JP2016076350A - プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、触媒処理装置、及び熱交換装置 - Google Patents

プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、触媒処理装置、及び熱交換装置 Download PDF

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雅樹 安達
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Abstract

【課題】流体が流れる流路に組み込まれた機器に起因する、流路断面方向の物理量の不均一な分布及び化学反応に関連する量的パラメータの不均一な分布を均等化させる、プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、触媒処理装置、及び熱交換装置を提供する。【解決手段】加圧手段により加圧された流体の流れる外郭を有した流路と、当該流路に設けた整流対象物と、高電圧電極31A、誘電体32A及びアース電極33Aから成るプラズマアクチュエータ30Aと、プラズマアクチュエータ30Aに電源からの高電圧を印加する制御を行う制御手段40とを備え、複数のプラズマアクチュエータ30Aを前記流路の内面及び/又は前記流路内に設けた整流板17の表面に前記流体の流れ方向に沿って配置するとともに制御手段40が前記流体を所定の方向に加速するように前記高電圧の印加を制御した。【選択図】図2

Description

本発明は、船舶のディーゼルエンジンの排気系などに適用する、プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、触媒処理装置、及び熱交換装置に関する。
プラズマアクチュエータは、誘電体(絶縁体)のバリア放電に伴い生じるイオン風を利用した流体制御用デバイスである。ここで、誘電体(絶縁体)のバリア放電とは、図19に示すように、プラスチックなどの誘電体101を挟んだ電極102a、102b間に高圧の交流電圧をかけた際に生じる放電のことであり無声放電ともいい、オゾン発生装置などに利用される。
誘電体バリア放電において、図20(a)に示すように、誘電体101を挟んだ二つの電極102a、102bをずらして配置し、電極端の一方を暴露する。そして正弦波もしくはバースト波の交流を印加すると、放電により誘起されたイオン風が生じる。図20(b)は、印加するバースト波の例を示しており、Dは発生時間、Pは周期、Fは周波数である。例えば、電圧Vを4.96[kV]、周波数Fを40[kHz]、発生時間Dを1[ms]、周期Pを20[ms]とすることにより、バースト波の交流によるイオン風を発生させることができる。なお、イオン風の発生条件や流速は電極102a、102bと交流に依存する。
プラズマアクチュエータの利点としては、構造が単純であること、電極形状を変えることでイオン風の向きを変えることができることが挙げられる。例えば、図21に示すように円環状電極とした場合には、上向き噴流を生じさせることができる。なお、図21(a)は円環状電極の平面図(表面)及び背面図(裏面)であり、図21(b)は高圧交流電源に接続した円環状電極を側面視した概念図である。
プラズマアクチュエータは、航空機の翼周り流れの制御による剥離の抑制などに応用されている。
特許文献1には、絶縁材を挟んで表面側電極と裏面側電極を設け、表面側電極と絶縁材の表面にコーティング層を形成した高温場用表面プラズマアクチュエータが記載されている。
また、特許文献2には、複数のプラズマアクチュエータを航空機の翼のコアンダ表面に配置し、コアンダ表面からの境界層流の剥離の開始を遅延又は流れの剥離を促進する流れ制御方法及びシステムが記載されている。
また、特許文献3には、メインウイングとサブウイングとの間隙に設けられたプラズマアクチュエータによりサブウイングからの空気流剥離を行う車両用整流装置が記載されている。
また、特許文献4には、プラズマ生成領域へのガスの流入又は流出を促進させるため、分解対象のガスが一方向に流れるダクト内の細管の内壁にプラズマアクチュエータを設けたガス分解装置及びガス分解方法が記載されている。
また、特許文献5には、プラズマアクチュエータの両電極間に印加するパルス電圧を、零ボルトを中心とした基準パルスに対して、全体の電圧を+側、及び−側にオフセットする電圧制御手段を備え、電圧制御手段でオフセット電圧を+側と−側のいずれかに切り換え制御することにより、誘起流の方向を切り換えることが記載されている。
特開2008−270110号公報 特開2008−290710号公報 特開2010−158977号公報 特開2012−102693号公報 特開2011−238385号公報
ところで、船舶のディーゼルエンジン等の舶用エンジンの排気系などにおいて、組み込まれている機器の性能と機器の内部圧力損失の両立に関わる以下の技術的課題が生じている。
1.排ガス系に排熱を回収する排ガスエコノマイザを組み込む際には、熱交換器内部に必要な伝熱面積を確保すること、および排ガスの発生源である舶用エンジンの燃費を維持するために排ガス側内部圧力損失を抑えること、を両立させる目的で熱交換器における流路断面積を主管より拡大させることが有用である。しかし、それに伴い断面方向に不均一な速度分布や温度分布が生じるため、内部流れの整流化に必要な区間を増設するかこれらの分布を考慮して排ガスエコノマイザの設計を検討する必要がある。
2.舶用エンジン用の脱硝SCRやメタンスリップ酸化処理装置(以下、触媒処理装置という)などにおいて、対象となる排ガス内の特定成分(例:脱硝SCRでは窒素酸化物、メタンスリップ酸化処理装置では未燃焼メタン)の除去率の目標値を達成すること、および排ガスの発生源である内燃機関の燃費を維持する目的で目標脱硝率と許容値以下の内部圧力損失の双方を達成すること、を両立させるためには触媒処理装置における流路断面積を主管より拡大させて必要量の触媒を配置させることが有用である。しかし、それに伴い触媒入口における断面方向の不均一な速度分布や温度分布、および流体の各成分の不均一な分布が生じて触媒内の脱硝反応が断面方向に不均一に進行する。加えて構造上触媒の孔内のレイノルズ数は触媒外のレイノルズ数より大幅に低下するため、触媒反応に要する孔内の乱れが不活発になっている。
3.同じく舶用エンジン用の脱硝SCRの上流側において脱硝反応に必要な尿素を排ガス内に添加する際に、流路断面方向の尿素濃度を均一にするために一定長さの配管かスタティックミキサーを設ける必要があるが、いずれの場合でも一定量の内部圧力損失を伴う。
そこで本発明は、プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、すなわち表面にプラズマアクチュエータを敷設した整流板を機器内部に組み込むことで、例えば、船舶のディーゼルエンジン等の排気系などの流体が流れる流路に組み込まれた機器に起因する、流路断面方向の物理量(流速など)の不均一な分布及び化学反応に関連する量的パラメータ(温度や流体成分の濃度など)の不均一な分布を、直接的もしくは間接的に抑制、均等化させる、プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、触媒処理装置、及び熱交換装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の本発明に対応したプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置においては、加圧手段により加圧された流体の流れる外郭を有した流路と、流路に設けた整流対象物と、高電圧電極、誘電体及びアース電極から成るプラズマアクチュエータと、プラズマアクチュエータに電源からの高電圧を印加する制御を行う制御手段とを備え、複数のプラズマアクチュエータを流路の内面及び/又は流路内に設けた整流板の表面に流体の流れ方向に沿って配置するとともに制御手段が流体を所定の方向に加速するように高電圧の印加を制御したことを特徴とする。
