JP2004143996A

JP2004143996A - 排気ガスの浄化装置

Info

Publication number: JP2004143996A
Application number: JP2002308692A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Sakura; 櫻　敏子; Yasuo Nakamura; 中村　康男; Noriko Nakamura; 中村　紀子
Original assignee: SAKURA SHOKAI KK
Current assignee: SAKURA SHOKAI KK
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】耐熱フィルタでＰＭを燃焼させ、更に残余のＰＭを酸化触媒で酸化させてＰＭの排出をなくす。
【解決手段】筒状の本体１内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタ６を設け、その上流側にヒータ８を設けると共に、下流側に酸化触媒７を設ける。これにより入口管３から流入してきた排気ガスを昇温すると共に、ヒータ８と排気ガスの熱で耐熱フィルタ６を昇温し、ＰＭを効率良く燃焼させるので、ＰＭの除去を向上することができる。更に、下流側に配設した酸化触媒７を、排気ガスの熱で所定の温度に維持して、耐熱フィルタ６で燃焼し切れず、かつ、耐熱フィルタ６を通過した微粒で少量のＰＭを酸化反応させてガス化し排気するので、ＰＭの排出をなくことができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
ディーゼルエンジンから排気されるガス中には、未燃焼浮遊粒子（以下ＰＭという）が排出され、公害問題になっている。特に、エンジン始動時や加速時にＰＭが多く排出される。このＰＭの除去装置として多くの技術が開発されている。その技術中でフィルタによりＰＭを燃焼させて除去する従来の技術がある。
【０００４】
この従来技術を図７および図８に示して説明すると、筒状の本体１内にフィルタ２を装填している。このフィルタ２は、図８に示すように、円筒状のヒータ５を挟むようにして、シート状のフィルタ２を同心円状に巻いたものであり、このフィルタ２を円筒状の本体１内に複数個装填している。そして、入口管３から出口管４に排気ガスが流れる間に、排気ガス中に浮遊しているＰＭを燃焼させるようにしている。
【０００５】
この排気ガス浄化装置を試作し、大型のディーゼルエンジンを搭載したトラックに装着して実験した結果を図５に示す。実験は、エンジン始動時から段階的にエンジン負荷を上げ、高速運転までのエンジン負荷について行った。この排気ガスの浄化装置を装着しない状態でのエンジンの各負荷段階におけるＰＭ量を採取し、次ぎにこの浄化装置を装着したときのエンジンの各負荷段階におけるＰＭ量を採取して行った。使用したフィルタはセルメット（商品名）グレイド４を使用し、ヒータ温度は３００℃である。図５において、白丸がその実験結果である。この実験において、未燃焼のＰＭが相当あり、満足する結果は得られなかった。
【０００６】
その原因は、フィルタを排気ガスの流れに平行に配設し、フィルタとの接触を多くして、フィルタの熱でもってＰＭを燃焼させるという技術思想に問題があるものと考える。又、フィルタを円筒状にして、排気ガスの流れに平行に配設するため、円筒状のフィルタ間に隙間ができ、フィルタとＰＭとの接触が不充分な部分があるものと考える。
【０００７】
又、図６に示すように、排気ガスの流れに対して直交するように、複数枚のフィルタを設け、その下流側に酸化触媒７を配設した浄化装置で実験した。この浄化装置では、エンジンの高負荷時で排気ガス温度が高い時にはフィルタ６でＰＭが燃焼しある程度の結果が得られたが、酸化触媒７の排気ガス流入部に、微粒のＰＭが堆積し満足する結果が得られなかった。この現象は、酸化触媒７の温度が所定の温度に維持されないからだと考える。