JP2004332610A - Exhaust particulate purifying device and its method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気微粒子浄化装置および方法に関し、特に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンへ供給される燃料に燃料添加剤を加え、エンジンから排出される排気ガス中の微粒子を捕集・焼却することにより浄化する排気微粒子浄化装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする排気微粒子(以下、PMと称すこともある)が多量に含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。排気ガスから、これらの微粒子を捕捉して、除去するための装置または方法が種々提案されており、その一例として、特許文献1に記載のものが知られている。
【0003】
この特許文献1に記載の微粒子焼却方法においては、ディーゼルエンジンの燃料供給系に添加剤供給機構を設けてエンジンへ供給される燃料に、セリウム、銅、及び鉄の内の少なくとも1つを含む酸化触媒を石油系溶媒に溶かした液体から成る燃料添加剤を加え、エンジンから排出される排気ガスを炭化硅素により構成されるハニカムフィルタである通気性多孔質材料のフィルタ中を通過させることにより、排気ガス中の微粒子をフィルタにより捕捉して焼却するようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−30429号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献1に記載のように、ディーゼルエンジンへ供給される燃料に酸化触媒の燃料添加剤を加え、炭化硅素により構成されるハニカムフィルタでPMを捕捉して焼却する方法は、酸化触媒の作用により外部から熱を加えることなく比較的低い温度でPMを焼却できる利点があるが、PMの捕捉をフィルタに依存していることから、PMのいわゆるすり抜けによるPMの捕捉率または捕集率に限界があり、PMの浄化効率が十分とは云えない。
【0006】
そこで、この捕捉率を上げるべく、フィルタの微小気孔の平均径が小さくなるようにすると、PMによるいわゆる目詰まりが生じ、排気ガスの圧損が上昇することによる燃費の悪化が生じる惧れがある。
【0007】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題を解消し、PMの捕集効率を向上させ、併せて、PMの焼却を効率よく安定して行い、圧力損失を伴うことなくPMを確実に浄化できる排気微粒子浄化装置および方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の排気微粒子浄化装置は、エンジンの燃料供給系に設けられエンジンに供給される燃料に添加剤を加える燃料添加剤供給手段と、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中に含まれる微粒子を捕集して焼却する排気微粒子捕集・焼却手段とを備える排気微粒子浄化装置であって、前記燃料添加剤は、BaまたはSrとTiとを有機溶剤に溶かした溶液であり、前記排気微粒子捕集・焼却手段は、排気微粒子を静電気を利用して捕集し焼却する排気微粒子静電捕集リアクターであることを特徴とする。
【0009】
また、排気微粒子浄化方法は、エンジンに供給される燃料に添加剤を加え、エンジンでの燃料と添加剤との燃焼後の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集して焼却する排気微粒子浄化方法であって、前記燃料添加剤は、BaまたはSrとTiとを有機溶剤に溶かした溶液であり、前記排気微粒子を捕集して焼却する工程は、排気微粒子静電捕集リアクターにより排気微粒子を静電気を利用して捕集し、焼却することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態を概略的に示す配置図である。図1において、10はディーゼルエンジンであり、11は吸気系に連通されている吸気ポート、12は排気系に連通されている排気ポート、13は燃焼室を画成するピストンである。本実施の形態では、エンジン10の燃焼室に燃料タンク14から燃料配管15を介して供給された燃料が燃料噴射弁16により噴射されて供給される。
【0011】
燃料タンク14は、添加剤ポンプ17を備える添加剤供給管18を介して添加剤タンク19に連通されている。添加剤ポンプ17は、不図示のコントローラにより制御され、燃料量に応じて適量の燃料添加剤を燃料タンク14へ供給するように構成されている。ディーゼルエンジン10からの排気ガスは、排気系に配置されている排気微粒子静電捕集リアクター20に導入され、後述のように浄化処理されて大気に排出される。
【0012】
添加剤タンク19から添加剤ポンプ17を介し燃料タンク14へ供給される燃料添加剤は、BaまたはSrとTiとを有機溶剤に溶かした溶液である。
【0013】
図2は、本発明の実施の形態において使用される排気微粒子静電捕集リアクター20の構造を示す断面図である。両側に截頭円錐状の連結部22を有するほぼ円筒形の金属製外筒部24を備え、この外筒部24に対し、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備える支持部材26、例えば、アルミナマットにより支持されたハニカム構造体28を有している。このハニカム構造体28は、コージュライト、シリカ、アルミナ等のセラミックスで形成されたいわゆるストレートフロー型多孔質ハニカム構造体である。
【0014】
ここで、ハニカム構造体28は、その貫通路を除く基材部(壁部)の気孔率が約55〜70%である高気孔率基材により形成されるのが好ましく、その長さは約200mm前後である。そして、本実施の形態では、中心部に挿入孔28Aが形成され、この挿入孔28A内に棒状の放電電極31が配置されている。さらに、ハニカム構造体28の外周部には外周電極32が配置されている。
【0015】
本実施の形態では、この放電電極31は、図1および図2に示すように、外筒部24内の空間に位置される部位に複数の刺部31a、31bを備え、該刺部31a、31bが、外周電極32に向けられている。放電電極31は、耐腐食性に優れたクロム鋼(例えば、10Cr5Al)で形成できるが、それにのみ限定されるものではなく、他の耐腐食性を有する金属を用いることができる。
