JP3967687B2 - 排気ガス清浄装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス清浄装置に関し、より詳しくは、ディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排気ガス中のＰＭ（特に煤）を、十分に捕捉し除去することができる排気ガス清浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には煤が多量に含まれており、これを除去するために遠心分離集塵器を利用した排気浄化装置が提案されている。粒子状物質のことを、煤を含めて一般に、ＰＭ（パティキュレート・マター）という。
従来の排気浄化装置は、煤とガスの質量差を利用して物理的に分離処理するものである。
【０００３】
その一例として、特開平７−１５８４２０号公報（特許文献１参照）に開示されるように、排気ガスを、金属線を多方向に絡ませてマット状にした網状積層体に導入して煤を粒成長させてから遠心分離集塵器に導入するようにした排気ガス浄化装置が提案されている。
【０００４】
しかしながら、この装置においては集塵がサイクロンで行われる。サイクロンは、ディーゼルエンジンから排出される煤のような極めて小さく且つ軽い粒子を捕捉するには性能が不十分であり、例え上記のような網状積層体で若干煤を大きくしたとしても、殆ど捕捉能は向上しないのが実情であった。
【０００５】
また、このような従来技術の他に、図５に示すような排気ガス浄化装置（Ｈ）が提案されている。この装置は、特開平７−１５８４２０号公報に開示の装置において、網状積層体の前段に蒸発水を供給し、この蒸発水と煤を接触させることで煤の粒子径を大きくし、サイクロン（Ｓ）によって煤の除去効率を高めるものである。
しかしながら、このような所作を行っても、サイクロンによる煤の捕捉能は十分ではなかった。近年は、環境問題が重視され、排気ガス規制の条件も厳しくなっている。従って、サイクロンによる捕捉能では、この規制条件を十分に満たすことが困難になりつつある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５８４２０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、ディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排気ガス中の煤を、十分に捕捉し除去することができる排気ガス清浄装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関から排出される排気ガスが導入される導入筒と、この導入筒に接続され繊維状集塵手段が内部に配された集塵ボックスと、この集塵ボックスに接続され前記導入筒の延長方向前方に位置する排気ガス反転部と、前記集塵ボックスに接続された排気管とからなり、前記排気ガス反転部は、基端が前記集塵ボックスに接続された筒状本体と、この筒状本体の前記集塵ボックスとは反対側の端部に設けられた排気ガス反転用底板とからなり、この底板には該底板より小さい径の排気ガス吐出口が設けられていることを特徴とする排気ガス清浄装置である。
請求項２記載の発明は、前記筒状本体の内部に、繊維状集塵手段が配されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項３記載の発明は、前記排気ガス吐出口は、戻し配管と、この戻し配管に接続された第１の外気引込手段とを介して、前記導入筒に戻し接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項４記載の発明は、前記第１の外気引込手段は、一端部が前記導入筒に内部連通状態で接続され他端に外気導入用底板を有する有底筒体からなり、前記底板は、排気ガス戻し用孔及び外気導入用孔を有するとともに前記排気ガス戻し用孔に前記戻し配管が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項５記載の発明は、前記排気管の先端部には、第２の外気引込手段が接続され、この外気引込手段は、排気用筒体と、この排気用筒体の上流端に設けられた外気導入用底板とからなり、この底板には、外気導入用孔及び排気ガス導入用孔が形成され、この排気ガス導入用孔が前記排気管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項６記載の発明は、前記導入筒には、木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンクが気化ガス送出用配管を介して接続され、前記タンクには収容水加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。