(57)【要約】【課題】高温排気ガス処理をおこなうに際し、設備コスト及びその後のメンテナンスの手間と費用を低減できる排気ガス処理装置を提供する。【解決手段】内燃機関の高温排気ガスを冷却し、さらに排気ガスの煤煙成分を除去した上で大気中に放出する排気ガス処理装置において、高温排気ガスの煤煙成分を煤煙除去フィルター２３で除去を行い、その後煤煙成分除去後の高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャー部３１を配置して、高温排出ガスの処理を行うことを特徴とする排ガス処理装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の高温排気ガスを冷却し、さらに排気ガスの煤煙成分を除去した上で大気中に放出する排気ガス処理装置において、前記高温排気ガスの煤煙成分の除去を行う煤煙除去フィルターと、前記煤煙成分除去後の高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャー部とを備え、上流側に煤煙除去フィルターを、下流側にエアワッシャー部を配置して、高温排気ガスの処理を行うことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項２】
内燃機関の高温排気ガスを冷却し、さらに排気ガスの煤煙成分を除去した上で大気中に放出する排気ガス処理装置において、前記高温排気ガスの煤煙成分の除去を行う煤煙除去フィルターと、前記煤煙成分除去後の高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャー部を備え、前記エアワッシャー部は、高温空気を熱交換するボックスと、前記ボックス内に水を配水する水噴霧配管と、その水噴霧配管に複数の水噴霧ノズルを設け、噴霧された水を衝突によって微細化する生成部をもつ微細水滴生成部とからなり、高温空気を気化熱を利用して冷却することを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項３】
エアワッシャー部のボックスには、円筒形状をした筒状部材を用いることにより、サイクロンを利用して導入した排気ガスを旋回させてエアワッシャーとの混合状態を促進させることを特徴とする請求項２記載の排気ガス処理装置。
【請求項４】
噴霧された水を衝突によって微細化する生成部をもつ微細水滴生成部には、円形の筒状部材の内壁面を利用することを特徴とする請求項２または３記載の排気ガス処理装置。
【請求項５】
廃熱ガスの原料はＡ重油または軽油またはガスとしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項６】
高温の排気ガスの処理はセラミック機材を用いたハニカムフィルター、またはディーゼルパーティキュラ−フィルターにて行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自家発電設備のディーゼルエンジンやガスタービンを対象とした内燃機関の排気ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄の駅では、商用電源の停電に備えて自家発電設備を設けている。発電設備はディーゼルエンジンと発電機を組み合わせたものであり、通常は地下に構築した駅構内の発電機室に設置されている。
【０００３】
この発電機が運転される際には高温の排気ガスが発生する。排気ガス中には黒煙やＮＯＸ、ＳＯＸなど人体に有害な成分が含まれており、このまま地上に排出したのでは環境汚染の原因となる。そこで従来では、水噴霧式冷却器を前段に配置し、コイル式冷却器を後段に配置することで（例えば、特許文献１参照）、ディーゼルエンジンの排気ガス（通常５００℃程度）を５０℃程度の温度にまで冷却し、その後電気集塵方式の消煙器で黒煙成分を除去して地上に排出していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１８２６１５号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の水噴霧式冷却器を前段に配置し、コイル式冷却器を後段に配置することでディーゼルエンジンの排気ガスを地上の大気中に放出しても影響のない５０℃程度の温度にまで冷却し、その後電気集塵方式の消煙器で黒煙成分を除去する方式では高湿度で強酸性のガスが混じった空気が電気集塵器に導入されることにより、荷電部に用いられているニクロム線が腐食し、短期間で交換する必要がありメンテナンスに手間と費用がかかるという課題がある。
【０００６】
