| 【発明の名称】 |
排ガス中の微粒子・タール除去装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】瀬戸口 稔彦
【氏名】藤岡 祐一
【氏名】服部 晃
【氏名】小林 敬古
【氏名】田山 経二郎
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| 【要約】 |
【課題】例えば船舶用、陸上走行用，陸上定置用の例えばディーゼルエンジン等の内燃機関等からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）及びタールを除去する排ガス中の浮遊微粒子除去装置を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン排ガス１１（ガスの通気方向は左から右）中の微粒子・タールを除去する排ガス中の微粒子・タール除去装置であって、排ガス１１の煙道１２中に介装されてなる上流側の第１のフィルタ部１３と、該第１フィルタ部の下流側に介装されてなる下流側の第２のフィルタ部１４とからなり、第１のフィルタ部１３で排ガス中の微粒子を捕集すると共に、第２のフィルタ部１４で排ガス中のタールを捕集する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 排ガス中の微粒子及びタールを除去する排ガス中の微粒子・タールの除去装置であって、排ガスの煙道中に介装されてなる第１のフィルタ部と、該第１のフィルタ部の下流側の煙道中に介装されてなる第２のフィルタ部とからなり、上記第１のフィルタ部で排ガス中の微粒子を捕集すると共に、第２のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集することを特徴とする排ガス中の微粒子・タール除去装置。
【請求項２】 請求項１において、上記フィルタ部に捕集した微粒子に触媒を付着等する触媒溶液付着手段を設けてなり、捕集した微粒子に上記触媒溶液を付着等させた後に乾燥させ、次いで微粒子を触媒燃焼させることを特徴とする排ガス中の微粒子・タール除去装置。
【請求項３】 請求項１において、上記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部との間に、冷却手段を設けたことを特徴とする排ガス中の微粒子・タール除去装置。
【請求項４】 請求項１において、上記フィルタ部は、金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、またはセラミック製フィルタであることを特徴とする排ガス中の微粒子・タール除去装置。
【請求項５】 請求項２において、上記触媒溶液がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水溶液、海水、又は上記アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を添加した海水であることを特徴とする排ガス中の微粒子・タール除去装置。
【請求項６】 請求項１において、上記フィルタ部にアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒を含有してなり、上記フィルタ部に捕集された微粒子・タールの表面に上記触媒の潮解作用により触媒溶液を被覆した後乾燥させ、次いで微粒子・タールを触媒燃焼させることを特徴とする排ガス中の微粒子・タール除去装置。
【請求項７】 排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、排ガスの煙道に介装されてなる排ガス中の浮遊微粒子・タールを処理する請求項１の微粒子除去・タール装置を用い、第１のフィルタ部を上流側とし、第２のフィルタ部を下流側とし、排ガス中の微粒子を第１のフィルタ部で捕集する一方、第２のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集し、第１のフィルタ部又は第２のフィルタ部のいずれか一方の捕集能力が低下した際、第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の排ガスの通気方向を逆転させ、第２フィルタ部を上流側とし、第１フィルタ部を下流側とし、排ガス中の微粒子を第２のフィルタ部で捕集する一方、第１のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項８】 請求項７において、第１のフィルタ部又は第２のフィルタ部のいずれか一方の捕集能力が低下した後、捕集した微粒子・タールを燃焼処理することを特徴とする排ガス処理システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば船舶用、陸上走行用，陸上定置用の例えばディーゼルエンジン等の内燃機関、からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）を分解除去する排ガス中の微粒子・タール除去装置に関する。
【０００２】
【背景技術】従来、船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルからの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ、以下「微粒子」という。）を分解するには、セラミックス製のハニカムフィルタ等によるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter)が提案されており、該ＤＰＦに微粒子を捕集し、堆積量が増えると排気抵抗が増大するので、これを燃焼除去し再生している。
