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JP3940204B2 - Particulate removal device - Google Patents

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JP3940204B2
JP3940204B2 JP14828497A JP14828497A JP3940204B2 JP 3940204 B2 JP3940204 B2 JP 3940204B2 JP 14828497 A JP14828497 A JP 14828497A JP 14828497 A JP14828497 A JP 14828497A JP 3940204 B2 JP3940204 B2 JP 3940204B2
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JP
Japan
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liquid
exhaust gas
fine particles
amount
recovery unit
Prior art date
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Application number
JP14828497A
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Japanese (ja)
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JPH10339129A (en
Inventor
孝治 是松
Original Assignee
株式会社 大東製作所
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Publication date
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Separation Of Particles Using Liquids (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン排気ガス等の排気ガス中の微粒子を除去するための微粒子除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために、従来からフィルタートラップを用いたり、酸化触媒を用いる手段が採用されている。
【0003】
フィルタートラップはセラミック等で製作され、排気ガス管の途中に配置して微粒子を捕捉するが、微粒子が閉塞しやすい。このためフィルタートラップを電熱ヒータなどで燃焼して微粒子を除去し再使用するが、この燃焼時にフィルタートラップが割れることが多く、耐久性に乏しい。
【0004】
また酸化触媒を用いる場合には捕捉効果が低い上に、副産物として生ずるサルフェート(CaSO4 )で劣化し、寿命が短い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、排気ガス中の微粒子の捕捉効果が高く、かつ長寿命の微粒子除去装置を得ることが目的である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明では、排気ガス通路中へ開放するノズルと、このノズルから微粒液体を噴出させこの液体中へ排気ガス中の微粒子を取り込ませる送液手段と、前記排気ガス通路中へ開口し、前記噴出した液体を回収し前記送液手段へと循環させる回収部と、前記回収部で貯留される液体を取り出し、液体中から前記微粒子を除去した後に再び回収部へ戻す微粒子除去循環路と、所定時に前記微粒子除去循環路を駆動して液体をこの循環路へ送る駆動手段と、を有する微粒子除去装置において、前記送液手段が、前記ノズルから前記回収部の液面に向けて前記微粒液体を噴出させ、前記微粒子を取り込んだ後の該液体を含んだ排気ガスを前記回収部の液面に衝突させることを特徴とする。
【0007】
請求項1に係る発明では、回収部の液面に向けて排気ガス中に開放したノズルへは送液手段によって液体が供給され、ノズルからはこの液体が微粒状態となって排気ガス通路中へと噴霧される。したがって噴霧された液体は排気ガス中に含まれる多数の微粒子を取り込んで捕捉する。この微粒子が捕捉された液体粒子は回収部の液面に衝突して回収されて送液手段へと送られ、再びノズルへと循環されるので少ない液体で大きな回収効率が得られる。微粒子除去循環路は所定時にのみ、すなわち常時は運転されず、必要時にのみ運転されるのでポンプなどの循環路の駆動手段を効率よく使用できる。
【0008】
微粒子は、排気ガス中に浮遊している状態では、その直径が0.1〜0.5μmの大きさであり、この大きさの微粒子を捕捉するフィルターは前述の如く再使用が難しい。しかし、排気ガス中の微粒子は液体中に入り込むと互いに結合して1μmの大きさに成長することが判明し、一般に販売されている繊維束などのフィルターにより容易に捕捉できる。
【0009】
回収部には液体を貯留して、排気ガスをこの貯留液体の液面へ接触する状態で送れば、噴出後に微粒状態となっている液体は回収部で表面張力の作用で液面に吸収されることによってその大部分が回収可能となる。
【0010】
送液手段からの送液量はエンジン負荷の増大に応じて増加させることにより、エンジン負荷の増大に伴って排出量が多くなる排気ガス中の微粒子を効果的に捕捉できる。この場合、エンジン回転数の増大と共に微粒子の排出量も増大されるのでこの場合にも次第に送液量を多くしてもよい。またエンジン負荷の増大や回転数の増大によって排気ガス中の微粒子は、エンジン負荷が所定値までは、またはエンジン回転数が所定値までは減少し、その後エンジン負荷の増大または回転数の増大によって次第に排出量が多くなるので、送液量もこれに応じて減少及び増大させてもよい。
