JP3669441B1 - 微粒子除去装置及びこれを備えるディーゼル車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ディーゼルエンジン1の排出経路2上に組み込まれ、ディーゼル排出ガス3の流入側と流出側とに開口を有する外管4と、当該外管4に納着されて、前記ディーゼル排出ガス3中の微粒子を捕捉又は捕捉して燃焼除去するための複数のフィルタユニット5,5とを備えてなるディーゼル微粒子除去装置であって、前記複数のフィルタユニット5,5は、前記ディーゼル排出ガス3の流れに沿って、互いに接続され、さらに、前記ディーゼル排出ガス3の流入口管6と流出口管7とも組み合わされて、流入側と流出側を除けば、密封構造の内管を構成している。
【選択図】 図1
Description
ところで、ディーゼル車の排出ガスの中には多量の炭素微粒子(いわゆる黒煙)が存在し、この炭素微粒子は、排気通路を経て空気中に吐き出された後は、長い時間空気中を舞い、最終的に、煤等となって床面や路面や衣服等に舞い降りてくる。ところで、炭素は、ものを良く吸着するので、発ガン関連物質等の様々な化学物質が、空気中を浮遊する炭素微粒子に吸着して、この炭素微粒子を人間が吸い込むことで人体の中に入り込み、ガンや呼吸器系の疾患を起こすとの報告が、近年相次いでなされている。
黒煙の目詰まりを解消する手段として、捕捉粒子の燃焼させてフィルタ機能を再生させるディーゼル粒子除去装置が提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4及び特許文献5等参照)。
この種の装置は、排出ガスの入口及び出口を有する筒状容器と、該筒状容器内の入口側に設けられたヒータと、該ヒータの後段に隣接配置された多孔質フォームフィルタと、該多孔質フォームフィルタの後段に隣接配置された触媒担持フィルタとを有して構成されている。
例えば、長い下り坂等で、排気を遮断して制動する排気ブレーキを使用した後にアクセルが踏まれたような場合には、ディーゼル微粒子とともに高濃度(例えば通常の4倍)の酸素を含んだ排出ガスが、ディーゼル粒子除去装置内に急激に流入することにより、爆発的にディーゼル微粒子の燃焼が起こり、略1500℃にも達するために、例えば金属製のフィルタを溶断してしまう虞があった。
請求項12記載の発明は、請求項1記載の微粒子除去装置に係り、前記フィルタの目詰まりを知らせる目詰まりセンサが付加されていることを特徴としている。
図1は、この発明の一実施例であるディーゼル微粒子除去装置の概略構成を示す模式断面図である。
この例のディーゼル微粒子除去装置1は、ディーゼル車に搭載され、図1に示すように、ディーゼルエンジン1の排出経路2に接続されて、ディーゼル排出ガス3の流入側と流出側とに開口を有する外管4と、当該外管4に納着されて、前記ディーゼル排出ガス3中の微粒子を捕捉又は捕捉して燃焼除去するための複数(この例では2本)のフィルタユニット5,5とを備えてなると共に、前記複数のフィルタユニット5,5は、前記ディーゼル排出ガス3の流れに沿って、互いに接続され、さらに、前記ディーゼル排出ガス3の流入口管6と流出口管7とも組み合わされて、流入側と流出側を除けば、密封構造の内管8が構成されて、全体として二重管構造となっている。
同図に示すように、前段と後段あわせて2本の円筒型PM(particulate material; 黒鉛微粒子除去)フィルタユニット5,5と、これらのフィルタユニット5,5を接合するガスケット付きのジョイント管9と、流入口管6と、流出口管7とが、ボルトナット構造を持つ着脱手段12によって締め付け固定されて、機密構造の内管8が構成されている。上記流入口管6には、内管8の前蓋部8Bが溶着されていて、上記流出口管7には、内管8の後蓋部8Cが溶着されている。上流側に配置されたフィルタユニット5と前蓋部8B(流入口管6)との間、下流側に配置されたフィルタユニット5と後蓋部8C(流出口管7)との間にも、図示せぬ環状のガスケットが挿入されて、密封構造が確保されている。これらのガスケットは、環状の金属板の両面が、カーボン粒子で被覆されて構成されている。
