JP2010022949A - 排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製作及び組立作業が容易であって、全方向の電流密度が均一となり、集塵極に向かって均一にイオン風が発生し、排ガスに含まれる微細粒子やダストのすり抜けがなくなり、捕集率及び粒子個数低減率の向上が図れる排ガス処理装置を提供することにある。
【解決手段】筒形状をなす外殻１と、外殻１内に沿って配置され、開口を有する集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置２と、集塵フィルタ装置２の内側に形成され、ＰＭを含む排ガスが流れる排ガス通路７と、排ガス通路７中に設置され、電圧が印加されたときに集塵フィルタ装置２との間に排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風３０を発生させる放電電極４０とを備えた排ガス処理装置５０において、放電電極４０は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板３により構成され、放電板３の外周端部３ａは、集塵フィルタ装置２の側に向かって突出する鋭角に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の排ガス中に含まれる粒子状物質（パティキュレートマター、以下ＰＭという）などの除去を行う排ガス処理装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジン等の排ガス中のＰＭを除去して浄化処理を行うには、黒煙除去装置であるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が利用されている。しかしながら、かかるＤＰＦには、フィルタ故に次のような問題点がある。
すなわち、経時的に、フィルタの目詰まりによる圧力損失が上昇し、定期的に目詰まりの除去再生を行わないと、フィルタの目詰まりにより排気側に負荷が掛かり燃料消費率が上昇するとともに、エンジン出力の低下を来たす、などの悪影響を及ぼすことになる。しかも、このフィルタの目詰まりがさらに進行すると、エンジン停止の事態が発生するおそれがある。

そこで、先行技術として、コロナ放電を用いた電気式集塵装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の電気式集塵装置は、コロナ放電に伴って発生するイオン風を有効に利用して、ＰＭを低圧力損失で処理するタイプである。
図８は、特許文献１に開示された電気式集塵装置の例を示す概略断面図である。
図８において、集塵装置１００は、筒状の外殻１と、放電極主部４及び放電極放電部３からなる放電電極４０と、開口を有する集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置２とを備えている。放電電極４０は、高圧導線５ａ及び碍子５を介して高電圧発生装置２０に接続されている。また、碍子５は、碍子室６内に収納されている。

上記外殻１は筒状に形成され、その内部はＰＭを含む排ガスが流れる排ガス通路７となっており、排ガスは、排ガス通路７を放電電極４０に沿って、図８中の矢印のように流れるようになっている。このため、放電電極４０は、排ガス通路７の中央に排ガス流の方向へ沿って延在する放電極主部４と、該放電極主部４から排ガス通路７を横切って集塵フィルタ装置２の側に向かって延びる刺状に形成された複数の放電極放電部３とから構成されている。

このような集塵装置１００においては、高電圧発生装置２０からの高電圧を、高圧導線５ａを介して放電電極４０に印加すると、放電極主部４及び複数の放電極放電部３から集塵フィルタ装置２の集塵極に向けて飛び出すイオンに誘起されたイオン風が生じる。これによって、排ガス流中に含まれるＰＭは集塵極を通り、該ＰＭはガスとともに集塵極の外側に配置された集塵フィルタ層に導かれ、該集塵フィルタ層にてＰＭが捕集され、浄化ガスになる。
また、この構造の電気式集塵装置１００を使用すると、排ガス流中に含まれるＰＭ同士が排ガス通路７の空間、集塵極表面、及び集塵フィルタ層表面で凝集、肥大化する効果がある。したがって、集塵フィルタ装置２の集塵極及び集塵フィルタ層に到達しないで排出されるＰＭ、及び一度これら集塵極及び集塵フィルタ層に到達した後、高流速の排ガス流れによって全て再飛散し排出されるＰＭの総数は、当該集塵装置１００の入口側に比べて低下することになる。近年、排ガスに含まれる微細粒子による健康被害が問題となっており、対策として本電気式集塵装置１００を凝集装置として使用することで、排ガス中の粒子の肥大化、及び粒子個数の低下による健康被害の低減化を図っている。

