JP2008051037A - Exhaust gas treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス処理装置に関する。更に詳しくは、排気ガス中に含まれる微粒子を効率よく凝集させてフィルタにて捕集する排気ガス処理装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas treatment device. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas processing apparatus that efficiently aggregates particulates contained in exhaust gas and collects them with a filter.
自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排気ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して排気ガス中から除去する必要性が高まっている。特にディーゼルエンジンから排出される微粒子(以下「PM」ということがある)の除去に関する規制は世界的に強化される傾向にあり、PMを除去するための捕集フィルタ(ディーゼルパティキュレートフィルタ:以下「DPF」ということがある)としてハニカムフィルタの使用が注目され、種々のシステムが提案されている。 Particulates and harmful substances in exhaust gas emitted from internal combustion engines such as automobile engines, construction machinery engines, and stationary engines for industrial machinery, and other combustion equipment, are taken into the exhaust gas in consideration of environmental impact. There is a growing need for removal. In particular, regulations regarding the removal of particulates (hereinafter sometimes referred to as “PM”) emitted from diesel engines tend to be strengthened worldwide, and a collection filter (diesel particulate filter: hereinafter referred to as “PM”) is removed. The use of a honeycomb filter has attracted attention as a "DPF"), and various systems have been proposed.
上記DPFは、通常、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止された所定のセル(所定のセル)と、一方の端部が目封止され且つ他方の端部が開口された残余のセル(残余のセル)とが交互に配設され、所定のセルが開口する一方の端部から流入した流体(排気ガス)を、隔壁を透過させて残余のセル内に透過流体として流出させ、透過流体を残余のセルが開口する他方の端部から流出させることにより、排気ガス中のPMを捕集除去するものである。 The DPF is usually provided with a predetermined partition (predetermined cell) having a porous partition wall that partitions and forms a plurality of cells serving as fluid flow paths, one end of which is open and the other end is plugged. Cell) and the remaining cells (residual cells) with one end plugged and the other end opened alternately, and flow from one end where a given cell opens The trapped fluid (exhaust gas) permeates through the partition walls and flows out into the remaining cells as permeated fluid, and the permeated fluid flows out from the other end where the remaining cells open, thereby trapping PM in the exhaust gas. Collect and remove.
また、上記したようなPMを含む排気ガスを処理する排気ガス処理装置として、例えば、排気ガスが通過する流路の内部に設けた衝突ガイド部材に衝突させて凝集させた後、帯電体で負に帯電させて、正の帯電体に吸着させることにより、電気的に捕集するものが開示されている(特許文献1参照)。正の帯電体を通過したPMは、下流のフィルタで捕集され、正の帯電体に通電してヒーターとして機能させることで焼却除去される。 Further, as an exhaust gas processing apparatus for processing exhaust gas containing PM as described above, for example, after colliding with a collision guide member provided inside a flow path through which exhaust gas passes, the negative charge is obtained by a charged body. A device that is electrically charged and then attracted to a positively charged body to be electrically collected is disclosed (see Patent Document 1). PM that has passed through the positively charged body is collected by a downstream filter, and is incinerated and removed by energizing the positively charged body to function as a heater.
このような排気ガス処理装置は、流路構成が複雑となるため圧力損失が高くなる欠点があり、製作も容易ではない。また、十分な凝集効果が得られず、微粒子が凝集しないまま装置を通り抜けて放出されてしまう。 Such an exhaust gas treatment device has a drawback that the pressure loss increases because the flow path configuration is complicated, and the manufacture thereof is not easy. In addition, a sufficient aggregation effect cannot be obtained, and the fine particles are released through the apparatus without being aggregated.
このようなことから、内燃機関の排気管により形成され該排気管の軸線方向に排ガスが流通する排気通路に、排気ガス中の排気微粒子を凝集させる凝集器として、両者の間に高電圧が印加されコロナ放電による電荷を授受する電荷放出及び電荷回収の2種類よりなる電極を、第1の種類の電極の電荷授受部が上記排気通路の径方向の略中心部に位置するように配設して、前記コロナ放電による電荷により排気微粒子を帯電し、電荷を回収する電極において凝集させる凝集器を備えた排気処理装置が開示されている(特許文献2参照)。 For this reason, a high voltage is applied between the two as an agglomerator that aggregates exhaust particulates in the exhaust gas in an exhaust passage formed by the exhaust pipe of the internal combustion engine and through which the exhaust gas flows in the axial direction of the exhaust pipe. An electrode composed of two types of charge release and charge recovery for transferring and receiving charges due to corona discharge is disposed so that the charge transfer section of the first type electrode is located at a substantially central portion in the radial direction of the exhaust passage. In addition, there has been disclosed an exhaust treatment apparatus provided with an aggregator that charges exhaust particulates by the electric charge generated by the corona discharge and aggregates the exhaust particulates at an electrode for collecting the electric charge (see Patent Document 2).
また、上記したような排気処理装置に用いられ、コロナ放電により帯電された排気微粒子を凝集部により凝集する排気処理装置用凝集器として、凝集部には、帯電部の排気ガス流れの下流側に配置される第1の導電性体を備え、第1の導電性体は、正電位に印加されている排気処理装置用凝集器が開示されている(特許文献3参照)。 Further, as an agglomerator for an exhaust treatment device that is used in an exhaust treatment device as described above and agglomerates the exhaust particulate charged by corona discharge by the agglomeration unit, the agglomeration unit has a downstream of the exhaust gas flow of the charging unit. An exhaust treatment apparatus agglomerator is disclosed in which a first conductive body is disposed, and the first conductive body is applied to a positive potential (see Patent Document 3).
更に、エンジンの排気経路に配設され、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を凝集して粒径の大きな粒子状物質(凝集PM)を生成するPM凝集手段と、このPM凝集手段より排気ガスの流れ方向下流に配設され、PM凝集手段により凝集された凝集PMを捕集するPM捕集手段とを備えた排気浄化装置が開示されている(特許文献4参照)。 Furthermore, a PM aggregating means that is disposed in the exhaust path of the engine and agglomerates the particulate matter contained in the exhaust gas of the engine to generate a particulate matter having a large particle size (aggregated PM), and the exhaust from the PM aggregating means. An exhaust purification device is disclosed that includes a PM collection unit that is disposed downstream of the gas flow direction and collects the aggregated PM aggregated by the PM aggregation unit (see Patent Document 4).
