JP5946727B2 - 排ガスの熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスから熱を回収する熱回収装置に関する。

例えば、推進機関としてディーゼルエンジンを使用する船舶において、当該ディーゼルエンジンの排ガスの熱によって水蒸気を発生させる排ガスエコノマイザが多用されている（例えば、特許文献１参照）。
排ガスエコノマイザに供給される水は、通常、給水槽に蓄えられ給水管によって排ガスエコノマイザ（熱交換チューブ）へ供給される。排ガスエコノマイザにより発生させた水蒸気は、船舶の燃料加熱や暖房用として船舶の各部へ供給される。使用後の水蒸気および余剰の水蒸気は、冷却されて凝縮した後、給水槽に戻される。

然るに、ディーゼルエンジンの排ガスには、スート（煤）などの微粒子が含まれているため、そのような排ガスを排ガスエコノマイザに通すと、熱交換チューブに微粒子が付着・堆積して伝熱効率が低下するばかりでなく、熱交換チューブに堆積した微粒子が激しく燃焼するスートファイア（Ｓｏｏｔｆｉｒｅ）が発生し、熱交換チューブが多大な損傷を受けるという問題がある。

スートファイアの原因となる煤塵の微粒子をディーゼルエンジンの排ガスから取り除くために、排気通路の排気エコノマイザの上流側に酸化触媒層を設ける技術が提案されている（特許文献２参照）。

しかし、硫黄分の多い重油を燃料とする船舶などのディーゼルエンジンにおいて、酸化触媒による微粒子の捕集、燃焼・除去は好適ではない。

このような事情により、本発明者は、セラミックからなる円筒状のケーシングと、このケーシングの内部に収納されて排ガス中の微粒子を捕集するフィルタユニットと、ケーシングの外周部に巻回したワーキングコイルと、このワーキングコイルに高周波交流を通電する高周波電源とを備えてなり、フィルタユニットの再生時において、ワーキングコイルに高周波電流を通電することによってフィルタユニットを誘導加熱し、そこに捕集されている微粒子を燃焼させるディーゼル排気微粒子フィルタ（排ガス中の微粒子除去装置）を提案している（特許文献３参照）。

特開２００３−１４８７０１号公報 特開平５−７１４２９号公報 特開２００４−２０４８２４号公報

そこで、重油を燃料とする船舶などのディーゼルエンジンの排ガスの熱を回収するために、排気エコノマイザの上流側に、特許文献３に記載されたようなディーゼル排気微粒子フィルタを配置することが考えられる。

しかし、特許文献３に記載されたディーゼル排気微粒子フィルタにおいては、フィルタユニットの再生時において、高周波電流が通電されたワーキングコイルの発熱損失により、当該ワーキングコイルが高温となり、この結果、ワーキングコイルを構成する素線の絶縁用被覆が溶けてワーキングコイルが短絡してしまう可能性があり、最悪の場合、ワーキングコイルの焼損に至る、という問題を生じる。

また、特許文献３に記載されたディーゼル排気微粒子フィルタを排ガスエコノマイザの上流側に配置することによれば、フィルタユニットの再生時において、フィルタユニットの誘導加熱による熱（ケーシングの内部で発生する熱）を排ガスエコノマイザにより回収することができるが、ワーキングコイルの発熱損失による熱（ケーシングの外部で発生する熱）については回収することができない。このため、ワーキングコイルの発熱損失による熱についても有効に利用（回収）して、装置全体としての熱の回収効率を向上させたいという要請がある。

本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の目的は、ディーゼル排気微粒子フィルタのフィルタユニットの再生時において、フィルターユニットを誘導加熱するためのワーキングコイルの発熱損失による温度上昇を抑制することができ、フィルタユニットの誘導加熱により発生する熱のみでなく、この発熱損失によって発生する熱についても有効に回収することができる排ガスの熱回収装置を提供することにある。

（１）本発明の排ガスの熱回収装置は、ディーゼルエンジンの排ガスから熱を回収する装置であって、ディーゼル排気微粒子フィルタと、このディーゼル排気微粒子フィルタを通過させた後の排ガスの熱により、供給される水を加熱して水蒸気を発生する排ガスエコノマイザとを備え、前記ディーゼル排気微粒子フィルタは、排ガスを流通させるケーシングと、このケーシングの内部に収納されて排ガス中の微粒子を捕集するフィルタユニットと、冷却水の流路が内部に形成されたチューブをソレノイド状に巻回することにより形成され、高周波電流が通電されることによって、前記フィルタユニットを誘導加熱するワーキングコイルとを有し、前記ワーキングコイルの内部を流通させた冷却水を前記排ガスエコノマイザの熱交換チューブに供給する流路が形成されていることを特徴とする。

