JP2587068B2 - ディ−ゼルエンジン排ガス中の微粒子処理装置 - Google Patents

ディ−ゼルエンジン排ガス中の微粒子処理装置

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JP2587068B2 JP23236087A JP23236087A JP2587068B2 JP 2587068 B2 JP2587068 B2 JP 2587068B2 JP 23236087 A JP23236087 A JP 23236087A JP 23236087 A JP23236087 A JP 23236087A JP 2587068 B2 JP2587068 B2 JP 2587068B2
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は乗用車、トラック、バス、鉄道車両などの各
種車両、さらには産業用機器、船舶などに使用されるデ
ィーゼルエンジンの排ガス中に含まれるカーボンを主と
する微粒子を捕捉あるいは除去などの処理をする装置、
さらにはそうした装置に好適に採用できるフィルタ体に
関する。
［従来の技術およびその問題点］ ディーゼルエンジンの排ガス中にはカーボンを主とす
る微粒子がかなりの濃度で含まれ、公害の原因となって
いる。そこでディーゼル排ガス中のこうした微粒子をフ
ィルタ体を用いて捕集したり除去したりする各種装置が
提案されている。
特開昭56−124417には第14図に示すような構造のフィ
ルタ体90が開示されている。このフィルタ体90は通気性
多孔質セラミックス薄壁91で区画され、かつ、この薄壁
を境として相互に隣接する多数の平行なガス通路92を有
する柱状体（いわゆるセラミックスハニカム体）を基本
構造とし、その一方の端面においては第14図の斜線ハッ
チングで示すように各ガス通路の端面が交互に市松模様
状に塞がれている。そしてこの柱状体の他方の端面にお
いては、前記一方の端面において塞がれたガス通路は開
口し、前記一方の端面において開口していたガス通路は
塞がれている。
このフィルタ体90の一方の端面からディーゼル排ガス
を通じると、薄壁91がフィルタとなって微粒子が薄壁91
の内面に捕集され、微粒子を除去された清浄な排ガスが
他方の端面から流出する。大部分がカーボン質からなる
捕集された微粒子は、適宜な時間間隔ごとに薄壁91を加
熱することにより燃焼除去され、フィルタ体90が再生さ
れる。
同じ特開昭56−124417は第15図に示すセラミックス製
のフィルタ体10も開示している。フィルタ体10は全体と
して直方体状の外形を有し、相互に平行な複数枚（第15
図では８枚）の長方形の板状体11、12と、リブ13、15
と、スペーサ14、16とから構成されている。
これらの板状体11、12、リブ13、15およびスペーサ1
4、16はいずれもフィルタ機能を有するセラミックス質
通気性多孔質固体からなる。板状体11はフィルタ体10の
上面と下面を形成し、板状体12は中間面を形成する。と
なりあう板状体11、12間または12、12間には端部に位置
するリブ13と中間部に位置するスペーサ14がいずれも板
状体11の一つの辺に平行に延在する。リブ13およびスペ
ーサ14の上縁は上側の板状体11または12と一体的に接し
ており、リブ13およびスペーサ14の下縁は下側の板状体
12または11と一体的に接している。これにより両端が開
口する複数の含塵ガス通路17が形成される。板状体12の
片側にはこうしたリブ13およびスペーサ14が設けられて
いるのに対し、同じ板状体12の他の片側にはリブ13およ
びスペーサ14とは直交する方向に延在するリブ15とスペ
ーサ16が設けられている。走行方向が異なる点の他はリ
ブ15、スペーサ16はそれぞれリブ13、スペーサ14と本質
的に同様である。かくして両端が開口し走行方向が含塵
ガス通路17と直交する複数の清浄ガス通路18が形成され
る。
こうしたフィルタ体10を用いた微粒子除去装置が特開
昭56−98518に開示されている。含塵ガス通路17が開口
する二つの端面のうち、一方の端面を直接または間接に
閉塞しておき、他方の端面からディーゼル排ガスを通じ
る。または含塵ガス通路17の開口する二つの端面から同
時に内方にディーゼル排ガスを通じる。板状体12がフィ
ルタ面となって微粒子が板状体12の含塵ガス通路17側の
面に捕集され、微粒子を除去された清浄な排ガスが板状
体12を通過して清浄ガス通路18を経て系外に流出する。
この場合も捕集された微粒子は、適宜な時間間隔ごとに
この板状体12を加熱することにより燃焼除去され、フィ
ルタ体10が再生される。
こうした先行技術では、フィルタ機能を有する薄壁91
または板状体12をカーボン質微粒子の燃焼開始温度まで
加熱し、微粒子を燃焼させる。このためフィルタ体の材
質としては微粒子の燃焼温度（600〜1000℃）に耐えら
れるように、セラミックス製であることを要した。ディ
ーゼルエンジ排ガス中の微粒子は一般にきわめて微細な
粒径を有し、こうした微細な粒子を高い捕集効率で、し
かも低い圧力損失で捕集しなければならないという要請
と、複雑な形状にセラミックス質材料を成形、焼成しな
ければならないという要請とを同時に満足するのはしば
しば多くの困難を伴なう。
また微粒子の燃焼除去のためにフィルタ体が反復して
高温に加熱されるため、フィルタ体の焼結が進み、当初
