CN103261596B - 柴油发动机的排气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种谋求旋风分离器小型化、高PM捕集率及低油耗的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气净化装置。使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置具有用于使包含在使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机的排气中的粒状物质带电的放电电极、以及构成捕集带电的前述粒状物质的集尘电极的管状捕集部，并配备有分离并捕集从管状捕集部剥离的粒状物质的旋风分离器式的分离捕集机构，其特征在于，在设置于管状捕集部的下游侧的内表面附近的粒状物质的高浓度排气导出部配备由一至多个切线式旋风分离器构成的旋风分离器捕集机构，将从高浓度排气导出部排出的高浓度排气气流根据该排气的流量选择性地向前述切线式旋风分离器导入。

Description

柴油发动机的排气处理装置

技术领域

本发明涉及除去、净化以包含在使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机的排气中的碳为主体的粒状物质(ParticulateMatter：下面称之为“PM”)及有害气体的船舶用、发电用、工业用等的特别是使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机的排气处理技术，更详细地说，涉及利用在排出高的温度的排气的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机中的电晕放电的排气处理装置。

背景技术

作为各种船舶、发动机以及大型建筑机械、进而各种汽车等的动力源，广泛地采用柴油发动机，但是，由于包含在从该柴油发动机排出的排气中的PM不仅导致众所周知的大气污染，而且是对人体极为有害的物质，所以，该排气的净化是极为重要的。因此，提出了柴油发动机的燃烧方式的改进、各种排气滤清器的采用，以及利用电晕放电进行电处理的方法等多种方案，其中的一部分已经被实际应用。

这里，柴油发动机的排气中的PM(粒状物质)的成分分成有机溶剂可溶部分(SOF：SolubleOrganicFractions，下面称之为“SOF”)和有机溶剂不可溶部分(ISF：InsolubleOrganicFractions，下面称之为“ISF”)两个部分，其中的SOF部分是以燃料、润滑油的未燃烧部分为主的成分，包含具有致癌作用的多环芳香族等有害物质。另一方面，ISF部分是以电阻率低的碳(碳黑)和硫酸盐(Sulfate)成分作为主要成分的部分，该SOF部分和ISF部分由于其对人体、环境的影响，因此希望在排气中这些成分尽可能少。特别是，可以说，PM对于生物体的恶劣影响的程度，在其颗粒直径成为nm尺寸的情况下特别成问题。

作为利用电晕放电进行电处理的方法，例如，提出了下面记载的方法及装置(专利文献1～5)。

即，在专利文献1中，提出了一种柴油发动机的排气用电气式处理方法及装置，如在图12中概略表示的那样，其方式为，在排气通路21上连接设置由电晕放电部22－1和带电部22－2构成的放电带电部22，电晕放电的电子29使以排气G1中的碳作为主体的PM28带电，利用配置在该排气通路21上的捕集板23捕集前述带电的PM28，其中，在放电带电部22中的电极针24在排气气流的流动方向上的长度短，并且捕集板23配置在相对于排气气流的流动方向成直角的方向上。在图中，25是密封充气管，26是高压电源装置，27是排气引导管。

另外，在专利文献2中，提出了一种柴油发动机的排气PM捕集装置，所述柴油发动机的排气PM捕集装置，如在图13中概略表示的那样，配备有：针形电极31，所述针形电极31用于在针尖31－1的周围引起电晕放电，使排气中的PM33带电；捕集电极32，所述捕集电极32用于捕集带电的PM33；高压直流电源34，所述高压直流电源34用于在前述针形电极31与前述捕集电极32之间施加规定的直流高电压。图中，36是偏转电极。

进而，在专利文献3中，提出了一种排气净化装置，如在图14中概略表示的那样，所述排气净化装置配备有：固定圆筒体41，所述固定圆筒体41构成设置在排气路径中的PM捕集用的收集电极对中的一个收集电极；电极棒42，所述电极棒42沿轴向方向延伸设置在该固定圆筒体41的中心部，构成收集电极对的另外一个收集电极；高压电源部43，所述高压电源部43在前述收集电极对之间形成静电场，使排气中的PM集聚于前述固定圆筒体41的内表面上；刮落部44，所述刮落部44沿着前述固定圆筒体41的内表面相对于该固定圆筒体相对转动，将堆积到该固定圆筒体内表面上的PM刮落。图中，45是排气管，46是旋转圆筒部。

另一方面，在专利文献4中，提出了一种柴油发动机排气净化装置，所述柴油发动机排气净化装置配备有：电气集尘机构，所述电气集尘机构具有使包含在柴油发动机的排气中的PM带电的放电电极、以及捕集带电的PM的集尘电极；剥离机构，所述剥离机构将被集尘电极捕集而滞留的PM从该集尘电极上剥离；以及，分离捕集机构，所述分离捕集机构采用将从集尘电极上剥离的PM分离进行捕集的旋风分离器方式。

这种装置，如在图15中表示的其一个例子那样，是以一边使排气在横向方向上流动一边进行处理的方式构成的，配备有用于捕集PM的电集尘部51和作为分离捕集部的旋风分离器52，电集尘部51配备有：集尘电极54，所述集尘电极54由安装在筒状壳体56的内周面上的筒状金属体57和形成在该筒状金属体的内周面上的凹凸部58构成；主电极59，所述主电极59沿着该集尘电极54的轴线延伸；放电电极55，所述放电电极55由在该主电极59的长度方向上以规定间隔配置的呈放射状地突出的电极针60的电极针组构成，旋风分离器52构成于比使通过了电集尘部51的气体流53的气流变换成旋流的导流叶片61靠下游侧的部位，在该旋风分离器52的下游设置有用于将该旋风分离器内的气体排出的排气管62、和捕集被离心分离的PM的漏斗63。64是使被集尘电极54捕集而滞留的PM从该集尘电极上剥离的剥离机构，例如，由通过偏心产生振动的偏心马达65构成。66是用于使排气管62内的排气返回到漏斗63的上部空间的抽气管。

