JP6811367B2

JP6811367B2 - 排気ガス浄化装置

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Publication number: JP6811367B2
Application number: JP2016219374A
Authority: JP
Inventors: 敬治岸下; 松岡　寛; 寛松岡
Original assignee: ACR Co Ltd
Current assignee: ACR Co Ltd
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: JP2018076825A

Description

この発明は，例えば，定置式ディーゼルエンジン又はガスタービンエンジンから排出される排気ガスに含有される煤，白煙，臭気等の有害物質を捕集し除去する排気ガス浄化装置に関する。

従来，強制再生式の自動車用等のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）は，それに大電力を供給して，出口側に酸化触媒を装着することにより，排気ガスの白煙や臭気を除去することが可能であるが，それには以下の不具合がある。まず，ＤＰＦの熱容量が小さいため，ＤＰＦを予熱することができない。予熱無しで排気ガス温度をエンジン始動時に触媒の活性温度以上に加熱するにはエンジン始動とタイミングを合わせ，大電力を流すことが必要になる。自動車用ＤＰＦは，全負荷運転時の圧力損失低減のために，フィルタを構成するフェルトを厚くすることができない。そのためＤＰＦの熱容量はきわめて小さくなっているので，ＤＰＦの予熱時に多量の熱エネルギーを蓄積することができず，排気ガス加熱に要する電力は非常に大きくなる。エンジン始動とタイミングがずれると白煙、臭気が処理できなかったりヒータが過熱して焼損するなどの不具合発生の可能性が大きい。３００k Ｗクラスのディーゼル発電機の場合でエンジン始動直後の数秒間は３０ｋＷ, その後5 分間２０ｋＷの電力が必要になり，配線費用，スイッチング素子の費用が膨大になる。また，自動車用薄肉のフィルタは，煤を再生した直後は，煤の捕集率が６０％に低下する。対策として，フィルタを３ユニット準備し，交互に再生することにより，平均的な捕集率を８０％程度に高めているが，９０％は未達である。ＤＰＦの構造が複雑になり，高コストになる。

従来，排気ガス浄化装置として，コルゲート状に形成されたフィルタの形状を骨組用補強部材によって保持するものが知られている。該排気ガス浄化装置は，フィルタがコルゲート形状の筒体に形成され，筒体が骨組用補強部材によって補強保持されている。骨組用補強部材は，ハウジングの排気ガスの流入側の端部に配置された円盤部材，排気ガスの流出側の端部とフィルタの長手方向の所定箇所とに配置されたリング部材，及び円盤部材と端部のリング部材との間でそれらの突起部間の谷部に配置された樋状フレームを有している。円盤部材とリング部材とは，外周に筒体の内周側山部に対応する形状の突起部を備えている（例えば，特許文献１参照）。

また，排気ガス浄化装置として，ヒータをフィルタの長手方向に二分割し，逐次に通電することにより電圧を低減すると共に消費電力を低減するものが知られている。該排気ガス浄化装置は，フィルタが内部の排気ガス流れの上下流側のセラミックス不織布，両側の金網，及びセラミックス不織布内に配置されたヒータから成る５層構造に構成されている。ヒータは，フィルタの長手方向の排気ガス入口側と排気ガス出口側とに二分割された入口側ヒータと出口側ヒータとから構成され，フィルタの再生時には，入口側ヒータへ通電してフィルタの入口側部分を再生した後に，出口側ヒータへ通電してフィルタの出口側部分を再生する制御を行う（例えば，特許文献２参照）。

また，排気ガス浄化装置の制御装置として，舶用等の大型ディーゼルエンジンからの排気ガス中の粒子状物質をフイルタで捕集し，フイルタの再生はグループ毎に行ってフイルタを再生するものが知られている。該制御装置は，複数のフイルタから成るフイルタグループを複数備えている。フイルタグループは排気管に並列して配設され，フイルタグループには排気ガスを導入又は遮断するための開閉弁がそれぞれ設けられている。フイルタグループを１グループ毎に順次に，粒子状物質が捕集されたことに応答して，フイルタグループに設けた開閉弁を順次遮断してフイルタに設けたヒータを順次通電し，粒子状物質を焼却してフイルタの再生処理を順次に行う（例えば，特許文献３参照）。

