JP2015077572A - フィルタの洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルタに付着、堆積した付着物を簡単かつ充分に除去することができる装置および方法を提供する。【解決手段】 この装置は、燃料の燃焼により生成された排ガスが通されるフィルタを洗浄する装置である。この洗浄装置は、フィルタに付着した付着物を溶出させる洗浄液の泡またはミストを発生させる泡ミスト発生装置と、フィルタを収容し、内部で泡ミスト発生装置により泡またはミストを発生させ、または内部に泡ミスト発生装置により発生させた泡またはミストを受け入れて、泡またはミストにより洗浄液をフィルタ内に浸透させるための容器２０と、付着物が溶出した洗浄液を含むフィルタを水で洗浄する水洗装置とを含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料の燃焼により生成された排ガスが通されるフィルタを洗浄する洗浄装置およびその洗浄方法に関する。

燃料を燃焼することにより得られる熱エネルギーを機械エネルギー（動力）に変換する装置として、エンジンが使用されている。このエンジンの１つとして、トラック、建設機械、漁船、発電機等においては、ディーゼルエンジンが使用されている。ディーゼルエンジンは、往復動を行うピストンと、ピストンの周囲および上部を覆うシリンダとを含んで構成され、ピストンとシリンダとにより形成される燃焼室（燃料を燃焼させる部屋）内に空気が供給され、ピストンによってその空気を圧縮し、圧縮されて高温となった空気に燃料を噴射させて自己着火させる。

燃焼室では、燃料を燃焼することにより高温の排ガスが生成され、燃焼室内から排出される。高温の排ガスは、主に、窒素、二酸化炭素、酸素、水蒸気から構成されるが、その他、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物、粒子状物質（ＰＭ）も含まれる。このＰＭには、未燃焼炭素、硫黄酸化物、高分子炭化水素等の燃料中の添加剤が析出したもの、燃料中の鉄系化合物、有機酸やその塩、ごみ等が含まれる。ＰＭは、大気中に放出されると、長い時間浮遊し、健康被害を引き起こすことが知られている。このため、ディーゼルエンジンから排出される排気管には、このＰＭを捕集して除去するためのディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）が設けられている。

ＤＰＦは、ＰＭを捕捉する機能のみを有するものから、触媒を備え、ＰＭを燃焼して再生する機能を有するＤＰＤやＤＰＲと呼ばれるものも存在する。しかしながら、ＤＰＦは、長時間の使用により、ＰＭが強く付着、堆積していき、燃焼しきれず、目詰まりを引き起こして機能を低下させるため、適当な時期に取り外して洗浄を行い、その機能を回復させる必要がある。

フィルタを洗浄する装置の１つとして、例えば、フィルタ内側へグリコールエーテル系洗浄剤を用いた洗浄液が供給されて外側へ排出された後にワーク回転台により回転するフィルタ外面にグリコールエーテル系洗浄剤を用い、フィルタ外面の凸部間の隙間よりも細く形成された洗浄液が噴射されるように構成したフィルタ洗浄装置が提案されている（特許文献１参照）。この装置は、フィルタ内側に洗浄液を供給して外側へ排出させることにより、フィルタ外面に付着した汚染物質を除去し易くし、フィルタを回転させつつ、フィルタ外面に洗浄液を噴射することにより、そのフィルタ外面に付着した汚染物質を除去している。

また、フィルタの保持器となる芯棒の底部にスラスト玉軸受によるフィルタ受けを取り付け、かつ洗浄液の噴出力によって円筒型フィルタの線上と回転を行うように構成した円筒型フィルタ用回転式洗浄器も提案されている（特許文献２参照）。なお、この洗浄器では、円筒型フィルタの側面から洗浄液を噴射させ、その噴射力によって円筒型フィルタを回転させ、回転させながら円筒型フィルタの洗浄を行い、円筒型フィルタから除去されるゴミを、エキスパンドメタル上に置かれた目の細かい網により受けるようにしている。洗浄液は、この網およびエキスパンドメタルを通して洗浄器の底部に溜まり、再びポンプにより昇圧されて円筒型フィルタへ噴射されるようになっている。

さらに、フィルタの上面全域を覆う被覆材とその被覆材から延びる管材とが洗浄室に設置され、その被覆材がフィルタの周縁部に位置する周縁部とフィルタの上面から離間する中央部とを有し、高圧洗浄流体の流路となるスペースがフィルタの上面と被覆材の中央部との間に形成され、洗浄流体がフィルタの下面から上面に向かって通流するフィルタ洗浄容器も提案されている（特許文献３参照）。このフィルタ洗浄容器では、フィルタを通気性の台座に載せ、フィルタが被覆材と台座との間に位置するように設置し、台座の整流作用によってフィルタの略全域を通流するようにしている。