即，上述结构的排气净化装置，其结构为，流入电集尘部51的排气中的PM，通过在集尘电极54与放电电极55之间的放电而带电，并借助库仑力被集尘电极捕集，被捕集的PM与气流一起流入导流叶片61，利用在比导流叶片61靠下游侧的部位处构成的旋风分离器52，将PM离心分离，被离心分离的PM在漏斗63内下降并被捕集，另一方面，被净化的排气经由排气管62被放出到外部。

另外，在专利文献5中，揭示了一种气体处理装置，是配备有通过电晕放电使搭载在汽车上的柴油发动机的排气中的捕集对象成分带电并凝集的带电凝集部和捕集凝集的成分的滤清器部的气体处理装置，如图16、17所示，以在上游侧配置带电凝集部70，在下游侧配置滤清器部80的方式构成，并且，利用筒状体71、71a等形成带电凝集部70的气体通路壁，另外，用配置在气体通路壁的表面附近的导电性的筒状体71f形成低电压电极的集尘电极，利用配置在这些筒状体的内部的线状体的高电压电极形成电晕电极，并且，作为利用自然对流和热辐射自然地冷却气体的气体冷却部，形成前述气体通路壁的筒状体，进而，在前述筒状体的表面或者表面附近，设置对于在前述气体通路壁的筒状体、或者前述导电性的筒状体的内侧表面附近流动的气流促进紊流的紊流促进机构71e。图中，71c是气体入口室，71b是电晕电极，71d是气体出口室。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2006/064805B号公报

专利文献2：日本特开平9－112246号公报

专利文献3：日本特开平6－173637号公报

专利文献4：日本特开2006－136766号公报

专利文献5：日本特许第4529013号

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在上述现有技术的柴油发动机排气净化装置中，存在下面所述的缺点。

即，前述专利文献1中记载的柴油发动机的排气用电气式处理方法及装置，放电带电部22的电极针24在排气气流的流动方向上的长度短，并且，捕集板23配置在相对于排气气流的流动方向成直角的方向上，另外，由于排气气流相对于捕集板23直接接触，所以，流动阻力(压力损失；压损)大，由于捕集板23薄且排气流的流动方向的长度短，所以，恐怕PM会不停留地直接通过，存在着不能充分提高PM捕集效率的担忧，存在着一旦通过了捕集板23的PM，不能再次通过电晕放电而带电并被捕集，而是原样不变地被排出的问题。

另外，在前述专利文献1中，既没有公开也没有暗示下面所述的技术思想，即，将捕集板制成在排气气流的流动方向上长的管状，并且，在管状捕集部的管轴方向上设置电极针，显现出一边使PM粒子在排气气流的流动方向上流动，一边重复堆积、剥离的突变现象，并使这种现象发展，通过这种发展的现象，使在排气气流的管状捕集部内表面附近的PM的颗粒直径粗大化，以便容易用旋风分离器进行捕集，并且，使PM的浓度上升，进而，选择性地抽出PM的颗粒直径大且浓度被浓缩成高浓度的排气气流，利用旋风分离器进行捕集。

另外，在前述专利文献2中记载的排气PM捕集装置及专利文献3中记载的排气净化装置具有以下的缺点，即，由于放电电压和捕集偏转电压是相同电位的，所以，难以将两个电压设定成各自的恰当条件，为了防止在偏转电极和捕集电极之间产生火花，不得不加大它们之间的间隔，因此，不能被捕集、直接通过捕集区间而不停留的PM变多，捕集效率降低，进而，为了提高捕集效率，有必要增大捕集部的容量，不得已使装置变得大型化，作为希望小型轻量化的船舶用部件是不适当的。

另外，在前述专利文献2中描述了：捕集电极32被制成成为排气通道的隧道状的电极，将针电极31和偏转电极36的电极结合体以隧道和轴心大致共同的方式配置在捕集电极32的隧道内，将粗且长的电极结合体在管状捕集部的几乎整个长度上插入该管状捕集部，并形成网格状，另外，在前述专利文献3中，在实施例6的第[0033]段，描述了“……沿着固定圆筒体41的中心线构成放电电极对及收集电极对中的各一个电极的电极棒42下垂，……在固定圆筒体41的下部侧面设置直径大的排气口，将下游侧排气管45嵌入排气口……。”，在第[0035]段，描述了“旋转圆筒部46的下部具有直径小的截头圆锥形状……从旋转圆筒部46的内表面向上方竖立设置长的杆(刮落部)44，杆44的外缘与固定圆筒体41的直径大的部分的内表面接触。”，在第[0036]段，描述了“……柴油机微粒借助在放电空间中电极棒42和固定圆筒体41……之间的电晕放电……带电的柴油机微粒，……被引入静电电场，堆积到固定圆筒体41的直径大的部分的内表面上。”，进而，在第[0037]段，记载了“与旋转圆筒部46的旋转一起，杆44与固定圆筒体41的直径大的部分的内表面接触，以低速旋转，使堆积到直径大的部分的内表面上的柴油机微粒层落下，……将落下的柴油机微粒收集到收集箱内，……可以将其除去。”，形成管状捕集部，在专利文献3中记载的技术是将捕集电极作为在排气气流的流动方向上长的固定圆筒部(管状)，并且，在管状捕集部的管轴方向上保持间隔地设置电极针，一边使PM在排气气流的流动方向上流动，一边使之堆积，利用杆将堆积的PM颗粒刮落的技术，是在刮落时飞散的PM颗粒的一部分被从嵌入到设置在收集箱的近侧的直径大的排气口内的下游侧排气管排出的危险性大的技术。