このような構成の熱回収装置によれば、ディーゼル排気微粒子フィルタのフィルタユニットによって排ガス中に含まれるスートなどの微粒子が捕集されるので、このディーゼル排気微粒子フィルタを通過して排ガスエコノマイザに導入される排ガスには、これらの微粒子が実質的に含まれていないため、排ガスエコノマイザの伝熱効率の低下やスートファイアなどの問題が生じることはない。

また、フィルタユニットの再生時において、ワーキングコイルに高周波電流を通電してフィルタユニットを誘導加熱することにより、フィルタユニット捕集されている微粒子を短時間で効率的に燃焼させることができる。
また、フィルタユニットの誘導加熱によって発生する熱（加熱雰囲気）を排ガスエコノマイザに流入させることにより、この熱を回収することができる。

更に、フィルタユニットの再生時において、通電されているワーキングコイルの内部に冷却水を流通させることにより、発熱損失によるワーキングコイルの温度上昇を抑制することができる。
また、フィルタユニットの再生時において、ワーキングコイルの内部を流通させて昇温した冷却水を、排ガスエコノマイザの熱交換チューブに供給することにより、ワーキングコイルの発熱損失によって発生する熱についても有効に回収することができる。

（２）本発明の熱回収装置において、前記排ガスエコノマイザにより発生し、タービン発電機を駆動させた後の水蒸気を凝縮する復水器を更に備え、この復水器による凝縮水を、前記ワーキングコイルの内部（冷却水の流路）に供給する流路が形成されていることが好ましい。
このような構成の熱回収装置によれば、フィルタユニットの再生時において、復水器による凝縮水をワーキングコイルの冷却水として使用することができ、しかも、ワーキングコイルの冷却および排ガスエコノマイザへの給水を、一つの循環水系統により行うことができる。

（３）本発明の熱回収装置において、前記ディーゼル排気微粒子フィルタが並列に複数機配置され、一部のディーゼル排気微粒子フィルタによって微粒子を捕集すると同時に、残りのディーゼル排気微粒子フィルタのフィルタユニット（既に微粒子を捕集したフィルタユニット）を再生できることが好ましい。
このような構成の熱回収装置によれば、排ガスからの微粒子の捕集および排ガスからの熱回収を中断することなく連続して行うことができる。
しかも、一部のディーゼル排気微粒子フィルタによって微粒子が捕集された排ガスからの熱と、残りのディーゼル排気微粒子フィルタにおける再生中のフィルタユニットの誘導加熱によって発生した熱と、ワーキングコイルの発熱損失によって発生した熱とを同時に回収することができる。

（４）本発明の熱回収装置において、第１ディーゼル排気微粒子フィルタと、第２ディーゼル排気微粒子フィルタとが並列して配置され、一方のディーゼル排気微粒子フィルタによって微粒子を捕集すると同時に、他方のディーゼル排気微粒子フィルタのフィルタユニット（既に微粒子を捕集したフィルタユニット）を再生できることが好ましい。
このような構成の熱回収装置によれば、排ガスからの微粒子の捕集および排ガスからの熱回収を中断することなく連続して行うことができる。
しかも、一方のディーゼル排気微粒子フィルタによって微粒子が捕集された排ガスからの熱と、他方のディーゼル排気微粒子フィルタにおける再生中のフィルタユニットの誘導加熱によって発生した熱と、ワーキングコイルの発熱損失によって発生した熱とを同時に回収することができる。

（４）本発明の熱回収装置は、船舶用のディーゼルエンジンの排ガスから熱を回収する装置であることが好ましい。

本発明の熱回収装置によれば、ディーゼル排気微粒子フィルタを構成するフィルタユニットの再生時において、発熱損失によるワーキングコイルの温度上昇を抑制することができるとともに、フィルタユニットの誘導加熱によって発生する熱のみでなく、ワーキングコイルの発熱損失によって発生する熱についても有効に回収することができる。

本発明の一実施形態に係る熱回収装置を備えた排ガス利用発電システムの回路図である。 図１に示した熱回収装置を構成するディーゼル排気微粒子フィルタの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る熱回収装置を備えた排ガス利用発電システムの回路図である。

＜第１実施形態＞
図１に示す排ガス利用発電システムは、ディーゼルエンジン５０と、ターボ過給機６０と、本実施形態の熱回収装置１００と、タービン発電機７０とを備えてなる。