また、水噴霧式冷却器内で噴霧された冷却水は高温ガスと熱交換した後にドレンとして排出されるが、熱交換効率の低い場合には排水温度が低くなり、高温ガスの冷却能力を確保するためには冷却水の使用量を多くせざるを得ないという課題がある。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、内燃機関の高温排気ガスの煤煙成分を煤煙除去フィルターで処理し、噴射水を循環するための水タンクを有したエアワッシャーにて高温空気を気化熱を利用して冷却することでメンテナンスが容易でかつ省エネルギーな内燃機関の排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の排気ガス処理装置は、内燃機関の高温排気ガスを冷却して大気中に放出し、さらに排気ガスの煤煙成分を除去した上で大気中に放出する排気ガス処理装置において、前記高温排気ガスの煤煙成分の除去を行う煤煙除去フィルターと、高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャーを備え、上流側に煤煙除去フィルターを、下流側にエアワッシャーを配置して、排気ガスの処理をおこなうことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明の排気ガス処理装置は、廃熱処理装置内燃機関の高温排気ガスを冷却し、さらに排気ガスの煤煙成分を除去した上で大気中に放出する排気ガス処理装置において、前記排気ガスの煤煙成分の除去を行う煤煙除去フィルターと、前記煤煙成分除去後の高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャー部を備え、前記エアワッシャー部は、高温空気を熱交換するボックスと、前記ボックス内に水を配水する水噴霧配管と、その水噴霧配管に複数の水噴霧ノズルを設け、噴霧された水を衝突によって微細化する生成部をもつ微細水滴生成部とからなり、高温空気を気化熱を利用して冷却することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の本発明は請求項２に記載の排気ガス処理装置において、エアワッシャー部のボックスには、円筒形状をした筒状部材を用いることにより、サイクロンを利用して導入した排気ガスを旋回させてエアワッシャーとの混合状態を促進させることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の本発明は請求項２または３に記載の排気ガス処理装置において、噴霧された水を衝突によって微細化する生成部をもつ微細水滴生成部には、円形の筒状部材の内壁面を利用することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の本発明は請求項１から４のいずれかに記載の排気ガス処理装置において、廃熱ガスの原料はＡ重油または軽油またはガスとしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の本発明は請求項１から５のいずれかに記載の排気ガス処理装置において、高温の排気ガスの処理はセラミック機材を用いたハニカムフィルター、またはディーゼルパーティキュラ−フィルターにて行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における排気ガス処理装置は、高温排気ガスの煤煙成分の除去を行う煤煙除去フィルターと、前記煤煙成分除去後の高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャー部とを備え、上流側に煤煙除去フィルターを、下流側にエアワッシャー部を配置して構成している。このように、発生した高温の排気ガスを先に、煤煙除去フィルターにて煤煙成分を除去しその後、エアワッシャーにて清浄化された高温ガスを冷却したものである。これにより、高温排気ガスの処理が簡単な構成で可能となり、かつメンテナンスも容易となる。
【００１５】
本発明の第２の実施の形態における排気ガス処理装置は、高温排気ガスの煤煙成分の除去を行う煤煙除去フィルターと、前記煤煙成分除去後の高温空気を気化熱を利用して冷却するエアワッシャー部を備え、前記エアワッシャー部は、高温空気を熱交換するボックスと、前記ボックス内に水を配水する水噴霧配管と、その水噴霧配管に複数の水噴霧ノズルを設け、噴霧された水を衝突によって微細化する生成部をもつ微細水滴生成部として構成されたものである。これにより、微細水滴を多量に生成し気化効率を向上させることができ、冷却水の使用量を減少させることで省エネルギーを図ることが可能となる。
【００１６】
本発明の第３の実施の形態は、請求項２の実施の形態における排気ガス処理装置において、エアワッシャー部のボックスには、円筒形状をした筒状部材を用いる構成としたものである。これにより、サイクロンを利用して導入した排気ガスを旋回させてエアワッシャーとの混合状態を促進させることができるので、省エネを更に図ることが可能となる。
【００１７】
本発明の第４の実施の形態は、請求項２または３の実施の形態における排気ガス処理装置において、噴霧された水を衝突によって微細化する生成部をもつ微細水滴生成部には、円形の筒状部材の内壁面を利用した構成としたものである。これにより、水滴の微細化と気流混合を兼用するため簡単な構造で微細水滴の発生をおこなうことが可能となる。
【００１８】
本発明の第５の実施の形態は、請求項１から４のいずれかに記載の実施の形態における排気ガス処理装置において、内燃機関の原料をＡ重油または軽油またはガスとしたものである。これにより、様々な原料を燃料とする内燃機関に対し高温排気ガスの処理が可能となる。
【００１９】
