(57)【要約】【課題】排ガス温度400℃以下で運転しても、DPF内部に未燃分や灰が残らないように装置を停止することができる排ガス浄化方法を提供する。【解決手段】一対の多孔質波板と多孔質平板を基本単位とし、これが交互に交差するように積層された成形体に一酸化窒素を酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器及びDPFのフィルタ操作の流路とDPF内部の堆積物を抜出す流路とを切替える流路切替手段から構成される装置を用い、DEの停止信号入力時に、前記温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、前記流路切替手段によりDPF内部の堆積物を抜出す流路に切替え、該堆積物が実質的に除去されるように5分以上の定常運転を行った後、前記装置を停止する方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の多孔質波板と多孔質平板を基本単位とし、これが交互に交差するように積層された成形体に一酸化窒素を酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器及びDPFのフィルタ操作の流路とDPF内部の堆積物を抜出す流路とを切替える流路切替手段から構成されるディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質(PM)除去装置を用い、DEの停止信号入力時に、前記温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、前記流路切替手段によりDPF内部の堆積物を抜出す流路に切替え、該堆積物が実質的に除去されるように5分以上の定常運転を行った後、前記装置を停止することを特徴とする粒子状物質含有排ガスの浄化方法。
【請求項２】
一対の多孔質波板と多孔質平板を基本単位とし、これが交互に交差するように積層された成形体に一酸化窒素を酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器及びDPFのフィルタ操作の流路とDPF内部の堆積物を抜出す流路とを切替える流路切替手段から構成されるディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質(PM)除去装置を用い、DEの停止信号入力時に、温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、該DPF内部の堆積物が吸湿して付着しないようにDPF入口温度を400℃以上に昇温し、前記流路切替手段によりDPF内部の堆積物を抜出す流路に切替えた後、装置を停止することを特徴とする粒子状物質含有排ガスの浄化方法。
【請求項３】
ハニカムの隣り合うセルのどちらか一方が交互に目封じされた構造物に一酸化窒素酸化触媒を担持するか、またはその前流に同触媒を設置したDPF、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器、該DPFのバイパスライン、及び該DPFのバイパスラインに流路を切替える流路切替手段から構成されるディーゼルエンジン（DE）排ガス中の粒子状物質除去装置を用い、DEの停止信号入力時に前記温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、該DPF内部の堆積物が吸湿して付着しないようにDPF入口温度を400℃以上に昇温した後、前記流路切替手段により前記DPFのバイパス流路に切替え、装置を停止することを特徴とする粒子状物質含有排ガスの浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子状物質含有排ガスの浄化方法に関し、特にディーゼルエンジン(DE)などの内燃機関からの排ガスに含まれる粒子状物質(PM)を除去するフィルタ(DPF)を用いる排ガスの浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル排ガス中の粒子状物質（PM，Particulate  Matters)の除去に関する研究はDEメーカ及び自動車メーカを中心に各方面で行われており、優れた除去性能を有するフィルタや、酸化触媒により排ガス中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)にして捕集したPMを酸化し、長期間詰まりを防止できるようにした研究・開発がなされている（非特許文献１）。これらの発明の多くは、多孔質セラミックスの薄壁に通して濾過することを目指し、板状または円筒状の金属、セラミックス焼結フィルタ、ハニカム状のセラミックス多孔体のガス流入部又は排出部の一方が、隣り合うセルで交互に封じられたDPF（ディーゼルパティキュレートフィルタ）などが広く用いられている。更に、これらにNOのNO2への酸化機能を付与し、低温から効率よく煤を燃焼することで長期間煤の詰まりを防止できるようにした技術などが知られている (特許文献１及び２）。
【非特許文献１】産業環境管理協会、環境管理Vol.37、p441-449
【特許文献１】特開平1-318715号公報
