WO2007102436A1 - 排ガス浄化装置およびフィルタ再生装置 - Google Patents

排ガス浄化装置およびフィルタ再生装置 Download PDF

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exhaust gas
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filter device
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Yoshihiro Hatanaka
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National University Corporation, Tokyo University of Marine Science and Technology
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2082Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous
    • B01D39/2086Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous sintered or bonded by inorganic agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D46/66Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter
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    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device and a filter regeneration device for removing fine particles in exhaust gas from a diesel engine, a boiler, an incinerator or the like.
  • Diesel engine power Particulate Matter is a cause of lung cancer, asthma or allergies, and various types of diesel exhaust particulate filters (DPF) for automobiles have been developed.
  • DPF diesel exhaust particulate filters
  • marine diesel engines use fuel oils with a high sulfur content, particulate matter, that is, particulate trapping, low-temperature combustion by the combination of an acid catalyst used in automobiles and a ceramic filter. It is difficult to apply removal technology.
  • the inventor of the present application stores a filter unit that traps particulates in exhaust gas in a ceramic cylindrical housing as described in WO2004Z059135, and places the filter unit on the outer periphery of the housing.
  • a filter unit that traps particulates in exhaust gas in a ceramic cylindrical housing as described in WO2004Z059135, and places the filter unit on the outer periphery of the housing.
  • the particles can be collected and regenerated efficiently over a long period of time without being influenced by the fuel properties, and extremely long in terms of having a long service life.
  • the housing around which the induction heating working coil is wound must be formed of a non-magnetic material such as ceramic so as not to generate heat due to the change of the alternating magnetic flux.
  • ceramic materials are brittle by nature, especially in the shape of a long cylinder in the longitudinal direction. If the size is increased, the possibility of cracking due to vibration increases.
  • the present invention has been made based on such circumstances, and an exhaust gas capable of purifying a large amount of exhaust gas without increasing the size of a nonmagnetic member that winds a working coil for induction heating.
  • An object of the present invention is to provide a purification apparatus and a filter regeneration apparatus.
  • a movable frame that holds the extension of the device and is movable along the axial direction passing through one end and the other end of the casing, and the filter device that is moved by the movable frame includes: When passing through the filter regeneration section, the corresponding part of the heating member arranged in the filter device is continuously induction-heated, so that the captured fine particles are removed.
  • An exhaust gas purification device that can be regenerated by burning the filter device is provided.
  • the movable frame is connected to the support frame and the exhaust pipe by expansion joints.
  • the support frame is preferably formed of a ceramic material in a cylindrical shape having a smaller diameter than the casing and a shorter axial length than the filter device.
  • the filter device includes a sintered non-woven filter formed by sintering metal fibers, so that the sintered non-woven filter can also be used as the heating member.
  • one end of the casing that removes the fine particles in the fluid that has also flowed in at one end with the internal filter device and discharges the other end is disposed, and is formed of a non-magnetic heat-resistant material.
  • a movable frame capable of moving the filter device along an axial direction passing through the other end, and the filter is moved by the movable frame.
  • the filter device can be regenerated by induction heating when passing through the filter regeneration unit, so that the size of the filter device and the size of the working coil and the support frame that supports this working coil can be reduced simultaneously. Is done.
  • the filter device can be efficiently regenerated while being connected in the pipe.
  • the support frame for winding the working coil into a cylindrical shape having a smaller diameter than the casing and a shorter axial length than the filter device, the support frame can be further reduced in size while induction heating is performed.
  • the induction coil can be efficiently heated by reducing the magnetic flux leakage, and the heating coil is reliably protected from the heat generated at this time by the heat resistance of the ceramic material forming the support frame.
  • the filter regeneration device of the present invention when a support frame around which a working coil for induction heating is disposed is disposed at one end of a casing in which the filter device is disposed, and when passing through this coiling coil, Since the filter device can be regenerated by induction heating, even when a large filter device is used, it is compact and durable without the need to increase the size of the working coil and the support frame that supports this working coil. It is possible to form a filter regeneration device with
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an exhaust gas purifier according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view when the exhaust gas purification device of FIG. 1 is regenerated.
  • FIG. 3 shows a filter device used in an exhaust gas purification device
  • (A) is a partial cross-sectional view showing the internal structure
  • (B) is a cross-sectional view taken along line BB in (A).
  • the exhaust gas purification device 10 is, for example, a diesel engine or boiler for a main engine or auxiliary machine of a ship.
  • This exhaust gas purification device 10 is disposed between a machine side exhaust pipe 8 connected to an exhaust port of an exhaust gas generation source via a flexible hose (not shown) and an outside air side exhaust pipe 6 communicating with outside air. Then, after removing the particulates from the inflowing exhaust gas G1, it is discharged into the outside air side exhaust pipe 6 as clean exhaust gas G2.
  • the exhaust gas purification device 10 includes a particulate trap 16 formed by disposing a filter device 14 that traps particulates in exhaust gas in a cylindrical steel casing 12, and an outlet side end of the casing 12.
  • the filter regeneration unit 22 is formed by winding an induction heating winding coil 20 on a support frame 18 made of a non-magnetic heat-resistant material attached to the unit.
  • the casing 12 of the particulate trap 16 has a small-diameter side inlet-side end flanged to a large-diameter side end of the horn 4 that is flange-coupled to the machine-side exhaust pipe 8.
