JPH08326522A

JPH08326522A - 排ガス中の微粒子低減装置

Info

Publication number: JPH08326522A
Application number: JP7157156A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hatanaka; 義博畑中; Taizo Kawamura; 泰三川村; Yoshitaka Uchibori; 義隆内堀
Original assignee: Omron Corp; Seta Giken KK; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp; Seta Giken KK
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-10
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP3602204B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁誘導によって金属フィルターを加熱し、
排ガス中の可燃性微粒子を効率的に燃焼させることがで
きる排ガス中の微粒子低減装置を提供する。【構成】排ガスが通過する非磁性材料のパイプ１１
と、該パイプ１１に巻かれたコイル１２と、前記パイプ
１２内に収納され前記コイル１２による電磁誘導で加熱
される金属フィルター１３とを備えた微粒子低減装置で
ある。特にこの金属フィルター１３はガスの通過方向に
沿って規則的に配列された多数の部材からなり、該部材
が互いに電気的に結合され、フィルター断面の全体にお
いて渦電流が発生して加熱されるように形成されている
ため、排ガス中の可燃微粒子が全体的に加熱されたフィ
ルターに接触して瞬時に燃焼する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や船舶等のディ
ーゼルエンジン又はボイラから排出される微粒子のうち
可燃微粒子を効率よく燃焼させて、排ガス中の微粒子を
低減することができる排ガス中の微粒子低減装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンやボイラから
排出される微粒子が、環境悪化の原因として問題になっ
ている。その対策として、微粒子をフィルターで捕捉
し、捕捉された微粒子を燃焼させる微粒子低減装置が検
討されるようになった。

【０００３】ところで、捕捉された微粒子を燃焼させる
方式としては、ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＭ．
Ｅ．Ｓ．Ｊ．，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．８，ｐｐ．５７０
〜５７５に開示されるように電気ヒータを使う方式が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気ヒ
ータによる加熱燃焼では、ヒータの耐久性や信頼性にお
いて問題があり実用化には至っていなかった。なお、燃
料の気化という分野では、燃料が通過する部分に、金
網、鉄くず、発砲金属の如き多孔質磁性材料を配設し、
この多孔質磁性材料を電磁誘導で加熱するという加熱装
置が提案されている。（特開昭５５−８２２１０号、特
開昭６１−３８３１８号、特開昭６４−５８９０６号公
報参照）。このような多孔質磁性材料に対して燃料の代
わりに排気ガスを通すことも考えられなくはないが、多
孔質磁性材料を通過する際の圧力損失が大きく、多孔質
磁性材料の断面方向の温度ムラも大きく、実用的なもの
になりえない。

【０００５】本発明は、この問題を解決するためになさ
れたもので、電磁誘導によって金属フィルターを加熱
し、排ガス中の可燃性微粒子を効率的に燃焼させること
ができる排ガス中の微粒子低減装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決する本発
明の排ガス中の微粒子低減装置は、排ガスが通過する非
磁性材料のパイプと、該パイプに巻かれたコイルと、前
記パイプ内に収納され前記コイルによる電磁誘導で加熱
される金属フィルターとを備え、該金属フィルターはガ
スの通過方向に沿って規則的に配列された多数の部材か
らなり、該部材が互いに電気的に結合され、フィルター
断面の全体において渦電流が発生して加熱されるように
形成され、排ガス中の可燃微粒子を加熱されたフィルタ
ーに接触させて燃焼させるようにしたものである。前記
フィルターの前記部材は、前記パイプの軸方向に延在す
る板又小径パイプで構成されているものが好ましく、前
記フィルターの前記部材の電気的結合は、前記部材同士
の溶接又は金属ロー付によるものが好ましい。

【０００７】そして、前記微粒子低減装置の下流に、排
ガス中の微量金属粒子を除去する金属除去装置や、排ガ
ス中の凝縮成分を除去する凝縮器を配設したシステムに
することもできる。

【０００８】

【作用】ガスの通過方向に沿って規則的に配列された多
数の部材であるため、圧力損失が少ないわりに、排ガス
中の微粒子が部材の壁に接触する機会が増やせる。この
多数の部材は互いに電気的に結合されて断面全体が加熱
されるため、所定の温度によって可燃性微粒子を断面方
向のムラがないように燃焼させうる。