【0011】
一般的に排気ガス中にはSOX やNOX が含有され、これが水に溶けて酸性の溶液を生ずる。そこで噴出させる液体を弱アルカリ水溶液とすることにより回収液体の酸化防止が図れる。この酸性度はpH3程度であるのでステンレス鋼などの耐酸性材料を用いることで対処してもよい。また排気ガス中に加熱手段を設ければ、スクラバーとしての本装置を通ってクリーンになった処理後の排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮して白煙を生ずることを防止できる。この加熱手段はエンジンの排気ガス熱を用いるのが好ましい。
【0012】
請求項2に記載の発明では、前記駆動手段は、液中の微粒子量が350mg/l、すなわち1リットル当たり350mgを越えた状態で循環路を駆動することを特徴とする。実験の結果、液中の微粒子量が1リットル当たり350mgを越えると、微粒子の捕捉効果が衰え、さらに350mg/lを越えると微粒子の捕捉効果が急激に衰えることが見いだされた。このため、このような液中の微粒子量が350mgを越えた状態で循環路を駆動することにより、常時駆動手段を駆動しておく必要がなくなる。
【0013】
請求項3に記載の発明では、前記駆動手段は、所定時間毎に循環路を駆動することを特徴とする。このため、使用する液体量とエンジンの駆動時間等との関係より、予めどの程度の運転時間で微粒子の捕捉効果が低減するかを調べておき、微粒子捕捉効果が衰えると予測した時間毎に制御手段により駆動手段を駆動することにより、常時駆動手段を駆動しておく必要がなく効果的に微粒子が捕捉できる。また液体の微粒子量が増加すると光を透過しなくなる性質を利用し、光源と、光トランジスタ等の光センサーとの組み合わせによる検出手段からの信号を用いて制御手段により駆動手段を駆動することもできる。さらに、微粒子を捕捉した液体は捕捉量が多くなると通電量が多くなるので通電量の変化を検出する検出手段からの信号に基づいて制御手段により駆動手段を駆動するなどの他の検出手段や制御手段を用いてもよい。
【0014】
【実施の形態】
図1には本発明が適用された微粒子除去装置が示されている。ディーゼルエンジン12はその排気管14がこの微粒子除去装置の大径管16へと直角に接続されている。この大径管16の一端は配管18を介してポンプ22へ接続されている。このポンプ22はモータ24で駆動されて回転し、回収部26に貯留された液体R(この実施形態では水を用いる)を回収配管28を介して吸引し、配管18内へと圧送するようになっている。この配管18の先端部は次第に小径とされたノズル32となって大径管16内へ同軸的に突出開口している。
【0015】
図5〜8に示されるように、ノズル32の先端開口82よりも若干上方の内周面には段部83が設けられ、この段部83へは拡散手段としての拡散筒85が取付けられている。この拡散筒85は内周面から等間隔で4個の螺旋突起86が内側へ突出している。これによってこの拡散筒85内を通過する液体Rは旋回力が付与される。
【0016】
従ってポンプ22で圧送された液体Rはノズル32の先端から大径管16の先端へ接続される小径管34内へと噴出され排気ガスと同方向へと送られると共に、拡散筒85で付与される旋回力で開口82を出た部分で大きく広がる。排気管14から大径管16内へと至りノズル32の外周へと送り込まれる排気ガスは、小径管34内へと導かれ、この小径管34内では噴出された微粒状の液体Rと排気ガスとが広い接触面積で互いに接触する。この結果、排気ガス中に含まれる微粒子は霧状態で噴出された液体Rの粒子へと取り込まれることになる。ノズル32の最適内径値は小径管34の内径値との相対関係によって決定する。
【0017】
小径管34の下流側には次第に内径が増大される拡径管36が接続され、箱状回収部26の頂面へと開口している。この回収部26にはその全高さの70%〜80%程度の高さまで液体Rが存在するように液量が制御されている。またこの回収部26には拡径管36と略平行に延長排気ガス管38が接続されている。従って、排気ガス通路中に回収部26の液面が開口していることになる。この延長排気ガス管38の中間部には排気ガス中の微粒子量を検出するためのセンサ42が設けられ、また延長排気ガス管38の先端部はヒータ44、消音装置(図示省略)などの必要な機器を介した後に大気中へと開放される。ヒータ44は水温の上昇に伴って蒸発した水蒸気を加熱することにより、水蒸気が凝縮して白煙が大気へ排出されるのを防ぐ。ヒータ44は排気管14の一部を通過させて排気ガス熱で排気ガス管38内の排気ガスを加熱すれば効率がよく、またこの排気ガス管38の温度が所定値に達した状態や、タイマーを用いて加熱を中断するようにしてもよい。
【0018】
モータ24は制御装置46によってその回転数が制御されるようになっている。またこの制御装置46はディーゼルエンジン12の供給燃料量、吸入空気量等で検知されるエンジン負荷や回転数などの運転条件を検出し、これによってモータ24の回転数を制御し、ノズル32からの送液量を制御する。エンジン負荷や回転数などの運転条件の検出手段としては上記の他に各種の検出手段が適用できる。またこの制御装置46は、センサー42によって延長排気ガス管38に含まれる捕捉残り微粒子量の検出や、ヒータ44の温度制御も行う。なお図中符号48は液体中から捕捉微粒子を分離するフィルター等の分離手段である。このフィルターは微粒子が1〜2mmの直径に特別に大きく集合した塊が捕捉できればよく、メッシュの荒いものでよい。必要に応じて取り外し可能とされ水洗い可能なものがよい。
【0019】