また，排気ガス浄化装置として，白煙を除去できるものが知られている。該排気ガス浄化装置は，ディーゼル機関起動前に熱風発生装置又は外部ヒータで除塵装置を高温化して，起動時に発生する白煙を除去するように構成する。また，複数台のディーゼル機関を有する設備に備えた排ガス処理装置では，停止中のディーゼル機関側の除塵装置を運転中のディーゼル機関の排ガスによって高温化する。また，加熱装置を微粉炭バーナとし，回収煤を燃料としてもよい。また，熱交換器で排ガスと熱交換して高温化した空気で除塵装置を高温化してもよい。また，除塵装置に通気した加熱ガスを運転中のディーゼル機関側の排ガスラインに戻してもよい。また，除塵装置にはセラミックフィルタを用いる（例えば，特許文献４参照）。

特開２００３−１７２１２７号公報特開２００３−１７２１２８号公報特開２０１１−２３６８６５号公報特開２００３−０６５０３４号公報

従来のＤＰＦについて，エンジン起動前に高温ガスをセラミックフィルターに流してフィルタを高温にして白煙を除去する方策が提供されているが，高温ガスの発生装置が高価であること，セラミックフィルター加熱時に，多くのエネルギーがガスと共に散逸すること等のために供給熱量が多大になること，白煙は蒸発して見えなくなるが，臭気は除去されない等の問題点があるためか，実用化されていないのが現状である。
ところで，排気ガス浄化装置において，エンジンから排出される排気ガスの温度を上げるには，シースヒータ等を触媒入口に設置すれば良いが，大きな電力が必要になる。排気ガス浄化装置において，予熱により電力を小さくしようとしても，フィルタの熱容量が小さいので，十分な熱量を蓄熱することは困難である。排気ガス浄化装置において，ヒータの周囲に熱容量の大きい蓄熱体を置くことは可能であるが，蓄えた熱量を排気ガスに伝達するには大きな伝熱面積の確保が必要になる。排気ガス浄化装置において，煤を含んだ排気ガスに触れると，伝熱面が煤で覆われ，熱伝達が徐々に低下することが知られている。以上の理由から，現状では起動時の白煙臭気を除去する浄化装置は実用化されていないのが現状である。例えば，上記特許文献３に開示された排気ガス浄化装置の制御装置は，黒煙を捕集できるが白煙，臭気の除去はできないものである。

また，非常用電源やポンプ場のディーゼル発電機は，通常は停止しているが，定期的な点検運転が義務づけられている。通常，1 ヶ月に1 回程度運転されるが，エンジンが長時間停止状態で放置されるため，エンジン始動後の数分間は，濃い白煙と刺激臭を排出する状態である。ポンプ場や非常用発電機が設置されている大型商用施設の周囲には，一般的に民家が隣接していることが多く，エンジンからの白煙と臭気は大きな問題となっている。黒煙を捕集するＤＰＦは実用化されており，一部の発電機に搭載されているが，白煙臭気を除去できる実用的な装置の提供が必要である。排気ガス浄化装置について，強力なヒータで排気ガスを加熱し，酸化触媒を通過させると，白煙，臭気の除去が可能であるが，大容量のヒータと大電力が必要なため実用化されていないのが現状である。

しかしながら，従来の排気ガス浄化装置では，エンジン起動直後の排気ガス温度が常温であり，排気ガス浄化装置における酸化触媒の効果を発揮することができない。ヒータで加熱すれば良いが，ヒータの容量が大きくなること，熱交換器の伝熱面積を確保すると，伝熱面の汚損による性能劣化が発生すること等の問題が多く，実用化されなかった。また，上記排気ガス浄化装置について，試験運転時の黒煙を除去する装置としてはＤＰＦが実用化されている。しかしながら，試験運転においては黒煙の発生は運転開始直後の数秒間から１０秒間程度であり，その後，数分間にわたって排出される白煙と刺激臭の方が問題視されている。排気ガスを触媒の活性温度以上に加熱すれば，白煙と臭気の除去が可能であることは公知であるが，コンパクトで低コストな加熱装置が存在しなかったので，実用化されなかった。白煙臭気除去装置としては，耐熱フェルトを加熱すれば，きわめて高性能の熱交換器になり，煤の捕集効果も高く，ＤＰＦの機能を併せ持つようにできる。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，フィルタの熱容量を大きくするため，従来のフィルタに設けた金網より熱容量の大きいパンチングメタル等の通孔を形成した金属板から成る円筒体を用い，その外周に耐熱金属製のヒータを内蔵した絶縁耐熱フェルトを巻き付けて構成したフィルタを，エンジン始動に先だって予熱し，それによって，高温のフェルトにより非常に大きな熱交換機相当の伝熱面積が確保できるので，予熱の間に蓄えた熱により始動直後の低温の排気ガスを酸化触媒が活性を表す２００℃まで瞬時に昇温することができ，白煙・臭気を完全に除去することができ，金属製円筒体を組み込むことにより，金属製円筒体を含めたフィルタの熱容量を十分に大きくすることにより，小電力で長時間通電して，大量の熱量を蓄積でき，エンジン始動直後の低温の排気ガスをフェルトに蓄えた熱量により必要な温度まで加熱し，その後の数分間は金属製円筒体に蓄えた熱量をフェルトに伝えてフェルトの温度を高温に維持し，排気ガス温度を高めて極めて高性能でコンパクトな形状で必要な熱伝達を実現できることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供することである。

