JPH0563604B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、デイーゼル機関等の排気ガスに含ま
れる微粒子を捕捉、除去するに適した排気黒煙除
去装置に関する。 ［従来の技術］ デイーゼルエンジンの排気ガス中にはカーボン
を主とする微粒子が可成りの濃度（150〜250mg／
Ｎm³）で含まれ、公害の原因となつている。そこ
で、デイーゼルエンジンの排気ガス中から微粒子
を捕捉、除去するための各種フイルタ装置が提案
されている。 例えば特開昭57−35918号には、第３図、第４
図に示すようなフイルタ１が開示されている。こ
のフイルタ１は、隔壁２で区画された複数のセル
３を有するいわゆるセラミツクスハニカム体で、
第３図に示すように、一方の端面Ａにおいては各
セル３の端面がシール材４によつて交互に市松模
様状に塞がれ、他方の端面Ｂにおいては上記一方
の端面Ａにおいて塞がれたセル３ａは開口し、上
記一方の端面Ａにおいて開口していたセル３ｂは
シール材５によつて塞がれた構造をなしている。
このフイルタ１の一方の端面Ｂからデイーゼル排
気ガスを導入すると、排気ガスは含塵ガス流路を
なすセル３ａ内に導入されて通気性のある隔壁２
を通過し、その時に含塵ガスに含まれるパテイキ
ユレートが隔壁２の内面に捕捉され、パテイキユ
レートが除去された清浄な排気ガスが清浄ガス流
路をなすセル３ｂを通つて一方の端面Ａより流出
する。 また、特開昭56−124417号には、第７図に示す
ようなセラミツクス製のフイルタ２０も開示され
ている。このフイルタ２０は、全体として直方体
状の外形を有し、相互に平行な複数枚の長方形状
の板状体２１，２２と、リブ２３，２５と、スペ
ーサ２４，２６とから構成されている。これらの
板状体２１，２２、リブ２３，２５およびスペー
サ２４，２６は、いずれもフイルタ機能を有する
通気性多孔質なセラミツクスからなる。板状体２
１はフイルタ２０の上面と下面を形成し、板状体
２２は中間面を形成する。隣り合う板状体２１，
２２と中間部に位置するスペーサ２４がいずれも
板状体２１の一つの辺に平行に延在する。リブ２
３およびスペーサ２４の上縁は上側の板状体２１
または２２と一体的に接しており、リブ２３およ
びスペーサ２４の下縁は下側の板状体２２または
２１と一体的に接している。これにより両端が開
口する複数の含塵ガス流路２７が形成される。板
状体２２の片側にはこうしたリブ２３およびスペ
ーサ２４が設けられているのに対し、同じ板状体
２２の他の片側にはリブ２３およびスペーサ２４
とは直交する方向に延在するリブ２５とスペーサ
２６が設けられている。走行方向が異なる点の他
は、リブ２５、スペーサ２６はそれぞれリブ２
３、スペーサ２４と本質的に同様である。かくし
て両端が開口し、走行方向が含塵ガス流路２７と
直交する複数の清浄ガス流路２８が形成されてい
る。 このフイルタ２０においては、含塵ガス流路２
７が開口する２つの端面のうち一方の端面を直接
または間接に閉塞しておき、他方の端面からデイ
ーゼル排気ガスを導入する。あるいは、含塵ガス
流路２７の開口する２つ端面から同時に内方にデ
イーゼル排気ガスを導入する。そして、板状体２
２がフイルタ面となつて微粒子が板状体２２の含
塵ガス流路２７の内面に捕捉され、微粒子が除去
された清浄な排気ガスが清浄ガス流路２８を経て
系外へ流出される。 このようなフイルタを用いたフイルタ装置にお
いては、捕捉作用によつてフイルタの過面に微
粒子が堆積して、フイルタの目詰まりを起こし、
排気ガスの通過圧力損失が次第に増加するという
問題を解決する必要があつた。 このため、実開昭62−35849号には、フイルタ
体の排ガス入口上流側にバーナを設け、このバー
ナからの高温燃焼ガスによつてフイルタの壁面上
に堆積した微粒子を着火、燃焼させて焼却するよ
