KR102543513B1 - 전기 집진 장치 - Google Patents

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히로유키 토요츠미
아키노리 츠케란
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후지 덴키 가부시키가이샤
각고우호우진 이꾸또꾸 가꾸엔
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Abstract

대전 입자를 포집하는 집진부와, 집진부에 도입하는 마이크로파를 발생시켜, 집진부에 포집된 대전 입자를 마이크로파에 의해 연소시키는 마이크로파 발생부를 구비하는 전기 집진 장치를 제공한다.

Description

전기 집진 장치
[0001] 본 발명은, 전기 집진(集塵) 장치에 관한 것이다.
[0002] 종래, 디젤 엔진 등으로부터의 배기 가스를 처리하는 전기 집진 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2, 3, 4 및 5 참조).
일본 특허공개공보 제2013-188708호 일본 특허공개공보 제2012-170869호 일본 특허공개공보 제2011-245429호 일본 특허공개공보 제2011-252387호 일본 특허공개공보 제2016-53341호
[0003] 전기 집진 장치에 있어서는, 에너지를 효율화하는 것이 바람직하다. 또한, DPF(Diesel Particular Filter)를 선박에 이용하는 것이 연구되고 있지만, 선박 용도로서의 DPF는 실용화되어 있지 않다. 또한, DPF는 크고 무겁기 때문에, 선박 용도로 적합하지 않았다.
[0004] 상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 양태에 있어서는, 전기 집진 장치를 제공한다. 전기 집진 장치는, 대전(帶電) 입자를 포집하는 집진부와, 집진부에 도입하는 마이크로파를 발생시켜, 집진부에 포집된 대전 입자를 마이크로파에 의해 연소시키는 마이크로파 발생부를 구비한다.
[0005] 마이크로파 발생부는, 마이크로파의 주파수를 변경함으로써, 다른 위치의 대전 입자를 연소시키는 주파수 제어부를 가져도 된다.
[0006] 마이크로파 발생부는, 마이크로파의 편파(偏波) 방향을 제어하는 편파 제어부를 가져도 된다.
[0007] 집진부는, 제1 전극 및 제2 전극을 가져도 된다. 집진부는, 제1 전극과 제2 전극 간의 전위차에 의해 발생하는 전계에 의해, 대전 입자를 포집해도 된다. 집진부에 있어서, 제1 전극과 제2 전극 간의 전위차에 의해 발생하는 전계의 위치와, 마이크로파에 의해 인가(印加)되는 전계의 위치는, 상이해도 된다.
[0008] 마이크로파 발생부는, 단속적(斷續的)으로 마이크로파를 발생시켜도 된다. 마이크로파 발생부는, 마이크로파를 미리 정해진 시간 간격으로 발생시켜도 된다.
[0009] 마이크로파 발생부는, 집진부에 포집된 대전 입자가 연소 분해되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 에너지를, 집진부에 포집된 대전 입자가 연소되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 에너지보다 작게 해도 된다. 마이크로파 발생부는, 마이크로파를 발생시키는 시간 간격 또는 마이크로파의 조사(照射) 시간을 변경할 수 있어도 된다. 마이크로파 발생부는, 집진부에 포집된 대전 입자의 연소가 계속되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 폭을, 집진부에 포집된 대전 입자의 연소가 계속되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 폭보다 작게 해도 된다.
[0010] 마이크로파 발생부는, 마이크로파의 출력을 변경할 수 있어도 된다. 마이크로파 발생부는, 집진부에 포집된 대전 입자가 연소 분해되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 진폭을, 집진부에 포집된 대전 입자가 연소 분해되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 진폭보다 작게 해도 된다.
[0011] 마이크로파 발생부는, 집진부에 포집된 대전 입자의 포집 상태에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다.
[0012] 전기 집진 장치는, 마이크로파의 발생을 정지하고 나서의 경과 시간을 계측하는 경과 시간 계측부를 더 구비해도 된다. 마이크로파 발생부는, 경과 시간 계측부에 의해 계측된 경과 시간에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다.
[0013] 전기 집진 장치는, 집진부에 포집된 상기 대전 입자의 양을 계측하는 입자량 계측부를 더 구비해도 된다. 마이크로파 발생부는, 입자량 계측부에 의해 계측된 대전 입자의 양에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다. 전기 집진 장치는, 입자량 계측부를 복수 구비해도 된다.
[0014] 상기 대전 입자는, 가스원(源)이 배출하는 배기 가스에 포함되는 입자를 대전시켜 생성되어도 된다. 집진부는, 대전 입자를 포집해도 된다. 마이크로파 발생부는, 가스원의 연료 종류에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다. 마이크로파 발생부는, 가스원의 연료 종류에 근거하여, 마이크로파를 발생시키는 시간 간격, 그리고 마이크로파의 주파수 및 편파 방향 중 적어도 하나를 제어해도 된다.
[0015] 집진부는, 집진부의 온도를 검출하는 온도 센서를 가져도 된다. 마이크로파 발생부는, 온도 센서에 의해 검출된 온도에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다.
[0016] 집진부는, 각각 다른 위치에 배치된 복수의 온도 센서를 가져도 된다. 마이크로파 발생부는, 복수의 온도 센서에 의해 검출된 온도에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다.
[0017] 전기 집진 장치는, 집진부에 있어서의 이산화탄소, 산소 및 일산화탄소 중 적어도 하나의 농도를 계측하는 농도 계측부를 더 구비해도 된다. 마이크로파 발생부는, 농도 계측부에 의해 계측된 농도에 근거하여, 마이크로파를 발생시켜도 된다. 전기 집진 장치는, 농도 계측부를 복수 구비해도 된다.
[0018] 집진부는, 대전 입자의 마이크로파에 의한 연소를 촉진하는 촉매를 더 가져도 된다. 촉매는, 집진부의 일부에 설치되어 있어도 된다.
[0019] 촉매는, 집진부의 내벽에 도포되어 있어도 된다.
[0020] 집진부는, 대전 입자의 마이크로파에 의한 연소에 의해 생긴 그을음을 집적하는 그을음 집적부를 더 가져도 된다. 그을음 집적부는, 마이크로파의 진행 방향을 따라 주기적으로 배치되어 있어도 된다. 그을음 집적부가 배치되는 주기는, 마이크로파의 주기와 동일해도 된다.
[0021] 또한, 상기의 발명의 개요는, 본 발명의 필요한 특징의 전부를 열거한 것은 아니다. 또한, 이들 특징 군(群)의 서브 콤비네이션도 또한, 발명이 될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)를 내장한 배기 가스 처리 시스템(10)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은, 집진부(22)의 일례를 나타낸 개념도이다.
도 4는, 마이크로파의 조사 패턴의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는, 마이크로파의 조사 패턴의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 3의 위치(P1)∼위치(P5)에 있어서의 흡수 전력을 나타낸 도면이다.
도 7은, 마이크로파를 단속 조사 및 연속 조사하였을 경우에 있어서의, 대전 입자(28)의 연소율의 주입 에너지 의존성을 나타낸 도면이다.
도 8은, 마이크로파에 의한 대전 입자(28)의 연소 분해에 수반하여 발생하는 산소(O2), 이산화탄소(CO2) 및 일산화탄소(CO)의 농도의 시간 의존성을 나타낸 도면이다.
도 9는, 마이크로파의 조사 패턴의 다른 일례이다.
도 10은, 마이크로파의 조사 패턴의 다른 일례이다.
도 11은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는, 격벽(32)(제2 전극)의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X1)에 있어서의 YZ 단면(斷面)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 14는, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X2)에 있어서의 YZ 단면의 일례를 나타낸 도면이다.
