JP2010249014A - フィルタ再生システム - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子を除去するフィルタに高温ガスを供給するバーナ装置を含むフィルタ再生システムの大型化及び装置コストの増加を抑制する。
【解決手段】燃焼用空気を用いて燃料を燃焼させることによって高温ガスＧ３を生成するバーナ装置と、被搭載装置に既設される既設装置１０に圧縮空気Ｇ２を供給すると共にバーナ装置１００に圧縮空気Ｇ２を燃焼用空気として供給可能な圧縮機２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスに含まれる微粒子を上記排気ガス中から除去するフィルタと同一の被搭載装置に搭載され、高温ガスによって上記フィルタの加熱を行うことによって上記フィルタの再生を行うフィルタ再生システムに関するものである。

ディーゼルエンジン等の排気ガス中には、微粒子（パティキュレートマター）が含まれている。当該微粒子を大気中に放出することによる環境への影響が懸念されることから、近年は、ディーゼルエンジン等を搭載する車両には、排気ガス中の微粒子を除去するためのフィルタ（ＤＰＦ）が設置されている。
このフィルタは、上記微粒子よりも小さな孔を複数備える多孔質体であるセラミックス等によって形成されており、上記微粒子の通過を阻止することによって微粒子の捕集を行っている。

ところが、このようなフィルタを長時間使用していると、捕集した微粒子が蓄積されてフィルタが目詰まり状態となる。
このようなフィルタの目詰まりを防止するために、例えば特許文献１に示されるように、フィルタに対して高温ガスを供給することによって、フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて除去する方法が用いられている。

具体的には、特許文献１ではディーゼルエンジンとフィルタとの間にバーナ装置を設置し、燃焼用空気と燃料とが混合された混合気を燃焼させて高温ガスを発生させ、当該高温ガスによってフィルタを加熱することによって微粒子を燃焼させている。

特開２００７−１５４７７２号公報

しかしながら、フィルタに高温ガスを供給する際には、フィルタに多くの微粒子が付着した状態であり、フィルタにおける圧力損失が非常に大きくなっている。したがって、フィルタの上流側であるバーナ装置の設置環境も高圧状態となる。このため、バーナ装置に燃焼用空気を供給する場合には、燃焼用空気を加圧してバーナ装置に供給する必要がある。よって、燃焼用空気をバーナ装置に供給するための圧縮機が必要となり、バーナ装置を含むフィルタ再生システムの大型化及び装置コストの増加を招くこととなる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、微粒子を除去するフィルタに高温ガスを供給するバーナ装置を含むフィルタ再生システムの大型化及び装置コストの増加を抑制することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、排気ガスに含まれる微粒子を上記排気ガス中から除去するフィルタと同一の被搭載装置に搭載され、高温ガスによって上記フィルタの加熱を行うことによって上記フィルタの再生を行うフィルタ再生システムであって、燃焼用空気を用いて燃料を燃焼させることによって上記高温ガスを生成するバーナ装置と、上記被搭載装置に既設される既設装置に圧縮空気を供給すると共に上記バーナ装置に上記圧縮空気を上記燃焼用空気として供給可能な圧縮機とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記圧縮機から上記バーナ装置に供給される上記圧縮空気の流量を調節可能な流量調節手段を備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記フィルタの周囲に上記フィルタに沿って配設される高温ガス流路を備え、上記バーナ装置によって生成された上記高温ガスを該高温ガス流路に導入することによって上記フィルタの加熱を行うという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記高温ガス流路から排出された上記高温ガスの浄化を行う酸化触媒を備えるという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４の発明において、上記高温ガス流路から排出された上記高温ガスを上記圧縮機に供給するという構成を採用する。

本発明によれば、本発明のフィルタ再生システムが搭載される被搭載装置に既設された既設装置に対して圧縮空気を供給する圧縮機から、圧縮空気の一部が燃焼用空気としてバーナ装置に供給される。
したがって、本発明によれば、バーナ装置に燃焼用空気を供給するための圧縮機を別途設置する必要がなくなり、フィルタ再生システムの大型化及び装置コストの増加を抑制することが可能となる。

本発明の第１実施形態のフィルタ再生システムの概略構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第１実施形態のフィルタ再生システムが備えるバーナ装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態のフィルタ再生システムの概略構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第３実施形態のフィルタ再生システムの概略構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第４実施形態のフィルタ再生システムの概略構成を示すシステムブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るフィルタ再生システムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１の概略構成を示すシステムブロック図である。
この図に示すように、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１は、ディーゼルエンジン等のエンジン１０と、圧縮機２２を含むターボチャージャ２０と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３０と共に、車両（被搭載車両）等に搭載されている。

エンジン１０は、燃料と圧縮空気との混合気を燃焼させて動力を得ると共に燃焼によって生成された燃焼ガスを排気ガスＧ１として排出する。
ターボチャージャ２０は、エンジン１０から供給される排気ガスＧ１に含まれるエネルギを回転動力として取り出すタービン２１と、タービン２１から伝達される回転動力によって外部より取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気Ｇ２を生成する圧縮機２２とを備えている。
ＤＰＦ３０（フィルタ）は、ターボチャージャ２０のタービン２１を介して供給される排気ガスＧ１から微粒子を除去して排出するものである。

