JPH0731148U - 排気および煙道ガスから微粒子を除去する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭化水素の燃焼に起因する排気ガス中の微粒
子を著しく減少せしめると共に、分離した煤を除去す
る。 【構成】 排気ガスが２電極高電圧発生器の電極に交互
に接続するいくつかの導体１２，１２′，１３の間を通
過すると、炭素粒子が白熱化せしめられ、導体の上流側
で導管２内に空気を導入することにより焼却される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】 本考案は、化石燃料の燃焼によって生じた排気ガス、煙道ガスから微粒子を除 去するシステムに関する。さらに詳細には、本考案は、ディーゼルエンジンの排 気または軽油、これよりも重質の油、さらには芳香族化合物成分が混じった重質 油の燃焼を伴なうすべての場合（熱発生プラント、可搬式発電機、大規模発電所 など）または石炭の燃焼で発生する煙道ガスから微粒子が放出されるのをなくす かまたは少なくとも大きく減少せしめるシステムに関する。

【０００２】 本明細書における記述を簡略にするために以下においてはディーゼルエンジン についてのみ例示することとするが、これから述べるポイントおよび結論は他の 場合においても等しく適用され得るものである。

【０００３】 約１０個の炭素を有する分子または単純な芳香族化合物分子から始まる炭化水 素の燃焼は、たとえばＣＯ、ＣＯ_２およびＨ₂Ｏのような通常の燃焼生成物ばか りでなく、たとえば未燃焼有機化合物、煤および窒素酸化物のような生成物をも 発生せしめる。

【０００４】 排気ガスの組成は燃焼に用いられた空気の量に依存して可成り変化するもので ある。しかしながら、良好なプロセス収率を得るためには（すなわち充分な動力 を得るためには）、空気−燃料比をおおよそ一定の値に固定することとなるが、 このような値の下では微粒子の放出を回避することがむずかしい。

【０００５】 このことは自動車のディーゼルエンジンの場合には観察者にとって特に明かに わかる現象となって生じ、著しい大気汚染であるとか健康上甚だ有害であるとか の非難をあびることとなる。

【０００６】 総括的に言えば、このような非難は根拠のないものである。事実、ガソリンエ ンジンに較べると、ディーゼルエンジンは、発生する一酸化炭素（一酸化炭素は 血液の酸素交換機能を阻害するので強力な毒物である）の量は４ないし６分の１ であり、未燃炭化水素（これは高い発癌性を有する）の量は大略半分であり、窒 素酸化物（これは酸性雨に関係する）の量も約半分である。

【０００７】 しかしながら、ディーゼルエンジンでは炭素粒子（これは長期間にわたると気 管支炎やその他の胸部疾患を生ぜしめる）を４０倍も放出すると共に、二酸化硫 黄（これも酸性雨の原因となるが、ガソリンで行ったのと同様にディーゼル燃料 も脱硫すればなくすことができる）も放出する。

【０００８】 また、煤は未燃炭化水素を吸着してこの発癌性物質の媒介体として作用するこ とも注目すべきである。

【０００９】 要約するに、軽油、燃料油およびその類似物の燃焼で生じた煤は極度に不快な もので、その大気放出は全くなくすかまたは少なくとも大きく減少せしめなけれ ばならないことは疑いないのである。

【００１０】 炭化水素の燃焼によって生ずる微粒子の量を或る程度減少せしめることは、電 子装置によって燃焼を調節することで達成せしめ得る。しかしながらこの調節は 約２０％だけ煙の等級を減ずる。この減少率は多くの場合不充分である。この問 題を解決するために今迄多くの努力がなされて来た。

【００１１】 数多くの特許（たとえば特開昭６３−２３２８１７号、ヨーロッパ特許第２８ ３,２４０号、同第１１４,６９６号、米国特許第４,６２２,８１０号、同第４, ６０４,８６８号、同第４,５７１,９３８号など）では、微粒子を機械的に捕捉 できる様々な種類のセラミックフィルタを用いている。これらのセラミックフィ ルタは、たとえば特別のバーナで生成した熱ガスを利用する燃焼により、または 予熱空気流により、周期的に再生せしめ得るものである。このようなフィルタに は屡々燃焼を容易にするためにたとえば白金のような触媒を含有せしめておく。

【００１２】 このようにすることにより、微粒子の量は大きく減少するが、セラミックフィ ルタのコスト高であることおよびこわれ易いものであること、さらには触媒がコ スト高であることおよび劣化し易いものであることなどが、このようなフィルタ の使用、ことに自動車用としての使用を非経済的なものとしていたのである。

【００１３】 米国特許第４,７４１,７４６号では、ディーゼルエンジン排気ガス中の炭素微 粒子を沈降せしめるのにコロナ放電をなす静電沈降器を用いることを提案してい る。