請求項1に記載の本発明によれば、整流対象物内の流体を所定の方向に加速させることで、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布が不均一となるのを抑制し、均等化することができる。また、複数のプラズマアクチュエータを設けることにより、単数の場合と比べてイオン風を多く発生させることができ、一部が故障しても他のプラズマアクチュエータで補うことができる。
請求項2記載の本発明は、アース電極を外郭又は整流板で兼ねて構成したことを特徴とする。
請求項2に記載の本発明によれば、アース電極を、外郭又は整流板と電気的、又は構造的に一体化することで、電極への配線や電極の構造を簡略化することができる。また、プラズマアクチュエータのアースを外郭又は整流板と共通にすることができるので、安全性が向上する。
請求項3記載の本発明は、アース電極を外郭又は整流板に接地したことを特徴とする。
請求項3に記載の本発明によれば、プラズマアクチュエータのアースを外郭又は整流板と共通にすることでプラズマアクチュエータのアース電極を外郭又は整流板と電気的に共通にすることができるので、安全性が向上する。
請求項4記載の本発明は、誘電体をアース電極よりも流体の流れ方向と直交する方向に張り出して設けたことを特徴とする。
請求項4に記載の本発明によれば、発生させるイオン風の流れを一方向にすることができる。
請求項5記載の本発明は、複数の高電圧電極を共通の電極板で構成したことを特徴とする。
請求項5に記載の本発明によれば、高電圧電極同士が電気的に接続されるので、電源からの配線を個別に行う必要がなく簡略化できる。
請求項6記載の本発明は、高電圧電極を絶縁体で覆ったことを特徴とする。
請求項6に記載の本発明によれば、高電圧電極が絶縁体で保護されるので、高電圧電極の安全性が確保できるとともに、腐食や欠損を防止することができる。
請求項7記載の本発明は、高電圧電極、誘電体、及びアース電極をそれぞれ可撓性材料で構成したことを特徴とする。
請求項7に記載の本発明によれば、プラズマアクチュエータを湾曲させることができるので、流路や整流対象物の形状に合わせてプラズマアクチュエータを配置しやすくなり、イオン風の流れを所定の方向に導きやすくなる。
請求項8記載の本発明は、整流板の両面に複数のプラズマアクチュエータをそれぞれ設けたことを特徴とする。
請求項8に記載の本発明によれば、片面だけにプラズマアクチュエータを設ける場合よりも多くのイオン風を発生させることができるので、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布の不均一をさらに抑制し、均等化することができる。
請求項9記載の本発明は、複数のプラズマアクチュエータを流路の拡大、縮小、曲がりを含む流れの変化部に設けたことを特徴とする。
請求項9に記載の本発明によれば、流れが澱みやすい箇所の整流又は撹拌を行うことができ、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布の不均一をさらに抑制し、均等化することができる。
請求項10記載の本発明は、整流対象物の上流側と下流側に複数のプラズマアクチュエータをそれぞれ設けたことを特徴とする。
請求項10に記載の本発明によれば、上流側の流体を整流対象物に押し込むことができ、また、下流側の流体を整流対象物から引き出すことができるので、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布の不均一をさらに抑制し、均等化することができる。
請求項11記載の本発明は、流体の流れの流速を検出する流速検出手段をさらに備え、制御手段が流速検出手段の信号に基づいてプラズマアクチュエータの高電圧の印加を制御したことを特徴とする。
請求項11に記載の本発明によれば、実際の流速に基づいて、プラズマアクチュエータを制御することができるので、整流装置が組み込まれた機器の運転状況や整流装置内の速度分布に応じてイオン風を発生させることができる。
請求項12記載の本発明は、流体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、制御手段が温度検出手段の信号に基づいてプラズマアクチュエータの高電圧の印加を制御したことを特徴とする。
請求項12に記載の本発明によれば、実際の温度に基づいて、プラズマアクチュエータを制御することができるので、整流装置が組み込まれた機器の運転状況や整流装置内の温度分布に応じてイオン風を発生させることができる。
請求項13記載の本発明は、制御手段が加圧手段の運転状況に応じてプラズマアクチュエータの高電圧の印加を制御したことを特徴とする。
請求項13に記載の本発明によれば、加圧手段の起動、停止を含めた流体に対する加圧状況に応じてイオン風を発生させることができる。
請求項14記載の本発明は、制御手段が高電圧の印加をプラズマアクチュエータごとにオン、オフ制御したことを特徴とする。
請求項14に記載の本発明によれば、複数のプラズマアクチュエータの一部のみを作動させることができるので、必要な場所にだけイオン風を発生させることができる。
請求項15記載の本発明に対応した触媒処理装置においては、整流対象物を触媒ユニットとし、プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置を備えたことを特徴とする。
請求項15に記載の本発明によれば、触媒ごとの処理のばらつきを抑制することができ、触媒処理装置の処理能力の向上や耐久時間の延長が図れる。
請求項16記載の本発明に対応した熱交換装置においては、整流対象物を熱交換器とし、プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置を備えたことを特徴とする。
請求項16に記載の本発明によれば、熱交換器の速度分布や温度分布を均等化することができ、熱交換効率が向上する。
本発明のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置によれば、整流対象物内の流体を所定の方向に加速させることで、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布が不均一となるのを抑制し、均等化することができる。また、複数のプラズマアクチュエータを設けることにより、単数の場合と比べてイオン風を多く発生させることができ、一部が故障しても他のプラズマアクチュエータで補うことができる。
また、アース電極を外郭又は整流板で兼ねて構成した場合には、アース電極を、外郭又は整流板と電気的、又は構造的に一体化することで、電極への配線や電極の構造を簡略化することができる。また、プラズマアクチュエータのアースを外郭又は整流板と共通にすることができるので、安全性が向上する。
また、アース電極を外郭又は整流板に接地した場合には、プラズマアクチュエータのアースを外郭又は整流板と電気的に共通にすることができるので、安全性が向上する。
また、誘電体をアース電極よりも流体の流れ方向と直交する方向に張り出して設けた場合には、発生させるイオン風の流れを一方向にすることができる。
また、複数の高電圧電極を共通の電極板で構成した場合には、高電圧電極同士が電気的に接続されるので、電源からの配線を個別に行う必要がなく簡略化できる。
