JP2007127033A

JP2007127033A - 黒煙除去装置

Info

Publication number: JP2007127033A
Application number: JP2005319923A
Authority: JP
Inventors: Sadakazu Nakajima; 貞和中嶋; Masatsune Shinjo; 正識新城
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンの始動時の黒煙除去は排気ガス温度が低いことから、一般に使われているセラミック方式を採用する場合には外部エネルギーによる再生方式を取る必要がある。また、負荷時にも動作させる場合は排気ガス量が増大し大型の装置となってしまい、何れの場合も装置が大型・複雑となりコスト高となる。
【解決手段】エンジン発電機８の排気通路１に、主開閉弁２を備え、該主開閉弁２の上流側と下流側の該排気通路１を連通して該主開閉弁２をバイパスするバイパス通路３と、該バイパス通路３の上流側から入口開閉弁４と、排気ガス中の黒煙を除去するフィルター装置５と、出口開閉弁６とを順次設けるとともに、前記各弁を開閉制御する制御手段７を備え、エンジン始動時の設定時間の間、主開閉弁２を閉じ、入口開閉弁４と出口開閉弁６を開けてフィルター装置５により黒煙を捕捉するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン始動時に発生する黒煙を低減する黒煙除去装置に関する。

近年、環境問題の高まりや健康に対する影響が懸念されていることから自動車・船舶・発電機等のディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の黒煙（すす）やＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ：粒子状物質）を除去する装置の開発が進められている。また一部地域においては具体的に規制強化が実施されていることもあり、それらへの対応が急務となっている。これらに対応するための技術的な方法としては、エンジン側にて燃料の噴射時期や混合比等の対策により黒煙排出防止を行う方法と排気系の後処理で対応する方法がある。排気系の後処理で対応する方法としては、ディーゼルエンジンの排気装置に黒煙除去装置（ＤＰＦ：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を取り付ける技術がすでに公知となっており、市販されている後付けタイプの黒煙除去装置としてはセラミックをハニカム上にしたセラミックフィルター方式が主流である。これらの装置は黒煙の目詰まりを再生する方式が多種検討されているが、まだ技術的に十分とはいえず、また、この方式は高価でありコスト的に不利である。

例えば特許文献１には、粒子状物質を含む排気ガス中に邪魔板を設け、この邪魔板に粒子状物質を衝突させて排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する手段と、電気集じん手段を備えたものが開示されている。
特開平１１−６４１８号公報

ディーゼルエンジンにおいては、黒煙の排出量が特にエンジン始動時において顕著となる。そのためエンジン燃焼をコントロールすることで、ある程度黒煙の排出量を抑えているが、現状は、十分でない。もう一つの方法として排気系の後処理で対応する方法、つまりフィルターで黒煙やＰＭを除去する方法があるが、ディーゼルエンジンの始動時の黒煙除去は排気ガス温度が低いことから、一般に使われているセラミック方式を採用する場合には外部エネルギーによる再生方式を取る必要がある。また、負荷時にも動作させる場合は排気ガス量が増大し大型の装置となってしまい、何れの場合も装置が大型・複雑となりコスト高となる。さらに従来から設置されているディーゼルエンジンに、これらの装置を取り付けるには費用負担がかなり大きくなり導入困難になっている。

黒煙を排気系の後処理で除去する方法としては、セラミックフィルター方式のほかにバグフィルター方式が提案され公知となっている。バグフィルター方式については、セラミックフィルターに比べ構造的に単純でありフィルター自体も低価格であるのだが、ディーゼルエンジンで使用する場合、排気ガスが高温になったときは燃焼の恐れがあるため、うまく適用することが困難であった。

