JP2018202297A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、船舶用、発電用、一般産業用エンジン等のディーゼルエンジンにおけるコロナ放電を利用した排気ガスの電気式処理技術に係り、特に重油を燃料として使用する高い温度の排気ガスを排出するディーゼルエンジンの排ガス処理用電気集塵装置の放電電極に関する。
各種船舶や発電機並びに大型建機、さらには各種自動車等の動力源としてディーゼルエンジンが広範囲に採用されているが、このディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるPMは、周知の通り大気汚染をきたすのみならず、人体に極めて有害な物質であるため、その排気ガスの浄化は極めて重要である。このため、ディーゼルエンジンの燃焼方式の改善や各種排気ガスフィルタの採用、コロナ放電を利用して電気的に処理する方法等、既に数多くの提案がなされ、その一部は実用に供されている。
コロナ放電を利用して、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるPMを電気的に処理する技術としては、例えば特許文献1、2に記載された装置が本出願人により提案されている。
特許文献1に記載されている、重油以下の低質燃料を使用するディーゼルエンジン排ガス処理装置は、図14にその構成例を示すように大きく分けてPM粒子を捕集するために設ける電気集塵部101とサイクロン方式の分別捕集手段102とから構成され、電気集塵部101は管状捕集部101−1の集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管101−1、小径捕集管111−1A−1、中径捕集管111−1B−1、及び主捕集管101−1と共通の大径捕集管111−1C−1と、排ガス中に含まれるPMに帯電させる放電電極101−2を備えた小径捕集部111−1A、中径捕集部111−1B、大径捕集部111−1Cよりなる3段の捕集モジュールよりなっている。集塵電極を構成する主捕集管101−1には、上流側の端部に排ガス導入管部101−1aを有し、下流側の端部の軸心付近にPMの低濃度排ガス導出管103を、下流側の端部の内周面付近にPMの高濃度排ガス導出部101−1bをそれぞれ連設している。
特許文献1に記載されている、重油以下の低質燃料を使用するディーゼルエンジン排ガス処理装置は、図14にその構成例を示すように大きく分けてPM粒子を捕集するために設ける電気集塵部101とサイクロン方式の分別捕集手段102とから構成され、電気集塵部101は管状捕集部101−1の集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管101−1、小径捕集管111−1A−1、中径捕集管111−1B−1、及び主捕集管101−1と共通の大径捕集管111−1C−1と、排ガス中に含まれるPMに帯電させる放電電極101−2を備えた小径捕集部111−1A、中径捕集部111−1B、大径捕集部111−1Cよりなる3段の捕集モジュールよりなっている。集塵電極を構成する主捕集管101−1には、上流側の端部に排ガス導入管部101−1aを有し、下流側の端部の軸心付近にPMの低濃度排ガス導出管103を、下流側の端部の内周面付近にPMの高濃度排ガス導出部101−1bをそれぞれ連設している。
又、前記排ガスの流れ方向における電気集塵部101の下流側と上流側間に設けられたサイクロン方式の分別捕集手段102は、分別手段としてのサイクロン捕集部102−1と、該サイクロン捕集部102−1からの還流配管102−2とで構成されている。このサイクロン捕集部102−1は、電気集塵部101の主捕集管101−1の下流側の内周面付近に設けた高濃度排ガス導出部101−1bに連通管105−1及び高濃度排ガス配管105−2を介して接続された1台の接線式サイクロン102−1aで構成され、さらに該接線式サイクロン102−1aと、電気集塵部101の主捕集管101−1の上流側の排ガス導入管101−1aとの間に、接線式サイクロン102−1a通過後の浄化ガスを排ガス導入管101−1a内を流れる排ガスに合流させるための還流配管102−2及び連通管105−3を配設している。ブロアー107は前記連通管105−1と接線式サイクロン102−1a間の高濃度排ガス配管105−2に設け、排ガス流に対して運動エネルギーを付与して昇圧・増速させて排ガス導入管101−1aに確実に圧送・還流させるために設けている。前記低濃度排ガス導出管103には、接線式サイクロン102−1aへの高濃度排ガス流入量及び流入速度と低濃度排ガス放出量の流量調整を行うためのダンパー108を設けている。
上記ディーゼルエンジン排ガス処理装置の各捕集モジュール内に設置される各電極の形態としては、例えば前記図14に示す一本の共通の電極棒101−2aに放射状に突設する電極針101−2bで構成された放電電極、図15(A)に示す一本の共通の電極棒101−2aに突設するほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状の放電板101−2cで構成された放電電極、図15(B)に示す一本の共通の電極棒101−2aに突設する、鋸刃状の放電板部(山部)101−2eが基板部101−2fと一体に設けられた鋸刃状放電電極板101−2dで構成された放電電極等各種あるが、いずれも電極(電極針101−2b、鋸刃状放電電極板101−2d等)の軸方向間隔が一定に設けられている。
又、特許文献2に記載されたディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置は、図16にその構成例を示すように、主捕集管201内に配置する管状捕集モジュールを管状捕集部の上流側より小径捕集部201−1、中径捕集部201−2、大径捕集部201−3の3段式となした多段型集塵壁構造のディーゼルエンジン排ガス処理装置において、小径捕集部201−1を除く中径捕集部201−2及び大径捕集部201−3に、それぞれ前記と同様の短尺の放電電極針あるいは低高さ鋸刃状放電電極板とで構成された放電電極201−2A−1、201−3A−1を配置して構成し、中径捕集部201−2の中径捕集管201−2A内に配置される放電電極201−2A−1は、主電極(電極棒)202の外周に周方向及び管軸方向に放射状に配置した放電電極針201−2A−1cを有する放電電極支持筒201−2A−1dとからなり、該放電電極支持筒201−2A−1dは複数のステー201−2A−1eを介して主電極202と同心に取着して構成され、大径捕集部201−3の主捕集管201と共通の大径捕集管201−3A内に配置される放電電極201−3A−1は、前記中径捕集管201−2A内に配置された放電電極201−2A−1の放電電極支持筒201−2A−1dと同様に、主電極(電極棒)202の外周に周方向及び管軸方向に放射状に配置した放電電極針201−3A−1cを有する放電電極支持筒201−3A−1dとからなり、該放電電極支持筒201−3A−1dも複数のステー201−3A−1eを介して主電極202と同心に取着して構成されている。なお、小径捕集部201−1の小径捕集管201−1A内に配置される放電電極201−1A−1は、主電極202の外周に放射状に配置した短尺の放電電極針201−1A−1cが設けられて構成されている。
しかしながら、前記した従来のディーゼルエンジン排ガス浄化装置(多段式)における前記放電電極101−2、201−1A−1、201−2A−1、201−3A−1、電極棒101−2aに直接突設する鋸刃状の放電板101−2cもしくは鋸刃状の放電板部(山部)101−2eが基板部101−2fと一体に設けられた鋸刃状放電電極板101−2dには、以下に記載する問題点がある。
即ち、例えば図14に示す放電電極針の場合、一本の共通の電極棒101−2aに放射状に突設する電極針101−2bで構成された放電電極、図15(A)に示す一本の共通の主電極(電極棒)101−2aに突設するほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状の放電板101−2cで構成された放電電極、図15(B)に示す一本の共通の主電極(電極棒)101−2aに突設する、鋸刃状の放電板部(山部)101−2eが基板部101−2fと一体に設けられた鋸刃状放電電極板101−2dで構成された放電電極は、各々排気ガスの流れ方向に対し配設される間隔が一定(等間隔)であることから、各捕集モジュールの放電電極先端の電界は排気ガスの流れ方向に対しほぼ一定であり、PMの捕集状況も排気ガスの流れ方向に対しほとんど変化することがないが、捕集率を維持するための高い印加電圧を確保するには大電流を必要とし電力消費が著しい。又、図14、図15(A)及び図15(B)に示す主電極の外周に取着された円筒状の放電電極支持筒201−2A−1d、201−3A−1dの外周に放電電極針201−2A−1cあるいは低高さ鋸刃状放電電極板101−2dを所定の密度に設定して放射状に配置しても、各々の排気ガスの流れ方向に対し配設される間隔は前記と同様に一定であることから、この場合も各捕集モジュールの放電電極針あるいは低高さ鋸刃状放電電極板先端の電界は排気ガスの流れ方向に対しほぼ一定であり、PMの捕集状況も排気ガスの流れ方向に対しほとんど変化することがないが、捕集率を維持するための高い印加電圧を確保するには大電流を必要とし電力消費が著しい。従って、両技術共に各捕集モジュールの全長にわたり捕集率を維持するための高い印加電圧を確保するには大電流を必要とし電力消費が著しいという問題があった。