また、高電圧電極を絶縁体で覆った場合には、高電圧電極が絶縁体で保護されるので、高電圧電極の安全性が確保できるとともに、腐食や欠損を防止することができる。
また、高電圧電極、誘電体、及びアース電極をそれぞれ可撓性材料で構成した場合には、プラズマアクチュエータを湾曲させることができるので、より流路や整流対象物の形状に合わせてプラズマアクチュエータを配置しやすくなり、イオン風の流れを所定の方向に導きやすくなる。
また、整流板の両面に複数のプラズマアクチュエータをそれぞれ設けた場合には、片面だけにプラズマアクチュエータを設ける場合よりも多くのイオン風を発生させることができるので、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布の不均一をさらに抑制し、均等化することができる。
また、複数のプラズマアクチュエータを流路の拡大、縮小、曲がりを含む流れの変化部に設けた場合には、流れが澱みやすい箇所の整流又は撹拌を行うことができ、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布の不均一をさらに抑制し、均等化することができる。
また、整流対象物の上流側と下流側に複数のプラズマアクチュエータをそれぞれ設けた場合には、上流側の流体を整流対象物に押し込むことができ、また、下流側の流体を整流対象物から引き出すことができるので、流体の速度分布、温度分布、又は濃度分布の不均一をさらに抑制し、均等化することができる。
また、流体の流れの流速を検出する流速検出手段をさらに備え、制御手段が流速検出手段の信号に基づいてプラズマアクチュエータの高電圧の印加を制御した場合には、実際の流速に基づいて、プラズマアクチュエータを制御することができるので、整流装置が組み込まれた機器の運転状況や整流装置内の速度分布に応じてイオン風を発生させることができる。
また、流体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、制御手段が温度検出手段の信号に基づいてプラズマアクチュエータの高電圧の印加を制御した場合には、実際の温度に基づいて、プラズマアクチュエータを制御することができるので、整流装置が組み込まれた機器の運転状況や整流装置内の温度分布に応じてイオン風を発生させることができる。
また、制御手段が加圧手段の運転状況に応じてプラズマアクチュエータの高電圧の印加を制御した場合には、加圧手段の起動、停止を含めた流体に対する加圧状況に応じてイオン風を発生させることができる。
また、制御手段が高電圧の印加をプラズマアクチュエータごとにオン、オフ制御した場合には、複数のプラズマアクチュエータの一部のみを作動させることができるので、必要な場所にだけイオン風を発生させることができる。
本発明の触媒処理装置によれば、触媒ごとの処理のばらつきを抑制することができ、触媒処理装置の処理能力の向上や耐久時間の延長が図れる。
本発明の熱交換装置によれば、熱交換器の速度分布や温度分布を均等化することができ、熱交換効率が向上する。
本発明の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 本発明の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 本発明の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図 本発明の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の一部を示す図 本発明の他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の一部を示す図 本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の一部を示す図 本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図 従来の誘電体(絶縁体)のバリア放電の説明図 従来の平板型プラズマアクチュエータの説明図 従来の円環型プラズマアクチュエータの説明図
以下に、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置、触媒処理装置、及び熱交換装置について説明する。
図1は本発明の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図である。また、図2は平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。
本実施形態において、熱交換装置1は整流装置10を備えており、整流装置10は、エンジンや送風手段などの加圧手段(図示なし)により加圧された排ガス11の流れる外郭を有した流路12と、流路12に設けた整流対象物20と、平板型プラズマアクチュエータ30Aと、平板型プラズマアクチュエータ30Aに電源からの高電圧を印加する制御を行う制御手段40とを備える。整流対象物20は、熱交換器(フィンチューブ式熱交換器)である。
整流対象物(熱交換器)20が設けられている部分の配管14は、主管13よりも径が大きく、テーパー状の整流対象物入口配管15及び整流対象物出口配管16を介して主管13と接続されている。
配管14の流路断面積を主管13より拡大することによって、熱交換装置1の伝熱面積が確保でき、熱交換装置1内部の排ガス側圧力損失を抑えることができる。しかし、それに伴い断面方向(図1の上下方向)に不均一な速度分布や温度分布が生じる。特に、図1に示すように、配管14の内壁近傍には澱みが生じると予想される。
そこで、整流板17を、整流対象物入口配管15及び整流対象物出口配管16の流路内に配置し、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを整流板17の表面に排ガス11の流れ方向に沿って配置するとともに、制御手段40が排ガス11を所定の方向にイオン風によって加速するように高電圧の印加を制御する。なお、整流板17は、図1に示すように、整流対象物入口配管15及び整流対象物出口配管16のテーパー形状による流路の拡大又は縮小に合わせて所定の角度をもって配置されている。特に、図1における一番上側と、一番下側の整流板17に設けた平板型プラズマアクチュエータ30Aにて、配管14の内壁近傍の澱みの方向に流れを加速することにより、澱みが解消され速度分布の均一化が図れ、また温度分布の均一化に繋げることが可能となる。
このように、整流対象物20内の排ガス11を所定の方向に加速させることで、排ガス11の速度分布及び温度分布が不均一となるのを抑制し、均等化することができる。また、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを設けることにより、単数の場合と比べて同一の所定の方向にイオン風を多く発生させることができ、一部が故障しても他の平板型プラズマアクチュエータ30Aで補うことができる。
また、整流対象物20の入口側の流路急拡大部である整流対象物入口配管15、及び整流対象物20の出口側の流路急縮小部である整流対象物出口配管16に組み込んだ平板型プラズマアクチュエータ30Aに高電圧を印加してイオン風を発生させて排ガス11を加速することにより、入口側においては排ガス11の流れを押し込んで流量分配と整流化を行い、出口側においては排ガス11の流れを引き出して流速分布や温度分布が不均一となるのをさらに抑制し、均等化することができる。
また、制御手段40は、加圧手段の起動、停止を含めた運転状況に応じて平板型プラズマアクチュエータ30Aの高電圧の印加を制御している。例えば、排ガス11に対する加圧手段による加圧が不十分な場合に平板型プラズマアクチュエータ30Aが作動する制御とすることにより、発生させたイオン風によって排ガス11は加速され、加圧手段の加圧不足を補うことができるなど、排ガス11に対する加圧状況に応じてイオン風を発生させることができる。