図1に示されるように、回収部26には微粒子除去循環路88が連通されている。この循環路88は回収部26の下部であって、液体Rが貯留されている部分へ開口した取り出し配管89と、回収部26の上部に開口した戻し配管91とこれらの配管を連結するフィルター容器92を有している。このフィルター容器92の内部にはフィルター本体93が収容されている。取り出し配管89には駆動手段であるポンプ94が設けられて制御装置46によって必要時に駆動されモータ96によって回転する。この実施形態のフィルター本体93は筒状の多孔質物質であり、内側へ取り出し配管89からの液体Rが入り込み、液体Rはフィルター本体93を通って微粒子がフィルター本体93の多孔部分で捕捉され、液体Rのみが戻し配管91を通って回収部26へと戻される。なお、ポンプ22、94はディーゼルエンジン12の出力軸の回転を伝達して駆動することもできる。
【0020】
図2には一般的な、ディーゼルエンジン12の燃料噴射量の調節装置が示されている。加圧された燃料が貯留される燃料室52はフィードホール54を介してプランジャ室56と連通されている。プランジャ室56にはプランジャ58がフィードホール54を開閉可能に設けられている。このプランジャ58は、下端部に形成されたタペット59がエンジンのクランクシャフトカム(図示省略)によってピストン60の上下動に同期して一定量押し上げられ、プランジャー室56内の燃料を加圧する。この燃料圧力でデリバリバルブ64及びノズルニードル63が付勢力に抗して押し上げられ、燃焼室61へと燃料が供給される。プランジャ58の上昇末期にはプランジャ58の外周に刻設された傾斜リード溝58Aがフィードホール54と連通し、この傾斜リード溝58Aはプランジャー58の軸心孔58Bと通じており、これによってプランジャー室56がフィードホール54と連通して燃料の加圧供給が停止する。
【0021】
このプランジャー58の圧送燃料量はプランジャー58の軸回り回転角度に比例する。すなわちプランジャー58の上昇過程のどの時点において傾斜リード溝58Aがフィードホール54と連通して燃料の圧送過程が終了するかによって定まる。この燃料供給量を制御するためにコントロールラック62が設けられる。このコントロールラック62はエンジンの燃料供給制御操作ハンドルや自動車のアクセルに接続され、オペレータやドライバーが燃料供給量を増大させたい場合には矢印A方向に移動されてピニオン66を介してコントロールスリーブ67を回転させる。このコントロールスリーブ67はプランジャー58のドライビングフェイス58Cと回転方向にのみ係合しており、プランジャー58を軸回りに回転させてフードホール54への傾斜リード溝58Aの対応位置を変更し、上下ストローク時の燃料圧送量を変更する。
【0022】
この実施形態ではコントロールラック62の移動量が制御装置46へと伝えられており、これによってディーゼルエンジン12への燃料供給量が常に検知されている。
【0023】
次に本実施形態の作用を説明する。
ディーゼルエンジン12が運転されると、排気管14から排出される排気ガスが大径管16へと送り込まれる。制御装置46はモータ24を駆動して液体をノズル32から小径管34内へと噴出させる。これによって噴出した液体は微粒状となり、排気ガス中の微粒子を捕捉する。捕捉された排気ガス微粒子は微粒状の液体と共に回収部26を通過して延長排気ガス管38へと至るが、この場合回収部26の液体Rの液面へと接触するので、微粒状の液体は回収部26内の液体R内へと取り込まれる。これは図1の如く、排気ガス微粒子を含んだ排気ガスが垂直下方へと送り込まれて回収部26の液面へ衝突させられるとにより、また回収部26内の液体Rと接触して温度が低下することによって液体回収が促進される。この排気ガス微粒子を取り込んだ後の液体粒子を含む排気ガスを回収部26の液体中へ通過させてもよいが、この実施例では排気ガスは拡径管36から回収部26の液面上部の気体中を通過し延長排気ガス管38へと至るので、排気ガス圧力の損失は極めて少なく、ディーゼルエンジン12へ与える負荷も小さい。
【0024】
回収された液体Rは微粒子分離手段48で数mm程度に特別に大きく成長した微粒子が除去され、ポンプ22へと戻って循環される。用いる液体Rは弱アルカリ性とすることによって排気ガス中のSOX やNOX によって水が酸性化し材料を腐食させることを防止できる。すなわちディーゼルエンジン用燃料の軽油中には硫黄が0.2%程度含まれているので、これがエンジン内で酸化して排気ガス中に二酸化硫黄が含まれることになり、これと窒素酸化物が循環水である液体Rに溶解する。この液体Rの酸性度はpH3〜5程度となる可能性があるので、本発明装置の各内部は耐酸性材料で製作したり、さらに酸度が高い場合にはこの液体と接触する内壁をガラスコーティングするなどの耐酸性手段を施すことが必要になる。この実施形態では、このような特殊な加工をすることなく、弱アルカリ溶液で液体Rの酸性度を材料の有する耐酸性の範囲内に制御しており、例えばpH3程度に制御すれば、ステンレス鋼を適用可能である。この液体R中の酸性度は運転時間に依存するので、運転時間に応じて酸性度を制御してもよい。しかし運転時間が短ければアルカリ度をさほど上げる必要はないので、特別の制御は必要がない。また、pHが下がったら塩基性の物質NaOHなどを水溶液に追加してもよい。
【0025】
図3に示される如くエンジン負荷が増大するとエンジン負荷のある点(負荷率が約25%)を境に微粒子の排出量が増大される。エンジン回転数が増大することによっても微粒子の排出量が増大されるが、エンジン回転数が増大しても負荷率に対する微粒子排出量の変化は同様である。このため制御装置46は図4に示される如くエンジン回転数や負荷(これらは燃料供給量、すなわちコントロールラック62の移動量とし検知される)が所定値を過ぎるまではノズル32への送液量を次第に減少(または一定値に維持)させ、この所定値を越えて負荷やエンジン回転数が増大すると送液量を増大させる。例えばモータ24の回転数を速くして送液量を増大する。ポンプ22での送液量や排気ガス管38から大気へ放出される液量にも拘らず、回収部26の貯液量を一定に維持する予備タンク等の液補充手段を設けてもよい。
