KR20070020006A - 가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

코로나 전극(10)과 그 코로나 전극(10)에 대향하는 집진전극(20)을 가지고, 전기 코로나 전극(10)과 전기 집진전극(20)의 사이에 고전압을 인가하여, 전기 코로나 전극(10)과 전기 집진전극(20)의 사이를 통과하는 가스(G) 중에 코로나 방전을 형성하여, 가스(G) 중의 성분의 응집 또는 집진을 행하는 가스 처리장치(1)에 있어서, 전기 집진전극(20)의 전기 코로나 전극(10)에 대향하는 대향면(20f) 근방에 있어서 가스(G)의 난류를 촉진하는 난류촉진 수단(23)을 그 대향면(20f) 또는 그 대향면(20f) 근방에 마련한다.

가스 처리장치.

Description

가스 처리장치 {GAS TREATMENT EQUIPMENT}

본 발명은 공장 가스, 발전소 가스, 자동차 가스 등의 배출가스나, 각종 제조공장이나 의료현장 등의 가스를, 코로나 방전을 이용하여 정화하는 가스 처리장치에 관한 것이다.

공장 가스, 발전소 가스, 자동차 가스 등의 배출가스 처리장치로서, 또는, 각종 제조공장이나 의료현장 등의 가스 처리장치로서, 정전(靜電) 응집장치나 정전집진장치 등이 사용되고 있다. 이들의 가스 처리장치에서는, 코로나 전극과 집진 전극의 사이에 고전압을 인가하여 가스 중에 코로나 방전을 발생시키며, 이 코로나 방전에 의해 가스 중의 입자상(粒子狀) 물질(PM) 등의 부유 미립자를 대전(帶電)시키고 있다. 그리하여, 이 대전한 입자를 정전기 힘으로 집진전극에 끌어 당기어 응집(凝集) 비대화시키거나, 포착(捕捉)하거나 하고 있다.

이 방전을 이용한 정전 응집장치에서는, 가스 처리 시스템의 일 구성요소로서 응집 비대화만을 행한다. 그리고, 하류 측에 배치한 후단(後段) 필터로 집진을 행하도록 구성된다. 이 경우에는, 미세 입자를 이 정전 응집장치에 있어서의 정전작용으로 응집 비대화함에 의해서, 눈이 거친 필터로는 여과되지 않는 미세 입자도, 후단 필터에 있어서 여과하는 것이 용이하게 된다.

결국, 정전 집진에 의해, 집진전극의 표면에 포착된 입자 간에 결합이 생기어, 미립자가 응집 비대화한다. 그러나, 이 비대화한 포착 입자는 가스 흐름의 영향에 의해, 집진전극의 표면에서 박리(剝離)하여 재비산(再飛散)을 일으킨다.

이 재비산(再飛散) 입자는, 가스 처리장치 내에서 대전, 포착, 박리를 반복하면서 그의 입경(粒徑)을 서서히 크게 돼 가지만, 최종적으로는 재비산에 의해 가스 처리장치로부터 배출된다. 이 경우, 배출되는 입자의 입경이 커져 있기 때문에, 하류 측에서는 눈이 거친 필터로도 이들의 입자를 용이하게 포착하는 것이 가능하게 된다. 결국에는, 정전 응집장치로서 기능 한다.

또, 이 방전을 이용한 정전 집진장치에서는, 입자를 응집 비대화하는 동시에 집진도 행한다. 이 정전 집진장치에서는, 처리대상의 가스를 통상체(筒狀體)에 통하게 한다. 이 통상체로 형성된 집진 전극 또는 통상체와는 따로 따로 마련한 집진전극의 대략 중앙에 코로나 전극을 배치한다. 코로나 전극과 집진전극과의 사이에는 고전압을 인가함에 의해서, 가스 중에 코로나 방전을 발생시켜, 가스 중의 부유(浮遊) 미립자를 대전시킨다.

이 대전한 입자를, 코로나 전극과 집진전극과의 사이에 형성된 전계(電界)에 의해 정전기 힘으로 집진전극 표면에 이동시키어, 이 집진전극 표면에 포착한다. 이 포착된 입자는, 전기 집진장치 등과 마찬가지로 흔들어 떨어지게 함 등에 의해 집진전극으로부터 이탈시키어 모아져 제거되거나, 집진전극에 인접하는 히터 등의 가열에 의해 연소 제거되거나 한다.

이와 같은 가스 처리장치의 예로서는, 일본의 실용신안등록 제3019526호 공 보로 제안돼 있는 바와 같은 원통형 전기 집진장치가 있다. 이 장치에서는, 공장 배연(排煙) 중의 백연(白煙) 및 무상(霧狀)의 미량 오염물질의 제거를 목적으로 하여, 금속 원관 안에 친 금속 세선으로 형성되는 고압 방전선(코로나 전극)에 고전압을 인가하여, 공장배출 연기 등의 부유 미립자를 원통(圓筒)전극에 정전흡착하여 제거한다.

그렇지만, 공장 가스, 자동차 배출가스 등에 있어서의 정전 집진에서, 대전 입자의 구동속도는 높게 수㎝/s의 상태이다. 또, 코로나 전극과 집진전극의 거리가 통상은 수㎝이상에 설정된다. 그렇기 때문에, 충분한 응집작용이나 집진작용을 얻기 위하여는 1s 이상의 체류시간, 즉, 처리시간이 필요하다. 그 결과, 이 가스 처리장치를 컴팩트화 하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다.

본 발명자 등은, 이 코로나 방전에 대향하는 면인 집진전극의 대향면에 있어서의 응집작용이나 집진작용의 증대에, 난류촉진이 효과를 올린다는 식견을 얻었다. 이 식견에 기초하여 실험을 반복하여 본 발명을 행하였다. 필경, 이 집진전극에 있어서의 대향면 또는 이 대향면의 근방에서 난류를 촉진하면, 주류방향에 수직인 유로 단면 내의 방향의 입자이동이 촉진된다. 이에 의해, 집진전극에의 입자 도달 속도가 단축되고, 유로 내에서의 입지끼리의 충돌확률이 향상하여, 응집 및 집진에 요하는 시간이 짧아진다. 또, 한편으로, 가스온도가 높고 집진전극 온도가 낮은 경우에는, 집진전극 근방의 가스의 냉각이 이 난류촉진에 의해 전열(傳熱)작용이 중대하기 때문에 촉진된다. 이에 의해, 가스 중의 액화하기 쉬운 성분이 응결하여 입자에 대한 액 가교(架橋) 작용이 생긴다. 때문에, 응집, 집진, 포 착 효과가 더 증가한다.