請求項７記載の発明は、前記タンクは、前記集塵ボックスに熱伝導可能に取付けられており、この取付により前記収容水加熱手段が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項８記載の発明は、前記タンクは、排気ガス導入用配管を介して前記導入筒と接続されており、この接続により前記収容水加熱手段が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項９記載の発明は、前記集塵ボックスは、前記繊維状集塵手段を収容する囲いを、該集塵ボックスから横方向へ引き出し可能に及び該集塵ボックスに横方向へ押し入れ可能に設けてなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項１０記載の発明は、前記導入筒の前段には、排気ガスを該導入筒内に導き入れるか或いは導入せずに外部へ直接排出するかどうかを選択的に制御するバルブとその駆動装置とが設けられ、この駆動装置は、前記繊維状集塵手段の温度を検知する温度センサの検出信号に基づき前記繊維状集塵手段が所定温度以上になったかどうかを判断し所定温度以上であると判断した場合に前記バルブに外部へ直接排気をさせ、所定温度未満であると判断した場合に前記バルブに排気ガスを導入筒内に導入させる制御部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る排気ガス清浄装置を示す平面図である。図２は、図１に示す装置のＡ方向矢視図である。図３は、本発明におけるタンクを示す図である。図４は、本発明に係る排気ガス清浄装置の他の実施形態を示す平面図である。尚、以下の説明において、上記の如くＰＭとはパーティキュレート・マター（粒子状物質）のことを指し、ディーゼル車で多量に排出される煤もＰＭの一種である。
本発明に係る排気ガス清浄装置（１）は、内燃機関から排出される排気ガスが導入される導入筒（２）と、この導入筒（２）に接続され繊維状集塵手段（３）が内部に配された集塵ボックス（４）と、この集塵ボックス（４）に接続され導入筒（２）の延長方向前方に位置する排気ガス反転部（５）と、集塵ボックス（４）に接続された排気管（６）とからなる。
【００１０】
導入筒（２）は、内燃機関のマフラー（７）に、直接的或いは間接的に接続され、図１に示す例では、接続筒体（８）を介して間接的に接続されている。この例において、導入筒（２）の径は、接続筒体（８）の径よりも大きくなっており、それらの開口面積の比は、例えば約２対１となっている。尚、この比率は特に限定されるものではない。
接続筒体（８）の径よりも導入筒（２）の径を大きくする場合、導入筒（２）内に入った排気ガスは圧力が低下する。これによって排気ガスの温度も低下する。導入筒（２）の径及び接続筒体（８）の径がそれぞれ軸長方向に一定であるとすれば、接続筒体（８）内の排気ガス圧と導入筒（２）内の排気ガス圧の比は、それらの開口面積の比に略反比例する。例えば、導入筒（２）の開口面積と接続筒体（８）の開口面積の比が２対１の場合には、導入筒（２）内の排気ガス圧と接続筒体（８）内の排気ガス圧の比は略１対２となる。
【００１１】
導入筒（２）内に入った排気ガスは、そのまま集塵ボックス（４）に導かれてもよいが、好ましくは、導入筒（２）内にて消臭され且つＰＭの径が大きくされるのがよい。
そのために、好ましくは、導入筒（２）には、木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンク（９）が気化ガス送出用配管（１０）を介して接続され、タンク（９）には収容水加熱手段（１１）が設けられているのがよい。図１、２において、符号（３３）は補給タンクであり、符号（３４）は耐熱型フロートスイッチである。
【００１２】
この場合、収容水加熱手段（１１）によって収容水が加熱され、収容水は溶解した成分とともに気化する。気化ガスは、気化ガス送出用配管（１０）を通じて導入筒（２）内に放出され、排気ガス内のＰＭと衝突一体化してＰＭの粒子径を大きくするとともに、排気ガスの温度を下げる。また、収容水が木酢液を含んでいる場合には、気化した木酢液が排気ガスの有害な臭い成分と反応し、これを無臭化し無害化する。粒子径が大きくなったＰＭを含む排気ガスは、集塵ボックス（４）内に入る。
【００１３】
収容水加熱手段（１１）の構成は特に限定されるものではないが、例えば、タンク（９）が集塵ボックス（４）に熱伝導可能に取付けられており、この取付により収容水加熱手段（１１）が構成されていてもよい。
この場合、排気ガスによって加熱された集塵ボックス（４）の熱がタンク（９）に伝わり、タンク（９）が加熱される。
この形態の他に、例えばタンク（９）が排気ガス導入用配管（１２）を介して導入筒（２）と接続されており、この接続により収容水加熱手段（１１）が構成されていてもよい。
この場合、導入筒（２）内の排気ガスの一部が排気ガス導入用配管（１２）を通じてタンク（９）内に入る。タンク（９）に入った排気ガスは収容水を加熱する。
【００１４】
集塵ボックス（４）内には、繊維状集塵手段（３）が収容されている。繊維状集塵手段（３）の構成は特に限定されるものではないが、例えば無配向で絡まり合った難燃性繊維、例としては無配向で絡まり合ったスチールウールやステンレスウールを密に集合させた塊とされる。
この繊維状集塵手段（３）中に送り込まれた排気ガスは、ＰＭが繊維状集塵手段（３）に付着し、ガスそのものは通過して排気ガス反転部（５）内に入る。
【００１５】
排気ガス反転部（５）は、基端が集塵ボックス（４）に接続された筒状本体（１３）と、この筒状本体（１３）の集塵ボックス（４）とは反対側の端部に設けられた排気ガス反転用底板（１４）とからなる。この排気ガス反転用底板（１４）には、該底板（１４）より小さい径の排気ガス吐出口（１５）が設けられている。
排気ガス反転部（５）内に入った排気ガスは、排気ガス反転用底板（１４）に衝突し、ここで反転して集塵ボックス（４）内に戻る。向きを反転した排気ガスは、集塵ボックス（４）内において、導入筒（２）側から入ってくる排気ガスと混合され、ここで乱流が発生する。乱流が発生することにより、排気ガス中のＰＭは繊維状集塵手段（３）に付着する率が高まり、殆どのＰＭがここで捕捉除去される。
