JPH06146844A - 脱硝・消音兼用複合装置 - Google Patents

脱硝・消音兼用複合装置

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JPH06146844A
JPH06146844A JP30575592A JP30575592A JPH06146844A JP H06146844 A JPH06146844 A JP H06146844A JP 30575592 A JP30575592 A JP 30575592A JP 30575592 A JP30575592 A JP 30575592A JP H06146844 A JPH06146844 A JP H06146844A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン等の燃焼排気ガスの脱硝・騒音低減
と燃料消費率の向上を目的とする脱硝・消音兼用複合装
置を提供する。 【構成】 エンジン1から排出される排気ガスを大気に
放出する配管系の中間部に、高温の排気ガスを冷却する
可撓性の蛇腹管8を連結し、該蛇腹管8の内部に、炭素
繊維9を金網等の多孔性材料等で被覆してなる脱硝・消
音部材10を装着し、前記炭素繊維9の内外面を排気ガ
スが通過することにより脱硝と消音を同時に行うように
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関、ガスタービン
その他ボイラー等の各種燃焼装置から発生する燃焼排気
ガスに含まれる窒素酸化物の濃度低減と騒音低減を目的
とした脱硝・消音兼用複合装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、石油、石炭、天然ガス及びアル
コール等の燃料を用いた内燃機関、ボイラー、ガス湯沸
し器、冷暖房用エアコン及び産業用ガス炉等から排出さ
れる燃焼排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)
と、その燃焼時発生する燃焼騒音は、燃焼室から大気へ
通じる排気管内で何等低減されないまま放出されると、
所謂公害問題を惹起する。
【0003】窒素酸化物(NOx)の低減には、一般的
には、白金や貴金属を用いた触媒又は金属製若しくはゼ
オライトなどの有機物からなる触媒を用いてNOx濃度
が低下する脱硝作用を行う。白金触媒の性能は、燃焼排
気ガスに含まれる酸素濃度に支配され、その制御範囲が
極めて狭いことに加え、燃焼の制御も必要となるために
適用範囲が限定される。
【0004】騒音の低減には、騒音は燃焼排気ガスの流
速の5〜8乗に支配されるので、消音器を取り付けるの
が一般的である。消音器は、配管に比較して大きい断面
を有する容積とその中に排気ガスの背圧を増加させ、流
速を低下させることにより騒音レベルを低下させる。
【0005】すなわち、図9に示すように、エンジン1
から排気管2に放出される高温の燃焼排気ガスは、脱硝
触媒(白金)を装荷した脱硝装置3を通過する際にNO
xが還元されてN2とO2に変換し、排気管4を通って消
音器5に入り、音圧レベルを低下させて大気に放出され
る。
【0006】消音器5には数枚の分離隔壁6が取り付け
られ、その壁に小口径の管又は小孔7を取り付けるか明
け、この間を燃焼排気ガスが無理して通過することによ
り、排気流速を層化させ、圧力を低下させて流速を低下
させることにより消音するものである。また、消音器5
内の配管には共鳴孔9を設けて高周波音を消音する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで近時、化石燃
料やアルコールを燃料とする熱機関の燃焼による燃焼排
気ガスの脱硝・騒音低減とともに、燃料消費率の向上が
大きくクローズアップされている。
【0008】しかしながら、従来の方式では、燃焼排気
ガスの脱硝・騒音低減のためのそれぞれの脱硝装置3や
消音器5を単独に取り付け、排気の背圧を上昇させる方
式のため、燃焼効率を低下させ、燃料消費率が著しく低
下する。
【0009】また、消音器5は排気管4を接続する関係
上、空間利用の自由度が比較的少なかった。
【0010】そこで本発明は、燃焼排気ガスの脱硝・騒
