JP3365244B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等から排出されるパティキュレート（煤等の可燃性微
粒子）をフィルタにより捕集し、捕集したパティキュレ
ートを燃焼させてフィルタを再生させる排ガス浄化装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、ディーゼルエンジン等から排出さ
れるパティキュレートが環境保護の観点および健康上の
理由から規制され始めている。パティキュレートを取り
除いてディーゼルエンジンの排ガスを浄化する方法とし
て、排気管の途中に耐熱性のセラミックハニカム構造の
フィルタを取り付けてパティキュレートを濾過する方法
がある。この方法の特徴は、或る程度パティキュレート
が堆積したとき、この堆積したパティキュレートに火を
つけて燃焼させ、炭酸ガスに変えて大気に放出し、フィ
ルタをクリーンに再生して、繰り返し使用することであ
る。このようなフィルタの再生を燃焼再生（リジェネレ
ーション）と呼ぶ。 【０００３】一般にディーゼルエンジンの排ガスはパテ
ィキュレートの着火温度より低いので、そのままではパ
ティキュレートは燃焼せず堆積するだけであり、堆積し
たパティキュレートは排気圧力を過度に上昇させ、エン
ジンおよびエミッションの性能を低下させる。従って、
フィルタの燃焼再生をさせるには、何らかの方法によっ
て排ガス温度を上げるか又はフィルタ温度を上げる必要
がある。近年は、排気系に２個のフィルタを備えて排ガ
ス浄化を交互に行う方法が提案されている。このときの
一方のフィルタの燃焼再生は、排ガス濾過中ではなく、
一方のフィルタに或る程度のパティキュレートが堆積し
た後、排ガス浄化を他方のフィルタで行っているときに
行われる。加熱部としては電気ヒータ、バーナー、マイ
クロ波発信器などがあり、この加熱部によりフィルタを
加熱してフィルタの温度を上げ、パティキュレートを燃
焼させることにより燃焼再生を行っている。以下、従来
の排ガス浄化装置について説明する。 【０００４】図８は従来の排ガス浄化装置を示す構成図
である。図８において、１はディーゼルエンジンの排ガ
ス浄化装置、２はディーゼルエンジン、３はマニホール
ド、４、５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂはそれぞれエンジン排
ガスの流路配管、６はエンジン排ガスの流路を制御する
弁、７ａ、７ｂはフィルタ８ａ、８ｂを収納するフィル
タ収納容器、１０ａ、１０ｂ、１２は燃焼再生の二次空
気が導入される流路配管、１１は二次空気の流路を制御
する導入弁、１３はエアブロア、１６は弁６、導入弁１
１、エアブロア１３、排気弁１８ａ、１８ｂ、電気ヒー
タ２０ａ、２０ｂを制御するコントローラ、１９ａ、１
９ｂは燃焼再生の二次空気を排気する流路配管である。 【０００５】以上のような構成の従来の排ガス浄化装置
について、その燃焼再生の動作を説明する。 【０００６】フィルタ８ａの排ガス浄化中にコントロー
ラ１６が差圧センサ（図示せず）等の捕集量検知装置で
再生開始時期と判定すると、これまで配管４から配管５
ａに流れていた排ガスは、弁６、導入弁１１が作動し
て、配管４から配管５ｂに流れ、フィルタ８ｂを通過す
ることにより浄化され、配管９ｂから流出される。一
方、コントローラ１６により再生開始時期と判定された
フィルタ８ａ側では、電気ヒータ２０ａに電力が供給さ
れ、加熱される。同時に排気弁１８ａが開き、エアブロ
ア１３から配管１０ａを通ってフィルタ８ａに二次空気
が供給される。或る時間経過すると、フィルタ８ａの温
度がパティキュレート着火温度に達し、パティキュレー
トが燃焼を開始する。その燃焼排ガスは配管１９ａから
流出される。 【０００７】或る時間経過後、電気ヒータ２０ａへの電
力供給が終了し、二次空気のみによるパティキュレート
燃焼が継続する。この燃焼はパティキュレートの火炎伝
搬によって実現される。さらに或る時間経過すると、コ
ントローラ１６は、燃焼再生が完了したと判定し、エア
ブロア１３を停止し、排気弁１８ａを閉じ、二次空気の