各フィルタユニット5は、短尺の内部シリンダ部5Aと該内部シリンダ部5Aに軸心を共通にして収納されたロール状のフィルタ部5Bと、十字状のフィルタ受け5C、それぞれ軸芯に沿って設けられた3枚構成又は4枚構成の羽根5Dとから概略構成されている。3枚構成又は4枚構成の羽根5Dは、後述するように、内管8の外周面と外管4の内周面との間の断面輪帯状の隙間(非常時迂回流路K)を確保するために寄与するものである。
また、前蓋部8Bには、流入口管6の他にも、後述するように、皿ばね当て20と、バイパス弁(安全弁)15とが、取着されている。
バイパス弁15では、常時は、図示せぬ圧縮コイルばねのばね力によって、図示せぬ弁棒が弁を塞いでいるが、異常時、内管8内の排気圧が所定のしきい値圧力を超えると、内管8内の排気圧によって、弁棒が後退させられて、弁が開き、そこから、内管8内の排出ガスが、内管8の外周面と外管4の内周面との間の断面輪帯状の隙間(非常時迂回流路K)に流れ込んで、管外に排出される構成となっている。
なお、外管4の後蓋部4Cには、ボルト挿通孔の他にも、非常時排出口が穿孔されていて、非常時迂回流路Kを経由する排出ガス3の出口となっている。さらに、安全のため、フィルタユニット5、5の目詰まりを知らせる圧力センサ(目詰まりセンサ)16が上流側と下流側とに設けられていて、装置中央部には、温度センサも設けられている。前段のフィルタユニット5の上流側には、流入口管6から高速に導入されるディーゼル排出ガス3を、減速させ、かつ、フィルタユニット5内に均等に分散させるために、衝突板17が設けられている。
フィルタ部5Bは、図1に示すように、上流側に設けられた金属メッシュに担持された白金系の酸化触媒18と金属フィルタ19とから概略構成されている。
図8は、この例の装置を構成するフィルタユニットに組み込まれる金属フィルタ19の構成を模式的に示す一部拡大斜視図である。
この例の金属フィルタは、図8に示すように、縁部に有面突起101を持つ多数の貫通孔102が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板を多層渦巻状に巻き上げた波型ロール状の金属多孔体103からなり、この金属多孔体103の層間隙間にディーゼル排出ガスを通し、該ディーゼル排出ガスに含まれる黒煙微粒子を捕捉して除去するためのフィルタであって、上記貫通孔102が、上記列状の起伏を構成する山部M及び谷部Vに設けられている。そして、有面突起101は、列状凹部105側に突出するように設けられている。
この別種の金属フィルタは、図9及び図10に示すように、正弦波の起伏を繰り返す波型の金属板26と、この波型の金属板26に較べれば略平坦で、かつ、波型の金属板26の幅と略同幅の金属平板27とが、相互に重ねられた状態で、多層に巻き上げられてなっている。波型の金属板27は、縁部に有面突起28を持つ多数の貫通孔29が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板27を多層渦巻状に巻き上げたロール状の金属多孔体30からなっている。これに対して、金属平板27には、有面突起を持たない多数の貫通孔31が穿設されている。
フィルタユニット5,5の装着
まず、フィルタユニット5,5を外管4内に装着する際、換言すれば、外管4内に内管8を組付ける際には、前蓋部8B(流入口管6)と後蓋部8C(流出口管7)とが予め外管4内に装着された状態において、着脱用開口部11の側蓋10を開け、当該着脱用開口部11から、各フィルタユニット5,5やガスケット付きのジョイント管9、図示せぬ別種のガスケット等を挿入する。次に、外管4の後蓋4Cのボルト挿通孔に着脱手段12の長ボルト1Aを挿通して、工具を用いて、ナット(ダブルナット)13Bをねじ込んで、流入側の内管8と外管4との軸方向隙間に、介挿された皿ばね14を押付ける(図7、図11及び図12)。長ボルト13Aを締め付けると、皿ばね14が圧迫変形され、かくして、内管8が外管4に押圧固定されると共に、機密構造の内管8が形成される。
