JP4834886B2

JP4834886B2 - 高電圧パルス電源を有する静電式集塵器

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Publication number: JP4834886B2
Application number: JP2005143015A
Authority: JP
Inventors: ピー．ヘッケルスコット; ダブリュ．フーバーソングレコリー; ジェイ．ジョンソンマーク
Original assignee: Fleetguard Inc
Current assignee: Cummins Filtration Inc
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: DE102005021220A1; US7082897B2; DE102005021220B4; US20050224023A1; JP2005334876A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンを含む内燃機関の静電式クランクケースの換気システムに用いられる、静電式集塵器または静電式コレクタに関する。

静電式集塵器または静電式液滴コレクタとして知られているコレクタは、従来技術として公知である。この単純な形式では、高電圧コロナ電極が、コレクタ電極に近接配置され、例えば、高電圧コロナ放電電極が、接地されるキャニスターの中央部分、または放電電極の回りにコレクタ電極を設けて環状の接地表面を形成するチューブに配置される。

数1000ボルト、例えば、15ｋＶの直流高電圧が中央放電電極に与えられて、電極の回りに高電界強度によってコロナ放電を生じさせる。これにより、高電圧電極と接地電極の間のギャップ間にガスのイオン化を生じさせて電荷キャリヤを作り出す。浮遊する微粒子を含むガスがこの領域に流れ、微粒子はイオンによって荷電する。荷電した微粒子は、コレクタチューブまたはキャニスターの内面上に電界によって静電的に集塵される。

静電式集塵器は、ディーゼルエンジンのクランクケースにおける換気システムに用いられてきた。オイルの液滴を含む浮遊する微粒子をガス漏れから取り除くために、例えば、ガス漏れしたガスを、大気中に、または更なる燃焼のためにディーゼルエンジンの取入口側に新鮮なエアを戻すことができ、これにより、ガス漏れしたガスの再循環システムが与えられる。静電式集塵器は、また、エンジンからの再循環ガスを受入れ、そして、エンジンにクリーンなガスを戻すための他の内燃機関の静電式クランクケースの換気システムに用いられる。また、静電式集塵器は、他の利用、例えば、コンプレッサー内のオイルミストの再循環、及び高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内でイオン化した微粒子を集めるための種々の利用に用いられる。

コロナ放電電極アセンブリは、一般的に、従来、対角線方向に0.006インチ（0.15ｍｍ）径の導線を用いたホルダーまたはボビンが使用されている。このボビンは、軸線に沿って伸びる中央ドラムと、このドラムに沿って軸方向に離間しかつ半径方向外側に伸びる一対の環状フランジとを備えている。導線は、環状フランジ間の前後に張り合わせた連続部材であり、環状フランジの間に伸びて複数のセグメントを支持し、フランジ間の対角線方向に螺旋状に伸びている。

静電式集塵器がディーゼルエンジンのメンテナンスサービス中に、スラッジの形成が、しばしば接地電極上に、例えば、キャニスターによって与えられる環状の接地平面に発生する。このスラッジの形成は、静電式集塵器の性能を減退させ、アーク発生をたびたび起こさせる。このスラッジ形成の速度は、アーク発生によって悪化し、さらに、このような材料の形成を増加させる。最終的に、静電式集塵器の効率は、高周波（例えば、400Ｈｚまたはそれ以上）のアーク発生により、また、分単位の持続時間の間で続く他の不安定事象により減少する。アーク発生は、効率の減少を生じさせるとともに、アーク放電の繰り返しによって電源含む電気部品にストレスを生じさせる。これは、長いサービスライフまたは少なくともサービス期間の延長が必要となる自動車産業において問題となり、またこの技術の利用が制限される。

この公知の問題点における解決法の１つは、スラッジを取り除くためにコレクタ電極を周期的に清掃することであり、例えば、機械的に導かれる衝撃又は振動、機械的なラッピング、または音響的な振動を与えることである。この方法は、クランクケースのガス漏れの場合には微粒子が液体であるので有効ではなく、また、スラッジは、特にアーク発生の下では、固着しやすい。

従来の技術で知られた別の解決法は、機械的なワイパーを自動的に作動させてコレクタ電極を清掃することである。これは、機械的部品が故障しやすいために好ましいものではなく、また部品を追加することにより費用が増加する。