特開平８−１１７５２８号公報 特開２００２−３３６６２１号公報 特開２００７−２２２７１５号公報

しかしながら、従来の装置は、フィルタ外面に洗浄液を噴射し、その噴射力によってフィルタに付着した付着物を剥がして除去することにより、フィルタを洗浄している。フィルタを、洗浄液の噴射力によって洗浄する場合、洗浄液が容易に通り抜け可能な流路が一箇所でも形成されると、洗浄液は、その流路ばかりを通って流れてしまう。このため、それ以外の箇所に付着している付着物については充分に除去することができないという問題があった。

洗浄液の噴射圧を上げることにより、その流路以外の箇所に付着している付着物を除去することは可能になるが、やはり流れやすい流路を通って流れてしまうため、充分に付着物を除去することは難しい。また、噴射圧を上げれば、フィルタが破損するおそれがあり、噴射圧を上げるためには、装置全体の耐久性を向上させ、吐出圧が高い高価なポンプに交換しなければならない。これでは、フィルタを再利用することができなくなるおそれがあり、また、洗浄装置を安価で提供することはできない。

本発明者らは、鋭意検討の結果、フィルタが収容された容器内で洗浄液の泡またはミストを発生させ、その泡またはミストをフィルタの内部にまで浸透させ、その後、フィルタを水で洗い流すことにより、フィルタ全体にわたって付着、堆積したＰＭを充分に除去できることを見出した。本発明は、このことを見出すことによりなされたものであり、上記課題は、本発明のフィルタの洗浄装置および洗浄方法を提供することにより解決することができる。

すなわち、本発明によれば、燃料の燃焼により生成された排ガスが通されるフィルタを洗浄する装置であって、フィルタに付着した付着物を溶出させる洗浄液の泡またはミストを発生させる泡ミスト発生装置と、フィルタを収容し、内部で泡ミスト発生装置により泡またはミストを発生させ、または内部に泡ミスト発生装置により発生させた泡またはミストを受け入れて、泡またはミストにより洗浄液をフィルタ内に浸透させるための容器と、付着物が溶出した洗浄液を含むフィルタを水で洗浄する水洗装置とを含む、洗浄装置が提供される。

また、本発明によれば、燃料の燃焼により生成された排ガスが通されるフィルタを洗浄する方法であって、フィルタを容器内に収容する段階と、フィルタに付着した付着物を溶出させる洗浄液の泡またはミストを発生させる段階と、泡またはミストにより洗浄液をフィルタ内に浸透させる段階と、付着物が溶出した洗浄液を含むフィルタを水で洗浄する段階とを含む、洗浄方法も提供される。

本発明のフィルタの洗浄装置および洗浄方法を提供することにより、フィルタに付着、堆積したＰＭを、短時間で、簡単かつ充分に除去することができる。また、フィルタが破損することはなく、洗浄装置を安価で提供することが可能となる。

ＤＰＦの使用例と、ＤＰＦの内部構造を例示した図。 洗浄装置の第１の構成例を示した図。 図２に示す洗浄装置により実施されるフィルタの洗浄の流れを示したフローチャート。 洗浄装置の第２の構成例を示した図。 洗浄装置の第３の構成例を示した図。 洗浄装置の第４の構成例を示した図。 図６に示す洗浄装置により実施されるフィルタの洗浄の様子を示した図。 試験片を各洗浄液に浸漬させた直後と一定時間経過後の様子を示した図。 布の中に入れた煤にジエチレングリコールモノメチルエーテルの濃度が異なる洗浄液を垂らしたときの様子を示した図。

本発明のフィルタの洗浄装置および洗浄方法は、燃料を燃焼させることにより生成された排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕捉し、排ガス中からこのＰＭを除去するフィルタを洗浄するための装置および方法である。このフィルタが設置される装置としては、エンジンを搭載した自動車、トラック、建設機械、漁船、発電機等を挙げることができる。これらは一例であり、これ以外の装置であってもよく、化学プラント、発電プラント、製鉄所等であってもよい。上記のエンジンは、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。以下、エンジンをディーゼルエンジンとし、フィルタをそのディーゼルエンジンに用いられるＤＰＦとして説明する。

ディーゼルエンジンは、往復運動を行うピストンと、そのピストンの往復運動を回転運動に変換する軸としてのクランクシャフトと、ピストンを収納し、燃料の燃焼室を構成するシリンダとを含んで構成される。これは、ガソリンエンジンも同様である。シリンダ内には、燃料および空気が供給され、燃料を燃焼させることにより、ピストンを往復運動させる。このとき、クランクシャフトやシリンダ壁を潤滑するために、潤滑剤としてのエンジンオイルが燃料に少量混ぜられ、燃料とともにシリンダ内に供給される。

エンジンオイルには、耐摩耗剤や酸化防止剤としての亜鉛化合物や、酸中和剤としてのカルシウム化合物等の灰分（アッシュ）、燐、硫黄を含む金属系添加剤が含まれており、燃料中にも、各種の添加剤が含まれている。このため、燃料を燃焼させると、二酸化炭素、水蒸気、窒素、酸素のほか、一酸化炭素、メタン等の炭化水素、窒素酸化物等のガスと、未燃焼炭素、硫黄酸化物、高分子炭化水素、金属系化合物、有機酸やその塩、ごみ等のＰＭが、排ガスを構成してディーゼルエンジンから排出される。

