JP2010169015A - Exhaust emission control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device remarkably reducing particulate matter (PM) emissions and lowering temperature of exhaust gas to be discharged to the same temperature as that during suction into the exhaust emission control device. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an incinerator includes: one or a plurality of exhaust gas introducing metal pipes 2 spirally or linearly arranged inside of a cylindrical body 1 formed of ceramics mixed with a carbon micro coil; and a microwave or laser wave irradiation means 3 for red-heating the cylindrical body 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車のエンジン、建設機械のエンジン等の内燃機関や、焼却炉などから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine or construction machine engine, an incinerator, or the like.

自動車のエンジン、建設機械のエンジン等の内燃機関や、焼却炉などから排出される排気ガスには、様々な成分が含まれている。例えば、建設機械のディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、黒煙(煤煙、スス)、硫黄化合物(サルフェート)、未燃焼の燃料等からなる粒子状物質(PM)と、CO、CO2、HC、NOxなどからなるガス状物質とが含まれている。
従来、このような自動車のエンジンから排出される排気ガスを浄化するために、様々な手段が講じられているが、大きく二つの流れがある。
一つは自動車のエンジン本体を改善することにより粒子状物質(PM)や窒素酸化物(NOx)を低減しようとする方法であり、もう一つは排気ガス後処理装置を取り付ける方法である。
例えば、自動車のエンジンそのものの改善策として、エンジンの燃焼をコントロールして排気ガスをクリーン化する電子制御式の燃料噴射装置や、排気ガスを再循環して排気ガス中のNOxを低減するEGR(排気ガス再循環)装置が知られている。
一方、排気ガス後処理装置としては、ハニカム構造の触媒器を用いて、自動車のエンジンから排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を除去して浄化する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
これら排気ガス浄化装置によれば、排気ガスをかなり浄化することができる。
Various components are contained in exhaust gas emitted from internal combustion engines such as automobile engines and construction machinery engines, and incinerators. For example, exhaust gas emitted from diesel engines of construction machinery includes particulate matter (PM) consisting of black smoke (smoke, soot), sulfur compounds (sulfate), unburned fuel, etc., CO, CO2, HC And a gaseous substance composed of NOx or the like.
Conventionally, various measures have been taken to purify the exhaust gas discharged from the engine of such an automobile, but there are two major flows.
One is a method for reducing particulate matter (PM) and nitrogen oxide (NOx) by improving the engine body of the automobile, and the other is a method for attaching an exhaust gas aftertreatment device.
For example, as an improvement measure for an automobile engine itself, an electronically controlled fuel injection device that cleans exhaust gas by controlling engine combustion, or EGR that recirculates exhaust gas to reduce NOx in exhaust gas ( Exhaust gas recirculation devices are known.
On the other hand, as an exhaust gas aftertreatment device, a device that removes and purifies particulate matter (PM) contained in exhaust gas exhausted from an automobile engine using a honeycomb-structured catalyst device is known. (For example, refer to Patent Document 1).
According to these exhaust gas purification devices, the exhaust gas can be considerably purified.

しかしながら、自動車のエンジン、とりわけ建設機械用ディーゼルエンジンについては、近時、日本、欧米にて著しく排気ガス規制が厳しくなっており、その規制値をクリアするためには、さらなる改善が求められている。
さらに、前記のいずれの排気ガス浄化装置も比較的サイズが大きく、また、複雑な構造によりコスト高である。省エネ等により小型化が要求される自動車、建設機械にとって、排気ガス浄化装置の小型化と共に、コストダウンに対する更なる改善が求められている。
However, for automobile engines, especially diesel engines for construction machinery, exhaust gas regulations have recently become extremely strict in Japan, Europe, and the United States, and further improvements are required to meet these regulations. .
Furthermore, any of the exhaust gas purifying devices described above is relatively large in size and expensive due to its complicated structure. For automobiles and construction machines that are required to be reduced in size due to energy saving or the like, further improvements in cost reduction are required along with downsizing of exhaust gas purification devices.

特許第3589308号公報Japanese Patent No. 3589308

本発明は、上記従来の問題を解消し、粒子状物質(PM)の排出を大幅に低減することのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とするものである。
次に、本発明は、排出される排気ガス温度を、排気ガス浄化装置への吸入時と同等な温度まで低下することのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、さらに、排気ガス中のNOxをも大幅に低減することのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とするものである。
An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus capable of solving the above-described conventional problems and greatly reducing particulate matter (PM) emission.
Next, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device capable of lowering the exhaust gas temperature discharged to a temperature equivalent to that at the time of intake into the exhaust gas purification device.
Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can significantly reduce NOx in the exhaust gas.

即ち、請求項1に係る本発明は、内燃機関又は焼却炉から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから形成された筒状体の内部に、排気ガス導入用の金属製管を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置すると共に、前記筒状体を赤熱化させるためのマイクロ波又はレーザー波照射手段を備えたことを特徴とする、排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項2に係る本発明は、セラミックスが、カーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入した伝導性セラミックスである、請求項1記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項3に係る本発明は、セラミックスが、通気性を有する伝導性セラミックスである、請求項1又は2記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項4に係る本発明は、金属製管が、多重構造式スパイラル金属製管である、請求項1〜3のいずれかに記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項5に係る本発明は、筒状体の内面側に、酸化防止層を形成してなる、請求項1〜4のいずれかに記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項6に係る本発明は、前記筒状体の後に、非熱性材及び/又は冷却素子からなり、且つ、前記筒状体と同径の冷却用筒状体を連設すると共に、前記冷却用筒状体の内部に、排気ガス導入用の金属製管を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置し、これにより前記筒状体内部にて600℃以上となる排気ガス温度を、前記冷却用筒状体終端の排気ガス出口付近において少なくとも520℃以下に低下させてなる、請求項1〜5のいずれかに記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項7に係る本発明は、金属製管が、多重構造式スパイラル金属製管である、請求項6に記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項8に係る本発明は、前記筒状体全体が、排気ガス浄化装置に吸入される排気ガスの圧力により回転する、請求項1〜7のいずれかに記載の排気ガス浄化装置を提供するものである。
請求項9に係る本発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の排気ガス浄化装置を備えた建設機械を提供するものである。
That is, the present invention according to claim 1 is an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an incinerator, and is disposed inside a cylindrical body formed of ceramics mixed with carbon microcoils. One or a plurality of metal pipes for introducing exhaust gas are arranged spirally or linearly, and provided with microwave or laser wave irradiation means for making the tubular body red-hot. An exhaust gas purification apparatus is provided.
The present invention according to claim 2 provides the exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the ceramic is a conductive ceramic mixed with a metal powder together with a carbon microcoil.
The present invention according to claim 3 provides the exhaust gas purification apparatus according to claim 1 or 2, wherein the ceramic is a conductive ceramic having air permeability.
The present invention according to claim 4 provides the exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal pipe is a multi-structure spiral metal pipe.
The present invention according to claim 5 provides the exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an antioxidant layer is formed on the inner surface side of the cylindrical body.
According to a sixth aspect of the present invention, a cooling tubular body having a non-thermal material and / or a cooling element and having the same diameter as the tubular body is provided after the tubular body, and the cooling body One or more metal pipes for introducing exhaust gas are arranged spirally or linearly inside the cylindrical body for exhaust gas, and thereby the exhaust gas temperature at 600 ° C. or higher inside the cylindrical body is The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas purification device is lowered to at least 520 ° C or less in the vicinity of the exhaust gas outlet at the end of the cooling tubular body.
The present invention according to claim 7 provides the exhaust gas purifying apparatus according to claim 6, wherein the metal pipe is a multi-structure spiral metal pipe.
The present invention according to claim 8 provides the exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 7, wherein the entire cylindrical body is rotated by the pressure of the exhaust gas sucked into the exhaust gas purification device. Is.
The present invention according to claim 9 provides a construction machine including the exhaust gas purifying device according to any one of claims 1 to 8.