더구나, 본 발명은, 집진전극의 표면 근방에 있어서 가스의 난류촉진을 도모하는 것이다. 본 발명에, 일견 구성이 닮은 것으로 다음과 같은 장치 등이 있다. 하나는, 일본의 특개평3-173311호 공보로 제안돼 있는 바와 같이, 표면이 철부(凸部)형상에 형성된 제 1 전극을 방전전극으로 하여, 집진전극으로서의 원통상의 제 2 전극의 중앙부분에 마련한 배기가스 정화장치이다. 또, 하나는 일본의 특개평5-125928호 공보로 제안돼 있는 바와 같이, 거꾸로, 집진전극으로서의 제 1 전극을, 방전전극으로 하여 내벽에 스파이럴 훔이 형상된 원통의 중앙부분에 마련한 배기가스 정화장치이다.

또, 그 밖에도, 일본의 특개평11-342350호 공보로 제안돼 있는 바와 같이, 단면이 원환상(링 상)의 통풍 피이프의 내측의 내주면을 집진전극으로 하고, 외주면을 하전(荷電)전극(방전전극)으로 하여, 하전전극에 정부(頂部)가 첨상(尖狀)으로 된 철부(凸部)가 형성된 공기청정기가 있다.

그렇지만, 이들의 배기가스 정화장치나 공기청정기에서는, 철부형상이나 스파이럴 홈이나 침(針)전극열 등은 방전의 안정화, 균일화, 저전압화를 목적으로 한 전계 집중점을 형성하기 위한 것이다. 그리하여, 이들의 철부형상 등은, 난류촉잔을 목적으로 하는 구조는 아니기 때문에, 어느 것이나 방전전극에 마련돼 있으며, 집진전극 측에는 마련돼 있지 않다. 그렇기 때문에, 입자가 응집 비대화 및 집진되는 집진전극 측에서 난류촉진을 할 수가 없다. 따라서, 난류촉진에 의한 응집 비대화, 집진, 포착작용 등을 향상시키는 효과를 발휘할 수가 없다.

그 밖에, 일본의 특개2002-30921호 공보로 제안돼 있는 바와 같이, NOx 등의 분해를 목적으로 하여, 방전관 내면에 링상(狀) 장벽 등의 환상 흐름 억제 부재를 마련하여, 외부전극 내의 배기의 흐름을 내부전극 측에 편재(偏在) 또는 안내하는 플라즈마 식 배기 정화장치도 있다. 이 장치에서는, 이에 의해, 내부전극 근방의 플라즈마 강도가 센 부분을 통과하는 배기가스의 양을 증가시키어, 배기가스 전체로서의 배기정화 효율을 향상시키고 있다.

그러나, 이 장치와 같은 구성은, 플라즈마에 의해서 가스의 화학반응을 높이는 경우에는 효과를 올린다고 생각되지만, 집진전극이 되는 관 내면에 입자를 포착하는 등의 집진을 목적으로 하는 경우에는, 도리어, 가스와 관 내면과의 접촉효율이 나빠지기 때문에, 집진 성능의 개선은 기대할 수 없다는 문제가 있다.

또, 이 구성에서, 배기의 흐름을 내부전극 측에 안내하기 위하여는, 링상 장벽의 높이를 관 내경의 수십% 정도까지 높게 할 필요가 있다고 생각된다. 그리고, 이 같은 장벽구조를 접지 전위(電位)가 되는 금속으로 형성하면, 전극 간의 화화(火花)전압은 링 내경으로 지배된다. 때문에, 인가가능한 전압은 링상 장벽이 없는 경우에 비해 현저하게 저하한다. 이 인가전압의 저하로 인해, 관 내면의 전계강도가 현저히 약해지고, 접지전극 내면에의 집진작용은 매우 저하하게 된다.

또, 이 링상 장벽을 절연물로 형성하였다고 해도, 관 내면이 접지전위에 있는 금속으로 형성돼 있는 경우에는, 절연물의 연면(沿面)을 경유하는 절연파괴현상 때문에, 링상 장벽이 없는 경우에 비해 마찬가지로 인가가능한 전압이 저하한다. 그래서, 관 내면의 전계강도는 현저히 약해져, 집진작용은 약해진다.

또, 관 내면에서 링상 장벽을 절연 코드 또는 절연체로 형성하려고 하면, 매우 고가로 되고, 또, 절연 내구성의 점에서도 문제가 생긴다. 한편, 집진을 목적으로 하는 가스 처리장치의 경우에는, 인가할 수 있는 전압을 너무 저하시키지 않고도, 가스와 잡진전극의 표면과의 접촉효율을 높이는 구조가 필요해진다.

본 발명은, 위에 기술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 코로나 방전의 원리를 이용하여, 가스 중의 부유 미립자를 응집 비대화 또는 집진할 수 있고, 게다가, 차량탑재가능한 배기가스 정화장치로서도 사용할 수 있는 고성능, 저 압력 손실로 컴팩트화 가능한 가시 처리장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 가스 처리장치는, 코로나 전극과 그 코로나 전극에 대향하는 집진전극을 가지고, 전기 코로나 전극과 전기 집진전극의 사이에 고전압을 인가하여, 전기 코로나 전극과 전기 집진전극의 사이를 통과하는 가스 중에 코로나 방전을 형성하여, 가스 중의 성분의 응집 또는 집진을 행하는 가스 처리장치에 있어서, 전기 집진전극의 전기 코로나 전극에 대향하는 대향면 근방에 있어서 가스의 난류를 촉진하는 난류촉진 수단을 그 대향면 또는 그 대향면 근방에 마련하여 구성한다.

이 난류촉진 수단으로서는, 대향면에 연송 또는 불연속의 철부를 형성한 요철구조, 타발 스크린 등을 표면에 배치한 구조, 가는 사상체(絲狀體)를 식립배치한 브러시 구조, 코일상의 선상체(線狀體)를 표면에 배설한 구조 등을 사용할 수가 있다.

이 난류촉진 수단에 의해, 집진전극과 코로나 전극의 사이, 특히, 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극의 대향면 근방의 가스의 난류화가 촉진되어, 유로 단면의 방향의 가스의 흐름이 발생한다. 그 결과, 외관상, 코로나 방전으로 대전한 입자의 구동속도가 빨라진다. 그 때문에, 가스의 처리시간이 짧아도, 예를 들어, 충분한 응집작용 및 집진작용을 발휘할 수가 있어, 정전 응집성능이나 집진성능이 현저히 향상한다. 따라서, 정전응집이나 정전집진을 행하는, 고성능, 저 압력 손실, 또 컴팩트한 가스 처리장치를 제공할 수 있게 된다.

