JP2017100109A - フィルタ及びこれを用いた排ガス採取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することが可能なフィルタ及びこれを用いた排ガス採取装置を提供することを目的とする。【解決手段】排ガス流路から排ガスの一部を採取する排ガス採取装置に用いられるフィルタであって、排ガス中の煤塵を捕集する第１フィルタ層と、第１フィルタ層に重ねて設けられ、排ガス中の硫黄酸化物と反応する成分を含み、排ガス中の硫黄酸化物及び煤塵を除去する第２フィルタ層と、第２フィルタ層を区分けし、かつ第２フィルタ層よりも排ガスを透過させない仕切り部と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、排ガス中の煤塵等を除去するフィルタ及びこれを用いた排ガス採取装置に関する。

排ガスに含まれるアンモニア濃度を測定するための排ガス採取装置が知られている。特許文献１には、プローブの内部に採取チューブを設け、採取チューブにより排ガスを採取するとともに、採取チューブを洗浄することにより、アンモニアを採取する技術が記載されている。また、特許文献１には、排ガス中の煤塵が採取装置に混入することを防止するために、排ガスを導入する導入管や接続管にフィルタを設けることが記載されている。

特開２０１２−９３１５６号公報

火力発電所等の排ガス中には、多くの煤塵及び高濃度の三酸化硫黄等の硫黄酸化物が含まれる場合があり、アンモニア濃度の測定誤差の要因となっている。特許文献１には、煤塵及び硫黄酸化物を捕集するためのフィルタの構造について記載されていない。

本発明は、上記課題を解決して、排ガス中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することが可能なフィルタ及びこれを用いた排ガス採取装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によるフィルタは、排ガス流路から排ガスの一部を採取する排ガス採取装置に用いられるフィルタであって、前記排ガス中の煤塵を捕集する第１フィルタ層と、前記第１フィルタ層に重ねて設けられ、前記排ガス中の硫黄酸化物と反応する成分を含み、前記排ガス中の硫黄酸化物及び煤塵を除去する第２フィルタ層と、前記第２フィルタ層を区分けし、かつ前記第２フィルタ層よりも前記排ガスを透過させない仕切り部と、を有する。

これによれば、排ガス流路から採取された排ガスがフィルタ内を透過することにより、排ガス中の煤塵は第１フィルタ層に捕集され、排ガス中の硫黄酸化物及び煤塵は第２フィルタ層を通過する際に除去される。また、第２フィルタ層を区分けする仕切り部を有することにより、排ガスは第２フィルタ層の各部分を順次透過するため、フィルタ機能の低下を抑制しつつ、フィルタの長寿命化を図ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記第２フィルタ層の前記第１フィルタ層と反対側の面に、前記第２フィルタ層よりも前記排ガスを透過させない不透過層が設けられており、前記仕切り部は、前記不透過層との間に間隙を有している。これによれば、排ガスは、仕切り部と不透過層との間隙を通って、区分けされた第２フィルタ層の各部分を順次透過するため、フィルタの長寿命化を図ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記第２フィルタ層はアルカリ成分を含む材料を有しており、前記第２フィルタ層のうち前記排ガス中の硫黄酸化物と反応した反応部分が、前記第２フィルタ層の未反応部分から脱落する。これによれば、第２フィルタ層の機能が低下した反応部分が脱落することで、第２フィルタ層の機能が低下していない未反応部分が露出することとなり、フィルタ機能の低下を抑制することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１フィルタ層は、多孔質のセラミック材料または金属焼結体である。これによれば、確実に排ガス中の煤塵を捕集することができる。また、第１フィルタ層は、脱落した第２フィルタ層の反応部分を捕集することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１フィルタ層は筒状であり、前記第２フィルタ層は前記第１フィルタ層の外周に設けられており、前記仕切り部は、前記第１フィルタ層の外周に設けられ、前記第１フィルタ層の径方向外側に延び、かつ周方向に連続する。これによれば、円筒状のフィルタとすることで排ガスが透過する第１フィルタ層及び第２フィルタ層の面積を大きくして、効率良く排ガス中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第２フィルタ層の一端側は、前記排ガスが導入される導入部であり、前記第１フィルタ層の他端側の開口は、前記排ガスが導出される導出部であり、前記仕切り部は、前記導入部側から前記導出部側に向かう方向に複数配列されている。これによれば、第２フィルタ層は、仕切り部によって複数に区分けされ、第２フィルタ層の区分けされた各部分が、導入部側から導出部側に向かう方向に複数配置される。したがって、第２フィルタ層の区分けされた一部分のフィルタ機能が低下した場合に、次の部分の第２フィルタ層に順次排ガスが導入されるため、フィルタ機能の低下を抑制しつつ、長寿命化を図ることができる。

本発明の望ましい態様として、前記仕切り部は、前記第１フィルタ層との接続箇所から前記導入部側に傾斜している。これによれば、排ガスは、仕切り部に沿った経路で第１フィルタ層及び第２フィルタ層を透過するため、フィルタを透過する排ガスの損失を小さくすることができ、効率良く排ガスを採取することができる。

本発明の一態様による排ガス採取装置は、上記に記載のいずれかのフィルタと、前記排ガス流路の外部に配置され、前記排ガスからアンモニアを採取するアンモニア採取部と、前記排ガス流路の内部に一端が配置され、前記排ガス流路の外部に他端が配置される外管と、前記外管の内部に挿通され、前記フィルタの前記導出部と前記アンモニア採取部とを接続する採取管とを有する。