本発明の排気ガス浄化装置によれば、金属製管(好ましくは波形スパイラル金属製チューブ)2の内部の温度を容易に600℃以上、特に600〜1200℃という高温にすることができることから、排気ガスはこの高温によって化学反応し、完全燃焼することにより、粒子状物質(PM)、特に黒煙(すす)がほぼ皆無となる。
従って、本発明の排気ガス浄化装置によれば、粒子状物質(PM)の排出を大幅に低減することができる。
さらに、本発明の排気ガス浄化装置によれば、このように排気ガス中の粒子状物質(PM)、特に黒煙(すす)が完全燃焼し、ほぼ皆無となるため、粒子状物質(PM)を捕捉するタイプの排気ガス浄化装置で必要となる、捕捉された粒子状物質(PM)の除去機構が不要となる、などのメリットがある。
本発明の排気ガス浄化装置は、低温燃焼により、比較的NOxの生成が抑制されていて、粒子状物質(PM)を多く含む排気ガスの浄化に特に有効である。
また、本発明の排気ガス浄化装置によれば、該装置から排出されるガス温度を大幅に低下することができ、安全性を保つことができる。
本発明の排気ガス浄化装置によれば、さらに、排気ガス中のNOxをも大幅に低減することができる。
According to the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the temperature inside the metal pipe (preferably corrugated spiral metal tube) 2 can be easily raised to 600 ° C or higher, particularly 600 to 1200 ° C. The gas chemically reacts at this high temperature and burns completely, so that there is almost no particulate matter (PM), particularly black smoke (soot).
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, particulate matter (PM) emissions can be greatly reduced.
Furthermore, according to the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the particulate matter (PM) in the exhaust gas, particularly black smoke (soot), is completely burned and almost completely eliminated. There is an advantage that a mechanism for removing the trapped particulate matter (PM) is unnecessary, which is necessary for an exhaust gas purifying apparatus of the type that traps the trap.
The exhaust gas purification apparatus of the present invention is particularly effective for purification of exhaust gas containing a large amount of particulate matter (PM), in which the generation of NOx is relatively suppressed by low temperature combustion.
Moreover, according to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the temperature of the gas discharged from the apparatus can be greatly reduced, and safety can be maintained.
According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, NOx in the exhaust gas can be further greatly reduced.

本発明の排気ガス浄化装置の1態様を示す断面説明図である。It is a section explanatory view showing one mode of an exhaust gas purification device of the present invention. 図1のX方向からみた(X矢視)図である。It is the figure seen from the X direction of FIG. 1 (X arrow view). 図1のY方向からみた(Y矢視)図である。It is the figure seen from the Y direction of FIG. 1 (Y arrow view). 筒状体1の断面構造を示す説明図である。3 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of a cylindrical body 1. FIG. 金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2を4本、螺旋状に配置した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which has arrange | positioned four metal pipes (especially multiple structure type spiral metal pipe) 2 helically. 金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2の断面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-sectional shape of metal pipes (especially multiple structure type spiral metal pipe) 2. 金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2を直線状に配置した例(本発明の排気ガス浄化装置の別態様)を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the example (another aspect of the exhaust-gas purification apparatus of this invention) which has arrange | positioned the metal pipes (especially multiple structure type spiral metal pipe) 2 linearly. レーザー波照射手段の1例を示す縦断面説明図である。It is a longitudinal cross-sectional explanatory drawing which shows an example of a laser wave irradiation means. 本発明の排気ガス浄化装置における温度変化(温度勾配)を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the temperature change (temperature gradient) in the exhaust-gas purification apparatus of this invention.

請求項1に係る本発明は、排気ガス浄化装置に関し、内燃機関又は焼却炉から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから形成された筒状体の内部に、排気ガス導入用の金属製管を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置すると共に、前記筒状体を赤熱化させるためのマイクロ波又はレーザー波照射手段を備えたことを特徴とするものである。   The present invention according to claim 1 relates to an exhaust gas purification device, which is an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an incinerator, and is formed of a ceramic mixed with carbon microcoils. Inside the body, one or more metal tubes for introducing exhaust gas are arranged spirally or linearly, and provided with microwave or laser wave irradiation means for making the tubular body red-hot. It is characterized by.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明の排気ガス浄化装置の1態様を示す断面説明図である。
図2は、図1のX方向からみた(X矢視)図であり、図3は、図1のY方向からみた(Y矢視)図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing one embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
2 is a view as viewed from the X direction in FIG. 1 (X arrow view), and FIG. 3 is a view as viewed from the Y direction in FIG. 1 (Y arrow view).

本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関又は焼却炉から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置である。
即ち、自動車のエンジン、建設機械のエンジン等の内燃機関や、焼却炉などから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
The exhaust gas purification apparatus of the present invention is an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an incinerator.
That is, the present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine or a construction machine engine, an incinerator, or the like.

本発明の排気ガス浄化装置は、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから形成された筒状体1と、その内部に螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置される排気ガス導入用の金属製管2と、前記筒状体1を赤熱化させるためのマイクロ波又はレーザー波照射手段3と、を有している。   The exhaust gas purifying apparatus of the present invention includes a cylindrical body 1 made of ceramic mixed with a carbon microcoil, and one or a plurality of metal pipes for introducing exhaust gas that are spirally or linearly disposed therein. 2 and microwave or laser wave irradiation means 3 for making the cylindrical body 1 red-hot.

筒状体1は、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから、好ましくはカーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入したセラミックスから形成されたものである。筒状体1は、所定長さのもの複数個に分割(輪切り状に縦に分割)したものを連結して用いることができる。複数個に分割する場合、少なくとも最高温度となる場所付近の、分割筒状体を形成するセラミックス中に、カーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入すると良い。勿論、全てのセラミックス中に、カーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入してもよい。この場合には、場所に応じてカーボンマイクロコイルの混入量を増減させることができる。
カーボンマイクロコイル(CMC)は、コイル径がnmオーダーからμmオーダーの螺旋形状を有する炭素系素材である。
本発明においては、取り扱い性を考慮して、カーボンマイクロコイルとして、樹脂コーティングしたもの、その中でも特にビーズ状のものを用いることが好ましい。コーティングする樹脂としては、特に制限はないが、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などが挙げられ、特に好ましくはアクリル樹脂を用いることができる。
また、セラミックスへのカーボンマイクロコイルの混入量(全体に対する割合)は、特に制限されないが、重量比で0.5〜5.0%が好ましい。
The cylindrical body 1 is formed from a ceramic mixed with a carbon microcoil, preferably from a ceramic mixed with a metal powder together with a carbon microcoil. The cylindrical body 1 can be used by connecting a plurality of parts having a predetermined length (divided vertically in a ring shape). When dividing into a plurality, it is preferable to mix metal powder together with the carbon microcoil in the ceramic forming the divided cylindrical body at least near the place where the maximum temperature is reached. Of course, the metal powder may be mixed together with the carbon microcoil in all ceramics. In this case, the amount of carbon microcoil mixed can be increased or decreased depending on the location.
A carbon microcoil (CMC) is a carbon-based material having a helical shape with a coil diameter in the order of nm to μm.
In the present invention, it is preferable to use a resin-coated carbon microcoil, particularly a bead-shaped carbon microcoil in consideration of handling. The resin to be coated is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resins, polyurethane resins, polymethyl methacrylate resins, and acrylic resins can be used particularly preferably.
The amount of carbon microcoil mixed in the ceramic (ratio to the whole) is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 5.0% by weight.

