JP2008508085A - 排ガス浄化装置の構成原理及び該排ガス浄化装置による排ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

ガスガイド溝に取り付けられる部材としての排ガス浄化装置の構成原理は、立設されたＵ字状の構成形を有する。一方の脚部内には、ガスに連行される粒子／エアロゾルをイオン化する領域としてのイオン化装置がある。一方の脚部から他方の脚部への移行部は接続領域であり、この接続領域はガス流から沈殿／析出される粒子のための収集鉢／収集容器であり、この移行部は少なくともその最下部に、粒子を含有する液体を外部に導くための接続パイプを有する。第２の脚部内には、少なくとも１つのコレクタ又は流れ方向に連続する複数のコレクタから成るコレクタ領域がある。浄化すべきガスは、上方からイオン化脚部内に流入して、重力方向に下方に向かって流れ、第２の脚部に下方から流入して、コレクタを上方に向かって貫流する。コレクタにおいて浄化すべきガスは浄化されて上方に流出する。

Description

本発明は、排ガス浄化装置の構成原理及び該排ガス浄化装置による排ガス浄化方法に関する。

サイクロン、洗浄機及び排管フィルターにより排ガスから極微小粒子を分離するのは困難である。静電分離装置は、微小粒子分離のための排ガス浄化装置の有効な装置又は構成群の１つである（例えばドイツ連邦共和国特許出願第１０１３２５８２号明細書参照）。

排ガス浄化装置は専ら、ガスを導く流路に組み込まれる部分を構成している。排ガス浄化装置は、流路方向に並ぶ次の構成群、即ち、ガスに連行される粒子／エアロゾルのイオン化のための領域、イオン化装置、次いで接続領域又は移行領域、更に次いでその中で電気的に中性な粒子／エアロゾルを分離するためのコレクタ領域、そして最後にコレクタに洗浄液を噴霧する噴霧装置から構成されている。

静電的な分離は物理的処理であり、この処理によって粒子は電気的に荷電されて、外部の電場の作用の下、順番にガスから除去／分離される。一段目の静電的な分離器においては、電場がコロナ放電を発生させることにより、粒子を帯電させて粒子を壁方向に引き寄せ、次いで粒子を壁から取り除く。二段目の静電的な分離器においては、粒子の荷電及び分離が、一般に、２つの空間的に異なる外部の電場において行われる。

効果的な粒子の分離を保証し、静電的な分離器の購入コストや運転コストを下げ、構成を簡単にするための方法及び装置が開示されている（ドイツ連邦共和国特許出願第１０２４４０５１号明細書参照）。粒子はコロナ放電によって荷電されて、外部の、電場の無いコレクタ内で取り除かれる。この分離器は、荷電装置、ケース接続部、及び分離装置を有している。この荷電装置は、接地されたノズルプレートと、高圧ニードル電極とから構成されており、この高圧ニードル電極は、ノズルの中心に位置決めされている。粒子は、直流コロナ放電で荷電される。上記分離装置は、例えば、接地された、複数の管を束ねたコレクタから成る。この方法及び分離器は、収集領域における、別個に分離された電場が省かれていることによって、従来の二段式の静電的な分離器とは異なっている。このことは、分離装置のコンパクトな製造を可能にする。

上記方法は、次の工程から構成されている。即ち、粒子を包含するガスが、浄化のために排ガス浄化装置の入り口を介して流入し、この排ガスが、電気的に接地されたプレートに設けられたノズル内に流入する。このプレートは、流路軸線に対して垂直に配置されている。排ガスはイオン化装置を流過する。イオン化装置において、粒子がコロナ放電によって電気的に荷電される。このイオン化装置は、高圧電極と接地されたノズルの内側表面との間に配置されている。この高圧電極は、高圧格子上に整列配置されており、この高圧格子は、ノズルプレートから下流側において、電気的に隔離されて装置ケースに組み込まれている。次いで、電気的に荷電された粒子を含むガスは、この装置におけるイオン化装置と分離領域とを接続する接続領域を通過し、そして、この装置の出口を介して、接続されているガス流路内に流れる。