本実施形態の熱回収装置１００は、ディーゼルエンジン５０の排ガスから熱を回収するための装置であって、ディーゼル排気微粒子フィルタ１０と、このディーゼル排気微粒子フィルタ１０の下流側に配置され、当該ディーゼル排気微粒子フィルタ１０を通過させた後の排ガスの熱を利用して、熱交換チューブ２５に供給される水を加熱して水蒸気を発生する排ガスエコノマイザ２０と、排ガスエコノマイザ２０により発生し、タービン発電機７０を駆動させた後の水蒸気を凝縮する復水器３０を備え、ディーゼル排気微粒子フィルタ１０は、排ガスを流通させるケーシング１１と、このケーシング１１の内部に収納されて排ガス中の微粒子を捕集するフィルタユニット１３と、冷却水の流路が内部に形成されたチューブをソレノイド状に巻回することにより形成され、高周波電流が通電されることによって、フィルタユニット１３を誘導加熱するワーキングコイル１５と、このワーキングコイル１５に高周波電流を通電するための高周波電源１７とを有し、この熱回収装置１００には、ワーキングコイル１５の内部を流通した冷却水を排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給する流路（後記水系流路９２）が形成されている。

図１において、７１は高周波電源１７からの高周波電流をワーキングコイル１５に通電するためのリード線、８１は、ディーゼルエンジン５０とディーゼル排気微粒子フィルタ１０とを連結するガス流路、８２は、ディーゼル排気微粒子フィルタ１０と排ガスエコノマイザ２０とを連結するガス流路、９１は、復水器３０とワーキングコイル１５の内部（冷却水の流路）とを連結する水系流路、９２は、ワーキングコイル１５の内部（冷却水の流路）と、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５と連結する水系流路、９３は、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５とタービン発電機７０とを連結する水系流路、９４は、タービン発電機７０と復水器３０とを連結する水系流路である。

図２に示すように、熱回収装置１００を構成するディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）１０は、例えば窒化ケイ素などのセラミック材料（非磁性材料）からなる円筒状のケーシング１１の内部に、排ガス中の微粒子を捕集する捕集装置として、フィルタユニット１３が収納されてなる。なお、図２における矢印は排ガスの流れを示している。
フィルタユニット１３の具体的な構成としては特に限定されるものではなく、例えば、不織布構造の金属フィルタなどを好適に用いることができる。

ケーシング１１の外周にはワーキングコイル１５が配置されている。
このワーキングコイル１５は、中空構造の金属チューブ（例えば、銅製のチューブ）をソレノイド状に巻回することにより形成されたパイプコイルであり、これにより、ワーキングコイル１５の内部において水（通電時の冷却水）の流通を確保することができる。
また、このワーキングコイル１５に、高周波インバータを備えた高周波電源１７から高周波電流を通電することにより、フィルタユニット１３を誘導加熱することができる。
なお、本発明において、ワーキングコイルの配置位置は特に限定されるものではなく、例えば、ワーキングコイルをフィルタユニットの内部に配置してもよい。

図１に示すように、ディーゼル排気微粒子フィルタ１０の排ガス入口１１１には、ガス流路８１を介して、ディーゼルエンジン５０（排気口）が連結されている。このガス流路８１には、バルブＶ１およびターボ過給機６０が配置されている。
一方、ディーゼル排気微粒子フィルタ１０の排ガス出口１１２には、ガス流路８２を介して、排ガスエコノマイザ２０が連結されている。

本実施形態の熱回収装置１００による排ガスの熱回収工程（微粒子捕集工程）において、バルブＶ１を「開」状態とすることにより、ディーゼルエンジン５０の排ガスは、ターボ過給機６０を駆動した後、排ガス入口１１１からディーゼル排気微粒子フィルタ１０を構成するケーシング１１の内部に流入する。
そして、ケーシング１１の内部に流入した排ガスがフィルタユニット１３を通過する際に、当該フィルタユニット１３により微粒子が捕集（トラップ）され、微粒子が除去された後の排ガスは、排ガス出口１１２からケーシング１１の外部に排出される。

ケーシング１１から排出された排ガスは、ガス流路８２を通って、排ガスエコノマイザ２０に流入し、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給された水を加熱して水蒸気を発生させることによって、その熱が回収された後、大気中に放出される。
ここに、ケーシング１１から排出された排ガスには、スートなどの微粒子が含まれていないので、排ガスエコノマイザ２０において伝熱効率の低下やスートファイアなどの問題が生じることはない。

また、図１に示したように、ディーゼル排気微粒子フィルタ１０を構成するワーキングコイル１５の上流側は、水系流路９１を介して、復水器３０に連結されている。
一方、ワーキングコイル１５の下流側は、水系流路９２を介して、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に連結されている。

これにより、復水器３０による凝縮水を、ワーキングコイル１５の内部に供給することができるとともに、ワーキングコイル１５の内部に流通させた水を排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給すること（延いては、この水を排ガスの熱により加熱して水蒸気とすること）ができる。

また、図１に示したように、タービン発電機７０の上流側は、水系流路９３を介して、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に連結されている。
一方、タービン発電機７０の下流側は、水系流路９４を介して、復水器３０に連結されている。