【0016】
また、ハニカム構造体28の外周部に配置された外周電極32は、メッシュ状電極としてもよいが、導電性の金属ペーストを外周部に塗布することにより形成してもよい。なお、外周電極32は、ハニカム構造体28の少なくとも一部の外周部に存在すれば足りる。但し、PMの捕集率を最大限に上げたい場合には、ハニカム構造体28の外周部全域を覆うように形成するのが好ましい。
【0017】
放電電極31および外周電極32は、それぞれ、直流電源33に接続されている。本実施の形態では、放電電極31は金属製の外筒部14を貫通して設置されている絶縁碍子29を通して直流電源33の負側に接続され、外周電極32は、同じく絶縁碍子29を通して接地されている。なお、この直流電源33の電圧は5kV以上である。また、この排気微粒子静電捕集リアクター20としては、上述の中心放電電極31+外周電極32の配置に限らず、平板状の電極が対向して配置されている形態でもよい。
【0018】
上述の実施形態に係る排気微粒子浄化装置および方法によれば、BaまたはSrとTiとを有機溶剤に溶かした溶液が適量添加された軽油等の燃料が、燃焼室内に燃料噴射弁16により噴射供給されて燃焼される。かかる燃焼の結果、BaまたはSrとTiとが酸素と反応し、チタン酸バリウム(BaTiO3)またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)が生成され、同時に生成されるPMとの混合体が形成される。そして、このBaTiO3またはSrTiO3とPMとの混合体を含む排気ガスは、排気管を通って排気微粒子静電捕集リアクター20に導かれる。
【0019】
一方、排気微粒子静電捕集リアクター20においては、エンジンの始動と同時に、電源33がオンされ、放電電極31と外周電極32との間に高電圧が印加される。そこで、BaTiO3またはSrTiO3とPMとの混合体を含む排気ガスは、放電電極31と外周電極32との間に形成されている高電圧電界中のコロナ放電により、その高電圧電界中を通過するときに、PM混合体が帯電され、電気的吸引力により外周電極32に向けて吸引される。この場合、BaTiO3またはSrTiO3の高い誘電率により、PM混合体の帯電量は飛躍的に向上されており、PM混合体はハニカム構造体28の貫通路内表面および壁部の気孔内に高効率で捕捉または捕集される。
【0020】
さらに、交流電源を用いると、この捕集されたPM混合体のBaTiO3またはSrTiO3の強誘電性により、その粒子界面においてマイクロディスチャージが発生する。その結果、排気ガス中のガス分子が活性化(ラジカル化)され、酸化活性の高いオゾン(O3)、活性酸素(O2 −)、二酸化窒素(NO2)等が生成される。ハニカム構造体28に捕集されているPMは、かかる活性化されたガスにより燃焼、焼却されて、浄化された排気ガスとして排出される。
【0021】
このように、本実施の形態によれば、BaTiO3またはSrTiO3の高い誘電率によりPMの捕集効率が向上され、併せて、酸化活性の高いO3、O2 −、NO2を利用することによりPMの燃焼が連続して行われるので、圧力損失を伴うことなくPMの焼却を効率よく安定して行い、PMを確実に浄化できるのである。
【0022】
また、燃料添加剤として、さらに、Ce(セリウム)、Co(銅)、及びFe(鉄)等の酸化触媒を上述のBaまたはSrとTiとに付加すれば、これら自体が有するPM酸化力により、PM混合体の粒子径をさらに微細にできるので、帯電密度を上げることができ、捕集効率をさらに向上させることが可能である。
【0023】
なお、上述の実施形態においては、放電電極31を負極に、外周電極32を接地する例につき説明したが、これらは、両者間に所定の高電圧が印加される形態であれば足り、逆の極性であってもよく、必ずしも接地させる必要もない。また、その電源の形態は、直流のみならず、パルス電源や交流電源であってもよい。さらに、それらの電圧印加の形態も上述の常時印加に限られず、PMの捕集要求や燃焼処理要求の必要性に応じて、所望の時期に行うようにしてもよい。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンに供給される燃料にBaまたはSrとTiとの添加剤を加え、燃焼後の排気ガス中に含まれるBaTiO3またはSrTiO3とPMとの混合体を排気微粒子静電捕集リアクターにより静電気を利用して捕集し、焼却するようにしたので、BaTiO3またはSrTiO3の高い誘電率によりPMの捕集効率が向上され、併せて、酸化活性の高いO3、O2 −、NO2等を利用することによりPMの燃焼を連続して行わせることが可能であり、圧力損失を伴うことなくPMの焼却を効率よく安定して行わせ、PMを確実に浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の概要を示す概略模式図である。
【図2】本発明に用いる排気微粒子静電捕集リアクターの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
10 エンジン
14 燃料タンク
19 添加剤タンク
20 排気微粒子静電捕集リアクター
28 ハニカム構造体
31 放電電極
32 外周電極
33 電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for purifying exhaust particulates, and more particularly, to a method of adding a fuel additive to fuel supplied to a diesel engine or a lean burn gasoline engine to collect and incinerate particulates in exhaust gas discharged from the engine. The present invention relates to a device and a method for purifying exhaust particulates purifying by means of a method.
[0002]
[Prior art]
