JPH116418A - 粒子状物質捕集装置及びこれを用いたディーゼルエンジン用排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転性、保守性及び安全性の向上と環境保全
に寄与することができる粒子状物質捕集装置及びこれを
用いたディーゼルエンジン用排ガス浄化装置を提供す
る。 【解決手段】 粒子状物質を含む排ガス中に単段または
複数段の邪魔板４を設け、排ガスに方向変化を与え、邪
魔板４に衝突させて排ガス中に含まれる粒子状物質を捕
集するための衝突慣性力集じん手段１０と、衝突慣性力
集じん手段１０によって処理された排ガスから、粒子状
物質を捕集するための電気集じん手段２０を備えたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、粒子状物質捕集
装置及びこれを用いたディーゼルエンジン用排ガス浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 従来、施設内の限定された空間に配置
されたディーゼルエンジンの多量に発生する排ガスは、
排気または給気によって外部の新鮮な空気を導入して排
ガスを希釈し、環境濃度を下げる全体換気で行われてき
たが、施設内の限定された空間では、十分な全体換気を
行うことができなかった。このため、排ガスの発散源の
側に設けたフードで周囲の空気を吸引し、その気流で排
ガスを吸引除去する局所排気が行われ、吸引された排ガ
スは、そのまま外気に放出していた。

【０００３】 しかしながら、都市周辺部のように住宅
地域に施設が隣接している場合や環境問題の高まりによ
って、排ガスの清浄化が必要不可欠となっている。

【０００４】 ディーゼルエンジンの排ガスは、主に、
窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒子状物質（パティキュレー
ト）である。

【０００５】 ＮＯｘは、熱発生率が高く、温度の高い
条件下で、空気中のＮ₂とＯ₂が反応して生成される。生
成の反応速度は比較的遅く、生成されるＮＯｘの大半が
ＮＯであり、残りがＮＯ₂である。

【０００６】 粒子状物質（パティキュレート）は、黒
煙（すす）を中心として他に、未燃の燃料や潤滑油のミ
ストである可溶性有機物質（ＳＯＦ）及び燃料中に含ま
れる硫黄が燃焼して生成する微量のサルフェート（硫酸
ミスト等）及び大気中に存在する水分などからなる複合
体であり、粒径は５０％以上が０．５μｍ以下である。

【０００７】 現在、排ガスの清浄化策としては、エン
ジンの燃焼改善（エンジンモディフィケーション）と排
気系での後処理による方法があり、このうち後処理によ
る方法では、粒子状物質（パティキュレート）を捕集
（トラップ）して低減する技術が検討されており、ＮＯ
ｘについては、多量の酸素存在下で効率的にＮＯｘを浄
化する新しい触媒（リーンＮＯｘ触媒）として、ゼオラ
イト触媒を用いることが検討されている。

【０００８】 粒子状物質（パティキュレート）の低減
技術としては、サイクロン、静電捕集、各種フィルタ等
が検討されてきたが、捕集効率、圧力損失、熱的、機械
的強度等の点で、現在ではフィルター法が主流となって
いる。

【０００９】 代表的なものとしては、ハニカムセラミ
ックフィルター、その他にセラミック多孔体からなるセ
ラミックフォームフィルターやアルミナをコーティング
した金属ウールを用いたフィルター等が用いられてい
る。

【００１０】 しかしながら、実際にフィルターを用い
た場合、粒子状物質（パティキュレート）により、すぐ
に目詰りを起こしてしまい、長期運転に適さないといっ
た問題点があった。

【００１１】 このような点を改善するために、捕集し
たパティキュレートを再燃焼させることにより、フィル
ターを再生する方法が検討された。

【００１２】 しかしながら、パティキュレートを再燃
焼させてフィルターを再生するためには、約４００℃以
上の温度が必要であり、排ガスによる自己再生はできな
い。このため、バーナー方式、ヒータ方式、触媒方式等
といった各種の再生方式が検討されているが、耐久性、
信頼性について十分であるとはいえず、コストも必然的
に高くなるといった問題が生じていた。

