JP3431918B1

JP3431918B1 - 排気ガス中の微粒子除去装置

Info

Publication number: JP3431918B1
Application number: JP2002303474A
Authority: JP
Inventors: 良忠宮崎
Original assignee: 株式会社ミツワ製作所
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP2004137970A

Abstract

【要約】【課題】内燃機関の排気圧を現状維持したまま、微粒
子の捕集効率を高められる排気ガス中の微粒子除去装置
を提供する。【解決手段】内燃機関から排気ガス路を通して排出さ
れる排気ガス中の微粒子を捕集するためのサイクロン１
２…を備えた排気ガス中の微粒子除去装置１０におい
て、サイクロン１２…より下流の排気ガス管１１に電動
ファン１６を設けた。よって、この電動ファン１６を作
動させると、従来のように内燃機関の排気圧を高めるこ
となく、サイクロン１２…内を通過する排ガスを高速化
し、微粒子の捕集効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は排気ガス中の微粒
子除去装置、詳しくはディーゼルエンジンなどの内燃機
関から排出された排気ガス中に含まれる微粒子をサイク
ロンを利用して除去する排気ガス中の微粒子除去装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンなどの内燃機関から
排出される排気ガス中には、煤や燃えかすなどの微粒子
（煤塵）が含まれている。この煤塵は、カーボン、未燃
焼燃料、オイルなどの高分子炭化水素などを主成分とし
ている。従来、この煤塵を除去する装置として、例えば
特開平９−１７３７５５号公報のようなサイクロンを利
用した排気ガス中の煤塵除去装置が開発されている。こ
の煤塵除去装置は、内燃機関からの高圧の排気ガスをサ
イクロンに通し、排ガス中の微粒子に水分を浸透させ、
水分を含む微粒子同士を衝突させて結合および凝集させ
ることで造粒増大した粒子をサイクロン部で排ガスと分
離させる構成となっていた。また、サイクロン式の煤塵
除去装置の一種として、静電気により排気ガス中の煤塵
を凝集した後、サイクロンにより集塵除去するものが知
られている。これは、煤塵を帯電により凝集し、サイク
ロンでは捕らえられない微細な煤塵でも、捕集できるよ
うにした。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の煤塵除去装置にあっては、以下に示す問題点が
あった。すなわち、内燃機関から排出された排気ガスの
排気圧により、排気ガスをサイクロンの内部流路から通
過させていた。そのため、サイクロン内の排気ガスの流
速が遅く、煤塵の捕集効率が低かった。仮に、この流速
をはやめて煤塵の捕集効率を高めようとすれば、排気圧
の増大に基づく、様々な問題が発生することになる。ま
た、静電気式の煤塵除去装置によれば、煤塵を帯電させ
るため、捕集されずに大気中に排出された煤塵は、衣服
などに付着しやすいという問題があった。さらに、煤塵
の帯電時には、例えば１０〜２０ｋＶの高電圧を必要と
する。そのため、煤塵除去装置内の絶縁性を高めなけれ
ばならなかった。

【０００４】そこで、発明者は、鋭意研究の結果、サイ
クロンより下流の排気ガス路に吸引手段を設ければ、サ
イクロン内を通過する排気ガスが高速化し、内燃機関の
排気圧を現状維持したままで微粒子の捕集効率を高める
ことができることを知見し、この発明を完成させた。ま
た、高周波により排気ガス路を流れる微粒子を凝集し、
その後、この凝集物をサイクロンにより捕獲するように
すれば、仮に微粒子が捕集されず大気中に排出された場
合でも、静電気の影響により微粒子が衣服などに付着し
ないとともに、微粒子除去装置の絶縁性を高める必要も
ないことを知見し、この発明を完成させた。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、内燃機関の排気圧を現状維
持したまま、微粒子の捕集効率を高めることができる排
気ガス中の微粒子除去装置を提供することを、その目的
としている。また、この発明は、大気放出された微粒子
が帯電した静電気の影響で衣服などに付着せず、しかも
微粒子除去装置の絶縁性を高める必要がない排気ガス中
の微粒子除去装置を提供することを、その目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、内燃機関から排気ガス路を通して排出される排気ガ
ス中の微粒子を捕集するサイクロンを備えた排気ガス中
の微粒子除去装置において、前記サイクロンより上流の
排気ガス路に、この排気ガス路を通過する排気ガスにカ
ルマン渦を発生させる高周波振動子を設けた排気ガス中
の微粒子除去装置である。内燃機関の種類は限定されな
い。例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、プ
ロパンエンジンなどを採用することができる。内燃機関
が搭載される装置の種類は限定されない。例えば、車
両、船舶、発電機などを採用することができる。微粒子
とは、煤塵を含む粒子状物質（ＰＭ）などが挙げられ
る。