うにしたパテイキユレートトラツプ装置が開示さ
れている。 また、特開昭56−92318号には、排気ガス流路
を２系統に分割し、それぞれの流路にパテイキユ
レートトラツプを配置し、これらの流路において
フイルタの再生、微粒子の捕捉を交互に行わせる
方式が提案されている。この場合の再生も、上記
と同様に微粒子を着火、燃焼させて焼却する方法
が採用されている。 しかしながら、捕捉された微粒子を燃焼させる
上記従来の方法では、パテイキユレートの燃焼熱
によつてフイルタが溶損したり、熱衝撃あるいは
温度分布に起因してクラツクが発生し易いという
問題点があつた。さらに、デイーゼル排気ガス中
には無視できない量の不燃成分が含有され、これ
らの不燃成分は燃焼によつても除去されずにフイ
ルタ上に堆積され続け、長期間の運転と共にフイ
ルタの通気圧損が増大するという問題もあつた。 このような問題点を解決するため、本出願人は
第８図に示すようなパテイキユレートトラツプ装
置を既に提案している。 すなわち、上方、下方および一つの側方に開口
部を有するケーシング３１の内部に、所要のシー
ル部材３２を介して外形直方体状のフイルタ３３
が収容されている。フイルタ３３は、上方から下
方に貫通する含塵ガス流路３４（図中、実線矢印
で示す）と一端が閉じられ他端が側方に開口する
清浄ガス流路３５（図中、破線矢印で示す）とが
通気性多孔質な材質のの隔壁で区画されて形成さ
れている。 ケーシング３１の上部には、デイーゼル排気ガ
スの導入管３７が設けられている。清浄ガス流路
３５が開口する側のケーシング３１には、清浄ガ
スの導出管３８が接続されている。導出管３８に
は、上流側に向けて開口する加圧気体噴射用の逆
洗ノズル４０が設けられている。 ケーシング３１の下部には微粒子受け部４１が
設けられている。微粒子受け部４１は、トレイ４
１、電気ヒータ４６を備える補助フイルタ４３
は、開閉可能かつ通常時は閉じている蓋４７を備
える灰分取出し口４４および補助導出管４５とを
有する。 トレイ４２には、底部がくりぬかれて補助フイ
ルタ４３がはめこまれており、このトレイ４２と
補助フイルタ４３とが全体としてすべての含塵ガ
ス流路３４の下側開口端をとり囲んでいる。灰分
取出し口４４は、トレイ４２の底部に開口し、ま
た、補助フイルタ４３の外側には補助導出管４５
が配置されている。補助フイルタ４３は通気性多
孔質固体からなり、その通過ガス量として、導入
管３７から導入された排気ガスの内、約20％以
下、特には0.5〜５％程度となるように、その通
気抵抗およびフイルタ面積が選定されている。 デイーゼルエンジンからの排気ガスは、導入管
３７を経てフイルタ３３の含塵ガス流路３４にそ
の上流開口端から導入される。排気ガスの大部分
は、隔壁を通過して清浄ガス流路３５を経て導出
管３８に流出するが、排気ガス中の微粒子は隔壁
を通過できず、含塵ガス流路３４の内面に付着堆
積する。排気ガスの一部は、前述のとうり、微粒
子受け部４１の補助フイルタ４３を通過して補助
導出管４５へと導かれるが、この場合にも、排気
ガス中の微粒子は補助フイルタ４３の内面に付
着、堆積する。 こうした集塵操作を適宜な時間継続した後、短
時間の逆流をおこなう。逆洗操作では、逆洗ノズ
ル４０から加圧気体、特には加圧空気を例えば
0.1〜１秒程度の時間噴射する。噴射された気体
は、パルス流となつて清浄ガス流路３５に流れ込
み、隔壁を通つて含塵ガス流路３４へと通常時と
逆の方向へ流れる。その際に、含塵ガス流路３４
の内面に付着、堆積していた微粒子は剥落し、そ
の一部は含塵ガス流路３４内に浮遊するが、多く
は落下して微粒子受け部４１に集積される。 かくして、集塵操作において含塵ガス流路３４
内面に捕捉された微粒子は、逆洗操作によつて、
微粒子受け部４１の補助フイルタ４３の内面に移
しかえられ。フイルタ３３のフイルタ機能は再生
される。補助フイルタ４３上の微粒子は、電気ヒ