【0026】
エンジン12の運転経過時間が多くなると、液体R中へ捕捉された微粒子の濃度が高くなり、捕捉効果が低下する。制御装置46は、一例として液中の微粒子量が350mg/lを越えた状態でポンプ94を作動させて循環路88を駆動するようになっている。液体Rが水又は水を主成分とする場合には、水1リットル中の微粒子量が350mgを越えると微粒子捕捉効果が低くなり、400mgを越えると微粒子捕捉効果が急激に低くなり、450mg程度でそれ以上の微粒子の捕捉がほとんど出来なくなる。図9はこの実施形態装置の運転時間と微粒子捕捉量との関係を示し(エンジン負荷32.4キロワット、エンジン回転数1400rpm)、12時間連続運転状態で1リットル中の微粒子量が350mgを越えて捕捉効果が低下している。従ってこの状態でポンプ94(動力1.5kW,送水量120l/min)を15〜30分程度駆動することにより、液中の微粒子がフィルター93へと捕捉され、再び微粒子の捕捉ができるようになった。水量を増せばさらに時間は短縮される。なお、制御装置46はその外にも、12時間毎などのエンジン12の経過運転時間、すなわち断続運転の場合の運転時間の合計時間が所定時間になった状態で、液体Rの微粒子捕捉効果が回復するまでの所定時間運転するようなタイマーを設けてもよい。このフィルター93は1μm程度の微細直径の微粒子を捕捉するためのものなので、回収配管28内へ設けると、ポンプ24の抵抗が大きくなるが、この回収配管28とは別個の管路を形成しているので、ポンプ24の負荷増大とはならない。上記微粒子除去循環路88は回収部26内へ全て収容すれば、装置全体の小型化が可能となる。
【0027】
なお上記実施形態は固定型ディーゼルエンジンの排気ガス微粒子除去装置を示したが、自動車エンジンなどの移動型のディーゼルエンジンへ適用することも可能であり、基本的には液体は循環使用できるので移動型であっても取扱は容易である。上記実施形態において、液体噴出用のノズルを開放させる場所はエンジンの排気ガス通路中であればどこであっても適用できる。また、ノズルから噴出される液体の向き、すなわちノズルの向きは上記実施形態のように垂直下方でなくとも斜め、横方向、上方向などでもよく、また液面へ接触させる排気ガスの向きも垂直下方でなくてもよい。さらに、本発明は上記実施形態の装置を2個以上接続して多段階に配置し、微粒子回収効果を向上させてもよい。また本発明はディーゼルエンジンの排気ガスに限らず、ゴミ焼却炉や食品調理装置等の排気ガスにも広く適用可能である。
【0028】
【発明の効果】
本発明は上記の構成としたので、耐久性に優れ、取扱いが簡単で長時間に渡って確実に排気ガス中の微粒子を回収できる微粒子除去装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された実施形態による微粒子除去装置の概略側面図である。
【図2】この実施形態に用いる燃料噴射量調節部を示す断面図である。
【図3】ディーゼルエンジンの負荷及び回転数に応じた微粒子の排出量を示す線図である。
【図4】ディーゼルエンジンの負荷及び回転数に応じた供給液量の変化を示す線図である。
【図5】ノズル先端部を示す断面図である。
【図6】ノズル先端部に設ける拡散筒を示す平面図である。
【図7】図6の7−7線に沿った断面図である。
【図8】拡散筒を示す一部破断斜視図である。
【図9】微粒子除去循環路の運転状態における運転時間と液中の微粒子量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
R 液体
12 ディーゼルエンジン
14 排気管
22 ポンプ(送液手段)
26 回収部
28 回収配管
32 ノズル
36 拡径管
38 延長排気ガス管
46 制御装置(制御手段)
88 微粒子除去循環路
89 取り出し配管
91 戻し配管
93 フィルター本体
94 ポンプ(駆動手段)
96 モータ(駆動手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a particulate removing device for removing particulates in exhaust gas such as diesel engine exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In order to remove fine particles contained in the exhaust gas of a diesel engine, a means using a filter trap or an oxidation catalyst has been conventionally employed.
[0003]
The filter trap is made of ceramic or the like and is arranged in the middle of the exhaust gas pipe to capture the fine particles, but the fine particles are likely to be clogged. For this reason, the filter trap is burned with an electric heater or the like to remove fine particles and reused. However, the filter trap often breaks during this combustion, and the durability is poor.