결국, 코로나 방전은 국소적인 비파괴방전이지만, 난류촉진에 의해서, 가스의 주류방향과 수직인 유로 단면 내의 방향에 있어서의 교반작용이 커진다. 때문에, 유로공간 전체에 걸치는 입자의 대전에 요하는 평균시간이 짧아진다. 또, 난류촉진에 의한 유로 단면 내의 방향에 있어서의 교반작용에 의해서, 대전 입자가 집진전극에 있어서의 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극의 대향면에 단시간에 접촉(접근)하게 된다. 따라서, 정전작용에 의한 입자의 구동속도가 작아도 단시간에 이 대향면에 정전작용으로 포착되게 된다.

또, 이 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극 면 또는 집진전극 면 근방에, 난류 촉진체를 마련하면, 이 대향면에 있어서의 점성저항의 영향이 보다 중앙부까지 미치게 되어, 대향면 근방의 가스의 주류방향의 유속이 저하한다. 이 때문에, 이 대향면 근방에서는 정전기 힘에 의한 대전 입자의 이동속도와 가스 유속의 비를 높이 잡을 수 있다. 따라서, 정전기 힘에 의한 대전 입자의 포착작용이 촉진된다.

상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 집진전극을 전기 코로나 전극을 에워싸는 비통기성의 통상체로 형성하고, 그 통상체의 내부에 가스를 통과시키도록 구성한다. 또는, 전기 집진전극을 전기 코로나 전극에 대향하는 면상체(面狀體)로 형상히는 동시에, 그 면상체를 전기 코로나 전극과 함께 비통기성의 통상체로 에워싸서, 그 통상체의 내부에 가스를 통과시키게 구성한다. 이들의 구성에 의해, 가스를 코로나 전극과 집진전극의 사이에 유통시킬 수가 있다.

또한, 대향면의 난류 촉진체에 의해서 난류가 촉진되는 반면, 점성에 의한 마찰저항이 증가하여, 통상체로 형성되는 가스통로의 압력손실이 증가한다. 그러나, 통상의 용도에서는, 이 가스통로의 마찰손실은 미소하기 때문에, 가스 처리장치 전체에 대한 영향도는 낮다. 한편, 통상체에의 가스 도입부 및 통상체로부터의 가스 배출부에 있어서의 유속 변화에 수반하는 압력손실의 편이 마찰손실에 비해서 충분히 크다. 때문에, 이 난류 촉진체의 배설에 의해서, 가스 처리장치의 압력손실이 증대하여 과대해질 우려는 거의 없다.

그리고, 상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 난류 촉진수단을 요철구조로 구성하고, 저기 집진전극의 대표 길이를 D, 적기 집진전극의 대향면의 표면의 최대 표면 거칠기를 ε로 한 때의 전기 요철구조의 상대 거칠기 ε/D를 0.01 이상 0.1 이하로하여 형성한다. 결국, 이 상대 거칠기는 난류촉진의 효과의 면에서 0.01 이상이 바람직하며, 방전의 공간적 균일성과 안전성의 실용적인 면에서 0,1 이하가 바람직하다.

이 요철구조로서는, 다음과 같이, 여러 가지의 형태로 구성하는 것이 가능하다. 먼저, 집진전극과 일체화한 구조로, 집진전극 자체의 표면에 홈 내기를 한 구성이다. 또, 집진전극과는 별체(別體) 구조로, 환봉(丸棒)이나 각봉을 집진전극의 표면에 배설한 구성이다. 또, 익스팬더 메탈, 펀칭 메탈 등의 타발 스크린 등의 요철구조를, 집진전극의 표면에 접착, 맞붙임, 띄움 등으로 배치하거나, 요철구조을 가진 판으로 면상체를 형성한 구조이다.

게다가, 이 요철구조로서는, 철부와 요부가 규칙 바르게 정렬된 구조뿐 아니라, 불규칙한 형상의 철부와 요부가 불규칙하게 정렬된 구조이어도 좋다. 말하자면, 철부나 요부나 배열이나 배열밀도 등은 규칙적이어도, 불규칙적이어도 좋다. 그리고, 철부의 형성도 가지가지이어도 좋다. 예를 들어, 첨형상, 삼각추, 사각추, 원추, 입방체, 장방체, 각추대, 원추대, 반구체, 구체 등 가지가지의 형상을 취할 수가 있다.

또, 이 요철구조의 상대 거칠기 ε/D는, 전열(傳熱)이나 관마찰 등에서 사용되고 있는 것과 같다. 집진전극으로 코로나 전극을 에어 싸서 형성한 경우의 대표 길이 D는, 집진전극으로 에워 싸인 유로 단면적을 S, 젖은 가장자리 길이를 P로 하면, D=4S/P이다. 따라서, 집진전극을 원관으로 형성한 경우에는, D는 원관의 직경에 상당한다. 또, 집진전극을 평행 평판의 면상체로 형성한 경우에는, 코로나 전극과 평판의 거리를 b로하여, D=2b로 된다.

게다가, 원통체 내에서 난류가 발달하기 위하여는, 조주(助走)구간이 필요하다. 그 거리는 본 발명의 난류 촉진체를 이용할 경우, 통상체 단면의 대표 길이 D의 2배 정도이다. 따라서, 통상체의 길이는 통상체의 단면의 대표 길이 D의 3배 이상으로 하는 것이 적당하며, 실용상은 D의 5~20배로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 요철구조를, 철부의 상류면을 하류 측에 경사시켜서 형성하면, 철부의 후류 측에서 소용돌이가 되어, 철부의 후류 측에 가스 흐름의 막힘이 발생하게 된다. 그 결과, 철부의 상류면을 상류 측에 경사시키어 형성한 경우에 비해, 통상체 내측 표면에 있어서의 입자상 물질의 포착효과가 보다 높아진다. 이런 사실을 실험으로 확인한 것이므로, 철부의 상류면을 하류 측에 경사시킨 형상으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 난류 촉진수단의 가스 접촉부분을 금속재료 등의 도전재료로 형성하면, 이 부분이 코로나 전극의 대향전극으로 된다. 게다가, 이 요철구조를 도전재료로 별체에 형성하고, 이룰 도전재료나 비도전재료로 형성한 통상체에 조합하여 형성하여도 좋다. 더구나, 난류 촉진수단을 도전재료로 형성하여 비 도전재료로 형성한 통상체에 조합하는 경우에는 난류 촉진수단 자체가 집진전극으로 되어, 그 외측에 비 통기성의 통상체가 배치된 구성으로 된다.

또, 전기 난류 촉진수단의 가스 접촉부분을, 세리믹 등의 절연재료로 형성하면, 집진전극의 표면이 절연재료로 덮이게 된다. 그런 때문에, 대전한 입자상 물질이 전하를 잃기 어렵게 된다. 따라서, 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극의 대향면에 있어서의 대전 입자의 재비산을 억제할 수 있어, 포착력을 높일 수가 있다. 그 결과, 집진기능을 중시하는 경우에 바람직한 구조로 된다.