しかしながら、特許文献2に開示された排気処理装置は、電荷により帯電させた微粒子を電界で移動させて、電荷を回収する電極(下流側の電極)にて凝集するものであるため、帯電させた微粒子が電極まで移動するための滞留時間を確保しなければならない。このため、十分な微粒子の凝集効果を得るためには、電極間の距離を長くする必要があり、装置が大型になってしまうという問題があった。このように排気処理装置が大型化した場合には、自動車等に設置して排気ガスを処理することが極めて困難になる。
However, the exhaust treatment apparatus disclosed in
また、この特許文献2に開示された排気処理装置においては、電荷を回収する電極(下流側の電極)の面積が極めて小さいため、多くの微粒子が電極に補足されることなく、電極をすり抜けてしまうことから、微粒子を凝集させる効果が少なく、実際には微粒子をほとんど凝集させることができないという問題もあった。
Further, in the exhaust treatment device disclosed in
また、特許文献3に記載された排気処理装置用凝集器は、凝集部を構成する第1の導電性体に高電圧を印加して、帯電させた微粒子を引き寄せるように構成されたものであり、特許文献2に開示された排気処理装置と比較して、帯電させた微粒子の移動距離を短くすることができ、更に、凝集効果も高くなっている。しかしながら、電極(帯電部及び凝集部)の構成が極めて複雑であり、大きな振動等が加わる自動車等に用いることが困難であるという問題があった。また、この排気処理装置用凝集器においては、凝集部を構成する第1の導電性体に高電圧を印加して、帯電させた微粒子を引き寄せるように構成されたものであるが、カーボンが含まれる抵抗率の低い微粒子を付着させるため、絶縁構造が極めて難しく、実用的ではないという問題もあった。
Further, the aggregator for an exhaust treatment device described in
また、通常、排気ガス中に含まれる微粒子は、上記した方法による凝集(電荷を与えて電極に引き寄せることによる凝集)とは他に、ブラウン運動の自由拡散によって互いに衝突を繰り返し、衝突した微粒子が結合することによって肥大化(凝集)が行われる。 In addition, the fine particles contained in the exhaust gas normally collide with each other by the free diffusion of Brownian motion, in addition to the aggregation by the above-described method (aggregation by applying an electric charge and attracting the electrode). By combining, enlargement (aggregation) is performed.
上記した特許文献2及び3の排気処理装置においては、微粒子を負の電荷により帯電させるため、電極間を移動する微粒子は、単一の電荷(具体的には、負の電荷)を持った微粒子しか存在しないこととなる。単一の電荷を持った微粒子は、電気的反発力によって上記した衝突が阻害されることとなり、ブラウン運動による凝集はほとんど行われなくなってしまう。
In the above-described exhaust treatment apparatuses of
また、特許文献4に記載された排気浄化装置に用いられるPM凝集手段は、上記特許文献2及び3に示すような、電荷により帯電させた微粒子を電界で移動させて、電極(下流側の電極)にて凝集するものであるため、装置が大型化したり、構成が極めて複雑であり、大きな振動等が加わる自動車等に用いることが困難であるという問題があった。
Further, the PM aggregating means used in the exhaust gas purification device described in
本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、排気ガス中に含まれる微粒子を効率よく凝集させてフィルタにて捕集する排気ガス処理装置を提供する。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and provides an exhaust gas processing apparatus that efficiently aggregates particulates contained in exhaust gas and collects them with a filter.
本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、排気ガス中に含まれる微粒子において、正の電荷を与えた微粒子と負の電荷を与えた微粒子とを、一つの排気系にて生成し、それぞれの電荷が与えられた微粒子を凝集させ、凝集させた微粒子をハニカムフィルタによって捕集することにより、前記課題が解決されることに想到し、本発明を完成させた。具体的には、本発明により、以下の排気ガス処理装置が提供される。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems of the prior art, the present inventors have found that the fine particles contained in the exhaust gas are divided into fine particles given positive charge and fine particles given negative charge. It was conceived that the above problems could be solved by agglomerating the fine particles generated in one exhaust system and given the respective charges, and collecting the agglomerated fine particles by the honeycomb filter, and completed the present invention. It was. Specifically, the following exhaust gas treatment apparatus is provided by the present invention.
[1] 排気ガスが通過する流路となる管体と、前記管体の内部に配置された、前記排気ガス中に含まれる微粒子を凝集させるための静電凝集器と、前記静電凝集器によって凝集させた微粒子を捕集するためのハニカムフィルタと、を備えた排気ガス処理装置であって、前記静電凝集器が、前記微粒子に正又は負の電荷を与えるための第一の放電を生じさせる第一放電電極部と、前記微粒子に前記第一の放電とは異なる極性の電荷を与えるための第二の放電を生じさせる第二放電電極部とを有する排気ガス処理装置。 [1] A tubular body serving as a flow path through which exhaust gas passes, an electrostatic aggregator disposed inside the tubular body for agglomerating fine particles contained in the exhaust gas, and the electrostatic aggregator An exhaust gas treatment device comprising: a honeycomb filter for collecting fine particles agglomerated by the electrostatic filter, wherein the electrostatic aggregator performs a first discharge for applying a positive or negative charge to the fine particles. An exhaust gas treatment apparatus, comprising: a first discharge electrode portion to be generated; and a second discharge electrode portion for generating a second discharge for applying a charge having a polarity different from that of the first discharge to the fine particles.
[2] 前記第一の放電と前記第二の放電によってそれぞれ極性の異なる電荷に帯電させた前記微粒子同士をクーロン力によって引き寄せあわせて、少なくとも空間で凝集させる前記[1]に記載の排気ガス処理装置。 [2] The exhaust gas treatment according to [1], wherein the fine particles charged to charges having different polarities by the first discharge and the second discharge are attracted to each other by a Coulomb force and aggregated at least in a space. apparatus.
[3] 前記管体の一部は、前記排気ガスの流れ方向に平行となるようにその内部空間が二つに仕切られて、第一流路と第二流路とが形成されており、前記第一流路に前記第一放電電極部が配置されるとともに、前記第二流路に前記第二放電電極部が配置されている前記[1]又は[2]に記載の排気ガス処理装置。 [3] A part of the tube body is divided into two so that the inner space is parallel to the flow direction of the exhaust gas, and a first flow path and a second flow path are formed. The exhaust gas processing apparatus according to [1] or [2], wherein the first discharge electrode part is disposed in the first flow path and the second discharge electrode part is disposed in the second flow path.
[4] 前記第一放電電極部及び前記第二放電電極部の少なくとも一方は、前記管体の内側面を対向電極としてコロナ放電を行うように構成されたものである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [4] At least one of the first discharge electrode portion and the second discharge electrode portion is configured to perform corona discharge using the inner surface of the tubular body as a counter electrode. ] The exhaust-gas processing apparatus in any one of.
[5] 前記第一放電電極部及び前記第二放電電極部の少なくとも一方は、誘電体を有し、前記誘電体の表面に沿面放電を行うように構成されたものである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [5] At least one of the first discharge electrode portion and the second discharge electrode portion includes a dielectric, and is configured to perform creeping discharge on the surface of the dielectric. [3] The exhaust gas treatment device according to any one of [3].
[6] 前記第一放電電極部によって生じる前記第一の放電の荷電量と、前記第二放電電極部によって生じる前記第二の放電の荷電量とを、それぞれ独立して制御可能に構成された前記[1]〜[5]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [6] The charge amount of the first discharge generated by the first discharge electrode part and the charge amount of the second discharge generated by the second discharge electrode part can be independently controlled. The exhaust gas processing apparatus according to any one of [1] to [5].
[7] 前記静電凝集器が、前記第一放電電極部及び前記第二放電電極部の少なくとも一方を二つ以上有するものであり、二つ以上の前記第一放電電極部及び/又は前記第二放電電極部が、前記管体の内部に、前記排気ガスの流れ方向にそれぞれ直列に配置されている前記[1]〜[6]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [7] The electrostatic aggregator includes at least one of the first discharge electrode part and the second discharge electrode part, and the two or more first discharge electrode parts and / or the first discharge electrode part. The exhaust gas processing apparatus according to any one of [1] to [6], wherein two discharge electrode portions are arranged in series in the pipe body in the flow direction of the exhaust gas.