ータ４６によつて着火、焼却される。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながらこのパテイキユレートトラツプ装
置では、デイーゼル排気ガスを燃焼用空気の代用
として利用している。そのため、特にエンジン負
荷が高い場合には、デイーゼル排気ガス中の残留
酸素濃度が４〜６％程度にまで低下して、パテイ
キユレートの燃焼速度が著しく低下する。その結
果、高負荷運転を長時間継続すると、微粒子受け
部にパテイキユレートが充満して、パテイキユレ
ートの捕捉および逆洗によるフイルタの再生に支
障を来たすという問題があることが分つた。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、どのようなエ
ンジン運転条件においても、常に安定したパテイ
キユレートの捕捉およびフイルタの再生が行われ
るようにしたデイーゼル等の排気黒煙除去装置を
提供することにある。 上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関
の排気通路に、壁で区画された含塵ガス流路と
清浄ガス流路とを有するフイルタと、該含塵ガス
流路に含塵ガスを導入する導入管と、該清浄ガス
流路から該壁を通つて該含塵ガス流路へ流れる
ガス流を間欠的に発生させる逆洗手段と、該含塵
ガス流路からのパテイキユレートを受けるように
配置された微粒子受け部とが配置され、さらに該
微粒子受け部にパテイキユレート着火用の加熱手
段と燃焼用空気の供給手段とが配置されているこ
とを特徴とする。 本発明において、前記フイルタが一対の対向す
る端面の一方の端面から他方の端面へ貫通して複
数の孔が形成されている通気性の多孔質材質から
なる板状体を、前記端面を揃えるようにして複数
枚平行に積層し、前記板状体相互間に前記複数の
孔とは前記板状体の多孔質壁により区画される別
の流路を構成されていることが好ましい。 また、前記加熱手段が電気ヒータ、あるいは、
燃焼バーナからなることが好ましい。 さらに、前記燃焼用空気は前記逆洗手段用の加
圧空気を利用していることが好ましい。 ［作用］ 本発明では、フイルタの再生を逆洗ノズルから
の高圧ガスを噴出する逆洗方式で行うので、フイ
ルタ面上で微粒子を燃焼させる方式におけるフイ
ルタの熱損傷や不燃性成分の堆積などの問題を解
決することができる。 また、微粒子受け部に燃焼用の空気を供給して
いるので、エンジンの負荷が増加して排気ガス中
の残存酸素濃度が大巾に低下しても、逆洗操作に
よつて払い落とされたパテイキユレートの燃焼は
常に安定して継続される。 ［実施例］ 第１図に、本発明によるデイーゼル排気黒煙除
去装置の一実施例を示す。 デイーゼルエンジン１０１には、排気管などで
構成された排気通路１０２が接続されており、こ
の排気通路１０２は２つの排気通路１０２ａ，１
０２ｂに分岐されている。排気通路１０２ａ，１
０２ｂの途中には、それぞれフイルタケーシング
１０３ａ，１０３ｂが取付けられており、フイル
タケーシング１０３ａ，１０３ｂには微粒子を捕
捉するためのフイルタ１０４ａ，１０４ｂが配置
されている。排気通路１０２ａ，１０２ｂは、フ
イルタケーシング１０３ａ，１０３ｂの下流にも
接続されている。フイルタ１０４ａの下流側の排
気通路１０２ａには、高圧タンク１０５から導入
管１０６および電気駆動弁１０７ａを介して接続
された逆洗ノズル１０８ａが配置されている。ま
た、フイルタケーシング１０３ａの下部の微粒子
受け部１１２ａには、高圧タンク１０５から導入
管１１３ａを介して接続された燃焼用空気供給ノ
ズル１１４ａが配置されている。１１５ａは、微
粒子受け部１１２ａに設けられている電気ヒータ
からなる加熱手段である。 この燃焼用空気供給ノズル１１４ａとしては、
内径５〜15mm程度のステンレス等の耐熱鋼管が好
