JPH05141219A - 排気中の微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低負荷時や高負荷時のいずれにおいても熱回
収部の熱伝達率を低下することなく、排気中から有機留
分の大気への排出を低減することができる微粒子除去装
置を提供することを目的とする。 【構成】 微粒子及び有機留分を含む排気が流れる排気
１１の流路に、ろ過エレメント１２を配し、ろ過エレメ
ント１２の温度を調整する手段を設けた。この手段とし
ては、ろ過エレメント１２を貫通、又はろ過エレメント
１２に接しており、その内部に熱媒体が流れる伝熱管１
８が配設される。伝熱管１８の他にヒートパイプ等の伝
熱素子が使用される。高負荷時にろ過エレメント１２が
冷却され、有機留分がミストとなって微粒子ろ過部で捕
捉され、大気への排出が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排気中の微粒子除去装置
に係り、特にボイラ、内燃機関等から排出される高温の
燃焼排気中に含まれる微粒子及び有機留分を除去するに
好適な排気中の微粒子除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関等の内燃機関やボイラ等
の燃焼装置の排気中には、環境汚染の原因となる炭素及
び燃料中の灰分を主成分とする微粒子、すなわち煤塵
や、冷却されるとミスト、すなわち液状の微粒子となる
有機留分の蒸気が含まれている。有機留分の中では、可
溶性有機留分すなわちＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇ
ａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）と呼ばれる物質が特に多
い。可溶性有機留分は、未燃の潤滑油及び同定不可能な
燃焼生成物等から成る、炭素数１０〜２０程度の炭化水
素類を主にした燃焼排出物質である。可溶性有機留分の
気化温度は概略１５０℃〜４５℃の範囲にある。

【０００３】この様な微粒子及び有機留分の大気への放
出を低減するために、昭和６３年からは大気汚染防止法
施行令及び同法施行規則が改正、施行され、法の規制も
強化されている。

【０００４】微粒子を除去するための装置としては、自
動車等に積載される比較的小型の機関に付設されるもの
として図１４に示す様な排気入口１０と浄化ガス出口１
３とを備えたケーシング１５内に柱状あるいは板状のろ
過エレメント４３を配し、その外周には、緩衝材１６を
有しておりろ過エレメント４３で排気に含まれる微粒子
をろ過するものが提案されている。ろ過エレメント４３
に用いられる素材としては、三次元網目微小路を有する
セラミックフォーム、金属フォーム或いはセラミックや
金属等の燃結体、織布、繊維成形体等が知られている。
ろ過エレメント４３上に捕捉された微粒子はそこに担持
されている酸化触媒の作用によるか、別に設置されたバ
ーナ等の焼却手段により、焼却される。しかしながら、
ディーゼル機関等から排出される排気中の微粒子は数ミ
クロン以下のものが多い。従って、目の細かい素材でエ
レメントを構成する必要があるが、機関効率を維持する
ためには、流動抵抗をできるだけ小さくすることが肝要
となる。

【０００５】そのためには、排気の流速を下げ、ろ過部
の通気面積を広くとることが必要となるが、図１４に示
す様な従来の装置では機関出力あたりの装置サイズが相
対的に大きくなり好ましくない。この様な点に鑑み、図
１５及び図１６図の様なハニカム構造のろ過エレメント
４４が提案されている。多数の小流路すなわちセル４７
により構成されるハニカム構造体において、その入口側
端面４５及び出口側端面４６の隣接するセル４７を交互
に封止材４９で封止する。この時、入口側が封止された
セル４７は出口側では開口しており、出口側で封止した
セル４７は入口側が開口している。排気１１は入口側が
開口したセルからセル壁４８を貫通して、隣接する出口
側開口セルに至る。

【０００６】この装置においては、微粒子は主としてセ
ル壁４８の表面で捕捉される。この様な構造はハニカム
の流動方向長さを長くすればろ過面積が比例的に増加す
るので、排気管断面をあまり大きくすることなく必要な
ろ過面積を確保することに関しては有利となる。しか
し、この様なハニカム型ろ過エレメントは押し出し成型
等の方法で一体に製作されているために、大型化が困難
なこと、セルのサイズ等にも制限があること、セル内に
堆積する微粒子の量に偏りがあったり量が多すぎたりす
ると、焼却処理時にはエレメントの焼損や温度分布に起
因する破損がおきること、セルの一部分の破損に対して
もエレメント全部を交換する必要があること等の欠点も
有する。