又、エンジンの低負荷時で、排気ガス温度が低い状態では、ＰＭが燃焼せず、フィルタ６が目詰まりを起こすという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、排気ガスの温度を昇温することにより、ヒータとこの排気ガスの温度でフィルタの温度を昇温し、フィルタでＰＭを燃焼させて、ＰＭの排出をなくし、更に残余のＰＭを酸化触媒で酸化させてＰＭの排出をなくした排気ガスの浄化装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、請求項１から把握される手段は、排気ガスの入口管と出口管を端部に設けた筒状の本体内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタを設け、この耐熱フィルタの上流側にヒータを配設すると共に、下流側に酸化触媒を配設したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の記載から把握される手段は、排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタのメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタを配設したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の記載から把握される手段は、排気ガスの流れに直交するようにヒータの上流側に多孔板を配設したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の記載から把握される手段は、酸化触媒の下流側に抵抗管を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の記載から把握される手段は、排気ガスの入口管と出口管を筒状の本体内に突出させ、その突出端を塞ぐと共に、突出部の周面に排気ガス噴出用の孔を明けたことを特徴とする。
【００１４】
次に、各請求項の記載から把握される手段によって、課題がどのように解決されるかについて説明する。まず、請求項１の記載から把握される手段において、排気ガスの入口管と出口管を端部に設けた筒状の本体内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタを設けたので、入口管から流入した排気ガス中のＰＭと耐熱フィルタとの接触を効率良く行わせることができる。そして、耐熱フィルタの上流側にヒータを配設することにより、入口管から流入してきた排気ガスを昇温すると共に、ヒータと排気ガスの熱で耐熱フィルタを昇温し、ＰＭを効率良く燃焼させることができる。更に、下流側に酸化触媒を配設することにより、排気ガスの熱で酸化触媒の温度を所定の温度に維持して、耐熱フィルタで燃焼し切れず、かつ、耐熱フィルタを通過した微粒のＰＭを酸化反応させてガス化し排気する。
【００１５】
次ぎに、請求項２の記載から把握される手段において、排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタのメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタを配設したので、粗い粒子のＰＭを粗いメッシュの耐熱フィルタで燃焼させて微粒化し、耐熱フィルタの目詰まりを防止し、粗いメッシュの耐熱フィルタを通過した微粒のＰＭを順次メッシュの細かい耐熱フィルタに接触させて燃焼させ、更にこれを通過したごく微粒のＰＭを、酸化触媒で反応させて排気する。
【００１６】
次ぎに、請求項３の記載から把握される手段において、排気ガスの流れに直交するようにヒータの上流側に多孔板を配設したので、入口管から流入してきた排気ガスを分散し、偏流することなくヒータ及び耐熱フィルタに均一に排気ガスを接触させることができる。
【００１７】
次ぎに、請求項４の記載から把握される手段において、酸化触媒の下流側に抵抗管を設けることにより、酸化触媒内を流れる排気ガスの流れ分布を均一にする。
【００１８】
次ぎに、請求項５の記載から把握される手段において、排気ガスの入口管と出口管を筒状の本体内に突出させ、その突出端を塞ぐと共に、突出部の周面に排気ガス噴出用の孔を明けることにより、流入してくる排気ガスの流れを分散し、多孔板、ヒータ及び耐熱フィルタ内を偏流させることなく均一に排気ガスを分散し接触させると共に、出口管においても偏流させることなく排気ガスを排気することにより、酸化触媒内を流れる排気ガスの流れ分布を均一にする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、請求項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１において、排気ガスの入口管３と出口管４を端部に設けた筒状の本体１内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタ６を設け、この耐熱フィルタ６の上流側にヒータ８を配設すると共に、下流側に酸化触媒７を配設する。
