JPH02277915A - デイーゼル機関排気微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼル機関排気ガスの浄化装置に係り、
特に排気中の微粒子を低減するに好適な微粒子除去装置
に関する。

［従来の技術］ ディーゼル機関の排気ガス中には、環境汚染の原因とな
るカーボンを主成分とする微粒子が含まれている。この
様な微粒子は、大気に放出されない様に排気中から取り
除く必要がある。

カーボン微粒子を除去するための従来の装置としては、
ディーゼル機関排気管の途中にフィルタエレメントを設
け、微粒子を濾過するものが知られている。この種の装
置では比較的短時間でフィルタが目詰まりを起こし、排
気圧力が上昇するため、フィルタに捕集された微粒子を
適宜取り除いてやらねばならない。

フィルタ捕集微粒子の除去、すなわちフィルタの再生手
段としては第１０図に示すが如く、フィルタエレメント
を組込んだ２組の微粒子除去装置を設け、その上流にバ
ーナを配して、流路の切り替え手段を持つものが知られ
ている（特公昭５７−１３７２３号公報）。本公知例は
、同図において、図中の３はディーゼル機関、４は排ガ
ス、１０ａ、１０ｂは差圧検出器、４４は高温燃焼ガス
、４５．４６は切替えダンパである。

本公知例は、２組の微粒子除去装置の内、一方を微粒子
の捕集に用い、他方では捕集された微粒子をバーナから
供給される高温燃焼ガスにより焼却するものであり、交
互に流路を切り替えることにより連続的に微粒子の除去
が可能である。

フィルタ再生の第２の手段としては、第１１図な示す様
に、フィルタエレメントを移動または回転させて、排気
ガスの流路で微粒子の捕集を行いながら、別の流路また
は位置でバーナもしくは電気ヒータの熱で微粒子の焼却
を行うものがある（実開昭５８−１４６０２３号公報、
実開昭５９−８７２２０号公報、実開昭６１−１０５７
６０号公報）。なお、同図において、図中の３０は補助
燃料、３２は空気、４７はダクト、４８は可動フィルタ
エレメント、４９はバーナ、５０は仕切壁である。

一方、フィルタ再生の第３の手段として、燃焼触媒を担
持したフィルタエレメントを用いる方法がある（特開昭
５７−１３６９２２号公報）。この方法は、フィルタ面
上で捕集された微粒子を触媒の作用により本来の燃焼温
度よりも低い温度で着火、燃焼させるものであり、前述
した２つの方法と同じく連続的に捕集、再生が可能とさ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術の内、第１０図に示した第１の方法は、２
組の捕集装置を必要とし装置全体が大型化する。また、
再生の頻度にもよるが、大量に捕集された微粒子に着火
、燃焼させるとフィルタエレメントの温度が上昇し、フ
ィルタそのものを焼損させる恐れもある。

第１１図に示した第２の方法は、フィルタエレメントを
動かすため睡動機構を付加する必要があり、その構造が
複雑となる。

第３の燃焼触媒を用いる方法では、触媒が有効に作用す
る温度範囲に制限がある。また触媒の有効成分が微粒子
と接触している領域でしか触媒機能は作用しないはずで
あり、その様な領域は限られるため、フィルタに触媒を
付加するだけでは難燃性のカーボン微粒子を捕集しつつ
焼却除去するのは困難である。すなわち、燃焼触媒が有
効なのは、ガス状燃料成分がフィルタの温度を微粒子の
着火温度以上に高めるに必要な量だけ処理ガス中に含ま
れているか、前記ガス状燃料成分を補助燃料として混入
せしめた場合に限られる。ディーゼル機関排気中にフィ
ルタの温度を高める程常に可燃ガスが存在するとは限ら
ない。

そこで、燃焼触媒を用いたフィルタでは、補助燃料の添
加は有効な手段となるが、機関が大型化し排ガス量が増
加すると補助燃料の量も増えることになり、経済的にも
望ましくない。また、補助燃料を処理ガス中に均等に分
散混入せしめるのも難しくなる。補助燃料の分散が不均
等であると、フィルタの温度が不均等になり、局所的な
フィルタの焼損や熱応力による割れ及び未燃微粒子の異
常堆積等を招く。

本発明の目的は、連続的に微粒子の捕集と焼却が実施で
き、且つ補助燃料量を節減できる微粒子除去装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、ディーゼル排気管路の途中に設けられる微
粒子除去装置の内部を複数の流路に分割して、各々の流
路に燃焼触媒を担持したフィルタエレメントと、少なく
ともノズルと弁とを具備した補助燃料供給手段とを配し
、補助燃料の供給を順次切り替えて、捕集微粒子を各流
路毎に焼却除去することにより達成される。また、補助
燃料の供給順番と量は、各流路に設けた流量検知手段に
より測定した流量値をベースに決定する。さらに上記焼
却処理は各流路のフィルタ部の温度を監視しながら実施
する。

