〜０．５ｍ／ｓの範囲に設定される。これによれ
ば、前記排気ガスの速度が前記所定値よりも低い場合、
捕捉粒子は流動化することなく、捕捉粒子が固定層とな
って排気ガス中の微粒子を捕捉する。排気ガスの速度が
前記所定値よりも大きくなったとき、捕捉粒子は流動化
して、排気ガス中の微粒子を捕捉する。このように流動
層や固定層の捕捉粒子で捕捉された微粒子は流動層にお
いて燃焼処理される。

【００１５】ここで、捕捉粒子を流動化させると、これ
を収納するケーシングが摩耗し、また捕捉粒子自身も摩
耗してしまう。しかし、以上のように、前記所定値に基
づき捕捉粒子を固定層としたり流動層とすることによ
り、例えばエンジンの起動時やアイドリング時など排気
ガス中の微粒子の発生量が比較的少ないときには固定層
とし、エンジンの高出力運転時など微粒子の発生量が多
いときのみ流動層として、捕捉粒子が流動化している時
間をできるだけ少なくすることにより、ケーシングおよ
び捕捉粒子の早期摩耗が防止される。なお、前記所定値
は、上記した範囲を越えると流動層による燃焼の利点が
少なくなり、上記した範囲未満であると固定層による磨
耗抑制効果が少なくなる。

【００１６】また、本発明の好ましい実施形態における
処理方法は、前記捕捉粒子に脱硝触媒と脱硫剤の少なく
とも一方を担持または混合させて、排気ガス中の窒素酸
化物と硫黄酸化物の少なくとも一方を除去する。脱硝触
媒としては、例えば銅ゼオライトを使用でき、脱硫剤と
しては、例えば硫化鉄、生石灰などを使用できる。これ
によれば、前記捕捉粒子によりエンジンからの排気ガス
に含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物が吸着され、これら
が固定炭素とともに燃焼して処理される。例えば、窒素
酸化物は燃焼により窒素と二酸化炭素となって無害化さ
れ、また硫黄酸化物も固定化されて無害化される。

【００１７】本発明に係る排気ガス処理装置は、エンジ
ンの排気ガスに含まれる微粒子を捕捉するための、かさ
密度１．５〜５、望ましくは２〜３の捕捉粒子が堆積し
た捕集体と、前記捕集体の下方に前記排気ガスを導入す
る排気導入路と、この導入された排気ガスを多数の貫通
したノズル孔から捕集体内に噴射する分散板と、前記捕
集体を通過した排気ガスを捕集体の上方から排出する排
気導出路とを備え、前記排気ガスの速度と捕集体にかか
る重力とのバランスによって捕集体を固定層としたり、
流動化させて流動層とし、流動化時の流動層内で微粒子
を燃焼させるように構成される。

【００１８】上記構成によれば、上記した本発明の処理
方法を実行する簡略な処理装置が容易に得られる。

【００１９】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記排気ガスの速度が、排気ガスによる
捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には前記
微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場合は
排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内で微
粒子を燃焼させる。

【００２０】また、本発明の好ましい実施形態における
排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子をアルミナ、シリ
カ、ゼオライト、ジルコニア、及び焼結金属の少なくと
もいずれかを主成分とする粒子または表面粗度が粗い粒
子で形成する。この粒子または表面粗度の粗い粒子によ
り、微粒子の確実な捕捉効果が得られ、脱硝触媒や脱硫
剤の担持も容易となる。この場合は、表面粗度の粗い粒
子を用いることが好ましい。

【００２１】さらに、本発明の好ましい実施形態におけ
る排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子の径を２００μｍ
〜１ｍｍとする。この粒径範囲では、捕捉粒子が流動化
し易くなって、流動層から捕捉粒子が飛び出したりする
ことなく、流動層内において捕捉粒子で捕捉された微粒
子が確実に燃焼される。つまり、微粒子を捕捉した捕捉
粒子が流動化された場合、排気ガスが捕捉粒子から微粒
子を剥奪しようとするが、一般的に粉粒体に付与される
気体の抗力は、粒子径が小さくなるほど小さくなるのに
対し、粒子径が小さくなっても捕捉粒子と微粒子の付着
力は、ファンデルワールス力によりそれほど小さくはな
らない。したがって、以上のように、前記捕捉粒子の平
均径を２００μｍ〜１ｍｍとすれば、この捕捉粒子は流
動層から飛び出すことなく滞留して、流動層内で捕捉粒
子で捕捉された微粒子が確実に燃焼される。

【００２２】また、本発明の好ましい実施形態における
排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子に、排気ガス中の窒
素酸化物を除去する脱硝触媒と、排気ガス中の硫黄酸化
物を除去する脱硫剤の少なくとも一方を担持または混合
させている。

【００２３】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記捕集体に排気ガスを導く上流側排気
通路に酸化触媒（脱硝触媒）を充填した箱を設けるか、
または前記分散板の下面及び排気導入路の内面に酸化触
媒（脱硝触媒）を塗布して、排気ガス中のＮＯをＮＯ₂
に変えて、前記流動層内で燃焼促進剤として活用する。
これによれば、流動層内でＮＯ₂による微粒子の燃焼が
支配的となって、排気ガス中のＯ₂の支配下で燃焼させ
る場合よりも前記流動層の燃焼温度が下がるので、低温
での燃焼処理が容易となる。また、酸化触媒を流動層の
入口に設けた箱に充填させると、流動層内の捕捉粒子に
酸化触媒を担持させる場合と異なり、酸化触媒の機械的
摩耗を防げる。

【００２４】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記流動層を複数の区画に分割する金属
板または金網からなる仕切りを設ける。特に、好ましく
は前記流動層を前記仕切りにより２または３の区画層に
区画する。そして、排気ガス処理装置が傾斜したとき、
流動層の高さが片側端部で低くなり過ぎてガスの吹き抜
けが起こるのを抑制する。これによれば、排気ガス処理
装置を搭載した移動用車両が傾斜地を走行するような場
合で前記処理装置が傾いたとき、その一方側に捕捉粒子
が偏ってしまうのが前記仕切りにより抑制されて、この
仕切り板の間に捕捉粒子が常に滞留するので、流動層の
高さが片側端部で低くなり過ぎることによるガスの吹き
抜けが起こらない。このため、前記排気ガス中の微粒子
が捕捉粒子と接触することなく流動層を吹き抜けるのが
阻止され、微粒子は捕捉粒子に確実に捕捉されて、この
微粒子が効果的に燃焼する。また、仕切りがあると、流
動層が安定して、ガスの吹き抜けが起こりにくくなる。
さらに、仕切りに酸化触媒機能を付与すると、流動層内
での微粒子の酸化反応が促進される。

【００２５】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記捕捉粒子の粒子径２００μｍ〜１ｍ
ｍよりも目の細かい例えば４０〜１５０メッシュ程度の
金網をフィルタとし、これを前記流動層の上方に設置し
て、流動層での気泡の破裂や排気ガス処理装置の揺れの
影響では捕捉粒子の通過を阻止する。これによれば、前
記流動層で気泡（バブル）が破裂したり移動用車両が揺
れることが原因でフィルタに向かって強く飛び出す捕捉
粒子は、フィルタの金網と衝突して、フィルタを通過す
ることなく、流動層へと戻されるので、捕捉粒子の量が
減少せず、流動層内で捕捉粒子に捕捉された微粒子の確
実な燃焼処理が行える。

【００２６】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、移動用車両に搭載するとき、排気ガス処
理装置の長手方向を傾斜角度の小さな、進行方向と直角
方向に設定する。これによれば、移動用車両が一般道路
を走行する場合、傾斜地で走行する場合のように、進行
方向（前後方向）に傾斜して連続的に長時間走行する場
合が多いのに対し、これと直角方向（左右方向）に傾斜
して連続的に走行する時間は短いので、排気ガス処理装
置の長手方向を車両の進行方向と直角方向に設定するこ
とにより、この処理装置の長手方向に配設される分散板
の傾き、すなわち分散板の一方側への捕捉粒子の偏りを
少なくして、前記微粒子を効果的に燃焼させることがで
きる。

【００２７】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、エンジンの負荷が低く排気ガス温度が低
くて、前記捕捉粒子に捕捉された微粒子が前記流動層で
燃えにくい場合、エンジンの燃焼膨張過程での燃料２次
噴射を促進し、後燃え現象により排気ガスの温度を上げ
るか、またはエンジン出口と排気ガス処理装置の入口と
の間に燃焼器を設けて、間歇的に短時間排気ガスを再燃
焼させることにより、排気ガスの温度を上げて前記捕捉
粒子に付着した微粒子の燃焼を促進させる。つまり、排
気ガス温度が低いときには、前記捕捉粒子に捕捉された
微粒子が前記流動層で燃焼されにくいのに対し、燃料供
給のタイミングをずらすことによって排気ガスの温度を
上げてやるか、前記燃焼器で燃焼させて排気ガスの温度
を上げることにより、前記微粒子を確実に燃焼させるこ
とができる。排気ガス温度をステンレスの耐久性がある
５００〜５５０℃に３〜３０分程度、数百時間の運転毎
に昇温してやれば、蓄積された微粒子は燃焼し尽くして
しまう。