また、ディーゼルエンジンを利用した発電設備においては、供給電力が少ない場合（需要が小さい場合）は一つのエンジン発電機を駆動するだけで電力を賄うことができるが、病院、複合ビル、商用施設等の大型の施設で発電を行う場合には、複数のエンジン発電機を並列に設置して、電力需要（負荷）に合わせて稼動台数も増減できるように制御して、エネルギーを有効に利用し、大電力供給も可能になるように構成している。つまり電力需要に応じて効率的に発電するため複数台の発電機を必要電力に応じた台数だけ稼動させている。そのため、黒煙対策のためには稼動していない発電機においても黒煙除去装置が取り付けられることとなり、全体としては黒煙除去装置の稼働率が低くなってしまい結果的にコスト高になってしまっていた。
本発明は、従来の黒煙除去装置の係る問題点に鑑みてなされたもので、ディーゼルエンジンの始動時に発生する黒煙を捕捉し、複数のディーゼルエンジンについても単一のフィルター装置を効率的に使用することで、低コストで黒煙を除去することができる黒煙除去装置を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、エンジンの排気通路に、主開閉弁を備え、該主開閉弁の上流側と下流側の該排気通路を連通して該主開閉弁をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路の上流側から入口開閉弁と、排気ガス中の黒煙を除去するフィルター装置と、出口開閉弁とを順次設けるとともに、前記各弁を開閉制御する制御手段を備え、エンジン始動時の設定時間の間、主開閉弁を閉じ、入口開閉弁と出口開閉弁を開けてフィルター装置により黒煙を捕捉するようにしたものである。

請求項２においては、前記エンジンと排気通路を複数組備え、各排気通路から入口開閉弁と出口開閉弁を有するバイパス通路を分岐し、該バイパス通路の途中に単一のフィルター装置を配置したものである。

請求項３においては、前記バイパス通路の入口開閉弁とフィルター装置との間に、送風通路を分岐して送風機と連通し、該送風通路に開閉弁を設けたものである。

請求項４においては、エンジンの排気通路に、主開閉弁を備え、該主開閉弁の上流側に分岐通路を連通し、該分岐通路に入口開閉弁と排気ガス中の黒煙を除去するフィルター装置とを設けるとともに、前記各弁を開閉制御する制御手段を備え、エンジン始動時の設定時間の間、主開閉弁を閉じ、入口開閉弁を開けてフィルター装置により黒煙を捕捉するようにしたものである。

請求項５においては、前記エンジンと排気通路を複数組備え、各排気通路から入口開閉弁を有する分岐通路を分岐し、該分岐通路の途中に単一のフィルター装置を配置したものである。

請求項６においては、前記分岐通路の入口開閉弁とフィルター装置との間に、送風通路を分岐して送風機と連通し、該送風通路に開閉弁を設けたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１及び請求項４においては、エンジンの始動時に発生する黒煙をフィルターにより捕捉することが可能となり、排出部周囲を汚すことを防止できる。また、フィルターで黒煙を除去するためランニングコストが安くなる。

請求項２及び請求項５においては、複数のエンジンについて各エンジンの起動ごとに黒煙を順次捕捉することができるため、各エンジンに黒煙除去装置を個々に設置する必要がなくなり、コスト低減化を図ることができる。

請求項３及び請求項６においては、排気ガスをバイパス通路や分岐通路に通過させない時に、送風機を働かせることで高温になった排気ガスがバイパス通路や分岐通路へ流入することを防ぐ、所謂エアーシールが可能となる。そのため不燃材料で構成された高価な開閉弁や耐熱性のあるフィルターを使用しなくとも低価格の開閉弁やフィルターを使用できる。

次に、発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る黒煙除去装置の概略構成図、図２は同じく概略構成図、図３は同じく左側面図、図４は同じく主開閉弁近傍の一部断面平面図、図５は排気通路に分岐通路を設けた黒煙除去装置の左側面図である。

まず、本発明の黒煙除去装置の概略について、エンジン発電機の始動時に排気ガスから黒煙を除去するように構成した黒煙除去装置１０を説明する。
図１、図２において、ディーゼルエンジンに発電機が付設されて駆動されるエンジン発電機が４台並設され、負荷に応じて各エンジン発電機８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄを作動・停止させるようにしている。但し、この並列運転するエンジン発電機の台数は限定するものではなく１台もしくは２台以上でも良い。

