JP2013007267A - 排ガスのダスト除去装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ディーゼルエンジン(1)から延びる排気通路(2)に脱硝触媒装置(8)の排気上流側に位置して排ガス中に含まれるダストを遠心分離するサイクロン(10)を設け、該サイクロンで回収したダストを排出するようにした。
【選択図】図1
Description
しかしながら、ディーゼルエンジンの排ガスには、煤などの固形分やSOF(溶解性有機物質)などのダストが含まれており、このダストが脱硝装置の触媒表面に付着すると触媒性能の低下を引き起こすという問題がある。そこで、排ガス中のダストを除去するために、車両用ディーゼルエンジンではDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を用いた除去が行なわれている。
また、ダストを帯電させることで電気的に集塵する電機集塵方法も提案されている(特許文献2参照)。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排ガスの温度に拘わらず簡単な構成にして効率よく連続的にダスト除去を行うことの可能な排ガスのダスト除去装置及び方法を提供することにある。
[第1実施例]
図1は本発明の第1実施例に係る排ガスのダスト除去装置を示す概略図である。
本発明の第1実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、同図に示すように、ディーゼルエンジン1の第1排気通路2にターボチャージャ4が配設され、ターボチャージャ4の排気下流側にエコノマイザー(熱交換器)6が介装されている。ターボチャージャ4は、排ガスの圧力でタービンを回転させることでコンプレッサを同期回転させ、吸気の過給により吸気量を増加させて吸気効率を高める過給機である。また、エコノマイザー6は、熱交換により排ガスの熱を回収して有効利用するための装置である。
そして、同図に示すように、第1排気通路2のターボチャージャ4の排気下流部分からは分岐してエコノマイザー6を迂回するようにして、即ち第1排気通路2に対しエコノマイザー6の排気上流側から分岐してエコノマイザー6の排気下流側で合流するようにして第2排気通路3が延びており、第2排気通路3には、脱硝触媒装置8が介装され、さらに脱硝触媒装置8の排気上流側にはサイクロン10が介装されている。脱硝触媒装置8は、還元剤として尿素を添加することで排ガス中の窒素酸化物(NOx)を脱硝反応により還元除去する装置であり、運転温度は約350℃である。
このような構成により、本発明の第1実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、例えばディーゼルエンジン1の運転状態に応じて、制御装置により切換調整弁20が切換制御され、排ガスが第1排気通路2へ流通するように切換調整弁20が切り換えられると、エコノマイザー6により排ガスの熱が回収される。一方、排ガスが第2排気通路3へ流通するように切換調整弁20が切り換えられると、排ガスはサイクロン10を経て脱硝触媒装置8に流れ、NOxが還元除去される。
これより、第1実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、排ガスが第2排気通路3を流れる場合、排ガスがターボチャージャ4とサイクロン10と脱硝触媒装置8を通過しエコノマイザー6を通らないようにすることで、吸気の過給を行いつつ、圧力損失を低減してディーゼルエンジン1への負担を小さく抑えながら、排ガス中のダストを良好に除去して脱硝触媒装置8の触媒性能の低下を防止することができる。
また、第1排気通路2や第2排気通路3及びサイクロン10を断熱材で覆い保温するようにするのがよく、これにより脱硝触媒装置8に流入する排ガスの温度低下を防止することができる。
図3は本発明の第2実施例に係る排ガスのダスト除去装置を示す概略図である。
本発明の第2実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、同図に示すように、第1排気通路2のターボチャージャ4の排気下流部分から切換調整弁20を介して第2排気通路103が分岐し、この第2排気通路103がエコノマイザー6の排気上流側で第1排気通路2に合流している点が上記第1実施例と相違している。