音低減と燃料消費率の向上を目的とする脱硝・消音兼用
複合装置を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる脱硝・消
音兼用複合装置は、石炭又は石油系炭素繊維からなる炭
素繊維層又はこれを200〜600メッシュの多孔性材
料で包み、これをフィン付管又は蛇腹管からなる可撓性
管の内側に、燃焼排気ガスの流れに平行又は垂直に配置
して、燃焼排気ガスが炭素繊維の表面に接触するか、接
触しながら通過するように構成したものである。
【0012】炭素繊維はピッチ系で、焼成温度が120
0℃以下700℃までのものがよく、また炭素繊維の線
径は6〜15ミクロンメータ程度である。炭素繊維層は
炭素繊維をフェルト、マット又は布状にしたものとす
る。
【0013】
【作用】本発明は炭素繊維層を用いた脱硝・消音兼用複
合装置を太くすると、エンジンの背圧を、排気温度を2
20〜550℃の範囲において約40〜80%減少さ
せ、更に、音圧レベルを3〜10デシベル低下させる。
【0014】また、蛇腹配管の採用により表面積の増大
による排気ガスの冷却と、可撓性による装着の自由度を
向上させる。
【0015】
【実施例】以下本発明の実施例を図に基づき説明する。
図1に示すように、前記従来例における配管2と脱硝装
置3を除去し、エンジン1に直接蛇腹管8を連結し、そ
の蛇腹管8を消音器5と接続して排気熱の放出による排
気ガスの密度を低下させて流速を低下させ、消音する一
方、消音器5内の分離隔壁6の枚数を少なくし、圧力損
失を低下させてエンジンの燃料消費率を向上させる。そ
して、消音器5内には分離隔壁6と平行する炭素繊維層
9からなる1又は複数の脱硝・消音部材10を配設す
る。
【0016】炭素繊維層9は、パン系、ピッチ系、セル
ローズ系、アクリル系又はフェノール系の炭素繊維を、
原綿、フェルト、マット若しくは布状に成形したもの
で、その焼成温度は1200℃以下700℃までであ
る。
【0017】蛇腹管8は可撓性を有するため、据え付け
の際、エンジン1と消音器5の間で曲げることができ、
従来のようなベンド管や配管の曲げ加工を要しないから
便利である。また、エンジン1と消音器5との間の振動
による振幅の相違を吸収する。なお、蛇腹管8の代わり
にフィン付管を用いてもよい。また、蛇腹管8内に炭素
脱硝・消音部材10と同じ脱硝・消音部材を装入した一
体化構造も可能となる。
【0018】そこで、蛇腹管8内に脱硝・消音部材を設
ける例を図2から図5に示す。図2に示すように、可撓
性の蛇腹管8の内側に、線径が約6〜15ミクロンメー
タの炭素繊維をフェルト状にした炭素繊維層11で円筒
状に成形してなる脱硝・消音部材12を設け、炭素繊維
層11の両面を燃焼排気ガス(矢示)が流れることによ
り、脱硝と音圧レベルを低下させるように構成した。
【0019】この例において、エンジンからの燃焼排気
ガスは、蛇腹管8の内部を通って炭素繊維層11に接触
して脱硝・消音されつつ流れ、蛇腹管8の端部に連結し
た管端部13から前記消音器5中に放出される。
【0020】図3に示すように、蛇腹管8の内側に、線
径が約6〜15ミクロンメータの炭素繊維をフェルト状
にした炭素繊維層11で円筒状に成形したものの内外面
に、約200〜600メッシュの金網等の多孔性材料1
4で被覆してなる脱硝・消音部材12aを設け、炭素繊
維層11の両面を燃焼排気ガスが分流整流器15を経て
流れることにより、脱硝と音圧レベルを低下させる。な
お、蛇腹管8の代わりにフィン付外筒管を用いてもよ
い。
【0021】この例において、エンジンからの燃焼排気
ガスは、分流整流器15により分流し、流路16を通っ
て炭素繊維層11及び多孔性材料14に接触して脱硝・
消音されつつ流れ、管端部13aから前記消音器5でさ
らに消音されてから大気中に放出される。
【0022】以上の例は、蛇腹管8内の全域に及んで脱
硝・消音部材を配設したのであるが、蛇腹管8の一部に
脱硝・消音部材を配設してもよい。
【0023】すなわち、図4に示すように、蛇腹管8を
長手方向へ二つに区分して蛇腹室17,18を形成し、
蛇腹室17,18の内部に波形の軸方向断面を有する炭
素繊維層11からなる筒形の脱硝・消音部材12b,1
2bをそれぞれ挿入し据え付けて、燃焼排気ガスとの接
触面積を大きくする。そして、蛇腹管8には前記消音器