尚、好ましくは、排気ガス反転部（５）内にも繊維状集塵手段（３）が設けられる。これにより、一層確実にＰＭが捕捉される。
【００１６】
排気ガス反転用底板（１４）には、該底板（１４）より小さい径の排気ガス吐出口（１５）が設けられている。この吐出口（１５）から、排気ガス反転部（５）内の排気ガスの一部が吐出される。吐出口（１５）を設けてここから適度にガスの吐出を行うことにより、排気ガス反転部（５）内にスムースに排気ガスが導入され、確実に反転ガス流が形成される。
【００１７】
集塵ボックス（４）内でＰＭが除去された排気ガスは、排気管（６）を通じて外部に放出される。この排気管（６）から放出された排気ガスは、有害なＰＭや臭い成分を殆ど含まず、環境にやさしいガスである。
【００１８】
尚、本発明においては、以下の構成を別途採用することも可能である。
排気ガス吐出口（１５）を通じて排気ガス反転部（５）内の一部の排気ガスを外部へ排出してもよい（図１参照）が、例えば、排気ガス吐出口（１５）は、図４（ａ）に例示されるように、戻し配管（１６）と、この戻し配管（１６）に接続された第１の外気引込手段（１７）とを介して、導入筒（２）に接続されていることが好ましい。
この場合、吐出口（１５）から出た排気ガスを戻し配管（１６）によって導入筒（２）内に戻す。また、第１の外気引込手段（１７）によって導入筒（２）内に外気を導入する。戻された排気ガスと外気は上記と同様の経路を経て、排気管（６）から排出される。
排気を戻すことにより、浄化の程度を更に向上させることができる。また、外気を導入することにより、排気ガス及び装置の温度を低下させることができる。
【００１９】
ここで、第１の外気引込手段（１７）は、図４（ｂ）に例示されるように、一端部が導入筒（２）に内部連通状態で接続され他端に外気導入用底板（１８）を有する有底筒体（１９）からなるものとすることができる。該底板（１９）は、排気ガス戻し用孔（２０）及び外気導入用孔（２１）を有するとともに排気ガス戻し用孔（２０）に戻し配管（１６）が接続されているものであることが好ましい。
この場合、排気ガス戻し用孔（２０）から有底筒体（１９）内に入った排気ガスは、その気流によって外気導入用孔（２１）から外気を引込み、この外気と一緒に導入筒（２）内に導入される。これにより、動力源なしに外気を確実に引き込むことができる。
【００２０】
また、本発明においては、図４（ａ）に例示されるように、排気管（６）の先端部に、第２の外気引込手段（２２）が接続されていることが好ましい。この第２の外気引込手段（２２）は、排気用筒体（２３）と、この排気用筒体（２３）の上流端に設けられた外気導入用底板（２４）とからなる。この底板（２４）には、図４（ｃ）に例示されるように、外気導入用孔（２５）及び排気ガス導入用孔（２６）が形成され、この排気ガス導入用孔（２６）が前記排気管（６）に接続されている。
この場合、排気管（６）から排気用筒体（２３）内に入った排気ガスは、その気流によって外気導入用孔（２５）から外気を引き込み、この外気と一緒に外部へ放出される。これにより、動力源なしに外気を確実に引き込み、排気ガスの温度を更に低下させることができる。
【００２１】
また、本発明においては、集塵ボックス（４）は、繊維状集塵手段（３）を収容する囲い（２７）を、該集塵ボックス（４）から横方向に引き出し可能に及び該集塵ボックス（４）に横方向に押し入れ可能に設けてなるものであってもよい。
この場合、囲い（２７）を横方向に出し入れすることができるので、容易に繊維状集塵手段（３）を交換することができる。
尚、この囲い（２７）の内側には、通気可能に構成された仕切り部材（２８）が取り付けられていることが好ましい。この仕切り部材（２８）は、集塵ボックス（４）の上流側と下流側を結ぶ方向に対し略垂直に設けられる。この仕切り部材（２８）を設けることにより、排気ガスが上流側から下流側へ向かう力によって繊維状集塵手段（３）が集塵ボックス（４）内で移動し下流側へ位置が偏るのを防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明においては、導入筒（２）の前段には、排気ガスを該導入筒（２）内に導き入れるか或いは導入せずに外部へ直接排気するかどうかを選択的に制御するバルブ（２９）とその駆動装置（３０）とが設けられ、この駆動装置（３０）は、繊維状集塵手段（３）の温度を検知する温度センサ（３１）の検出信号に基づき繊維状集塵手段（３）が所定温度以上になったかどうかを判断し所定温度以上であると判断した場合にバルブ（２９）に外部へ直接排気をさせ、所定温度未満であると判断した場合にバルブ（２９）に排気ガスを導入筒（２）内に導入させる制御部（３２）に接続されていることが好ましい。
この場合、繊維状集塵手段（３）が所定温度以上になったときに、排気ガスが導入筒（２）内に入るのを自動的に停止させるので、繊維状集塵手段（３）が発火するのを防止することができ、火災等の危険を未然に防止することができる。また、繊維状集塵手段（３）の温度が低下すれば、排気ガスの導入筒（２）内への導入を自動的に開始することができる。
【００２３】
次に、この排気ガス清浄装置（１）の使用方法について説明する。
