JP2009127442A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集塵フィルタ装置を高温にすることなく、かつ捕集効率の低下を最小限に抑えて、ＰＭの除去が可能であり、耐久性の向上を図るとともに、電極の再生を行うことが可能な排ガス浄化装置を提供することにある。
【解決手段】外殻１内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置２と、集塵フィルタ装置２の内側に形成され、ＰＭを含む排ガスが流れる排ガス通路７と、排ガス通路７を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに集塵フィルタ装置２との間に排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風３０を発生させる放電電極４０とを備えた排ガス浄化装置５０において、集塵フィルタ装置２と外殻１との間には、酸化触媒１１を塗布したヒータ１０が設けられ、ヒータ１０を加熱することにより、集塵フィルタ装置２で捕集した排ガス中ＰＭを燃焼させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の排ガス中に含まれる粒子状物質（パティキュレートマター、以下ＰＭという）などの除去を行う排ガス浄化装置に関する。

図６は、特許文献１（ＷＯ２００５／０２１１６１号公報）に開示された電気式集塵装置の例を示す概略断面図である。
図６において、集塵装置１００は、筒状の外殻１と、放電極主部４及び放電極放電部３からなる放電電極４０と、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置２とを備えている。放電電極４０は、高圧導線５ａ及び碍子５を介して高電圧発生装置２０に接続されている。また、碍子５は、碍子室６内に収納されている。

上記外殻１は筒状に形成され、その内部はＰＭを含む排ガスが流れる排ガス通路７となっており、排ガスは、排ガス通路７を放電電極４０に沿って、図６中の矢印のように流れるようになっている。このため、放電電極４０は、排ガス通路７の中央を排ガス流の方向に沿って延在する放電極主部４と、該放電極主部４から排ガス通路７を横切って集塵フィルタ装置２の側に向かって延びる刺状に形成された複数の放電極放電部３とから構成されている。

このような集塵装置１００においては、高電圧発生装置２０からの高電圧を、高圧導線５ａを介して放電電極４０に印加すると、放電極主部４及び複数の放電極放電部３から集塵フィルタ装置２の集塵極に向けて飛び出すイオンに誘起されたイオン風が生じる。これによって、排ガス流中に含まれるＰＭの大部分は集塵極を通り、該ＰＭはガスとともに集塵極の外側に配置された集塵フィルタ層に導かれ、該集塵フィルタ層にてＰＭの大部分が捕集され、浄化ガスになる。

ＷＯ２００５／０２１１６１号公報

一般に、ディーゼルエンジン等の排ガス中のＰＭを除去して浄化処理を行うには、黒煙除去装置であるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が利用されている。しかしながら、かかるＤＰＦには、次のような問題点がある。
すなわち、経時的に、ＤＰＦでは、フィルタの目詰まりによる圧力損失が上昇し、定期的に目詰まりの除去再生を行わないと、フィルタの目詰まりにより排気側に負荷が掛かり燃料消費率が上昇するとともに、エンジン出力の低下を来たす、などの悪影響を及ぼすことになる。しかも、このフィルタの目詰まりがさらに進行すると、エンジン停止の事態が発生するおそれがある。

そこで、先行技術として、上記特許文献１のような、ＰＭを低圧力損失で処理可能な電気式集塵装置が採用されている。しかしながら、この電気式集塵装置には、電極の再生について次のような問題がある。
すなわち、上記電気式集塵装置１００においては、集塵フィルタ装置２にて捕集されたＰＭは、定期的に除去して集塵フィルタ装置２を再生する必要がある。この再生の手段としては、通常次のような方法が用いられている。
集塵フィルタ装置２の多孔質部にヒータを設け、捕集したＰＭを当該ヒータの加熱により燃焼焼却して電極の再生を実施しているが、ＰＭを燃焼させるには５００℃以上の高温にする必要があり、装置の耐久性に問題がある。また、このようなＰＭが集塵フィルタ装置２の集塵極や集塵フィルタ層に付着すると、捕集効率の低下が避けられなくなる。その結果、下流側に位置する碍子５の表面が残存ＰＭで経時的に汚れてしまい、絶縁が保持できなくなって、所定の電圧を安定して印加できなくなる。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、集塵フィルタ装置を高温にすることなく、かつ捕集効率の低下を最小限に抑えて、ＰＭの除去が可能であり、耐久性の向上を図るとともに、電極の再生を行うことが可能な排ガス浄化装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス浄化装置において、前記集塵フィルタ装置と前記外殻との間には、酸化触媒を塗布したヒータが設けられ、前記ヒータを加熱することにより、前記集塵フィルタ装置で捕集した前記排ガス中の粒子状物質を燃焼させるように構成されている。