本発明の基礎となる構成では、単純なサービス点検中に取付け及び取外すことができ、また、正規のサービス間隔での交換を容易にする交換可能な電極アセンブリを有する静電式集塵器又は液滴コレクタが設けられている。好ましい実施形態では、静電式集塵器の部品は、永久的であり、エンジンまたはそのアンダーフード取付位置に取り付けられ、低コストの部品のみが取り替えられる。サービス点検を容易にするために、周期的な交換が促進され、性能の低下を避けることができる。更なる構成によれば、電極アセンブリは、オイルフィルタを交換すると同様に、単純な回転動作で取り付けと取り外しが可能になる。別の実施形態では、コレクタ電極及び放電電極の両方を、システム内の取付ヘッドから１つのユニットとして取り外すことができる。また、他の実施形態では、コレクタ電極のみが取り外される。

本発明は、高電圧パルス電源によってパルス駆動される高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内に、イオン化された微粒子を集めるコレクタ電極を有する静電式集塵器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の静電式集塵器は、高電圧パルス電源によってパルス駆動される高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内に、イオン化された微粒子を集めるコレクタ電極を有する静電式集塵器であって、
換気システム内にクリーンなガスを放出するための出口を有する取付ヘッドと、コレクタ電極を備えるとともに前記取付けヘッドに着脱自在に取付けられ、前記ガスを受け入れる入口を有するキャニスターと、このキャニスター内に設けられ、該キャニスタとの間にコロナ放電ゾーンを与えるギャップを形成し、かつ前記取付ヘッドから前記キャニスターとともに１つのユニットとして取外し可能で、高電圧パルス電源によってパルス駆動されるコロナ放電電極アセンブリとを含み、
前記高電圧パルス電源は、ピークパルス電圧とベースライン電圧の間でパルス動作する前記コロナ放電電極にパルス駆動電圧を供給し、前記ベースライン電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のアーク発生電圧より低くなり、そうでなければ、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のプラズマ伝導を生じさせるものであり、
前記ピークパルス電圧の持続時間は、前記高電圧パルス電源での熱的ストレスを最小化するのに十分短い時間に選択されて寿命を延ばすようにし、
さらに、前記ピークパルス電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のコロナ開始電圧よりも大きく、前記ベースライン電圧は、前記コロナ開始電圧よりも大きくなり、
前記集塵器は、前記パルス駆動がないときには、所望の効率のための十分なイオン化を与える定格直流電圧を有し、この定格直流電圧は、前記コロナ開始電圧よりも大きく、前記ベースライン電圧は、前記定格直流電圧よりも小さくかつ前記コロナ開始電圧よりも大きいことを特徴としている。

また、別の構成によれば、高電圧パルス電源によってパルス駆動される高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内に、イオン化された微粒子を集めるコレクタ電極を有する静電式集塵器であって、
換気システム内にクリーンなガスを放出するための出口を有する取付ヘッドと、コレクタ電極を備えるとともに前記取付けヘッドに着脱自在に取付けられ、前記ガスを受け入れる入口を有するキャニスターと、このキャニスター内に設けられ、該キャニスタとの間にコロナ放電ゾーンを与えるギャップを形成し、かつ前記取付ヘッドから前記キャニスターとともに１つのユニットとして取外し可能で、高電圧パルス電源によってパルス駆動されるコロナ放電電極アセンブリとを含み、
前記高電圧パルス電源は、ピークパルス電圧とベースライン電圧の間でパルス動作する前記コロナ放電電極にパルス駆動電圧を供給し、前記ベースライン電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のアーク発生電圧より低くなり、そうでなければ、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のプラズマ伝導を生じさせるものであり、
前記ピークパルス電圧の持続時間は、前記高電圧パルス電源での熱的ストレスを最小化するのに十分短い時間に選択されて寿命を延ばすようにし、
さらに、前記ピークパルス電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のコロナ開始電圧よりも大きくなり、
前記ベースライン電圧と前記コロナ開始電圧との間の電圧差は、前記ピークパルス電圧と前記ベースライン電圧との間の電圧差よりも小さいことを特徴としている。

本発明は、更なる解決法を提供し、サービス点検の間隔を引き伸ばすことができ、改良された静電式集塵器の性能を維持し、電源のサービス寿命を延ばし、またエネルギーの消費を削減させることができる。

