(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に高温の排ガスと低温の排ガスとを排出する排ガス源と、
入口側から出口側に向い排ガスを流通させる複数の室を有するケーシングと、各室に対応して設置されており開状態になることにより対応した室に排ガスを流通させ閉状態になることにより対応した室に排ガスが流通することを阻止する複数のダンパと、各室にそれぞれ配置されており通電することにより発熱するヒータと、各室において排ガスの流通方向に沿い前記ヒータよりも下流位置にそれぞれ配置されたセラミック多孔体により構成されるフィルタとを有する除塵装置と、
排ガス源から排出される除塵用の低温の排ガスを除塵装置に導く排気管と、
除塵装置の各室のフィルタの上流側にそれぞれ直接連通する分岐管を有するとともに排ガス源が排出するフィルタの再生用の高温の排ガスを各分岐管を介して除塵装置に導く他の排気管と、
高温の排ガスの除塵装置の各室に対する流入を制御するよう各分岐管にそれぞれ配設した高温ガス弁とを有して、
少なくとも何れか一つの前記室に対応する高温ガス弁を開状態、ヒータを通電状態及びダンパを閉状態として当該室のフィルタの再生を行うとともに、残りの室に対応する高温ガス弁を閉状態、ヒータを非通電状態及びダンパを開状態として当該室のフィルタで前記排ガスの除塵を行う一方、かかる再生モード乃至除塵モードが各室において順次切り替わるように前記高温ガス弁、ヒータ及びダンパの動作を制御するように構成したことを特徴とする除塵システム。
【請求項２】
排ガス源は過給機を有する内燃機関で構成する一方、高温の排ガスは過給機の入口側から供給するとともに低温の排ガスは過給機の出口側から供給するように構成したことを特徴とする［請求項１］に記載する除塵システム。
【請求項３】
排ガス源はボイラで構成したことを特徴とする［請求項１］に記載する除塵システム。
【請求項４】
排ガス自体の熱で除塵装置のフィルタの再生を行ない得る程度の高温の排ガスと除塵用の低温の排ガスとを排出する排ガス源であるボイラと、
入口側から出口側に向い排ガスを流通させる複数の室を有するケーシングと、各室に対応して設置されており開状態になることにより対応した室に排ガスを流通させ閉状態になることにより対応した室に排ガスが流通することを阻止する複数のダンパと、各室にそれぞれ配置されたセラミック多孔体でなるフィルタとを有する除塵装置と、
ボイラが排出する除塵用の低温の排ガスを除塵装置に導く排気管と、
除塵装置の各室のフィルタの上流側にそれぞれ直接連通する分岐管を有するとともにボイラが排出するフィルタの再生用の高温の排ガスを各分岐管を介して除塵装置に導く他の排気管と、
高温の排ガスの除塵装置の各室に対する流入を制御するよう各分岐管にそれぞれ配設した高温ガス弁とを有して、
少なくとも何れか一つの前記室に対応する高温ガス弁を開状態及びダンパを閉状態として当該室のフィルタの再生を行うとともに、残りの室に対応する高温ガス弁を閉状態及びダンパを開状態として当該室のフィルタで前記排ガスの除塵を行う一方、かかる再生モード乃至除塵モードが各室において順次切り替わるように前記高温ガス弁及びダンパの動作を制御するように構成したことを特徴とする除塵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は除塵システムに関し、特に相対的な高温排ガス源と低温排ガス源とを有するとともに、排ガスの除塵の他にこの排ガスを用いたフィルタの再生を行なう場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ装置やごみ焼却炉などから出される排ガス中には煤塵が含まれている。そこで大気汚染を防止するため、上記ボイラ装置等には煤塵を除去（捕集）する除塵装置が設けられている。
【０００３】
ボイラ装置などに利用される従来の除塵装置としては、次のようなものが知られている。
【０００４】