【００１３】 また、ディーゼルエンジンの排ガスは、
比較的温度が高く（１７７〜２２７℃程度）、火の粉が
含まれている場合があるため、耐熱性および耐火性に問
題があるバグフィルターを直接用いることができなかっ
た。

【００１４】 以上のことから、ディーゼルエンジンの
排ガスを多量に浄化するには、フィルター法のみでは、
非効率的であり、実用化も困難であった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ディーゼルエンジンの排ガス
中に含まれる数ミクロン以上の粒子状物質を十分除去す
るとともに、サブミクロン以下の粒子状物質も除去する
ことによって、ろ過集じん手段の負荷を軽減させ、フィ
ルターの性能及び寿命を長期にわたり保持することがで
きるため、運転性、保守性および安全性の向上と環境保
全に寄与することができる粒子状物質捕集装置とこれを
用いたディーゼルエンジン用排ガス浄化装置を提供する
ものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、ディーゼルエンジンから発生する排ガス中の粒子
状物質を捕集するための粒子状物質捕集装置であって、
粒子状物質を含む排ガス中に単段または複数段の邪魔板
を設け、前記排ガスに方向変化を与え、前記邪魔板に衝
突させて排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するため
の衝突慣性力集じん手段と、該衝突慣性力集じん手段に
よって処理された排ガスから、粒子状物質を捕集するた
めの電気集じん手段と、を備えたことを特徴とする粒子
状物質捕集装置が提供される。

【００１７】 また、本発明によれば、施設内の限定さ
れた空間に配置されたディーゼルエンジンから多量に発
生する排ガスを清浄化するためのディーゼルエンジン用
排ガス浄化装置であって、粒子状物質を含む排ガス中に
単段または複数段の邪魔板を設け、前記排ガスに方向変
化を与え、前記邪魔板に衝突させて排ガス中に含まれる
粒子状物質を捕集するための衝突慣性力集じん手段と、
該衝突慣性力集じん手段によって処理された排ガスか
ら、粒子状物質を捕集するための電気集じん手段と、該
電気集じん手段によって処理された排ガスから、更に粒
子状物質を捕集するためのろ過集じん手段と、該ろ過集
じん手段によって処理された排ガスを脱臭するための排
ガス脱臭浄化手段と、を備えたことを特徴とするディー
ゼルエンジン用排ガス浄化装置が提供される。

【００１８】 尚、本発明の粒子状物質捕集装置及びこ
れを用いたディーゼルエンジン用排ガス浄化装置は、次
のような形態であることが好ましい。衝突慣性力集じん
手段に用いる邪魔板の表面が、３２０μｍＲｙ以上の凹
凸を有すること。衝突慣性力集じん手段に用いる邪魔板
が、セラミックフィルターであること。電気集じん手段
が、コロナ放電によりダスト粒子に電荷を与え、放電極
に帯電した粒子をクーロン力により、集じん極に分離捕
集するものであること。ろ過集じん手段が、ハニカムセ
ラミックフィルター、バグフィルターあるいはそれらの
組合せであること。排ガス脱臭浄化手段として、吸着剤
を用いること。吸着剤が、活性炭又はゼオライトである
こと。

【００１９】

【発明の実施の形態】 本発明の粒子状物質捕集装置
は、粒子状物質を含む排ガス中に単段または複数段の邪
魔板を設け、排ガスに方向変化を与え、邪魔板に衝突さ
せて排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するための衝
突慣性力集じん手段と、衝突慣性力集じん手段によって
処理された排ガスから、粒子状物質を捕集するための電
気集じん手段を備えたことを特徴とするものである。