上述のような公知の方法によれば、ガスは荷電ユニット／荷電領域、接続部及び分離領域を通って同一の方向に流れる。ドイツ連邦共和国特許第１０１３２５８２号明細書に記載されている排ガス浄化装置において、浄化されるべきガスは重力の方向に流れ、ドイツ連邦共和国特許第１０２４４０５１に記載の排ガス浄化装置では、重力とは反対方向である。

上記方法及び排ガス浄化装置は貫流するガスを有効に浄化するものではあるが、しかしながら幾つかの問題を有している。ドイツ連邦共和国特許出願第１０１３２５８２号明細書に記載の装置では、荷電された粒子は、複数の管を束ねたコレクタにおいて、液膜を形成することによって析出される。より高いエアロゾル密度の場合、この膜は上記複数の管の表面上に、重力方向に流れる。上記複数の管を流過する際に、液滴が形成され、この液滴が本来ならば浄化されたガス流内に再び流入する。このことは、装置の浄化度を低下させることになる。

ドイツ連邦共和国特許第１０２４４０５１号明細書に記載された排ガス‐浄化装置においては、高い粒子密度の場合、上記液膜の一部が、複数の管を束ねたコレクタから荷電ユニット上に滴下して、荷電ユニットにおいて装置の析出度を低下させる火花放電を惹き起こす。また同様に、粒子の一部が高圧格子の表面及びこの高圧格子に取り付けられた高圧電極上に析出される。これにより、電極先端部にわずかな液滴が発生する。この電極先端部の液滴の発生は、形成されるコロナ放電に対して重大な変化をもたらし、弧絡を惹き起こし、粒子荷電処理に悪影響を与えて、これにより析出度を低下させる。

本発明の根底を成す課題は、設定された析出度を低下させることなく、または、多くとも極わずかにしか析出度を低下させないで、長時間の運転が可能な排ガス浄化装置を提供することにある。

上記課題は、静電的な荷電装置と移行領域と、粒子析出装置とから成る、請求項１記載の排ガス浄化装置の構成原理、及び請求項４記載の前記排ガス浄化装置の運転方法によって解決される。

ガス流路に設けられる部材としての排ガス浄化装置は、直立に立設されたＵ字状の形状を有する。一方の脚部には、ガスに連行される粒子／エアロゾルをイオン化する領域、静電的な荷電領域が設けられており、又はいわゆるイオン化装置が収容されている。一方の脚部から他方の脚部への移行部は、ガス流から沈殿／析出され粒子や、コレクタから下方に滴下する粒子のための収集鉢／収集容器を構成する。この収集鉢／収集容器の最下部には、粒子を含有する液体を外部に導くための少なくとも１つの流出口がある。粒子を含有する液体を外部に導くために必要であるならば、さらに上方に位置する複数の流出口が、上記収集鉢上に設けられていてもよい。浄化液によって下方に導いてこれにより洗い流すために、第２の脚部にはコレクタ領域があり、このコレクタ領域において、粒子がガス流から析出され、電気的に中性化される。

コレクタ領域は、少なくとも１つのコレクタ、又は流れ方向に連続する複数のコレクタから成り、１つのコレクタは、少なくとも１つの複数の管の束からなる複数の管を束ねた群より成っている。

粒子が混在された、洗浄すべきガスを、重力方向において上方から下方に向かってこの装置の脚部に流入させることが、この脚部内にあるイオン化装置にとって重要である。粒子は貫流する際にコロナ放電を介して電気的に荷電される。その極性は選択可能であるが、一般的にはマイナスに荷電される。イオン化装置は、所定の電気的な基準電位に、たいていは接地電位にあるノズルプレートと、整列配置された複数の電極を有する、たいていはマイナス電位にある高圧格子とから構成される。所望するイオン化のために、これらの電極が各自由端において夫々割り当てられたノズル内に下方から突入していること（請求項２）が重要である。それによってのみ、電極、特に電極先端にコロナ放電を著しく低下させる原因となる液滴が形成されないことが保証される。電極上に場合によっては形成される液滴は、ガス流によって補助されて即座に下方に高圧格子に向かって流れ出て、この高圧格子上に滴下して、最終的に収集鉢内に収集され、且つ排出される。電気的な荷電を回避するために、この収集鉢は電気的に同様に基準電位になっている。付加的な構造上の保護装置（例えば、接触保護）を設ける必要をなくすために、基準電位は単一の接地電位である。