なお、整流対象物20を熱交換器とした整流装置10は、舶用排ガスエコノマイザ、空冷式熱交換器、復水器、縦置き式ガスタービン用HRSG、蒸発冷却器などのラインに組み込むことができる。
また、整流装置10は、流速計などの流速検出手段50を備えている。配管14の整流対象物入口配管15近傍と整流対象物出口配管16近傍に設けた流速検出手段50は、排ガス11の流速を検出する。制御手段40は流速検出手段50の検出信号を受信し、検出された流速に基づいて平板型プラズマアクチュエータ30Aの高電圧の印加を制御する。このように、実際の流速に基づいて平板型プラズマアクチュエータ30Aの動作を制御することができるので、流速が低い場合にのみ平板型プラズマアクチュエータ30Aを動作させるなど、整流装置10が組み込まれた機器の運転状況や整流装置10内の速度分布に応じてイオン風を発生させることができる。
なお、流速検出手段50は、配管14内の任意の場所や整流対象物入口配管15近傍や整流対象物出口配管16近傍の主管13に設けてもよく、この場合は主管13を流れる排ガス11の流速に基づいて平板型プラズマアクチュエータ30Aの動作を制御することができる。
さらに、整流装置10は、温度計などの温度検出手段60を備えている。配管14の整流対象物入口配管15近傍と整流対象物出口配管16近傍に設けた温度検出手段60は、排ガス11の温度を検出する。制御手段40は温度検出手段60の検出信号を受信し、検出された温度に基づいて平板型プラズマアクチュエータ30Aの高電圧の印加を制御する。このように、実際の温度に基づいて平板型プラズマアクチュエータ30Aの動作を制御することができるので、温度が低い場合にのみ平板型プラズマアクチュエータ30Aを動作させるなど、整流装置10が組み込まれた機器の運転状況や整流装置10内の温度分布に応じてイオン風を発生させることができる。
なお、温度検出手段60は、配管14内の任意の場所や整流対象物入口配管15近傍や整流対象物出口配管16近傍の主管13に設けてもよく、この場合は主管13を流れる排ガス11の温度に基づいて平板型プラズマアクチュエータ30Aの動作を制御することができる。また、排ガス11の澱み易い箇所以外に澱みにくい箇所に設けて、平板型プラズマアクチュエータ30Aの動作を制御することも可能である。
また、制御手段40が複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aに対する高電圧の印加を個別にオン、オフ制御するものとしてもよい。温度、流量、排気圧などをON−OFFの条件として、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aの一部のみを作動させることによって、必要な場所にだけイオン風を発生させることができる。また、例えば複数の整流板17の真ん中の整流板17の平板型プラズマアクチュエータ30Aへの電圧の印加をオフにすることも可能である。
また、整流板17の表面だけでなく裏面にも複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを設けてもよい。両面に複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aをそれぞれ設けることで、イオン風をより多く発生させることができるので、流体の速度分布又は温度分布の不均一がさらに抑制される。
図2に示すように、平板型プラズマアクチュエータ30Aは、高電圧電極31A、誘電体32A、アース電極33Aからなる。高電圧電極31A及びアース電極33Aは矩形である。
本実施形態においては、三つの平板型プラズマアクチュエータ30Aはそれぞれ独立して第1層の整流板17に直接敷設される。具体的には、第1層の整流板17の上に誘電体32Aとアース電極33Aからなる第2層を配置し、第2層の上に誘電体32Aからなる第3層を配置し、第3層の上に高電圧電極31Aからなる第4層をアース電極33Aとずらして配置している。また、電源から高電圧電極31Aへの電線34、及び電源からアース電極33Aへの電線35は、それぞれの電極ごとに個別に配線している。
この平板型プラズマアクチュエータ30Aに、制御手段40により電源からの高電圧を印加することで高電圧電極31A側にイオン風を発生させることができる。
また、誘電体32Aをアース電極33Aよりも排ガス11の流れ方向と直交する方向に張り出して設けることで、発生させるイオン風の流れを所定の一方向にすることができる。
ここで、図2のように、整流板17の表面に敷設した複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを作動させるために電線34、35を電極ごとに個別に配線する構成では、配線作業が煩雑であり、また、電線34、35が長くなるために断線のおそれがある。そこで、平板型プラズマアクチュエータ30Aはシート化して配線を簡略化することが好ましい。
以下にシート化した平板型プラズマアクチュエータ30Aを説明する。
図3は、本発明の他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第2層は、共通の電極板に所定の間隔をもって配置した三つのアース電極部33Aa、33Ab、33Ac及びこれらの電極部を接続するアース電極接続部33Adを形成したアース電極33Aと、アース電極33Aに対応する形状の誘電体32Aとで構成された矩形のシートからなる。第3層は、誘電体32Aからなるシートであり、第2層とほぼ同じ長さである。第4層は、共通の電極板に所定の間隔をもって配置した三つの高電圧電極部31Aa、31Ab、31Ac及びこれらの電極部を接続する高電圧電極接続部31Adを形成した高電圧電極31Aと、高電圧電極31Aに対応する形状の誘電体32Aとで構成された矩形のシートからなる。なお、高電圧電極31Aの高電圧電極部31Aa、31Ab、31Acは、アース電極33Aのアース電極部33Aa、33Ab、33Acとずらして形成しており、アース電極部33Aa、33Abに対応する第4層の部分には穴31Ae、31Afを設け、アース電極部33Acに対応する部分には第4層を配置していない。また、電線34は高電圧電極部31Acに接続し、電線35はアース電極部33Acに接続している。
このように、高電圧電極31Aを共通の電極板で構成してシート化することにより、高電圧電極31A同士が電気的に接続されるので、高電圧電極31Aへの電線34の接続は一箇所で済み、電源からの配線を簡略化することができる。また、アース電極33Aを共通の電極板で構成してシート化することにより、アース電極33A同士が電気的に接続されるので、アース電極33Aへの電線35の接続は一箇所で済み、電源からの配線を更に簡略化することができる。
また、アース電極部33Aa、33Ab、及び高電圧電極部31Ab、31Acにおいて、誘電体32Aをアース電極部33Aa、33Ab、及び高電圧電極部31Ab、31Acよりも横方向に張り出して設けている。これは、アース電極部33Aa、33Ab、及び高電圧電極部31Ab、31Acの端部においても、イオン風の発生効果を維持するためのものであり、平板型プラズマアクチュエータ30Aとして流れの中に置いた場合、発生させるイオン風の流れを所定の一方向にする効果を増すことができる。
また、アース電極33Aを整流板17に導電性を有するように接着させるなどして接地することが好ましい。平板型プラズマアクチュエータ30Aのアースを整流板17と電気的に共通にすることで、平板型プラズマアクチュエータ30Aのアースを別にとるよりも安全性が向上する。なお、アース電極33Aと整流板17を兼ねて、同一の材料で構成することも可能である。また、アース電極33Aを流路12の外郭である配管14の内壁に接地しても良い。