It is known that the exhaust gas of a diesel engine or a lean-burn gasoline engine contains a large amount of exhaust fine particles (hereinafter sometimes referred to as PM) containing carbon as a main component, which causes air pollution. Various devices or methods for capturing and removing these fine particles from exhaust gas have been proposed, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1 as an example.
[0003]
In the particulate incineration method described in Patent Document 1, an additive supply mechanism is provided in a fuel supply system of a diesel engine, and the fuel supplied to the engine contains at least one of cerium, copper, and iron. A fuel additive consisting of a liquid obtained by dissolving a catalyst in a petroleum-based solvent is added, and exhaust gas discharged from the engine is passed through a filter made of a gas-permeable porous material which is a honeycomb filter made of silicon carbide. Fine particles in the gas are captured by a filter and incinerated.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-30429 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described in Patent Document 1, a method of adding a fuel additive of an oxidation catalyst to fuel supplied to a diesel engine, capturing PM by a honeycomb filter made of silicon carbide, and incinerating the same is based on a method of using an oxidation catalyst. This has the advantage that PM can be incinerated at a relatively low temperature without adding heat from the outside.However, since the trapping of PM depends on a filter, the trapping rate or trapping rate of PM by so-called slip-through of PM is reduced. There is a limit, and PM purification efficiency cannot be said to be sufficient.
[0006]
Therefore, if the average diameter of the fine pores of the filter is reduced in order to increase the trapping rate, so-called clogging due to PM may occur, and the fuel efficiency may be deteriorated due to an increase in pressure loss of exhaust gas.
[0007]
An object of the present invention is to solve the problems of the related art, improve the PM collection efficiency, and efficiently and stably incinerate PM, and can surely purify PM without pressure loss. An object of the present invention is to provide an exhaust particulate cleaning device and method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, there is provided an exhaust particulate purification device according to the present invention, comprising: a fuel additive supply means provided in a fuel supply system of an engine for adding an additive to fuel supplied to the engine; An exhaust particulate purification device comprising exhaust particulate collecting and incineration means for collecting and incinerating particulates contained in the fuel, wherein the fuel additive is a solution in which Ba or Sr and Ti are dissolved in an organic solvent. The exhaust particulate collection / incineration means is an exhaust particulate electrostatic collection reactor that collects and incinerates exhaust particulates using static electricity.