筒状体1としては、その内部に配置される排気ガス導入用の金属製管2の内部の温度上昇時間を短縮するため、カーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入したセラミックスから形成されたものが好ましく、特にこれを円筒状に形成したものが好ましい。
金属粉末は、メッシュ200〜250程度の粒径のものが好ましい。金属粉末としては特に鉄粉が好ましい。また、金属粉末のセラミックスへの混入量(全体に対する割合)は、特に制限されないが、重量比で2〜5%が好ましい。
The cylindrical body 1 is preferably formed from ceramics mixed with a metal powder together with a carbon microcoil in order to shorten the temperature rise time inside the metal pipe 2 for introducing exhaust gas disposed therein. In particular, those formed into a cylindrical shape are preferable.
The metal powder preferably has a particle size of about 200 to 250 mesh. As the metal powder, iron powder is particularly preferable. Further, the mixing amount (ratio to the whole) of the metal powder into the ceramic is not particularly limited, but is preferably 2 to 5% by weight.

筒状体1は、上記したようなカーボンマイクロコイル(好ましくはアクリル樹脂コーティングしたカーボンマイクロコイル)を、好ましくはカーボンマイクロコイルと金属粉末とを、セラミックス中に混入したものを、筒状に成形したものである。
ここでセラミックスとしては、特に通気性を有する伝導性セラミックスを用いることが好ましい。
なお、伝導性セラミックスの材質は、炭化ケイ素や窒化ケイ素などからなる。
通気性を有する伝導性セラミックスを用いることが好ましい理由は、本発明においては、樹脂コーティングしたカーボンマイクロコイルを用いており、これを混入したセラミックスから筒状体1を成形する際に、焼成工程があることから、焼成時に樹脂からのガスが発生し、ヘアークラックが生じるのを防止する見地からである。
The cylindrical body 1 was formed into a cylindrical shape by mixing the above-described carbon microcoil (preferably an acrylic resin-coated carbon microcoil), preferably a mixture of carbon microcoil and metal powder in ceramics. Is.
Here, as the ceramic, it is particularly preferable to use a conductive ceramic having air permeability.
The material of the conductive ceramic is made of silicon carbide or silicon nitride.
The reason why it is preferable to use a conductive ceramic having air permeability is that, in the present invention, a resin-coated carbon microcoil is used, and when the cylindrical body 1 is formed from the ceramic mixed with this, a firing step is performed. For this reason, gas is generated from the resin during firing, and hair cracks are prevented from occurring.

通気性を有する伝導性セラミックスとしては、市販品を用いることもできるが、通気性を有していない伝導性セラミックスを用い、これを焼成して筒状体1を成形する際に、100℃前後の低い温度範囲に保持することにより、通気性を持たせたものであってもよい。   As the conductive ceramic having air permeability, a commercially available product can be used. However, when the conductive ceramic not having air permeability is fired to form the cylindrical body 1, the temperature is around 100 ° C. It may be made to have air permeability by being kept in a low temperature range.

なお、カーボンマイクロコイル(CMC)は、高温による繰返し使用により、酸化し、温度上昇効果が減ずることから、本発明においては、筒状体1の内面側に(必要に応じて外面側にも)、筒状体1中のCMCの酸化を防止するための酸化防止層1Aを形成したものを用いることが好ましい。
図4に、筒状体1の内面側に酸化防止層1Aを形成した構造を示す。
ここで酸化防止層1Aの層の厚さは特に制限されないが、通常、1〜2mm程度である。
酸化防止層1Aは、伝導性セラミックスのみからなる層であり、好ましくは通気性を有する伝導性セラミックスのみからなる層である。伝導性セラミックスとしては、上記したものを用いることができる。
CMCが伝導性セラミックスの表面に露出していると、伝導性セラミックスが高温(例えば、1000℃)になったときに、酸素の影響によって、CMCは徐々に酸化消耗し、寿命を短くする要因となる。従って、CMCの酸化消耗を防止するために、酸化防止層1Aを設け、CMCの露出を防ぐための層としている。
本発明においては、このような筒状体1(好ましくは内面側に酸化防止層1Aを形成したもの)の外面に、断熱層として金属ケースを設けることができる。
In addition, since the carbon microcoil (CMC) is oxidized by repeated use at a high temperature and the effect of increasing the temperature is reduced, in the present invention, on the inner surface side of the cylindrical body 1 (also on the outer surface side as necessary). It is preferable to use a layer in which an antioxidant layer 1A for preventing the oxidation of CMC in the cylindrical body 1 is formed.
FIG. 4 shows a structure in which an antioxidant layer 1 </ b> A is formed on the inner surface side of the cylindrical body 1.
Here, the thickness of the antioxidant layer 1A is not particularly limited, but is usually about 1 to 2 mm.
The antioxidant layer 1A is a layer made of only conductive ceramics, and preferably a layer made of only conductive ceramics having air permeability. As the conductive ceramic, those described above can be used.
If the CMC is exposed on the surface of the conductive ceramic, when the conductive ceramic is heated to a high temperature (for example, 1000 ° C.), the CMC is gradually oxidized and consumed due to the influence of oxygen. Become. Therefore, in order to prevent the oxidation consumption of CMC, the anti-oxidation layer 1A is provided as a layer for preventing the CMC from being exposed.
In the present invention, a metal case can be provided as a heat insulating layer on the outer surface of such a cylindrical body 1 (preferably having an antioxidant layer 1A formed on the inner surface side).