도 15는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 16은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X2)에 있어서의 YZ 단면의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X2)에 있어서의 YZ 단면의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 18은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X1)에 있어서의 YZ 단면의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 19는, 도 11 및 도 12의 집진부(22)에 있어서의, 외벽(39), 개구(48), 공간(41), 개구(38), 제1 전극(30) 및 격벽(32)(제2 전극)을 지나는 XY 단면을 나타낸 도면이다.
[0023] 이하에서는, 발명의 실시형태를 통해 본 발명을 설명하겠으나, 이하의 실시형태는 청구 범위에 따른 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시형태 내에서 설명되고 있는 특징의 조합의 전부가 발명의 해결 수단에 필수적이라고는 할 수 없다.
[0024] 도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)를 내장한 배기 가스 처리 시스템(10)의 일례를 나타낸 도면이다. 배기 가스 처리 시스템(10)은, 예컨대 선박 등의 엔진(60)이 배출하는 배기 가스를 처리한다.
[0025] 배기 가스 처리 시스템(10)은, 전기 집진 장치(ESP：Electrostatic Precipitator)(20), 이코노마이저(Economizer)(50), 엔진(60), 스크러버(70), 배수 처리 장치(80) 및 센서(90)를 가진다. 전기 집진 장치(20)는, 마이크로파 발생부(40)를 구비한다.
[0026] 엔진(60)은, 연료의 연소에 의한 배기 가스를 배출한다. 해당 배기 가스에는, 질소산화물(NOx), 유황산화물(SOx) 및 입자 형상 물질(PM：Particle Matter) 등의 물질이 포함된다. 입자 형상 물질(PM)은 블랙 카본이라고도 불리며, 화석연료의 불완전 연소에 의해 발생한다. 입자 형상 물질(PM)은, 탄소를 주성분으로 하는 미립자이다.
[0027] 엔진(60)으로부터 배출된 배기 가스는, 전기 집진 장치(20)에 공급된다. 전기 집진 장치(20)는, 해당 배기 가스에 포함되는 입자 형상 물질(PM)을 제거한다.
[0028] 이코노마이저(50)는, 입자 형상 물질(PM)이 제거된 배기 가스의 열을 열교환하여, 온수와 증기를 발생시킨다. 해당 온수 및 해당 증기는, 선박 내에 있어서 사용되는 온수 및 난방에, 각각 사용되어도 된다. 이코노마이저(50)를 통과한 배기 가스는, 스크러버(70)에 공급된다.
[0029] 펌프(75)는, 예컨대 해수(海水)를 퍼 올려 스크러버(70)에 공급한다. 스크러버(70)는, 펌프(75)에 의해 공급된 해수를 흡수액으로 하여, 배기 가스 중의 유황산화물 등을 해당 흡수액의 액적(液滴; 액체 방울)에 포집하여 분리한다. 유황산화물 등이 분리 및 제거된 배기 가스는, 센서(90)에 공급된다.
[0030] 센서(90)는, 배기 가스의 소정의 특성을 측정한다. 해당 특성은, 예컨대 배기 가스에 포함되는 유황산화물 등의 농도이다. 배기 가스 처리 시스템(10)은, 센서(90)의 측정 결과에 근거하여, 스크러버(70)에 있어서의 해수의 분무량 등을 제어해도 된다.
[0031] 스크러버(70)의 흡수액은, 배수 처리 장치(80)에 공급된다. 배수 처리 장치(80)는, 흡수액에 포함되는 유황산화물 등을 제거한 후에, 해당 흡수액을 배기 가스 처리 시스템(10)의 외부(예컨대 해양)로 배출한다.
[0032] 도 2는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)의 구성을 나타낸 블록도이다. 전기 집진 장치(20)는, 집진부(22), 대전부(24) 및 마이크로파 발생부(40)를 구비한다. 대전부(24)에는, 엔진(60)으로부터 배출된 배기 가스가 공급된다. 해당 배기 가스에는, 입자 형상 물질(PM)이 포함된다. 대전부(24)는, 예컨대 음(마이너스) 코로나 방전에 의해 음이온을 발생시키고, 입자 형상 물질(PM)을 대전시켜 대전 입자를 생성한다. 해당 대전 입자는, 집진부(22)로 보내진다.
[0033] 집진부(22)는, 대전 입자를 포집한다. 집진부(22)는, 예컨대 배기 가스가 통과하는 경로에 접지 전위 등을 인가한 부재를 배치함으로써, 대전 입자를 쿨롱 힘(Coulomb force)에 의해 포집한다.
[0034] 마이크로파 발생부(40)는, 집진부(22)에 도입하는 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파란, 300MHz 내지 300GHz 정도의 주파수를 갖는 전자파이다.
[0035] 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 집진부(22)에 포집된 대전 입자를, 마이크로파 발생부(40)가 발생시킨 마이크로파에 의해 연소시킨다. 일반적으로, 마이크로파에 의한 피(被)가열물의 가열률(Q)은, 이하의 식에 의해 나타내어진다.
Q＝(1/2)σ｜E｜2＋(1/2)ωε”｜E｜2＋(1/2)ωμ”｜B｜2
[0036] 제1항인 (1/2)σ｜E｜2은, 전계에 의한 줄 가열(Joule heating)에 의한 가열률을 나타낸다. 여기서, σ는 피가열물에 포함되는 미립자의 도전율이다. 또한, E는 마이크로파에 의한 전계이다. 피가열물에 대한 전계의 인가는, 피가열물 중에 있어서 전하의 이동을 초래한다. 상기 전하 이동, 즉 전류는, 줄 손실을 초래한다. 제1항은, 상기 줄 손실에 의한 발열을 나타낸다.
[0037] 제2항인 (1/2)ωε”｜E｜2은, 전계에 의한 유전(誘電)가열에 의한 가열률을 나타낸다. 여기서, ω는 마이크로파의 각(角)주파수이고, ε”는 피가열물의 유전율의 허수부이다. 피가열물에 전계가 인가되면, 전계의 변화에 대해, 피가열물에 포함되는 전기 쌍극자가 시간 지연을 갖고 추종한다. 이 전기 쌍극자의 시간 지연을 갖는 추종은, 손실을 초래한다. 제2항은, 이러한 손실에 의한 발열을 나타낸다.
[0038] 제3항인 (1/2)ωμ”｜B｜2은, 와전류에 의한 줄 가열에 의한 가열률을 나타낸다. 여기서, μ”는 피가열물의 투자율의 허수부이다. 피가열물에 자계가 인가되면, 자계의 변화를 방해하는 방향으로 와전류가 발생한다. 이 와전류는, 줄 손실을 초래한다. 제3항은, 이러한 줄 손실에 의한 발열을 나타낸다.
[0039] 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 집진부(22)에 포집된 대전 입자를, 마이크로파 발생부(40)가 발생시킨 마이크로파에 의해 연소시킨다. 집진부(22)에 마이크로파를 조사하기 위해서는, 전기 집진 장치(20)의 내부에 마이크로파 조사용의 안테나를 배치하기만 하면 된다. 이 때문에, 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 추타(槌打: 방망이로 때림), 공기 세정, 물 세정 등의 방법에 비해, 입자 형상 물질(PM)을 심플한 구성으로, 절약된 공간에서 제거할 수 있다.
[0040] 도 3은, 집진부(22)의 일례를 나타낸 개념도이다. 본 예의 집진부(22)는, 도파관 형상을 갖고 있다. 본 예에 있어서, 마이크로파의 진행 방향을 X축으로 하고, 마이크로파의 진폭 방향을 Y축으로 한다. 또한, X축 및 Y축에 모두 수직인 방향을 Z축으로 한다.
