JP4219420B2 - 排ガスフィルター浄化方法、及び排ガスフィルター浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関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）等を捕集し、捕集したものを燃焼させる排ガスフィルター浄化方法、及び排ガスフィルター浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ディーゼルエンジンが排出するパティキュレート（煤）が環境保護および健康上の理由から規制され始めている。これを取り除き、ディーゼルエンジンの排ガスを浄化するには、排気管の途中に耐熱性のセラミックハニカムのフィルターを取り付けパティキュレートを濾過する方法がある。そしてこの方法の特徴は、ある程度パティキュレートが堆積したとき、これに火をつけて燃焼させ、炭酸ガスに変えて大気に放出し、セラミックフィルタをクリーンに再生し、繰り返し使用することである。この作業を燃焼再生（リジェネレーション）と呼んでいる。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、排気圧力が過度に上昇し、エンジン及びエミッション性能を低下させる。従って、燃焼再生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、排気系にフィルタ２個を備え、排ガス浄化を交互に行う方式が提案されいる。燃焼再生は排ガス濾過中ではなく、ある程度パティキュレートが堆積した後、排ガス浄化はもう一方のフィルタで行っているときに、燃焼再生が実施される。昇温手段としては、電気ヒータ、バーナー、マイクロ波などによって、フィルタ温度を上げて、パティキュレートを燃焼させ、再生を実施している。
【０００３】
以下、従来例のディーゼル排ガス浄化装置を図面にもとづいて説明する。
図９は従来例におけるディーゼル機関の排ガス浄化装置の概略構成を示す模式図を示している。８ａ，８ｂはセラミックハニカム製のフィルタ、２０ａ，２０ｂはフィルタ８ａ，８ｂそれぞれを加熱するための電気ヒータ、６はエンジン排ガス流路を制御する弁、１１は燃焼再生のための二次空気の導入弁、１８ａ，１８ｂは燃焼再生のための二次空気の排気弁、１３は二次空気供給のためのエアブロア、４，５ａ，５ｂ，９ａ，９ｂはそれぞれエンジン排ガスの分岐配管、１０ａ，１０ｂ，１９ａ，１９ｂ，１２は燃焼再生の二次空気及びその排気の流路配管、１６はエアブロア１３や弁６，導入弁１１，排気弁１８ａ，１８ｂや電気ヒータ２０ａ，２０ｂを制御するコントローラー、２はディーゼルエンジン、３はマニホールド、７ａ，７ｂはフィルタ８ａ，８ｂを収納する容器である。
【０００４】
以上のように構成された、従来のディーゼル排ガス浄化装置の再生時についてその動作を説明する。
【０００５】
フィルタ８ａが排ガス浄化中、差圧センサー（図示せず）等の捕集量検知装置で、再生開始時期と判断する。これまで配管４から分岐配管５ａに流れていた排ガスは、弁６，導入弁１１が作動し、配管４から分岐配管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から流出する。一方再生開始時期と判断されたフィルタ８ａは、電気ヒータ２０ａに電力が供給され、加熱される。同時に導入弁１１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。あ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から流出する。ある時間経過後、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。ある時間経過すると、燃焼再生が完了したと判断して、エアブロア１３が停止し、排気弁１８ａが閉じ、二次空気の供給も終了し、フィルタ８ａは浄化待機の状態になる。
【０００６】
その後、差圧センサー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断する。以下、上記の記号ａとｂを入れ換えた動作が継続し、交互に排ガス浄化及び燃焼再生を繰り返す。
【０００７】
