CN1946483A - 气体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体处理装置，具有电晕电极(10)和与该电晕电极(10)对置的集尘电极(20)，在所述电晕电极(10)与所述集尘电极(20)之间施加高电压，在通过所述电晕电极(10)与所述集尘电极(20)之间的气体(G)中形成电晕放电，以进行气体(G)中的成分的凝集或集尘，其特征在于，在所述集尘电极(20)的与所述电晕电极(10)对置的对置面(20f)附近，将促进气体(G)紊流的紊流促进机构(23)设置在该对置面(20f)上或该对置面(20f)附近。

Description

气体处理装置

技术领域

本发明涉及一种利用电晕放电，将工厂气体、发电厂气体、汽车尾气等的排放气体或者各种制造工厂或医疗场所等的气体加以净化的气体处理装置。

背景技术

作为工厂气体、发电厂气体、汽车尾气等的排放气体处理装置，或者，作为各种制造工厂或医疗场所等的气体处理装置，一般使用静电凝集装置或静电集尘装置等。在这些气体处理装置中，在电晕电极与集尘电极间施加高电压，以在气体中产生电晕放电，通过该电晕放电，使气体中的粒状物质(PM)等的浮游微粒带电。之后，通过静电力使该带电的粒子由集尘电极集中，边凝集增大边捕集。

在利用该放电的静电凝集装置中，作为气体处理系统的一构成要素为，只进行凝集增大化。并且构成为由配置在下游侧的后段过滤器进行集尘。在此情况下，由于在该静电凝集装置的静电作用下，将微细粒子凝集增大，通过用网眼粗的过滤器，过滤不干净的微细粒子也在后段过滤器中变得容易过滤。

也就是说，通过静电集尘，由集尘电极的表面捕捉的粒子间产生结合，微粒凝集增大。但是，该增大的捕捉粒子在气流的影响下，会从集尘电极的表面剥离，并发生再飞散的现象。

该再飞散粒子在气体处理装置中边反复地带电、捕捉、剥离，其粒径边慢慢增大，最终由于再飞散，被从气体处理装置中排出。此时，因被排出粒子的粒径变大，在下游侧也可由网眼粗的过滤器容易地捕捉这些粒子。即，作为静电凝集装置的功能。

另外，在利用该放电的静电集尘装置中，在将粒子凝集增大的同时也进行集尘。在该静电集尘装置中，将作为处理对象的气体通过筒状体。在由该筒状体形成的集尘电极或与筒状体分体设计的集尘电极的大致中央设有电晕电极。通过对电晕电极与集尘电极之间施加高电压，在气体中产生电晕放电，使气体中的浮游微粒带电。

通过形成于电晕电极与集尘电极之间的电场，在静电力下，将该带电的粒子移动到集尘电极表面，并由该集尘电极表面捕捉。该捕捉到的粒子通过与电集尘装置等同样的筛落等，会被从集尘电极脱离来集中除去，同时，通过与集尘电极邻接的加热器等的加热，被燃烧除去。由此，从气体中除去浮游微粒。

作为这样的气体处理装置的一例，具有在日本实用新型注册第3019526号公报中所公开的圆筒形电集尘装置。在该装置中，作为以将工厂排烟中的白烟以及雾状的微量污染物除去为目的，对在金属圆管中张紧的金属细线形成的高压放电线(电晕电极)上施加高电压，使工厂排烟等的浮游微粒由圆筒电极静电吸并除去。

但是，在工厂气体、汽车排放气体等的静电集尘中，带电粒子的驱动速度为高数值cm/s的等级。另外，电晕电极与集尘电极的距离通常设定为数cm以上。为此，为得到充分的凝集作用或集尘作用，需要1s以上的滞流时间，即处理时间。其结果，存在着很难使该气体处理装置紧凑化的问题。

本发明人发现，作为与该电晕放电对置面的集尘电极的对置面中的凝集作用和集尘作用的增大，会获得称为紊流促进的效果。根据该知识，反复实验，获得了本发明。即，在该集尘电极的对置面或在该对置面的附近促进紊流时，促进了与主流方向垂直的流路断面内的方向上的粒子移动。由此，缩短了粒子到达集尘电极的速度，提高了流路内的粒子相互的碰撞概率，凝集以及集尘需要的时间变短。此外，一方面，在气体温度高、集尘电极温度低的情况下，集尘电极附近的气体的冷却通过该紊流促进，因传热作用增大而被促进。由此，气体中易液化的成分凝结，而产生对粒子的液交联作用。为此，凝集、集尘、捕捉效果被进一步增加。

此外，本发明是谋求在集尘电极表面附近的气体的紊流促进的发明。在本发明中，作为乍一看构成相似的，有如下的装置等。一个如日本的特开平3-173311号公报中提出的、将表面形成于凸部形状上的第1电极作为放电电极，设置在作为集尘电极的圆筒状的第2电极的中央部分上的排放气体净化装置。此外，另一个如日本的特开平5-125928号公报中提出的、相反地将作为集尘电极的第1电极作为放电电极，设置在内壁上形成螺旋槽的圆筒的中央部分上的排放气体净化装置。

另外，如日本的特开平11-342350号公报中提出的、将断面为圆环状(环状)的通风管内侧的内周面作为集尘电极，将外周面作为带电电极(放电电极)，在带电电极上形成顶部成尖状凸部的空气清洁机。

但是，在这些排放气体净化装置或空气清洁机中，凸部形状或螺旋槽或针电极列等，用于形成以放电的安定化、均一化、低电压化为目的的电场集中点。而且，这些凸部形状等，因不是紊流促进为目的的构造，故都在放电电极上设置，而不是在集尘电极侧设置。为此，不能使粒子凝集增大以及不能在集尘的集尘电极侧产生紊流促进。所以，不能发挥提高由紊流促进产生的凝集增大化、集尘、捕捉作用等的效果。