[0041] 마이크로파 발생부(40)에 의해 발생된 마이크로파는, 집진부(22)의 X축 방향에 있어서의 일단(一端)으로부터 도입된다. 집진부(22)의 내벽은, 마이크로파를 반사하는 재료로 형성되어 있다. 또한, X축 방향에 있어서, 집진부(22)의 타단(他端)에는 마이크로파를 반사하는 반사판(26)이 설치되어 있다. 집진부의 일단으로부터 도입된 마이크로파는, ＋X축 방향으로 진행하다가, 반사판(26)에 의해 반사되어 -X축 방향으로 진행한다. 집진부(22)에 있어서, ＋X축 방향으로 진행하는 마이크로파와 -X축 방향으로 진행하는 마이크로파는, 간섭한다. 그 결과, 집진부(22)에 있어서 진행파(進行波) 또는 정재파(定在波)가 형성된다.
[0042] 도 3에 있어서, 마이크로파의 전계 성분 및 자계 성분을, 각각 파선부(破線部) 및 일점쇄선부(一點鎖線部)로 나타낸다. 마이크로파의 전계 성분과 자계 성분은, 위상이 180도 다르다.
[0043] X축 방향에 있어서, 반사판(26)이 배치되는 위치를 위치 P0로 한다. X축 방향에 있어서, 정재파의 전계 성분이 최대를 나타내고, 자계 성분이 최소를 나타내는 위치를, 위치 P1 및 위치 P5로 한다. X축 방향에 있어서, 위치 P5는 위치 P1보다, 위치 P0로부터 떨어져 있다. X축 방향에 있어서, 정재파의 전계 성분이 최소를 나타내고, 자계 성분이 최대를 나타내는 위치를, 위치 P3로 한다. X축 방향에 있어서, 위치 P1과 위치 P3의 중앙, 및 위치 P3와 위치 P5의 중앙을, 각각 위치 P2 및 위치 P4로 한다.
[0044] 집진부(22)의 바닥면(27)에는, 대전 입자(28)가 배치되어 있다. 본 예에 있어서, 대전 입자(28)는, 위치 P1∼위치 P5에, 각각 배치되어 있다.
[0045] 도 4는, 마이크로파의 조사 패턴의 일례를 나타낸 도면이다. 도 4는, 마이크로파의 단속 조사 패턴의 일례이다. 본 예에 있어서 단속 조사란, 소정의 전력의 마이크로파를 소정 시간 동안 연속하여(도 4에 있어서의 T1의 기간 동안) 조사한 후, 소정 시간 동안 조사를 정지하는(도 4에 있어서의 T2의 기간 동안) 것을 반복함을 가리킨다. T1과 T2는 상이해도 되고, 동일해도 된다. T1은 T2보다 작아도 되고, 커도 된다. T2는, T1의 1.0배 이상 5.0배 이하여도 된다.
[0046] 도 5는, 마이크로파의 조사 패턴의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 도 5는, 마이크로파의 연속 조사 패턴의 일례이다. 본 예에 있어서 연속 조사란, 소정의 전력의 마이크로파를, 소정의 기간 동안 정지하지 않고 계속 조사하는 것을 가리킨다.
[0047] 도 6은, 도 3의 위치 P1∼위치 P5에 있어서의 흡수 전력을 나타낸 도면이다. 도 6에 의하면, 흡수 전력은, 마이크로파의 자계 성분이 최대치를 나타내는 위치 P3보다, 전계 성분이 최대치를 나타내는 위치 P1 및 위치 P5에서, 큰 값을 나타낸다. 이것은, 마이크로파의 전계 성분이 최대치를 나타내는 위치 P1 및 위치 P5에 있어서, 대전 입자(28)가 많이 연소되고 있음을 나타내고 있다. 이 때문에, 대전 입자(28)를 마이크로파의 전계 성분이 최대치를 나타내는 위치에 배치함으로써, 대전 입자(28)를 효율적으로 연소시킬 수 있다.
[0048] 도 7은, 마이크로파를 단속 조사 및 연속 조사한 경우에 있어서의, 대전 입자(28)의 연소율의 주입 에너지 의존성을 나타낸 도면이다. 도 7에 의하면, 마이크로파를 연속 조사한 경우, 주입 에너지의 증가에 수반하여, 대전 입자(28)의 연소율은, 주입 에너지(E1)까지는 증가한다. 그러나, 대전 입자(28)의 연소율은, 주입 에너지(E1)를 초과하면 주입 에너지의 증가에 수반하여 거의 증가하지 않는다. 이에 반해, 마이크로파를 단속 조사한 경우, 대전 입자(28)의 연소율은 주입 에너지의 증가에 수반하여 증가한다. 즉, 마이크로파를 대전 입자(28)에 연속 조사하는 것보다 단속 조사하는 편이, 대전 입자(28)의 연소 분해에 요하는 소비 에너지를 삭감할 수 있다.
[0049] 도 8은, 마이크로파에 의한 대전 입자(28)의 연소 분해에 수반하여 발생하는 산소(O2), 이산화탄소(CO2) 및 일산화탄소(CO)의 농도의 시간 의존성을 나타낸 도면이다. 본 예에 있어서는, 시간이 0일 때 마이크로파를 ON으로 하고, 이 마이크로파의 ON 상태를 t3까지 유지시키고 있다. 시간 t3에 있어서 마이크로파를 OFF로 하고, 이 마이크로파의 OFF 상태를 t4까지 유지시키고 있다.
[0050] 시간이 0일 때로부터 시간 t1까지 경과하면, 일산화탄소(CO) 농도가 급격하게 상승하는 동시에, 산소(O2) 농도가 저하되기 시작하고, 이산화탄소(CO2) 농도가 증가되기 시작하고 있다. 이것은, 대전 입자(28)가 산소(O2)와 화합(化合)하여 대전 입자(28)의 연소 분해가 시작되고, 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)가 발생하기 시작한 것을 나타내고 있다. 또한, 대전 입자(28)가 불완전 연소되고 있어, 이산화탄소(CO2)보다 일산화탄소(CO)가 많이 발생하고 있음을 나타내고 있다.
[0051] 시간 t2를 경과하면, 일산화탄소(CO) 농도가 감소 경향을 나타내는 동시에, 산소(O2) 농도 및 이산화탄소(CO2) 농도가 대체로 일정치로 추이(推移)하기 시작하고 있다. 이것은, 대전 입자(28)의 연소 분해가 소정의 정상(定常) 상태로 진행되고 있음을 나타내고 있다.
[0052] 시간 t3를 경과하면, 일산화탄소(CO) 농도 및 이산화탄소(CO2) 농도가 감소하기 시작하는 동시에, 산소(O2) 농도가 증가하기 시작한다. 일산화탄소(CO) 농도는, 도 8에 있어서 일점쇄선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 시간 t3를 경과하더라도 완만하게 감소한다. 이것은, 마이크로파를 OFF로 한 후에 있어서도, 대전 입자(28)의 연소 분해가 계속되고 있음을 나타내고 있다. 즉, 대전 입자(28)는 연쇄적으로 연소된다. 이상으로부터, 마이크로파를 대전 입자(28)에 연속적으로 계속 조사하지 않더라도, 대전 입자(28)를 연소 분해시킬 수 있음을 알 수 있다.
[0053] 시간 t3로부터 시간 t4까지 경과하면, 일산화탄소(CO) 농도 및 이산화탄소(CO2) 농도가 거의 제로가 되는 동시에, 산소(O2) 농도가 시간 0에 있어서의 농도까지 회복한다. 이것은, 대전 입자(28)의 연소 분해가 종료되었음을 나타내고 있다.
