JP2562787B2

JP2562787B2 - 排気ガス清浄装置

Info

Publication number: JP2562787B2
Application number: JP5184494A
Authority: JP
Inventors: 堅青井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPH0719025A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自動車等のエンジンか
らの排気ガスの清浄方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来エンジンからの排気ガスを清浄筒内
に導入し、該清浄筒内において、多数の小孔を穿設した
しぼり板を通過させることによってガス中の固体廃棄物
の粒子径を増大させ、該固体廃棄物を清浄筒の外部又は
外部において燃焼させて処理する方法及び装置として
は、実開昭５７−１２１７２１号，実公昭６１−４１９
４６号公報等によって公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような従
来の方法及び装置においては、清浄筒内に多数段の濾過
捕集室や断熱膨張又はポリトロープ変化を生ぜしめるた
めのしぼり板を設けて、ガス中の固体粒子を捕集し、さ
らに放出前のガス中に含まれる固体粒子を捕集して焼却
する機構であるため、清浄筒の大型化、多段仕切りによ
るエンジンの排気抵抗の増大化、機構の複雑化、捕集室
で捕集された固体粒子を除去するための頻繁なメンテナ
ンスが必要等の問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記のような問題点を解
決するための本発明の装置はいずれも排気ガスを通過さ
せることによってポリトロープ変化を生じさせ、排気ガ
ス中の固体粒子を凝集成長させるしぼり板と、排気ガス
を衝突転回させることによりガス中の固体粒子を分離捕
集する転回分離室３３とを、排気ガスを通過させて浄化
する清浄筒１内に設け、該清浄筒１外にガス中の固体粒
子の燃焼を助長するエアを清浄筒１内に供給するエア供
給装置と、上記転回分離室３３で捕集した固体粒子を回
収して収容する固体収容器４１とを設けたことを特徴と
するほか、この他の特徴は、第１に上記清浄筒１内のし
ぼり板４の後方に高温発熱体１４を設けるとともに該高
温発熱体１４の直前外周にガス中の固体粒子を熱泳動に
より案内移動させるリング状空間部よりなる捕集ジャケ
ット８を形成し、清浄筒１外には内部に固体粒子を燃焼
させる燃焼室２１を設け、該燃焼室２１の入口側を上記
捕集ジャケット８外周に、出口側を清浄筒１内の高温発
熱体１４の後方に各連通した点にある。

【０００５】第２に上記しぼり板４の後方に形成された
凝結室５の後方にガス中の固体粒子を濾過捕集して着火
する捕集室２５と、着火された固体粒子を燃焼させる燃
焼室２１とを順次設け、該燃焼室２１の後方に高温発熱
体１４を設けるとともに該高温発熱体１４の直前外周に
ガス中の固体粒子を熱泳動により上記高温発熱体１４に
よって形成される高温部を避けて案内移動させるリング
状空間部よりなる捕集ジャケット８を形成し、該捕集ジ
ャケット８外周を前記固体収容室４１に連通接続した点
である。

【０００６】さらに第３の特徴は上記清浄筒１内のしぼ
り板４の後方にガスの後方への通過を許容する高温発熱
体１４を設けるとともに該高温発熱体１４の外周にガス
中の固体粒子を熱泳動により上記高温発熱体１４によっ
て形成される高温部を避けて案内移動させるリング状空
間部よりなる排気ガス通路１５を形成し、上記高温発熱
体１４の背面には高温発熱体１４を通過したガスを清浄
筒１外へ案内して排出する排気管４８の前端を開口接続
し、上記排気ガス通路１５と後方の転回分離室３３との
間には、ガス中の固体粒子を濾過捕集して着火する捕集
室２５と、着火された固体粒子を燃焼させる燃焼室２２
とを設けた点にある。

【０００７】

【作用】清浄筒１内に導入された排気ガスはしぼり板４
を通過することによってポリトロープ変化、断熱膨張変
化等と称される作用により、ガス中の水分を凝結させて
そのまわりに煤，重金属，その他固体含有物を付着凝集
させ、より大径の固体粒子に成長させる。

【０００８】上記固体粒子は、清浄筒１内後方のガス流
路中に形成された高温部と低温部に至ると熱泳動又は熱
沈着等と称される作用により、高温部を避けて低温部側
へ流され、高温部側へ流されるガスは大半の固体粒子を
分離されて浄化される。分離された固体粒子は燃焼室２
１又は固体収容器４１等に送られて焼却又は回収され
る。

