JPS59502059A - ガスを浄化する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 カスを浄化する方法およびｙ置 技術水−隻 本発明は請求の・範囲第１頂のト１立藍念・）（二よるカスを浄化する方法およ び装置６′に関する。、この種の方法は１′てに提案されている。この陽合カー ヂノ含有カスは訃す静電除塵機に、次に８４；械的除塵機に送られる。静電除塵 機内のコロナ放電領域に電荷ギヤリヤが発生し、このキャリヤがカーフ１？）粒 子に付着し、との粒子をアースした室壁に沈着てせる。そこから大きいカーゼン フレークが再び剥離され、第２過程で機械的カーゼ／分離機に送られる。この方 法はコロナ放電発生のための高い電場の強さを必要とし、コロナ放電維持のため 著しい電力を消費する欠点を有する。高圧電場内のこの電力の供給は大きい工業 的費用を必要とする。さらにこの古い方法の場合、実際には連続的作業が達成さ に、捷ず再び剥離しなければならないからである。

本発明の利点 請求の範囲第１項記載の特徴を有する本発明の方法は技術水準に比して、小さい 電気的および機械的費用をもって連続的作業を可能にし、微細に分布する小粒子 を大きい凝集物に凝結させ、この凝集物を特殊な条件下にこの形のままでその無 害性のため排気とともに排出することができ、捷たけ自動的に沈積する利点を有 する。他面発生した凝集物はその質量が比較的太きいだめ機械的分離で容易に分 離できるので、装置費用が小さく、後置の機械的分離機を通る排ガス流れかあ１ り妨害きれない。

さらに浄化するカスを均一な定常電場を通して導くのか有利である。というのは この場合粒子ダイポールか転極せず、凝集物が妨げられずに通過するからである 。しかし定常電場の代りに低周波交流電場捷たは脈流電場を粒子Ｏ極のだめ使用 することもできる。

浄化するカス中の粒子濃度が低い場合、凝集速度は低くなる。この場合電場の強 さを粒子またけ滴の発生量の減少に対し反比列的に変化させ、才たけ有利に電場 にとくに電場と平行の音場を重畳させることによって凝集速度上昇を達成するこ とができる。前者の場合粒７′−または滴の表面に高い誘導電荷または分極が発 生するので、引力が大きくなり、後者の場合粒子は装置通過の際振動するので、 長い通路を通過し、それによって衝突頻度したがって凝集速度が上昇する。

凝集速度を−Ｌ昇するもう１つの方法は凝結器を発生させるため、一部のカスを 凝結器出口からその入口へ還流させることである。乙の場合大きい核が利用でき るので、カス中の粒子濃度が小さい場合も十分に大さい凝集物が形成される。

凝結過程後の機械的分離にはとくに遠心力分離機の使用が有利なことが明らかに なった。それはこの装置内では粒子サイズが十分大きい場合、小さい背圧および 小さい装置費用をもってガスと不純物の有効な分離が可能であるからである。

本発明の方法を実施する装置としてはとくに鋼からなる電導性の２つの同心中空 円筒を有する装置がとくに適することが明らかになった。電場の強さが不変の場 合、多数の電極面を電気的に並列接続し、または多数の電源に、存在する電圧が 短い距離で印加されるように接続することができる。凝集速度を」−昇する排ガ ス還流に関しては凝結型入［１のペンチコーリノズルによってガスを輸送するこ とによりとくに簡単な装置が得られる。すなわち付加的可動部利なしに排ガス還 流管内の排ガス輸送に必要な圧力が得られる。

図　面 本発明の実施例は添伺図面に示され、以下の記載で詳細に説明される。第１図は 凝集効果を説明する図、第２図は凝結装置の原理図、第３図はザイクロ／の構造 、第４図は並列接続した３つの中空円筒電極を有する凝結器の構造、第５図は平 面電極を有する凝結装置、第６図は排ガス還流系を示す図である。

実施例の説明 第１図には本発明の方法に使用けるような凝結の原理が示される。２つの電極１ ０と１１の間に粒子寸だは滴（以下には粒子１２と称する。）が存在し、この粒 子１２は存在するガス圧のため矢印１３の方向に動４ く。電極１０は図示されていない高圧直流電源の正極と結合し、電極１〕は負極 と結合し、矢印１４に相当する電場の強さＥの電場が発生する。