供給も終了させ、フィルタ８ａを浄化待機の状態とす
る。その後、差圧センサ等の捕集量検知装置でフィルタ
８ｂが再生開始時期に達したと判定すると、コントロー
ラ１６は、いままで配管４から配管５ｂに流れていた排
ガスを弁６、導入弁１１を作動させて配管４から配管５
ａに流し、フィルタ８ａを通過させることにより浄化
し、配管９ａから流出させる。これ以降は、上述の燃焼
再生動作が繰り返し継続され、フィルタ８ａと８ｂとで
交互に排ガス浄化と燃焼再生が繰り返される。 【０００８】上記従来例では、電気ヒータによる加熱を
例としたが、加熱方法としては、軽油等をバーナーによ
り燃焼させて加熱する方法やマイクロ波を発信させて加
熱する方法（特開平４−１３６４０９号公報）がある。
バーナーによる加熱方法はバーナーの安定性や火炎を出
すための安全性の確保等に問題点を有する。 【０００９】また、マイクロ波による加熱方法は、パテ
ィキュレートの捕集量を検知できる利点があるが、フィ
ルタ内の均一加熱やマイクロ波の漏れ対策、高電圧使用
による安全性確保等に問題点を有する。 【００１０】さらに、フィルタの入口部の温度を規定し
た特公平３−３６１３３号公報があるが、これはパティ
キュレートを完全に燃焼するために必要な温度を規定し
ているだけで、この方法では、着火現象が見られ、急激
な温度上昇が発生し、フィルタが破損する可能性がある
という問題点がある。 【００１１】さらに、二重容器をフィルタ収納容器に利
用した排ガス浄化装置として特開平７−２４７８２６号
公報があるが、これは上述したような電気ヒータやマイ
クロ波加熱を用いた火炎伝搬による燃焼再生方法を適用
したものであり、フィルタ収納容器からの熱の拡散を最
小限に止めることにより、フィルタの信頼性および再生
効率の向上が期待できるものであるが、火炎伝搬による
燃焼再生方法では着火を伴うため、フィルタ内温度分布
の差分を小さくするのには限界があり、フィルタの信頼
性および再生効率の向上にも限界があるという問題点が
ある。 【００１２】さらに、フィルタを加熱せずに、高圧エア
でパティキュレートを払い落とし、フィルタ外部で加熱
燃焼する逆洗と呼ばれるフィルタ再生方法もあるが、高
圧エアでパティキュレートを払い落とすので効率が低
く、また、高圧エアを漏らさないような高いシール性が
必要で構造が複雑になるという問題点がある。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の排ガス浄化装置では、電気ヒータ等による加熱である
ため、フィルタ内のパティキュレートの燃焼は火炎伝搬
による燃焼となって着火を伴い、また、フィルタ外周部
ではフィルタ収納容器を伝わって熱が逃げるためにフィ
ルタ内の温度勾配が非常に大きくなってフィルタのクラ
ック発生の要因となるという問題点を有していた。 【００１４】また、火炎伝搬で燃焼継続を実現するた
め、温度が低下したフィルタ外周部ではパティキュレー
トの燃え残りが発生して再生効率を下げると共に捕集再
生を繰り返しているうちに異常燃焼で高温になり溶損の
原因となるという問題点を有していた。 【００１５】上記クラック、溶損は共にフィルタの機能
を大きく損なうものであり、実用化に向けての大きな課
題となっている。また、再生動作中はフィルタ収納容器
が高温になり危険であり、再生動作時以外でもフィルタ
収納容器外部からの振動、衝撃によりフィルタが破損し
やすいことも実用化に向けての課題である。 【００１６】この排ガス浄化装置では、フィルタにクラ
ックが入ったり、溶損・破損することが防止されること
が要求されている。 【００１７】本発明は、フィルタにクラックが入った
り、溶損・破損することを防止できると共に効率良くフ
ィルタを再生することができる排ガス浄化装置を提供す
ることを目的とする。 【００１８】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の排ガス浄化装置は、排ガスを通過させて排ガ
ス中のパティキュレートを捕集するフィルタに付着した
パティキュレートを燃焼させる排ガス浄化装置であっ
て、外筒金属管とフィルタを内蔵する内筒金属管とから