【０００７】一方、大型固定設備用の微粒子除去装置と
しては、微粒子ろ過部として、前述したいずれのエレメ
ントを採用するにしても、図１７の様な構成となるのが
普通である。発電機２に接続されたディーゼル機関１か
ら排出される排気１１は、微粒子ろ過部５０で排気中の
微粒子を低減され、通常は熱回収部６を経て煙突７から
放出される。微粒子ろ過部５０における目詰まりの検出
には、微粒子ろ過部５０の上流と下流の差圧を計測する
差圧検出器９が用いられる。ろ過部の目詰まりが検出さ
れると、ダンパ２９を開き、例えばバーナ２８から高温
ガスを供給して、微粒子ろ過部５０に堆積した微粒子を
焼却する。

【０００８】一方、ディーゼル機関１は、水冷ジャケッ
ト３を備えており、ポンプ８を経て供給される給水２２
により冷却される。また、前記給水２２は水冷ジャケッ
ト３から温水２６として排出され、その一部又は全部が
熱回収入口弁２０を介して熱回収部の伝熱管５１に供給
され、熱回収用の熱媒体として作用し、より高温の温水
又は蒸気２１となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、排気中
には炭素質及び灰分からなる微粒子の他に有機留分を含
む。この有機留分は、排気の温度が高い場合には蒸気、
低い場合にはミストとして存在する。ディーゼル機関等
の起動時や低負荷時には排気温度が低いので、微粒子ろ
過部５０には前記微粒子及び有機留分の大半が捕捉され
るが、高負荷運転時は排気温度が高くなり、前期有機留
分の大部分が蒸気として微粒子ろ過部５０を透過し、大
気に放出されることになる。

【００１０】一方、微粒子ろ過部５０の下流には熱回収
部が設置されるが、伝熱管の表面温度は前記有機留分が
凝縮する温度以下であることが多い。従って、有機留分
の一部は伝熱管の表面に付着し、さらにろ過部で捕捉さ
れなかった微粒子の付着をも助長して、伝熱管の汚れを
増し、熱伝達率を著しく低下させる。

【００１１】本発明の目的は、熱回収部の熱伝達率を低
下させることなく、排気温度が低い起動時や低負荷時の
みならず、排気温度が高い高負荷運転時にも、有機留分
の大気への排出を低減し得る排気中の微粒子除去装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、微粒子及び
有機留分を含む排気が流れる排気流路にろ過エレメント
を配置し、該ろ過エレメントの温度を調整、主として冷
却することによって達成される。ろ過エレメントの温度
調整手段としては、ろ過エレメントを貫通、又はろ過エ
レメントに接して、その内部に熱媒体が流れる伝熱管を
配するか、或いはその一端が前記ろ過エレメントを貫
通、又はろ過エレメントに接し、他端がケーシングの外
側に位置するヒートパイプ等の伝熱素子を配する等の手
段が採用される。

【００１３】

【作用】排気温度が高い高負荷運転時に、蒸気として微
粒子ろ過部に供給される有機留分は、冷却されることに
より、その大部分がミストとなり、微粒子ろ過部で捕捉
され、大気への排気量が低減される。

【００１４】さらに、ろ過エレメントへのミスト付着に
より炭素質及び灰分からなる微粒子の捕捉も助長される
ため、微粒子そのものの排出量も低減される。また、微
粒子ろ過部の下流に配される熱回収部伝熱管の汚れも少
なくなり、熱伝達率の低下も小さく、システム全体にお
ける熱効率の向上を図ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１における第１の実施例において、図１７に示
す従来の同一の構成部分は同一符号で示している。微粒
子除去装置５は、ディーゼル機関１の排気流路４に設置
される。微粒子除去装置５の下流には、熱回収部６が配
される。微粒子除去装置５は、主として、排気入口１０
と浄化ガス出口１３とを備えるケーシング１５、ろ過エ
レメント１２及び伝熱管１８から成る。ろ過エレメント
１２は、緩衝材１６によってケーシング１５内に保持さ
れている。ろ過エレメント１２としては、熱伝導率の大
きい素材で構成する方が伝熱の面から考えて望ましい。
ろ過エレメント１２には、金属酸化物、貴金属等に代表
される酸化触媒が担持されている。