此外，也具有如日本的特开2002-30921号公报中提出的、以NOx等的分解为目的，在放电管内面设置环状阻挡壁等的环流控制部件，还设有将外部电极内的排放气体流在内部电极侧偏置或导引的等离子体式排放气体净化装置。在该装置中，由此，使通过内部电极附近的等离子体强度强的部分的排放气体的量增加，提高了作为排放气体全体的排气净化效率。

但是，该装置的如此构成，考虑到在通过等离子体来提高气体的化学反应的情况下凑效，但在以捕捉集尘电极的管内面粒子等的集尘为目的的情况下，相反地，由于气体与管内面的接触效率变差，存在着得不到集尘性能改善的问题。

另外，在该构成中，是在内部电极侧导引排放气体流，需要将环状阻挡层的高度提高至管内径的数十％左右。而且，将该种阻挡层构造是由接地电位的金属形成时，电极间的火花电压被支配在环状内径。为此，可施加的电压与没有环状阻挡层的情况相比，显著降低。因为该施加电压的降低，管内面的电场强度显著变弱，向接地电极内面的集尘作用显著降低。

此外，即使该环状阻挡层由绝缘物形成、管内面也由处于接地电位的金属形成的情况下，因经绝缘物表面的绝缘破坏现象，与无环状阻挡层的情况相比，同样地可施加的电压降低。为此，管内面的电场强度显著变弱，集尘作用弱化。

另外，从管内面用绝缘覆层或绝缘体形成环状阻挡层时，价格非常高，另外，绝缘耐久性方面也成问题。另一方面，在以集尘为目的的气体处理装置的情况下，需要不会使可施加的电压相当低、提高气体与集尘电极的表面的接触效率的构造。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，其目的在于提供一种利用电晕放电的原理，可将气体中的浮游微粒凝集增大化或集尘，而且，也可作为可车辆搭载的排放气体净化装置使用的、高性能、低压力损失下可紧凑化的气体处理装置。

实现上述目的的气体处理装置为，具有电晕电极和与该电晕电极对置的集尘电极，在所述电晕电极和所述集尘电极之间施加高电压，在通过所述电晕电极与所述集尘电极之间的气体中形成电晕放电，以进行气体中成分的凝集或集尘的气体处理装置，在所述集尘电极的与所述电晕电极对置的对置面附近，将促进气体紊流的紊流促进机构设置在该对置面上或该对置面附近。

作为该紊流促进机构，可以使用在对置面上形成连续或不连续的凸部的凹凸构造，在表面配置冲孔筛等的构造，装定细线状体而配置的电刷构造，表面设有线圈状的线状体的构造等。

通过该紊流促进机构，促进了在集尘电极与电晕电极之间，特别是，作为与电晕电极对置的面的集尘电极的对置面附近的气体的紊流化，产生流路断面方向的气体流。其结果，从外观上看，由电晕放电而带电的粒子的驱动速度变快。为此，即使缩短气体的处理时间，也可充分地发挥例如凝集作用以及集尘作用，静电凝集性能或集尘性能显著提高。因此，可提供一种可进行静电凝集或静电集尘，高性能、压力损失低并且紧凑的气体处理装置。

总之，电晕放电为局部的非破坏放电，但因紊流促进，在与气体的主流方向垂直的流路断面内的方向的搅拌作用变大。为此，经过流路空间整体的粒子的带电所需的平均时间变短。另外，通过由紊流促进对流路断面内的方向的搅拌作用，带电粒子在短时间内接触(接近)与作为在集尘电极中的电晕电极对置的面的集尘电极的对置面。因此，即使由静电作用产生的粒子的驱动速度较小，也可在短时间在该对置面上通过静电作用被捕捉。

此外，作为与该电晕电极对置的面的集尘电极面或在集尘电极面附近，设置紊流促进体时，该对置面中的粘性抵抗的影响进一步涉及至中央部，对置面附近的气体的主流方向的流速降低。为此，在该对置面附近，由静电力产生的带电粒子的移动速度和气体流速之比变高。所以，促进了由静电力产生的带电粒子的捕捉作用。

在上述的气体处理装置中，构成为由围绕所述电晕电极的非通气性的筒状体形成所述集尘电极，使气体通过该筒状体内部。或者，构成为，由与前述电晕电极相对置的面状体形成所述集尘电极，并且该面状体与所述电晕电极一同由非通气性的筒状体围住，使气体通过该筒状体的内部。采用如此构成，能够使气体在电晕电极与集尘电极之间流通。

另外，由对置面的紊流促进体促进紊流的另一面，增加了粘性所致的摩擦阻力，增加了由筒状体形成的气体通路的压力损失。可是，在通常的用途中，因该气体通路的摩擦损失微小，对气体处理装置全体的影响较低。另外，随着朝向筒状体的气体导入部和来自筒状体的气体排出部中的流速变化，与压力损失与摩擦损失相比足够大。为此，通过设置该紊流促进体，几乎不用担心气体处理装置的压力损失会显著地过分增大。

并且，在上述的气体处理装置中，将所述紊流促进机构通过凹凸构造构成，设所述集尘电极的代表长度为D、所述集尘电极的对置面的表面的最大表面粗糙度为ε时的所述凹凸构造的相对粗糙度ε/D形成为0.01以上，0.1以下。即，该相对粗糙度从紊流促进的效果方面考虑，最好在0.01以上，从放电的空间的均匀性和稳定性的实用方面考虑，最好在0.1以下。

作为该凹凸构造，可由如下的各种形态构成。首先，为与集尘电极一体化的构造，成为在集尘电极自身的表面开槽的构成。并且，与集尘电极分体的构造，将圆杆或方杆设置于集尘电极的表面的构成。另外，将扩管金属、冲孔金属等的冲孔筛等的凹凸构造以粘接、接触、浮动等方式配置于集尘电极的表面，或者用具有凹凸构造的板形成面状体的构成。