これによれば、排ガス流路の排ガスの一部は、フィルタにより煤塵及び硫黄酸化物が除去されてアンモニア採取部に導入される。したがって、煤塵及び硫黄酸化物による誤差の発生を抑制して、アンモニアの測定精度を向上させることができる。

本発明の一態様によるフィルタ及びこれを用いた排ガス採取装置によれば、排ガス中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することが可能である。

図１は、実施形態に係る排ガス採取装置を示す模式図である。 図２は、実施形態に係るフィルタの模式断面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線で切断して矢印方向から見たときの断面図である。 図４は、実施形態に係るフィルタによる排ガス中の煤塵及び硫黄酸化物の除去方法を説明する説明図である。 図５は、変形例に係るフィルタの模式断面図である。

以下、本発明に係るフィルタ及びこれを用いた排ガス採取装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施形態に記載された方法、装置及び変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、実施形態に係る排ガス採取装置を示す模式図である。本実施形態の排ガス採取装置１００は、例えば火力発電所等の排ガスＧに含まれるアンモニア濃度を測定するために、排ガスＧが流れる排ガス流路１から排ガスＧを採取する装置である。

図１に示すように、排ガス採取装置１００は、フィルタ３０と、排ガス採取部１０と、アンモニア採取部１０１とを有する。フィルタ３０は、排ガス流路１の内部に配置され、フィルタ３０を通過する排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物を除去する。フィルタ３０は、脱硝装置１６０よりも排ガス流路１の下流側に配置される。なお、フィルタ３０の詳細な説明は後述する。排ガス流路１は、流路壁２で囲まれる空間であり、例えば石炭火力発電所からの排ガスＧを排出する流路である。ただし、排ガス流路１は、石炭火力発電所に限られない。

排ガス流路１の内部を流れる排ガスＧは窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。脱硝装置１６０は、排ガスＧから窒素酸化物（ＮＯｘ）を取り除くために用いられる。脱硝装置１６０は、排ガスＧにアンモニア（ＮＨ_３）を注入し触媒に接触させることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に分解する。

脱硝装置１６０が排ガスＧ中に注入するアンモニアの一部は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応せずに触媒を通過することがある。脱硝装置１６０を通過した排ガスＧに含まれるアンモニア（未反応のアンモニア）は、排ガスＧに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）と反応して硫酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＳＯ_４）を生成する。生成された硫酸水素アンモニウムは、脱硝装置１６０の下流に配置されるエアヒーターを閉塞させる可能性がある。このため、火力発電所を円滑に運転するために、脱硝装置１６０を通過した排ガスＧに含まれるアンモニア濃度を把握する必要がある。

排ガス流路１を流れる排ガスＧの一部は、フィルタ３０を通過して排ガス採取部１０に採取され、アンモニア採取部１０１に導入される。排ガス採取部１０は、外管１２と、採取管２０と、接続部材１５とを備える。外管１２は、管状の部材であり、流路壁２を貫通して排ガス流路１の内部と外部とを接続する。外管１２は、一方の端部１２ａが排ガス流路１の内部に配置され、他方の端部１２ｂが排ガス流路１の外部に配置される。一方の端部１２ａにフィルタ３０が接続されることで、フィルタ３０が排ガス流路１の内部に固定される。外管１２とフィルタ３０との接続方法は特に限定されず、例えばねじ部材を用いて接続してもよく、接着剤を用いて接続してもよい。他方の端部１２ｂは、接続部材１５を介してアンモニア採取部１０１に接続される。

外管１２は、一方の端部１２ａに開口１３を有し、他方の端部１２ｂに開口１４を有する。外管１２の内部には、開口１３、１４を貫通して採取管２０が挿通される。外管１２は採取管２０を覆うことにより、採取管２０が高温の排ガスＧに直接曝されないようにする。外管１２は、例えば、ステンレス等の金属部材によって製造される。

採取管２０は、外管１２の内部に着脱可能に取り付けられる管状の部材である。採取管２０は、一方の端部がフィルタ３０に接続されて、フィルタ３０を通過した排ガスＧが開口２１から採取管２０に導入される。採取管２０は、他方の端部の開口２２から排ガスＧを導出する。採取管２０は、他方の端部がアンモニア採取部１０１の導入管１０５と接続される。採取管２０の他方の端部と導入管１０５とは、接続部材１５の貫通孔１５ａの内部で気密に接続される。採取管２０は、例えば合成樹脂によって製造され、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂により製造されることが好ましい。また、採取管２０は、可撓性を有していてもよい。

アンモニア採取部１０１は、排ガスＧに含まれるアンモニアの量（アンモニア濃度）を分析するために、排ガスＧに含まれるアンモニアを採取する。アンモニア採取部１０１は、ＪＩＳＫ００９９に規定される「排ガス中のアンモニア分析方法」を実現するための装置である。このアンモニア採取部１０１は、例えば、吸収液がアンモニアガスを吸収した後、インドフェノール法によってアンモニア濃度を分析（測定）できるように構成される。

図１に示すように、アンモニア採取部１０１は、第１吸収瓶１２０と、第２吸収瓶１２５と、空瓶１３０と、ポンプ１４０と、ガスメータ１５０とを有する。排ガス採取部１０と第１吸収瓶１２０とは、導入管１０５により接続される。第１吸収瓶１２０と第２吸収瓶１２５とは、第１接続管１２７により接続される。第２吸収瓶１２５と空瓶１３０とは、第２接続管１３２により接続される。空瓶１３０とポンプ１４０とは、第３接続管１４２により接続される。ポンプ１４０とガスメータ１５０とは、第４接続管１５２により接続される。