即ち、例えば図14に示す放電電極針の場合、一本の共通の電極棒101−2aに放射状に突設する電極針101−2bで構成された放電電極、図15(A)に示す一本の共通の主電極(電極棒)101−2aに突設するほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状の放電板101−2cで構成された放電電極、図15(B)に示す一本の共通の主電極(電極棒)101−2aに突設する、鋸刃状の放電板部(山部)101−2eが基板部101−2fと一体に設けられた鋸刃状放電電極板101−2dで構成された放電電極は、各々排気ガスの流れ方向に対し配設される間隔が一定(等間隔)であることから、各捕集モジュールの放電電極先端の電界は排気ガスの流れ方向に対しほぼ一定であり、PMの捕集状況も排気ガスの流れ方向に対しほとんど変化することがないが、捕集率を維持するための高い印加電圧を確保するには大電流を必要とし電力消費が著しい。又、図14、図15(A)及び図15(B)に示す主電極の外周に取着された円筒状の放電電極支持筒201−2A−1d、201−3A−1dの外周に放電電極針201−2A−1cあるいは低高さ鋸刃状放電電極板101−2dを所定の密度に設定して放射状に配置しても、各々の排気ガスの流れ方向に対し配設される間隔は前記と同様に一定であることから、この場合も各捕集モジュールの放電電極針あるいは低高さ鋸刃状放電電極板先端の電界は排気ガスの流れ方向に対しほぼ一定であり、PMの捕集状況も排気ガスの流れ方向に対しほとんど変化することがないが、捕集率を維持するための高い印加電圧を確保するには大電流を必要とし電力消費が著しい。従って、両技術共に各捕集モジュールの全長にわたり捕集率を維持するための高い印加電圧を確保するには大電流を必要とし電力消費が著しいという問題があった。
本発明は、前記した従来のディーゼルエンジン排ガス浄化装置(多段式)の放電電極の問題点を解決するためになされたもので、該放電電極の軸方向間隔(排気ガスの流れ方向の間隔)を各管状捕集モジュールの上流側と下流側とで変化させることにより、PMへの初期帯電、PMの剥離、剥離後の再帯電、再剥離後の再々帯電との繰り返し等が容易に行われてPMの捕集を確実にすると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能なディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極を提供しようとするものである。
本発明者等は、PMの捕集を確実にすると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能な舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理用電気集塵装置の放電電極を見出すための予備解析と予備実験を行った。この予備解析と予備実験では、舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理用電気集塵装置の放電電極の形態の相違に伴う各種放電特性を比較し消費電力の傾向を調べた。以下に、その予備解析と予備実験について説明する。
[I]予備解析
(1)電極の形態:全長475mm、捕集管(イ)とのギャップ51mm(一定)。
(1)電極形態1(図1(a)、(b)):電極棒(ハ)の全長にわたり高さ87mmのほぼ二等辺三角形を呈する放電板(ロ)を突設した鋸刃状電極(25mmピッチで1列当たり20枚、放射状に12列配置)。
(2)電極形態2(図2(a)、(b)):電極筒(ニ)の全長にわたり高さ23mmのほぼ二等辺三角形を呈する放電板(ホ)を突設した鋸刃状電極(25mmピッチで1列当たり20枚、放射状に12列配置)。
(3)電極形態3(図3(a)、(b)):電極筒(ニ)の上流側に長さ約125mmにわたり高さ23mmのほぼ二等辺三角形を呈する放電板(ホ)からなる鋸刃状電極(25mmピッチで1列当たり5枚)を、同下流側に長さ350mmにわたり同一高さ(23mm)の平板状放電板(ヘ)からなる平板状電極(放射状に12枚列配置)を、それぞれ突設した放電電極。
(2)電界の分布と電界強度の傾向(理論解析):
(1)電界の分布と電界強度の傾向のイメージ(図4に示す)。
(2)結果:
(a)電極形態1より電極形態2の方が捕集壁面での平均電界は強くなる。
(b)電極形態3は捕集壁面での平均電界が電極形態2よりさらに強くなる。
(C)電極形態3は平板状部分の存在により放電電流を抑制できるが、平板状部分でもコロナ放電は発生し、PMの再帯電、再剥離、再付着、再々帯電に伴うジャンピング現象は発生する。
(d)電極先端での電界強度……電極形態1>電極形態2>電極形態3
(e)捕集壁面での平均電界強度……電極形態3>電極形態2>電極形態1
[II]予備実験
(1)印加電圧と放電電流(常温、大気圧での実験)
(1)電極形態の相違による、コロナ放電開始及びスパーク発生電圧、放電電圧及び所要電流(消費電力)の傾向を調査した結果を図5に示す。
(2)結果:
(a)いずれの電極形態であっても印加電圧が10kV付近よりコロナ放電が始まる。
(b)いずれの電極形態であっても印加電圧が40kV付近でスパークが発生した。
(C)電極形態1及び電極形態2の電流/電圧の特性はほぼ同様な傾向を示している。
(d)なお、PMの捕集率が高くスパーク発生の危険性の低い放電電圧は37kV程度である。
(e)電極形態3は、電極形態1及び電極形態2と比較し、より少ない電流でPM捕集に有効な高い放電電圧を確保でき、消費電力が少なく省エネルギー性に優れている。
[I]予備解析
(1)電極の形態:全長475mm、捕集管(イ)とのギャップ51mm(一定)。
(1)電極形態1(図1(a)、(b)):電極棒(ハ)の全長にわたり高さ87mmのほぼ二等辺三角形を呈する放電板(ロ)を突設した鋸刃状電極(25mmピッチで1列当たり20枚、放射状に12列配置)。
(2)電極形態2(図2(a)、(b)):電極筒(ニ)の全長にわたり高さ23mmのほぼ二等辺三角形を呈する放電板(ホ)を突設した鋸刃状電極(25mmピッチで1列当たり20枚、放射状に12列配置)。
(3)電極形態3(図3(a)、(b)):電極筒(ニ)の上流側に長さ約125mmにわたり高さ23mmのほぼ二等辺三角形を呈する放電板(ホ)からなる鋸刃状電極(25mmピッチで1列当たり5枚)を、同下流側に長さ350mmにわたり同一高さ(23mm)の平板状放電板(ヘ)からなる平板状電極(放射状に12枚列配置)を、それぞれ突設した放電電極。
(2)電界の分布と電界強度の傾向(理論解析):
(1)電界の分布と電界強度の傾向のイメージ(図4に示す)。
(2)結果:
(a)電極形態1より電極形態2の方が捕集壁面での平均電界は強くなる。
(b)電極形態3は捕集壁面での平均電界が電極形態2よりさらに強くなる。
(C)電極形態3は平板状部分の存在により放電電流を抑制できるが、平板状部分でもコロナ放電は発生し、PMの再帯電、再剥離、再付着、再々帯電に伴うジャンピング現象は発生する。
(d)電極先端での電界強度……電極形態1>電極形態2>電極形態3
(e)捕集壁面での平均電界強度……電極形態3>電極形態2>電極形態1
[II]予備実験
(1)印加電圧と放電電流(常温、大気圧での実験)
(1)電極形態の相違による、コロナ放電開始及びスパーク発生電圧、放電電圧及び所要電流(消費電力)の傾向を調査した結果を図5に示す。
(2)結果:
(a)いずれの電極形態であっても印加電圧が10kV付近よりコロナ放電が始まる。
(b)いずれの電極形態であっても印加電圧が40kV付近でスパークが発生した。
(C)電極形態1及び電極形態2の電流/電圧の特性はほぼ同様な傾向を示している。
(d)なお、PMの捕集率が高くスパーク発生の危険性の低い放電電圧は37kV程度である。
(e)電極形態3は、電極形態1及び電極形態2と比較し、より少ない電流でPM捕集に有効な高い放電電圧を確保でき、消費電力が少なく省エネルギー性に優れている。