5と連結する消音部19を形成する。
【0024】この消音器19はエポキシ樹脂製で前記従
来例の排気管4よりも直径の太い容器状にしたもので、
その中に内筒20を配置し、その内筒20は共鳴孔21
を周面に穿設して、排気騒音を低減させるようにした。
また、エポキシ樹脂はその粘弾性領域(80〜180
℃)において消音作用を果す。
【0025】この例において、エンジンからの燃焼排気
ガスは、炭素繊維層11及び多孔性材料14に接触して
脱硝・消音されつつ流れ、消音器19と消音器5で消音
されてから大気中に放出される。
【0026】また、図5に示すように、蛇腹管22内
に、波形の軸方向断面を有する炭素繊維層11の内外面
に波形をした金網等の多孔性材料14で被覆してなる筒
形の脱硝・消音部材12cを挿入し据え付けて、燃焼排
気ガスとの接触面積を大きくする。また、炭素繊維層1
1を2段等にして接触面積拡大を図ってもよい。
【0027】そして、蛇腹管22にフィン付外筒管23
を連結し、その中に筒状にした多孔性材料14で被覆し
た炭素繊維層11からなる脱硝・消音部材12dを配置
する。さらに、フィン付外筒管23には消音部25を形
成する。
【0028】この消音部25はエポキシ樹脂製で排気管
よりも直径の太い容器状にしたもので、その中に内筒2
0を配置し、その内筒20は共鳴孔21を周面に穿設し
て、排気騒音を低減させるようにした。また、エポキシ
樹脂はその粘弾性領域(80〜180℃)において消音
作用を果す。
【0029】この例において、エンジンからの燃焼排気
ガスは、炭素繊維層11及び多孔性材料14に接触して
脱硝されつつ流れ、フィン付外筒管11で高温の排気ガ
スが冷却され、脱硝・消音部材12dに接触して脱硝・
消音され、かつ、消音部25と消音器5で消音されて大
気中に放出される。
【0030】さらに、図6に示すように、配管系のマフ
ラ26内に多孔性管27を設けてその外周面に炭素繊維
層11からなる脱硝・消音部材12eを配置し、多孔性
管27に通気路28を穿設し、さらに、その通気路28
を隔てて多孔性管29を設けてその多孔性管29とマフ
ラ26との間にも炭素繊維層11からなる脱硝・消音部
材12fを介在させる。なお、多孔性管27内に隔壁3
0を設けて配管2を膨張室31に開口させるとともに、
配管2に共鳴孔32を穿設してある。また、隔壁30に
出口管33を設けてマフラ26の外部に導き出してあ
る。
【0031】この例において、配管2からマフラ26内
に放出された排気ガスは、通気路28を経て多孔性材で
被覆された脱硝・消音部材12e又は炭素繊維層11の
表面を通り、ここで排気ガスに含まれる窒素酸化物を窒
素と酸素に変換させて、出口管33から放出される。マ
フラ26内の排気ガスは隔壁30によって全て脱硝材の
表面を流れ。配管2には共鳴孔32が穿設され、高周波
の波長の騒音を低下させる。
【0032】なお、脱硝・消音部材を装荷しないで、図
7に示すように、隔壁30を2段形成するとともに、隔
壁30にパイプ34を埋め込んで連通させた従来のマフ
ラ35(図7参照)と図6に示すマフラ26とを、12
00mLで4サイクルのガソリンエンジンに付けて使用
した比較試験結果は、図8のグラフであり、1/3オク
ターブ周波数分析結果を示す次表1である。
【0033】なお、本試験に装荷した炭素繊維はフェル
ト状のもので、運転開始前100gであった。約300
時間の運転後の測定で、その差は計器誤差の範囲で計測
できなかった。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、エンジ
ンの背圧を上昇を、例えば排気温度220〜550℃の
範囲において約40〜80%減少させ、更に、音圧レベ
ルを3〜10デシベル低下させることが可能となる。
【0036】また、炭素繊維層は吸音材でもあるため
に、全周波数の音圧レベルを低下させる。炭素繊維層を
包む金網等は60〜200、メッシュであるなら、流れ
の渦を整流して、音圧レベルを低下させる作用がある。
すなわち、音圧レベルは外気に接する冷却フィン付外筒
管又は蛇腹外筒管や、吸音材の炭素繊維層及び金網等に
よる渦の整流などに左右される。そしてこの金網等の多
孔性材料は、炭素繊維層を被覆しているので炭素繊維の
飛散防止をする。