[8] 前記ハニカムフィルタが、前記排気ガスが通過する流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を備え、一方の端部(フィルタ入口端部)が開口され且つ他方の端部(フィルタ出口端部)が目封じされた所定のセル(入口開放セル)と、前記フィルタ入口端部が目封じされ且つ前記フィルタ出口端部が開口された残余のセル(出口開放セル)とが交互に配設されてなるものである前記[1]〜[7]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [8] The honeycomb filter includes a porous partition wall that defines a plurality of cells serving as a flow path through which the exhaust gas passes, and has one end (filter inlet end) opened and the other end. A predetermined cell (inlet opening cell) in which the (filter outlet end) is sealed, and a remaining cell (outlet opening cell) in which the filter inlet end is sealed and the filter outlet end is opened. The exhaust gas treatment device according to any one of [1] to [7], which is arranged alternately.
[9] 前記ハニカムフィルタは、前記隔壁の表面及び/又は前記隔壁の内部に触媒が担持されたものである前記[8]に記載の排気ガス処理装置。 [9] The exhaust gas treatment device according to [8], wherein the honeycomb filter has a catalyst supported on a surface of the partition wall and / or inside the partition wall.
[10] 前記ハニカムフィルタは、そのセル密度が、50〜300セル/cm2のものである前記[8]又は[9]に記載の排気ガス処理装置。 [10] The exhaust gas treatment device according to [8] or [9], wherein the honeycomb filter has a cell density of 50 to 300 cells / cm 2 .
[11] 前記ハニカムフィルタは、その平均細孔径が、20〜150μmのものである前記[8]〜[10]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [11] The exhaust gas treatment device according to any one of [8] to [10], wherein the honeycomb filter has an average pore diameter of 20 to 150 μm.
[12] 前記ハニカムフィルタは、その気孔率が、30〜80%のものである前記[8]〜[11]のいずれかに記載の排気ガス処理装置。 [12] The exhaust gas treatment device according to any one of [8] to [11], wherein the honeycomb filter has a porosity of 30 to 80%.
本発明の排気ガス処理装置は、排気ガス中に含まれる微粒子において、第一の放電と第二の放電とによって、それぞれ極性の異なる電荷に帯電させた微粒子、即ち、正の電荷を与えた微粒子と負の電荷を与えた微粒子とを、一つの排気系にて生成し、それぞれの電荷に帯電させた微粒子を凝集させるため、微粒子を効率よく凝集させることができ、凝集させた微粒子をハニカムフィルタにて良好に捕集することができる。また、ブラウン運動の自由拡散による微粒子の衝突を阻害することがないため、ブラウン運動による微粒子の凝集効果についても期待することができる。特に、本実施形態の排気ガス処理装置は、それぞれ極性の異なる電荷に帯電させた微粒子同士をクーロン力によって引き寄せあわせて、少なくとも空間で凝集させることができるため、簡便且つ効率よく微粒子を凝集させることができる。 The exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is a fine particle contained in exhaust gas, which is charged to a charge having a different polarity by the first discharge and the second discharge, that is, a fine particle given a positive charge. And negatively charged fine particles are generated in one exhaust system, and the fine particles charged to the respective charges are agglomerated so that the fine particles can be efficiently agglomerated. Can be collected well. In addition, since the collision of the fine particles due to the free diffusion of the Brownian motion is not hindered, the effect of the fine particle aggregation due to the Brownian motion can be expected. In particular, the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment is capable of aggregating particles that are charged with different polarities by means of Coulomb force and aggregating the particles at least in a space simply and efficiently. Can do.
また、それぞれの電荷に帯電させた微粒子は、ハニカムフィルタの上流側の空間だけでなく、ハニカムフィルタに流入した後、その内部空間においても凝集が行われるため、微粒子を効率よく凝集させることができる。 Further, since the fine particles charged to the respective charges are aggregated not only in the upstream space of the honeycomb filter but also in the internal space after flowing into the honeycomb filter, the fine particles can be efficiently aggregated. .
また、本発明の排気ガス処理装置は、それぞれの電荷に帯電させた微粒子を、管体によって形成される流路内又はハニカムフィルタ内の空間中で凝集させるため、従来のような、微粒子を引き寄せるための電極等を用いる必要がなく、極めて簡素な構成であり、従来の排気ガス処理装置と比較して部品点数を大幅に削減することができる。このように簡素な構成であり、振動等によって破損し難いため、大きな振動等が加わる自動車の排気ガス処理装置としても好適に用いることができる。 In addition, the exhaust gas treatment apparatus of the present invention attracts fine particles, as in the conventional case, in order to agglomerate the charged fine particles in the flow path formed by the tube or the space in the honeycomb filter. Therefore, the number of parts can be greatly reduced as compared with a conventional exhaust gas processing apparatus. Since it has such a simple configuration and is not easily damaged by vibration or the like, it can be suitably used as an exhaust gas treatment apparatus for automobiles to which large vibration or the like is applied.
本発明を実施するための実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は、これらに何ら限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものであることは言うまでもない。 Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and is based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. It goes without saying that various changes, modifications, and improvements can be added.
[排気ガス処理装置]
図1は、本発明の排気ガス処理装置の一の実施形態を模式的に説明する説明図であり、排気ガスが通過する流路の流れ方向に平行な面で切断した断面図である。また、図2は、図1の排気ガス処理装置を構成する静電凝集器の構成を模式的に示す説明図であり、図3は、図2に示す静電凝集器を流路の流れ方向に垂直な面で切断した断面図である。
[Exhaust gas treatment equipment]
FIG. 1 is an explanatory view schematically illustrating an embodiment of an exhaust gas treatment apparatus of the present invention, and is a cross-sectional view cut along a plane parallel to the flow direction of a flow path through which exhaust gas passes. 2 is an explanatory view schematically showing the configuration of the electrostatic aggregator constituting the exhaust gas treatment device of FIG. 1, and FIG. 3 is a flow direction of the flow path of the electrostatic aggregator shown in FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the surface perpendicular | vertical to.