導入管１０５は、排ガス採取部１０から導出される排ガスＧを、一方の端部１０６から導入し、他方の端部１０７から第１吸収瓶１２０へ導出する管である。第１吸収瓶１２０及び第２吸収瓶１２５は、例えば密閉可能なガラス製の瓶である。第１吸収瓶１２０及び第２吸収瓶１２５には、それぞれ所定量の吸収液１１０が入っている。吸収液１１０は、所定濃度のほう酸溶液である。空瓶１３０は、排ガスＧや吸収液１１０等による汚損等からポンプ１４０及びガスメータ１５０を保護する空の瓶である。

なお、導入管１０５の他方の端部１０７は、第１吸収瓶１２０内の吸収液１１０に浸っている。第１接続管１２７の一端は、第１吸収瓶１２０内の吸収液１１０に浸っておらず、第１接続管１２７の他端は、第２吸収瓶１２５内の吸収液１１０に浸っている。第２接続管１３２の一端は、第２吸収瓶１２５内の吸収液１１０に浸っておらず、第２接続管１３２の他端は、空瓶１３０に接続される。

ポンプ１４０は、排ガスＧを吸引して、第１吸収瓶１２０、第２吸収瓶１２５及び空瓶１３０に導入し、ガスメータ１５０に導出する。ガスメータ１５０は、吸引される排ガスＧの流量を測定する。

本実施形態の排ガス採取装置１００のアンモニア採取方法は、ポンプ１４０を作動させると、排ガス流路１の内部の排ガスＧの一部が、フィルタ３０及び採取管２０を介して採取され、この排ガスＧがアンモニア採取部１０１に導入される。導入管１０５から導出される排ガスＧは、第１吸収瓶１２０及び第２吸収瓶１２５の吸収液１１０に順に導入され、排ガスＧに含まれるアンモニアが吸収液１１０によって吸収される。アンモニアガスが吸収された吸収液１１０により、アンモニア濃度を分析（測定）することができる。

アンモニア濃度の測定の際に、排ガスＧ中に含まれる煤塵及び高濃度の三酸化硫黄等の硫黄酸化物が混入すると測定誤差の要因となる場合がある。本実施形態の排ガス採取装置１００は、煤塵及び高濃度の三酸化硫黄等の硫黄酸化物を排ガスＧから除去するためにフィルタ３０が設けられている。次に、図２及び図３を参照してフィルタ３０について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るフィルタの模式断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線で切断して矢印方向から見たときの断面図である。

図２に示すように、フィルタ３０は、第１フィルタ層３１と、第２フィルタ層３２と不透過層３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃと、仕切り部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈと、を有する。

第１フィルタ層３１は円筒状の部材であり、第１フィルタ層３１の一端側（図２の左側）には開口３１Ａが設けられ、第１フィルタ層３１の他端側（図２の右側）には開口３１Ｂが設けられている。第１フィルタ層３１は、開口３１Ａを覆う蓋部３６が設けられ、開口３１Ｂには採取管２０が接続されている。採取管２０の開口２１は、第１フィルタ層３１の開口３１Ｂよりも内側に位置している。第１フィルタ層３１及び蓋部３６で囲まれた内部空間３８は、排ガスＧが通過する通路であり、排ガスＧは内部空間３８を通過して採取管２０に導出される。第１フィルタ層３１の後端側の開口３１Ｂは、排ガスＧを外部に導出する導出部である。

第１フィルタ層３１は、主に排ガスＧ中の煤塵を捕集するためのフィルタであり、後述する第２フィルタ層３２の脱落部分も捕集する。第１フィルタ層３１は、多孔質セラミックや多孔質の金属焼結体が用いられる。具体的には、第１フィルタ層３１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の多孔質セラミックや、ステンレス、ブロンズ等の金属焼結体を用いることができる。第１フィルタ層３１は、アンモニア濃度の測定誤差が発生しないように、アンモニア（ＮＨ_３）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応する鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）等の金属を含まないことが好ましい。

第２フィルタ層３２は、第１フィルタ層３１の外周に重ねて設けられている。図２に示すように、フィルタ３０の軸方向に沿って第２フィルタ層３２は第１フィルタ層３１と同じ長さを有している。第２フィルタ層３２の厚さは、第１フィルタ層３１よりも厚くなっている。また、図３に示すように、第２フィルタ層３２は第１フィルタ層３１の外周全体に接して設けられている。なお、このような態様に限られず、第２フィルタ層３２は第１フィルタ層３１と異なる長さであってもよく、第１フィルタ層３１の厚さ以下の厚さを有していてもよく、第１フィルタ層３１の外周の一部に設けられていてもよい。

第２フィルタ層３２は、排ガスＧ中の硫黄酸化物及び煤塵を捕集するためのフィルタである。第２フィルタ層３２は、アルカリ成分を含む多孔質材料が用いられる。第２フィルタ層３２は、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）等を含む材料を用いることができる。

例えば、三酸化硫黄（ＳＯ_３）を含む排ガスＧが、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む第２フィルタ層３２を透過すると、三酸化硫黄（ＳＯ_３）と第２フィルタ層３２のアルカリ成分とが反応し、下記の式（１）のように硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）が生成される。第２フィルタ層３２のうち三酸化硫黄（ＳＯ_３）と反応した部分は、脆化して脱落する。脱落した部分は、第１フィルタ層３１に捕集される。このようにして、第２フィルタ層３２を透過する排ガスＧ中の硫黄酸化物が除去される。式（１）は、第２フィルタ層３２として酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いた場合を示したが、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた場合は、式（２）に示すような反応により硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）が生成されて、排ガスＧ中の硫黄酸化物が除去される。