ＤＰＦは、ディーゼルエンジンから排出されたＰＭを捕捉し、酸化触媒も実装する場合は、一酸化炭素、炭化水素、未燃焼炭素の一部を酸化して無害化する。図１は、ＤＰＦの使用例と、ＤＰＦの内部構造を例示した図である。ＤＰＦは、図１（ａ）に示すように、排気管１０内に配設され、酸化触媒１１と、触媒付き微粒子フィルタ１２とから構成される。矢線で示す排ガスが流れる方向の前流側に、酸化触媒１１が設置され、その後流側に、微粒子フィルタ１２が設置される。酸化触媒１１と微粒子フィルタ１２のいずれも、断面が円形の排気管１０内に隙間なく配設するために、略円柱状のものとされている。

酸化触媒１１は、排ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、未燃焼炭素を酸化して無害化する。すなわち、これらを酸化して、無害の二酸化炭素および水蒸気へ変換する。酸化触媒１１は、図１（ｂ）に示すように、一端から他端に向けて排ガスが通る直線状の複数の通路１３を備えた担体と、各通路１３内の壁面に担持されている貴金属からなる図示しない触媒とにより構成される。なお、担体としては、セラミック材料により製造されたものを用いることができる。触媒は、その触媒を含有する溶液にその担体を浸漬させることにより、各通路１３内の壁面に担持させることができる。この方法は一例であり、その他の方法を採用してもよい。

微粒子フィルタ１２は、図１（ｂ）に示すように、一端から他端に向けて直線状の複数の通路１４が形成され、複数の通路１４の一端または他端が交互に閉じられた構造とされている。このため、排ガスは、矢線に示すように、酸化触媒１１側の一端が開いている通路１４へ入り、隣り合う通路１４へ壁面を通して流れ、該隣り合う通路１４の開いている他端から排出される。排ガス中の気体成分、例えば二酸化炭素や水蒸気等は、この壁面を通して流れ、排ガス中のＰＭは、この壁面を通過することができないので、この壁面によって捕捉され、その壁面に付着、堆積する。

ＤＰＦは、ＰＭの一部を、酸化触媒１１の各通路１３内に、また、その残りの大部分を、微粒子フィルタ１２の各通路１４内、すなわち図１（ｂ）に示す微粒子フィルタ１２の他端が閉じられた通路１４内に捕捉する。微粒子フィルタ１２には、触媒が担持されているため、捕捉されたＰＭを強制的に燃焼して、フィルタを再生することができ、これを繰り返すことにより、連続的にＰＭ１５を処理することができるようになっている。しかしながら、長期にわたって使用するうちにその処理効率が低下し、徐々にＰＭ１５が付着、堆積して目詰まりを引き起こす。このため、定期的にＤＰＦを取り外し、洗浄することが必要となっている。

ちなみに、微粒子フィルタ１２は、触媒として、酸化触媒のほか、還元触媒も担持することができ、その還元触媒によって排ガス中の窒素酸化物を、窒素および酸素に還元することができる。この微粒子フィルタ１２も、セラミック材料により製造されたものを用いることができ、上記と同様の方法により触媒を担持させることができる。なお、還元触媒は、微粒子フィルタ１２に担持させるのではなく、この微粒子フィルタ１２の後流側に別途設けてもよい。

ＤＰＦは、例えば、水圧をかけて水により洗浄することができるが、これでは、付着、堆積したＰＭ１５からなる付着物をほとんど取り除くことができない。そこで、一般に、洗浄液にＤＰＦを浸漬させ、洗浄液に付着物を溶出させることにより除去することが行われている。しかしながら、これでは、時間がかかり、大量の洗浄液が必要となる。

水ではなく、洗浄液をＤＰＦに噴射させ、その噴射圧によって付着物を除去する方法もある。しかしながら、図１（ｂ）に示すように、ＤＰＦは複数の通路１３、１４を有するため、いずれか１つの通路１３、１４の目詰まりが解消し、その通路１３、１４が流れやすくなれば、その通路１３、１４のみを通って流れるため、他の通路１３、１４に付着した付着物が除去されにくくなってしまう。これは、洗浄液の噴射圧を上げていっても、ほぼ同様の結果となる。したがって、この方法では、ＤＰＦ内に付着した付着物を充分に除去することはできない。

本発明では、洗浄液を噴射させ、その噴射圧によって付着した付着物を除去するのではなく、洗浄液の泡またはミストを発生させ、それをＤＰＦ内に浸透させた後、ＤＰＦを水洗すると、短時間かつ少量の洗浄液で、ＤＰＦ内に強固に付着した付着物を充分に除去できることを見出した。これは、洗浄液が泡またはミストの状態でＤＰＦ内に広く浸透するので、ＤＰＦ内の広い範囲にわたって付着している付着物が洗浄液中に溶出され、それを水で洗浄液ごと洗い流すことにより、ＤＰＦから除去できているものと推定している。

