JP2022538539A - 燃焼プロセスにおいてヒューム及び排気ガス中に存在する微粒子を浄化するためのシステム - Google Patents

Abstract

燃焼プロセスにおいてヒューム及び排気ガスに存在する微粒子を浄化するためのシステムであって、イオン化部（ＰＩ）及び収集部（ＰＲ）を備え、前記イオン化部（ＰＩ）は、孔（４２、５２）の中に少なくとも１つの電子エミッタを有する穿孔部分（４０、５０）を備え、前記少なくとも１つの電子エミッタは、電子雲を生成するために負電圧が印加される１つ以上のチップ（Ｐ）からなり、前記負電圧の供給は、定電圧発生器によって提供され、前記ヒューム及び排気ガスを前記イオン化部（ＰＩ）に通して、前記ヒューム及び排気ガスの流れの中に存在する微粒子の粒子に負電荷を伝達させ、前記収集部（ＰＲ）は、予め負に帯電した前記微粒子の粒子を収集するために、正に帯電された複数の金属プレート（２０）を備える、システム。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼プロセスにおいてヒューム及び排気ガス中に存在する微粒子を浄化するためのシステムに関する。特に、本発明によるシステムは、燃焼プロセスにおいてヒューム及び排気ガスに関して、特に低減効率の改善を目的としている。本明細書で提案する解決策は、主として、ヒューム温度が高い燃焼プロセスにおける排気ガス又はヒュームの濾過に特化したものである。

ヒュームや排気ガス中に存在する微粒子を浄化するために、当技術分野では多くの解決策が知られている。しかしながら、既知の解決策は、高密度の微粒子が存在する場合には、良好な結果を得ることができない。

一方が正電圧と他方が負電圧で帯電した２つのプレートを使用する既知の解決策では、微粒子の低減効率は印加電界の値によって制限される。この値は、２つのプレートの間での放電に至ることなく、印加可能な最大値によって制限される。これは、放電が起こるとオゾンが発生して、非常に悪い状態になるのを避ける必要があるからである。

したがって、現在利用可能な解決策の問題点を克服し解決し、現在の解決策に存在する欠点を克服することができる解決策を見出し、提案する必要性が感じられる。

本発明は、特に燃焼プロセスにおけるヒューム及び排気ガスに関して、低減効率を改善することを目的とした解決策に関する。

したがって、本特許出願において、公知の従前の解決策の前述及び他の限界を解決する実施形態を含むシステムが提供される。

燃焼プロセスにおいてヒューム及び排気ガスに存在する微粒子を浄化するために、イオン化部及び収集部を備えるシステムについて、説明する。イオン化部（ＰＩ）は、孔の中に少なくとも１つの電子エミッタを有する穿孔部分を備え、少なくとも１つの電子エミッタは、電子雲を生成するために高い負電圧が印加される１つ以上のチップ（ｔｉｐ）からなる。負電源は、定電圧発生器によって提供される。ヒューム及び排気ガスをイオン化部に通して、ヒューム及び排気ガスの流れの中に存在する微粒子の粒子に負電荷を伝達させる。収集部は、予め負に帯電した微粒子の粒子を収集するために、正に帯電した複数の金属パイプを備える。

特に、図示の実施形態では、収集部は、順序付けられた行及び列に整列された複数の金属パイプを提供する。

様々な実施形態において、イオン化部の穿孔部分が穿孔プレートから作られており、形成された少なくとも１つの電子エミッタが、電子の放出のために負電圧が印加される１つ以上のチップによって形成された各孔の中に存在する。

いくつかの実施形態において、孔は、円形であり、径方向リブを有し、径方向リブは、１つ以上のチップによって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運ぶ。

代替の実施形態において、円形の孔は、互いに直交する２つの径方向リブを有し、径方向リブのそれぞれは、１つ以上のチップによって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運ぶ。

様々な実施形態において、各リブは、異なる長さの複数のフィラメントから構成されたチップのタフト（ｔｕｆｔ）によって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端が前記チップを規定し、タフトがリブに対して両側から延び、その結果、チップがプレートの孔の上流と下流との両方に存在する。