【０００３】この再生方法としては、スロットリングにより排気温度を向上させる方法やヒータ加熱方法、或いは追い焚き方法等によって排気ガス温度を上昇させて、捕集微粒子中の未燃焼分を燃焼させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の微粒子分解処理方法では、以下のような問題がある。
(1) 再生時における熱衝撃の繰返によりハニカム状のセラミックスフィルタの破損が生じるという問題がある。
(2) 異常燃焼の発生により、フィルタ材の耐熱性、耐熱衝撃性が不足し、損傷が生じるという問題がある。
(3) ヒータ加熱や追い焚き用の装置及び燃料等のユーティリティー費用が必要となるので、処理コストの低減を図るという要望がある。
(4) 燃焼が十分でない場合には、圧損が増大し、使用不能となり、その結果当該フィルタ自身を交換する必要がある。
(5)また、排ガス中にはタールが含まれているが、高温ではガス状となっているのでフィルタを通過し、外部へ排出されてしまうという問題がある。
【０００５】本発明は、上記問題に鑑み、従来のようなヒータ等の加熱手段を用いることなくしかも低温で排ガス中の微粒子を分解することのできる排ガス中の微粒子除去装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発明の第１の排ガス中の微粒子除去装置の発明は、排ガス中の微粒子及びタールを除去する排ガス中の微粒子・タールの除去装置であって、排ガスの煙道中に介装されてなる第１のフィルタ部と、該第１のフィルタ部の下流側の煙道中に介装されてなる第２のフィルタ部とからなり、上記第１のフィルタ部で排ガス中の微粒子を捕集すると共に、第２のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集することを特徴とする。
【０００７】第２の発明は、第１の発明において、上記フィルタ部に捕集した微粒子に触媒を付着等する触媒溶液付着手段を設けてなり、捕集した微粒子に上記触媒溶液を付着等させた後に乾燥させ、次いで微粒子を触媒燃焼させることを特徴とする。
【０００８】第３の発明は、第１の発明において、上記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部との間に、冷却手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】第４の発明は、第１の発明において、上記フィルタ部は、金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、またはセラミック製フィルタであることを特徴とする。
【００１０】第５の発明は、第２の発明において、上記触媒溶液がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水溶液、海水、又は上記アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を添加した海水であることを特徴とする。
【００１１】第６の発明は、第１の発明において、上記フィルタ部にアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒を含有してなり、上記フィルタ部に捕集された微粒子・タールの表面に上記触媒の潮解作用により触媒溶液を被覆した後乾燥させ、次いで微粒子・タールを触媒燃焼させることを特徴とする。
【００１２】第７の発明は、排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、排ガスの煙道に介装されてなる排ガス中の浮遊微粒子・タールを処理する第１の微粒子除去・タール装置を用い、第１のフィルタ部を上流側とし、第２のフィルタ部を下流側とし、排ガス中の微粒子を第１のフィルタ部で捕集する一方、第２のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集し、第１のフィルタ部又は第２のフィルタ部のいずれか一方の捕集能力が低下した際、第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の排ガスの通気を逆転させ、第２フィルタ部を上流側とし、第１フィルタ部を下流側とし、排ガス中の微粒子を第２のフィルタ部で捕集する一方、第１のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集することを特徴とする。
【００１３】第８の発明は、第７の発明において、第１のフィルタ部又は第２のフィルタ部のいずれか一方の捕集能力が低下した後、捕集した微粒子・タールを燃焼処理することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】［第１の実施の形態］図１は第１の実施の形態にかかる排ガス中の微粒子・タール除去装置の概略図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる排ガス中の微粒子・タール除去装置は、ディーゼルエンジン排ガス１１（図中、ガスの通気方向は左から右へ流れている。）中の微粒子・タールを除去する排ガス中の微粒子・タール除去装置であって、排ガス１１の煙道１２中に介装されてなる上流側の第１のフィルタ部１３と、該第１フィルタ部の下流側に介装されてなる下流側の第２のフィルタ部１４とからなり、第１のフィルタ部１３で排ガス中の微粒子を捕集すると共に、第２のフィルタ部１４で排ガス中のタールを捕集するようにしたものである。本実施の形態においては、第１のフィルタ部１３と第２のフィルタ部１４との間に冷却部１５を設け、積極的に第２のフィルタ部１４へ低温状態としたガスを導入しており、該下流側フィルタ１４にてタールを積極的に凝縮捕集するようにしている。タール成分は低温側になればなるほど良好に捕集することができる。