[0054] 시간 t4에 있어서 다시 마이크로파를 ON으로 하면, 대전 입자(28)의 불완전 연소가 다시 반복된다. 이것은, 도 7에 있어서의 단속 조사의 경우에 상당한다. 이상과 같이, 대전 입자(28)의 연소 분해를 소정의 정상 상태(도 8에 있어서의 시간 t2로부터 시간 t3까지)로 한 후, 마이크로파를 OFF로 하여 대전 입자(28)의 연소 분해를 진행시키고, 연소 분해가 종료된 타이밍(도 8에 있어서의 시간 t4)에 다시 마이크로파를 ON으로 함으로써, 에너지 소비량을 저감하여 대전 입자(28)를 연소 분해시킬 수 있다.
[0055] 또한, 마이크로파를 OFF로 한 후, 일산화탄소(CO) 농도 및 이산화탄소(CO2) 농도가 제로가 되기 전에, 마이크로파를 ON으로 해도 된다. 즉, 대전 입자(28)의 연소 분해가 종료되기 전(도 8에 있어서의 시간 t3와 시간 t4와의 사이)에, 마이크로파를 ON으로 해도 된다. 대전 입자(28)의 연소 분해가 종료된 후에, 마이크로파를 ON으로 하면, 대전 입자(28)의 연소 효율이 저하되는 경우가 있다. 대전 입자(28)의 연소 분해가 계속되고 있는 상태에서 마이크로파를 ON으로 함으로써, 에너지 소비량을 저감시켜, 대전 입자(28)를 계속적으로 연소시킬 수가 있다.
[0056] 마이크로파 발생부(40)는, 일산화탄소(CO) 농도 및 이산화탄소(CO2) 농도 중 적어도 하나(一方)에 근거하여, 마이크로파의 ON 및 OFF를 제어해도 된다. 예컨대 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파를 OFF로 한 후에, 일산화탄소(CO) 농도가 제로보다 큰 소정의 임계값을 밑돌았을 경우에, 마이크로파를 ON으로 해도 된다.
[0057] 또한, 마이크로파 발생부(40)는, 대전 입자(28)의 연소 분해가 계속되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 에너지를, 대전 입자(28)가 연소되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 에너지보다 작게 해도 된다. 대전 입자(28)의 연소 상태는, 일산화탄소(CO) 농도 및 이산화탄소(CO2) 농도 중 적어도 하나에 근거하여 판정해도 된다.
[0058] 도 9는, 마이크로파의 조사 패턴의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파의 출력을 변경할 수 있어도 된다. 즉, 마이크로파의 에너지를 작게 하는 경우, 본 예와 같이, 마이크로파 발생부(40)는, 대전 입자(28)의 연소가 계속되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 진폭을 Pw1으로 하고, 대전 입자(28)의 연소가 계속되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 진폭을, Pw1보다 작은 Pw2로 해도 된다. 이에 의해, 에너지 소비량을 더욱 저감할 수 있다.
[0059] 도 10은, 마이크로파의 조사 패턴의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파를 발생시키는 시간 간격 또는 마이크로파의 조사 시간을 변경할 수 있어도 된다. 즉, 마이크로파의 에너지를 작게 하는 경우, 본 예와 같이, 마이크로파 발생부(40)는, 대전 입자(28)의 연소가 계속되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 폭을 T1으로 하고, 대전 입자(28)의 연소가 계속되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 폭을, T1보다 작은 T1’로 해도 된다. 이에 의해, 에너지 소비량을 더욱 삭감할 수 있다. 또한, 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파의 펄스의 진폭 및 펄스 폭 중 하나를 작게 해도 되고, 둘 다 작게 해도 된다.
[0060] 도 11은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)의 일례를 나타낸 도면이다. 전기 집진 장치(20)는, 집진부(22)를 구비한다. 본 예의 집진부(22)의 형상은 원통형이지만, 박스형 등의 다른 형상이어도 된다.
[0061] 본 예의 집진부(22)는, 배기 가스가 공급되는 개구(42), 배기 가스가 흐르는 가스 유로(44), 및, 배기 가스가 배출되는 개구(46)를 가진다. 대전 입자(28)는, 가스원이 배출하는 배기 가스에 포함되는 입자를 대전시켜 생성되어도 된다. 해당 가스원은, 예컨대 엔진(60)(도 1 참조)이다. 본 예에 있어서는, 대전부(24)가, 해당 가스원이 배출하는 배기 가스에 포함되는 입자를 대전시켜 대전 입자(28)를 생성한다. 본 예의 집진부(22)는, 해당 대전 입자(28)를 포집한다. 개구(42)에 공급되는 배기 가스는, 대전부(24)에 의해 대전된 대전 입자(28)를 포함한다. 가스 유로(44)는, 가스가 흐르는 공간을 둘러싸는 격벽(32)을 가진다. 격벽(32)은 통 형상을 가져도 된다. 대전 입자(28)는, 가스 유로(44)에서 배기 가스로부터 제거된다. 대전 입자(28)가 제거된 배기 가스는, 개구(46)로부터 배출된다.
[0062] 집진부(22)는, 대전 입자(28)를 집적하는 대전 입자 집적부(36)를 가진다. 본 예의 대전 입자 집적부(36)는, YZ면 내에 있어서 격벽(32), 공간(41) 및 외벽(39)을 가진다. 공간(41)은, 격벽(32)의 외측에 배치된다. 외벽(39)은, YZ면 내에 있어서 공간(41)의 외측에 배치된다. 외벽(39)은 통 형상을 가져도 된다. 또한, 격벽(32)에는, 대전 입자(28)를 통과시키기 위한 개구(후술됨)가 설치된다. 격벽(32) 및 외벽(39)은, 금속 재료로 형성되어도 된다.
[0063] 외벽(39)에는, 대전 입자(28)를 전기적으로 흡인할 수 있는 전위가 인가된다. 외벽(39)에 인가되는 전위는, 접지 전위여도 된다. 가스 유로(44)를 통과하는 배기 가스에 포함되는 대전 입자(28)는, 격벽(32)의 개구(후술됨)를 지나, 대전 입자 집적부(36)의 외벽(39) 등에 부착된다. 공간(41)에 마이크로파를 도입함으로써, 외벽(39) 등에 부착된 대전 입자(28)를 연소시킬 수 있다.
[0064] 본 예의 외벽(39)은, 마이크로파 발생부(40)에 의해 발생된 마이크로파를 도입하기 위한 개구(48)를 가진다. 외벽(39)은, 복수의 개구(48)를 가져도 된다. 본 예에 있어서, 집진부(22)에서의 배기 가스의 진행 방향을 X축으로 한다. X축과 수직인 면에 있어서의 2개의 직교축을 Y축 및 Z축으로 한다. 개구(48)는, X축 방향을 따라 복수 배치되어 있어도 된다. 또한, 개구(48)는, 외벽(39)의 YZ면에 있어서의 외주를 따라 복수 배치되어 있어도 된다. 도 11의 예에서는, 2개의 개구(48)가, Y축 방향에 있어서 가스 유로(44)를 사이에 두고 배치되어 있다.
[0065] 집진부(22)는, 대전 입자 집적부(36)의 X축 방향에 있어서의 양단(兩端)에, 마이크로파를 반사시키기 위한 반사부(34)를 가진다. X축 방향에 있어서의 일단 및 타단에 설치되는 반사부(34)는, YZ면 내에 있어서 공간(41)을 둘러싸도록 설치되어도 된다. 개구(48)로부터 도입된 마이크로파는, 대전 입자 집적부(36)에서 전파(傳搬)되어 반사부(34)에 의해 반사되고, 대전 입자 집적부(36)에 있어서 진행파 또는 정재파를 형성한다.