本発明に係るディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極は、上記予備解析及び予備実験の結果に基づいて見出されたもので、その要旨は、主捕集管内に管状捕集モジュールを管軸方向に複数配設した多段型集塵壁構造の電気集塵部からなるディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記各管状捕集モジュールの電極の軸方向間隔(排気ガスの流れ方向の間隔)を前記各管状捕集モジュールの上流側で広く下流側で狭く配設して、各管状捕集モジュールの上流側は弱平均電界電極部とし、同下流側は強平均電界電極部とすることを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極である。
又、本発明のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極は、主捕集管内に管状捕集モジュールを管軸方向に複数配設した多段型集塵壁構造の電気集塵部からなるディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記各管状捕集モジュールの上流側で前記放電電極の軸方向間隔(排気ガスの流れ方向の間隔)を広く配設し、前記各管状捕集モジュールの下流側に平板状放電電極を配設して、各管状捕集モジュールの上流側は弱平均電界電極部とし、同下流側は強平均電界電極部とすることを特徴とするものである。
又、本発明のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極は、主捕集管内に管状捕集モジュールを管軸方向に複数配設した多段型集塵壁構造の電気集塵部からなるディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記各管状捕集モジュールの上流側で前記放電電極の軸方向間隔(排気ガスの流れ方向の間隔)を広く配設し、前記各管状捕集モジュールの下流側に平板状放電電極を配設して、各管状捕集モジュールの上流側は弱平均電界電極部とし、同下流側は強平均電界電極部とすることを特徴とするものである。
より具体的には、重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向大径に突出する前記放電電極とによって構成された電気集塵手段を備え、前記放電電極及び前記集塵電極である単一径で所定長さの主捕集管よりなる管状捕集部に、軸方向に短寸で径の異なる管状捕集モジュールを複数段に配置したディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記複数段に配置した前記管状捕集モジュールの少なくとも一つの管状捕集モジュールの放電電極は前記主電極の外周表面に周方向に直接又は間接に所望の間隔を隔てて径方向大径で管軸方向に配置された、低高さ放電電極針、低高さ鋸刃状の放電板、低高さ鋸刃状の放電板部(山部)を有する鋸刃状放電電極板あるいは低高さ環状放電電極のいずれか一つもしくはそれらの組み合わせであって、該放電電極の径方向外周端部の管軸方向の配設間隔を広く配設することにより該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の弱い弱平均電界電極部を排気ガス流の上流側に、前記放電電極の配設間隔を狭く配置することにより該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の強い強平均電界電極部を排気ガスの流れ方向下流側に配設して構成されたことを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極である。
又、本発明は、重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向大径に突出する前記放電電極とによって構成された電気集塵手段を備え、前記放電電極及び集塵電極よりなり単一径で所定長さの主捕集管よりなる管状捕集部に、軸方向に短寸で径の異なる管状捕集モジュールを複数段に配置したディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記複数段に配置した前記管状捕集モジュールの少なくとも一つの管状捕集モジュールの放電電極は前記主電極の外周表面に周方向に直接又は間接に所望の間隔を隔てて径方向大径で管軸方向に配置された、低高さ放電電極針、低高さ鋸刃状の放電板、低高さ鋸刃状の放電板部を有する鋸刃状放電電極板あるいは低高さ環状放電電極のいずれか一つもしくはそれらの組み合わせであって、該放電電極の径方向外周端部の管軸方向の配設間隔を広く配設することにより該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の弱い弱平均電界電極部を排気ガス流の上流側に配設し、前記主電極の外周表面に周方向に直接又は間接に径方向大径で管軸方向に配置された平板状の放電電極であって該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の強い強平均電界電極部を排気ガスの流れ方向下流側に配設して構成したことを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極である。
さらに、本発明の前記放電電極は、一つの管状捕集モジュール部に弱平均電界電極部と強平均電界電極部が少なくとも一組配設されて構成されていることを好ましい態様とするものである。
又、前記強平均電界電極部は、平板状基部に短尺で低高さの放電電極針あるいは低高さ鋸刃よりなる管軸方向の配設間隔が密な凹凸部を有する放電板が複数組配設されて構成されていることを好ましい態様とするものである。
さらに又、前記強平均電界電極部は、平板状基部の径方向先端の断面形状がI字状の平板形、あるいは周方向へ指向するJ字状の湾曲部もしくはL字状の屈曲部を有する放電板を複数組配設して構成されていることを好ましい態様とするものである。
又、前記強平均電界電極部は、平板状基部に短尺で低高さの放電電極針あるいは低高さ鋸刃よりなる管軸方向の配設間隔が密な凹凸部を有する放電板が複数組配設されて構成されていることを好ましい態様とするものである。
さらに又、前記強平均電界電極部は、平板状基部の径方向先端の断面形状がI字状の平板形、あるいは周方向へ指向するJ字状の湾曲部もしくはL字状の屈曲部を有する放電板を複数組配設して構成されていることを好ましい態様とするものである。
本発明のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極によれば、以下に記載する優れた効果を奏する。
(1).管状捕集モジュール内の排気ガスの上流側において各々の放電電極は径方向外周端部の管軸方向の配設間隔を広く配設して、該放電電極先端と集塵電極間を弱平均電界電極部としたことにより、放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生してPM表面にコロナ電子が付着し帯電したPMは大きなクーロン力を得ることとなって捕集面への大きな付着力を獲得して確実に集塵電極の捕集面に移動し付着して堆積することができ、捕集面に移動し付着・堆積したPMはコロナ電子が捕集面にリークすることによって捕集面への付着力(クーロン力)を失って剥離し、排気ガスによって下流側に流されることとなり、又、排気ガスの下流側においては各電極が管軸方向に所望の狭い間隔で密集又は間隔なく配置されて、放電電極先端と集塵電極間を強平均電界電極部としたことにより、上流側の弱平均電界電極部より弱いコロナ放電であって少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電でも捕集面からあまり離れていないPMあるいは堆積により表面積が大きくなっているPMには十分なクーロン力を得ることとなって捕集面への再付着力を獲得し確実に集塵電極の捕集面に移動し再付着して堆積し、その後この再剥離・再付着・再堆積を繰返すジャンピング現象を呈して捕集壁面付近の排気ガス流のPM濃度の濃化を促し高濃度排出部からのPMの分流を確実化させてサイクロン又は衝突式慣性力粒子分離式の捕集部で大径化したPMを確実に捕集後、除去してディーゼルエンジン排ガス処理装置としてPMの捕集を確実化できると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(2).一つの管状捕集モジュール部内における放電電極を、上流側弱平均電界電極部と下流側強平均電界電極部とを一つの組み合わせとして電極の軸方向(排気ガスの流れ方向)に複数組配設すると、例え一組目の弱平均電界電極部と強平均電界電極部の組み合わせ部を通過したPMが排気ガスの渦流化などにより捕集面から剥離した後に大きく離れた場合であっても、二組目以降の上流側弱平均電界電極部と下流側強平均電界電極部により確実にコロナ放電を受けて帯電し大きなクーロン力を得て捕集面に捕集・堆積を繰返させることが可能となりその後ジャンピングさせながら濃縮させてPMを確実に捕集できると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(3).