（１）遠心力集塵器
この遠心力集塵器では、遠心力を利用して排ガスに大きな加速度（旋回速度）を与え、煤塵をガスから分離するものであり、実用的なものとしてはサイクロン式集塵器が知られている。
なお、サイクロン式集塵器で代表される遠心力集塵器では、遠心力を利用して除塵するため、ガス中に含まれる煤塵等の粒子径がある程度以上大きくなければ、煤塵を捕集することができない。
【０００５】
（２）濾過式集塵器
濾過式集塵器は、テフロン繊維やガラス繊維を使った濾布で排ガスを濾過して煤塵を捕集するものであり、バグフィルタとして知られている。この濾過式集塵器では、集塵室が複数に分かれており、集塵されたダストの払い落としは、各室ごとに順次行なわれる。払い落し方法としては、機械振動式，逆圧払い落し式，パルスジェット式などがある。
なおバグフィルタでは、バグを通過するガス流速を非常に遅くする必要があり、きわめて多くのバグを必要とする。
【０００６】
（３）電気集塵器
電気集塵器では、放電極周辺のコロナ放電を利用してガス中の煤塵粒子に電荷を与え、この帯電粒子にクーロン力を作用させて集塵極に煤塵を吸引捕集する。
なお、電気集塵器では、煤塵等の粒子径がある程度以上大きくなければ、煤塵を捕集することができず、また大きな電力を消費する。
【０００７】
ところで離島などでは、ディーゼル発電設備により発電している。このディーゼル発電設備では、ディーゼル機関により発電機を回転させている。
上記ディーゼル機関から出る排ガス中にも当然に煤塵が含まれているが、現状ではほとんどの場合ディーゼル発電設備には除塵装置を備えていない。その理由は次のとおりである。
【０００８】
ディーゼル機関から出る排ガス中に含まれる煤塵の粒子径は極めて小さい（図８参照）のに対し、遠心力集塵器や濾過式集塵器や電気集塵器は約１［μｍ］以上の粒子径の煤塵でないと捕集ができず、これら従来の集塵器を備えても除塵効率がきわめて悪い。
【０００９】
また除塵効率が悪くても少しでも煤塵排出量を減らすべく、仮に上記従来の集塵器を備えたとしても、排ガスに大きな流通（通過）抵抗が加わり圧力損失が大きくなってディーゼル機関の効率が低下したり（特にバグフィルタを用いた場合）、発電電力を除塵のために多く消費したり（特に電気集塵器の場合）するというデメリットがある。
【００１０】
そこで本願発明者等は、粒子径の小さい煤塵も捕集でき、しかも、圧力損失や消費電力の少ない除塵装置を開発し特許出願した（特願平２−１４７３号：これを以下「先願」と呼ぶ）。
【００１１】
ここで先願の除塵装置の概要を、図９を参照して説明する。同図に示すようにケーシング０１内は仕切板０２により仕切られて５つの流路０３が形成されている。各流路０３にはそれぞれ、入口側（入口ガスダクト０４側）から出口側（出口ガスダクト０５側）に向い、ダンパ０６，ヒータ０７及びフィルタ０８が順に備えられている。
【００１２】
前記ダンパ０６は図示しないモータにより回転して、流路０３を開閉する。前記ヒータ０７は電流が流れて発熱してフィルタ０８を再生する。つまりフィルタ０８を加熱して、フィルタ０８に捕集された煤塵（燃料未然分（スス）や潤滑油が飛散して生じたオイルミスト等）を燃焼させる。また前記フィルタ０８はセラミック多孔体で形成されている。
【００１３】
排ガスは入口ガスダクト０４からケーシング０１内に送られる。排ガス中の煤塵を捕集するには、ヒータ０７に電流を流すことなくダンパ０６を開状態にする。こうすると、排ガスはフィルタ０８を通過し、フィルタ０８に煤塵が捕集される。フィルタ０８を通過した排ガスは出口ガスダクト０５を介して煙突に送られる。
【００１４】
フィルタ０８の再生は、各流路０３ごとに順に位相をずらして周期的に行う。この再生手法を、図１０を参照して説明する。なお各流路０３を区別するため、ここでは流路に符号０３−１，０３−２，０３−３，０３−４，０３−５を付して説明する。
【００１５】