代替の実施形態において、各リブは、同じ長さの複数のフィラメントから構成されたチップの束（ｂｕｎｄｌｅ）によって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端が前記チップを規定し、フィラメントがリブに対して両側に延び、その結果、チップがプレートの孔の上流と下流との両方に存在する。

代替の実施形態において、イオン化部の穿孔部分は、正方形又は長方形の孔を有するグリッドから作られ、形成された少なくとも１つの電子エミッタは、電子を放出するために負電圧が印加される１つ以上のチップによって形成された各孔に存在する。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つの電子エミッタは、グリッドを作る枝部の交点に、及び／又は、正方形の孔の側面に沿って配置されている。

様々な実施形態において、グリッドの各枝部又は枝部の各交点が、異なる長さの複数のフィラメントから構成されたチップのタフトによって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端がチップを規定し、その結果、チップがグリッドを囲む孔の上流と下流との両方に存在する。

代替の実施形態において、グリッドの各枝部又は枝部の各交点が、同じ長さの複数のフィラメントから構成されたチップの束によって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端がチップを規定し、その結果、チップがグリッドを囲む孔の上流と下流との両方に存在する。

定電圧発生器は、任意の入力電圧を有し、出力端子の電圧は４ｋＶ～３０ｋＶである。

イオン化部のチップと収集部の金属パイプとの間の距離は、印加電圧により異なる。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面に示される図とともに、非限定的な例として提供される以下の説明を読むことで明らかになる。

図１は、本発明によるシステムの実施形態の一例を示す。 図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、及び２Ｄは、穿孔プレートを有するシステムのイオン化部の実施形態のいくつかの例を示す。 図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、及び３Ｄは、グリッド又はグレーティングを有するシステムのイオン化部の実施形態のいくつかの例を示す。 図４は、本発明によるシステムの実施形態の一例である。 図５は、本発明によるシステムの実施形態の一例である。

本明細書によるパーツは、適宜、従来の記号で、図面に表され、本明細書に与えられた説明を参照することで、本発明の実施形態の理解に関連する特定の詳細のみを示し、当業者に直ちに明らかになるような詳細を強調しないようにしている。

本発明は、微粒子及び超微粒子の密度が高いすべての場合に適用することができる。

本明細書に記載される解決策は、主として、燃焼プロセスにおけるヒューム及び排気ガスの濾過に特化したものである。

当然、このシステムは、都市分野でも、空気浄化を必要とするあらゆる部屋でも採用することができる。

本明細書で説明する解決策は、これまでに提案された解決策と比較して、かなりの革新的な特徴を示す。

図１に示すように、本明細書で説明するこの浄化システムは、２つのパーツから構成されている。

第一のパーツは、イオン化部ＰＩと呼ばれ、電源から供給される負電源を起点に電子雲を発生させる。

イオン化部ＰＩを、微粒子を含むヒューム又は排気ガスが横切り、ヒューム又は排気ガスは、浄化されねばならない。

イオン化部ＰＩは、そこを通過するヒューム又は排気ガスの流れの中に存在する微粒子の粒子に、負の電荷を伝達するタスクを有する。

特に、微粒子の汚染粒子は、それらが横切る電子雲によって負にイオン化される。したがって、ヒューム及び排気ガスの流れの通過中に、イオン化部ＰＩによって放出された電子は、微粒子汚染粒子に結合され、それらを負にイオン化する。

浄化システムを形成する第二のパーツは、収集部ＰＲと呼ばれ、負に帯電した微粒子の粒子を含むヒューム及び排気ガスの流れによって横切られ、微粒子の粒子の収集に特化したものである。