从而，在专利文献2、3中记载的技术，也和前述专利文献1中记载的技术一样，既没有公开也没有暗示下面所述的技术思想，即，将捕集板制成在排气气流的流动方向上长的管状，并且，在管状捕集部的管轴方向上设置电极针，显现出一边使PM粒子在排气气流的流动方向上流动，一边重复堆积、剥离的突变现象，并使这种现象发展，通过这种发展的现象，使在排气气流的管状捕集部内表面附近的PM的颗粒直径粗大化，以便容易用旋风分离器进行捕集，并且，使PM的浓度上升，进而，选择性地抽出PM的颗粒直径大且浓度被浓缩成高浓度的排气气流，利用旋风分离器高效率地进行捕集。

另一方面，在前述专利文献4中记载的柴油发动机排气净化装置为如下方式，即，被捕集到电气集尘部51的集尘电极54、在排气的流动方向上尺寸短的筒状壳体56的内周壁面(捕集管壁)上的PM颗粒形成大的块，该PM块通过自然剥离或者机械的剥离机构，脱离集尘电极54、捕集管壁，在筒状壳体56内混合，该脱离并被混合的PM块在旋风分离器52中从排气中离心分离，再次捕集到漏斗63中，在这种方式中，由于筒状壳体56在排气的流动方向上尺寸短，因此，PM块不能粗大化到足够的颗粒直径，由于借助配置在筒状壳体56内的尾流侧的、牺牲了因流动阻力的增加而产生的能量损失并伴随着全部排气量的混合的导流叶片61，使全部排气量流向旋风分离器52，使PM离心分离，所以，存在着这样的缺点，即，必然有必要采用配置大型的导流叶片61的大型的旋风分离器52，设备成本及运转成本增高，另外，由于在结构上不能设置多个旋风分离器52，所以，不能应对伴随着运转发动机台数的增减或发动机负荷率的大的变动产生的排气流量的大幅度的增减，由于没有配备有恰当地控制旋风分离器导入部的排气流速的机构，所以，不能保持高的PM捕集率且消除由旋风分离器的过大的压力损失引起的油耗性能的恶化等问题。

另外，在前述专利文献4中，将捕集板制成在排气气流的流动方向上长的管状，并且，在管状捕集部的管轴方向设置电极针，一边使PM颗粒在排气气流的流动方向上流动，一边使之堆积到管状捕集部的内表面附近，用旋风分离器进行捕集，但是，该专利文献4中记载的技术也和前述专利文献1～3中记载的技术一样，既没有公开也没有暗示这样的技术思想，即，为了容易利用旋风分离器进行捕集而使排气气流中的PM的粒子直径粗大化，并且，使排气气流的管状捕集部内表面附近的PM的浓度上升，进而，选择性地只抽出PM的颗粒直径大且浓度被浓缩成高浓度的排气气流在管状捕集部附近流动的气流，集中利用旋风分离器进行捕集。

进而，专利文献5中记载的气体处理装置是涉及下面所述装置的技术，即，在车载用的小型的气体处理装置中，在上游侧配置带电凝集部70，在下游侧配置滤清器部80，并且，在带电凝集部70设置将排气分流成多个的气体入口室71c，并且，利用筒状体71f形成气体通路壁，并且将该筒状体71f露出到外部大气中，将作为气体通路壁的该筒状体71f形成为利用通过自然对流和热辐射进行的自然散热来冷却气体的气体冷却部，之后使分流的排气在气体出口室71d再次混合，但是，与在PM颗粒的捕集工序以前不将从管状捕集部流出的排气再次混合的技术(后面描述的本发明)不同。该专利文献5记载的气体处理装置存在如下缺点，即，在筒状体71f的内表面或者其内表面附近设置对气流的紊流促进机构71e，具有特别是在筒状体的表面附近促进气体的紊流化，会加大流路截面方向的搅拌作用。

另外，该专利文献5中记载的技术，尽管将捕集壁制成在排气气流的流动方向上长的管状的筒状体，并且在该管状捕集部的管轴方向上设置电极针，一边使PM粒子在排气气流的流动方向上流动一边使之堆积到该管状捕集部内表面附近进行捕集，但是，该专利文献5，也和前述专利文献1～4同样，既没有公开也没有暗示这样的技术思想，即，为了容易利用设置在下游侧的旋风分离器进行捕集而使排气气流的PM的颗粒直径粗大化，并且，使排气气流的管状捕集部内表面附近的PM的浓度上升，进而只选择性地抽出该PM的颗粒直径大并且PM浓度为高浓度的排气气流的管状捕集部内表面附近的气流，集中地利用旋风分离器进行捕集。

本发明是为了消除上述缺点完成的，特别是，其目的是要提供一种使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气净化装置，所述柴油发动机排气净化装置，代替在全部排气量流过的通路内配置导向叶片而构成旋风分离器的专利文献4中记载的柴油发动机排气净化装置的方式，不将旋风分离器式的分离捕集机构配置在管状捕集部内，而是配置在管状捕集部的下游侧，并且，通过采用利用多个切线式旋风分离器构成该旋风分离器捕集机构的方式，可以将旋风分离器小型化，而且，能够相应于由于与使用重油以下的低质量燃料的船舶用大排气量柴油发动机中的主机及辅机并列运转或单独运转相伴的运转状态的变化或发动机负荷率的大的变动而引起的排气流量的大幅度的增减，恰当地选择使用旋风分离器，进而，通过配备恰当地控制旋风分离器导入部的排气流速的机构，能够保持高的PM捕集率并且消除由于在该排气净化装置中的过大的压力损失而导致的油耗性能的恶化等问题。