のポアサイズやポア分布が変化して捕集効率や圧力損失
の経時変化を伴なって安定した性能維持がしがたく、し
かもそれらの多くは経時的な性能劣化をもたらした。な
かんずく、高温燃焼除去によって薄壁91または板状体12
溶損し、実質的に全く微粒子を捕集できなくなる事態が
しばしば発生した。
またディーゼル排ガス中にはカーボン質微粒子のみな
らず、無視できない量（例えば微粒子全重量の１〜５
％）の不燃性成分が存在し、これもフィルタ体によって
捕集される。あるいはディーゼル排ガス中のSOxやNOxが
排ガス管路構成物質やフィルタ体構成物質と反応して生
成する不燃性の固形分がフィルタ体上に沈着する。これ
らの不燃性固形分は燃焼によって除去されることなく堆
積してフィルタ体の性能を低下させる。
特開昭59−225721には高温含塵ガスからの除塵装置が
示されている。この除塵装置は、両端を開口された複数
本の立設されたフィルタ管を有し、このフィルタ管の上
方から含塵ガスを導入する。フィルタ管壁によって通過
を阻止された粉塵を、フィルタ管の下方に設けた粉塵ホ
ッパに捕集するとともに、フィルタ管壁を通過した清浄
ガスを、フィルタ管の外部側方から流出させる。上記除
塵装置は例えば製鉄所転炉ガスのような大風量かつ不燃
性粉塵を主として含有する含塵ガスに好適な装置と理解
でき、ディーゼル排ガスへの適用についての示唆はな
い。また第15図に示すようなコンパクトなフィルタ体10
についても示唆はない。
［発明の目的］ 本発明は先行技術の前述のような問題点を解決しよう
となされたものである。
本発明の目的は材質の選択の範囲の拡げられたフィル
タ体を用いたディーゼルエンジン排ガス中の微粒子の捕
捉や除去の装置や方法を提供するにある。
本発明の別の目的はフィルタ体に捕集された微粒子
を、フィルタ体を高温に加熱することなく捕捉または除
去する装置や方法を提供するにある。
本発明の更に別の目的は、可燃性のみならず不燃性の
微粒子をも捕捉または除去する装置や方法を提供するに
ある。
本発明の更にまた別の目的は長期間にわたって安定し
た性能を維持できる微粒子の捕捉または除去の装置や方
法の提供にある。
本発明の更にそのまた別の目的はコンパクトな、特に
設置スペースの小さな微粒子の捕捉または除去の装置や
方法およびそのためのフィルタ体の提供にある。
本発明のさらにまた他の目的は以下の記載によっても
明らかとなろう。
［発明の概要］ 本発明による微粒子処理装置はセラミックス製または
焼結金属製の多孔質固体からなる隔壁で実質的に囲ま
れ、両端が開口する複数の含塵ガス通路と、該隔壁を境
として該含塵ガス通路と区画される清浄ガス通路とを備
えるフィルタ体と、ディーゼルエンジン排ガスを該含塵
ガス通路の一方の開口に分配導入するための導入管と、
該含塵ガス通路の他方の開口を囲みまたは塞ぐように設
けられた微粒子受け部と、該含塵ガス通路から該隔壁を
通って該清浄ガス通路に流れ出た排ガスを導出するため
の排ガス導出管と、該清浄ガス通路から該隔壁を通って
該含塵ガス通路に流れるガス流を間欠的に発生させる逆
洗手段と、該微粒子受け部に捕捉された可燃性微粒子を
燃焼除去するための燃焼手段と、該微粒子受け部に設け
られた灰分取り出し口とを備えることを特徴とするディ
ーゼルエンジン排ガス中の微粒子処理装置である。
本発明による別の微粒子処理装置は通気性多孔質固体
からなる平行かつ離隔した複数枚の同形の板状体と、隣
りあう板状体間に含塵ガス通路または清浄ガス通路を形
成するように該板状体の周縁部に沿って設けられたリブ
とを備え、該板状体の片面では導入管および微粒子受け
部に面した部位には該リブを設けてなく、該板状体の他
の片面では排ガス導出後に面した部位には該リブを設け
てなく、両端が開口する複数の含塵ガス通路と、該板状
体を境として該含塵ガス通路と区画される複数の清浄ガ
ス通路を形成されてなるフィルタ体と、ディーゼルエン
ジン排ガスを該含塵ガス通路の一方の開口に分配導入す
るための該導入管と、該含塵ガス通路の他方の開口を囲
みまたは塞ぐように設けられた該微粒子受け部と、該含
塵ガス通路から該板状体を通って該清浄ガス通路に流れ
出た排ガスを導出するための該排ガス導出管と、該清浄
ガス通路から該板状体を通って該含塵ガス通路に流れる
ガス流を間欠的に発生させる逆洗手段とを備えることを
特徴とするディーゼルエンジン排ガス中の微粒子処理装
置である。
［発明の具体的態様］ 以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する
が、本発明は図面に示されるものに限定されるものでは
ない。
本発明の微粒子処理装置に用いられる典型的なフィル
タ体を第４図および第５図に示す。
フィルタ体20は同じ長方形状の板状体21、22とリブ2
3、スペーサ24から構成されている。板状体21は直方体
状のフィルタ体20の向かいあう二つの端面を形成する。
複数枚の板状体22はいずれも板状体21と平行に、かつ、
ほぼ等間隔に位置している。となりあう板状体間には、
両端部の２本のリブ23と、中間部の適宜本数のスペーサ
24とが、いずれも板状体の両端面に平行に位置してい
る。リブ23、スペーサ24の走行方向は各板状体22を境に
してその両側では直交している。
かくしてフィルタ体20は、側周を板状体とリブとで囲
まれ、両端が開口する含塵ガス通路25、清浄ガス通路26