従来では、電気ヒータによる加熱を例にあげたが加熱方式としては、軽油等を燃料としたバーナーによる加熱方法（ＩＰＣコードＦ０１Ｎ３／０２、３３１）があり、課題として、バーナーの安定性や炎を出すため、安全性確保がある。また、マイクロ波加熱（特開平４−１３６４０９号公報）では、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や高電圧使用による安全性確保等の課題を有している。
【０００８】
また、フィルタ入り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、着火現象がみられ、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欠点がある。
【０００９】
また、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方式と呼ばれるフィルタ再生方法もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、電気ヒータによる加熱で火炎伝搬による燃焼であるため、フィルタ内の温度勾配が非常に大きくなり、フィルタのクラック発生の要因となっている。また、火炎伝搬で燃焼継続を実現するため、パティキュレートの捕集状態や捕集量によって、部分的にパティキュレートの燃え残りが発生して、捕集再生の繰り返しの中、異常燃焼で高温になり、溶損の原因となっている。クラック及び溶損とも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。
【００１１】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、フィルタにクラックが入ったり熔損することなどを抑制することができる排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、火炎伝搬による燃焼再生ではなく、空気を加熱媒体として、フィルタ全体を加熱し、フィルタ内温度が１００℃〜７００℃の間での温度上昇率が前記フィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように１００℃／分以下で加熱するものであり、フィルタのパティキュレートの捕集量が２０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を７５℃／分以下で加熱するものである。空気を加熱媒体として、フィルタ全体を加熱する為、いわゆる着火と呼ばれる急激な温度上昇の発生がなく、フィルタ内の温度勾配を小さくし、異常高温も防止できる。このため、フィルタのクラック及び溶損の発生を完全に防止できる。パティキュレートを捕集するフィルタとしては、ウォールスルータイプのハニカム構造で、材質としては、コージェライトやムライト、及びチタン酸アルミニューム等の材料が用いられる。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、直径４〜１３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）あたりの重量（グラム）で表し、１〜３０ｇ／Ｌ程度である。
【００１３】
空気を加熱する手段としては、空気加熱用電気ヒータやバーナーなどの燃料燃焼による空気加熱がある。空気加熱用電気ヒータの場合、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。加熱する空気量に応じて、ヒータ容量は決定される。
【００１４】
フィルタを収納する容器は、耐熱性のある金属を使用し、フィルタとの間には、蛭石等が含有され、熱によって膨張する材質のシール材があり、パティキュレートの漏れを防止する。また、この容器の放熱により、フィルタの内外周の温度差が発生するので、セラミックウールなどの断熱材で包み込む断熱方法が好ましい。
【００１５】
空気を送風する手段としては、エアブロアやエアポンプやコンプレッサー等があるが、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ーは大静圧であるが小流量である。
【００１６】
空気の流量としては、０．１〜２立米で多ければ多い程良いが、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。
【００１７】