解决课题的手段

根据本发明的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气净化装置，配备有电集尘机构和旋风分离器式的分离捕集机构，所述电集尘机构具有使包含在使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机的排气中的PM带电的放电电极、以及构成捕集带电的前述PM的集尘电极的规定长度的管状捕集部，并且，前述放电电极由在构成前述管状捕集部的捕集管内沿着管轴方向配置的主电极和与该主电极间隔开地配置的以放射状突出的多个电极针构成，所述旋风分离器式的分离捕集机构将从前述管状捕集板剥离的PM分离并捕集，其特征在于，在前述管状捕集部的下游侧的轴心附近设置PM的低浓度排气导出管，在该管状捕集部的下游侧的内周面附近设置高浓度排气导出部，在PM的高浓度排气导出部，连接设置捕集前述PM的旋风分离器捕集机构，并且，利用切线式旋风分离器构成该旋风捕集机构，通过控制配置在前述低浓度排气导出管中的调节风门的开度，控制向前述切线式旋风分离器的排气流入速度，进而，在前述捕集管的长度为L、该捕集管的内径为D的情况下，其关系满足5D≤L≤15D的条件。另外，不言而喻，所谓低浓度排气是PM含有量少的排气(被净化的排气)，所谓高浓度排气是含有PM多的排气。

另外，本发明的装置，其特征在于，利用多个切线式旋风分离器构成前述旋风分离器捕集机构，将从前述高浓度排气导出部排出的高浓度排气根据该排气的流量选择性地导入前述切线式旋风分离器。

在本发明的装置中，作为优选的形式，前述管状捕集部在其下游侧端部具有扩径成锥形的锥形管状部和连接到该锥形管状部上的大直径管状部，在前述大直径管状部的轴心附近，连接设置低浓度排气导出管，在前述大直径管状部的内周面附近连接设置高浓度排气导出部。

进而，作为优选的形式，放电电极一直延长设置到前述管状捕集部的锥形管状部、或者该锥形管状部和连接到该锥形管状部上的大直径管状部的区域。

另外，本发明的装置，作为优选的形式，利用处理能力不同的多个切线式旋风分离器构成前述旋风分离器捕集机构，并且，在各个切线旋风分离器的导入口设置流量控制调节风门，进而，作为优选的形式，在前述切线式旋风分离器和低浓度排气导出管之间配置用于使通过了切线式旋风分离器之后的净化气体与前述低浓度排气合流的排出管，并且，在该排出管上配置空气喷嘴或者马达驱动风扇。

进而，在本发明的装置中，作为优选的形式，前述管状捕集部基本上水平地配置，或者，前述管状捕集部基本上垂直地且朝上地配置，或者前述管状捕集部基本上垂直且朝下地配置。

发明的效果

根据本发明的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气净化装置，由于通过采用在具有在捕集管的长度为L、捕集管的内径为D的情况下的关系满足5D≤L≤15D的条件的长条的捕集管的管状捕集部的外部使PM离心分离的方式，在长条的管状捕集部，排气中的PM被管状的捕集壁面捕集并成为块状，通过一边反复地使该PM块在管状且长条的捕集壁面上附着和剥离，一边逐渐地将PM在该管状且长条的捕集壁面附近浓缩，变成含有高浓度的PM的排气气流而流向下游，在该管状且长条的捕集部内，被分离成PM浓度高的排气、和通过在管状捕集部的轴心附近PM逐渐被稀薄化而只含有低浓度的PM的低浓度排气，产生PM浓度高的排气在管状且长条的捕集壁面附近流动，PM浓度低的排气在管状捕集部的轴心部附近流动的现象，因此，可以只将PM被浓缩的高浓度排气从管状的捕集壁面附近向旋风分离器捕集机构引导。即，根据本发明的装置，由于相对于全部排气量而言，可以只将其中的一部分PM浓度高的排气导向旋风分离器，所以，可以将旋风分离器小型化。另一方面，PM被稀薄化的低浓度排气(被净化的排气)在长条的管状捕集部的下游侧由连接设置在轴心附近的低浓度排气导出管放出到外部。

另外，根据本发明的装置，采用利用多个切线式旋风分离器构成旋风分离器捕集机构，将由高浓度排气导出部排出的PM浓度高的排气根据该排气的流量选择性向该切线式旋风分离器导入的方式，借此，与配置导流叶片的前述专利文献4中记载的柴油发动机排气净化装置的轴流式旋风分离器相比，在捕集性能优异的切线式旋风分离器的“当流入的流体的切线速度快时，捕集效率变高”的效果的基础上，还能够根据由与船舶用发动机中的主机及辅机的并列运转或单独运转相伴的运转状况的变化或发动机负荷率的大的变动所引起的排气流量的大幅度增减，恰当地选择切线式旋风分离器的处能力和台数，可以对应于排气流量的变化，确保高的PM捕集率。进而，由于能够通过控制配置在前述低浓度排气导出管中的调节风门的开度，恰当地控制排气向前述切线式旋风分离器的排气流入速度(切线速度)，所以，可以消保持高的PM捕集率、并且消除由于在该排气净化装置中的过大的压力损失而导致的油耗性能恶化等问题。

另外，根据本发明的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气净化装置，通过在管状捕集部的下游侧设置扩径成锥形的锥形管状部或者连接到该锥形管状部上的大直径管状部，高浓度排气气流被该锥形管状部逐渐减速，能够可靠地将PM导入到连接设置在大直径管状部的内周面上的高浓度排气导出部。进而，通过将放电电极延长设置到管状捕集部的锥形管状部和连接到该锥形管状部上的大直径管状部区域的内周面附近，可以更有效地捕集PM，可以谋求排气的进一步的净化。