成り、外筒金属管と内筒金属管との間の空隙が密閉され
た中空部である二重容器と、内筒金属管に内蔵され、導
入する所定流量の空気を加熱して熱風をフィルタに吹き
付ける加熱部とを有し、二重容器は、中空部に連通する
安全弁を有する構成を備えている。 【００１９】これにより、フィルタにクラックが入った
り、溶損・破損することを防止できると共に効率良くフ
ィルタを再生することができる排ガス浄化装置が得られ
る。 【００２０】 【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、排ガスを通過させて排ガス中のパティキュレートを
捕集するフィルタに付着したパティキュレートを燃焼さ
せる排ガス浄化装置であって、外筒金属管とフィルタを
内蔵する内筒金属管とから成り、外筒金属管と内筒金属
管との間の空隙が密閉された中空部である二重容器と、
内筒金属管に内蔵され、導入する所定流量の空気を加熱
して熱風をフィルタに吹き付ける加熱部とを有し、二重
容器は、中空部に連通する安全弁を有することとしたも
のであり、熱風がフィルタに吹き付けられてフィルタ全
体が均一に加熱されると共に熱風が二重容器により外部
と断熱され、更に、フィルタ再生動作中の高温下での密
閉された中空部内の気体膨脹による内圧上昇が防止され
るという作用を有する。 【００２１】 【００２２】 【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図７を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１による
排ガス浄化装置を示す構成図であり、ディーゼルエンジ
ンの排ガス浄化装置を示すものである。 【００２４】図１において、１０１はディーゼルエンジ
ンの排ガス浄化装置、１０２はディーゼルエンジン、１
０３はディーゼルエンジン１０２の各排気孔（図示せ
ず）に各上流端部がそれぞれ連設された排気マニホール
ド、１０４は排気マニホールド１０３の下流端部に上流
端部が連設された排気管（以下、「上流側排気管」とい
う）、１０５ａ、１０５ｂは上流側排気管１０４の下流
側から２つに分岐された流路配管、１０６は上流側排気
管１０４から各流路配管１０５ａ、１０５ｂに分岐され
る分岐部に配設され、上流側排気管１０４から流路配管
１０５ａ、１０５ｂに導入される排気ガスの流路を切り
換える切換えバルブ、１０７ａ、１０７ｂは各流路配管
１０５ａ、１０５ｂの下流端部にそれぞれ連設され、ス
テンレス鋼を溶接して成るフィルタ収納二重容器、１０
８ａ、１０８ｂはコージェライト（２ＭｇＯ・５ＳｉＯ
₂・２Ａｌ₂Ｏ₃）を押出し成型法により作製した直径
（φ）５．６６インチ×長さ（Ｌ）６インチのウォール
フロー型のハニカム構造のセラミックフィルタから成
り、各フィルタ収納二重容器１０７ａ、１０７ｂ内にそ
れぞれが収納されたフィルタ、１０９ａ、１０９ｂは各
フィルタ収納二重容器１０７ａ、１０７ｂの下流側に連
設された下流側排気管、１１０ａ、１１０ｂは二次空気
供給配管、１１１は二次空気供給流路を切り換える切換
えバルブ、１１２は二次空気供給管、１１３は二次空気
供給管１１２の端部に配設され、各フィルタ収納二重容
器１０７ａ、１０７ｂに所定流量の二次空気を供給する
エアブロア等の二次空気供給部、１１４ａ、１１４ｂは
各フィルタ収納二重容器１０７ａ、１０７ｂに取り付け
られ、二次空気供給配管１１０ａ、１１０ｂに接続され
た電気ヒータ等の加熱部、１１５ａ、１１５ｂは温度セ
ンサ、１１６は切換えバルブ１０６、１１１、二次空気
供給部１１３、加熱部１１４ａ、１１４ｂに電気的に接
続され、排ガス浄化装置１０１の全体を制御するコント
ローラ、１１８ａ、１１８ｂは放出弁、１１９ａ、１１
９ｂは各端部が各放出弁１１８ａ、１１８ｂを介して各
流路配管１０５ａ、１０５ｂに接続された放出管、１２
１ａ、１２１ｂは各フィルタ収納二重容器１０７ａ、１
０７ｂ内のフィルタ１０８ａ、１０８ｂのそれぞれの両
端の圧力差を測定する差圧センサである。 【００２５】ここで、フィルタ収納二重容器１０７ａ、
１０７ｂ、フィルタ１０８ａ、１０８ｂ、二次空気供給
部１１３、加熱部１１４ａ、１１４ｂ、温度センサ１１