弱平均電界電極部の排気ガス流れ方向最上流の放電電極に低高さの環状放電電極を配設すると、この環状放電電極の先端と捕集壁面間の電界が増大し放電電極先端より起こるコロナ電子の放出量が増加し、さらに周方向に連続しているので周方向のデッドスポットも減少してPMへのクーロン力が強くなり確実に捕集壁面に付着・捕集・堆積し最終的にPMの確実な捕集がはかられると共に放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(4).強平均電界電極部は、フラットな平板状基部に短尺・短寸で低高さの放電電極針あるいは低高さの鋸刃状の放電電極針を管軸方向の配設間隔の密度が高い凹凸部の単独もしくは組合せて一体もしくは別体に形成しておくことにより、エンジンの運転諸条件の変化に適合し易くなり捕集面より剥離したPMに対し確実に帯電させてクーロン力を得させて捕集面に捕集・堆積を繰返させることが可能となり、その後ジャンピングさせながら濃縮させてPMを確実に捕集することができると共に放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(5).強平均電界電極部は、平板状基部の径方向先端の断面形状をI字状の平坦に形成すると放電電極の製造が容易になるのみならず、PMを確実に捕集しながら排気ガスの流過抵抗が少なくなりエネルギーロスが減少することにより燃料消費量が少なくなり燃費が良くなる。又、強平均電界電極部の平板状基部の径方向先端の断面形状を周方向へ指向するJ字状の湾曲部もしくはL字状の屈曲部に形成した場合は、強平均電界電極部への機械振動や熱応力に対する変形剛性が高くなりディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の耐久性確保に有効である。
(1).管状捕集モジュール内の排気ガスの上流側において各々の放電電極は径方向外周端部の管軸方向の配設間隔を広く配設して、該放電電極先端と集塵電極間を弱平均電界電極部としたことにより、放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生してPM表面にコロナ電子が付着し帯電したPMは大きなクーロン力を得ることとなって捕集面への大きな付着力を獲得して確実に集塵電極の捕集面に移動し付着して堆積することができ、捕集面に移動し付着・堆積したPMはコロナ電子が捕集面にリークすることによって捕集面への付着力(クーロン力)を失って剥離し、排気ガスによって下流側に流されることとなり、又、排気ガスの下流側においては各電極が管軸方向に所望の狭い間隔で密集又は間隔なく配置されて、放電電極先端と集塵電極間を強平均電界電極部としたことにより、上流側の弱平均電界電極部より弱いコロナ放電であって少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電でも捕集面からあまり離れていないPMあるいは堆積により表面積が大きくなっているPMには十分なクーロン力を得ることとなって捕集面への再付着力を獲得し確実に集塵電極の捕集面に移動し再付着して堆積し、その後この再剥離・再付着・再堆積を繰返すジャンピング現象を呈して捕集壁面付近の排気ガス流のPM濃度の濃化を促し高濃度排出部からのPMの分流を確実化させてサイクロン又は衝突式慣性力粒子分離式の捕集部で大径化したPMを確実に捕集後、除去してディーゼルエンジン排ガス処理装置としてPMの捕集を確実化できると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(2).一つの管状捕集モジュール部内における放電電極を、上流側弱平均電界電極部と下流側強平均電界電極部とを一つの組み合わせとして電極の軸方向(排気ガスの流れ方向)に複数組配設すると、例え一組目の弱平均電界電極部と強平均電界電極部の組み合わせ部を通過したPMが排気ガスの渦流化などにより捕集面から剥離した後に大きく離れた場合であっても、二組目以降の上流側弱平均電界電極部と下流側強平均電界電極部により確実にコロナ放電を受けて帯電し大きなクーロン力を得て捕集面に捕集・堆積を繰返させることが可能となりその後ジャンピングさせながら濃縮させてPMを確実に捕集できると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(3).弱平均電界電極部の排気ガス流れ方向最上流の放電電極に低高さの環状放電電極を配設すると、この環状放電電極の先端と捕集壁面間の電界が増大し放電電極先端より起こるコロナ電子の放出量が増加し、さらに周方向に連続しているので周方向のデッドスポットも減少してPMへのクーロン力が強くなり確実に捕集壁面に付着・捕集・堆積し最終的にPMの確実な捕集がはかられると共に放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(4).強平均電界電極部は、フラットな平板状基部に短尺・短寸で低高さの放電電極針あるいは低高さの鋸刃状の放電電極針を管軸方向の配設間隔の密度が高い凹凸部の単独もしくは組合せて一体もしくは別体に形成しておくことにより、エンジンの運転諸条件の変化に適合し易くなり捕集面より剥離したPMに対し確実に帯電させてクーロン力を得させて捕集面に捕集・堆積を繰返させることが可能となり、その後ジャンピングさせながら濃縮させてPMを確実に捕集することができると共に放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となる。
(5).強平均電界電極部は、平板状基部の径方向先端の断面形状をI字状の平坦に形成すると放電電極の製造が容易になるのみならず、PMを確実に捕集しながら排気ガスの流過抵抗が少なくなりエネルギーロスが減少することにより燃料消費量が少なくなり燃費が良くなる。又、強平均電界電極部の平板状基部の径方向先端の断面形状を周方向へ指向するJ字状の湾曲部もしくはL字状の屈曲部に形成した場合は、強平均電界電極部への機械振動や熱応力に対する変形剛性が高くなりディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の耐久性確保に有効である。
図6に示す第1実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置は、管状捕集モジュールを多段式となしてPMを濃縮し、サイクロン(図示せず)を使用してPMを捕集する方式に適用したもので、ここでは管状捕集モジュールを管状捕集部11−1の上流側より小径捕集部11−1A、中径捕集部11−1B、大径捕集部11−1Cの3段式のディーゼルエンジン排ガス処理装置に適用した放電電極を例示したもので、電気集塵部1は、管状捕集部11−1の集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管1−1、小径捕集管11−1A−1、中径捕集管11−1B−1と、排ガス中に含まれるPMに帯電させる放電電極11−1A−2、11−1B−2、11−1C−2とからなり、各放電電極はそれぞれ排気ガスの上流側に弱平均電界電極部(捕集電極)11−1A−2W、11−1B−2W、11−1C−2Wを、下流側に強平均電界電極部(捕集電極)11−1A−2P、11−1B−2P、11−1C−2Pを備えた3段の捕集モジュールよりなる。
即ち、最上流側の第1段目の小径の管状捕集モジュールは、集塵電極である小径捕集管11−1A−1をステー(図示せず)で主捕集管1−1に導電状態で固定してその内部に小径捕集管11−1A−1との間に放電間隔を保持して電極棒(主電極)1−2aの外表面に排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くコロナ放電が良好に発生するが放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い短寸で針状の電極針11−1A−2wを複数放射状に配設して弱平均電界電極部11−1A−2Wとし、排気ガス下流側には軸方向に所望の狭い間隔で各電極先端での最大電界は弱平均電界電極部11−1A−2Wよりは低くなり電界も弱くなるが該弱平均電界電極部より弱いコロナ放電であって少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電でも捕集面からあまり離れていないPMあるいは堆積により表面積が大きくなっているPMには十分なクーロン力を得ることとなって捕集面への再付着力を獲得し確実に集塵電極の捕集面に移動し再付着して堆積し、その後この再剥離・再付着・再堆積を繰返すジャンピング現象を呈する放電電極先端の電界は弱いが放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の強い短寸で針状の電極針11−1A−2pを複数密集させて周方向に放射状に配設して強平均電界電極部11−1A−2Pとし、前記弱平均電界電極部11−1A−2Wと強平均電界電極部11−1A−2Pとで小径捕集部11−1Aとする。