また、高電圧電極31A、誘電体32A、アース電極33Aをそれぞれ可撓性材料で構成した場合には、平板型プラズマアクチュエータ30Aを湾曲させることができるので、流路12や整流対象物20の形状に合わせて平板型プラズマアクチュエータ30Aを配置しやすくなり、イオン風の流れを排ガス11を加速させる方向に導きやすくなる。
図4は、本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第1層は、アース電極33Aを導電性の整流板17で兼ねて構成している。第2層は、シート状に形成した誘電体32Aと、シート状の誘電体32Aの一端及び中位置に所定の間隔をもって配置した三つのアース電極部33Aa、33Ab、33Acとで構成されている。なお、第1層と第2層とは導電性接着剤で接着する。第3層は、誘電体32Aからなる矩形のシートであり、第2層とほぼ同じ長さである。第4層は、共通の電極板に所定の間隔をもって配置した三つの高電圧電極部31Aa、31Ab、31Ac及びこれらの電極部を接続する高電圧電極接続部31Adを形成した高電圧電極31Aと、短手方向に対向する高電圧電極接続部31Adで挟むように配置した二つの誘電体32Aとで構成された矩形のシートからなる。なお、高電圧電極部31Aa、31Ab、31Acは、アース電極部33Aa、33Ab、33Acとずらして形成しており、アース電極部33Aa、33Abに対応する第4層の部分には穴31Ae、31Afを設け、アース電極部33Acに対応する部分には第4層を配置していない。また、電線34は第4層の一端に接続し、電線35は第1層の一端に接続している。
このように、複数の高電圧電極部31Aa、31Ab、31Acを有する高電圧電極31Aを共通の電極板で構成してシート化することにより、高電圧電極31A同士が電気的に接続されるので、高電圧電極31Aへの電線34の接続は一箇所で済み、電源からの配線を簡略化することができる。
また、第1層を、アース電極33Aを整流板17で兼ねた構成とすることにより、配線を簡略化することができるとともに、平板型プラズマアクチュエータ30Aのアースを整流板17と共通にすることができるのでアース電極33Aが簡略化できる。また、平板型プラズマアクチュエータ30Aのアースを別にとるよりも安全性が向上する。なお、アース電極33Aと整流板17を兼ねて、同一の材料で構成することも可能である。また、アース電極33Aを流路12の外郭である配管14の内壁と兼ねた構成としてもよい。
図5は、本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第4層の上に誘電体32Aからなる矩形のシートである第5層を配置している。また、アース電極部33Aa、33Abに対応する第5層の部分には穴32Aa、32Abを設け、アース電極部33Acに対応する部分には第5層を配置していない。
このように、第4層の上に誘電体32Aからなる第5層を設けることにより、高電圧電極31Aを誘電体32Aで覆って保護することができ、高電圧電極31Aの上表面が排気ガス11に晒されることがない。従って、安全性を確保し、高電圧電極31Aの腐食や欠損を防止して寿命を延ばすことができる。
なお、第5層は誘電体32Aの代わりに絶縁体を用いてもよい。
次に、他の実施の形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置を説明する。
図6は本発明の他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、触媒処理装置2は整流装置10を備えており、整流装置10は、送風手段などの加圧手段(図示なし)により加圧された排ガス11の流れる外郭を有した流路12と、流路12に設けた整流対象物20と、平板型プラズマアクチュエータ30Aと、平板型プラズマアクチュエータ30Aに電源からの高電圧を印加する制御を行う制御手段40とを備える。整流対象物20は、触媒が配置された多孔型流路を有する触媒ユニットである。
整流対象物(触媒ユニット)20が設けられている部分の配管14は、主管13よりも径が大きく、テーパー状の整流対象物入口配管15及び整流対象物出口配管16を介して主管13と接続されている。
配管14の流路断面積を主管13より拡大することによって、目標脱硝率に必要な量の触媒を配置させることができるとともに、許容値以下の内部圧力損失を実現することができる。しかし、それに伴い断面方向(図6の上下方向)に不均一な速度分布や温度分布、及び排ガス11の各成分の不均一な分布が生じて、触媒内の脱硝反応が断面方向に不均一に進行する。特に、図6に示すように、整流対象物20近傍の配管14の内壁近傍には澱みが生じると予想される。
そこで、整流板17を、整流対象物入口配管15から整流対象物20入口の近傍までと、整流対象物出口配管16から整流対象物20出口近傍までの流路12内に配置し、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを整流板17の表面に排ガス11の流れ方向に沿って配置するとともに、制御手段40が排ガス11を所定の方向にイオン風によって加速するように高電圧の印加を制御する。特に、澱みを解消するような所定方向に排ガス11を加速することが好ましい。なお、整流板17は、図6に示すように、整流対象物入口配管15及び整流対象物出口配管16のテーパー形状による流路の拡大又は縮小に合わせて所定の角度をもって配置されている。
このように、整流対象物20内の排ガス11を所定の方向に加速させることで、排ガス11が撹拌され、排ガス11の速度分布及び温度分布が不均一となるのを抑制し、触媒反応を均等化することができる。また、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを設けることにより、単数の場合と比べてイオン風を多く発生させることができ、一部が故障しても他の平板型プラズマアクチュエータ30Aで補うことができる。
また、整流対象物20の入口側の流路急拡大部である整流対象物入口配管15、及び整流対象物20の出口側の流路急縮小部である整流対象物出口配管16に組み込んだ平板型プラズマアクチュエータ30Aに高電圧を印加してイオン風を発生させて排ガス11を加速することにより、入口側においては排ガス11を整流対象物20に押し込むことができ、出口側においては整流対象物20から出た排ガス11の流れを引き出すことができるので、澱みを解消して流速分布や温度分布が不均一となるのをさらに抑制し、触媒反応を均等化することができる。従って、触媒ごとの処理のばらつきを抑制することができ、触媒ユニット20の処理能力の向上や耐久時間の延長が図れる。
なお、整流対象物20を触媒ユニットとした整流装置10は、脱硝SCR、メタンスリップ用酸化触媒処理装置などのラインに組み込むことができる。
図7は本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、触媒処理装置2は整流装置10を備えている。整流対象物20は、多孔質のエレメントを有するDPF(Diesel Particulate filter)である。
整流対象物(DPF)20が設けられている部分の配管14は、主管13よりも径が大きい。
配管14の流路断面積を主管13より拡大することによって、目標微粒子除去率に必要な量のエレメントを配置させることができるとともに、許容値以下の内部圧力損失を実現することができる。しかし、それに伴い断面方向に不均一な速度分布や温度分布、及び排ガス11の各成分の不均一な分布が生じて、エレメント内の微粒子捕集が断面方向に不均一に進行する。特に、図7に示すように、配管14の内壁近傍や整流対象物20の下部には澱みが生じると予想される。