５ａ、１１５ｂ、差圧センサ１２１ａ、１２１ｂの材質
等について説明する。 【００２６】フィルタ収納二重容器１０７ａ、１０７ｂ
は、予め熱処理を施したステンレスＳＵＳ３０４から成
る内径の異なる大小２つの金属管（外筒金属管と内筒金
属管）と２つの金属管を接続するための２枚のリングと
から構成され、そのリングの断面は高温下で二重容器を
使用する際に発生する内外の金属管の延びの差を吸収す
るためにＶ字形あるいはＵ字形に成形した。これらの部
材を気密性よく溶接により接続し、密閉された中空部を
有する二重容器を構成した。容器１０７ａ、１０７ｂの
材料としては上記ステンレスＳＵＳ３０４のように耐熱
性、耐食性のある金属が使用され、フィルタ１０８ａ、
１０８ｂとの間には蛭石等が含有され熱によって膨脹す
る材料のシールド材を用い、パティキュレートの漏れを
防止する。 【００２７】上記構成の説明では、パティキュレートを
捕集するフィルタ１０８ａ、１０８ｂは、コージェライ
トを押出し成型法により作製した直径５．６６インチ×
長さ６インチのウォールフロー型のハニカム構造のセラ
ミックフィルタとしたが、材質としてはムライトを用い
てもよく、また耐熱性、耐食性に優れた金属材料でも構
わない。形状は円筒形のものがほとんどであるが、楕円
筒形や方形でもかまわない。大きさは例えば直径４〜１
３インチ、長さ５〜１４インチで、セル数は１インチ平
方あたり５０〜４００個である。フィルタに捕集される
パティキュレートの捕集量は、フィルタの単位体積（１
リットル）当たりの重量（グラム）で表すと、１〜３０
程度である。パティキュレートの成分の１つに可溶性有
機物（ＳＯＦ）があり、フィルタ１０８ａ、１０８ｂに
捕集された場合でも、再生中に燃焼せず、蒸発して大気
中に放出されるので、フィルタ１０８ａ、１０８ｂの前
または後に貴金属等を担持したＳＯＦ酸化触媒を設ける
ことが好ましい。 【００２８】二次空気供給部１１３としては、エアブロ
ア、エアポンプ、コンプレッサ等があるが、エアブロア
は大流量であるが小静圧であり、エアポンプやコンプレ
ッサは大静圧であるが小流量である。空気の流量として
は０．１〜２．０立米で多ければ多いほど良いが、送風
手段の能力から１立米以下が適当である。また、１立米
程度の空気を加熱するには多大な電力が必要となるた
め、加熱空気の循環やエンジン排ガス利用等の電力削減
手段を設けることが好ましい。 【００２９】加熱部１１４ａ、１１４ｂは例えば、Ｆｅ
−Ｃｒ−Ａｌ系から成る発熱体をコイル状に巻回してそ
の巻回物を絶縁体等で覆い、更にそれをステンレス等の
金属保護管に挿入したもの、あるいは、セラミック製の
サポート部内に発熱体を熱効率の良い巻き方で巻いたも
のを収納したものが好ましい。加熱部１１４ａ、１１４
ｂが空気加熱用の電気ヒータの場合、発熱体と空気が接
触する構造を有し、発熱体としてはニクロム線、カンタ
ル線、セラミックヒータ等がある。また、耐食性等の信
頼性を考慮してシースタイプとしてもかまわない。加熱
する空気量と熱交換率に応じてヒータ容量は決定され
る。 【００３０】温度センサ１１５ａ、１１５ｂは、シース
タイプの熱電対や白金抵抗体等の比較的高温を検知でき
るものであれば良いが、排ガスに晒されるので耐食性が
良いものが好ましい。また、放射伝熱による指示温度の
低下を防ぐように各センサの配置を考慮することが好ま
しい。 【００３１】差圧センサ１２１ａ、１２１ｂのフィルタ
収納二重容器１０７ａ１０７ｂに配置される部分には半
導体圧力センサ等を用いることが好ましいが、排ガスが
直接触れないようにミストフィルタ等をセンサの周りに
配置することが好ましい。 【００３２】以上のように構成された排ガス浄化装置に
ついて以下、その動作を図２〜図４を用いて説明する。
図２は図１の排ガス浄化装置における燃焼再生の動作を
示すフローチャートであり、図３は図１の排ガス浄化装
置のフィルタ１０８ａ、１０８ｂ内の温度を求める際の
測定位置を示す測定位置図、図４（ａ）は二重容器を用
い、空気を加熱媒体とした場合の実験結果を示すグラフ
図、図４（ｂ）は一重容器を用い、空気を加熱媒体とし