イオン化装置を通過した、荷電された粒子が混在された排ガスを、接続領域に流入させ、この接続領域において、一方では、変向させて、この接続領域を流出する際に、重力に抗して、下方から鉛直に上方に向かって第２の脚部に流入させる。他方、依然として荷電されている粒子／エアロゾルの滴下した一部は、接続領域内で収集鉢によって収集される。

排ガスは、上述したように、粒子の浄化又は析出を行うためのコレクタにおいて、重力に抗して下方から上方に向かって貫流する。粒子／エアロゾルは、全てが、少なくとも広範囲にわたってコレクタの壁に堆積し、そこで粒子／エアロゾルは電気的に中性化され、コレクタに少なくとも上方からガス流とは逆方向に噴霧される噴霧液によって、粒子が混在された液膜として重力方向に流れ去り、接続領域において収集鉢に滴下する。コレクタは、少なくとも１つの複数の管の束から成り、この複数の管の束は、同様に電気的に基準電位にある格子に設けられている（請求項３）。下方から噴霧する措置が有用な場合には、この格子は、当然に、下方から噴霧されることが可能である。コレクタへの上方からの噴霧は一般的である。

このように処理されたガスは、粒子の除去されたコレクタを離れ、浄化ガスとして接続された流路をさらに流れる。

固体又は液体の、微細な特にサブミクロン粒子を含む排ガスを効果的に洗浄するという課題は、本発明に係る排ガス浄化装置及びこの排ガス浄化装置を用いて実行される方法によって達成される。

排ガス浄化装置は、直立に立設されたＵ字状の形状を有するその構成において際立っている。この装置を用いることにより、浄化方法は、非常に効果的に、且つ長時間安定的に実行できる。何故ならば、排ガスガイドが、ノズル内における自由電極端への液滴形成を防止し、これにより、コロナ放電による粒子のイオン化が、自由電極端とノズル内壁との間で、常に予定した通りに、つまり、安定して進行するからである。これゆえ、粒子／エアロゾルの析出は、完全に、少なくともほぼ完全になされる。流路ガイドの構成要素としての本装置は、３つの構成群又は噴霧装置を有する４つの構成群に基づいて明らかに、コンパクトに、且つ技術的に強固に形成されている。つまり、本装置は、簡単に組み立てができ、適切に整備できる。イオン化領域における排ガスの流れ方向は、コレクタ領域における排ガスの流れ方向に対向する。

排ガス‐浄化装置の構成材料は、実現させるべき処理に基づいて選択される。誘電的に導かれるか又は電気的に導かれるかは、排ガス及びそれに連行される粒子の性質に基づいている。電気的な条件等は、調節可能でなければならず、そして、浄化処理は、装置内部に腐食が発生することなく長時間実行され得る。

本浄化装置は、大気、煙ガス、湿りガス、乾燥ガス、及び高温ガス等の排ガスの浄化に適用され得る。排ガスに連行される粒子は、液体又は固体であっても、ただイオン化可能でありさえすれば、つまり電気的に荷電可能でありさえすればよい。直径範囲Ｄ＜１μｍのサブミクロン粒子を析出するためのこのような構成の排ガス浄化装置は、特に適している。このようなサブミクロン粒子は、本浄化装置以外のものでは析出させるのは困難である。