次いで第2段目の中径の管状捕集モジュールは、集塵電極である中径捕集管11−1B−1を同じくステー(図示せず)で主捕集管1−1に固定してその内部に中径捕集管11−1B−1との間に放電間隔を保持して電極棒1−2aの外表面にステー11−1B−2sで導電状態で固定されている電極筒11−1B−2tに排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生するが放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い短寸で針状の電極針11−1B−2wを複数放射状に配設して弱平均電界電極部11−1B−2Wとし、排気ガス下流側の電極筒11−1B−2tには放電極先端の電界は弱いが放電極先端から集塵電極までの平均電界強度の強い平板11−1B−2pを軸方向でかつ周方向に複数放射状に配設して強平均電界電極部11−1B−2Pとし、前記弱平均電界電極部11−1B−2Wと強平均電界電極部11−1B−2Pとで中径捕集部11−1Bとする。
さらに最下流側の第3段目の最大径の管状捕集モジュールは、集塵電極である主捕集管1−1と共通の大径捕集管11−1C−1の内部に、該大径捕集管11−1C−1との間に放電間隔を保持して電極棒1−2aの外表面にステー11−1C−2sで導電状態で固定されている電極筒11−1C−2tに排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生するが、放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い高さの低いほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状電極針の電極針11−1C−2wを周方向に複数放射状に配設して弱平均電界電極部11−1C−2Wとし、排気ガス下流側の電極筒11−1C−2tには放電極先端の電界は弱いが放電極先端から集塵電極までの平均電界強度の強い平板11−1C−2pを軸方向でかつ周方向に複数放射状に配設して強平均電界電極部11−1C−2Pとし、前記弱平均電界電極部11−1C−2Wと強平均電界電極部11−1C−2Pとで大径捕集部11−1Cとする。このような構成により、PMの捕集を確実化すると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となった。
図7に示す第2実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置は、前記図6に示す第1実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置と同様の、管状捕集モジュールを多段式となしてPMを濃縮し、サイクロン(図示せず)を使用してPMを捕集する方式において、管状捕集モジュールを管状捕集部21−1の上流側より小径捕集部21−1A、中径捕集部21−1B、大径捕集部21−1Cの3段式のディーゼルエンジン排ガス処理装置に適用した放電電極を例示したもので、電気集塵部2は、管状捕集部21−1の集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管2−1、小径捕集管21−1A−1、中径捕集管21−1B−1と、排ガス中に含まれるPMに帯電させる放電電極21−1A−2、21−1B−2、21−1C−2とからなり、各放電電極はそれぞれ排気ガスの上流側に弱平均電界電極部(捕集電極)21−1A−2W、21−1B−2W、21−1C−2Wを、下流側に強平均電界電極部(捕集電極)21−1A−2P、21−1B−2P、21−1C−2Pを備えた3段の捕集モジュールよりなる。
即ち、図7に示す第2実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の最上流側の第1段目の小径の管状捕集モジュールは、集塵電極である小径捕集管21−1A−1をステー21−1A−1sで主捕集管2−1に導電状態で固定してその内部に小径捕集管21−1A−1との間に放電間隔を保持して電極棒(主電極)2−2aの外表面に、排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くコロナ放電が良好に発生するが放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い短寸で針状の電極針21−1A−2wを周方向に複数放射状に配設して弱平均電界電極部21−1A−2Wとし、排気ガス下流側には軸方向に所望の狭い間隔で各電極先端での最大電界は弱平均電界電極部21−1A−2Wよりは低くなり電界も弱くなるが該弱平均電界電極部より弱いコロナ放電であって少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電でも捕集面からあまり離れていないPMあるいは堆積により表面積が大きくなっているPMには十分なクーロン力を得ることとなって捕集面への再付着力を獲得し確実に集塵電極の捕集面に移動し再付着して堆積し、その後この再剥離・再付着・再堆積を繰返すジャンピング現象を呈する放電電極先端の電界は弱いが放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の強い針状の電極針21−1A−2pを複数密集させて放射状に配設して強平均電界電極部21−1A−2Pとし、前記弱平均電界電極部21−1A−2Wと強平均電界電極部21−1A−2Pとで小径捕集部21−1Aとする。
次いで第2段目の中径の管状捕集モジュールは、集塵電極である中径捕集管21−1B−1を同じくステー21−1B−1sで主捕集管2−1に導電状態で固定してその内部に中径捕集管21−1B−1との間に放電間隔を保持して電極棒2−2aの外表面にステー21−1B−2sで導電状態で固定されている電極筒21−1B−2tに、排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生するが放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い高さの異なる針状の電極針21−1B−2wを複数放射状に配設して弱平均電界電極部21−1B−2Wとし、排気ガス下流側の電極筒21−1B−2tには放電極先端の電界は弱いが放電極先端から集塵電極までの平均電界強度の強い短寸針状電極針21−1B−2mを径方向先端で軸方向に複数密集させた平板21−1B−2Mを軸方向でかつ周方向に複数放射状に配設して強平均電界電極部21−1B−2Pとし、前記弱平均電界電極部21−1B−2Wと強平均電界電極部21−1B−2Pとで中径捕集部21−1Bとする。
さらに最下流側の第3段目の最大径の管状捕集モジュールは、集塵電極である主捕集管2−1と共通の大径捕集管21−1C−1の内部に、該大径捕集管21−1C−1との間に放電間隔を保持して電極棒2−2aの外表面にステー21−1C−2sで導電状態で固定されている電極筒21−1C−2tに排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生するが、放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い高さの異なる略二等辺三角形を呈する低高鋸刃状電極針の電極針21−1C−2wを軸方向でかつ順次高さが高くなるよう放射状に複数配設して弱平均電界電極部21−1C−2Wとし、排気ガス下流側の電極筒21−1C−2tには放電極先端の電界は弱いが放電極先端から集塵電極までの平均電界強度の強い短寸針状電極針21−1C−2mを径方向先端で軸方向に複数密集させた平板21−1C−2Mを軸方向でかつ周方向に複数放射状に配設して強平均電界電極部21−1C−2Pとし、前記弱平均電界電極部21−1C−2Wと強平均電界電極部21−1C−2Pとで大径捕集部21−1Cとする。このような構成により、この第2実施例においてもPMの捕集を確実化すると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となった。
図8に示す第3実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置は、前記図6、図7に示すディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置と同様の、管状捕集モジュールを多段式となしてPMを濃縮し、サイクロン(図示せず)を使用してPMを捕集する方式において、管状捕集モジュールを管状捕集部の上流側より小径捕集部、中径捕集部、大径捕集部の3段式のディーゼルエンジン排ガス処理装置に適用した放電電極を例示したものであるが、ここでは中径捕集モジュール部のみを用いて当該放電電極の構成を説明する。