図１０に示すように期間Ｔ1 では、流路０３−１で再生をし、流路０３−２，０３−３，０３−４，０３−５により煤塵の捕集をする。即ち、流路０３−１では、ダンパ０６を閉じヒータ０７に電流を流してフィルタ０８を加熱してフィルタの再生をし、他の流路０３−２，０３−３，０３−４，０３−５では、ダンパ０６を開けヒータ０７に電流を流すことなくフィルタ０８により煤塵の捕集をする。
【００１６】
期間Ｔ2 では流路０３−２で再生をし、他の流路で煤塵捕集をし、期間Ｔ3 では流路０３−３で再生をし他の流路で煤塵捕集をし、以降同様に、１つの流路で再生をしつつ他の流路で捕集をする。
【００１７】
一方、ディーゼル機関は、一般に過給機を有しており、除塵装置はこの過給機の下流側に接続してある。
【００１８】
図１１は、この場合の除塵システムを示すブロック線図である。同図中、Ｉは除塵装置で仕切板０２で仕切られた５個の独立した室を有しており、各室にヒータ０７及びフィルタ０８が配設してある。また、各室には入側のダンパ０６を介して排気ガスが流入するとともに、出側のダンパ０９を介して排気ガスが流出する。０１０はディーゼル機関、０１１は過給機、０１２は排気管である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の除塵システムでは、ディーゼル機関０１０が一般に装備する過給機０１１の入口側の排ガスが高温，高圧であるにもかかわらず、除塵装置Ｉの再生時の排ガスは過給機０１１の出口側の低温，低圧のものを使用している。このため、再生効率を向上させるべく改善の余地が残っていた。
【００２０】
すなわち、フィルタ０８の再生の際には高温，高圧の過給機０１１の入口側の排ガスを使用するのが有利であることは論を待たない。ちなみに、過給機０１１の入口側の排ガスは出口側に較べ５０°〜１５０℃高温であり、この分ヒータ０７による排ガスのヒートアップ温度を低減することができる。
【００２１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、過給機の入口側及び出口側等、相対的に高温及び低温の二種類の排ガス源を有する場合において、除塵装置のフィルタの再生を効率良く行なうことができる除塵システムを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００２３】
１）  相対的に高温の排ガスと低温の排ガスとを排出する排ガス源と、
入口側から出口側に向い排ガスを流通させる複数の室を有するケーシングと、各室に対応して設置されており開状態になることにより対応した室に排ガスを流通させ閉状態になることにより対応した室に排ガスが流通することを阻止する複数のダンパと、各室にそれぞれ配置されており通電することにより発熱するヒータと、各室において排ガスの流通方向に沿い前記ヒータよりも下流位置にそれぞれ配置されたセラミック多孔体により構成されるフィルタとを有する除塵装置と、
排ガス源から排出される除塵用の低温の排ガスを除塵装置に導く排気管と、
除塵装置の各室のフィルタの上流側にそれぞれ直接連通する分岐管を有するとともに排ガス源が排出するフィルタの再生用の高温の排ガスを各分岐管を介して除塵装置に導く他の排気管と、
高温の排ガスの除塵装置の各室に対する流入を制御するよう各分岐管にそれぞれ配設した高温ガス弁とを有して、
少なくとも何れか一つの前記室に対応する高温ガス弁を開状態、ヒータを通電状態及びダンパを閉状態として当該室のフィルタの再生を行うとともに、残りの室に対応する高温ガス弁を閉状態、ヒータを非通電状態及びダンパを開状態として当該室のフィルタで前記排ガスの除塵を行う一方、かかる再生モード乃至除塵モードが各室において順次切り替わるように前記高温ガス弁、ヒータ及びダンパの動作を制御するように構成したこと。
２）  上記１）において、
排ガス源は過給機を有する内燃機関で構成する一方、高温の排ガスは過給機の入口側から供給するとともに低温の排ガスは過給機の出口側から供給するように構成したこと。