特に、収集部ＰＲは、イオン化された微粒子を収集し、捕捉することを目的とし、微粒子から空気を浄化することを狙いとしている。

収集部ＰＲには正極性が供給され、イオン化部ＰＩで予め負に帯電した微粒子がその上に堆積される。

したがって、濾過システムは、イオン化部ＰＩと収集部ＰＲとで構成される。

イオン化部ＰＩは電子放出源で構成され、これらの電子放出源は異なる形状を有していてもよい。特に、電子放出源は、そこを通過するヒュームに存在する微粒子の粒子に負の電荷を伝達する。

収集部ＰＲは、代わりに、イオン化部ＰＩを通過する負に帯電した微粒子の粒子を含むヒュームが横切る構造を有している。

収集部に印加される正電圧は、イオン化部ＰＩに供給する同じ電源によって生成され、収集部ＰＲ上の負にイオン化された微粒子を引き寄せるような電界を決定する。

より具体的には、第一のパーツ、すなわち、イオン化部ＰＩは、穿孔プレート、若しくはグリッド、又は穿孔メッシュで構成される。孔の中心には、負電圧が印加された１つ以上のチップＰからなる電子エミッタが存在する。

電子を放出する１つ又は複数のチップＰを保持する支持部は、正方形の孔又は他の形状を有するワイヤメッシュなどの異なる材料及び形状で作ることができ、正方形の孔又は他の形状では、１つ又は複数のチップが正方形のコーナー又は枝部の十字に当てられる。

第二のパーツ、すなわち、収集部ＰＲは、適切な距離をおいて配置された一連の平行なプレートから構成された構造によって形成され、これらのプレートには、電源によって発生する正電圧が印加される。

したがって、収集部ＰＲは金属パイプによって形成され、その中に予め負に帯電した微粒子を含むヒューム及び排気ガスが運ばれる。

パイプに印加される正の電圧は、そこを通過するヒューム又は排気ガスに含まれる負にイオン化された微粒子を引き付けるように、電界を決定する。

イオン化部ＰＩから来るヒューム又は排気ガスの流れは、負に帯電した微粒子の粒子とともに、パイプ内の通路ダクトを通過する。

特に、図１に示す実施形態では、収集部ＰＲの構造は、ボックス状の構造を形成するように整列された行及び列に配置された複数の金属パイプ２０を提供する。

金属プレート２０は、電源によって生成される正電圧に接続される。

当然、この濾過システムのパーツを構成する材料は、そこを通過するヒューム及び排気ガスに耐えられるものでなければならない。特に、イオン化部ＰＩと収集部ＰＲは、システムがヒュームや排気ガスの流れを横切る際に、システムが到達する高温に耐える必要がある。

さらに、結果を最適化するために、直前に上述したような複数の濾過システムを並列に配置して、浄化すべき大量のヒュームを処理することも（大流量ｍ^３／ｈ）、あるいは直列に配置して、含まれている微粒子のより低減値をより高くすることも可能である。

公知の解決策では、浄化システムは一方が正電圧で他方が負電圧で充電された２つのプレートで構成され、微粒子の低減効率は電界の最大値で制限されていた。特に、電界の最大値は、相対的なオゾン生成を伴う２つのプレート間の放電に到達することなく、印加可能な最大値によって制限されていた。この状況は、確実に避けなければならない。

本明細書に記載の解決策によって、行に整列され、列に順序付けられて、正電圧が印加さる複数の金属パイプで作られた収集部を使用することで、ヒューム及び排気ガスの中に存在する負に帯電した微粒子を除去することが可能になる。

この浄化システムは、高い低減率を達成するために考案され、最適化されている。

正極（＋）は、パイプ２０のセットによって形成された収集部ＰＲに印加され、負極（－）は、イオン化部ＰＩに印加された。

この実施形態によって、高電界を作り出す高電圧を印加できるようになり、高い低減効率に到達することが可能になる。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄを参照して、イオン化部ＰＩのいくつかの可能な実施形態を以下で説明する。