そこで、整流板17を、整流対象物20の上流側と下流側の流路内に配置し、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを整流板17の表面に排ガス11の流れ方向に沿って配置するとともに、制御手段40が排ガス11を特に澱みを解消する所定の方向にイオン風によって加速するように高電圧の印加を制御する。なお、図7に示すように、上流側の整流板17のうち、分離した整流対象物20の間に配置された整流板17は、角度をもたせて整流対象物20の入口方向に向けている。また、下流側の整流板17は整流対象物20から出た排ガス11を出口側の主管13に導く向き・配置としている。
このように、整流対象物20の入口側の流路急拡大部、及び整流対象物20の出口側の流路急縮小部に組み込んだ平板型プラズマアクチュエータ30Aに高電圧を印加してイオン風を発生させて排ガス11を所定方向に加速することにより、入口側においては排ガス11を整流対象物20に押し込むことができ、出口側においては整流対象物20から出た排ガス11の流れを引き出す込むことができるので、排ガス11の流れの澱みが解消され、整流対象物20周辺の境界層が撹拌され、流速分布や温度分布が不均一となるのを抑制し、微粒子捕集を均一化することができる。
図8は本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、整流対象物20は、多孔質のエレメントを有するDPF(Diesel Particulate filter)である。
表面に複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aが配置された整流板17、高電圧電極31A、誘電体32A、及びアース電極33Aはそれぞれ可撓性材料で構成されており、図8に示すように、上流側の整流板17のうち、分離した整流対象物20の間に配置された整流板17をU字状に湾曲形成している。また、下流側の整流板17のうち、整流対象物20近傍に配置した整流板17を湾曲形成している。
このように、整流板17と平板型プラズマアクチュエータ30Aに可撓性をもたせて、流路12や整流対象物20の形状に合わせて湾曲配置することで、排ガス11を所定方向に加速させやすくなる。
図9は本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、整流対象物20は、蒸発冷却器の熱交換器(フィンチューブ式熱交換器)である。
整流対象物(熱交換器)20が設けられている部分の配管14はエルボ型であり、主管13よりも径が大きく、テーパー状の整流対象物入口配管15を介して主管13と接続されている。
配管14の流路断面積を主管13より拡大することによって、整流対象物20内部の排ガス側圧力損失を抑えることができる。しかし、それに伴い断面方向に不均一な速度分布や温度分布が生じる。特に、図9に示すように、配管14のエルボ部(流れの変化部)18の内壁近傍は流れが変化するため澱みが生じると予想される。
そこで、整流板17を、整流対象物入口配管15の流路12内と、エルボ部18の流路12内に配置し、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを整流板17の表面に排ガス11の流れ方向に沿って配置する。エルボ部18の整流板17及び平板型プラズマアクチュエータ30Aは可撓性材料で構成されており、エルボ部18の形状に沿うように湾曲配置している。
この構成により、整流対象物20の入口側の流路急拡大部である整流対象物入口配管15、及び流れの変化部であるエルボ部18に組み込んだ平板型プラズマアクチュエータ30Aに高電圧を印加してイオン風を発生させて排ガス11を加速し押し込むことができる。従って、排ガス11の流れを押し込んで流量分配と整流化を行い、澱みを解消することにより流速分布や温度分布が均等化され、熱交換装置1の熱交換効率が向上する。
図10は本発明の更に他の実施形態による平板型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、整流対象物20は、縦置き式ガスタービン用HRSGの熱交換器(フィンチューブ式熱交換器)である。
整流対象物(熱交換器)20が設けられている部分の配管14はエルボ型であり、主管13よりも径が大きく、テーパー状の整流対象物出口配管16を介して主管13と接続されている。
配管14の流路断面積を主管13より拡大することによって、整流対象物20内部の排ガス側圧力損失を抑えることができる。しかし、それに伴い断面方向に不均一な速度分布や温度分布が生じる。特に、図10に示すように、配管14のエルボ部18の内壁近傍は流れが変化するため澱みが生じると予想される。
そこで、整流板17を、熱交換装置出口配管15の流路12内と、エルボ部18の流路12内に配置し、複数の平板型プラズマアクチュエータ30Aを整流板17の表面に排ガス11の流れ方向に沿って配置する。エルボ部18の整流板17及び平板型プラズマアクチュエータ30Aは可撓性材料で構成されており、エルボ部18の形状に沿うように湾曲配置している。
この構成により、整流対象物20の出口側の流路急縮小部である整流対象物出口配管16、及び流れの変化部であるエルボ部18に組み込んだ平板型プラズマアクチュエータ30Aに高電圧を印加してイオン風を発生させて排ガス11を加速し吸い込むことができる。従って、排ガス11の流れを吸い込んで流量分配と整流化を行い、澱みが解消されて流速分布や温度分布が均等化され、熱交換装置1の熱交換効率が向上する。
次に、円環型プラズマアクチュエータについて説明する。
図11は、本発明の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
円環型プラズマアクチュエータ30Bは、高電圧電極31B、誘電体32B、アース電極33Bからなる。高電圧電極31B及びアース電極33Bは円形である。
本実施形態においては、三つの円環型プラズマアクチュエータ30Bはそれぞれ独立して整流板17に直接敷設される。具体的には、第1層の整流板17の上に誘電体32Bとアース電極33Bからなる第2層を配置し、第2層の上に誘電体32Bからなる第3層を配置し、第3層の上に高電圧電極31Bからなる第4層をアース電極33Bとずらして配置している。また、電源から高電圧電極31Bへの電線34、及び電源からアース電極33Bへの電線35は、それぞれの電極ごとに個別に配線している。
この円環型プラズマアクチュエータ30Bに、制御手段40により電源からの高電圧を印加することで高電圧電極31B側にイオン風を上向きに発生させることができる。
ここで、図11のように、整流板17の表面に敷設した複数の円環型プラズマアクチュエータ30Bを作動させるために電線34、35を電極ごとに個別に配線する構成では、配線作業が煩雑であり、また、電線34、35が長くなるために断線のおそれがある。そこで、円環型プラズマアクチュエータ30Bはシート化して配線を簡略化することが好ましい。
以下にシート化した円環型プラズマアクチュエータ30Bを説明する。
図12は、本発明の他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第2層は、シート状に形成した誘電体32Bと、シート状の誘電体32Bに所定の間隔をもって配置した三つのアース電極部33Ba、33Bb、33Bc及びこれらの電極部を接続するアース電極接続部33Bdとで構成されている。第3層は、誘電体32Bからなる矩形のシートであり、第2層とほぼ同じ長さである。第4層は、共通の電極板に所定の間隔をもって配置した三つの高電圧電極部31Ba、31Bb、31Bc及びこれらの電極部を接続する高電圧電極接続部31Bdを形成した高電圧電極31Bと、高電圧電極31Bに対応する形状の誘電体32Bとで構成された矩形のシートからなる。なお、高電圧電極部31Ba、31Bb、31Bcは、アース電極部33Ba、33Bb、33Bcとずらして形成しており、アース電極部33Ba、33Bb、33Bcに対応する第4層の部分には穴31Be、31Bf、31Bgを設けている。また、電線34は第4層の一端に設けた高電圧電極電線受部31Bhに接続し、電線35は第1層の一端に設けたアース電極電線受部33Beに接続している。