この排気ガス清浄装置（１）は、通常、排気ガス中にＰＭ（特に煤）が多く含まれるディーゼルエンジン車に搭載され、該車両のマフラー（７）に接続される。車両から出た排気ガスは、導入筒（２）内に導入される。導入筒（２）がその前段部より拡径されている場合は、導入筒（２）内部で排気ガスの圧力が低下し、その温度も低下する。木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンク（９）が導入筒（２）に接続されている場合には、このタンク（９）から気化した収容水が導入筒（２）内に入り、排気ガスと混合される。これにより、排気ガスの有害な臭い成分は化学反応によって消臭され、ＰＭは水蒸気の粒子と一体になってその粒子径が大きくなる。
【００２４】
導入筒（２）内の排気ガスは、集塵ボックス（４）内に入る。排気ガス中のＰＭは、繊維状集塵手段（３）に付着する。排気ガスは直進して排気ガス反転部（５）内に入り、ここで反転して集塵ボックス（４）内に戻る。集塵ボックス（４）内には排気ガスの乱流が発生し、これによりＰＭの付着率が大幅に向上する。ＰＭが除去された排気ガスは、排気管（６）を通じて外部へ放出される。
【００２５】
排気ガス反転部（５）の排気ガス吐出口（１５）が、戻し配管（１６）と、この戻し配管（１６）に接続された第１の外気引込手段（１７）とを介して導入筒（２）に戻し接続されている場合には、排気ガスは外気と混合されてその温度が一層低下する。また、ＰＭ及び臭いの除去率が更に向上する。
【００２６】
排気管（６）の先端部に第２の外気引込手段（２２）が接続されている場合には、排気ガスの温度は更に低下し、環境に一層やさしいものとなる。
【００２７】
繊維状集塵手段（３）がＰＭで汚れてきたら、囲い（２７）を集塵ボックス（４）から横向きに引き出し、囲い（２７）内部の繊維状集塵手段（３）を交換して、囲い（２７）を再度集塵ボックス（４）内に収容すればよい。尚、通常、温度センサ（３１）は保護カバー（図示せず）で覆われているので、囲い（２７）を出し入れする際に破損することはない。保護カバーは、温度センサ（３１）の形状に応じて、筒形をした網状部材で構成することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排気ガス中のＰＭ（特に煤）を、十分に捕捉し除去することができる排気ガス清浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気ガス清浄装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す装置のＡ方向矢視図である。
【図３】本発明におけるタンクを示す図である。
【図４】本発明に係る排気ガス清浄装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図５】従来の排気ガス清浄装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１・・・・・排気ガス清浄装置
２・・・・・導入筒
３・・・・・繊維状集塵手段
４・・・・・集塵ボックス
５・・・・・排気ガス反転部
６・・・・・排気管
８・・・・・接続筒体
９・・・・・タンク
１０・・・・排気ガス排出用配管
１１・・・・収容水加熱手段
１２・・・・排気ガス導入用配管
１３・・・・筒状本体
１４・・・・排気ガス反転用底板
１５・・・・排気ガス吐出口
１６・・・・戻し配管
１７・・・・第１の外気引込手段
１８・・・・外気導入用底板
１９・・・・有底筒体
２０・・・・排気ガス戻し用孔
２１・・・・外気導入用孔
２２・・・・第２の外気引込手段
２３・・・・排気用筒体
２４・・・・外気導入用底板
２５・・・・外気導入用孔
２６・・・・排気ガス導入用孔
２７・・・・囲い
３１・・・・温度センサ
３２・・・・制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス清浄装置に関し、より詳しくは、ディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排気ガス中のＰＭ（特に煤）を、十分に捕捉し除去することができる排気ガス清浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には煤が多量に含まれており、これを除去するために遠心分離集塵器を利用した排気浄化装置が提案されている。粒子状物質のことを、煤を含めて一般に、ＰＭ（パティキュレート・マター）という。
従来の排気浄化装置は、煤とガスの質量差を利用して物理的に分離処理するものである。
【０００３】
その一例として、特開平７−１５８４２０号公報（特許文献１参照）に開示されるように、排気ガスを、金属線を多方向に絡ませてマット状にした網状積層体に導入して煤を粒成長させてから遠心分離集塵器に導入するようにした排気ガス浄化装置が提案されている。
【０００４】
しかしながら、この装置においては集塵がサイクロンで行われる。サイクロンは、ディーゼルエンジンから排出される煤のような極めて小さく且つ軽い粒子を捕捉するには性能が不十分であり、例え上記のような網状積層体で若干煤を大きくしたとしても、殆ど捕捉能は向上しないのが実情であった。
【０００５】
また、このような従来技術の他に、図５に示すような排気ガス浄化装置（Ｈ）が提案されている。この装置は、特開平７−１５８４２０号公報に開示の装置において、網状積層体の前段に蒸発水を供給し、この蒸発水と煤を接触させることで煤の粒子径を大きくし、サイクロン（Ｓ）によって煤の除去効率を高めるものである。