３）  上記１）において、
排ガス源はボイラで構成したこと。
４）  排ガス自体の熱で除塵装置のフィルタの再生を行ない得る程度の高温の排ガスと除塵用の低温の排ガスとを排出する排ガス源であるボイラと、
入口側から出口側に向い排ガスを流通させる複数の室を有するケーシングと、各室に対応して設置されており開状態になることにより対応した室に排ガスを流通させ閉状態になることにより対応した室に排ガスが流通することを阻止する複数のダンパと、各室にそれぞれ配置されたセラミック多孔体でなるフィルタとを有する除塵装置と、
ボイラが排出する除塵用の低温の排ガスを除塵装置に導く排気管と、
除塵装置の各室のフィルタの上流側にそれぞれ直接連通する分岐管を有するとともにボイラが排出するフィルタの再生用の高温の排ガスを各分岐管を介して除塵装置に導く他の排気管と、
高温の排ガスの除塵装置の各室に対する流入を制御するよう各分岐管にそれぞれ配設した高温ガス弁とを有して、
少なくとも何れか一つの前記室に対応する高温ガス弁を開状態及びダンパを閉状態として当該室のフィルタの再生を行うとともに、残りの室に対応する高温ガス弁を閉状態及びダンパを開状態として当該室のフィルタで前記排ガスの除塵を行う一方、かかる再生モード乃至除塵モードが各室において順次切り替わるように前記高温ガス弁及びダンパの動作を制御するように構成したこと。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、図１１と同一部分には同一番号を付し重複する説明は省略する。
【００２８】
図１に示すように、本形態においては、過給機０１１の入口側に別途排気管１０１を接続するとともに、この排気管１０１から除塵装置IIの各室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅにフィルタ５の上流側で連通する分岐管１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅが設けてある。各分岐管１０１ａ〜１０１ｅには高温ガス弁１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅが介在させてある。
【００２９】
除塵装置IIは、ヒータ４、フィルタ５、入側ダンパ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ、出側ダンパ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ等を有するが、排ガスが下部から流入して上部へ排出される縦型に形成してある。ちなみに、図１１に示す除塵装置Ｉは横型である。
【００３０】
かかる本形態においては、フィルタ５の再生を行なう再生モードの室３ａ〜３ｅには排気管１０１を介して過給機０１１の入口側の排気ガスを導入する。例えば、室３ａを再生モードにする場合には、高温ガス弁１０２ａを開状態にするとともに入側ダンパ８ａを閉じる。
【００３１】
一方、他の室３ｂ〜３ｅに関しては、各室３ｂ〜３ｅに対応する高圧ガス弁１０２ｂ〜１０２ｅを閉状態にするとともに、入側ダンパ８ｂ〜８ｅを開状態としておく。
【００３２】
かくして、室３ａにはそのフィルタ５の上流側に過給機０１１の入口側の高温，高圧の排ガスを導入するとともに、この排ガスをヒータ４で所定のヒートアップを行なうことによりフィルタ５の再生を行なう一方、他の室３ｂ〜３ｅに過給機０１１の出口側の排ガスを導入して除塵を行なう。室３ａに関する再生が終了した後には例えば室３ｂというように再生モードとする室を順次切換える。この結果、各室３ａ〜３ｅのフィルタ５の再生は高温，高圧の排ガスを用いて効率的に行なうことができる。
【００３３】
上述の如く本態様では、ディーゼル機関０１０の排ガスを再生用と除塵用とに分けているが、両者の分配比は、▲１▼  排気管０１２，１０１の管径を選択する、▲２▼  高温ガス弁１０２ａ〜１０２ｅに絞り機能を兼備させる等の手段を講じることにより容易に選定し得る。具体的には、再生用の排ガスは除塵用の排ガスの数パーセントとする。