このように、高電圧電極31Bを共通の電極板で構成してシート化することにより、高電圧電極31B同士が電気的に接続されるので、高電圧電極31Bへの電線34の接続は一箇所で済み、電源からの配線を簡略化することができる。また、アース電極33Bを共通の電極板で構成してシート化することにより、アース電極33B同士が電気的に接続されるので、アース電極33Bへの電線35の接続は一箇所で済み、電源からの配線を更に簡略化することができる。
また、アース電極33Bを整流板17に導電性を有するように接着させるなどして接地することが好ましい。円環型プラズマアクチュエータ30Bのアースを整流板17と電気的に共通にすることで、円環型プラズマアクチュエータ30Bのアースを別にとるよりも安全性が向上する。なお、アース電極33Bと整流板17を兼ねて、同一の材料で構成することも可能である。また、アース電極33Bを流路12の外郭に接地しても良い。
また、高電圧電極31B、誘電体32B、アース電極33Bをそれぞれ可撓性材料で構成した場合には、円環型プラズマアクチュエータ30Bを湾曲させることができるので、流路12や整流対象物20の形状に合わせて円環型プラズマアクチュエータ30Bを配置しやすくなり、イオン風の流れを排ガス11等の流体を加速させる方向に導きやすくなる。
図13は、本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第1層は、アース電極33Bを導電性の整流板17で兼ねて構成している。第2層は、シート状に形成した誘電体32Bと、シート状の誘電体32Bに所定の間隔をもって配置した三つのアース電極部33Ba、33Bb、33Bcとで構成されている。なお、第1層と第2層は導電性接着剤で接着している。第3層は、誘電体32Bからなる矩形のシートであり、第2層とほぼ同じ長さである。第4層は、共通の電極板に三つの高電圧電極部31Ba、31Bb、31Bc及びこれらの電極部を接続する高電圧電極接続部31Bdを形成した高電圧電極31Bと、高電圧電極31Bに対応する形状の誘電体32Bとで構成された矩形のシートからなる。なお、高電圧電極部31Ba、31Bb、31Bcは、アース電極部33Ba、33Bb、33Bcとずらして形成しており、アース電極部33Ba、33Bb、33Bcに対応する第4層の部分には穴31Be、31Bf、31Bgを設けている。また、電線34は第4層の一端に設けた高電圧電極電線受部31Bhに接続し、電線35は第1層の一端に接続している。
このように、複数の高電圧電極部31Ba、31Bb、31Bcを有する高電圧電極31Bを共通の電極板で構成してシート化することにより、高電圧電極31B同士が電気的に接続されるので、高電圧電極31Bへの電線34の配線の一箇所で済み、電源からの配線を簡略化することができる。
また、第1層を、アース電極33Bを整流板17で兼ねた構成とすることにより、配線を簡略化することができるとともに、円環型プラズマアクチュエータ30Bのアースを整流板17と共通にすることができるのでアース電極33Bが簡略化できる。また、円環型プラズマアクチュエータ30Bのアースを別にとるよりも安全性が向上する。なお、アース電極33Bと整流板17を兼ねて、同一の材料で構成することも可能である。また、アース電極33Bを流路12の外郭と兼ねた構成としてもよい。
図14は、本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータと整流板の構成図であり、(a)は各層の上面図、(b)は積層状態の断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、第4層の上に誘電体32Bからなる矩形のシートである第5層を配置している。また、アース電極部33Ba、33Bb、33Bcに対応する第5層の部分には穴32Ba、32Bb、32Bcを設けている。
このように、第4層の上に誘電体32Bからなる第5層を設けることにより、高電圧電極31Bを誘電体32Bで覆って保護することができ、高電圧電極31Bの上表面が排気ガス11などの流体に晒されることがない。従って、安全性を確保し、高電圧電極31Bの腐食や欠損を防止して寿命を延ばすことができる。
なお、第5層は誘電体32Bの代わりに絶縁体を用いてもよい。
次に、更に他の実施形態によるプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置として、円環型プラズマアクチュエータ30Bを用いた流れの整流装置を説明する。
図15は本発明の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の一部を示す図であり、(a)はシェル側面図、(b)はシェル断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、整流対象物20は、気液二相流又は固気二相流などの流体11が流れる熱交換器(シェルアンドチューブ式熱交換器)である。
整流対象物(熱交換器)20内では、図15(a)に示すように、シェル14Aの内壁近傍と、邪魔板(支持板)21の内壁近傍に澱みが生じると予想される。
そこで、図11(b)に示すように、整流板17を、チューブ22を囲むようにシェル14Aの内壁に沿って筒状に配置し、複数の円環型プラズマアクチュエータ30Bを整流板17の表面に流体11の流れ方向に沿って配置するとともに、制御手段40が流体11を所定の方向にイオン風によって加速するように高電圧の印加を制御する。なお、高電圧電極31B、誘電体32B、アース電極33Bは可撓性材料で構成している。
この構成により、澱みが解消され、整流対象物20周辺の流体11の境界層が撹拌され、流体11の流量分配と整流化を行い、流速分布や温度分布を均等化し、熱交換装置1の熱交換効率を向上させることができる。
図16は本発明の他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整
流装置の一部を示す図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、整流対象物20は、流体11が流れる熱交換器(プレートフィン式熱交換器)である。
整流対象物(熱交換器)20内では、伝熱板プレート19の表面近傍に澱みが生じると予想される。
そこで、伝熱板プレート19の表面に、円環型プラズマアクチュエータ30B付整流板17を設置する。
この構成により、整流対象物20の入口側の流体11を出口方向に押し込み、出口側の流体11を引き出すことができる。従って、澱みが解消され、整流対象物20周辺の流体11の境界層が撹拌され、流体11の流量分配と整流化を行い、流速分布や温度分布を均等化し、熱交換装置1の熱交換効率を向上させることができる。
また、この場合は、伝熱板プレート19本体とアースを共通にすることが可能である。
図17は本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の一部を示す図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、整流対象物20は、熱交換器(タンクコイル式熱交換器又はタンクジャケット式熱交換器)である。図17(a)は、タンク14Bとチューブコイル19Aを有するタンクコイル式熱交換器の断面図、図17(b)はタンク14Bとジャケット19Bを有するタンクジャケット式熱交換器の断面図である。