パティキュレートの成分の一つに可溶性有機物（ＳＯＦ）があり、フィルタ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、本発明に用いるフィルタの前または後ろ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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の技術的手段による実施の形態は次のようになる。
【００１９】
本発明の請求項１に記載の発明は、火炎伝搬による燃焼再生ではなく、空気を加熱媒体として、フィルタ全体を加熱し、フィルタ内平均温度が１００℃〜７００℃の領域に於いては前記フィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように１００℃／分以下で加熱するものであり、再生後のフィルタの破損の発生がなく、パティキュレートの漏れ、汚染度の増加がなく、温度上昇率を１００℃／分以下に規定することにより単位時間当たりの発熱量を抑制することにより、いわゆる着火と呼ばれる急激な温度上昇の発生がなく異常高温を防止できる。このため、フィルタのクラック及び溶損の発生を完全に防止できるという作用を有する。請求項２に記載の発明はフィルター内平均温度を７００℃以下となるように前記フィルターを加熱したものであり、フィルター内平均温度を７００℃以下に規定することにより、フィルター内温度の異常高温を防止できる為、フィルタのクラック及び溶損の発生を完全に防止できるという作用を有する。請求項３に記載の発明はフィルターを加熱流体で加熱しフィルタのパティキュレートの捕集量が２０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を７５℃／分以下としたものであり、再生後のフィルタの破損の発生がなく、パティキュレートの漏れ、汚染度の増加がなく、フィルター全体を加熱しフィルター内の温度勾配を小さくすることができフィルタのクラックを防止することができるという作用を有する。請求項４に記載の発明は排ガスを通過させて前記排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを収納するフィルタ収納容器と、前記フィルタ収納容器内に排ガスを供給する第１の配管と、前記フィルタ収納容器から浄化された排ガスを放出する第２の配管と、前記フィルタの温度を検知する温度検知手段と、前記フィルタを加熱する加熱手段と、前記フィルタを加熱する時、前記加熱手段により空気を加熱媒体として前記フィルタ全体を加熱し、前記フィルタ内の平均温度が１００℃〜７００℃の領域においては、前記フィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を１００℃／分以下とするように前記温度検知手段からの情報を基に前記加熱手段に供給するエネルギーを制御する制御部を備えたことを特徴とする排ガスフィルター浄化装置であり、フィルター内の温度検知手段を有するものであり、この情報を基にフィルター内平均温度が１００℃〜７００℃の領域に於いて、フィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないようにフィルター内平均温度上昇率を１００℃／分以下と規定することにより、再生後のフィルタの破損の発生がなく、パティキュレートの漏れ、汚染度の増加がなく、フィルター内温度の異常高温を防止でき、又、単位時間当たりの発熱量を抑制することにより、いわゆる着火と呼ばれる急激な温度上昇の発生がなく異常高温を防止できる。この為、フィルタのクラック及び溶損の発生を完全に防止できるという作用を有する。
【００２０】
請求項５に記載の発明はフィルタのパティキュレートの捕集量が２０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を７５℃／分以下としたことを特徴とする排ガスフィルター浄化装置であり、再生後のフィルタの破損の発生がなく、パティキュレートの漏れ、汚染度の増加がないという作用を有する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図１から図３を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態における排ガス浄化装置を示す概略図である。