そこで、本発明では、これを実現するための装置および方法を提供する。図２は、その装置として、ＤＰＦといったフィルタを洗浄する洗浄装置の第１の実施形態を示した図である。この洗浄装置は、フィルタに捕捉され、付着した付着物を溶出させる洗浄液の泡またはミストを発生させる泡ミスト発生装置と、フィルタを収容し、内部で泡ミスト発生装置により泡またはミストを発生させ、泡またはミストにより洗浄液をフィルタ内に浸透させるための容器と、付着物が溶出した洗浄液を含むフィルタを水洗する水洗装置とを含む。なお、この図２では、水洗装置は省略しており、図示していない。

図２では、フィルタは、酸化触媒１１と、微粒子フィルタ１２とから構成されるＤＰＦとされている。泡ミスト発生装置は、容器２０内に収容された洗浄液２１に浸漬させた、所定サイズの径を有する円形の複数の孔２２が形成された多孔板２３と、空気を圧縮し、多孔板２３の下側へ圧縮空気を供給する空気圧縮装置（エアコンプレッサ）２４とを含んで構成されている。エアコンプレッサ２４から吐出された圧縮空気は、多孔板２３を通り抜けると、複数の気泡となって洗浄液２１の液面へ向けて移動する。このときの状態は、洗浄液２１をバブリングしている状態である。洗浄液２１の液面では、洗浄液２１の種類によって、その気泡がはじけて洗浄液２１のミスト（霧状物）が発生し、または洗浄液２１が気泡を包んでできた泡が発生する。

多孔板２３は、洗浄液２１中に適切な大きさの気泡を形成させることができるサイズの孔を形成したものを使用する。孔のサイズは、小さい方が望ましいが、小さくしすぎると、エアコンプレッサ２４の吐出圧を上げる必要があるので、約０．１〜１ｍｍ径の孔が好ましい。多孔板２３としては、パンチングメタル等を使用することもできる。なお、このサイズの孔の場合、エアコンプレッサ２４は、０．２〜０．５ＭＰａの圧力で圧縮空気を吐出させることができる。

容器２０は、図２に示すような下部が円錐形となったものに限らず、半球形や平坦のものであってもよい。容器２０内部には、所定の高さ位置にＤＰＦを載せるための網２５が設置される。網２５は、洗浄液２１の泡またはミストが通り抜けることができ、かつＤＰＦを載せることができれば、それらが通り抜ける穴のサイズ（メッシュサイズ）はいかなる大きさ、数、形状であってもよい。網２５としては、上記のパンチングメタルや、エキスパンドメタル等を使用することができる。

容器２０内には、ＤＰＦを収容する前に、洗浄液２１が収容される。洗浄液２１は、図２に示すように、多孔板２３よりその液面が上側に位置する高さまで入れられる。なお、洗浄液２１の液面高さは、多孔板２３より上側であれば、網２５より高い位置まで入れられ、ＤＰＦの一部が浸漬された状態になっていてもよい。容器２０の上部は、開放されていてもよいし、蓋等により閉鎖されていてもよい。ただし、閉鎖する場合、エアコンプレッサ２４から圧縮空気を送り続けることから、容器２０内の圧力が上昇しないように、蓋等に窓等を設け、その窓等から内部の空気等を適宜放出させることが望ましい。

洗浄液２１としては、ＤＰＦに付着している付着物を溶出させることができるものであればいかなる液であってもよい。泡は、界面活性剤を含有する液であれば、エアコンプレッサ２４によってその液をバブリングすることで発生させることができる。洗浄液２１の一例として、日本油化工業株式会社製のユニゾールＳＨや、株式会社スリーボンド製のスリーボンド（登録商標）６６５４等を使用することができる。これらの液は、界面活性剤を含有する液である。

ここで、ＤＰＦには、触媒としての貴金属が担持されている。貴金属としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム等が使用される。この貴金属は、界面活性剤を含む洗浄液を使用すると、担体から剥がれ落ちる量が多く、触媒としての機能が低下することが分かった。このため、洗浄液２１としては、界面活性剤を含まない液がより望ましい。付着物を良好に溶出させて除去することができ、かつ界面活性剤を含まない液としては、例えば、グリコールエーテル系の有機溶媒またはその水溶液を用いることができる。

グリコールエーテル系の有機溶媒としては、これらに限定されるものではないが、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等を挙げることができる。

なお、水溶液にする場合、水の含有量が多いと付着物を充分に溶出させることができなくなるので、グリコールエーテル系の有機溶媒が、約７０体積％以上であることが望ましい。

図２では、容器２０内で洗浄液２１の泡またはミストを発生させているが、容器２０外で泡ミスト発生装置により泡またはミストを発生させ、その泡またはミストを容器２０内に受け入れてもよい。その場合、泡ミスト発生装置と容器２０との間を、配管および弁を介して接続し、弁を開閉させることにより、容器２０内への受け入れ、および停止を制御することができる。