[0004]
In addition, when an oxidation catalyst is used, the trapping effect is low, and it is deteriorated by sulfate (CaSO 4 ) generated as a by-product, resulting in a short life.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a particulate removal device that has a high effect of trapping particulates in exhaust gas and has a long lifetime.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a nozzle that opens into the exhaust gas passage, a liquid feeding means that ejects fine liquid from the nozzle and takes in the fine particles in the exhaust gas into the liquid, and the exhaust gas passage. A collection unit that opens, collects the ejected liquid and circulates it to the liquid feeding means, and removes the liquid stored in the collection unit, removes the fine particles from the liquid, and then returns to the collection unit again. In the fine particle removal apparatus having a passage and a drive means for driving the fine particle removal circulation path at a predetermined time and sending liquid to the circulation path, the liquid feeding means is directed from the nozzle toward the liquid surface of the recovery unit. The fine liquid is ejected, and the exhaust gas containing the liquid after the fine particles are taken in is made to collide with the liquid surface of the recovery unit .
[0007]
In the invention according to claim 1, liquid is supplied to the nozzle opened in the exhaust gas toward the liquid level of the recovery unit by the liquid feeding means, and the liquid becomes fine particles from the nozzle into the exhaust gas passage. And sprayed. Therefore, the sprayed liquid takes in and captures a large number of fine particles contained in the exhaust gas. The liquid particles in which the fine particles have been captured collide with the liquid surface of the collection unit , and are collected, sent to the liquid feeding means, and circulated again to the nozzle, so that a large collection efficiency can be obtained with a small amount of liquid. Since the particulate removal circuit is not operated only at a predetermined time, that is, not always, but is operated only when necessary, the circuit drive means such as a pump can be used efficiently.
[0008]
When the fine particles are suspended in the exhaust gas, the diameter is 0.1 to 0.5 μm, and the filter for capturing fine particles of this size is difficult to reuse as described above. However, it is found that the fine particles in the exhaust gas are bonded to each other and grow to a size of 1 μm when entering the liquid, and can be easily captured by a filter such as a fiber bundle that is generally sold.
[0009]
If liquid is stored in the recovery unit and exhaust gas is sent in contact with the liquid level of the stored liquid, the liquid that is in a fine particle state after being ejected is absorbed by the recovery unit by the surface tension. Most of it can be recovered.
[0010]
By increasing the liquid supply amount from the liquid supply means in accordance with an increase in engine load, it is possible to effectively capture fine particles in the exhaust gas whose exhaust amount increases as the engine load increases. In this case, the discharge amount of the fine particles is increased with the increase of the engine speed, so that the liquid supply amount may be gradually increased in this case as well. Further, particulates in the exhaust gas due to an increase in engine load or an increase in the rotational speed gradually decrease until the engine load reaches a predetermined value or the engine speed decreases to a predetermined value, and then increases as the engine load increases or the rotational speed increases. Since the discharge amount increases, the liquid supply amount may be reduced and increased accordingly.
[0011]
In general, exhaust gas contains SO x and NO x , which dissolve in water to form an acidic solution. Therefore, the recovered liquid can be prevented from being oxidized by using a weak alkaline aqueous solution as the liquid to be ejected. Since this acidity is about pH 3, it may be dealt with by using an acid resistant material such as stainless steel. Further, if a heating means is provided in the exhaust gas, it is possible to prevent the water vapor contained in the exhaust gas after the treatment that has been cleaned through this apparatus as a scrubber from condensing and producing white smoke. The heating means preferably uses engine exhaust gas heat.
[0012]
The invention according to claim 2 is characterized in that the driving means drives the circulation path in a state where the amount of fine particles in the liquid exceeds 350 mg / l, that is, 350 mg per liter. As a result of the experiment, it was found that when the amount of fine particles in the liquid exceeded 350 mg per liter, the fine particle capturing effect decreased, and when it exceeded 350 mg / l, the fine particle capturing effect rapidly decreased. For this reason, it is not necessary to always drive the driving means by driving the circulation path in a state where the amount of fine particles in the liquid exceeds 350 mg.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, the driving means drives the circulation path every predetermined time. Therefore, control over the relationship between the driving time of the liquid amount and the engine to be used and the like, advance checks whether trapping effect of the fine particles is reduced in advance how much operating time, every time it is predicted that particulate trapping effect fades By driving the driving means by the means, it is not necessary to always drive the driving means, and fine particles can be captured effectively. In addition, it is possible to drive the drive means by the control means using a signal from the detection means based on a combination of a light source and an optical sensor such as a phototransistor, utilizing the property that light does not transmit as the amount of liquid fine particles increases. . Further, since the energization amount of the liquid that has captured the particulates increases as the capture amount increases, other detection means such as driving the drive means by the control means based on a signal from the detection means that detects a change in the energization amount and control Means may be used.
[0014]
[Embodiment]
FIG. 1 shows a particulate removing apparatus to which the present invention is applied. The exhaust pipe 14 of the diesel engine 12 is connected to the large diameter pipe 16 of the particulate removing device at a right angle. One end of the large diameter pipe 16 is connected to the pump 22 via a pipe 18. The pump 22 is rotated by being driven by a motor 24 so that the liquid R (water is used in this embodiment) stored in the recovery unit 26 is sucked through the recovery pipe 28 and is pumped into the pipe 18. It has become. The tip of the pipe 18 gradually becomes a nozzle 32 having a smaller diameter and projects coaxially into the large diameter pipe 16.