进而，本发明的装置，利用处理能力不同的多个切线式旋风分离器，例如，小处理能力的切线式旋风分离器、中处理能力的切线式旋风分离器、大处理能力的切线式旋风分离器三种旋风分离器构成前述旋风分离器捕集机构，并且，在各个切线式旋风分离器的导入口设置流量控制调节风门，借此，不仅能够根据由于与使用重油以下的低质量燃料的船舶用大排气量柴油发动机中的主机及辅机的并列运转或单独运转相伴的运转状况的变化或发动机负荷率的大的变动而引起的排气气流量的大幅度增减，更恰当地选择使用切线式旋风分离器，而且，通过和配置在低浓度排气导出管中的调节风门一起控制设置在各切线式旋风分离器上的流量控制调节风门，可以更恰当地控制排气向各切线式旋风分离器的排气流入速度。进而，通过在前述切线式旋风分离器和低浓度导出管之间配置用于使通过了切线式旋风分离器之后的净化气体与前述低浓度排气合流的排出管，并且，在该排出管上配置空气喷嘴或者马达驱动风扇，通过了切线式旋风分离器之后的净化气体流被加速吸引，有助于进一步改善在该排气净化装置中的压力损失，提高油耗性能。

另外，本发明的装置，可以获得下面所述的优点，即，在几乎水平地配置前述管状捕集部的情况下，由于管状捕集部相对于设置有发动机的发动机室的地面具有一定的高度，所以，对捕集管或放电电极等的维修时的作业性良好，在相对于前述地面基本上垂直并且朝上地配置前述管状捕集部的情况下，由于该管状捕集部可以兼作通向烟筒的排气管的配管，所以，能够力图节省空间，在相对于前述地面基本上垂直并且朝下地配置前述管状捕集部的情况下，不仅落下的PM变得容易捕集，而且在附着到捕集壁面上的SOF或硫酸盐等液体状化的情况下，该液体状成分易于在捕集壁面上流下，而且，即使由于硫酸盐等腐蚀的重的氧化皮从壁面上剥离下落，也容易捕集。

附图说明

图1是表示本发明的第一个实施例的装置的整体结构的概略纵剖视图。

图2是表示本发明的第二个实施例的装置的整体结构的概略纵剖视图。

图3是放大地表示本发明的第三个实施例的装置的主要部分的概略纵剖视图。

图4是放大地表示本发明的第三个实施例的装置的变形例的主要部分的概略纵剖视图。

图5是放大地表示本发明的第四个实施例的装置的主要部分的概略纵剖视图。

图6是图5的a－a线上的放大剖视图。

图7是部分省略地表示本发明的第五个实施例的装置的整体结构的概略纵剖视图。

图8是示意地表示本发明的装置中的旋风分离器捕集机构的另外的实施例的说明图。

图9是放大地示意表示在本发明装置中的通过了切线式旋风分离器之后的净化气体的增速吸引部的说明图，(a)表示空气喷嘴式，(b)表示马达驱动风扇方式。

图10是表示基本上垂直并且朝下地配置本发明的装置中的管状捕集部的例子的概略图。

图11是表示基本上垂直并且朝上地配置本发明的装置中的管状捕集部的例子的概略图。

图12是表示现有技术的柴油发动机排气处理装置的一个例子的概略纵剖视图。

图13是表示现有技术的柴油发动机排气处理装置的另外一个例子的概略纵剖视图。

图14是表示现有技术的柴油发动机排气处理装置的又一个例子的概略纵剖视图。

图15是表示现有技术的柴油发动机排气处理装置的进一步的另外一个例子的概略纵剖视图。

图16是部分切断地表示现有技术的柴油发动机排气处理装置的进一步的另外一个例子的概略纵剖视图。

图17是图16所示的柴油发动机排气处理装置的部分放大剖视图。

具体实施方式

在图1中作为本发明的第一个实施例的装置表示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，大体上划分，包括构成电集尘机构的管状捕集部1和构成分离捕集机构的分离捕集部2，为了捕集PM粒子设置的管状捕集部1，配备有构成集尘电极的具有规定长度且具有捕集壁面1－1k的捕集管1－1、和使包含在排气中的PM带电的放电电极1－2。在构成集尘电极的捕集管1－1上，在上游侧(柴油发动机侧)的端部具有排气导入口1－1a，在下游侧的端部的轴心附近连接设置PM低浓度排气导出管3，在下游侧的端部的内周面附近连接设置PM高浓度排气导出部1－1b。放电电极1－2由在构成集尘电极的捕集管1－1的轴心附近基本上在整个长度上延伸的主电极1－2a、和在该主电极1－2a的长度方向上以所希望的间隔配置的呈放射状突出的电极针1－2b的电极针组构成。对于这样构成的放电电极1－2，经由支承体4支承主电极1－2a的两个端部，其中，所述支承体4垂设于设置在捕集管101的排气导入口1－1a侧的密封空气导入部1－1c和设置在低浓度排气导出管3的入口部位的密封空气导入管部3－1中。另外，尽管图中未示出，但根据需要，放电电极1－2被与捕集管1－1的内部绝缘的支柱具有所希望的间隔地支承。另外，放电电极1－2接受配线于设置在外部的高压电源装置(图中未示出)上并受到控制的高压电源的供应。

设置在管状捕集部1的前述排气的流动方向上的下游侧的分离捕集部2，由作为分离机构的旋风分离器捕集机构2－1构成。该旋风分离器捕集机构2－1由经由连通管5－1连接到捕集管1－1的高浓度排气导出部1－1b上的一台切线式旋风分离器2－1a构成，进而，在该切线式旋风分离器2－1a与前述低浓度排气导出管3之间，配置用于使通过了切线式旋风分离器2－1a之后的净化排气与在低浓度排气导出管3内流动的低浓度排气合流的排出管6－1。另外，在前述低浓度排气导出管3中设置流量控制调节风门7，所述流量控制调节风门7用于进行对切线式旋风分离器2－1a的高浓度排气流入量及流入速度、和低浓度排气放出量的流量。

