JPH07289835A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの排ガス浄化、あるいは
可燃性炭素微粒子を含有する産業排ガスなどを浄化する
ために用いられる排ガス浄化装置において、微粒子燃焼
の暴走による急激な温度上昇が無く、セラミックフィル
タの熔損や熱衝撃破壊の発生を防いだ高能率、高安定そ
して低消費エネルギー型で長寿命の排ガス浄化装置を提
供することを目的とするものである。 【構成】 ケース２内に充填セラミックス層１を収納
し、充填セラミックス層１の下部に分離板３を介して燃
焼除去室４を設け、振動発生器８から伝達された振動に
より微粒子物質捕捉動作と燃焼除去動作をそれぞれ分離
された構造体内で実行することにより、微粒子燃焼の暴
走による急激な温度上昇が無く、セラミックフィルタの
熔損や熱衝撃破壊の発生を防いだ高能率、高安定そして
低消費エネルギー型で長寿命の排ガス浄化装置が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンの排
ガス浄化、あるいは可燃性炭素微粒子を含有する産業排
ガスなどを浄化するために用いられる排ガス浄化装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの排ガスや産業排ガ
ス中の微粒子物質（固体状炭素微粒子、液体あるいは固
体状の高分子量炭化水素微粒子）は、その粒子径のほと
んどが１ミクロン以下であり、大気中に浮遊しやすく呼
吸により人体に取り込まれやすい。しかも発ガン性物質
を含んでいることから、これら微粒子物質を取り除く必
要性がいやが上にも高まってきている。

【０００３】従来これらの微粒子物質の除去方法として
は、大きく言って有力な２つの方法が提案されている。
その一つは再生方式であり、耐熱性のセラミックフィル
タを用いて排ガス中の微粒子物質を捕捉した後、バーナ
ーあるいはヒーターなどで微粒子物質を燃焼除去するも
のである。もう一つの除去方法は、燃料中に微粒子物質
の燃焼を促進する物質を添加する方法（フュエル アデ
ィティブ法）である。

【０００４】しかし、いずれの方法も一長一短で実用上
問題があり、さらに優れた装置の開や発改良が望まれて
いる。

【０００５】特にこの再生方式において実用上の問題と
なっているのが、微粒子物質の燃焼の際に生ずる局部的
な発熱によるセラミックフィルタの破損である。この問
題を解決するために従来次のような方法が提案（公開実
用新案平成３−１７２２５号公報）されている。

【０００６】すなわちこの方法は、セラミックフィルタ
の外周全体とセラミックフィルタの吸入部前方と排気部
後方に接近して設置されたシーズヒーターに通電して、
セラミックフィルタの先端から後端までの全体を加熱す
ることにより、部分的な発熱によるクラックなどの発生
を防ぐものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックフィルタ全体を加熱することで、大量に堆積した微
粒子物質にいったん着火させると、燃焼の暴走が発生
し、急激な温度上昇を生じて、セラミックフィルタが熔
損してしまったり、燃焼伝播が急速であるため熱衝撃破
壊を生じることがあり、この方法はディーゼルエンジン
等の排ガス浄化装置としては問題を残すものであった。

【０００８】更には、この方法で、燃焼の暴走を起させ
ないようにしようとすれば、燃焼用空気の高精度な調整
が必要となるし、また複数のシーズヒーターに通電印加
する必要からバッテリーの電力消費量が過大となって、
蓄電量が不足するという新たな問題に直面することにな
る。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、微粒子の捕捉率を向上させ微粒子燃焼の暴走による
急激な温度上昇が無く、セラミックフィルタの熔損や熱
衝撃破壊の発生を防いだ高能率、高安定そして低消費エ
ネルギー型で長寿命の排ガス浄化装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の排ガス浄化装置は、多数の球状セラミックス
体を分離板上に載置して充填セラミックス層を形成し、
分離板の下部には燃焼除去室を備えてケースに収納し、
ケースには振動発生器を設け、排ガス導入管、浄化ガス
流出管を備えた構造とした。