即ち、図8に示す第3実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の第2段目の中径捕集部31−1Bは、集塵電極である中径捕集管31−1B−1をステー31−1B−1sで主捕集管3−1に固定してその内部に中径捕集管31−1B−1との間に放電間隔を保持して電極棒3−2aの外表面にステー31−1B−2sで導電状態で固定されている電極筒31−1B−2tに、排気ガス流の上流側には当該電極筒先端部に配設した環状のコーンエッジリング31−1B−2cと、軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生するが放電電極先端での電界は強いが該放電電極先端から集塵電極迄の平均電界強度の弱い針状の電極針31−1B−2wを複数放射状に配設した弱平均電界電極部31−1B−2Wと、該弱平均電界電極部の下流側に放電極先端の電界は弱いが放電極先端から集塵電極までの平均電界強度の強い短寸針状電極針31−1B−2mを径方向先端で軸方向に複数密集させた平板31−1B−2Mを軸方向でかつ周方向に複数放射状に配設した強平均電界電極部31−1B−2Pの組合わせを軸方向に3段連続させて配設することにより、軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生する短寸で針状の電極針等を周方向に複数放射状に配設した弱平均電界電極部31−1B−2Wが3組、軸方向に所望の狭い間隔で各電極先端での最大電界が弱平均電界電極部より低く電界も弱いが弱平均電界電極部より弱いコロナ放電による少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電でも捕集面からあまり離れていないPMあるいは堆積により表面積が大きいPMには十分なクーロン力を得て捕集面への再付着力を獲得し確実に捕集面に移動し再付着し堆積してその後この再剥離・再付着・再堆積を繰返すジャンピング現象を呈する短寸で針状の電極針等を複数密集させて放射状に配設した強平均電界電極部31−1B−2Pを3組各々交互に配置した構成となしたものである。
ここで、排気ガス流の上流側1段目の弱平均電界電極部31−1B−2Wと強平均電界電極部31−1B−2Pの組は、電極筒31−1B−2tの排気ガス最上流側端末部に好ましくはリーク孔31−1B−2crを有する環状のコーンエッジリング31−1B−2cを、その後流側に軸方向間隔を広く保持して電極針31−1B−2wを複数設けた弱平均電界電極部31−1B−2Wと、略全長にわたって極短寸の電極針31−1B−2m又は極めて高さの低い鋸刃状電極(図示せず)を多数、軸方向間隔を狭く密集させて溶接・ろう付け等により別体又は一体に設けた低高さ平板31−1B−2Mを電極筒31−1B−2tの外周面に軸方向でかつ放射状に複数配設した強平均電界電極部31−1B−2Pより構成されている。又、2段目と3段目の弱平均電界電極部31−1B−2Wと強平均電界電極部31−1B−2Pの組も、それぞれ排気ガス流上流側に軸方向間隔を広く保持して設けた複数組の電極針31−1B−2wから成る弱平均電界電極部31−1B−2Wと、略全長にわたって極短寸の電極針又は鋸刃状電極を多数、軸方向間隔を狭く密集させて溶接・ろう付け等により設けた低高さ平板31−1B−2Mを軸方向に所望長さの物を放射状に複数配置した前記と同様の強平均電界電極部31−1B−2Pよりなる。
このように3段の組合わせにより構成することにより、弱平均電界電極部31−1B−2W通過時に強い電界のコロナ放電による大きなクーロン力による捕集壁面への確実な付着と強平均電界電極部31−1B−2P通過時の弱い電界のコロナ放電による少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電での剥離・堆積の繰り返しを、この中径捕集モジュール部通過中のPMに対し少なくとも三度繰り返すこととなり、放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することを可能としながら最終的にPMの捕集を確実化することができる。
なお、弱平均電界電極部31−1B−2Wと強平均電界電極部31−1B−2Pの周方向の配設位置は、特に限定するものではなく、周方向に同位相で軸方向に連続して設けてもよく位相をずらせて千鳥配置に設けてもよく、又、各段を構成する電極の周方向の配設位置も周方向に同位相で軸方向に連続して設けてもよく位相をずらせて千鳥配置に設けてもよい。
図9に示す第4実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置は、前記図8に示すディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置と同様の、管状捕集モジュールを多段式となしてPMを濃縮し、サイクロン(図示せず)を使用してPMを捕集する方式において、管状捕集モジュールを管状捕集部の上流側より小径捕集部、中径捕集部、大径捕集部の3段式のディーゼルエンジン排ガス処理装置に適用した放電電極を例示したものであるが、本実施例も前記図8に示す第3実施例の管状捕集モジュールと同様の中径捕集モジュール部のみを用いて当該放電電極の構成を説明する。
即ち、図9に示す第4実施例のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の第2段目の中径捕集部41−1Bは、集塵電極である中径捕集管41−1B−1をステー41−1B−1sで主捕集管4−1に導電状態で固定してその内部に中径捕集管41−1B−1との間に放電間隔を保持して電極棒4−2aの外表面にステー41−1B−2sで導電状態で固定されている電極筒41−1B−2tに、排気ガス流の上流側には軸方向に所望の広い間隔に設けた弱平均電界電極部41−1B−2Wと、該弱平均電界電極部の下流側に間隔を設けないフラットな強平均電界電極部41−1B−2Pの組合わせを軸方向に3段連続させて配設することにより、軸方向に所望の広い間隔で各放電電極先端での最大電界が強くなりコロナ放電が良好に発生する短寸の鋸刃状電極針等を複数放射状に配設した前記弱平均電界電極部41−1B−2Wが3組、軸方向に間隔の無いフラットな電極先端での最大電界は前記弱平均電界電極部41−1B−2Wより低く電界も弱いが弱平均電界電極部より弱いコロナ放電による少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電でも捕集面からあまり離れていないPMあるいは堆積により表面積が大きいPMには十分なクーロン力を得て捕集面への再付着力を獲得し確実に捕集面に移動し再付着し堆積してその後この剥離・付着・堆積を繰返すジャンピング現象を呈する高さが低い平板状の電極41−1B−2Mを放射状に配設して強平均電界電極部41−1B−2Pを3組各々交互に配置している。
ここで、1段目の弱平均電界電極部41−1B−2Wと強平均電界電極部41−1B−2Pの組は、排気ガス上流側に略二等辺三角形状の鋸刃状電極41−1B−2wを軸方向の間隔を広く保持して3枚設けた弱平均電界電極部41−1B−2Wと、径方向への凹凸が無く高さの低い平板状の電極41−1B−2Mを軸方向に設けた強平均電界電極部41−1B−2Pよりなるが、2段目及び3段目の弱平均電界電極部41−1B−2Wと強平均電界電極部41−1B−2Pの組も1段目と同一の組合せとしている。
なお、弱平均電界電極部41−1B−2Wと強平均電界電極部41−1B−2Pは、1枚の板素材からレーザーカット等により排気ガス上流側に略二等辺三角形状の鋸刃状電極41−1B−2wを軸方向の間隔を広く保持して弱平均電界電極部41−1B−2Wを成形し、下流側に凹凸の無い同一高さで高さの低い平板状部からなる強平均電界電極部41−1B−2Pを一体に形成している。このような構成により、PMの捕集を確実化すると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となった。
なお、弱平均電界電極部41−1B−2Wと強平均電界電極部41−1B−2Pは、1枚の板素材からレーザーカット等により排気ガス上流側に略二等辺三角形状の鋸刃状電極41−1B−2wを軸方向の間隔を広く保持して弱平均電界電極部41−1B−2Wを成形し、下流側に凹凸の無い同一高さで高さの低い平板状部からなる強平均電界電極部41−1B−2Pを一体に形成している。このような構成により、PMの捕集を確実化すると共に捕集壁での平均電界強度を維持しながら印加電圧を確保しかつ放電電流を低下させて消費電力の削減を実施することが可能となった。