另外，作为该凹凸构造，不仅可做成凸部与凹部有规则地并排的构造，而且也可以是不规则形状的凸部或凹部不规则地并排设置的构造。即，凸部或凹部或排列或排列密度等可以有规则，也可以没有规则。并且，凸部的形状也可以是各式各样。例如，可以采用尖形状、三角锥、四角锥、圆锥、立方体、长方体、角锥台、圆锥台、半球体、球体等各种形状。

此外，该凹凸构造的相对粗糙度ε/D与传热或管摩擦等情况下使用的是相同的。设在由集尘电极围住的流路断面积为S，湿周长度为P时，用集尘电极围住电晕电极而形成时的代表长度D，则D＝4S/P。因此，由圆管形成集尘电极时，D相当于圆管的直径。另外，集尘电极由平行平板的面状体形成时，电晕电极与平板的距离为b，则D＝2b。

为了在筒状体内发展紊流，需要不稳定(助走)区间。在使用本发明的紊流促进体时，该距离成为筒状体断面的代表长度D的2倍左右。因此，筒状体的长度成为筒状体的断面的代表长度D的3倍以上较合适，实际应用上最好为D的5～20倍。

另外，在上述的气体处理装置中，使所述凹凸构造以凸部的上游面朝下游侧倾斜地形成时，在凸部的后游侧可形成涡流，在凸部的后游侧产生气体流的滞流。其结果，与使凸部的上游面朝上游侧倾斜而成时相比，进一步提高了筒状体内侧表面中的粒子状物质的捕捉效果。这是由实验确认的，所以最好将凸部的上游面成为朝下游侧倾斜的形状。

并且，在上述的气体处理装置中，由金属材料等的导电材料形成前述紊流促进机构的气体接触部分时，该部分成为电晕电极的对置电极。另外，可以将该凹凸构造由导电材料分体形成，将其与由导电材料或非导电材料形成的筒状体组合而成。另外，由导电材料形成紊流促进机构并与由非导电材料形成的筒状体组合时，紊流促进机构自身成为集尘电极，成为其外侧设置非通气性的筒状体的构成。

另外，将所述紊流促进机构的气体接触部分由陶瓷等的绝缘材料形成时，集尘电极的表面由绝缘材料覆盖。为此，带电的粒子状物质很难失去电荷。因此，可将作为与电晕电极相对置面的集尘电极的对置面中的带电粒子的再飞散加以抑制，能够提高捕捉力。其结果，成为重视集尘性能时的较好的构造。

再者，在上述的气体处理装置中，在所述紊流促进机构或所述集尘电极的至少一方的气体接触部分设有触媒。根据该构成，因在紊流效果下，气体与作为与电晕电极对置的面的集尘电极的对置面的接触效率提高，也促进了触媒反应。因此，可促进气体中的净化对象成分的氧化反应或还原反应。作为该触媒，能够使用以白金为首的贵金属触媒或其他的触媒。

另外，也产生使捕捉的带电粒子堆积在凹凸构造上，并使凹凸构造埋没的场合。可是，即使在该场合，也可由触媒分解并除去带电粒子。并且，在这些因触媒作用产生的氧化反应、还原反应或粒子的分解除去之际，气体的热量或反应辅助剂的添加等可适用通常使用的方式。即，通过将紊流促进体与触媒组合，在紊流促进下，能够更有效地实施作为表面反应的触媒反应。

此外，在上述的排放气体处理装置中，具有将所述筒状体自然空气冷却或强制冷却的构成。通过该构成，可使气体中的成分的一部分例如水分或未燃燃料成分等凝结。通过其液化，可生成粒子的液交联，从而提高凝集增大或集尘的效果。

作为该自然空气冷却为，不将筒状体保温而暴露并放置于外部气体中，或将妨碍对流传热或热放射的构件不设置于筒状体的外部附近的消极的冷却。另外，强制冷却为，使用冷却风扇或散热片或冷媒产生的冷却等的任何积极的冷却机构，通过强制冷却来冷却筒状体。

即，在气相中的粒子的凝集过程中，以附着或结合在粒子表面的形式，将存在的液状成分保持在粒子间的接触部，即实现所谓的液交联的重要的作用。另外，通过紊流促进，提高了气体与集尘电极之间的热传递特性。为此，通过冷却集尘电极，可促进气体的冷却特别是作为与电晕电极相对置的面的集尘电极的对置面附近的气体的冷却。

并且，当使气体冷却时，气体中含有的水分等液化，从而起到粒子间的液交联作用。其结果，进一步提高了粒子的凝集或捕捉特性。特别是，在燃烧气体时，气体含有水分的情况较多，由气体冷却而产生的液交联效果较大。另外，气体中含有的未燃燃料成分或碳化氢类等也通过冷却而部分液化，实现液交联作用。这是由实验确认的。

另外，在上述的气体处理装置中，构成为，相对于被导入所述筒状体内部的气体、设有供给使气体中的成分凝集或增大的添加剂的添加剂供给机构。通过该构成，进一步提高了凝集性能或集尘性能。作为该添加剂，可使用水或碳化氢类、燃料等容易液化的成分。另外，添加剂的添加位置可以在筒状体的上游侧的位置，也可以在筒状体的内部的位置。

此外，在上述的气体处理装置中，设有多个由所述电晕电极和所述集尘电极构成的气体处理组件，所述集尘电极由围住该电晕电极的非通气性的筒状体形成。

另外，上述的气体处理装置的构成为，由所述电晕电极和由与该电晕电极相对置的面状体形成的所述集尘电极组合而成的气体处理组件设有多个，并位于一个筒状体内。或者构成为，设有多个由所述电晕电极、所述集尘电极以及所述筒状体的组合构成的气体处理组件，所述集尘电极由与所述电晕电极相对置的面状体形成，所述筒状体围住所述电晕电极与所述集尘电极。通过这些构成，可对应于流量多的气体的处置。