整流対象物(熱交換器)20内では、タンク14Bの内壁近傍に澱みが生じると予想される。
そこで、整流板17を、タンク14Bの内壁面に配置し、複数の円環型プラズマアクチュエータ30Bを整流板17の表面に流体11の流れ方向に沿って配置する。
この構成により、澱みが解消され、整流対象物20内の流体11の境界層が撹拌され、熱交換装置1の熱交換効率を向上させることができる。
なお、アース電極33Bをタンク14Bの壁面で兼ねて構成し、円環型プラズマアクチュエータ30Bのアースをタンク14Bと共通にしてもよい。
図18は本発明の更に他の実施形態による円環型プラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置の構成図であり、(a)は側面図、(b)は断面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、触媒処理装置2は整流装置10を備えており、整流装置10は、送風手段などの加圧手段により加圧された排ガス11の流れる外郭を有した流路12と、流路12に設けた整流対象物20と、円環型プラズマアクチュエータ30Bと、円環型プラズマアクチュエータ30Bに電源からの高電圧を印加する制御を行う制御手段40とを備える。整流対象物20は、尿素などの添加物Xを添加物供給用ノズル70を介して排ガス11中に供給する触媒ユニットである。
整流板17を、添加物供給用ノズル70近傍の配管14の流路12内に筒状に配置し、複数の円環型プラズマアクチュエータ30Bを整流板17の表面に排ガス11の流れ方向に沿って配置する。なお、高電圧電極31B、誘電体32B、アース電極33Bは可撓性材料で構成している。
この構成により、発生したイオン風によって排ガス11と添加物Xが撹拌され、流量分配が行われ、触媒反応が不均一となるのを抑制し均等化する機能を発揮することができる。
本発明は、特に船舶のディーゼルエンジンの排気系などの流体が流れる流路に組み込まれた機器に適用でき、流路断面方向の物理量の不均一な分布及び化学反応に関連する量的パラメータの不均一な分布を、直接的もしくは間接的に抑制、均等化させることができる。
1 熱交換装置
2 触媒処理装置
10 整流装置
11 流体(排ガス)
12 流路
13 主管
14 配管
14A シェル
14B タンク
15 整流対象物入口配管
16 整流対象物出口配管
17 整流板
20 整流対象物
30A 平板型プラズマアクチュエータ
30B 円環型プラズマアクチュエータ
31A、31B 高電圧電極
32A、32B 誘電体
33A、33B アース電極
40 制御手段

Claims (16)

  1. 加圧手段により加圧された流体の流れる外郭を有した流路と、前記流路に設けた整流対象物と、高電圧電極、誘電体及びアース電極から成るプラズマアクチュエータと、前記プラズマアクチュエータに電源からの高電圧を印加する制御を行う制御手段とを備え、複数の前記プラズマアクチュエータを前記流路の内面及び/又は前記流路内に設けた整流板の表面に前記流体の流れ方向に沿って配置するとともに前記制御手段が前記流体を所定の方向に加速するように前記高電圧の印加を制御したことを特徴とするプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  2. 前記アース電極を前記外郭又は前記整流板で兼ねて構成したことを特徴とする請求項1に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  3. 前記アース電極を前記外郭又は前記整流板に接地したことを特徴とする請求項1に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  4. 前記誘電体を前記アース電極よりも前記流体の流れ方向と直交する方向に張り出して設けたことを特徴とする請求項1から請求項3のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  5. 複数の前記高電圧電極を共通の電極板で構成したことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  6. 前記高電圧電極を絶縁体で覆ったことを特徴とする請求項1から請求項5のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  7. 前記高電圧電極、前記誘電体、及び前記アース電極をそれぞれ可撓性材料で構成したことを特徴とする請求項1から請求項6のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  8. 前記整流板の両面に複数の前記プラズマアクチュエータをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項1から請求項7のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  9. 複数の前記プラズマアクチュエータを前記流路の拡大、縮小、曲がりを含む流れの変化部に設けたことを特徴とする請求項1から請求項8のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  10. 前記整流対象物の上流側と下流側に複数の前記プラズマアクチュエータをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項1から請求項9のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  11. 前記流体の流れの流速を検出する流速検出手段をさらに備え、前記制御手段が前記流速検出手段の信号に基づいて前記プラズマアクチュエータの前記高電圧の印加を制御したことを特徴とする請求項1から請求項10のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  12. 前記流体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御手段が前記温度検出手段の信号に基づいて前記プラズマアクチュエータの前記高電圧の印加を制御したことを特徴とする請求項1から請求項10のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  13. 前記制御手段が前記加圧手段の運転状況に応じて前記プラズマアクチュエータの前記高電圧の印加を制御したことを特徴とする請求項1から請求項12のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  14. 前記制御手段が前記高電圧の印加を前記プラズマアクチュエータごとにオン、オフ制御したことを特徴とする請求項1から請求項13のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置。
  15. 前記整流対象物を触媒ユニットとし、請求項1から請求項14のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置を備えたことを特徴とする触媒処理装置。
  16. 前記整流対象物を熱交換器とし、請求項1から請求項14のうちの1項に記載のプラズマアクチュエータを用いた流れの整流装置を備えたことを特徴とする熱交換装置。
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