しかしながら、このような所作を行っても、サイクロンによる煤の捕捉能は十分ではなかった。近年は、環境問題が重視され、排気ガス規制の条件も厳しくなっている。従って、サイクロンによる捕捉能では、この規制条件を十分に満たすことが困難になりつつある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５８４２０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、ディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排気ガス中の煤を、十分に捕捉し除去することができる排気ガス清浄装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関から排出される排気ガスが導入される導入筒と、この導入筒に接続され繊維状集塵手段が内部に配された集塵ボックスと、この集塵ボックスに接続され前記導入筒の延長方向前方に位置する排気ガス反転部と、前記集塵ボックスに接続された排気管とからなり、前記排気ガス反転部は、基端が前記集塵ボックスに接続された筒状本体と、この筒状本体の前記集塵ボックスとは反対側の端部に設けられた排気ガス反転用底板とからなり、この底板には該底板より小さい径の排気ガス吐出口が設けられていることを特徴とする排気ガス清浄装置である。
請求項２記載の発明は、前記筒状本体の内部に、繊維状集塵手段が配されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項３記載の発明は、前記排気ガス吐出口は、戻し配管と、この戻し配管に接続された第１の外気引込手段とを介して、前記導入筒に戻し接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項４記載の発明は、前記第１の外気引込手段は、一端部が前記導入筒に内部連通状態で接続され他端に外気導入用底板を有する有底筒体からなり、前記底板は、排気ガス戻し用孔及び外気導入用孔を有するとともに前記排気ガス戻し用孔に前記戻し配管が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項５記載の発明は、前記排気管の先端部には、第２の外気引込手段が接続され、この外気引込手段は、排気用筒体と、この排気用筒体の上流端に設けられた外気導入用底板とからなり、この底板には、外気導入用孔及び排気ガス導入用孔が形成され、この排気ガス導入用孔が前記排気管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項６記載の発明は、前記導入筒には、木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンクが気化ガス送出用配管を介して接続され、前記タンクには収容水加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。請求項７記載の発明は、前記タンクは、前記集塵ボックスに熱伝導可能に取付けられており、この取付により前記収容水加熱手段が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項８記載の発明は、前記タンクは、排気ガス導入用配管を介して前記導入筒と接続されており、この接続により前記収容水加熱手段が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項９記載の発明は、前記集塵ボックスは、前記繊維状集塵手段を収容する囲いを、該集塵ボックスから横方向へ引き出し可能に及び該集塵ボックスに横方向へ押し入れ可能に設けてなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
請求項１０記載の発明は、前記導入筒の前段には、排気ガスを該導入筒内に導き入れるか或いは導入せずに外部へ直接排出するかどうかを選択的に制御するバルブとその駆動装置とが設けられ、この駆動装置は、前記繊維状集塵手段の温度を検知する温度センサの検出信号に基づき前記繊維状集塵手段が所定温度以上になったかどうかを判断し所定温度以上であると判断した場合に前記バルブに外部へ直接排気をさせ、所定温度未満であると判断した場合に前記バルブに排気ガスを導入筒内に導入させる制御部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置である。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る排気ガス清浄装置を示す平面図である。図２は、図１に示す装置のＡ方向矢視図である。図３は、本発明におけるタンクを示す図である。図４は、本発明に係る排気ガス清浄装置の他の実施形態を示す平面図である。尚、以下の説明において、上記の如くＰＭとはパーティキュレート・マター（粒子状物質）のことを指し、ディーゼル車で多量に排出される煤もＰＭの一種である。
本発明に係る排気ガス清浄装置（１）は、内燃機関から排出される排気ガスが導入される導入筒（２）と、この導入筒（２）に接続され繊維状集塵手段（３）が内部に配された集塵ボックス（４）と、この集塵ボックス（４）に接続され導入筒（２）の延長方向前方に位置する排気ガス反転部（５）と、集塵ボックス（４）に接続された排気管（６）とからなる。
【００１０】