또한, 상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 난류 촉진수단 또는 전기 집진전극의 적어도 일방의 가스 접촉부분에 촉매를 마련하여 구성한다. 이 구성에 의하면, 난류효과로 가스와 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극의 대향면과의 접촉효율이 높아져 있기 때문에, 촉매반응도 촉진된다. 따라서, 가스 중의 정화대상 성분의 산화반응이나 환원반응을 촉진할 수가 있다. 이 촉매로서는 백금을 비롯한 귀금속 촉매나 그 밖의 촉매를 이용할 수가 있다.

또, 포착한 대전 입자가 요철구조에 퇴적하여, 요철구조를 매몰시키는 경우도 생긴다. 그러나, 이 경우에 있어서도, 촉매에 의해 대전 입자를 분해 저거할 수 있다. 그리고, 이들 촉매작용에 의한 산화반응, 환원반응이나 입자의 제거에 제하여서는, 가스의 열이나 반응 보조제의 첨가 등, 일반적으로 이용되는 것을 적용할 수가 있다. 결국, 난류 촉진체와 촉매를 조합함에 의해, 난류촉진에 의해서, 표면반응인 촉매반응을 보다 효과적으로 실시하는 것이 될 수 있게 된다.

그리고, 상기의 배기가스 처리장치에 있어서, 전기 통상체를 자연공랭 또는 강제냉각하게 구성한다. 이 구성에 의해, 가스 중의 성분의 일부, 예를 들어, 수분이나 미연 연료 분 등을 응결시킨다. 이 액화에 의해, 입자의 액 가교가 생기므로, 응집 비대화나 집진의 효과가 향상한다.

이 자연공랭이란, 통상체를 보온하지 않고 외기에 노출하여 놓거나, 대류 전열이나 열방사를 방해하는 것을 통상체의 외부 근방에 배치하지 않는다는 소극적인 냉각이다. 한편, 강제냉각이란, 냉각 팬이나 핀이나 냉매에 의한 냉각 등의 어떤 적극적인 냉각수단을 이용하여 강제 냉각에 의해 통상체를 냉각하는 것이다.

결국, 기상(氣相)에 있어서의 입자의 응집과정에서는, 입자 표면에 부착 또는 결합하는 형으로 존재하는 액상 성분이 입자 간의 촉매 부에 보지되는, 소위 액 가교가 중요한 역할을 다한다. 한편, 난류 촉진에 의해서 가스와 집진전극의 사이의 열 전달 특성은 향상한다. 때문에, 집진전극을 냉각함에 의해서, 가스의 냉각, 특히, 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극의 대향면 근방의 가스의 냉각이 촉진된다.

그리하여, 가스가 냉각되면, 가스 중에 함유하는 수분 등이 액화하여 입자 간의 액 가교로서 작용하게 된다. 그 결과, 입자의 응집이나 포착 특성이 보다 향상한다. 특히, 가스가 연소가스인 경우에는 수분이 함유되는 일이 많아, 가스 냉각위한 액 가교 효과가 크다. 또, 가스 중에 함유돼 있는 미연 연료 분이나 탄화수소류 등도 냉각에 의해서 부분적으로 액화하여, 액 가교 작용을 가지게 한다. 이런 것은 실험적으로 확인되어 있다.

그리고, 상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 통상체의 내부에 도입되는 가스에 대하여, 가스 중의 성분을 응집 또는 비대화하는 첨가제를 공급하는 천가제 공급수단을 구비하여 구성한다. 이 구성에 의해, 보다 응집성능이나 집진성능이 향상한다. 이 첨가제로서는, 물이나 탄화수소류, 연료 등 액화하기 쉬운 성분을 사용할 수 있다. 또 첨가제의 첨가위치는, 통상체의 상류측의 위치여도 좋고, 통상체의 내부의 위치이어도 좋다.

또한, 상기의 가스 처리장치에 있어서, 전기 코로나 전극과, 그 코로나 전극을 에워 싸는 비 통기성의 통상체로 형성한 전기 집진전극으로 이루어지는 가스처리 유닛을 복수 개 구비하여 구성한다.

또, 상기의 가스 처리장치를 전가 코로나 전극과, 그 코로나 전극에 대향하는 면상체로 형성한 전기 집진전극과의 조합으로 이루어지는 가스처리 유닛을 복수 개, 하나의 통상체에 구비하여 구성한다. 혹은, 전가 코로나 전극과, 전기 코로나 전극에 대향하는 면상체로 형성한 전기 집진전극과, 전기 코로나 전극과 전기 집진전극을 둘러싸는 전기 통상체의 조합으로 이루어지는 가스처리 유닛을 복수 개 구비하여 구성한다. 이들의 구성에 의해, 유량이 많은 가스에 대처할 수 있게 된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 가스 처리장치에 의하면, 코로나 전극에 대향하는 면인, 비 방전 극 측의 집진전극의 대향면 또는 대향면의 근방에, 대향면 근방에 있어서 가스의 난류를 촉진하는 난류 촉진수단을 마련하여 구성하였기 때문에, 이 나류 촉진수단에 의해, 난류, 특히, 대향면 근방의 가스의 난류화를 촉진하여, 유로 단면 방향의 교반작용을 크게 할 수가 있다.

그 때문에, 유로공간 전체에 있어서 가스 중의 성분의 대전에 요하는 시간의 단축화, 대전 입자의 집진전극에 있어서의 대향면에의 접촉의 용이화, 가스의 대향면 근방에 있어서의 주류 방향 유속의 저속화에 수반하는 체류시간의 증가를 도모할 수가 있어, 정전력에 의한 대전 입자의 포착을 한층 촉진할 수가 있다.

따라서, 대전 입자에 대한 정전 응집성능이나 집진성능을 현저히 향상할 수가 있어, 정전응집이나 정전집진을 행하는 가스 처리장치를 고성능화, 저 압력 손실화, 및 컴팩트화 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관계되는 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치의 구성을 보이는 전형적인 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 관계되는 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치의 통상체의 단면형상의 예를 보이는 그림으로, (a)는 원형의 예를, (b)는 정방형의 예를, (c)는 단부가 원형의 편평체의 예를, (d)는 장방형의 예를 보인다.

도 3은 본 발명에 관계되는 제 2의 실시의 양태의 가스 처리장치의 구성을 보이는 전형적인 측단면도이다.

도 4는 본 발명에 관계되는 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치의 구성을 보이는 전형적인 측단면도이다.

도 5는 본 발명에 관계되는 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치의 통상체의 단면형상의 예를 보이는 그림으로, (a)는 원형의 예를, (b)는 정방형의 예를, (c)는 단부가 원형의 편평체의 예를, (d)는 장방형의 예를 보인다.

도 6은 본 발명에 관계되는 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치의 타의 구성을 보이는 전형적인 측단면도이다.