【００２２】
図１において、１０２はディーゼルエンジン、１０３はディーゼルエンジン１０２に接続されたマニホールド、１０４はマニホールド１０３に接続された配管、１０５ａ，１０５ｂはそれぞれ配管１０４に接続された分岐配管で、配管１０４と分岐配管１０５ａと分岐配管１０５ｂの接続部には分岐弁１０６が設けられている。また、分岐配管１０５ａには放出弁１１８ａを介して放出管１１９ａが接続されている。同様に分岐配管１０５ｂには放出弁１１８ｂを介して放出管１１９ｂが接続されている。
【００２３】
１０７ａは分岐配管１０５ａに接続されたフィルタ収納容器で、フィルタ収納容器１０７ａ内部には、排ガス中のパティキュレート等を補集し排ガスを浄化するフィルタ１０８ａと、電気ヒータ１１７ａと、フィルタ１０８ａと電気ヒータ１１７ａの間に配置された温度センサ１１４ａがそれぞれ収納されている。この時、フィルタ収納容器１０７ａ内には排ガスの流入方向に対して、フィルタ１０８ａと電気ヒータ１１７ａが順に配置されている。
【００２４】
１２１ａはフィルタ収納容器１０７ａ内のフィルタ１０８ａの両端の圧力差を測定する差圧センサである。
【００２５】
１０７ｂは分岐配管１０５ｂに接続されたフィルタ収納容器で、フィルタ収納容器１０７ｂはフィルタ収納容器１０７ａとほぼ同じ構成となっている。すなわちフィルタ収納容器１０７ｂ内部には、排ガス中のパティキュレート等を補集するフィルタ１０８ｂと、電気ヒータ１１７ｂと、フィルタ１０８ｂと電気ヒータ１１７ｂの間に配置された温度センサ１１４ｂがそれぞれ収納されており、しかもフィルタ収納容器１０７ｂ内には排ガスの流入方向に対して、フィルタ１０８ｂと電気ヒータ１１７ｂが順に配置されている。
【００２６】
１２１ｂはフィルタ収納容器１０７ｂ内のフィルタ１０８ｂの両端の圧力差を測定する差圧センサである。
【００２７】
１０９ａはフィルタ収納容器１０７ａに接続され、浄化した排ガスを放出する配管、１０９ｂはフィルタ収納容器１０７ｂに接続され、浄化した排ガスを放出する配管、１１３は空気流を発生させるエアブロア、１１２はエアブロア１１３に接続された配管、１１０ａ及び１１０ｂはそれぞれ配管１１２に接続された分岐配管で、分岐配管１１０ａ，１１０ｂはそれぞれ配管１０９ａ，１０９ｂに接続されている。１１１は配管１１２と分岐配管１１０ａと分岐配管１１０ｂの接合部に設けられた分岐弁である。
【００２８】
１１６は電気ヒータ１１７ａ，１１７ｂやエアブロア１１３等を制御する制御部である。
【００２９】
なお、それぞれの配管は耐食性のあるステンレス等で構成することが好ましい。また、各弁（放出弁や分岐弁など）の駆動方式はエア圧式や油圧式、また電磁式等がありどれを用いてもかまわない。また、各弁の排ガスなどと接触する部分は、耐食性のあるステンレス等で構成することが好ましい。
【００３０】
フィルタ１０８ａ，１０８ｂはそれぞれコージライトやムライト、及びチタン酸アルミニューム等の熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性、及び耐熱溶融性に優れた材料でしかも圧力損失の小さなハニカム構造が好ましい。なお、このフィルタ１０８ａ，１０８ｂの少なくとも一方に酸化触媒を設けても良い。
【００３１】
エアブロア１１３はフィルタ１０８ａ，１０８ｂの大きさなどによっても異なるが一定以上の吐出流量と静圧が要求され、大流量及び大静圧のものが好ましい。また、エアブロア１１３の代わりにエアポンプを用いても良い。
【００３２】
温度センサ１１４ａ，１１４ｂ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よいが、排ガスにさらされるので耐食性がよいものを選ぶのが好ましい。また、放射伝熱による指示温度の低下を防ぐ様に各センサの配置を考慮することが好ましい。
【００３３】
電気ヒータ１１７ａ，１１７ｂは例えばセラミック製のサポート部内に発熱体であるニクロム線やカンタル線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。
【００３４】
差圧センサ１２１ａ，１２１ｂのフィルタ収納容器１０７ａ，１０７ｂに配置される部分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。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