【００２０】 これにより、ディーゼルエンジンの排ガ
ス中に含まれる数ミクロン以上の粒子状物質を十分除去
するとともに、サブミクロン以下の粒子状物質も除去す
ることができるため、ろ過集じん手段の負荷を軽減さ
せ、フィルターの性能及び寿命を長期にわたり保持する
ことができ、運転性、保守性および安全性の向上に寄与
することができる粒子状物質捕集装置を提供することが
できる。

【００２１】 以下、図面に基づき本発明を詳細に説明
する。図１に示すように、本発明の粒子状物質捕集装置
３０は、衝突慣性力集じん手段１０と電気集じん手段２
０の組合せである。

【００２２】 本発明で用いる衝突慣性力集じん手段１
０は、本体１２内部に排ガス入口２に対して垂直に取り
付けられた邪魔板４により、一旦、排ガスＸを下向きに
流し、粒子状物質に慣性を与えて沈降を速めるととも
に、反転後は上昇流分離の原理に従って、主に数ミクロ
ン以上の粒子状物質を分離除去するものであり、分離さ
れた粒子状物質は、本体１２下部に配設されたホッパ６
によって回収される。

【００２３】 邪魔板４の形状及び配置は、上記のもの
に限られるものではなく、気流の方向転換角度を大きく
したり、流路の代表長さ（捕集体径または流路幅）を小
さくできるものであればよい。例えば、ガス流に対して
水平または垂直方向に、傾斜板型、Ｖ型やＷ型等のよう
に邪魔板４を単段または複数段配設してもよい。

【００２４】 また、衝突慣性力集じん手段に用いる邪
魔板の表面が、３２０μｍＲｙ以上の凹凸を有すること
が好ましく、５００μｍＲｙ以上であることがより好ま
しく、１０００μｍＲｙ以上であることが更に好まし
い。

【００２５】 ここで、Ｒｙ（最大高さ）とは、ＪＩＳ
Ｂ０６０１”表面粗さ−定義及び表示”による表面粗
さの表示方法の一つであり、粗さ曲線からその平均線の
方向に基準長さだけ抜き取り、この抜取り部分の山頂線
と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、
この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをい
う。

【００２６】 衝突慣性力集じん手段１０に用いる邪魔
板４としては、チャンネル鋼とエアフィルター又はエア
マットとの組合せであることが好ましい。

【００２７】 また、衝突慣性力集じん手段１０に用い
る邪魔板４としては、セラミックフィルターであること
がより好ましい。これは、最大気孔径の数１０分の１の
ミスト、固形物の分離捕集が可能であるとともに、７０
０℃の高温でも強度低下しない優れた耐熱性と、気孔径
分布、通気量特性が均一であるからである。

【００２８】 このように、セラミックフィルターの最
大気孔径を適切に選択することにより、衝突慣性力集じ
んとともに、フィルター効果を付与することができ、粒
子状物質をより効率的に捕集することが可能である。

【００２９】 また、セラミックフィルターの通気量特
性を適切に選択することにより、集じん率を低下させる
ことなく、圧力損失を低減することも可能である。これ
により、ファン馬力も最小限にすることが可能であり、
コストを低減することができる。

【００３０】 尚、セラミックフィルターの材質は、特
に限定されないが、上記の条件を満足させるために、ア
ルミナ、ムライト、アルミニウムシリケート等といった
多孔質セラミックスであることが好ましい。

【００３１】 次に、本発明で用いる電気集じん手段２
０としては、特にこの種類を限定するものではないが、
直流高電圧（数千Ｖから数万Ｖ）によってコロナ放電を
発生させ、ガス中の粒子を帯電させて（放電極部）、こ
の帯電粒子を電場内で電気力によりガスと分離する機構
（集じん極部）をもつ粒子静電捕集方式であることが好
ましい。

【００３２】 これにより、粒子であれば０．０１ミク
ロン以下であっても、質量の１０００倍の力で帯電粒子
を集じん極部に押し付け瞬時に処理することが可能であ
る。

【００３３】 このように、粒子状物質捕集装置３０と
して、慣性力集じん手段１０を用いることにより、次の
処理である電気集じん手段２０の負荷を軽減するととも
に、排ガス中に含まれる火の粉によるトラブルを防止す
ることができる。