本発明の第６の実施の形態は、請求項１から５のいずれかに記載の実施の形態における排気ガス処理装置において、煤煙成分の除去をハニカムフィルターまたはディーゼルパーティキュラ−フィルターにて行うものとしてたものである。これにより、排気ガス状態のまま煤煙成分の除去を効率よくおこなうことが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明の実施の形態による排気ガス処理装置の全体概略図、図２は  本発明の実施の形態１によるエアワッシャー部の外観参考図である。図１に示すように、内燃機関の排気ガス処理装置の主要構成は、煤煙除去フィルターボックス２１とエアワッシャー部３１と除湿コイル６１の組み合わせにより構成されている。煤煙除去フィルターボックス２１には自家発電機１１より発生する高温排気ガスを一次排気配管１２を通してボックス空間下部２２に接続されている。ボックス空間下部２２の底には集塵部２６が接続され、上部には煤煙除去フィルター２３を有し、さらにその上部にはボックス空間上部２４を有している。前記ボックス空間上部２４から二次排気配管２５を通して、床面に対して円筒のセンターラインが平行である横方向に設置されたエアワッシャー部３１の円筒エアワッシャー部入口２８に接続されている。前記エアワッシャ−部３１は、図２のような外観である。そして、エアワッシャー部入口２８への接続は、エアワッシャー部３１の一方端部に円筒の接線方向に高温空気が導入されるように取り付けられている。また、他方端部にはエリミネータ３４が配置され、エアワッシャー部出口２９に一次排気ダクト６２を介して除湿コイル６１の一次側に接続され、そして、除湿コイル６１の二次側には二次排気ダクト６３を介し外気排出口６４に接続されている。一方、前記エアワッシャー部３１には、円筒形状をした筒状部材３３を横方向に配置し、前記筒状部材３３のセンター位置に内壁面３２と並行に冷水噴射配管３５が配設され、冷水噴射配管３５には冷水噴射ノズル３６が内壁面３２に噴射口を向けて取り付けられ、微細水滴を生成する微細水滴生成部３７を有している。そして、エアワッシャー部３１の円筒下部位置には噴射水の回収及び補給を兼ねた給水タンク４１を有し、給水タンク４１には噴射ポンプ４２と噴射バルブ４３と圧力計４４を介して前記冷水噴射配管３５に接続されている。また、前記給水タンク４１には、温度センサー５２とドレンバルブ５３を介してドレン口５１に接続され、補給バルブ５４を介して給水ポンプ５６に接続されている。そして除湿コイル６１には冷水バルブ５８を介して給水ポンプ５６に接続されている。一方、煤煙除去フィルターボックス２１のボックス空間上部２４には高圧空気配管７３が設けられ、フィルター開口部２７に向けて空気噴射ノズル７４が取り付けられている。そして高圧空気タンク７１を介してエアコンプレッサー７２に接続されている。
【００２２】
前記構成における自家用発電機１１を運転した場合の高温排気ガス処理動作の説明をおこなう。自家発電機１１より発生した高温排気ガスは、例えばディーゼルエンジンでは煤煙粒子やＮＯＸ、ＳＯＸ成分、オイルミスト等を含み、温度は約３５０〜５００℃になっている。その高温排気ガスは、煤煙除去フィルターボックス２１のボックス空間下部２２に送られ、煤煙除去フィルター２３には例えばハニカムフィルターを使用し、そこを通過する際にハニカムフィルターのエレメントに煤煙粒子を付着させて除去する。そして、煤煙を除去された高温空気は、二次排気配管２５を通ってエアワッシャー部３１に導入され、筒状部材３３内で回転気流を生じながら高温空気が冷却され、エアワッシャー部出口２９から一次排気ダクト６２に送られる。ここでの冷却方法を説明すると、エアワッシャー部３１に導入された高温空気は、冷水噴射ノズル３６より内壁面３２に向けて冷水を噴射し、内壁面３２に衝突させ、水の気化を促進する微細水滴を生成している。これにより、エアワッシャー部３１の内部に微細水滴が多量に存在する雰囲気となり、かつ導入された空気は円筒内で回転気流を生じ微細水滴に接触する機会を増やし、微細水滴での気化冷却効率を最大限にまで発揮させて高温空気を約５０℃まで冷却している。
【００２３】
しかし、冷却された空気は多量の水滴を保持しており、このまま排出すると二次排気ダクト６３から外気排出口６４における間での結露が問題となるため、複数の遮蔽版を並行に重ね合わせたエリミネータ３４にて大粒径の水滴を衝突効果にて除去し、更に冷却水と冷却された空気の熱交換を行う除湿コイル６１を配置し、水蒸気が目視できない程度まで除湿した後二次排気ダクト６３を通して外気排出口６４から排出している。ここで、冷水噴霧圧力は、圧力計４４と噴射バルブ４３を用いて調整する。
【００２４】