このような構成により、第2実施例では、排ガスが第2排気通路103へ流通するように切換調整弁20が切り換えられると、排ガスはサイクロン10を経て脱硝触媒装置8に流れ、NOxが還元除去された後、エコノマイザー6によって排ガスの熱が回収される。
図4は本発明の第3実施例に係る排ガスのダスト除去装置を示す概略図である。
本発明の第3実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、同図に示すように、第1排気通路2のディーゼルエンジン1の排気下流部分から切換調整弁20を介して第2排気通路203が分岐し、この第2排気通路203がエコノマイザー6の排気上流側で第1排気通路2に合流している点が上記第1、2実施例と相違している。
このような構成により、第3実施例では、排ガスが第2排気通路203へ流通するように切換調整弁20が切り換えられると、排ガスはターボチャージャ4へ流れることなくサイクロン10を経て脱硝触媒装置8に流れ、NOxが還元除去された後、エコノマイザー6によって排ガスの熱が回収される。
なお、切換調整弁20の切換度合いを調整することで、排ガスを第2排気通路203へ流すとともにターボチャージャ4へ流すようにしてもよく、これにより吸気をある程度まで過給するようにできる。
図5は本発明の第4実施例に係る排ガスのダスト除去装置を示す概略図である。
本発明の第4実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、同図に示すように、第1排気通路2のディーゼルエンジン1の排気下流部分から切換調整弁20を介して第2排気通路303が分岐し、この第2排気通路303がターボチャージャ4の排気上流側で第1排気通路2に合流している点が上記第1〜3実施例と相違している。
これより、上記第3実施例では、排ガスが第2排気通路203を流れる場合、排ガスはサイクロン10と脱硝触媒装置8とエコノマイザー6を通過するだけである一方、第4実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、排ガスが第2排気通路303を流れる場合、排ガスはサイクロン10と脱硝触媒装置8とターボチャージャ4とさらにエコノマイザー6を通過するため、圧力損失が大きくなりディーゼルエンジン1への負担が大きくなる傾向にあるが、吸気の過給を行い排ガスの熱をも良好に回収しつつ、排ガスの温度に拘わらず簡単な構成にして排ガス中のダストを連続的に除去するようにでき、脱硝触媒装置8の触媒性能の低下を防止することができる。
本発明の第5実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、図6に示すように、上記第1実施例の第2排気通路3、上記第2実施例の第2排気通路103、上記第3実施例の第2排気通路203、上記第4実施例の第2排気通路303に代えて第2排気通路403が採用される。
同図に示すように、第2排気通路403は、並列に分岐合流する複数の分岐通路を有して同一処理能力のサイクロン10が並列に多段に構成され、各分岐通路にそれぞれ排ガスの流通と遮断を行う切換弁30が介装されて構成されている。これより、第5実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、ディーゼルエンジン1の負荷、即ち当該負荷と相関する排ガス流量に応じて開弁する切換弁30の数を変え、使用するサイクロン10の台数を変更するようにしている。
図7を参照すると、所望の排ガス流量を設定値としてサイクロン10を設計した場合の排ガスの処理ガス流量比に対する排ガスの圧力損失比dP/dP0及び除去可能なダストの最小分離粒子径比d/d0の関係が示されている。
ここに、圧力損失比dP/dP0は、処理ガス流量比1.0における圧力損失dP0と各処理ガス流量比における圧力損失dPとの比であり、最小分離粒子径比d/d0は、処理ガス流量比1.0における最小分離粒子径d0と各処理ガス流量比における最小分離粒子径dとの比である。
即ち、図7は、このように最小分離粒子径dと圧力損失dPとの間にはトレードオフの関係があり、目標とする最小分離粒子径dと圧力損失dPとの双方を達成するために、処理ガス流量の最適な範囲が存在することを示している。
これにより、第5実施例に係る排ガスのダスト除去装置では、ディーゼルエンジン1の負荷、即ち排ガス流量に応じて、ECU50により開弁する切換弁30a〜30hが切換制御され、排ガスが流れるサイクロン10a〜10hが適宜選択される。即ち、第5実施例では、ディーゼルエンジン1の負荷に応じて、排ガスの流れるサイクロン10の台数が1台〜8台の間で可変制御される。