以上の様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１，図２，図３を用いて説明する。図２，図３は本発明の一実施例における排ガス浄化装置を示すブロック図及び動作を示すフローチャートである。なお、本実施例では、まずフィルタ収納容器１０７ａで排ガスを浄化した後に、排ガスをフィルタ収納容器１０７ｂに流入するようにして、更にフィルタ収納容器１０７ａ内に設けられたフィルタ１０８ａを再生する場合について説明する。
【００３６】
まず図３に示すように、ＳＴＥＰ（以下Ｓと略す）１において、制御部１１６は燃焼再生時期かどうかを判定する。Ｓ１において、制御部１１６が燃焼再生時期かどうかを判定するのに差圧センサ１２１ａの出力を参照する。即ち、差圧センサ１２１ａの出力を基にして差圧検出部２０１は差圧信号を作製し、その差圧信号によって制御部１１６は燃焼再生時期かどうかを判定する。本実施例の場合、フィルタ収納容器１０７ａの排ガス流入側の圧力と排ガス流出側の圧力差が大きくなればなるほど、フィルタ１０８ａにパティキュレートなどが多く捕集されていることになるので、制御部１１６はフィルタ１０８ａは燃焼再生時期であると判定する。
【００３７】
次に、Ｓ２で制御部１１６はマニホールド１０３からの排ガスがフィルタ収納容器１０７ａからフィルタ収納容器１０７ｂの方に流れるように分岐弁１０６を作動させて、分岐配管１０５ｂと配管１０４を流通させ、マニホールド１０３から送られてきた排ガスをフィルタ収納容器１０７ｂに流れ込むようにする。更に制御部１１６は、エアブロア１１３で発生した風が分岐配管１１０ａと配管１０９ａを通ってフィルタ収納容器１０７ａに導かれるように、分岐弁１１１を作動させる。
【００３８】
その後、Ｓ３で制御部１１６はヒータ駆動部２０２に信号を出して電気ヒータ１１７ａを発熱させる。またＳ３では、制御部１１６は送風駆動部２０３に信号を出してエアブロア１１３を駆動させ、送風を開始する。更に、Ｓ３では制御部１１６は放出弁１１８ａに信号を出し、分岐配管１０５ａと配管１１９ａを接続する。この様な処理によって、エアブロア１１３で発生した風は、分岐配管１１０ａと配管１０９ａを通ってフィルタ収納容器１０７ａに導かれ、しかもフィルタ収納容器１０７ａの中で電気ヒータ１１７ａによって加熱され、熱風となる。この熱風はフィルタ１０８ａに流れ込んで、フィルタ１０８ａを加熱し、フィルタ１０８ａに捕集されたパティキュレート等を燃焼させる。フィルタ１０８ａに流れ込んだ熱風は、フィルタ収納容器１０７ａを出て分岐配管１０５ａ，放出弁１１８ａを経由して配管１１９ａに導かれ、外部に放出される。
【００３９】
Ｓ４では、温度センサ１１４ａの出力を基にして温度検出部２０４が温度信号を作製し、その温度信号によって制御部１１６はフィルタ１０８ａの平均温度が１００℃以上になったか否かを判定する。
【００４０】
この時、図４（ａ）に示すように温度センサ１１４ａで検知した温度とフィルタ１０８ａ内の平均温度には時間の経過とともに約１００℃の温度差が生じてくる。即ち、温度センサ１１４ａが約２００℃を示したとき、フィルタ１０８ａ内の平均温度は約１００℃となっている。更に温度センサ１１４ａの検知温度とフィルタ１０８ａ内平均温度は図４（ｂ）に示すように相関関係が認められ、例えば温度センサ１１４ａでの検知温度が８００℃であれば、フィルタ１０８ａ内平均温度は７００℃なっていることが分かる。なお、本実施例では図４（ａ）に示す様に温度センサ１１４ａの検知温度とフィルタ１０８ａ内平均温度は、約１００℃の温度差があり、更に図４（ｂ）に示す様に、直線的な相関関係があったが、これらは、フィルタ１０８ａの種類や再生温度さらには、排ガスなどの種類によって異なってくるので、適宜選択し関係等を求めなければならない。更に、本実施例で述べているフィルタ１０８ａ内平均温度とは、直径５．６６インチ長さ６インチの円筒状のフィルタにおいて図５に示すＺ１〜Ｚ９の測温ポイントでの温度を平均したものをいう。例えばＺ１は円筒の中心から約２２ｍｍのポイントであり、Ｚ４〜Ｚ６は、フィルタ１０８ａの中心付近の温度を示している。
【００４１】
Ｓ４でフィルタ１０８ａ内平均温度が１００℃以下であればＳ５に飛んで制御部１１６はヒータ駆動部２０２に信号を出して電気ヒータ１１７ａにかかる電圧を高くする。Ｓ４で、フィルタ１０８ａ内平均温度が１００℃以上であれば、Ｓ６に飛ぶ。