また、本発明によれば、ＥＤＣを有する内燃機関クランクケースの換気システムを容易に与える方法を提供し、不慣れなサービス手順をなくして、サービス管理による望ましいメンテナンス間隔を維持することができる。また、高電圧パルス電源での熱的ストレスを最小化するのに十分短い時間に選択される結果、寿命を延ばすことができる。

以下の図１〜図１０は、本発明の基礎となる構成に関する記載である。

図１は、内燃機関２２のための静電式集塵器またはＥＤＣ（静電式液滴コレクタ）アセンブリ２０を示しており、このアセンブリ２０は、ディ−ゼルエンジンからのガス漏れ等の、エンジンからの再循環ガスを、矢印２６で示す入口２４に受け入れ、そして、クリーンなガスを、大気中に戻すか、あるいは、矢印３０で示す出口２８からエンジンに戻すための静電式クランクケース換気システムを有している。集められた微粒子は、良く知られているように、弁付きドレインポート３２に放出される。このアセンブリ２０は、入口２４を有する円筒形キャニスター３４と、出口２８を有する取付ヘッド３６を含んでいる。図２に示すように、コロナ放電電極アセンブリ３８がキャニスター３４内にあり、図示されるように、取付ヘッド３６とともに１つのユニットを形成している。

コロナ放電電極アセンブリ３８は、従来技術として知られるように、図３に示す、電気的に絶縁されたホルダーまたはボビン４０を含み、対角線に延びる導線４２（電気導体ともいう。）を有している。ボビン４０は、軸線４４に沿って軸方向に伸びる中央部分が中空のドラムとして与えられ、半径方向外側に伸びかつドラムから離間した一対の環状フランジ４６,４８を有している。導線４２は、連続した糸状部材で、環状フランジ間の前後に張られており、環状フランジ間に、部分的に螺旋状で対角線方向に導線が張られ、環状フランジの間に延在することによって複数のセグメントを支持している。

さらなる実施形態では、本発明と同一の出願人が所有する係属中の２００３年８月５日に出願された米国特許出願番号１０／６３４５６５または２００４年4月８日に出願した米国特許出願番号１０／８２４３１７に示されたコロナ放電電極を設けることができる。ボビン４０は、図４に示すようなねじ孔５２を用いてディスク状の電気絶縁体５０を取り付ける。ディスク状の電気絶縁体５０は、ねじ付きナット５４を用いて取り付けられた高電圧電極５２を有し、この電極５２を導体ストリップ５６に結合し、よく知られるように、導線４２に電流を導く。電気絶縁体５０は、コロナ放電ゾーン（第１環状体）６１からプレナム６２内を流れる再循環ガスを導くために、複数の出口開口５８をディスク回りに有する。再循環ガスは、入口２４から、高電圧コロナ放電電極４２と、接地平面キャニスター３４によって与えられるコレクタ電極との間のコロナ放電ゾーンを通り、さらに開口５８からプレナム６２を通って、取付ヘッド３６から矢印３０で示す出口２８に出る。

キャニスター３４は、軸線４４に沿って軸方向に伸び、取付ヘッド３６に面して開放した軸方向端部６０を有する。図２、図５、および図７に示す取付プレート６３は、キャニスター３４に取り付ける第１部分６４を有する。この取付けは、溶接、または参照符号６６で示す部分６４上にひだをつけることにより行われる。取付プレート６３は、ねじ部７０で示すように、好ましくは、ねじ部に取付ヘッドを取り付け可能にする第２部分６８を有するナットプレートを備えている。ディスク状の電気絶縁体５０は、好ましくは、完全にボンドで固定された取付プレート６３に取り付けられる。取付プレート６３は、キャニスター３４に取り付けられる第１セグメント６４を有し、この第１セグメント６４は、ラバーまたは他の弾性材料等を用いて環状ガスケット７２によって取付ヘッドにシールされている。取付プレート６３の第２セグメント６８は、ねじ部７０で取付ヘッドに螺合する。取付プレート６３の第１セグメント６４は、キャニスターの軸方向端部６０でキャニスター３４に取付られ、第１セグメント６４と軸方向端部６０は、環状ガスケット７２によって取付ヘッド３６にシールされる。