が形成される。含塵ガス通路25と清浄ガス通路26とはそ
れぞれ板状体22を境に交互に層状に形成され、直方体状
のフィルタ体20の６つの外面のうち、２つの向かいあう
面に含塵ガス通路25が開口し、別の２つの向かいあう面
に清浄ガス通路26が開口する。清浄ガス通路26は直方体
の２つの向かいあう面のうちの一方の面にのみ開口し、
他方の面では閉じられていてもよい。
板状体21、22、リブ23、スペーサ24はいずれも同じ材
質の通気性多孔質固体からなるのが製造容易さの点で好
ましい。このうち板状体22は通気性多孔質固体としてフ
ィルタ機能を具備させることが必須であるが、板状体2
1、リブ23、スペーサ24は通気性多孔質固体であること
は必須ではなく、使用条件によっては非通気性とするの
が好ましいこともある。板状体21、リブ23、スペーサ24
を非通気性とするには、これらを緻密質素材製としても
よいし、あるいは通気性多孔質固体製のこれらの部材の
外表面に、例えばコーティング剤塗付などにより非通気
性被覆層を形成してもよい。
フィルタ体20においてリブ23は含塵ガス通路25および
清浄ガス通路26を形成するためにその存在が必要であ
る。スペーサ24は薄い板状体22が面に作用する気体圧力
などによって破損することがないように支持するもので
あり、条件によっては適宜省略できる。
フィルタ体20、特には板状体22を構成する通気性多孔
質固体の材質としてはセラミックスが好適であるが焼結
金属などであってもよい。また本発明ではフィルタ体20
はディーゼル排ガスの温度に耐えればよい。
板状体22を構成する通気性多孔質固体の厚さ、気孔率
などは、要求される微粒子捕集効率、強度、圧力損失な
どを考慮して選定される。
こうしたフィルタ体20の典型的な製造法としては、含
塵ガス通路25および清浄ガス通路26となるべき位置に有
機ポリマー製の中子を配置した型枠内に例えばセラミッ
クススラリーを流し込んで成形し、ついでこの成形体を
溶媒中に浸漬して中子を溶解除去し、ついで焼成する方
法などが例示できる。
［第１実施例］ 第１図および第２図に本発明の微粒子処理装置の第１
実施例が示されている。
上方、下方および一つの側方に開口部を有するケーシ
ング31の内部に、所要のシール部材32を介して、直方体
状のフィルタ体33が収容されている。フィルタ体33は前
述のフィルタ体20と本質的に同様のものであって、上方
から下方に貫通する含塵ガス通路34（図中、実線矢印で
示す）と、一端が閉じられ他端が側方に開口する清浄ガ
ス通路35（図中、破線矢印で示す）とが通気性多孔質固
体製の板状体36で区画されている。
ケーシング31の上部にはディーゼルエンジン排ガスの
導入管37が設けられている。清浄ガス通路35が開口する
側のケーシング31には排ガス導出管38が接続している。
排ガス導出管38は縮径されたスロート39を備え、その上
流および下流はゆるやかに拡径している。ロースト39の
すぐ下流には上流側に向けて開口する加圧気体噴射用の
ノズル40が設けられている。
ケーシング31の下部には微粒子受け部41が設けられて
いる。微粒子を受け部41はトレイ42、電気抵抗加熱ヒー
タ46を備えるフィルタ板43、開閉可能かつ通常時は閉じ
ている蓋47を備える灰分取り出し口44、ガスダクト45を
有する。
トレイ42の底部がくりぬかれてフィルタ板43がはめこ
まれており、このトレイ42とフィルタ板43とが全体とし
てすべての含塵ガス通路34の下側開口端をとり囲んでい
る。灰分取り出し口44はトレイ42の底部に開口し、フィ
ルタ板43の外側にはガスダクト45が位置している。フィ
ルタ板43は通気性多孔質固体からなり、その通気抵抗
は、導入管37から導入された排ガス量のうち、約20％以
下、特には0.5〜５％程度がこのフィルタ板43を通過
し、残りがフィルタ体33の板状体36を通過して排ガス導
出管38に流出するように選択される。
この微粒子処理装置は次のように作動する。
ディーゼルエンジンからの排ガスが導入管37を経てフ
ィルタ体33の含塵ガス通路34にその上側開口端から導入
される。排ガスの大部分は板状体36を通過して清浄ガス
通路35を経て排ガス導出管38に流出するが、排ガス中の
主としてカーボン質の微粒子は板状体36を通過できず、
含塵ガス通路34の内面に付着堆積し、場合によっては微
粒子の一部は含塵ガス通路34の下側開口端を通って微粒
子受け部41に流出する。排ガスの一部も微粒子受け部41
に流出し、フィルタ板43を通過してガスダクト45へと導
かれるが、ここでも排ガス中の微粒子はフィルタ板43を
通過できず、フィルタ板43の内面に付着堆積する。
こうした集塵操作を適宜な時間継続したのち、短時間
の逆洗操作を行なう。逆洗操作では、ノズル40から加圧
気体、特には加圧空気を、例えば0.1〜１秒程度の時
間、噴射する。噴射された気体はノズル40の周辺の気体
を誘引し、当初の加圧気体量の数倍の気体がパルス流と
なって清浄ガス通路35に流れ込み、板状体36を経て含塵
ガス通路34へと流れる。その際に含塵ガス通路34の内面
に付着堆積していた微粒子は剥落し、その一部は含塵ガ
ス通路34内に浮遊するが、多くは落下して微粒子受け部
41に入る。微粒子受け部41ではフィルタ板43を通過する
ようなガスの流れとなり、このガスに伴なって、落下し
た微粒子のほとんどがこのフィルタ板43の内面に付着堆
積する。
かくして集塵操作において含塵ガス通路34内面に捕え