エンジンと排気通路は複数組備えられている。即ち、エンジン発電機８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄにおけるエンジンの排気マニホールドには各々独立して排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄが連通され、該排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄの途中には主開閉弁２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄが配置されている。該排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄにおける主開閉弁２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄの上流側と下流側にはバイパス通路３が連通されている。該バイパス通路３の入口２１ａ・２１ｂ・２１ｃ・２１ｄは主開閉弁２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄの上流側から分岐して入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄを介してマニホールド部１１ａと連通し、更に該マニホールド部１１ａから排気ガス中の黒煙を除去する単一のフィルター装置５の入口ダクト２３ａに連通されている。該フィルター装置５に連通される出口ダクト２３ｂはマニホールド部１１ｂと連結され、該マニホールド部１１ｂで再び分岐され、出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄを介してバイパス通路３の出口２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄから前記排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄに連通している。但し、マニホールド部１１ａ・１１ｂをなくして、入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄから直接入口ダクト２３ａに連通し、出口ダクト２３ｂから直接出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄと連通する構成とすることもできる。なお、前記バイパス通路３とは、入口２１、出口２２、マニホールド部１１ａ・１１ｂ、入口ダクト２３ａ、出口ダクト２３ｂを総称したものである。

前記主開閉弁２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ、入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄ、出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄはそれぞれ電磁バルブ、または、モータ等のアクチュエータにより弁体が開閉される弁で構成され、それぞれのアクチュエータは制御手段となる制御盤７と接続され、排気ガスを排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄから直接排気する流路と、バイパス通路３に迂回してフィルター装置５を通過して排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄに戻す何れかに流通させるように制御盤７によって切り替えるように制御している。

なお、本実施例においては、前記入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄと出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄは安価な弁を使用しているため、密閉精度が低くなっている。このため、通常運転となると高温の排気ガスがバイパス通路３に入りフィルターを焼損させるおそれがある。そこで、バイパス通路３の入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄとフィルター装置５との間に、送風通路１５を分岐して送風機１６と連通し、該送風通路１５に送風機開閉弁９を設けている。即ち、前記マニホールド部１１ａに、送風通路１５を連通して、該送風通路１５の上流側には送風機開閉弁９が設けられ、送風通路８の端部に冷却手段として送風機１６が連通して配置されている。こうして、エンジン始動後の通常運転となり、入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄと出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄを閉じているときには、送風機開閉弁９を開けて送風機１６を駆動してバイパス通路３内の圧力を高めて、高温の排気ガスがフィルター装置５内に入らないようにしている。但し、密閉性の高い弁を入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄと出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄに適用する場合にはなくすことができる。

前記フィルター装置５には、バグフィルター１２の逆洗時に用いる圧縮空気洗浄用ダクト１７が連通されて、所定時間毎に、または、メンテナンス時等において、圧縮空気洗浄用ダクト１７から高圧の空気を出口側からフィルターに逆方向に送り、詰まりを除去するようにしている。

また、本実施例では前記フィルター装置５において、エンジンの始動時の排気ガス温度が低いためバグフィルター１２を用いている。該バグフィルター１２の濾布材質としては、ポリエステルプリーツ濾布が好ましい。しかし濾布材質は、これに限るものではなく圧力損失やフィルター交換の頻度に応じて適宜選択すれば良い。このようにバグフィルターを用いることで、触媒や再生装置を備えた高価なセラミックフィルターではなく、低価格のバグフィルターが使用可能となる。セラミック方式と異なりシンプルな構造であるためメンテナンスが容易であり維持費も安くなる。

また、主開閉弁２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ、入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄ、出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄ、送風機開閉弁９の各弁と送風機１６、フィルター装置５、エンジン発電機８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄが制御盤７と接続されて、制御されている。