この発明は，エンジンからの排気ガスを排出する排気ガス通路に配設されたフィルタ，及び前記排気ガス通路に設けられた排気開閉弁の作動によって前記フィルタをバイパスして前記排気ガスを排出するバイパス通路を備えていることから成る排気ガス浄化装置において，
前記フィルタの後流の前記排気ガス通路に配設された白煙臭気浄化用の酸化触媒，前記フィルタに空気を送り込むエアコンプレッサ，及び前記フィルタに設けたヒータのＯＮ・ＯＦＦ制御と前記排気開閉弁の開閉制御を行う制御装置を有し，前記フィルタは，多数の通孔を備えた熱容量の大きい金属板から成る内側の円筒体，前記内側の円筒体の外周面に巻き付けられた内側の絶縁耐熱通気性部材，前記絶縁耐熱通気性部材に巻き付けられた前記ヒータ，前記ヒータの外側に巻き付けられた外側絶縁耐熱フェルト，及び前記外側絶縁耐熱フェルトの外側を覆うように巻き付けられたフェルト飛散防止用の金網又は多数の通孔を備えた金属板から成る外側の円筒体から構成されており，前記エンジンのエンジン始動に先立って，前記ヒータに通電して前記フィルタを３００℃〜８００℃に予熱し，前記エンジン始動時に，前記開閉弁を作動させて前記排気ガスを前記フィルタに流入させて前記排気ガス中の黒煙を捕集し，前記排気ガス通路の温度を前記酸化触媒の反応温度以上に上昇させ，前記排気ガスを前記酸化触媒を通過させることにより白煙，臭気を除去することを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。

この排気ガス浄化装置において，前記エンジンは定置型ディーゼルエンジン又はガスタービンエンジンであり，前記円筒体はパンチングメタルであり，前記絶縁耐熱通気性部材はフェルト又はアルミナ繊維を使用した通気性テープであり，前記ヒータは金網又は金属線部材である。

また，この排気ガス浄化装置は，前記排気ガスの浄化終了後に，前記排気開閉弁を切り換えて前記排気ガスを前記バイパス通路に流して前記エアコンプレッサを作動させて前記フィルタを６００℃以上に加熱し，前記フィルタに付着した煤やパティキュレートを焼却するものである。

また，前記ヒータは前記絶縁耐熱通気性部材と前記外側絶縁耐熱フェルトによって挟み込まれており，前記ヒータは前記絶縁耐熱通気性部材と前記外側絶縁耐熱フェルトによって電気絶縁されると共に外部への放熱が低減されるものである。

また，この排気ガス浄化装置において，前記フィルタは両端部を閉鎖する遮断プレートがそれぞれ取り付けられ且つ円筒状のケース内に配設されており，前記排気ガス通路は前記ケースの一端面に取り付けられた入口側プレートの中央に形成された入口開口に連通されており，前記ケースの他端面に取り付けられた前記遮断プレートを兼用する出口側プレートの中央に形成された出口開口に密接嵌合された出口側排気ガス通路は入口側の前記遮断プレートの近傍まで延びているものである。特に，前記白煙臭気浄化用の酸化触媒は，前記フィルタ内に位置して前記出口側排気ガス通路内に配設されている。更に，前記フィルタの前記入口開口から送り込まれた前記排気ガスは，前記フィルタの外周から内周へと前記フィルタを通過し，前記フィルタの前記内側の円筒体内に位置する前記出口側排気ガス通路の入口側端部から前記出口側排気ガス通路内の前記白煙臭気浄化用の酸化触媒を通って前記排気ガス通路へ排出される。