[0009]
Further, an exhaust particulate purification method includes adding an additive to fuel supplied to an engine, collecting particulates contained in exhaust gas after combustion of the fuel and the additive in the engine, and incinerating the particulates. The fuel additive is a solution in which Ba or Sr and Ti are dissolved in an organic solvent, and the step of collecting and burning the exhaust fine particles includes removing the exhaust fine particles by an exhaust fine particle electrostatic collection reactor. It is collected and incinerated using static electricity.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a layout diagram schematically showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
[0011]
The
[0012]
The fuel additive supplied from the
[0013]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the exhaust particulate
[0014]
Here, the
[0015]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
[0016]
Further, the outer
[0017]
The
[0018]
According to the exhaust particulate cleaning apparatus and method according to the above-described embodiment, fuel such as light oil to which an appropriate amount of a solution obtained by dissolving Ba or Sr and Ti in an organic solvent is injected and supplied into the combustion chamber by the
[0019]
On the other hand, in the exhaust particulate
[0020]
Further, when an AC power supply is used, microdischarge occurs at the particle interface due to the ferroelectricity of BaTiO 3 or SrTiO 3 of the collected PM mixture. As a result, gas molecules in the exhaust gas are activated (radicalized), and ozone (O 3 ), active oxygen (O 2 − ), nitrogen dioxide (NO 2 ), and the like having high oxidation activity are generated. The PM trapped in the
[0021]
As described above, according to the present embodiment, the trapping efficiency of PM is improved by the high dielectric constant of BaTiO 3 or SrTiO 3 , and O 3 , O 2 − , and NO 2 having high oxidation activity are used. As a result, the PM is continuously burned, so that the PM can be incinerated efficiently and stably without a pressure loss, and the PM can be reliably purified.
[0022]
Further, if an oxidation catalyst such as Ce (cerium), Co (copper), and Fe (iron) is added to the above Ba or Sr and Ti as a fuel additive, the PM oxidizing power of these itself can be used. Since the particle size of the PM mixture can be further reduced, the charge density can be increased and the collection efficiency can be further improved.
[0023]
In the above-described embodiment, an example has been described in which the
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, an additive of Ba or Sr and Ti is added to the fuel supplied to the engine, and a mixture of BaTiO 3 or SrTiO 3 and PM contained in the exhaust gas after combustion is converted into an exhaust particulate electrostatic. Since collection and incineration are performed using static electricity by the collection reactor, the collection efficiency of PM is improved by the high dielectric constant of BaTiO 3 or SrTiO 3 , and at the same time, O 3 and O having high oxidation activity are increased. 2 -, it is possible to perform continuous combustion of the PM by utilizing the NO 2 or the like, efficiently and stably carry out with the incineration of PM without pressure loss can be reliably purify PM .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an exhaust particulate electrostatic collection reactor used in the present invention.
[Explanation of symbols]
10
Claims (2)
前記燃料添加剤は、BaまたはSrとTiとを有機溶剤に溶かした溶液であり、
前記排気微粒子捕集・焼却手段は、排気微粒子を静電気を利用して捕集し、焼却する排気微粒子静電捕集リアクターであることを特徴とする排気微粒子浄化装置。A fuel additive supply means provided in a fuel supply system of the engine for adding an additive to fuel supplied to the engine; and an exhaust particulate collection device provided in an exhaust system of the engine for collecting and incinerating fine particles contained in exhaust gas. Exhaust particulate purification apparatus comprising a collection and incineration means,
The fuel additive is a solution in which Ba or Sr and Ti are dissolved in an organic solvent,
The exhaust particulate purifying apparatus, wherein the exhaust particulate collecting / incineration means is an exhaust particulate electrostatic collection reactor that collects and incinerates exhaust particulates using static electricity.
前記燃料添加剤は、BaまたはSrとTiとを有機溶剤に溶かした溶液であり、
前記排気微粒子を捕集して焼却する工程は、排気微粒子静電捕集リアクターにより排気微粒子を静電気を利用して捕集し、焼却することを特徴とする排気微粒子浄化方法。An exhaust particulate purification method of adding an additive to fuel supplied to an engine, collecting and incinerating particulates contained in exhaust gas after combustion of the fuel and additive in the engine,
The fuel additive is a solution in which Ba or Sr and Ti are dissolved in an organic solvent,
The exhaust particulate cleaning method, wherein the exhaust particulates are collected and incinerated, wherein the exhaust particulates are collected and incinerated by using an exhaust particulate electrostatic collection reactor using static electricity.
Priority Applications (1)
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JP2003129023A JP2004332610A (en) | 2003-05-07 | 2003-05-07 | Exhaust particulate purifying device and its method |
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