ＷＯ２００５／０２１１６１号公報

しかしながら、上述した従来の電気式集塵装置１００では、放電極放電部３が刺状に形成され、同一位置で複数個、互いに先端を離した状態で放電極主部４の外周面に、一定の間隔（４つの場合は、９０度間隔）を開けて放射状に配置されているので、放電極放電部３の先端付近の電流密度は高くなるが、放電極放電部３と放電極放電部３との間は電流密度が低く、放電しない箇所が生じることがある。その結果、排ガスに含まれる微細粒子やダストが放電極放電部３の間をすり抜けてしまい、捕集率及び粒子個数低減率の低下が発生するという不具合を有している。それに加えて、上記電気式集塵装置１００は、通常、ＤＰＦよりも捕集率及び粒子個数低減率が低いという特性を有しているので、より捕集性及び凝集効果を向上させるような手段が求められている。
また、従来の電気式集塵装置１００では、細いピンである多数の放電極放電部３の先端をそれぞれ刺状に製作しなければならないので、放電極放電部３を製作することが難しいという問題を有している。しかも、これら放電極放電部３を、放電極主部４の軸方向の同一位置において、一定の間隔を開けて放電極主部４の外周に取付ける必要があるので、その組立作業が非常に面倒であるという問題を有している。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、製作及び組立作業が容易であって、全方向の電流密度が均一となり、集塵極に向かって均一にイオン風が発生し、排ガスに含まれる微細粒子やダストのすり抜けがなくなり、捕集率及び粒子個数低減率の向上が図れる排ガス処理装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、開口を有する集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス処理装置において、前記放電電極は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板により構成され、前記放電板の外周端部は、前記集塵フィルタ装置の側に向かって突出する鋭角に形成されている。

また、本発明は、筒形状をなす外殻の集塵極と、前記集塵極の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に設置され、電圧が印加されたときに前記集塵極との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス処理装置において、前記放電電極は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板により構成され、該放電板の外周端部は、前記集塵フィルタ装置の側に向かって突出する鋭角に形成されている。

本発明において、前記放電電極は、前記排ガス通路の中央に排ガス流の方向へ沿って配置される軸状の放電極主部を備え、前記放電板の中央には、貫通孔が設けられ、前記放電板が、前記貫通孔を介して前記放電極主部に嵌入され、固定手段により前記放電極主部の所定位置に固定されていることが好ましい。

さらに、本発明において、前記放電板の外周端部の内側には、複数の開口部が設けられていることが好ましい。

上述の如く、本発明に係る排ガス処理装置は、筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、開口を有する集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えたものであって、前記放電電極は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板により構成され、前記放電板の外周端部は、前記集塵フィルタ装置の側に向かって突出する鋭角に形成されているので、全方向の電流密度が均一となり、放電しない箇所ができることなく、集塵極に向かって均一にイオン風を発生させることができる。したがって、排ガスに含まれる微細粒子やダストが放電電極の放電板をすり抜けることはなくなり、確実に捕集され凝集されることになるので、捕集率及び粒子個数低減率を向上させることができる。

しかも、本発明の放電電極の放電板は、円盤形状または多角形形状に形成されているので、従来技術における刺状の放電部と比べて、容易に製作することができるとともに、放電電極を簡単に組立てることができ、製作性及び組立作業性に優れている。

また、本発明に係る排ガス処理装置は、筒形状をなす外殻の集塵極と、前記集塵極の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に設置され、電圧が印加されたときに前記集塵極との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えたものであって、前記放電電極は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板により構成され、該放電板の外周端部は、前記集塵フィルタ装置の側に向かって突出する鋭角に形成されているので、より簡単な構造の排ガス処理装置において、上記発明と同様の効果を奏することができる。