特に、イオン化部ＰＩは、穿孔プレート４０から作られてもよく、各孔４２に、１つ以上のチップＰがあり、１つ以上のチップは、電子の放出のために多少高い負電圧（図１を参照）が印加される。これらの実施形態では、孔４２は円形であるが、異なる幾何学的形状が提供されてもよい。より詳細には、図２Ａ及び図２Ｂでは、円形の孔４２は、互いに直交する２つの径方向リブ４４を有し、図２Ｃ及び図２Ｄでは、円形の孔４２は、単一の径方向リブ４４を有している。

図２において、上部は、プレート４０上の孔４２の正面図であり、下部は、水平リブ４４に沿った側方断面図である。

図２Ａでは、各リブ４４に対して、互いに等距離に配置されたチップＰの３つのタフトが存在する。特に、中央のタフトは、２つのリブの間で共有されている。さらに、タフトは、異なる長さの複数のフィラメントから構成され、その自由端がチップＰを規定する。図示の実施形態では、タフトはリブ４４に対して両側に延び、すなわち、リブ４４に存在する孔内に運ばれる異なる長さのフィラメントから作られ、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、プレート４０の孔４２の上流と下流との両方に存在する。チップＰが孔４２の上流のみに、又は下流のみに存在する他の実施形態を提供することも可能である。

当然、説明で使用される「上流」及び「下流」という用語は、ヒューム又はガスの流れの方向において、「前」又は「後」に見られる部分を指す。

図２Ｂに示す実施形態では、各リブ４４に対して、互いに等距離に配置されたチップＰの３つの束が存在する。特に、中央の束は、２つのリブの間で共有されている。束は、同じ長さの複数のフィラメントで構成され、その自由端がチップＰを規定する。図示の実施形態では、束は、リブ４４に存在する孔を起点として一方向に延びる同じ長さのフィラメントから作られ、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、プレート４０の孔４２の下流のみに存在する。チップＰが孔４２の上流のみに、又は上流と下流との両方に存在する他の実施形態を提供することも可能である。

図２Ｃでは、単一のリブ４４上に単一のチップＰのタフトが存在する。特に、このタフトは、リブ４４の中心、したがって、孔４２の中心に位置している。タフトは、異なる長さの複数のフィラメントで構成され、その自由端がチップＰを規定する。図示の実施形態では、タフトは、リブ４４に対して両側に延び、すなわち、リブ４４に存在する孔内に運ばれる異なる長さのフィラメントから作られ、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、プレート４０の孔４２の上流と下流との両方に存在する。チップＰが孔４２の上流のみに、又は下流のみに存在する他の実施形態を提供することも可能である。

図２Ｄに示す実施形態では、チップＰの単一の束がリブ４４上に存在し、特に、束はリブ４４の中心に、したがって孔４２の中心に位置している。この束は、同じ長さの複数のフィラメントで構成され、その自由端がチップＰを規定する。図示の実施形態では、束は、リブ４４に存在する中央孔を起点として一方向に延びる同じ長さのフィラメントから作られ、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、プレート４０の孔４２の下流のみに存在する。チップＰが孔４２の上流のみに、又は上流と下流との両方に存在する他の実施形態を提供することも可能である。

孔４２を細分化するいくつかのリブが設けられるさらなる実施形態を提供することも可能であり、又は代替として、チップＰのタフト又は束が図に示される例に関して異なる方法で配置されてもよく、あるいはタフトと束とが交互に配置される混合された解決策が想定され得る。さらに、孔の異なる形状（例えば、楕円形）を考慮することも可能である。

代替の実施形態は、プレート４０の代わりにグリッド５０を提供し、円形孔４２の代わりに正方形又は長方形の孔５２を提供する。

図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄを参照すると、イオン化部ＰＩは、正方形の孔又は他の形状を有するワイヤメッシュなどの異なる材料及び形状で作ることができ、１つ又は複数のチップＰは、メッシュ又はグリッドを構成する枝部の交点（図３Ｃ及び図３Ｄ）に、及び／又は正方形の側面に沿って、枝部の交点（図３Ａ及び図３Ｂ）に印加される。いずれにしても、電圧基準（負又はゼロ）がメッシュ又はグリッド５０に印加されるが、その正確な目的は、その中に存在するチップＰからの電子の放出を発生させることである。