電場の強さＥは装置のイオン化電場の強さより低いので、実際には放電が発生し ない。第２図により後述する実験装置の場合、この電場の強さはたとえば１０Ｋ Ｖ／（１）より低く、この実験装置の最低電場の強さばＩＫＶ／（１）より高い 。電場の強さＥのため電導性粒子］２に誘導電荷が発生し、誘電性粒子１２に図 示の正および負の電荷に相当する粒子１２の分極が発生するので、この粒子１２ は矢印１５で示すように互いに引力をおよぼし、大きい凝集物に凝結する。粒子 １２の誘導または分極現象は粒子の誘電率が大きいほど、または電導度が高いほ どおよび電場の強さＥが高いほと大きく現れる。低い誘電率および低い電導度は この場合イオン化電場の強さに達する１での高い電場の強さによって補償される ので、たとえば誘電率ＤＫ二８０のきわめて小さい水蒸気層も発生する分極（ｔ こよって大きい凝集物に凝結する。それゆえこの方法は粒子のダイポール形成が 十分に大きければ固体粒子の凝結のためにも滴の凝結のためにも適する。

本発明の方法は粒子をカスとくにたとえばティーセルエフジンまたは発電および 加熱装置のような化石、Ｗｚ料の排ガスから捷ず大きい１凝集物に凝結するため に使用され、この凝集物はその粒子サイズのため無害てあり、もしくは危険がな く、かつとくに注意する必要がなく、またはその質量のだめ自動的に沈降し、た とえ段な１−に自然に沈積する。他面このような大きい凝集物は貫流装置を去っ た後、機能的に問題のないとくに簡単な機械的分離装置で容易に分離しうる利点 が生ずる。本発明の方法はほぼ電力なしで作動する。というのは常用法の場合粒 子へ結合するためおよび輸送力発生のため常用されるような電荷を供給する必要 がないからである。

第１図の装置によれば粒子１２は均一な電場Ｅを通して導かれる。しかしその代 りに低周波交流電場または脈流電場を筒用することもできる。というのはこの場 合も所要の誘導および分極現象が発生し、ガスから分離すべき初め微細に分布し ていた粒子が凝集するからである。所要の高圧はたとえば電気的直列発振回路の インダクタンスで取出し、整流器によって整流し、キャパシタ７スによって平滑 化される。凝集効果は粒子１２の濃度、電場の強さが大きいほど、装置内の滞留 時間が長いほど、かつ温度が高いほど太きい。粒子濃度が低い場合たとえばディ ーセルエンジンの部分負荷運転の場合、それゆえ電場の強さの上昇によって補償 することかできる。凝集効果を増大する他の方法は第２および６図により後述す るように粒子１２の通路の延長寸たは一部のガスを凝結器出口からその入口へ還 流することによって凝結核の数を増大することである。還流の場合、凝集物とと もに還流するガスによって大きい凝結核が利用でき、この核に微細粒子１２が多 量に付着する。

本発明の方法はとくにディーゼルエンジンの排ガス浄化に有効なことが実証され た。エンジン排ガス中には平均直径約０２μｍの多数の微細な黒鉛状炭素粒子１ ２が発生する。とくに使用装置を通る粒子の全通路に沿って印加した電場Ｅによ る粒子の凝集の後、凝集物は約３０１ｔｍの平均直径を有する。この比較的大き い重い凝集物は容易に機械的に分離することができ、場合により分離作業を必要 としない。というのは粒子は重力のため自然に沈積し、もはや拡がらないからで ある。場合により粒子のこの自然沈積をすてに分離作業として利用することがで きる。

第２図は本発明の方法を実施する装置を略示する。

電極１０および１１として２つの電導性中空円筒とくに直径５ｃｍ４たは２０ｃ ｊｎおよび長さ１００−の２つの特殊鋼中空円筒１６および１７が使用される。

内側中空円筒１６は直流高圧電源の正極と、他の中空円筒１７は負極と結合され る。高圧は中心の内側中空円筒１６にかかり、外側中空円筒１７は接地される。

浄化するガス１８はガス入口１８′から装置へ入り、ガス出口］９から装置を去 る。カスはしたがって全長にわたって電場Ｅ内にある装置を長さ方向に通過する 。

外側中空円筒１７に電場Ｅと同方向の音場Ｓを発生させる音響装置を簡単に表わ す拡声器２０が配置される。この音場は所要の場合すなわちガス中に存在する粒 子１２が少ない場合に電場Ｅに重畳することができるので、個々の粒子１２は装 置を通る途中で付加的に振動運動し、それによって凝集速度が同様上昇する。