【００１６】。本実施例では、伝熱管１８はろ過エレメ
ント１２を貫通するように配置されているが、伝熱面積
を増加させ、冷却能力を高めるために、図２の様に管群
を形成せしめると良い。

【００１７】一方、前記した如くディーゼル機関１は、
水冷ジャケット３を備えており、ポンプ８を経て供給さ
れる給水２２により冷却される。さらに、前記給水は水
冷ジャケット３から温水２６として排出され、その一部
は熱回収部６の伝熱管５１に供給され、熱回収用の熱媒
体として作用し、より高温の温水又は蒸気２１となる。
また、前記温水２６は微粒子除去装置５内の伝熱管１８
にも供給される。伝熱管１８及び５１には、それぞれろ
過エレメント入口弁１７及び熱回収部入口弁２０が設け
られる。微粒子除去装置５における排気出入口の差圧を
検出するために差圧検出器９及びろ過エレメント１２の
温度を監視するために温度検出器５２が、それぞれ設置
されている。なお、２４及び２５はバイパス弁である。

【００１８】次に上記のように構成される第１実施例の
作用を説明する。微粒子及び有機留分蒸気を含む排気１
１は、微粒子除去装置５の排気入口に供給される。一
方、伝熱管１８には、冷却用熱媒体として温水２６が供
給され、伝熱管１８の周囲のろ過エレメント１２が冷却
される。そのため、ろ過エレメント１２に触れた前記排
気中の有機留分蒸気は液化してミストとなり、炭素質及
び灰分からなる微粒子と共にろ過エレメント１２に捕捉
される。微粒子及び有機留分が低減された浄化ガス１４
は、浄化ガス出口１３から排出され、熱回収部６を経て
煙突７から大気へ放出される。

【００１９】熱回収部６では、既に微粒子及び有機留分
が低減されているので、伝熱管５１は汚されることな
く、熱伝達率の低下もない。差圧検出器９により微粒子
除去装置５の差圧が許容値を越えたことが検出された場
合には、排気温度が高い高負荷時を見計らって、ろ過エ
レメント入口弁１７を調整し、伝熱管１８内の温水の流
量を減じるか、温水の供給を停止して、ろ過エレメント
１２及び伝熱管１８の表面温度を上昇させる。これによ
り、ろ過エレメント１２に担持された酸化触媒を機能さ
せ、ろ過エレメント１２に捕捉されている微粒子及び有
機留分を燃焼させ、ろ過エレメント１２の再生を図るこ
とができる。

【００２０】本実施例では、ろ過エレメント１２に酸化
触媒を担持してあるので、ろ過エレメント再生のための
特別な熱源を要することなく、ろ過エレメント１２の再
生が行え、経済性に優れた装置を提供することができ
る。

【００２１】なお、ろ過エレメント再生時に、ろ過エレ
メント１２の温度を温度検出器５２により検出して、ろ
過エレメント入口弁１７により伝熱管１８内の温水流量
を調整することによって、ろ過エレメント１２の焼損を
防止することもできる。また、本実施例では、熱回収部
６へ供給する予熱水を一部分岐して伝熱管１８に供給し
ているが、伝熱管１８に空気或いはその他の流体を熱媒
体として用いても良い。

【００２２】本発明の第２の実施例を図３に示す。第２
の実施例は、ろ過エレメント１２を再生するに当たっ
て、ろ過エレメント１２内に堆積した微粒子及び有機留
分に着火するための電気ヒータ２７をろ過エレメント１
２の上流側に設けたものであり、焼却再生のための着火
動作を確実に行わせしめることができる。上記した構成
以外の部分は、第１実施例と同様である。

【００２３】本発明の第３の実施例を図４に示す。本実
施例では、ろ過エレメント１２を再生するに当たって、
微粒子除去装置の上流にバーナ２８を付設し、ダンパ２
９及びダンパ３０を介して高温ガスをろ過エレメント１
２に供給するものであり、再生時におけるろ過エレメン
ト１２の温度分布が比較的均等になるため、ろ過エレメ
ント１２の部分的な焼損や破損を防止することができ
る。