ＣａＯ＋ＳＯ_３→ＣａＳＯ_４ ・・・ （１）

ＭｇＯ＋ＳＯ_３→ＭｇＳＯ_４ ・・・ （２）

第２フィルタ層３２の外周に接して不透過層３５Ａが設けられている。フィルタ３０は、さらに、第２フィルタ層３２の一端側に設けられた不透過層３５Ｂと、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２の他端側に設けられた不透過層３５Ｃとを有する。不透過層３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは、第２フィルタ層３２よりも排ガスＧが透過しない材料により製造される。不透過層３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック材料や、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、スズ（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料又はこれらの合金を用いることができる。また、不透過層３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは、アンモニア濃度の測定誤差が発生しないように、アンモニア（ＮＨ_３）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応する鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）等の金属を含まないことが好ましい。

不透過層３５Ｂは、第２フィルタ層３２の一端側の面の一部を覆っている。具体的には、第２フィルタ層３２の第１フィルタ層３１と接する部分の近傍に不透過層３５Ｂが配置され、第２フィルタ層３２の一端側の面のうち外周側の部分が露出している。この第２フィルタ層３２の露出する部分である導入部３２Ａ、３２Ｂから、排ガスＧが第２フィルタ層３２の内部に導入される。不透過層３５Ｂ及び導入部３２Ａ、３２Ｂは、フィルタ３０の軸方向から見たときに、円環状になっている。

また、不透過層３５Ｃは、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２の後端側に設けられている。不透過層３５Ａは、第２フィルタ層３２の外周全体を覆って設けられており、不透過層３５Ｃは、不透過層３５Ａと連続して、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２の後端側を覆うように設けられている。不透過層３５Ａ及び不透過層３５Ｃにより、第２フィルタ層３２を透過した排ガスＧは排ガス流路１に戻ることが抑制され、確実に採取管２０に導入される。

以上のように不透過層３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを設けることにより、フィルタ３０を透過する排ガスＧの経路が形成される。具体的には、排ガス流路１内の排ガスＧの一部が第２フィルタ層３２の一端側の導入部３２Ａから導入され、第２フィルタ層３２及び第１フィルタ層３１を透過する。第２フィルタ層３２は、排ガスＧ中の三酸化硫黄等の硫黄酸化物を除去し、さらに第１フィルタ層３１は排ガスＧ中の煤塵を除去する。煤塵及び硫黄酸化物が除去された排ガスＧは、内部空間３８を通過して開口３１Ｂから採取管２０に導出される。

また、フィルタ３０は、第１フィルタ層３１に複数の仕切り部３３ａ−３３ｈが設けられている。仕切り部３３ａ−３３ｈは、フィルタ３０の軸方向に沿って複数配置されている。これにより、第２フィルタ層３２は、隣り合う仕切り部３３ａ−３３ｈ、第１フィルタ層３１、及び不透過層３５Ａで囲まれた部分に区分けされる。仕切り部３３ａ−３３ｈにより区分けされた第２フィルタ層３２の各部分が、フィルタ３０の軸方向に沿って配置される。仕切り部３３ａ−３３ｈは、不透過層３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃと同様に、第２フィルタ層３２よりも排ガスＧが透過しない材料で製造することができる。

複数の仕切り部３３ａ−３３ｈは、それぞれ、第１フィルタ層３１に接して外周を囲んで設けられている。図３に示すように、仕切り部３３ａ−３３ｈは、フィルタ３０の軸方向から見たときに円環状であり、第１フィルタ層３１と同心円状に設けられている（図３では仕切り部３３ｅのみ示す）。また、図２に示すように、複数の仕切り部３３ａ−３３ｈは、それぞれ、第１フィルタ層３１の径方向の外側に向かって延びるとともに、第１フィルタ層３１との接続箇所から導入部３５Ａ、３５Ｂ側に傾いている板状の部材である。このように仕切り部３３ａ−３３ｈを設けることにより、排ガスＧは、隣り合う仕切り部３３ａ−３３ｈの間を通って、第２フィルタ層３２、第１フィルタ層３１の順に透過する。

仕切り部３３ａ−３３ｈは、仕切り部３３ａ−３３ｈと第１フィルタ層３１とのなす角度θが鋭角であることが好ましい。角度θの適切な範囲は、仕切り部３３ａ−３３ｈの強度や厚さによって異なる。仕切り部３３ａ−３３ｈは、角度θが３０°以上、１５０°以下の範囲で傾斜していればよい。こうすれば、排ガスＧが仕切り部３３ａ−３３ｈに沿って第２フィルタ層３２及び第１フィルタ層３１を透過する際の抵抗を小さくすることができる。導入部３２Ａ、３２Ｂ側に配置された仕切り部３３ａは、第２フィルタ層３２の一端側の面に露出する。露出する仕切り部３３ａよりも径方向内側の部分の第２フィルタ層３２は、排ガスＧが初めに導入される導入部３２Ａであり、仕切り部３３ａよりも径方向外側の部分の第２フィルタ層３２は、排ガスＧが導入部３２Ａの後に導入される導入部３２Ｂである。