［作用］ フィルタに捕集された微粒子を焼却するための補助燃料
を供給する場合、分割された複数流路のうち、ただ一つ
の流路にのみ燃料を供給すれば良いため、補助燃料供給
設備は相対的に小規模なものでよくなる。流路が小さい
ため補助燃料の混合距離も短くなり、フィルタ面での温
度分布も少なくなり、未燃微粒子の異常堆積及び熱応力
による割れ等も防げる。流量に見合った補助燃料量の供
給及びフィルタ部の温度監視により異常燃焼に起因する
焼損、未燃ガスの流出を防ぐことができる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示す第１の実施例において、微粒子除去装置５
はディーゼル機関３の排気流路に設けられ、その内部は
分割壁９ａ〜９ｄにより仕切られ、分割流路６ａ〜６ｄ
を形成している。分割流路６ａ〜６ｄには、それぞれ燃
焼触媒を付加したフィルタエレメント７８〜７ｄが配さ
れている。

なお、微粒子除去装置５には、補助燃料ポンプ３１、ブ
ロワ３３、混合器３４、ヘッダ３５、燃料制御弁２８ａ
〜２８ｄ及びノズル８ａ〜８ｄ等から成る補助燃料供給
手段と、ヘッダ３７及び消火ガス制御弁２９ａ〜２９ｄ
等から成る消火ガス供給手段と、差圧センサｌｌａ、ｌ
ｌｂ及び差圧検出器１０から成る差圧検出手段と、温度
センサ１５及び温度検出器１４から成る温度検出手段と
、流量センサ１３及び流量検出器１２から成る流量検出
手段と、演算装置１７、記憶装置１８．信号入力装置１
９、信号出力装置２０等から成る演算制御器１６が付加
されている。

本例では、演算制御器１６には表示装置２１や会話装置
２２が含まれている。ノズル８ａ〜８ｄは分割流路６８
〜６ｄに対応して望ましくは分割流路炉内に１つ以上配
される。ノズル８ａ〜８ｄの上流に燃料制御弁２８ａ〜
２８ｄが位置するのは言うまでもない。ノズル８ａ〜８
ｄと燃料制御弁２８　ａ〜２８ｄの間に消火ガス供給手
段を構成する消火ガス制御弁２９ａ〜２９ｄの後流部が
接続される。差圧センサｌｌａ、ｌｌｂは微粒子除去装
置５の入り口部と出口部に設置される。流量センサ１３
は各分割流路内に設置されている。流量センサ１３とし
てはピトー管、オリフィス等の差圧タイプの速度計、流
量計や熱線式、サーミスタ式、音波式等、結果として流
量に換算出来るものなら何でも良い。温度センサ１５は
各分割流路に配されたフィルタエレメント７の内部又は
フィルタエレメント７後流の極近傍に設置される。差圧
検出器１０、流量検出器１２）温度検出器１４は、それ
ぞれ信号ケーブル２３，２４．２５を通じて演算制御器
１６の信号入力装置１９に主として接続されている。ま
た、燃料制御弁２８ａ〜２８ｄ及び消火ガス制御弁２９
ａ〜２９ｄは、信号ケーブル２６．２７により演算制御
器１６の信号出力装置２０に主として接続されている。

本発明はかかる構成なので、以下の様に作用する。すな
わち、燃料１と空気２とが供給されたディーゼル機関３
は、カーボン微粒子を含んだ排ガス４を排出する。排ガ
ス４は微粒子除去装置５に流入すると分割された流路６
ａ〜６ｄに別れ、それぞれの流路に設置されたフィルタ
エレメント７８〜７ｄにより微粒子が捕集される。その
後、微粒子が除去された浄化ガス３８として排出される
。

微粒子がフィルタエレメント７ａ〜７ｄ内に堆積してく
ると、微粒子除去装置５の圧力損失が増加する。すなわ
ち、ディーゼル機関３から排出される排ガス量が同じな
らば、微粒子除去装置５出入口の差圧は増加する。差圧
検出器１ｏにより検知された差圧信号は信号ケーブル２
３を通じて演算制御器１６に入力される。また、同時に
温度検出器１４、流量検出器１２からの信号も演算制御
器１６に送信される。