た場合の実験結果を示すグラフ図、図４（ｃ）は一重容
器を用い、電気ヒータによる火炎伝搬で燃焼再生を行っ
た場合の実験結果を示すグラフ図である。図３におい
て、１３０は熱風流入面、１４０は熱風流出面である。 【００３３】ここでは、排ガス浄化装置１０１は、ディ
ーゼルエンジン１０２から排出された排気ガスを一方の
フィルタ１０８ａで浄化しているものとする。まず、コ
ントローラ１１６が、燃焼再生時期か否かを判定するの
に、差圧センサ１２１ａの出力信号を参照する。すなわ
ち、コントローラ１１６は、差圧センサ１２１ａの出力
信号に基づいて差圧信号を生成し、その差圧信号によっ
て燃焼再生時期か否かを判定する。本実施の形態では、
フィルタ収納二重容器１０７ａの排ガス流入側の圧力と
排ガス流出側の圧力との圧力差が大きくなればなるほど
フィルタ１０８ａに煤などが多く捕集されていることに
なるので、圧力差が所定圧力差以上の場合にコントロー
ラ１１６はフィルタ１０８ａは燃焼再生時期であると判
定する。 【００３４】次に、コントローラ１１６は、他方のフィ
ルタ１０８ｂで排気ガスを浄化するために、切換えバル
ブ１０６を流路配管１０５ａを閉塞するように流路配管
１０５ｂ側に傾斜させると同時に、切換えバルブ１１１
を二次空気供給配管１１０ｂ側を閉塞するように二次空
気供給配管１１０ａ側に傾斜させ、かつ、放出弁１１８
ａを開とする（Ｓ１）。これによりディーゼルエンジン
１０２から排出された排気ガスは、排気マニホールド１
０３、上流側排気管１０４から流路配管１０５ｂを順次
介してフィルタ収納二重容器１０７ｂ内に導入され、フ
ィルタ１０８ｂで排気ガス中の煤等が捕集された後、煤
等が除かれた浄化ガスが下流側排気管１０９ｂから大気
中に放出される。 【００３５】次に、コントローラ１１６は、走行距離や
ステップ１で生成した差圧信号から煤等のパティキュレ
ートの捕集量を算出する（Ｓ２）。 【００３６】次に、コントローラ１１６は、算出された
パティキュレートの捕集量に応じて、二次空気供給部１
１３からの風量を一定として加熱部１１４ａに印加する
電圧、電流を制御する燃焼再生プログラムを決定する
（Ｓ３）。二次空気供給部１１３からは所定流量の常温
の空気が吐出され、その吐出空気量が風量となる。 【００３７】次に、コントローラ１１６は、ステップ３
で決定した燃焼再生プログラムに従い、二次空気供給部
１１３をオンとし、また、加熱部１１４ａに印加する電
圧、電流を温度センサ１１５ａからの温度信号を参照し
ながら制御して、燃焼再生動作が開始する（Ｓ４）。 【００３８】次に、コントローラ１１６は、燃焼再生プ
ログラム上で設定された時間が経過すると、フィルタ１
０８ａの排気ガス流路方向の前後の差圧を差圧センサ１
２１ａにより測定し、その差圧が設定値より低いか否か
を判定する（Ｓ５）。コントローラ１１６は、ステップ
５で差圧が設定値より高いと判定したときには燃焼再生
プログラムを継続する（Ｓ６）。差圧が設定値より低い
と判定したときには、コントローラ１１６は、二次空気
供給部１１３の風量を一定として加熱部１１４ａに印加
する電圧、電流を制御する燃焼再生プログラムにおける
所定の降温動作を開始する（Ｓ７）。 【００３９】次に、コントローラ１１６は、上記所定の
降温動作開始から所定時間が経過すると、加熱部１１４
ａに印加する電圧、電流を停止し、さらに二次空気供給
部１１３をオフとし、フィルタ１０８ａの燃焼再生動作
を終了する（Ｓ８）。 【００４０】ここで、本実施の形態による排ガス浄化装
置における実験について説明する。この実験において
は、中空部を減圧下に置いたフィルタ収納二重容器を用
い、空気を加熱媒体とする排ガス浄化装置を用いて、排
気ガス中の煤等のパティキュレートを捕集させた後、パ
ティキュレートの捕集量に応じた燃焼再生プログラムを
設定し、かつ、実験のため図３に示すようにフィルタ内
に合計９個の温度センサＴ１〜Ｔ９を位置Ｚ１〜Ｚ９に
配置し、燃焼再生動作における温度を測定した。 【００４１】実験結果を図４（ａ）に示す。また、比較
のため、二重容器ではなく一重容器を用い、空気を加熱
媒体としてフィルタを加熱して燃焼再生を行った場合の