また、仕切り部３３ａ−３３ｈの外周側の端部は、不透過層３５Ａとの間に間隙を有して設けられている。仕切り部３３ａ−３３ｈの外周側の端部と不透過層３５Ａの内周面との間隙には、第２フィルタ層３２が設けられる。このような構造により、排ガスＧは、不透過層３５Ａと仕切り部３３ａ−３３ｈとの間隙を透過することができる。つまり、仕切り部３３ａ−３３ｈのうち、例えば、仕切り部３３ａよりも導入部３２Ａ側の部分の第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２のフィルタ機能が低下した場合、排ガスＧは、仕切り部３３ａと不透過層３５Ａとの間の間隙を通って、仕切り部３３ａと仕切り部３３ｂとの間の第２フィルタ層３２に導入される。このように、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２の一部分のフィルタ機能が低下した場合であっても、フィルタ機能が低下していない次の第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２を透過するように、排ガスＧの経路を順次変更することができる。したがって、フィルタ機能の低下を抑制しつつ、長寿命化を図ることができる。

以上のように、本実施形態のフィルタ３０及び排ガス採取装置１００によれば、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２を有しているため、排ガスＧ中の硫黄酸化物及び煤塵は第２フィルタ層３２を透過する際に除去され、排ガスＧ中の煤塵は第１フィルタ層３１に捕集される。したがって、排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することが可能である。煤塵及び硫黄酸化物が除去された排ガスＧがアンモニア採取部１０１に導入されるため、アンモニア濃度の測定誤差の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のフィルタ３０は、複数の仕切り部３３ａ−３３ｈを有しているため、仕切り部３３ａ−３３ｈにより第２フィルタ層３２が区分けされる。この第２フィルタ層３２の区分けされた各部分が、導入部３２Ａ側から開口３１Ｂ側に向かう方向に複数配置される。したがって、第２フィルタ層３２の一部分のフィルタ機能が低下した場合に、次の部分の第２フィルタ層３２に順次、排ガスＧが導入されるため、フィルタ機能の低下を抑制しつつ、長寿命化を図ることができる。

次に、図４を参照してフィルタ３０の排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物の除去方法について説明する。図４は、実施形態に係るフィルタによる排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物の除去方法を説明する説明図である。なお、図４各図は、フィルタ３０の導入部３２Ａ、３２Ｂ側の一部を軸方向に沿って切断して、拡大して示す部分拡大断面図である。図４各図に示す排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物の除去方法は、フィルタ３０の周方向において同様に進行する。ただし、フィルタ３０の周方向において除去の進行速度が異なっていてもよい。

図４に示すように、フィルタ３０の導入部３２Ａ、３２Ｂ側から開口３１Ｂ（図２参照）側に向かって仕切り部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ・・・が配列される。ここで、第１フィルタ層３１のうち、仕切り部３３ａとの接続箇所と蓋部３６との間の部分を第一部分３１ａとする。仕切り部３３ａとの接続箇所と、仕切り部３３ｂとの接続箇所との間に位置する部分を第二部分３１ｂとする。同様に、仕切り部３３ｂとの接続箇所と、仕切り部３３ｃとの接続箇所との間に位置する部分を第三部分３１ｃとし、仕切り部３３ｃとの接続箇所と、仕切り部３３ｄとの接続箇所との間に位置する部分を第四部分３１ｄとする。また、第２フィルタ層３２のうち、仕切り部３３ａと不透過層３５Ｂとの間の部分を第一部分３２ａ、仕切り部３３ａと仕切り部３３ｂとの間の部分を第二部分３２ｂ、仕切り部３３ｂと仕切り部３３ｃとの間の部分を第三部分３２ｃ、仕切り部３３ｃと仕切り部３３ｄとの間の部分を第四部分３２ｄとする。

本実施形態では、第２フィルタ層３２は、不透過層３５Ｂと仕切り部３３ａとの間に露出する導入部３２Ａと、仕切り部３３ａと不透過層３５Ａとの間の間隙３９に露出する導入部３２Ｂとを有する。初めに、ポンプ１４０（図１参照）の吸引により、排ガスＧが第２フィルタ層３２の導入部３２Ａ、３２Ｂに導入される。排ガスＧは、ポンプ１４０により図２に示す開口３１Ｂ側に吸引される。このため、導入部３２Ａ、３２Ｂから第２フィルタ層３２に導入された排ガスＧは、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２の中心軸側に吸引されて内部空間３８に導出する。

ここで、排ガスＧは、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２を透過する際の損失（抵抗）が小さくなるように透過するため、導入部３２Ａと導入部３２Ｂを比較すると、内部空間３８により近い導入部３２Ａから優先して導入される。また、不透過層３５Ｂの高さ（径方向の長さ）を小さくし、導入部３２Ａの面積を導入部３２Ｂの面積よりも大きくしてもよい。こうすれば、排ガスＧが導入部３２Ａに導入される際の損失が導入部３２Ｂに比べて小さくなるため、排ガスＧは導入部３２Ａに優先して導入される。

図４のステップＳＴ１に示すように、排ガスＧが第２フィルタ層３２の第一部分３２ａに流入すると、排ガスＧ中の煤塵が第一部分３２ａに捕集されるとともに、排ガスＧ中の三酸化硫黄（ＳＯ_３）と第一部分３２ａのアルカリ成分とが反応し、上述の式（１）に従って硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）が生成される。排ガスＧは、第２フィルタ層３２に比べて仕切り部３３ａを透過しにくい、若しくは透過しない。このため、排ガスＧは、仕切り部３３ａに沿って第２フィルタ層３２の第一部分３２ａ及び第１フィルタ層３１の第一部分３１ａを透過する。排ガスＧは、第１フィルタ層３１でさらに煤塵が捕集されて、内部空間３８を通って図２に示す開口３１Ｂからアンモニア採取部１０１に導出される。第２フィルタ層３２の第一部分３２ａのうち、三酸化硫黄（ＳＯ_３）と反応した反応部分は脆くなり、第一部分３２ａに捕集された煤塵とともに未反応部分から剥離、脱落する。これにより、第一部分３２ａの未反応部分が新たなフィルタ面として露出し、煤塵及び三酸化硫黄（ＳＯ_３）の除去が可能となる。第一部分３２ａの脱落した部分は、固着物３７として第一部分３２ａに捕集されて、第一部分３２ａの内部空間３８側に吸引されて固着する。