도 7은 본 발명에 관계되는 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치의 타의 구성의 통상체의 단면형상의 예를 보이는 그림으로, (a)는 집진전극의 사이에 단일의 코로나 전극을 가지는 예를, (b)는 집진전극의 사이에 복수의 코로나 전극을 가지는 예를 보인다.

도 8은 본 발명에 관계되는 제 4의 실시의 양태의 가스 처리장치의 구성을 보이는 전형적인 측단면도이다.

도 9는 복수의 환봉을 통상체에 스플라인상(狀)으로 하여 십입해 형성한 요철구조를 보이는 전형적인 부분 측단면도이다.

도 10은 통상체의 내측 표면에 홈 내기에 의해 대형형상의 철부를 형성한 구조를 보이는 전형적인 부분 사시도이다.

도 11은 통상체의 내측 표면에 격자 홈을 마련하여 형성한 요철구조를 가지는 내면 홈 달림 관 구조를 보이는 전형적인 부분 측단면도이다.

도 12는 통상체의 내측 표면에 나선상 홈을 마련하여 형성한 요철구조를 가지는 내면 홈 달림 관 구조를 보이는 전형적인 부분 측단면도이다.

도 13은 링상의 철부를 통상체의 내측 표면에 간격을 두어 형성한 요철구조를 가지는 내면 홈 달림 관 구조를 보이는 전형적인 부분 사시도이다.

도 14는 삼차원 구조를 가지는 핀으로 구성하는 요철구조를 보이는 전형적인 부분 사시도이다.

도 15는 삼차원 구조를 가지는 핀으로 구성하는 타의 요철구조를 보이는 전형적인 부분 사시도이다.

도 16은 압연처리를 하지 않은 익스팬더 메탈을 보이는 평면도이다.

도 17은 도 16의 부분 확대도로, 눈의 향함과 가스의 흐름의 방향을 보이는 부분 확대도이다.

도 18은 철부의 상류 면이 하류 측에 경사한 구성을 보이는 부분 측단면도이다.

도 19는 철부의 상류 면이 상류 측에 경사한 구성을 보이는 부분 측단면도이다.

도 20은 철부의 후류 측에 가스 흐름의 막힘이 발생하는 구성을 보이는 부분 사시도이다.

도 21은 통상체와 난류촉진수단을 함께 도전재료로 형성한 구성을 보이는 그림이다.

도 22는 통상체를 절연재료로 형성하고, 난류촉진수단을 도전재료로 형성한 구성를 보이는 그림이다.

도 23은 통상체를 도전재료로 형성하고, 난류촉진수단을 절연재료로 형성한 구성를 보이는 그림이다.

도 24는 통상체의 내주부와 난류촉진수단을 함께 절연재료로 형성하고, 도전재료로 형성한 통상체의 외주부를 마련한 구성을 보이는 그림이다.

도 25는 통상체의 외면을 대기 개방상태로 하여, 자연대류 전열이 행해지기 쉽게 한 구성을 보이는 그림이다.

도 26은 통상체의 외부에의 방열을 촉진하는 냉각용 팬을 통상체의 외부에 마련한 구성을 보이는 그림이다. 그리고,

도 27은 통상체를 2중 관 구조로 하여, 냉매로 강제 냉각하도록 형성한 구성을 보이는 그림이다.

이하, 본 발명에 관계되는 실시의 양태의 가스 처리장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 및 도 2에 보이는 바와 같이, 본 발명의 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치(1)는, 코로나 방전을 발생시키기 위한 고전압을 인가하는 코로나 전극(10)과, 이 코로나 전극(10)을 둘러싸, 집진전극으로 되는 통상체(20)를 가지고 구성된다.

이 코로나 전극(10)은, 전계(電界) 집중 계수가 높은 전극이면 좋다. 이 코로나 전극(10)은 세선(細線)전극, 각상(角狀)전극, 돌기 구조 달림 전극 등의 선상(와이어상)이나 봉상(棒狀) 등의 전극으로 형성된다. 통상체(20)는 도전성 재료로 형성된다. 이 통상체(20)는, 코로나 전극(10)의 주위를 둘러싼다. 또, 통상체(20)에는, 상류 측에 가스 입구 부(21)가, 하류 측에 가스 출구 부(22)가 마련된다.

이 코로나 전극(10)과 통상체(20)는 서로 애자(30) 등에 의해 전기적으로 절연상태로 하여 구성된다. 코로나 전극(10)은 고압 전원(40)에 접속된다. 이 고압 전원(40)에서 발생하는 고전압은, 일반적으로는 부극성의 직류전압을 이용하는 것이 바람직하나 직류, 교류, 펄스상의 어느 것이어도 좋다. 또, 이 고전압의 극성은 부극성이어도 정극성이어도 좋다.

또, 통상체(20)는 방전 전극은 아니고 집진전극으로 하여 구성된다. 도 1에서는 통상체(20)는 전기적으로 접지되어 접지 전위에 보지되지만, 다른 전위에 보지되어도 좋다. 이 코로나 전극(10)과 통상체(20)에 인가되는 전압은, 이 코로나 전극(10)과 통상체(20)의 사이를 통과하는 가스 G 중에 코로나 방전을 발생할 수 있는 전압이면 좋다.

이 통상체(20)의 단면형상은 특히 한정되지 않는다. 코로나 방전의 안정성 등을 생각하면 원형이 바람직하나, 정방형 등이어도 좋다. 특히, 코로나 전극(10)을 복수 마련하는 경우에는, 통상체(20)의 단면형상은 타원형, 삼각형, 장방형, 그 밖의 다각이어도 좋다. 이 통상체(20)의 단면형상의 예를 도 2에 보인다.

그리고, 통상체(20)의 내부에 가스 G를 통과시키는 동시에, 코로나 전극(10)과 통상체(20)의 사이에 고전압을 인가하여, 통상체(20의 내부에 코로나 방전을 형성한다. 이 코로나 방전에 의해, 통상체(20)의 내부를 통과하는 가스 G 중의 입자상 물질(PM) 등의 성분을 대전시킨다. 그리하여, 이 대전 입자를 응집하기도, 집진하기도 한다.

이 응집 비대화 및 집진에 대하여 다음에 설명한다.

고전압의 인가에 의해, 코로나 전극(10)의 근방에 불평등 전계가 형성되어, 코로나 전극(10)을 중신으로 하여, 국소적으로 가스 G가 비파괴 방전 즉 코로나 방전 공간이 형성된다. 이 코로나 방전에 의해서, 가스 G 중에는 고속전자와 고속전자가 충돌하여 전리된 정 이온이나, 전자부착에 의한 부 이온이, 다수 형성된다.

이 코로나 방전 공간에 PM이 함유된 가스 G를 유통시키면, 전자· 정 이온· 부 이온과 PM(입자상 물질) 등의 입자(가스 중의 성분)가 충돌함에 의해서, 입자는 거의 순간적으로 하전된다. 이 하전에 의해 대전한 입자는 쿠롱 힘에 의해서 집진전극(20)에 포집된다.