正如上所述，根据本发明的气体处理装置，由于具有在作为与电晕电极相对置的面的非放电极侧的集尘电极的对置面或对置面的附近，设有在对置面附近促进气体紊流的紊流促进机构的构成，通过该紊流促进机构，能够促进流路特别是对置面附近的气体的紊流，能够加大流路断面方向的搅拌作用。

为此，能够在流路空间整体中，使气体中成分的带电所需要的时间缩短、相带电粒子的集尘电极的对置面的接触容易，随着气体的对置面附近中的主流方向流速的低速化，可实现滞留时间的增加，能够进一步促进静电力产生的带电粒子的捕捉。

因此，能够显著地提高相对带电粒子的静电凝集性能或集尘性能，能够使进行静电凝集或静电集尘的气体处理装置高性能化、低压力损失化以及紧凑化。

附图说明

图1为示意地示出本发明第1实施例的气体处理装置的构成的侧剖面图。

图2为示出本发明第1实施例的气体处理装置的筒状体的断面形状例的视图，(a)示出圆形例、(b)示出正方形例、(c)示出端部为圆形的扁平体例、(d)示出长方形例。

图3为示意地示出本发明第2实施例的气体处理装置的构成的侧剖面图。

图4为示意地示出本发明第3实施例的气体处理装置的构成的侧剖面图。

图5为示出本发明第3实施例的气体处理装置的筒状体的断面形状例视图，(a)示出圆形例、(b)示出正方形例、(c)示出端部为圆形的扁平体例、(d)示出长方形例。

图6为示意地示出本发明第3实施例的气体处理装置的其他构成的侧剖面图。

图7为示出本发明第3实施例的气体处理装置的其他构成的筒状体的剖面形状例的图，(a)为示出在集尘电极间具有单一的电晕电极的例子，(b)为示出在集尘电极间具有多个电晕电极的例子。

图8为示意地示出本发明第4实施例的气体处理装置的构成的侧剖面图。

图9为示意地示出将多个圆柱在筒状体上以螺旋状插入而形成的凹凸构造的部分侧剖面图。

图10为示意地示出在筒状体的内侧表面通过开槽形成台形形状凸部的构造的部分透视图。

图11为示意地示出在筒状体内侧表面具有设置格子槽而成的凹凸构造的内面带槽管构造的部分侧剖面图。

图12为示意地示出在筒状体内侧表面具有设置螺旋状槽而成的凹凸构造的内面带槽管构造的部分侧剖面图。

图13为示意地示出具有将环状凸部有间隔地形成在筒状体的内侧表面2上而成的凹凸构造的内面带槽管构造的部分透视图。

图14为示意地示出由持有三维构造的散热片构成的凹凸构造的部分透视图。

图15为示意地示出由持有三维构造的散热片构成的其他凹凸构造的部分透视图。

图16为示出未做压延处理的扩管金属的部分平面图。

图17为图16的部分放大图，示出网眼的指向与气体流方向的部分放大图。

图18为示出凸部的上游面倾斜于下游侧的构成的部分侧剖面图。

图19为示出凸部的上游面倾斜于上游侧的构成的部分侧剖面图。

图20为示出在凸部的后流侧发生气体流滞流的构成的部分透视图。

图21为示出筒状体和紊流促进机构均由导电材料形成的构成图。

图22为示出用绝缘材料形成筒状体，用导电材料形成紊流促进机构的构成图。

图23为示出用导电材料形成筒状体，用绝缘材料形成紊流促进机构的构成图。

图24为示出筒状体的内周部和紊流促进机构均由绝缘材料形成，并设置了用导电材料形成的筒状体外周部的构成图。

图25为示出将筒状体的外面呈大气开放状态，容易进行自然对流传热的构成图。

图26为示出将促进筒状体向外部散热的冷却用散热片设置在筒状体外部的构成图。

图27为示出将筒状体作成双层管构造，用冷媒强制冷却而成的构成图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明实施例的气体处理装置。正如图1和图2所示，本发明第1实施例的气体处理装置1由施加使电晕放电发生用的高电压的电晕电极10，和围绕该电晕电极10并成为集尘电极的筒状体20构成。

该电晕电极10最好为电场集中系数高的电极。该电晕电极10由细线电极、角状电极、带有突起构造的电极等的线状(电线状)或棒状等的电极形成。筒状体20由导电性的材料形成。该筒状体20围绕在电晕电极10的周围。另外，在筒状体20上，上游侧设有气体入口部21，下游侧设有气体出口部22。

该电晕电极10和筒状体20相互通过绝缘子30等而处于电绝缘状态而成。电晕电极10与高压电源40连接。由该高压电源40发生的高电压，一般的，最好使用负极性的直流电压，但也可以是直流、交流、脉冲状的任意一种。另外，该高电压的极性可以为负极性也可以为正极性。

此外，筒状体20不是作为放电电极而是作为无集尘电极而构成。在图1中，筒状体20电接地地维持在接地电位，但可根据需要保持在另外的电位上。被施加在该电晕电极10和筒状体20上的电压也可以为，在通过该电晕极10与筒状体20间的气体G中有产生电晕放电的电压。

该筒状体20的剖面形状没有特别地限定。考虑到电晕放电的稳定性等，最好为圆形，但也可为正方形等。特别是，将电晕电极10设置多个的情况下，筒状体20的剖面形状也可以为椭圆形、三角形、长方形、其他多角形。图2示出了该筒状体20的剖面形状的例。

而且，在筒状体20的内部通过气体G的同时，在电晕电极10和筒状体20之间施加高电压，在筒状体20的内部形成电晕放电。依靠该电晕放电，使通过筒状体20内部的气体G中的粒子状物质(PM)等的成分带电。然后，使该带电粒子凝集或集尘。

下面对该凝集增大化以及集尘进行说明。

通过高电压的施加，在电晕电极10的附近形成不平等电场，以电晕电极10为中心，形成局部的气体G非破坏放电亦即电晕放电空间。随着该电晕放电，气体G中的高速电子与高速电子碰撞，形成多个被电离的正离子和由带电子产生的负离子。