図２、図５及び図７に示す取付プレート６３は、第１セグメント６４から第２セグメント６８に半径方向内側に伸びる中間肩部７４を有する。第１セグメント６４は、肩部セグメント７４から軸方向上方に伸び、ガスケット７２を支持する。第２セグメント６８は、肩部セグメント７４から軸方向下方に延びている。第２セグメント６８は、半径方向内側に面する第１面７６にねじ部７０を有する。第２セグメント６８は、半径方向外側に対面する第２面７８を有する。電気絶縁体５０は、Ｌ字形状の外側フランジ８０を有し、このフランジは、取付プレート６３の第２セグメント６８の第２面７８に沿って軸方向上方に伸びる第１脚部８２を有する。Ｌ字形状のフランジ８０は、第１脚部８２から半径方向内側に伸び、かつ取付プレート６３の第２セグメント６８の下側にある第２脚部８４を有する。取付ヘッド内のプレナム６２は、取付プレート６３の第２セグメント６８のねじ部７０で取付ヘッド３６を螺合するように半径方向内側に向いている。

取付ヘッド３６は、図２、図６及び図７に示すように、逆Ｌ字形状のフランジ８６を含み、このフランジは、半径方向外側に伸びる第１脚部６３を有し、取付プレート６３の第１セグメントおよびキャニスター３４の軸方向端部６０の上方にあって、軸方向に圧縮されたガスケット７２によってシールされている。また、逆Ｌ字形状のフランジ８６は、軸方向下方に伸びる第２脚部９０を有しており、さらに半径方向外側に面した第１面９２を備えて、取付プレート６３の第２セグメントの第１面７６とねじ部７０によって螺合している。フランジ８６の第２脚部９０は、プレナム６２を定め、半径方向内側に面する第２面９４を有する。フランジ８６の第２脚部９０は、軸方向下方に伸び、電気絶縁体５０のＬ字形状フランジ８０の第２脚部８４の上方にある下方端部９６まで伸びている。開口５８は、軸方向に伸びて、その孔内にＬ字形状のフランジ８０の第２脚部８４が貫通し、逆Ｌ字形状のフランジ８６の第２脚部９０の半径方向内側に伸びている。

再循環ガスは、入口２４から、電気導線４２とキャニスター３４との間の第１環状体６０を通って流れる。電気絶縁体５０は、外側に伸びるＬ字形状のフランジ８０を有する外側部分を備えたディスクであり、中央部分に、軸方向上方に伸びてプレナム６２内に立設する円柱状の支柱９８を備える。この支柱は、逆Ｌ字形状のフランジ８６の第２脚部９０と半径方向内側に離間し、その間に第２環状体によってプレナム６２を形成する。第２環状体１００は、第１環状体６０よりもより外径が小さい。第２環状体１００の外径は、第１環状体６１の内径にほぼ等しい。

この開示された構成は、取外し可能かつ交換可能なＥＤＣアセンブリを与える。ナットプレート６３によって与えられる取付プレートは、ガスケット７２の半径方向内側の位置で取付ヘッドに螺合して係合する。取付プレート６３の第１、第２面は、半径方向に互いに反対側に向いて対面し、取付プレート６３のこれらの面は、取付ヘッドのフランジ８６の第２脚部９０とこれに対向し半径方向末端にある電気絶縁体５０の第１脚部８２との間で対面している。電気絶縁体５０は、半径方向内側に伸びる面１０２と、取付プレートの係合面７８とを有する。電気絶縁体の面１０２は、取付ヘッドのフランジ８６の半径方向外側の面９２に対面している。

逆Ｌ字形状のフランジ８６は、ボルトまたは図６に示すリベット孔１０４を用いて、図１、図２、図６及び図８に示す取付ヘッド３６の上部キャップまたはハウジング１０６に取り付けられる。キャップ１０６は、ボルト孔１０８を介してエンジンまたはエンジンコンパートメント内の所定の位置に取り付けられる。第１壁または分離板１１０が、ボルトまたはねじ孔１１２を介してキャップ１０６に取り付けられ、プレナム６２の上部壁を形成する。第２壁または分離板１１４は、ボルトまたはねじ孔１１６を介してキャップ１０６に取り付けられ、キャップ内に立設する異なる高さのスタンドオフによって第１壁１１０と離間している。