図３において、上部は、相対する正方形の孔５２を有するメッシュ部分又はグリッド５０の正面図であり、下部は、グリッド５０の枝部に沿った側方断面図である。

図３Ａでは、チップＰの複数のタフトが、グリッド５０の各枝部に対して、設けられている。特に、正方形の孔５２を規定するグリッド５０の枝部の各セグメントに対して、又は孔５２の各側に対して、３つのタフトが互いから等距離に配置される。特に、交点に配置されたタフトは、互いに直交する２つの枝部の間で共有される。タフトは、異なる長さの複数のフィラメントから構成され、その自由端がチップＰを規定する。図３Ａに示す実施形態では、タフトは枝部４４に対して両側に延び、すなわち、グリッド５０の枝部に存在する孔内に運ばれる異なる長さのフィラメントから作られ、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、グリッド５０を囲む４つの孔５２の上流と下流との両方に存在する。チップＰが孔５２の上流のみに、又は下流のみに存在する他の実施形態を提供することも可能である。

図３Ｂに示す実施形態では、グリッド５０の各枝部に対して、チップＰの複数の束が存在する。チップＰの束は、互いから等距離に配置されている。特に、２つの枝部の交点にある束は、交差する直交する２つの枝部の間で共有される。束は、同じ長さの複数のフィラメントで構成され、その自由端がチップＰを規定する。図３Ｂに示す実施形態では、束は、枝部に存在する孔を起点として両方向に延びる同じ長さの複数のフィラメントからなり、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、グリッド５０の２つの枝部の交点で４つの隣接する孔５２の上流と下流との両方に存在する。チップＰが孔５２の上流のみに、又は下流のみに存在する他の実施形態を提供することも可能である。

図３Ｃでは、交差するグリッド５０の２つの直交する岐部の交点に配置されたチップＰのタフトが存在する。特に、各タフトは、グリッド５０を構成する２つの枝部の間の交点に配置される。さらに、各タフトは、自由端がチップＰを規定する異なる長さの複数のフィラメントから構成される。図３Ｃに示す実施形態では、各タフトは、枝部の交点に対して両側に延びている。さらに、各タフトは、グリッド５０を形成する２つの枝部の交点に存在する孔内に運ばれる異なる長さのフィラメントから作られ、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、タフトを囲むグリッド５０の４つの孔５２の上流と下流との両方に存在する。チップＰが孔５２の上流のみに、又は下流のみに存在する他の実施形態を提供することも可能である。

図３Ｄに示す実施形態では、束は、直交するグリッド５０の２つの枝部が交差する交点に配置されている。特に、各束は、グリッド５０を構成する２つの枝部の間の交点に配置される。各束は、同じ長さの複数のフィラメントで構成され、その自由端がチップＰを規定する。図３Ｄに示す実施形態では、束は、グリッド５０を形成する２つの枝部の交点に存在する中央の孔を起点として両方向に延びる同じ長さのフィラメントからなり、その自由端がチップＰを規定する。このようにして、チップＰは、グリッド５０の隣接する４つの孔５２の上流と下流との両方に存在する。チップＰが、束に隣接する４つの孔５２の上流のみに、又は下流のみに存在する他の実施形態を提供することも可能である。

チップＰのタフト又は束が、図３に示された例と異なって分布しているさらなる実施形態を提供することも可能である。さらに、孔５２に対して異なる幾何学的形状（例えば、長方形、三角形、円形、楕円形）を企図することも可能である。

上述のように、これらの濾過システムを構成する材料は、そこを通過するヒューム及び排気ガスに耐えるのに適したものでなければならない。

収集部は、適切な直径及び適切な長さで、すべて互いに電気的に接続された一連の金属パイプ２０から構成され、一連の金属パイプ２０に多少高い正電圧が印加される。

当然、本発明の原理を損なうことなく、構造の詳細及び実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、純粋に例として、説明して、図解したものに関して、幅広い変更が可能である。

Claims (12)