又、強平均電界電極部41−1B−2Pは、平板状基部の径方向先端の断面形状を図10(a)に示すようにI字状の板状電極41−1B−2aに形成すると放電電極の製造が容易であるのみならず、PMを確実に捕集しながら排気ガスの流過抵抗が少なくエネルギーロスが少ないので燃料の消費量が少なくなり燃費を向上できる。さらに、強平均電界電極部41−1B−2Pは、平板状基部の径方向先端の断面形状を図10(b)に示すようにL字状の屈曲部41−1B−2bもしくは図10(c)に示すように周方向へ指向するJ字状の湾曲部41−1B−2cを有する形状に形成することにより変形剛性が高くなり、エンジンや波動による船体の揺れ等による振動に対する当該強平均電界電極部41−1B−2Pの変形抵抗が大きくなりディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の耐久性の確保に有効となる。
このように3段の組合せにより構成することにより、弱平均電界電極部41−1B−2W通過時に強い電界のコロナ放電による大きなクーロン力による捕集壁面への確実な付着と強平均電界電極部41−1B−2P通過時の弱い電界のコロナ放電による少ないコロナ電子のPM表面への付着による少ない帯電で剥離・堆積の繰り返しを、中径捕集モジュール部を通過中のPMに対し少なくとも三度繰り返すこととなり最終的にPMを確実に捕集することができる。
なお、本実施例においても、弱平均電界電極部41−1B−2Wと強平均電界電極部41−1B−2Pの周方向の配設位置は、特に限定するものではなく、周方向に同位相で軸方向に連続して設けてもよく位相をずらせて千鳥配置に設けてもよく、又、各段を構成する電極の周方向の配設位置も周方向に同位相で軸方向に連続して設けてもよく位相をずらせて千鳥配置に設けてもよい。
なお、本実施例においても、弱平均電界電極部41−1B−2Wと強平均電界電極部41−1B−2Pの周方向の配設位置は、特に限定するものではなく、周方向に同位相で軸方向に連続して設けてもよく位相をずらせて千鳥配置に設けてもよく、又、各段を構成する電極の周方向の配設位置も周方向に同位相で軸方向に連続して設けてもよく位相をずらせて千鳥配置に設けてもよい。
舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理効果を確認するため、図11に示すディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置搭載の使用高圧電源装置の消費電力を調べた。図11中、51は電気集塵部、5−1は主捕集管、51−1は管状捕集部、51−1A、51−1B、51−1Nはそれぞれ小径捕集部、中径捕集部、大径捕集部、51−1A−2W、51−1B−2W、51−1N−2Wは弱平均電界電極部、51−1A−2P、51−1B−2P、51−1N−2Pは強平均電界電極部を示す。
本実施例における舶用ディーゼルエンジンの試験条件を表1に、ディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各部の寸法と高圧電源装置より供給される電圧値、電流値をそれぞれ表2に示す。
本実施例における舶用ディーゼルエンジンの試験条件を表1に、ディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各部の寸法と高圧電源装置より供給される電圧値、電流値をそれぞれ表2に示す。
[従来例1、2]
実施例1と同じ表1に示す試験条件の舶用ディーゼルエンジンを使用し、図12、図13に示す従来のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置搭載の使用高圧電源装置の消費電力を調べた。図12、図13中、61−1、71−1は管状捕集部、61−1A、71−1Aは小径捕集部、61−1B、71−1Bは中径捕集部、61−1N、71−1Nは大径捕集部を示す。
本従来例1、2のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各部の寸法と高圧電源装置より供給される電圧値、電流値をそれぞれ表3、表4に示す。
実施例1と同じ表1に示す試験条件の舶用ディーゼルエンジンを使用し、図12、図13に示す従来のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置搭載の使用高圧電源装置の消費電力を調べた。図12、図13中、61−1、71−1は管状捕集部、61−1A、71−1Aは小径捕集部、61−1B、71−1Bは中径捕集部、61−1N、71−1Nは大径捕集部を示す。
本従来例1、2のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各部の寸法と高圧電源装置より供給される電圧値、電流値をそれぞれ表3、表4に示す。
[試験の結果と本発明の優位性]
表2、表3、表4の結果より、一つの管状捕集モジュール部に弱平均電界電極部と強平均電界電極部が少なくとも一組配設されて構成された本発明の放電電極を有するディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の場合、高圧電源装置の設定電圧37kV一定での電流値は18mAであるのに対し、従来例1は40mA、従来例2は38mAであることから、本発明は定電力消費の点から優れることが認められた。
又、スパークについては、従来例の長尺放電極の方が本発明の短尺で低高さの放電極に比べて低い電圧で発生するため、本発明の短尺で低高さの放電極はより高い電圧設定が可能となり、スパークの発生を防止しつつPMを確実に捕集するとの観点からも本発明の方が優れていると言える。
表2、表3、表4の結果より、一つの管状捕集モジュール部に弱平均電界電極部と強平均電界電極部が少なくとも一組配設されて構成された本発明の放電電極を有するディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の場合、高圧電源装置の設定電圧37kV一定での電流値は18mAであるのに対し、従来例1は40mA、従来例2は38mAであることから、本発明は定電力消費の点から優れることが認められた。
又、スパークについては、従来例の長尺放電極の方が本発明の短尺で低高さの放電極に比べて低い電圧で発生するため、本発明の短尺で低高さの放電極はより高い電圧設定が可能となり、スパークの発生を防止しつつPMを確実に捕集するとの観点からも本発明の方が優れていると言える。
1 電気集塵部
1−1 主捕集管
1−2a 電極棒
11−1 管状捕集部
11−1A 小径捕集部
11−1B 中径捕集部
11−1C 大径捕集部
11−1A−1 小径捕集管
11−1B−1 中径捕集管
11−1C−1 大径捕集管
11−1A−2、11−1B−2、11−1C−2 放電電極
11−1A−2W、11−1B−2W、11−1C−2W 弱平均電界電極部
11−1A−2P、11−1B−2P、11−1C−2P 強平均電界電極部
11−1A−2w、11−1B−2w、11−1C−2w、11−1A−2p 電極針
11−1B−2t、11−1C−2t 電極筒
11−1B−2s、11−1C−2s ステー
11−1B−2p、11−1C−2p 平板
2 電気集塵部
2−1 主捕集管、
2−2a 電極棒
21−1 管状捕集部
21−1A 小径捕集部
21−1B 中径捕集部
21−1C 大径捕集部
21−1A−1 小径捕集管
21−1B−1 中径捕集管
21−1C−1 大径捕集管
21−1A−2、21−1B−2、21−1C−2 放電電極
21−1A−2W、21−1B−2W、21−1C−2W 弱平均電界電極部
21−1A−2P、21−1B−2P、21−1C−2P 強平均電界電極部
21−1A−2w、21−1B−2w、21−1C−2w 電極針
21−1B−2t、21−1C−2t 電極筒
21−1B−2s、21−1C−2s ステー
21−1B−2M、21−1C−2M 平板
21−1B−2m、21−1C−2m 短寸針状電極針
3−1 主捕集管、
3−2a 電極棒
31−1 管状捕集部
31−1B 中径捕集部
31−1B−1 中径捕集管
21−1A−1s、21−1B−1s、31−1B−1s、31−1B−2s ステー
31−1B−2t 電極筒
31−1B−2W 弱平均電界電極部
31−1B−2P 強平均電界電極部
31−1B−2w 電極針
31−1B−2M 平板
31−1B−2m 短寸針状電極針
31−1B−2c コーンエッジリング
31−1B−2cr リーク孔
4−1 主捕集管
4−2a 電極棒
41−1 管状捕集部
41−1B 中径捕集部
41−1B−1 中径捕集管
41−1B−1s、41−1B−2s ステー
41−1B−2t 電極筒
41−1B−2W 弱平均電界電極部
41−1B−2P 強平均電界電極部