演算制御器１６では、第２図〜第４図に示す手順によっ
て、前述した分割流路６８〜６ｄの内、必要なものから
順に焼却処理を実施する。まず第２図に示す様に、差圧
信号が入力されると予め定められている制限値と比較す
る。制限値は負荷その他の状態変化に対応させて、会話
装置２２等から入力しておく。差圧が制限内であれば、
引き続いて粒子捕集を続ける。差圧が異状であれば表示
装置２１を用いて異状を知らせ、焼却処理の指令を発す
る。焼却処理が終了したら１表示装置２１にその旨を表
示して、通常の１視に戻る。

第２図の手順■に示した焼却処理の詳細を第３図に記す
。まず、シーケンシャルに流路を選択し、選択された流
路における流量検出器１２からの流量信号を取り込む。

次に、予め設定されている制限値と比較し、異常がなけ
れば別の流路の流量信号をチエツクする。異常があれば
、その流路と流量値を記憶しておく。設定されている全
ての流路に対して流量のチエツクを実施した後、焼却順
位の決定■を行う。焼却順位の決定方法としては。

異常の度合が高いもの、すなわち予め設定された流量値
との偏差が最も大きいものを第１順位とする方法、また
はシーケンシャルに行われる流量チエツクの順番をその
まま踏襲する方法等、必要に応じて種々の選択を行うこ
とができる。

次に、焼却処理を実施する流路に対して、フィルタエレ
メント部の温度を集中的に監視するよう指令を出し、補
助燃料制御弁２８ａに燃料供給の信号を出力する。補助
燃料３０は空気３２と混合器３４で所定の濃度、すなわ
ち触媒燃焼は可能であるが気相燃焼は不可能な濃度とな
る様混合された後、燃料制御弁２８ａに供給され、選択
された流路６ａに対して、ノズル８ａから噴出させる。

補助燃料の注入により、可燃性ガスの濃度が高まった流
路では、触媒の作用により、燃焼反応が起き、フィルタ
エレメント７ａの温度が上昇して、フィルタに堆積して
いる微粒子が焼却される。

ここで、温度が上がり過ぎない様に第４図に示す温度の
監視が行われる。焼却開始の時点では、フィルタは目詰
りしており、該流路の排ガス流量は相対的に少ないはず
である。そこで、流量に応じて補助燃料量を制御してや
る必要がある。フィルタ部における燃料濃度が高いと急
激に温度が上昇し、フィルタの焼損、破損を招く。また
、フィルタは焼却再生をくり返し行っていると、微粒子
に含まれている微量な不燃成分が蓄積するため、焼却処
理だけでは再生不可能な状態になっていることもある。

そのため、いたづらに、長時間、差圧又は流量値の回復
を待っても意味はなく、予め１つの流路に供給する総燃
料量、焼却処理時間に制限を加えておくことが必要であ
る。焼却処理時間の制限値は、それまでの運転時間、排
ガス流量、供給している補助燃料量の関数として、演算
制御器１６に入力しておくのが望ましい、流量値が回復
するか、補助燃料量又は時間が制限値を越えるか、ある
いは温度監視ループからの信号を受けると。

当該流路の補助燃料制御弁２８ａに対して補助燃料遮断
信号が出力され、第２順次流路の焼却処理に移る。つま
り、第３図の手順■〜［相］をくり返す。

総ての異常流路の焼却処理を終れば、第２図手順■の焼
却処理が終了したことになる。

一方、前述した様にフィルタエレメント部の温度は第４
図の手順により常時監視されている。すなわち、通常は
シーケンシャルに流路を選択して温度信号を取り込み、
制限値と比較し、異常がなければこれらの操作をくり返
す。異常があれば、表示装置２１に表示し、第５図に示
す様な処理を実施して、さらに温度監視を続ける。前述
した第３図手順■において、温度監視信号が出力されて
いる場合は、その時点で選択されている焼却処理流路の
温度を集中的に監視する。本例では、温度の異常に対し
ては他の異常と異なり、第４図手順■の様に、オペレー
タの確認を取る様にしてあり。

より安全な運転が可能となる。温度異常に対する処理と
しては第５図に示しておいた。

まず、温度が低すぎる時は補助燃料を遮断する。

これは触媒が機能する温度に下限が存在するからである
。なお、この様な場合でも、空気３２の量を制限して高
濃度の燃料をノズル８ａから供給し、短時間、気相燃焼
を行わせ、フィルタエレメント７ａを所定の温度まで加
熱する等の処理を加えれば、焼却処理を実施させること
可能である。次に、制限値内の温度であれば、補助燃料
量を調整する等、通常の制御動作を行う。温度が高すぎ
る場合、その偏差が定められた値以下であれば、補助燃
料を遮断する。偏差が大なる場合は補助燃料を遮断する
と共に、当該流路に対する消火信号を出力する。消火信
号を受けると当該流路の消火ガス制御弁２９ａが開き、
窒素、炭酸ガス、水蒸気又は低酸素濃度の燃焼排ガス等
の消火性ガス３６がノズル８ａから注入され、フィルタ
部における微粒子の燃焼反応をおさえ、消火する。

