JP3554710B2

JP3554710B2 - 微粒子除去装置

Info

Publication number: JP3554710B2
Application number: JP2001078781A
Authority: JP
Inventors: 敏明大江
Original assignee: 敏明大江; 安藤政弘; 池田産業株式会社; 白井紀満; 植松育美
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002276342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ディーゼルエンジン等から排出される未燃焼の微粒子、特に黒煙等を捕集し除去する微粒子除去装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に都市部においてディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘや黒煙等の浮遊微粒子による大気汚染が問題となっており、早急な対策が求められている。
【０００３】
従来、この種の大気汚染における黒煙等の浮遊微粒子に対する排気ガス浄化装置としては、２つのセラミックファイバー製のフィルターを並列に配置し、一方のフィルターでは黒煙等の浮遊微粒子を捕集しつつ、他方のフィルターでは捕集した黒煙等の浮遊微粒子を焼却するように交互に切替えて用いるものが知られている。
【０００４】
また、高密度のセラミックハニカム構造体のフィルターを主要構成部材として、いわゆる黒煙に代表される未燃焼の微粒子を捕集するトラップシステムを構成し、ある程度堆積した未燃焼の微粒子を電気ヒータなどの加熱手段を用いて高温度化し、燃焼除去するようにしたものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような排気ガス浄化装置においてフィルターを並列に配置し切替え使用するものにあっては、黒煙等の浮遊微粒子を捕集するフィルターが２つ必要であり、その分全体容量も大きくならざるを得ず、車載用の装置としては限界があるものであった。さらに、重量およびコスト的にも問題が指摘されている。
【０００６】
また、高密度のセラミックハニカム構造体のフィルターを用いるものは、燃焼除去の際の急激な温度上昇によりハニカム構造体のフィルターに亀裂が生じたりする、燃焼熱によるフィルターの劣化や破損が起こり、未燃焼の微粒子を燃焼除去する除去効率が低下するなど耐久性に乏しいことが問題になっている。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる従来の問題を解決し、全体容量がコンパクトで、耐久性に富むと共に、従来品に比べて極めて廉価に作製することのできる微粒子除去装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の微粒子除去装置は、入口部、内部空間および出口部を有する容器と、前記容器の入口部に開口する開口部を有し、前記内部空間に配設された袋状のフィルター部材と、前記袋状のフィルター部材の内部に配設された微粒子捕集体と、前記微粒子捕集体と前記袋状のフィルター部材の底部との間に配設されたヒータとを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記袋状のフィルター部材の底部と前記容器の出口部との間に配設された補助ヒータをさらに備えてもよい。
【００１０】
さらに、前記袋状のフィルター部材は、セラミックファイバーから形成されたクロスであることが好ましい。
【００１１】
また、前記微粒子捕集体は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金の細線を張り巡らせて所定の通気性を備えて形成されていることが好ましい。
【００１２】
なお、前記微粒子捕集体は、所定の間隙を空けて前記袋状のフィルター部材内に配置されていてもよい。
【００１３】
ここで、前記容器は、前記入口部側から前記内部空間に向けて延在し、周方向にほぼ等間隔に配置された複数本の支持棒を有し、該複数本の支持棒によって前記袋状のフィルター部材の筒部および前記微粒子捕集体が支持されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記袋状のフィルター部材の筒部と前記容器との間には所定の通路空間が存することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、１００は本発明の一実施の形態にかかる黒煙等の微粒子除去装置全体を表し、１１０は鋼板から形成された容器である。容器１１０は、入口部１１２、内部空間１１４および出口部１１６を有し、本実施の形態では、入口部１１２は蓋部材１１８に、内部空間１１４は筒部材１２０の内側に、そして出口部１１６は筒部材１２０の端部に一体に形成された端部材１２２にそれぞれ設けられている。
【００１７】
１３０は袋状のフィルター部材を示し、該袋状のフィルター部材１３０は容器１１０の入口部１１２に開口する開口部１３２を有し、容器１１０の内部空間１１４内に配設されている。袋状のフィルター部材１３０は、図７にも示すように、セラミックファイバー製のクロスを袋状に縫製して形成され、開口部１３２の周りには取付け用のフランジ部１３４が折り返し縫製などにより形成されている。