【００２８】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板が孔径０．３〜１．０ｍｍの
孔を複数個有し、この分散板に４０〜１５０メッシュの
隙間の金網を付設し、分散板からのジェット流を妨げな
いよう設置した多孔板でこれを固定するか、あるいは前
記捕捉粒子の径を前記分散板の孔径よりも大きくする
か、あるいは分散板板厚を孔径の３倍以上にしてブリッ
ヂ効果により落下を防止することにより、前記捕捉粒子
が分散板の孔から落下するのを防止する。これによれ
ば、前記捕捉粒子が分散板から落下することなく、流動
層内に保持されるので、微粒子を前記流動層において確
実に燃焼させることができる。

【００２９】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板の下部に設ける排気導入路の
内部に火花を飛ばす装置を設け、この排気導入路内に溜
った微粒子を火移りにより燃焼させる。これによれば、
前記排気導入路内に溜った微粒子の量が減り、排気ガス
の処理が容易に行える。

【００３０】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板の上流側に孔径５〜１５ｍｍ
の孔を複数個設けた多孔板を配置するか、あるいは前記
分散板の下部に設ける排気導入路の内部に多孔板で構成
される円筒または楕円状の管を挿入するか、あるいは拡
大角を片側で３〜１５度にしたディフューザを前記排気
導入路に挿入し、前記流動層内における排気ガスの偏流
を抑制する。これによれば、前記多孔板あるいはディフ
ューザにより、その下流側の流動層において排気ガスの
偏流が阻止されて、流動層内に排気ガスが均一に拡散さ
れるので、この排気ガスに含まれる微粒子が前記捕捉粒
子によって効果的に捕捉される。

【００３１】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板として平板ではなく円筒形の
散気管を用いる。この散気管を用いれば、前記排気ガス
処理装置のケーシングに対する散気管の溶接部長さが短
くてすみ、あるいは溶接部が不要となり、製作コストが
安くなる。

【００３２】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板は、平板状の分散板または円
筒状の散気管からなり、この分散板に分散板と同じ面積
の開口部をもつ平板、または前記散気管に散気管と同じ
面積の開口部をもつ円筒状の板を重ね合せ、この平板と
分散板の一方を移動または散気管と円筒状の板の一方を
回転させることにより、分散板または散気管のノズル開
口部面積を制御する。このようにすれば、負荷変動があ
っても常に分散板の圧力損失を所定値以上に保持し、排
気ガスが通過する分散板の上方において良好な流動状態
を維持できる。

【００３３】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板の下部に設ける排気導入路の
内部を複数の区画に分割し、分割された各区画の入口に
切換弁を設置して、エンジンの排気流量の変動に伴い分
割された各区画の使用区画数を変え、排気ガスが流入す
る区画における排気ガスの最大流量と最小流量の比率を
小さくする。あるいは排気ガスを流動層に導入する散気
管複数個を流動層内に設置し、この各散気管の入口に切
換弁を設置して、エンジンの排気流量の変動に伴い使用
散気管数を変え、排気ガスが流入する散気管における排
気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくする。一般
に流動層においては、前記分散板の圧力損失を十分にと
ることにより、前記捕捉粒子である流動媒体の流動層で
の挙動が不安定になっても、前記分散板における各ノズ
ル孔から流動層内に噴出される排気ガス流量の巾が小さ
くなるようにするが、流動層ボイラ、流動層ごみ焼却炉
など流動層の負荷変動幅は通常５０％程度であり、最小
負荷時の前記分散板の圧力損失を適正に維持することは
難しくはない。しかし、移動用車両に用いるディーゼル
エンジンの最大負荷と最小負荷における排気ガス量の比
率は、６〜１０：１程度と非常に大きくなる。そこで、
前記分散板の下部に設ける排気導入路の内部を複数の区
画に分割するか、あるいは排気ガスを流動層に導入する
散気管複数個を流動層内に設置して、排気ガスが流入す
る区画あるいは散気管において常に排気ガスの流入量が
最大負荷時に対し一定割合以上となるようにすることに
より、排気ガスが流入する区画あるいは散気管における
排気ガスの流量変化範囲を適正化することができて、前
記分散板あるいは散気管の適正な圧力損失を維持して、
良好な流動化状態を保持することができる。

【００３４】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板の下部に設ける排気導入路の
内部を１対２から１対１の間の比率で２分割し、分割さ
れた各区画の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気
量の変動が１対６から１対４の間の比率の範囲では、分
割された各区画を通過するガス量が常に設計値の１／２
以上となるように設定する。あるいは、排気ガスを流動
層に導入する散気管の２本を流動層内に設置し、この各
散気管の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気量の
変動が１対６から１対４の間の比率の範囲では、散気管
におけるガス量が常に設計値の１／２以上となるように
設定する。２つの区画あるいは散気管のうち１つのみに
排気ガスを流入させる場合、ガスが流入されない他方の
区画あるいは散気管では流動化が起こらず固定層となる
が、運用上問題はない。また、前記排気導入路を１対２
から１対１の間の比率で２分割し、または流動層に２本
の散気管を設置する場合、通過する排気ガス量を設計値
の１／２以上にできるエンジンの排気流量の変動幅は、
１対６から１対４の比率となって狭くなるが、切換弁が
１個ですむので弁操作が簡単となる。

【００３５】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板の圧力損失を最大負荷におい
て流動層における圧力損失の１００〜２０００％になる
ように設定する。このようにすれば、大きな負荷変動や
移動用車両の動揺があっても、排気ガスを流動層内に均
一に供給できる。

【００３６】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記流動層の上方に直径数ｍｍから数十
ｍｍの孔をあけた管を４０〜１５０メッシュの金網で覆
ったフィルタを設置する。これによれば、排気ガス処理
装置のケーシングに対するフィルタの溶接部長さが短く
てすみ、製作コストが安くなる。

【００３７】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、同一垂直面内に直列に流動層を２段また
は３段にわたって設ける。流動層の集塵においては、分
散板のノズル孔から噴出する高速の排気ガスが捕捉粒子
に衝突したときに、排気ガス中の微粒子が慣性集塵によ
り前記捕捉粒子に捕捉され易いので、以上のように流動
層を２段または３段にわたって設けると、慣性集塵が２
度または３度繰り返して行われることとなって、集塵効
率が高くなる。とくに、排ガス中の微粒子（ＰＭ）の粒
径が０．１mm以上のものが多い時は、２段又は３段とす
ることが好ましい。

【００３８】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記分散板として２枚の多孔板を用い、
これら多孔板をその孔径よりも小さな範囲でずらせて重
ね合わせ、分散板の開口面積、つまり開口方向から見た
１つの孔の断面積を小さくする。このようにすれば、分
散板のノズル孔から排気ガスがシャープなジェット流と
なって噴出されるので、分散板の上方において良好な流
動化状態を保持して効率の良い集塵効果が得られる。

【００３９】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、２枚のうち１枚の前記多孔板を移動また
は回転させることにより、前記分散板のノズル開口部面
積を制御する。これによれば、負荷変動があっても常に
分散板の圧力損失を所定値以上に保持し、排気ガスが通
過する分散板の上方において良好な流動状態を維持でき
る。

【００４０】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、流動層の界面近傍に１枚または２枚の多
孔板あるいは積層した金網を設ける。このようにすれ
ば、前記捕捉粒子である流動媒体が流動化したとき、こ
の流動媒体が前記多孔板あるいは金網に衝突し、または
前記多孔板あるいは金網を通過するときに互いに衝突し
て、流動化状態が緩慢となり、分散板のノズル孔出口に
は常に流動媒体が充満して微粒子の捕捉効率が高められ
る。また、一旦流動媒体の表面に捕捉された微粒子は、
流動媒体の流動化状態が緩慢なため、再飛散しにくく再
飛散する前に燃焼される。しかも、流動媒体は、流動層
の界面からの飛び出しが少なくなり、流動層の上方に設
けたフィルタでの詰りが少なくなる。つまり、アルミナ
などの微粒子の捕捉粒子として使用される流動媒体の場
合、最も流動化状態が良好で、微粒子の捕捉性能の高い
領域は０．１〜０．２ｍｍの粒径であるが、流動媒体の
粒径が小さいほど流動層からの粒子の飛び出しを防止す
るため、流動層の空塔速度を小さく、すなわち装置を大
きくする必要がある。しかし、以上のように、流動層の
界面近傍に多孔板あるいは金網を設けて、流動媒体の流
動化状態を緩慢とする場合、装置を小さくし、また流動
媒体の粒径を例えば０．２ｍｍ程度としても、微粒子の
捕捉性能を高くできる。なお、多孔板を用いる場合は、
これの圧力損失をできるだけ小さくするため、開口率の
大きいものを使用する。