以上の如く構成された黒煙除去装置１０における動作について説明する。
まず、主制御装置の始動スイッチがＯＮされると、エンジン発電機８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄのいずれか一つのエンジンのプライミング（潤滑油の供給）を行う。これは、エンジンの総稼働時間が短い順に起動されて、エンジンの稼働時間の均一化が図られている。但し、その起動の順番は限定するものではなく、常に同じ順番とすることも可能である。本実施例においてはエンジン発電機８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄの順に起動するものとして説明する。エンジン発電機８ａのプライミングの後にエンジンを起動する。このとき、プライミングを行うと同時に起動信号が制御盤７に入力され、排気通路１ａの主開閉弁２ａを閉じてバイパス通路３の入口開閉弁４ａ及び出口開閉弁６ａを開けるように動作させる。他の排気通路１ｂ・１ｃ・１ｄに対応する入口開閉弁４ｂ・４ｃ・４ｄ及び出口開閉弁６ｂ・６ｃ・６ｄについては閉じた状態を維持する。発電を開始すると、排気ガスが前記排気通路１ａの上流から流入してくる。プライミング開始から設定時間（本実施例では約２０秒間）は主開閉弁２ａが閉じた状態とバイパス通路３の入口開閉弁４ａ及び出口開閉弁６ａが開いた状態が維持されるように制御され排気ガスは前記バイパス通路３に流れ込み、入口ダクト２３ａを介してフィルター装置５内へと流れ込み該フィルター装置５内のバグフィルター１２で黒煙が捕捉される。そして清浄化された排気ガスが出口ダクト２３ｂを介してバイパス通路３の下流部の出口開閉弁６ａを通過して排気通路１ａに流入し外部へ排出される。上記のように一定時間排気ガスをバイパス通路３へ流通した後、黒煙が排出されなくなると、主開閉弁２ａが開いた状態に、及びバイパス通路３の入口開閉弁４ａ及び出口開閉弁６ａが閉じた状態に戻るように制御され、排気ガスは前記排気通路１ａのみを流通するようになる。

本実施例では、使用電力が増加するにつれてエンジン発電機８ｂ、８ｃ、８ｄと順次始動するように制御されており、その始動時のみ各排気通路を流れる排気ガスをバイパス通路３に流通するように各開閉弁の切替制御を順次繰り返す。

また、バイパス通路３へ排気ガスを流通させる設定時間終了後には、主開閉弁２ａは開放され該バイパス通路３の入口開閉弁４ａ及び出口開閉弁６ａは閉じるように制御され、排気ガスはバイパス通路３ではなく排気通路１ａを流通するようになる。このとき同時に、送風機１６が駆動されて送風機開閉弁９が開放されて空気が送られるように制御され、前記バイパス通路３内は加圧され、所謂エアーシールを施した状態となる。その結果として前記排気通路１ａを流れる高温の排気ガスが入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄ及び出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄ付近やフィルター装置５内に流入しないため、今回設けられている入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄ、出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄ及びバグフィルター１２を排気ガスの熱から保護することが可能となり、不燃材料で構成された高価な開閉弁や耐熱性のあるフィルターを使用しなくとも低価格の開閉弁やフィルターが使用できる。

なお、本実施例においては、上記記載のようにフィルター装置５で清浄化された排気ガスが出口ダクト２３ｂを介してバイパス通路３の下流部の出口開閉弁６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄを通過して排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄに戻るように構成したが、前記バイパス通路３の代わりに図５に示すように、分岐通路２０を設け、該分岐通路の途中に入口開閉弁４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄとフィルター装置５を設けて、排気ガスを排気通路１に戻さずにフィルター装置５から出口排気管２４を介して、排気ガスを直接外部に排出するように構成しても構わない。即ち、排気通路１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄにおける主開閉弁２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄの上流側に分岐通路２０の入口２１ａ・２１ｂ・２１ｃ・２１ｄを連通して、マニホールド部１１ａを介して単一のフィルター装置５と連通し、該フィルター装置５に出口排気管２４を連通し、該出口排気管２４の他端を屋外に配置するのである。このような構成とすることで、エンジンを始動時に設定時間、そのエンジンに連通される排気通路の主開閉弁を閉じ、入口開閉弁を開けて、フィルター装置５を通過させて出口排気管２４より排出し、設定時間が経過すると、主開閉弁を開け、入口開閉弁を閉じるのである。こうして、開閉弁の使用数を減らすことができるため、コスト低減化が図れ、メンテナンスが容易となる。
さらに、前記分岐通路２０の上流側にある入口開閉弁（図面に記載せず）とフィルター装置５との間に、送風通路（図面に記載せず）を分岐して送風機と連通し、該送風通路に送風開閉弁を設けるとともに、出口排気管２０の途中に出口開閉弁を設ける。排気通路１に排気ガスが流れているときは、各開閉弁及び送風機を制御し分岐通路内を加圧してエアーシールを施すようにすることで、入口開閉弁とフィルターを排気ガスの熱から保護することも可能である。