図1〜図3に示すように、本実施形態の排気ガス処理装置1は、排気ガス6が通過する流路となる管体4と、管体4の内部に配置された、排気ガス6中に含まれる微粒子5を凝集させるための静電凝集器2と、静電凝集器2によって凝集させた微粒子15(以下、「凝集微粒子」ということがある)を捕集するためのハニカムフィルタ3と、を備えた排気ガス処理装置1であって、静電凝集器2が、一の微粒子5に正又は負の電荷を与えるための第一の放電17を生じさせる第一放電電極部7と、他の微粒子5に第一の放電17とは異なる極性の電荷を与えるための第二の放電18を生じさせる第二放電電極部8とを有する排気ガス処理装置1である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the exhaust
図1〜図3に示す排気ガス処理装置1を構成する静電凝集器2は、一の微粒子5に正の電荷を与えるための第一の放電17を生じさせる正放電電極部(第一放電電極部7)と、他の微粒子5に負の電荷を与えるための第二の放電18を生じさせる負放電電極部(第二放電電極部8)とを有するものである。
The
本実施形態の排気ガス処理装置1によれば、第一の放電17と第二の放電18とによって、それぞれ極性の異なる電荷に帯電された微粒子5、即ち、正の電荷を与えた微粒子5aと負の電荷を与えた微粒子5bとを生成し、それぞれの電荷に帯電させた微粒子5a,5bを凝集させるため、微粒子5を効率よく凝集させることができ、凝集させた微粒子15をハニカムフィルタ3にて良好に捕集することができる。特に、それぞれの電荷に帯電させた微粒子5a,5bをクーロン力によって引き寄せあわせて、少なくとも空間、具体的には、正放電電極部7及び負放電電極部8よりも下流側の空間で凝集させることができるため、簡便な構成の装置であっても、極めて効率よく微粒子を凝集させることができる。このような凝集微粒子15を含む排気ガス6は、ハニカムフィルタ3によって浄化され、浄化された浄化ガス9は、ハニカムフィルタ3の下流側より排出される。特に、本実施形態の排気ガス処理装置1においては、肥大化した凝集微粒子15をハニカムフィルタ3にて捕集するため、従来の排気ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタよりも、セル密度や隔壁の平均細孔径等の大きなハニカムフィルタを用いたとしても、捕集効率を低下させることなく微粒子を良好に捕集することができる。このようなハニカムフィルタは、初期状態の圧力損失が小さく、エンジン等の内燃機関に掛かる負担を軽減することができる。
According to the exhaust
また、本実施形態の排気ガス処理装置1は、従来の排気ガス処理装置のように全ての微粒子を単一の電荷に帯電させるものではないため、ブラウン運動の自由拡散による微粒子5の衝突を阻害することがなく、ブラウン運動による凝集効果についても期待することができる。
Further, the exhaust
また、それぞれの電荷に帯電させた微粒子5a,5bは、ハニカムフィルタ3の上流側の空間(流路を形成する管体4の内部空間)だけではなく、ハニカムフィルタ3に流入した後、ハニカムフィルタ3内の空間においても凝集が行われるため、静電凝集器2とハニカムフィルタ3とを近接させて配置したとしても、微粒子5a,5bを良好に凝集させることができる。更に、このような微粒子5a,5bは、上記した空間にて凝集させるだけでなく、例えば、流路を形成する管体4の表面に付着させることによっても凝集させることができる。
In addition, the fine particles 5a and 5b charged to the respective charges flow into the
また、本実施の形態の排気ガス処理装置1は、それぞれ極性の異なる電荷に帯電させた微粒子5a,5b同士をクーロン力によって引き寄せあわせて、流路を形成する管体4の内部空間及びハニカムフィルタ3内の空間で凝集させるため、従来の排気ガス処理装置(例えば、特許文献2参照)ような、微粒子を引き寄せるための電極等を用いる必要がなく、極めて簡素な構成であり、従来の排気ガス処理装置と比較して部品点数を大幅に削減することができる。このため、大きな振動等が加わる自動車等の排気ガス処理装置として好適に用いることができる。
In addition, the exhaust
[静電凝集器]
ここで、本実施の形態の排気ガス処理装置に用いられる静電凝集器について更に具体的に説明する。この静電凝集器2は、微粒子5に正又は負の電荷(図1においては、正の電荷)を与えるための第一の放電17を生じさせる第一放電電極部7と、微粒子5に第一の放電7とは異なる極性の電荷(図1においては、負の電荷)を与えるための第二の放電18を生じさせる第二放電電極部8との二つの電極部を有しており、排気ガス6中に含まれる微粒子の一部を正の電荷に帯電させるとともに、残りの微粒子を負の電荷に帯電させることができる。
[Electrostatic aggregator]
Here, the electrostatic aggregator used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment will be described more specifically. The
第一放電電極部7と第二放電電極部8とは、それぞれの放電(第一の放電17及び第二の放電18)の発生の妨害をしないような位置に配置されている。図1〜図3に示す排気ガス処理装置1においては、管体4における流れ方向の中央部分に、それぞれの電極部の先端が管体4の内側面の反対側を向くように配置されている。
The 1st
図1〜図3に示す排気ガス処理装置1においては、第一放電電極部7及び第二放電電極部8が、流路を形成する管体4の内側面をそれぞれの対向電極としてコロナ放電を行うように構成された場合の例を示している。なお、例えば、本実施形態の排気ガス処理装置1においては、図4及び図5に示すように、第一放電電極部7及び第二放電電極部8が、それぞれ誘電体19を有し、誘電体19の表面にそれぞれ極性の異なる沿面放電を行うように構成されたものであってもよい。ここで、図4は、本発明の排気ガス処理装置の他の実施形態に用いられる静電凝集器の構成を模式的に示す説明図であり、図5は、図4に示す静電凝集器を流路の流れ方向に垂直な面で切断した断面図である。更に、本実施形態の排気ガス処理装置においては、図示は省略するが、第一放電電極部と第二放電電極部とが異なる構成、例えば、異なる形状や、異なる放電方式であってもよい。具体的には、一方の電極部が図2に示すようなコロナ放電を行うように構成され、他方の電極部が図4に示すような沿面放電を行うように構成されたものであってもよい。
In the exhaust
図1〜図3に示すようなコロナ放電を行うように構成された電極部(第一放電電極部7及び第二放電電極部8)は、電極構造が簡単であるとともに、直流電源(DC電源)、交流電源(AC電源)、パルス電源等のすべての高圧電源での使用が可能である。特に、直流電源はスイッチング周波数の高周波化により小型化が可能であり、排気ガス処理装置全体の小型化に大きく寄与することができる。一方、図4及び図5に示すような誘電体19の表面に沿面放電を行うように構成された電極部(第一放電電極部7及び第二放電電極部8)は、低抵抗率の微粒子が付着することによる絶縁低下やガス温度、ガス性状などの影響がなく、安定した放電を行うことができる。
The electrode portions (first
図1〜図3に示すような、コロナ放電を行うように構成された電極部(第一放電電極部7及び第二放電電極部8)は、鋭角に形成されたそれぞれの電極部の先端と、管体4の内側面との間に高電圧を印加することによってコロナ放電を行うものである。このような電極部の形状等については特に制限はないが、例えば、針状や棒状、板状等の先端が鋭く電界が集中する形状であることが好ましい。
The electrode parts (the first
管体4の内側面をそれぞれの対向電極としてコロナ放電を行う場合には、それぞれの電極部(第一放電電極部7及び第二放電電極部8)の先端と、管体4の内側面との間隔が、5〜40mmであることが好ましく、15〜30mmであることが更に好ましい。電極部の先端と、管体の内側面との間隔が、5mm未満であると、針状の電極部の先端と管体の内側面との間隔(放電電極間距離)が狭すぎて、イオンの移動も管体への移動と管体上での凝集が主体となり、排気ガス全体の荷電及び凝集が効率的に行われなくなることがある。また、針状の電極部の先端での電界集中が小さくなり、安定した放電が難しくなることがある。一方、40mmを超えると、針状の電極部の先端と管体の内側面との間隔が広くなりすぎて放電が生じ難くなったり、放電を生じさせるのに極めて大きな電圧が必要となることがある。
When corona discharge is performed using the inner side surface of the
また、図4及び図5に示すような、沿面放電を行うように構成された電極部(第一放電電極部7及び第二放電電極部8)は、電源20の高電圧部22に接続された高電圧の導電体28が誘電体19の表面にコイル状に捲回されるとともに、誘電体19の内部に接地電極24が配置されており、接地電極24のゼロ電位に対して、それぞれの導電体28に正又は負の高電圧が印加されて誘電体19の表面に沿面放電を生じるように構成されている。
4 and 5, the electrode portions (the first
なお、このような沿面放電を行うように構成された電極部(第一放電電極部7及び第二放電電極部8)を用いた場合は、この電極部単独で沿面放電を行うことが可能であるが、例えば、管体4の内側面をそれぞれの電極部の接地電極とし、この電極部と管体4との間に更に電界を生じさせてもよい。
In addition, when the electrode part (the 1st
図4及び図5に示すような沿面放電を行うように構成された電極部に用いられる誘電体は、誘電体として好適に用いることができるものであれば、その材料については特に制限はないが、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、スピネル、コージェライト、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。このような化合物を含む誘電体は、温度変動が発生しても破壊し難く、耐熱衝撃性に優れたものである。 The dielectric used for the electrode portion configured to perform creeping discharge as shown in FIGS. 4 and 5 is not particularly limited as long as it can be suitably used as a dielectric. For example, aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite, spinel, cordierite, magnesium-calcium-titanium oxide, barium-titanium-zinc oxide, and barium-titanium oxide It is preferable to contain at least one compound selected from the group consisting of A dielectric containing such a compound is difficult to break even if temperature fluctuation occurs, and has excellent thermal shock resistance.