それに加えて、本発明において、前記放電電極は、前記排ガス通路の中央に排ガス流の方向へ沿って配置される軸状の放電極主部を備え、前記放電板の中央には、貫通孔が設けられ、前記放電板が、前記貫通孔を介して前記放電極主部に嵌入され、固定手段により前記放電極主部の所定位置に固定されているので、放電電極を予め簡単に部組することが可能となり、より一層組立作業性の向上を図ることができる。

また、本発明において、前記放電板の外周端部の内側には、複数の開口部が設けられているので、排ガス通路を流れる排ガスが円盤形状または多角形形状の放電板によって遮断される面積を低減させることができる。

以下、本発明に係る排ガス処理装置について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略断面図、図２（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る放電電極を概略的に示す斜視図、図２（Ｂ）は本実施形態の放電電極を構成する１枚の放電板を示す側面図、図３は本発明の第１実施形態に係る放電電極を構成する放電板から発生させるイオン風を説明する断面図である。また、図４は本発明の第１実施形態に係る放電電極を組立てる構造を説明するものであり、（Ａ）は中央に貫通孔を設けた放電板の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の放電板を軸状の放電極主部に固定した状態を示す側面断面図である。

図１〜図３において、本実施形態の排ガス処理装置５０は、筒形状をなす外殻１と、軸状の放電極主部４及び放電極放電部の放電板３からなる放電電極４０と、開口を有する集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置２とを備えている。そして、放電電極４０は、碍子室６内に配置された高圧導線５ａ及び碍子５を介して図示しない高電圧発生装置（図８参照）に接続されている。ここで、集塵極は、ＰＭを通過させる開口を備えた導電性の金網などの導電性素材で形成され、集塵フィルタ層は、積層した金網、ポーラスなセラミックスなどの通気性を有する素材で形成されている。なお、集塵フィルタ装置２は、集塵極と集塵フィルタ層とが別体ではなく、一体化したものでもよい。

上記外殻１は、横向きに配置する円筒状に形成されている。外殻１の内部は、ＰＭを含む排ガスが矢印のように流れる排ガス通路７となっており、該排ガス通路７の中央部には、放電電極４０が配置されている。この放電電極４０は、排ガス通路７の中央に位置し、排ガス通路７の軸方向へ沿って延在しながら配置される軸状の放電極主部４と、該放電極主部４の軸方向に対して直交する方向で、排ガス通路７を横切って集塵フィルタ装置２の側に向かって配置される放電極放電部である複数の放電板３とから構成されている。
これら放電板３は、図１に示すように、排ガス通路７の上流側から下流側にかけて、放電極主部４の軸心方向に沿って一定の間隔を置いて設けられている。

しかも、本実施形態の放電板３は、図２（Ａ）に示すように、円盤形状に形成されており、その外周端部３ａの全周は、図２（Ｂ）に示すように、集塵フィルタ装置２の側に向かって突出する鋭角の尖った三角形状に形成されている。これによって、イオン風３０は、図３に示すように、放電板３から集塵フィルタ装置２に向かって全方向へ均一に発生するように構成されている。
また、放電板３の中央には、図４（Ａ）に示すように、軸状の放電極主部４に嵌入するための貫通孔８が設けられている。この貫通孔８は、放電極主部４の断面形状に対応して、丸孔、角孔等、いずれの形状でもよく、さらに、位置決めのためのスリットが設けられていてもよい。

このような放電電極４０を組立てる際には、例えば、図４（Ｂ）に示すように、放電極主部４の丸棒の両端に加工した雄ネジ部４ａと、該雄ネジ部４ａに螺合するナット９と、隣接する放電板３の距離を一定に保持しながら所定箇所に位置決めするスリーブ状のスペーサ１０とからなる固定手段が用いられている。なお、雄ネジ部４ａ及びナット９の代わりに、両端のみ溶接して放電板３を固定してもよい。
したがって、放電電極４０は、貫通孔８を介して放電板３とスペーサ１０とを交互に放電極主部４に嵌入し、所定数の放電板３を所定位置に配置した後、放電極主部４の両端の雄ネジ部４ａにナット９をそれぞれ螺合させて締付け固定すれば、組立てられることになる（図４（Ｂ）参照）。この部組された放電電極４０は、放電極主部４の下流側端部を高圧導線５ａに連結すれば、排ガス処理装置５０における排ガス通路７の中央に設置されることになる（図１参照）。