これにより、排ガスエコノマイザ２０により発生した水蒸気によりタービン発電機７０のタービンを駆動して発電させることができ、更に、タービン発電機７０による発電に供された後の水蒸気を、復水器３０に供給することができる。

本実施形態の熱回収装置１００による排ガスの熱回収工程（微粒子捕集工程）において、フィルタユニット１３に多量の微粒子が捕集されて、排ガス入口１１１と排ガス出口１１２との圧力差が予め設定した値以上となったときには、バルブＶ１を「閉」状態として、ケーシング１１の内部への排ガスの流入（フィルタユニット１３による微粒子の捕集）を停止するとともに、ワーキングコイル１５に高周波電源１７から高周波電流を通電する。

これにより、ケーシング１１の内部において、フィルタユニット１３が誘導加熱され、この熱により、フィルタユニット１３に捕集された微粒子が短時間で燃焼して、フィルタユニット１３が再生される。
なお、バルブＶ１を完全に「閉」状態とせず、少量の排ガスをケーシング１１の内部に流入させてもよく、また、ケーシング１１の内部に少量の空気（微粒子を燃焼させるための酸素）を流入してもよい。これにより、微粒子の燃焼（フィルタユニット１３の再生）を促進することができる。

フィルタユニット１３の再生工程において、当該フィルタユニット１３の誘導加熱により、ケーシング１１の内部で発生した熱（加熱雰囲気）は、ガス流路８２を通って排ガスエコノマイザ２０に供給される。

なお、フィルタユニット１３の再生時（ワーキングコイル１５への通電時）においては、ケーシング１１の内部に配置されたフィルタユニット１３が誘導加熱されるとともに、ケーシング１１の外部に配置されているワーキングコイル１５に発熱損失が生じ、これを冷却しない場合には、ワーキングコイル１５が高温になるおそれがある。

然るに、本実施形態の熱回収装置１００では、ワーキングコイル１５の内部に水（冷却水）を流通させることができるので、これにより、ワーキングコイル１５を冷却することができ、発熱損失によるワーキングコイル１５の温度上昇を抑制することができる。

しかも、ワーキングコイル１５の内部を流通させた水（冷却水）は、発熱損失による熱を吸収して８０〜１００℃に昇温し、昇温した冷却水は、水系流路９２を通って、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給される。

このように、本実施形態の回収装置１００によれば、フィルタユニット１３の再生工程において、誘導加熱によってケーシング１１の内部で発生した熱（加熱雰囲気）がガス流路８２を経由して排ガスエコノマイザ２０に供給されるとともに、ケーシング１１の外部で発生したワーキングコイル１５の発熱損失による熱（これを吸収して昇温した冷却水）が、水系流路９２を経由して排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給されるので、ケーシング１１の内外で発生する熱を効率的に回収することができる。

また、本実施形態の回収装置１００によれば、ワーキングコイル１５の内部を流通する冷却水として、復水器３０による凝縮水を使用しているので、ワーキングコイル１５の冷却（発熱損失の回収）および排ガスエコノマイザ２０（熱交換チューブ２５）への給水を一つの循環水系統により行うことができる。

なお、本実施形態の回収装置１００にあっては、排ガスの熱回収工程（微粒子捕集工程）およびフィルタユニットの再生工程の何れにおいても、ワーキングコイル１５の内部を流通させた水（復水器３０による凝縮水）を、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給しているが、排ガスの熱回収工程においてワーキングコイルの内部に水を流通させず、排ガスエコノマイザの熱交換チューブには、他の水系統から水を供給してもよい。

＜第２実施形態＞
図３に示す排ガス利用発電システムは、ディーゼルエンジン５０と、ターボ過給機６０と、本実施形態の熱回収装置１５０と、タービン発電機７０とを備えてなる。

本実施形態の熱回収装置１５０は、ディーゼルエンジン５０の排ガスから熱を回収するための装置であって、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａと、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂと、これらの下流側に配置され、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａまたは第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂを通過させた後の排ガスの熱により、熱交換チューブ２５に供給される水を加熱して水蒸気を発生する排ガスエコノマイザ２０と、排ガスエコノマイザ２０により発生してタービン発電機７０を駆動させた後の水蒸気を凝縮する復水器３０を備え、
第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａは、排ガスを流通させるケーシング１１Ａと、ケーシング１１Ａの内部に収納されて排ガス中の微粒子を捕集するフィルタユニット１３Ａと、冷却水の流路が内部に形成されたチューブをソレノイド状に巻回することにより形成され、高周波電源１７から高周波電流が通電されることによって、フィルタユニット１３Ａを誘導加熱するワーキングコイル１５Ａとを有し、
第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂは、排ガスを流通させるケーシング１１Ｂと、ケーシング１１Ｂの内部に収納されて排ガス中の微粒子を捕集するフィルタユニット１３Ｂと、冷却水の流路が内部に形成されたチューブをソレノイド状に巻回することにより形成され、高周波電源１７から高周波電流が通電されることによって、フィルタユニット１３Ｂを誘導加熱するワーキングコイル１５Ｂとを有し、
この熱回収装置１５０には、ワーキングコイル１５Ａまたはワーキングコイル１５Ｂの内部を流通した冷却水を排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給する流路（後記水系流路９２）が形成されている。