次に、CMCを混入した、通気性を有する伝導性セラミックスからなる筒状体1の作成方法について述べる。
図4は、筒状体1の断面構造を示す説明図である。
まず、筒状体1の内側の数mm(1〜2mm程度)の部分(第1層、すなわち酸化防止層1A)は、伝導性セラミックスのみからなるものであり、この部分にはCMCやその他の添加物は一切用いない。
なお、このような厚み(1〜2mm程度)の第1層(酸化防止層)1Aを作成することは難しいので、削り代を付けた、より厚い層(3〜5mm程度の層)を最初に作成しておき、仮焼終了の時点で工作機械にて加工して(削り加工して)、所定の厚さ(1〜2ミリ程度)に仕上げればよい。
次に、この筒状体1の内側の数mm(1〜2mm程度)の部分(第1層1A)の外側に、第2層1Bを設ける。勿論、この逆に、第2層1Bの内側に、厚さ数mm(1〜2mm程度)の第1層1Aを設けるようにしてもよい。
この第2層1Bを構成する伝導性セラミックスには、樹脂コーティングしたCMCが混入されており、さらに好ましくは金属粉末が混入されている。
次に、第2層1Bの外側に、第3層1Cを設ける。この第3層1Cを構成する伝導性セラミックスには、樹脂コーティングしたCMCと、通気性を発生させるための物質を混入しておく。通気性を発生するための物質とは、80〜130℃程度、好ましくは80〜100℃という低温で消失する物質であり、特に細長いものが好ましい。具体的には例えば木綿糸などの糸類がある。この他、細長いものであって前記温度で消失するものであれば特に制限はない。なお、この反対に、燃えにくい繊維質素材、例えばカーボン繊維のような細ものを利用し、その繊維に沿って通気ができればよい。
要するに、CMCにコーティングされている樹脂が焼成時に発生するガスによって、筒状体1を形成する伝導性セラミックスへ悪影響(ヘアークラック等の発生)がなければよい。
ここで、まず80〜130℃という低温で焼成すると、第3層1Cを構成する伝導性セラミックス中の通気性を発生させるための物質が消失して、先に通気性微細穴を作り、その後に、150〜250℃の温度にて焼成すると、CMCのコーティング用樹脂が、この通気性微細穴を通って、ガス体となって外部へ放出される。
つまり、最初に消失した、通気性を発生させるための物質の消失跡が通気性微細穴として残るので、この通気性微細穴を通じて、2番目に消失するCMCのコーティング用樹脂の消失時に発生するガスが通過し、外部へ飛散することになる。
それ故、CMCのコーティング用樹脂の消失時に発生するガスによる、筒状体1を形成する伝導性セラミックスへの悪影響(ヘアークラック等の発生)を最小限にとどめることができる。
このようにして通気性微細穴を有し、通気性を有する伝導性セラミックスから形成された筒状体1が得られ、本発明においては好ましくはこれを用いる。
このようにして通気性を有する、特に連通性通気口を有するものとした後に、続けて150〜200℃の温度にて焼成し、筒状体を成形することにより、連通性通気口を利用して、カーボンマイクロコイルの周囲にコーティングされた樹脂を熱消失させることができ、このため焼成時にコーティングされた樹脂からのガスが発生し、筒状体にヘアークラックが生じるのを防止することができる。
Next, a method for producing the cylindrical body 1 made of conductive ceramics having air permeability mixed with CMC will be described.
FIG. 4 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of the cylindrical body 1.
First, a few mm (about 1 to 2 mm) portion (the first layer, that is, the antioxidant layer 1A) inside the cylindrical body 1 is made of only conductive ceramics, and this portion includes CMC and other parts. No additives are used.
In addition, since it is difficult to create the first layer (antioxidation layer) 1A having such a thickness (about 1 to 2 mm), a thicker layer (a layer of about 3 to 5 mm) with a cutting margin is firstly added. It may be prepared and processed (machined) with a machine tool at the end of calcination and finished to a predetermined thickness (about 1 to 2 mm).
Next, the 2nd layer 1B is provided in the outer side of the part (1st layer 1A) of several mm (about 1-2 mm) inside this cylindrical body 1. FIG. Of course, conversely, the first layer 1A having a thickness of several millimeters (about 1 to 2 mm) may be provided inside the second layer 1B.
The conductive ceramic constituting the second layer 1B is mixed with resin-coated CMC, more preferably metal powder.
Next, the third layer 1C is provided outside the second layer 1B. The conductive ceramic constituting the third layer 1C is mixed with a resin-coated CMC and a substance for generating air permeability. The substance for generating air permeability is a substance that disappears at a low temperature of about 80 to 130 ° C., preferably 80 to 100 ° C., and an elongated one is particularly preferable. Specifically, for example, there are yarns such as cotton yarn. In addition, there is no particular limitation as long as it is elongated and disappears at the above temperature. On the other hand, it is only necessary to use a fiber material that is difficult to burn, for example, a fine material such as carbon fiber, and to vent along the fiber.
In short, it is sufficient that the conductive ceramic forming the cylindrical body 1 is not adversely affected (occurrence of hair cracks, etc.) by the gas generated during firing of the resin coated on the CMC.
Here, when fired at a low temperature of 80 to 130 ° C., the material for generating air permeability in the conductive ceramics constituting the third layer 1C disappears, and air-permeable fine holes are formed first, and then When baked at a temperature of 150 to 250 ° C., the CMC coating resin is discharged to the outside through the air-permeable fine holes as a gas body.
That is, since the disappearance trace of the substance for generating air permeability that has disappeared first remains as the air permeable fine hole, the gas generated when the second disappearing CMC coating resin disappears through the air permeable fine hole. Will pass and scatter to the outside.
Therefore, the adverse effect (occurrence of hair cracks, etc.) on the conductive ceramics forming the cylindrical body 1 due to the gas generated when the CMC coating resin disappears can be minimized.
Thus, the cylindrical body 1 having air-permeable fine holes and formed from air-permeable conductive ceramics is obtained, which is preferably used in the present invention.
In this way, after having air permeability, especially having a continuous air vent, the continuous air vent is utilized by firing at a temperature of 150 to 200 ° C. and forming a cylindrical body. Thus, the resin coated around the carbon microcoil can be heat-dissipated, and therefore, gas from the resin coated at the time of firing is generated, and the occurrence of hair cracks in the cylindrical body can be prevented. .

このようにして、超微細な通気孔を有していて、通気性を有する伝導性セラミックスから形成された筒状体1が得られ、本発明においては好ましくはこれを用いる。   In this way, a cylindrical body 1 having ultrafine air holes and formed from conductive ceramics having air permeability is obtained, and this is preferably used in the present invention.

本発明の排気ガス浄化装置は、上記した如きカーボンマイクロコイル(好ましくはカーボンマイクロコイルと金属粉末)を混入したセラミックスから形成された筒状体1の内部に、排気ガス導入用の金属製管2を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置している。
金属製管2の内部に、自動車のエンジン、建設機械のエンジン等の内燃機関や、焼却炉などから排出される排気ガスが導入される。
The exhaust gas purifying apparatus of the present invention has a metal pipe 2 for introducing exhaust gas inside a cylindrical body 1 made of ceramic mixed with carbon microcoils (preferably carbon microcoils and metal powder) as described above. Are arranged in a spiral or straight line.
Exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine or a construction machine engine, an incinerator, or the like is introduced into the metal pipe 2.

排気ガス導入用の金属製管2としては、鋼管など通常の金属管を用いることもできるが、本発明においては特に多重構造式スパイラル金属製管を用いることが好ましい。
多重構造式スパイラル金属製管2は、鋼管、ステンレス管(耐熱性SUSなど)、チタン管などからなる、平滑な金属製円管を、ツイスト加工等により多重構造式スパイラル状に成形した金属製管(金属製チューブ)である。
この多重構造式スパイラル金属製管2は、乱流形成されることに加えて経路が長いことから、伝熱性が高く、本発明において有効に用いられる。
なお、図5は、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2を4本、螺旋状に配置した例を示す模式図である。
また、図6は、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2の断面形状を示す説明図である。即ち、上記ツイスト加工による多重構造式スパイラル金属製管2の断面構造を示す説明図を図6に示す。
図6に示す如き断面構造を有しているため、多重構造式スパイラル金属製管2は、通常の鋼管容量の約3倍の流体、気体を流すことができる。このため、排気ガス中の黒煙(すす)の残渣(燃えカス)はほぼ残らない。
このような多重構造式スパイラル金属製管2としては、ツイスト加工を3重、4重に施した、多重構造のもの(3重ネジ構造や4重ネジ構造のスパイラル金属製管)が好ましい。
また、多重構造式スパイラル金属製管の代わりに、伝導性セラミックス製による多重構造式スパイラル管を用いて、耐久性を向上させることもできる。さらには、多重構造式スパイラル金属製管の比較的熱負荷の大きい部分を、局部的に伝導性セラミックス製に置き換えることもできる。
As the metal pipe 2 for introducing exhaust gas, a normal metal pipe such as a steel pipe can be used, but in the present invention, it is particularly preferable to use a multi-structure spiral metal pipe.
The multi-structure spiral metal pipe 2 is a metal pipe obtained by forming a smooth metal circular pipe made of a steel pipe, stainless steel pipe (heat resistant SUS, etc.), titanium pipe, etc. into a multi-structure spiral form by twisting or the like. (Metal tube).
This multi-structure spiral metal pipe 2 has a long path in addition to being formed with a turbulent flow, and thus has high heat conductivity and is effectively used in the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example in which four metal pipes (particularly, multi-structure spiral metal pipes) 2 are arranged in a spiral shape.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross-sectional shape of a metal pipe (particularly, a multi-structure spiral metal pipe) 2. That is, FIG. 6 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of the multi-structure spiral metal pipe 2 by the twist processing.
Since it has a cross-sectional structure as shown in FIG. 6, the multi-structure spiral metal pipe 2 can flow a fluid and gas about three times as large as a normal steel pipe capacity. For this reason, the residue (burn residue) of the black smoke (soot) in exhaust gas hardly remains.
As such a multi-structure spiral metal pipe 2, a multi-structure (triple screw structure or quadruple screw structure spiral metal pipe) in which twist processing is performed in triple and quadruple is preferable.
In addition, durability can be improved by using a multi-structure spiral pipe made of conductive ceramics instead of the multi-structure spiral metal pipe. Furthermore, a portion having a relatively large heat load of the multi-structure spiral metal pipe can be locally replaced with a conductive ceramic.

