JP4288492B2

JP4288492B2 - 排ガス処理方法および排ガス処理装置

Info

Publication number: JP4288492B2
Application number: JP2004105627A
Authority: JP
Inventors: 武長澤
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291047A

Description

本発明は、排ガス処理方法および排ガス処理装置に係り、特に自動車や船舶、並びに航空機等の移動体から排出される排ガスの処理に好適な方法および装置に関する。

環境基準が厳しくなる中、車のエンジン、特にディーゼルエンジンを搭載した車からの排ガスに含まれるハイドロカーボン（ＨＣ：Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）や、スス、カーボンスーツ等のＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）の未燃焼物質は、環境へ及ぼす影響が大きいとされ、フィルタトラップや酸化触媒等により燃焼・無害化して外部へ排出する工夫がされてきた。

上記に掲げる手法によれば確かに環境への影響を低減することはできる。しかし、フィルタトラップや酸化触媒は、目詰まりによる未燃焼物質の捕集効率の低下や、製造コストが高いという問題、長期使用によるフィルタ・触媒効果の低下等が問題とされてきた。

上記のような現状を鑑み、特許文献１のような装置が提案されている。特許文献１に記載の装置は、コロナ放電を用いた集塵装置であり、金属製の外筒内に、放電電極となる線条材を配置し、外筒へ向けてコロナ放電すると共に、外筒の側壁部から排ガスを噴入させることによって外筒内部に螺旋状の流れを発生させるというものである。

上記装置によれば、外筒内に噴入された排ガスは筒内を螺旋状に流れるため、排ガス内の未燃焼物質は遠心分離される。また、放電電極からのコロナ放電による電気集塵効果により、未燃焼物質の捕集に相乗効果が期待できる。
特開２００３−１４４９７９号公報

特許文献１に記載の装置によれば、安価に製造でき、目詰まりが無く、かつ排ガス中の未燃焼物質を良好に捕集することができると思われる。
しかし、特許文献１に記載の装置は、電気集塵機のように、内部電極からの放電を利用した未燃焼物質の捕集を行っているため、装置には常に高電圧が必要とされ、電力消費量が多い。このため、自動車等の移動体に搭載する場合には、電力供給源を考慮せねばならなくなってしまう。

本発明では、安価に製造することができ、目詰まりの心配が無く、排ガス中の未燃焼物質を良好に捕集することができ、かつ自動車等の移動体への搭載にも適した排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る排ガス処理方法は、導電性の外筒内にフィルタ機能を持った導電性の内筒を設け、前記内筒内に排ガスを導入すると共に前記排ガスを内筒内で旋回させ、遠心力によって排ガス中の未燃焼物質を前記内筒へ付着させ、前記内筒と前記外筒との間に間欠的に電圧を印加することで、前記内筒に付着した前記未燃焼物質を外筒に静電吸着させることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る排ガス処理装置は、導電性素材から成る外筒とフィルタ機能を持ち導電性素材から成る内筒とによって構成される排ガス処理装置であって、前記外筒と前記内筒との間に電圧をかける電源部を備えると共に、前記内筒内には当該内筒内に導入される排ガスを旋回させるための誘導板を設けて成ることを特徴とする。

上記構成の排ガス処理装置において、前記内筒は、メッシュ素材で構成されるようにすると良い。
また、前記外筒と前記内筒とは、分離可能に構成されるようにしても良い。
さらに、前記誘導板は、螺旋形状に構成するようにすることが望ましい。

上記のような排ガス処理方法によれば、遠心力の作用によって、排ガス中の未燃焼物質を内筒側壁へ捕集することができる。また、内筒と外筒との間に間欠的に電圧を印加することにより、内筒に付着した未燃焼物質を外筒へ静電吸着させることができる。例えば内筒と外筒とをそれぞれ陰極と陽極とのどちらか一方に定め、双方の電極間に電圧をかけることで内筒に捕集された（付着した）未燃焼物質に電荷を帯電させることができる。帯電した未燃焼物質は、対となる電極である外筒の内側へとクーロン力により引き付けられて静電吸着する。これにより、筒内・外筒間で放電を行うこと無く効率良く排ガス中の未燃焼物質を捕集することができる。また、放電を行わないため、本方法で使用する電気消費量は少なく、自動車等の移動体にも採用することができる。

また、排ガス処理装置を上記のような構成とすることにより、上記方法の効果を簡易な構成で得ることが可能となる。このため、安価で製造することができる。また、内筒をメッシュ素材とすることにより、素材選定の枠が広いと共に、安価で入手することが可能である。また、外筒と内筒とを分離可能とすることにより、捕集した排ガス中の未燃焼物質の取り出しや、装置のメンテナンス等が容易となる。
また、前記誘導板を螺旋形状に構成することにより、内筒内部に導入される排ガスの流速が遅い場合であっても、確実に旋回方向の流れを与えることができる。

以下、本発明に係る排ガス処理方法および排ガス処理装置についての実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施するための好適な例に過ぎず、本発明はその主要部を変えない限りにおいて様々な形態を含むものとする。