容器２０内に発生させた泡は、時間が経過すると消失し、ミストは、ミスト同士が集まって、液滴となって現れる。この液滴は、容器２０の内壁、蓋、フィルタの内部および外面等に発生し、網２５を通して洗浄液２１が貯留されている容器２０の底へ向けて自然に落下し、回収される。

図３に示すフローチャートを参照して、図２に示した洗浄装置を用いたＤＰＦ等のフィルタの洗浄の流れについて説明する。フィルタは、車両に取り付けられているものとする。ステップ３００から開始し、まず、車両からフィルタを取り外す。フィルタの取り外しは、車両の排気管を取り外し、排気管内からフィルタを抜き出す等して取り外すことができる。

ステップ３０５では、容器２０内に洗浄液２１を所定量入れ、網２５を設置した後、その網２５上にフィルタを載せる。なお、洗浄液２１を容器２０内に入れ、網２５を設置する作業は、車両からフィルタを取り外す前に実施してもよい。

ステップ３１０では、エアコンプレッサ２４を起動させ、洗浄液２１内に圧縮空気を送り込む。ステップ３１５では、洗浄液２１を圧縮空気によりバブリングし、洗浄液２１の泡またはミストを発生させる。ステップ３２０では、所定時間が経過したかを判断する。この間、泡またはミストの状態で洗浄液２１がフィルタ内に浸透していき、その洗浄液２１に付着している付着物が溶出していく。

フィルタを洗浄液２１に浸漬させてＰＭを除去する場合、１〜２日程度浸漬させるが、本発明では、３０分〜５時間程度、泡またはミストを発生させ、その雰囲気内に置いておくだけで充分である。この程度の時間であっても、一定の期間の間、一定のフィルタ性能を確保することができる程度にまで充分に付着物を除去することができるからである。上記の所定時間は、３０分〜５時間のうちの任意の時間を設定することができる。

エアコンプレッサ２４を起動させると、すぐに泡またはミストが発生するので、ステップ３２０では、例えば、エアコンプレッサ２４を起動させてから所定時間が経過したか否かを判断し、経過した場合は、ステップ３２５へ進む。なお、経過するまではこの判断が繰り返され、フィルタが泡で覆われ、またはミスト雰囲気内に置かれる。

ステップ３２５では、エアコンプレッサ２４を停止し、容器２０内からフィルタを取り出す。泡を発生させた場合、フィルタは泡で覆われた状態になっている。ステップ３３０では、取り出したフィルタを水で洗浄する。水による洗浄は、例えば、シャワーノズルと、水を貯留するタンクと、タンク内の水を所定の圧力でシャワーノズルへ供給するポンプとを備えた水洗装置を用いて実施することができる。また、ホースのみを用い、ホースを蛇口に取り付け、ホースから水を噴射させてフィルタを水洗することもできる。これらは一例であり、その他の構成を採用してもよい。水による洗浄では、フィルタへ水を噴射することにより、フィルタ内に浸透して付着物が溶出した洗浄液２１を、その噴射した水とともに、フィルタ外へ排出させることができる。

ステップ３３５では、エアコンプレッサ２４でも、他のエアコンプレッサやブロワでもよいが、フィルタをエアブローし、フィルタに付着した水分を吹き飛ばし、水分を除去する。ここでは、エアブローして水分を除去しているが、乾燥機に入れ、乾燥させることにより水分を除去してもよい。この水分を除去したところで、ステップ３４０へ進み、フィルタの洗浄を終了する。洗浄したフィルタは、再び車両に取り付け、再利用することができる。図３に示したフローチャートでは、ステップ３３０において水で洗浄し、ステップ３３５でエアブローを行って洗浄処理を終了しているが、これらのステップを複数回繰り返し実施してもよい。例えば、５分間水で洗浄し、５分間エアブローするのを、２〜１０回程度繰り返し実施することができる。なお、５分間に限定されるものではなく、２〜３分間や１０分間等であってもよい。また、水での洗浄とエアブローの時間は、上記でいう５分間という同じ時間であってもよいし、異なる時間であってもよい。

本発明の洗浄装置の構成は、図２に示した構成に限定されるものではない。その他の構成として、例えば、図４に示すような構成を採用することもできる。図４は、洗浄装置の第２実施形態を示した図である。この洗浄装置は、内部に網４０が設置される容器４１と、洗浄液４２が貯留される液貯留槽４３、洗浄液４２を搬送する液搬送装置としての液ポンプ４４、洗浄液４２を噴霧させる噴霧ノズル４５から構成される泡ミスト発生装置と、図示しない水洗装置とを含んで構成されている。

網４０、容器４１、図示しない水洗装置については、図２に示した洗浄装置で使用するものと同様のものであるため、ここではその説明を省略する。なお、図４では、容器４１の下部に洗浄液４２を排出するための排出ノズル４６が設けられている。これは、洗浄液４２を液貯留槽４３に戻すためである。容器４１内には、所定の高さ位置に網４０が設置され、容器４１は、所定の高さ位置に設置される。容器４１の下部には、容器４１内の洗浄液４２を受ける液貯留槽４３が配置され、液貯留槽４３に近隣して洗浄液４２を噴霧ノズル４５へ向けて搬送する液ポンプ４４が設置されている。