【００３４】 また、電気集じん手段２０によって、主
にサブミクロン以下の粒子状物質を効率的に捕集するこ
とができるため、ろ過集じん手段の負荷を軽減すること
ができ、フィルターの性能及び寿命を長期にわたり保持
することができる。

【００３５】 次に、本発明の粒子状物質捕集装置を用
いたディーゼルエンジン用排ガス浄化装置の一例を図１
に示す。施設内の限定された空間に配置されたディーゼ
ルエンジンから多量に発生する排ガスＸを、排ガスＸの
発散源の側に設けたフード（図示せず）で周囲の空気を
吸引し、吸引された排ガスＸは、始めに、粒子状物質捕
集装置３０に導入され、排ガス中に含まれる数ミクロン
以上の粒子状物質とサブミクロン以下の粒子状物質を捕
集する。

【００３６】 次に、ろ過集じん手段４０であるハニカ
ムセラミックフィルター４２を用いることにより、粒子
状物質捕集装置３０によって処理された排ガスＸ₂か
ら、更に未捕集のサブミクロン以下の粒子状物質を捕集
する。

【００３７】 最後に、排ガス脱臭浄化手段６０によっ
て、ろ過集じん手段によって処理された排ガスＸ₃を脱
臭し、清浄ガスＹとして清浄ガス出口３から排出される
ことにより、排ガスＸの清浄化は完了する。

【００３８】 尚、本発明のディーゼルエンジン用排ガ
ス浄化装置に排ガスを流通させるために、ファン７０が
排ガス脱臭浄化手段６０に前置されている。

【００３９】 次に、本発明の粒子状物質捕集装置を用
いたディーゼルエンジン用排ガス浄化装置を構成するそ
れぞれの手段について、更に詳細に説明する。

【００４０】 本発明で用いるろ過集じん手段４０とし
ては、ハニカムセラミックフィルター４２、バグフィル
ターあるいはそれらの組合せであることが好ましい。

【００４１】 本発明で用いるハニカムセラミックフィ
ルター４２は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、各排
ガス流路４５の入口（ＩＮ）と出口（ＯＵＴ）は交互に
目封じ材４４により目封じされており、流入した排ガス
は多孔質隔壁４６を通過して流出し、粒子状物質Ｚ（パ
ティキュレート）は、多孔質隔壁４６上に捕集される。

【００４２】 そして、ハニカムセラミックフィルター
４２は、捕集した粒子状物質Ｚ（パティキュレート）を
再燃焼させることにより再生することができるため、経
済的である。

【００４３】 このハニカムセラミックフィルター４２
は、薄壁で仕切られた一定形状の多数のセルが貫通する
セラミックスであり、単位体積当りの表面積が大きい、
圧力損失が小さい、かさ比重が小さいなどの特徴があ
る。

【００４４】 また、セル構造は通常、セル形状、セル
壁厚、セル密度で表わされ、用途に応じて必要とされる
幾何学的表面積、圧力損失などの特性および製造の難易
を考慮して選択され、最大９０％程度の捕集効率のもの
まで得ることができる。

【００４５】 尚、ハニカムセラミックフィルター４２
の材質は、特に限定されないが、耐熱衝撃性、耐熱性、
耐食性などを要求される場合が多いため、主としてコー
ディエライト、ムライト、リチウムアルミニウム、シリ
ケート、チタン酸アルミニウム等といった低熱膨張セラ
ミックスを用いることが好ましい。

【００４６】 本発明で用いるバグフィルターは、乾式
集じんとして、最高捕集性能を有し、重量基準の総合集
じん率は９９％以上で、サブミクロン粒子でも９９％に
近い高集じん率が得ることができる。