【００４１】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、排気ガス処理装置の出口側に排気ガス中
の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を組み込んだ反応器を
設ける。このようにすれば、装置と運転費用を共に低コ
ストとしながら、脱塵効果と脱硝効果が得られる。つま
り、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化
物を除去する脱硝触媒は、通常触媒としての活性が得ら
れる温度が２００℃以上であり、それ以下の温度域で使
用すると、排気ガス中の煤塵が触媒表面に付着して触媒
活性を失い、燃焼しなくなって閉塞する。従って、排気
ガス温度はエンジンを調整して常に２００℃以上に保持
する必要があるので、燃料消費量が増大する。しかし、
以上のように、排気ガス処理装置の出口側に脱硝触媒を
組み込んだ反応器を設けると、前記排気ガス処理装置は
低負荷時に特に煤塵除去率が高いので、排気ガス温度を
２００℃以上に上げなくても、つまり余分な燃料をエン
ジンに供給しなくても触媒の閉塞は起こらない。また、
前記脱硝触媒としては白金などの高価なものが使用され
るので、この脱硝触媒だけで脱塵と脱硝を同時に高効率
で行おうとする場合、必要な触媒量が多くなって高価と
なる。これに対し、以上のように排気ガス処理装置を通
過させた後に脱硝触媒で排気ガス中の窒素酸化物を除去
する場合は、脱塵及び脱硝能が共に８０％以上の処理装
置が小型としながら低価格で得られ、また運転コストも
低廉となる。

【００４２】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、流動層の上方に前記捕捉粒子を捕獲する
フィルタを設置し、流動層の静止層高さを前記分散板か
ら前記フィルタまでの５０％以上とし、流動媒体によっ
てフィルタを叩かせるようにしている。このようにすれ
ば、エンジン負荷が低く、付着性の強い煤塵がたとえフ
ィルタ部に付着しても、流動媒体により叩き落されて、
フィルタが閉塞するのが防止される。

【００４３】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、流動層内、特に流動層上部に長さ、直径
が数ｍｍから数十ｍｍの円筒状で両端が開いた金網を多
数、固定しない状態で混入させる。このようにすれば、
金網の中に入り込んだ粒子群が一時的に大粒径の挙動を
し、流動層界面での流動層の動きが制限されて、飛散の
少ないおだやかな流動層となり、除塵効率が向上する。

【００４４】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記流動層の上方に４０〜１５０メッシ
ュの金網製の一次フィルタと酸化触媒の機能を持った４
０〜１５０メッシュよりも目の粗い金網を積層させた二
次フィルタを設置する。このようにすれば流動層を飛び
出した小粒径の煤塵が金網製の一次フィルタを通りぬけ
たあと、酸化触媒の機能を持った二次フィルタで捕捉さ
れ、酸化されることにより除塵効率が向上する。酸化触
媒としては、例えばニッケルが使用される。

【００４５】また、本発明の排気ガス処理装置では、ア
イドリング等排ガス温度が２００℃程度以下の運転では
固定層となり、２００℃程度を超えると流動層となるよ
うに、分散板の表面積、捕捉粒子（流動媒体）の粒径及
びかさ密度が設定されている。

【００４６】また、本発明の装置は、分散導入体の孔径
は０．３mm〜１．０mmで、排気導入路への入口ダクトは
動圧の影響が少なくなるようにするため、拡大角度が片
側で３〜１５度程度のディフューザとし、風箱入口部の
平均流速が３０m ／s 以下となるように構成されてい
る。また、分散導入体の圧力損失が流動化開始速度で流
動層部の圧力損失の１０〜１５％以上であるように構成
されている。

【００４７】また、本発明の装置において、分散板の設
置位置の側面を垂直に形成することが好ましい。分散板
の端部においても、できるだけ孔のあいていない部分が
存在しないようにする。また燃焼時の流動層の最高温度
は５５０℃前後であるので、分散板をステンレススチー
ルで形成することができる。

【００４８】また、本発明の装置において、分散板の上
側、及び流動層の上方の多孔板の下側又は多孔管の上側
に目開き２８０ミクロン程度の金網を設けた構成とした
り、または、流動層上方の多孔板又は多孔管の代りに、
ニッケルの多重金網を設け、飛散した未燃分の捕捉、酸
化を行うようにした構成とする場合もある。

【００４９】また、本発明の装置において、捕捉粒子と
して、酸化触媒としての機能を持つステンレススチール
からなる焼結金属の粒子を用いたり、または、捕捉粒子
として、表面に銅等の酸化触媒としての機能を持つ材料
を塗装してなる粒子を用いたりすることがある。

【００５０】捕捉粒子（流動媒体）としては、粒子のか
さ密度に応じて粒径０．３〜０．７mm（平均０．５m
m）、あるいは粒径０．３〜０．５mm（平均０．４mm）
のものが用いられる。０．７mmを超えると流動化不良と
なり、０．３mm未満であると装置が大きくなる。また、
捕捉粒子としては表面粗度の粗い粒子がよい。これは、
流動化し易くなり、微粒子の捕捉率が上がり、再飛散し
難くなるからである。表面粗度が粗い粒子であれば、や
わらかく摩耗に弱い銅のような酸化触媒を塗装しても損
耗が少ない。

【００５１】捕捉粒子として焼結金属を用いる場合は、
例えば、１００ミクロン以下の金属粉末とポリビニルア
ルコールのようなバインダーとを混ぜてハイスピードミ
キサーで造粒し、篩った後、１１００〜１２００℃程度
で酸素のない雰囲気下で焼結した粒子を用いる。また、
流動層は消音効果があるので、マフラーは不要である。
流動層で２〜５デシベル下がるので、騒音規制強化にも
対応できる。

【００５２】本発明の装置において、運転時間数百時間
おきにエンジンの燃料噴射のタイミングをずらすか、あ
るいはディフューザ部に補助バーナを設け、ガス温度を
３分から３０分程度５００〜５５０℃にすることが好ま
しい。

【００５３】なお、４００℃以上となる運転時間が半分
程度以上ある場合は、前記の間歇的な排ガス温度の上昇
操作は不要となる。

【００５４】本発明の排気ガス処理装置の圧力損失は、
既存のマフラー＋５００mmAQ以下とすることが好まし
い。また、本発明の排気ガス処理装置は、２サイクルデ
ィーゼル排ガスの炭化水素（ＨＣ）及びＣＯ低減用にも
使用することができる。

【００５５】本発明の排気ガス処理装置においては、約
１０度の傾斜時に最も流動層の浅いところで約３０mmを
確保するためには、流動層の一辺の長さが１ｍのとき層
高は約１２０mm以上とし、それ以上になるときは流動層
部を分割するようにすることが好ましい。また、振動を
加えると、流動化状態はむしろ良好になる。

【００５６】本発明の装置のメンテナンスにおいては、
１年に一回流動媒体を取り替える。平均粒径が小さくな
り、量が減るため掃除機で吸引し、側面上部の穴から一
定量供給するようにする。また、排気ガス処理装置と別
個に排ガス温度が６０〜２００℃程度の低温部にアイア
ンカーバイドを全部あるいは一部用いた固定層又は流動
層からなる排ガス処理器を設けた構成とする場合もあ
る。すなわち、流動媒体、装置内に設置した触媒の触媒
効果により８０％程度あるいは別途６０〜２００℃程度
の低温部に設置したアイアンカーバイドを全部あるいは
一部用いた固定層あるいは流動層の中をとおすことによ
り９０％以上の脱硝を行う。また同時にこのアイアンカ
ーバイドの固定層あるいは流動層の中をとおすことによ
り９０％以上の脱硫を行う。

【００５７】例えば１０トントラックのマフラーは約３
５０mm、２トントラックのマフラーは２３０mm、これに
合うよう出入り口ダクト部の高さを各約４cmとし、流動
層およびその空塔部高さは１０トントラックで約２７０
mm、流動層高は約１００mm以下、２トントラックで約１
５０mm／６０mm以下とする。また、エンジン容量１００
０cc当たり０．０８m²程度とし、断面積が約０．２５m²
以下（１辺の長さが５００mm以下）のときはできるだけ
幅と長さを同じ程度にすることが好ましい。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の排気ガス処理装置１をディーゼルエンジンＥに取り付
けた例を示す第１実施形態の側面図である。排気ガス処
理装置１はディーゼルエンジンＥに排気管１０を介して
接続されている。この排気ガス処理装置１の長手方向
は、ディーゼルエンジンＥが搭載された車両の進行方向
Ｘに対し直交する方向Ｙに設定されている。

【００５９】図２は、排気ガス処理装置１の全体構造を
示す縦断面図である。この処理装置１は、円筒形の本体
２１と、これの長さ方向両端に設けられた端板２２から
なるケーシング２を備え、これの内部の下部側には、本
体２１の内面２１ａとの間に、分散板として、所定間隔
をおいて多数の貫通したノズル孔３１を有する平坦な分
散板３が、上部側には前記内面２１ａとの間に所定間隔
をおいて平坦なフィルタ４が、分散板３と平行に配置さ
れている。前記ケーシング２の内部で分散板３とフィル
タ４で囲まれる空間には、前記エンジンＥからの排気ガ
スＧに含まれる炭素を含んだ微粒子（固体炭素）を捕捉
するための、かさ密度１．５〜４、望ましくは２〜３の
多数の捕捉粒子５からなる捕集体６が収納されている。