【００１４】 米国特許第４,５８７,８０８号もまたディーゼルエンジン関係のものであり、 分子解離器の使用を提案している。この分子解離器は１５０ＫＶにも及ぶ電圧で 、ＣＯ、ＣＯ_２およびＮＯ_ｘ分子の解離を生じさせ、未燃炭化水素を構成元素に 解離させ、次いでこのようにして生成した炭素微粒子を、既に排気中に存在する 炭素微粒子と共に除去するのである。

【００１５】 しかしながら、運輸により生ずる空気汚染に関する１９８７年パリ会議におい て、工業に由来するシステムを自動車に装備すると、その有効性は疑わしくなり （サイクロンの場合）、またその大きさが大きすぎ、さらにはその機構が禁止的 に複雑なものとなる（静電分離器の場合）ことが報告されている（ポリュージョ ン アトモスフェリク、１９８７年１２月特別号、第２６８−２８５頁参照）。

【００１６】 上述のことから、寸法が限られている場合（たとえば自動車用ディーゼルエン ジンなどまたは家庭用熱プラントの場合）には、炭化水素の燃焼で生ずる排気ガ ス中の煙の成分の減少に関係する技術的問題および経済的問題は解決から遠くか け離れている段階にあることは明らかである。

【００１７】 本考案の目的は、炭化水素の燃焼に起因する排気ガス中の微粒子を著しく減少 せしめる構造簡易で費用がかからずコンパクトな装置を提供すると共に、分離し た煤の除去のために用いる手段が簡単であるシステムを提供することによって上 述の諸欠点を解決することにある。

【００１８】 本考案によれば、微粒子除去装置は、２電極高電圧発生器、この高電圧発生器 の一方または他方の電極に交互に接続するいくつかの導体、これら導体の上流側 で排気パイプ内に空気を導入する手段、およびこの空気導入手段を制御する手段 の４つの手段を炭化水素の燃焼生成物を流す排気パイプ内に挿設したことを特徴 とするものである。

【００１９】 前記導体はそれぞれ、前記排気ガスの流れの方向に鉛直に前記パイプの中に設 置した導電性の金属格子から成るものである。

【００２０】 この金属格子の寸法（または格子を形成するフィラメントの全横断面積とパイ プの横断面積との百分比）は５０％以下、好適には３５％以下で１０％以上とす べきである。

【００２１】 このような数値は、パイプの横断面積を不当に邪魔しないことの必要性と電気 放電によって占められる面積が妥当な面積となることの必要性との間で程よいバ ランスが得られなければならないという要求によって制約された結果である。

【００２２】 上述とは別に、前記導体は前記排気ガスの流れの方向に平行する面または管を 形成するように配設した格子およびまたは板およびまたはワイヤから成るものと することができる。

【００２３】 この場合、上述で定めたように前記導体が占められるスペースは３５％以下で ４％以上とし、格子およびまたは板およびまたはワイヤがパイプの直径の１０倍 に至るまでの長さにわたってパイプの軸線に平行して延びるものとすることがで きる。

【００２４】 これらの導体へ供給する電圧は、作動温度および関連する作業条件下における ガス中の放電を生じさせる電界の５０％から９８％の間の電界を生成せしめるよ うな電圧でなければならない。

【００２５】 前記パイプ内に空気を導入する手段は弁付きの導管、または管路およびパイプ から成るものである。

【００２６】 前記空気導入手段を制御する手段は、排気ガスを分析してその結果をポンプお よび弁を制御するマイクロプロセッサに伝達して所望量の空気を前記導体の上流 側でパイプへ導入するようにするプローブから成るものである。

【００２７】 以下、本考案を添付図面に例示したその好適な実施例について詳述する。

【００２８】 図１において示すように、導管２が排気ガスを流すパイプ１の間に挿設されて いる。この導管２には導体（図示してない）が設けてあり、これらの導体はケー ブル４および５を介して電圧発生器３に接続してある。マイクロプロセッサ９は プローブ６によって分析されたガスの組成に関する信号を処理して、導管２に接 続した管路７の弁８を制御し、この導管２の所望量の空気をポンプ１０を介して 導入する。

【００２９】 作動に当っては、プローブ６がガス、ことにそのＣＯ、ＣＯ_２およびＯ_２成分 を分析する。信号がマイクロプロセッサ９へ送られ、ここで予め設定したプログ ラムおよび特定の燃料消費に関する他の情報に基づいて未燃材料および煤の量を 確定し、さらにその燃焼に要する空気量を確立して、この結果によりポンプ１０ および弁８を制御する。

【００３０】 同時に、高電圧を高電圧発生器３から導体間に印加する。

【００３１】 ガスが電極間に流れると、このガス中に含まれる煤はこの装置の誘電定数を低 下せしめて、強いスパーク放電が炭素粒子へと飛び、これを白熱化せしめて焼却 させる。

【００３２】 ガス中の空気を富化させることおよび高い温度とすることで大部分の炭素を焼 却することを可能とし、主として二酸化炭素の生成を見ることとなる。このよう にして、たとえばディーゼルエンジンの排気ガス中の一酸化炭素成分が極少量で あることをそのまま維持させるか、場合によってはこの一酸化炭素成分をさらに 減少せしめるのである。

