CN101636563A - 废气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废气净化装置，其特征在于具备：电绝缘性的中空筒状壳体；配置于上述中空筒状壳体的内周壁面部的筒状的外周电极；保持在上述外周电极的中心轴上的棒状的中心电极；及配置于上述外周电极和中心电极之间的金属制中空筒体，上述金属制中空筒体被绝缘，并且具有多个孔，以使流入的粒子状物质能够不堆积而透过。

Description

废气净化装置
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置，其能够利用直流电源使来自内燃机等的废气中的粒子状物质(以后称为PM)燃烧/除去。
背景技术
在从汽车等中使用的内燃机、燃烧设备排出的废气中含有各种有害成分。在该有害成分中特别希望降低NOX、SOX、及PM的排出。在柴油机中，今年特别是强烈希望降低PM的排出，为了除去该PM，使用微粒过滤器。
这种微粒过滤器构成为由堇青石等的陶瓷构成的多孔质的蜂窝构造，划分为格子状的各流路的入口交替封闭，入口没有封闭的流路中出口孔封闭，仅使透过划分各流路的多孔质壁的废气向下游侧排出。并且，废气中的PM不能透过上述多孔质壁，因此在该多孔质壁的内侧表面捕集PM。
在这样的过滤器中，由所捕集的PM引起过滤器网眼堵塞，通气阻力增加，结果给发动机增加负担，需要在该网眼堵塞造成的通气阻力增加前适当地燃烧除去PM，实现过滤器的再生。然而，在通常的柴油机的运转状态下，不能获得PM自身燃烧的高废气温度。
因此，最近，提出了一种废气净化装置(等离子反应器)，通过放电产生等离子体，由该等离子体的氧化作用燃烧除去PM，并且通过等离子的氧化作用和催化剂的还原作用净化NOX等。
例如，在日本特开2001-162134号公报中，提出了一种废气净化系统，具有圆筒状的外周电极、在该外周电极的中心部配置放电用金属线电极，并在外周电极的内侧具有电绝缘性的中空筒体。在该系统中，将外周电极接地，将金属线电极与电源连接，并通过使电源作用，在外周电极和金属线电极之间发生放电，产生等离子体，但是通过在外周电极和金属线电极之间配置电绝缘性的中空筒体，能够避免火花的无谓能量消耗。
然而，在上述的废气净化装置中，为了形成等离子体需要较大的能量，在能量效率这一点上存在改善的余地。本发明为了解决该问题而作出，其目的在于提供一种废气净化装置，不仅改善能量效率还改善PM捕集效率等。
发明内容
为了解决上述问题点，本发明提供一种废气净化装置，其特征在于，具有：电绝缘性的中空筒状壳体；配置于上述中空筒状壳体的内周壁面部上的筒状的外周电极；保持在上述外周电极的中心轴上的棒状的中心电极；及配置在上述外周电极和中心电极之间的金属制中空筒体，上述金属制中空筒体被绝缘，并且具有多个孔，以使流入的粒子状物质能够不堆积而透过。
附图说明
图1是表示本发明的废气净化装置的一个方式的截面图。
图2是表示本发明的废气净化装置的一个方式的截面图。
图3是表示PM粗大化的原理的示意图。
图4是表示PM捕集率测定实验的构成的图。
图5是表示PM氧化速度测定实验的构成的图。
图6是表示现有技术的废气净化等离子体反应器的构成的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的废气净化装置的一个方式进行说明。该废气净化装置10如图1所示，由电绝缘性的中空筒状壳体11、配置于上述中空筒状壳体的内周壁面上的筒状的外周电极12、保持在上述外周电极的中心轴上的棒状的中心电极13、及配置在上述外周电极和中心电极之间的金属制中空筒体14构成。
中心电极13通过由陶瓷等的绝缘性材料形成的支撑部件15保持在外周电极12的中心轴上。在图1中，中心电极13与电源18连接，外周电极12接地，但是也可以与此相反，将中心电极13接地，将外周电极12与电源连接。
金属制中空筒体14通过绝缘管16和绝缘性固定夹具17绝缘固定在外周电极和中心电极之间。
