このような微粒子除去装置にあっては、燃料性状に左右されることなく、長期間にわたって微粒子を効率よく捕集および再生可能で、その長い使用寿命を有する点で極めて有益なものではあるが、フィルタユニットを収納するハウジングの外周部には、フィルタユニットの全長にわたってワーキングコイルを巻回する必要がある。このような誘導加熱用のワーキングコイルを巻回するハウジングは、交番磁束の変化によって発熱しないようにするため、セラミック等の非磁性材料で形成する必要がある。このようなセラミック材料は、その性質上、脆く、特に、長手方向に長い円筒状形状に形成する場合等のように大型化すると、振動等によるひび割れを発生する可能性が高まる。
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、誘導加熱用のワーキングコイルを巻回する非磁性部材を大型化することなく、大量の排ガスを浄化処理可能な排ガス浄化装置およびフィルタ再生装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明によると、排ガスを一端から流入させかつ他端から流出させるケーシング内に配置される微粒子捕捉用フィルタ装置を有する微粒子捕捉部と、前記フィルタ装置に配置した加熱部材を誘導加熱することにより、このフィルタ装置に捕捉された微粒子を燃焼させてこのフィルタ装置を再生するフィルタ再生部とを有する排ガス浄化装置であって、前記ケーシングの一方の端部に隣接して配置された誘導加熱用ワーキングコイルと、前記ケーシングからワーキングコイルを超えて延設され、前記ケーシングの一端と他端とを通る軸方向に沿って移動可能な可動フレームとを備え、前記フィルタ装置は、この可動フレームに連結される連結部と、この連結部に保持されるフィルタ部材とを有し、前記ワーキングコイル内を通過するときに、前記加熱部材が連続的に誘導加熱され、フィルタ部材が捕捉した微粒子を燃焼させる排ガス浄化装置が提供される。
更に、前記ワーキングコイルが外周部に巻回される支持枠を備え、この支持枠は、セラミック材料により、前記ケーシングよりも小径でかつフィルタ装置よりも軸方向長さの短い円筒状形状に形成されること好ましい。
前記可動フレームは、前記支持枠および排気管に対してそれぞれ伸縮継手で接続されることが好ましい。
前記フィルタ装置は、金属繊維を焼結させて形成した焼結不織布製フィルタを有することにより、この焼結不織布製フィルタで前記加熱部材を兼用することも可能である。
更に、本発明によると、排ガスを一端から流入させかつ他端から流出させるケーシング内に配置され、微粒子捕捉用フィルタ部材を有するフィルタ装置を再生するため、このフィルタ装置に設けられた加熱部材を誘導加熱することにより、前記フィルタ装置のフィルタ部材が捕捉した微粒子を燃焼させるフィルタ再生装置であって、前記ケーシングの一方の端部に配置された誘導加熱用ワーキングコイルと、前記ケーシングからワーキングコイルを超えて延設され、前記ケーシングの一端と他端とを通る軸方向に沿って移動可能な可動フレームとを備え、この可動フレームは、前記ワーキングコイルを超えてこのワーキングコイルの外側に延設される前記フィルタ装置の延長部を保持し、前記ワーキングコイルを通過するときに、このフィルタ装置に配置した加熱部材の対応する部位を連続的に誘導加熱することにより、フィルタ部材が捕捉した微粒子を燃焼させるフィルタ再生装置が提供される。
本発明の排ガス浄化装置によると、微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、捕捉した微粒子を誘導加熱により燃焼させてフィルタ装置を再生するフィルタ再生部とを排ガスの流れ方向に沿って併置し、フィルタ再生部を通過するときにフィルタ装置を誘導加熱して再生することができるため、フィルタ装置の大型化と、ワーキングコイルおよびこのワーキングコイルを支える支持枠の小型化とが同時に実現される。
また、ワーキングコイルを巻回する支持枠をケーシングよりも小径でかつフィルタ装置よりも軸方向長さの短い円筒状形状に形成することにより、支持枠を更に小型化しつつ誘導加熱時の磁束漏れを少なくして、効率よく誘導加熱することができ、ワーキングコイルは、支持枠を形成するセラミック材料の耐熱性により、このときに発生する熱から確実に保護される。