【００４２】
Ｓ６では、フィルタ１０８ａ内平均温度の上昇率（以下平均温度上昇率と略す）が１００℃／分となるように所定時間後の目標温度を設定する。例えば、フィルタ１０８ａ内平均温度が現在１００℃の場合、４．５分後の目標温度を５５０℃となるように設定する（この時の平均温度上昇率は１００℃／分）。
【００４３】
Ｓ７では、フィルタ１０８ａ内平均温度が５５０℃以上かどうかを判断し、フィルタ１０８ａ内平均温度が５５０℃以下の場合、Ｓ８へ進み電気ヒータ１１７ａにかける電圧を増加させ、その後にＳ７戻り、新たな目標温度を設定する。
【００４４】
５５０℃以上の場合はＳ９にジャンプし、Ｓ９では、フィルタ１０８ａ内平均温度の上昇率（以下平均温度上昇率と略す）が３０℃／分となるように所定時間後の目標温度を設定する。例えば、フィルタ１０８ａ内平均温度が現在５５０℃の場合、５分後の目標温度を７００℃となるように設定する（この時の平均温度上昇率は３０℃／分）。Ｓ１０では、フィルタ１０８ａ内平均温度が７００℃以上かどうかを判断し、フィルタ１０８ａ内平均温度が７００℃以下の場合、電気ヒータ１１７ａ及びエアブロア１１３をＯＦＦ状態にする。Ｓ１０で温度が７００℃以下の時はＳ１２へ移行する。Ｓ９で目標温度を７００℃と設定したのは図６に示すようにフィルタ１０８ａ内に捕集されたもの（主としてパティキュレート）は温度が６００℃近傍、又は７００℃以下で完全に燃焼してしまう成分が殆どを占めるからである。
【００４５】
Ｓ１２では、目標温度より実際の温度が低いかどうかを判定し、低かったらＳ１３へ進み電気ヒータ１１７ａにかける電圧を増加させ、その後にＳ９戻り、新たな目標温度を設定する。Ｓ１２で目標温度より高かったらＳ１４に進んで、電気ヒータ１１７ａにかける電圧を低減させてＳ９へ戻り、新たな目標温度を設定する。
【００４６】
なお、フィルタ収納容器１０７ｂを再生する場合にも上記と同様に行う。この時、差圧検出部３０１，ヒータ駆動部３０２，温度検出部３０４はそれぞれ差圧検知部２０１，ヒータ駆動部２０２，温度検出部２０４と同じ働きをする。
【００４７】
更に本実施例では、フィルタ収納容器１０７ａ内の温度調整を電気ヒータ１１７ａの発熱量を変化させることによって行ったが、エアブロア１１３の風量を変化させることによって調整しても良い。更に、電気ヒータ１１７ａの発熱量及びエアブロア１１３の両方を変化させることによって行ってもよい。しかしながら制御が簡単で、低コストな方法としては、本実施例の様に電気ヒータ１１７ａを制御することが最も好ましい。
【００４８】
本実施例では、フィルタ収納容器１０７ａ，１０７ｂの一方で排ガスの浄化を行い、前記一方のフィルタ収納容器が排ガスで目詰まりした場合に、他方のフィルタ収納容器で排ガスの浄化を行い、前記一方のフィルタ収納容器内のフィルタの再生を行う装置について説明したが、一つのフィルタ収納容器を持つ装置でも同様の効果を得ることができる。１つのフィルタ収納容器を持つ装置の場合には、フィルタが目詰まりを起こした場合には、一旦エンジンを停止させてからフィルタの再生を行うようにすればよい。更にフィルタ収納容器を３つ以上配置したものでも同様の効果を得ることができる。
【００４９】
尚、以上の説明ではフィルタ１０８ａ内平均温度が７００℃になるかどうかを検知したけれども、７００℃を超えない様な時間を予め設定しておき、その時間まで、所定の上昇温度でフィルタを加熱するようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施例ではフィルタ１０８ａの材質等によって７００℃以上にならないように制御したが、７００℃を多少超えてもよい。しかしながら、最も好ましいのは、本実施例の様に７００℃以下とした方がよい。
【００５１】
本実施例では、熱風によってフィルタ１０８ａを加熱したが、排ガスや酸化剤を添加した加熱流体等でフィルタ１０８ａを加熱しても同様の効果を得ることができる。これら加熱流体の中でも、空気を加熱したものは非常に用いやすく、装置の構成が簡単になり、コスト等を低減することができる。
【００５２】