【０００７】サイクロンは、円筒内の回転流によって排
気ガスに遠心力を与え、排気ガス中の微粒子を分離捕集
する装置である。その使用本数は限定されない。１本ま
たは２本以上である。サイクロンは、円筒内の回転流に
よって排気ガスに遠心力を与え、排気ガス中の微粒子を
分離捕集する装置で、円筒部のサイズを調整して消音構
造とすれば、マフラーを兼用することができる。その結
果、マフラーの一部または全部を省略することができ
る。ここで、高周波振動子は、排気ガス路の周壁へ固定
される。例えばゴムなどの弾性体を介した弾性的な固定
状態を含む。高周波振動子の素材、大きさなどは限定さ
れない。高周波振動子は排気ガス路の周壁に対して、例
えば片持ち状態での取り付け、両持ち状態での支持の何
れでもよい。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記サイクロン
より下流の排気ガス路に吸引手段を設けた請求項１に記
載の排気ガス中の微粒子除去装置である。吸引手段の種
類は限定されない。例えば、排気ガスを駆動源としたフ
ァン、圧縮空気を駆動源としたファン、高圧の液体を駆
動源としたファン、電動ファンなどである。並列配置さ
れた複数本のサイクロンを使用する場合には、ファンの
回転数をアクセルの踏み込み量、すなわち排気ガスの排
気量に合わせて増減させ、ファンの回転数の増減に応じ
てバルブを開閉すれば、サイクロンの実働本数を増減
し、捕集効率の変動を防止することができる。ファンの
出力を抑えた効率の良い微粒子の捕集を行うことがで
き、騒音や排気量が小さくなる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記サイクロン
が、複数本、前記排気ガス路の途中に、並列状態で配置
された請求項１または請求項２に記載の排気ガス中の微
粒子除去装置である。サイクロンの並列状態とは、各サ
イクロンの排気ガスの流入部と流出部とが、排気ガス路
に対してそれぞれ直接連通されている状態をいう。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、サイクロンよ
り排気ガス路の上流において、高周波振動子によって、
排気ガス路内で高周波を発生させる。すると、排気ガス
路内の微粒子は互いに衝突して凝集し、粒径の大きな凝
集物（粒子）となる。その後、この凝集物がサイクロン
により捕獲される。その結果、微粒子の捕集効果が高ま
る。また、仮に微粒子が捕集されず大気中に排出された
としても、あらかじめ帯電した静電気の影響により微粒
子が衣服などに付着しないとともに、微粒子除去装置の
絶縁性を高める必要もない。排気ガスを排気ガス路中に
流したとき、ある流速以上では排気ガスが高周波振動子
に衝突し、これが高速度で振動する。これは、気体の流
路に円柱を置いたとき、円柱の背後において円柱の両側
から交互に反対向きの渦（カルマン渦）が発生し、この
渦の影響で円柱が高周波振動する現象による。これによ
り微粒子が凝集される。ここでは、安価な高周波振動子
を利用する。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、サイクロ
ンより下流の排気ガス路に設けられた吸引手段を作動さ
せると、従来のように内燃機関の排気圧を高めることな
く、サイクロン内を通過する排気ガスを高速化し、微粒
子の捕集効率を高めることができる。

【００１２】特に、請求項３に記載の発明によれば、排
気ガス路の途中に複数本のサイクロンを並列状態で配置
し、サイクロンの小型化（小径化）を図り、これにより
サイクロン内での排気ガスの遠心力を増大する。その結
果、微粒子の捕集力を高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、この発明の
一実施例を説明する。ここでは、ディーゼルエンジン車
に搭載された排気ガス中の微粒子除去装置を例とする。
図１〜図４において、１０はこの発明の一実施例に係る
排気ガス中の微粒子除去装置（以下、微粒子除去装置）
で、この微粒子除去装置１０は、図示しないディーゼル
エンジンから排気ガス管（排気ガス路）１１を通して排
出される排気ガス中の微粒子を捕集するサイクロン１２
…と、各サイクロン１２…の下部にそれぞれ連通された
集塵容器１３…と、各サイクロン１２…によって微粒子
が除去された排気ガスを集めるガス集合ボックス１４
と、サイクロン１２…より下流の排気ガス管１１に取り
付けられた電動ファン（吸引手段）１６とを備えてい
る。サイクロン１２…は、排気ガス管１１に対して、合
計８本が並列配置されている。電動ファン１６の排気口
部には、マフラー１７が連通されている。