伸縮継手により、可動フレームを支持枠および排気管に対して接続する場合には、配管中に接続した状態でフィルタ装置を効率よく再生することができる。
更に、本発明のフィルタ再生装置によると、フィルタ装置を内部に配置したケーシングの一端に、誘導加熱用ワーキングコイルを巻回した支持枠を配置し、このワーキングコイルを通過するときにフィルタ装置を誘導加熱して再生することができるため、大型のフィルタ装置を用いる場合であっても、ワーキングコイルおよびこのワーキングコイルを支える支持枠を大型化する必要がなく、コンパクトかつ耐久性のあるフィルタ再生装置を形成することができる。
図1から図3は、本発明の好ましい実施形態による排ガス浄化装置10を示す。この排ガス浄化装置10は、例えば船舶の主機あるいは補機用のディーゼル機関、ボイラ、あるいは廃棄物焼却炉等の図示しない排ガス発生源から排出される排気ガス中から粒子状物質すなわち微粒子を除去するために用いられる。
この排ガス浄化装置10は、排ガス発生源の排気口に図示しないフレキシブルホースを介して接続される機側排気管8と、外気に連通する外気側排気管6との間に配置され、流入した排ガスG1から微粒子を除去した後、クリーンな排ガスG2として、外気側排気管6に排出する。
この排ガス浄化装置10は、円筒状の鋼製ケーシング12内に排ガス中の微粒子を捕捉するフィルタ装置14を配置して形成した微粒子捕捉部16と、このケーシング12の出口側端部に取付けられた非磁性耐熱材料製支持枠18に誘導加熱用ワーキングコイル20を巻回して形成したフィルタ再生部22とで形成されている。
微粒子捕捉部16のケーシング12は、小径側の入口側端部が、機側排気管8にフランジ結合されたホーン4の大径側端部にフランジ結合されており、機側排気管8から送られる排ガスG1は、ホーン4で減速されてこのケーシング12内に送込まれる。このケーシング12内に送込まれた排ガスG1は、フィルタ装置14を通過する間に微粒子を除去される。
図3に示すように、ケーシング12の内部に配置されたフィルタ装置14は、多数のパンチ孔を形成した円筒状の保持枠24aの外周に沿って、金属繊維を焼結させて形成した焼結不織布製フィルタ24bを装着した全体的に円筒状構造のフィルタ部24を有する。このフィルタ部24の保持枠24aはホーン4側の端部が閉じられ、他端側が開口している。フィルタ装置14は、この開口した他端側から円筒状の延長部26を軸方向に延設し、この延長部26の先端に形成した半径方向外方フランジ28の取付孔28aを介して、後述する可動フレーム30に取付けられる。これらの保持枠24a、延長部26およびフランジ28は、後述する可動フレーム30に連結される連結部として機能し、例えばステンレス鋼等の非磁性金属で形成するのが好ましい。
通常、このフィルタ装置14は、フィルタ部24をケーシング12内に収納した状態に配置される(図1参照)。機側排気管8から送られる排ガスG1は、フィルタ部24の外周側から半径方向内方に向けて流入する。焼結不織布製フィルタ24bに作用する排ガスG1の圧力は、保持枠24aで支えられ、この焼結不織布製フィルタ24bを排ガスの圧力から保護する。
本実施形態では、この焼結不織布製フィルタ24bは、ベカルトアジア東京支店から「ベクラリ」の商品名で入手可能な金属繊維で形成してある。この金属繊維は、平均値としてCrを19.50重量%、Alを4.55重量%、Yを0.25重量%、残部のFeを主要成分として含む磁性体であり、最高使用温度が1000℃である。このような金属繊維を焼結させた焼結不織布製フィルタ24bは、通常、60〜85%の高い空隙率を持ち、低圧力損失でありながら高い透過流量が得られる。この金属繊維の焼結品を、ステンレス粉末の焼結品と比較した場合、ろ過粒度4μmのとき、約14倍の水の透過流量が得られる。
このような金属繊維の焼結不織布製フィルタ24bは、排ガス中から三次元的に異物を取り込むことができ、排ガス中からの優れた異物捕集能力を持つ。更に、セラミックに比して耐熱性、機械的強度に優れ、硫化物に対する耐腐食性も有している。したがって、大きな振動を受ける舶用DPFのフィルタとして好適に用いることができる。
図1に示すように、このようなフィルタ装置14は、フィルタ部24がケーシング12内に配置されたときに、延長部26がワーキングコイル20の支持枠18を超えてフィルタ再生部22の外方に延設され、フランジ28を介して可動フレーム30で保持されている。