[0015]
As shown in FIGS. 5 to 8, a step portion 83 is provided on the inner peripheral surface slightly above the tip opening 82 of the nozzle 32, and a diffusion cylinder 85 as a diffusing means is attached to the step portion 83. Yes. The diffusion cylinder 85 has four spiral protrusions 86 protruding inward from the inner peripheral surface at equal intervals. As a result, the liquid R passing through the diffusion cylinder 85 is given a turning force.
[0016]
Accordingly, the liquid R pumped by the pump 22 is ejected from the tip of the nozzle 32 into the small diameter pipe 34 connected to the tip of the large diameter pipe 16 and sent in the same direction as the exhaust gas, and is given by the diffusion cylinder 85. The portion that exits the opening 82 with a turning force is greatly spread. The exhaust gas that reaches the inside of the large-diameter pipe 16 from the exhaust pipe 14 and is sent to the outer periphery of the nozzle 32 is guided into the small-diameter pipe 34, and the finely divided liquid R and the exhaust gas ejected in the small-diameter pipe 34. Contact each other with a wide contact area. As a result, the fine particles contained in the exhaust gas are taken into the particles of the liquid R ejected in a fog state. The optimum inner diameter value of the nozzle 32 is determined by the relative relationship with the inner diameter value of the small diameter pipe 34.
[0017]
On the downstream side of the small-diameter pipe 34, a diameter-expanding pipe 36 whose inner diameter is gradually increased is connected and opened to the top surface of the box-shaped collection part 26. The amount of the liquid is controlled so that the liquid R exists in the recovery unit 26 to a height of about 70% to 80% of the total height. In addition, an extended exhaust gas pipe 38 is connected to the recovery portion 26 substantially in parallel with the enlarged diameter pipe 36. Therefore, the liquid level of the recovery unit 26 is opened in the exhaust gas passage. A sensor 42 for detecting the amount of particulates in the exhaust gas is provided at the intermediate portion of the extended exhaust gas pipe 38. The tip of the extended exhaust gas pipe 38 requires a heater 44, a silencer (not shown), and the like. It is opened to the atmosphere after passing through a special device. The heater 44 heats the water vapor evaporated as the water temperature rises, thereby preventing the water vapor from condensing and discharging white smoke to the atmosphere. The heater 44 is efficient if it passes a part of the exhaust pipe 14 and heats the exhaust gas in the exhaust gas pipe 38 with exhaust gas heat, and the temperature of the exhaust gas pipe 38 reaches a predetermined value, Heating may be interrupted using a timer.
[0018]
The rotation speed of the motor 24 is controlled by a control device 46. The control device 46 detects operating conditions such as the engine load and the rotational speed detected by the amount of fuel supplied to the diesel engine 12 and the amount of intake air, etc., thereby controlling the rotational speed of the motor 24 and Control the amount of liquid delivered. In addition to the above, various detection means can be applied as means for detecting operating conditions such as engine load and rotation speed. The control device 46 also detects the amount of remaining trapped particulates contained in the extended exhaust gas pipe 38 by the sensor 42 and controls the temperature of the heater 44. In the figure, reference numeral 48 denotes a separating means such as a filter for separating the captured fine particles from the liquid. This filter only needs to be able to capture a lump in which fine particles are gathered in a particularly large diameter of 1 to 2 mm, and may have a rough mesh. It should be removable and washable if necessary.
[0019]
As shown in FIG. 1, a particulate removal circuit 88 communicates with the collection unit 26. The circulation path 88 is a lower part of the recovery unit 26, and a take-out pipe 89 opened to a portion where the liquid R is stored, a return pipe 91 opened to the upper part of the recovery part 26, and a filter container connecting these pipes. 92. A filter main body 93 is accommodated in the filter container 92. The take-out pipe 89 is provided with a pump 94 as drive means, and is driven by the control device 46 when necessary and rotated by a motor 96. The filter main body 93 of this embodiment is a cylindrical porous material, and the liquid R from the pipe 89 is taken inward, and the liquid R passes through the filter main body 93 so that fine particles are captured by the porous portion of the filter main body 93. Only the liquid R is returned to the recovery unit 26 through the return pipe 91. The pumps 22 and 94 can be driven by transmitting the rotation of the output shaft of the diesel engine 12.
[0020]
FIG. 2 shows a general fuel injection amount adjusting device for the diesel engine 12. The fuel chamber 52 in which the pressurized fuel is stored communicates with the plunger chamber 56 via the feed hole 54. A plunger 58 is provided in the plunger chamber 56 so that the feed hole 54 can be opened and closed. In this plunger 58, a tappet 59 formed at the lower end is pushed up by a certain amount in synchronization with the vertical movement of the piston 60 by an engine crankshaft cam (not shown), and pressurizes the fuel in the plunger chamber 56. With this fuel pressure, the delivery valve 64 and the nozzle needle 63 are pushed up against the urging force, and fuel is supplied to the combustion chamber 61. At the end of the rise of the plunger 58, an inclined lead groove 58A engraved on the outer periphery of the plunger 58 communicates with the feed hole 54, and this inclined lead groove 58A communicates with the axial hole 58B of the plunger 58, whereby the plan The jar chamber 56 communicates with the feed hole 54 and the fuel pressure supply is stopped.