在此，对于构成废气净化装置10的各构成部分进行具体说明。
中空筒状壳体11保持外周电极12并形成废气流路，只要电绝缘即可，没有特别限制其材质，例如能够使用堇青石、矾土等的陶瓷等。
另外，其截面形状也没有特别的限制，可以是任意的形状，但是优选圆筒状。
中心电极13由可向该中心电极13和外周电极12之间施加电压的材料形成。作为该材料，可以使用导电性的材料、半导体等的材料，但是其中优选金属材料。作为该金属材料，具体而言可以使用铜、钨、不锈钢、铁、铝等。特别是不锈钢从成本及耐久性的观点来看为优选。该中心电极的形状一般是金属丝，但是也可以使用中空的电极。进而优选在该中心电极13上设置放电突起19。该放电突起19从中心电极13放射状地以其前端朝向外周电极12的方式刺状配置多个针而形成。该放电突起19的针状部的数量能够通过实验确定最合适的数量以使流入的废气中的PM最良好地带电。
外周电极12通过将与中心电极13相同的材料作为金属网或金属箔配置在中空筒状壳体11的内周壁面部而形成。或者能够通过使导电性胶涂布在中空筒状壳体11的内周壁面部而形成。该外周电极12是以中心电极13为中心轴的筒状的形状即可，但是为了防止引起异常放电、进行高效率地放电，优选为全部的面距中心电极13等距离的圆筒状。
外周电极12和中心电极13之间配置的金属制中空筒体14使用与外周电极、中心电极相同的材料而形成为筒状，但是具有多个可供流入的废气中的PM不堆积在该金属制中空筒体14上而透过的孔。一般PM的大小为2.5μm左右，因此该孔比2.5μm大即可，能够使用一般的网状的筒体。该金属制中空筒状14的形状是与外周电极12相同的筒状的形状即可，但是为了防止异常放电，进行高效率的放电，优选与外周电极12同轴的圆筒状。另外，对于外周电极12、金属制中空筒体14和中心电极13间的距离，使外周电极12和金属制中空筒体14之间的距离比金属制中空筒体14和中心电极13之间的距离短。
由以上说明的部件构成的废气净化装置10根据需要收容于箱体中，与例如构成内燃机的排气系统的排气管连接。并且包含PM的废气如箭头所示从图的左侧流向右侧。PM因从中心电极13的放电而带电，因此被外周电极12吸引，不受绝缘的金属制中空筒体14吸引，通过该金属制中空筒体14的孔而堆积在外周电极12上。
在废气净化装置10中，金属制中空筒体14通过绝缘管16和绝缘性固定夹具17与外周电极12和中心电极13绝缘，因此外周电极12、金属制中空筒体14及中心电极13电气性地构成电容器。因此电荷从电源18经由中心电极13历时地滞留在金属制中空筒体14上，朝向堆积在外周电极12上的PM发生放电。这样，在本发明的废气净化装置中，在金属制中空筒体14上暂时滞留电荷后放电，因此不需要如利用现有技术的等离子体反应器的废气净化装置那样引起形成等离子体所需的脉冲放电，不需要大能量，能够使用一般的直流电源对PM进行氧化处理。
为了促进废气净化装置10的PM的氧化，需要高效地向外周电极12引导PM。因此，优选在废气净化装置10的废气流的上游侧配置使PM带电的单元。作为该单元，例如能够使用图6所示的现有技术的废气净化等离子体反应器的构成。图2表示配置了这样的带电单元的本发明的废气净化装置的一个例子。在此，单元10是与图1所示的废气净化装置相同的构成，配置于废气流的上游侧的带电单元20由筒状的外周电极21和保持在该外周电极21的中心轴上的棒状的中心电极22构成。
外周电极21及中心电极22能够使用与单元10的外周电极12及中心电极13相同的材料而形成。另外，优选中心电极22由支撑部件15保持在外周电极21的中心轴上，并设置放电突起23。
PM流入带电单元20后，PM带电，反复凝集、飞散而朝向下游侧粗大化。参照图3对该粗大化的原理进行说明。
(1)从放电极(图2中的中心电极)放出电子。此时在接地极(外周电极)上感应有正电荷。
(2)PM带负电。
(3)PM由电场力吸附在接地极上。
(4)PM是导体，因此受到感应为正的接地极的影响，表面带正电。