次に平均温度上昇率について説明する。実施例１では、フィルタとして、材質がコージライト、形状は円筒形、寸法は径５．６６インチ長さ６インチ、セル数は１インチ平方あたり１００セルを使用し、そのフィルタはパティキュレートの捕集量は１０ｇ／リットルである。空気加熱手段としては電気ヒータを使用し、構造は金属パイプ内に発熱体を有し、その中を空気が通過するもので、発熱体はカンタル線を使用した。送風手段としては、エアブロアを使用し、空気流量としては、１分間あたり５００リットルを選択した。その他の構成は図１に示した構成とした。
【００５３】
図７に平均温度上昇率と再生後のフィルタのパティキュレートの漏れ量を示す汚染度の関係を示す。平均温度上昇率は５秒毎に温度データを取り込み、１分間あたりの温度上昇率に計算している。再生後のフィルタの漏れ量を示す汚染度はＪＩＳ規格のＤ８００４（自動車用ディーゼルエンジン排気煙濃度測定用反射式スモークメータ）で測定した。図７からも明らかなように、平均温度上昇率が１００℃／分以下の場合は再生後のフィルタの漏れ量を示す汚染度の増加もなく、フィルタの破損が発生していない。また、平均温度上昇率が１００℃／分以上の場合は再生後のフィルタの漏れ量を示す汚染度が増加し、フィルタの破損が発生している。なお、平均温度上昇率は低ければ低いほど望ましいけれども、７００℃に達するまでにかなり時間がかかってしまうので、再生時間、及びパティキュレートの捕集量を考慮し最適な温度上昇率を選択する必要がある。
【００５４】
以上の様に、本実施例では、フィルタ１０８ａを燃焼再生する際に少なくとも１００℃〜７００℃の間では平均温度上昇率を１００℃／分以下することによって、フィルタ１０８ａにダメージを与えることはない。
【００５５】
（実施例２）
実施例２では実施例１と同様にフィルタとしては、材質がコージライト、形状は円筒形、寸法は径５．６６インチ長さ６インチ、セル数は１インチ平方あたり１００セルを使用し、そのフィルタはパティキュレートの捕集量を実施例１に対して２倍の２０ｇ／リットルとした。空気加熱手段としては電気ヒータを使用し、構造は金属パイプ内に発熱体を有し、その中を空気が通過するもので、発熱体はカンタル線を使用した。送風手段としては、エアブロアを使用し、空気流量としては、１分間あたり５００リットルを選択した。その他の構成は図１に示した構成とした。動作を示すフローチャートに於いて、Ｓ６では、フィルタ１０８ａ内平均温度の上昇率（以下平均温度上昇率と略す）が７５℃／分となるように所定時間後の目標温度を設定する。例えば、フィルタ１０８ａ内平均温度が現在１００℃の場合、６分後の目標温度を５５０℃となるように設定する（この時の平均温度上昇率は７５℃／分）。
【００５６】
Ｓ７では、フィルタ１０８ａ内平均温度が５５０℃以上かどうかを判断し、フィルタ１０８ａ内平均温度が５５０℃以下の場合、Ｓ８へ進み電気ヒータ１１７ａにかける電圧を増加させ、その後にＳ７戻り、新たな目標温度を設定する。５５０℃以上の場合はＳ９にジャンプし、Ｓ９では、フィルタ１０８ａ内平均温度の上昇率（以下平均温度上昇率と略す）が１５℃／分となるように所定時間後の目標温度を設定する。例えば、フィルタ１０８ａ内平均温度が現在５５０℃の場合、１０分後の目標温度を７００℃となるように設定する（この時の平均温度上昇率は１５℃／分）。図８に実施例２に於けるフィルタ温度履歴を示す。図７に平均温度上昇率と再生後のフィルタのパティキュレートの漏れ量を示す汚染度の関係を示すが、捕集量が２０ｇ／リットルの場合、平均温度上昇率が７５℃／分以下の場合は再生後のフィルタの漏れ量を示す汚染度の増加もなく、フィルタの破損が発生していない。また、平均温度上昇率が７５℃／分以上の場合は再生後のフィルタの漏れ量を示す汚染度が増加し、フィルタの破損が発生している。このように、捕集量が多い場合、平均温度上昇率は低ければ低いほど望ましいけれども、７００℃に達するまでにかなり時間がかかってしまうので、再生時間、及びパティキュレートの捕集量を考慮し最適な温度上昇率を選択する必要がある。
【００５７】
【発明の効果】