導入筒（２）は、内燃機関のマフラー（７）に、直接的或いは間接的に接続され、図１に示す例では、接続筒体（８）を介して間接的に接続されている。この例において、導入筒（２）の径は、接続筒体（８）の径よりも大きくなっており、それらの開口面積の比は、例えば約２対１となっている。尚、この比率は特に限定されるものではない。
接続筒体（８）の径よりも導入筒（２）の径を大きくする場合、導入筒（２）内に入った排気ガスは圧力が低下する。これによって排気ガスの温度も低下する。導入筒（２）の径及び接続筒体（８）の径がそれぞれ軸長方向に一定であるとすれば、接続筒体（８）内の排気ガス圧と導入筒（２）内の排気ガス圧の比は、それらの開口面積の比に略反比例する。例えば、導入筒（２）の開口面積と接続筒体（８）の開口面積の比が２対１の場合には、導入筒（２）内の排気ガス圧と接続筒体（８）内の排気ガス圧の比は略１対２となる。
【００１１】
導入筒（２）内に入った排気ガスは、そのまま集塵ボックス（４）に導かれてもよいが、好ましくは、導入筒（２）内にて消臭され且つＰＭの径が大きくされるのがよい。
そのために、好ましくは、導入筒（２）には、木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンク（９）が気化ガス送出用配管（１０）を介して接続され、タンク（９）には収容水加熱手段（１１）が設けられているのがよい。図１、２において、符号（３３）は補給タンクであり、符号（３４）は耐熱型フロートスイッチである。
【００１２】
この場合、収容水加熱手段（１１）によって収容水が加熱され、収容水は溶解した成分とともに気化する。気化ガスは、気化ガス送出用配管（１０）を通じて導入筒（２）内に放出され、排気ガス内のＰＭと衝突一体化してＰＭの粒子径を大きくするとともに、排気ガスの温度を下げる。また、収容水が木酢液を含んでいる場合には、気化した木酢液が排気ガスの有害な臭い成分と反応し、これを無臭化し無害化する。粒子径が大きくなったＰＭを含む排気ガスは、集塵ボックス（４）内に入る。
【００１３】
収容水加熱手段（１１）の構成は特に限定されるものではないが、例えば、タンク（９）が集塵ボックス（４）に熱伝導可能に取付けられており、この取付により収容水加熱手段（１１）が構成されていてもよい。
この場合、排気ガスによって加熱された集塵ボックス（４）の熱がタンク（９）に伝わり、タンク（９）が加熱される。
この形態の他に、例えばタンク（９）が排気ガス導入用配管（１２）を介して導入筒（２）と接続されており、この接続により収容水加熱手段（１１）が構成されていてもよい。
この場合、導入筒（２）内の排気ガスの一部が排気ガス導入用配管（１２）を通じてタンク（９）内に入る。タンク（９）に入った排気ガスは収容水を加熱する。
【００１４】
集塵ボックス（４）内には、繊維状集塵手段（３）が収容されている。繊維状集塵手段（３）の構成は特に限定されるものではないが、例えば無配向で絡まり合った難燃性繊維、例としては無配向で絡まり合ったスチールウールやステンレスウールを密に集合させた塊とされる。
この繊維状集塵手段（３）中に送り込まれた排気ガスは、ＰＭが繊維状集塵手段（３）に付着し、ガスそのものは通過して排気ガス反転部（５）内に入る。
【００１５】
排気ガス反転部（５）は、基端が集塵ボックス（４）に接続された筒状本体（１３）と、この筒状本体（１３）の集塵ボックス（４）とは反対側の端部に設けられた排気ガス反転用底板（１４）とからなる。この排気ガス反転用底板（１４）には、該底板（１４）より小さい径の排気ガス吐出口（１５）が設けられている。
排気ガス反転部（５）内に入った排気ガスは、排気ガス反転用底板（１４）に衝突し、ここで反転して集塵ボックス（４）内に戻る。向きを反転した排気ガスは、集塵ボックス（４）内において、導入筒（２）側から入ってくる排気ガスと混合され、ここで乱流が発生する。乱流が発生することにより、排気ガス中のＰＭは繊維状集塵手段（３）に付着する率が高まり、殆どのＰＭがここで捕捉除去される。
尚、好ましくは、排気ガス反転部（５）内にも繊維状集塵手段（３）が設けられる。これにより、一層確実にＰＭが捕捉される。
【００１６】
排気ガス反転用底板（１４）には、該底板（１４）より小さい径の排気ガス吐出口（１５）が設けられている。この吐出口（１５）から、排気ガス反転部（５）内の排気ガスの一部が吐出される。吐出口（１５）を設けてここから適度にガスの吐出を行うことにより、排気ガス反転部（５）内にスムースに排気ガスが導入され、確実に反転ガス流が形成される。
【００１７】
集塵ボックス（４）内でＰＭが除去された排気ガスは、排気管（６）を通じて外部に放出される。この排気管（６）から放出された排気ガスは、有害なＰＭや臭い成分を殆ど含まず、環境にやさしいガスである。
【００１８】
尚、本発明においては、以下の構成を別途採用することも可能である。
排気ガス吐出口（１５）を通じて排気ガス反転部（５）内の一部の排気ガスを外部へ排出してもよい（図１参照）が、例えば、排気ガス吐出口（１５）は、図４（ａ）に例示されるように、戻し配管（１６）と、この戻し配管（１６）に接続された第１の外気引込手段（１７）とを介して、導入筒（２）に接続されていることが好ましい。
この場合、吐出口（１５）から出た排気ガスを戻し配管（１６）によって導入筒（２）内に戻す。また、第１の外気引込手段（１７）によって導入筒（２）内に外気を導入する。戻された排気ガスと外気は上記と同様の経路を経て、排気管（６）から排出される。
排気を戻すことにより、浄化の程度を更に向上させることができる。また、外気を導入することにより、排気ガス及び装置の温度を低下させることができる。