ここで、図1〜図3に示す排気ガス処理装置において、微粒子を凝集する過程について更に具体的に説明する。図1〜図3に示す排気ガス処理装置1は、交流電源20を直流に整流して電源として用いた直流方式の静電凝集器2を備えたものである。具体的な電源の構成としては、図2に示すように、交流電源20にトランス21が接続され、このトランス21にてエネルギーを蓄積し、これを放出することによって高電圧部22が形成されている。そして、ダイオード23の整流作用によって高電圧部22は直流に変換され、抵抗27(高抵抗、例えば、500k〜20MΩ)を経由して、第一放電電極部7(正極側)に接続されている。高電圧が印加された第一放電電極部7は、管体4の内側面を対向電極(負極側)としてコロナ放電(第一の放電)を行う。なお、抵抗27は、電極部と管体との間のインピーダンスが下がった場合に、流れる電流を制限して、放電がアーク放電になることを抑制するための制限抵抗として用いられている。
Here, the process of agglomerating fine particles in the exhaust gas treatment apparatus shown in FIGS. The exhaust
一方、第二放電電極部8については、管体4の内側面を対向電極とするため、管体4の内側面に、交流電源20を直流に整流した高電圧を印加し、管体4の内側面から第二放電電極部8に向けてコロナ放電(第二の放電)を行う。即ち、管体4の内側面が正極側となり、第二放電電極部8が負極側となる。
On the other hand, for the second
第一放電電極部7によるコロナ放電(第一の放電17)においては、針状の電極部(第一放電電極部7)の先端に正の高電圧を印加すると、針状の電極部の先端近傍でコロナ放電が発生し弱電離のプラズマが形成される。プラズマ中では正イオンと電子が発生するが、発生した電子は針状の先端から第一放電電極部7に流れ、第一の放電17によってできた正イオンは対向する電極(管体4の内側面)に移動する。排気ガス6中の微粒子5aがこの正イオンと衝突することで、微粒子5aを正の電荷に帯電させる。
In the corona discharge (first discharge 17) by the first
一方、第二放電電極部8によるコロナ放電(第二の放電18)においては、針状の電極部(第二放電電極部8)の先端に負の高電圧を印加すると、針状の電極部の先端近傍でコロナ放電が発生し弱電離のプラズマが形成される。プラズマ中では正イオンと電子が発生するが、発生した正イオンは針状の電極部の先端で電子と結合して直ぐに中和される。残った電子は、特に電子付着性のよい酸素等に付着することでイオン化し、この酸素イオンによって、排気ガス6中の微粒子5bを負の電荷に帯電させる。
On the other hand, in the corona discharge (second discharge 18) by the second
このようにして、正又は負の電荷に帯電させた微粒子5a,5bは、クーロン力によって極性の異なる微粒子に引き寄せられ、互いが結合することによって凝集する。また、それぞれの微粒子5a,5bは、ブラウン運動の自由拡散によっても衝突を繰り返すため、更に凝集が促進される。 In this way, the fine particles 5a and 5b charged to a positive or negative charge are attracted to fine particles having different polarities by the Coulomb force, and are agglomerated as they are combined with each other. Further, since the fine particles 5a and 5b repeat collisions also by free diffusion of Brownian motion, aggregation is further promoted.
なお、図1〜図3に示す排気ガス処理装置においては、ダイオード23の整流作用を利用した整流式の回路を用いたものを示しているが、直流電源については、例えば、フライバック方式、フォワード方式、共振方式等の回路を用いたものであってもよい。
The exhaust gas treatment apparatus shown in FIGS. 1 to 3 uses a rectification type circuit that utilizes the rectification action of the
また、本実施形態の排気ガス処理装置においては、例えば、図6に示すように、交流電源20にトランス21が接続され、このトランス21にエネルギーを蓄積し、放出することによって高電圧部22を形成し、この高電圧部22における高電圧を交流のまま、それぞれの印加する電圧の極性が異なるように、即ち、第一放電電極部7と第二放電電極部8とに印加する電圧波形が半周期ずれるように、それぞれの電極部に電圧を印加して、極性の異なるコロナ放電を生じさせるものであってもよい。
Further, in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 6, a
なお、上記した交流電源20から供給される電圧は、図6に示すような正弦波の電圧に限定されることなく、例えば、パルス電圧を供給する電源や方形波の電圧を供給する電源であってもよい。このような電圧を印加する場合には、電圧極性が反転する毎に、第一放電電極部7と第二放電電極部8とにおける荷電電荷の極性が変わることになる。
The voltage supplied from the
なお、パルス電圧を供給する電源を用いる場合には、ダイオード等によって整流を行う必要がないため、電源の構成を簡素化することができ、電源を低コストに製造することができる。また、パルス電圧を供給する電源を用いる場合には、電源のトランスを小型化することもできる。 Note that when a power source that supplies a pulse voltage is used, rectification by a diode or the like is not necessary, so that the configuration of the power source can be simplified and the power source can be manufactured at low cost. In addition, when a power source that supplies a pulse voltage is used, the transformer of the power source can be reduced in size.
正弦波、方形波、パルス等のトランスに正負に交番する電圧を印加する電源を用いる場合には、その周期については特に制限はないが、下記式(1)で示される荷電時定数τよりも長くすることが好ましい。この荷電時定数τより、使用する交流電圧の周期が短い場合には、微粒子の荷電が十分でなく、所望の凝集性能が得られないことがある。 In the case of using a power source that applies a positive and negative alternating voltage to a transformer such as a sine wave, a square wave, or a pulse, there is no particular limitation on the period, but the charge time constant τ represented by the following formula (1) It is preferable to make it longer. If the period of the AC voltage to be used is shorter than the charging time constant τ, the fine particles are not sufficiently charged, and the desired aggregation performance may not be obtained.