例えば、長いスタンドオフ１１８は、第１壁１１０のために、また、短いスタンドオフ１２０は、第２壁１１４のために設けられる。第２壁１１４は、スペーサまたはギャップによって第１壁１１０の上方に離間配置される。この第２壁１１４は、回路基板が設けられ、電源回路に電流を供給するためのプラグ固定具１２２を介して、電気的に外部と接続される、電源回路(図示略)を有する。電源回路は、図９に示すメス型電極端子１２４に高電圧を供給し、また、電極端子１２４は、回路基板に取り付けられて電気絶縁用ブート１２６によって覆われ、かつソケット受け口１２８を有しており、このソケット受け口は、キャニスター３４およびコロナ放電アセンブリを取付ヘッドに取付けるときに、電極端子５２の上部オス型端部１３０を受け入れる。

円柱状の支柱９８は、第１壁１１０内の開口１３２を通って上方に伸びている。第１壁１１０及び第２壁１１４は、キャップ１０６に形成されかつ出口２８に通じる筒状開口１３８に整合したそれぞれのカットアウトまたは開口１３４，１３６を有し、再循環ガスを、プレナム６２からカットオフ１３４，１３６を通過させ、さらに、筒状開口１３８の通路からエンジンに戻るための出口へ通過させる。

このシステムは、ＥＤＣを有する内燃機関クランクケースの換気システムを容易に与える方法を提供し、コロナ放電電極アセンブリ３８およびキャニスター３４を取り付けヘッドから１つのユニットとして取外し、新しいコロナ放電電極アセンブリとキャニスターに取り替えて、これらのユニットを取付ヘッド３６に取り付けることができる。

取付ヘッド３６は、キャップ１０６及びフランジ８６、さらにその中の構成部品を含み、残りの物は、エンジンまたはエンジン内の所定取付位置に取り付けられる。内部にコロナ放電電極アセンブリを含むキャニスター３４は、破棄される。キャニスター３４、取付プレート６３、絶縁体５０、及び導線４２は、１つのユニットとして設けられ、取付プレート６３を取付ヘッドのねじ部７０に対して取外し可能に取付ける。キャニスター３４、取付プレート６３、絶縁体５０、及び導線４２は、取付ヘッドからねじ部７０で取付プレート６３を分離することによって１つのユニットとして取り外される。キャニスターは、単純に取付ヘッドのねじ部から螺合関係により外すことができ、比較的簡単にオイルフィルタを取り除くことができる。この容易性は、不慣れなサービス手順を学ぶ必要をなくして、サービス管理によって推奨のメンテナンス間隔を維持することが望ましいと認められる。

発展段階において、種々の変更を考慮することができ、これらの変更は、電源ハウジングまたは取付ヘッド等の鋳造要素の中に、ねじ部、フランジ、及び同等物を統合化し、ピン、噛み合い結合を与える連結部のソケット形式等、および組み付けの許容公差範囲内の僅かな不整合を許容できる、高電圧端子に対する種々の変更に基づく電気接続を含む。

図１０は、別の実施形態を示しており、理解を容易にするために同等物に対して同一の参照符号を用いる。この実施形態において、外側キャニスターによって与えられるコレクタ電極のみが、取付ヘッドから取り外され、一方、放電電極アセンブリは、取付ヘッドに取り付けられたまま残る。ＥＤＣアセンブリ２０ａは、取付ヘッド３６ａに取り付けられたキャニスター３４ａを含む。キャニスター３４ａ内のコロナ放電電極アセンブリ３８ａは、コレクタ電極を与えるキャニスター３４ａを備え、かつコロナ放電ゾーンを与えるギャップ６１によってキャニスター３４ａからに離間している。キャニスター３４ａは、ねじ部３５で取付ヘッド３６ａに取外し可能に取り付けられており、キャニスター３４ａによって与えられるコレクタ電極を取り除いて、新しいキャニスターによって与えられる新しいコレクタ電極に置き換えることができる。

図２において、コロナ放電電極アセンブリ３８は、上述したようにキャニスター３４に取り付けられ、かつ取付ヘッドから１つのユニットとして取外し可能である。図１０において、コロナ放電電極アセンブリ３８ａは、例えば、溶接または接着、或いはインターフェース３７等によって取り付けヘッドに取り付けられ、残りの物は、キャニスター３４ａを取付ヘッド３６ａから取り除くときに取付ヘッドに取り付けられる。キャニスター３４ａは、ねじ部３５で取付ヘッド３４ａに螺合し、キャニスターを回転させて取付ヘッドに取り付けられ、また逆回転させて取付ヘッドから取り外される。