振動運動によって粒子の衝突頻度が増大するので、濃度が低い場合も十分に大き い凝集物が装置のガス出口１９から出る。

ガス出口１９の後方に機械的分離装置２１が配置され、この中で大きい凝集物は その質量およびそれによって発生する大きい遠心力または粗粒のためとくに容易 に分離することができる。機械的分離器２１の実施例として第３図にサイクロノ ２２が示される。２３で示す凝集物は可変人口孔２４を通ってサイクロン２２の 内部へ入り、そこでその質量および進入速度に応じて大きい捷たは小さい直径の ら線を画く。凝集物２３はその際サイクロノ２２の下縁に沿って図示されていな い分離室へ落下し、浄化されたカス２５は中心管からサイクロン２２を去る。し かし遠心力原理で動作するサイクロノ２２の代りに機械的分離装置２１と（７て たとえば慣性分離器寸たはフィルタ装置を使用することもてきる。慣囲分離器は 大きい凝集物の高い衝突力のため同様非常によく動作し、フィルタの場合口の開 きを適当に大きく選択しうるので、比較的小さい背圧８ しか発生し７ない。凝結器の構造も第２図に示す中空円筒構造に制限されない。

他の有利な構造は第５図に示すように平行平面金属板２６を使用して得られる。

低電圧で電場を上昇するだめ、第４および５図に示すように多数の電極面を電気 的に並列に接続することができる。第４図ては同心・中空円筒１６および］７が 並列接続され、第５図では金属平板２６が使用され、電場の強さは印加する直流 電圧と電極距離の商から得られる。種々の電極の間の接続導線ば２７および２８ で示される。

第６図は排ガス還流の原理を示し、これによって凝結器２９へ大きい凝結器が導 入きれる。凝結器の前にベンチュリノズル３０が支持され、凝結器の出口にフラ ップ：３１が配置され、それによって凝結器出口から分流が分岐し、還流導管３ ２を介して凝結器入口へ還流する。多数の矢印１３によって示すガス輸送はベン チュリノズル３０の範囲の高い流速または選択的に、場合により付加的に、破線 で示すポンプ３３によっても行われる。排ガス還流により凝集速度を上昇するこ とができる。というのは凝結器２９内に大きい核が供給され、この核に微細な粒 子が容易に付着しうるからである。この方法で除去すべき粒子の発生が少ない場 合にも、凝結器の出口捷たは後置の機械的分離器置の入口に十分大きい凝集物が 得られる。

提案の方法は電場により十分なダイポールが形成する粒子すなわち誘電率が１よ り著しく大きい粒子をガスから除去するだめに適する。とくに良好な結果がディ ーセルエノジノ排ガス浄化の際達成てれた。同様の排ガス組成が他の化石燃料燃 焼過程からの排ガスにも予測されるのて、すべてのこの種排ガスに同様適するこ とが予測される。しかしさらに水蒸気すなわち誘電率Ｄ　Ｋ　’：　８０の粒子 １２を提案の方法で分離することができたので、本発明の方法は蒸気の分離のた めにも同様に使用することができる。

従来の機械的および電気的分離法に比して重要な利点が得られる。純機械的分離 器たとえばサイクロンの場合、粒子１２は回転する流れの中で粒子１２へ作用す る遠心力によってキャリヤガスから分離される。しかしこの場合分離度は１μｍ より大きい直径の粒子に対してしか満足でない。さらに小粒子に適する機械的分 離器の場合大きい圧損が発生するので、このような装置はすべての場合には使用 できず、たとえば乗物の排ガス系の場合大きい困難を伴う。同様の利点がセラミ ックフィルタに比しても本発明の方法の際の粒子凝集によって達成される。とい うのはセラミックフィルタはその孔が小さいため比較的早く閉塞し、排ガス系内 の圧力が上昇する。これはフィルタ交換呼たはフィルタの比較的高価な空焼によ らなければ救済できない。

常用電気集塵機の場合キャリヤガスから粒子１２を分離するため、電場内の帯電 粒子への力の作用を利用し０ ている。浄化するガスはこの場合室を通して導かれ、この中で多くはいわゆるコ ロナ放電ワイヤによりイオンが発生し、このイオンはアースした室壁へ向って動 く。イオンは電気集塵機内の行路で一部除去すべき粒子に付着し、この粒子が帯 電し、したがって電場内で力の作用を受ける。放電維持のため、供給に困難を伴 う著しい大電力を必要とする。さらに分離した粒子は室壁に沈着し、この壁から 再び剥離して除去しなければならない。この工程は連続作業装置では実施が困難 である。

本発明の方法によれば電荷キャリヤを製造する必要がなく、放電を維持する必要 がないので、はとんど電力を消費しない。十分に大きい誘電率を有する粒子１２ には粒子の相対する側に電場の作用下に十分な量の電荷が発生するので、ダイポ ール効果により凝結して凝集物となる。この凝集物は十分に安定であり、引続く 機械的分離法の間もその結合が維持される。均一電場の場合、粒子は電気力線に 沿ってとくに有効に整列するので、急速に所望の凝結および凝集が行われる。