図３において、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いている。
また、図３において、７１Ａは、高周波電源１７からの高周波電流をワーキングコイル１５Ａに通電するためのリード線、７１Ｂは、高周波電源１７からの高周波電流をワーキングコイル１５Ｂに通電するためのリード線である。
８１は、ディーゼルエンジン５０と、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａまたは第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂとを連結するガス流路であり、このガス流路８１は、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａと連結するために分岐している分岐ガス流路８１Ａ、および第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂと連結するために分岐している分岐ガス流路８１Ｂを含む。このガス流路８１には、制御バルブＶ１１およびＶ１２が配置されている。
８２は、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａまたは第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂと、排ガスエコノマイザ２０とを連結するガス流路であり、このガス流路８２は、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａと連結するために分岐している分岐ガス流路８２Ａ、および第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂと連結するために分岐している分岐ガス流路８２Ｂを含む。このガス流路８２には、制御バルブＶ２１およびＶ２２が配置されている。
９１は、復水器３０と、ワーキングコイル１５Ａまたはワーキングコイル１５Ｂの内部（冷却水の流路）とを連結する水系流路であり、この水系流路９１は、ワーキングコイル１５Ａの内部と連結するために分岐している分岐水系流路９１Ａ、およびワーキングコイル１５Ｂの内部と連結するために分岐している分岐水系流路９１Ｂを含む。この水系流路９１には、制御バルブＶ３１およびＶ３２が配置されている。
９２は、ワーキングコイル１５Ａまたはワーキングコイル１５Ｂの内部（冷却水の流路）と、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５とを連結する水系流路であり、この水系流路９２は、ワーキングコイル１５Ａの内部と連結するために分岐している分岐水系流路９２Ａ、およびワーキングコイル１５Ｂの内部と連結するために分岐している分岐水系流路９２Ｂを含む。

第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａおよび第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂは、何れも、第１実施形態に係るディーゼル排気微粒子フィルタ１０と同一の構成である。

本実施形態の熱回収装置１５０により、下記のようにして、ディーゼルエンジン５０の排ガスの熱回収（その前処理としての排ガス中の微粒子の捕集）、フィルタユニット１３Ａ，１３Ｂの再生（捕集した微粒子の燃焼）が行われる。

＜工程（１）＞
この工程（１）では、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａによる微粒子の捕集と、これによって微粒子が除去された排ガスからの熱回収が行われる。
この工程（１）において、バルブＶ１１、バルブＶ２１およびバルブＶ３１を「開」状態とし、バルブＶ１２、バルブＶ２２およびバルブＶ３２を「閉」状態とする。

これにより、ディーゼルエンジン５０の排ガスは、ターボ過給機６０で過給された後、ガス流路８１（分岐ガス流路８１Ａ）を通って、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａのケーシング１１Ａの内部に流入し、この排ガスがフィルタユニット１３Ａを通過する際に、当該フィルタユニット１３Ａにより微粒子が捕集（トラップ）され、微粒子が除去された後の排ガスはケーシング１１Ａから排出される。ケーシング１１Ａから排出された排ガスは、ガス流路８２（分岐ガス流路８２Ａ）を通って、排ガスエコノマイザ２０に流入する。

一方、復水器３０による凝縮水は、水系流路９１（分岐水系流路９１Ａ）を通って、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａのワーキングコイル１５Ａの内部を流通した後、水系流路９２（分岐水系流路９２Ａ）を通って、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給され、排ガスエコノマイザ２０に流入された排ガスの熱により加熱されて水蒸気となる。なお、熱交換チューブ２５に供給された水を加熱して熱を回収された排ガスは、大気中に放出される。
このようにして発生した水蒸気は、水系流路９３を通って、タービン発電機７０に供給され、タービンを駆動して発電させる。更に、発電に供された後の水蒸気は、水系流路９４を通って、復水器３０に供給される。

なお、この工程（１）では、バルブＶ３１を「開」状態とし、バルブＶ３２を「閉」状態とすることにより、復水器３０による凝縮水をワーキングコイル１５Ａの内部に流通させ、ワーキングコイル１５Ａの内部に流通させた水を排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブに供給しているが、バルブＶ３１を「閉」状態とし、バルブＶ３２を「開」状態とすることにより、復水器３０による凝縮水をワーキングコイル１５Ｂの内部に流通させ、ワーキングコイル１５Ｂの内部に流通させた水を、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給してもよい。