ましく利用され、その吹出し口を前記加熱手段の
近傍５〜50mm程度に配置されている。また、空気
供給量としては、処理排気ガス量の２％以下、特
には0.05〜0.5％程度となるように、導入管１１
３ａの中に配置され、図示されていない流量制御
オリフイスによつて制御されている。空気源とし
ては、特に制限はないが、専用の空気圧縮機等を
設ける必要が無くなるため、前記高圧タンク１０
５内の加圧空気の一部を利用する方法が好ましく
採用される。 また、加熱手段１１５ｂとしては、500〜700℃
程度の高温燃焼ガスを発生する燃焼バーナ、ある
いは、電気ヒータ等が利用されるが、装置構成が
簡単で、温度制御がし易く、さらに使用上比較的
安全な電気ヒータが好ましく採用される。特に、
ステンレス310s、インコネル６００等の耐熱金属
をシース材とし、シース外径３〜20mm程度、表面
電力密度２〜4W／cm²程度のシースヒータが好ま
しく採用される。 同様に、フイルタ１０４ｂの下流側の排気通路
１０２ｂには、高圧タンク１０５から導入管１０
６および電気駆動弁１０７ｂを介して接続された
逆洗ノズル１０８ｂが配置されている。また、フ
イルタケーシング１０３ｂの下部の微粒子受け部
１１２ｂには、高圧タンク１０５から導入管１１
３ｂを介して接続された前記同様の燃焼用空気供
給ノズル１１４ｂが配置されている。１１５ｂ
は、微粒子受け部１１２ｂに設けられている同じ
く前記同様の電気ヒータからなる加熱手段であ
る。 そして、逆洗ノズル１０８ａ，１０８ｂのさら
に下流の排気通路１０２ａ，１０２ｂには、それ
ぞれ開閉弁１０９ａ，１０９ｂが配置されてい
る。開閉弁１０９ａ，１０９ｂとしては、例え
ば、トラツクなどで使用されるエキゾーストブレ
ーキ用のバタフライ式弁などが好適に使用され
る。なお、高圧タンク１０５は、配管１０１を介
して図示していないコンプレツサに接続されてい
る。 本発明においてフイルタ１０４ａ，１０４ｂと
しては、通気性多孔質なセラミツクスを材質とす
るものが好ましく、例えば前述した第３図、第７
図に示すようなものが自由に使用できる。しか
し、本発明のより好ましい形態としては、第５図
および第６図に示すようなフイルタが使用され
る。 第５図は上記フイルタを構成するフイルタ素子
５１を示している。このフイルタ素子５１は、通
気性多孔質なセラミツクスを材質とする板状体５
２からなる。板状体５２の主面とは異なる一対の
対向する端面５３，５４には、それぞれを貫通す
る複数の孔５５が形成されている。この実施例で
は、上記孔５５として円形断面の孔が採用されて
いるが、楕円形断面の孔や、正方形、六角形など
の多角形断面の孔なども採用することができる。
また、板状体５２の孔５５が開口する端面５３，
５４に沿う一対の端縁部には、孔５５の軸方向に
対し垂直方向に突出するリブ５８が端面５３，５
４に沿つて延在している。 第６図は上記フイルタ素子５１を複数枚積層、
接合して構成したフイルタ６１が示されている。
フイルタ素子５１のリブ５８は、隣接するフイル
タ素子５１と、耐熱性の接着剤による接合、パツ
キンなどを挟み込んで圧縮押付け、あるいはセラ
ミツクス焼結時に反応焼結させて一体化させるな
どの手段によつて気密的に接合されている。この
結果、フイルタ素子５１相互の間〓には、リブ５
８によつて区画された清浄ガス通路６２が孔５５
の開口面とは異なる端面に開口すりるように形成
される。一方、孔５５は排気ガスの通路を構成す
ることになる。 また、第２図には、発明によるデイーゼル排気
黒煙除去装置の他の実施例が示されている。デイ
ーゼルエンジン、高圧タンク等は省略して、排気
黒煙除去装置本体部分のみを横側面および後側面
図で表示し、また、図中第１図と実質的に同じ部
分には同符号を付し、その説明も省略する。 この実施例では、デイーゼルエンジン１０１に
接続された排気通路１０２が分岐されることなく