キャニスター３４ａは、第１、第２の軸方向端部３４ｂ、３４ｃ間に軸線４４に沿って軸方向に伸びている。第１端部３４ｂは、閉じており、入口２４を有する。第２端部３４ｃは、開口して取付ヘッド３６ａに対面し、かつねじ嵌合で取付ヘッドに螺合するねじ部３５を有する。取付ヘッド３６ａの上側部分は、取付ヘッド３６と同様であり、出口２８を有する。コロナ放電電極アセンブリ３８ａは、ボビン４０に沿うコロナ放電電極アセンブリ３８と同様であり、ボビン４０によって与えられる電気絶縁体に取付られた電気導線４２と、キャニスター３４ａから取付ヘッド３６ａを通ってガスが軸方向に流れる１つ以上の開口５８ａを有するディスク状の電気絶縁体５０ａとを有する。開口５８ａは、半径方向内側にねじ部３５を有し、コロナ放電ゾーンを与えるギャップ６１に軸方向に整列している。ガスは、開口５８ａを通って取付ヘッド内のプレナム６２ａ内に流れており、このプレナムは、ねじ部３５の半径方向内側にある。ガスは、入口２４から第１環状体６１を通ってプレナム６２ａ内の第２環状体を通って流れる。第１環状体は、第２環状体よりもより大きな内径を有する。

図１１及び図１２は、本発明の特徴を説明するためのものであり、理解を容易にするために上述した参照番号を用いている。
静電式集塵器２０は、図２,１０,１１に示す高電圧電極５２に電圧を供給する高電圧パルス電源１５０によってパルス駆動される高電圧コロナ放電電極アセンブリ３８によって作りだされた電界内にイオン化した微粒子を集めるコレクタ電極３４を有する。この電極５２は、図３に示す導線４２に導通し、または２００３年８月５日に出願された米国特許出願番号１０／６３４５６５または２００４年4月８日に出願した米国特許出願番号１０／８２４３１７に示されるような実施形態で知られたコロナ放電電極である。図１２に示すように、高電圧パルス電源１５０は、パルス駆動電圧をコロナ放電電極５２に供給する。この電極５２は、パルス電源１５４によって供給されるピークパルス電圧１５２と、ベースライン電源１５８によって供給されるベースライン電圧１５６との間でパルス作動する。

図１２は、水平Ｘ軸がミリ秒単位の時間を示し、また垂直Ｙ軸がキロボルト単位の電圧を示している。ベースライン電圧１５６は、コロナ放電電極とコレクタ電極との間のアーク発生電圧より低く、そうでなければ、コロナ放電電極とコレクタ電極との間のプラズマ伝導を生じさせる。

ピークパルス電圧１５２の持続時間、即ち、パルス幅が、高電圧パルス電源での熱的ストレスを最小化するのに十分短い時間に選択される結果、寿命を延ばすことができる。このようなパルス幅は、高電圧スイッチ１６０によって制御される。

１つの実施形態では、パルス駆動電圧１５６，１５２は、従来技術で一般的に用いられるように、一定の直流駆動電圧を除外するためにコロナ放電電極に供給される。他の実施形態では、パルス駆動電圧１５６,１５２は、参照番号１６２で示すような直流駆動電圧に重ね合わされる。

１つの実施形態では、ピークパルス電圧１５２およびベースライン電圧１５６の両方は、コロナ放電電極とコレクタ電極との間のコロナ開始電圧よりも大きくなっている。従来公知の集塵器は、一般的に所望の効率のための十分なイオン化を与える定格直流電圧を有し、この定格直流電圧は、コロナ開始電圧よりも大きく、例えば、コロナ開始電圧１６４よりも大きい直流電圧１６２を示す。

本発明の静電式集塵器の好ましい実施形態では、ベースライン電圧１５６は、上記定格直流電圧１６２よりも小さく、コロナ開始電圧１６４より大きい。更なる好ましい実施形態では、ベースライン電圧１５６とコロナ開始電圧１６４との間の電圧差は、ピークパルス電圧１５２とベースライン電圧１５６との間の電圧差よりも小さい。更なる好ましい実施形態では、ベースライン電圧１５６は、ピークパルス電圧１５２よりもコロナ開始電圧１６４により近い電圧である。他の実施形態では、ベースライン電圧１５６は、コロナ開始電圧１６４より低い電圧であり、更なる実施形態では、ベースライン電圧１５６は、ゼロボルトとなるであろう。