この排気ガス浄化装置は，前記フィルタには，前記制御装置で制御されるヒータ電流用変圧器とヒータ通電用リレー，前記フィルタの上流側の前記排気ガス通路の温度を検知するセンサー，圧力を検知するセンサー，並びに前記フィルタの予熱状態，前記エンジン始動状態，前記フィルタの粒子状物質捕集運転，及び前記フィルタの再生運転を表示する表示灯が設けられているものである。

この排気ガス浄化装置は，上記のように，フィルタを構成する部材として，従来のフィルタに設けた金網より熱容量の大きいパンチングメタルなど多数の通孔を備えた金属板から形成された円筒体を用いているので，フィルタの熱容量を大きく構成することができる。エンジン始動時の排気ガスを加熱して酸化触媒を通過させると，白煙と臭気を除去することはできるが，そのためには，加熱装置が高価で大がかりになるため実用化することができない。そこで，本願発明では，フィルタを上記円筒体にヒータを内蔵した絶縁耐熱フェルトを排気ガスの加熱に使用しているので，コンパクト且つ低コストで実用的な白煙臭気防止装置を実用化することができる。３００ｋＷクラスのエンジンの排気ガス温度を１００℃上昇させるには，２０ｋＷ前後の電力が必要であるが，予熱により２〜３ｋＷ程度の電力で済めば，通常準備されている電力範囲で済み、ヒータと厚手のフェルト及び金属製円筒体を組み合わせることにより，２〜３ｋＷの電力でも，３０分〜１時間の予熱をすることにより，約５分間排気ガス温度を触媒活性温度以上に維持することができる。しかしながら，自動車用のＤＰＦでは，熱容量が小さく蓄熱の効果が得られないのが現状である。そこで，本願の排気ガス浄化装置は，金網等の加熱体を内蔵したフェルトをヒータとすることにより，十分な伝熱面積を確保することが可能になり，従来技術と比べて安価で低電力な加熱装置を提供できる。また，フィルタに付着した煤は，エンジン駆動終了後に，フェルトに捕集された煤や粒子状物質の燃焼温度である６００℃以上に加熱することによって煤や粒子状物質を加熱焼却でき，フィルタを再生することができる。

この発明による白煙臭気除去装置を備えた排気ガス浄化装置の実施例を示すブロック図である。図１の排気ガス浄化装置に組み込まれたフィルタを示す長手方向断面図である。図１の排気ガス浄化装置を示す端面図である。この発明による排気ガス浄化装置の作動の前半を示す処理フロー図である。この発明による排気ガス浄化装置の作動の後半を示す処理フロー図である。この排気ガス浄化装置について，エンジン始動後の排気ガス温度の変化を示すグラフである。この排気ガス浄化装置について，１８０℃加熱を可能にするフェルト熱容量を示すグラフである。この排気ガス浄化装置について，エンジン始動後の経過時間に対する排気白煙の遮光率の変化を示すグラフである。この排気ガス浄化装置について，１００℃加熱を可能にする金属製円筒体の熱容量を示すグラフである。

以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化装置について説明する。
この発明による排気ガス浄化装置は，比較的に小型のディーゼルエンジンに適用した実施例を説明するが，ガスタービンエンジンに適用することもできるものである。
図１〜図３に示すように，エンジン１から排出される排気ガスは，サイレンサ２，排気ガス通路３又はバイパス通路２７を通って大気に排出されるように構成されている。この排気ガス浄化装置は，排気ガス通路３及びバイパス通路２７には，排気ガスを外気に排出するため排気開閉弁４が設置され，白煙臭気除去装置１０へ排気ガスを送り込むため排気開閉弁５が配設されている。排気開閉弁４，５は，制御装置３１の指令によってエアシリンダ６，７が作動して開閉作動されるように構成されている。この排気ガス浄化装置は，特に，エンジン１の始動時に，排気ガスを白煙臭気除去装置１０を通過させ，始動時の白煙と臭気を除去することに特徴を有している。フィルタ９を構成するパンチングメタルは，多数の通孔２６が形成された耐熱鋼板の金属板から成る円筒体１１に形成されている。フィルタ９は，主として，円筒体１１，円筒体１１の外周に配設された絶縁耐熱通気性部材としての内側絶縁耐熱フェルト１３と外側絶縁耐熱フェルト１５，及び両フェルト１３，１５間に配設された耐熱金網製のヒータ１４から構成されている。この排気ガス浄化装置では，絶縁耐熱通気性部材として，厚さ３ｍｍから６０ｍｍのアルミナ繊維，炭化ケイ素繊維等の耐熱材から成るフェルト１３，１５が使用されているが，内側フェルト１３に換えてアルミナ繊維を使用した通気性のテープを用いることもできる。ヒータ１４は，金網又は金属線部材から構成されている。ヒータ１４には，制御装置３１の指令によって，フィルタ９にに近接して設けられた電極端子２１を通じて通電される。フィルタ９の後流には，円筒体１１に挿通された出口側の排気ガス通路１７内に位置する酸化触媒２２が配設されている。この排気ガス浄化装置は，概して，フィルタ９と酸化触媒２２を断熱材２０を組み込んだ筒状のケース１９内に収容している。フィルタ９は，ケース１９に支持機構１８で支持してケース１９内に排気ガスが通る通路を空けて配設されている。また，図示していないが，フェルト１３，１５の端部のシール性確保のため，フェルト１３，１５の両端を耐熱金属バンドで締め付ける構造を採用することもできるものである。