本発明においては、このような金属製管(好ましくは多重構造式スパイラル金属製管)2を、上記した如きカーボンマイクロコイル(好ましくはカーボンマイクロコイルと金属粉末)を混入したセラミックスから形成された筒状体1の内部に、螺旋状(コイル状)又は直線状に配置している。
配置する本数としては、吸入する排気ガスの流量、流速に応じて、1乃至複数本、通常は1乃至3、4本程度配置している。
In the present invention, such a metal tube (preferably a multi-structure spiral metal tube) 2 is formed of a ceramic mixed with a carbon microcoil (preferably carbon microcoil and metal powder) as described above. It arrange | positions in the inside of the shape body 1 at spiral shape (coil shape) or linear form.
As for the number to be arranged, one or more, usually one to three or four are arranged according to the flow rate and flow velocity of the exhaust gas to be sucked.

図5は、金属製管として多重構造式スパイラル金属製管2を4本、螺旋状に配置した例を示す模式図である。
また、図7は、金属製管として多重構造式スパイラル金属製管2を直線状に4本配置した例(本発明の排気ガス浄化装置の別態様)を示す断面説明図である。
筒状体1の内部への金属製管、特に多重構造式スパイラル金属製管2の配置は、螺旋状(コイル状)であっても、或いは直線状であってもよいが、経路を長く稼ぐことができ、筒状体1の長さをよりコンパクトにできるという意味では、螺旋状(コイル状)に配置することがより好ましい。
金属製管、特に多重構造式スパイラル金属製管2は、絶縁するために、筒状体1の内壁から1〜2mm程度の隙間を設けて配置されている。
FIG. 5 is a schematic view showing an example in which four multi-structure spiral metal pipes 2 are spirally arranged as metal pipes.
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view showing an example (another aspect of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention) in which four multi-structure spiral metal pipes 2 are linearly arranged as metal pipes.
The arrangement of the metal pipe, particularly the multi-structure spiral metal pipe 2 inside the cylindrical body 1 may be helical (coiled) or linear, but earns a long path. In the sense that the length of the cylindrical body 1 can be made more compact, it is more preferable to arrange it in a spiral shape (coil shape).
In order to insulate the metal pipe, particularly the multi-structure spiral metal pipe 2, a gap of about 1 to 2 mm is provided from the inner wall of the cylindrical body 1.

なお、必要に応じて、吸入される気体の圧力等を利用して、筒状体1全体を、すなわち、排気ガス浄化のためマイクロ波又はレーザー波を照射する部分全体を、自転式のものとすることもでき、これによってより均一に効率よく、筒状体1全体、及び金属製管2の温度を上昇させることができる。
また、このように自転式のものとした場合には、前記筒状体1を赤熱化させるためのマイクロ波又はレーザー波照射手段3の設置個数を減らすことができる。
If necessary, the entire cylindrical body 1, that is, the entire portion that is irradiated with microwaves or laser waves for exhaust gas purification, is rotated by using the pressure of the sucked gas or the like. Accordingly, the temperature of the entire cylindrical body 1 and the metal pipe 2 can be increased more uniformly and efficiently.
Moreover, when it is set as a self-rotating type in this way, the installation number of the microwave or laser wave irradiation means 3 for making the said cylindrical body 1 red-hot can be reduced.

本発明の排気ガス浄化装置は、さらに前記筒状体1を赤熱化させるためのマイクロ波又はレーザー波照射手段3を備えている。
マイクロ波の場合は、カーボンマイクロコイル(CMC)を混入したセラミックスから形成される筒状体1の適当な場所に螺旋状の電極を設け、マイクロ波(電磁波)を発信装置から伝送させることで、カーボンマイクロコイル(CMC)を混入したセラミックスから形成される筒状体1を加熱し昇温させることができる。
また、レーザー波の場合は、例えばカーボンマイクロコイル(CMC)を混入したセラミックスから形成される筒状体1の適当な場所に、光ファイバー層を設けておき、この光ファイバー層を介してレーザー光線を照射し、カーボンマイクロコイル(CMC)を混入したセラミックスから形成される筒状体1を加熱し昇温させることができる。
この場合、セラミックスに、カーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入することで、昇温時間が短縮される。
マイクロ波又はレーザー波照射手段により、カーボンマイクロコイル(CMC)を混入したセラミックスから形成される筒状体1全体が、200〜1200℃まで温度上昇ができる。
なお、図8にレーザー波照射手段の1例を示す(縦断面説明図)。図8において、符号11は光ファイバー固定ホルダーであり、符号12は光ファイバーである。また、符号13はレーザー発信器連結ホルダーであり、符号14はレーザー発信器である。
マイクロ波出力としては、600〜1MHzの範囲内である。
このマイクロ波出力を変えることによって、筒状体1の赤熱化熱容量を変えることができる。
The exhaust gas purifying apparatus of the present invention further includes microwave or laser wave irradiation means 3 for making the cylindrical body 1 red.
In the case of a microwave, by providing a spiral electrode at an appropriate location of the cylindrical body 1 formed of ceramics mixed with a carbon microcoil (CMC), and transmitting the microwave (electromagnetic wave) from the transmitter, The cylindrical body 1 formed from ceramics mixed with carbon microcoils (CMC) can be heated and heated.
In the case of a laser wave, for example, an optical fiber layer is provided at an appropriate location of the cylindrical body 1 made of ceramic mixed with carbon microcoils (CMC), and a laser beam is irradiated through the optical fiber layer. The cylindrical body 1 formed from ceramics mixed with carbon microcoils (CMC) can be heated and heated.
In this case, the temperature rise time is shortened by mixing the metal powder together with the carbon microcoil into the ceramic.
The temperature of the entire cylindrical body 1 formed of ceramic mixed with carbon microcoil (CMC) can be increased to 200 to 1200 ° C. by microwave or laser wave irradiation means.
FIG. 8 shows an example of laser wave irradiation means (longitudinal sectional explanatory view). In FIG. 8, reference numeral 11 denotes an optical fiber fixing holder, and reference numeral 12 denotes an optical fiber. Reference numeral 13 denotes a laser transmitter connection holder, and reference numeral 14 denotes a laser transmitter.
The microwave output is in the range of 600 to 1 MHz.
By changing the microwave output, the red heat capacity of the cylindrical body 1 can be changed.