【００２４】本発明の第４の実施例を図５に示す。本実
施例では、ろ過エレメント１２を貫通する伝熱管１８の
周りに電気抵抗体３１を配してある。ろ過エレメント１
２の焼却再生時に迅速な加熱昇温が可能となるだけでな
く、伝熱管１８近傍に多量に堆積する微粒子及び有機留
分の焼却に特に有効になる。

【００２５】本発明の第５の実施例を図６に示す。本実
施例では、ろ過エレメント１２は排気の流れ方向から見
て、熱媒体１９ａ、１９ｂが流動する伝熱管１８の周囲
に形成された酸化触媒担持部３３の上流側に、γ−アル
ミナ、ゼオライト等に代表される有機留分吸着材担持部
３２を配したものである。吸着材は、所定の温度条件に
おいて、有機留分を吸着又は放出するので、酸化触媒担
持部３２の後流部に配された酸化触媒の反応負荷を平均
化することができ、更にはろ過エレメント１２の部分的
な焼損や破損を防止することができる。また、有機留分
の大気への放出を、排気温度の高低にかかわらず抑制す
ることができる。

【００２６】図７及び図８図は、本発明の第６の実施例
の要部の実施例を示し、ろ過エレメントを複数のブロッ
ク３４に分割し該ブロックの一部又は全部に伝熱管１８
を配したものである。本実施例では、ろ過エレメント内
に温度分布を生じた場合でも、熱応力によるエレメント
の破壊を最小限にくい止めることができる。また、図８
に示す様に、ろ過エレメントブロック３４を千鳥配列と
なる様に積層配置すれば、ろ過エレメント内における排
気１１の吹き抜けも防止することができ、浄化ガス１４
として排出される。

【００２７】図９は本発明の第７の実施例を示してお
り、ろ過エレメントと伝熱管は必ずしも一体化されてい
る必要はなく、排気の流れ方向に複数のろ過エレメント
ブロック３５を間隔をあけて配し、各ろ過エレメントブ
ロック３５の間隙に伝熱管１８群を配置しても良い。こ
の時、ろ過エレメントブロック３５と伝熱管１８を接触
させて置けば、伝熱管１８によるろ過エレメントブロッ
ク３５の冷却効果は維持できる。

【００２８】ろ過エレメントブロックは図７に示した様
な構造だけでなく、図１０〜図１２に示すような様々な
構造をとることができる。図１０及び図１１は一つのろ
過エレメントブロック３６、３７に熱媒体１９が供給さ
れる複数の伝熱管１８を配したもの、図１２はろ過エレ
メントとして波板３８を用いたものである。波板３８を
用いた図１２の例では、該単位ブロックを積層してハニ
カムブロックを形成させる。

【００２９】この様な構造のろ過エレメントは、主とし
て有機留分を低減するのに適しており、圧力損失が低
く、ほとんど目詰まりの心配がない。ろ過エレメントと
伝熱管の一体化には、ろ過エレメントの材質に応じて、
拡管、圧着、ろう付け、溶接、接着剤による接着及び鋳
込み成型等、諸々の方法が採用される。本発明の第７の
実施例を図１３に示す。本実施例では、ろ過エレメント
の冷却素子として、ヒートパイプ３９を用いたものであ
る。ヒートパイプ３９は非凝縮性ガスを除いた管内に作
動液を密封し、作動液の蒸発と凝縮により伝達する伝熱
素子である。このヒートパイプ３９はその一端が吸熱部
４０、他端が放熱部４１となる。本実施例は、ヒートパ
イプ３９の一端がろ過エレメント１２を貫通、又はろ過
エレメント１２に接し、他端がケーシング１５の外側に
位置するようにヒートパイプ３９を配し、このヒートパ
イプ３９のケーシング１５の外側に位置する部分に冷却
手段４２を付加している。本実施例では、熱媒体の配管
が不要となるほか、冷却手段として自然対流等の現象を
利用することにすれば、システムが簡易化される。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、蒸気として供給される
有機留分をも冷却してミストとし、微粒子ろ過部で捕捉
するため、排気温度が低い起動時や低負荷時のみなら
ず、排気温度が高い高負荷運転時にも有機留分の大気へ
の排出を低減し得る。