以上の工程（１）は、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａにおける排ガス入口と、排ガス出口との圧力差が予め設定した値になるまで行われ、圧力差がこの値に達したときには、次の工程（２）を実施する。

＜工程（２）＞
この工程（２）では、工程（１）において微粒子の捕集を行ったフィルタユニット１３Ａの再生が行われる。また、これと同時に、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂによる微粒子の捕集と、これにより微粒子が除去された排ガスからの熱回収が行われる。

この工程（２）においては、バルブＶ１２、バルブＶ２１、バルブＶ２２およびバルブＶ３１を「開」状態とし、バルブＶ１１およびバルブＶ３２を「閉」状態とする。
また、フィルタユニット１３Ａを再生するために、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａのワーキングコイル１５Ａに、高周波電源１７から高周波電流を通電する。

バルブＶ１１を「閉」状態とすることにより、ケーシング１１Ａの内部への排ガスの流入が停止し、ワーキングコイル１５Ａに高周波電流を通電することにより、フィルタユニット１３Ａが誘導加熱され、この熱により捕集された微粒子が短時間で燃焼してフィルタユニット１３Ａが再生される。
なお、バルブＶ１１を完全に「閉」状態とせず、少量の排ガスをケーシング１１Ａの内部に流入させてもよく、また、ケーシング１１Ａの内部に少量の空気（微粒子を燃焼させるための酸素）を流入してもよい。これにより、微粒子の燃焼（フィルタユニット１３Ａの再生）を促進することができる。

フィルタユニット１３Ａの再生工程において、当該フィルタユニット１３Ａの誘導加熱により、ケーシング１１Ａの内部で発生した熱（加熱雰囲気）は、ガス流路８２（分岐ガス流路８２Ａ）を通って、排ガスエコノマイザ２０に供給される。

また、バルブＶ３１が「開」状態であり、バルブＶ３２が「閉」状態であることにより、復水器３０による凝縮水は、水系流路９１（分岐水系流路９１Ａ）を通って、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａのワーキングコイル１５Ａの内部を流通する。
これにより、復水器３０による凝縮水を冷却水として、ワーキングコイル１５Ａを冷却することができ、発熱損失によるワーキングコイル１５Ａの温度上昇を抑制することができる。しかも、ワーキングコイル１５Ａの内部を流通させた水（冷却水）は、発熱損失による熱を吸収して昇温し、昇温した冷却水は、水系流路９２（分岐水系流路９２Ａ）を通って、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給される。

このように、フィルタユニット１３Ａの再生工程において、誘導加熱によって発生した熱（加熱雰囲気）が排ガスエコノマイザ２０に供給されるとともに、ワーキングコイル１５Ａの発熱損失による熱（これにより昇温した冷却水）が排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給されるので、ケーシング１１Ａの内外で発生する熱を効率的に回収することができる。

一方、バルブＶ１２およびバルブＶ２２を「開」状態とすることにより、ディーゼルエンジン５０の排ガスは、ターボ過給機６０で過給された後、ガス流路８１（分岐ガス流路８１Ｂ）を通って、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂのケーシング１１Ｂの内部に流入し、この排ガスがフィルタユニット１３Ｂを通過する際に、当該フィルタユニット１３Ｂによって微粒子が捕集（トラップ）され、微粒子が除去された後の排ガスはケーシング１１Ｂから排出される。ケーシング１１Ｂから排出された排ガスは、ガス流路８２（分岐ガス流路８２Ｂ）を通って排ガスエコノマイザ２０に流入し（このとき、ケーシング１１Ａの内部で発生し、分岐ガス流路８２Ａを通ってきた加熱雰囲気と合流する。）、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給された水（昇温したワーキングコイル１５Ａの冷却水）を、前記加熱雰囲気とともに加熱して水蒸気を発生させることによって、その熱が回収された後、大気中に放出される。このようにして発生した水蒸気は、工程（１）と同様に、水系流路９３を通って、タービン発電機７０に供給され、タービンを駆動して発電させる。更に、発電に供された後の水蒸気は、水系流路９４を通って、復水器３０に供給される。

この工程（２）では、エコノマイザ２０において、フィルタユニット１３Ａの誘導加熱によって発生した熱、ワーキングコイル１５Ａの発熱損失による熱、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂ（フィルタユニット１３Ｂ）によって微粒子が捕集された排ガスの熱を同時に回収することができる。