[0066] 집진부(22)는, 제1 전극(30) 및 제2 전극을 가진다. 제1 전극(30)은, 집진부(22)의 중심축을 따라 배치되어도 된다. 제1 전극(30)은, X축으로 길이를 갖는 막대 형상을 가져도 된다. 제1 전극(30)은, 개구(42)로부터 개구(46)까지, X축 방향을 따라 연속적으로 설치되어도 된다. 제2 전극은, YZ면 내에 있어서 제1 전극(30)의 주위에 배치되어도 된다. 본 예에서는, 격벽(32)이 제2 전극으로서 기능한다. 격벽(32)은, 제1 전극(30)을 수용하는 통 형상을 가져도 된다. 제1 전극(30)은, YZ면에 있어서 격벽(32)이 둘러싸는 영역의 중심에 배치되어 있어도 된다. YZ면 내에 있어서, 가스 유로(44)는 제1 전극(30)과 격벽(32) 사이에 위치해도 된다.
[0067] 본 예에 있어서, 개구(48)는 6개가 설치되어 있다. 본 예에서는, 외벽(39)의 YZ 단면에 있어서의 직경 방향의 일방측 및 타방측에, 각각 3개의 개구(48)가 X축을 따라 배열되어 있다. 마이크로파 발생부(40)에 의해 발생된 마이크로파는, 6개의 개구(48)에 도입되어도 된다. 개구(48)는, 외벽(39)을 관통하여 설치되어 있다.
[0068] 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파의 주파수를 제어하는 주파수 제어부(52), 및, 마이크로파의 편파 방향을 제어하는 편파 제어부(54) 중 적어도 하나를 가져도 된다. 본 예의 마이크로파 발생부(40)는, 주파수 제어부(52) 및 편파 제어부(54)를 둘 다 갖고 있다. 주파수 제어부(52) 및 편파 제어부(54)에 대해서는 후술한다.
[0069] 도 12는, 격벽(32)의 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 도 12에 있어서, 격벽(32)을 해칭(hatching)으로 나타내고 있다. 또한, 도 12에 있어서는 외벽(39)을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 도 12에 있어서는, 제1 전극(30), 대전부(24) 및 마이크로파 발생부(40)를 생략하고 있다.
[0070] 격벽(32)은, 대전 입자(28)가 통과하는 개구(38)를 가진다. 개구(38)는, 복수 설치되어도 된다. 개구(38)는, X축 방향 및 YZ면 내에 있어서 주기적으로 설치되어도 된다.
[0071] X축 방향에 있어서, 개구(38)의 위치와 개구(48)의 위치는, 상이해도 된다. 즉, 집진부(22)를 ＋Y축 방향에서 -Y축 방향으로 보았을 경우에, 개구(48)와 격벽(32)은 겹쳐도 되며, 개구(48)와 개구(38)는 겹치지 않아도 된다. 집진부(22)를 ＋Y축 방향에서 -Y축 방향으로 보았을 경우에, 개구(48)의 일부는 개구(38)의 일부와 겹쳐 있어도 된다.
[0072] 도 13은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X1)에 있어서의 YZ 단면의 일례를 나타낸 도면이다. 해당 단면은, 개구(48), 제1 전극(30), 가스 유로(44), 격벽(32), 개구(38), 공간(41) 및 외벽(39)을 지나는 YZ면이다. 해당 단면은, 도 12에 나타낸 집진부(22)를 ＋X축 방향에서 -X축 방향으로 보았을 경우의 단면이다.
[0073] 해당 단면의 중심 위치에는 제1 전극(30)이 설치된다. 제1 전극(30)의 주위에는, 가스 유로(44)가 설치된다. 가스 유로(44)는, 격벽(32)으로 둘러싸여 있다. 격벽(32)에는, 개구(38)가 설치되어 있다. 격벽(32)의 외측에는, 공간(41)이 설치된다. 공간(41)은, 외벽(39)으로 둘러싸여 있다. 외벽(39)에는, 마이크로파를 도입하기 위한 개구(48)가 설치된다. 도 13의 단면에 있어서는, 격벽(32)에 4개의 개구(38)가 설치되고, 외벽(39)에 2개의 개구(48)가 설치되어 있다.
[0074] 제1 전극(30)은, 접지 전위에 대해 직류인 소정의 고전위로 설정되어도 된다. 소정의 고전위란, 예컨대 10kV이다. 격벽(32)(제2 전극)은, 접지되어도 된다. 제1 전극(30)과 격벽(32)의 사이에는, 직류인 소정의 고전압(예컨대 10kV)이 인가된다.
[0075] 제1 전극(30)과 격벽(32)(제2 전극)의 사이에 직류인 소정의 고전압이 인가되면, 제1 전극(30)이 방전된다. 제1 전극(30)이 방전되면, 제1 전극(30)과 격벽(32)의 사이를 흐르는 가스에 포함되는 입자가 대전된다. 대전 입자는, 격벽(32)으로 끌어당겨져, 공간(41) 내로 이동한다.
[0076] 제1 전극(30)과 격벽(32)(제2 전극) 간의 전위차에 의해 발생하는 전계의 위치와, 개구(48)로부터 도입된 마이크로파에 의해 인가되는 전계의 위치는, 상이해도 된다. 즉, 대전 입자(28)를 집적하기 위한 전계가 인가되는 영역과, 집적된 대전 입자(28)를 연소시키기 위한 마이크로파의 전계가 인가되는 영역은, 상이해도 된다. 본 예에 있어서는, 대전 입자(28)를 집적하기 위한 전계는, 제1 전극(30)과 격벽(32)(제2 전극)에 의해, 도 13의 반경 방향에 있어서 중심부터 격벽(32)의 위치까지 인가된다. 이에 반해, 대전 입자(28)를 연소시키기 위한 마이크로파의 전계는, 도 13의 반경 방향에 있어서, 격벽(32)과 외벽(39)의 사이에 인가된다. 마이크로파는, 공간(41)에서 X축 방향 및 YZ면 내에 있어서의 원주 방향으로 전파된다.
[0077] 도 14는, 도 12에서의 X축 방향의 위치(X2)에 있어서의 YZ 단면의 일례를 나타낸 도면이다. 해당 단면은, 제1 전극(30), 가스 유로(44), 격벽(32), 개구(38), 공간(41) 및 외벽(39)을 지나는 YZ면이다. 해당 단면은, 도 12에 나타낸 집진부(22)를 ＋X축 방향에서 -X축 방향으로 보았을 경우의 단면이다.
[0078] 도 14의 단면에 있어서, 격벽(32)에는 4개의 개구(38)가 설치되어 있다. 2개의 개구(38)는, Y축 방향으로 대향하는 위치에 설치되어 있다. 다른 2개의 개구(38)는, Z축 방향으로 대향하는 위치에 설치되어 있다.
[0079] 격벽(32)으로 끌어당겨진 대전 입자(28)는, 개구(38)를 지나, 공간(41)에 도달한다. 대전 입자(28)는, 공간(41)에 있어서 격벽(32)의 내벽과, 외벽(39)의 내벽에 집적된다. 공간(41)에 집적된 대전 입자(28)는, 개구(48)로부터 도입된 마이크로파에 의해 연소 분해된다.
[0080] 도 14에 있어서도, 도 13과 마찬가지로 제1 전극(30)과 격벽(32)(제2 전극) 간의 전위차에 의해 발생하는 전계의 위치와, 개구(48)로부터 도입된 마이크로파에 의해 인가되는 전계의 위치는, 상이해도 된다. 도 14에 있어서도, 마이크로파는 공간(41)에서 X축 방향 및 YZ면 내에 있어서의 원주 방향으로 전파된다.
[0081] 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파를 단속적으로 발생시키는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로파 발생부(40)는, 마이크로파를 미리 정해진 시간 간격으로 발생시키는 것이 바람직하다. 도 7의 설명에서 기술한 바와 같이, 마이크로파를 대전 입자(28)에 연속 조사하는 것보다 단속 조사하는 편이, 대전 입자(28)를 효율적으로 연소시킬 수 있다.