[0021]
The amount of fuel fed by the plunger 58 is proportional to the rotation angle around the axis of the plunger 58. That is, it is determined depending on at which point of the ascending process of the plunger 58 the inclined lead groove 58A communicates with the feed hole 54 and the fuel feeding process is completed. A control rack 62 is provided to control the fuel supply amount. The control rack 62 is connected to an engine fuel supply control operation handle or an automobile accelerator. When the operator or driver wants to increase the fuel supply amount, the control rack 62 is moved in the direction of arrow A and the control sleeve 67 is moved via the pinion 66. Rotate. This control sleeve 67 is engaged with the driving face 58C of the plunger 58 only in the rotational direction, and the plunger 58 is rotated about its axis to change the corresponding position of the inclined lead groove 58A to the hood hole 54. Change the fuel pumping amount during the stroke.
[0022]
In this embodiment, the amount of movement of the control rack 62 is transmitted to the control device 46, whereby the amount of fuel supplied to the diesel engine 12 is always detected.
[0023]
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the diesel engine 12 is operated, exhaust gas discharged from the exhaust pipe 14 is sent to the large diameter pipe 16. The control device 46 drives the motor 24 to eject liquid from the nozzle 32 into the small diameter pipe 34. As a result, the ejected liquid becomes finely particulate, and traps particulates in the exhaust gas. The trapped exhaust gas particulates together with the finely divided liquid pass through the recovery unit 26 and reach the extended exhaust gas pipe 38. In this case, the exhaust gas fine particles come into contact with the liquid level of the liquid R in the recovery unit 26. Is taken into the liquid R in the recovery unit 26. As shown in FIG. 1, when exhaust gas containing exhaust gas particulates is sent vertically downward and collides with the liquid surface of the recovery unit 26, the temperature of the exhaust gas comes into contact with the liquid R in the recovery unit 26. Lowering facilitates liquid recovery. The exhaust gas containing the liquid particles after taking in the exhaust gas fine particles may be passed through the liquid in the recovery unit 26, but in this embodiment, the exhaust gas is passed from the expanded pipe 36 to the upper part of the liquid level of the recovery unit 26. Since the gas passes through the gas and reaches the extended exhaust gas pipe 38, the loss of the exhaust gas pressure is extremely small and the load applied to the diesel engine 12 is also small.
[0024]
The collected liquid R is removed by the particulate separation means 48 and the particulates that have grown to a large size of about several millimeters are removed and returned to the pump 22 for circulation. By making the liquid R to be used weakly alkaline, it is possible to prevent water from being acidified and corroding the material by SO x or NO x in the exhaust gas. That is, about 0.2% of sulfur is contained in diesel oil fuel, which is oxidized in the engine and sulfur dioxide is contained in the exhaust gas. This and nitrogen oxides circulate. Dissolves in liquid R, which is water. Since the acidity of the liquid R may be about pH 3 to 5, the interior of the apparatus of the present invention is made of an acid-resistant material, or if the acidity is high, the inner wall that comes into contact with the liquid is glass coated. It is necessary to apply acid-resistant means such as. In this embodiment, the acidity of the liquid R is controlled within the acid-resistant range of the material with a weak alkaline solution without performing such special processing. Is applicable. Since the acidity in the liquid R depends on the operation time, the acidity may be controlled according to the operation time. However, if the operating time is short, it is not necessary to increase the alkalinity so much, so no special control is necessary. Further, when the pH is lowered, a basic substance NaOH or the like may be added to the aqueous solution.
[0025]
As shown in FIG. 3, when the engine load increases, the emission amount of fine particles increases at a certain point of the engine load (load factor is about 25%). The amount of particulate emission increases as the engine speed increases, but the change in particulate emissions relative to the load factor is similar even when the engine speed increases. For this reason, as shown in FIG. 4, the control device 46 sends the liquid amount to the nozzle 32 until the engine speed and load (which are detected as the fuel supply amount, that is, the movement amount of the control rack 62) exceed a predetermined value. Is gradually reduced (or maintained at a constant value), and when the load and the engine speed increase beyond this predetermined value, the liquid feeding amount is increased. For example, the amount of liquid feeding is increased by increasing the rotational speed of the motor 24. Regardless of the amount of liquid sent by the pump 22 or the amount of liquid discharged from the exhaust gas pipe 38 to the atmosphere, liquid replenishing means such as a reserve tank for maintaining the liquid storage amount of the recovery unit 26 constant may be provided.