【００２０】
請求項２の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１において、排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタ６のメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタ６を配設する。
【００２１】
請求項３の記載から把握される本発明の実施の形態は、図２において、排気ガスの流れに直交するようにヒータ８の上流側に多孔板９を配設する。
【００２２】
請求項４の記載から把握される本発明の実施の形態は、図２に示すように、酸化触媒７の下流側に抵抗管１０を設ける。
【００２３】
請求項５の記載から把握される本発明の実施の形態は、図２に示すように、排気ガスの入口管３と出口管４を筒状の本体内に突出させ、その突出端３ａを塞ぐと共に、突出端３ａの周面に排気ガス噴出用の孔１１および１２を明ける。
【００２４】
【実施例】
以下本発明の一実施例について説明する。図１において、排気ガスの入口管３と出口管４を端部に設けた筒状の本体１内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタ６を設け、この耐熱フィルタ６の上流側にヒータ８を配設すると共に、下流側に酸化触媒７を配設する。ヒータ８は図３及び図４に示すように、発熱部８ａを渦巻き状にした扁平な形状にし、フィルタ６にできる限り近づけるようにして、発熱部８ａの輻射熱により、フィルタ６を効率良く昇温するようにしている。又、発熱部８ａの外径ｄは、本体１の内径Ｄよりも小さくし、本体１の内周面との間に、巻きピッチＰと同程度の隙間を設け、発熱部８ａと排気ガスとの接触面を有効に活用するようにしている。又、ヒータ８と耐熱フィルタ６との間に温度センサ１６を設け、耐熱フィルタ６（酸化触媒７）の温度が一定の温度になるようにヒータ８を制御するようにしている。なお、耐熱ヒータ６は、Ｎｉ−ＣｒまたはＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ繊維等を特殊な加工をして、厚さ２ｍｍ，３ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ、表面積（メッシュに相当）５００〜７５００ｍ^２／ｍ^３のシート状にしたものである。
【００２５】
図１及び図２において、排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタ６のメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタ６を配設する。図２において、排気ガスの流れに直交するようにヒータ８の上流側に多孔板９を配設する。又、酸化触媒７の下流側に仕切板１４を設け、この仕切板１４に複数の抵抗管１０を設ける。又、排気ガスの入口管３と出口管４を筒状の本体１内に突出させ、その突出端３ａを塞ぐと共に、突出端３ａの周面に排気ガス噴出用の孔１１および１２を明ける。
【００２６】
次に、本実施例の作用について説明する。図１において、耐熱フィルタ６の上流側にヒータ８を設けているので、温度センサ１６により、エンジンの負荷に応じて、ヒータ８を温度制御（又は温度調節）し、フィルタ６及び酸化触媒７が所定の一定温度になるようにしている。即ち、入口管３から流入した排気ガスは、膨張室１７で断熱膨張し、渦巻状のヒータ８に接触して昇温される。そして、耐熱フィルタ６はこの昇温された排気ガス及びヒータ８の輻射熱により昇温され、耐熱フィルタ６で昇温し通過した排気ガスにより、酸化触媒７が昇温される。ＰＭと反応する酸化触媒７の最適温度は３００℃であるので、酸化触媒７の温度がこの温度になるように、エンジンの負荷に応じて、ヒータ８を温度制御する。
【００２７】
そして、筒状の本体１内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタ６を設けたので、入口管３から流入した排気ガス中のＰＭと耐熱フィルタ６との接触を効率良く行わせ、排気ガス中に浮遊しているＰＭを燃焼させることができる。そして、耐熱フィルタ６の下流側に酸化触媒７を配設することにより、耐熱フィルタ６で殆どのＰＭを燃焼して除去し、更に排気ガスの熱で酸化触媒７の温度を所定の温度に維持して、耐熱フィルタ６で燃焼し切れず、かつ、耐熱フィルタ６を通過した微粒で少量のＰＭを酸化反応させてガス化し排気する。又、耐熱フィルタ６を昇温して、ＰＭを燃焼し除去するので、耐熱フィルタ６の目詰まりを解消し、長期間の使用を可能にすることもできる。又、図２に示すように、耐熱フィルタ６をユニット化し、フランジ１８を介して本体１に対して着脱可能にすることにより、定期的に取り出して水洗又はエアで清浄することができるようになっている。勿論、耐熱フィルタ６の取替えも可能である。