られた微粒子は逆洗操作においてフィルタ板43の内面に
移しかえられ、フィルタ体33のフィルタ機能も再生され
る。フィルタ板43上の微粒子は電気抵抗加熱ヒータ46を
加熱することによって燃焼除去される。
比較的長期間の使用によって微粒子受け部41、特には
フィルタ板43に不燃性の微粒子、灰分が蓄積したときに
は、蓋47を開いてこの微粒子や灰分を自然落下させた
り、適宜な掻き取り機構によって強制的に排出すること
もできる。
［第２実施例］ 第３図は本発明の第２実施例を示す。この実施例は、
第１実施例に比べて、フィルタ板43とガスダクト45を設
けず、非通気性のトレイ50でフィルタ体20の下面をとり
囲んだ点、およびトレイ50の内面のほぼ全面に電気抵抗
加熱式のヒータ51を設けた点が本質的に相違するだけな
ので、他の部材については同じ番号を付して説明を省略
する。
この実施例では集塵操作において、導入された排ガス
の全量が排ガス導出管38に流出する。微粒子の一部はト
レイ50の上に落下するが、微粒子の大部分は含塵ガス通
路34の内面に付着堆積する。逆洗操作においてこの含塵
ガス通路34の内面から剥落した微粒子のうち、含塵ガス
通路34内に浮遊し、さらには導入管37にまで逆流する微
粒子の量は第１実施例の場合よりは多くなる。しかし微
粒子は含塵ガス通路34の内面に付着する際に相互に凝集
するため、剥落するときは当初より粒径が大きくなる傾
向にあるので、この第２実施例の場合でも剥落した微粒
子の大部分は下方に落下してトレイ50上に堆積する。そ
して集塵／逆洗を反復する間に実質的に全ての微粒子は
トレイ50上に堆積する。
第１実施例ではフィルタ板43が存在するため、微粒子
のほぼ全量がこのフィルタ板43上に集まってくるが、第
２実施例ではこうした寄せ集め効果が働かないのでトレ
イ50のほぼ全面に微粒子が堆積する。そのためにヒータ
51も広く設けてある。ただし微粒子がトレイ50の斜面上
を滑落してくる場合にはヒータ51をトレイ50の底部のみ
に設けてもよく、またトレイ50上の特定部分のみにヒー
タ51を設け、そこで開始した可燃性微粒子の燃焼がその
余の部分にも火移りしていくように燃焼させることもあ
りうる。
［第３実施例］ 第６図および第７図は本発明の第３実施例を示す。こ
の実施例ではフィルタ体52の清浄ガス通路35を２つの群
に分け、それぞれに対応して２つの排ガス導出管53、54
を設けている。フィルタ体52の清浄ガス通路35の一端が
閉じられ他端が開口する点は第１実施例と同じである
が、開口する面、閉じられている面が上記した２つの群
では逆になっている。ケーシング55の２つの側面には、
この清浄ガス通路35の開口する部分に対応して排ガス導
出管53、54が接続し、それぞれにノズル57、56が設けて
ある。
この実施例では、集塵操作においては微粒子を濾別さ
れた排ガスの大部分が２つの排ガス導出管53、54に分割
されて流出する他は第１実施例と同様である。逆洗操作
においてはノズル57とノズル56とから交互に加圧気体を
噴射し、それに対応してフィルタ体52を半分ずつ交互に
再生する。
第１実施例では逆洗操作時にエンジン排ガスの流れを
阻止するので、逆洗時間が短時間である必要があり、ま
たそうした短時間であってもエンジンの排気圧が上昇し
てエンジン性能に好ましくない影響を及ぼすことがあり
うる。これに対し第３実施例では逆洗時にもフィルタ体
52の半分は機能しているので、逆洗時間を大巾に長くと
ることができるし、エンジン性能の低下も実質的に無視
しうる。逆洗時間の延長は、逆洗用加圧気体の圧力を低
くできたり、噴射ノズル以外の逆洗気流発生方式を採用
できたり、フィルタ体52の再生度を高くできるなどの利
点を生みだしうる。
［第４、第５、第６実施例］ 第８図、第９図、第10図は、それぞれ第４、第５、第
６実施例を示す。これらはいずれも直方体状ではないフ
ィルタ体を用いている。
第４実施例では頂角非直角の平行四辺形を断面とする
四角柱のフィルタ体60を用いている。フィルタ体60では
含塵ガス通路は、上下方向に走行しており、清浄ガス通
路は斜辺に沿う方向に走行している。
第５実施例では非同長平行辺を有する台形の断面とす
る四角柱のフィルタ体61を用いている。フィルタ体61で
は含塵ガス通路は上下方向に走行しており、清浄ガス通
路は破線矢印で示すように走行している。
第６実施例では第11図に示すような三角柱状のフィル
タ体62を用いている。第11図から理解されるようにフィ
ルタ体62の斜面と底面とに開口する含塵ガス通路63は側
面に沿って走行するリブ64と板状体65によって規定さ
れ、側面に開口する清浄ガス通路66は斜面に沿うリブ6
7、底面に沿うリブ68と板状体65によって、規定されて
いる。
第４、第５、第６実施例ではいずれも直方体状とは異
なる形状のフィルタ体を用いている。このため、第１実
施例と第４実施例とを比較すれば明白なように、フィル
タ体33とフィルタ体60とでは同じ堆積、同じ縦断面積、
したがって同じ濾過面積であっても、第４実施例では導
入管37、微粒子受け部41を含めた微粒子処理装置全体の
高さを小さくできる。乗用車、トラックなどの自動車の
ディーゼルエンジンに本発明装置を装着するにあたり、
自動車ボディ下の許容床下高さに制約があるため、上記
特徴は有利である。こうした利点は第５、第６実施例も
有している。