フィルタの破損が発生しないように、平均温度上昇率は低ければ低いほど望ましいけれども、７００℃に達するまでにかなり時間がかかってしまうので、再生時間、及びパティキュレートの捕集量を考慮し最適な温度上昇率を選択する必要があるが、以上のように本発明によれば、火炎伝搬による燃焼再生ではなく、空気を加熱媒体として、フィルタ全体を加熱し、フィルタ内温度が１００℃〜７００℃の間での温度上昇率がフィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように１００℃／分以下で加熱し、フィルタのパティキュレートの捕集量が２０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を７５℃／分以下で加熱することにより、再生後のフィルタの破損の発生がなく、パティキュレートの漏れ、汚染度の増加がない。空気を加熱媒体として、フィルタ全体を加熱する為、いわゆる着火と呼ばれる急激な温度上昇の発生がなく、フィルタ内の温度勾配を小さくし、異常高温も防止できる。このため、フィルタのクラック及び溶損の発生を完全に防止できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における排ガス浄化装置を示す概略図
【図２】本発明の一実施例における排ガス浄化装置を示すブロック図
【図３】本発明の一実施例における排ガス浄化装置の動作を示すフローチャート
【図４】温度センサの検知温度とフィルタ内平均温度の関係を示す図
【図５】フィルタ内平均温度を求める際の測定ポイントを示す図
【図６】捕集したパティキュレートの熱分析による温度と燃焼重量の関係を示す特性図
【図７】平均温度上昇率と汚染度の関係を示す特性図
【図８】実施例２を示す温度センサの検知温度とフィルタ内平均温度の関係を示す図
【図９】従来例におけるディーゼル機関の排ガス浄化装置の概略構成を示す模式図
【符号の説明】
２，１０２ ディーゼルエンジン
３，１０３ マニホールド
５ａ，５ｂ，１０５ａ，１０５ｂ 分岐配管
８ａ，８ｂ，１０８ａ，１０８ｂ フィルタ
９ａ，９ｂ，１０９ａ，１０９ｂ 配管
１１，１１１ 分技弁
１３，１１３ エアブロア
１６，１１６ 制御部
１８ａ，１８ｂ 排気弁
１９ａ，１９ｂ 流路配管
２０ａ，２０ｂ，１１７ａ，１１７ｂ 電気ヒータ
１１８ａ 放出弁
１１４ａ，１１４ｂ 温度センサ
１２１ａ，１２１ｂ 差圧センサ

Claims (5)

1. 排ガスを通過させて排ガス中のパティキュレートを除去するフィルタを加熱して、前記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方法であって、前記フィルタを加熱する場合、空気を加熱媒体として前記フィルタ全体を加熱し、前記フィルタ内の平均温度が１００℃〜７００℃の領域においては、前記フィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を１００℃／分以下としたことを特徴とする排ガスフィルター浄化方法。
2. フィルタ内の平均温度を７００℃以下となるように前記フィルタを加熱することを特徴とする請求項１記載の排ガスフィルター浄化方法。
3. フィルタのパティキュレートの捕集量が２０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタのパティキュレートの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を７５℃／分以下としたことを特徴とする請求項１または２記載の排ガスフィルター浄化方法。
4. 排ガスを通過させて前記排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを収納するフィルタ収納容器と、前記フィルタ収納容器内に排ガスを供給する第１の配管と、前記フィルタ収納容器から浄化された排ガスを放出する第２の配管と、前記フィルタの温度を検知する温度検知手段と、前記フィルタを加熱する加熱手段と、前記フィルタを加熱する時、前記加熱手段により空気を加熱媒体として前記フィルタ全体を加熱し、前記フィルタ内の平均温度が１００℃〜７００℃の領域においては、前記フィルタのパティキュレートの捕集量が１０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を１００℃／分以下とするように前記温度検知手段からの情報を基に前記加熱手段に供給するエネルギーを制御する制御部を備えたことを特徴とする排ガスフィルター浄化装置。
5. フィルタのパティキュレートの捕集量が２０ｇ／リットルの場合再生後のフィルタの破損が発生しないように前記フィルタ内平均温度上昇率を７５℃／分以下としたことを特徴とする請求項４記載の排ガスフィルター浄化装置。

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