図１は本発明の排ガス処理装置１０に係る実施形態の側断面を示す図であり、図２は、Ａ−Ａ矢視方向の断面を示す図である。
本実施形態は、図１、図２に示すように、外筒１２と、内筒１４と、前記内筒１４の内部に備える誘導板としての螺旋板１６、および電源部２０とを基本構成としている。
各部の詳細として前記外筒１２は、導電性素材、例えばステンレスやアルミ、銅等から成る筒状体であり、その外形形状は特に限定しないが、好適には円形とすることが望ましい。

前記内筒１４は、フィルタ機能を持った筒状体であり、前記外筒と同様に導電性素材から成る。内筒１４にフィルタ機能を持たすには、構成材料をメッシュ素材にすることが簡易かつ安価であると考えられる。メッシュ素材には種々のものがあるが、排ガス中に含まれる塵埃（未燃焼物質）３０を捕集可能な程度に目が細かいものであれば、板状部材の板面に複数の孔を設けたパンチングメッシュでも、網状に構成された通常のメッシュでも良い。通常のメッシュの場合、好適な条件としては、４００メッシュ程度の目のものを採用すると良い。また、筒状体の形状としては、好適には円形であるが、内部に旋回流を作ることに支障を来たさなければ、前記外筒１２のように種々の形状としても良い。

前記螺旋板１６は、前記内筒１４の長手方向長さと同じ長さのロッド１７と、当該ロッド１７の外周に螺旋状に配置した板１８とから成る。前記ロッド１７は、螺旋板１６を内筒１４の内部へ抜き差しする際の取扱いを容易なものとするために設けられるものであり、螺旋板１６がその形状を維持するために充分な強度を備えたものである場合には、当該ロッド１７を省略しても良い。螺旋板１６の構成素材としては、樹脂や金属等で良いが、排ガスの温度や耐久性等を考慮した場合、金属とすることが好適であると考えられる。

前記電源部２０は、自動車等に搭載されるバッテリ２２と、前記バッテリ２２によって供給される直流電流によって、間欠的な電圧（パルス電圧）を発生させるイグナイタ２４とから成る。このような構成の電源部２０は、陰・陽の電極のうちどちらか一方の電極が内筒１４へ接続され、他方の電極が外筒１２へ接続され、内筒１４、外筒１２のそれぞれを電極として双方の電極に間欠的に電圧を印加して、双方の電極間にパルス電圧をかける。電極の接続は例えば、陰極（−）を内筒１４へ接続し、陽極（＋）を外筒１２へ接続すれば良い。

上記のような排ガス処理装置１０において、前記外筒１２の両端部は、内筒１４の外径形状に合わせて閉塞し、内筒１４と外筒１２との間を排ガスが通過しないように構成しておくことが望ましい。

上記のような構成の排ガス処理装置１０では、矢印Ｂの方向から自動車等のエンジンから排出される排ガスを導入する。排ガス処理装置１０の内部へ導入された排ガスは、内筒１４の内部に備えられた螺旋板１６に衝突し、当該螺旋板１６の形状に沿って進み、内筒１４の内部に旋回流を発生させる。このように、内筒１４の内部に旋回流を発生させることにより、排ガス内部の未燃焼物質３０に遠心力が働き、前記未燃焼物質３０は内筒１４の側壁部へ遠心分離されることとなる。

遠心分離された排ガス内の未燃焼物質３０は、フィルタ機能を持つ内筒１４に付着する（捕集される）。このとき、内筒１４および外筒１２には、電源部２０からパルス電圧がかけられ、電場が発生している。内筒１４に−が印加されている場合、内筒１４に付着した未燃焼物質３０は−に帯電する。−に帯電している未燃焼物質３０は、＋が印加されている外筒１２側へ引き寄せられ、外筒１２の内壁へクーロン力によって引き付けられ付着・堆積する。これにより、排ガス中の未燃焼物質３０は実質的に流れの無い内筒１４と外筒１２との間に付着・堆積することとなり、排ガス処理装置１０の外部へ排出される虞が無い。このように、本発明の電極間（内筒１４と外筒１２との間）には、放電を発生させないため、電力消費が少ない。このため、自動車等の移動体に搭載した場合であっても、電源部２０の確保が容易である。また、内筒１４の内部に導入された排ガスは、螺旋板１６によって確実に旋回流を発生させるように構成されていることにより、導入される排ガスの量が多くなり、排ガスの流れが速くなった場合でも、排ガスが直に外部へ抜け出ることなく内筒１４の内部で旋回することとなる。これにより、排ガスの流入速度が速くなれば、螺旋板１６に沿って旋回する流れも速くなることとなり、排ガス中の未燃焼物質３０に働く遠心力も増すこととなり、排ガスの流入速度に対応して未燃焼物質３０の捕集効率を向上させることができる。