以上の如き構造を有する本発明の排気ガス浄化装置によれば、粒子状物質(PM)の排出を大幅に低減することができる。
即ち、本発明の排気ガス浄化装置は、以上の如き構造を有しているため、マイクロ波又はレーザー波照射手段3から、筒状体1に向けてマイクロ波又はレーザー波を照射すると、筒状体1は、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから形成されていることから、ジュール熱が発生して赤熱化し、筒状体1の温度は、600℃以上、特に600〜1200℃に達する。
筒状体1の赤熱化に伴い、この筒状体1の内部に配置されている、排気ガス導入用の金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2も赤熱化し、筒状体1と同様に、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2の温度も600℃以上、特に600〜1200℃という高温に達する。
この結果、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2の内部に導入される排気ガスは、このような高温下におかれることによって化学反応し、粒子状物質(PM)、特に黒煙(煤煙、すす)等を完全燃焼させ、これをほぼ皆無とすることができる。
According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention having the above structure, particulate matter (PM) discharge can be greatly reduced.
That is, since the exhaust gas purifying apparatus of the present invention has the above-described structure, when the microwave or laser wave is irradiated from the microwave or laser wave irradiation means 3 toward the cylindrical body 1, the tubular shape is obtained. Since the body 1 is formed from ceramics mixed with carbon microcoils, Joule heat is generated and reddened, and the temperature of the cylindrical body 1 reaches 600 ° C. or more, particularly 600 to 1200 ° C.
As the tubular body 1 becomes red-hot, the exhaust gas introduction metal pipe (especially a multi-structure spiral metal pipe) 2 disposed inside the tubular body 1 also becomes red-hot, and the tubular body 1 Similarly, the temperature of the metal pipe (particularly the multi-structure spiral metal pipe) 2 reaches a high temperature of 600 ° C. or more, particularly 600 to 1200 ° C.
As a result, the exhaust gas introduced into the metal pipe 2 (particularly, the multi-structure spiral metal pipe) 2 chemically reacts by being placed at such a high temperature, and becomes particulate matter (PM), particularly black. Smoke (smoke, soot), etc. can be burned completely, and this can be almost eliminated.

さらに、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2の内部を通過する排気ガスをより効率良く化学分解させるため、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2に排気ガスが導入される前の段階部に、二次空気の吸入口7を設け、排気ガスの流量、流速、又はNOxの生成を考慮して、二次空気を吸入することができる。勿論、二次空気を吸入しなくともよい。
なお、図1は、自動車のエンジンから排出される排気管(マフラー)6に、本発明の排気ガス浄化装置を取り付けた例を示しているが、勿論これに限定されるものではない。
この場合、二次空気吸入口7の外周には、防塵防滴用の防水カバーを備えることにより、排気ガス浄化装置内への水分、異物等の混入を防ぐことができる。
Furthermore, in order to more efficiently chemically decompose the exhaust gas passing through the inside of the metal pipe (especially the multi-structure spiral metal pipe) 2, the exhaust gas is introduced into the metal pipe (particularly the multi-structure spiral metal pipe) 2. The secondary air inlet 7 is provided in the stage portion before being introduced, and the secondary air can be sucked in consideration of the flow rate of the exhaust gas, the flow velocity, or the generation of NOx. Of course, it is not necessary to inhale secondary air.
Although FIG. 1 shows an example in which the exhaust gas purifying device of the present invention is attached to an exhaust pipe (muffler) 6 discharged from an automobile engine, it is of course not limited to this.
In this case, by providing a dustproof and drip-proof waterproof cover on the outer periphery of the secondary air inlet 7, it is possible to prevent moisture, foreign matter and the like from entering the exhaust gas purification device.

さらに、図1では、自動車のエンジンから排出される排気ガス中のNOxをも大幅に低減するため、既知の酸性ガス吸収剤型ハニカム構造の触媒器8を併用した例を示している。
即ち、前記筒状体1終端の排気ガス出口又は後記冷却用筒状体4終端の排気ガス出口に、或いは前記筒状体1に入る前の排気ガス入口のいずれかに、さらにはこれらの両方に、既知のハニカム構造の触媒器8を設置することもできる。
Further, FIG. 1 shows an example in which a known acid gas absorbent honeycomb structure catalyst unit 8 is used in combination in order to greatly reduce NOx in exhaust gas discharged from an automobile engine.
That is, either at the exhaust gas outlet at the end of the cylindrical body 1, at the exhaust gas outlet at the end of the cooling cylindrical body 4, or at the exhaust gas inlet before entering the cylindrical body 1, or both In addition, a catalyst device 8 having a known honeycomb structure may be installed.

本発明においては、一旦粒子状物質(PM)を完全に化学分解する温度にまで上昇させた排気ガス温度を、下記の如き構造を採用することにより、排気ガス浄化装置吸入時のレベルにまで低下させることができる。また、排気ガス中のNOxをも低減させることができる。   In the present invention, the exhaust gas temperature once raised to a temperature at which the particulate matter (PM) is completely chemically decomposed is reduced to the level at the time of intake of the exhaust gas purification device by adopting the following structure. Can be made. In addition, NOx in the exhaust gas can be reduced.

即ち、前記筒状体1の後に、非熱性材及び/又は冷却素子からなり、且つ、前記筒状体と同径の冷却用筒状体4を連設すると共に、前記冷却用筒状体4の内部に、排気ガス導入用の金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置し、これにより前記筒状体1内部にて600℃以上、特に600〜1200℃となる排気ガス温度を、前記冷却用筒状体4終端の排気ガス出口付近において、少なくとも520℃以下に低下させる。
このように排気ガス出口付近において520℃以下に低下させることにより、排気ガス放出時の安全性を保つことができる。また、排気ガス中のNOxをも低減させることができる。
That is, after the cylindrical body 1, a cooling cylindrical body 4 made of a non-thermal material and / or a cooling element and having the same diameter as the cylindrical body is continuously provided, and the cooling cylindrical body 4. One or a plurality of metal pipes 2 (in particular, multi-structure spiral metal pipes) 2 for introducing exhaust gas are arranged in a spiral shape or a straight shape inside the tube body. As described above, the exhaust gas temperature at 600 to 1200 ° C. is lowered to at least 520 ° C. or less in the vicinity of the exhaust gas outlet at the end of the cooling tubular body 4.
By reducing the temperature to 520 ° C. or less in the vicinity of the exhaust gas outlet in this way, safety during exhaust gas discharge can be maintained. In addition, NOx in the exhaust gas can be reduced.

冷却用筒状体4は、非熱性材及び/又は冷却素子からなり、且つ、前記筒状体と同径のものであって、前記筒状体1の後に連設される。
即ち、冷却用筒状体4は、非熱性材又は冷却素子のいずれかであってもよいし、さらには非熱性材及び冷却素子の両方からなるものであってもよい。
ここで非熱性材は、耐熱性物資であり、例えば鉄、ステンレス鋼などの金属を挙げることができる。
また、冷却素子としては、ペルチェ効果素子、トムソン効果素子が挙げられる。
The cooling cylindrical body 4 is made of a non-thermal material and / or a cooling element, has the same diameter as the cylindrical body, and is continuously provided after the cylindrical body 1.
That is, the cooling cylinder 4 may be either a non-thermal material or a cooling element, or may be composed of both a non-thermal material and a cooling element.
Here, the non-thermal material is a heat-resistant material, and examples thereof include metals such as iron and stainless steel.
Further, examples of the cooling element include a Peltier effect element and a Thomson effect element.