臨界距離を下回ると、粒子はクーロンの法則に従って互いに接近し、大きい単位 に凝結する。凝結速度はこの場合粒子１２の幾何学的衝突断面積によって決定さ れるけれど、粒子１２の端部に電荷の集積捷たは形成によって生ずるいわゆる電 気的衝突断面積によっても著しく大きく決定でれる。カーボン粒子の場合電気的 衝突断面積は亀荷果中によって発生する引力のだめ、幾何学的衝突断面、漬より １０５〜１０８倍大きい。したがって電気的引力が著しく有効になるので、粒子 １２の大きい凝集物が１急速に形成きれる。

ＦＩＧ、　１ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨｒ、ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ第１画の続き Ｑ坏発　明　者　カル・ディーター ドイツ連邦共和国Ｄ　−７２５０レオンベルク・ハンスーライヒング・シュトラ ーセ４７＠発　明　者　シュライバー・ローランドドイツ連邦共和国Ｄ　−７０ ００シユツツトガルト８０オンストメツテインガー・ヴ工−り２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高圧電場とくに定常的高圧電場を使用してガスから粒子まだは滴を除去する 方法、とくに化石燃料の排ガスとくにディーゼルエツジ／の排ガスを浄化する方 法において、イオン化電場の強さより低い電場の強さくＥ）において粒子まだは 滴（１２）を貫流装置（１ｏ　、　］　］１、１７　、　］、　ｓ　）内で誘導 または分極によって電気的ダイポールにし、犬さい凝集物（２３）に凝結させて 貫流装置を去らせることを特徴とするガスを浄化する方法。 ２、凝集物（２３）が凝結器（］、　７　、１８　）から出た後、遠心力、慣性 力１重力、フィルタ等を使用して機械的に分離する請求の範囲第１項記載の方法 。 ３　浄化するガスを半径方向の均一電場（Ｅ）を通して導く請求の範囲第１項ま たは第２項記載の方法。 ４　電場の強さくＥ）を粒子または滴（１２）の発生量と反対方向に変化する請 求の範囲第１項から第３項寸でのいずれか１項に記載の方法。 ５　請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の化石燃料の排ガス を浄化する方法において、平均直径約０．２ｔｉｍ　の微細な黒鉛状炭素粒子を 平均直径約３０７ノｍの凝集物（２３）に凝結させる請求の範囲第１項から第４ 項までのいずれか１項に記載の方法。 ６、凝結器を供給するためガスの一部を凝結器出口からその入口へ還流させる請 求の範囲第１項から第５項寸でのいずれか１項に記載の方法。 ７　凝結器から出るガスを、凝集物（２３）の機、械的分離のため、遠心力分離 器とくに渦流室またはザイクロ／（２２）を通して導く請求の範囲第１項から第 ６項までのいずれか１項に記載の方法。 ８　凝集速度を上昇するため電場（Ｅ）に音場（Ｓ）を重畳させる請求の範囲第 １項から第７項寸でのいずれか１項に記載の方法。 ９　電場（Ｅ）および音場（Ｓ）が互いに平行している請求の範囲第８項記載の 方法。 １０　請求の範囲第１項から第９項寸でのいずれか１項に記載の方法を実施する 装置において、電場（Ｅ）が少なくとも２つの電導性同心中空円筒（１６，１７ ）の間に形成されていることを特徴とするガスを浄化する装置。 １１　中空円筒（１６，１７）が鋼とくに特殊鋼からなる請求の範囲第１０項記 載の装置。 １２　請求の範囲第１項から第９項１でのいずれか１項に記載の方法を実施する 装置において、電場（Ｅ）が少なくとも２つの平行平面金属板（２６）の間に形 成されていることを特徴とするガスを浄化する装置。 １３　同じ極性の多数の電極面（１６、］、　７　、２６　）が電気的に並列接 続され、または多数の電源に接続さ１・１ れている請求の範囲第１０項から第１２項斗でのいずれか１項に記載のＵＡ置。 」４　排カス還流管（３２）内のカス輸送が凝結器ベロのべ／チュリノズル（３ ０）によって行われる請求の範囲第６拍記載の方法を失施せる装置。 １５Ｕ１カス還流管内のガス輸送が排カス還流管（３２）内のポ゛／ゾ（３３） によって行われる請求の範囲第６項記載の方法を実施する装置。 １　特表昭５！ｌ−５０２０５９（２）