【００６０】前記分散板３のノズル孔３１の孔径は、捕
捉粒子５よりも小さくても大きくてもよいが、ここで
は、０．３〜１ｍｍ程度に設定されており、これらノズ
ル孔３１が２〜１０ｍｍ程度のピッチ間隔で形成されて
いる。ノズル孔径が捕捉粒子５の外径より大きいとき
は、捕捉粒子５がノズル孔３１から落下しないように、
図２の仮想線で示すように、前記分散板３の下面に沿っ
て、または上面に沿って、４０〜１５０メッシュ（孔径
１００〜４００μｍ程度）の隙間を有する金網３２を設
ける。これにより、前記捕捉粒子５を分散板３の上方に
常に滞留させる。前記分散板３は、平坦な板のほか、横
断面円弧形や三角形など種々の公知の形状とすることが
できる。また、分散導入体として、分散板３に代えて、
後述する円筒形の散気管を用いてもよい（図１４参
照）。この散気管を用いる場合は、分散板３の前記ケー
シング２に対する溶接部長さが短くてすみ、あるいは溶
接部が不要となり、熱応力の問題がなくなり、製作コス
トも安くなる。

【００６１】前記捕捉粒子５は、好ましくはアルミナ、
シリカ、ゼオライト、ジルコニア、またはステンレスな
どの金属粉を焼結した多孔質粒子または表面粗度の粗い
粒子で形成され、その粒径は２００μｍ〜１ｍｍとす
る。この多孔質粒子または表面粗度の粗い粒子からなる
捕捉粒子５は、排気ガスＧ中の窒素酸化物を除去する銅
ゼオライトなどの脱硝触媒や、排気ガスＧ中の硫黄酸化
物を除去する硫化鉄または生石灰などの脱硫剤を担持さ
せ易い。これらの触媒等を前記捕捉粒子５に担持させる
ことにより、排気ガスＧの脱硝能や脱硫能が得られる。
また、以上の粒径範囲とすれば、捕捉粒子５が流動化し
易くなって、流動層Ｆ（図４）から捕捉粒子５が飛び出
すのが抑制され、流動層Ｆ内において捕捉粒子５で捕捉
された微粒子が確実に燃焼される。一般に、大きな粒子
に微粒子が付着して流動化している流動層Ｆは粉粒流動
層と呼ばれ、特性が報告されており、１μｍ以下の微粒
子は殆ど飛び出さずに流動層Ｆ内に滞留することが知ら
れている。

【００６２】また、前記フィルタ４としては、前記捕捉
粒子５の粒子径２００μｍ〜１ｍｍよりも目の細かい４
０〜１５０メッシュ（１００〜４００μｍ程度の目開き
に相当）を有する金網を用いて、前記流動層Ｆの上方、
つまり捕捉体６の下流側（ガス出口側）に設置する。そ
して、前記流動層Ｆを経た気体は通過させ、流動層Ｆ内
で気泡が破裂したり移動用車両が揺れることが原因で前
記フィルタ４に向かって直線的な軌道で高速で飛び出す
捕捉粒子５は、前記金網の網目に当てることにより、フ
ィルタ４を通過させることなく、前記流動層Ｆへ戻し
て、捕捉粒子５に捕捉された微粒子を効果的に燃焼させ
る。前記フィルタ４としては、捕捉粒子５の平均粒径よ
りも小さな貫通孔を多数有する多孔板を用いてもよい。
また、前記フィルタ４としては、直径数ｍｍから数十ｍ
ｍの孔をあけた管を４０〜１５０メッシュの金網で覆っ
たものを用いてもよい（図１６参照）。これによれば、
前記フィルタ４のケーシング２に対する溶接部長さが短
くてすみ、あるいは溶接部が不要となり、熱応力の問題
がなくなり、製作コストも安くなる。

【００６３】また、前記ケーシング２の内方下部側で本
体２１の内面２１ａと分散板３の間には、ケーシング２
の前方（図２の左側）から前記捕集体６の下方に排気ガ
スＧを導入する排気導入路７が形成され、ケーシング２
の内方上部側でケーシング内面２１ａとフィルタ４の間
には、前記捕集体６を通過した排気ガスＧを上方から後
方（図２の右側）へ排出する排気導出路８が形成されて
いる。このとき、前記ケーシング２の分散板３の下部側
に箱を設けて、これの内部を前記排気導入路７とするこ
ともできる。

【００６４】また、前記排気導入路７には、図２に示す
ように、この排気導入路７に溜った微粒子に火花を飛ば
す装置として点火プラグ４１を設けている。この点火プ
ラグ４１を設ければ、前記排気導入路７内面にたまった
微粒子を燃焼させることができる。

【００６５】図３に示すように、この処理装置１は、デ
ィーゼルエンジンの一般的な消音器と同様に、そのケー
シング２の全体が円筒形状に形成されていて、消音器と
取り替えて装着できるようになっている。前記ケーシン
グ２は、円筒形以外にも偏平な楕円形や角型とすること
もできる。

【００６６】図２に示すケーシング１の一方の端板２２
には、その下部側に前記排気導入路７に連通する排気ガ
スＧの導入口２３が形成され、この導入口２３の外部側
には前記排気管１０を連結するための連結フランジ２４
が取り付けられ、図３に示す端板２２の中央部には前記
捕捉粒子５の充填および保守・点検を行うための充填孔
２５が形成されて、この充填孔２５には、これを閉鎖す
る蓋体２６を装着するためのフランジ２７が取り付けら
れている。また、図２に示す他方側の端板２２には、そ
の上部に前記排気導出路８に連通する排気ガスＧの導出
口２８が形成され、この導出口２８の外部側には排出パ
イプ２９（図１）を連結する連結具３０が取り付けられ
ている。

【００６７】前記捕集体６は、その重力と排気ガスＧの
圧力とのバランスによって固定状態であったり、または
流動化したりする。つまり排気ガスＧの速度が、排気ガ
スＧによる捕集体６の流動化に必要な所定値よりも低い
場合、図２のように捕集体６は、前記分散板３上に捕捉
粒子５が堆積した状態の固定層Ｓとなる。また、排気ガ
スＧの速度が前記所定値以上になった場合には、排気ガ
スＧの速度により捕集体６を流動化させて、図４のよう
に捕捉粒子５がケーシング２の内部に浮遊分散された状
態の流動層Ｆとなる。このとき前記所定値は、０．１〜
０．５ｍ／ｓの範囲に設定される。また、図２に示す分
散板３からフィルタ４までの高さ、詳しくは分散板３の
ノズル出口（分散板上面）からフィルタ４までの高さを
Ｈとした場合、前記固定層Ｓの高さ，つまり流動層Ｆの
静止高さは１／２Ｈ程度とし、前記流動層Ｆは、図４に
示すように３／４Ｈ程度に設定される。

【００６８】次に、以上の処理装置１を用いた排気ガス
の処理方法について説明する。図５は、排気ガスＧに含
まれる固体炭素の微粒子ｇを除去処理する場合の模式図
を示している。この微粒子ｇは、１μｍ以下の粒径のも
のが多い。図１のディーゼルエンジンＥから排出された
排気ガスＧは、排気管１０から、図２の先ずケーシング
２の排気導入路７に送られ、これより分散板３のノズル
孔３１から内部の捕捉粒子５に向かって噴射される。こ
のとき、排気ガスＧが保有している速度エネルギーの一
部がノズル孔３１によって運動エネルギーに変換され、
ノズル孔３１から排気ガスＧは捕捉粒子５に向かって２
０〜２５０ｍ・ｓ-1程度の速度で噴射される。また分散
板３は、排気ガスＧを内部に均一に供給するために、通
常流動層部での圧力損失に対して分散板３で約１０〜２
０％の圧力損失を取るようにしているが、本発明の装置
では、流動層Ｆの高さが数十ｍｍ程度と低く、負荷変動
が激しくて流動層Ｆが安定しにくいので、前記分散板３
で約１００〜２０００％の圧力損失を取るようにしてい
る。このようにすれば、圧力損失により排気ガスＧが加
速されて、捕捉粒子５に向かって均一な速度で噴射され
る。よって、大きな負荷変動や移動用車両の動揺があっ
ても、排気ガスを流動層Ｆ内に均一に供給できる。

【００６９】エンジンＥの起動時やアイドリング時など
排気ガスＧの発生量が少なく、排気ガスＧの微粒子ｇの
発生量も少ないとき、前記捕捉粒子５は、その重力の方
が排気ガスＧの圧力に基づく捕捉粒子５の押上げ力より
も大きくなって、図２のように分散板３上に堆積した固
定層Ｓとなり、図５のノズル孔３１から噴射された排気
ガスＧ中の微粒子ｇは、分散板３上の各捕捉粒子５に衝
突して捕捉される。このとき、捕捉粒子５が付着性の高
いものや多孔質または表面粗度が粗い粒子であれば、微
粒子ｇをより確実に捕捉できる。