  • the exhaust gas G1 sent from the pipe 8 is decelerated by the horn 4 and sent into the casing 12.
  • the exhaust gas G 1 sent into the casing 12 is removed of fine particles while passing through the filter device 14.
  • the filter device 14 arranged inside the casing 12 sinters metal fibers along the outer periphery of a cylindrical holding frame 24a in which a number of punch holes are formed. It has a filter part 24 having a generally cylindrical structure fitted with the formed sintered non-woven filter 24b.
  • the holding frame 24a of the filter part 24 is closed at the end on the horn 4 side and opened at the other end.
  • the filter device 14 has a cylindrical extension 26 extending in the axial direction from the other end of the opening, and will be described later via a mounting hole 28a of a radially outward flange 28 formed at the tip of the extension 26.
  • These holding frame 24a, extension 26 and flange 28 function as a connecting portion connected to the movable frame 30 described later, and are preferably formed of a nonmagnetic metal such as stainless steel.
  • the filter device 14 is disposed in a state where the filter unit 24 is housed in the casing 12 (see FIG. 1).
  • the exhaust gas G1 sent from the machine-side exhaust pipe 8 also flows toward the radially inner side of the outer peripheral side force of the filter section 24.
  • Exhaust gas acting on sintered non-woven filter 24b The pressure of Gl is supported by the holding frame 24a, and this sintered nonwoven fabric filter 24b is protected from the pressure of exhaust gas.
  • this sintered non-woven filter 24b is formed of metal fibers available from the Bekaert Asia Tokyo branch under the trade name “Beklari”.
  • the metal fibers have an average of Cr as value 19.50 wt 0/0, A1 4. 55 weight 0/0, Y a 0.25 weight 0/0, a magnetic material comprising the remainder of Fe as a major component Yes, the maximum operating temperature is 1000 ° C.
  • the sintered non-woven filter 24b obtained by sintering such a metal fiber usually has a high porosity of 60 to 85%, and a high permeation flow rate is obtained with a low pressure loss.
  • a permeate flow rate of about 14 times as much water can be obtained at a filtration particle size of 4 m.
  • Sintered nonwoven fabric filter 24b of such metal fibers can take in foreign matters three-dimensionally from exhaust gas, and has an excellent foreign matter collecting ability even in exhaust gas. Furthermore, it has superior heat resistance and mechanical strength compared to ceramics, and also has corrosion resistance against sulfates. Therefore, it can be suitably used as a marine DPF filter that receives large vibrations.
  • the extension part 26 exceeds the support frame 18 of the working coil 20 and the filter regeneration part. 22 is extended to the outside and is held by the movable frame 30 via the flange 28 !.
  • the movable frame 30 has a plurality of guide rails 32 arranged at a predetermined interval, for example, via attachment holes 28a on the outer peripheral portion of the flange 28 forming the connecting portion of the filter device 14.
  • One end of each of these guide rails 32 is fixed to the flange 28 and supported by a guide portion 34 fixed to the casing 12 so as to be movable.
  • These guide rails 32 hold the filter device 14 in a cantilever manner via the flange 28 and can move in the front-rear direction along the axial direction connecting the inlet side and outlet side ends of the casing 12. it can.
  • the movable frame 30 that holds the filter device 14 in this way is connected to the support frame 18 of the filter regeneration unit 22 and the outside air-side exhaust pipe 6 via the expansion joint 36, respectively.
  • the expansion joint 36 of the present embodiment is formed of a bellows-type expansion pipe, and a flange is provided between the flange 28 of the filter device 14 and the support frame 18 and between the flange 28 and the outside air side exhaust pipe 6. It is stopped.
  • the flange portions 37 on the sides facing each other are formed to have substantially the same size as the flange 28 of the filter device 14, and are fixed to the guide rail 32 of the movable frame 30 together with the flange 28.
  • such a movable frame 30 is configured such that the guide rail 32 is moved in the direction of the machine-side exhaust pipe 8 and is arranged close to the housing 12, and the filter portion of the filter device 14 is arranged. 24 is held at the exhaust gas purification position arranged in the particulate trap 16, that is, the casing 12.
  • the exhaust gas G1 flowing in from the machine side exhaust pipe 8 is captured by the sintered non-woven filter 24b, and after the fine particles are removed, the exhaust gas G1 is passed through the expansion joint 36 from the extension 26 of the filter device 14 as clean exhaust gas G2.
  • the filter device 14 When a large amount of fine particles are trapped in the filter device 14 and the pressure differential force between the inlet side and the outlet side exceeds a preset value of 4 kPa, for example, 4 kPa, a high frequency current is supplied to the high frequency power supply coiling coil 20 (not shown). Then, the filter device 14 is regenerated.
  • the value of this pressure difference is preferably set to a value that does not reduce the efficiency of normal operation of a diesel engine, boiler, or incinerator.
  • FIG. 2 shows that when the pressure difference between the inlet side and the outlet side of the filter device 14 exceeds the set value as described above and the filter device 14 needs to be regenerated, the filter device 14 is regenerated.
  • the supply of the exhaust gas G1 is stopped or switched to another exhaust gas purification device (not shown) arranged in parallel.