【特許文献２】特開昭60-235620号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来技術を分散型電源装置などのDE排ガス中のPM除去に用いる場合の代表的なフローを図５及び図６に示す。これらの図において、ディーゼルエンジン７から排出された排ガスは、ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）１に入って排ガス中のDPが除去され、浄化された排ガスはフィルタライン４を経て系外に排出される。この場合、流路切替手段３がDPFの前段（図５）または後段（図６）に設けられ、それぞれDPF１を迂回するバイパスライン５及び６を介してフィルタライン４に連結され、DPFの停止の場合のアイドリング操作（図５）やDPF内部の堆積物を除去するための抜き出し操作（図６）に用いられる。すなわち、DPFの停止操作では、停止信号の入力によりDEをアイドリング運転に切替え、その際、DPFのバイパスライン(図５の５)に排ガス流路を切替えたり、DPF内部の堆積物を抜出すライン(図６の６)に切替えたりする操作が行われる。
しかしながら、DPFにおけるPMの燃焼は、PMの堆積量とNO2濃度及び温度の関数で示され、停止時にバイパスラインに切替えてもDPF内部にPMは残存する。また、堆積物を抜出すラインでアイドリング運転を行った場合も排ガス温度は急速に低下するため、運転時の排ガス温度が400℃以下では、フィルタ内部などに残存する未燃分を酸化分解するのに十分な時間を確保できず、DPF内部に未燃の煤や灰が付着した状態で装置が停止される。その結果、装置を長期間停止した際には、吸水性の高い煤や灰分がフィルタ表面に固着するとともに、無機成分が溶解してDPFや触媒の細孔内に析出し、圧損上昇や触媒活性の低下を引き起こすという問題があった。また、再起動直後の高濃度のPMを処理することにより、セルの閉塞などのトラブルを引き起こし、急激な圧損上昇の要因となっている。
本発明の課題は、DE装置の長期間の停止時の吸湿によるDPF及び触媒の劣化を防止するために、排ガス温度400℃以下で運転しても、DPF内部に未燃分や灰が残らないように装置を停止することができる排ガス浄化方法、すなわちDPFの操作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明者らは、DE装置の長期間の停止によるDPF及び触媒の劣化の機構について詳細に検討した結果、次にような結論に至った。即ち、排ガス温度が400℃以上の高温で運転したDPFは、長期停止してもDPF及び触媒の劣化は小さいが、400℃以下の運転後に長期停止した場合のDPF及び触媒の劣化は大きく、これは400℃以下の低温での運転を経て停止した場合、DPF内部に未燃の煤や灰が残存し、停止中に吸湿することにより劣化が進行するためであることが分った。そこで、400℃以下の運転条件からの装置の停止操作について鋭意検討したところ、停止時にDPF内部に未燃分である堆積物を残存させないように、抜き出しラインから除去するか、または堆積物が吸湿して付着しないように一旦昇温してから停止することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００５】
すなわち、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。
（１）一対の多孔質波板と多孔質平板を基本単位とし、これが交互に交差するように積層された成形体に一酸化窒素を酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器及びDPFのフィルタ操作の流路とDPF内部の堆積物を抜出す流路とを切替える流路切替手段から構成されるディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質(PM)除去装置を用い、DEの停止信号入力時に、前記温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、前記流路切替手段によりDPF内部の堆積物を抜出す流路に切替え、該堆積物が実質的に除去されるように5分以上の定常運転を行った後、前記装置を停止することを特徴とする粒子状物質含有排ガスの浄化方法。
（２）一対の多孔質波板と多孔質平板を基本単位とし、これが交互に交差するように積層された成形体に一酸化窒素を酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器及びDPFのフィルタ操作の流路とDPF内部の堆積物を抜出す流路とを切替える流路切替手段から構成されるディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質(PM)除去装置を用い、DEの停止信号入力時に、温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、該DPF内部の堆積物が吸湿して付着しないようにDPF入口温度を400℃以上に昇温し、前記流路切替手段によりDPF内部の堆積物を抜出す流路に切替えた後、装置を停止することを特徴とする粒子状物質含有排ガスの浄化方法。