【００１６】ここで、本発明で排ガス１１とは例えばディーゼルエンジン等の内燃機関、又はガス化炉等から排出される排ガスをいい、特に限定されるものではく、該排ガス中に浮遊する燃焼性の浮遊微粒子（ＳＰＭ）を含むガスをいう。また、タールとは排ガス中に含まれる未燃焼燃料、オイル等をいう。
【００１７】また、本実施の形態では、上記第１のフィルタ部１３に、捕集した微粒子に触媒を付着等する触媒溶液供給手段２０が設けられており、フィルタの捕集能力が低下（例えば圧力損失が増大した場合等）した際に、捕集した微粒子に上記触媒溶液２３を供給して付着等させるようにしている。触媒溶液２３を付着させる方法としては、例えば噴霧、噴射、浸漬等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１８】上記触媒を微粒子に付着させた後乾燥させ、排ガスを供給することで触媒燃焼させることができ、この結果、排ガス中の微粒子を除去することとなる。
【００１９】なお、浸漬させる方法は下流側の温度の低いフィルタの再生に適用することが好ましい。
【００２０】上記フィルタ部としては、例えば金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、またはセラミック製フィルタを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】また、フィルタ部で捕集した微粒子に触媒を付着させ、燃焼させる手段として、上記フィルタにアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒を含有してなり、捕集された微粒子・タールの表面に上記触媒の潮解作用により触媒溶液を被覆した後乾燥させ、次いで微粒子・タールを触媒燃焼させるようにしてもよい。
【００２２】以下に、本実施の形態にかかる排ガスを浄化する工程を説明する。先ず、排ガス１１の煙道１２に介装されてなる排ガス中の浮遊微粒子・タールを処理する微粒子除去・タール装置１０を用い、上流側の第１のフィルタ部１３で排ガス１１の微粒子を捕集する一方、下流側の第２のフィルタ部１４で排ガス１１中のタールを捕集する（図１中、左から右に排ガスを流して、微粒子及びタールを各々捕集する）。この捕集を続けていくと、第１のフィルタ部１３又は第２のフィルタ部１４のいずれか一方の捕集能力が低下（例えば、圧力損失が増大した場合等の情報をセンサ等で感知する。）するので、排ガス１１の通気を停止する。これと同時に、排ガス１１の通気の流れ方向を逆転（図中、排ガスを右側から左側へ流す）させ、今までの下流側であった第２のフィルタ１４を上流側とし、上流側であった第１のフィルタ１３を下流側フィルタとする。この結果、今までタールを捕集していた第２のフィルタ１４に、高温の排ガス１１が供給されるので、タールは燃焼され、その一部は下流側となった第１のフィルタ１３へ流れ、ここで、再度捕集される。これにより、一時的に差圧が低くなり、圧力損失が低下する。
【００２３】その後、第１のフィルタ部１３又は第２のフィルタ部１４で捕集した微粒子・タールを触媒溶液等により燃焼処理するようにしている。
【００２４】［第２の実施の形態］図２は第２の実施の形態にかかる排ガス中の微粒子・タール除去装置の概略図である。図２に示すように、本実施の形態にかかる装置は、排ガスの煙道１２に切替弁１６を設け、排ガスを第１のフィルタ部１３、冷却器１５、第２のフィルタ部１４と順に通過させ、浄化したガスを切替弁１６を介して排気管１７から排出するようにしてもよい。この場合には、破線で示す場合には、排ガスの通気方向が逆となり、第２のフィルタ１４が上流側となり、第１のフィルタ１３が下流側となるようにしている。
【００２５】また、本実施の形態では、フィルタ部１３、１４に溜まった水を排出するためのドレン弁１８が設けられており、適宜排出するようにしている。また、ドレン水は触媒溶液のタンクに戻してもよい。
【００２６】また、微粒子を捕集している際に、第１のフィルタ部１３の目詰まり等が発生した場合には、排ガス１１をバイパス管１９でバイパスさせて、フィルタ部１３の内部への排ガス１１の供給を停止し、触媒供給手段２０から、触媒溶液を供給し、触媒燃焼をさせて、再生するようにしてもよい。また、バイパス管１９を設ける代わりに、フィルタ部を２系列として、交互に流すようにしてもよい。
【００２７】ここで、本発明の触媒による微粒子除去の作用・効果を図３に示す。図３に示すように、フィルタ２１の表面には、上述したようにして排ガス中の微粒子２２が付着する。次いで、触媒溶液２３を供給して、フィルタを浸漬させたり、触媒溶液２３を噴射等させると、触媒溶液２３が微粒子２２の表面を覆うことになる。微粒子２２の表面が触媒溶液２３で覆われると微粒子２２の細孔中にも触媒溶液２３が浸透しはじめる。その後、乾燥させると、微粒子２２の表面を覆った触媒溶液２３が乾燥すると共に、触媒活性を示す成分が微粒子表面に均一に分散した状態で残留する。また、微粒子内部に侵入した触媒溶液も同様に乾燥し、触媒活性を示す成分が微粒子内部に均一に残留する。その後、排ガスを通過させる際の高温（例えば３００℃前後）によって触媒燃焼により微粒子の表面のみならず内部においても触媒作用が働き、微粒子の完全燃焼が可能となる。