【０００９】可燃性微粒子を燃焼させた後の排ガスを金
属除去装置に通すと、微量金属粒子が除去される。ま
た、可燃性微粒子を燃焼させた後の排ガスを凝縮器に通
すと、排ガス中の凝縮成分も除去される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は微粒子低減装置の機器構成図であり、図
２は金属フィルターの断面図である。

【００１１】図１において、微粒子低減装置１は、エン
ジン等の排ガス発生装置２の煙突部分３に取り付けられ
る。排ガス発生装置２からの高温・高圧の排ガスに近い
部分に微粒子低減装置１を取り付けると、エネルギー効
率が高くなり、特別のブロアー等が必要なく好都合であ
る。

【００１２】この微粒子低減装置１は、パイプ１１と、
コイル１２と、金属フィルター１３と、インバータ１４
とからなっている。

【００１３】パイプ１１はセラミックの如く非磁性体で
あって耐熱性と耐腐食性に優れた材質で形成されたもの
である。普通は丸形であるが、楕円断面のパイプ又は四
角断面のパイプであってもよい。このパイプ１１の内に
金属フィルター１３が収納されており、パイプ１１の外
周であって金属フィルター１３が収納された部分に、コ
イル１２が巻かれている。

【００１４】コイル１２はリッツ線を撚り合わせたもの
が用いられる。このコイル１２に高周波電流を供給する
ためのインバータ１４が接続されている。

【００１５】金属フィルター１３の材質は、電磁誘導が
生じやすい程度の透磁率を有し、排ガスに対する耐蝕性
を兼ね備えたものである。このような材料としては、マ
ルテンサイト系ステンレス、ニッケル合金、クロム合金
等がある。

【００１６】つぎに、金属フィルター１３の構造を図２
により説明する。図２には３種類のものが図示されてい
るが、いずれのフィルターもパイプ１１の軸方向に延び
る板部材又は小径パイプ部材の多数を規則的に配列した
ものであり、これらの板部材又は小径パイプ部材は電気
的導通が可能なように溶接又は金属ろー付けで接合され
ている。

【００１７】図２（ａ）のものは横板部材２１と縦板部
材２２とを格子状に組み上げ、各板部材２１，２２同士
を溶接又は金属ろー付けで接合したものである。図２
（ｂ）のものは板部材２３を平行且つ等間隔に列設し、
各板部材２３同士を要所に配設されたバー２４で貫き、
形状保持と板部材間の電気的導通を確保したものであ
る。図２（ｃ）のものは小径パイプ２５を密に束ねて溶
接又は金属ろー付けで接合したものであり、小径パイプ
２５内の空間及び小径パイプ２５間の空間を排ガス通路
にしたものである。

【００１８】このように、金属フィルターの断面が板部
材又は小径パイプ部材を規則正しく組み上げ、これら部
材が電気的に独立することなく、特に半径方向に導通し
やすい構造にすると、電磁誘導による渦電流の発生が金
属フィルターの断面の略全域にわたって生じ、断面での
発熱ムラが少なくなる。また、板部材又は小径パイプ部
材は軸方向に延在しているため、排ガスは、板部材又は
小径パイプ部材で区切られた小さなセグメントに沿って
軸方向に流れる。その結果、排ガスの圧力損失が少ない
割に、板部材又は小径パイプ部材で区切られた小さくて
細長いセグメントの壁に排ガス中に含まれる微粒子が接
触する可能性が大きくなる。

【００１９】つぎに、インバータ１４の構造例を図３に
より説明する。図３のインバータ１４は、４個の主スイ
ッチＳ１〜Ｓ４を順次切り換えて正逆の電流を生じさせ
るものである。この主スイッチＳ１〜Ｓ４には、ＩＧＢ
Ｔ，Ｂ−ＳＩＴ，ＭＯＳＦＥＴ等の半導体デバイスによ
る自己消弧型スイッチが用いられる。