本発明においては流路を分割しているが、その断面形状
については特に制限はなく、第６図、第７図に示す様に
、矩形、円形あるいは多角形等、どの様な形状でも、そ
の効果に変わりはない。なお第７図において３９は充填
物である。

本発明の他の実施例を第８図に示す。本実施例は分割さ
れた流路に、ダンパ制御器４０を備えたダンパ４１を設
けたものである。ダンパ制御器４０は演算制御器１６か
らの信号を受けて動作する。

すなわち、温度検出器１４により検出されたフィルタ部
の温度が制限値以上となり、消火の必要を生じた場合、
当該流路のダンパ４１を開き、他の流路のダンパ４１は
閉方向に制御し、多量の排ガスを当該流路に流すことに
より強制的に冷却して消火するものである。

なお、ダンパ４１の代わりに流量を制御できる他の部材
を用いることは本実施例の範囲に含まれる。本例では、
消火ガスの貯蔵、供給手段が不要となる。また、蓄積さ
れている不燃成分を除去する鋤きもある。

第９図は第３の実施例であり、複数の補助燃料供給ノズ
ル８を設ける代わりに１組のノズルを可動させ、各流路
に順次補助燃料を供給するものである。もちろん、ノズ
ル移動袋Ｒ５２は演算制御器１６により制御される。本
実施例では、微粒子除去装置内に常設されるノズルの数
を減することができ、補助燃料供給手段の小型化が計れ
る。

［発明の効果コ 本発明によれば、微粒子除去装置内を複数の小流路に分
割し、該分割流路に各々燃焼触媒を付加したフィルタエ
レメントと補助燃料供給手段を設け、フィルタ捕集微粒
子の焼却処理に際して、補助燃料の供給を流路毎に順次
切り替えるため。

時に供給する補助燃料の量を大幅に減することができ、
設備の小型化が計れる。

さらに、一つの流路が再生処理中でも他の流路では微粒
子の捕集を続けることができ、連続的で変動の少ないデ
ィーゼル機関の運転が可能となる。

また、フィルタ部温度、排ガス流量、補助燃料址等の細
かな監視と制御により、安全性、信頼性を著しく増すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る微粒子除去装置の概略構
成図、第２図、第３図ならびに第４図はそれのフローチ
ャート、第５図は温度異常に対する処理を示す説明図、
第６図ならびに第７図は流路の分割状態を示す側面図、
第８図ならびに第９図は本発明の他の実施例に係る微粒
子除去装置の概略構成図、第１０図ならびに第１１図は
従来提案された微粒子除去装置の概略構成図である。 ３・・・・・ディーゼル機関、５・・・・・・微粒子除
去装置、６ａ〜６ｄ・・・・・・分割流路、７ａ〜７ｄ
・・・・・・触媒付フィルタエレメント、１−２・・・
・流量検出器、１６・・・・・演算制御器。 ７８３図 第２ 図 第４図 第５ＦＩＡ 第７園

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼媒体を担持したフィルタエレメントと該フィ
   ルタエレメントに補助燃料を供給する手段を備えて、捕
   集された微粒子を焼却除去するディーゼル機関排気微粒
   子除去装置において、その内部を分割して複数の流路と
   なし、各々の流路に前記フィルタエレメントと、少なく
   ともノズルと弁とを具備する補助燃料供給手段とを備え
   、補助燃料の供給を順次切り替えて各流路毎に捕集微粒
   子を焼却除去することを特徴とするディーゼル機関排気
   微粒子除去装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載のディーゼル機関
   排気微粒子除去装置において、各々の流路に流量検知手
   段を配し、流量検知手段からの流量信号を信号入力装置
   と信号出力装置と演算装置とを備えた演算制御器に取り
   込み、予め定められた制限値と比較して異常と判断され
   た場合にはその流路と流量値を記憶しておき、異常の度
   合いが大きい流路から順に焼却のための補助燃料を供給
   する様、該演算制御器から制御信号を補助燃料供給手段
   に出力することを特徴とするディーゼル機関排気微粒子
   除去装置。