フイルターケーシング１０３に接続されている。
フイルターケーシング１０３内部では、排気ガス
の流れ方向に沿つて、流路を２分割するように仕
切り板１１１が配置されている。そして、フイル
ターケーシング１０３の２分割されたそれぞれの
区画にそれぞれフイルタ１０４ａ，１０４ｂが配
置されている。フイルターケーシング１０３の下
流においては、それぞれ分割された流路に対応し
て２本の排気通路１０２ａ，１０２ｂが接続され
ている。微粒子受け部１１２ａ，１１２ｂは、分
割されフイルタ１０４ａ，１０４ｂのそれぞれ下
方に配置され、同じくそれぞれに燃焼用空気供給
手段１１４ａ，１１４ｂおよび電気ヒータからな
る加熱手段１１５ａ，１１５ｂが第１図実施例と
同様に配置されている。 その他の点は、第１図の実施例と同様である。 次に、第１図のデイーゼル等の排気黒煙除去装
置を用いた本発明のパテイキユレート捕捉方法に
ついてさらに詳しく説明する。 通常のエンジン運転状態では、開閉弁１０９
ａ，１０９ｂは両方とも全開となつている。微粒
子を含んだ排気ガスは、デイーゼルエンジン１０
１から排気通路１０２および分岐された排気通路
１０２ａ，１０２ｂを通り、それぞれのフイルタ
ケーシング１０３ａ，１０３ｂのフイルタ１０４
ａ，１０４ｂに流入する。そして、フイルタ１０
４ａ，１０４ｂにより排気ガス中の微粒子が捕
捉、除去され、清浄ガスとなつて排気流路１０２
ａ，１０２ｂを経て外気へ放出される。 捕捉された微粒子はフイルタ１０４ａ，１０４
ｂの壁に堆積し、フイルタ１０４ａ，１０４ｂ
の通気圧力損失が時間経過と共に増加してくる。
そこで、フイルタの再生を、２分割されたフイル
タ１０４ａ，１０４ｂについて時間をずらして交
互に行う。 先ず、開閉弁１０９ａを全閉して、エンジン１
０１からの排気ガスを、フイルタ１０４ｂ、開閉
弁１０９ｂ、および排気通路１０２ｂにのみ流
す。そして、t1秒後に電気駆動弁１０７ａをt2秒
間のみ開放して、逆洗ノズル１０８ａより高圧空
気をt2秒の間噴出する。t2秒間の高圧空気噴出が
終了した後、t3秒後に再び開閉弁１０９ａが開放
され、エンジン１０１からの排気ガスは、フイル
タ１０４ｂ，１０４ａ、開閉弁１０９ｂ，１０９
ｂ、および排気通路１０２ｂ，１０２ａの両方へ
導入される。 さらに、フイルタ１０４ａの逆洗終了後t5秒後
に、今度はフイルタ１０３ｂの逆洗が、上記と同
様になされる。これらの一連の作動によりフイル
タ１０４ａ，１０４ｂの逆洗、再生が終了する。
また、これらの一連の逆洗操作は、t6秒後に再開
され、以降、このような逆洗、再生を集塵操作中
継続的に行う。 t1〜t6の時間については、フイルタ１０４ａ，
１０４ｂの圧力損失が長期に亙つて一定レベル以
下に維持されるように、個々のケースによつて調
節されるものである。通常、t1は0.1〜３秒、好
ましくは0.1〜0.3秒、t2は0.1〜２秒、好ましくは
0.1〜0.3秒、またt2は0.1〜３秒、好ましくは0.1〜
１秒程度とされる。 また、燃焼用空気供給ノズル１１４ａ，１１４
ｂからは、逆洗用加圧空気の一部を、排気ガス量
の約1vol.％以下、特に好ましくは0.3vol.％以下
の流量で微粒子受け部１１２ａ，１１２ｂへ連続
的に、あるいは断続的に供給する。 一例として、第６図に示した構造のフイルタ体
を試作し、第１図に示した構成のデイーゼル排気
黒煙除去装置に組込んだものを試作した。試験条
件および試験結果を以下に示す。 (1) 試験条件 フイルタ１０３ａ，１０３ｂの有効過面積：
７m² 高圧タンク１０７の内容積：35 高圧タンク１０７の内圧：７Kg／cm² 逆洗ノズル１０８ａ，１０８ｂの有効径：28mm デイーゼルエンジン排気量：6560c.c. デイーゼルエンジン出力：145PS／2700rpm 逆洗前時間t1：0.2sec 逆洗時間t2：0.2sec 逆洗後時間t3：0.6sec 逆洗間隔t5：10sec 逆洗サイクルt6：300sec 燃焼用空気供給量：20N／min 電気ヒータ容量：200w／12VDC (2) 試験結果 パテイキユレート焼却への効果を比較するた