この排気ガス浄化装置では，フェルト１３，１５の温度分布を均一にするために筒状のケース１９は，縦置きが望ましいものである。この排気ガス浄化装置では，ヒータ１４への通電電力，通電時間は，エンジン１の運転時間，排気ガス温度等により，最適な値に設定されている。この排気ガス浄化装置を作動するのに，必要電力が大きい場合は，ヒータ１４の過熱を防止するため，円筒体１１及びケース１９の内側円筒体２３の熱容量を大きく取り，ヒータ１４の過熱を防止することができる。

この発明による排気ガス浄化装置は，概して，定置型ディーゼルエンジン又はガスタービンエンジンのエンジン１からの排気ガスを排出する排気ガス通路３に配設されたフィルタ９，及び排気ガス通路３に設けられた排気開閉弁４，５の作動によって，フィルタ９をバイパスするバイパス通路２７を備えている。フィルタ９は，具体的には，多数の通孔２６を備えた熱容量の大きいパンチングメタル等の金属板から筒状に形成された円筒体１１，円筒体１１の外周面に巻き付けられた内側の絶縁耐熱フェルト１３，内側絶縁耐熱フェルト１３に巻き付けられた金網又は金属線部材から成るヒータ１４，ヒータ１４の外側に巻き付けられた外側絶縁耐熱フェルト１５，及び外側絶縁耐熱フェルト１５の外側を覆うように巻き付けられたフェルト飛散防止用金網１６から構成されている。ここで，円筒体１１を構成するパンチングメタルが大きい熱容量を有するとは，例えば，従来のフェルトを備えたフィルタで排気ガス中の粒子状物質等の有害物質を捕集するＤＰＦに使用されている金網の熱容量に比較して大きいことを意味している。この排気ガス浄化装置では，フェルト飛散防止用金網１６に換えて多数の通孔を備えた金属板のパンチングメタルで構成することもできる。この排気ガス浄化装置は，特に，フィルタ９の後流の排気ガス通路１７に配設された白煙臭気浄化用の酸化触媒２２，フィルタ９に空気を送り込むエアコンプレッサ８，及びヒータ１４のＯＮ・ＯＦＦ制御と排気開閉弁４，５の開閉制御を行う制御装置３１を有している。この排気ガス浄化装置は，エンジン１の定期点検時等にエンジン始動に先立って，フィルタ９に埋め込まれたヒータ１４に通電して，フィルタ９を３００℃〜８００℃に予熱しておき，次いで，エンジン始動時に，排気開閉弁４，５を作動させて排気ガスをフィルタ９に流入させ，排気ガス通路３の温度を酸化触媒２２の反応温度以上に上昇させ，排気ガスを酸化触媒２２を通過させることにより白煙，臭気及び黒煙を除去することを特徴としている。