排ガス‐浄化装置を概略的に示した図面に基づいて、該排ガス浄化装置及び、該排ガス浄化装置を用いて行う方法について、さらに詳しく説明する。

図１は、装置の概略図を示し、
図２は、イオン化領域を拡大して示す。

図１に示すように、浄化すべき排ガスが上方から排ガス浄化装置１の入口２に流入し、重力方向を更に下方に向かって、イオン化装置１０を貫流する。イオン化装置１０において、粒子／エアロゾルが、所定の極性（一般的にはマイナスに荷電されている）を持つコロナ放電の下、イオン化される。

図２は、イオン化装置１０を部分的に示す。接地電位に設けられた、特殊鋼、銅、又は電気伝導性の炭素を含む複合材料から形成された、しかしながら常に処理環境に対しては不活性である金属製プレートとしてのノズルプレート４に設けられた２つのノズル３の断面が示されている。ノズル３内には、電極先端部５が夫々内部に突入している。全ての電極先端部は、高圧格子６上に整列して取り付けられている。高圧格子６は、それ自体、電気的に絶縁されていて、装置のケース内壁に取り付けられている。ケース内壁の貫通部を介して、高圧格子６はエリミネータに発生する高圧電位に接続される（例えば、ドイツ連邦共和国特許第１０１３２５２８号明細書又はドイツ連邦共和国特許第１０２４４０５１号明細書参照）。この高圧電位は、一般に、エリミネータに発生させることができ、その極性により、進めるべき処理方向に向けられる。

排ガスがイオン化装置１０を貫流すると、粒子／エアロゾルは電気的に荷電されている。排ガス流は、水平方向に変向されて、接続領域７に達する。つまり、粒子／エアロゾルは、Ｕ字状体の一方の脚部を貫流して、次いでＵ字状体を水平方向に流れて、そして、新たに変向され、重力とは逆方向に下方から他方の脚部８に流入する。接続領域７は、ガス流から降下する粒子のための、及びコレクタ８内に流出され、粒子／エアロゾルが堆積された液膜のための収集部として機能する。

電気的に荷電された粒子を包含する排ガスは、接地されたコレクタ８内に流入する。上方に貫流する際に、電気的に荷電された粒子は、コレクタ８が接地電池に電気的に接続されていることに基づいて引き寄せ作用を有する管壁に引き寄せられて、この管壁に析出される。このとき、電荷は取り除かれて、粒子は電気的に中性になる。

コレクタ８は、一般に、洗浄のために上方から噴霧されて（図１の図示とは異なる）、コレクタ壁に堆積する粒子が、下方に運び去られて、収集容器７に形成された接続領域７に収集されて、管接続を介して流出される。

コレクタ８から流出すると、既に洗浄された排ガスは、上方に更に流れ、脚部出口９において排ガス‐浄化装置１から流出して、更に延設された流路内に流入し、又は同様にして外部に放出される。

排ガス‐浄化装置１及びその方法の有効性は、パイロット装置における実験に基づいて検査された。パイロット装置は、６１個のノズルを有するノズルプレートと複数の管を束ねたコレクタとを備えている。パイロット装置は、コロナ放電のための９．５〜１０．５ｋＶの直流電圧で運転された。コロナ電流は、４．５ｍＡと５．５ｍＡとの間である。イオン化装置は、コレクタと同様に、中空円柱状のケースを有している。排ガス内の粒子の質量濃度は７０〜１１０ｍｇ／Ｎｍ^３である。

イオン化装置及びコレクタ領域における排ガス流の流れ方向が重力とは逆方向であった場合、析出効率は、８２〜８６％であった。

イオン化装置及びコレクタ領域における排ガス流の流れ方向が重力と同方向であった場合、析出効率は、７９〜８３％であった。

イオン化装置における排ガス流の方向が重力と同方向であって、コレクタ領域における排ガス流の流れ方向が重力とは逆方向であった場合、析出効率は、９５〜９７％であった。

上述のような析出度の著しい向上は、上述のＵ字形状構成原理、及びイオン化装置内のコロナ放電の安定性に起因するものである。

装置の概略図を示す図面である。 イオン化領域を拡大して示す図面である。

符号の説明

１ 部材
２ 入口
３ ノズル
４ ノズルプレート
５ 高圧電極
６ 高圧格子
７ 接続領域、収集鉢
８ コレクタ領域、粒子析出器
９ 出口
１０ イオン化装置

Claims (4)