【００１１】また、振動発生器から発生する振動モード
は、可変であることが望ましく、球状セラミックス体に
対流を起こさせる強さの振動を含んでいることが好まし
い。

【００１２】さらに、燃焼除去室には加熱装置と酸素供
給管と温度センサー及び燃焼ガス排出管を設けるのが適
当である。

【００１３】さらに、球状セラミックス体は、小球、多
面体およびそれらを混合したもので構成するのが望まし
い。

【００１４】さらに、球状セラミックス体は、アルミ
ナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、コー
ジライト、炭化珪素および窒化珪素の一種以上の成分で
構成するのが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明の排ガス浄化装置は、多数の球状セラミ
ックス体で充填セラミックス層を形成しているから、有
効捕捉面積が増加し、排ガス導入管から流入する排ガス
中に含まれる微粒子物質はケース内の球状セラミックス
体の表面に捕捉される。また捕捉された微粒子物質は振
動発生器の振動により充填セラミックス層の下部に設け
た分離板を介して球状セラミックス体の表面から分離、
脱落させ燃焼除去室に落下捕集する事ができる。

【００１６】この振動発生器の振動を可変とする事によ
り、球状セラミックス体の微粒子物質の捕捉効果を高
め、落下捕集を容易にする事ができる。

【００１７】また、必要に応じて球状セラミックス体に
対流を起こさせる強さの振動を与えることにより微粒子
物質の捕捉効果を大きくできる。

【００１８】燃焼除去室に落下捕集された微粒子物質
は、酸素供給管から供給される空気または酸素とともに
加熱装置によって加熱され、温度センサーで温度検知し
て制御することで微粒子物質の燃焼除去を低消費エネル
ギーで行う事ができる。

【００１９】ここで用いた球状セラミックス体は小球や
多面体あるいは、これらの混合物で構成することによ
り、振動の伝達による対流を容易にし、微粒子物質を効
果的に捕捉できる。

【００２０】さらに、球状セラミックス体はアルミナ、
シリカ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、コージラ
イト、炭化珪素および窒化珪素の一種以上の成分で形成
し、耐熱性、耐衝撃性を持たせることにより高温下での
信頼性を高める事ができる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の一実施例の詳細を図面に基づい
て説明する。

【００２２】図１は本発明の一実施例における排ガス浄
化装置の微粒子物質の捕捉動作時の断面図であり、図２
は本発明の一実施例における排ガス浄化装置の微粒子物
質の燃焼除去動作時の断面図である。１は球状セラミッ
クス層であって、球状セラミックス体をケース２内の分
離板３上に多数収容して集合させたものから構成されて
いる。この球状というのは文字どおり球である小球のほ
かに、多面体や、これらに貫通孔を設けた小さな物体を
指称するものである。

【００２３】また、球状セラミックス体の材質はアルミ
ナ、シリカ、ムライト、ジルコニアマグネシア、コージ
ライト、炭化珪素および窒化珪素等の一種以上の成分か
らなるものであって耐熱性、耐摩耗性を有するものであ
れば何れを選択しても良い。

【００２４】また上記球状セラミックス体の大きさは
０．２〜２０ミリが適当である。この範囲以下では充填
が密になりすぎて排ガスの流通に支障をきたし、これ以
上では排ガスとの有効接触面積が小さくなり十分捕捉す
ることができない。球状セラミックス層１の下部には分
離板３を介して燃焼除去室４を設ける。５は燃焼除去室
４に設けられた加熱装置で、この加熱装置５は電気ヒー
ター加熱、マイクロ波加熱、バーナー加熱など何れの方
法でも良い。

【００２５】６は酸素供給管、８はケース２に装着され
た振動発生器、１０は排ガス流通管の一部に設けた排ガ
ス導入管、１１は浄化ガス流出管、１２は燃焼ガス排出
管である。

【００２６】以上の様に構成された排ガス浄化装置につ
いて以下にその動作を説明する。ディーゼルエンジン等
（図示せず）からの排ガスは排ガス流通管９に流入しシ
ャッターバルブ１３に達する。図１の状態ではシャッタ
ーバルブ１３が閉状態のため、排ガスは矢印で示したよ
うに開状態のシャッターバルブ１４を経て排ガス導入管
１０に流入し、充填セラミックス層１に噴出される。噴
出された排ガスは球状セラミックス層１を通過中に球状
セラミックス体表面で排ガス中の微粒子物質が捕捉もし
くはろ過される。

【００２７】そしてこれによって浄化された排ガスはシ
ャッターバルブ１６が閉状態であるから、矢印で示した
ように浄化ガス流出管１１を経て開状態のシャッターバ
ルブ１５を通過し、排ガス流通管９を経て外部に放出さ
れる。放出された排ガスには微粒子物質がほとんど含ま
れない。