当使含PM的气体G通过该电晕放电空间时，则随着电子、正离子、负离子和PM(粒子状物质)等的粒子(气体中的成分)碰撞，粒子几乎瞬间被带电荷。依靠该带电荷，带电的粒子靠库仑力被集尘电极20捕集。

利用该电晕放电，在电集尘作用下捕集PM的情况下，与用通常物理的过滤器机械地收集场合相比，可有选择地捕集更纤细的PM粒子。为此，即使在相当长时间下连续地运转也不会堵塞。

并且，在本发明中，在该筒状体20的与电晕电极10对置的对置面(内侧表面)20f或对置面20f的附近，设有紊流促进机构23。该紊流促进机构23可将对置面20f加工设置，也可将与筒状体20分体的构造物与对置面20f接触或浮起状设置。

该紊流促进机构23可用凹凸构造(突起构造)23构成。有关该凹凸构造23可参考提高传热特性用的突起构造。该凹凸构造的具体例如图9～图17示出。

图9为将单个或多个的线状体(圆棒和角棒)23在筒状体20上呈螺旋状插入，卷绕在筒状体20的内侧表面20f上而成。图10为在筒状体20的内侧表面20f上通过开槽形成台形形状的凸部23。另外，图11和图12为设置格子槽和螺旋槽等规则的正凹凸，成为内面带槽管构造。图11示出格子图案、图12示出螺旋状图案。

此外，图13示出环状的凸部23在筒状体20的内侧表面20f有间隔地形成的构造。另外，图14和图15为示出由持有三维构造的散热片构成的凹凸构造23。此外尽管未图示，但也可将筒状体20的内面20f进行喷砂处理而形成杂乱的凹凸。这些凹凸同样可形成在对置面20f上，也可分散配置。在该图13的情况下，以代表突起高度h的20倍左右的间隔L放置，也是有效的。

持有该凹凸构造23的筒状体20可按如下方式制造。第一个方法为，将筒状体20的内侧表面20f以开槽加工等直接加工制造。第二个方法为，对加工薄板状的板材表面以设置凹凸而成的筒状体20整形来制造。第三个方法为，将通过加工而设置凹凸的板材或已形成有凹凸的板材，可插入筒状体20整形并插入筒状体20来制造。第四个方法为，将如市售的，已有凹凸的面状体插入筒状体20来制造。

作为该已形成有凹凸的板材采用具有金属丝网或冲孔金属、扩管金属等的薄板状突起物。另外，作为该板材，也可使用带缝隙格栅、轮箍筛、波纹筛(无孔)、酒窝筛(有孔)、缝隙凸出窗筛、架桥凸出窗筛、三角凸出窗筛、半圆凸出窗筛等的穿孔筛。

而且，如图16以及图17所示地，在未做压延处理的扩管金属23的情况下，存在着网眼的指向，气体即使朝任意的网眼流动也具有紊流促进的效果，确认提高了凝集作用、集尘作用。

有关该方向，以气体在短网眼方向的A方向流动的方式插入筒状体20的情况，与气体在其他方向B、C流入方式插入的情况下相比，凝集作用、集尘作用两者均得到提高。在前者的情况下，流体的停滞被形成在突起的后侧。

此外，A、B、C三者在筒状体内的电场分布上几乎无差异(特别是A和B完全相同)，但其效果却有明显的差异。所以，很显然，筒状体内面的凹凸构造的流体作用在凝集作用、集尘作用上会给予很大的影响。

也就是说，如图18所示，使凹凸构造23以凸部23的上游面向下游侧倾斜地方式形成。这样，在凸部23的后流侧可形成涡流，在凸部23的后流侧发生气体流的滞流Y。如果采用图18的构成，则与如图19所示的构成相比，筒状体20的对置面20中的粒子物质(PM)等的带电粒子的捕集效果更高。另外，作为在该凸部的后流侧气体流的滞流Y发生的构成，也可为图20所示的构成。

并且，有关该凹凸构造23的大小，最好使相对粗糙度(ε/D)为00.1以上、0.1以下。在此，将筒状体20的断面的代表长度设为D、将筒状体20的内侧表面20f的最大表面粗糙度设为ε。使该相对粗糙度(ε/D)为0.01以上，可得到最好的紊流促进效果。另外，使其值为0.1以下时，可得到放电较好的空间均匀性和稳定性。

对也应当称作该断面的代表长度D和筒状体20的对置面20f的凹凸构造的无因次代表尺寸的相对粗糙度(ε/D)说明。由筒状体20形成集尘电极时的代表长度D，与在传热工程学等情况下使用的长度相同。以由筒状体20围绕的流路断面面积为S，湿周长度为P时，D＝4S/P。在圆管的情况下，D相当于圆管的直径。

并且，因紊流的程度和管磨擦阻力相互关系较密切，所以与筒状体20的管磨擦阻力λ有较大关系的相对粗糙度(ε/D)，成为紊流促进效果好的指标。从表示雷诺数R和管壁的相对粗糙度(ε/D)以及管磨擦系数λ的关系的木狄流体摩擦系数线图也可知，管的相对粗糙度为0.01以上时，管磨擦系数λ的增加率急剧增高。由此可知，由凹凸构造23产生的紊流促进效果显著地变大。

实际上，在实验中也确认了凹凸构造23的相对粗糙度(ε/D)为0.01以上时，静电集尘作用会显著地提高。为此，雷诺数R(＝UD/v)最好在2,000～100,000的区域，即，从过渡区域到紊流区域。在此，将筒状体20内部的气体的主流速度或平均流速设为U，将气体的动粘性系数设为V。