この可動フレーム30は、フィルタ装置14の連結部を形成するフランジ28の外周部に、例えば取付孔28aを介して所定の間隔で配置された複数のガイドレール32を有する。これらのガイドレール32は、一端をフランジ28に固定され、ケーシング12に一体に固定されたガイド部34で移動可能に支えられている。これらのガイドレール32は、フランジ28を介してフィルタ装置14を片持ち状に保持すると共に、ケーシング12の入口側および出口側の端部を結ぶ軸方向に沿って、前後方向に移動することができる。
このようにフィルタ装置14を保持する可動フレーム30は、フィルタ再生部22の支持枠18および外気側排気管6に対して、それぞれ伸縮継手36を介して接続されている。本実施形態の伸縮継手36は、ベロー状の伸縮管で形成してあり、フィルタ装置14のフランジ28と支持枠18との間、およびフランジ28と外気側排気管6との間にフランジ止めされている。これらの伸縮継手36は互いに対向する側のフランジ部37をフィルタ装置14のフランジ28とほぼ等しい大きさに形成してあり、フランジ28と共に可動フレーム30のガイドレール32に固定されている。
通常、このような可動フレーム30は、図1に示すように、ガイドレール32を機側排気管8の方向に移動し、ハウジング12に近接させて配置し、フィルタ装置14のフィルタ部24を微粒子捕捉部16すなわちケーシング12内に配置した排ガス浄化位置に保持する。機側排気管8から流入した排ガスG1は、焼結不織布製フィルタ24bで微粒子を捕捉され、微粒子を除去された後に、クリーンな排ガスG2としてフィルタ装置14の延長部26内から伸縮継手36を介して外気側排気管6に送られる。
フィルタ装置14に多量の微粒子がトラップされ、入口側と出口側との圧力差が、例えば4kPaである予め設定した値以上となると、図示しない高周波電源からワーキングコイル20に高周波電流を通電し、フィルタ装置14の再生を行う。この圧力差の値は、ディーゼル機関、ボイラあるいは焼却路等の通常運転の効率を低下させない程度の大きさに設定するのが好ましい。
図2は、このようにフィルタ装置14の入口側と出口側との圧力差が設定値を超え、このフィルタ装置14の再生が必要となったときに、このフィルタ装置14を再生する再生工程を示す。このようなフィルタ装置14を再生するときは、排ガスG1の供給を止め、あるいは、並列に配置した他の排ガス浄化装置(図示しない)に切換える。そして、図2に示すように、上述の可動フレーム30により、フィルタ装置14を外気側排気管6側に移動し、このフィルタ部24を、ワーキングコイル20に通電した状態のフィルタ再生部22内を通過させる間に、捕捉された微粒子を誘導加熱により燃焼させ、フィルタ装置14を再生する。このフィルタ装置14の再生工程は、1回の往復移動で微粒子を燃焼除去することが好ましいが、複数回にわたって行ってもよい。いずれの場合も、微粒子を燃焼させてフィルタ部24を再生した後、可動フレーム30は、フィルタ装置14を図1に示す排ガス浄化位置に復帰させる。この可動フレーム30の移動は、手動とすることも可能であるが、電動式、空圧式、液圧式あるいはこれらを組合わせによる種々のアクチュエータを用いることが好ましい。
本実施形態のフィルタ再生部22は、誘導加熱用ワーキングコイル20を支える支持枠18を、例えば窒化ケイ素等のセラミック材料で円筒状形状に形成してあり、その内径はフィルタ装置14のフィルタ部24および延長部26との間に僅かな間隙を形成する大きさで、外径はケーシング12よりも小さくすることが好ましい。このように内外径の小さな円筒状形状とすることにより、ワーキングコイル20をフィルタ装置14の外周側で近接した位置に配置することができ、誘導加熱時の磁束漏れを少なくすることができる。また、この支持枠18の軸方向寸法は、誘導加熱に必要なワーキングコイル20を巻回できるものであれば適宜の大きさに設定することが可能であるが、いずれの場合も、フィルタ装置14よりも軸方向長さの短い小型でかつ軽量構造とすることができる。特に、このように支持枠18の軸方向長さが短くなることにより、脆い材質のセラミック材料であっても、ひび割れ等の損傷の発生を抑制することができ、コンパクトで耐久性のある構造とすることができる。