【００３４】
上記態様では、ディーゼル機関０１０及び過給機０１１を高温及び低温の排ガス源としたが、過給機を有するものであれば他の内燃機関であっても良い。
【００３５】
また、図２に示すように、高温及び低温の排ガス源は、ボイラ２０１であっても良い。すなわち、この場合には従来の低温の排ガスを流す排気管２０２の他に再生用の高温の排ガスを流す排気管２０３を設け、図１に示す実施態様と同様に除塵装置IIに連結すれば良い。
【００３６】
ボイラを排ガス源とする場合には、ヒータ４によるヒートアップを行なうことなく、排ガス自体の熱でフィルタ５を再生し得る程度の高温の排ガスが得られる場合がある。したがって、この場合にはヒータ４を除去することもできる。ちなみに、排ガス源が内燃機関である場合には、再生のための所定温度（６００℃程度）とするためのヒートアップが必ず必要になる。
【００３７】
【実施例】
ここで、上述の如き除塵システムにおける除塵装置として有用な、特にディーゼル機関０１０の除塵装置として有用な実施例を説明しておく。
【００３８】
図３は本実施例に得る除塵装置を、一部破断して示す斜視図である。この除塵装置では、ケーシング１内に垂直方向に４枚の仕切板２を備え、ケーシング１内に５つの室３ａ〜３ｅを形成している。各室３ａ〜３ｅは垂直方向に延びておりその中にはそれぞれヒータ４（詳細後述）及びフィルタ５（詳細後述）を備えている。
【００３９】
各室３ａ〜３ｅの下部の前方側にはそれぞれ入口ガスダクト６ａ〜６ｅが連通しており、各入口ガスダクト６ａ〜６ｅ内には、モータ７ａ〜７ｅの駆動により開閉する入側ダンパ８ａ〜８ｅが備えられている。
【００４０】
また各室３ａ〜３ｅの上部の後方側にはそれぞれ出口ガスダクト９ａ〜９ｅが連通しており、各出口ガスダクト９ａ〜９ｅ内には、モータ１０ａ〜１０ｅの駆動により開閉する出側ダンパ１１ａ〜１１ｅ（なお図では１１ｂ〜１１ｅは見えていない）が備えられている。
【００４１】
そしてディーゼル機関などから出た排ガスは、入口ガスダクト６ａ〜６ｅを介して各室３ａ〜３ｅに導びかれ、各室３ａ〜３ｅを下方から上方に向い通過した後、出口ガスダクト９ａ〜９ｅを介して排出され、煙突に送られる。
【００４２】
一方、各室３ａ〜３ｅには、入口ガスダクト６ａ〜６ｅを介することなく直接各室３ａ〜３ｅに連通する分岐管１０１ａ〜１０１ｅが連結してあり、各分岐管１０１ａ〜１０１ｅが高温ガス弁１０２ａ〜１０２ｅを介して排気管１０１に連通している。かくして、再生用の高温の排ガスが排気管１０１及び高温ガス弁１０２ａ〜１０２ｅを介して各室３ａ〜３ｅに直接流入するように構成してある。
【００４３】
前記フィルタ５は、図４に示すように、２枚のフィルタ部材５−１，５−２を合掌配置した構造、即ち上辺が連結されると共に下辺に向うに従い両者間の隙間が漸増するように開いた構造となっている。そして各フィルタ部材５−１，５−２は、枠材５ａにセラミック多孔体５ｂを組み込んだ構成となっている。このセラミック多孔体５ｂは、コージェライト（２ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の混合物であり、１インチ当りに１０〜１５個の孔を有し、空孔率が高い（空孔率は８０〜９０％）。またセラミック多孔体５ｂの厚さ（排ガスが通過していく方向の長さ）は４０〜６０［ｍｍ］としている。
【００４４】
室３ａ〜３ｅ内を流通する排ガス（ディーゼル機関から出た排ガス）の流速は０．５〜２［ｍ／秒］と速いが、セラミック多孔体５ｂは三次元骨格構造となってその空孔率が大きいので圧力損失は少ない。またセラミック多孔体５ｂの孔の径は数［ｍｍ］と大きいがセラミック多孔体５ｂの厚さが４０〜６０［ｍｍ］あり且つ連続する気孔による流通経路が複数なので、ミクロンオーダの煤塵を捕集することができる。結局、一方を良好にすると他方が悪化する関係にある圧力損失と捕集効率とを勘案して、両特性が良好になるようにセラミック多孔体５ｂの空孔率と厚さを決定した。