【００２０】特に図３の回路は、ソフトスイッチングが
可能なように、主スイッチＳ１，Ｓ２に逆並列にダイオ
ードＤｐ１，Ｄｐ２を接続し、このダイオードＤｐ１，
Ｄｐ２に小リアクトルＬ１，Ｌ２をそれぞれ接続し、主
スイッチＳ３，Ｓ４には逆並列ダイオードを接続せず、
直列にそれぞれ逆電流防止、逆耐圧用のダイオードＤｓ
３，Ｄｓ４を接続して構成したものである。なお、Ｅｄ
は商用電源、整流部及び非平滑フィルタ等からなる電源
部である。また、主スイッチＳ１，Ｓ４の中間と主スイ
ッチＳ２，Ｓ３の中間に接続される金属フィルター１３
は、漏れインダクタンスの大きいトランス回路モデルに
近似でき、ＬｏとＲｏからなる単純なＲ−Ｌ回路で表示
できる。このＲ−Ｌ回路に補償コンデンサＣｏを直列に
接続すると、電気回路定数が殆ど変化しない不時変回路
系になる。

【００２１】図４（ａ）（ｂ）の波形図において、ｉ
１，ｉ２波形に示されるように、Ｄｐ１，Ｄｐ２が導通
している（ｉ１＝ｉ２＜０）時点で、Ｓ３，Ｓ４をトリ
ガーしてターンオンすると、Ｄｐ１，Ｄｐ２を流れてい
た電流は、Ｌ１，Ｌ２の作用により急激に零にならず、
ある傾きをもって減少する。それと同時に、Ｓ３，Ｓ４
のターンオンによる電流ｉ３，ｉ４も、Ｌｏを流れる電
流ｉ０＝ｉ１−ｉ４が急変できないため、零からある傾
きをもって増加する。

【００２２】すなわち、Ｄｐ１，Ｄｐ２ターンオフにお
けるＺＣＳ動作と、Ｓ３，Ｓ４ターンオンにおけるＺＣ
Ｓ（Ｚｅｒｏ，ＣｕｒｒｅｎｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）
動作とが実現する。ターンオンしたＳ３，Ｓ４の電流
は、共振によりｉ３＝ｉ４＝０になると、自然にＺＣＳ
動作によりターンオフする。また、Ｓ１，Ｓ２は、ｔ＝
０においてトリガするとｉ１＝ｉ２＝０から立ち上が
り、ＺＣＳ動作をする。このように余分なアクティブス
イッチを付加することなく、全てのスイッチがソフトス
イッチングとしてのＺＣＳ動作を実現することができ
る。

【００２３】さらに、図４（ａ）に対する図４（ｂ）の
ように、Ｓ１，Ｓ２とＳ３，Ｓ４のトリガする時間遅れ
ｔｄ（位相差）を変化させると、Ｄｐ１，Ｄｐ２を流れ
る電流（回生電流）の大きさを制御することができ、そ
の結果入力電流ｉｄひいては入出力電力を調整できる。
すなわち、出力周波数を変化して、入出力電力を制御す
る方法に対して、一定周波数で、入出力電力を制御でき
ることを意味し、しかも、高周波特有のサージ電圧やス
イッチィング損失をＺＣＳ動作によって解決している。

【００２４】なお、上述したソフトスイッチングが可能
なインバータに限らず、電圧型直列付加共振フルブリッ
ジによる位相シフトＰＷＭ方式や、アクティブＰＡＭ整
流回路や高周波トランジスタチョッパによる電流電源制
御（ＰＡＭ方式）や可変周波数制御（ＰＦＭ方式）やパ
ルスサイクル制御によるパルス密度変調制御（ＰＤＭ方
式）やこれらの各種方式にソフトスイッチング促進用補
助回路を備えたものが使用できる。

【００２５】上述した各機器を備えた図１の微粒子低減
装置１においては、インバータ１４によって高周波（１
０〜１００ＫＨｚ）を励磁コイルとしてのコイル１２に
印加すると、高周波磁束が金属フィルター１３を貫通す
ることになる。すると、金属フィルター１３を構成する
部材の表面に起電力が発生し、その結果渦電流が流れ
る。この渦電流が金属フィルター１３の断面の全体に略
均一又は中心部が周辺部より多く生じ、金属フィルター
１３の部材の表面が非接触加熱され、６００°Ｃ以上、
好ましくは６５０°Ｃ以上の高温になる。