41−1B−2w 電極針
41−1B−2M 平板
41−1B−2a I字状の板状電極
41−1B−2b L字状の屈曲部
41−1B−2c J字状の湾曲部
5−1、6−1、7−1 主捕集管
51 電気集塵部
51−1、61−1、71−1 管状捕集部
51−1A、61−1A、71−1A 小径捕集部
51−1B、61−1B、71−1B 中径捕集部
51−1N、61−1N、71−1N 大径捕集部
51−1A−2W、51−1B−2W、51−1N−2W 弱平均電界電極部
51−1A−2P、51−1B−2P、51−1N−2P 強平均電界電極部
イ 捕集管
ロ、ホ、ヘ 放電板電極
ハ 電極棒
ニ 電極筒
1−1 主捕集管
1−2a 電極棒
11−1 管状捕集部
11−1A 小径捕集部
11−1B 中径捕集部
11−1C 大径捕集部
11−1A−1 小径捕集管
11−1B−1 中径捕集管
11−1C−1 大径捕集管
11−1A−2、11−1B−2、11−1C−2 放電電極
11−1A−2W、11−1B−2W、11−1C−2W 弱平均電界電極部
11−1A−2P、11−1B−2P、11−1C−2P 強平均電界電極部
11−1A−2w、11−1B−2w、11−1C−2w、11−1A−2p 電極針
11−1B−2t、11−1C−2t 電極筒
11−1B−2s、11−1C−2s ステー
11−1B−2p、11−1C−2p 平板
2 電気集塵部
2−1 主捕集管、
2−2a 電極棒
21−1 管状捕集部
21−1A 小径捕集部
21−1B 中径捕集部
21−1C 大径捕集部
21−1A−1 小径捕集管
21−1B−1 中径捕集管
21−1C−1 大径捕集管
21−1A−2、21−1B−2、21−1C−2 放電電極
21−1A−2W、21−1B−2W、21−1C−2W 弱平均電界電極部
21−1A−2P、21−1B−2P、21−1C−2P 強平均電界電極部
21−1A−2w、21−1B−2w、21−1C−2w 電極針
21−1B−2t、21−1C−2t 電極筒
21−1B−2s、21−1C−2s ステー
21−1B−2M、21−1C−2M 平板
21−1B−2m、21−1C−2m 短寸針状電極針
3−1 主捕集管、
3−2a 電極棒
31−1 管状捕集部
31−1B 中径捕集部
31−1B−1 中径捕集管
21−1A−1s、21−1B−1s、31−1B−1s、31−1B−2s ステー
31−1B−2t 電極筒
31−1B−2W 弱平均電界電極部
31−1B−2P 強平均電界電極部
31−1B−2w 電極針
31−1B−2M 平板
31−1B−2m 短寸針状電極針
31−1B−2c コーンエッジリング
31−1B−2cr リーク孔
4−1 主捕集管
4−2a 電極棒
41−1 管状捕集部
41−1B 中径捕集部
41−1B−1 中径捕集管
41−1B−1s、41−1B−2s ステー
41−1B−2t 電極筒
41−1B−2W 弱平均電界電極部
41−1B−2P 強平均電界電極部
41−1B−2w 電極針
41−1B−2M 平板
41−1B−2a I字状の板状電極
41−1B−2b L字状の屈曲部
41−1B−2c J字状の湾曲部
5−1、6−1、7−1 主捕集管
51 電気集塵部
51−1、61−1、71−1 管状捕集部
51−1A、61−1A、71−1A 小径捕集部
51−1B、61−1B、71−1B 中径捕集部
51−1N、61−1N、71−1N 大径捕集部
51−1A−2W、51−1B−2W、51−1N−2W 弱平均電界電極部
51−1A−2P、51−1B−2P、51−1N−2P 強平均電界電極部
イ 捕集管
ロ、ホ、ヘ 放電板電極
ハ 電極棒
ニ 電極筒
Claims (7)
- 主捕集管内に管状捕集モジュールを管軸方向に複数配設した多段型集塵壁構造の電気集塵部からなるディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記各管状捕集モジュールの前記放電電極の軸方向間隔(排気ガスの流れ方向の間隔)を前記各管状捕集モジュールの上流側で広く下流側で狭く配設して、各管状捕集モジュールの上流側は弱平均電界電極部とし、同下流側は強平均電界電極部とすることを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
- 主捕集管内に管状捕集モジュールを管軸方向に複数配設した多段型集塵壁構造の電気集塵部からなるディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記各管状捕集モジュールの上流側で前記放電電極の軸方向間隔(排気ガスの流れ方向の間隔)を広く配設し、前記各管状捕集モジュールの下流側に平板状放電電極を配設して、各管状捕集モジュールの上流側は弱平均電界電極部とし、同下流側は強平均電界電極部とすることを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
- 重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向大径に突出する前記放電電極とによって構成された電気集塵手段を備え、前記放電電極及び集塵電極よりなり単一径で所定長さの主捕集管よりなる管状捕集部に、軸方向に短寸で径の異なる管状捕集モジュールを複数段に配置したディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記複数段に配置した前記管状捕集モジュールの少なくとも一つの管状捕集モジュールの放電電極は前記主電極の外周表面に周方向に直接又は間接に所望の間隔を隔てて径方向大径で管軸方向に配置された、低高さ放電電極針、低高さ鋸刃状の放電板、低高さ鋸刃状の放電板部を有する鋸刃状放電電極板あるいは低高さ環状放電電極のいずれか一つもしくはそれらの組み合わせであって、該放電電極の径方向外周端部の管軸方向の配設間隔を広く配設することにより該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の弱い弱平均電界電極部を排気ガス流の上流側に、前記放電電極の配設間隔を狭く配置することにより該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の強い強平均電界電極部を排気ガスの流れ方向下流側に配設して構成したことを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
- 重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向大径に突出する前記放電電極とによって構成された電気集塵手段を備え、前記放電電極及び集塵電極よりなり単一径で所定長さの主捕集管よりなる管状捕集部に、軸方向に短寸で径の異なる管状捕集モジュールを複数段に配置したディーゼルエンジン排ガス処理装置の放電電極であって、前記複数段に配置した前記管状捕集モジュールの少なくとも一つの管状捕集モジュールの放電電極は前記主電極の外周表面に周方向に直接又は間接に所望の間隔を隔てて径方向大径で管軸方向に配置された、低高さ放電電極針、低高さ鋸刃状の放電板、低高さ鋸刃状の放電板部を有する鋸刃状放電電極板あるいは低高さ環状放電電極のいずれか一つもしくはそれらの組み合わせであって、該放電電極の径方向外周端部の管軸方向の配設間隔を広く配設することにより該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の弱い弱平均電界電極部を排気ガス流の上流側に配設し、前記主電極の外周表面に周方向に直接又は間接に径方向大径で管軸方向に配置された平板状の放電電極であって該放電電極先端と前記集塵電極間の平均電界強度の強い強平均電界電極部を排気ガスの流れ方向下流側に配設して構成したことを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
- 前記放電電極は、一つの管状捕集モジュール部に弱平均電界電極部と強平均電界電極部が少なくとも一組配設されて構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
- 前記強平均電界電極部は、平板状基部に短尺の放電電極針あるいは低高さ鋸刃よりなる管軸方向の配設間隔が密な凹凸部を有する放電板が複数組配設されて構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
- 前記強平均電界電極部は、平板状基部の径方向先端の断面形状がI字状の平板形、あるいは周方向へ指向するJ字状の湾曲部もしくはL字状の屈曲部を有する放電板を複数組配設して構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
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