上記構成の黒煙微粒子除去装置は、ディーゼル車、すなわち、ディーゼルエンジンの排気経路に組み込まれて使用される。ディーゼルエンジンの運転時、ディーゼル排出ガスが金属フィルタの層間隙間4を通過する際、図8に示すように、有面突起101が流れFの障害物として、具体的には、衝突片・減速片として、進路変更片として、あるいは貫通孔導入片として働くため、排出ガス中に浮遊している未然黒煙微粒子が有面突起101や貫通孔102近傍の金属フィルタ19の表裏面に捕捉され易くなる。金属フィルタ19に捕捉された未然黒煙微粒子のうち、一部は、高温度の当該金属フィルタ19や周囲雰囲気(排出ガス3)によって加熱されて燃焼し、金属フィルタ19から除去され、残りは、金属フィルタ19に付着されたままとなる。この結果、金属フィルタ19を通過した排出ガス3の流れFは、黒煙微粒子を含まない正常なガスとして排気されることなる。
フィルタユニット5(金属フィルタ19)が目詰まりすると、圧力センサ(目詰まりセンサ)16が、フィルタユニット5、5の目詰まりを知らせてくれる。この後、操作者は、内管8を分解して、目詰まりしたフィルタユニット5,5を取り出す。
目詰まりしたフィルタユニット5,5を取り出す際には、着脱用開口部11の側蓋10を開け、外管4の後蓋4Cに取着されている着脱手段12の長ボルト1Aを、工具を用いて、緩める。そうすると、皿ばね14が圧迫から開放され、内管8を構成する各部(フィルタユニット5、5、ガスケット付きのジョイント管9、前蓋部8B(流入口管6)、後蓋部8C(流出口管7)の結合が解けて分解される(図7、図11及び図12)。そこで、操作者は、目詰まりしたフィルタユニット5,5を開放された着脱用開口部11から取り出して、専用の再生炉内で所定の時間所定の温度で加熱する。この加熱によって、フィルタユニット5,5を目詰まりさせた未然粒子が燃焼されて、この結果、フィルタユニット5,5が再生される。
なお、着脱用開口部11から取り出すものは、フィルタユニット5、5に限るものではなく、必要に応じて、ガスケット付きのジョイント管9や前蓋部8B(流入口管6)や後蓋部8C(流出口管7)等を取り外しても良く、あるいは、これらを外管4内に残して置いても良い。
次に、フィルタユニット5,5を外管4内に再装着する際には、再び、着脱用開口部11の側蓋10を開け、当該着脱用開口部11から、各フィルタユニット5,5を挿入する。次に、外管4の後蓋4Cのボルト挿通孔に着脱手段12の長ボルト1Aを挿通して、工具を用いて、ナット(ダブルナット)13Bをねじ込んで、流入側の内管8と外管4との軸方向隙間に、介挿された皿ばね14を押付ける(図7、図11及び図12)。長ボルト13Aを締め付けると、皿ばね14が圧迫変形され、かくして、内管8が外管4に押圧固定されると共に、機密構造の内管8が再び形成されて再装着が完了する。
ディーゼルエンジンの運転時、何らかの理由で、内管8の排出ガス3の圧力が急激に増大したとき、バイパス弁(安全弁)15が開く。この結果、高圧状態の排出ガス3が、開放されたバイパス弁(安全弁)15を介して、内管8の外周面と外管4の内周面との間の非常時迂回流路Kを経由して、外管4の後蓋部4Cに穿孔された非常時排出口から、外部空間に排出される(図1及び図6)。かくして、酸素フラッシュ等の爆発的燃焼による危険や不愉快が未然に防止される。
また、上述の実施例では、内管8の前蓋部8Bと外管4の前蓋部4Bとの軸方向隙間に板ばね部材(皿ばね14)を設けるようにしたが、これに代えて、内管8の後蓋部8Cと外管4の後蓋部4Cとの軸方向隙間に板ばね部材を設けるようにしても良い。板ばね部材は、皿ばねに限らない。
2 排出経路
3 ディーゼル排出ガス
4 外管
4A 外部シリンダ部
4B 外管の前蓋部
4C 外管の後蓋部
5 フィルタユニット(フィルタ)
5A 内部シリンダ部(フィルタ)
5B フィルタ部(フィルタ)
6 流入口管
7 流出口管
8 内管
8B 内管の前蓋部
8C 内管の後蓋部
9 ガスケット付きのジョイント管(ガスケット)
10 着脱用開口部の蓋
11 着脱用開口部
12 着脱手段
13A 長ボルト
13B ナット(ダブルナット)
13C 力受け板
14 皿ばね(板ばね部材)