【００４７】 しかしながら、高温に耐える濾布がな
く、現在２５０℃が限界であるため、本発明のディーゼ
ルエンジン用排ガス浄化装置に用いるためには、排ガス
温度を下げるための粒子状物質捕集装置３０と耐熱性に
優れた濾布を併用することが必要不可欠である。

【００４８】 次に、本発明で用いる排ガス脱臭浄化手
段６０には、吸着剤として、活性炭やゼオライトが充填
されており、これに排ガスを通過させることにより、脱
臭を行う。

【００４９】

【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に
説明する。図１に示す装置を用いて、ディーゼルエンジ
ンの排ガス中に含まれる粒子状物質の捕集評価を行っ
た。

【００５０】 （実施例１）粒子状物質捕集装置３０の
衝突慣性力集じん手段１０に用いる邪魔板４として、最
大気孔径：４００μ、気孔率：３１．５％、圧力損失：
５０ｍｍＡｑ、通気量：１９００Ｌ／ＭＩＮ［１本当
り］であるセラミックフィルター（形状：３００ｍｍ×
３００ｍｍ×３０ｍｍ）を用いて、ディーゼルエンジン
の排ガス中に含まれる粒子状物質の捕集評価を行った。
その結果を表１に示す。

【００５１】 （実施例２）粒子状物質捕集装置３０の
衝突慣性力集じん手段１０に用いる邪魔板４として、表
２に示すような表面粗度（Ｒｙ）のチャンネル鋼製平板
（形状：３００ｍｍ×３００ｍｍ×３０ｍｍ）をそれぞ
れ用いて、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒
子状物質の捕集評価を行った。その結果を表２に示す。

【００５２】 尚、諸条件は、以下に示す通りである。 １．粒子状物質捕集装置３０ 電気集じん手段２０として、ＳＳＰ−３００ＰＥ（ＵＡ
Ｓ社製電気集塵機）を用いた。 ２．ろ過集じん手段４０ ろ過集じん手段４０として、セル構造：１７／１００
（ｍｉｌ／ｃｐｓｉ）、気孔率：５２％、平均孔径：１
３μｍであるハニカムセラミックフィルター４２［ＤＰ
Ｆ］（形状：１４４ｍｍφ×１５２ｍｍ）を用いた。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】 （考察）表１〜２に示すように、本発明
の粒子状物質捕集装置３０の構成要素の一つである衝突
慣性力集じん手段１０で、主に数ミクロン以上の粒子状
物質（主として黒煙）を確実に捕集・除去することが可
能である。次に、本発明の粒子状物質捕集装置３０の構
成要素の一つである電気集塵機（電気集じん手段２０）
で、主にサブミクロン以下の粒子状物質（主としてＳＯ
Ｆとサルフェート）を捕集することにより、ディーゼル
エンジンの排ガス中に含まれる粒子状物質をほぼ除去す
ることが可能であり、この時点で排気ガス中の白煙も確
認されなかった。

【００５６】 そして、本発明の粒子状物質捕集装置３
０で未捕集のサブミクロン以下の粒子状物質（主として
ＳＯＦとサルフェート）を、ろ過集じん手段４０である
ハニカムセラミックフィルター４２［ＤＰＦ］で、更に
捕集・除去することが可能である。

【００５７】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の粒子状
物質捕集装置及びこれを用いたディーゼルエンジン用排
ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排ガス中に含ま
れる数ミクロン以上の粒子状物質を十分除去するととも
に、サブミクロン以下の粒子状物質も除去することがで
きるため、ろ過集じん手段の負荷を軽減させ、フィルタ
ーの性能及び寿命を長期にわたり保持することができ、
運転性、保守性および安全性の向上と環境保全に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の粒子状物質捕集装置を用いたディー
ゼルエンジン用排ガス浄化装置の一例を示す概略構成図
である。