【００２８】
又、排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタ６のメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタ６を配設することにより、粗い粒子のＰＭを粗いメッシュの耐熱フィルタ６で燃焼させて除去或は微粒化し、フィルタの目詰まりを防止し、粗いメッシュの耐熱フィルタ６を通過した微粒のＰＭを順次メッシュの細かい耐熱フィルタ６に接触させて燃焼させ、更にこれを通過したごく微粒で少量のＰＭを、酸化触媒７で反応させてガス化して排気することができる。
【００２９】
図２において、排気ガスの流れに直交するようにヒータ８の上流側に多孔板９を配設することにより、入口管３から流入してきた排気ガスを分散し、偏流することなくヒータ８及び耐熱フィルタ６に均一に排気ガスを接触させ、耐熱フィルタ６の接触面積を最大限に利用して、排気ガス中に浮遊しているＰＭを効率良く燃焼させることができる。
【００３０】
又、酸化触媒７の下流側に、仕切板１４を介して抵抗管１０を設け、酸化触媒７から流出する排気ガスを一旦滞留室１９に排出して酸化触媒７出口の圧力を平均化し、抵抗管１０に設けた噴出孔１３を通して排気ガスを排出することにより、酸化触媒７内を流れる排気ガスの流れ分布を均一にする。これにより、酸化触媒７内での排気ガスの滞留時間を長くすると共に、酸化触媒７の反応有効体積を有効に活用し、反応効率を向上することができる。この酸化触媒７では、ＰＭ以外に一酸化炭素（ＣＯ）及び一酸化水素（ＨＣ）も除去することができる。
【００３１】
又、排気ガスの入口管３と出口管４を筒状の本体１内に突出させ、その突出端を塞ぐと共に、突出部３ａ，４ａの周面に排気ガス噴出用の孔１１及び１２を明けることにより、流入してくる排気ガスの流れを分散し、多孔板９、ヒータ８及び耐熱フィルタ６内を偏流させることなく均一に排気ガスを分散し接触させると共に、出口管４においても滞留室１９内での偏流を少なくし、酸化触媒７内を流れる排気ガスの流れ分布を均一にすることができる。
【００３２】
次ぎに、図１に示した排気ガスの浄化装置を用いて実験した結果を図５に示す。実験の緒元は、図７および図８に示した従来例で実験したものと同じである。即ち、エンジン始動時から段階的にエンジン負荷を上げ、高速運転までのエンジン負荷について行った。この排気ガスの浄化装置を装着しない状態でのエンジンの各負荷段階におけるＰＭ量を採取し、次ぎにこの浄化装置を装着したときのエンジンの各負荷段階におけるＰＭ量を採取して行った。使用したフィルタはセルメット（商品名）グレイド４を二枚使用し、ヒータ温度は３００℃である。図５において、黒丸が図１に示した実施例の実験結果である。補修ＰＭ量が６ｇ（高速運転条件）、１４ｇ（中側運転条件）、２３ｇ（低速運転条件）で、エンジンの負荷変動時に多少のＰＭが未燃焼であるが、ほぼ満足の行く結果が得られた。図５は従来例（白丸）と比較するために、実験結果を併記したものであり、明らかに従来のものよりもＰＭの未燃焼分が少なくなっている。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、排気ガスの入口管と出口管を端部に設けた筒状の本体内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタを設け、入口管から流入した排気ガス中のＰＭと耐熱フィルタとの接触を効率良く行わせるので、ＰＭの燃焼を効率良くしＰＭの除去を向上することができる。
【００３４】
そして、耐熱フィルタの上流側にヒータを配設し、入口管から流入してきた排気ガスを昇温すると共に、ヒータと排気ガスの熱で耐熱フィルタを昇温し、ＰＭを効率良く燃焼させるので、ＰＭの除去を向上することができる。更に、下流側に酸化触媒を配設し、排気ガスの熱で酸化触媒の温度を所定の温度に維持して、耐熱フィルタで燃焼し切れず、かつ、耐熱フィルタを通過した微粒のＰＭを酸化反応させてガス化し排気するので、更に残余のＰＭを酸化触媒で酸化させてＰＭの排出をなくした排気ガスの浄化装置を提供することができる。