本発明において、前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であることが好ましい。

また、本発明は、筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス浄化装置において、前記集塵フィルタ装置と前記外殻との間には、空間部が設けられ、前記空間部には、前記集塵フィルタ装置の上流側から下流側に向けて圧縮空気を噴出させる噴出ノズルが設けられている。

本発明において、前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であり、前記噴出ノズルは、前記空間部の周方向に間隔を置いて複数個配設されていることが好ましい。

さらに、本発明は、筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス浄化装置において、前記集塵フィルタ層が、酸化触媒を塗布したヒータで構成され、前記ヒータを加熱することにより、前記集塵フィルタ層で捕集した前記排ガス中の粒子状物質を燃焼させるように構成されている。

本発明において、前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であることが好ましい。

上述の如く、本発明に係る排ガス浄化装置は、筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えたものであって、前記集塵フィルタ装置と前記外殻との間には、酸化触媒を塗布したヒータが設けられ、前記ヒータを加熱することにより、前記集塵フィルタ装置で捕集した前記排ガス中の粒子状物質を燃焼させるように構成され、具体的には、前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であるので、ヒータの表面に塗布した酸化触媒の作用により、排ガス中のNOが酸化してNO_２となり、このNO_２がＰＭと接触すると、燃焼開始温度が２５０〜３５０℃となる。

したがって、ＰＭを燃焼させるのに５００℃以上の高温にする必要がある従来技術に比べて、約２５０〜１５０℃低い温度でＰＭを完全燃焼させことができる。これにより、装置の耐久性が向上し、ＰＭが低温でも完全燃焼させることが可能になるので、残存ＰＭは少なく、捕集効率の低下を防止できるとともに、電極を再生することができる。

また、本発明は、上記排ガス浄化装置において、前記集塵フィルタ装置と前記外殻との間には、空間部が設けられ、前記空間部には、前記集塵フィルタ装置の上流側から下流側に向けて圧縮空気を噴出させる噴出ノズルが設けられ、具体的には、前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であり、前記噴出ノズルは、前記空間部の周方向に間隔を置いて複数個配設されているので、汎用の噴出ノズルから圧縮空気を噴出するのみで、集塵フィルタ装置に付着したＰＭを簡単に除去できるとともに、燃焼させることなく集塵フィルタ装置の電極再生が可能となる。

さらに、本発明は、上記排ガス浄化装置において、前記集塵フィルタ層が、酸化触媒を塗布したヒータで構成され、前記ヒータを加熱することにより、前記集塵フィルタ層で捕集した前記排ガス中の粒子状物質を燃焼させるように構成され、具体的には、前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であるので、集塵フィルタ層を構成するヒータの表面に塗布した酸化触媒の作用により、排ガス中のNOが酸化してNO_２となり、このNO_２がＰＭと接触すると、燃焼開始温度が２５０〜３５０℃となる。よって、上記発明と同様、ＰＭを燃焼させるのに５００℃以上の高温にする必要がある従来技術に比べて、約２５０〜１５０℃低い温度でＰＭを完全燃焼させことができる。これにより、装置の耐久性が向上し、ＰＭが低温でも完全燃焼させることが可能になるので、残存ＰＭは少なく、捕集効率の低下を防止できるとともに、電極を再生することができる。

以下、本発明に係る排ガス浄化装置について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大図である。図２は集塵フィルタ装置の第１例を示す図１のＡ矢視図、図３は集塵フィルタ装置の第２例を示す図１のＡ矢視図である。
図１〜図３において、本実施形態の排ガス浄化装置５０は、筒状の外殻１と、放電極主部４及び放電極放電部３からなる放電電極４０と、集塵極２ａ及び集塵フィルタ層２ｂからなる集塵フィルタ装置２とを備えている。そして、放電電極４０は、碍子室６内に配置された高圧導線５ａ及び碍子５を介して図示しない高電圧発生装置（図６参照）に接続されている。なお、集塵極２ａは、ＰＭを通過させる開口を備えた導電性の金網などの導電性素材で形成され、集塵フィルタ層２ｂは、積層した金網、ポーラスなセラミックスなどの通気性を有する素材で形成されている。