【図２】 本発明に用いるハニカムセラミックフィルタ
ーの一例を示す概略説明図であり、（ａ）は、正面図、
（ｂ）は、横断面図である。

【符号の説明】

２…排ガス入口、３…清浄ガス出口、４…邪魔板（セラ
ミックフィルター）、６…ホッパ、１０…衝突慣性力集
じん手段、１２…本体（衝突慣性力集じん手段）、２０
…電気集じん手段、３０…粒子状物質捕集装置、４０…
ろ過集じん手段、４２…ハニカムセラミックフィルタ
ー、４４…目封じ材、４５…排ガス流路、４６…多孔質
隔壁、６０…排ガス脱臭浄化手段、７０…ファン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｄ 50/00 ５０２ Ｂ０１Ｄ 50/00 ５０２Ｂ Ｂ０３Ｃ 3/02 Ｂ０３Ｃ 3/02 Ｂ 3/14 3/14 Ｚ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンから発生する排ガス
   中の粒子状物質を捕集するための粒子状物質捕集装置で
   あって、 粒子状物質を含む排ガス中に単段または複数段の邪魔板
   を設け、前記排ガスに方向変化を与え、前記邪魔板に衝
   突させて排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するため
   の衝突慣性力集じん手段と、 該衝突慣性力集じん手段によって処理された排ガスか
   ら、粒子状物質を捕集するための電気集じん手段と、を
   備えたことを特徴とする粒子状物質捕集装置。
2. 【請求項２】 衝突慣性力集じん手段に用いる邪魔板の
   表面が、３２０μｍＲｙ以上の凹凸を有する請求項１記
   載の粒子状物質捕集装置。
3. 【請求項３】 衝突慣性力集じん手段に用いる邪魔板
   が、セラミックフィルターである請求項２記載の粒子状
   物質捕集装置。
4. 【請求項４】 電気集じん手段が、コロナ放電によりダ
   スト粒子に電荷を与え、放電極に帯電した粒子をクーロ
   ン力により、集じん極に分離捕集することからなる請求
   項１記載の粒子状物質捕集装置。
5. 【請求項５】 施設内の限定された空間に配置されたデ
   ィーゼルエンジンから多量に発生する排ガスを清浄化す
   るためのディーゼルエンジン用排ガス浄化装置であっ
   て、 粒子状物質を含む排ガス中に単段または複数段の邪魔板
   を設け、前記排ガスに方向変化を与え、前記邪魔板に衝
   突させて排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するため
   の衝突慣性力集じん手段と、 該衝突慣性力集じん手段によって処理された排ガスか
   ら、粒子状物質を捕集するための電気集じん手段と、 該電気集じん手段によって処理された排ガスから、更に
   粒子状物質を捕集するためのろ過集じん手段と、 該ろ過集じん手段によって処理された排ガスを脱臭する
   ための排ガス脱臭浄化手段と、を備えたことを特徴とす
   るディーゼルエンジン用排ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 衝突慣性力集じん手段に用いる邪魔板の
   表面が、３２０μｍＲｙ以上の凹凸を有する請求項５記
   載のディーゼルエンジン用排ガス浄化装置。
7. 【請求項７】 衝突慣性力集じん手段に用いる邪魔板
   が、セラミックフィルターである請求項６記載のディー
   ゼルエンジン用排ガス浄化装置。
8. 【請求項８】 電気集じん手段が、コロナ放電によりダ
   スト粒子に電荷を与え、放電極に帯電した粒子をクーロ
   ン力により、集じん極に分離捕集することからなる請求
   項５記載のディーゼルエンジン用排ガス浄化装置。
9. 【請求項９】 ろ過集じん手段が、ハニカムセラミック
   フィルター、バグフィルターあるいはそれらの組合せで
   ある請求項５記載のディーゼルエンジン用排ガス浄化装
   置。
10. 【請求項１０】 排ガス脱臭浄化手段として、吸着剤を
    用いる請求項５記載のディーゼルエンジン用排ガス浄化
    装置。
11. 【請求項１１】 吸着剤が、活性炭又はゼオライトであ
    る請求項１０記載のディーゼルエンジン用排ガス浄化装
    置。