【００７０】エンジンＥの回転数が上がって排気ガスＧ
の圧力が高くなると、この圧力により捕集体６の捕捉粒
子５は図４のように流動化し、つまり捕捉粒子５が浮遊
分散された状態となって、ノズル孔３１の近くに新たな
捕捉粒子５が循環されながら順次供給され、排気ガスＧ
中の微粒子ｇが効率的に捕捉される。また、エンジンＥ
の回転数が上がり、かつ高負荷になると、排気ガスＧの
温度も上昇するので、前記固定層Ｓや流動層Ｆの状態で
捕捉粒子５に捕捉された微粒子ｇが、流動層Ｆの全域に
おいて排気ガスＧ中の残存酸素により速やかに燃焼され
る。この燃焼により微粒子ｇが除去された捕捉粒子５
は、流動化により再びノズル孔３１に至って新たな微粒
子ｇの捕捉に寄与する。このとき、流動層Ｆの温度が２
４０℃〜４５０℃付近の範囲では、排気ガスＧに含まれ
たＮＯ₂による微粒子ｇの燃焼が支配的であり、４５０
℃付近以上では、排気ガスＧに含まれた酸素Ｏ₂による
微粒子ｇの燃焼が支配的となる。

【００７１】以上のように、捕捉粒子５を固定層Ｓとし
たり流動層Ｆとして、捕捉粒子５が流動化している時間
をできるだけ少なくすることにより、捕捉粒子５とケー
シング２との接触によるケーシング２の磨耗、および捕
捉粒子５同士の接触による捕捉粒子５の摩耗が抑制され
る。

【００７２】また、排気ガスＧは振動音を有している
が、この振動音は排気ガスＧの圧力振動により流動層Ｆ
内の捕捉粒子５に運動量を与えることで消音される。つ
まり、運動エネルギーを受け取った捕捉粒子５は、流動
層Ｆ内を移動するとき振動が減衰されて熱に変換され
る。これにより排気ガスＧの騒音は、流動層Ｆ内で熱と
なって消音される。

【００７３】こうして微粒子ｇが除去された洗浄な排気
ガスＧは、捕集体６の流動層Ｆから離れて、フィルタ４
と排気導出路８を通って排出パイプ２９から外部に排出
される。

【００７４】また、前記排気ガス処理装置１の長手方向
が車両の進行方向Ｘに対し直角方向Ｙに設定されてお
り、移動車両が一般道路を走行する場合、この直角方向
Ｙ（左右方向）に傾斜して連続的に走行する場合は少な
いので、処理装置１の長手方向に沿った前記分散板３の
傾き、すなわち分散板３の一方側への捕捉粒子５の偏り
が防止される。その結果、捕捉粒子５に前記微粒子ｇが
確実に捕捉されて、この微粒子ｇをより効果的に燃焼さ
せることができる。

【００７５】図６の第２実施形態では、捕捉体６に排気
ガスＧを導く上流側排気通路、この例では前記エンジン
Ｅの排気管１０（流動層Ｆの入口）に、酸化触媒（脱硝
触媒）が充填された箱９を取り付けて、その酸化触媒で
排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に変えて燃焼促進剤として活
用し、このＮＯ₂の存在下で微粒子ｇの燃焼を行うよう
にしている。このようにＮＯ₂の存在下で燃焼を行え
ば、前述のとおり、排気ガスＧ中の酸素Ｏ₂の支配下で
燃焼する場合よりも前記流動層Ｆの燃焼が促進されるの
で、前記微粒子ｇの低温による燃焼処理が可能となる。
また、以上のように前記流動層Ｆの入口に設けた箱９に
酸化触媒を充填させれば、流動する捕捉粒子に酸化触媒
を担持させる場合と異なり、酸化触媒の機械的摩耗を防
ぐことができる。以上の低温による燃焼処理を行うため
には、前記分散板３の下面に前記酸化触媒を塗布しても
よい。

【００７６】図７の第３実施形態では、前記流動層Ｆの
内部で分散板３とフィルタ４の間に、流動層Ｆを円筒形
のケーシング２の長手方向Ａのような一定方向に沿って
複数の区画層Ｆ１〜Ｆ４に区画するために、上下方向に
延びる複数の仕切り１１を、長手方向Ａに沿って等間隔
に取り付けている。この仕切り１１としては、金属板ま
たは金網が好適に用いられる。このようにすれば、前記
長手方向Ａを車両の前後方向に合致させることで、移動
用車両が傾斜地を走行するような場合に、二点鎖線で示
すように排気ガス処理装置１が長手方向Ａに傾いたと
き、その長手方向一方側に捕捉粒子５が偏在して、流動
層Ｆの高さが他方側で低くなり過ぎるのが、前記仕切り
１１によって阻止され、この仕切り板１１の間に捕捉粒
子５が常に滞留する。このため、排気ガスＧ中の微粒子
ｇが捕捉粒子５と局部的に接触することなく流動層Ｆを
吹き抜けるのが阻止され、微粒子ｇは捕捉粒子５に確実
に捕捉されて、この微粒子ｇが効果的に燃焼する。な
お、仕切り１１の長さを短くし、仕切り１１を分散板３
に取り付け、仕切り１１の上端とフィルタ４との間に隙
間を設けてもよい。

【００７７】このとき、特に好適には、図８の実施形態
で示すように、前記流動層Ｆの内部を前記仕切り１１に
より２つの区画層Ｆ１，Ｆ２に区画する。また、前記流
動層Ｆは、図示しないが、仕切り１１により３つの区画
層に区画してもよい。

【００７８】図９の第４実施形態では、前記エンジンＥ
の負荷が所定時間にわたって低く、排気ガスＧの温度が
低いとき、これを検出して、エンジンＥの燃焼膨張過程
での燃料２次噴射を促進し、後燃え現象により、排気ガ
スＧの温度を上げて捕捉粒子５に付着した微粒子ｇを燃
やすようにしている。具体的には、前記エンジンＥを制
御するコントローラ１２にエンジンＥの回転数を入力
し、この回転数が一定値以下の状態を継続した時間をコ
ントローラ１２内のタイマにより検出し、この継続時間
が所定時間に達したとき、前記コントローラ１２からの
出力で燃料弁１３を制御してエンジンＥの燃焼膨張過程
での燃料２次噴射を一定時間促進させる。ここで、前記
エンジンＥの負荷は、急激な加減速時や坂道での走行時
を除いて、通常の定速走行時には、言いかえれば長い時
間スパンで見たときには、エンジンＥの回転数と比例す
るので、この回転数を検出することによってエンジンＥ
の負荷を容易に検出できる。エンジンＥの回転数は、車
両に通常備わっているエンジン回転計から変換器を介し
て検出する。

【００７９】以上のようにすれば、排気ガスＧの温度が
低いときは、捕捉粒子に捕捉された微粒子が流動層Ｆで
燃焼されにくいのに対し、エンジンＥの燃焼膨張過程で
の燃料２次噴射を促進させて排気ガスＧの温度を上げる
ことにより、前記微粒子の燃焼を促進させることができ
る。また、このように燃焼供給量を増大させるのに代え
て、図９に二点鎖線で示すように、前記エンジンＥと排
気ガス処理装置１との間に別の燃焼器１４を設けて、前
記エンジンＥの低負荷時に排気ガスＧを燃焼させて排気
ガスＧの温度を上げるようにしてもよい。つまり、前記
流動層Ｆ内では前記微粒子が捕捉粒子５の表面に薄く分
散して付着し、粒子間の衝突により境膜が形成されるこ
となく、低温下での燃焼が起こる。例えば５００℃に５
〜１０分間維持すれば、捕捉粒子５の表面に付着した厚
み１μの微粒子は燃焼してしまう。

【００８０】図１０の第５実施形態では、前記排気ガス
処理装置１を分散板３の断面積が異なる１Ａ，２Ａの２
つに分割し、各処理装置１Ａ，２Ａの入口側に三方切換
弁１５を取り付けて、前記エンジンＥの排気流量の変動
に伴い使用する処理装置を変え、処理装置１Ａ，２Ａに
流入する最大流量と最小流量の比率を小さくするように
している。具体的には、排気流量に比例するエンジン回
転数を検出し、エンジン回転数が一定値未満のとき一方
の排気ガス処理装置１Ａのみに排気ガスＧを供給し、一
定値以上のときには、分散板３の断面積が１Ａよりも広
い処理装置２Ａに切り換えて使用し、さらに排気ガス量
が増大したときには、両方の排気ガス処理装置１Ａ，２
Ａに排気ガスＧを供給する。つまり、排気流量の増大に
応じて処理装置１Ａ，２Ａの使用個数を増やす。これに
より、各排気ガス処理装置１Ａ，２Ａに流入する排気ガ
スＧの分散板３の断面積当りの流量変化範囲が小さくな
って適正化されるので、微粒子の燃焼を効果的に行うこ
とができる。排気ガス処理装置は３つ以上設けてもよ
い。

【００８１】図１１の第６実施形態では、排気ガス処理
装置１の流動層Ｆ内における排気ガスＧの偏流を阻止す
るために、分散板３の上流側の排気導入路７内に孔径５
〜１５ｍｍの孔を多数設けた円筒または楕円状の管１６
を挿入している。すなわち、前記処理装置１のケーシン
グ２の下部中央に排気ガスＧの排気管１０が接続される
導入口２３を設けて、この導入口２３から排気導入路７
内に前記管１６を挿入させている。このようにすれば、
前記管１６により排気ガスＧの偏流が阻止されて、前記
流動層Ｆには排気ガスＧが均一に拡散されるので、この
排気ガスＧに含まれる微粒子が前記捕捉粒子５に確実に
捕捉される。このとき、前記管１６に変えて、孔径５〜
１５ｍｍの孔を多数設けた多孔板を前記排気導入路７に
配置してもよい。