이 코로나 방전을 이용하여 전기 집진작용으로 PM을 포집하는 경우는, 통상의 물리적인 필터로 기계적으로 트랩하는 경우에 비해, 보다 섬세한 PM의 입자를 선택적으로 포집할 수가 있다. 그러하기 때문에, 매우 긴 시간 연속 운행하여도 눈막힘의 염려가 없다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 이 통상체(20)의 코로나 전극(10)에 대향하는 대향면(내측 표면)(20f) 또는 대향면(20f)의 근방에, 난류촉진수단(23)이 마련된다. 이 난류촉진수단(23)은 대향면(20f)를 가공하여 마련하여도 좋고, 통상체(20)와는 별체의 구조물을 대향면(20f)에 당접 또는 띄워서 배치하여도 좋다.

이 난류촉진수단(23)은 요철구조(돌기 구조)(23)로 구성할 수 있다. 이 요철구조(23)에 관하여서는, 전열(傳熱)특성을 향상하기 위한 돌기 구조를 참고로 할 수가 있다. 이 요철구조의 구체 예를 도 9 ~ 도 17에 보인다.

도 9는, 단수 또는 복수의 선상체(환봉이나 각봉)(23)를 통상체(20)에 스파이럴상으로 하여 삽입하여, 퉁상체(20)의 내측 표면(20f)에 감은 것이다. 도 1-0은, 통상체(20)의 내측 표면(20f)에 홈 냄에 의해 대형형상의 철부(23)를 형성한 것이다. 또, 도 11과 도 12는 격자 홈이나 나선 홈 등의 규칙 바른 요철을 마련하여, 내면 홈 달린 관 구조로 하는 것이다. 도 11은 격자 패턴을, 도 12는 나선상 패턴을 나타낸다.

또, 도 13은 링상의 철부(23)를 통상체(20)의 내측 표면(20f)에 간격을 두어 형성한 구조를 나타낸다. 도 14와 도 15는 삼차원 구조를가지는 핀으로 구성하는 요철구조(23)을 보인다. 또, 도시되지 않았으나, 통상체(20)의 내면(20f)를 블래스트 처리하여 난잡한 요철을 형성한 것이어도 좋다. 이들의 요철은 대향면(20f)에 같은 모양으로 형성되어 있어도 좋고, 분배배치돼 있어도 좋다. 도 13의 경우 에는, 대표 돌기 높이 h의 20배 정도의 간격(L)을 두고 배치하여 있어도 효과가 있다.

이 요철구조(23)를 가진통상체(20)는 다음과 같이 하여 제조할 수가 있다. 첫째로는, 통상체(20)의 내측 표면(20f)을 홈 냄 가공 등으로 직접가공하여 제조한다. 또, 둘째로는, 시트상의 판재의 표면을 가공하여 요철을 마련하고나서 통상체(20)에 정형하여 제조한다. 또, 셋째로는, 가공에 의해 요철을 마련한 판재나, 이미 요철을 가지어 형성돼 있는 판재를, 통상체(20에 삽입가능하게 정형하여 통상체(20)에 삽입하여 제조한다. 넷째로는, 시판되고 있는 것 겉은, 이미 요철을 가지고 있는 면상체를 통상체(20)를 삽입하여 제조한다.

이 이미 요철을 가지어 형성돼 있는 판재로서는 금망이나 펀칭메탈, 이스팬더 메탈 등의 시트상 돌기물이 유용하다. 또, 이 판재로서는 스릿 그릴, 다이어 스크린, 딤플 스크린(구멍 없음), 딤플 스크린(구멍 있음), 슬릿 출창 스크린, 브리지 출창 스크린, 삼가 출창 스크린, 반원 출창 스크린 등등의 타발 스크린도 사용할 수 있다.

그리고, 도 16 및 도 17에 보이는 것 같은, 압연처리를 아니 한 익스팬더 메탈(23)의 경우에는, 눈의 방향이 있고, 어느 눈의 방향에 가스를 흘리어도 난류촉진에 의한 효과가 있어서 응집작용, 집진작용의 향상이 인정된다.

이 방향에 관해서는, 단목(短目) 방향인 A방향에 가스가 흐르도록 통상체(20)에 삽입한 경우의 편이, 타의 방향 B, C에 가스가 흐르도록 삽입한 경우보다 응집작용, 집진작용이 양방 공히 향상하였다. 전자의 경우에는 유체의 막힘이 돌기의 후측에 형성된다.

또, A, B, C 공히 통상체 내의 전계 분포에 거의 차이는 없으(특히 A와 B는 실로 같으)나, 그의 효과에 명료한 차이가 있다. 따라서, 통상체 내면의 요철구조의 유체적 작용이 응집작용·집진작용에 큰 영향을 줄 것은 분명하다.

결국, 요철구조(23)를, 도 18에 보이는 바와 같이, 철부(23)의 상류 면이 하류 측에 기울도록 형성한다. 그렇게 하면, 철부(23)의 후류 측에서 소용돌이가 되어서, 철부(23)의 후류 측에 가스 흐름의 막힘 Y가 발생한다. 도 18 처럼 구성하면, 도 19에 보이는 것 같은 구성에 비해, 통상체(20)의 대향면(20f)에 있어서의 입자상 물질(PM) 등의 대전 입자의 포착효과가 보다 높아진다. 또, 이 철부의 후류 측에 기스 흐름의 막힘 Y가 발생하는 구조로서는, 도 20에 보이는 것 같은 구성도 있다.

그리고, 이 요철구조(23)의 치수에 관하여는, 상대 거칠기(ε/D )를, 바람직하게는 0.01 이상, 0.1 이하로 한다. 여기서, 통상체(20)의 단면의 대표 길이를 D, 통상체(20)의 내측 표면(20f)의 최대 표면 거칠기를 ε로 한다. 이 상대 거칠기(ε/D )를 0.01 이상으로 하는 것은, 바람직한 난류촉진 효과를 얻기 위하여서 이다.

이 단면의 대표 길이 D와, 통상체(20)의 대향면(20f)의 요철구조의 무차원 대표 치수라고도 하는 상대 거칠기(ε/D )에 대하여 설명한다. 집진전극을 통상체(20)로 형성한 경우의 대표 길이 D는, 전열(傳熱)공학 등에서 사용되고 있는 길이와 같다. 통상체(20)로 둘러싸인 유로 단면적를 S, 젖은 가장자리 길이를 P라 하면 D=4S/P이다. 원관의 경우에는 D는 원관의 직경에 상당한다.