一方、補給用冷却水は、給水ポンプ５６から補給バルブ５４で補給用冷却水の供給量を調整しながら給水タンク４１へ供給されている。この給水タンク４１内の水温は、高温空気との混合により運転に伴い上昇していくが、高温空気温度が約３５０〜５００℃と高いため、噴霧により使用した水温を再利用が可能である。しかし、一定水温以上になると常時冷却水を供給する必要があり、同時にドレンバルブ５３の開閉にて排水もおこなっている。つまり、ドレン配管５５内には温度センサー５２が設けられ、給水タンク４１内の水温が上昇し、排水設定温度４５℃以上になると、ドレンバルブ５３を開いて排水し、同時に補給バルブ５４を開いて新しい冷水を供給する制御をおこなう。これにより、冷却水を有効利用することができる。また、除湿コイル６１には冷水バルブ５８を用いて必要な除湿用冷却水量を調整して除湿により高温となった還流水は戻り配管で冷水発生機から供給された冷水と合流し、ここでも再利用を図り冷却水を有効利用できる。たとえば、冬期運転時に実験機にて確認したところ、冷却水の温度は約１０℃で、エアワッシャー部３１へ高温空気約２５０℃を送ると、エアワッシャー部３１の出口空気は約５０℃となり、除湿コイル６１通過後は約３５℃となった。このときの冷却水の温度をみると、除湿コイル６１にて温度上昇した除湿用冷却水は約２０℃、給水タンク４１内の水温は約４５℃であった。そして、除湿コイル６１にて高温となった除湿用冷却水の水温は給水タンク４１内の水温よりも常に低温、つまり４５℃＞２０℃の関係となっている。そのため、除湿コイルの戻り水を冷却水配管に合流させることで、冷却水の再利用が可能となり省エネルギーが実現できた。また冷水噴射ノズル３６から噴射された冷却水は、高温空気の熱回収を行った後に水温が約３５〜４５℃となり、排水設定温度４５℃以下のため、そのまま排出する場合よりも給水タンク４１に返送して噴霧水として再利用することにより省エネルギー運転を実現できる。従って上記構成において維持メンテナンスをおこなう場合には、集塵部２６の煤煙の除去、エアワッシャー部３１の洗浄だけですむため、従来は荷電部ニクロム線の交換が必要であったものが不要となる。また、使用する冷却水量の減少を実現させることができるので、省エネルギーと初期コストの低減が図れる。
【００２５】
一方、フィルターのメンテについては、運転により煤煙除去フィルター２３が目詰りすると処理風量が減少するため目詰まりを除去する必要がある。そこで発電機停止時に、エアコンプレッサ７２からの高圧空気を、逆洗空気圧タンク７１を介して高圧空気配管７３に設けた空気噴射ノズル７４から煤煙除去フィルター開口部２７に強制噴射し、煤煙除去フィルター２３に堆積した煤煙を除去して集塵部２６へ排出・集塵させる。そして、これを定期的におこなうことにより煤煙除去フィルター２３を継続利用することができ、メンテが容易で安価な装置を提供することができる。
【００２６】
なお、エアワッシャー部３１はボックスで構成され、本発明の実施例では円形の筒状部材３３の形状とするが、楕円形状でも多角形でもよいものとする。
【００２７】
なお、圧力損失の多い場合には、二次排気ダクト６３内に送風機８１を接続することもできる。
【００２８】
なお、ＮＯＸ、ＳＯＸ成分も除去する場合には、ハニカムフィルターに触媒を塗布して分解する方法、またはディーゼルパーティキュラ−フィルター（ＤＰＦ）を用いる方法がある。
【００２９】
なお、温度センサー５２は給水タンク４１内に設けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、高温排気ガスの煤煙成分の除去を煤煙除去フィルターで行い、その後に気化熱を利用したエアワッシャーで高温空気を冷却する方法である。その際、煤煙成分が先に除去され、それ以降の機器には煤煙成分が除去された空気が通過するため、従来では必要とされた電気集じん部の頻繁な部品交換、エアワッシャ−部およびコイルのフィン面の頻繁な洗浄が不要となり、維持メンテナンスの手間と費用が大きく低減できるという効果を生じるものである。
【００３１】
また、エアワッシャー部には水を供給する水噴霧配管とそれに複数の水噴霧ノズルを設け、噴霧された水を衝突によって微細水滴を生成し、かつ高温排気ガスの気流通過距離を長く保つことのできるサイクロン構造により高温排気ガスと微細水滴の接触を促進させることができるために冷却水量の低減が可能となり、省エネルギー運転をを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による排気ガス処理装置の全体概略図
【図２】本発明の実施の形態１によるエアワッシャー部の外観参考図
【符号の説明】
１１    自家発電機
１２    一次排気配管
２１    煤煙除去フィルターボックス
２２    ボックス空間下部
２３    煤煙除去フィルター
２４    ボックス空間上部
２５    二次排気配管
２６    集塵部
２７    フィルター開口部
２８    エアワッシャー部入口
２９    エアワッシャー部出口
３１    エアワッシャー部
３２    円筒内壁面
３３    筒状部材
３４    エリミネータ
３５    水噴霧配管
３６    水噴射ノズル
３７    微細水滴生成部
４１    給水タンク
４２    噴射ポンプ
４３    噴射バルブ
４４    圧力計
５１    ドレン口
５２    温度センサー
５３    ドレンバルブ
５４    補給バルブ
５５    ドレン配管
５６    給水ポンプ
５８    冷水バルブ
６１    除湿コイル
６２    一次排気ダクト
６３    二次排気ダクト
６４    外気排出口
７１    逆洗空気圧タンク
７２    エアーコンプレッサー
７３    高圧空気配管
７４    空気噴射ノズル
８１    送風機
【図１】
2004324550.tif 000003
【図２】
2004324550.tif 000004