[0026]
When the operation elapsed time of the engine 12 increases, the concentration of the fine particles trapped in the liquid R increases and the trapping effect decreases. For example, the controller 46 drives the circulation path 88 by operating the pump 94 in a state where the amount of fine particles in the liquid exceeds 350 mg / l. In the case where the liquid R is water or water as a main component, if the amount of fine particles in one liter of water exceeds 350 mg, the fine particle trapping effect is lowered, and if it exceeds 400 mg, the fine particle trapping effect is drastically reduced. Capturing fine particles beyond that becomes almost impossible. FIG. 9 shows the relationship between the operation time and the particulate trapping amount of the apparatus of this embodiment (engine load 32.4 kilowatts, engine speed 1400 rpm), and the amount of particulates per liter exceeds 350 mg in a continuous operation state for 12 hours. The capture effect is reduced. Therefore, by driving the pump 94 (power 1.5 kW, water supply amount 120 l / min) for about 15 to 30 minutes in this state, the fine particles in the liquid are captured by the filter 93 and can be captured again. It was. Increasing the amount of water will further reduce the time. In addition, the control device 46 also has the effect of trapping the fine particles of the liquid R in a state where the elapsed operation time of the engine 12 such as every 12 hours, that is, the total operation time in the case of intermittent operation is a predetermined time. A timer that operates for a predetermined time until recovery may be provided. Since the filter 93 is for capturing fine particles having a fine diameter of about 1 μm, the resistance of the pump 24 is increased when the filter 93 is provided in the recovery pipe 28, but a separate pipe line is formed from the recovery pipe 28. Therefore, the load on the pump 24 is not increased. If all the fine particle removal circulation path 88 is accommodated in the collection unit 26, the entire apparatus can be reduced in size.
[0027]
In addition, although the said embodiment showed the exhaust-gas particulate removal apparatus of the fixed type diesel engine, it is also applicable to mobile diesel engines, such as a motor vehicle engine, and since a liquid can be circulated and used fundamentally, a mobile type Even so, it is easy to handle. In the above-mentioned embodiment, the place where the nozzle for ejecting the liquid is opened can be applied anywhere in the exhaust gas passage of the engine. In addition, the direction of the liquid ejected from the nozzle, that is, the direction of the nozzle may be oblique, lateral, upward, etc. instead of vertically downward as in the above embodiment, and the direction of the exhaust gas contacting the liquid surface is also vertical. It does not have to be downward. Furthermore, in the present invention, two or more devices of the above embodiment may be connected and arranged in multiple stages to improve the particulate collection effect. The present invention is not limited to exhaust gas from a diesel engine, but can be widely applied to exhaust gas from a garbage incinerator or a food cooking device.
[0028]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to obtain a particulate removal device that is excellent in durability, easy to handle, and can reliably collect particulates in exhaust gas over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view of a particulate removing device according to an embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a fuel injection amount adjusting unit used in this embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a discharge amount of fine particles according to a load and a rotational speed of a diesel engine.
FIG. 4 is a diagram showing changes in the amount of supplied liquid in accordance with the load and rotation speed of a diesel engine.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a nozzle tip.
FIG. 6 is a plan view showing a diffusion tube provided at the nozzle tip.
7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 in FIG.
FIG. 8 is a partially broken perspective view showing a diffusion tube.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the operating time and the amount of fine particles in the liquid in the operating state of the fine particle removal circuit.
[Explanation of symbols]
R liquid 12 diesel engine 14 exhaust pipe 22 pump (liquid feeding means)
26 Recovery Unit 28 Recovery Pipe 32 Nozzle 36 Expanded Pipe 38 Extended Exhaust Gas Pipe 46 Control Device (Control Unit)
88 Fine particle removal circuit 89 Extraction pipe 91 Return pipe 93 Filter body 94 Pump (drive means)
96 motor (drive means)

Claims (3)

排気ガス通路中へ開放するノズルと、
このノズルから微粒液体を噴出させこの液体中へ排気ガス中の微粒子を取り込ませる送液手段と、
前記排気ガス通路中へ開口し、前記噴出した液体を回収し前記送液手段へと循環させる回収部と、
前記回収部で貯留される液体を取り出し、液体中から前記微粒子を除去した後に再び回収部へ戻す微粒子除去循環路と、
所定時に前記微粒子除去循環路を駆動して液体をこの循環路へ送る駆動手段と、
を有する微粒子除去装置において、
前記送液手段が、前記ノズルから前記回収部の液面に向けて前記微粒液体を噴出させ、前記微粒子を取り込んだ後の該液体を含んだ排気ガスを前記回収部の液面に衝突させることを特徴とする微粒子除去装置。
A nozzle that opens into the exhaust gas passage;
Liquid feeding means for ejecting fine liquid from the nozzle and taking fine particles in the exhaust gas into the liquid;
A recovery unit that opens into the exhaust gas passage and recovers the ejected liquid and circulates it to the liquid feeding means;
Taking out the liquid stored in the recovery unit, removing the fine particles from the liquid, and then returning the particles to the recovery unit;
Drive means for driving the particulate removal circuit at a predetermined time to send liquid to the circuit;
In a fine particle removing apparatus having
The liquid feeding means ejects the fine liquid from the nozzle toward the liquid surface of the recovery unit, and causes the exhaust gas containing the liquid after the fine particles are taken in to collide with the liquid surface of the recovery unit. A particulate removal apparatus characterized by the above.
前記駆動手段は、液中の微粒子量が350mg/lを越えた状態で循環路を駆動することを特徴とする請求項1に記載の微粒子除去装置。  2. The particulate removing apparatus according to claim 1, wherein the driving means drives the circulation path in a state where the amount of particulates in the liquid exceeds 350 mg / l. 前記駆動手段は、所定時間毎に循環路を駆動することを特徴とする請求項1に記載の微粒子除去装置。  2. The particulate removing apparatus according to claim 1, wherein the driving unit drives the circulation path every predetermined time.
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