上記実施形態において、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように内筒内部の半径ｒの位置を旋回する未燃焼物質３０の質量をｍとした場合に、未燃焼物質３０に働く遠心力Ｆｒは数式１のように示すことができる。ここで、図３において（Ａ）は未燃焼物質３０の推進方向への軌跡を示し、（Ｂ）は旋回する未燃焼物質３０の軌跡を示す、導入方向又は排気方向からの断面図である。

図３においてｖ_yは、（Ｂ）に示すように円形に旋回する未燃焼物質３０の円形軌跡に対する接線方向の速度であり、（Ａ）に示すｖ_zは、未燃焼物質３０が内筒１４の内部を直進する速度を示し、ｖは旋回軌跡に沿って未燃焼物質３０が推進する速度を示す。ここで、ｖ、ｖ_y、およびｖ_zの関係は、

と示すことができ、ｖ_yとｖ_zとの関係は、その比をαとすると、

と示すことができる。よって数式１に示す遠心力Ｆｒは、

と示すことができる。

上記実施形態においては、排ガスを内筒１４の内部で旋回させるための誘導板としての螺旋板１６を、内筒１４の内部に全域に亙り配置する旨記載したが、内筒１４の内部に旋回流を発生させることが可能であれば、図４（Ａ）に示すように、排ガスの導入口にのみ螺旋板１６を設けるようにしても良い。また、前記螺旋板１６は、図４（Ｂ）に示すように内筒１４の内部において、配置を逆転させ、内筒１４の内部において、旋回流を逆向きに旋回させるように配置しても良い。

また、内筒内部に旋回流を発生させるための誘導板としては、図４（Ｃ）に示すように、排ガスの導入口にファン状に形成された傾斜板１１６を備えるように構成しても良い。
さらに、本発明の排ガス処理方法を実施する場合にあっては、図４（Ｄ）に示すように排ガスの導入方向を予め内筒１４の内壁面に沿った方向（矢印Ｃ）へ導入させることによって、内筒１４の内部に旋回流を発生させるようにしても良い。

上記のように本発明の排ガス処理方法および装置には種々の実施形態を想定することができるが、特に、内筒１４の内部に螺旋板１６を備えて内筒１４内部に旋回流を発生させるようにする構成によれば、内筒１４および外筒１２の形状が円形以外の形状であったとしても、内筒１４内部に良好に旋回流を発生させることが可能となる。

また、上記実施形態においては、誘導板を内筒１４とは別体で構成するように記載した。しかしながら誘導板は、内筒１４の内壁面に傾斜板を設けるといった構成であっても良い。
また、上記構成の排ガス処理装置１０において前記外筒１２と前記内筒１４とは分離可能に構成すると良い。このような構成とすることにより、外筒１２の内部へ付着・堆積した排ガス中の未燃焼物質３０を取り除く際の作業が容易となる。また、排ガス処理装置１０のメンテナンスも容易となる。なお、外筒１２と内筒１４とを分離可能とする構成は、外筒１２を内筒１４に対してスライドさせる構成であっても良いし、外筒１２を半割れ可能に構成しても良い。

上記実施形態では主に、本発明の排ガス処理方法および装置を自動車のエンジンから排出される排ガスに対して採用する旨記載した。しかしながら、本発明の排ガス処理方法および装置は、工場の煙突や、家庭用・業務用の換気扇等にも採用することができる。前記用途に採用する場合において、排ガス処理装置内部に導入する排ガスの流速を充分に確保できない場合には、排ガス処理装置の排気側、若しくは導入側にファンを設け、当該ファンにより装置内部に導入する排ガスの流速を規定値にするように構成すると良い。

本発明の排ガス処理装置に係る実施形態の側断面を示す図である。図１に記載の排ガス処理装置のＡ−Ａ断面を示す図である。本発明に係る排ガス処理装置により遠心分離される排ガス中の未燃焼物質の移動軌跡を示す図である。本発明の排ガス処理装置に係る実施形態の応用例を示す図である。

符号の説明

１０………排ガス処理装置、１２………外筒、１４………内筒、１６………螺旋板、１７………ロッド、１８………板、２０………電源部、２２………バッテリ、２４………イグナイタ、３０………未燃焼物質。

Claims

導電性の外筒内にフィルタ機能を持った導電性の内筒を設け、前記内筒内に排ガスを導入すると共に前記排ガスを内筒内で旋回させ、遠心力によって排ガス中の未燃焼物質を前記内筒へ付着させ、前記内筒と前記外筒との間に間欠的に電圧を印加することで、前記内筒に付着した前記未燃焼物質を外筒に静電吸着させることを特徴とする排ガス処理方法。
導電性素材から成る外筒とフィルタ機能を持ち導電性素材から成る内筒とによって構成される排ガス処理装置であって、前記外筒と前記内筒との間に電圧をかける電源部を備えると共に、前記内筒内には当該内筒内に導入される排ガスを旋回させるための誘導板を設けて成ることを特徴とする排ガス処理装置。
前記内筒は、メッシュ素材で構成されることを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
前記外筒と前記内筒とは、分離可能に構成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排ガス処理装置。
前記誘導板は、螺旋形状に構成することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１に記載の排ガス処理装置。