【００３５】
請求項２の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタのメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタを配設し、粗い粒子のＰＭを粗いメッシュの耐熱フィルタで燃焼させて微粒化し、フィルタの目詰まりを防止し、粗いメッシュの耐熱フィルタを通過した微粒のＰＭを順次メッシュの細かい耐熱フィルタに接触させて燃焼させ、更にこれを通過したごく微粒のＰＭを、酸化触媒で反応させて排気するので、更に残余のＰＭを酸化触媒で酸化させてＰＭの排出をなくした排気ガスの浄化装置を提供することができる。
【００３６】
請求項３の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、排気ガスの流れに直交するようにヒータの上流側に多孔板を配設し、入口管から流入してきた排気ガスを分散し、偏流することなくヒータ及び耐熱フィルタに均一に排気ガスを接触させるので、ヒータ及び耐熱フィルタの接触有効面積を最大限に活用することができ、ＰＭの燃焼効率を向上することができる。
【００３７】
請求項４の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、酸化触媒の下流側に抵抗管を設け、酸化触媒内を流れる排気ガスの流れ分布を均一にするので、触媒の反応体積を最大限有効活用すると共に、排気ガスの滞留時間を長くして反応を有効に行わせ、ＰＭの除去効果を向上することができる。
【００３８】
請求項５の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、排気ガスの入口管と出口管を筒状の本体内に突出させ、その突出端を塞ぐと共に、突出部の周面に排気ガス噴出用の孔を明け、流入してくる排気ガスの流れを分散し、多孔板、ヒータ及び耐熱フィルタ内を偏流させることなく均一に排気ガスを分散し接触させると共に、出口管においても偏流させることなく排気ガスを排気し、酸化触媒内を流れる排気ガスの流れ分布を均一にするので、ヒータ、耐熱フィルタ及び酸化触媒を最大限有効に機能させ、ＰＭの除去効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である排気ガスの浄化装置の縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【図３】図１及び図２に示す実施例に使用するヒータの平面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】従来例と本発明の実施例の実験結果を対比して示した線図である。
【図６】従来例の縦断面図である。
【図７】他の従来例の縦断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線における横断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…フィルタ
３…入口管
４…出口管
５…ヒータ
６…耐熱フィルタ
７…酸化触媒
８…ヒータ
９…多孔板
１０…抵抗管
１１…噴出用の孔
１２…噴出用の孔
１３…噴出用の孔
１４…仕切板
１５…端子
１６…温度センサ
１７…膨張室
１８…フランジ
１９…滞留室

Claims

排気ガスの入口管と出口管を端部に設けた筒状の本体内に、排気ガスの流れに直交するように複数枚の耐熱フィルタを設け、該耐熱フィルタの上流側にヒータを配設すると共に、下流側に酸化触媒を配設したことを特徴とする排気ガスの浄化装置。
排気ガスの流れの上流側から順に、耐熱フィルタのメッシュの粗いものから細かいものへと複数枚の耐熱フィルタを配設したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの浄化装置。
排気ガスの流れに直交するようにヒータの上流側に多孔板を配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガスの浄化装置。
酸化触媒の下流側に抵抗管を設けたことを特徴とする請求項１、２、３にそれぞれ記載の排気ガスの浄化装置。
排気ガスの入口管と出口管を筒状の本体内に突出させ、その突出端を塞ぐと共に、突出部の周面に排気ガス噴出用の孔を明けたことを特徴とする請求項１、２、３、４にそれぞれ記載の排気ガスの浄化装置。