K 非常時迂回流路
15 バイパス弁(安全弁)
16 圧力センサ(目詰まりセンサ)
20 皿ばね当て
Claims (14)
- ガスの流路上に組み込まれ、当該ガスの流入側と流出側とに開口を有する外管と、当該外管に納着されて、流入された前記ガス中の微粒子を捕捉又は捕捉して燃焼除去するための複数のフィルタユニットとを備えてなる微粒子除去装置であって、
前記複数のフィルタユニットは、短尺の内部シリンダ部にフィルタが収納されてなると共に、前記ガスの流れに沿って、互いに接続され、さらに、前記ガスの流入口管と流出口管とも組み合わされて、流入側と流出側を除けば、密封構造の長尺の内管を構成し、かつ、
前記外管の側面には、前記各フィルタユニットを取り付け又は取り外すための蓋付きの着脱用開口部が設けられていることを特徴とする微粒子除去装置。 - 前記複数のフィルタユニット相互の間、最上流側に配置された前記フィルタユニットと前記流入口管との間、及び最下流側に配置された前記フィルタユニットと前記流出口管との間には、ガスケットが挿入されて、密封構造の前記内管が構成されていることを特徴とする請求項1記載の微粒子除去装置。
- 前記内管には、前記複数のフィルタユニット相互を接続するための前記ガスケット付きのジョイント管が付加されていることを特徴とする請求項2記載の微粒子除去装置。
- 前記内管を組付ける際には、前記着脱用開口部の蓋部を開け、当該着脱用開口部から、前記各フィルタユニットを挿入して、前記内管を組み付ける一方、前記内管を分解する際には、前記各フィルタユニットを前記着脱用開口部から取り出す着脱手段が設けられていることを特徴とする請求項3記載の微粒子除去装置。
- 前記着脱手段が、単数又は複数の長ボルトを有してなることを特徴とする請求項4記載の微粒子除去装置。
- 前記着脱手段が、単数又は複数の長ボルトとダブルナットとを有してなることを特徴とする請求項4記載の微粒子除去装置。
- 流出側又は流入側の前記内管と前記外管との軸方向隙間には、前記内管を前記外管に固定すると共に、熱膨張を吸収するための板ばね部材が設けられていることを特徴とする請求項1記載の微粒子除去装置。
- 前記内管を組付ける際には、前記着脱用開口部の蓋部を開け、当該着脱用開口部から、前記各フィルタユニットを挿入して、前記内管を組み付ける一方、前記内管を分解する際には、前記各フィルタユニットを前記着脱用開口部から取り出すための、単数又は複数の長ボルトを有する着脱手段が設けられ、前記外管の流入側端面又は流出側端面に前記着脱手段の前記長ボルトが挿通されていて、かつ、流出側又は流入側の前記内管と前記外管との軸方向隙間に、熱膨張を吸収するための板ばね部材が設けられていて、前記長ボルトを締め付けると、前記板ばね部材が圧迫変形することで、前記内管が前記外管に固定される構成になされていることを特徴とする請求項1記載の微粒子除去装置。
- 前記板ばね部材は、前記流入口管又は流出口管を挿通させる開口部が中央部に設けられている皿ばねからなることを特徴とする請求項8記載の微粒子除去装置。
- 前記内管と外管との隙間が、前記内管内の圧力が急激に増大したときの前記ガスの非常時迂回流路として機能する構成になされていることを特徴とする請求項8記載の微粒子除去装置。
- 前記内管には、前記内管内の圧力が急激に増大する際、非常時迂回流路に前記ガスを流すための安全弁が設けられていることを特徴とする請求項10記載の微粒子除去装置。
- 前記フィルタユニットの目詰まりを知らせる目詰まりセンサが付加されていることを特徴とする請求項1記載の微粒子除去装置。
- ディーゼルエンジンの排出経路上に組み込まれ、ディーゼル排出ガスの流入側と流出側とに開口を有する外管と、当該外管に納着されて、前記ディーゼル排出ガス中の微粒子を捕捉又は捕捉して燃焼除去するための複数のフィルタユニットとを備えてなることを特徴とする請求項1乃至12の何れか一に記載の微粒子除去装置。
- 請求項13に記載の前記微粒子除去装置を備えてなることを特徴とするディーゼル車。
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