結果を図４（ｂ）に示し、一重容器を用い、電気ヒータ
による火炎伝搬で燃焼再生を行った場合の結果（つまり
従来の装置における結果）を図４（ｃ）に示す。また、
各々の実験結果における各時間でのフィルタ内９点の温
度ばらつきを（表１）に示す。 【００４２】 【表１】 【００４３】図４（ａ）〜（ｃ）、（表１）から明らか
なように、中空部を減圧下に置いた二重容器を用い、空
気を加熱媒体とした場合の方が、一重容器を用いた場
合、および、一重容器を用い且つ電気ヒータによる火炎
伝搬で燃焼再生を行った場合に比べ、最もフィルタの均
一加熱が実現できる。 【００４４】図５は本実施の形態による排ガス浄化装置
を構成するフィルタ収納二重容器を示す断面図である。
図５において、１０５はエンジン排ガスの導入および燃
焼再生の二次空気の排気の流路配管、１０７は後述のフ
ィルタ１０８を収納するフィルタ収納二重容器、１０８
はセラミックハニカム構造のフィルタ、１０９はフィル
タ１０８を通過した排ガスの排気用および燃焼再生の二
次空気の導入用の流路配管、１１４は導入された二次空
気１２３を加熱して熱風とするための電気ヒータ、１２
２はエンジン排ガスである。なお、それぞれの配管は耐
食性のあるステンレス鋼等で構成することが好ましい。
また、フィルタ１０８は上述したように圧力損失の小さ
なハニカム構造が好ましい。さらに、フィルタ１０８の
少なくとも一方に酸化触媒を設けてもよい。 【００４５】フィルタ１０８を収納する二重容器１０７
は、２つの円筒状の金属管すなわち外筒金属管１１７
ａ、内筒金属管１１７ｂおよび金属管１１７ａ、１１７
ｂの双方の端部を接続する２つの金属リング１１７ｃ、
１１７ｄにより構成されている。また、金属管１１７
ａ、１１７ｂおよび金属リング１１７ｃ、１１７ｄはそ
れぞれ溶接により接合され、中空部を有する密閉構造と
なっている。これらは耐食性、耐熱性のあるステンレス
鋼等で構成することが好ましい。 【００４６】以上のように構成されたフィルタ収納二重
容器１０７の機能等を説明する。まず、エンジン排ガス
１２２がフィルタ１０８を通過することにより所定量の
煤等のパティキュレートをフィルタ１０８により捕集し
た後、エンジン排ガス１２２を遮断し、切換えバルブ１
０６、１１１の切換えにより燃焼再生の二次空気および
その排気の流路を確保する。その後、パティキュレート
が捕集されたフィルタ１０８の再生を開始する。まず、
燃焼再生の二次空気の導入用流路配管１０９から燃焼再
生の二次空気１２３を導入する。二次空気１２３は電気
ヒータ１１４により加熱され、熱風となる。この熱風は
フィルタ１０８に吹き付けられ、フィルタ１０８を加熱
する。フィルタ１０８の加熱を熱風により行うことによ
り熱風はフィルタ１０８を一様に通過するため、フィル
タ１０８全体を一様に加熱する。 【００４７】また、フィルタ１０８の外周部から収納容
器を伝わって逃げていく熱は二重容器１０７の中空部に
ある空気層により断熱され、熱の逃げを低減することが
できる。 【００４８】これにより、フィルタ１０８に捕集された
パティキュレートが各部で一様に燃焼し、フィルタ１０
８にダメージを与えることなく再生が可能となる。ま
た、二重容器１０７に振動、衝撃等の外力が加わった場
合、外力は外筒金属管１１７ａと中空部に吸収されてフ
ィルタ１０８に伝わりにくく、フィルタ１０８にダメー
ジを与えることが少ない。 【００４９】以上のように本実施の形態によれば、フィ
ルタ１０８ａを密閉された中空部を有する二重容器に収
納し、火炎伝搬による燃焼再生ではなく、空気を加熱媒
体とし、この加熱された空気をフィルタ１０８ａに吹き
付けることにより、フィルタ１０８ａ全体を効率的にむ
らなく加熱昇温させることができるので、パティキュレ
ートが捕集されたフィルタ１０８ａ内でパティキュレー
トは、着火（急激な温度上昇を伴う燃焼）の連続による
燃焼ではなく、一様な燃焼となり、フィルタ１０８ａ内
の温度分布、温度勾配が小さく、フィルタをクラック、
溶損の発生なしに再生することができる。また、フィル
タ１０８ａが二重容器１０７ａにより保護されているた
め、外部からの衝撃、振動によるフィルタ１０８ａの破
損が防止できると共に二重容器１０７ａの中空部による