荷電時定数τ=4・ε0・E/J (1)
(但し、ε0は真空の誘電率、Eは電界、Jはイオン電流密度を示す)
Charge time constant τ = 4 · ε 0 · E / J (1)
(Where ε 0 is the dielectric constant of vacuum, E is the electric field, and J is the ion current density)
また、電源から供給される電圧をパルス電圧とした場合には、フラッシュオーバー電圧を高くすることができ、コロナ電流密度を高くすることができるため好ましい。特に、パルス電圧におけるパルス幅を短くすると、フラッシュオーバー電圧をより高くすることができる。具体的には、パルス幅を50ns〜100μsとすることが好ましく、100ns〜20μsとすることが更に好ましい。なお、本明細書において、パルス幅とは、波高値の50%位置(立上り、立下り)の時間幅をいう。 In addition, when the voltage supplied from the power source is a pulse voltage, it is preferable because the flashover voltage can be increased and the corona current density can be increased. In particular, when the pulse width of the pulse voltage is shortened, the flashover voltage can be further increased. Specifically, the pulse width is preferably 50 ns to 100 μs, and more preferably 100 ns to 20 μs. In this specification, the pulse width refers to the time width at the 50% position (rising edge, falling edge) of the peak value.
また、電源から供給される電圧をパルス電圧とした場合には、電界Eの値を大きくすることができる。微粒子に与えられる電荷量は、この電界Eに比例するため、飽和電荷量を増大させることができる。 Further, when the voltage supplied from the power source is a pulse voltage, the value of the electric field E can be increased. Since the amount of charge given to the fine particles is proportional to the electric field E, the saturation charge amount can be increased.
また、本実施形態の排気ガス処理装置においては、図7に示すように、第一放電電極部7と第二放電電極部8とのそれぞれに電圧を印加するための二つの電源20a,20bを用いたものであってもよい。このように、二つの電源20a,20bを用いる場合には、第一放電電極部7と第二放電電極部8とに印加させる極性が異なるように電源20a,20bの制御を行い、極性の異なる二つの放電を生じさせる。
Further, in the exhaust gas treatment device of the present embodiment, as shown in FIG. 7, two
また、図4及び図5に示すように、第一放電電極部7及び第二放電電極部8が、誘電体19の表面にそれぞれ極性の異なる沿面放電を行うように構成されたものである場合には、電源20として、正弦波、方形波、パルス等のトランスに正負に交番する電圧を印加する電源(図4においては、正弦波の交流電源)を用い、トランス21にてエネルギーを蓄積し、これを放出することによって高電圧部22を形成し、第一放電電極部7及び第二放電電極部8に極性の異なる高電圧を印加する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the first
第一放電電極部及び第二放電電極部に印加する電圧や電力の具体的な値については、流路となる管体の大きさ、流路を通過する排気ガスの流量や流速、更に排気ガスに含まれる微粒子の量や大きさ等によって、適切な放電を生じさせることができるように適宜選択されるものであるが、例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理する場合には、電圧は、2〜25kVであることが好ましく、5〜25kVであることが更に好ましい。また、電力は、1〜50Wであることが好ましく、5〜25Wであることが更に好ましい。このように構成することによって、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを良好に処理することができる。 Regarding the specific values of the voltage and power applied to the first discharge electrode part and the second discharge electrode part, the size of the tube serving as the flow path, the flow rate and flow rate of the exhaust gas passing through the flow path, and further the exhaust gas Depending on the amount and size of the fine particles contained in the gas, it is appropriately selected so that an appropriate discharge can be generated. For example, when processing exhaust gas discharged from a diesel engine, the voltage is Is preferably 2 to 25 kV, and more preferably 5 to 25 kV. Moreover, it is preferable that electric power is 1-50W, and it is still more preferable that it is 5-25W. By comprising in this way, the exhaust gas discharged | emitted from a diesel engine can be processed favorably.
また、本実施形態の排気ガス処理装置においては、図1に示すように、管体4の一部が、排気ガス6の流れ方向に平行となるようにその内部空間が二つに仕切られて、第一流路25と第二流路26とが形成されており、第一流路25に一方の電極部(第一放電電極部7)が配置されるとともに、第二流路26に他方の電極部(第二放電電極部8)が配置されていてもよい。このように構成することによって、第一流路25と第二流路26とで、それぞれ極性の異なる電荷に帯電された微粒子5a,5bを良好に生成することができる。勿論、本実施形態の排気ガス処理装置においては、このように管体の内部空間を二つに仕切らずに、単に、第一放電電極部と第二放電電極部との先端が、管体の内側面の反対側を向くように配置されたものであってもよい。
Further, in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the inner space is partitioned into two so that a part of the
また、本実施形態の排気ガス処理装置1においては、例えば、第一放電電極部7によって生じる第一の放電17の荷電量と、第二放電電極部8によって生じる第二の放電18の荷電量とを、それぞれ独立して制御可能に構成されたものであってもよい。このように構成することによって、例えば、正の電荷を与えた微粒子5aと負の電荷を与えた微粒子5bとで、それぞれの荷電量を異ならせることができる。
Further, in the exhaust
このような微粒子5a,5bを凝集させた場合には、凝集微粒子15が正又は負のどちらか一方の電荷が残った状態となり、未だ凝集していない他の微粒子5a,5bや別の凝集微粒子15との凝集が連続して起こり易くなり、凝集効率をより向上させるとともに、凝集微粒子15の粒子径を大きくすることができる。これによって、ハニカムフィルタの捕集効率をより向上させることができる。特に、一方の電荷が残った状態の凝集微粒子は、比較的粒子径の小さい微粒子(例えば、未だ凝集していない他の微粒子)との凝集がより起こり易くなるため、凝集されずにハニカムフィルタに流入してしまう微粒子の量を減少させることができ、セル密度や隔壁の平均細孔径等の大きなハニカムフィルタを用いたとしても、捕集効率を低下させることなく微粒子を良好に捕集することができる。
When such fine particles 5a and 5b are aggregated, the aggregated
また、これまでに説明した本実施形態の排気ガス処理装置においては、静電凝集器の第一放電電極部及び第二放電電極部は、それぞれ一つずつ管体の内部に配置されたものであるが、例えば、図示は省略するが、静電凝集器が、第一放電電極部及び第二放電電極部の少なくとも一方を二つ以上有するものであり、二つ以上の第一放電電極部及び/又は第二放電電極部が、管体の内部に、排気ガスの流れ方向にそれぞれ直列に配置されているものであってもよい。このように構成することによって、一度凝集させた凝集微粒子に再度電荷を与えて、凝集微粒子同士の凝集を更に促進させることができ、より粒子径の大きな凝集微粒子を生成することができる。 Further, in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment described so far, the first discharge electrode part and the second discharge electrode part of the electrostatic aggregator are arranged one by one inside the tube body. For example, although not shown, the electrostatic aggregator has at least one of the first discharge electrode part and the second discharge electrode part, and the two or more first discharge electrode parts and / Or the 2nd discharge electrode part may be arrange | positioned in the inside of a tubular body in series with the flow direction of exhaust gas, respectively. By comprising in this way, an electric charge is again given to the aggregated fine particles once aggregated, aggregation of the aggregated fine particles can be further promoted, and aggregated fine particles having a larger particle diameter can be generated.