本发明人进行了观察该凹凸构造23的相对粗糙度(ε/D)与捕集效果关系的实验。在该实验结果中，用D＝59mm的圆管形成筒状体20的情况下，插入发泡金属薄板(ε＜0.5mm，ε/D＜0.008)以形成凹凸构造23A时，和插入金属丝网(ε～0.5mm，ε/D～0.008)以形成凹凸构造23A时，示出了与无凹凸构造(ε＝0，ε/D＝0)情况下同样的集尘性能。另外，插入扩管金属1(ε～2mm，ε/D～0.03)、扩管金属2(ε～3mm，ε/D～0.035)、圆杆螺旋管(ε～2mm，ε/D～0.03)、方杆螺旋管(ε～2mm，ε/D～0.03)以形成凹凸构造时，示出了比无凹凸构造的场合要优越的集尘性能。

并且，对筒状体20的长度进行说明。为了在筒状体20内实现紊流，需要不稳定区间。该距离为筒状体断面的代表长度D的2倍左右。因此，筒状体20的长度在筒状体20的断面的代表长度D的2倍以上较合适。在实际应用中，为D的5～20倍较好。由此，可使装置1紧凑。

将在下面进一步详细地说明。层流也好，紊流也好，即使在层流中，管断面的速度分布也并不是立刻稳定的。流动没有从管入口直接扩展层流或紊流程度。并且，为了在管内(平行平板时为平行平板内)使流动充分扩展，需要不稳定区间La。该不稳定区间La通常在La/D的数值在层流时成为数100，在紊流时成为50～100。即，不稳定区间La从直径D的数十倍到数百倍。为此，例如，直径D为50mm时，不稳定区间La成为米(m)的等级。

在该不稳定区间La，速度边界层没有充分扩展。为此，集尘电极20附近的流速变快。在该部位，静电力产生的带电粒子的移动速度与气体流速之比较小。如此，成为捕捉作用面中的负面因素。另外，捕捉在集尘电极20上的带电粒子因气体流容易再飞散。特别是，处置碳系等的低阻力粒子时，再飞散容易进一步地发生。为此，需要使全体的流速下降，或者使管长与不稳定区间相比足够长。由此，装置增大。

为此，设置紊流促进机构23，就可使不稳定区间La非常短。这是考虑到，从管摩擦系数的增大来推定，总促进速度边界层的剥离的缘故。实际上，从研究在管内面带突起的流动的文献来看，也可推测。即，通过设置紊流促进机构23，不稳定区间La变短，La/D的数值成为2左右。

下面，对紊流促进机构23的材质进行说明。该紊流促进机构23用金属等的导电材料或陶瓷等的绝缘材料形成。但是，该紊流促进机构23与筒状体20的至少任意一方由于需要成为电晕电极10的对置电极，因此可考虑图21～图24所示的构成。

在图21中，筒状体20与紊流促进机构23均由导电材料形成。并且，采用该筒状体20与紊流促进机构23这两者成为电晕电极10的对置电极的构成。另外，在图22中，筒状体20由绝缘材料形成，而紊流促进机构23由导电材料形成。并且，将紊流促进机构23为电晕电极10的对置电极的构成。另外，在紊流促进机构23使用导电材料时，相对粗糙度(ε/D)变大时，与电晕电极10的电极间距离部分变短，由于施加电压的上限下降，需要注意。

然后，在与这些气体G接触的部分，涂覆陶瓷等的绝缘物。由此，被捕捉的带电粒子的电荷很难失去，从而能够抑制再飞散引起的粒子的排出。另外，也产生防止由气体G引起的筒状体20与紊流促进机构23的腐蚀的效果。

在图23中，分别用导电材料形成筒状体20，用陶瓷等的绝缘材料形成紊流促进机构23。并且，将筒状体20作为电晕电极10的对置电极，将与气体G接触的部分作为绝缘物。由此，能够防止再飞散和防止由气体G引起的腐蚀。

在图24中，筒状体20由形成气体通路的内周部20a和包围其外侧的外周部20b构成。与此同时，用绝缘材料形成内周部20a和紊流促进机构23。另外，外周部20b用导电材料形成。将该外周部20b设为与电晕电极10相对的对置电极。即使采用如此构成，也可防止再飞散和防止气体G所致的腐蚀。此时，特别是，成为电晕电极10的对置电极的外周部20b与气体G不完全接触，从而能够完全防止气体G所致的腐蚀。

下面，对设有触媒的构成进行说明。在该紊流促进机构23或筒状体20的至少一方的气体接触部分上设有触媒的构成。通过该构成，在紊流效果下，可提高气体G与紊流促进机构23或筒状体20的对置面20f的接触效率。与之同时，用凹凸构造形成紊流促进机构23时，因实质的触媒表面积也变大，能够提高反应效率。为此，也能够显著地促进触媒反应。另外，触媒表面因暴露在放电场，通过与因放电生成的游离基的相乘效果，进一步提高了反应效率。

作为该触媒，可使用担载白金等贵金属类的氧化还原触媒或具有NOx吸附能力的NOx吸藏还原型触媒等。通过该触媒的作用，可边进行附着在作为紊流促进机构23的凹凸构造上的粒子状物质的氧化燃烧处理，边进行将气体G中的NOx等有害成分氧化还原处理。

使用触媒时，特别是具有如下的优点。也具有将捕捉到的粒子状物质堆积到凹凸构造上，并使凹凸构造埋没的场合。可是，即使在这种情况下，也能够在触媒作用下将堆积的粒子状物质分解、除去。并且，在该触媒的氧化反应、还原反应或粒子状物质的燃烧除去之际，可适用于气体的加热或反应辅助剂的添加等一般的促进触媒反应所使用的手段。另外，通过紊流促进，也可更有效地实施作为表面反应的触媒反应。

下面，对具有的加热机构进行说明。在紊流促进机构23或筒状体20的至少一方上装入传热加热器(未图示)等的加热机构。通过该构成，附着在紊流促进机构23上的粒子状物质或气体状成分，在其附着量达到预定量或经过预定的时间时，由加热机构进行的加热，可实现触媒的活性化并进行燃烧处理。