【0037】このように構成された脱硝・消音兼用複合
装置の据え付けについては、蛇腹管や蛇腹外筒管は可撓
性があるために、曲げを利用して据え付けが容易であ
り、かつ、振動に対しても振幅吸収性があるなどの利点
がある。
【0038】かくして本発明は、脱硝、騒音低下、振幅
吸収及び据え付けを容易にすることと、消音器の隔壁な
どの圧力降下による音圧レベル低下の方式を用いないの
で、燃料消費率を向上させる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面側面図。
【図2】本発明の要部変更例を示す断面側面図。
【図3】本発明の要部変更例を示す断面側面図。
【図4】本発明の要部変更例を示す断面側面図。
【図5】本発明の要部変更例を示す一部断面側面図。
【図6】本発明の要部変更例を示す一部断面側面図。
【図7】本発明の要部変更例を示す一部断面側面図。
【図8】従来例の断面側面図。
【図9】従来例と本発明の比較試験結果を示すグラフ
図。
【符号の説明】
1…エンジン 5…消音器 8,22…蛇腹管 9,11…炭素繊維層 10,12,12a,12b…脱硝・消音部材 12c,12d,12e,12f…脱硝・消音部材 14…多孔性材料 23…フィン付管 19,25…消音部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F01N 7/08 ZAB F

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼器又は燃焼室から排出される燃焼排
    気ガスを大気に放出する配管系に、高温排気ガスを冷却
    する可撓性管を用いるとともに、該可撓性管の内部に、
    炭素繊維層を多孔性材料で被覆してなる脱硝・消音部材
    を装着し、前記炭素繊維層の内外面を排気ガスが通過す
    る際に脱硝と消音を同時に行うようにしたことを特徴と
    する脱硝・消音兼用複合装置。
  2. 【請求項2】 燃焼器又は燃焼室から排出される燃焼排
    気ガスを消音器を介して大気に放出する配管系に、高温
    排気ガスを冷却する可撓性管を用いるとともに、該可撓
    性管及び前記消音器の内部に、炭素繊維層を多孔性材料
    で被覆してなる脱硝・消音部材を装着し、前記炭素繊維
    層の内外面を排気ガスが通過する際に脱硝と消音を同時
    に行うようにしたことを特徴とする脱硝・消音兼用複合
    装置。
  3. 【請求項3】 可撓性管は蛇腹管又はフィン付管である
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の脱硝・消音兼
    用複合装置。
  4. 【請求項4】 炭素繊維はパン系、ピッチ系、セルロー
    ズ系、アクリル系又はフェノール系であり、かつ、炭素
    繊維層は原綿、フェルト、マット若しくは布状に成形し
    てなることを特徴とする請求項1又は2に記載の脱硝・
    消音兼用複合装置。
  5. 【請求項5】 炭素繊維はその焼成温度が700〜12
    00℃であることを特徴とする請求項1,2又は4に記
    載の脱硝・消音兼用複合装置。
  6. 【請求項6】 炭素繊維はその線径が約6〜15ミクロ
    ンメータであることを特徴とする請求項1,2,4又は
    5に記載の脱硝・消音兼用複合装置。
  7. 【請求項7】 多孔性材料は約6〜200メッシュの金
    網又は多孔板であることを特徴とする請求項1又は2に
    記載の脱硝・消音兼用複合装置。
  8. 【請求項8】 脱硝・消音部材は炭素繊維層を円筒形に
    成形し、その内外面を金網又は多孔板で被覆し、これを
    単層若しくは複層にて可撓性管内に装着することを特徴
    とする請求項1又は2に記載の脱硝・消音兼用複合装
    置。
  9. 【請求項9】 脱硝・消音部材は炭素繊維層を軸方向に
    波形断面をした円筒形に成形し、その内外面を金網又は
    多孔板で被覆し、これを単層又は複層にて外筒管内に装
    着することを特徴とする請求項1又は2に記載の脱硝・
    消音兼用複合装置。
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