第12図、第13図は本発明に使用できるそれぞれ別のフ
ィルタ体を示す。
第12図のフィルタ体70も本質的には第４図のフィルタ
体20と同じであるが、清浄ガス通路26を規定するスペー
サ24に代えて波板体27を用いている。波板体27の谷部、
山部はそれぞれ板状体22に接している。
第13図のフィルタ体75は上下に位置する有孔管板76の
間に複数本の中空管77を相互に平行にかつ離隔して立設
してなる。管板76と中空管77とはダストタイトに接続さ
れる。この中空管77は通気性多孔質固体製とされてフィ
ルタ機能を有する。中空管77の内部が含塵ガス通路25と
して機能し、中空管77の外側の空間が清浄ガス通路とし
て機能する。
板状体の周縁部に沿って設けられるリブは、板状体の
最外周に沿って設けられるのが好ましいが、濾過面積の
大きな減少を伴わない範囲で板状体の最外周よりはやや
内側に沿って設けられたものも本発明に包含される。
フィルタ体20におけるスペーサ24のような、板状体の
中央部に設けられるスペーサは省略可能であり、また、
こうしたスペーサを設ける場合には必ずしも周縁部に沿
って設けられるリブと平行であることを要しない。
フィルタ体20における板状体21のような、フィルタ体
における最も外側の板状体は非通気性のものとすること
が好ましい。これにより、フィルタ体からその外側に排
ガスが流れ出ることを防止できる。また最も外側の板状
体は、逆洗による再生ができず、これが通気性である
と、その内面に付着堆積した微粒子が除去できないが、
これが非通気性であると、かかる問題も回避できる。
フィルタ体は、その外形を基準とした単位体積あたり
の、濾過機能を有する隔壁（例えば板状体22あるいは中
空筒77）の面積が0.2cm2/cm3以上、特には0.5cm2/cm3以
上であると、コンパクトなフィルタ体が形成できて好ま
しい。
微粒子受け部の面積は、フィルタ体の濾過機能を有す
る隔壁の面積の20％以下、特には10％以下とするのが好
ましい。これにより、逆洗操作によって微粒子受け部に
微粒子を再捕集した際の微粒子受け部の単位面積あたり
の微粒子再捕集量は大きくなり、これを燃焼除去した
り、他の適宜な手段によって微粒子を系外に排出するの
がきわめて容易になる。とりわけ微粒子受け部に設ける
燃焼手段が、電気抵抗加熱ヒータであればその消費電力
を小さくでき、燃料流体燃焼バーナであればその消費燃
料量を低減でき、酸化触媒であれば所要触媒担持量を節
約できるなど、燃焼手段の小容量化ができる。さらに、
ひとたび燃焼を適宜な箇所で開始させると、微粒子の燃
焼が自動的に微粒子受け部のほぼ全域に拡がっていく効
果が期待できる。
微粒子受け部は一個または複数個からなり、該一個ま
たは複数個の微粒子受け部によって含塵ガス通路の微粒
子受け部側の開口のすべてが囲まれまたは塞がれている
のが好ましい。含塵ガス通路の微粒子受け部側の開口の
一部が微粒子受け部によって囲まれずまたは塞がれてい
ないと、微粒子捕集効率が低下する。微粒子受け部が複
数個からなっていると、フィルタ体の形状や配置に基づ
いてフィルタ体の部位によって微粒子捕集量に差があっ
ても、それに対処できる微粒子受け部構造とすることが
できる。
微粒子受け部は一般にはフィルタ体とは別体で構成さ
れ、かつ、その方がフィルタ体や微粒子受け部の材質選
択などが容易であり、保守や部品交換が簡単で好ましい
が、フィルタ体と微粒子受け部とを一体物として製造す
ることもありうる。
逆洗手段としては排ガス導出管内に設けられた加圧気
体噴射ノズルが装置のコンパクト化および高い逆洗能力
の点で好ましいが、これに限定されない。
微粒子受け部に再捕集された微粒子の除去には、適宜
な時間インタバルごとの掻き取りなど、機械的手段も採
用可能であるが、一般には燃焼除去が好ましい。燃焼除
去の手段としては、電気抵抗加熱ヒータ、酸化触媒、燃
料流体燃焼バーナが好ましく例示できる。こうした燃焼
手段は微粒子受け部の底部のみに設けてもよい。微粒子
受け部の一部を通気性多孔質固体で構成するときには、
この多孔質固体を加熱するように、こうした燃焼手段を
設けるのが好ましい。
フィルタ体の含塵ガス通路は上方および下方に開口
し、フィルタ体の上方に導入管が接続されるのが好まし
い。これは微粒子の自重による落下の効果を利用できる
からである。一方、微粒子は凝集したとしても粒径も重
量も小さいため、この含塵ガス通路が横向きに開口する
ようにフィルタ体を配置することもありうる。さらに含
塵ガス通路が縦向きに開口し、フィルタ体の下方に導入
管が接続されることもありうる。これらの態様はいずれ
も本発明に包含される。
［発明の効果］ 本発明によれば、フィルタ体を高温加熱することな
く、フィルタ体の隔壁に付着堆積した微粒子をこの隔壁
から除去するフィルタ再生が可能となる。したがって溶
損しやすい薄肉部を有する形状のフィルタ体も採用で
き、さらには、フィルタ体の材質の選択の自由度も大巾
に拡大される。またフィルタ体が高温加熱されないた
め、フィルタ体の濾過能力が長期間にわたって安定して
維持できる。また微粒子受け部で微粒子を燃焼除去する
構造はフィルタ体上で微粒子を燃焼除去する構造に比べ
て大きく簡略化される。
本発明では先行技術のようなフィルタ体の高温加熱を
しない代りに、微粒子受け部、特には微粒子受け部に設
けるフィルタ板を高温加熱することがありうる。しかし
大型、複雑形状、薄肉のフィルタ体を溶損しない構造と