【０００９】捕集室２５内では固体粒子が捕捉されて着
火され、燃焼室２１，２２等において燃焼する。また高
温発熱体１４は、排気ガスの熱を吸収蓄熱して前記高温
部を形成するとともに、通過するガス中の固体粒子を着
火燃焼させる。これに対し、捕集ジャケット８は高温発
熱体１４の直前外周に低温部を形成するのを助長し、ガ
ス中の固体粒子の分離流路を形成する。

【００１０】転回分離室３３では、上記諸作用によって
概ね浄化された排気ガスを大気中に放出する前に、椀状
の転回しぼり板３２等に衝突させて未燃焼又は不燃の固
体粒子を排気ガスと分離して最終的に捕集する。

【００１１】

【実施例】図１〜図３は本発明方法と装置に関する３つ
の実施例を示し、図１においては清浄筒１の前後端には
エンジン、特にディーゼルエンジンの排気側に接続され
る排気ガス導入口２と、排気口３とが取付けられてお
り、導入口２の後方には多数の小孔を穿設したしぼり板
４が設けられている。該しぼり板４は、高温の排気ガス
を通過させることにより、その後方の凝結室５内におい
てポリトロープ変化、断熱膨張作用等を生じさせ、その
背面側でガスの温度低下、水分の凝結と硫黄酸化物の水
分への吸収及びガス中の未燃焼カーボン、煤等固体微粒
子の凝集成長等の作用を生じさせる。

【００１２】上記凝結室５の後方にはホッパー状の案内
板７が後向きに開放するように付設されており、案内板
７の後方には排気ガス中の固体微粒子を分離させる分離
室６を形成している。さらに上記分離室６の外周には内
周面において外向きのリング状の凹部を形成する捕集ジ
ャケット８が装着されている。

【００１３】そして前記案内板７の外周の清浄筒１の周
壁には先端が上記捕集ジャケット８内に向かって開口す
る複数本のエアノズル９が挿入固定され、該エアノズル
９は送風管１３を介して筒外のイオン発生器１１及び送
風機１２に接続されており、捕集ジャケット８内にはイ
オンを含んだ新鮮な外気が外周方向に向かって噴射さ
れ、次に述べる排気ガス中の固体捕集物の燃焼とガス中
に含まれる有害な硫黄酸化物やＮＯ_Ｘ，ＣＯ_２重金属類
等の固体粒子への結合を促す機構となっている。

【００１４】上記捕集ジャケット８の清浄筒１内の後方
位置には多数の通風孔を穿設した耐熱性のセラミック材
よりなる円板状の発（蓄）熱体１４が内部を遮断する方
向に設けられ、排気ガスの熱を吸収して蓄熱し、高温発
熱体を構成している。該発熱体１４の前方位置には必要
に応じヒーター等の着火用発熱体を別途設けることもで
きる。この機構により、排気ガスは分離室６内後方に送
られて上記高温発熱体１４を通過してさらに後方に送ら
れるが、この時発熱体１４表面は排気ガスからの吸熱に
より高温になっているのに対し、捕集ジャケット８内は
エアノズル９からのエア及び捕集ジャケット８外周での
放熱（又は必要に応じた冷却）により低温部を構成して
少なくとも数度、通常は数十度（℃）以上の温度差を生
じている。

【００１５】その結果排気ガス中に含まれる固体微粒子
は熱泳動又は熱沈着と称される作用により、高温部を避
けて低温部へ向かって移動し捕集ジャケット８内に流さ
れる。

【００１６】一方、清浄筒１外には、前端導入室１６が
前記送風管１３の分岐管及び捕集ジャケット８の外周と
連通して、捕集ジャケット８内の固体捕集物を含む排気
ガス及び陰イオン含有の新鮮外気（エア）を導入する燃
焼筒１７が設けられている。

【００１７】該燃焼筒１７内には導入室１６の後方に燃
焼着火用ヒーター１８が内挿され、その後方に耐熱性の
ステンレスウール，グラスウール，メッシュ材等からな
る固体含有物捕捉用の捕集材１９が通風可能な仕切板２
０，２０で形成された捕集室２５内に挿填されており、
その後方には（一次）燃焼室２１が形成され、該（一
次）燃焼室２１後端は清浄筒１の発熱体１４後方の（二
次）燃焼室２２と返送管２３で連通している。