酸化触媒および微粒子フィルタ（以下、まとめてフィルタと呼ぶ。）は、網４０上に載せられ、フィルタ４７の上面に近隣して噴霧ノズル４５が配設される。ここでは、フィルタ４７の上面に近隣して噴霧ノズル４５が配設されているが、フィルタ４７の上面から離間して位置に噴霧ノズル４５が配設されていてもよい。また、噴霧ノズル４５は、フィルタ４７の下面を支持する網４０の下側に配設されていてもよい。なお、フィルタ４７の側方に噴霧ノズル４５を配設してもよいが、ミストにより洗浄液４２を効率良くフィルタ４７の内部へ浸透させるためには、上述した複数の通路が延びる方向である、フィルタ４７の上側または下側に配設することが望ましい。

図４に示す構成では、液貯留槽４３内に洗浄液４２を入れ、液ポンプ４４を起動させ、噴霧ノズル４５によりミストを発生させる。ミストは、例えば、フィルタ４７内を通り抜ける際、ミスト同士が集合して液滴となり、自重によって下方へ移動し、容器４１の下部に設けられた排出ノズル４６から液貯留槽４３へ排出される。

図４では、網４０が一枚のみ設置されているが、網４０の下側に目が細かい網やフィルタを設置し、上記の液滴に含まれる付着物、例えば煤等を除去し、その付着物が除去された洗浄液４２を再利用することが望ましい。噴霧ノズル４５の目詰まり等が発生しないようにするためである。

図５は、洗浄装置の第３実施形態を示した図である。図５に示す洗浄装置は、図２に示した洗浄装置と同様の容器５０、網５１、多孔板５２、エアコンプレッサ５３を備え、容器５０内に洗浄液５４が収容されている。これらについてはすでに説明したので、ここでは説明を省略する。なお、この容器５０は、上部が蓋等によって閉鎖され、内部のガスが上部から放出されないようになっている。

容器５０内は、エアコンプレッサ５３により圧縮空気が供給され、その圧縮空気で満たされていくので、容器５０内の圧力が上昇していく。このため、容器５０内の空気を適宜排出させる必要がある。しかしながら、この空気には、洗浄液成分も含まれていて、洗浄液成分は、比較的毒性は低いが、毒性が全くないというものではないため、大気中へ排出しないほうが望ましい。ちなみに、この洗浄液成分は、水溶性を有するものである。

そこで、図５では、水が貯留された貯水槽５６と、容器５０の上部側壁に一端が接続され、他端が貯水槽５６に貯留された水中に挿入された配管５７とをさらに備え、容器５０から排出されたミストを含む空気を、貯水槽５６を通して大気中へ排出するように構成する。これにより、ミストを構成する洗浄液５４成分は、貯水槽５６中の水に溶解するので、大気中へ排出されるのを防止することができる。

ここでは、洗浄液５４が水溶性のものである場合について説明したが、洗浄液５４が水に溶けにくいものである場合、その洗浄液５４を溶解する溶媒を、上記の水の代わりに使用することができる。

図６は、洗浄装置の第４実施形態を示した図である。図６に示す洗浄装置は、図２に示した洗浄装置と同様の容器６０、網６１、多孔板６２、エアコンプレッサ６３を備え、容器６０内に洗浄液６４が収容されている。これらについてはすでに説明したので、ここでは説明を省略する。この容器６０は、蓋を備え、適宜開閉させて、容器６０内のガスを放出させることができる。また、図５に示すような貯水槽５６および配管５７を設け、貯水槽５６を介して放出させることもできる。

容器６０は、洗浄液６４を排出させるための排出ノズル６５と、排出ノズル６５に設けられる弁６６とを備えている。また、容器６０は、散水するためのシャワーノズル６７も備えている。この洗浄装置は、容器６０の下側に、洗浄液６４を受けるための洗浄液受け容器６８も備えている。これらをどのように使用するかについて、図７を参照して詳細に説明する。

図７（ａ）は、容器６０内にフィルタ６９を入れ、エアコンプレッサ６３を起動させて洗浄液６４をバブリングし、洗浄液６４をフィルタ６９内に浸透させているところを示した図である。この段階は、フィルタ６９を洗浄液６４により洗浄する段階である。このとき、弁６６は、閉止され、洗浄液６４が容器６０下側にある洗浄液受け容器６８へ排出されないようにしている。また、シャワーノズル６７への水の供給も停止しており、シャワーノズル６７から水が噴射されないようにしている。

図７（ｂ）は、エアコンプレッサ６３を一時停止し、容器６０内の洗浄液６４を、洗浄液受け容器６８へ排出しているところを示した図である。この段階は、フィルタ６９の洗浄液６４による洗浄が終了した段階である。このとき、弁６６は、開かれ、容器６０内の洗浄液６４が洗浄液受け容器６８に排出されている。