この工程（２）は、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａのフィルタユニット１３Ａの再生が完了した後、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂにおける排ガス入口と、排ガス出口との圧力差が予め設定した値になるまで行われ、、圧力差がこの値に達したときには、次の工程（３）を実施する。

＜工程（３）＞
この工程（３）では、工程（２）において微粒子の捕集を行ったフィルタユニット１３Ｂの再生が行われる。また、これと同時に、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａ（再生されたフィルタユニット１３Ａ）による微粒子の捕集と、これにより微粒子が除去された排ガスからの熱回収が行われる。

この工程（３）においては、バルブＶ１１、バルブＶ２１、バルブＶ２２およびバルブＶ３２を「開」状態とし、バルブＶ１２およびバルブＶ３１を「閉」状態とする。
また、フィルタユニット１３Ｂを再生するために、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂのワーキングコイル１５Ｂに、高周波電源１７から高周波電流を通電する。

バルブＶ１２を「閉」状態とすることにより、ケーシング１１Ｂの内部への排ガスの流入が停止し、ワーキングコイル１５Ｂに高周波電流を通電することによってフィルタユニット１３Ｂが誘導加熱され、この熱により、捕集された微粒子が短時間で燃焼して、フィルタユニット１３Ｂが再生される。
なお、バルブＶ１２を完全に「閉」状態とせずに、少量の排ガスをケーシング１１Ｂの内部に流入させてもよく、また、ケーシング１１Ｂの内部に少量の空気を流入してもよい。これにより、微粒子の燃焼（フィルタユニット１３Ｂの再生）を促進することができる。

フィルタユニット１３Ｂの再生工程において、当該フィルタユニット１３Ｂの誘導加熱により、ケーシング１１Ｂの内部で発生した熱（加熱雰囲気）は、ガス流路８２（分岐ガス流路８２Ｂ）を通って、排ガスエコノマイザ２０に供給される。

また、バルブＶ３２が「開」状態であり、バルブＶ３１が「閉」状態であることにより、復水器３０による凝縮水は、水系流路９１（分岐水系流路９１Ｂ）を通って、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂのワーキングコイル１５Ｂの内部を流通する。
これにより、復水器３０による凝縮水を冷却水として、ワーキングコイル１５Ｂを冷却することができ、発熱損失によるワーキングコイル１５Ｂの温度上昇を抑制することができる。しかも、ワーキングコイル１５Ｂの内部を流通させた水（冷却水）は、発熱損失による熱を吸収して昇温し、昇温した冷却水は、水系流路９２（分岐水系流路９２Ｂ）を通って、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給される。

このように、フィルタユニット１３Ｂの再生工程において、誘導加熱によって発生した熱（加熱雰囲気）が排ガスエコノマイザ２０に供給されるとともに、ワーキングコイル１５Ｂの発熱損失による熱（これにより昇温した冷却水）が排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給されるので、ケーシング１１Ｂの内外で発生する熱を効率的に回収することができる。

一方、バルブＶ１１およびバルブＶ２１を「開」状態とすることにより、ディーゼルエンジン５０の排ガスは、ターボ過給機６０で過給された後、ガス流路８１（分岐ガス流路８１Ａ）を通って、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａのケーシング１１Ａの内部に流入し、この排ガスがフィルタユニット１３Ａを通過する際に、当該フィルタユニット１３Ａによって微粒子が捕集（トラップ）され、微粒子が除去された後の排ガスはケーシング１１Ａから排出される。ケーシング１１Ａから排出された排ガスは、ガス流路８２（分岐ガス流路８２Ａ）を通って排ガスエコノマイザ２０に流入し（このとき、ケーシング１１Ｂの内部で発生し、分岐ガス流路８２Ｂを通ってきた加熱雰囲気と合流する。）、排ガスエコノマイザ２０の熱交換チューブ２５に供給された水（昇温したワーキングコイル１５Ｂの冷却水）を、前記加熱雰囲気とともに加熱して水蒸気を発生させることによって、その熱が回収された後、大気中に放出される。このようにして発生した水蒸気は、工程（１）〜（２）と同様に、水系流路９３を通って、タービン発電機７０に供給され、タービンを駆動して発電させる。更に、発電に供された後の水蒸気は、水系流路９４を通って、復水器３０に供給される。

この工程（３）では、エコノマイザ２０において、フィルタユニット１３Ｂの誘導加熱によって発生した熱、ワーキングコイル１５Ｂの発熱損失による熱、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａ（フィルタユニット１３Ａ）によって微粒子が捕集された排ガスの熱を同時に回収することができる。