[0082] 공간(41)에서 전파되는 마이크로파는, 해당 마이크로파의 전계 성분이 최대치를 나타내는 위치에 있어서, 대전 입자(28)를 가장 효율적으로 연소시킬 수 있다(도 6 참조). 대전 입자(28)는, 공간(41)에 있어서 격벽(32)의 내벽 및 외벽(39)의 내벽에, X축 방향 및 YZ면 내에서 균등하게 집적되기 쉽다. 마이크로파의 전계 성분이 최대치를 나타내는 X축 방향의 위치는, 해당 마이크로파의 주파수를 변경함으로써, 변경할 수 있다. 본 예의 마이크로파 발생부(40)는 주파수 제어부(52)를 가지므로, 공간(41)에서 전파되는 마이크로파의 주파수를 변경함으로써, X축 방향에 있어서 다른 위치의 대전 입자(28)를 연소시킬 수 있다. 이 때문에, 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 공간(41)에 집적된 대전 입자(28)를, X축 방향에 있어서 집적된 위치에 관계없이, 연소 분해시킬 수가 있다.
[0083] 또한, 본 예의 마이크로파 발생부(40)는, 편파 제어부(54)를 가진다. 금속 표면에 있어서의 마이크로파의 반사 및 투과는, 마이크로파의 편파 방향에 의존한다. 이 때문에, 편파 제어부(54)에 의해 대전 입자 집적부(36)에서 전파되는 마이크로파의 편파 방향을 제어하여, 개구(48) 및 개구(38)에 있어서의 마이크로파의 투과율을 저감시킴으로써, 공간(41)에 개구(48) 및 개구(38)가 존재하더라도, 해당 마이크로파를 진행파 또는 정재파로 할 수 있다.
[0084] 공간(41)에 있어서, 마이크로파의 전계 성분이 최대치를 나타내는 둘레 방향(YZ면 내)의 위치는, 해당 마이크로파의 편파 방향을 변경함으로써, 변경할 수 있다. 본 예의 마이크로파 발생부(40)는 편파 제어부(54)를 가지므로, 공간(41)에서 전파되는 마이크로파의 편파 방향을 변경함으로써, YZ면 내에 있어서 다른 위치의 대전 입자(28)를 연소시킬 수 있다. 이 때문에, 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 공간(41)에 집적된 대전 입자(28)를, YZ면 내에 있어서 집적된 위치에 상관없이, 연소 분해시킬 수 있다.
[0085] 도 15는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전기 집진 장치(20)의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 본 예의 전기 집진 장치(20)에 있어서, 집진부(22)는 온도 센서(21)를 가진다. 온도 센서(21)는, 대전 입자 집적부(36)의 온도를 측정해도 된다. 집진부(22)는, 각각 다른 위치에 배치된 복수의 온도 센서(21)를 가져도 된다. 본 예에 있어서는, 집진부(22)는 2개의 온도 센서(21)를 가진다. 온도 센서(21-1)는, X축 방향에 있어서 개구(46) 측에 배치된다. 온도 센서(21-2)는, X축 방향에 있어서 개구(42)측에 배치된다. 온도 센서(21)는, 계측부(61)에 접속된다.
[0086] 본 예의 온도 센서(21)는, 열전쌍(thermocouple)이다. 온도 센서(21)는, 접점(25) 및 한 쌍의 금속선(23)을 가진다. 각각의 금속선(23)은, 접점(25)과 계측부(61)를 접속한다. 계측부(61)는 전압계여도 된다. 또한, 온도 센서(21)는, PN 다이오드, 서미스터(thermistor) 등이어도 된다. 접점(25)은, 대전 입자 집적부(36)에 배치되어도 된다. 본 예에 있어서는, 집진부(22)를 X축 방향에서 보았을 경우에, 온도 센서(21-1)의 접점(25)과 온도 센서(21-2)의 접점(25)은, Y축 방향에 있어서 대향하는 위치에 배치되어 있다.
[0087] 공간(41)에 있어서, 마이크로파의 조사에 의해 대전 입자(28)가 연소 분해되면, 대전 입자 집적부(36)의 온도가 상승하고, 연소 분해가 종료되면 대전 입자 집적부(36)의 온도가 하강한다. 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 대전 입자 집적부(36)에 온도 센서(21)를 가지므로, 대전 입자(28)의 연소 분해에 수반하는 온도 변화를 계측할 수 있다.
[0088] 마이크로파 발생부(40)는, 온도 센서(21)에 의해 검출한 온도에 근거하여 마이크로파를 발생시켜도 된다. 온도 센서(21)에 의해 검출한 온도가 경과 시간에 수반하여 하강되어, 소정의 저온역에 있어서 온도가 일정해진 경우, 마이크로파 발생부(40)는 마이크로파의 발생을 개시해도 된다. 또한, 온도 센서(21)에 의해 검출한 온도가 경과 시간에 수반하여 상승되어, 소정의 고온역에 있어서 온도가 일정해진 경우, 마이크로파 발생부(40)는 마이크로파의 발생을 정지해도 된다.
[0089] 또한, 본 예에서는, 집진부(22)에 있어서 2개의 온도 센서(21)가 각각 다른 위치에 설치되므로, 전기 집진 장치(20)는, 집진부(22)에 있어서의 2군데의 온도를 측정할 수 있다. 이 때문에, 집진부(22)가 1개의 온도 센서(21)를 갖는 경우보다, 대전 입자(28)의 위치에 따른 마이크로파의 발생 및 정지를 하기가 용이해진다.
[0090] 마이크로파 발생부(40)는, 집진부(22)에 포집된 대전 입자(28)의 포집 상태에 근거하여 마이크로파를 발생시켜도 된다. 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 경과 시간 계측부(62)를 더 구비한다. 경과 시간 계측부(62)는, 마이크로파의 발생을 정지하고 나서의 경과 시간을 계측한다. 대전 입자(28)의 포집 상태는, 예컨대 해당 경과 시간에 의해 판단할 수 있다. 이 때문에, 마이크로파 발생부(40)는, 해당 경과 시간에 근거하여 마이크로파를 발생시켜도 된다.
[0091] 마이크로파의 발생을 정지하고 나서의 경과 시간은, 예컨대 도 8에 있어서의 시간 t3로부터의 경과 시간이어도 된다. 마이크로파 발생부(40)는, 예컨대 도 8에 있어서의 시간 t3로부터 시간 t4까지의 시간이 경과되었을 경우, 마이크로파의 발생을 개시해도 된다.
[0092] 도 16은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X2)에 있어서의 YZ 단면의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 입자량 계측부(64)를 더 구비한다. 본 예의 입자량 계측부(64)는, 정전류원(定電流源)(33)을 가진다. 입자량 계측부(64)는, 격벽(제2 전극)(32)과 외벽(39) 간의 저항값(도 16에 있어서는, 저항(31)으로 도시되어 있음)에 근거하여, 대전 입자(28)의 양을 계측한다. 정전류원(33)은, 저항(31)에 정전류를 공급한다. 저항(31)의 저항값은, 격벽(32)과 외벽(39)에 부착되어 있는 대전 입자(28)의 양에 따라 변동된다.
[0093] 마이크로파 발생부(40)는, 집진부(22)에 포집된 대전 입자(28)의 포집 상태에 근거하여 마이크로파를 발생시켜도 된다. 본 예에 있어서, 대전 입자(28)의 포집 상태란, 입자량 계측부(64)에 의해 계측된, 대전 입자(28)의 양이다. 대전 입자 집적부(36)에 대전 입자(28)를 포함하는 그을음이 집적되면, 저항(31)으로 도시되는 저항값이 저하된다. 이 때문에, 집적된 대전 입자(28)의 양을 측정할 수 있다.