【００１９】
ここで、第１の外気引込手段（１７）は、図４（ｂ）に例示されるように、一端部が導入筒（２）に内部連通状態で接続され他端に外気導入用底板（１８）を有する有底筒体（１９）からなるものとすることができる。該底板（１９）は、排気ガス戻し用孔（２０）及び外気導入用孔（２１）を有するとともに排気ガス戻し用孔（２０）に戻し配管（１６）が接続されているものであることが好ましい。
この場合、排気ガス戻し用孔（２０）から有底筒体（１９）内に入った排気ガスは、その気流によって外気導入用孔（２１）から外気を引込み、この外気と一緒に導入筒（２）内に導入される。これにより、動力源なしに外気を確実に引き込むことができる。
【００２０】
また、本発明においては、図４（ａ）に例示されるように、排気管（６）の先端部に、第２の外気引込手段（２２）が接続されていることが好ましい。この第２の外気引込手段（２２）は、排気用筒体（２３）と、この排気用筒体（２３）の上流端に設けられた外気導入用底板（２４）とからなる。この底板（２４）には、図４（ｃ）に例示されるように、外気導入用孔（２５）及び排気ガス導入用孔（２６）が形成され、この排気ガス導入用孔（２６）が前記排気管（６）に接続されている。
この場合、排気管（６）から排気用筒体（２３）内に入った排気ガスは、その気流によって外気導入用孔（２５）から外気を引き込み、この外気と一緒に外部へ放出される。これにより、動力源なしに外気を確実に引き込み、排気ガスの温度を更に低下させることができる。
【００２１】
また、本発明においては、集塵ボックス（４）は、繊維状集塵手段（３）を収容する囲い（２７）を、該集塵ボックス（４）から横方向に引き出し可能に及び該集塵ボックス（４）に横方向に押し入れ可能に設けてなるものであってもよい。
この場合、囲い（２７）を横方向に出し入れすることができるので、容易に繊維状集塵手段（３）を交換することができる。
尚、この囲い（２７）の内側には、通気可能に構成された仕切り部材（２８）が取り付けられていることが好ましい。この仕切り部材（２８）は、集塵ボックス（４）の上流側と下流側を結ぶ方向に対し略垂直に設けられる。この仕切り部材（２８）を設けることにより、排気ガスが上流側から下流側へ向かう力によって繊維状集塵手段（３）が集塵ボックス（４）内で移動し下流側へ位置が偏るのを防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明においては、導入筒（２）の前段には、排気ガスを該導入筒（２）内に導き入れるか或いは導入せずに外部へ直接排気するかどうかを選択的に制御するバルブ（２９）とその駆動装置（３０）とが設けられ、この駆動装置（３０）は、繊維状集塵手段（３）の温度を検知する温度センサ（３１）の検出信号に基づき繊維状集塵手段（３）が所定温度以上になったかどうかを判断し所定温度以上であると判断した場合にバルブ（２９）に外部へ直接排気をさせ、所定温度未満であると判断した場合にバルブ（２９）に排気ガスを導入筒（２）内に導入させる制御部（３２）に接続されていることが好ましい。
この場合、繊維状集塵手段（３）が所定温度以上になったときに、排気ガスが導入筒（２）内に入るのを自動的に停止させるので、繊維状集塵手段（３）が発火するのを防止することができ、火災等の危険を未然に防止することができる。また、繊維状集塵手段（３）の温度が低下すれば、排気ガスの導入筒（２）内への導入を自動的に開始することができる。
【００２３】
次に、この排気ガス清浄装置（１）の使用方法について説明する。
この排気ガス清浄装置（１）は、通常、排気ガス中にＰＭ（特に煤）が多く含まれるディーゼルエンジン車に搭載され、該車両のマフラー（７）に接続される。車両から出た排気ガスは、導入筒（２）内に導入される。導入筒（２）がその前段部より拡径されている場合は、導入筒（２）内部で排気ガスの圧力が低下し、その温度も低下する。木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンク（９）が導入筒（２）に接続されている場合には、このタンク（９）から気化した収容水が導入筒（２）内に入り、排気ガスと混合される。これにより、排気ガスの有害な臭い成分は化学反応によって消臭され、ＰＭは水蒸気の粒子と一体になってその粒子径が大きくなる。
【００２４】
導入筒（２）内の排気ガスは、集塵ボックス（４）内に入る。排気ガス中のＰＭは、繊維状集塵手段（３）に付着する。排気ガスは直進して排気ガス反転部（５）内に入り、ここで反転して集塵ボックス（４）内に戻る。集塵ボックス（４）内には排気ガスの乱流が発生し、これによりＰＭの付着率が大幅に向上する。ＰＭが除去された排気ガスは、排気管（６）を通じて外部へ放出される。
【００２５】
排気ガス反転部（５）の排気ガス吐出口（１５）が、戻し配管（１６）と、この戻し配管（１６）に接続された第１の外気引込手段（１７）とを介して導入筒（２）に戻し接続されている場合には、排気ガスは外気と混合されてその温度が一層低下する。また、ＰＭ及び臭いの除去率が更に向上する。
【００２６】
排気管（６）の先端部に第２の外気引込手段（２２）が接続されている場合には、排気ガスの温度は更に低下し、環境に一層やさしいものとなる。
【００２７】