  • the filter device 14 is moved to the outside air exhaust pipe 6 side by the above-described movable frame 30, and this filter portion 24 is passed through the filter regeneration portion 22 in a state where the working coil 20 is energized. During the passage, the trapped fine particles are burned by induction heating, and the filter device 14 is regenerated.
  • the regenerating step of the filter device 14 is preferably performed by removing the fine particles by one reciprocating movement, but may be performed a plurality of times. In either case, after regenerating the filter unit 24 by burning the fine particles, the movable frame 30 returns the filter device 14 to the exhaust gas purification position shown in FIG.
  • the movable frame 30 can be moved manually by using various actuators such as power, pneumatic, hydraulic, or a combination of these! /.
  • the filter regeneration unit 22 of the present embodiment is a support that supports the working coil 20 for induction heating.
  • the frame 18 is formed in a cylindrical shape with a ceramic material such as silicon nitride, and its inner diameter is large enough to form a slight gap between the filter portion 24 and the extension portion 26 of the filter device 14.
  • the outer diameter is preferably smaller than the casing 12.
  • the filter device 14 It is possible to achieve a small and light-weight structure with a shorter axial length.
  • the axial length of the support frame 18 is shortened in this way, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks even with a brittle ceramic material, and it is compact and durable. It can be a structure.
  • the working coil 20 wound around the outer peripheral portion of the support frame 18 made of the nonmagnetic heat-resistant material is formed of, for example, a litz wire or a hollow metal thin metal tube.
  • the working coil 20 is supplied with a high-frequency current from a high-frequency power source (not shown) provided with a high-frequency inverter, for example, in the range of about 15 to LOOK Hz. If the frequency of the high-frequency current supplied to the working coil 20 is too lower than 15 KHz, an audible sound will be generated. Conversely, if it is higher than ⁇ , the resistance of the working coil itself will increase due to the skin effect, and induction heating will be efficiently performed. It becomes difficult to do.
  • the filter device 14 Since the sintered non-woven filter 24b of the filter unit 24 is formed of a metal fiber, the filter device 14 has this working when passing through the working coil 20 excited by the high-frequency current of the filter regeneration unit 22. At the part where the magnetic flux from the coil 20 is transmitted, it is held in the holding frame 24a as a heating member, and eddy current also flows through the sintered non-woven filter 24b made of metal fibers to act as a heating member. It is heated to high temperature (about 600 ° C or more) in a short time by the Joule heat generated by.
  • the part through which the magnetic flux of the working coil 20 passes is continuously induction-heated, so that the discharged particulate trapped in the filter device 14 (mostly The flammable particles are burned in a short time, and the filter device 14 is regenerated.
  • the coiling coil 20 is arranged close to the outer periphery of the filter section 24 that is induction-heated to a high temperature. However, it is protected by the heat resistance of the ceramic material forming the support frame 18.
  • the exhaust gas purification device 10 formed in this way includes a fine particle capturing unit 16 that captures fine particles, and a filter regeneration unit 22 that regenerates the filter device 14 by burning the captured fine particles by induction heating. Since the filter device 14 can be regenerated by induction heating when it passes along the flow direction of the exhaust gas Gl and G2 and passes through the filter regeneration unit 22, the filter regeneration unit can be recovered even if the filter device 14 is enlarged. It is possible to reduce the size of the working coil 20 and the support frame 18 that supports the working coil 20 without having to increase the length of the axial direction 22.
  • the movable frame 30 that moves the filter device 14 with respect to the filter regeneration unit 22 is connected to the support frame 18 and the outside air side exhaust pipe 6 via the force expansion joint 36, so that the exhaust system piping can be provided. In the connected state, it can be efficiently induction-heated and regenerated before the temperature drops.
  • the support frame 18 and the working coil 20 close to the outer peripheral portion of the filter device 14, the leakage magnetic flux during induction heating can be reduced and induction heating can be performed efficiently.
  • the working coil 20 is reliably protected by the heat resistance of the ceramic material forming the support frame 18 at this time.
  • a support frame 18, an induction heating working coil 20 wound around the support frame 18, and an extension part 26 of the filter device 14 are held against the particulate trap 16 of the exhaust gas purification device 10.
  • the movable frame 30 that moves the filter device 14 along the axial direction of the casing 12 forms a filter regeneration device for burning the captured fine particles. Since this filter regeneration device can regenerate the filter device 14 by induction heating when passing through the working coil 20, even when a large filter device 14 that is long in the axial direction is used, It is not necessary to increase the size of the working coil 20 and the support frame 18.
  • a compact and durable filter regeneration device can be formed.
  • the force that moves the guide rail 32 of the movable frame 30 relative to the guide portion 34 on the contrary, the guide rail 32 is fixed to the casing 12, On the guide rail 32, the flange 28 and the flange portion 37 of the expansion joint 36 connected to the flange 28 may be movable.
  • the guide rail 32 is extended to the vicinity of the outside air side exhaust pipe 6. If it can prevent gas leakage, it will expand and contract
  • the joint 36 is not limited to the bellows tubular structure as described above, and may be formed, for example, in a nested shape.
  • the filter unit 24 of the filter device 14 functions as a heating member when the sintered nonwoven fabric filter 24b having metal fiber force is used as described above. Therefore, it is possible to omit the holding frame 24a or to form a lighter structure such as a rod-shaped structure.