【００３３】 本考案の２つの実施例を図２および図３で示す。

【００３４】 図２において、扁平な板の形とした導体１２，１２′および１３は左から右へ と流れるガスの流れの方向に平行に設置してあり、ケーブル４および５はそれぞ れ板１２，１２′および板１３に給電している。ケーブル５は絶縁部分１１を介 して導管２の壁を貫通している。これらの板は突出する尖端部１４を有し、これ によって炭素粒子と板自体との間の電荷の形成を助勢している。

【００３５】 図３においては、円形格子の形とした導体１２，１２′，１３および１３′は ガスの流れの方向に鉛直に設置してあり、ケーブル４および５を介して給電され る。これらのケーブルは絶縁体１１によって絶縁されている。絶縁体はまたケー ブル４および５が導管２の壁を通るようにするものである。

【００３６】 もちろん、導体１２および１３を他の形状および配置とすることは本考案の範 囲内において可能なことである。

【００３７】 本考案を３８６０ｃｃのディーゼルエンジンと１５００ｒｐｍにおいて定格４ ０ＫＷの発電機の組合せの排気システムで試験を行った。このディーゼルエンジ ンは試験中１４００ｒｐｍの回転速度で運転された。

【００３８】 図３に示すような格子の形とした導体を３ｃｍ間隔で設置した。４対の導体の 直径は排気パイプの内径よりも２０％小さかった。１対の導体の導体間電圧は５ ０ないし６５ＫＶの範囲であった。各格子が占める空間の大きさはパイプの横断 面積の２２％に達した。

【００３９】 エンジンは各試験にあたって１時間運転した。微粒子除去装置はこの期間中作 動せしめた。同時に、排気ガスをサンプルとして集め、このサンプルを秤量した フィルタに通した。ガスを１ｍ^３だけ通した後、微粒子を捕捉したこのフィルタ を再秤量した。

【００４０】 排気ガス中の微粒子の平均量は本考案による処理前には１７.２ｍｇ／ｍ^３で 偏差は＋３ないし＋４ｍｇ／ｍ^３の間であった。

【００４１】 格子対を１つずつ挿入すると、処理されたガスの微粒子成分は減少した。これ は約１５％（１対の格子を挿置し、これに５２ＫＶの電圧を印加した場合）から 約７０％（４対の格子を挿置し、これに６０ＫＶの電圧を印加した場合）まで変 化した。

【００４２】 以上本考案を添付図面に例示したその好適な実施例について詳述したが、本考 案はこれらの特定の実施例に限定されるものではなく、本考案の精神を逸脱しな いで幾多の変化変形がなし得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかわる一般的な配置を示す略図であ
る。

【図２】導体をガス流の方向に平行に設置した本考案の
第１の実施例の断面図である。

【図３】導体をガス流の方向に鉛直に配設した本考案の
第２の実施例の斜視断面図である。

【符号の説明】

２ 導管 ３ 電圧発生器 ４，５ ケーブル ６ プローブ ７ 管路 ８ 弁 ９ マイクロプロセッサ １０ ポンプ １１ 絶縁部分 １２，１２′，１３，１３′ 導体 １４ 尖端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ジャン・パオロ・ジロメーラ イタリー国ローマ市00135 ビア・デラ・ ルッキーナ28 (72)考案者 メダルド・ピンチ イタリー国ローマ市00127 ビア・サンタ ルカンゼロ・ディ・ロマーニャ11

Claims (8)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気パイプ中の排気ガス微粒子を減少せし
   める装置において、２電極高電圧発生器と、前記電極の
   一方または他方に接続された複数の導体と、これら導体
   の上流側において前記排気パイプ中に空気を導入する手
   段と、この空気導入手段を制御する手段と包含すること
   を特徴とする装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、前記導体の
   それぞれが、前記排気パイプの内側で前記排気ガスの流
   れの方向に鉛直に配設した導電性金属の格子から成るこ
   とを特徴とする装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の装置において、各格子の横
   断面積と前記排気パイプの横断面積との比を５０％以
   下、１０％以上としたことを特徴とする装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の装置において、前記比を３
   ５％以下としたことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の装置において、前記導体が
   前記排気ガスの流れの方向に平行に設置した格子および
   または板およびまたはワイヤの形としたことを特徴とす
   る装置。
6. 【請求項６】請求項３記載の装置において、前記導体の
   全横断面積と前記排気パイプの横断面積との間の比を３
   ５％ないし４％の間の値とし、前記導体を前記排気パイ
   プの軸線に平行に前記排気パイプの直径の１０倍に達す
   るまでの長さにわたって延在せしめたことを特徴とする
   装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の装置において、前記導体の
   それぞれが多数の突出する尖端部を有することを特徴と
   する装置。
8. 【請求項８】請求項１記載の装置において、前記高電圧
   発生器が前記導体に給電して、作動条件下において前記
   導体間に放電を生じさせるに必要な電界の５０％ないし
   ９８％の間の電界を形成するようにしたことを特徴とす
   る装置。