この排気ガス浄化装置は，排気ガスの浄化終了後に，制御装置３１の指令によってエアシリンダ６，７を作動して排気開閉弁４，５を切り換えて，排気ガスをバイパス通路２７に流してエアコンプレッサ８を作動させて，フィルタ９を６００℃以上に加熱し，フィルタ９に付着した煤やパティキュレートを焼却するものである。また，ヒータ１４を構成する金網は，内側耐熱フェルト１３と外側絶縁耐熱フェルト１５によって挟み込まれている。ヒータ１４は，内側耐熱フェルト１３と外側絶縁耐熱フェルト１５によって電気絶縁されると共に外部への放熱が低減されるように構成されている。また，フィルタ９は，両端部を閉鎖する遮断プレート２４，２５がそれぞれ取り付けられ且つ断熱材から成る円筒状のケース１９内に配設されている。フィルタ９は，ケース１９の一端面に取り付けられた入口側遮断プレート２４に近接し且つ排気ガス通路３が入口側プレート２９の中央に形成された入口開口３０に連通されている。また，フィルタ９は，ケース１９の他端面に取り付けられた遮断プレートを兼用する出口側遮断プレート２５の中央に形成された出口開口２８に出口側排気ガス通路１７が嵌挿され，入口側遮断プレート２４の近傍まで延びている。また，白煙臭気浄化用の酸化触媒２２は，フィルタ９内に位置して出口側の排気ガス通路１７内に配設されており，フィルタ９から適正に受熱されるように構成されている。

また，この排気ガス浄化装置は，フィルタ９には，制御装置３１で制御されるヒータ電流用変圧器３８とヒータ通電用リレー３７，フィルタ９の上流側の排気ガス通路３の入口温度を検知するセンサー４１，圧力取り出し管４２，並びにフィルタの予熱状態を表示する表示灯４４，エンジン１の起動状態を表示する表示灯４５，フィルタ９で排気ガス中の粒子状物質等の有害物質を捕集して排気ガスから有害物質を除去する捕集運転を表示する表示灯４６，及びフィルタ９の再生運転を表示する表示灯４７が設けられている。

また，この排気ガス浄化装置において，フィルタ９の入口開口３０から送り込まれた排気ガスは，フィルタ９の外周の外側絶縁耐熱フェルト１５から内周の内側耐熱フェルト１３へと流れてフィルタ９を通過し，フィルタ９のパンチングメタル製の円筒体１１内に位置する出口側排気ガス通路１７の入口側端部から出口側排気ガス通路１７内の白煙臭気浄化用の酸化触媒２２を通って排気ガス通路３へ排出されるようになっている。

次に，図６〜図９のグラフを参照して，この排気ガス浄化装置について定量的な点について説明する。
この排気ガス浄化装置では，フェルト１３，１５の温度分布を均一にするために円筒体のケース１９は，縦置きが望ましいものである。この排気ガス浄化装置では，ヒータ１４への通電電力，通電時間は，エンジン１の運転時間，排気ガス温度等により，最適な値に設定されている。この排気ガス浄化装置を作動するのに，必要電力が大きい場合は，ヒータ１４の過熱を防止するため，円筒体１１及びケース１９の内側円筒体２３の熱容量を大きく取り，ヒータ１４の過熱を防止することができる。ディーゼルエンジンの無負荷運転時の排気ガス温度は８０℃前後であるが，エンジン始動直後は排気ガス通路３を構成する排気管１２等が低温であるために，排気ガス浄化装置への排気ガスの流入時のガス温度は，図６に示すように，数秒間常温が続き，フェルト１３に蓄熱した熱量を持ち去る。図７には，排気ガス流量１２ｋｇ／ｍｉｎで２０℃の排気ガスを３秒間以上加熱するのに，必要なフェルト１３の熱容量を示す。
排ガス流量１ｋｇ／ｍｉｎあたり排気ガス通路３を構成する排気管１２が短い場合には，以下に示すように，０．００５ｋＣａｌ／℃以上の熱容量が必要となる。
必要な熱量：１２×１８０×０．２４×３÷６０＝２５．９２ｋＣａｌ
フェルトを６００℃まで加熱し，２００℃まで温度が下がると考えると，熱容量は
必要な熱容量：２５．９２÷（６００−２００）＝０．０６ｋＣａｌ／℃