  • various filters such as a ceramic fiber filter in which a short fiber layer of ceramic continuous fibers and a blanket fiber layer are laminated can be used. When such a ceramic fiber filter is used, it is preferable to use the holding frame 24a as described above as a heating member.
  • the above-described exhaust gas purification device can realize the enlargement of the filter device 14 and the small size of the working coil 20 and the support frame 18 that supports the working coil at the same time. Although suitable, it can be applied not only to ships but also to land factories and vehicles (particularly large vehicles).

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Abstract

 誘導加熱用のワーキングコイルを巻回する非磁性部材を大型化することなく、大量の排ガスを浄化処理可能な排ガス浄化装置およびフィルタ再生装置を提供する。この排ガス浄化装置(10)は、微粒子捕捉部(16)とフィルタ再生部(22)とを排ガスの流れ方向に沿って併置し、微粒子捕捉部(16)のケーシング(12)からフィルタ再生装置(22)の支持枠(18)を超えて延設されるフィルタ装置(14)の延長部(26)を保持し、ケーシング(12)の軸方向に沿ってこのフィルタ装置(14)を移動可能な可動フレーム(30)とを備え、この可動フレームで移動されるフィルタ装置(14)が、フィルタ再生部(22)を通過するときに、このフィルタ装置(14)に配置した保持枠(24a)の対応する部位を連続的に誘導加熱することにより、捕捉した微粒子を燃焼させ、このフィルタ装置(14)を再生可能とした。

Description

明 細 書
排ガス浄化装置およびフィルタ再生装置
技術分野
[0001] 本発明は、ディーゼル機関、ボイラあるいは焼却炉等の排ガス中の微粒子を除去 する排ガス浄ィ匕装置およびフィルタ再生装置に関する。
背景技術
[0002] ディーゼル機関力 排出される粒子状物質(Particulate Matter)は、肺がん、喘息 あるいはアレルギーを引き起こす原因として、自動車用の種々の形式のディーゼル 排気微粒子フィルタ (DPF)が開発されている。一方、船舶用のディーゼル機関では 、硫黄分の多い燃料油が使用されるため、自動車に用いられている酸ィ匕触媒とセラミ ックフィルタとの組合せによる、粒子状物質すなわち微粒子の捕捉、低温燃焼'除去 という技術の適用が困難である。
[0003] このため、本願発明者は、 WO2004Z059135〖こ記載されているよう〖こ、排ガス中 の微粒子を捕捉するフィルタユニットをセラミック製の円筒状ハウジング内に収納し、 このハウジングの外周部に卷回したワーキングコイルに高周波インバータから高周波 交流を通電することにより、交番磁束を発生し、この磁束の変化によってハウジング 内に収納されたフィルタユニットの金属製加熱部材に渦電流を誘起して、フィルタュ ニット自体を高温に発熱させて、捕捉した微粒子を燃焼させる排ガス中の微粒子除 去装置を開発した。
発明の開示
[0004] このような微粒子除去装置にあっては、燃料性状に左右されることなぐ長期間にわ たって微粒子を効率よく捕集および再生可能で、その長 ヽ使用寿命を有する点で極 めて有益なものではあるが、フィルタユニットを収納するハウジングの外周部には、フ ィルタユニットの全長にわたってワーキングコイルを卷回する必要がある。このような 誘導加熱用のワーキングコイルを卷回するハウジングは、交番磁束の変化によって 発熱しないようにするため、セラミック等の非磁性材料で形成する必要がある。このよ うなセラミック材料は、その性質上、脆ぐ特に、長手方向に長い円筒状形状に形成 する場合等のように大型化すると、振動等によるひび割れを発生する可能性が高ま る。
[0005] 本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、誘導加熱用のワーキングコィ ルを卷回する非磁性部材を大型化することなく、大量の排ガスを浄化処理可能な排 ガス浄ィヒ装置およびフィルタ再生装置を提供することを目的とする。
[0006] 上記目的を達成するため、本発明によると、排ガスを一端力 流入させるケーシン グ内に排ガス中の微粒子を捕捉するフィルタ装置を配置して形成した微粒子捕捉部 と、このケーシングの一方の端部に取付けられた非磁性耐熱材料製支持枠に誘導 加熱用ワーキングコイルを卷回して形成したフィルタ再生部と、前記ケーシングから 支持枠を超えてフィルタ再生部の外側に延設される前記フィルタ装置の延長部を保 持し、前記ケーシングの一端と他端とを通る軸方向に沿ってこのフィルタ装置を移動 可能な可動フレームとを備え、この可動フレームで移動される前記フィルタ装置は、 前記フィルタ再生部を通過するときに、このフィルタ装置に配置した加熱部材の対応 する部位を連続的に誘導加熱されることにより、捕捉した微粒子を燃焼させ、このフィ ルタ装置を再生可能とした排ガス浄ィ匕装置が提供される。