するよりも、小型、単純形状のフィルタ板を溶損しない
構造とする方がはるかに容易である。またフィルタ板が
溶損したとしても、これを新品と交換することはフィル
タ体の同様な交換に比べて経済的である。
先行技術では、一般にフィルタ体の端部のみに燃焼手
段を設け、ここで開始した微粒子の燃焼がフィルタ体の
中央部にまで火移りしてフィルタ体全体の微粒子が燃焼
除去される。火移りを可能とするために、濾過面積あた
りの微粒子付着量がある程度以上になるまで燃焼できな
い。そのため連続運転時の再生サイクルが１時間にも達
し、集塵操作中の平均圧力損失も高かった。本発明では
こうした制約を受けず、任意時間の再生サイクルが採用
でき、集塵操作中の平均圧力損失も低くできる。
本発明では不燃性固形分がフィルタ体に堆積すること
も防止できる。
［実施例］ 第４図および第５図に示されるフィルタ体20を用い第
３図に示す微粒子除去装置を組み立てた。
フィルタ体20の材質としては全気孔率約37％、開気孔
率約22％、平均気孔径約20μｍ、かさ密度約1.65g/cm3
の多孔質コージェライト焼結体が選択された。板状体21
の厚さt0＝12mm、板状体22の厚さt1＝3mm、スリット巾
ｈ＝3mmとし、含塵ガス通路25および清浄ガス通路26が
それぞれ20層ずつ交互に形成されている。w0＝15mmのリ
ブ23で挟まれた長さ230mmのスリットには含塵ガス通路2
5および清浄ガス通路26のそれぞれw1＝3mmのスペーサ24
が３本ずつ等間隔に設けられている。したがってこのフ
ィルタ体は一辺約260mmの立方体状を呈し、約2.2m2の濾
過面積を有する。
導入管37には160馬力のディーゼルエンジンの排気管
を接続した。このエンジンの排気ガス温度は約310℃、
排気ガス量は約1200m3/hr、排気ガス中の微粒子量は220
〜280mg/Nm3であった。
フィルタ体20は含塵ガス通路25が上方および下方に開
口するように設置し、清浄ガス通路26の開口する２つの
側面のうち、一方の側面はケーシング31によって閉塞さ
れ、他方の側面には排ガス導出管38が接続された。
含塵ガス通路25の開口する下面には、内面積約820cm2
の金属製トレイ50を設けた。このトレイ50は断熱材で内
面コートされ、中央部約500cm2に200Wの電気抵抗加熱ヒ
ータ51を設けた。
ディーゼルエンジンの排気ガスを20時間連続して導入
管37からフィルタ体20へ流した。10分間の集塵操作ごと
にノズル40から約５気圧の空気を約0.2秒噴射する逆洗
操作をほどこした。
フィルタ体20による圧力損失を、導入管37内と大気圧
との圧力差として測定した。未使用のフィルタ体20の同
条件下での圧力損失は約450mmH2Oであった。逆洗操作の
約３分間後におけるこの圧力損失は、運転開始の２時間
後には約850〜900mmH2Oに上昇したが、その後はきわめ
てわずかな上昇を示しい、運転開始の10時間以後は約90
0〜1000mmH2Oでほぼ一定であった。また逆洗操作の直前
と直後では圧力損失の差が200〜300mmH2O認められ、逆
洗操作によるフィルタ体20の再生が順調に行われている
ことを示していた。
この20時間の連続運転の間、排ガス導出管38から出た
排ガス中に測定可能な量の微粒子は検出されず、したが
って排ガス導出管38に流出した微粒子量は０〜20mg/Nm3
と推定された。
ヒータ51に通電しなかった場合にはトレイ50上に相当
量の微粒子が堆積した。ヒータ51に通電した場合には、
ヒータ51の温度が約500℃に達したとき、微粒子が燃焼
開始した。ヒータ51の温度が約600℃に達したときには
トレイ50の微粒子のほぼ全量がきわめて短時間に燃焼
し、微粒子の全重量の約３％の不燃性固形分が残った。
【図面の簡単な説明】
第１図：本発明装置の第１実施例の縦断面図。 第２図：第１図におけるＡ−Ａ線に沿った横断面図。 第３図：本発明装置の第２実施例の縦断面図。 第４図：本発明に用いられるフィルタ体の斜視図。 第５図：第４図のフィルタ体の要部切欠き斜視図。 第６図：本発明装置の第３実施例の縦断面図。 第７図：第６図におけるＢ−Ｂ線に沿った横断面図。 第８図：本発明装置の第４実施例の縦断面図。 第９図：本発明装置の第５実施例の縦断面図。 第10図：本発明装置の第６実施例の縦断面図。 第11図：本発明装置の第６実施例に用いられるフィルタ
体の要部切欠き斜視図。 第12図：本発明に用いられる別のフィルタ体の斜視図。 第13図：本発明に用いられるさらに別のフィルタ体の斜
視図。 第14図：従来例におけるフィルタ体の概念図。 第15図：従来例における別のフィルタ体の斜視図。 20:フィルタ体、21:板状体、 22:板状体、23:リブ、 24:スペーサ、25:含塵ガス通路、 26:清浄ガス通路、37:導入管、 38:排ガス導出管、40:ノズル、 41:微粒子受け部、43:フィルタ板、 50:トレイ、51:ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−225221（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−171813（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−9843（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭51−50914（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (40)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックス製または焼結金属製の通気性