【００１８】
さらに、上述の容器１１０の蓋部材１１８には、入口部１１２の周りの周方向にほぼ等間隔に配置されて複数本（本実施の形態では４本）の鋼製支持棒１２４が植設されている。該支持棒１２４は蓋部材１１８、換言すると容器１１０の入口部１１２側から内部空間１１４に向けて延在しており、袋状のフィルター部材１３０の筒部１３６を支持している。
【００１９】
なお、袋状のフィルター部材１３０のフランジ部１３４は、図１（ｂ）に詳細に示すように、容器１１０の筒部材１２０の端部に形成されたフランジ部１２１と蓋部材１１８との間に挟まれ、ボルトＢおよびナットＮ等の締結手段により締結されることによっても、容器１１０に保持されている。
【００２０】
次に、１４０は袋状のフィルター部材１３０の内部に配設された微粒子捕集体であり、上述の周方向にほぼ等間隔に配置された複数本の支持棒１２４によって支持されている。該微粒子捕集体１４０は、耐食耐熱性のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金の細線を張り巡らせて所定の通気性を有する塊として形成されており、本実施の形態では、微粒子捕集体１４０が２個、上流側微粒子捕集体１４０−１と蓋部材１１８との間および上流側微粒子捕集体１４０−１と下流側微粒子捕集体１４０−２との間に所定の間隙を空けて袋状のフィルター部材１３０内に配置されている。
【００２１】
さらに、微粒子捕集体１４０と袋状のフィルター部材１３０の底部１３８との間にはヒータ１５０が配設され、また、袋状のフィルター部材１３０の底部１３８と容器１１０の出口部１１６との間には補助ヒータ１６０が配設されている。ここで用いているヒータ１５０および補助ヒータ１６０は、図４および図５に示すようなシーズヒータであり、図６に示すように、容器１１０の筒部材１２０に溶着された固定部材１７０により固定支持されている。なお、本実施の形態では、ヒータ１５０は３個のシーズヒータ１５２，１５４，１５６で構成され、その中で一番上流側のヒータ１５２と補助ヒータ１６０は図４に示されるタイプ、二、三番目のヒータ１５４，１５６は図５に示されるタイプである。これは、所要の発熱量に基づき設定される。
【００２２】
さらに、袋状のフィルター部材１３０の筒部１３６と容器１１０の筒部材１２０との間には所定の通路空間１２３が存するように、筒部材１２０と袋状のフィルター部材１３０の筒部１３６との径方向寸法が設定されている。
【００２３】
ここで、本発明の微粒子除去装置に適したフィルター部材１３０および微粒子捕集体１４０について、さらに詳しく説明する。
【００２４】
フィルター部材１３０は、黒煙を捕捉しつつ、例えば、黒煙燃焼時の高温（１２００℃）にも耐え、通気性にも優れ、黒煙の燃焼ガス（灰）やその他の排気ガス中の塵埃等を透過させる機能を有することが必要であり、かかる要求を満たす材料としては、ネクステル（登録商標）３１２セラミックファイバーで形成されたクロス（住友スリーエム社製：ＡＦ−１４）が好ましい。これは、連続使用温度１２００℃に耐え、通気度７３ｍ／分、３００ないし７００℃における熱伝導率０．１４〜０．１７および１平米当りの空気透過度３２．５ｍ^３／分の特性を有するものである。本実施の形態では、かかるクロスを袋状に縫製して用いる。
【００２５】
また、微粒子捕集体１４０は、黒煙等の吸着捕集性に優れ、また、黒煙燃焼時の高温（１２００℃）や熱衝撃にも耐えると共に燃焼を助成する機能を有することが必要であり、かかる要求を満たす材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金（Ｆｅ−１８Ｃｒ−３Ａｌ、Ｆｅ−１９Ｃｒ−３．２５Ａｌ、Ｆｅ−１５Ｃｒ−５Ａｌ、Ｆｅ−２２Ｃｒ−５．５Ａｌ、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ、Ｆｅ−１７Ｃｒ−４Ａｌ等）が好ましい。これらは、高温においてその表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を生じ、赤外線をよく吸収して高い赤外線放射率を有していると考えられている。本実施の形態では、かかるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金の細線（０．３ｍｍ径）を通気孔径が３〜４ｍｍとなるように張り巡らして直径約２５０ｍｍ、厚さ約１００ｍｍの円柱状の塊とし、前後において差圧が生じないように形成している（細線の総長さ２００ｍ、重量８００ｇ）。なお、微粒子捕集体１４０の間の所定の間隔として約１００ｍｍ空けられている。
【００２６】
上述の構成になる微粒子除去装置１００がディーゼルエンジン（不図示）の排気系に装着され、エンジンが作動されると、エンジンから排出された排気ガスが入口部１１２から微粒子除去装置１００に流入することになる。排気ガスが流入すると、黒煙に代表される未燃焼の微粒子は微粒子捕集体１４０および袋状フィルター部材１３０で捕集され、微粒子成分が除去された浄化排気ガスが通路空間１２３を通り出口部１１６へ流れる。
【００２７】