【００１８】上記構成により捕集ジャケット８内に流入
した固体粒子は排気ガスの一部及び新鮮なエアとともに
燃焼筒１７内に流入し、ヒーター１８に着火されさらに
捕集材１９に捕捉されながら（一次）燃焼室２１内で略
完全燃焼した後、燃焼ガスは（二次）燃焼室２２内に導
入され、ここでは発熱体１４を通過した排気ガスが発熱
体１４又は上記燃焼ガスを着火源として、排気ガス中に
含まれる固体微粒子その他の未燃焼含有物が燃焼する。
２４は燃焼筒１７の導入室１６内に設けられた内圧及び
温度を検出するセンサーで、これらを検出することによ
り、送風機１２やヒーター１８の入切その他の制御を行
わしめるものである。

【００１９】（二次）燃焼室２２内には燃焼の炎の分散
を防止する通風可能な仕切板２６及び炎が後方の排炎室
２７に放出されるのを抑制するメッシュ又はポーラスな
部材からなる防炎材２８が一定間隔を介して順次設けら
れ、排炎室２７の後方にはホッパー状の案内板２９が排
気ガスを中央部に集中させて導くように付設されてい
る。

【００２０】案内板２９の開口部後方には多数の小孔が
穿設されて、放出された排気ガスを受け止めて一部通過
させ、背面部の凝結室３１で再度ポリトロープ変化等に
より水分と固体粒子を凝結及び凝集成長させる椀型の転
回しぼり板３２が設けられ、その正面側内部は転回分離
室３３を形成し、その内面に衝突した排気ガスの大部分
はこの内部で転回して固体粒子を下方の排出孔３４を介
して分離排出させるとともに、転回しぼり板３２の外周
空間を介して最終的に排気口３より外部に放出される。
３６は転回しぼり板３２の背面側に凝結室３１を形成す
るガイドケースで凝結室３１の下部には凝集成長した固
体粒子と排気ガスの一部を外部へ排出する排出口３７が
設けられている。

【００２１】排出孔３５，３７の外部開口部は集合ジョ
イント３８を介して１本の回収管３９に接続され、回収
管３９の先端には排気ガス中に残存する固体捕集物を収
容するボックス状の固体収容器４１が接続して設けられ
ている。該固体収容器４１内には排気ガスの流路を妨げ
るせき板４２が上下から交互に突設され、内部でガスと
ともに流通する固体捕集物を分離して下方に落下させる
機構となっており、固体収容器４１の着脱分離可能な本
体部４１ａとケーシング４１ｂとで構成される。

【００２２】上記ケーシング４１ｂの上部には排気ガス
を清浄筒１の導入口２２内へ返送する返送管４３が接続
され、この排出ガスは清浄筒１内で再度浄化処理にまわ
される。以上説明した第１実施例の装置では、２個設け
た一次，二次の各燃焼室のうち、第一次燃焼室２１を清
浄筒１外に設けた点が他の実施例と異なり、その結果第
一次燃焼室２１における燃焼が必ずしも清浄筒１内の排
気ガスの流速又は流量と直接関係なく、燃焼筒１７内の
ガス流を調節して固体粒子等の十分な燃焼を行わせるこ
とが可能なほか、一次燃焼室２１を清浄筒１内に設けな
いために、装置の全長が短く、また全体の冷却効果も高
められる利点がある。

【００２３】図２は本発明方法及び装置の第２実施例を
示し、この例では図１のように外部燃焼筒１７を設ける
代わりに、ヒーター１８付の捕集材１９内挿の捕集室２
５を清浄筒１内の凝結室５の後方位置に連設し、凝結室
５外周より陰イオン含有エアを噴出するエアノズル９を
内向きに挿入するとともに、さらに捕集室２５の後方に
（一次）燃焼室２１を形成し、該燃焼室２１内にも上記
同様のエアノズル９を挿入して未燃焼固体粒子の燃焼補
助や有害物の処理を助長する機構となっている。

【００２４】また上記（一次）燃焼室２１の後方にはホ
ッパー状の案内板１０が設けられて燃焼ガスを中央に集
中させて後方に送り出すようになっており、その後方外
周には捕集ジャケット８を設けて内部を分離室６とし、
該分離室６の後方には着火加熱用のヒーター１４ａと図
１の場合と同様な高温発熱体１４が設けられ、該発熱体
１４の後方には二次燃焼室２２が形成されるとともに消
炎材２８が設けられ、排気ガス及び固体粒子の二次燃焼
が行われてガスは後方の転回分離室３３内に送られる。