【００１４】排気ガス管１１は、下流に向かって順次配
される、ディーゼルエンジンのマニホールドに連通した
第１の排気管１１ａと、環状の第２の排気管１１ｂと、
第２の排気管１１ｂおよび各サイクロン１２…を連通す
る合計８本の第３の排気管１１ｃ…と、各サイクロン１
２…とガス集合ボックス１４とを連通する合計８本の第
４の排気管１１ｄ…と、ガス集合ボックス１４と電動フ
ァン１６とを連通する第５の排気管１１ｅとを有してい
る。このうち、第１の排気管１１ａの途中には、第１の
排気管１１ａの半径方向に延びたピン形状の高周波振動
子１８が、一対の環状を有するゴム製の弾性体１９を介
して、その高周波振動子１８の両端部を第１の排気管１
１ａの周壁に弾性的な固定状態で収納されている（図４
（ａ），（ｂ））。各第３の排気管１１ｃ…には、電磁
弁１１ｆ…がそれぞれ設けられている。各サイクロン１
２…は、第２の排気管１１ｂに対して周方向に４５度間
隔で配設されている。

【００１５】サイクロン１２…は、真鍮製の円筒ブロッ
ク１２ａ…をそれぞれ本体とし、各円筒ブロック１２ａ
…の上部内に円筒部がそれぞれ形成され、各円筒ブロッ
ク１２ａ…の下部に、対応する円筒部と連通する円錐筒
部が一体形成されている。円錐筒部は下方に向かうほど
徐々に先細り化し、それぞれの下端が対応する集塵容器
１３…に連通されている。円筒ブロック１２ａ…の周壁
の上端部には、ガス導入部１２ｂ…が円筒部の接線方向
に沿って突出されている。ガス導入部１２ｂ…には第３
の排気管１１ｃ…が連通されている。また、円筒ブロッ
ク１２ａ…の上端板の中央部には、第４の排気管１１ｄ
…が連通される小径なガス導出管１２ｃ…が垂設されて
いる。各ガス導入部１２ｂ…を介して、接線方向から円
筒部内に導入された排気ガスは、円筒部および円錐筒部
の各内周面に沿って徐々に旋回しながら下降し（下降
流）、その後、円錐筒部の最下端付近に達したところ
で、この下降流の内方に画成された空間を旋回しながら
上昇していく（上昇流）。その際、排気ガス中に含まれ
た微粒子は、先細りの円錐筒部の周壁に衝突して速度が
低下し、円錐筒部の下部で分離捕集される。一方、上昇
中の排気ガスは円筒部の上端部付近に達すると、ガス導
出管１２ｃ…に流れ込む。そして、この排気ガスはガス
導出管１２ｃ…を上昇し、第４の排気管１１ｄ…に流れ
込む。電動ファン１６の出力は、排気ガス管１１を流れ
る排気ガスの流速が、５０ｍ／秒以上となるように設定
されている。

【００１６】次に、この発明の一実施例に係る微粒子除
去装置１０の作動を説明する。図１〜図４に示すよう
に、図示しないディーゼルエンジン車のディーゼルエン
ジンを駆動すると、排気ガスがマニホールドを通して、
第１の排気管１１ａに流れ込む。このとき、電動ファン
１６を作動させて、排気ガス管１１中を流れる排気ガス
の流速をはやめる。これにより、高速の排気ガスが高周
波振動子１８に衝突し、その結果、高周波振動子１８の
下流領域において、高周波振動子１８の両側から交互に
カルマン渦が生じる。こうして、高周波振動子１８が１
００００Ｈｚ程度で振動する。よって、第１の排気管１
１ａ内の微粒子は互いに衝突して凝集し、粒径の大きな
凝集物（粒子）となる。その後、排気ガスは環状の第２
の排気管１１ｂを経たのち、対応する第３の排気管１１
ｃ…を通過して各サイクロン１２…にそれぞれ流れ込
む。ここで、遠心分離作用により排気ガス中の凝集物
（凝集されなかった微粒子を含む）が捕獲される。捕獲
物は、対応する集塵容器１３…内に落下し、回収され
る。各サイクロン１２…により微粒子が除去された排気
ガスは、第４の排気管１１ｄ…を介してガス集合ボック
ス１４に流れ込む。その後、このガス集合ボックス１４
内でひとつに纏められた排気ガスは、第５の排気管１１
ｅを経て電動ファン１６内を通過し、マフラー１７から
大気中に排出される。