【００８２】図１２の第７実施形態では、前記分散板３
に、そのノズル孔３１と同じ面積の開口孔３３を有する
平板３４を重ね合せ、この平板３４と分散板３の一方を
平行移動させることにより、分散板３のノズル孔３１の
開口面積、つまり分散板３の表裏面に直交する開口方向
から見た１つの孔の断面積を制御するようにしている。
このようにすれば、負荷変動があっても常に分散板３の
圧力損失を所定値以上に保持し、排気ガスＧが通過する
分散板３の上方において良好な流動状態を維持できる。
また、分散導入体として、前記分散板３に代えて、後述
する図１４に示すような散気管３５を用いることもでき
るが、この場合は円筒状の板を用い、この円筒状の板を
前記散気管３５の周囲で回転させることにより、散気管
３５の開口面積を制御するようにする。

【００８３】図１３の第８実施形態では、前記分散板３
の下部に設ける排気導入路７の内部を仕切り板５１によ
り１対１の比率で２つの区画７Ａ，７Ｂに分割し、この
分割された区画７Ａ，７Ｂの入口側に切換弁７１を設け
て、エンジンの排気量の変動が１対４の比率では、分割
された各区画７Ａ，７Ｂを通過するガス量が常に設計値
の１／２以上となるように設定している。前記区画７
Ａ，７Ｂは、１対２の比率で分割し、エンジンの排気量
の変動が１対６の範囲では、前記区画７Ａ，７Ｂを通過
するガス量が常に設計値の１／２以上となるように設定
してもよい。

【００８４】そして、以上のように前記分散板３の下部
に設ける排気導入路７の内部を２つの区画７Ａ，７Ｂに
分割し、エンジンの排気流量の変動に伴い分割された各
区画７Ａ，７Ｂの使用域を前記切換弁７１で変えること
により、排気ガスが流入する区画７Ａ，７Ｂにおける排
気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくする。つま
り、一般に前記流動層Ｆにおいては、前記分散板３の圧
力損失を十分にとることにより、前記捕捉粒子５である
流動媒体の流動層Ｆでの挙動が不安定になっても、前記
分散板３における各ノズル孔３１からの排気ガス流量の
変動量が小さくなるようにするが、通常の流動層装置の
負荷変動幅は通常最小負荷で最大負荷の６０％程度であ
り、最小負荷時の前記分散板３の圧力損失を適正に維持
することは難しくはない。しかしながら、移動用車両に
用いるディーゼルエンジンの最大負荷と最小負荷におけ
る排気ガス量の比率は、６〜１０：１程度と非常に大き
くなる。そこで、前記分散板３の下部に設ける排気導入
路７の内部を２つの区画７Ａ，７Ｂに分割して、排気ガ
スが流入する区画７Ａ，７Ｂにおいて常に排気ガスの流
入量が最大負荷時に対し一定割合以上となるようにする
ことにより、排気ガスが流入する区画７Ａ，７Ｂにおけ
る排気ガスの流量変化範囲を適正化することができて、
前記分散板３の適正な圧力損失を維持して、良好な流動
化状態を保持することができる。

【００８５】また、図示しないが、前記排気導入路７の
内部は、１対２対６から１対１対１の間の比率で３分割
し、分割された各区画の入口に切換弁を設置して、エン
ジンの排気量の変動が１対１８から１対６の間の比率の
範囲では、分割された各区画において通過するガス量が
常に設計値の１／２〜３／５以上となるように設定して
もよい。さらに、前記排気導入路７の内部は、１対２対
６対１２から１対１対１対１の間の比率で４分割し、分
割された各区画の入口に切換弁を設置して、エンジンの
排気量の変動が１対４２から１対８の間の比率の範囲で
は、分割された各区画において通過するガス量が常に設
計値の１／２〜３／５以上となるように設定してもよ
い。

【００８６】図１４および図１５の第９実施形態では、
分散導入体として、前記分散板３に代えて、排気ガスＧ
を流動層Ｆに導入する周面に多数の開口孔（ノズル孔）
３５ａが形成された散気管３５を用いている。この散気
管３５の複数、例えば２本をケーシング２の側壁から対
面まで水平方向に流動層Ｆ内の下部を貫通するように取
り付け、この散気管３５の２本の内の一本の入口側に弁
３６を設けて、エンジンの排気流量の変動に伴い開閉さ
せてやることにより、排気ガスが流入する散気管３５に
おける排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくし
ている。この場合も、排気ガスが流入する各散気管３５
における排気ガスの流量変化範囲を適正化することがで
き、各散気管３５の適正な圧力損失を維持して良好な流
動化状態を保持することができる。このとき、図１３に
示した排気導入路７の内部を仕切り板５１で３または４
つに区画する場合のように、前記散気管３５の３または
４本をケーシング２の側壁から対面まで水平方向に流動
層Ｆ内を貫通するように取り付けてもよい。また、前記
散気管の各入口あるいは管群毎に入口弁を設けてもよ
い。さらに、入口弁３６を割愛してもよいし、散気管３
５は１本でもよい。

【００８７】図１６の第１０実施形態では、前記フィル
タ４として、直径数ｍｍから数十ｍｍの孔４０が開設さ
れた管５３と、これの周囲を覆う４０〜１５０メッシュ
の金網４２とからなるフィルタ４を用い、このフィルタ
４を前記流動層Ｆの上方に排気導出路８としてケーシン
グ２の側壁から対面まで水平方向に流動層の上方空間を
貫通するように取り付けている。このようにすれば、排
気ガス処理装置１のケーシング２に対する前記フィルタ
４の溶接部長さが短くてすみ、あるいは溶接部が無くて
すみ、熱応力の問題が無くなり、製作コストが安くな
る。

【００８８】図１７の第１１実施形態では、前記分散板
３（または散気管）の上方の同一垂直面内（つまり真
上）に別の分散板３（または散気管）を配置し、分散板
３上（または散気管の周り）に流動層Ｆ５を設け，この
上方の同一垂直面内に設けられた別の分散板３により流
動層Ｆ６を設けている。また、同一垂直面内の更に上方
に分散板３をもう一枚配置し、同一垂直面内に３つの流
動層を設けてもよい。このようにすれば、分散板３のノ
ズル孔３１から噴出する高速の排気ガスＧが捕捉粒子５
に衝突したときに、排気ガスＧ中の微粒子ｇが慣性集塵
により前記捕捉粒子５に捕捉され易いので、流動層を２
段または３段設けると、慣性集塵が２度または３度繰り
返して行われることとなって、集塵効率が高くなる。

【００８９】図１８の第１２実施形態では、前記分散板
３として、パンチ加工で製造できる０．５〜１ｍｍ程度
の孔をあけた２枚の多孔板３７，３８を使用し、これら
多孔板３７，３８を、その孔３７ａ，３８ａの径よりも
小さな範囲でづらして重ね合わせることにより、分散板
３のノズル孔３１の断面積を小さくすることができるよ
うに構成している。このようにすれば、分散板３のノズ
ル孔３１から排気ガスＧがシャープなジェット流となっ
て噴出されるので、分散板３の上方において良好な流動
化状態を保持して効率の良い集塵効果が得られる。

【００９０】図１９の第１３実施形態では、前記流動層
Ｆの界面近傍に１枚または２枚の多孔板１７を配置して
いる。この多孔板１７としては、複数枚積層された金網
を配置してもよい。このようにすれば、前記捕捉粒子５
である流動媒体が流動化したとき、この流動媒体が前記
金網あるいは多孔板１７に衝突し、または各者を通過す
るときに互いに衝突して流動化状態が緩慢となり、分散
板３のノズル孔３１の出口には常に流動媒体が充満して
微粒子の捕捉効率が高められる。また、一旦流動媒体の
表面に捕捉された微粒子は、流動媒体の流動化状態が緩
慢なため、再飛散しにくくて再飛散する前に燃焼され
る。しかも、流動媒体は、流動層Ｆの界面からの飛び出
しが少なくなり、流動層Ｆの上方に設けたフィルタ４で
の詰りが少なくなる。つまり、アルミナなどの微粒子の
捕捉粒子として使用される流動媒体の場合、最も流動化
状態が良好で、微粒子の捕捉性能の高い領域は０．１〜
０．２ｍｍの粒径であるが、流動媒体の粒径が小さいほ
ど流動層Ｆからの粒子の飛び出しを防止するため、流動
層の空塔速度を小さく、すなわち装置を大きくする必要
がある。しかし、以上のように流動層Ｆの界面近傍に金
網あるいは多孔板１７を配置して、流動媒体の流動化状
態を緩慢とする場合、装置を小さくし、また流動媒体の
粒径を例えば０．２ｍｍ程度としても、微粒子の捕捉性
能を高くすることができる。なお、多孔板１７を用いる
場合は、これの圧力損失をできるだけ小さくするため、
開口率の大きいものを使用する。