另外，图1的点划线部，举例表示使用重油以下的低质量燃料的船舶用大排气量柴油发动机中的主机12和辅机13的组合。在该使用重油以下的低质量燃料的船舶用大排气量柴油发动机的情况下，发动机运转存在主机12和辅机13的并列运转及各自的单独运转，并且，由于各个发动机的负荷也有大的变动，所以排气气流的总量大幅度地变动。另外，在使用重油以下的低质量燃料的大排气量发动机的情况下，有时并列地设置多个(图中省略)前述捕集管1－1。

在图2中作为本发明的第二个实施例的装置表示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，除了用两台切线式旋风分离器2－1a构成旋风分离器捕集机构2－1之外，具有和前述第一个实施例的装置同样的结构。即，在捕集管1－1的高浓度排气导出部1－1b，经由连通管5－1、5－2并列地连接有两台切线式旋风分离器2－1a，构成旋风分离器捕集机构2－1，并且，在这种情况下，配置有用于使通过了各个切线式旋风分离器2－1a之后的净化气体分别与在低浓度排气导出管3内流动的低浓度排气合流的排出管6－1、6－2。

在上述图1、图2中所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置中，由于从排气导入口1－1a流入捕集管1－1内的排气中的PM通过作为构成集尘电极的该捕集管1－1内壁的捕集壁面1－1k与放电电极1－2之间的放电而带电，所以，带电的PM颗粒被库仑力捕集到捕集壁面1－1k上。随着时间的推移，被从轴心附近的排气气流中捕集的PM颗粒，进一步堆积到被捕集到捕集管1－1的捕集壁面1－1k上的PM颗粒上，逐渐成长变成块状，该PM块一边反复地进行由排气气流引起的剥离和由伴随着放电(带电)的库仑力引起的向管状的捕集壁面1－1k上的再次附着，一边在捕集壁面的附近被浓缩，并一边流动，从而，变成含有高浓度的PM的排气气流，同时，在捕集管1－1的基本上轴心部附近流动的排气中的PM被捕集壁面1－1k捕集，逐渐地稀薄化，变成低浓度或者不包含PM的排气气流而流向下游。即，从排气导入口1－1a流入捕集管1－1内的排气，在管状捕集部1中流下的过程中，被分离成PM的高浓度排气气流和低浓度排气气流，在捕集管1－1内壁的捕集壁面1－1k的附近成为高浓度排气气流，在捕集管1－1的基本上轴心部附近成为低浓度排气气流，流向捕集管1－1的下游。并且，在图1所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置的情况下，在捕集管1－1的下游，在捕集管1－1内壁的捕集壁面1－1k附近流动的PM的高浓度排气气流，从该捕集管1－1的高浓度排气导出部1－1b经由连通管5－1被导入到切线式旋风分离器2－1a，PM被离心分离，在图2所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置的情况下，在捕集管1－1内壁的捕集壁面1－1k附近流动的高浓度排气气流，从该捕集管1－1的高浓度排气导出部1－1b经由连通管5－1、5－2被导入到两台切线式旋风分离器2－1a，PM被离心分离。另一方面，在捕集管1－1的基本上轴心部附近流动的PM的低浓度排气气流，与图1、图2所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置一起，通过设置在该捕集管1－1的基本上轴心部附近的低浓度排气导出管3向外部放出。另外，在前述切线式旋风分离器2－1a中被净化的排气气流，分别经由排出管6－1、6－1及6－2，和在低浓度排气导出管3内流动的低浓度排气气流合流。

另外，在利用两台切线式旋风分离器2－1a构成旋风分离器捕集机构2－1的图2所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置的情况下，可以根据从高浓度排气导出部1－1b排出的高浓度排气气流的流量设定使用的台数，也可以交互地使用两台切线式旋风分离器2－1a。

如上所述，在图1、图2所示的本申请发明的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置的情况下，由于可以只将PM的高浓度排气(全部排气量的一部分)导向旋风分离器，所以，能够以小型的旋风分离器高效率地捕集、分离回收PM。

其次，在图3中作为第三个实施例装置表示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，在构成管状捕集部1的集尘电极的捕集管1－1的下游侧端部，形成扩径成锥形的锥形管状部1－1d和连接到该锥形管状部上的大直径管状部1－1e，在前述大直径管状部1－1e的轴心部附近连接设置有低浓度排气导出管3，在内周面附近连接设置有高浓度排气导出部1－1b，除此之外，具有与前述图1或2所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置同样的结构。在这样构成的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置的情况下，在捕集管1－1的下游侧端部，高浓度排气气流被锥形管状部1－1d逐渐减速，能够可靠地将PM导入到连接设置在大直径管状部1－1e内周面附近的高浓度排气导出部1－1b。另外，更优选地，放电电极1－2的电极针1－2b一直连续地设置到捕集管1－1的下游侧端部的锥形管状部1－1d。

另外，在上述图3所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置中，如图4所示，在将捕集管1－1朝下垂直配置的情况下，使大直径管状部1－1e的底壁面1－1e’如图所示地向连通管5－1侧下降倾斜。之所以采取这种措施，是为了使落下的SOF、硫酸盐等液体状成分向旋风分离器侧流下，容易捕集，以及，为了在捕集管1－1内表面的捕集壁面1－1k被PM或硫酸盐等腐蚀而产生氧化皮(金属氧化皮等)的情况下，容易捕集从该捕集壁面1－1k剥离的前述氧化皮。

另外，在图5、图6中作为第四个实施例装置表示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，在构成管状捕集部1的集尘电极的捕集管1－1的下游侧端部，形成扩径成锥形的锥形管状部1－1d和连接到该锥形管状部上的大直径管状部1－1e，在前述大直径管状部1－1e的轴心部附近连接设置低浓度排气导出管3，在内周面附近连接设置高浓度排气导出部1－1b，进而，将放电电极1－2的主电极1－2a及电极针1－2b一直延长设置到前述锥形管状部1－1d和连接到该锥形管状部上的大直径管状部1－1e的区域，除此之外，具有和前述图1或图2所示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置同样的结构。另外，图中的1－2c是支承被分支成多个的放电电极1－2的每一个的支承环。