繊維状集塵手段（３）がＰＭで汚れてきたら、囲い（２７）を集塵ボックス（４）から横向きに引き出し、囲い（２７）内部の繊維状集塵手段（３）を交換して、囲い（２７）を再度集塵ボックス（４）内に収容すればよい。尚、通常、温度センサ（３１）は保護カバー（図示せず）で覆われているので、囲い（２７）を出し入れする際に破損することはない。保護カバーは、温度センサ（３１）の形状に応じて、筒形をした網状部材で構成することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関から出る排気ガス中のＰＭ（特に煤）を、十分に捕捉し除去することができる排気ガス清浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気ガス清浄装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す装置のＡ方向矢視図である。
【図３】本発明におけるタンクを示す図である。
【図４】本発明に係る排気ガス清浄装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図５】従来の排気ガス清浄装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１・・・・・排気ガス清浄装置
２・・・・・導入筒
３・・・・・繊維状集塵手段
４・・・・・集塵ボックス
５・・・・・排気ガス反転部
６・・・・・排気管
８・・・・・接続筒体
９・・・・・タンク
１０・・・・排気ガス排出用配管
１１・・・・収容水加熱手段
１２・・・・排気ガス導入用配管
１３・・・・筒状本体
１４・・・・排気ガス反転用底板
１５・・・・排気ガス吐出口
１６・・・・戻し配管
１７・・・・第１の外気引込手段
１８・・・・外気導入用底板
１９・・・・有底筒体
２０・・・・排気ガス戻し用孔
２１・・・・外気導入用孔
２２・・・・第２の外気引込手段
２３・・・・排気用筒体
２４・・・・外気導入用底板
２５・・・・外気導入用孔
２６・・・・排気ガス導入用孔
２７・・・・囲い
３１・・・・温度センサ
３２・・・・制御部
Claims (10)
- 内燃機関から排出される排気ガスが導入される導入筒と、この導入筒に接続され繊維状集塵手段が内部に配された集塵ボックスと、この集塵ボックスに接続され前記導入筒の延長方向前方に位置する排気ガス反転部と、前記集塵ボックスに接続された排気管とからなり、前記排気ガス反転部は、基端が前記集塵ボックスに接続された筒状本体と、この筒状本体の前記集塵ボックスとは反対側の端部に設けられた排気ガス反転用底板とからなり、この底板には該底板より小さい径の排気ガス吐出口が設けられていることを特徴とする排気ガス清浄装置。
- 前記筒状本体の内部に、繊維状集塵手段が配されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記排気ガス吐出口は、戻し配管と、この戻し配管に接続された第１の外気引込手段とを介して、前記導入筒に戻し接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記第１の外気引込手段は、一端部が前記導入筒に内部連通状態で接続され他端に外気導入用底板を有する有底筒体からなり、前記底板は、排気ガス戻し用孔及び外気導入用孔を有するとともに前記排気ガス戻し用孔に前記戻し配管が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記排気管の先端部には、第２の外気引込手段が接続され、この外気引込手段は、排気用筒体と、この排気用筒体の上流端に設けられた外気導入用底板とからなり、この底板には、外気導入用孔及び排気ガス導入用孔が形成され、この排気ガス導入用孔が前記排気管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記導入筒には、木酢液を含み或いは含まない水を収容したタンクが気化ガス送出用配管を介して接続され、前記タンクには収容水加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記タンクは、前記集塵ボックスに熱伝導可能に取付けられており、この取付により前記収容水加熱手段が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記タンクは、排気ガス導入用配管を介して前記導入筒と接続されており、この接続により前記収容水加熱手段が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記集塵ボックスは、前記繊維状集塵手段を収容する囲いを、該集塵ボックスから横方向へ引き出し可能に及び該集塵ボックスに横方向へ押し入れ可能に設けてなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。
- 前記導入筒の前段には、排気ガスを該導入筒内に導き入れるか或いは導入せずに外部へ直接排出するかどうかを選択的に制御するバルブとその駆動装置とが設けられ、この駆動装置は、前記繊維状集塵手段の温度を検知する温度センサの検出信号に基づき前記繊維状集塵手段が所定温度以上になったかどうかを判断し所定温度以上であると判断した場合に前記バルブに外部へ直接排気をさせ、所定温度未満であると判断した場合に前記バルブに排気ガスを導入筒内に導入させる制御部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄装置。
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