図７（ｃ）は、シャワーノズル６７から水を噴射し、フィルタ６９を水で洗浄しているところを示した図である。この段階は、容器６０内の洗浄液６４がすべて抜き出され、洗浄液受け容器６８を他の場所へ移動させ、水受け容器７０を新たに容器６０の下側に配置して水で洗浄する段階である。このとき、弁６６は、開かれたままとされ、シャワーノズル６７から水を噴射させてフィルタ６９を水で洗浄し、洗い流すのに使用した水は、水受け容器７０に排出されている。

図７（ｄ）は、エアコンプレッサ６３を起動させ、フィルタ６９をエアブローしているところを示した図である。この段階は、水洗後にフィルタ６９を乾燥させる段階である。シャワーノズル６７からの水の噴射を停止させ、水受け容器７０に容器６０内の水をすべて排出させた後、エアコンプレッサ６３を起動させる。このとき、容器６０の上部が蓋で覆われている場合にはその蓋を取り外す。エアコンプレッサ６３から圧縮空気をフィルタ６９に向けて噴射させ、エアブローを行い、フィルタ６９に付着している水分を飛ばす。

図６および図７に示した構成を採用することにより、１つの容器でフィルタの洗浄から乾燥までを行うことができる。

ここに、使用済みのＤＰＦを、７ｍｍ×７ｍｍ×４０ｍｍのサイズに切り出したものを試験片として用い、３種類の洗浄液に１時間浸漬させた場合の浸漬試験の結果を示す。試験片は、ディーゼルエンジンを搭載したトラックの排気管に設置されたハニカム構造のフィルタを、図８（ａ）に示すような形状に切り出したものを使用した。洗浄液を入れる容器には、蓋を回して閉めることができるスクリュー管を用い、そのスクリュー管の中に、その試験片を浸漬させることができる同じ量の各洗浄液を入れた。洗浄液には、ジエチレングリコールモノメチルエーテル１００％の溶液、日本油化工業株式会社製のユニゾールＳＨ１００％の溶液、水の３種類を用いた。

図８（ｂ）に、ジエチレングリコールモノメチルエーテルを用いた場合の結果を、図８（ｃ）に、ユニゾールＳＨを用いた場合の結果を、図８（ｄ）に、水を用いた場合の結果をそれぞれ示す。図８（ｄ）の水は、試験片を浸漬させた直後と１時間経過した後の両方において、液の色に変化がなく、付着物はほとんど溶出していない。これに対し、図８（ｂ）、（ｃ）のジエチレングリコールモノメチルエーテルおよびユニゾールＳＨでは、液の色が黒色へ大きく変わり、付着物が溶出していることがわかる。特に、図８（ｂ）のジエチレングリコールモノメチルエーテルは、界面活性剤を含有するユニゾールＳＨに比べて、界面活性剤を含有しないにもかかわらず、より多くの付着物を溶出させることができることが見出された。

なお、ここには示していないが、その他のジエチレングリコールモノブチルエーテルやトリエチレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル系の有機溶媒は、同様に、ユニゾールＳＨに比較して、より多くの付着物を溶出させることができる。このため、洗浄液として、ユニゾールＳＨも使用することができるが、グリコールエーテル系の有機溶媒は、上記のようにフィルタに担持させた触媒が、洗浄中に剥がれ落ちる量を少なくすることができ、かつ高い洗浄力を有する点で、特に有用である。

上記で使用したジエチレングリコールモノメチルエーテルは、水で希釈し、濃度を変えて使用することができる。ここに、濃度を変えて試験を行った結果を示す。試験は、ビーカー、ジエチレングリコールモノメチルエーテル１００％溶液、水、メスピペットを用い、水のみ、ジエチレングリコールモノメチルエーテルと水との容積比が５：５、６：４、７：３、８：２の５種類用意した。また、電子天秤を使用し、煤０．０１ｇを計量し、５つ用意した。

スクリュー管（６０ｃｃ）の蓋を外したものを５つ用意し、各スクリュー管上に漏斗を載せ、漏斗内に布を入れ、その布の中に計量した煤を入れた。そして、用意した各液を１０ｃｃずつ垂らし、漏斗から落ちてくる液の様子を観察した。

図９（ａ）〜（ｅ）は順に、水、５：５、６：４、７：３、８：２の結果を示した図である。水だけの場合は、煤をはじきながら水が落ちるので、ほとんど水には煤が溶出しないことがわかった。５：５の場合でも、煤をはじきながら溶液が落ちるので、ほとんど溶液に煤が溶出しないことがわかった。６：４の場合、細かい煤が通り抜けているだけで、わずかしか煤が溶出しないことがわかった。

７：３にすると、最初の１０ｃｃ、次の１０ｃｃを垂らしたとき、溶液が布を通り抜けるのに時間がかかり、煤と混じり合いながら落ちた。その次の３０ｃｃ目以降は、ほとんど煤を含まない溶液が落ちていることを確認した。このため、図９（ｄ）に示すように、最初に落ち、底に溜まった煤がその後に落ちた溶液によって煙のように舞い上がる様子が確認された。