【００４５】
なおここで付言すると、バグフィルタでの排ガスの流速は、１〜２［ｍ／分］程度と、きわめて遅い。
【００４６】
また図５に示すように、フィルタ部材５−１，５−２がなす角度θを、１０〜３０°にした。このようにすることにより、フィルタ５の総面積が、室の横断面積に対して広くなり、圧力損失の軽減に寄与する。
【００４７】
更に図５に示すように、前記ヒータ４はフィルタ５の下方位置で三角形配置されている。このヒータ４に電流を通すとヒータ４が加熱し、ヒータの輻射熱がセラミック多孔体５ｂに当たると共に、加熱された空気が立ち昇ってセラミック多孔体５ｂの内部にまで侵入する。これによりセラミック多孔体５ｂが加熱し再生ができる。
【００４８】
なお図６に示すように、ヒータ４をフィルタ５の下方位置で６本配列とするようにしてもよい。三角配列（図５）や６本配列（図６）としたヒータ４には、三相交流電流を供給する。
【００４９】
ヒータ４の構成は、図７に示すようになっている。即ち外筒４ａ内に発熱体４ｂを収納しており、この発熱体４ｂは複数のディスク４ｃを貫通する状態で支持されている。またディスク４ｃの相互間にはスペーサ４ｄを備え、外筒４ａの開口端（図では左端）は耐火耐熱材４ｅによりシールされている。そしてリード線４ｆを介して発熱体４ｂに給電をすることにより発熱体４ｂが発熱する。
【００５０】
このヒータ４は、その基端（図７では左端）がケーシング１の前壁１ａにボルト付され、その先端（図７では右端）がケーシング１の後壁１ｂに係止される。
【００５１】
【発明の効果】
以上実施の態様とともに具体的に説明したように、本発明によれば排ガス源が有する高温の排ガスと低温の排ガスとを用い、フィルタの再生用の排ガスとしては高温のものを使用するようにしたので、従来のヒータによるヒートアップの割合を低減できる、また場合によってはヒートアップの必要がないため、再生効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示すブロック図。
【図２】本発明の他の実施の態様を示すブロック図。
【図３】本発明の実施例に係る除塵装置を一部破断して示す斜視図。
【図４】フィルタを示す斜視図。
【図５】フィルタ及びヒータを示す正面図。
【図６】フィルタ及びヒータを示す正面図。
【図７】ヒータを示す断面図。
【図８】ディーゼル排ガス中の煤塵径とその割合を示す特性図。
【図９】従来の除塵装置を一部破断して示す斜視図。
【図１０】従来の除塵装置の運転方法を示すタイムシーケンス図。
【図１１】従来の除塵システムを示すブロック図。
【符号の説明】
II  除塵装置
１  ケーシング
２  仕切板
３ａ〜３ｅ  室
４  ヒータ
５  フィルタ
５−１，５−２  フィルタ部材
５ａ  枠材
５ｂ  セラミック多孔体
６ａ〜６ｅ  入口ガスダクト
７ａ〜７ｅ  モータ
８ａ〜８ｅ  入側ダンパ
９ａ〜９ｅ  出口ガスダクト
１０ａ〜１０ｅ  モータ
１１ａ〜１１ｅ  出側ダンパ
０１０  ディーゼル機関
０１１  過給機
０１２，１０１  排気管
１０１ａ〜１０１ｅ  分岐管
１０２ａ〜１０２ｅ  高温ガス弁
【図１】
0003679833.tif 000002
【図２】
0003679833.tif 000003
【図３】
0003679833.tif 000004
【図４】
0003679833.tif 000005
【図５】
0003679833.tif 000006
【図６】
0003679833.tif 000007
【図７】
0003679833.tif 000008
【図８】
0003679833.tif 000009
【図９】
0003679833.tif 000010
【図１０】
0003679833.tif 000011
【図１１】
0003679833.tif 000012