また，排気ガス通路３を構成する長い排気管１２の場合は，フェルト１３の熱容量を更に大きくして対応する。始動直後の排気ガス加熱にはフェルトの熱容量で対応するがその後の数分間の運転での加熱は金属円筒に蓄えた熱量をフィルタに熱伝導により伝熱し排気ガスを加熱する。
図８には，エンジン始動後の白煙の濃さを透過式スモークメータで計測した遮光率で表示されている。エンジンにより差が有るが，白煙が少ない場合では，約３分間後には，気にならないレベルの遮光率１０％以下になる。この間の熱量は金属製円筒体１１に蓄えた熱量を排気ガスに伝えることにより酸化触媒の活性に必要な排気温度を確保する。
図９に示されるように，１２ｋｇ／ｍｉｎのガス流量で３分間で１００℃に排気ガスを加熱するには以下に示すように，２．１６ｋＣａｌ／ｍｉｎの熱容量が必要となる。
流量１ｋｇ／ｍｉｎあたりで，必要な熱容量は０．１８ｋＣａｌ／℃以上となる。
必要な熱量：１２×１００×０．２４×３＝８６４ｋＣａｌ
金属円筒を６００℃まで加熱し，２００℃まで温度が下がると考えると，熱容量は，
必要な熱容量：８６４÷（６００−２００）＝２．１６ｋＣａｌ／℃

次に，図４及び図５の処理フロー図を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の作動を説明する。
まず，図４に示すように，起動ボタン４３を押してＯＮすることにより，制御装置３１が作動を開始する（ステップＳ１）。エンジン排気ガス閉止用ソレノイド３５に通電し，制御装置３１の指令で排気開閉弁閉止用ソレノイド３５を付勢してエンジン排気ガス閉止用エアシリンダ６を作動させ，エンジン排気ガス閉止弁４を閉止する（ステップＳ２）。同時に，開閉弁開放用ソレノイド３４を付勢して，除去装置流入弁開放用除去装置開閉シリンダ７を作動させ，除去装置開閉弁５を開放する（ステップＳ３）。次いで，ヒータ通電用リレー３７を昇温モードで通電し，ヒータ１４に通電して予熱表示灯４４を点灯してフィルタの加熱を開始する（ステップＳ４）。ヒータ１４の加熱時間を計測し（ステップＳ５），加熱時間が設定予熱時間を超えると（ステップＳ６），予熱表示灯４４を消灯すると共に，起動準備完了ランプ４５を点灯して（ステップＳ７），ヒータ１４を所定の温度に保つ定温モードで通電する（ステップＳ８）。フィルタの入口開口３０に近接して設置された圧力取り出し管４２の圧力を圧力センサ３９で測定し，入口開口３０の圧力が設定値を超えた時に（ステップＳ９），エンジン１が起動したと判定し（ステップＳ１０），起動準備完了灯４５を消灯し，除去運転表示灯４６を点灯する。

次いで，図５に示すように，排気ガス浄化装置へのガス流入時間計測を開始する（ステップＳ１１）。白煙臭気除去時間が長期間にわたる場合は，除去運転中もヒータ１４への通電を継続する場合もある。排気ガスの流入時間が設定値を超えるか（ステップＳ１２），入口開口３０の圧力が設定値を超えた場合（ステップＳ１３），制御装置３１の指令で開閉弁開放用ソレノイド３６を付勢して排気ガス開閉弁４を開放すると共に，開閉弁閉止用ソレノイド３３を付勢して排気開閉弁５を閉止して（ステップＳ１４），白煙及び臭気の除去運転を停止し，フィルタの再生運転を開始する（ステップＳ１５）。そこで，除去運転表示灯４６を消灯し，再生運転表示灯４７を点灯する。フィルタの再生モードでヒータ１４に通電し，フィルタ温度を６００℃以上に加熱した後（ステップＳ１６），再生エア用ソレノイド３２に通電し，燃焼用エアを制御装置３１の指令で燃焼エアソレノイド３２に付勢してエアノズル４０からフィルタ９内に供給し，フィルタ９に捕集された煤を焼却すると共に硫酸分を除去する。再生時間が設定値を経過した後に（ステップＳ１７），その後，再生運転表示灯４７を消灯し，加熱及びエアの供給を停止して運転を終了する（ステップＳ１８）。

この発明は，例えば，定置式ディーゼルエンジン又はガスタービンエンジンから排出される排気ガスに含有される煤，白煙，臭気等の有害物質を捕集し除去する排気ガス浄化装置に適用して好ましいものである。