그리고, 난류의 정도와 관 마찰λ저항은 서로 관계가 깊기 때문에, 통상체(20)의 관 마찰저항 λ와 강한 관계가 있는 상대 거칠기(ε/D )는, 난류 촉진 효과의 좋은 지표로 된다. 레이널즈 수 R과 관벽의 상대 거칠기(ε/D )와 관 마찰계수 λ의 관계를 나타내는 무디 선도에서두 알 수 있는 바와 같이, 관의 상태 거칠기가 0.01 이상이 되면, 관 마찰계수 λ의 증가율이 급격히 높아진다. 이런 사실에서, 요철구조(23)에 의한 난류촉진의 효과가 현저히 커짐을 알 수 있다.

실제로, 실험적으로도, 요철구조(23)의 상대 거칠기(ε/D )가 0.01 이상이 되면 정전 집진작용이 현저히 향상하는 것이 확인되고 있다. 때문에, 레이놀즈 수 R(=UD/υ)이 2,000~100,000의 영역, 즉, 천이역에서 난류역으로 되는 영역이 되게 하는 것이 바람직하다. 더구나, 여기서, 통상체(20)의 내부의 가스의 주 유속 또는 평균 유속을 U, 가스의 동점성 계수를 υ로 한다.

본 발명자 등은, 이 요철구조(23)의 상대 거칠기(ε/D )와 포집(捕集)효과의 관계를 보는 실험을 행하였다. 이 실험 결과로는, 통상체(20)를 D=59mm의 원관으로 형성한 경우에 있어서, 발포금속 시트(ε< 0.5mm, ε/D < 0.008mm)를 삽입하여 요철구조(23A)를 형성한 때와, 금망(ε~ 0.5mm, ε/D < 0.008mm)을 삽입하여 요철구조(23A)를 형성한 때에는, 요철구조 없는(ε= 0, ε/D = 0) 경우와 같은 집진성능을 나타내었다. 한편, 익스팬더 메탈(1)(ε~ 0.2mm, ε/D ~ 0.03), 익스팬더 메탈(2)(ε~ 3mm, ε/D ~ 0.035), 환봉 스파이럴(ε~ 2mm, ε/D ~ 0.03), 각봉 스파이럴(ε~ 2mm, ε/D ~ 0.03)을 삽입한 요철구조(23)를 형성한 경우는, 요철구조 없는 경우보다 뛰어난 집진성능을 나타내었다.

그리고, 통상체(20)의 길이에 관하여 설명한다. 통상체(20) 내에서 난류가 발달하기 위하여는 조주(助走) 구간이 필요하다. 그 거리는 통상체 단면의 대표 길이 D의 2배 정도이다. 따라서, 통상체(20)의 길이 L은 통상체(20)의 단면의 대표 길이 D의 2배 이상으로 하는 것이 적당하다. 실용상은, D의 5~20배로 하는 것이 아주 적당하다. 이에 의해서, 장치(1)를 컴팩트화 할 수 있다.

보다 상세하게는, 다음과 같이 설명된다. 층류로 하거나, 난류로 하거나, 충류로 하여도, 관 단면의 속도분포가 곧 안정할 사정은 아닌 것이다. 흐름은, 관 입구로부터는 곧 발달한 층류나 난류로 되지 않는다. 그리고, 관내(평행 평판인 경우는 평행 평판 내)에서 흐름이 충분히 발달하려면 조주구간 La가 필요하다. 이 조주구간 La는 일반적으로, La/D 의 값이 층류에서는 수100으로 되고, 난류에서는 50~100으로 된다. 결국, 조주구간 La는 직경 D의 수십 배에서 수백 배로 된다. 때문에, 직경 D를 50mm로 하면 조주구간 La는 미터(m)의 상태로 된다.

이 조주구간 La로는, 속도 경계층이 충분히 발달하지 않는다. 때문에, 집진전극(20)의 근방의 유속은 빨라진다. 이 부위에서는 저전기 힘에 의한 대전 입자의 이동속도와 가스 유속의 비는 작다. 이는 포착작용면에서는 마이너스 요인으로 된다. 또, 집진전극(20) 상에 포착된 대전 입자가, 가스 흐름에 의해 재비산하기 쉬워진다. 특히 커번 계 등의 저 저항 입자를 다루는 경우에는, 재비산이 한층 더 일어나기 쉬워진다. 이 때문에, 전체의 유속을 줄이거나, 관 길이를 조주구간 보다도 충분히 길게 잡을 필요가 있다. 따라서 장치가 대형화한다.

그래서, 난류촉진 수단(23)을 마련하면, 조주구간 La를 극히 짧게 할 수가 있다. 이는, 관 마찰계수의 증대로부터 추정하여, 속도 경계층의 박리가 촉진되기 때문이라 생각된다. 실제로 관 내면에 돌기를 붙인 흐름을 검토한 문헌에서 보아도, 이를 추측할 수 있다. 결구, 난류촉진 수단(23)을 마련하면, 조주구간 La가 짧아져, La/D의 값이 2 정도로 된다.

그리고, 난류촉진 수단(23)의 재질에 관하여 설명한다. 이 난류촉진 수단(23)은 금속 등의 도전재료나 세라믹스 등의 절연재료를 이용하여 형성한다. 다만, 이 난류촉진 수단(23)과 통상체(20)의 적어도 어느 일방이, 코로나 전극(10)의 대향전극으로 될 필요가 있으므로, 도 21 ~ 도 24에 보이는 바와 같은 구성이 생가된다.

도 21에서는, 통상체(20)와 난류촉진 수단(23)을 모두 도전재료로 형성한다. 그리고, 이 통상체(20)와 난류촉진 수단(23)의 양방을 코로나 전극(10)의 대향전극으로 하는 구성으로 하고 있다. 또, 도 22에서는 통상체(20)를 절연재료로 형성하고, 또, 난류촉진 수단(23)을 도전재료로 형성한다. 그리고, 난류촉진 수단(23)을 코로나 전극(10)의 대향전극으로 하는 구성으로 하고 있다. 게다가, 난류촉진 수단(23)에 도전재료를 사용하는 경우에는, 상대 거칠기(ε/D )가 커지면, 코로나 전극(10)과의 전극 간 거리가 부분적으로 짧아져, 인기잔압이 상한이 저하하므로, 주의가 필요해진다.

그리고, 이들의 가스 G에 접촉하는 부분에, 세라믹스 등의 절연물을 코팅한다. 이에 의해, 포착된 대전 입자의 전하를 잃기 어렵게 할 수가 있으므로, 재비 산에 의한 입자의 배출을 억제할 수가 있다. 또, 가스 G에 의한 통상체(20)와 난류촉진 수단(23)의 부식 방지효과도 생긴다.

도 23에서는, 통상체(20)를 도전재료로, 난류촉진 수단(23)을 세라믹스 등의 절연재료로 각각 형성한다. 그리고 통상체(20)를 코로나 전극(10)의 대향전극으로 하고, 가스 G에 접하는 부분을 절연물로 한다. 이에 의해, 재비산 방지 및 가스 G에 의한 부식의 방지를 도모할 수가 있다.