そして、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１は、高温ガスＧ３を生成すると共に高温ガスＧ３によってＤＰＦ３０の加熱を行うことによってＤＰＦ３０の再生を行うものであり、上記圧縮機２２と、バーナ装置１００とを備えている。

圧縮機２２は、上述のように圧縮空気Ｇ２を生成し、生成した圧縮空気Ｇ２をエンジン１０に加えてバーナ装置１００に供給可能に構成されている。

図２は、バーナ装置１００の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、バーナ装置１００は、供給流路１と、燃焼部２とを備えている。

供給流路１は、ディーゼルエンジン等の装置から供給される排気ガスＧ１を直接ＤＰＦ３０に対して供給するための流路であり、一方の端部がディーゼルエンジン等の装置の排気口と接続され、他方の端部がＤＰＦ３０に接続された円筒形状の配管によって構成されている。

燃焼部２は、供給流路１と接続されると共に、内部において供給流路１を流れる排気ガスＧ１の一部と燃料とを混合させて燃焼させることによって高温ガスを生成するものである。そして、この燃焼部２は、管体部４と、インジェクタ５と、冷却装置６と、グロープラグ７と、燃焼用空気供給配管９を備えている。

管体部４は、燃焼部２の外形を形成する管状の部材であり、内部が中空とされている。そして、管体部４は、供給流路１の延在方向と直交する方向から供給流路１と接続されている。
インジェクタ５は、管体部４の内部に向けて燃料Ｙを噴射するものであり、噴射ノズルが管体部４の底面から露出されて配置される。
冷却装置６は、インジェクタ５の周囲を冷却することによって、インジェクタ５の過熱を防止するものであり、インジェクタ５の温度を間接的に測定する温度センサや、該温度センサの出力に応じてインジェクタ５の周囲に冷却材を供給する冷却材供給装置等を備えている。
グロープラグ７は、先端部が燃料Ｙと排気ガスＧ１との混合気の着火温度以上に加熱されるヒータであり、先端部が燃料Ｙの噴射領域に晒されるように管体部４の底部に設置されている。
燃焼用空気供給配管９は、管体部４の内部に燃焼領域Ｎにおける燃焼を安定化させるための燃焼用空気として圧縮機２２から供給される圧縮空気Ｇ２を供給するものである。

このような構成を有するバーナ装置１００においては、供給流路１を介して供給される排気ガスＧ１の一部が燃焼部２に入り込む。そして、車両等に搭載される不図示の制御装置下においてインジェクタ５から例えば間欠的に燃料Ｙがグロープラグ７に向けて噴射される。インジェクタ５から噴射された燃料Ｙは、燃焼部２に導入された排気ガスＧ１と混合されて混合気とされ、圧縮空気Ｇ２と共にグロープラグ７において加熱されることによって燃焼領域Ｎにおいて燃焼される。
このような混合気の燃焼によって高温ガスＧ３が生成され、バーナ装置１００の下流側に設置されるＤＰＦ３０に高温ガスＧ３が供給される。

流量調節装置２００は、圧縮機２２とバーナ装置１００との間に配設されており、圧縮機２２からバーナ装置１００に供給される圧縮空気Ｇ２の流量を調節するものである。

このように構成された本実施形態のフィルタ再生システムＳ１は、車両等に搭載される不図示の制御装置からの指令に基づいてＤＰＦ３０の再生を行う。
具体的には、上記制御装置の制御によって流量が制御された圧縮空気Ｇ２が燃焼用空気としてバーナ装置１００に供給され、排気ガスＧ１と燃料Ｙと共に燃焼されることで、バーナ装置１００において高温ガスＧ３が生成される。そして、バーナ装置１００において生成された高温ガスＧ３がＤＰＦ３０に供給されることによってＤＰＦ３０が加熱され、この結果、ＤＰＦ３０に捕集された微粒子が焼却されることによってＤＰＦ３０が再生する。

以上のような本実施形態のフィルタ再生システムＳ１によれば、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１が搭載される被搭載装置である車両に既設された既設装置であるエンジン１０に対して圧縮空気Ｇ２を供給する圧縮機２２から、圧縮空気Ｇ２の一部が燃焼用空気としてバーナ装置１００に供給される。
したがって、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１によれば、バーナ装置１００に燃焼用空気を供給するための圧縮機を別途設置する必要がなくなり、フィルタ再生システムの大型化及び装置コストの増加を抑制することが可能となる。

また、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１においては、圧縮機２２からバーナ装置１００に供給される圧縮空気Ｇ２の流量を調節可能な流量調節装置２００を備える。
このため、バーナ装置１００に対して、高温ガスＧ３の生成に適した流量の圧縮空気Ｇ２を供給することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態のフィルタ再生システムＳ２の概略構成を示すシステムブロック図である。
この図に示すように、フィルタ再生システムＳ２は、ＤＰＦ３０を囲うと共にＤＰＦ３０に沿って配設される高温ガス流路３００を備え、バーナ装置１００が圧縮機２２と高温ガス流路３００との間に配置されている。