例えば、静電凝集器が、第一放電電極部及び第二放電電極部をそれぞれ二つ有し、それぞれの電極部が、管体の内部に、排気ガスの流れ方向にそれぞれ直列に配置されているものである場合には、まず、上流側の第一放電電極部及び第二放電電極部にて生じる放電によって微粒子に正又負の電荷を与え、これらの微粒子をクーロン力によって引き寄せあわせて、少なくとも空間で凝集させた後、下流側の第一放電電極部及び第二放電電極部にて生じる放電によって、得られた凝集微粒子に更に正又は負の電荷を与え、これらの凝集微粒子をクーロン力によって引き寄せあわせて更に凝集させることができる。 For example, the electrostatic aggregator has two first discharge electrode portions and two second discharge electrode portions, and each electrode portion is arranged in series in the exhaust gas flow direction inside the tube body. In the case of being, first, positive or negative charges are given to the fine particles by the discharge generated in the first discharge electrode portion and the second discharge electrode portion on the upstream side, and these fine particles are attracted by Coulomb force, After agglomerating at least in space, a positive or negative charge is further given to the obtained aggregated fine particles by the discharge generated at the first discharge electrode part and the second discharge electrode part on the downstream side, and these aggregated fine particles are subjected to Coulomb force. And can be further aggregated.
なお、このように、二つ以上の第一放電電極部及び/又は第二放電電極部が、管体の内部に、排気ガスの流れ方向にそれぞれ直列に配置されている場合には、帯電させた微粒子を、直列に配置されている電極部相互間で良好に凝集させることができるように、所定の間隔を隔てて直列に配置されていることが好ましい。なお、管体の内部に配置する第一放電電極部と第二放電電極部との数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。 As described above, when two or more first discharge electrode portions and / or second discharge electrode portions are arranged in series in the flow direction of the exhaust gas inside the tube body, they are charged. The fine particles are preferably arranged in series at a predetermined interval so that the fine particles can be well aggregated between the electrode parts arranged in series. In addition, the number of the 1st discharge electrode part arrange | positioned inside a tubular body and the 2nd discharge electrode part may be the same, and may differ.
また、本実施形態の排気ガス処理装置においては、上記した静電凝集器が第一放電電極部及び/又は第二放電電極部を二つ以上有する構成に代えて、例えば、静電凝集器自体を二つ以上備え、二つ以上の静電凝集器が、管体の内部に、排気ガスの流れ方向に直列に配置されているものであってもよい。このように構成することによって、同様の効果、即ち、一度凝集させた凝集微粒子に再度電荷を与えて、凝集微粒子同士の凝集を更に促進させることができ、より粒子径の大きな凝集微粒子を生成することができる。 Further, in the exhaust gas treatment device of the present embodiment, instead of the above-described configuration in which the electrostatic aggregator has two or more first discharge electrode portions and / or second discharge electrode portions, for example, the electrostatic aggregator itself 2 or more, and two or more electrostatic aggregators may be arranged in series in the exhaust gas flow direction inside the tube body. By configuring in this way, the same effect, that is, the aggregated fine particles once aggregated can be recharged to further promote the aggregation of the aggregated fine particles, and the aggregated fine particles having a larger particle diameter are generated. be able to.
[管体]
本実施形態の排気ガス処理装置を構成する管体は、自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排気ガスが通過する流路となり、その内部に静電凝集器が配置されたものである。更に、この管体は、第一の放電及び第二の放電がコロナ放電である場合には、第一放電電極部及び第二放電電極部の対向電極となるものである。
[Tube]
Tubes constituting the exhaust gas treatment device of the present embodiment are flow paths through which exhaust gas discharged from internal combustion engines such as automobile engines, construction machine engines, industrial machine stationary engines, and other combustion equipment passes. Thus, an electrostatic aggregator is arranged inside. Furthermore, this tubular body is a counter electrode of the first discharge electrode portion and the second discharge electrode portion when the first discharge and the second discharge are corona discharges.
管体の材質については、特に制限はないが、導電性材料、例えば、自動車の排気管に使用されるステンレス材を好適に用いることができる。このような導電性材料は、コロナ放電を行うための電極部の対向電極として好適に用いることができるのは勿論のこと、このように構成された管体を、沿面放電を行うための電極部に対する接地電極として用いて、沿面放電を行うための電極部と管体との間に電界を生じさせることもできる。 Although there is no restriction | limiting in particular about the material of a pipe body, The electroconductive material, for example, the stainless steel material used for the exhaust pipe of a motor vehicle, can be used suitably. Such a conductive material can be suitably used as a counter electrode of an electrode portion for performing corona discharge, and of course, an electrode portion for performing creeping discharge on a tube body thus configured. It can also be used as a ground electrode for generating an electric field between the electrode portion for performing creeping discharge and the tube.
[ハニカムフィルタ]
図1に示すように、本実施形態の排気ガス処理装置1に用いられるハニカムフィルタ3は、静電凝集器2によって凝集させた微粒子15を捕集するためのフィルタである。このようなハニカムフィルタ3としては、エンジン等の排気ガスに含有される微粒子を捕集するための従来公知のディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)として使用されるものを好適に用いることができる。
[Honeycomb filter]
As shown in FIG. 1, the
例えば、このようなハニカムフィルタ3としては、排気ガスが通過する流路となる複数のセル12を区画形成する多孔質の隔壁11を備え、一方の端部(フィルタ入口端部)が開口され且つ他方の端部(フィルタ出口端部)が目封じされた所定のセル(入口開放セル)と、フィルタ入口端部が目封じされ且つフィルタ出口端部が開口された残余のセル(出口開放セル)とが交互に配設されてなるものであることが好ましい。なお、符号13は、セル12の端部を目封じする目封じ部を示している。
For example, such a
ハニカムフィルタを構成する隔壁の材質は、特に限定されるものではない。強度、耐熱性の観点から、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト、窒化珪素、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材、珪素−炭化珪素複合材、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Fe−Cr−Al系金属からなる群から選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。 The material of the partition walls constituting the honeycomb filter is not particularly limited. From the viewpoint of strength and heat resistance, silicon carbide, silicon-silicon carbide based composite material, cordierite, silicon nitride, mullite, alumina, spinel, silicon carbide-cordierite based composite material, silicon-silicon carbide composite material, lithium aluminum silicate It is preferable to use at least one selected from the group consisting of aluminum titanate and Fe—Cr—Al-based metals.
このようなハニカムフィルタは、捕集した微粒子が隔壁上に堆積してくると、その圧力損失が上昇するためにエンジンに負担が掛かり、燃費、ドライバビリティが低下する。このため、定期的にヒーター等の加熱手段を用いて再生を行ったり、エンジン制御によってポストインジェクションを実施し、未燃焼燃料を酸化して排気ガス温度を上昇させ、隔壁上に堆積した微粒子を燃焼させて再生を行ったりして、フィルタ機能を再生させることが好ましい。 In such a honeycomb filter, when the collected fine particles are deposited on the partition wall, the pressure loss increases, so that the engine is burdened, and the fuel consumption and drivability are lowered. For this reason, regeneration is performed periodically using heating means such as a heater, or post-injection is performed under engine control to oxidize unburned fuel and raise the exhaust gas temperature, burning fine particles deposited on the partition walls It is preferable to reproduce the filter function by performing the reproduction.