[0007] 前記可動フレームは、前記支持枠および排気管に対してそれぞれ伸縮継手で接 続されることが好ましい。
[0008] 前記支持枠は、セラミック材料により、前記ケーシングよりも小径でかつフィルタ装 置よりも軸方向長さの短い円筒状形状に形成されること好ましい。
[0009] 前記フィルタ装置は、金属繊維を焼結させて形成した焼結不織布製フィルタを有す ることにより、この焼結不織布製フィルタで前記加熱部材を兼用することも可能である
[0010] 更に、本発明によると、一端力も流入した流体中の微粒子を内部のフィルタ装置で 除去して他端力 排出するケーシングの一方の端部配置され、非磁性の耐熱材料で 形成された支持枠と、この支持枠に卷回された誘導加熱用ワーキングコイルと、前記 ケーシンダカ 支持枠を超えてこの支持枠の外側に延設される前記フィルタ装置の 延長部を保持し、前記ケーシングの一端と他端とを通る軸方向に沿ってこのフィルタ 装置を移動可能な可動フレームとを備え、この可動フレームで移動される前記フィル タ装置が、前記ワーキングコイルを通過するときに、このフィルタ装置に配置した加熱 部材の対応する部位を連続的に誘導加熱することにより、捕捉した微粒子を燃焼さ せるフィルタ再生装置が提供される。
[0011] 本発明の排ガス浄ィ匕装置によると、微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、捕捉した微 粒子を誘導加熱により燃焼させてフィルタ装置を再生するフィルタ再生部とを排ガス の流れ方向に沿って併置し、フィルタ再生部を通過するときにフィルタ装置を誘導カロ 熱して再生することができるため、フィルタ装置の大型化と、ワーキングコイルおよび このワーキングコイルを支える支持枠の小型化とが同時に実現される。
[0012] 伸縮継手により、可動フレームを支持枠および排気管に対して接続する場合には、 配管中に接続した状態でフィルタ装置を効率よく再生することができる。
[0013] また、ワーキングコイルを卷回する支持枠をケーシングよりも小径でかつフィルタ装 置よりも軸方向長さの短い円筒状形状に形成することにより、支持枠を更に小型化し つつ誘導加熱時の磁束漏れを少なくして、効率よく誘導加熱することができ、ヮーキ ングコイルは、支持枠を形成するセラミック材料の耐熱性により、このときに発生する 熱カゝら確実に保護される。
[0014] 更に、本発明のフィルタ再生装置によると、フィルタ装置を内部に配置したケーシン グの一端に、誘導加熱用ワーキングコイルを卷回した支持枠を配置し、このヮーキン グコイルを通過するときにフィルタ装置を誘導加熱して再生することができるため、大 型のフィルタ装置を用いる場合であっても、ワーキングコイルおよびこのワーキングコ ィルを支える支持枠を大型化する必要がなぐコンパクトかつ耐久性のあるフィルタ再 生装置を形成することができる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の好ましい実施形態による排ガス浄ィ匕装置の説明図である。
[図 2]図 1の排ガス浄ィ匕装置を再生するときの説明図である。
[図 3]排ガス浄ィ匕装置に用いるフィルタ装置を示し、 (A)は内部構造を示す部分断面 図、(B)は (A)の B—B線に沿う断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 図 1から図 3は、本発明の好ましい実施形態による排ガス浄ィ匕装置 10を示す。この 排ガス浄ィ匕装置 10は、例えば船舶の主機あるいは補機用のディーゼル機関、ボイラ
、あるいは廃棄物焼却炉等の図示しない排ガス発生源力 排出される排気ガス中か ら粒子状物質すなわち微粒子を除去するために用いられる。
[0017] この排ガス浄化装置 10は、排ガス発生源の排気口に図示しないフレキシブルホー スを介して接続される機側排気管 8と、外気に連通する外気側排気管 6との間に配置 され、流入した排ガス G1から微粒子を除去した後、クリーンな排ガス G2として、外気 側排気管 6に排出する。
[0018] この排ガス浄ィ匕装置 10は、円筒状の鋼製ケーシング 12内に排ガス中の微粒子を 捕捉するフィルタ装置 14を配置して形成した微粒子捕捉部 16と、このケーシング 12 の出口側端部に取付けられた非磁性耐熱材料製支持枠 18に誘導加熱用ヮーキン グコイル 20を卷回して形成したフィルタ再生部 22とで形成されている。
[0019] 微粒子捕捉部 16のケーシング 12は、小径側の入口側端部が、機側排気管 8にフ ランジ結合されたホーン 4の大径側端部にフランジ結合されており、機側排気管 8か ら送られる排ガス G1は、ホーン 4で減速されてこのケーシング 12内に送込まれる。こ のケーシング 12内に送込まれた排ガス G 1は、フィルタ装置 14を通過する間に微粒 子を除去される。