上記外殻１は、横向きに配置する円筒状に形成されている。外殻１の内部は、ＰＭを含む排ガスが矢印のように流れる排ガス通路７となっており、該排ガス通路７の中央部には、放電電極４０が配置されている。この放電電極４０は、排ガス通路７の中央に位置し、排ガス通路７の軸方向に沿って延在する放電極主部４と、該放電極主部４から排ガス通路７を横切って集塵フィルタ装置２の側に向かって延びる刺状に形成された複数の放電極放電部３とから構成されている。
これら放電極放電部３は、図１に示すように、上流側から下流側にかけて、放電極主部４の軸心方向に沿って一定の間隔を置いて設けられ、かつ放電極主部４の軸心方向の同一位置では、図２及び図３に示すように、互いに先端を離した状態で放電極主部４の外周面に一定の間隔を開けて放射状に配置されている。本実施形態では、同一位置で４つの放電極放電部３が設けられており、９０度間隔に配置されている。

このような排ガス浄化装置５０においては、図示しない高電圧発生装置からの高電圧を、高圧導線５ａを介して放電電極４０に印加することで、放電極主部４及び複数の放電極放電部３から外殻１の内側に位置する集塵フィルタ装置２の集塵極２ａに向けてイオンが飛び出し、該イオンに誘起されたイオン風３０が生じる。このイオン風３０によって、排ガス流中に含まれるＰＭの大部分は集塵極２ａを通り、ガスとともに集塵極２ａの外側に配置された集塵フィルタ層２ｂに導かれ、該集塵フィルタ層２ｂにてＰＭの大部分が捕集され、浄化ガスとして下流側に導かれることになる。

また、本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置５０において、集塵フィルタ装置２の外周と外殻１の内周との間には、図１及び図２に示すように、図示しない電源に接続されたヒータ１０が設けられている。このため、集塵フィルタ装置２は、横断面形状が円形の筒状体であり、外殻１の内周との間に空間を形成して配置されている。あるいは、集塵フィルタ装置２は、図３に示すように、横断面形状が多角形（本実施形態では四角形）の筒状体であり、角部を除き外殻１の内周との間に空間を形成して配置されている。

一方、上記ヒータ１０は、軸方向長さが集塵フィルタ装置２とほぼ同じ大きさのロッド状部材を用いて形成され、集塵フィルタ装置２の外周に沿って間隔を置いて複数本配置されている。また、ヒータ１０の外表面には、酸化触媒１１が塗布されている。ここで、酸化触媒１１の機能とは、白金、パラジウムなどの触媒作用により、排ガス中のＮＯが酸化してＮＯ_２となり、このＮＯ_２がＰＭと接触すると、ＰＭ中の燃焼温度が２５０〜３５０℃の低温となるものである。

このように、第１実施形態の排ガス浄化装置５０では、横断面形状が円形または多角形の筒状体の集塵フィルタ装置２と円筒状の外殻１との間であって、集塵フィルタ装置２の外周に沿って間隔を置いて複数本のヒータ１０が設けられ、かつ、これらヒータ１０の表面に酸化触媒１１が塗布されており、ヒータ１０を加熱することにより、集塵フィルタ装置２で捕集したＰＭを燃焼させているため、ヒータ１０の表面に塗布した酸化触媒１１の作用により、ＰＭは２５０〜３５０℃の低温で燃焼する。

したがって、ＰＭを燃焼させるのに５００℃以上の高温が必要となる従来技術に比べて、約２５０〜１５０℃も低い温度で、排ガス中のＰＭを完全燃焼させことができる。これにより、排ガス浄化装置５０の耐久性が向上し、ＰＭが低温でも完全燃焼でき、捕集効率の低下も防止できることから、残存ＰＭの少ない浄化ガスが得られる。