このような冷却用筒状体4の内部には、筒状体1の内部に続いて、排気ガス導入用の金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2が、螺旋状又は直線状に1乃至複数本延長して配置されている。
従って、金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)2の内部に導入されて高温となり、粒子状物質(PM)、特に黒煙(すす)を完全燃焼させ、黒煙(すす)がほぼ皆無となった排気ガスは、続く冷却用筒状体4の内部で温度を下げられ、冷却用筒状体4終端の排気ガス出口付近において少なくとも520℃以下にまで低下させられる。
それ故、排気ガス浄化装置から排出されるガス温度による安全性を保つことができる。
このように高温とすることにより黒煙(すす)がほぼ皆無となった排気ガスであるが、そのまま空気中に排出すると、発熱反応によりCO2やC(分子)を放出してしまうおそれがある。しかし、これを冷却用筒状体4終端の排気ガス出口付近において少なくとも500℃以下にまで低下させることにより、発熱反応を抑え、CO2やC(分子)の放出を抑制することができる。
さらには、排気ガス中のNOxをも低減させることになる。
Inside the cylindrical body for cooling 4, a metal pipe (in particular, a multi-structure spiral metal pipe) 2 for introducing exhaust gas is spirally or linearly formed following the inside of the cylindrical body 1. One or more of them are extended.
Therefore, it is introduced into the inside of the metal pipe (especially multi-structure spiral metal pipe) 2 and becomes high temperature, and particulate matter (PM), especially black smoke (soot) is completely burned, and black smoke (soot) is almost The exhaust gas that has become completely absent is lowered in temperature within the subsequent cooling cylinder 4 and is lowered to at least 520 ° C. in the vicinity of the exhaust gas outlet at the end of the cooling cylinder 4.
Therefore, safety due to the temperature of the gas discharged from the exhaust gas purification device can be maintained.
Although the exhaust gas is almost free of black smoke (soot) due to the high temperature in this way, if it is discharged into the air as it is, there is a possibility of releasing CO2 and C (molecules) due to an exothermic reaction. However, by reducing this to at least 500 ° C. or less in the vicinity of the exhaust gas outlet at the end of the cooling tubular body 4, it is possible to suppress the exothermic reaction and suppress the release of CO 2 and C (molecules).
Furthermore, NOx in the exhaust gas is also reduced.

また、本発明においては、前記筒状体1終端の排気ガス出口又は前記冷却用筒状体4終端の排気ガス出口から排出される排気ガスに照射するためのレーザー波照射手段を備えたものとすることができる。
即ち、上記した如き冷却用筒状体4を設けない場合には、前記筒状体1終端に排気ガス出口が存在することになり、また、上記した如き冷却用筒状体4を設ける場合には、前記冷却用筒状体4終端に排気ガス出口が存在することになるが、いずれの場合も、排気ガス終端から排出される排気ガスに照射するためのレーザー波照射手段を備えたものとすることができる。
このように前記筒状体1終端の排気ガス出口又は前記冷却用筒状体4終端の排気ガス出口から排出される排気ガスに、レーザー波を照射することにより、排気ガスの持つ熱を吸収させ、排気ガス出口付近における排気ガス温度を、520℃以下にまで下げることができる。
Further, in the present invention, there is provided a laser wave irradiation means for irradiating the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet at the end of the cylindrical body 1 or the exhaust gas outlet at the end of the cooling cylindrical body 4 can do.
That is, when the cooling cylindrical body 4 as described above is not provided, an exhaust gas outlet exists at the end of the cylindrical body 1, and when the cooling cylindrical body 4 as described above is provided. Is provided with a laser wave irradiation means for irradiating the exhaust gas discharged from the end of the exhaust gas in any case. can do.
Thus, by irradiating the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet at the end of the cylindrical body 1 or the exhaust gas outlet at the end of the cooling cylindrical body 4 with the laser wave, the heat of the exhaust gas is absorbed. The exhaust gas temperature in the vicinity of the exhaust gas outlet can be lowered to 520 ° C. or lower.

さらにまた、本発明においては、筒状体1の壁の中に冷却用絶縁油を入れて冷却することもできる。この場合、カートリッジタイプのものとすることもできる。例えば、図1の右側の斜線部分の筒状体1の中に、冷却用絶縁油の入ったカートリッジを配置して冷却し、排気ガス温度を下げることができる。
ここで冷却用絶縁油としては、ナフテン系絶縁油、パラフィン系絶縁油などの鉱油系絶縁油の他、シリコン油、アルキルベンゼン等の合成油も挙げることができる。
Furthermore, in the present invention, the insulating oil for cooling can be put into the wall of the cylindrical body 1 to cool it. In this case, it may be a cartridge type. For example, the exhaust gas temperature can be lowered by arranging and cooling a cartridge containing insulating oil for cooling in the cylindrical body 1 in the hatched portion on the right side of FIG.
Here, examples of the cooling insulating oil include mineral oil-based insulating oils such as naphthenic insulating oil and paraffinic insulating oil, as well as synthetic oils such as silicon oil and alkylbenzene.

本発明の排気ガス浄化装置では、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから、好ましくはカーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入したセラミックスから形成された筒状体の内部に、排気ガス導入用の金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置し、前記筒状体を赤熱化することにより、排気ガス中の粒子状物質(PM)の排出を大幅に低減させているが、この筒状体(この部分を以下、「CMC伝導性セラミックスヒーター部分」という。)の後に、非熱性材又は冷却素子からなり、且つ、前記筒状体と同径の冷却用筒状体(この部分を以下、「冷却用筒状体部分」という。)を連設し、この冷却用筒状体の内部に、「CMC伝導性セラミックスヒーター部分」から連続する排気ガス導入用の金属製管(特に多重構造式スパイラル金属製管)を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置し、さらに前記筒状体終端の排気ガス出口又は前記冷却用筒状体終端の排気ガス出口から排出される排気ガスに照射するためのレーザー波照射手段を備え、これにより排気ガスの持つ熱を吸収させ、「CMC伝導性セラミックスヒーター部分」で600℃以上、特に600〜1200℃になる排気ガスの温度を、前記冷却用筒状体終端の排気ガス出口付近において少なくとも520℃以下に低下させている。
このように、本発明の排気ガス浄化装置には、温度勾配がつけられている。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, a metal pipe for introducing exhaust gas (into a cylindrical body made of ceramic mixed with carbon microcoils, preferably made of ceramic mixed with carbon microcoils and metal powder) In particular, one or a plurality of multi-structure spiral metal pipes) are arranged in a spiral shape or in a straight line shape, and the cylindrical body is red-heated, thereby greatly reducing particulate matter (PM) in the exhaust gas. Although this is reduced, this cylindrical body (this part is hereinafter referred to as “CMC conductive ceramic heater part”) is made of a non-thermal material or a cooling element and has the same diameter as that of the cylindrical body. A cylindrical body (this portion is hereinafter referred to as a “cooling cylindrical body portion”) is connected, and a continuous discharge from the “CMC conductive ceramic heater portion” is provided inside the cooling cylindrical body. One or a plurality of metal pipes for gas introduction (particularly multi-structure spiral metal pipes) are arranged spirally or linearly, and the exhaust gas outlet at the end of the cylindrical body or the end of the cooling cylindrical body And a laser wave irradiation means for irradiating the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet of the gas, thereby absorbing the heat of the exhaust gas, and the “CMC conductive ceramic heater portion” is 600 ° C. or more, particularly 600 to 1200. The temperature of the exhaust gas that reaches 0 ° C. is lowered to at least 520 ° C. or less in the vicinity of the exhaust gas outlet at the end of the cooling cylindrical body.
Thus, the exhaust gas purification apparatus of the present invention has a temperature gradient.