作为该传热加热器的装配构造，考虑编入绝缘涂覆的加热线，并将双重绝缘式的电热加热器卷成螺旋状并形成凹凸构造23等方式。另外，在捕集柴油发动机等的内燃机的排放气体中的PM时，由集尘电极20捕捉的PM因暴露在电晕放电场，所以可从150℃～200℃的低温下开始燃烧。因此，燃烧除去之际，能够避免高温燃烧引起的损伤的发生。另外，能够通过发动机的排放气体温度控制使燃烧开始。

下面，对筒状体20的冷却进行说明。在气相粒子的凝集过程中，由于粒子间的液交联起到了重要的作用，因此成为将该筒状体20的外面侧自然空气冷却或强制冷却的构成。

在该自然空气冷却中，不保温筒状体20的外面。并且，如图25所示，使筒状体20的外面成为向大气开放状态。另外，筒状体20不由气体处理装置1的壳体等另外的筒体(未图示)密闭。即，做成将前述的另外筒体设有通气孔等，容易与外部气体接触，容易进行自然对流传热。另外，为了可促进散热所致的冷却效果，降低周围部件的温度。此外，为了提高由热传导所致的冷却效果，而与热传导体接触。

此外，也能够将促进向筒状体20的外部散热的冷却用散热片设置在筒状体20的外部。该冷却用散热片可使用例如在热交换器等中通常使用的平滑环状叶片、开缝叶片、电镀叶片、长方形叶片、环线叶片(wire rope fin)等。

另外，在强制冷却中，如图26所示，通过叶片2等，向筒状体20的外面送风，通过对流传热进行的强制冷却。或者，如图27所示，将筒状体20A做成通过冷却水等的冷媒W的双重管构造，具有将筒状体20用冷媒W强制冷却的构成。另外，搭载于汽车等车辆上的情况下，具有在行走时可风冷的构成。另外，并不限于这些冷却手段，一般的冷却手段也适用。

并且，通过该筒状体20的外面侧的冷却，使气体G特别是筒状体20的内侧表面20f附近的气体G冷却。由此，由于该气体G中含有的水分等凝结并液化，作为粒子间的液交联而起作用，改善了粒子的凝集性能或捕捉性能。特别是，处理对象的气体G在燃烧气体的场合，含有水分较多，并且也含有未燃燃料部分或烃类等。为此，这些成分因冷却而部分液化，也带来液交联作用，因此，由该筒状体20的外面侧的冷却带来的效果变大。

在试验台实验的结果中，在筒状体外面具有强制风冷的场合，粒子状物质的除去率为92％，而在筒状体外面无强制风冷的场合，粒子状物质的除去率为88％。

下面，对第2实施例的气体处理装置进行说明。

图3所示的第2实施例的气体处理装置1A的构成为，在气体入口部21上具有添加剂供给机构50，以向导入筒状体20内部的气体G，供给使气体G中的成分凝集或增大的添加剂A。作为该添加剂A，可使用水、碳化氢类、界面活性剂等或者在内燃机的气体时可使用燃料等。另外，作为添加剂供给机构50的具体构成，具有接受从添加剂用的箱或燃料箱供给的添加剂A，将向气体入口部21内部喷雾的喷射装置设置于气体入口部21上的构成。该构成以外是与第1实施例的气体处理装置同样的构成。

根据该第2实施例的气体处理装置1A的添加剂供给机构50，当液交联所致的粒子增大时，则为了提高筒状体20的内侧表面20f的捕捉性能，可将添加剂A向气体G中喷雾。该添加剂A促进液交联。另外，添加剂A的添加位置并不限于图3所示的入口部21处，可以在筒状体20的内部，或者在气体入口部21的上游侧。此外，处理内燃机的气体时，可以是，通过内燃机的缸体内喷射中的位置喷射(ポスト噴射)等，将作为添加剂A的未燃燃料添加到气体中的构成。

下面，对第3实施例的气体处理装置进行说明。

图4～图7所示的第3实施例的气体处理装置1B为，用与电晕电极10相对置的面状体形成集尘电极20B，并且用非通气性的筒状体60将该面状体与所述电晕电极10一同围住。并且，成为使气体G通过该筒状体60内部的构成。图4和图5示出相对电晕电极10由1个面状体或一对平行的面状体形成集尘电极20B的构成。而图6和图7示出将平行于电晕电极10的面状体的集尘电极20B做成层积状构造而成的构成。

在本发明中，该第3实施例的气体处理装置1B的集尘电极20B在其对置面20Bf或对置面20Bf附近，设有与第1实施例的气体处理装置1的集尘电极20同样的紊流促进机构23。该紊流促进机构23的构造或配置等具有与第1实施例的气体处理装置1同样的构成。

但是，集尘电极20B由面状体形成时的代表长度D，在由面状体围着电晕电极而形成时，D＝4S’/P’。在此，将围着的流路断面积设为S’，围着的长度设为湿周长度P’。并且，用平行平板的面状体形成集尘电极20B时，D＝2b。在此，将电晕电极10与平板20B的距离设为b。

并且，该集尘电极20B电接地并保持在接地电位上，或者根据需要保持在预定的电位上。可是，由于不必一定是非通气性的，正如图5(d)或图7(d)所示，可由具有凹凸构造的冲孔筛等形成。此时，由于集尘电极20B的表面已具有凹凸构造，不必重新进行表面加工或设置凹凸部件。

另外，对于获得该构成中的液交联效果用的气体冷却，将第3实施例的气体处理装置1B的筒状体60也可构成为与第1实施例的气体处理装置1的筒状体20同样的构成。并且，在由箱型或平板状热交换器等形成集尘电极20B，利用使冷媒在内部循环等的方法，也可将集尘电极20B冷却的构成。