断熱効果も期待できるため、再生効率よくフィルタ１０
８ａを再生することができる。中空部による断熱効果に
より、フィルタ１０８ａ外周部の温度低下がなく、フィ
ルタ１０８ａ内の温度勾配を小さくし、かつ、異常高温
および燃え残りも防止される。 【００５０】（実施の形態２）図６は本実施の形態によ
る排ガス浄化装置を構成するフィルタ収納二重容器を示
す断面図である。図６において、流路配管１０５、フィ
ルタ収納二重容器１０７、フィルタ１０８、流路配管１
０９、電気ヒータ１１４、エンジン排ガス１２２、二次
空気１２３は図５と同様のものであり、同一符号を付
し、説明は省略する。１２４は中空部に連通し、中空部
の内圧が所定値以上になったときに自動的に弁から中空
部内部の気体を大気中に解放する安全弁である。また、
本実施の形態１における図１のフィルタ収納二重容器１
０７ａ、１０７ｂ、フィルタ１０８ａ、１０８ｂ、図５
のフィルタ収納二重容器１０７、フィルタ１０８につい
て述べたことと同様のことが、本実施の形態における図
６のフィルタ収納二重容器１０７、フィルタ１０８につ
いても言える。 【００５１】本実施の形態と（実施の形態１）との相違
は、図５と図６との比較から分かるように、安全弁１２
４の有無であるので、安全弁１２４についてのみを説明
する。熱風によるフィルタ１０８加熱中の高温下では密
閉された中空部内の気体は膨脹してその内圧が上昇す
る。この内圧上昇により自動的に安全弁１２４が作動し
て、上昇圧を大気中に解放する。このことにより、内圧
の上昇を防止することができ、内圧上昇による容器破裂
等を防止することができる。 【００５２】以上のように本実施の形態によれば、フィ
ルタ１０８の再生動作中の高温下での密閉された中空部
内の気体膨脹による内圧上昇を安全弁１２４により防止
することができるので、内圧上昇によるフィルタ収納二
重容器１０７の破裂等を防止することができる。 【００５３】（実施の形態３）図７は本実施の形態によ
る排ガス浄化装置を構成するフィルタ収納二重容器を示
す断面図である。図７において、流路配管１０５、フィ
ルタ収納二重容器１０７、フィルタ１０８、流路配管１
０９、電気ヒータ１１４、エンジン排ガス１２２、二次
空気１２３は図５と同様のものであり、同一符号を付
し、説明は省略する。１２５は外筒金属管１１７ａに溶
接により取り付けられ、中空部を減圧する（例えば高真
空状態にする）ための吸気口である。また、実施の形態
１における図１のフィルタ収納二重容器１０７ａ、１０
７ｂ、フィルタ１０８ａ、１０８ｂ、図５のフィルタ収
納二重容器１０７、フィルタ１０８について述べたこと
と同様のことが、本実施の形態における図７のフィルタ
収納二重容器１０７、フィルタ１０８についても言え
る。 【００５４】本実施の形態と実施の形態１との相違は、
図５と図７との比較から分かるように、吸気口１２５の
有無であるので、吸気口１２５についてのみを説明す
る。 【００５５】中空部を減圧下に置く場合、吸気口１２５
に真空ポンプを接続し、１０^-4Ｔｏｒｒ程度の真空度ま
で減圧した後、吸気口１２５を密封する。このときの真
空度の程度は、断熱性能の面からは真空度は小さいほど
望ましいが、製造上の制約から、１０^-1Ｔｏｒｒ〜１０
^-6Ｔｏｒｒの範囲が好ましい。このように構成されるフ
ィルタ収納二重容器１０７は耐食性、耐熱性のある金属
材料たとえばステンレス鋼で制作することが好ましい。
また、中空部の減圧状態を維持するためには、高温時に
金属材料から発生するガスによる減圧状態の劣化を防止
する目的で金属材料使用時の高温状態（例えば熱風温度
を６００℃と設定する場合には６００℃以上）で熱処理
するか、あるいは、発生するガスを吸収する吸着剤を配
置することが好ましい。この吸着剤には一例として、ゲ
ッタ材と呼ばれる合金が用いられる。ゲッタ材はジルコ
ニウムを主成分とするジルコニウム−バナジウム−鉄等
の合金である。 【００５６】以上のように本実施の形態によれば、中空
部を適正な減圧下状態とすることができるので、中空部
を確実に断熱状態とすることができる。 【００５７】 【発明の効果】以上のように本発明の排ガス浄化装置に