フィルター装置５は圧縮空気洗浄用ダクト１７を介して排気ガスの流れ方向とは逆方向から圧縮空気を送ること、所謂逆洗するように自動的に設定しておくことができる。逆洗した際に出るダストはダストＢＯＸ１４に溜まるようになっている。

このように、エンジン発電機の始動時にでる黒煙のみを除去するようにしたことにより、高価なセラミック方式の黒煙除去装置を使用しなくても安価なバグフィルター方式を用いることが可能となる。また始動時のみの黒煙回収であるため複数台のエンジンを切り替えながら始動する場合は、個々の始動時に開閉弁を切替制御してやり一台のフィルター装置を用いて黒煙を捕捉することが可能であり、非常に経済的である。

本発明に係る黒煙除去装置の概略構成図。同じく概略構成図。同じく左側面図。同じく主開閉弁近傍の一部断面平面図。排気通路に分岐通路を設けた黒煙除去装置の左側面図。

符号の説明

１排気通路
２主開閉弁
３バイパス通路
４入口開閉弁
５フィルター装置
６出口開閉弁
７制御盤
８エンジン発電機
９送風機開閉弁
１０黒煙除去装置
１２バグフィルター
１３ダスト洗浄ノズル
１５送風通路
１６送風機
１８差圧計
１９アクチュエータ
２０分岐通路
２４出口排気管

Claims

エンジンの排気通路に、主開閉弁を備え、該主開閉弁の上流側と下流側の該排気通路を連通して該主開閉弁をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路の上流側から入口開閉弁と、排気ガス中の黒煙を除去するフィルター装置と、出口開閉弁とを順次設けるとともに、前記各弁を開閉制御する制御手段を備え、エンジン始動時の設定時間の間、主開閉弁を閉じ、入口開閉弁と出口開閉弁を開けてフィルター装置により黒煙を捕捉するようにしたことを特徴とする黒煙除去装置。
前記エンジンと排気通路を複数組備え、各排気通路から入口開閉弁と出口開閉弁を有するバイパス通路を分岐し、該バイパス通路の途中に単一のフィルター装置を配置したことを特徴とする請求項１記載の黒煙除去装置。
前記バイパス通路の入口開閉弁とフィルター装置との間に、送風通路を分岐して送風機と連通し、該送風通路に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の黒煙除去装置。
エンジンの排気通路に、主開閉弁を備え、該主開閉弁の上流側に分岐通路を連通し、該分岐通路に入口開閉弁と排気ガス中の黒煙を除去するフィルター装置とを設けるとともに、前記各弁を開閉制御する制御手段を備え、エンジン始動時の設定時間の間、主開閉弁を閉じ、入口開閉弁を開けてフィルター装置により黒煙を捕捉するようにしたことを特徴とする黒煙除去装置。
前記エンジンと排気通路を複数組備え、各排気通路から入口開閉弁を有する分岐通路を分岐し、該分岐通路の途中に単一のフィルター装置を配置したことを特徴とする請求項４記載の黒煙除去装置。
前記分岐通路の入口開閉弁とフィルター装置との間に、送風通路を分岐して送風機と連通し、該送風通路に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項４または請求項５記載の黒煙除去装置。