１エンジン
２サイレンサー
３排気ガス通路
４，５排気開閉弁
９フィルタ
１０白煙臭気除去装置
１１円筒体
１２排気管
１３内側耐熱フェルト
１４ヒータ
１５外側絶縁耐熱フェルト
１６飛散防止用金網
１７出口側排気ガス通路
１９ケース
２２酸化触媒
２４入口側遮断プレート
２５出口側遮断プレート
２６通孔
２７バイパス通路
２８出口開口
２９入口側プレート
３０入口開口
３１制御装置
３７ヒータ通電電流通電用リレー
３８ヒータ電流用変圧器
４１温度検知用センサ
４４予熱表示灯
４５起動準備完了表示灯
４６除去運転表示灯
４７再生運転表示灯

Claims

エンジンからの排気ガスを排出する排気ガス通路に配設されたフィルタ，及び前記排気ガス通路に設けられた排気開閉弁の作動によって前記フィルタをバイパスして前記排気ガスを排出するバイパス通路を備えていることから成る排気ガス浄化装置において，
前記フィルタの後流の前記排気ガス通路に配設された白煙臭気浄化用の酸化触媒，前記フィルタに空気を送り込むエアコンプレッサ，及び前記フィルタに設けたヒータのＯＮ・ＯＦＦ制御と前記排気開閉弁の開閉制御を行う制御装置を有し，
前記フィルタは，熱容量の大きい多数の通孔を備えた金属板から成る内側の円筒体，前記内側の円筒体の外周面に巻き付けられた内側の絶縁耐熱通気性部材，前記絶縁耐熱通気性部材に巻き付けられた前記ヒータ，前記ヒータの外側に巻き付けられた外側絶縁耐熱フェルト，及び前記外側絶縁耐熱フェルトの外側を覆うように巻き付けられたフェルト飛散防止用の金網又は多数の通孔を備えた金属板から成る外側の円筒体から構成され，
前記エンジンのエンジン始動に先立って，前記ヒータに通電して前記フィルタを３００℃〜８００℃に予熱し，前記エンジン始動時に，前記開閉弁を作動させて前記排気ガスを前記フィルタに流入させて前記排気ガス中の黒煙を捕集し，前記排気ガス通路の温度を前記酸化触媒の反応温度以上に上昇させ，前記排気ガスを前記酸化触媒を通過させることにより白煙，臭気を除去することを特徴とする排気ガス浄化装置。
前記エンジンは定置型ディーゼルエンジン又はガスタービンエンジンであり，前記円筒体はパンチングメタルであり，前記絶縁耐熱通気性部材は絶縁耐熱フェルト又はアルミナ繊維を使用した通気性テープであり，前記ヒータは金網又は金属線部材であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
前記排気ガスの浄化終了後に，前記排気開閉弁を切り換えて前記排気ガスを前記バイパス通路に流して前記エアコンプレッサを作動させて前記フィルタを６００℃以上に加熱し，前記フィルタに付着した煤やパティキュレートを焼却することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
前記ヒータは前記絶縁耐熱通気性部材と前記外側絶縁耐熱フェルトによって挟み込まれており，前記ヒータは前記絶縁耐熱通気性部材と前記外側絶縁耐熱フェルトによって電気絶縁されると共に外部への放熱が低減されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
前記フィルタは両端部を閉鎖する遮断プレートがそれぞれ取り付けられ且つ中空状のケース内に配設されており，前記排気ガス通路は前記ケースの一端面に取り付けられた入口側プレートの中央に形成された入口開口に連通されており，前記ケースの他端面に取り付けられた前記遮断プレートを兼用する出口側プレートの中央に形成された出口開口に密接嵌合された出口側排気ガス通路は入口側の前記遮断プレートの近傍まで延びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
前記白煙臭気浄化用の酸化触媒は，前記フィルタ内に位置して前記出口側排気ガス通路内に配設されていることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
前記フィルタの前記入口開口から送り込まれた前記排気ガスは，前記フィルタの外周から内周へと前記フィルタを通過し，前記フィルタの前記内側の円筒体内に位置する前記出口側排気ガス通路の入口側端部から前記出口側排気ガス通路内の前記白煙臭気浄化用の酸化触媒を通って前記排気ガス通路へ排出されることを特徴とする請求項５又は６に記載の排気ガス浄化装置。
前記フィルタには，前記制御装置で制御されるヒータ電流用変圧器とヒータ通電用リレー，前記フィルタの上流側の前記排気ガス通路の温度を検知するセンサー，圧力を検知するセンサー，並びに前記フィルタの予熱状態，前記エンジン始動状態，前記フィルタの粒子状物質捕集運転，及び前記フィルタの再生運転を表示する表示灯が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。