在这样构成的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置的情况下，在捕集管1－1的下游侧端部，由于高浓度排气气流被锥形管状部1－1d逐渐减速，所以，不仅可以更有效地捕集PM，而且，在流入大直径管状部1－1e之后，PM块成长，进一步提高旋风分离器捕集机构2－1的捕集效率，可以谋求排气的进一步的净化。

进而，在图7中作为第五个实施例的装置表示的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，在捕集管1－1的近身设置排气导入室1－1f，以及在前述排气导入室1－1f与捕集管1－1之间设置节流部1－1g和锥形扩径部1－1h，并且，在前述节流部1－1g与锥形扩径部1－1h也设置电极针1－2b，分别对向地设置通向前述排气导入室1－1f的排气导入口1－1a、和通向密封空气导入室1－1i的密封空气导入口1－1j。

在这样构成的使用重油以下的低质量燃料的柴油发动机用排气处理装置中，在捕集管1－1的长度为L，捕集管1－1的内径为D的情况下，满足3D≤L≤15D的条件，优选地，满足5D≤L≤10D的条件。其理由是，在不足3D时，由于排气气流不能很好地整流、不能很好地平息紊流，所以，不能促进在捕集壁面1－1k部的PM的浓化，另一方面，当超过15D时，浓化程度没有差别，会导致装置的大型化，空间效率变差。另外，优选的条件为5D≤L≤10D是因为，如果在5D以上，气流会被特别好地整流，PM向捕集壁面1－1k部附近的浓化稳定，在10D以内，浓化的程度的差别变小，获得实用上的效果。可以抑制装置的大型化。另外，具体表示作为各个部分的尺寸的一个例子，捕集管1－1的长度L为3m，捕集管1－1的内径D为φ400mm，L与D的关系为L＝7.5D，满足5D≤L≤10D的条件，节流部1－1g的长度为375mm，节流部1－1g的内径为φ220mm，锥形扩径部1－1h的锥形角θ为30度。

进而，排气导入口1－1a向排气导入室1－1f流入的排气，通过经由节流部1－1g，抑制经过锥形扩径部1－1h的排气气流的紊流，气流迅速地稳定化，促进在捕集管内壁的捕集壁面1－1k上的浓化和在捕集管轴心附近的稀薄化。而且，在节流部1－1g，由于电极和颗粒之间的距离短，所以，能够可靠地使全部粒子带电，使粒子附着到捕集管内壁的捕集壁面1－1k上，以图捕集性能的提高。另外，之所以使排气对向地向排气导入室1－1f流入，是因为，通过对称地向捕集管1－1流入，取得排气气流的流动的平衡，排气气流的紊流变少，被迅速地整流，即使是短的轴向方向长度，也能够良好地被整流。另外，是与使密封空气相对于电极对向地流入密封空气导入室1－1i同样优选的。

其次，图8所示的旋风分离器捕集机构，由处理能力不同的多个切线式旋风分离器构成，例如，由小处理能力的切线式旋风分离器2－1b、中处理能力的切线式旋风分离器2－1c、大处理能力的切线式旋风分离器2－1d三种旋风分离器构成，将各个切线式旋风分离器2－1b、2－1c、2－1d经由连接于放射状位置的连通管8－1、8－2、8－3，连接到捕集管1－1的高浓度排气导出部1－1b上，在前述各个连通管8－1、8－2、8－3的高浓度排气导入口，设置有流量控制调节风门9－1、9－2、9－3。

在这样利用处理能力不同的多个切线式旋风分离器构成旋风分离器捕集机构的情况下，不仅能够根据与船舶用大排气量柴油发动机中主机及辅机的并列运转或单独运转相伴的运转状况的变化或发动机负荷率而变化的排气流量，更恰当地选择使用各切线式旋风分离器，而且，通过控制与配置在低浓度排气导出管3中的调节风门一起设置在各个切线式旋风分离器上的流量控制调节风门9－1、9－2、9－3，能够更恰当地控制向各个切线式旋风分离器的排气的流入切线速度，可以在宽的发动机负荷率的范围内等确保、保持高的捕集效率。

另外，如图9(a)(b)所示，通过在为了使通过了切线式旋风分离器之后的净化气体与前述低浓度排气合流而配置的排气管6－1上，设置用于增速吸引通过了切线式旋风分离器之后的净化气体的空气喷嘴10或者用马达11－1驱动的风扇11，对通过了切线式旋风分离器之后的净化气体流赋予动能，进行增速吸引，以改善为在该排气净化装置中的压力损失变小，可以改善油耗性能。

进而，图10、图11分别举例表示将本发明的装置中的管状捕集部1、例如将在图3～图5所示的捕集管1－1的下游侧端部具有扩径成锥形的1－1e的管状捕集部1相对于发动机室底面基本上垂直地配置的情况，图10表示将前述管状捕集部1基本上垂直地朝下配置的例子，图11表示将前述管状捕集部1基本上垂直地朝上配置的例子。这里，如图10所示，在将管状捕集部1基本上垂直地朝下配置的情况下，由于该管状捕集部1可以兼作通向烟筒(图中未示出)的排气管的配管，所以，具有谋求节省空间的优点。另一方面，如图11所示，在将管状捕集部1垂直地朝上配置的情况下，不仅落下的PM变得容易捕集，而且，具有在附着到捕集壁面上的SOF或硫酸盐等液体状化的情况下，易于使该液体状成分在捕集壁面上流下并进行捕集，而且，即使由于硫酸盐等腐蚀的重的氧化皮从壁面上剥离落下，也易于捕集的优点。另外，在将管状捕集部1基本上水平地配置的情况下，管状捕集部1相对于设置有发动机的发动机室的底面基本上成恒定的高度，所以，具有对于捕集管或放电电极等进行维修作业时的作业性良好的优点。