    多孔質固体からなる隔壁で実質的に囲まれ、両端が開口
    する複数の含塵ガス通路と、 該隔壁を境として該含塵ガス通路と区画される清浄ガス
    通路とを備えるフィルタ体と、 ディーゼルエンジン排ガスを該含塵ガス通路の一方の開
    口に分配導入するための導入管と、 該含塵ガス通路の他方の開口を囲みまたは塞ぐように設
    けられた微粒子受け部と、 該含塵ガス通路から該隔壁を通って該清浄ガス通路に流
    れ出た排ガスを導出するための排ガス導出管と、 該清浄ガス通路から該隔壁を通って該含塵ガス通路に流
    れるガス流を間欠的に発生させる逆洗手段と、 該微粒子受け部に捕捉された可燃性微粒子を燃焼除去す
    るための燃焼手段と、 該微粒子受け部に設けられた灰分取り出し口と を備えることを特徴とするディーゼルエンジン排ガス中
    の微粒子処理装置。
  2. 【請求項２】前記フィルタ体は、通気性多孔質固体から
    なる平行かつ隔離した複数本の中空管と、これらの中空
    管の両端部を支持する二枚の管板とを備えるものである
    特許請求の範囲第１項記載の微粒子処理装置。
  3. 【請求項３】前記フィルタ体は、通気性多孔質固体から
    なる平行かつ離隔した複数枚の同形の板状体と、隣りあ
    う板状体間に含塵ガス通路または清浄ガス通路を形成す
    るように該板状体の周縁部に沿って設けられたリブとを
    備え、該板状体の片面では前記導入管および前記微粒子
    受け部に面した部位には該リブを設けてなく、該板状体
    の他の片面では前記排ガス導出管に面した部位には該リ
    ブを設けてないフィルタ体である特許請求の範囲第１項
    記載の微粒子処理装置。
  4. 【請求項４】前記板状体は四辺形状である特許請求の範
    囲第３項記載の微粒子処理装置。
  5. 【請求項５】前記板状体は正方形状または長方形状であ
    る特許請求の範囲第４項記載の微粒子処理装置。
  6. 【請求項６】前記板状体は頂角が非直角である平行四辺
    形状または非同長平行辺を有する台形状である特許請求
    の範囲第４項記載の微粒子処理装置。
  7. 【請求項７】前記清浄ガス通路は前記四辺形の一つの辺
    の側にのみ開口している特許請求の範囲第５項記載の微
    粒子処理装置。
  8. 【請求項８】前記清浄ガス通路は前記四辺形の向かいあ
    う二つの辺のそれぞれの側に開口している特許請求の範
    囲第４項記載の微粒子処理装置。
  9. 【請求項９】前記板状体は三角形状である特許請求の範
    囲第３項記載の微粒子処理装置。
  10. 【請求項１０】前記リブは前記板状体と実質的に同じ材
    質からなる特許請求の範囲第３項記載の微粒子処理装
    置。
  11. 【請求項１１】隣りあう前記板状体間には両板状体の非
    周縁部同士を支持固定するスペーサを設けてなる特許請
    求の範囲第３項記載の微粒子処理装置。
  12. 【請求項１２】前記板状体のうち、最も外側の板状体は
    非通気性のものとされてなる特許請求の範囲第３項記載
    の微粒子処理装置。
  13. 【請求項１３】前記含塵ガス通路は上方と下方とに開口
    し、上方の開口に前記導入管が接続されている特許請求
    の範囲第１項記載の微粒子処理装置。
  14. 【請求項１４】前記微粒子受け部の実質的全てまたは一
    部が通気性多孔質固体からなる特許請求の範囲第１項記
    載の微粒子処理装置。
  15. 【請求項１５】前記微粒子受け部の面積が前記フィルタ
    体の濾過機能を有する前記隔壁の面積の20％以下である
    特許請求の範囲第１項記載の微粒子処理装置。
  16. 【請求項１６】前記微粒子受け部は一個または複数個か
    らなり、該一個または複数個の微粒子受け部によって前
    記含塵ガス通路の他方の開口のすべてが囲まれまたは塞
    がれている特許請求の範囲第１項記載の微粒子処理装
    置。
  17. 【請求項１７】前記排ガス導出管は前記フィルタ体の前
    記清浄ガス通路の開口する部位に複数個設けてある特許
    請求の範囲第１項記載の微粒子処理装置。
  18. 【請求項１８】前記逆洗手段は、前記排ガス導出管内に
    設けられた加圧気体噴射ノズルである特許請求の範囲第
    １項記載の微粒子処理装置。
  19. 【請求項１９】前記燃焼手段は、前記微粒子受け部に設
    けられた酸化触媒、電気抵抗加熱ヒータ、または燃料流
    体燃焼バーナである特許請求の範囲第１項記載の微粒子
    処理装置。
  20. 【請求項２０】前記燃焼手段は、前記微粒子受け部を構
    成する通気性多孔質固体を加熱するように設けられた酸
    化触媒、電気抵抗加熱ヒータ、または燃料流体燃焼バー
    ナである特許請求の範囲第14項記載の微粒子処理装置。
  21. 【請求項２１】前記フィルタ体は、外形を基準とした単
    位体積あたりの、濾過機能を有する前記隔壁の面積が0.