８：２にすると、最初の１０ｃｃを垂らしたとき、溶液が布を通り抜けるのに時間がかかり、煤と混じり合いながら落ちた。次の２０ｃｃ目以降は、ほとんど煤を含まない溶液が落ちていることを確認した。このため、図９（ｅ）に示すように、最初に落ち、底に溜まった煤がその後に落ちた溶液によって煙のように舞い上がる様子が確認された。

このことから、ジエチレングリコールモノメチルエーテルを水に溶解し、水溶液として用いる場合、その濃度を７０％以上にする必要があることが見出された。ここでは、ジエチレングリコールモノメチルエーテルのみを示したが、その他のジエチレングリコールモノブチルエーテルやトリエチレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル系の有機溶媒でも、ほぼ同様の結果が得られた。

本発明の洗浄装置および洗浄方法は、泡またはミストにより洗浄液をフィルタ内の広い範囲に行き渡らせ、強固に付着した付着物を溶出させることができるので、フィルタに付着した付着物を簡単かつ充分に除去することができる。また、３０分〜５時間という短い時間で付着物を充分に溶出させることができるので、短時間でのフィルタ洗浄が可能となる。

洗浄液を高圧にして供給する必要がなく、装置構成が簡単であるため、安価で提供することができる。また、フィルタに対して洗浄液を高圧で噴射させる必要がないため、フィルタが破損することもない。さらに、洗浄液として、グリコールエーテル系の有機溶媒またはその水溶液を用いることで、洗浄中に、フィルタに担持されている触媒が剥がれ落ちる量を大幅に減らすことができる。このため、洗浄後のフィルタは、新品のフィルタとほぼ同等の性能を有し、次の洗浄までの期間を延ばすことができる。

これまで本発明のフィルタの洗浄装置および洗浄方法について詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…排気管、１１…酸化触媒、１２…微粒子フィルタ、１３、１４…通路、１５…ＰＭ、２０、４１、５０、６０…容器、２１、４２、５４、６４…洗浄液、２２…孔、２３、５２、６２…多孔板、２４、５３、６３…エアコンプレッサ、２５、４０、５１、６１…網、４３…液貯留槽、４４…液ポンプ、４５…噴射ノズル、４６、６５…排出ノズル、４７、６９…フィルタ、５６…貯水槽、５７…配管、６６…弁、６７…シャワーノズル、６８…洗浄液受け容器、７０…水受け容器

Claims (10)

1. 燃料の燃焼により生成された排ガスが通されるフィルタを洗浄する装置であって、
   前記フィルタに付着した付着物を溶出させる洗浄液の泡またはミストを発生させる泡ミスト発生装置と、
   前記フィルタを収容し、内部で前記泡ミスト発生装置により前記泡またはミストを発生させ、または内部に前記泡ミスト発生装置により発生させた前記泡またはミストを受け入れて、該泡またはミストにより洗浄液を前記フィルタ内に浸透させるための容器と、
   前記付着物が溶出した前記洗浄液を含む前記フィルタを水で洗浄する水洗装置とを含む、洗浄装置。
2. 前記泡ミスト発生装置は、前記洗浄液に浸漬される多孔板と、空気を圧縮し、前記多孔板の下側へ圧縮空気を供給する空気圧縮装置とを含む、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記容器から排出された前記ミストを含む空気が通される貯水槽をさらに含む、請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記泡ミスト発生装置は、前記容器の下部に配置され、前記洗浄液が貯留される液貯留槽と、前記洗浄液を搬送する液搬送装置と、前記液搬送装置により搬送された前記洗浄液を噴霧させる噴霧ノズルとを含む、請求項１に記載の洗浄装置。
5. 前記洗浄液は、グリコールエーテル系の有機溶媒またはその水溶液である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗浄装置。
6. 燃料の燃焼により生成された排ガスが通されるフィルタを洗浄する方法であって、
   前記フィルタを容器内に収容する段階と、
   前記フィルタに付着した付着物を溶出させる洗浄液の泡またはミストを発生させる段階と、
   前記泡またはミストにより前記洗浄液を前記フィルタ内に浸透させる段階と、
   前記付着物が溶出した前記洗浄液を含む前記フィルタを水で洗浄する段階とを含む、洗浄方法。
7. 前記泡またはミストを発生させる段階では、該泡またはミストを、前記洗浄液をバブリングすることにより発生させる、請求項６に記載の洗浄方法。
8. 前記容器から前記ミストを含む空気を、貯水槽を通して放出する段階をさらに含む、請求項７に記載の洗浄方法。
9. 前記泡またはミストを発生させる段階では、前記容器の下部に配置され、前記洗浄液が貯留される液貯留槽から噴霧ノズルへ液搬送装置により該洗浄液を搬送する段階と、前記噴霧ノズルにより前記洗浄液を噴霧させる段階とを含む、請求項６に記載の洗浄方法。
10. 前記洗浄液は、グリコールエーテル系の有機溶媒またはその水溶液である、請求項６〜９のいずれか１項に記載の洗浄方法。