本実施形態の排ガス処理装置５０においては、図示しない高電圧発生装置からの高電圧を、高圧導線５ａを介して放電電極４０に印加することで、放電極主部４及び複数の放電板３から外殻１の内側に位置する集塵極及び集塵フィルタ層の集塵フィルタ装置２に向けてイオンが飛び出し、該イオンに誘起されたイオン風３０が全方向に生じる。このイオン風３０によって、排ガス流中に含まれるＰＭは集塵極を通り、ガスとともに集塵極の外側に配置された集塵フィルタ層に導かれ、該集塵フィルタ層にてＰＭが捕集され、浄化ガスとして下流側に導かれることになる。また、この構造の排ガス処理装置５０を使用すると、排ガスの流れの中に含まれるＰＭ同士が排ガス通路７の空間、集塵極表面及び集塵フィルタ層表面で、凝集、肥大化する効果が得られる。

このように、本発明の第１実施形態の排ガス処理装置５０では、放電電極４０の放電部が円盤形状の放電板３により構成され、かつ放電板３の外周端部３ａが、集塵フィルタ装置２の側に向かって突出する鋭角に形成されているため、図１及び図３に示すように、全方向の電流密度が均一となり、放電しない箇所ができることなく、発生したイオン風３０を放電板３の外周端部３ａから集塵フィルタ装置２の集塵極に向かって全方向へ均一に流すことができる。よって、排ガスに含まれる微細粒子やダストが放電電極４０の放電板３をすり抜けることはなくなり、集塵フィルタ装置２の集塵フィルタ層によって捕集されるとともに、イオン風３０等によって排ガス通路７の空間、集塵極表面及び集塵フィルタ層表面で凝集、肥大化されることになる。その結果、本実施形態の排ガス処理装置５０を使用すれば、捕集率及び粒子個数低減率を向上させることができ、残存ＰＭの少ない浄化ガスが得られる。
しかも、本実施形態の放電電極４０の放電板３は、鋭角の外周端部３ａを有する円盤形状に形成されているため、従来技術における刺状の放電部と比べて、容易に製作することができるとともに、ナット９、スペーサ１０などの固定手段を用いて放電電極４０を簡単かつ迅速に組立てることができ、コストダウンも図ることができる。

［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略断面図である。
図５において、本実施形態の排ガス処理装置６０では、筒形状をなす外殻が集塵極６１によって構成されており、該集塵極６１の内側には、金網の集塵極及び集塵フィルタ層からなる上記第１実施形態の集塵フィルタ装置が設けられていない。
その他の構成は上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。

このように、本発明の第２実施形態の排ガス処理装置６０においては、外殻が集塵極６１で構成され、集塵極６１の内側に集塵フィルタ装置が設けられていないため、装置の簡素化を実現でき、設備費を低減させることができる。しかも、本実施形態の排ガス処理装置６０においても、発生したイオン風３０を放電板３の外周端部３ａから集塵極６１に向かって全方向へ均一に流すことが可能であるため、イオン風３０によって排ガスに含まれる微細粒子やダストを凝集させることができ、粒子個数低減率の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。

例えば、放電板３は、既述の実施形態の円盤形状に限らず、図６（Ａ）に示すような外周に８つの突起を有する円盤形状の放電板１３ａ、図６（Ｂ）に示すような外周が鋸歯である円盤形状の放電板１３ｂ、図６（Ｃ）に示すような六角である多角形形状の放電板１３ｃ、図６（Ｄ）に示すような八角である多角形形状の放電板１３ｄ等であってもよい。ただし、放電板１３ａ〜１３ｄの外周端部は、図６（Ｅ）に示すように、集塵フィルタ装置２や集塵極６１の側に向かって突出する既述の実施形態と同様の鋭角にそれぞれ形成されている。