【００２８】ところでこの実施例では、微粒子物質を捕
捉する場合、充填セラミックス層１に振動を与えていな
いが、ケース２内の充填セラミックス層１に適当な振動
を与えて、対流状態になるよう保持すると、微粒子物質
をさらに効果的にろ過、捕捉することができる。すなわ
ち、ケース２に設けた振動発生器８を駆動することによ
って連続的あるいは断続的に球状セラミックス体に対流
を起こす強さの振動を発生させ、充填セラミックス層１
に振動を伝達するのである。対流を起こした多数の球状
セラミックス体は、それぞれ位置を変えながら回転する
ことになる。

【００２９】ところで振動発生器８はこの対流を起こす
ための振動の他に、後述するように球状セラミックス体
に捕捉された微粒子物質を分離、脱落させるための振動
を発生する必要がある。従って振動発生器８は振動モー
ドが可変でなければならない。

【００３０】この後に述べた実施例の場合は、球状セラ
ミックス体を対流状態に保つ比較的弱い振動と、この球
状セラミックス体表面に捕捉された微粒子物質を分離、
脱落させる強い振動の２種類の振動モードから構成され
ていることになる。

【００３１】このように捕捉中、振動を与えることで、
まんべんなく微粒子物質を捕捉できるし、充填セラミッ
クス層１による捕捉もしくはろ過時間を長時間にするこ
とができる。また、球状セラミックス体表面に捕捉され
た微粒子物質は微粒子であるのと、含有成分に粘着性を
持っているので、球状セラミックス体表面に振動を受け
ながら堆積することで嵩密度を増し、微粒子物質塊とし
て分離、脱落しやすくなる。

【００３２】このようにして微粒子物質を捕捉していく
と、充填セラミックス層の捕捉能力が低下するので再生
処理が必要となる。本実施例ではその再生時期の到来を
微粒子物質の堆積量で検知している。充填セラミックス
層１に捕捉された微粒子物質の堆積量は、排ガス導入管
１０と浄化ガス流出管１１との差圧を圧力センサー（図
示せず）で検出し、所定の設定堆積量に達すると再生の
ための時期が来たものとして次の微粒子物質の燃焼除去
動作に移る。

【００３３】図２に示すように、上記圧力センサーから
の検出信号に連動して、先ずシャッターバルブ１３が開
状態となり次いでシャッターバルブ１４、シャッターバ
ルブ１５が閉状態となりシャッターバルブ１６は開状態
になる。次に振動発生器８が一定時間、強振動モードを
選択されて、球状セラミックス体表面に捕集された微粒
子物質を分離、脱落させ分離板３を介して燃焼除去室４
に落下させる。この強振動モードは、上記した捕捉、ろ
過時の弱い振動とは異なり、微粒子物質塊を短時間で脱
落できる程度の強さでなければならない。

【００３４】既に述べた通り、この実施例では強弱の２
種類の振動モードを切り替えることで振動モードを可変
にしているが微粒子物質の含有量や、形状、成分などに
より振動モードの種類を増加したり、連続的にモードを
可変にするのが好ましい。この場合、微粒子物質を分
離、脱落させることがより効果的に行えるものである。

【００３５】このように球状セラミックス体表面に堆積
した微粒子物質塊が剥落したところで加熱装置５に所定
の電圧を印加し、同時に酸素供給管６から制御された流
量の酸素または空気が矢印の方向に供給されることによ
り、微粒子堆積物１７が燃焼され燃焼ガス排出管１２を
経て外部に除去される。この時、燃焼除去室４内の燃焼
動作の制御は燃焼ガス排出管１２に設けた温度センサー
７で燃焼ガス排出管１２内を通過する燃焼ガスの温度を
検出し、酸素供給管６から供給される酸素または空気の
流量の制御によってなされる。

【００３６】燃焼が徐々に低下して温度センサー７が所
定の温度以下を示すと、燃焼除去動作の終了を示す検知
信号が伝達され酸素または空気の供給を停止し、図１に
示すように、シャッターバルブ１６、シャッターバルブ
１３が閉状態となり、シャッターバルブ１４、シャッタ
ーバルブ１５は開状態となり初期の微粒子物質の捕捉動
作に戻る。これで一連の動作が終了する。

【００３７】ところで、燃焼除去動作時には、排ガスは
図２に示す様に排ガス流通管９を経て、矢印の方向に直
接外部に排出されることになるが、この時間は数分間に
過ぎず実用上特に問題となるものでない。しかしこれを
完全に排出しないようにすることもできる。すなわち、
排ガス流通管９に、図１に示したと同じ構造を有する排
ガス浄化装置を併設し、一方の排ガス浄化装置の燃焼除
去動作中に他方の排ガス浄化装置に微粒子物質を捕捉さ
せ、それぞれの動作を交互に連動させるのである。