[0020] 図 3に示すように、ケーシング 12の内部に配置されたフィルタ装置 14は、多数のパ ンチ孔を形成した円筒状の保持枠 24aの外周に沿って、金属繊維を焼結させて形成 した焼結不織布製フィルタ 24bを装着した全体的に円筒状構造のフィルタ部 24を有 する。このフィルタ部 24の保持枠 24aはホーン 4側の端部が閉じられ、他端側が開口 している。フィルタ装置 14は、この開口した他端側から円筒状の延長部 26を軸方向 に延設し、この延長部 26の先端に形成した半径方向外方フランジ 28の取付孔 28a を介して、後述する可動フレーム 30に取付けられる。これらの保持枠 24a、延長部 2 6およびフランジ 28は、後述する可動フレーム 30に連結される連結部として機能し、 例えばステンレス鋼等の非磁性金属で形成するのが好ま U、。
[0021] 通常、このフィルタ装置 14は、フィルタ部 24をケーシング 12内に収納した状態に配 置される(図 1参照)。機側排気管 8から送られる排ガス G1は、フィルタ部 24の外周側 力も半径方向内方に向けて流入する。焼結不織布製フィルタ 24bに作用する排ガス Glの圧力は、保持枠 24aで支えられ、この焼結不織布製フィルタ 24bを排ガスの圧 力から保護する。
[0022] 本実施形態では、この焼結不織布製フィルタ 24bは、ベカルトアジア東京支店から 「ベクラリ」の商品名で入手可能な金属繊維で形成してある。この金属繊維は、平均 値として Crを 19. 50重量0 /0、A1を 4. 55重量0 /0、 Yを 0. 25重量0 /0、残部の Feを主 要成分として含む磁性体であり、最高使用温度が 1000°Cである。このような金属繊 維を焼結させた焼結不織布製フィルタ 24bは、通常、 60〜85%の高い空隙率を持 ち、低圧力損失でありながら高い透過流量が得られる。この金属繊維の焼結品を、ス テンレス粉末の焼結品と比較した場合、ろ過粒度 4 mのとき、約 14倍の水の透過 流量が得られる。
[0023] このような金属繊維の焼結不織布製フィルタ 24bは、排ガス中から三次元的に異物 を取り込むことができ、排ガス中力もの優れた異物捕集能力を持つ。更に、セラミック に比して耐熱性、機械的強度に優れ、硫ィ匕物に対する耐腐食性も有している。した がって、大きな振動を受ける舶用 DPFのフィルタとして好適に用いることができる。
[0024] 図 1に示すように、このようなフィルタ装置 14は、フィルタ部 24がケーシング 12内に 配置されたときに、延長部 26がワーキングコイル 20の支持枠 18を超えてフィルタ再 生部 22の外方に延設され、フランジ 28を介して可動フレーム 30で保持されて!、る。
[0025] この可動フレーム 30は、フィルタ装置 14の連結部を形成するフランジ 28の外周部 に、例えば取付孔 28aを介して所定の間隔で配置された複数のガイドレール 32を有 する。これらのガイドレール 32は、一端をフランジ 28に固定され、ケーシング 12に一 体に固定されたガイド部 34で移動可能に支えられている。これらのガイドレール 32 は、フランジ 28を介してフィルタ装置 14を片持ち状に保持すると共に、ケーシング 12 の入口側および出口側の端部を結ぶ軸方向に沿って、前後方向に移動することが できる。
[0026] このようにフィルタ装置 14を保持する可動フレーム 30は、フィルタ再生部 22の支持 枠 18および外気側排気管 6に対して、それぞれ伸縮継手 36を介して接続されている 。本実施形態の伸縮継手 36は、ベロー状の伸縮管で形成してあり、フィルタ装置 14 のフランジ 28と支持枠 18との間、およびフランジ 28と外気側排気管 6との間にフラン ジ止めされている。これらの伸縮継手 36は互いに対向する側のフランジ部 37をフィ ルタ装置 14のフランジ 28とほぼ等しい大きさに形成してあり、フランジ 28と共に可動 フレーム 30のガイドレール 32に固定されている。
[0027] 通常、このような可動フレーム 30は、図 1に示すように、ガイドレール 32を機側排気 管 8の方向に移動し、ハウジング 12に近接させて配置し、フィルタ装置 14のフィルタ 部 24を微粒子捕捉部 16すなわちケーシング 12内に配置した排ガス浄化位置に保 持する。機側排気管 8から流入した排ガス G1は、焼結不織布製フィルタ 24bで微粒 子を捕捉され、微粒子を除去された後に、クリーンな排ガス G2としてフィルタ装置 14 の延長部 26内から伸縮継手 36を介して外気側排気管 6に送られる。
[0028] フィルタ装置 14に多量の微粒子がトラップされ、入口側と出口側との圧力差力 例 えば 4kPaである予め設定した値以上となると、図示しない高周波電源力 ヮーキン グコイル 20に高周波電流を通電し、フィルタ装置 14の再生を行う。この圧力差の値 は、ディーゼル機関、ボイラあるいは焼却路等の通常運転の効率を低下させない程 度の大きさに設定するのが好ましい。
[0029] 図 2は、このようにフィルタ装置 14の入口側と出口側との圧力差が設定値を超え、こ のフィルタ装置 14の再生が必要となったときに、このフィルタ装置 14を再生する再生 工程を示す。このようなフィルタ装置 14を再生するときは、排ガス G1の供給を止め、 あるいは、並列に配置した他の排ガス浄ィ匕装置(図示しない)に切換える。そして、図 2に示すように、上述の可動フレーム 30により、フィルタ装置 14を外気側排気管 6側 に移動し、このフィルタ部 24を、ワーキングコイル 20に通電した状態のフィルタ再生 部 22内を通過させる間に、捕捉された微粒子を誘導加熱により燃焼させ、フィルタ装 置 14を再生する。このフィルタ装置 14の再生工程は、 1回の往復移動で微粒子を燃 焼除去することが好ましいが、複数回にわたって行ってもよい。いずれの場合も、微 粒子を燃焼させてフィルタ部 24を再生した後、可動フレーム 30は、フィルタ装置 14 を図 1に示す排ガス浄化位置に復帰させる。この可動フレーム 30の移動は、手動と することも可能である力 電動式、空圧式、液圧式あるいはこれらを組合わせによる 種々のァクチユエータを用いることが好まし!/、。