［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略断面図である。
図４において、本実施形態の排ガス浄化装置５０では、横断面形状が円形または多角形の筒状体である集塵フィルタ装置２の外周と、円筒状の外殻１の内周との間に空間部１３が設けられている。そして、この空間部１３の上流側には、集塵フィルタ装置２の上流側から下流側に向けて圧縮空気１４ａを噴出させるように構成された複数の噴出ノズル１４が設けられている。
また、これら噴出ノズル１４は、空間部１３の周方向に一定の間隔を置いて配設されており、分配管１５、供給管１６及び開閉弁１７を介して圧縮空気源１８に接続されている。なお、分配管１５及び供給管１６は、連結部材１９によって外殻１に取付けられている。
その他の構成は上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。

このように、本発明の第２実施形態の排ガス浄化装置５０においては、集塵フィルタ装置２と外殻１との間に空間部１３が設けられ、この空間部１３に複数の噴出ノズル１４が周方向に一定の間隔を置いて配設されているため、圧縮空気源１８からの圧縮空気１４ａが、開閉弁１７を開くことにより供給管１６及び分配管１５を通して噴出ノズル１４に送られ、該噴出ノズル１４から空間部１３内に集塵フィルタ装置２の上流側から下流側に向けて均等に噴出されることになる。したがって、本実施形態の排ガス浄化装置５０によれば、燃焼させることなく低温のままで、集塵フィルタ装置２にて捕集されたＰＭを簡単に除去でき、集塵フィルタ装置２の迅速な清掃によって、集塵フィルタ装置２の再生が可能となる。

［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略断面図である。
図５において、本実施形態の排ガス浄化装置５０では、集塵極２１ａ及び集塵フィルタ層２１ｂからなる集塵フィルタ装置２１を備えており、集塵フィルタ層２１ｂは、酸化触媒を塗布したヒータで構成されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。

このように、第３実施形態に係る排ガス浄化装置５０では、集塵フィルタ装置２１の集塵フィルタ層２１ｂが、酸化触媒を塗布したヒータで構成されており、該ヒータを加熱することにより、集塵フィルタ層２１ｂで捕集した排ガス中のＰＭを燃焼させているため、当該ヒータの表面に塗布した酸化触媒の作用により、ＰＭは２５０〜３５０℃の低温で燃焼し、より簡単な構造で上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。
例えば、既述の実施形態では、酸化触媒１１がヒータ１０のみに塗布されているが、集塵フィルタ装置２の集塵フィルタ層や外殻１の内周面にも塗布することが可能である。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る酸化触媒の第１例を示す図１のＡ矢視図である。 本発明の第１実施形態に係る酸化触媒の第２例を示す図１のＡ矢視図である。 本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略断面図である。 従来の電気式集塵装置の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 外殻
２ 集塵フィルタ装置
２ａ 集塵極
２ｂ 集塵フィルタ層
３ 放電極放電部
４ 放電極主部
５ａ 高圧導線
７ 排ガス通路
１０ ヒータ
１１ 酸化触媒
１３ 空間部
１４ 噴出ノズル
１４ａ 圧縮空気
１５ 分配管
１６ 供給管
１７ 開閉弁
１８ 圧縮空気源
２１ 集塵フィルタ装置
２１ａ 集塵極
２１ｂ 集塵フィルタ層
３０ イオン風
４０ 放電電極
５０ 排ガス浄化装置

Claims (6)

1. 筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス浄化装置において、
   前記集塵フィルタ装置と前記外殻との間には、酸化触媒を塗布したヒータが設けられ、前記ヒータを加熱することにより、前記集塵フィルタ装置で捕集した前記排ガス中の粒子状物質を燃焼させるように構成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であ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. 筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス浄化装置において、
   前記集塵フィルタ装置と前記外殻との間には、空間部が設けられ、前記空間部には、前記集塵フィルタ装置の上流側から下流側に向けて圧縮空気を噴出させる噴出ノズルが設けられていることを特徴とする排ガス浄化装置。
4. 前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であり、前記噴出ノズルは、前記空間部の周方向に間隔を置いて複数個配設されていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。
5. 筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に該排ガス通路を横切る方向に互いに先端を離した状態で設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス浄化装置において、
   前記集塵フィルタ層が、酸化触媒を塗布したヒータで構成され、前記ヒータを加熱することにより、前記集塵フィルタ層で捕集した前記排ガス中の粒子状物質を燃焼させるように構成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
6. 前記集塵フィルタ装置は、横断面形状が円形または多角形の筒状体であることを特徴とする請求項５に記載の排ガス浄化装置。

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