【００１７】このように、サイクロン１２…より下流の
排気ガス管１１の部分に電動ファン１６を設けたので、
従来のようにディーゼルエンジンの排気圧を高めること
なく、サイクロン１２…内を通過する排気ガスを高速化
し、微粒子の捕集効率を高めることができる。また、第
２の排気管１１ｂに８本のサイクロン１２…を、第２の
排気管１１ｂの軸線方向に向かって並列状態で設けたの
で、サイクロン１２…の小型化（小径化）が図れ、サイ
クロン１２…内での排気ガスの遠心力が増大し、微粒子
の捕集力を高めることができる。さらに、サイクロン１
２…よりも上流の排気ガス管１１に高周波振動子１８を
設けたので、排気ガス中の微粒子を高周波により凝集さ
せて回収することができる。しかも、大気排出された微
粒子が、従来のようにあらかじめ帯電した静電気の影響
で衣服などに付着しないとともに、微粒子除去装置１０
の絶縁性を高める必要がない。また、高周波振動子１８
がピン形状の安価なものであるので、高周波振動発生手
段の低コスト化も図ることができる。

【００１８】また、電動ファン１６の回転数は、アクセ
ルの踏み込み量、すなわち排気ガスの排気量に合わせて
増減させ、同時に、所定の電磁弁１１ｆ…を開閉するこ
とで、サイクロン１２…の実働本数を増減し、排気量に
合わせた捕集効率の変動のない装置とすることができ
る。電動ファン１６の出力を抑えた効率の良い微粒子の
捕集を行うことができ、電動ファン１６の出力を抑えれ
ば騒音や排気量が小さくなる。

【００１９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、サイク
ロンより上流の排気ガス路に高周波振動子を設けたの
で、排気ガス中の微粒子を高周波により凝集させ、微粒
子の捕集効果を高めることができる。しかも、大気放出
された微粒子が帯電した静電気の影響で衣服などに付着
せず、微粒子除去装置の絶縁性を高める必要もない。特
に高周波振動子として、排気ガスにカルマン渦を発生さ
せる安価な高周波振動子を採用したので、その低コスト
化を図ることができる。請求項２に記載の発明によれ
ば、サイクロンより下流の排気ガス路に吸引手段を設け
たので、内燃機関の排気圧を現状維持したまま、微粒子
の捕集効率を高めることができる。特に、請求項３に記
載の発明によれば、排気ガス路の途中に、排気ガス路の
軸線方向に向かって所定長さごとに複数本のサイクロン
を並列状態で配設し、サイクロンの小型化（小径化）を
図り、サイクロン内での排気ガスの遠心力を増大し、微
粒子の捕集効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る排気ガス中の微粒子
除去装置の正面図である。

【図２】この発明の一実施例に係る排気ガス中の微粒子
除去装置の平面図である。

【図３】この発明の一実施例に係る排気ガス中の微粒子
除去装置に組み込まれたサイクロンの拡大縦断面図であ
る。

【図４】（ａ）は、この発明の一実施例に係る排気ガス
中の微粒子除去装置の高周波振動子の取り付け部分を示
す要部拡大縦断面図である。（ｂ）は、この発明の一実施例に係る排気ガス中の微粒
子除去装置の高周波振動子の取り付け部分を示す要部拡
大横断面図である。

【符号の説明】

１０排気ガス中の微粒子除去装置、１１排気ガス管
（排気ガス路）、１２サイクロン、１６電動ファン
（吸引手段）、１８高周波振動子（高周波振動発生手
段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関から排気ガス路を通して排出さ
れる排気ガス中の微粒子を捕集するサイクロンを備えた
排気ガス中の微粒子除去装置において、前記サイクロンより上流の排気ガス路に、この排気ガス
路を通過する排気ガスにカルマン渦を発生させる高周波
振動子を設けた排気ガス中の微粒子除去装置。
【請求項２】前記サイクロンより下流の排気ガス路に
吸引手段を設けた請求項１に記載の排気ガス中の微粒子
除去装置。
【請求項３】前記サイクロンが、複数本、前記排気ガ
ス路の途中に、並列状態で配置された請求項１または請
求項２に記載の排気ガス中の微粒子除去装置。