1. ガスガイド溝に取り付けられる部材としての排ガス浄化装置の構成原理であって、
   処理されるべき排ガスの流れ方向において、
   ガスに連行される粒子／エアロゾルをイオン化する領域としてのイオン化装置、
   接続領域、
   粒子／エアロゾルを電気的に中性にして、該電気的に中性にされた粒子／エアロゾルを析出するコレクタ領域、
   前記コレクタ領域を洗浄する洗浄装置、
   が連続している形式のものにおいて、
   排ガス浄化のための部材（１）は、直立に立設されたＵ字状の構成を有し、該Ｕ字状の構成の一方の脚部に、ガスに連行される粒子／エアロゾルをイオン化する領域（１０）としてのイオン化装置が設けられており、
   浄化すべきガスが、前記一方の脚部に上方から流入して、下方に重力方向にイオン化装置（１０）を貫流し、
   前記一方の脚部から他方の脚部への移行部は接続領域（７）であり、該接続領域（７）はガス流から沈殿／析出される粒子のための収集鉢／収集容器（７）を備え、該収集鉢／収集容器（７）の最下部には、粒子を含有する液体を外部に導くための少なくとも１つの接続パイプが延設されており、
   第２の脚部（８）に、コレクタ領域（８）が設けられており、該コレクタ領域（８）は、少なくとも１つのコレクタ又は流れ方向に連続する複数のコレクタを備え、
   ガスは下方から脚部（８）内に流入して、上方に重力方向とは逆方向にコレクタ領域（８）を貫流し、
   コレクタ領域（８）の上方において、噴霧装置が取り付けられており、コレクタが複数の場合は、各コレクタの間に１つの噴霧装置が取り付けられていることを特徴とする、排ガス浄化装置の構成原理。
2. 電気的な基準電位にあるノズルプレート（４）と、複数の高圧電極（５）が整列配置された高圧格子（６）とから成るイオン化領域（１０）内において、前記高圧電極（５）の夫々１つがノズル（３）内に突入し、これらの高圧電極（５）は下方から夫々対応する各ノズル（３）内に突入している、請求項１記載の排ガス浄化装置の構成原理。
3. コレクタ領域（８）は、少なくとも１つの複数の管を束ねた群より成っている、請求項２記載の排ガス浄化装置の構成原理。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の排ガス浄化装置における排ガスの浄化方法において、
   排ガスを流路を介して、上方から重力方向に、イオン化領域を有する脚部内に導入し、該イオン化領域（１０）を重力方向に下方に向かって貫流させ、
   イオン化領域（１０）から流出する排ガスを、接続領域（７）内に流入させ、該接続領域（７）において排ガスを一方では変向させて、重力とは逆方向に、下方から鉛直に上方に向かって第２の脚部（８）に流入させ、他方では、接続領域（７）において、滴下する粒子／エアロゾルの第１の一部を収集し、
   コレクタ（８）内において粒子を浄化若しくは析出させるために、排ガスを重力とは逆方向に、下方から上方に向かって貫流させて、コレクタ（８）内において排ガス中の粒子／エアロゾルをコレクタ（８）の壁部に析出させ、粒子／エアロゾルを電気的に中性化し、また、粒子／エアロゾルを、コレクタ（８）に少なくとも上方から噴霧される噴霧液によって流れ方向とは逆方向に、しかも重力に逆らって、粒子が混在された液膜として流出させて、接続領域（７）において収集容器（７）内に滴下可能とし、
   ガスを浄化ガスとして第２の脚部（８）の上方に放出させて、接続された流路内に更に供給することを特徴とする、排ガスの浄化方法。

Images