【００２５】そして分離室６内に送られた排気ガスは発
熱体１４（１４ａ）に衝突するが、この時ヒーター１４
ａや発熱体１４表面の高温部と捕集ジャケット８内の低
温部との温度差により、排気ガス中の煤その他の固体粒
子は前述の例と同様の熱泳動又は熱沈着の作用により捕
集ジャケット８の内周面側に移動させられる。一方捕集
ジャケット８の下部外周は固体収容器４１に至る回収管
３９に接続連通しているので、上記捕集ジャケット８内
の固体粒子は回収管３９を介して固体収容器４１に一部
のガスとともに送られて分離回収される。

【００２６】本実施例において図示する符号のうち図１
に示すものと共通しているものは、その構成及び作用も
共通にしているのでこれらの共通部分の説明は割愛す
る。

【００２７】図３は本発明方法及び装置の第３実施例を
示し、この例では先ず分離室６の外周に捕集ジャケット
８を設けない代わりに、分離室６の後方に設けたヒータ
ー１４ａ付の高温発熱体１４の外周と清浄筒１の間に排
気ガス流路１５を形成している点に特徴がある。そして
分離室６内では熱泳動により、ガス中の固体粒子が一部
ガス流とともにガス流路１５側に流されて清浄筒１の後
方の導入室４６内に送られる。第２に高温発熱体１４の
背面側を椀型のケーシング４７で覆い、該ケーシング４
７を清浄筒１外の排管４８の基端部に接続連通せしめた
点等が異なる。また外部よりエアを供給するエアノズル
９は図示するように高温発熱体１４の前方において、排
気ガスを外周方向に旋回させるように分離室６の内周面
側に向かって開口させている。その他排気管４８は図３
の実線で示すように後端を外部に開口させてもよく、想
像線で示すように清浄筒１の排気口３内に挿入開口して
もよい。これら以外の図１，図２と共通の符号で示され
る部分の機構及び作用は前述した実施例と共通するので
説明を割愛する。

【００２８】上記構成により、分離室６で熱泳動の作用
により分離されたガス中の固体粒子はその後方の導入室
４６を通り、ヒーター１８及び捕集室２５で着火され、
燃焼室２２で燃焼する。特に多量の排気ガスが排気管４
８から放出されるので清浄筒１のガス圧及びガス流も低
下し、固体粒子の補足と燃焼効率が上昇し、筒外への炎
の放出もない。またエンジンへの排気抵抗も少なくなる
利点がある。

【００２９】なお、ガソリンエンジン及び軽油燃料のデ
ィーゼルエンジンの排気ガス中の煤にはＰｂ，Ｍｎ，Ｚ
ｎ，Ｂａ等の、またガソリンエンジンの凝結した排液中
にはＰｂ，ＳＯ_４，ＮＯ_３，Ｈｇ等のそれぞれ人体や地
球環境に有害な物質が含まれ、その他にもＳｉ，Ｍｇ，
Ａｌ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓ
ｎ，Ｎａ等の多種類の元素が含まれていることが知られ
ており、これらの含有物は本発明における処理過程にお
いて単独に又は無数の一次化合物，二次化合物となって
捕集されるが、その捕集物の大半は固体捕集物として固
体収容器４１内で確実に捕集及び回収されるので、環境
破壊防止に極めて有効に作用するものである。

【００３０】なお、分離室６後方のヒーター１４ａ及び
発熱体１４を通過する排気ガス中の一部の固体粒子はケ
ーシング４７内で燃焼してガスとして排気されるが、そ
の量は燃焼室２２で燃焼するものよりはるかに微量であ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の方法及び装置においては、限ら
れた容量又は自動車等への取付スペースの清浄筒の内部
又は近傍で、ポリトロープ変化や熱泳動の作用を利用し
て排気ガス中の煤、重金属その他固体含有物等を効率よ
く分離捕集して燃焼させるとともに、最終的に未燃焼又
は不燃の固体捕集物を最小量にして捕集できる利点があ
る。

【００３２】特に、いずれの装置も捕集材入りの捕集室
が外部に設けられ又は内部にあっても最小限の段数に抑
えることができるため、エンジンに対する排気抵抗を少
なくしてエンジンの出力低下を防止する効果がある。

【００３３】さらに図１に示す装置では清浄筒内の排気
ガス量や流速等に影響を与えることなく、ガス中の固体
粒子の捕集焼却を可能にするとともに、清浄筒の長さを
短くして排気効率を高め且つガス中の固体粒子の捕集効
率を維持できる利点がある。また図３で示す装置は多量
の排気ガスが排気管８から放出されるので清浄筒１のガ
ス圧及びガス流も低下し、固体粒子の補足と燃焼効率が
上昇し、筒外への炎の放出もない。またエンジンへの排
気抵抗も少なくなる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す装置の全体断面図で
ある。