【００３１】さらに、ろ過エレメントへのミスト付着に
より炭素質及び灰分からなる微粒子の捕捉も助長される
ため、微粒子の排出は一層低減される。また、微粒子ろ
過部の下流に配される熱回収部の汚れも少なくなり、熱
伝達率の低下も小さく、システム全体における熱効率の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる微粒子除去装置の第１の実施例を
示す概略的構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す概略的構成図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施例を示す概略的構成図であ
る。

【図５】本発明の第４の実施例を示す概略的構成図であ
る。

【図６】本発明の第５の実施例を示す要部の概略的構成
図である。

【図７】本発明の第６の実施例を示す要部斜視図であ
る。

【図８】図７のろ過エレメントブロックの使用例を示す
断面図である。

【図９】ろ過エレメントブロックの一態様を示す断面図
である。

【図１０】ろ過エレメントブロックの他の態様を示す断
面図である。

【図１１】ろ過エレメントブロックの更に他の態様を示
す断面図である。

【図１２】ろ過エレメントブロックの更に他の態様を示
す断面図である。

【図１３】本発明の第７の実施例を示す概略的構成図で
ある。

【図１４】従来の微粒子除去装置を示す要部断面図であ
る。

【図１５】従来の微粒子除去装置の他の例を示す要部斜
視図である。

【図１６】図１５のＢ−Ｂ’断面図である。

【図１７】従来の微粒子除去装置の例を示す概略的構成
図である。

【符号の説明】

１ ディーゼル機関 ２ 発電機 ３ 水冷ジャケット ５ 微粒子除去装置 ６ 熱回収部 ９ 差圧検出器 １２ ろ過エレメント １５ ケーシング １６ 緩衝材 １８ 伝熱管 １９ａ 熱媒体 １９ｂ 熱媒体 ２７ 電気ヒータ ２８ バーナ ３１ 電気抵抗体 ３２ 吸着材担持部 ３３ 酸化触媒担持部 ３４、３５、３６、３７ ろ過エレメントブロック ３９ ヒートパイプ ４０ 吸熱部 ４１ 放熱部 ４２ 冷却手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粒子及び有機留分を含む排気が流れる
   排気流路にろ過エレメントを配置し、このろ過エレメン
   トにより排気中の微粒子及び有機留分を捕捉し、除去す
   る排気中の微粒子除去装置において、前記ろ過エレメン
   トの温度を調整する温度調整手段を備えたことを特徴と
   する排気中の微粒子除去装置。
2. 【請求項２】 ろ過エレメントに、金属酸化物、貴金属
   等の酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項
   １の排気中の微粒子除去装置。
3. 【請求項３】 前記ろ過エレメント内の酸化触媒担持部
   分の排気流れ方向上流側に、γ−アルミナ、ゼオライト
   等の有機留分吸着物質を配したことを特徴とする請求項
   ２の排気中の微粒子除去装置。
4. 【請求項４】 前記ろ過エレメントを排気の入口と浄化
   ガスの出口とを備えるケーシング内に配し、前記ろ過エ
   レメントを貫通、又はろ過エレメントに接して、その内
   部に熱媒体が流れる伝熱管を配したことを特徴とする請
   求項１の排気中の微粒子除去装置。
5. 【請求項５】 前記温度調整手段が、前記ろ過エレメン
   トを冷却する装置と前記ろ過エレメントを加熱する手段
   とがそれぞれ別個に設置されていることを特徴とする請
   求項１の微粒子除去装置。
6. 【請求項６】 ろ過エレメントが複数のブロックに分割
   され、該ブロックの一部又は全部に伝熱管を配したこと
   を特徴とする請求項４の排気中の微粒子除去装置。
7. 【請求項７】 ろ過エレメントを排気の入口と浄化ガス
   の出口とを備えるヘーシング内に配し、その一端が前記
   ろ過エレメントを貫通、又はろ過エレメントに接し、他
   端がケーシングの外側に位置するヒートパイプを設置
   し、該ヒートパイプのケーシングの外側に位置する部分
   に冷却手段を付設したことを特徴とする請求項１の排気
   中の微粒子除去装置。
8. 【請求項８】 前記ケーシング内にろ過エレメントに捕
   捉された微粒子及び有機留分を焼却又は減量するための
   高温のガスを導入する手段を設けたことを特徴とする請
   求項４の微粒子除去装置。