工业上的利用可能性

根据本发明的大排气量柴油发动机用排气净化装置，由于是将预先将PM浓缩而高浓度化的全部排气量的一部分的气流导入旋风分离器对排气进行净化的方式，所以，可以将旋风分离器小型化，而且，用多个切线式旋风分离器构成旋风分离器捕集机构，形成将从高浓度排气导出部排出的PM的高浓度排气气流根据该排气的流量选择性地导入该切线式旋风分离器的方式，除了捕集性能比轴流式旋风分离器优异的切线式旋风分离器的作用效果之外，还能够根据与使用重油以下的低质量燃料的船舶用大排气量柴油发动机中主机及辅机的并列运转或单独运转相伴的运转状况的变化或与发动机的负荷率的变动相伴的排气流量(流速)的大幅度地增减，取得切线式旋风分离器的处理能力和台数的平衡，并恰当地进行选择，可以根据排气流量的各个变化，确保、保持PM的高的捕集效率，另外，由于通过控制配置在低浓度排气导出管中的调节风门的开度，可以恰当地控制排气向前述切线式旋风分离器的流入切线速度，所以，可以确保、保持高的PM捕集率，并且可以消除在该排气净化装置中由过大的压力损失引起的油耗性能恶化等问题等，可以产生很多有优异的效果，应用于对于船舶用、车辆用、工业用等各种用途的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气净化处理。

1管状捕集部

1－1捕集管

1－1a排气导入口

1－1b高浓度排气导出部

1－1c密度空气导入管部

1－1d锥形管状部

1－1e大直径管状部

1－1f排气导入室

1－1g节流部

1－1h锥形扩径部

1－1i密封空气导入室

1－1j密封空气导入口

1－1k捕集壁面

1－2放电电极

1－2a主电极

1－2b电极针

1－2c支承环

2分离捕集部

2－1旋风分离器捕集机构

2－1a切线式旋风分离器

2－1b小处理能力切线式旋风分离器

2－1c中处理能力切线式旋风分离器

2－1d大处理能力切线式旋风分离器

3低浓度排气导出管

3－1密封空气导入管部

4支承体

5－1、5－2、8－1、8－2、8－3连通管

6－1、6－2排出管

7、9－1、9－2、9－3流量控制风门

10空气喷嘴

11风扇

11－1马达

12主机

13辅机

Claims (11)

1.一种使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，配备有电集尘机构和旋风分离器式的分离捕集机构，所述电集尘机构具有使包含在使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机的排气中的粒状物质带电的放电电极、以及构成捕集带电的前述粒状物质的集尘电极的规定长度的管状捕集部，并且，前述放电电极由在构成前述管状捕集部的捕集管内沿着管轴方向配置的主电极和与该主电极间隔开地配置的呈放射状突出的多个电极针构成，所述分离捕集机构将从前述管状捕集部剥离的粒状物质分离并进行捕集，其特征在于，在前述管状捕集部的下游侧的轴心附近，设置粒状物质的低浓度排气导出管，在该管状捕集部的下游侧的内周面附近，配置高浓度排气导出部，在粒状物质的高浓度排气导出部，连接设置捕集前述粒状物质的旋风分离器捕集机构，并且，利用切线式旋风分离器构成该旋风分离器捕集机构，通过控制配置在前述低浓度排气导出管中的调节风门的开度，控制向前述切线式旋风分离器的排气流入速度，进而，在前述捕集管的长度为L、该捕集管的内径为D的情况下，其关系满足5D≤L≤15D的条件。

2.如权利要求1所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，利用多个切线式旋风分离器构成前述旋风分离器捕集机构，将由前述高浓度排气导出部排出的高浓度排气根据该排气的流量选择性地导入前述切线式旋风分离器。

3.如权利要求1所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，前述管状捕集部在其下游侧端部具有扩径成锥形的锥形管状部和连接到该锥形管状部上的大直径管状部，在前述大直径管状部的轴心附近连接设置低浓度排气导出管，在前述大直径管状部的内周面附近连接设置高浓度排气导出部。

4.如权利要求2所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，前述管状捕集部在其下游侧端部具有扩径成锥形的锥形管状部和连接到该锥形管状部上的大直径管状部，在前述大直径管状部的轴心附近连接设置低浓度排气导出管，在前述大直径管状部的内周面附近连接设置高浓度排气导出部。

5.如权利要求3所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，放电电极一直延长设置到前述管状捕集部的锥形管状部或者与该锥形管状部连接的大直径管状部的区域。

6.如权利要求4所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，放电电极一直延长设置到前述管状捕集部的锥形管状部或者与该锥形管状部连接的大直径管状部的区域。

7.如权利要求1～6中任何一项所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，前述管状捕集部水平地配置。

8.如权利要求1～6中任何一项所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，前述管状捕集部竖直且朝上地配置。

9.如权利要求1～6中任何一项所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，前述管状捕集部竖直且朝下地配置。

10.如权利要求1～6中任何一项所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，前述旋风分离器捕集机构由处理能力不同的多个切线式旋风分离器构成，并且，在各个切线式旋风分离器的导入口设置流量控制调节风门。

11.如权利要求1～6中任何一项所述的使用重油以下的低质量燃料的大排气量柴油发动机用排气处理装置，其特征在于，在前述切线式旋风分离器与低浓度排气导出管之间，配置用于使通过了切线式旋风分离器之后的净化气体与前述低浓度排气合流的排出管，并且，在该排出管上配置空气喷嘴或者马达驱动风扇。