好ましい静電式集塵器では、コロナ放電電極は、０〜２０キロボルトの範囲のベースライン電圧１５６と、２〜１００Ｈｚの周波数で５０ナノ秒(ns)〜１００ミリ秒(ms)の範囲のパルス幅を有する１０〜５０キロボルト内にあるピークパルス電圧１５２との間で、パルス駆動される。

また、本発明は、エンジンクランクケースのガス漏れに利用できる静電式コレクタと共に使用する高電圧電源に関する。この電源は、ユニットが設計された物より高い出力レベルで駆動する電源の電気部品を保護するための特徴を備えている。これは、高電圧電源のサービス寿命を延ばしかつ電源コストを制限するのに役立つ。

静電式液滴コレクタは、エンジンのクランクケースのガス漏れから放出される微粒子の量を減少させるのに用いることができる。一般的なサービスにおいて、コレクタの接地電極は、ユニットの寿命を越える集塵物で汚染される。この汚染物質は、ユニット内でアーク発生の主原因となる。ライフ時間が進行するにつれて、電源が設計された以上の高電流を必要とする事象がコレクタ内に発生する。これらの事象が起こると、電気部品上で熱的ストレスが激的に上昇する。長期にわたる事象または短い事象の積み重ねにより、電源の故障が発生する。

本発明は、エンジンクランクケースのガス漏れのろ過方法に利用する静電式コレクタのための高電圧電源を開示する。回路には、電流の要求があまりに高くなるときユニットを保護するために、高電圧電源が含まれている。これは、ユニットの設計意図を超える電気部品の過負荷から電源を保護する。このような起こりうる事象の1つが、プラズマ伝導といえる。アークが電極の汚染により発生すると、電界が崩壊する。これは、アークの近くまたは内部の局所領域内のガス温度に影響を与える。この増加した温度は、ガスのイオン化ポテンシャルを低下させ、そして、低電圧でアークを支えることができるようになる。

システムにおけるこの効果は、ガスを介してより大きな電力量を導くことができる。さらに、これは、入力電流を増加させる。このような事象の実験的測定が図１３に示されている。上部のプロット点は、コロナ電圧を示し、底部のプロット点は、入力電流を示す。コロナ電圧プロット点から、かなり高周波では、電圧の変動が生じ、これは、通常の作動時で２５０Ｈｚのオーダーである。プラズマ伝導の事象が発生すると、４〜６秒間で、５〜７ｋＶの電圧降下が生じる。同時的に、入力電流は、１．３Ａ〜３．５Ａ近くまで上昇する。

第１の実施形態は、図１４に概略示されており、このような事象が起こると、ガスを介して流れるために必要なエネルギー量を与えないことにより、電流制限回路がコレクタの性能全体を改善する。これは、次に、コレクタが、通常作動状態により早く戻るようにさせ、そして、ユニット全体の効率を改善する。この回路は、高電圧電源の低電圧制御ボード上に組み立てられる。電源ハウジングの内側に分離したプリント回路基板として、または、それ自体のハウジング及び入力／出力接続部とを備える、個別の外部回路として与えることができる。

第２の実施形態は、図１５に概略示されており、入力電流の要求が所定の閾値を横切るとき、電源は、瞬間的にターンオフする。これは、リレーまたは他の電気部品によって達成することができる。電源の容量が使い果たされると、物理的事象を停止させなければならない。その理由は、この事象を維持するためのエネルギーがなくなるからである。電源は、所定の、可能な調整時間まで戻すことができる。代わりに、電源がスイッチバックされるときを決定するために、コロナ電圧又は電流を監視することができる。静電式コレクタを通常の作動状態に戻すために必要とされる全体の時間が、制御されないシステムに比較して大いに減少することになる。

第３の実施形態は、図１６に概略示されており、入力電流の要求が所定の閾値を横切るとき、高電圧電源の出力が中断される。これは、高電圧リレーまたは他の電気回路を用いて達成することができる。第２の実施形態のように、これは、所定の時間で、あるいはコロナ電圧または電流の監視に基づいて、行うことができる。