この工程（３）は、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂのフィルタユニット１３Ｂの再生が完了した後、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａにおける排ガス入口と、排ガス出口との圧力差が予め設定した値になるまで行われ、圧力差がこの値に達したときには、次工程として、上記の工程（２）と同様の操作を行う。
以下、順次、工程（２）と同様の操作および工程（３）と同様の操作を繰り返すことにより、フィルタユニット１３Ａまたはフィルタユニット１３Ｂの再生と同時に、フィルタユニット１３Ｂまたはフィルタユニット１３Ａによる微粒子の捕集（微粒子が除去された排ガスからの熱回収）を行うことができる。

本実施形態の熱回収装置１５０によれば、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａ（フィルタユニット１３Ａ）または第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂ（フィルタユニット１３Ｂ）による微粒子の捕集工程（微粒子が除去された排ガスからの熱回収工程）と、フィルタユニット１３Ｂまたはフィルタユニット１３Ａの再生工程とを同時に行うことができ、排ガスからの微粒子の捕集および排ガスからの熱回収を中断することなく連続して行うことができる。

また、本実施形態の熱回収装置１５０によれば、（１）フィルタユニット１３Ａまたはフィルタユニット１３Ｂの誘導加熱によって発生した熱、（２）ワーキングコイル１５Ａまたはワーキングコイル１５Ｂの発熱損失によって発生した熱、並びに、（３）第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂ（フィルタユニット１３Ｂ）または第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａ（フィルタユニット１３Ａ）によって微粒子が捕集された排ガスの熱を、エコノマイザ２０において同時に回収することができる。

本実施形態の熱回収装置１５０は、第１ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ａと、第２ディーゼル排気微粒子フィルタ１０Ｂとを並列に配置して構成されているが、本発明の熱回収装置を構成するディーゼル排気微粒子フィルタの数は２機に限定されるものでなく、本発明の熱回収装置は、３機以上のディーゼル排気微粒子フィルタを並列に配置して構成されていてもよい。

１００ 熱回収装置
１０ ディーゼル排気微粒子フィルタ
２０ 排ガスエコノマイザ
２５ 熱交換チューブ
３０ 復水器
１１ ケーシング
１３ フィルタユニット
１５ ワーキングコイル
１７ 高周波電源
５０ ディーゼルエンジン
６０ ターボ過給機
７０ タービン発電機
７１ リード線
８１ ガス流路
８２ ガス流路
９１ 水系流路
９２ 水系流路
９３ 水系流路
９４ 水系流路
１５０ 熱回収装置
１０Ａ 第１ディーゼル排気微粒子フィルタ
１０Ｂ 第２ディーゼル排気微粒子フィルタ
１１Ａ，１１Ｂ ケーシング
１３Ａ，１３Ｂ フィルタユニット
１５Ａ，１５Ｂ ワーキングコイル
７１Ａ，７１Ｂ リード線
８１Ａ，８１Ｂ 分岐ガス流路
８２Ａ，８２Ｂ 分岐ガス流路
９１Ａ，９１Ｂ 分岐水系流路
９２Ａ，９２Ｂ 分岐水系流路

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの排ガスから熱を回収する装置であって、
   ディーゼル排気微粒子フィルタと、このディーゼル排気微粒子フィルタを通過させた後の排ガスの熱により、供給される水を加熱して水蒸気を発生する排ガスエコノマイザとを備え、
   前記ディーゼル排気微粒子フィルタは、排ガスを流通させるケーシングと、このケーシングの内部に収納されて排ガス中の微粒子を捕集するフィルタユニットと、冷却水の流路が内部に形成されたチューブをソレノイド状に巻回することにより形成され、高周波電流が通電されることによって、前記フィルタユニットを誘導加熱するワーキングコイルとを有し、
   前記ワーキングコイルの内部を流通させた冷却水を、前記排ガスエコノマイザの熱交換チューブに供給する流路が形成されていることを特徴とする排ガスの熱回収装置。
2. 前記排ガスエコノマイザにより発生し、タービン発電機を駆動させた後の水蒸気を凝縮する復水器を更に備え、
   この復水器による凝縮水を、前記ワーキングコイルの内部に供給する流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガスの熱回収装置。
3. 前記ディーゼル排気微粒子フィルタが並列に複数機配置され、一部のディーゼル排気微粒子フィルタによって微粒子を捕集すると同時に、残りのディーゼル排気微粒子フィルタのフィルタユニットを再生することができる請求項１または請求項２に記載の排ガスの熱回収装置。
4. 第１ディーゼル排気微粒子フィルタと、第２ディーゼル排気微粒子フィルタとが並列して配置され、一方のディーゼル排気微粒子フィルタによって微粒子を捕集すると同時に、他方のディーゼル排気微粒子フィルタのフィルタユニットを再生することができる請求項１または請求項２に記載の排ガスの熱回収装置。
5. 船舶用のディーゼルエンジンの排ガスから熱を回収する請求項１乃至請求項４の何れかに記載の熱回収装置。

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