[0030] 本実施形態のフィルタ再生部 22は、誘導加熱用ワーキングコイル 20を支える支持 枠 18を、例えば窒化ケィ素等のセラミック材料で円筒状形状に形成してあり、その内 径はフィルタ装置 14のフィルタ部 24および延長部 26との間に僅かな間隙を形成す る大きさで、外径はケーシング 12よりも小さくすることが好ましい。このように内外径の 小さな円筒状形状とすることにより、ワーキングコイル 20をフィルタ装置 14の外周側 で近接した位置に配置することができ、誘導加熱時の磁束漏れを少なくすることがで きる。また、この支持枠 18の軸方向寸法は、誘導加熱に必要なワーキングコイル 20 を卷回できるものであれば適宜の大きさに設定することが可能である力 いずれの場 合も、フィルタ装置 14よりも軸方向長さの短い小型でかつ軽量構造とすることができ る。特に、このように支持枠 18の軸方向長さが短くなることにより、脆い材質のセラミツ ク材料であっても、ひび割れ等の損傷の発生を抑制することができ、コンパクトで耐 久性のある構造とすることができる。
[0031] この非磁性耐熱材料製支持枠 18の外周部に卷回するワーキングコイル 20は、例 えばリッツ線あるいは中空構造の細径金属管で形成してある。このワーキングコイル 2 0に、高周波インバータを備えた高周波電源(図示しない)から例えば約 15〜: LOOK Hzの範囲が好ま U、高周波電流を供給する。ワーキングコイル 20に供給する高周 波電流の周波数は、 15KHzよりも低すぎると可聴音が発生し、逆に ΙΟΟΚΗζよりも 高すぎると表皮効果により、ワーキングコイル自体の抵抗が増大し効率よく誘導加熱 することが難くなる。
[0032] フィルタ装置 14は、フィルタ部 24の焼結不織布性フィルタ 24bが金属繊維で形成 されているため、フィルタ再生部 22の高周波電流で励磁されたワーキングコイル 20 内を通過する際、このワーキングコイル 20による磁束が透過する部位では、加熱部 材としての保持枠 24aにカ卩え、金属繊維の焼結不織布性フィルタ 24bにも渦電流が 流れて加熱部材として作用し、このときの抵抗成分によるジュール熱によって、短時 間で高温 (約 600°C以上)に加熱される。このようにフィルタ部 24力 フィルタ再生部 22を通過する際に、ワーキングコイル 20の磁束が通過する部分が連続的に誘導カロ 熱されることにより、フィルタ装置 14内にトラップされた排出微粒子 (大部分を可燃性 粒子が占める)は短時間で燃焼し、これにより、フィルタ装置 14が再生される。ヮーキ ングコイル 20は、高温に誘導加熱されたフィルタ部 24の外周部に近接した状態で配 置されているが、支持枠 18を形成するセラミック材料の耐熱性により保護される。
[0033] このように形成された排ガス浄ィ匕装置 10は、微粒子を捕捉する微粒子捕捉部 16と 、捕捉した微粒子を誘導加熱により燃焼させてフィルタ装置 14を再生するフィルタ再 生部 22とを排ガス Gl, G2の流れ方向に沿って併置し、フィルタ再生部 22を通過す るときにフィルタ装置 14を誘導加熱して再生することができるため、フィルタ装置 14 の大型化しても、フィルタ再生部 22の軸方向長さを長くする必要はなぐワーキング コイル 20およびこのワーキングコイル 20を支える支持枠 18の小型化を実現すること ができる。
[0034] また、フィルタ再生部 22に対してフィルタ装置 14を移動する可動フレーム 30力 伸 縮継手 36を介して支持枠 18および外気側排気管 6に接続されることにより、排気系 の配管に接続した状態のまま、温度が低下する前に効率よく誘導加熱し、再生するこ とができる。特に、支持枠 18およびワーキングコイル 20をフィルタ装置 14の外周部 に近接配置することにより、誘導加熱時の漏れ磁束を少なくして、効率よく誘導加熱 することができる。ワーキングコイル 20は、支持枠 18を形成するセラミック材料の耐熱 性により、このときに発生する熱力 確実に保護される。
[0035] この排ガス浄ィ匕装置 10の微粒子捕捉部 16に対し、支持枠 18と、この支持枠 18に 卷回された誘導加熱用ワーキングコイル 20と、フィルタ装置 14の延長部 26を保持す ると共にケーシング 12の軸方向に沿ってこのフィルタ装置 14を移動する可動フレー ム 30とは、捕捉した微粒子を燃焼させるためのフィルタ再生装置を形成する。このフ ィルタ再生装置は、このワーキングコイル 20を通過するときにフィルタ装置 14を誘導 加熱して再生することができるため、特に軸方向に長い大型のフィルタ装置 14を用 いる場合であっても、ワーキングコイル 20および支持枠 18を大型化する必要がなぐ コンパクトかつ耐久性のあるフィルタ再生装置を形成することができる。