本発明は、添付の特許請求の範囲内で種々の等価物、代替物及び変形例が可能である。

本発明の基礎となる静電式集塵器またはＥＤＣ（静電式液滴コレクタ）のアセンブリを示す斜視図である。図１の構造の断面図である。図２の構成要素の示す斜視図である。図２の別の構成要素を示す斜視図である。図２の別の構成要素を示す斜視図である。図２の別の構成要素を示す斜視図である。図２の一部分を示す拡大図である。図１の一部分を示す分解斜視図である。図８の一部分を示す断面図である。図２に類似するとともに別の実施形態を示す断面図である。本発明に従う静電式集塵器のための電源を示す図である。本発明に従う作動を説明するグラフである。プラズマ伝導中に集められた実験データを示す図である。第１の実施形態におけるブロック図である。第１の実施形態におけるブロック図である。第１の実施形態におけるブロック図である。

符号の説明

２０静電式集塵器
２２内燃機関
２４入口
２８出口
３４キャニスター
３６取付ヘッド
３８コロナ放電電極アセンブリ
４２導線
５０電気絶縁体
５２高電圧電極（コロナ放電電極）
６１コロナ放電ゾーン（第１環状体）
６２プレナム（第２環状体）
６３取付プレート
１５０高電圧パルス電源
１５２ピークパルス電圧（パルス駆動電圧）
１５４パルス電源
１５６ベースライン電圧（パルス駆動電圧）
１５８ベースライン電源
１６２定格直流電圧
１６４コロナ開始電圧

Claims

高電圧パルス電源によってパルス駆動される高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内に、イオン化された微粒子を集めるコレクタ電極を有する静電式集塵器であって、
換気システム内にクリーンなガスを放出するための出口を有する取付ヘッドと、
コレクタ電極を備えるとともに前記取付けヘッドに着脱自在に取付けられ、前記ガスを受け入れる入口を有するキャニスターと、
このキャニスター内に設けられ、該キャニスタとの間にコロナ放電ゾーンを与えるギャップを形成し、かつ前記取付ヘッドから前記キャニスターとともに１つのユニットとして取外し可能で、高電圧パルス電源によってパルス駆動されるコロナ放電電極アセンブリとを含み、
前記高電圧パルス電源は、ピークパルス電圧とベースライン電圧の間でパルス動作する前記コロナ放電電極にパルス駆動電圧を供給し、前記ベースライン電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のアーク発生電圧より低くなり、そうでなければ、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のプラズマ伝導を生じさせるものであり、
前記ピークパルス電圧の持続時間は、前記高電圧パルス電源での熱的ストレスを最小化するのに十分短い時間に選択されて寿命を延ばすようにし、
さらに、前記ピークパルス電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のコロナ開始電圧よりも大きく、前記ベースライン電圧は、前記コロナ開始電圧よりも大きくなり、
前記集塵器は、前記パルス駆動がないときには、所望の効率のための十分なイオン化を与える定格直流電圧を有し、この定格直流電圧は、前記コロナ開始電圧よりも大きく、前記ベースライン電圧は、前記定格直流電圧よりも小さくかつ前記コロナ開始電圧よりも大きいことを特徴とする静電式集塵器。
高電圧パルス電源によってパルス駆動される高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内に、イオン化された微粒子を集めるコレクタ電極を有する静電式集塵器であって、
換気システム内にクリーンなガスを放出するための出口を有する取付ヘッドと、
コレクタ電極を備えるとともに前記取付けヘッドに着脱自在に取付けられ、前記ガスを受け入れる入口を有するキャニスターと、
このキャニスター内に設けられ、該キャニスタとの間にコロナ放電ゾーンを与えるギャップを形成し、かつ前記取付ヘッドから前記キャニスターとともに１つのユニットとして取外し可能で、高電圧パルス電源によってパルス駆動されるコロナ放電電極アセンブリとを含み、
前記高電圧パルス電源は、ピークパルス電圧とベースライン電圧の間でパルス動作する前記コロナ放電電極にパルス駆動電圧を供給し、前記ベースライン電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のアーク発生電圧より低くなり、そうでなければ、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のプラズマ伝導を生じさせるものであり、
前記ピークパルス電圧の持続時間は、前記高電圧パルス電源での熱的ストレスを最小化するのに十分短い時間に選択されて寿命を延ばすようにし、
さらに、前記ピークパルス電圧は、前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間のコロナ開始電圧よりも大きくなり、
前記ベースライン電圧と前記コロナ開始電圧との間の電圧差は、前記ピークパルス電圧と前記ベースライン電圧との間の電圧差よりも小さいことを特徴とする静電式集塵器。