エンジンのアイドリング時には、排気ガスの温度が低く、袋状フィルター部材１３０の微粒子捕集体１４０より上流側および微粒子捕集体１４０にはおびただしい量の黒煙が鈴なり状に付着して捕集され、微粒子捕集体１４０で捕捉され得なかった黒煙を含む微粒子が袋状フィルター部材１３０の微粒子捕集体１４０より下流側で捕集される。ここで、ヒータ１５０に温度条件等に応じて所定のタイミングで通電すると、加熱され、微粒子捕集体１４０および袋状フィルター部材１３０に捕捉されている黒煙が燃焼し、焼却される。
【００２８】
エンジンの中高負荷時には、エンジンの排気ガスの温度は比較的高く、アイドリング時に捕捉されながらも焼却され得なかった分も含めて、微粒子捕集体１４０に順次捕捉される黒煙が排気ガスの熱（６５０〜７００℃）とＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製の微粒子捕集体１４０の放射熱とにより自発的に連続的に燃焼し、焼却される。このように、例えば、車載のディーゼルエンジンのように、アイドリング運転と中高負荷運転とを繰り返すようなエンジンの場合には、アイドリング時に捕集された黒煙は中高負荷時における排気ガス温度の上昇により自発的に燃焼するので、必ずしもヒータ１５０を常時作動させる必要はない。
【００２９】
なお、補助ヒータ１６０はフィルター部材１３０および微粒子捕集体１４０に捕捉され得なかった極めて微細な粒子が存在する場合に通電動作させればよい。
【００３０】
上述のように、ヒータ１５０は常時動作させる必要はないので、例えば、微粒子除去装置１００内に温度センサを設け、温度がある時間に亘り所定温度以下に低下したときに通電して加熱するようにしてもよい。もちろん、電源に余裕がある場合には常時通電するようにしてもよい。なお、ヒータ１５０は微粒子捕集体１４０の下流、すなわち、袋状フィルター部材１３０との間に設けるのがよく、このようにすると、排気ガスの流動によるヒータ温度の低下を防止できるからである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の微粒子除去装置によれば、次の効果が得られることが発明者等の実験により確認されている。
【００３２】
（１）エンジンの運転状態で、黒煙等の微粒子の捕捉とその焼却処理を連続的に同時に行うので、従来のフィルターを並列に配置し切替え使用するタイプのものに比べ、コンパクトに構成することができる。その分、軽量化が可能である。
【００３３】
（２）微粒子捕集体としてＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金を用いることにより、従来のセラミックハニカム構造体のフィルターに比べ、劣化、破損等がなく、耐久性に優れ、しかも廉価な微粒子除去装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はその一部拡大図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】ヒータの一例を示す正面図である。
【図５】ヒータの他の例を半分のみ示す正面図である。
【図６】ヒータの取付け状態を示す断面図である。
【図７】袋状フィルター部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１０容器
１２０筒状部
１２３通路空間
１３０袋状フィルター部材
１３２開口部
１４０微粒子捕集体
１５０ヒータ
１６０補助ヒータ

Claims

入口部、内部空間および出口部を有する容器と、
前記容器の入口部に開口する開口部を有し、前記内部空間に配設された袋状のフィルター部材と、
前記袋状のフィルター部材の内部に配設された微粒子捕集体と、
前記微粒子捕集体と前記袋状のフィルター部材の底部との間に配設されたヒータと
を備えることを特徴とする微粒子除去装置。
前記袋状のフィルター部材の底部と前記容器の出口部との間に配設された補助ヒータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の微粒子除去装置。
前記袋状のフィルター部材は、セラミックファイバーから形成されたクロスであることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子除去装置。
前記微粒子捕集体は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金の細線を張り巡らせて所定の通気性を備えて形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の微粒子除去装置。
前記微粒子捕集体は、所定の間隙を空けて前記袋状のフィルター部材内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の微粒子除去装置。
前記容器は、前記入口部側から前記内部空間に向けて延在し、周方向にほぼ等間隔に配置された複数本の支持棒を有し、該複数本の支持棒によって前記袋状のフィルター部材の筒部および前記微粒子捕集体が支持されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の微粒子除去装置。
前記袋状のフィルター部材の筒部と前記容器との間には所定の通路空間が存することを特徴とする請求項６に記載の微粒子除去装置。