下面，对第4实施例的气体处理装置进行说明。

图8所示的第4实施例的气体处理装置1C的构成为，在第3实施例的气体处理装置1B的气体入口部21上设有添加剂供给机构50。该添加剂供给机构50相对于导入筒状体20内部的气体G，供给使气体G中的成分凝集或增大的添加剂A。并且，该添加剂供给机构50的构成与第2实施例的气体处理装置1A相同。另外，第4实施例的气体处理装置1C除该添加剂供给机构50的构成外，均采用与第3实施例的气体处理装置1B同样的构成。

根据上述的气体处理装置1、1A、1B、1C，由于将电晕电极10构成为，在与电晕电极10相对置的、非放电极侧的集尘电极20的对置面20f或该对置面20f的附近，设有促进气体紊流的紊流促进机构23，所以通过该紊流促进机构23，促进了流路中特别是对置面20f附近的气体的紊流，能够加大流路断面方向的搅拌作用。

为此，在流路空间全体中，能够实现气体中成分的带电所需要的时间的缩短化、对作为与带电粒子的电晕电极相对置的面的集尘电极的对置面的接触的容易化、在气体的对置面附近的主流方向流速的低速化。由此，能够进一步促进静电力引起的带电粒子的捕捉。因此，能够显著地提高对带电粒子的静电凝集性能或集尘性能。另外，能够使进行静电凝集或静电集尘的气体处理装置高性能化、低压力损失化以及紧凑化。

并且，上述构成的本发明的气体处理装置1，1A，1B，1C也可单独使用，但也可与其他集尘装置或气体净化装置等组合着使用。

例如，在上游侧设有将粗大粒子筛取的过滤器或洗涤器等的集尘装置，也可构成为只将由这些集尘装置很难除去的从微米尺寸起的超微尺寸以下的微粒用本发明的气体处理装置1，1A，1B，1C除去的构成。

另外，可以为，在本发明的气体处理装置1，1A，1B，1C的下游侧设有触媒转换器，将由贵金属类等构成的触媒担载于陶瓷蜂窝或金属蜂窝上，以进行气体中的气体成分的净化的构成。如做成如此构成，则在处理柴油发动机的气体时，用本发明的气体处理装置1，1A，1B，1C能够有效地除去粒子状物质。为此，可抑制下游侧的触媒表面的污染，能够将触媒的表面中的反应效率长期维持在较高的状态下。

并且，在本发明的气体处理装置1，1A，1B，1C中，在筒状体20或集尘电极20B的对置面20f上堆积粒子状物质，以埋没其紊流促进体23的凹凸时，也存在着紊流促进效果下降，凝集性能或集尘性能下降的场合。此时，也可成为以通常的静电集尘装置所采用的，将筒状体20，60设置于垂直方向，通过振动或冲击使附着的粒子状物质下落并回收的、可进行机械的再生处理的构成。

另外，捕集的粒子状物质也可通过电加热器、由石油燃烧器向PM直接加热、燃料的后喷射等引起的排放气体的升温或者发动机的性能调整或吸气节流等引起的排放气体的升温，在运转时定期燃烧和除去。

产业上的可利用性

具有上述优越效果的本发明的气体处理装置，可非常有效地用于不仅是汽车上载置的内燃机的排放气体，而且为各种产业用机械或固定式内燃机的排放气体或工厂气体、发电厂气体等的气体处理装置，或者为各种制造工厂或医疗场所等的气体处理装置。

Claims (13)

1、一种气体处理装置，具有电晕电极和与该电晕电极对置的集尘电极，向所述电晕电极与所述集尘电极之间施加高电压，在通过所述电晕电极与所述集尘电极之间的气体中形成电晕放电，进行气体中成分的凝集或集尘，其特征在于，在所述集尘电极的与所述电晕电极对置的对置面附近，将促进气体紊流的紊流促进机构设置在该对置面上或该对置面附近。

2、如权利要求1所述的气体处理装置，其特征在于，所述集尘电极由围住所述电晕电极的非通气性的筒状体形成，气体通过该筒状体的内部。

3、如权利要求1所述的气体处理装置，其特征在于，所述集尘电极由与所述电晕电极相对置的面状体形成，并且，该面状体与所述电晕电极一同由非通气性的筒状体围住，使气体通过该筒状体的内部。

4、如权利要求1～3中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，所述紊流促进机构由凹凸构造构成，当设所述集尘电极的代表长度为D、所述集尘电极的对置面的表面的最大表面粗糙度为ε时的所述凹凸构造的相对粗糙度ε/D形成为0.01以上，0.1以下。

5、如权利要求4所述的气体处理装置，其特征在于，将所述凹凸构造形成为使凸部的上游面朝下游侧倾斜。

6、如权利要求1～5中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，所述紊流促进机构的气体接触部分由导电材料形成。

7、如权利要求1～5中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，所述紊流促进机构的气体接触部分由绝缘材料形成。

8、如权利要求1～7中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，在所述紊流促进机构或所述集尘电极的至少一方的气体接触部分设有触媒。

9、如权利要求1～8中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，将所述筒状体自然空气冷却或强制冷却。

10、如权利要求1～9中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，具有向导入所述筒状体内部的气体供给使气体中的成分凝集或增大的添加剂的添加剂供给机构。

11、如权利要求2、4～10中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，设有多个由所述电晕电极和所述集尘电极构成的气体处理组件，所述集尘电极由围住该电晕电极的非通气性的筒状体形成。

12、如权利要求3～10中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，设有多个由所述电晕电极和所述集尘电极组合而成的气体处理组件，并设置于一个筒状体内，所述集尘电极由与该电晕电极相对置的面状体形成。

13、如权利要求3～10中任一项所述的气体处理装置，其特征在于，设有多个由所述电晕电极、所述集尘电极以及所述筒状体的组合构成的气体处理组件，所述集尘电极由与所述电晕电极相对置的面状体形成，所述筒状体围住所述电晕电极与所述集尘电极。

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