【００９１】図２０の第１４実施形態では、前記排気ガ
ス処理装置１の出口側に排気ガスＧ中の窒素酸化物を除
去する脱硝触媒を組み込んだ反応器１８を設けている。
このようにすれば、装置と運転費用を共に低コストとし
ながら、脱塵効果と脱硝効果が得られる。すなわち、デ
ィーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を除
去する脱硝触媒は、通常触媒としての活性が得られる温
度が２００℃以上であり、それ以下の温度域で使用する
と、排気ガス中の煤塵が触媒表面に付着して触媒活性を
失い、燃焼しなくなって閉塞する。従って、排気ガス温
度はエンジンを調整して常に２００℃以上に保持する必
要があるので、燃料消費量が増大する。しかし、以上の
ように排気ガス処理装置１の出口側に脱硝触媒を組み込
んだ反応器１８を設けると、前記排気ガス処理装置１は
低負荷時に特に煤塵除去率が高いので、排気ガス温度を
２００℃以上に上げなくても、つまり余分な燃料をエン
ジンに供給しなくても触媒の閉塞は起こらない。また、
前記脱硝触媒としては白金などの高価なものが使用され
るので、この脱硝触媒だけで脱塵と脱硝を同時に高効率
で行おうとする場合、必要な触媒量が多くなって高価と
なる。これに対し、以上のように排気ガス処理装置１を
通過させた後に反応器１８内の脱硝触媒で排気ガス中の
窒素酸化物を除去する場合は、脱塵及び脱硝能が共に８
０％以上の処理装置が小型としながら低価格で得られ、
また運転コストも低廉で長時間の運転に対しても信頼性
が高くなる。

【００９２】図２１に示す第１５実施形態では、流動層
内、特に流動層上方に長さ、直径が数ｍｍから数十ｍｍ
の円筒状で両端が開いた金網５２を多数、固定しない状
態で混入させる。このようにすれば、金網５２の中に入
り込んだ粒子群が一時的に大粒径の挙動をし、流動層Ｆ
界面での流動層の動きが制限されて、飛散の少ないおだ
やかな流動層となり、除塵効率が向上する。

【００９３】図２２に示す第１６実施形態における排気
ガス処理装置は、前記流動層の上方に４０〜１５０メッ
シュの金網製の一次フィルタ４Ａを設置し、その上に、
酸化触媒の機能を持った４０〜１５０メッシュよりも目
の粗い金網を積層させた二次フィルタ４Ｂを設置する。
このようにすれば流動層を飛び出した小粒径の煤塵が４
０〜１５０メッシュの金網製の一次フィルタを通りぬけ
たあと、酸化触媒の機能を持った二次フィルタ４Ｂで捕
捉され、酸化されることにより除塵効率が向上する。酸
化触媒としては、例えばニッケルが使用され、これが金
網にコーティングされる。

【００９４】また、さらに別の実施形態では、図２に示
した分散板３の上面からフィルタ４までの高さＨ、また
は図１４に示した散気管３５の上面（頂部）からフィル
タ４までの高さＨに対し、流動層Ｆの静止高さ（固定層
の高さ）を５０％以上で、７０％以下、好ましくは６０
％以下とし、流動層Ｆとなったとき、流動媒体によって
フィルタ４を叩いてフィルタ４の煤塵による目詰まりを
抑制するように構成する。

【００９５】図２３は本発明の実施の第１７形態による
排気ガス処理装置を示している。本実施形態は分散板３
の設置位置の本体側面が鉛直になるようにしたものであ
る。このようにすることにより、ガスが円滑に流れてデ
ッドスペースができ難くなる。また、分散板３の端部に
おいても、できるだけ孔のあいていない部分がないよう
にすることが好ましい。４は多孔板等のフィルタ（又は
フィルタ＋金網）、２３は導入口、２８は導出口であ
る。

【００９６】図２４は本発明の実施の第１８形態による
排気ガス処理装置を示している。本実施形態は、流動層
を複数段（図面では一例として２段）設け、分散板３の
設置位置の本体壁面が鉛直になるようにしたものであ
る。この効果は実施の第１７形態の場合と同様である。
３５は散気管、５４は排気管で、多孔管、又は多孔管及
び金網で構成される。

【００９７】図２５は本発明の実施の第１９形態による
排気ガス処理装置を示している。本実施形態は、排気導
入路７にディフューザ５５を取り付けたものである。こ
のディフューザ５５は拡大角度を片側３〜１５度程度と
することが好ましい。このようにすることにより、排気
導入路への入口ダクトの動圧の影響を少なくすることが
できる。

【００９８】図２６は本発明の実施の第２０形態による
排気ガス処理装置を示している。本実施形態は、ディフ
ューザ５５の近傍に燃焼器５６を設け、ガス温度を３分
〜３０分程度５００〜５５０℃に加熱するように構成し
たものである。他の構成は実施の第１９形態の場合と同
様である。

【００９９】図２７は本発明の実施の第２１形態による
排気ガス処理装置を示している。本実施形態は、排気ガ
ス処理装置と別個に６０〜２００℃程度の低温部に、ア
イアンカーバイド（Ｆｅ₃Ｃ）を全部又は一部用いた固
定層又は流動層からなる排ガス処理器５７を設けたもの
で、脱硝及び脱硫を行うことができるように構成したも
のである。

【０１００】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）排気ガスに含まれる固形炭素のような微粒子を
効率的、かつ容易で安価に処理することができる。（２）捕捉粒子のかさ密度が１．５〜４、望ましくは
２〜３であるので、流動化不良を起すことなく、かつ装
置をコンパクトにすることができる。（３）流動層は消音効果を有しているので、マフラー
は不要となる。また、２〜５デシベル下がるので、騒音
規制強化にも対応することができる。（４）４サイクルディーゼルエンジン以外にも、２サ
イクルディーゼルエンジンの排ガス中の炭化水素（Ｈ
Ｃ）低減用およびＣＯ低減用に使用することができる。（５）アイアンカーバイド（Ｆｅ₃Ｃ）の固定層また
は流動層を有する排ガス処理器を用いる場合は、脱塵以
外に脱硝および脱硫を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気ガス処理装置をディーゼルエ
ンジンに取り付けた第１実施形態例を示す側面説明図で
ある。

【図２】図１に示す排気ガス処理装置の全体構造を示す
縦断面図である。

【図３】図１に示す排気ガス処理装置の正面図である。

【図４】図２に示す装置において、捕捉粒子が流動層と
なったときの状態を示す処理装置一部の縦断面図であ
る。

【図５】図４に示す装置において、排気ガス中の微粒子
が捕捉される状態を示す模式図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る排気ガス処理装置
を示す側面図である。

【図７】第３実施形態を示す排気ガス処理装置の一部切
欠いた側面図である。

【図８】第３実施形態の別の例を示す排気ガス処理装置
の一部切欠いた側面図である。

【図９】第４実施形態を示すエンジンまわりの部分のブ
ロック図である。

【図１０】第５実施形態を示す排気ガス処理装置の部分
のブロック図である。

【図１１】第６実施形態を示す排気ガス処理装置の一部
切欠いた側面図である。

【図１２】第７実施形態を示す排気ガス処理装置におけ
る分散板の断面図である。

【図１３】第８実施形態を示す排気ガス処理装置の一部
切欠いた側面図である。

【図１４】第９実施形態を示す排気ガス処理装置の一部
を切り欠いた水平断面図である。

【図１５】図１４に示す装置の平断面説明図である。

【図１６】第１０実施形態を示す排気ガス処理装置の一
部を切り欠いた縦断面図である。

【図１７】第１１実施形態を示す排気ガス処理装置の一
部を切り欠いた側面図である。

【図１８】第１２実施形態を示す排気ガス処理装置にお
ける分散板の断面図である。

【図１９】第１３実施形態を示す排気ガス処理装置の一
部を切り欠いた縦断面図である。

【図２０】第１４実施形態を示す排気ガス処理装置まわ
りの部分のブロック図である。

【図２１】第１５実施形態を示す排気ガス処理装置の一
部を切り欠いた縦断面図である。

【図２２】第１６実施形態を示す排気ガス処理装置の一
部を切り欠いた縦断面図である。

【図２３】第１７実施形態に係る排気ガス処理装置を示
す正面図である。

【図２４】第１８実施形態に係る排気ガス処理装置を示
す正面断面図である。

【図２５】第１９実施形態に係る排気ガス処理装置を示
す側面図である。

【図２６】第２０実施形態に係る排気ガス処理装置を示
す側面図である。

【図２７】第２１実施形態に係る排気ガス処理装置を示
す側面図である。

【符号の説明】

１…排気ガス処理装置、２…ケーシング、３…分散板、
４…フィルタ、５…捕捉粒子、６…捕集体、７…排気導
入路、７Ａ，７Ｂ…排気導入路の区画、８…排気導出
路、９…酸化触媒を充填した箱、１１…仕切り、１４…
燃焼器、１６…管、１７…多孔板、１８…反応器、３
１，３５ａ…ノズル孔、３２…金網、３４…平板、３５
…散気管、３６…切換弁、３７，３８…多孔板、４１…
火花を飛ばす装置（点火プラグ）、５２…円筒状の金
網、５４…排気管、５５…ディフューザ、５６…燃焼
器、５７…排ガス処理器、７１…切換弁、Ｅ…エンジ
ン、Ｆ…流動層、Ｆ１〜Ｆ６…区画層、Ｇ…排気ガス、
ｇ…微粒子、Ｘ…進行方向、Ｙ…直角方向