（３）ハニカムの隣り合うセルのどちらか一方が交互に目封じされた構造物に一酸化窒素酸化触媒を担持するか、またはその前流に同触媒を設置したDPF、該DPF前流に配置された排ガスの温度検出器、該DPFのバイパスライン、及び該DPFのバイパスラインに流路を切替える流路切替手段から構成されるディーゼルエンジン（DE）排ガス中の粒子状物質除去装置を用い、DEの停止信号入力時に前記温度検出器で検出されたDPF入口温度が400℃以下となった場合、該DPF内部の堆積物が吸湿して付着しないようにDPF入口温度を400℃以上に昇温した後、前記流路切替手段により前記DPFのバイパス流路に切替え、装置を停止することを特徴とする粒子状物質含有排ガスの浄化方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、DE排ガス温度が400℃以下の条件においても、DPF内部に未燃分や灰分を残存させずに装置を停止することができ、装置が長期間停止された場合においても吸湿によるDPF及び触媒の劣化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の原理を図により説明する。図３は、一酸化窒素を酸化する触媒を担持したDPFにおける、NO2による排ガス中の煤燃焼の温度特性を示すが、燃焼速度は300℃前後で大きく上昇していることが分かる。また、図４は、所定の運転温度（排ガス温度）と、アイドリング状態に負荷を低下した際、DPF入口での排ガス温度が300℃まで低下するのに要する時間との関係を示すが、運転温度と所要時間はほぼ比例関係にあることが分かる。この結果、装置のアイドリング運転における酸化可能な煤の量は、運転温度の上昇に伴い、大幅に増加することが明らかである。
【０００８】
一方、NO2によるPMの酸化分解を行う連続再生式のDPFの特徴として、所定の温度における煤の燃焼速度は、ガス中のNO2濃度とDPFに堆積しているPM量との積に比例の関係にあるため、NO2生成量の少ない低温運転ほどDPF内部に堆積しているPM量は多い。このため、400℃以下の低温運転から装置を停止する場合は、PM処理を行わない条件で、一定時間DPF内部に付着した未燃分を酸化分解することが有効である。そのため、DE停止信号が入力時に、DPF入口における排ガス温度が400℃以下であった場合、堆積物を抜出す条件で5分以上運転を継続することにより、DPF内部の煤や灰分を抜出すと共に、フィルタ内部などに残存する未燃分を酸化分解することができ、装置停止後のDPF内部への未燃分の残存を防止できる。さらに、運転時のPM堆積量が少なく、停止時の300℃以上の保持時間が長い400℃以上に昇温してから停止する操作によっても、同様の効果が得られる。その結果、装置の長期停止においても吸湿によるDPF及び触媒の劣化を防止でき、耐久性に優れた運用が可能となる。
【０００９】
本発明において、温度検出器はDPF前流に配置されるが、DPF入口における排ガス温度を推定できれば、DE出口に設置し、それに応じた設定温度を変更しても構わない。また、上記400℃以上への昇温は、負荷変動、過熱器(バーナーや電気ヒータなど)、さらには可燃物添加などの公知の技術を用いて行なうことができる。
【実施例】
【００１０】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
［実施例１］
25kW-DEを用い、図１に示す系統の排ガス浄化装置のフィルタライン４により、DPF入口温度340℃での定常運転を行った。運転後、流路切替手段３により流路をDPF内部の堆積物抜出しラインに切替え30分間保持した。その後、アイドリング運転を5分間行ってDEを停止した。
［比較例１］
実施例１における流路切替え後に直ぐアイドリング運転を30分間行ってDEを停止した。
［実施例２］
実施例１のDPF入口温度を380℃、保持時間を５分に変更した以外は同様の操作によりDEを停止した。
［比較例２］
比較例２におけるアイドリング時間を10分に変更した以外は同様の操作によりDEを停止した。
【００１１】
［比較例３］
比較例におけるDPF入口温度を400℃に変更した以外は同様の操作によりDEを停止した。
［実施例３］
25kW-DEを用い、図２に示す系統の排ガス浄化装置のフィルタライン４により340℃で定常運転後、DPF入口温度が400℃となるよう負荷を上げて差圧が安定した後、流路切替手段３によりバイパスライン５に流路を切替え、5分間のアイドリング運転後にDEを停止した。
［比較例４］
25kW-DEを用い、図２に示す系統の排ガス浄化装置のフィルタライン４により340℃で定常運転後、流路切替手段３によりバイパスライン５に流路を切替え、5分間のアイドリング運転後にDEを停止した。
【００１２】
実施例１〜３及び比較例１〜４における試験後のDPFの質量を測定し、DPF内部に残存しているPM量を比較した結果を表１に示す。実施例１〜３と比較例１、２、４との比較により、停止信号入力後に一定時間の煤の燃焼運転を行うか、又は400℃以上までの昇温運転を行うことで、DE停止後にDPF内部に残存する未燃分を低減できることが分った。更に実施例１、２と比較例３の比較から400℃以下での低温運転時に有効な操作であることが分った。
【００１３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における装置の系統図。
【図２】本発明における装置の系統図。
【図３】NO2によるPM酸化の温度特性を示す図。
【図４】運転時の排ガス温度と、停止時に300℃に低下するのに要する時間の関係を示す図。
【図５】従来のDE灰ガス処理装置の代表的な系統を示す図。
【図６】従来のDE灰ガス処理装置の代表的な系統を示す図。
【符号の説明】
【００１５】
１：DPF、２：温度検出器、３：流路切替手段、4：フィルタライン、５：バイパスライン、６：DPF内部の堆積物抜出しライン、７：ディーゼルエンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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