[0036] なお、上述の実施形態では、可動フレーム 30のガイドレール 32をガイド部 34に対 して移動させている力 これとは逆に、ガイドレール 32をケーシング 12に対して固定 し、このガイドレール 32上をフランジ 28およびこれに連結される伸縮継手 36のフラン ジ部 37とを移動できるようにしてもよい。この場合には、ガイドレール 32を外気側排 気管 6の近部まで延設する。ガスの漏洩を防止することができるものであれば、伸縮 継手 36は、上述のようなベロー管状構造に限らず、例えば入れ子状に形成したもの であってもよい。
[0037] また、フィルタ装置 14のフィルタ部 24は、上述のように金属繊維力もなる焼結不織 布製フィルタ 24bを用いる場合には、この焼結不織布製フィルタ 24bが加熱部材とし ても機能するため、保持枠 24aを省略し、あるいは、ロッド状構造等のより軽量構造に 形成することも可能である。一方、このような焼結不織布製フィルタ 24bに代えて、例 えばセラミック連続繊維の短繊維層とブランケット状繊維層とを積層したセラミック繊 維フィルタ等の種々のフィルタを用いることも可能である。このようなセラミック繊維の フィルタを用いた場合には、上述のような保持枠 24aを加熱部材として用いることが 好ましい。
産業上の利用可能性
[0038] 本発明について、特定の実施形態について記載し、説明してきたが、当該分野に おける技術者であれば、上述の本発明の原理の範囲内で種々の変形あるいは変更 が可能なことは明らかである。例えば、上述の排ガス浄ィ匕装置は、フィルタ装置 14の 大型化と、ワーキングコイル 20およびこのワーキングコイルを支える支持枠 18の小型 ィ匕とが同時に実現されるため、特に船舶に搭載するのに好適であるが、船舶以外に も、陸上の工場、車両 (特に大型車両)等にも適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 排ガスを一端力 流入させかつ他端力 流出させるケーシング(12)内に配置され る微粒子捕捉用フィルタ装置(14)を有する微粒子捕捉部(16)と、前記フィルタ装置 に配置した加熱部材(24a, 24b)を誘導加熱することにより、このフィルタ装置に補足 された微粒子を燃焼させてこのフィルタ装置を再生するフィルタ再生部 (22)とを有す る排ガス浄ィ匕装置であって、
前記ケーシング( 12)の一方の端部に隣接して配置された誘導加熱用ワーキングコ ィル(20)と、
前記ケーシンダカもワーキングコイルを超えて延設され、前記ケーシングの一端と 他端とを通る軸方向に沿って移動可能な可動フレーム(30)とを備え、
前記フィルタ装置(14)は、この可動フレームに連結される連結部(26, 28)と、この 連結部に保持されるフィルタ部材(24)とを有し、前記ワーキングコイル内を通過する ときに、前記加熱部材(24a, 24b)が連続的に誘導加熱され、フィルタ部材(24)が 捕捉した微粒子を燃焼させることを特徴とする排ガス浄ィ匕装置。
[2] 更に、前記ワーキングコイルが外周部に卷回される支持枠(18)を備え、この支持 枠は、セラミック材料により、前記ケーシング(12)よりも小径でかつフィルタ部材(24) よりも軸方向長さの短い円筒状形状に形成されることを特徴とする請求項 1に記載の 排ガス浄化装置。
[3] 前記可動フレーム(30)は、前記支持枠(18)および排気管(6)に対してそれぞれ 伸縮継手(36)を介して接続されることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の排ガス 浄化装置。
[4] 前記フィルタ装置( 14)は、金属繊維を焼結させて形成した焼結不織布製フィルタ( 24a)を有し、この焼結不織布製フィルタが前記加熱部材を兼用することを特徴とする 請求項 1から 3のいずれか 1つに記載の排ガス浄ィ匕装置。
[5] 排ガスを一端力 流入させかつ他端力 流出させるケーシング(12)内に配置され 、微粒子捕捉用フィルタ部材 (24)を有するフィルタ装置(14)を再生するため、この フィルタ装置に設けられた加熱部材(24a, 24b)を誘導加熱することにより、前記フィ ルタ装置のフィルタ部材 (24)が捕捉した微粒子を燃焼させるフィルタ再生装置であ つて、
前記ケーシング( 12)の一方の端部に配置された誘導加熱用ワーキングコイル (20 )と、
前記ケーシング( 12)力もワーキングコイル(20)を超えて延設され、前記ケーシング (12)の一端と他端とを通る軸方向に沿って移動可能な可動フレーム(30)とを備え、 この可動フレーム (30)は、前記ワーキングコイル(20)を超えてこのワーキングコィ ルの外側に延設される前記フィルタ装置の延長部(26)を保持し、前記ワーキングコ ィル(20)を通過するときに、このフィルタ装置(14)に配置した加熱部材(24a, 24b) の対応する部位を連続的に誘導加熱することにより、フィルタ部材 (24)が捕捉した 微粒子を燃焼させることを特徴とするフィルタ再生装置。
更に、前記ワーキングコイル(20)が外周部に卷回される支持枠(18)を備え、この 支持枠は、セラミック材料により、前記ケーシング(12)よりも小径でかつフィルタ部材 (24)よりも軸方向長さの短い円筒状形状に形成されることを特徴とする請求項 5に記 載のフィルタ再生装置。
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