【００２６】この金属フィルター１３の各部材に沿って
排ガス通路が形成され、排ガスが各部材で区画された軸
方向に細長いセグメントを通過する。その際、排ガス中
に含まれる可燃性微粒子が各部材の壁に接触して瞬時に
燃焼し、低減される。なお、排ガスの微粒子中には、有
機化合物のような可燃性のものだけではなく、微量金属
等の不燃焼物が含まれるが、この不燃焼物はそのまま通
過して排出されるため、微粒子が完全に除去されるわけ
ではない。

【００２７】そのため、図５に示されるように、本発明
の微粒子低減装置１の下流に、金属除去装置としての液
体槽４を配設し、排ガス中の微量金属粒子を沈殿させ
て、微粒子のほぼ全部を除去する微粒子低減装置又は微
粒子低減システムにすることもできる。また、排ガス中
の除去成分が凝縮可能な成分で構成される場合には、図
６に示されるように、本発明の微粒子低減装置１の下流
に、凝縮器５を配設し、濃縮された除去成分を取り出す
微粒子低減装置又は微粒子低減システムにすることもで
きる。この際、除去成分の一部を微粒子低減装置１の上
流に戻す循環サイクルにして除去成分の濃度を上げて、
除去を促進することもできる。

【００２８】さらに、微粒子低減装置１の金属フィルタ
ーの材質を触媒金属を含有又は付属させたものにする
と、排ガスの特性成分（例えばＮＯｘ）を加熱反応によ
って無害化することも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は、６０
０°Ｃ以上まで電磁誘導によって非接触加熱された金属
フィルター内に、排ガスを通過させるものである。その
ため、排ガス中の可燃性微粒子は金属フィルターを構成
する部材に接触して瞬時に燃焼して除去される。金属フ
ィルターの構造がガスの通過方向に沿って規則的に配列
された多数の部材からなり、該部材が互いに電気的に結
合され、フィルター断面の全体で発熱する構造であるた
め、局所加熱が少なく、必要以上に金属フィルターを加
熱することなく、効率良く可燃性微粒子を燃焼させるこ
とができる。また、本発明の微粒子低減装置の下流側に
金属除去装置や凝縮器を配設すると、排ガス中の微量金
属粒子や凝縮成分まで除去かれ、排ガスのクリーン度が
よりアップする。

【図面の簡単な説明】

【図１】微粒子低減装置の機器構成図である。

【図２】金属フィルターの断面図である。

【図３】インバータの回路図である。

【図４】インバータの波形図である。

【図５】他の微粒子低減装置のシステム図である。

【図６】更に他の微粒子低減装置のシステム図である。

【符号の説明】

１微粒子低減装置２排ガス発生装置３煙突４流体槽（金属除去装置）５凝縮器１１パイプ１２コイル１３金属フィルター１４インバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川村泰三大阪府茨木市美沢町19番21号株式会社瀬田技研内 (72)発明者内堀義隆大阪府茨木市美沢町19番21号株式会社瀬田技研内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガスが通過する非磁性材料のパイプ
と、該パイプに巻かれたコイルと、前記パイプ内に収納
され前記コイルによる電磁誘導で加熱される金属フィル
ターとを備え、該金属フィルターはガスの通過方向に沿
って規則的に配列された多数の部材からなり、該部材が
互いに電気的に結合され、フィルター断面の全体におい
て渦電流が発生して加熱されるように形成され、排ガス
中の可燃微粒子を加熱されたフィルターに接触させて燃
焼させるようにした排ガス中の微粒子低減装置。
【請求項２】前記フィルターの前記部材は、前記パイ
プの軸方向に延在する板又小径パイプで構成されている
請求項１記載の微粒子低減装置。
【請求項３】前記フィルターの前記部材の電気的結合
は、前記部材同士の溶接又は金属ロー付けにより行われ
る請求項１記載の微粒子低減装置。
【請求項４】請求項１記載の微粒子低減装置の下流
に、排ガス中の微量金属粒子を除去する金属除去装置を
配設した微粒子低減装置。
【請求項５】請求項１記載の微粒子低減装置の下流
に、排ガス中の凝縮成分を除去する凝縮器を配設した微
粒子低減装置。