(5)PM与接地极相排斥，飞出。
(6)再次通过从放电极放出的电子，PM带负电。
(7)吸附在接地极上。
反复上述(1)～(7)，PM粗大化并飞散。
这样，通过配置带电单元，流入的PM带电强并且粗大化，因此能够由单元10容易地补充PM，有效地氧化除去。
实施例
PM捕集率测定实验
由图4所示的构成测定PM捕集率。具体而言，柴油发电机的运转条件是额定输出5kW、气体流量820mL/min，作为PM粒子计测器使用数字粉尘计，首先测定进入气体的PM粒子数。接着，作为捕集反应器设置图6所示的反应器1(这是与图2中的单元20相同的构成，外周电极的直径80mm、长度380mm、放电突起的数量20个)，设置30分后测定流出气体的PM粒子数(比较例1)。接着，拆下该反应器1，作为捕集反应器设置由图2所示的单元10(外周电极的直径100mm、长度80mm、外周电极和金属制中空筒体之间的距离8mm)和单元20构成的反应器2，不外加电源18，仅外加电源40(-22kV)，30分后测定流出气体的PM粒子数(比较例2)。进而拆下该反应器2，作为捕集反应器设置由单元10和单元20构成的另外的反应器2，外加电源18(-26kV)和电源24(-22kV)这两者，30分后测定流出气体的PM粒子数(实施例1)。从获得的流出气体的PM粒子数和进入气体的PM粒子数的比算出PM捕集率，在以下的表1中表示结果。
表1
  捕集率、％
  比较例1   90
  比较例2   90
  实施例1   95
在实施例和比较例中，反应器的全长均为380mm，相同，但是在实施例中设置单元10，通过对其外加电源，从而提高PM捕集率。
PM氧化速度实验
由图5所示的构成测定PM氧化速度。具体而言，从模型气体发生器以10L/min的O2、40L/min的N2的组成向在上述PM捕集率测定实验中用于PM捕集的已附着了PM的捕集反应器通气1小时(反应器的温度25℃)，通过CO、CO2计测定因PM的氧化生成的CO及CO2，从这些量的积算值计测PM氧化速度。在比较例3中，对反应器1外加直流电源，在比较例4中，代替直流电源对反应器1外加脉冲电源，在实施例2中，对反应器2仅外加电源18。将结果表示于以下的表2。与比较例相比，在实施例中可在低能量下进行PM氧化。
表2
  PM氧化速度、g/h   投入能量、W
  比较例3   0   20
  比较例4   0.01   100
  实施例2   0.1   20
由上述的结果，在本发明的废气净化装置中，PM捕集率提高，并且能够通过仅直流电源的低能量来氧化除去PM。
根据本发明，通过在外周电极和中心电极之间配置电隔离的金属制中空筒体，从而使来自中心电极的电荷滞留在金属制中空筒体上，通过使该电荷向外周电极放电，能够不使用需要较大能量的脉冲电源而通过直流电源来氧化处理PM，能够将需要的能量抑制得较低。

Claims (6)

1.一种废气净化装置，其特征在于，具有：
电绝缘性的中空筒状壳体；
配置于上述中空筒状壳体的内周壁面部上的筒状的外周电极；
保持在上述外周电极的中心轴上的棒状的中心电极；及
配置在上述外周电极和中心电极之间的金属制中空筒体，
上述金属制中空筒体被绝缘，并且具有多个孔，以使流入的粒子状物质能够不堆积而透过。
2.如权利要求1所述的废气净化装置，
上述中心电极与直流电源连接，上述外周电极接地。
3.如权利要求1所述的废气净化装置，
上述中心电极接地，上述外周电极与直流电源连接。
4.如权利要求1～4的任意一项所述的废气净化装置，
上述中心电极具有多个放电突起，该多个放电突起的前端放射状地朝向外周电极。
5.如权利要求1所述的废气净化装置，
在废气流的上游侧配置有使粒子状物质带电的单元。
6.如权利要求3所述的废气净化装置，
使上述粒子状物质带电的单元由筒状的外周电极和保持在该外周电极的中心轴上的棒状的中心电极构成。
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