[0094] 저항(31)으로 도시되는 저항값이 경과 시간에 수반하여 하강되어, 소정의 저항값으로 일정해진 경우, 마이크로파 발생부(40)는 마이크로파의 발생을 개시해도 된다. 또한, 저항(31)으로 도시되는 저항값이 경과 시간에 수반하여 상승되어, 소정의 저항값으로 일정해진 경우, 마이크로파 발생부(40)는 마이크로파의 발생을 정지해도 된다.
[0095] 전기 집진 장치(20)는, 입자량 계측부(64)를 복수 구비해도 된다. 전기 집진 장치(20)는, 도 16의 YZ 단면에 있어서 입자량 계측부(64)를 복수 구비해도 되고, X축 방향에 있어서의 다른 위치에서, 각각 입자량 계측부(64)를 구비해도 된다. 전기 집진 장치(20)가 입자량 계측부(64)를 복수 구비하는 경우, 입자량 계측부(64)를 1개 구비하는 경우보다, 대전 입자(28)의 위치에 따른 마이크로파의 발생 및 정지를 하기가 용이해진다.
[0096] 도 17은, 도 12에서의 X축 방향의 위치(X2)에 있어서의 YZ 단면의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 본 예의 전기 집진 장치(20)는, 농도 계측부(66)를 더 구비한다. 농도 계측부(66)는, 이산화탄소(CO2), 산소(O2) 및 일산화탄소(CO) 중 적어도 하나의 농도를 계측해도 된다. 본 예의 농도 계측부(66)는, 이산화탄소(CO2) 가스 센서(35) 및 이산화탄소(CO2) 가스의 농도를 계측하는 계측부(37)를 가진다. 이산화탄소(CO2) 가스 센서(35)는, 대전 입자 집적부(36)에 설치되어도 된다.
[0097] 이산화탄소(CO2) 가스 센서(35)는, 예컨대 이산화탄소(CO2) 가스와 반응하는 물질을 전극에 갖는 고체 전해질형 이산화탄소(CO2) 가스 센서이다. 계측부(37)는, 예컨대 전압계이다. 이 경우, 이산화탄소(CO2) 가스 센서(35)의 저항값이 이산화탄소(CO2) 가스와의 반응에 의해 변화하므로, 이산화탄소(CO2) 가스 센서(35)에 전류를 흘려, 계측부(37)(전압계)에서 이산화탄소(CO2) 가스 센서(35)의 양단의 전위차를 측정함으로써, 이산화탄소(CO2) 가스의 농도를 측정할 수 있다.
[0098] 마이크로파 발생부(40)는, 농도 계측부(66)에 의해 계측된 이산화탄소(CO2)의 농도에 근거하여 마이크로파를 발생시켜도 된다. 마이크로파의 조사에 의해 대전 입자(28)가 연소 분해되면, 이산화탄소(CO2) 가스가 발생한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소(CO2) 가스의 농도는, 대전 입자(28)의 연소 분해에 수반하여 서서히 감소된다(도 8의 시간 t3∼t4). 이 때문에, 이산화탄소(CO2) 농도가 경과 시간에 수반하여 감소되어, 검출되지 않게 되었을 경우, 마이크로파 발생부(40)는 마이크로파의 발생을 개시해도 된다. 또한, 이산화탄소(CO2) 농도가 경과 시간에 수반하여 증가되어, 소정의 농도에 있어서 일정해진 경우, 마이크로파 발생부(40)는 마이크로파의 발생을 정지해도 된다.
[0099] 전기 집진 장치(20)는, 농도 계측부(66)를 복수 구비해도 된다. 전기 집진 장치(20)는, 도 16의 YZ 단면에 있어서 농도 계측부(66)를 복수 구비해도 되고, X축 방향에 있어서의 다른 위치에서, 각각 농도 계측부(66)를 구비해도 된다. 전기 집진 장치(20)가 농도 계측부(66)를 복수 구비하는 경우, 농도 계측부(66)를 1개 구비하는 경우보다, 대전 입자(28)의 위치에 따른 마이크로파의 발생 및 정지를 하기가 용이해진다.
[0100] 마이크로파 발생부(40)는, 대전 입자(28)를 발생시키는 연료의 종류에 근거하여 마이크로파를 발생시켜도 된다. 해당 연료란, 도 1의 엔진(60)에 공급되는 연료이다. 엔진(60)의 배기 가스는, 엔진(60)에 공급되는 연료의 종류에 따라 변화한다. 이 때문에, 집진부(22)에 포집되는 대전 입자(28)의 성분 및 양은, 해당 연료의 종류에 따라 변화할 수 있다. 이 때문에, 해당 연료의 종류에 따라, 마이크로파를 발생시키는 시간 간격, 그리고 마이크로파의 주파수 및 편파 방향 중 적어도 하나를 제어함으로써, 대전 입자(28)를 효율적으로 연소 분해시킬 수가 있다.
[0101] 도 18은, 도 12에 있어서의 X축 방향의 위치(X1)에 있어서의 YZ 단면의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 본 예의 집진부(22)는, 촉매(72)를 더 가진다. 촉매(72)는, 대전 입자(28)의 마이크로파에 의한 연소를 촉진한다. 촉매(72)는, 예컨대 산화아연(ZnO), 산화코발트(CoO), 사산화삼코발트(CO3O4), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산지르콘산연(PZT) 등이다.
[0102] 촉매(72)는, 집진부(22)의 내벽(73)에 도포되어 있어도 된다. 본 예에 있어서는, 촉매(72)는, YZ 단면에 있어서의 격벽(32)(제2 전극)의 외측(공간(41)측)의 벽면, 및 외벽(39)의 내측(공간(41)측)의 벽면에 도포되어 있다.
[0103] 촉매(72)는, 집진부(22)의 일부에 설치되어 있어도 된다. 촉매(72)는, 격벽(32)(제2 전극)의 일부에 도포되어 있어도 된다. 대전 입자 집적부(36)에 있어서, 촉매(72)가 격벽(32)의 전면(全面)에 도포되어 있으면, 대전 입자(28)의 연소를 촉진하는 효과가 높아지지만, 촉매(72)의 사용량 증가에 수반하는 비용이 높아진다. 또한, 촉매(72)가 격벽(32)의 전면에 도포되어 있으면, 일부에 도포되어 있는 경우보다 촉매(72)의 메인터넌스에 시간과 수고가 든다. 이 때문에, 촉매(72)는, 대전 입자 집적부(36)에 있어서 격벽(32)의 일부에 도포되어 있는 것이 바람직하다. 촉매(72)는, 격벽(32) 중 대전 입자(28)가 연소 분해되기 어려운 위치에 도포되어 있어도 된다.
[0104] 촉매(72)는, 도 18의 YZ 단면에 있어서의 격벽(32)(제2 전극)의 일부에 도포되어 있어도 된다. 또한, 촉매(72)는, 격벽(32)(제2 전극)의 X축 방향에 있어서의 일부에 도포되어 있어도 된다.
[0105] 도 19는, 도 11 및 도 12의 집진부(22)에 있어서의, 외벽(39), 개구(48), 공간(41), 개구(38), 제1 전극(30) 및 격벽(32)(제2 전극)을 지나는 XY 단면을 나타낸 도면이다. 도 19는, 개구(42) 및 개구(46)의 Y축 방향의 직경을 지나는 XY 단면을, ＋Z축 방향에서 -Z축 방향으로 바라본 단면도이다. 도 19에 있어서는, 공간(41)에서 전파되는 마이크로파를 모식적으로 나타내고 있다.