    2cm2/cm3以上である特許請求の範囲第１項記載の微粒子
    処理装置。
  22. 【請求項２２】前記微粒子受け部を構成する通気性多孔
    質固体の面積が、前記フィルタ体の濾過機能を有する前
    記隔壁の面積の10％以下である特許請求の範囲第14項記
    載の微粒子処理装置。
  23. 【請求項２３】通気性多孔質固体からなる平行かつ離隔
    した複数枚の同形の板状体と、隣りあう板状体間に含塵
    ガス通路または清浄ガス通路を形成するように該板状体
    の周縁部に沿って設けられたリブとを備え、該板状体の
    片面では導入管および微粒子受け部に面した部位には該
    リブを設けてなく、該板状体の他の片面では排ガス導出
    管に面した部位には該リブを設けてなく、両端が開口す
    る複数の含塵ガス通路と、該板状体を境として該含塵ガ
    ス通路と区画される複数の清浄ガス通路を形成されてな
    るフィルタ体と、 ディーゼルエンジン排ガスを該含塵ガス通路の一方の開
    口に分配導入するための該導入管と、 該含塵ガス通路の他方の開口を囲みまたは塞ぐように設
    けられた該微粒子受け部と、 該含塵ガス通路から該板状体を通って該清浄ガス通路に
    流れ出た排ガスを導出するための該排ガス導出管と、 該清浄ガス通路から該板状体を通って該含塵ガス通路に
    流れるガス流を間欠的に発生させる逆洗手段と を備えることを特徴とするディーゼルエンジン排ガス中
    の微粒子処理装置。
  24. 【請求項２４】前記微粒子受け部は前記フィルタ体とは
    別体に設けられてなる特許請求の範囲第23項記載の微粒
    子処理装置。
  25. 【請求項２５】前記板状体はセラミックス製または焼結
    金属製である特許請求の範囲第23項記載の微粒子処理装
    置。
  26. 【請求項２６】前記板状体は四辺形状である特許請求の
    範囲第23項記載の微粒子処理装置。
  27. 【請求項２７】前記板状体は正方形状または長方形状で
    ある特許請求の範囲第26項記載の微粒子処理装置。
  28. 【請求項２８】前記清浄ガス通路は前記四辺形の一つの
    辺の側にのみ開口している特許請求の範囲第26項記載の
    微粒子処理装置。
  29. 【請求項２９】前記清浄ガス通路は前記四辺形の向かい
    あう二つの辺のそれぞれの側に開口している特許請求の
    範囲第26項記載の微粒子処理装置。
  30. 【請求項３０】前記リブは前記板状体と実質的に同じ材
    質からなる特許請求の範囲第23項記載の微粒子処理装
    置。
  31. 【請求項３１】前記板状体のうち、最も外側の板状体は
    非通気性のものとされてなる特許請求の範囲第23項記載
    の微粒子処理装置。
  32. 【請求項３２】前記含塵ガス通路は上方と下方とに開口
    し、上方の開口に前記導入管が接続されている特許請求
    の範囲第23項記載の微粒子処理装置。
  33. 【請求項３３】前記微粒子受け部の実質的全てまたは一
    部が通気性多孔質固体からなる特許請求の範囲第23項記
    載の微粒子処理装置。
  34. 【請求項３４】前記微粒子受け部は一個または複数個か
    らなり、該一個または複数個の微粒子受け部によって前
    記含塵ガス通路の他方の開口のすべてが囲まれまたは塞
    がれている特許請求の範囲第23項記載の微粒子処理装
    置。
  35. 【請求項３５】前記微粒子受け部には微粒子および／ま
    たは灰分の取り出し口を設けてある特許請求の範囲第24
    項記載の微粒子処理装置。
  36. 【請求項３６】隣りあう前記板状体間には両板状体の非
    周縁部同士を支持固定するスペーサを設けてなる特許請
    求の範囲第23項記載の微粒子処理装置。
  37. 【請求項３７】前記排ガス導出管は前記フィルタ体の前
    記清浄ガス通路の開口する部位に複数個設けてある特許
    請求の範囲第23項記載の微粒子処理装置。
  38. 【請求項３８】前記逆洗手段は、前記排ガス導出管内に
    設けられた加圧気体噴射ノズルである特許請求の範囲第
    23項記載の微粒子処理装置。
  39. 【請求項３９】前記フィルタ体は、外形を基準にした単
    位体積あたりの濾過機能を有する前記板状体の面積が0.
    2cm2/cm3以上である特許請求の範囲第23項記載の微粒子
    処理装置。
  40. 【請求項４０】前記微粒子受け部を構成する通気性多孔
    質固体の面積は、前記フィルタ体の濾過機能を有する前
    記板状体の面積の10％以下である特許請求の範囲第33項
    記載の微粒子処理装置。
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