【００３８】これによって微粒子物質の捕集と燃焼除去
が中断することなく行われ、微粒子物質の排出はより効
果的に防止できるものである。以上の様に構成された本
実施例の排ガス浄化装置と従来の排ガス浄化装置につい
て微粒子物質捕集後と燃焼除去後の微粒子物質量の比率
から再生率を測定し、その結果を（表１）に示した。

【００３９】

【表１】

【００４０】なお、従来例としてはフィルタがセラミッ
クハニカム構造体からなるディーゼルエンジン機関の排
ガス浄化装置を用いた。

【００４１】この（表１）でわかるように、本実施例の
排ガス浄化装置は従来例と比較して再生率の平均値が高
く、また変動が小さく安定していることが分かる。これ
は球状セラミックス体を多数収容した充填セラミックス
層によって微粒子捕捉面積が増大したためと、捕捉され
た微粒子物質を効率よく分離、脱落し燃焼除去させるこ
とができるためと考えられる。

【００４２】一方、従来例は、捕捉した微粒子物質をセ
ラミックフィルタ内で燃焼除去動作を実行するために立
消え状態などが発生し、再生率が不安定になっていると
考えられる。

【００４３】また、本実施例に使用した排ガス浄化装置
の球状セラミックス体の破損や熔損の程度を調査した
が、微粒子物質の捕捉動作と燃焼除去動作をそれぞれ分
離された構造体内で実行できるため、微粒子物質の燃焼
時に発生する局部的な発熱による影響は受けず、異常は
皆無であった。

【００４４】本実施例では充填セラミックス層として小
球セラミックス体を用いたがその一部または全てを多面
体のセラミックス体で構成してもこの実施例の場合と同
様の効果が得られる。また個々に貫通孔を設けた球状セ
ラミックス体で構成しても同様である。

【００４５】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、球状セラミックス体で球状セラミックス層を
構成しているから捕捉面積を増大させることができ、微
粒子物質の捕捉率を向上させることができる。また、分
離板上に充填セラミックス層を設け、燃焼除去室を分離
し、振動発生器を用いて振動により脱落させているから
充填セラミックス層が燃焼時の熱衝撃を受けることなく
破損、熔損の無い高能率高安定そして長寿命の排ガス浄
化装置を提供することができる。さらに温度センサーを
設けて温度制御しているから、低消費エネルギー型の排
ガス浄化装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における排ガス浄化装置の微
粒子物質の捕捉動作時の断面図

【図２】本発明の一実施例における排ガス浄化装置の微
粒子物質の燃焼除去動作時の断面図

【符号の説明】

１ 充填セラミックス層 ２ ケース ３ 分離板 ４ 燃焼徐去室 ５ 加熱装置 ６ 酸素供給管 ７ 温度センサー ８ 振動発生器 ９ 排ガス流通管 １０ 排ガス導入管 １１ 浄化ガス流出管 １２ 燃焼ガス排出管 １３、１４、１５、１６ シャッターバルブ １７ 微粒子堆積物

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケース内に分離板を設け、多数の球状セラ
   ミックス体を前記分離板上に載置して充填セラミックス
   層を形成し、前記分離板の下部に燃焼除去室を設け、前
   記充填セラミックス層内に排ガスを噴出させる排ガス導
   入管と、浄化ガスを流出させる浄化ガス流出管を配設
   し、前記ケースには振動を伝達する振動発生器を設ける
   ことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記振動発生器の振動モードが可変である
   ことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記振動モードには前記球状セラミックス
   体に対流を起こす強さの振動モードが含まれていること
   を特徴とする請求項２記載の排ガス浄化装置。
4. 【請求項４】前記燃焼除去室には加熱装置と酸素供給管
   と温度センサー及び燃焼ガス排出管とを備えていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス浄
   化装置。
5. 【請求項５】前記球状セラミックス体が小球であること
   を特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
6. 【請求項６】前記球状セラミックス体が多面体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
7. 【請求項７】前記球状セラミックス体が小球と多面体を
   混合したものであることを特徴とする請求項１記載の排
   ガス浄化装置。
8. 【請求項８】前記球状セラミックス体がアルミナ、シリ
   カ、ムライト、ジルコニアマグネシア、コージライト、
   炭化珪素および窒化珪素の一種以上の成分からなるセラ
   ミックスであることを特徴とする請求項５〜７のいずれ
   かに記載の排ガス浄化装置。