また、既述の実施形態の排ガス処理装置５０，６０においては、排ガス通路７を流れる排ガスが円盤形状または多角形形状の放電板３，１３によって遮断される面積を低減させるための構造を採用することが可能である。例えば、図７（Ａ）に示す放電板３では、外周端部の内側に６つの丸形開口部１４が周方向に間隔を開けて設けられ、図７（Ｂ）に示す放電板１３ｂでは、外周端部の内側に４つのスリット状開口部１５が周方向に間隔を開けて設けられ、図７（Ｃ）に示す放電板１３ｄでは、外周端部の内側に４つの多角形（台形）状開口部１６が周方向に間隔を開けて設けられていてもよい。

本発明の第１実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る放電電極を概略的に示す斜視図、（Ｂ）は本実施形態の放電電極を構成する１枚の放電板を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る放電電極を構成する放電板から発生させるイオン風を説明する断面図である。 本発明の第１実施形態に係る放電電極を組立てる構造を説明するものであり、（Ａ）は中央に貫通孔を設けた放電板の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の放電板を軸状の放電極主部に固定した状態を示す側面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略断面図である。 本発明の実施形態の変形例を示すものであって、（Ａ）は外周に８つの突起を有する円盤形状の放電板の正面図、（Ｂ）は外周が鋸歯である円盤形状の放電板の正面図、（Ｃ）は六角である多角形形状の放電板の正面図、（Ｄ）は八角である多角形形状の放電板の正面図、（Ｅ）は（Ａ）〜（Ｄ）の放電板の側面図である。 本発明の実施形態の他の変形例を示すものであって、（Ａ）は円形の開口部を有する円盤形状の放電板の正面図、（Ｂ）はスリット状の開口部を有する外周が鋸歯である円盤形状の放電板の正面図、（Ｃ）は多角形の開口部を有する八角である多角形形状の放電板の正面図である。 従来の電気式集塵装置の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 外殻
２ 集塵フィルタ装置
３ 放電板
３ａ 外周端部
４ 放電極主部
４ａ 雄ネジ部
５ａ 高圧導線
７ 排ガス通路
８ 貫通孔
９ ナット
１０ スペーサ
１３ａ〜１３ｄ 放電板
１４〜１６ 開口部
３０ イオン風
４０ 放電電極
５０，６０ 排ガス処理装置
６１ 集塵極

Claims (4)

1. 筒形状をなす外殻と、前記外殻内に沿って配置され、開口を有する集塵極及び集塵フィルタ層からなる集塵フィルタ装置と、前記集塵フィルタ装置の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に設置され、電圧が印加されたときに前記集塵フィルタ装置との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス処理装置において、
   前記放電電極は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板により構成され、前記放電板の外周端部は、前記集塵フィルタ装置の側に向かって突出する鋭角に形成されていることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 筒形状をなす外殻の集塵極と、前記集塵極の内側に形成され、粒子状物質を含む排ガスが流れる排ガス通路と、前記排ガス通路中に設置され、電圧が印加されたときに前記集塵極との間に前記排ガス流と直交する方向に２次流れを誘起形成するイオン風を発生させる放電電極とを備えた排ガス処理装置において、
   前記放電電極は、放電部が円盤形状または多角形形状の放電板により構成され、該放電板の外周端部は、前記集塵フィルタ装置の側に向かって突出する鋭角に形成されていることを特徴とする排ガス処理装置。
3. 前記放電電極は、前記排ガス通路の中央に排ガス流の方向へ沿って配置される軸状の放電極主部を備え、前記放電板の中央には、貫通孔が設けられ、前記放電板が、前記貫通孔を介して前記放電極主部に嵌入され、固定手段により前記放電極主部の所定位置に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記放電板の外周端部の内側には、複数の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。

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