よれば、フィルタを密閉された中空部を有する二重容器
に収納し、加熱媒体である空気をフィルタに吹き付ける
ことにより、フィルタ全体を効率的にむらなく加熱昇温
させることができるので、パティキュレートが捕集され
たフィルタ内でパティキュレートは一様な燃焼となり、
フィルタ内の温度分布、温度勾配が小さく、フィルタを
クラック、溶損の発生なしに再生することができるとい
う有利な効果がある。また、フィルタが二重容器により
保護されているため、外部からの衝撃、振動によるフィ
ルタの破損が防止できると共に二重容器の中空部による
断熱効果も期待できるため、再生効率よくフィルタを再
生することができるという有利な効果も得られる。 【００５８】また、二重容器は、中空部に連通する安全
弁を有することにより、フィルタの再生動作中の高温下
での密閉された中空部内の気体膨脹による内圧上昇を安
全弁により防止することができるので、内圧上昇による
フィルタ収納二重容器の破裂等を防止することができる
という有利な効果が得られる。 【００５９】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態１による排ガス浄化装置を
示す構成図 【図２】図１の排ガス浄化装置における燃焼再生の動作
を示すフローチャート 【図３】図１の排ガス浄化装置のフィルタ内の温度を求
める際の測定位置を示す測定位置図 【図４】（ａ）二重容器を用い、空気を加熱媒体とした
場合の実験結果を示すグラフ図 （ｂ）一重容器を用い、空気を加熱媒体とした場合の実
験結果を示すグラフ図 （ｃ）一重容器を用い、電気ヒータによる火炎伝搬で燃
焼再生を行った場合の実験結果を示すグラフ図 【図５】本実施の形態１による排ガス浄化装置を構成す
るフィルタ収納二重容器を示す断面図 【図６】本実施の形態２による排ガス浄化装置を構成す
るフィルタ収納二重容器を示す断面図 【図７】本実施の形態３による排ガス浄化装置を構成す
るフィルタ収納二重容器を示す断面図 【図８】従来の排ガス浄化装置を示す構成図 【符号の説明】 １０１ 排ガス浄化装置 １０２ ディーゼルエンジン １０３ 排気マニホールド １０４ 上流側排気管 １０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０９、１０９ａ、１０
９ｂ 流路配管 １０６、１１１ 切換えバルブ １０７、１０７ａ、１０７ｂ フィルタ収納二重容器 １０８、１０８ａ、１０８ｂ フィルタ １１０ａ、１１０ｂ 二次空気供給配管 １１２ 二次空気供給管 １１３ 二次空気供給部 １１４、１１４ａ、１１４ｂ 加熱部 １１５ａ、１１５ｂ 温度センサ １１６ コントローラ １１７ａ 外筒金属管 １１７ｂ 内筒金属管 １１８ａ、１１８ｂ 放出弁 １１９ａ、１１９ｂ 放出管 １２１ａ、１２１ｂ 差圧センサ １２２ エンジン排ガス １２３ 二次空気 １２４ 安全弁 １２５ 吸気口 １３０ 熱風流入面 １４０ 熱風流出面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１Ｒ ＺＡＢ ＺＡＢ (56)参考文献 特開 平７−247826（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−144740（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−21121（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 排ガスを通過させて排ガス中のパティキ
   ュレートを捕集するフィルタに付着した前記パティキュ
   レートを燃焼させる排ガス浄化装置であって、外筒金属
   管と前記フィルタを内蔵する内筒金属管とから成り、前
   記外筒金属管と前記内筒金属管との間の空隙が密閉され
   た中空部である二重容器と、前記内筒金属管に内蔵さ
   れ、導入する所定流量の空気を加熱して熱風を前記フィ
   ルタに吹き付ける加熱部とを有し、前記二重容器は、前
   記中空部に連通する安全弁を有することを特徴とする排
   ガス浄化装置。