図４のステップＳＴ２に示すように、さらに排ガスＧが導入されて、排ガスＧ中の三酸化硫黄（ＳＯ_３）と第２フィルタ層３２のアルカリ成分とが反応することで、第２フィルタ層３２の第一部分３２ａの剥離、脱落が繰り返される。第１フィルタ層３１の第一部分３１ａが第２フィルタ層３２から露出するとともに、脱落した第２フィルタ層３２の第一部分３２ａが第１フィルタ層３１の第一部分３１ａに捕集されて、固着物３７が第一部分３１ａの外周に固着する。第１フィルタ層３１の第一部分３１ａのうち固着物３７が固着した部分は、排ガスＧを透過させることができなくなり、フィルタ機能が低下する。このため、排ガスＧは、仕切り部３３ａと固着物３７との間の、第２フィルタ層３２の第一部分３２ａ及び第１フィルタ層３１の第一部分３１ａを透過する。

なお、不透過層３５Ｂが多孔質セラミック材料で構成されていると、不透過層３５Ｂが脆性を有しているので、不透過層３５Ｂ自体で形状を保つことができない場合がある。このため、不透過層３５Ｂを支える部分の第２フィルタ層３２が剥離、脱落すると、第２フィルタ層３２とともに不透過層３５Ｂも脱落する。脱落した不透過層３５Ｂは、第１フィルタ層３１に捕集される。また、不透過層３５Ｂが薄膜状の金属材料で構成されていると、不透過層３５Ｂ自体で形状を保つことができない場合がある。この場合も、不透過層３５Ｂを支える部分の第２フィルタ層３２が剥離、脱落すると不透過層３５Ｂも脱落する。

図４のステップＳＴ３に示すように、さらに第２フィルタ層３２の第一部分３２ａの剥離、脱落が進行し、第１フィルタ層３１の第一部分３１ａに固着物３７が固着する領域が拡大する。固着物３７は、第一部分３１ａの導入部３２Ａ側から、仕切り部３３ａと第１フィルタ層３１とが接続された箇所の近傍まで固着する。このため、第１フィルタ層３１の第一部分３１ａのフィルタ機能が低下して、排ガスＧは、第１フィルタ層３１の第一部分３１ａを透過しにくくなる。

図４のステップＳＴ４に示すように、固着物３７が仕切り部３３ａまで達すると、排ガスＧは、第１フィルタ層３１の第一部分３１ａを透過することが困難になる。排ガスＧは、第１フィルタ層３１の第一部分３１ａを透過する際の損失（抵抗）が、導入部３２Ｂを透過する際の損失（抵抗）よりも大きくなる。このため、排ガスＧは、仕切り部３３ａの端部と不透過層３５Ａとの間の導入部３２Ｂから第２フィルタ層３２の第二部分３２ｂに導入される。

ここで、仕切り部３３ｂと不透過層３５Ａとの間の間隙３９は、仕切り部３３ａと仕切り部３３ｂとの間隔よりも狭くなっている。このため、排ガスＧが仕切り部３３ａと仕切り部３３ｂとの間を透過する際の損失（抵抗）は、間隙３９を透過する際の損失（抵抗）よりも小さくなる。したがって、第２フィルタ層３２の第二部分３２ｂに導入された排ガスＧは、第２フィルタ層３２の第二部分３２ｂ及び第１フィルタ層３１の第二部分３１ｂを透過して内部空間３８に導出される。これにより、排ガスＧ中の三酸化硫黄（ＳＯ_３）及び煤塵が第二部分３２ｂに捕集されるとともに、排ガスＧ中の煤塵及び脱落した第二部分３２ｂが第１フィルタ層３１の第二部分３１ｂに捕集される。第２フィルタ層３２の第二部分３２ｂが剥離、脱落するとともに、脱落した第二部分３２ｂの外周に位置する不透過層３５Ａが脆化して脱落してもよい。

上述した第一部分３２ａと同様に、第二部分３２ｂの剥離、脱落が進行して、第１フィルタ層３１の第二部分３１ｂが固着物（図示しない）で塞がれると、第１フィルタ層３１の第二部分３１ｂのフィルタ機能が低下する。このため、第１フィルタ層３１の第二部分３１ｂに比べて、排ガスＧが仕切り部３３ｂと不透過層３５Ａとの間の間隙３９を透過する際の損失（抵抗）が小さくなる。このため、排ガスＧは、仕切り部３３ｂと不透過層３５Ａとの間の間隙３９を透過して第２フィルタ層３２の第三部分３２ｃに導入される。これを繰り返すことにより、排ガスＧは、複数の仕切り部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ・・・で区分けされた第２フィルタ層３２の第一部分３２ａ、第二部分３２ｂ、第三部分３２ｃ、第四部分３２ｄ、・・・及び、第１フィルタ層３１の第一部分３１ａ、第二部分３１ｂ、第三部分３１ｃ、第四部分３１ｄ、・・・を順次透過する。