具体的には、ディーゼルエンジン1の負荷X%が例えば80%である場合には、80%/12.5%=6.4であって小数点以下の端数切り上げした数は7であり、ECU50により切換弁30a〜30hのうちの切換弁30a〜30gまでの7個を開弁し、切換弁30hについては閉弁し、サイクロン10a〜10hのうちのサイクロン10a〜10gまでの7台に排ガスが流れるようにする。実際、ディーゼルエンジン1の負荷が80%近傍で変動する場合においては、7台のサイクロン10a〜10gの各々で、例えば、圧力損失dPを±15%以内に、最小分離粒子径dを80%〜115%の範囲で制御することが可能である。
以上で本発明に係る排ガスのダスト除去装置の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
また、上記実施形態の第5実施例では、分岐通路403a〜403hにおいてサイクロン10a〜10hの排気上流側に切換弁30a〜30hをそれぞれ1つずつ介装するようにしているが、サイクロン10a〜10hの排気下流側にそれぞれ切換弁を設けるようにしてECU50で制御しても良いし、切換弁30a〜30hとは別にサイクロン10a〜10hの排気下流側にもそれぞれ切換弁を介装してこれらをECU50で制御するようにしてもよい。
2 第1排気通路
3、103、203、303、403 第2排気通路
4 ターボチャージャ
6 エコノマイザー
8 脱硝触媒装置
10、10a〜10h サイクロン
18 ダスト捕集瓶(ダスト排出手段)
20 切換調整弁
30a〜30h 切換弁
50 電子コントロールユニット(ECU)
403a〜403h 分岐通路
Claims (4)
- ディーゼルエンジンから延びる排気通路に介装された脱硝触媒装置と、
前記排気通路の前記脱硝触媒装置の排気上流側に介装されたサイクロンとを備え、
前記サイクロンは、
排ガス中に含まれるダストを遠心分離するものであって、
該ダストを排出するダスト排出手段を有することを特徴とする排ガスのダスト除去装置。 - 前記排気通路は、第1の排気通路と該第1の排気通路に対し分岐合流する第2の排気通路からなるとともに、さらにターボチャージャと熱交換器とを備え、
前記ターボチャージャ及び前記熱交換器は前記ターボチャージャが排気上流側となるよう前記第1の排気通路に介装される一方、前記サイクロン及び前記脱硝触媒装置は前記第2の排気通路に介装されてなり、
前記第2の排気通路は前記第1の排気通路に対し前記熱交換器の排気上流側から分岐して前記熱交換器の排気下流側で合流し、前記第2の排気通路と前記第1の排気通路との分岐部には切換調整弁が介装されていることを特徴とする、請求項1記載の排ガスのダスト除去装置。 - 前記サイクロンは複数からなり、
該複数のサイクロンに対応して排ガスの流通と遮断を開閉により行う複数の切換弁と、該複数の切換弁の各々を開閉制御する制御手段とを備え、
前記排気通路は、前記脱硝触媒装置の排気上流側で前記複数のサイクロンに対応した複数の分岐通路に並列に分岐し、該分岐通路にそれぞれ前記サイクロン及び前記切換弁を有し、
前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンの負荷を検出する負荷検出手段を含み、該負荷検出手段により検出された負荷に応じて前記複数の切換弁のうち開弁する切換弁の数を制御することを特徴とする、請求項1または2記載の排ガスのダスト除去装置。 - ディーゼルエンジンから延びる排気通路に脱硝触媒装置を有し、前記排気通路の前記脱硝触媒装置の排気上流側に排ガス中に含まれるダストを遠心分離するとともに該ダストを排出するダスト排出手段を有する複数のサイクロンと該複数のサイクロンに対応して排ガスの流通と遮断を開閉により行う複数の切換弁とを備え、前記排気通路が、前記脱硝触媒装置の排気上流側で前記複数のサイクロンに対応した複数の分岐通路に並列に分岐し、該分岐通路にそれぞれ前記サイクロン及び前記切換弁を有してなる排ガスのダスト除去装置を用いた排ガスのダスト除去方法であって、
前記ディーゼルエンジンの負荷を検出し、
該検出された前記ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記複数の切換弁のうち開弁する切換弁の数を制御し、前記複数のサイクロンのうち排ガスが流通するサイクロンの数を変更することを特徴とする排ガスのダスト除去方法。
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