───────────────────────────────────────────────────── 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 53/94 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ４Ｄ０４８Ｆ０１Ｎ 3/20 53/36 １０１Ａ４Ｄ０５８ 3/28 ３０１ 53/34 １２４ＺＦ２３Ｃ 10/20 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/30 Ｆ２３Ｊ 15/00 ＡＦ２３Ｊ 15/00 Ｆ２３Ｃ 11/02 ３１２ // Ｂ０１Ｄ 46/42 (72)発明者伊藤浩兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者木野内総介兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内Ｆターム(参考） 3G090 AA02 AA04 BA01 EA02 EA03 3G091 AA18 AB04 AB11 BA11 BA14 CA27 GB06W GB09W HA22 HA23 3K064 AA01 AA02 AB01 AB03 AB07 AE11 BA09 3K070 DA07 DA16 DA81 4D002 AA02 AC10 BA03 BA14 CA07 CA09 DA05 DA11 DA15 DA22 4D048 AA06 AB01 BB01 BB07 BB17 CA07 CB03 CC32 CC41 CC44 CD05 4D058 JA58 JA60 JB02 JB03 JB34 MA41 MA44 SA06 TA02 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガスに含まれる微粒子を捕捉する捕
捉粒子が堆積した捕集体に、その下方から前記排気ガス
を導入して上方に排出することにより排気ガスを処理す
る処理方法であって、前記捕捉粒子としてかさ密度１．５〜５の粒子を用い、
前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのバランス
によって捕集体を固定層としたり、流動化させて流動層
とし、前記微粒子を流動層内で燃焼させることを特徴と
する排気ガス処理方法。
【請求項２】請求項１において、前記排気ガスの速度
が、排気ガスによる捕集体の流動化に必要な所定値より
も低い場合には前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記
所定値以上の場合は排気ガスにより捕集体を流動化させ
て、その流動層内で微粒子を燃焼させる排気ガス処理方
法。
【請求項３】請求項１または２において、前記捕捉粒
子に脱硝触媒と脱硫剤の少なくとも一方を担持または混
合させて、排気ガス中の窒素酸化物と硫黄酸化物の少な
くとも一方を除去する排気ガス処理方法。
【請求項４】排気ガスに含まれる微粒子を捕捉するた
めの、かさ密度１．５〜５の捕捉粒子が堆積した捕集体
と、前記捕集体の下方に前記排気ガスを導入する排気導入路
と、この導入された排気ガスを多数の貫通したノズル孔から
捕集体内に噴射する分散板と、前記捕集体を通過した排気ガスを捕集体の上方から排出
する排気導出路とを備え、前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのバランス
によって捕集体を固定層としたり、流動化させて流動層
とし、捕集体の層内で微粒子を燃焼させるようにしたこ
とを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項５】請求項４において、前記排気ガスの速度
が、排気ガスによる捕集体の流動化に必要な所定値より
も低い場合には前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記
所定値以上の場合は排気ガスにより捕集体を流動化し
て、その流動層内で微粒子を燃焼させるようにした排気
ガス処理装置。
【請求項６】請求項４または５において、前記捕捉粒
子は、アルミナ、シリカ、ゼオライト、ジルコニア及び
焼結金属の少なくともいずれかを主成分とする粒子また
は表面粗度の粗い粒子である排気ガス処理装置。
【請求項７】請求項４、５または６において、前記捕
捉粒子の径が２００μｍ〜１ｍｍである排気ガス処理装
置。
【請求項８】請求項４から７のいずれかにおいて、前
記捕捉粒子に、排気ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝
触媒と、排気ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫剤の少
なくとも一方を担持又は混合させた排気ガス処理装置。
【請求項９】請求項４から７のいずれかにおいて、前
記捕集体に排気ガスを導く上流側排気通路に酸化触媒を
充填した箱を設けるか、あるいは排気導入路の内面及び
分散板下面に酸化触媒を塗布し、排気ガス中のＮＯをＮ
Ｏ₂に変えて、前記流動層内で燃焼促進剤として活用す
るようにした排気ガス処理装置。
【請求項１０】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記流動層を複数の区画層に区画する金属板または金網
からなる仕切りを設けた排気ガス処理装置。
【請求項１１】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記捕捉粒子の粒子径よりも目の細かい金網をフィルタ
とし、これを前記流動層の上方に設置して、捕捉粒子の
通過を阻止するようにした排気ガス処理装置。
【請求項１２】請求項１１において、前記捕捉粒子の
粒子径が２００μｍ〜１ｍｍであり、前記フィルタを形
成する金網が４０〜１５０メッシュである排気ガス処理
装置。
【請求項１３】請求項４から７のいずれかにおいて、
エンジン、ガスタービン、ボイラまたは焼却炉等のエン
ジンの燃焼膨張過程での燃料２次噴射を促進し、後燃え
現象により排気ガスの温度を上げるか、またはエンジン
出口と排気ガス処理装置の入口との間に燃焼器を設け
て、間歇的に短時間排気ガスを再燃焼させることによ
り、排気ガスの温度を上げて前記捕捉粒子に付着した微
粒子の燃焼を促進させるようにした排気ガス処理装置。
【請求項１４】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記分散板は孔径０．３〜１．０ｍｍの孔を複数個有
し、この分散板に４０〜１５０メッシュの金網を付設す
るか、あるいは前記捕捉粒子の径を前記分散板の孔径よ
りも大きくするか、あるいは分散板板厚を孔径の３倍以
上にしてブリッヂ効果により落下を防止することによ
り、前記捕捉粒子が分散板の孔から落下するのを防止す
るようにした排気ガス処理装置。
【請求項１５】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記分散板の上流側に孔径５〜１５ｍｍの孔を複数個設
けた多孔板を配置するか、あるいは前記排気導入路の内
部に多孔板で構成される円筒または楕円状の管を挿入す
るか、あるいは拡大角を片側で３〜１５度にしたディフ
ューザを前記排気導入路に挿入し、前記流動層内におけ
る排気ガスの偏流を抑制するようにした排気ガス処理装
置。
【請求項１６】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記分散板の下部に設ける排気導入路の内部を複数の区
画に分割するか、あるいは排気ガスを流動層に導入する
散気管の複数個を流動層内に設置し、分割された各区画
あるいは各散気管の入口に切換弁を設置して、排気流量
の変動に伴い分割された各区画の使用区画あるいは使用
散気管を変え、排気ガスが流入する区画あるいは散気管
における排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さく
した排気ガス処理装置。
【請求項１７】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記分散板の下部に設ける排気導入路の内部を１対２か
ら１対１の間の比率で２分割するか、あるいは排気ガス
を流動層に導入する散気管２本を流動層内に設置し、分
割された各区画あるいは各散気管の入口に切換弁を設置
して、排気量の変動が１対６から１対４の間の比率の範
囲では、分割された区画あるいは散気管におけるガス量
が常に設計値の１／２以上となるように設定した排気ガ
ス処理装置。
【請求項１８】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記分散板の圧力損失を最大負荷において流動層におけ
る圧力損失の１００〜２０００％になるように設定した
排気ガス処理装置。
【請求項１９】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記流動層の上方に直径数ｍｍから数十ｍｍの孔をあけ
た管を４０〜１５０メッシュの金網で覆ったフィルタを
設置した排気ガス処理装置。
【請求項２０】請求項４から７のいずれかにおいて、
同一垂直面内に直列に流動層を２段または３段にわたっ
て設けた排気ガス処理装置。
【請求項２１】請求項４から７のいずれかにおいて、
排気ガス処理装置の出口側に排気ガス中の窒素酸化物を
除去する脱硝触媒を組み込んだ反応器を設けた排気ガス
処理装置。
【請求項２２】請求項４から７のいずれかにおいて、
流動層内、特に流動層上部に長さ、直径が数ｍｍから数
十ｍｍの円筒状で両端が開いた金網を多数、固定しない
状態で混入させた排気ガス処理装置
【請求項２３】請求項４から７のいずれかにおいて、
前記流動層の上部に４０〜１５０メッシュの金網製の一
次フィルタと酸化触媒の機能を持った４０〜１５０メッ
シュよりも目の粗い金網を積層させた二次フィルタとを
設置した排気ガス処理装置。
【請求項２４】請求項１５において、分散板の上側又
は外側、及び流動層の上方の多孔板の下側又は多孔管の
外側に目開き２８０ミクロン程度の金網を設けた排気ガ
ス処理装置。
【請求項２５】請求項１５において、流動層上方の多
孔板又は多孔管の代りに、ニッケルの多重金網を設け、
飛散した未燃分の捕捉、酸化を行うようにした排気ガス
処理装置。
【請求項２６】請求項４から７のいずれかにおいて、
排気ガス処理装置と別個に排ガス温度が６０〜２００℃
程度の低温部にアイアンカーバイドを全部又は一部用い
た固定層又は流動層からなる排ガス処理器を設けた排気
ガス処理装置。