1. 燃焼プロセスにおいてヒューム及び排気ガスに存在する微粒子を浄化するためのシステムであって、イオン化部（ＰＩ）及び収集部（ＰＲ）を備え、前記イオン化部（ＰＩ）は、孔（４２、５２）の中に少なくとも１つの電子エミッタを有する穿孔部分（４０、５０）を備え、前記少なくとも１つの電子エミッタは、電子雲を生成するために負電圧が印加される１つ以上のチップ（Ｐ）からなり、前記負電圧の供給は、定電圧発生器によって提供され、前記ヒューム及び排気ガスを前記イオン化部（ＰＩ）に通して、前記ヒューム及び排気ガスの流れの中に存在する微粒子の粒子に負電荷を伝達させ、前記収集部（ＰＲ）は、予め負に帯電した前記微粒子の粒子を収集するために、正に帯電された複数の金属プレート（２０）を備える、システム。
2. 前記収集部（ＰＲ）は、順序付けられた行及び列で整列された複数の金属パイプ（２０）を提供する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記イオン化部（ＰＩ）の前記穿孔部分が穿孔プレート（４０）から作られ、形成された少なくとも１つの電子エミッタが、電子を放出するために負の電圧が印加される１つ以上のチップ（Ｐ）によって形成された各孔（４２）に存在する、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 前記孔（４２）が円形であり、径方向リブ（４４）を有し、前記径方向リブ（４４）は、１つ以上のチップ（Ｐ）によって形成された前記少なくとも１つの電子エミッタを運ぶ、請求項３に記載のシステム。
5. 前記孔（４２）が円形であり、互いに直交する２つの径方向リブ（４４）を有し、前記径方向リブ（４４）のそれぞれが１つ以上のチップ（Ｐ）によって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運ぶ、請求項３に記載のシステム。
6. 各リブ（４４）は、異なる長さの複数のフィラメントから構成されたチップ（Ｐ）のタフトによって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端が前記チップ（Ｐ）を規定し、前記タフトが前記リブ（４４）に関して両側から延び、その結果、前記チップ（Ｐ）が前記プレート（４０）の前記孔（４２）の上流と下流との両方に存在する、請求項４又は請求項５に記載のシステム。
7. 各リブ（４４）は、同じ長さの複数のフィラメントから構成されたチップ（Ｐ）の束によって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端が前記チップ（Ｐ）を規定し、前記フィラメントが前記リブ（４４）に対して両側に延び、その結果、前記チップ（Ｐ）が前記プレート（４０）の前記孔（４２）の上流と下流との両方に存在する、請求項４又は請求項５に記載のシステム。
8. 前記イオン化部（ＰＩ）の前記穿孔部分は、正方形又は長方形の孔（５２）を有するグリッド（５０）から作られ、形成された少なくとも１つの電子エミッタは、電子を放出するために負の電圧が印加される１つ以上のチップ（Ｐ）によって形成された各孔（５２）に存在する、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つの電子エミッタは、前記グリッドを作る枝部の交点に、及び／又は正方形の前記孔の側面に沿って配置されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記グリッド（５０）の各枝部又は前記枝部の各交点が、異なる長さの複数のフィラメントから構成されたチップ（Ｐ）のタフトによって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端が前記チップ（Ｐ）を規定し、その結果、前記チップ（Ｐ）が前記グリッド（５０）を囲む前記孔（５２）の上流と下流との両方に存在する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記グリッド（５０）の各枝部又は前記枝部の各交点が、同じ長さの複数のフィラメントから構成されたチップ（Ｐ）の束によって形成された少なくとも１つの電子エミッタを運び、その自由端が前記チップ（Ｐ）を規定し、その結果、前記チップ（Ｐ）が前記グリッド（５０）を囲む前記孔（５２）の上流と下流との両方に存在する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記定電圧発生器は、任意の入力電圧を有し、グランドから持ち上げられ、３０ｋＶ以下の電圧及び３０ｋＶ超の電圧が出力端子に印加される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のシステム。

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