このため、ハニカムフィルタは、上記した再生時における燃焼を促進させるため、隔壁の表面及び/又は隔壁の内部に触媒が担持されたものであることが好ましい。このような触媒としては、排気ガスの熱により微粒子を燃焼することができれば特に限定されるものではないが、例えば、貴金属元素、元素周期表VIa族の元素、及び、元素周期表VIII族の元素の中から選ばれる元素を担持させることができる。具体的には、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、セリウム(Ce)、銅(Cu)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、金(Au)、銀(Ag)等を挙げることができ、これらの中から選択される少なくとも一種の単体又は化合物を使用することができる。また、NOx選択還元型触媒成分やNOx吸蔵型触媒成分を担持してもよい。 For this reason, in order to promote the combustion at the time of regeneration as described above, the honeycomb filter is preferably one in which a catalyst is supported on the surface of the partition wall and / or inside the partition wall. Such a catalyst is not particularly limited as long as fine particles can be combusted by the heat of exhaust gas. For example, a noble metal element, an element of group VIa of an element periodic table, and an element of group VIII of an element periodic table An element selected from the above can be supported. Specifically, platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), nickel (Ni), cobalt (Co), molybdenum (Mo), tungsten (W), cerium (Ce), copper (Cu), Examples thereof include vanadium (V), iron (Fe), gold (Au), silver (Ag), and the like, and at least one simple substance or compound selected from these can be used. Moreover, you may carry | support a NOx selective reduction type catalyst component and a NOx occlusion type catalyst component.
また、上記したように、本実施形態の排気ガス処理装置においては、肥大化した凝集微粒子をハニカムフィルタにて捕集するため、従来の排気ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタよりも、セル密度や隔壁の平均細孔径の大きなハニカムフィルタを用いたとしても、捕集効率を低下させることなく微粒子を良好に捕集することができる。このようなハニカムフィルタは、初期状態の圧力損失が小さく、エンジン等の内燃機関に掛かる負担を軽減することができる。 Further, as described above, in the exhaust gas treatment device of the present embodiment, the enlarged aggregated fine particles are collected by the honeycomb filter, so that the cell density or the density of the exhaust gas treatment device is larger than that of the honeycomb filter used in the conventional exhaust gas treatment device. Even when a honeycomb filter having a large average pore diameter of partition walls is used, fine particles can be collected well without reducing the collection efficiency. Such a honeycomb filter has a small pressure loss in an initial state, and can reduce a burden on an internal combustion engine such as an engine.
具体的には、本実施形態の排気ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタは、そのセル密度が、50〜300セル/cm2のものであることが好ましく、100〜200セル/cm2のものであることが更に好ましい。また、ハニカムフィルタは、その隔壁の平均細孔径が、20〜150μmであることが好ましく、40〜100μmであることが更に好ましい。なお、この平均細孔径は、「JASO 自動車規格 自動車排気ガス浄化触媒セラミックモノリス担体の試験方法 M505−87の6.3に記載の全細孔容積、メジアン細孔径」の方法で測定された値である。 Specifically, the honeycomb filter used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment preferably has a cell density of 50 to 300 cells / cm 2 , and 100 to 200 cells / cm 2 . More preferably it is. In addition, the honeycomb filter preferably has an average pore diameter of 20 to 150 μm, and more preferably 40 to 100 μm. The average pore diameter is a value measured by the method of “JASO Automobile Standard Automobile Exhaust Gas Purification Catalyst Ceramic Monolith Carrier Test Method M505-87, 6.3 Total Pore Volume, Median Pore Diameter”. is there.
また、特に限定されることはないが、本実施形態の排気ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタは、その隔壁の気孔率が、30〜80%であることが好ましく、40〜60%であることが更に好ましい。なお、上記した気孔率は、細孔容積より算出の方法で測定された値である。このようなハニカムフィルタを用いることによって、排気ガス処理装置の圧力損失を小さくすることができる。 Although not particularly limited, the honeycomb filter used in the exhaust gas treatment device of the present embodiment preferably has a partition wall porosity of 30 to 80%, and preferably 40 to 60%. Is more preferable. The porosity described above is a value measured by a calculation method from the pore volume. By using such a honeycomb filter, the pressure loss of the exhaust gas treatment device can be reduced.
本発明の排気ガス処理装置は、自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排気ガス中の微粒子や有害物質の除去に利用することができる。特に、排気ガス中の微粒子を効率的に除去するための排気ガス処理装置として好適に用いることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The exhaust gas treatment apparatus of the present invention is used to remove particulates and harmful substances in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as automobile engines, construction machine engines, stationary engines for industrial machines, and other combustion equipment. be able to. In particular, it can be suitably used as an exhaust gas treatment device for efficiently removing fine particles in the exhaust gas.
1:排気ガス処理装置、2:静電凝集器、3:ハニカムフィルタ、4:流路、5,5a,5b:微粒子、6:排気ガス、7:第一放電電極部、8:第二放電電極部、9:浄化ガス、11:隔壁、12:セル、13:目封じ部、15:凝集させた微粒子(凝集微粒子)、17:第一の放電、18:第二の放電、19:誘電体、20,20a,20b:電源、21:トランス、22:高電圧部、23:ダイオード、24:接地電極、25:第一流路、26:第二流路、27:抵抗、28:導電体。
1: exhaust gas treatment device, 2: electrostatic aggregator, 3: honeycomb filter, 4: flow path, 5, 5a, 5b: fine particles, 6: exhaust gas, 7: first discharge electrode section, 8: second discharge Electrode part, 9: Purified gas, 11: Partition, 12: Cell, 13: Sealing part, 15: Aggregated fine particles (aggregated fine particles), 17: First discharge, 18: Second discharge, 19:
Claims (12)
前記静電凝集器が、前記微粒子に正又は負の電荷を与えるための第一の放電を生じさせる第一放電電極部と、前記微粒子に前記第一の放電とは異なる極性の電荷を与えるための第二の放電を生じさせる第二放電電極部とを有する排気ガス処理装置。 A tube serving as a flow path through which the exhaust gas passes, an electrostatic aggregator disposed inside the tube for agglomerating fine particles contained in the exhaust gas, and agglomerated by the electrostatic aggregator An exhaust gas treatment device comprising a honeycomb filter for collecting fine particles,
The electrostatic aggregator provides a first discharge electrode section for generating a first discharge for giving a positive or negative charge to the fine particles, and a charge having a polarity different from that of the first discharge to the fine particles. An exhaust gas treatment device having a second discharge electrode portion for generating the second discharge.
前記第一流路に前記第一放電電極部が配置されるとともに、前記第二流路に前記第二放電電極部が配置されている請求項1又は2に記載の排気ガス処理装置。 A part of the tubular body is divided into two internal spaces so as to be parallel to the flow direction of the exhaust gas, and a first flow path and a second flow path are formed,
3. The exhaust gas processing apparatus according to claim 1, wherein the first discharge electrode part is disposed in the first flow path, and the second discharge electrode part is disposed in the second flow path.
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