このような構成を有する本実施形態のフィルタ再生システムＳ２においては、バーナ装置１００によって生成された高温ガスＧ３を高温ガス流路３００に導入することによってＤＰＦ３０の加熱が行われる。

以上のような本実施形態のフィルタ再生システムＳ２においては、高温ガスＧ３を高温ガス流路３００に導入することによってＤＰＦ３０が加熱され、これによってＤＰＦ３０に捕集された微粒子の焼却が行われる。つまり、高温ガスＧ３がＤＰＦ３０を通過することがなく、ＤＰＦ３０の加熱が行われる。
このため、ＤＰＦ３０において大量の微粒子が捕集されることでＤＰＦ３０の圧力損失が大きくなった場合であっても、高温ガスＧ３に対する圧力損失は変化しない。したがって、常に低圧で高温ガスＧ３を高温ガス流路３００に供給することができ、圧縮機２２における圧縮空気Ｇ２を効率的に燃焼用空気として用いることができる。

なお、本実施形態のフィルタ再生システムＳ２が備えるバーナ装置１００には、排気ガスＧ１が供給されない。このためバーナ装置１００は、上述した供給流路１を備える必要がなく、供給流路１にかえて高温ガスＧ３を高温ガス流路３００に供給するための流路を備えていれば良い。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態のフィルタ再生システムＳ３の概略構成を示すシステムブロック図である。
この図に示すように、本実施形態のフィルタ再生システムＳ３は、上記第２実施形態のフィルタ再生システムＳ２に加えて、高温ガス流路３００から排出された高温ガスＧ３の浄化を行う酸化触媒４００を備えている。

このような構成を有する本実施形態のフィルタ再生システムＳ３は、バーナ装置１００において生成された高温ガスＧ３を酸化触媒４００によって浄化してから排出するため、より環境に配慮したものとなる。

なお、高温ガスＧ３は、エンジン１０が排出する排気ガスＧ１の流量に対して少量であるため、本実施形態のフィルタ再生システムＳ１の酸化触媒４００は小型のもので足りる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図５は、本実施形態のフィルタ再生システムＳ４の概略構成を示すシステムブロック図である。
この図に示すように、本実施形態のフィルタ再生システムＳ４は、上記第２実施形態のフィルタ再生システムＳ２において説明した高温ガス流路３００から排出された高温ガスＧ３を圧縮機２２に供給する構成を採用する。

このような構成を有する本実施形態のフィルタ再生システムＳ４においては、バーナ装置１００において生成された高温ガスＧ３を圧縮機２２を介してエンジンに供給するため、高温ガスＧ３に含まれる微粒子等が排気ガスＧ１としてＤＰＦ３０に供給されて捕集される。
したがって、本実施形態のフィルタ再生システムＳ４は、より環境に配慮したものとなる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態において説明したバーナ装置１００の構成は一例であって、他の構成のバーナ装置を用いても良い。
また、例えば、ＤＰＦ３０の排気ガスＧ１流れの上流側に排気ガスＧ１の浄化を行うための酸化触媒を設置しても良い。

また、上記実施形態においては、本発明の圧縮機としてターボチャージャが備える圧縮機を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、スーパーチャージャが備える圧縮機や、空調装置が備える圧縮機等を用いることも可能である。

Ｓ１〜Ｓ４……フィルタ再生システム、１０……エンジン（既設装置）、１００……バーナ装置、２００……流量調節装置、３００……高温ガス流路、４００……酸化触媒、Ｇ１……排気ガス、Ｇ２……圧縮ガス（燃焼用空気）、Ｇ３……高温ガス

Claims (5)

1. 排気ガスに含まれる微粒子を前記排気ガス中から除去するフィルタと同一の被搭載装置に搭載され、高温ガスによって前記フィルタの加熱を行うことによって前記フィルタの再生を行うフィルタ再生システムであって、
   燃焼用空気を用いて燃料を燃焼させることによって前記高温ガスを生成するバーナ装置と、
   前記被搭載装置に既設される既設装置に圧縮空気を供給すると共に前記バーナ装置に前記圧縮空気を前記燃焼用空気として供給可能な圧縮機と
   を備えることを特徴とするフィルタ再生システム。
2. 前記圧縮機から前記バーナ装置に供給される前記圧縮空気の流量を調節可能な流量調節手段を備えることを特徴とする請求項１記載のフィルタ再生システム。
3. 前記フィルタの周囲に前記フィルタに沿って配設される高温ガス流路を備え、前記バーナ装置によって生成された前記高温ガスを該高温ガス流路に導入することによって前記フィルタの加熱を行うことを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ再生システム。
4. 前記高温ガス流路から排出された前記高温ガスの浄化を行う酸化触媒を備えることを特徴とする請求項３記載のフィルタ再生システム。
5. 前記高温ガス流路から排出された前記高温ガスを前記圧縮機に供給することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のフィルタ再生システム。

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