このように、本実施形態のフィルタ３０は、複数の仕切り部３３を設けることにより、第１フィルタ層３１の一部分及び第２フィルタ層３２の一部分のフィルタ機能が低下した場合、次の新しい第１フィルタ層３１の一部分及び第２フィルタ層３２の一部分を透過するように、排ガスＧの経路が順番に変更される。このため、フィルタ３０のフィルタ機能の低下を抑制するとともに長寿命化を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態のフィルタ３０は、排ガス流路１から排ガスＧの一部を採取する排ガス採取装置１００に用いられるフィルタ３０であって、排ガスＧ中の煤塵を捕集する第１フィルタ層３１と、第１フィルタ層３１に重ねて設けられ、排ガスＧ中の硫黄酸化物と反応する成分を含み、排ガスＧ中の硫黄酸化物及び煤塵を除去する第２フィルタ層３２と、第２フィルタ層３２を区分けし、かつ第２フィルタ層３２よりも排ガスＧを透過させない仕切り部３３a−３３ｈと、を有する。

この構成によれば、排ガスＧ中の硫黄酸化物及び煤塵は第２フィルタ層３２を通過する際に除去され、排ガス中の煤塵は第１フィルタ層３１に捕集される。したがって、排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することが可能である。また、仕切り部３３a−３３ｈを設けることにより、第１フィルタ層３１の一部分及び第２フィルタ層３２の一部分のフィルタ機能が低下した場合に、フィルタ機能が低下していない部分に排ガスＧを導入させることができる。このため、フィルタ３０のフィルタ機能の低下を抑制するとともにフィルタ３０の長寿命化が可能である。

本実施形態のフィルタ３０において、第２フィルタ層３２の第１フィルタ層３１と反対側の面に、第２フィルタ層３２よりも排ガスＧを透過させない不透過層３５Ａが設けられており、仕切り部３３a−３３ｈは、不透過層３５Ａとの間に間隙３９を有していることが好ましい。これによれば、排ガスＧは、仕切り部３３a−３３ｈと不透過層３５Ａとの間を通って次の第２フィルタ層３２の区分けされた部分に導入される。したがって、区分けされた第２フィルタ層３２の各部分を順次透過するように排ガスＧの経路が設定され、フィルタ３０の長寿命化を図ることができる。

本実施形態のフィルタ３０において、第２フィルタ層３２はアルカリ成分を含む材料を有しており、第２フィルタ層３２のうち排ガスＧ中の硫黄酸化物と反応した反応部分が、第２フィルタ層３２の未反応部分から脱落する。これによれば、第２フィルタ層３２の機能が低下した反応部分が脱落することで、第２フィルタ層３２の機能が低下していない未反応部分が露出することとなり、フィルタ機能の低下を抑制することができる。

本実施形態のフィルタ３０において、第１フィルタ層３１は、多孔質のセラミック材料または金属焼結体である。これによれば、第１フィルタ層３１は、確実に排ガスＧ中の煤塵を捕集することができる。また、第１フィルタ層３１は、第２フィルタ層３２のうち脱落した反応部分も捕集することができる。

本実施形態のフィルタ３０において、第１フィルタ層３１は筒状であり、第２フィルタ層３２は第１フィルタ層３１の外周に設けられており、仕切り部３３a−３３ｈは、第１フィルタ層３１の外周に設けられ、第１フィルタ層３１の径方向に延び、かつ周方向に連続する。これによれば、排ガスＧの流路がフィルタ３０の中心軸に対して対称に形成されるため、効率良く排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することができる。

本実施形態のフィルタ３０において、第２フィルタ層３２の一端側は、排ガスＧが導入される導入部３２Ａ、３２Ｂであり、第１フィルタ層３１の他端側の開口３１Ｂは、排ガスＧが導出される導出部であり、仕切り部３３a−３３ｈは、導入部３２Ａ側から開口３１Ｂ（導出部）側に向かう方向に複数配列されていることが好ましい。これによれば、排ガス流路１からフィルタ３０内に導入された排ガスＧは、第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２を通過して開口３１Ｂから外部に導出される。仕切り部３３a−３３ｈによって第２フィルタ層３２は複数に区分けされ、第２フィルタ層３２の区分けされた各部分が、導入部３２Ａ側から開口３１Ｂ側に向かう方向に複数配列される。仕切り部３３a−３３ｈによって排ガスＧの流れ方向が設定され、第２フィルタ層３２の区分けされた部分ごとに排ガスＧが通過するように設定できる。したがって、第２フィルタ層３２の区分けされた一部分のフィルタ機能が低下した場合に、次の部分の第２フィルタ層３２に順次、排ガスＧが導入されるため、フィルタ機能の低下を抑制しつつ、長寿命化を図ることができる。

本実施形態のフィルタ３０において、仕切り部３３a−３３ｈは、第１フィルタ層３１との接続箇所から導入部３２Ａ側に傾斜していることが好ましい。これによれば、排ガスＧは、仕切り部３３a−３３ｈに沿った経路で第１フィルタ層３１及び第２フィルタ層３２を通過するため、排ガスＧの損失を小さくすることができ、効率良く排ガスＧを採取することができる。

本実施形態の排ガス採取装置１００は、フィルタ３０と、排ガス流路１の外部に配置され、排ガスＧからアンモニアを採取するアンモニア採取部１０１と、排ガス流路１の内部に一端が配置され、排ガス流路１の外部に他端が配置される外管１２と、外管１２の内部に挿通され、フィルタ３０の開口３１Ｂ（導出部）とアンモニア採取部１０１とを接続する採取管２０とを有する。