【図２】同じく第２実施例を示す装置の全体断面図であ
る。

【図３】同じく第３実施例を示す装置の全体断面図であ
る。

【符号の説明】

１清浄筒４しぼり板５凝結室８捕集ジャケット１４高温発熱体２１，２２燃焼室２５捕集室３３転回分離室４１固体収容器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガスを通過させることによってポリ
トロープ変化を生じさせ、排気ガス中の固体粒子を凝集
成長させるしぼり板と、排気ガスを衝突転回させること
によりガス中の固体粒子を分離捕集する転回分離室（３
３）とを、排気ガスを通過させて浄化する清浄筒（１）
内に設け、該清浄筒（１）外にガス中の固体粒子の燃焼
を助長するエアを清浄筒（１）内に供給するエア供給装
置と、上記転回分離室（３３）で捕集した固体粒子を回
収して収容する固体収容器（４１）とを設けた装置にお
いて、上記清浄筒（１）内のしぼり板（４）の後方に高
温発熱体（１４）を設けるとともに該高温発熱体（１
４）の直前外周にガス中の固体粒子を熱泳動により案内
移動させるリング状空間部よりなる捕集ジャケット
（８）を形成し、清浄筒（１）外には内部に固体粒子を
燃焼させる燃焼室（２１）を設け、該燃焼室（２１）の
入口側を上記捕集ジャケット（８）外周に、出口側を清
浄筒（１）内の高温発熱体（１４）の後方に各連通して
なる排気ガス清浄装置。
【請求項２】排気ガスを通過させることによってポリ
トロープ変化を生じさせ、排気ガス中の固体粒子を凝集
成長させるしぼり板（４）と、排気ガスを衝突転回させ
ることによりガス中の固体粒子を分離捕集する転回分離
室（３３）とを、排気ガスを通過させて浄化する清浄筒
（１）内に設け、該清浄筒（１）外にガス中の固体粒子
の燃焼を助長するエアを清浄筒（１）内に供給するエア
供給装置と、上記転回分離室（３３）で捕集した固体粒
子を回収して収容する固体収容器（４１）とを設けた装
置において、上記しぼり板（４）の後方に形成された凝
結室（５）の後方にガス中の固体粒子を濾過捕集して着
火する捕集室（２５）と、着火された固体粒子を燃焼さ
せる燃焼室（２１）とを順次設け、該燃焼室（２１）の
後方に高温発熱体（１４）を設けるとともに該高温発熱
体（１４）の直前外周にガス中の固体粒子を熱泳動によ
り上記高温発熱体（１４）によって形成される高温部を
避けて案内移動させるリング状空間部よりなる捕集ジャ
ケット（８）を形成し、該捕集ジャケット（８）外周を
前記固体収容室（４１）に連通接続した排気ガス清浄装
置。
【請求項３】排気ガスを通過させることによってポリ
トロープ変化を生じさせ、排気ガス中の固体粒子を凝集
成長させるしぼり板（４）と、排気ガスを衝突転回させ
ることによりガス中の固体粒子を分離捕集する転回分離
室（３３）とを、排気ガスを通過させて浄化する清浄筒
（１）内に設け、該清浄筒（１）外にガス中の固体粒子
の燃焼を助長するエアを清浄筒内に供給するエア供給装
置と、上記転回分離室（３３）で捕集した固体粒子を回
収して収容する固体収容器（４１）とを設けた装置にお
いて、上記清浄筒（１）内のしぼり板（４）の後方にガ
スの後方への通過を許容する高温発熱体（１４）を設け
るとともに該高温発熱体（１４）の外周にガス中の固体
粒子を熱泳動により上記高温発熱体（１４）によって形
成される高温部を避けて案内移動させるリング状空間部
よりなる排気ガス通路（１５）を形成し、上記高温発熱
体（１４）の背面には高温発熱体（１４）を通過したガ
スを清浄筒（１）外へ案内して排出する排気管（４８）
の前端を開口接続し、上記排気ガス通路（１５）と後方
の転回分離室（３３）との間には、ガス中の固体粒子を
濾過捕集して着火する捕集室（２５）と、着火された固
体粒子を燃焼させる燃焼室（２２）とを設けてなる排気
ガス清浄装置。