【００２８】上記捕集された微粒子２２の触媒分解［潮解］の概要を図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５に示すように、捕集された浮遊微粒子２２は、フィルタ３１の温度を露点以下とすることで、フィルタ３１に担持された触媒３２の潮解作用により得られた触媒潮解液３４によりその表面が覆われることになる。その後、別途、冷却空気等を供給して乾燥を進行させる。また、空気の流入により浮遊微粒子２２の内部に侵入した触媒溶液も乾燥し、触媒活性を示す触媒３２が微粒子内部に均一に残留する。その後、排ガス１１を再度流入させることにより、排ガス１１の温度でゆっくり触媒燃焼が進行することになる。この触媒燃焼により浮遊微粒子２２の表面のみならず内部においても触媒作用が働き、浮遊微粒子２２の完全燃焼が可能となる。なお、上記乾燥は空気等を供給する以外に供給される排ガスの熱により乾燥するようにしてもよい。
【００２９】この結果、従来のようにヒータ等を用いることなく、しかも低温領域（例えば３００℃程度）において、当該微粒子中の未燃焼分（スート，タール等）を分解することができることになり、清浄化されたクリーン排ガスを排出することができる。
【００３０】このように本発明によれば、例えば船舶用、陸上走行用等の移動用ディーゼル等の内燃機関からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）の未燃焼分を低温で分解処理することができるシステムを構築することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】以上、説明したように第１の排ガス中の微粒子除去装置の発明によれば、排ガス中の微粒子及びタールを除去する排ガス中の微粒子・タールの除去装置であって、排ガスの煙道中に介装されてなる第１のフィルタ部と、該第１のフィルタ部の下流側の煙道中に介装されてなる第２のフィルタ部とからなり、上記第１のフィルタ部で排ガス中の微粒子を捕集すると共に、第２のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集するので、上流側の第１のフィルタで微粒子を捕集できると共に、下流側の第２のフィルタでタールを捕集できる。
【００３２】第２の発明によれば、第１の発明において、上記フィルタ部に捕集した微粒子に触媒を付着等する触媒溶液付着手段を設けてなり、捕集した微粒子に上記触媒溶液を付着等させた後に乾燥させ、次いで微粒子を触媒燃焼させるので、触媒燃焼により、微粒子を燃焼除去できる。
【００３３】第３の発明によれば、第１の発明において、上記第１のフィルタ部と第２のフィルタ部との間に、冷却手段を設けたので、下流側フィルタに供給する排ガスを積極的に冷却させ、タール分の除去効率を向上させる。
【００３４】第４の発明によれば、第１の発明において、上記フィルタ部は、金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、またはセラミック製フィルタであるので、微粒子の捕集効率が向上する。
【００３５】第５の発明によれば、第２の発明において、上記触媒溶液がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水溶液、海水、又は上記アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を添加した海水であるので、触媒燃焼効率が向上する。
【００３６】第６の発明によれば、第１の発明において、上記フィルタ部にアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒を含有してなり、上記フィルタ部に捕集された微粒子・タールの表面に上記触媒の潮解作用により触媒溶液を被覆した後乾燥させ、次いで微粒子・タールを触媒燃焼させるので、別途触媒を噴霧等することなく触媒燃焼用の触媒で微粒子を被覆することができる。
【００３７】第７の発明によれば、排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、排ガスの煙道に介装されてなる排ガス中の浮遊微粒子・タールを処理する第１の微粒子除去・タール装置を用い、第１のフィルタ部を上流側とし、第２のフィルタ部を下流側とし、排ガス中の微粒子を第１のフィルタ部で捕集する一方、第２のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集し、第１のフィルタ部又は第２のフィルタ部のいずれか一方の捕集能力が低下した際、第１のフィルタ部と第２のフィルタ部の排ガスの通気を逆転させ、第２フィルタ部を上流側とし、第１フィルタ部を下流側とし、第１フィルタ部を下流側とし、排ガス中の微粒子を第２のフィルタ部で捕集する一方、第１のフィルタ部で排ガス中のタールを捕集するので、連続して排ガス処理が可能となる。
【００３８】第８の発明によれば、第７の発明において、第１のフィルタ部又は第２のフィルタ部のいずれか一方の捕集能力が低下した後、捕集した微粒子・タールを燃焼処理するので、フィルタが再生され、微粒子を連続して保持することがで。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２８日（２０００．１１．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８４９９
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 俊郎 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６１７２９（Ｐ２００２−１６１７２９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６０７９５（Ｐ２０００−３６０７９５） |
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