この非磁性耐熱材料製支持枠18の外周部に巻回するワーキングコイル20は、例えばリッツ線あるいは中空構造の細径金属管で形成してある。このワーキングコイル20に、高周波インバータを備えた高周波電源(図示しない)から例えば約15〜100KHzの範囲が好ましい高周波電流を供給する。ワーキングコイル20に供給する高周波電流の周波数は、15KHzよりも低すぎると可聴音が発生し、逆に100KHzよりも高すぎると表皮効果により、ワーキングコイル自体の抵抗が増大し効率よく誘導加熱することが難くなる。
フィルタ装置14は、フィルタ部24の焼結不織布性フィルタ24bが金属繊維で形成されているため、フィルタ再生部22の高周波電流で励磁されたワーキングコイル20内を通過する際、このワーキングコイル20による磁束が透過する部位では、加熱部材としての保持枠24aに加え、金属繊維の焼結不織布性フィルタ24bにも渦電流が流れて加熱部材として作用し、このときの抵抗成分によるジュール熱によって、短時間で高温(約600℃以上)に加熱される。このようにフィルタ部24が、フィルタ再生部22を通過する際に、ワーキングコイル20の磁束が通過する部分が連続的に誘導加熱されることにより、フィルタ装置14内にトラップされた排出微粒子(大部分を可燃性粒子が占める)は短時間で燃焼し、これにより、フィルタ装置14が再生される。ワーキングコイル20は、高温に誘導加熱されたフィルタ部24の外周部に近接した状態で配置されているが、支持枠18を形成するセラミック材料の耐熱性により保護される。
このように形成された排ガス浄化装置10は、微粒子を捕捉する微粒子捕捉部16と、捕捉した微粒子を誘導加熱により燃焼させてフィルタ装置14を再生するフィルタ再生部22とを排ガスG1,G2の流れ方向に沿って併置し、フィルタ再生部22を通過するときにフィルタ装置14を誘導加熱して再生することができるため、フィルタ装置14の大型化しても、フィルタ再生部22の軸方向長さを長くする必要はなく、ワーキングコイル20およびこのワーキングコイル20を支える支持枠18の小型化を実現することができる。
また、フィルタ再生部22に対してフィルタ装置14を移動する可動フレーム30が、伸縮継手36を介して支持枠18および外気側排気管6に接続されることにより、排気系の配管に接続した状態のまま、温度が低下する前に効率よく誘導加熱し、再生することができる。特に、支持枠18およびワーキングコイル20をフィルタ装置14の外周部に近接配置することにより、誘導加熱時の漏れ磁束を少なくして、効率よく誘導加熱することができる。ワーキングコイル20は、支持枠18を形成するセラミック材料の耐熱性により、このときに発生する熱から確実に保護される。
この排ガス浄化装置10の微粒子捕捉部16に対し、支持枠18と、この支持枠18に巻回された誘導加熱用ワーキングコイル20と、フィルタ装置14の延長部26を保持すると共にケーシング12の軸方向に沿ってこのフィルタ装置14を移動する可動フレーム30とは、捕捉した微粒子を燃焼させるためのフィルタ再生装置を形成する。このフィルタ再生装置は、このワーキングコイル20を通過するときにフィルタ装置14を誘導加熱して再生することができるため、特に軸方向に長い大型のフィルタ装置14を用いる場合であっても、ワーキングコイル20および支持枠18を大型化する必要がなく、コンパクトかつ耐久性のあるフィルタ再生装置を形成することができる。
なお、上述の実施形態では、可動フレーム30のガイドレール32をガイド部34に対して移動させているが、これとは逆に、ガイドレール32をケーシング12に対して固定し、このガイドレール32上をフランジ28およびこれに連結される伸縮継手36のフランジ部37とを移動できるようにしてもよい。この場合には、ガイドレール32を外気側排気管6の近部まで延設する。ガスの漏洩を防止することができるものであれば、伸縮継手36は、上述のようなベロー管状構造に限らず、例えば入れ子状に形成したものであってもよい。
また、フィルタ装置14のフィルタ部24は、上述のように金属繊維からなる焼結不織布製フィルタ24bを用いる場合には、この焼結不織布製フィルタ24bが加熱部材としても機能するため、保持枠24aを省略し、あるいは、ロッド状構造等のより軽量構造に形成することも可能である。一方、このような焼結不織布製フィルタ24bに代えて、例えばセラミック連続繊維の短繊維層とブランケット状繊維層とを積層したセラミック繊維フィルタ等の種々のフィルタを用いることも可能である。このようなセラミック繊維のフィルタを用いた場合には、上述のような保持枠24aを加熱部材として用いることが好ましい。