この温度勾配について、図9により説明する。
図9は、本発明の排気ガス浄化装置における温度変化(温度勾配)を示した説明図である。
図9中、符号Aは「CMC伝導性セラミックスヒーター部分」を示しており、符号Bは「冷却用筒状体部分」を示している。
図9に示されるように、排気ガス吸入後の(1)から、(2)の区間で、温度勾配が急上昇し、(2)から(4)の区間では温度が横ばいであり、続く(4)から(6)の区間では温度勾配が下降している。そして、「冷却用筒状体部分」Bを用いる(6)から(8)の区間ではさらに温度勾配が下降している、
This temperature gradient will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is an explanatory view showing a temperature change (temperature gradient) in the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
In FIG. 9, the symbol A indicates “CMC conductive ceramic heater portion”, and the symbol B indicates “cooling cylindrical body portion”.
As shown in FIG. 9, the temperature gradient rises rapidly in the section (1) to (2) after the exhaust gas intake, and the temperature is flat in the section (2) to (4) and continues (4 ) To (6), the temperature gradient is decreasing. In the section from (6) to (8) using the “cooling cylindrical part” B, the temperature gradient further decreases.

本発明の排気ガス浄化装置は、以上の如きものであり、内燃機関又は焼却炉から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置として有効に利用される。
例えばブルドーザー、パワーショベルなどの建設機械のディーゼルエンジンから排出される排気ガスの浄化装置として有効に利用される。特に比較的低温燃焼による粒子状物質(PM)を多く含む排気ガスの浄化装置として有効に利用される。
さらに、本発明は、以上の如き排気ガス浄化装置を備えた建設機械をも提供するものである。
ここで建設機械として具体的には例えば、前記したブルドーザー、パワーショベルの他に、不整地運搬車、ローダー、高所作業車、クレーン等を挙げることができる。
The exhaust gas purification device of the present invention is as described above, and is effectively used as an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an incinerator.
For example, it is effectively used as a purification device for exhaust gas discharged from diesel engines of construction machines such as bulldozers and power shovels. In particular, the present invention is effectively used as an exhaust gas purification device containing a large amount of particulate matter (PM) by relatively low temperature combustion.
Furthermore, the present invention also provides a construction machine provided with the exhaust gas purification device as described above.
Here, specific examples of the construction machine include an irregular terrain vehicle, a loader, an aerial work vehicle, and a crane in addition to the bulldozer and the power shovel described above.

本発明によれば、粒子状物質(PM)の排出を大幅に低減することができる。
また、本発明の排気ガス浄化装置によれば、排出される排気ガス温度を大幅に低下することができる。
また、本発明の排気ガス浄化装置によれば、さらに、排気ガス中のNOxをも低減することができる。
それ故、本発明は、建設機械をはじめとして、各種産業機械分野の排気ガスの浄化手段として有効に用いられる。
According to the present invention, particulate matter (PM) discharge can be greatly reduced.
Moreover, according to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the exhaust gas temperature discharged can be greatly reduced.
Further, according to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, NOx in the exhaust gas can be further reduced.
Therefore, the present invention is effectively used as a means for purifying exhaust gas in various industrial machine fields including construction machines.

1 筒状体
1A 第1層(酸化防止層)
1B 第2層
1C 第3層
2 排気ガス導入用の金属製管
3 マイクロ波又はレーザー波照射手段
4 冷却用筒状体
6 排気管
7 二次空気吸入口
8 ハニカム構造の触媒器
11 光ファイバー固定ホルダー
12 光ファイバー
13 レーザー発信器連結ホルダー
14 レーザー発信器
A CMC伝導性セラミックスヒーター部分
B 冷却用筒状体部分
1 Tubular body 1A First layer (antioxidation layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1B 2nd layer 1C 3rd layer 2 Metal pipe for exhaust gas introduction 3 Microwave or laser wave irradiation means 4 Cooling cylinder 6 Exhaust pipe 7 Secondary air inlet 8 Honeycomb structure catalyst 11 Optical fiber fixing holder 12 Optical Fiber 13 Laser Transmitter Connection Holder 14 Laser Transmitter A CMC Conductive Ceramic Heater Part B Cooling Body Part

Claims (9)

内燃機関又は焼却炉から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、カーボンマイクロコイルを混入したセラミックスから形成された筒状体の内部に、排気ガス導入用の金属製管を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置すると共に、前記筒状体を赤熱化させるためのマイクロ波又はレーザー波照射手段を備えたことを特徴とする、排気ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine or an incinerator, and a metal pipe for introducing exhaust gas inside a cylindrical body formed of ceramic mixed with carbon microcoil, An exhaust gas purifying apparatus characterized in that one or a plurality of spiral or linear arrangements are provided, and microwave or laser wave irradiation means for making the tubular body red-hot is provided. セラミックスが、カーボンマイクロコイルと共に金属粉末を混入した伝導性セラミックスである、請求項1記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the ceramic is a conductive ceramic mixed with a metal powder together with a carbon microcoil. セラミックスが、通気性を有する伝導性セラミックスである、請求項1又は2記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 1 or 2, wherein the ceramic is a conductive ceramic having air permeability. 金属製管が、多重構造式スパイラル金属製管である、請求項1〜3のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal pipe is a multi-structure spiral metal pipe. 筒状体の内面側に、酸化防止層を形成してなる、請求項1〜4のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an antioxidant layer is formed on an inner surface side of the cylindrical body. 前記筒状体の後に、非熱性材及び/又は冷却素子からなり、且つ、前記筒状体と同径の冷却用筒状体を連設すると共に、前記冷却用筒状体の内部に、排気ガス導入用の金属製管を、螺旋状又は直線状に1乃至複数本配置し、これにより前記筒状体内部にて600℃以上となる排気ガス温度を、前記冷却用筒状体終端の排気ガス出口付近において少なくとも520℃以下に低下させてなる、請求項1〜5のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。 After the cylindrical body, a cooling cylindrical body made of a non-thermal material and / or a cooling element and having the same diameter as that of the cylindrical body is continuously provided, and an exhaust gas is provided inside the cooling cylindrical body. One or a plurality of metal pipes for gas introduction are arranged in a spiral shape or in a straight line shape, so that an exhaust gas temperature of 600 ° C. or more inside the cylindrical body is set to an exhaust gas at the end of the cooling cylindrical body. The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas purification device is lowered to at least 520 ° C or less in the vicinity of the gas outlet. 金属製管が、多重構造式スパイラル金属製管である、請求項6に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 6, wherein the metal pipe is a multi-structure spiral metal pipe. 前記筒状体全体が、排気ガス浄化装置に吸入される排気ガスの圧力により回転する、請求項1〜7のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 7, wherein the entire cylindrical body is rotated by the pressure of exhaust gas sucked into the exhaust gas purification device. 請求項1〜8のいずれかに記載の排気ガス浄化装置を備えた建設機械。 A construction machine comprising the exhaust gas purifying device according to claim 1.
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