これによれば、排ガス流路１の排ガスＧの一部は、フィルタ３０により煤塵及び硫黄酸化物が除去されてアンモニア採取部１０１に導入される。したがって、煤塵及び硫黄酸化物による誤差の発生を抑制して、アンモニアの測定精度を向上させることができる。

（変形例）
図５は、本実施形態の変形例に係るフィルタの模式断面図である。変形例のフィルタ３０Ａは、仕切り部３３Ａの構成が異なっている。本変形例の仕切り部３３Ａは、らせん状であり、周方向の位置の変化に伴って軸方向の位置が変化するように設けられている。本変形では、仕切り部３３Ａは、一端側から他端側まで連続して一体に設けられている。

本変形例は、第２フィルタ層３２は、仕切り部３３Ａに沿ってらせん状に設けられるため、第２フィルタ層３２の反応部分の剥離、脱落は、仕切り部３３Ａに沿ってらせん状に進行する。このような態様であっても、排ガスＧ中の硫黄酸化物及び煤塵は第２フィルタ層３２を通過する際に除去され、脱落した第２フィルタ層３２の反応部分及び排ガスＧ中の煤塵は第１フィルタ層３１に捕集される。したがって、排ガスＧ中の煤塵及び硫黄酸化物を除去することが可能である。また、らせん状の仕切り部３３Ａに沿って、未反応部分の第２フィルタ層３２が順次露出するため、フィルタ３０Ａの長寿命化が可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態の内容によりこの発明が限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、第１フィルタ層３１は、円筒形状であり、その内側に内部空間３８を有しているが、これに限定されない。第１フィルタ層３１は、例えば内部が充填された柱状であってもよい。図２、図４及び図５に示すように、仕切り部３３ａ、３３Ａは、第２フィルタ層３２の導入部３２Ａ、３２Ｂ側に露出しているが、これに限定されず、仕切り部３３ａ、３３Ａは第２フィルタ層３２の導入部３２Ａ、３２Ｂ側の面と間隔を有して配置されていてもよい。

また、本実施形態のフィルタ３０は、断面視で円形の筒状であるが、これに限定されるものではなく、断面が多角形状、楕円形状等の中空筒であってもよい。また、フィルタ３０は、平板状のフィルタであってもよい。

１ 排ガス流路
２ 流路壁
１０ 排ガス採取部
１２ 外管
１３、１４ 開口
１５ 接続部材
２０ 採取管
２１ 開口
３０、３０Ａ フィルタ
３１ 第１フィルタ層
３１ａ 第一部分
３１ｂ 第二部分
３１ｃ 第三部分
３１ｄ 第四部分
３１Ａ 開口
３１Ｂ 開口
３２ 第２フィルタ層
３２ａ 第一部分
３２ｂ 第二部分
３２ｃ 第三部分
３２ｄ 第四部分
３２Ａ、３２Ｂ 導入部
３３ａ−３３ｈ、３３Ａ 仕切り部
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ 不透過層
３６ 蓋部
３７ 固着物
３８ 内部空間
３９ 間隙
１００ 排ガス採取装置
１０１ アンモニア採取部
１０５ 導入管
１１０ 吸収液
１２０ 第１吸収瓶
１２５ 第２吸収瓶
１３０ 空瓶
１４０ ポンプ
１５０ ガスメータ
Ｇ 排ガス

Claims (8)

1. 排ガス流路から排ガスの一部を採取する排ガス採取装置に用いられるフィルタであって、
   前記排ガス中の煤塵を捕集する第１フィルタ層と、
   前記第１フィルタ層に重ねて設けられ、前記排ガス中の硫黄酸化物と反応する成分を含み、前記排ガス中の硫黄酸化物及び煤塵を除去する第２フィルタ層と、
   前記第２フィルタ層を区分けし、かつ前記第２フィルタ層よりも前記排ガスを透過させない仕切り部と、を有するフィルタ。
2. 前記第２フィルタ層の前記第１フィルタ層と反対側の面に、前記第２フィルタ層よりも前記排ガスを透過させない不透過層が設けられており、
   前記仕切り部は、前記不透過層との間に間隙を有している請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記第２フィルタ層はアルカリ成分を含む材料を有しており、前記第２フィルタ層のうち前記排ガス中の硫黄酸化物と反応した反応部分が、前記第２フィルタ層の未反応部分から脱落する請求項１または請求項２に記載のフィルタ。
4. 前記第１フィルタ層は、多孔質のセラミック材料または金属焼結体である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフィルタ。
5. 前記第１フィルタ層は筒状であり、
   前記第２フィルタ層は前記第１フィルタ層の外周に設けられており、
   前記仕切り部は、前記第１フィルタ層の外周に設けられ、前記第１フィルタ層の径方向に延び、かつ周方向に連続する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のフィルタ。
6. 前記第２フィルタ層の一端側は、前記排ガスが導入される導入部であり、前記第１フィルタ層の他端側の開口は、前記排ガスが導出される導出部であり、
   前記仕切り部は、前記導入部側から前記導出部側に向かう方向に複数配列されている請求項５に記載のフィルタ。
7. 前記仕切り部は、前記第１フィルタ層との接続箇所から前記導入部側に傾斜している請求項６に記載のフィルタ。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のフィルタと、
   前記排ガス流路の外部に配置され、前記排ガスからアンモニアを採取するアンモニア採取部と、
   前記排ガス流路の内部に一端が配置され、前記排ガス流路の外部に他端が配置される外管と、
   前記外管の内部に挿通され、前記フィルタの前記導出部と前記アンモニア採取部とを接続する採取管とを有する排ガス採取装置。

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