[0106] 집진부(22)는, 대전 입자(28)의 마이크로파에 의한 연소에 의해 발생한 그을음을 집적하는 그을음 집적부(74)를 가져도 된다. 그을음 집적부(74)는, 엔진(60)(도 1 참조)에 있어서 연료의 불완전 연소로 인해 발생한 그을음을 집적한다. 해당 그을음은, 대전 입자(28)를 포함한다. 예컨대, 그을음 집적부(74)는, 격벽(32)(제2 전극) 및 외벽(39) 중 적어도 하나의 표면에 설치되어, 공간(41)의 내부로 돌출되는 돌기이다. 그을음 집적부(74)는, 격벽(32)(제2 전극) 및 외벽(39)과 동일한 재료로 형성되어도 된다. 그을음 집적부(74)는, YZ면에 있어서, 격벽(32)(제2 전극)의 표면을 따라 환형(環狀)으로 설치되어도 된다.
[0107] 그을음 집적부(74)는, 마이크로파의 진행 방향(본 예에 있어서는 X축 방향)을 따라 주기적으로 배치되어도 된다. 그을음 집적부(74)가 배치되는 주기는, 마이크로파의 정재파의 주기와 동일해도 된다. 본 예에 있어서는, 그을음 집적부(74)는, 격벽(32)(제2 전극) 및 외벽(39)의 각각에 있어서, 마이크로파의 주기와 동일하게 배치되어 있다. 그을음 집적부(74)가 배치되는 주기를 마이크로파의 주기와 동일하게 함으로써, 마이크로파의 전계 성분이 최대치를 나타내는 위치에 그을음을 집적할 수 있다. 이 때문에, 대전 입자(28)를 효율적으로 연소시킬 수 있다. 또한, 그을음 집적부(74)는, YZ면 내에 있어서 격벽(32)(제2 전극)의 내벽(공간(41)에 면한 내벽) 전체에 걸쳐서, 주회(周回; 둘레를 빙 돎) 형상으로 설치되어도 된다.
[0108] 이상, 본 발명을 실시형태를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에 한정되지는 않는다. 상기 실시형태에, 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것이 당업자에게 있어서 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있음이, 청구범위의 기재로부터 분명하다.
[0109] 청구범위, 명세서, 및 도면 중에 있어서 나타낸 장치, 시스템, 프로그램, 및 방법에 있어서의 동작, 순서, 스텝, 및 단계 등의 각 처리의 실행 순서는, 특별히 「보다 전에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않고, 또한, 앞(前)의 처리의 출력을 나중(後)의 처리에서 이용하는 것이 아닌 한, 임의의 순서로 실현될 수 있음에 유의해야 한다. 청구범위, 명세서, 및 도면 중의 동작 플로우에 관해, 편의상 「우선,」, 「다음으로,」 등을 이용하여 설명하였다고 하더라도, 이 순서대로 실시하는 것이 필수임을 의미하는 것은 아니다.
10…배기 가스 처리 시스템, 20…전기 집진 장치, 21…온도 센서, 22…집진부, 24…대전부, 25…접점, 26…반사판, 27…바닥면, 28…대전 입자, 30…제1 전극, 31…저항, 32…격벽, 33…정전류원, 34…반사부, 35…가스 센서, 36…대전 입자 집적부, 37…계측부, 38…개구, 39…외벽, 40…마이크로파 발생부, 41…공간, 42…개구, 44…가스 유로, 46…개구, 48…개구, 50…이코노마이저, 52…주파수 제어부, 54…편파 제어부, 60…엔진, 61…계측부, 62…경과 시간 계측부, 64…입자량 계측부, 66…농도 계측부, 70…스크러버, 72…촉매, 73…내벽, 74…그을음 집적부, 75…펌프, 80…배수 처리 장치, 90…센서

Claims (20)

  1. 대전 입자를 포집하는 집진부와,
    상기 집진부에 도입하는 마이크로파를 발생시켜, 상기 집진부에 포집된 상기 대전 입자를 상기 마이크로파에 의해 연소시키는 마이크로파 발생부
    를 구비하고,
    상기 집진부는, 제1 전극 및 제2 전극을 가지며,
    상기 집진부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 의해 발생하는 전계에 의해, 상기 대전 입자를 포집하고,
    상기 제2 전극은, 상기 제1 전극의 주위에 배치되며,
    상기 집진부는, 상기 대전 입자를 집적하는 대전 입자 집적부를 갖고,
    상기 대전 입자 집적부는, 상기 제2 전극의 주위에 배치된 외벽을 가지며,
    상기 대전 입자는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 의해 발생하는 전계에 의해, 상기 대전 입자 집적부에 있어서의 상기 제2 전극과 상기 외벽 사이의 공간으로 이동하고,
    상기 마이크로파의 전계는, 상기 공간으로 인가되는,
    전기 집진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 마이크로파의 주파수를 변경함으로써, 다른 위치의 상기 대전 입자를 연소시키는 주파수 제어부를 갖는,
    전기 집진 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 마이크로파의 편파 방향을 제어하는 편파 제어부를 갖는,
    전기 집진 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집진부에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 의해 발생하는 전계의 위치와, 상기 마이크로파에 의해 인가되는 전계의 위치가 상이한,
    전기 집진 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 단속적(斷續的)으로 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 마이크로파를 발생시키는 시간 간격 또는 상기 마이크로파의 조사 시간을 변경할 수 있는,
    전기 집진 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 대전 입자의 연소가 계속되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 폭을, 상기 대전 입자의 연소가 계속되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 펄스 폭보다 작게 하는,
    전기 집진 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 마이크로파의 출력을 변경할 수 있는,
    전기 집진 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 대전 입자의 연소가 계속되고 있는 상태에서 발생시키는 마이크로파의 진폭을, 상기 대전 입자의 연소가 계속되고 있지 않은 상태에서 발생시키는 마이크로파의 진폭보다 작게 하는,
    전기 집진 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 집진부에 포집된 상기 대전 입자의 포집 상태에 근거하여, 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마이크로파의 발생을 정지하고 나서의 경과 시간을 계측하는 경과 시간 계측부를 더 구비하며,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 경과 시간 계측부에 의해 계측된 경과 시간에 근거하여, 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 집진부에 포집된 상기 대전 입자의 양을 계측하는 입자량 계측부를 더 구비하며,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 입자량 계측부에 의해 계측된 상기 대전 입자의 양에 근거하여, 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 대전 입자는, 가스원이 배출하는 배기 가스에 포함되는 입자를 대전시켜 생성되고,
    상기 집진부는, 상기 대전 입자를 포집하며,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 가스원의 연료의 종류에 근거하여 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 집진부는, 상기 집진부의 온도를 검출하는 온도 센서를 갖고,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 근거하여 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 집진부는, 각각 다른 위치에 배치된 복수의 상기 온도 센서를 갖고,
    상기 마이크로파 발생부는, 복수의 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 근거하여, 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 집진부에 있어서의 이산화탄소, 산소 및 일산화탄소 중 적어도 하나의 농도를 계측하는 농도 계측부를 더 구비하며,
    상기 마이크로파 발생부는, 상기 농도 계측부에 의해 계측된 상기 농도에 근거하여 상기 마이크로파를 발생시키는,
    전기 집진 장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집진부는, 상기 대전 입자의 상기 마이크로파에 의한 연소를 촉진하는 촉매를 더 갖는,
    전기 집진 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 촉매는, 상기 집진부의 내벽에 도포되어 있는,
    전기 집진 장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집진부는, 상기 대전 입자의 상기 마이크로파에 의한 연소에 의해 발생한 그을음을 집적하는 그을음 집적부를 더 갖고,
    상기 그을음 집적부는, 상기 마이크로파의 진행 방향을 따라 주기적으로 배치되어 있는,
    전기 집진 장치.
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