めに、 ＊ 電気ヒータを通電させず、さらに燃焼用空
気も供給しない場合 ＊ 電気ヒータは通電させるが、燃焼用空気は
供給しない場合 ＊ 電気ヒータは通電させ、さらに、燃焼用空
気も供給する場合の３モードでそれぞれ10時
間の連続運転を行つた。その結果、下表の如く、
微粒子受け部で残留パテイキユレートの重量が計
測された。なお、微粒子受け部の壁面に付着した
パテイキユレートについては、下表の重量値には
含まれていない。

【表】 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、微粒子
受け部に燃焼用空気を供給するので、逆洗操作に
よつて払い落とされたパテイキユレートを、エン
ジン負荷が高くて排気ガス中の残留酸素濃度が著
しく低下した場合でも、安定して、かつ継続的に
燃焼、焼却することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気黒煙除去装置の一実
施例を示す概略構成図、第２図ａ，ｂは本発明に
よる排気黒煙除去装置の他の実施例を示す概略構
成図、第５図は本発明による排気黒煙除去装置に
好ましく適用されるフイルタのフイルタ素子を示
す斜視図、第６図は上記フイルタ素子で構成され
たフイルタを示す斜視図、第３図は従来のパテイ
キユレートトラツプ装置で用いられているフイル
タの一例を示す斜視図、第４図は従来のパテイキ
ユレートトラツプ装置で用いられているフイルタ
の捕捉原理を説明擦るための構造説明図、第７図
はフイルタの他の例を示す斜視図、第８図は本出
願人が先に提案しているデイーゼル排気黒煙除去
装置を示す概略構成図である。 図中、１０１はデイーゼルエンジン、１０２は
排気通路、１０２ａ，１０２ｂは分岐された排気
通路、１０４ａ，１０４ｂはフイルタ、１０５は
高圧タンク、１０７ａ，１０７ｂは電気駆動弁、
１０８ａ，１０８ｂは葉逆洗ノズル、１０９ａ，
１０９ｂは開閉弁、１１２ａ，１１２ｂは微粒子
受け部、１１４ａ，１１４ｂは燃焼用空気供ノズ
ルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気通路に、壁で区画された含
   塵ガス流路と清浄ガス流路とを有するフイルタ
   と、該含塵ガス流路に含塵ガスを導入する導入管
   と、該清浄ガス流路から該壁を通つて該含塵ガ
   ス流路へ流れるガス流を間欠的に発生させる逆洗
   手段と、該含塵ガス流路からのパテイキユレート
   を受けるように配置された微粒子受け部とが配置
   され、さらに該微粒子受け部に、パテイキユレー
   ト着火用の加熱手段と燃焼用空気の供給手段とが
   配置されていることを特徴とする排気黒煙除去装
   置。 ２ 前記フイルタが一対の対向する端面の一方の
   端面から他方の端面へ貫通して複数の孔が形成さ
   れている通気性の多孔質材質からなる板状体を、
   前記端面を揃えるようにして複数枚平行に積層
   し、前記板状体相互間に前記複数の孔とは前記板
   状体の多孔質壁により区画される別の流路を構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の排気黒煙除去装置。 ３ 前記加熱手段が電気ヒータからなる特許請求
   の範囲第１項記載の排気黒煙除去装置。 ４ 前記加熱手段が燃焼バーナからなる特許請求
   の範囲第１項記載の排気黒煙除去装置。 ５ 前記燃焼用空気は前記逆洗手段用の加圧空気
   を利用していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の排気黒煙除去装置。