도 24에서는, 통상체(20)를 가스 통로를 형성하는 내주부(20a)와 그의 외측으로 둘러싸는 외주부(20b)로 구성한다. 그와 동시에, 내주부(20a)와 난류촉진 수단(23)을 절연재료로 형성한다. 또, 외주부(20b)를 도전재료로 형성한다. 이 외주부(20b)를 코로나 전극(10)에 대한 대향전극으로 한다. 이 구성에 의해서도, 재비산 방지 및 가스 G에 의한 부식의 방지를 도모할 수가 있다. 이 경우, 특히, 코로나 전극(10)의 대향전극으로 되는 외주부(20b)는 가스 G에 전혀 첩촉하지 낭ㅎ게 되므로, 가스 G에 의한 부식을 완전히 방지할 수 있다.

다음은, 촉매를 마련하는 구성에 대하여 설명한다. 이 난류촉진 장치(23) 또는 통상체(20)의 적어도 일방의 가스 접촉부분에, 촉매를 마련하여 구성한다. 이 구성에 의해, 난류효과로 가스 G와 난류촉진 수단(23)이나 통상체(20)의 대향면(20f)과의 접촉효율이 높아진다. 그와 동시에, 요철구조로 난류촉진 수단(23)을 형성한 경우에는, 실질적인 접촉 표면적도 커지기 때문에, 반응효율이 향상한다. 때문에, 촉매반응도 현저하게 촉진할 수가 있다. 또, 촉매표면응 방전장에 노출돼 있가 때문에 방전에 의해 생성되는 래디컬과의 상승효과에 의해, 더욱, 반 응효율이 높아진다.

이 촉매로서는, 백금 등의 귀금속류를 담지시킨 산화환원 촉매나, NOx 헙장능력을 가지는 NOx 흡장 환원형 촉매 등을 사용할 수가 있다. 이 촉매의 작용에 의해, 난류촉진 수단(23)인 요철구조에 부착한 입자상 물질의 산화 연소처리를 행하거나, 가스 중의 NOx 등의 유해성분을 산화환원 치리를 행하거나 하는 것이 가능하게 된다.

촉매를 사용하면, 특히, 다음과 같은 장점이 있다. 포착한 입자상 물질이 요철구조에 퇴적하여, 요철구조를 매몰시키는 경우도 있다. 그러나, 이 경우에 있어서도 촉매작용에 의해서 퇴적한 입자상 물질 등을 분해 제거할 수 있다. 그리고, 이 촉매의 산화반응, 환원반응이나 입자상 물질의 연소제거에 제하여서는, 가스의 가열이나 반응보조제의 첨가 등, 일반의 촉매반응의 촉진에 이용되는 것을 적용할 수 있다. 또, 난류촉진에 의해서, 표면반응인 촉매반응을 보더 효과적으로 실시할 수가 있다.

다음은 가열수단을 구비하는 것에 대하여 설명한다. 난류촉진 수단(23) 또는 통상체(20)의 적어도 일방에, 전열(傳熱) 히터(도시하지 않음) 등의 가열수단을 짜 넣는다. 이 구성에 의해, 난류촉진 수단(23)에 부착한 입자상 물질이나 가스상 성분을 그의 부착량이 소정의 양에 달하거나, 소정의 시간이 경과하거나 한 때에, 가여루단에 의한 가열을 행하여 촉매의 활성화를 도모하여 연소처리하는 것이 가능하게 된다.

이 전열(傳熱) 히터의 짜 넣음 구조로서는, 절연 피복된 히터 선을 편입하거 나, 이중 절연 식의 전열 히터를 스파이럴상(狀)으로 감아 요철구조(23)를 형성하는 것 등을 생각할 수 있다. 더구나, 디젤엔진 등의 내연기관의 배가스 중의 PM을 포집하는 경우에는, 집진전극(20)에 포착된 PM은, 코로나 방전장에 노출돼 있기 때문에, 150℃ ~ 200℃의 저온에서 연소를 개시할 수 있다. 따라서, 연소제거의 때에 고온연소에 의한 손상의 발생을 회피할 수 있다. 또, 엔진의 배기가스 온도제어에 의해서 연소를 개시시킬 수가 있다.

다음은, 통상체(20)의 냉각에 대하여 설명한다. 기상(氣相)에 있어서의 입자의 응집과정에 있어서는, 입자 간의 액 가교가 중요한 역할을 다하기 때문에, 이 통상체(20)의 외면측을 자연공랭 또는 강제 냉각하도록 구성한다.

이 자연공랭에 있어서는 통상체(20)의 외면을 보온하거나 하지 않는다. 그리고, 도 25에 보이는 바와 같이, 통상체(20)의 외면을 대기 개방상태로 한다. 또, 통상체(20)를 가스 처리장치(1)의 케이스 등의 다른 통체(도시하지 않음)로 밀폐하지 않는다. 결국, 전기의 다른 통체를 통기공을 마련한 것으로 하는 등, 외기와의 접촉을 용이하게 하여, 자연대류 전열이 행해지기 쉽게 한다. 또, 방열에 의한 냉각효과를 촉진할 수 있게, 주위의 부재의 온도를 낮게 한다. 또, 열전도에 이한 냉각효과를 올리기 위해, 열전도체와 접촉시킨다.

다시, 통상체(20)의 외부에의 방열을 촉진하는 냉각용 핀을 통상체(20)의 외면에 마련할 수도 있다. 이 냉각용 핀에는, 예를 들어, 열교환기 등에서 일반적으로 이용되고 있는 평활 환상 핀, 스롯 핀, 텐트 핀, 단책 핀, 와이어 루프 핀 등을 사용할 수가 있다.

또, 강제냉각에 있어서는, 도 26에 보이는 바와 같이, 팬(2) 등에 의해 통상체(20)의 외면에 송풍하여 대류 전열에 의한 강제냉각을 한다. 또는, 도 27에 보이는 바와 같이, 통상체(20A)를 냉각수 등의 냉매 W가 통과하는 이중관 구조로 하여, 통상체(20)를 냉매 W로 강제냉각하도록 구성한다. 또, 자동차 등의 차량에 탑재하는 경우에는, 주행시에 풍랭(風冷)할 수 있도록 구성하여도 좋다. 또한, 이들의 냉각수단에 한하지 않고, 일반적인 냉각수단을 적용할 수도 있다.

그리하여, 이 통상체(20)의 외면 측의 냉각에 의해 가스 G, 특히, 통상체(20)의 내측 표면(20f) 근방의 가스 G가 냉각된다. 때문에, 이 가스 G 중에 포함되는 수분 등이 응결하여 액화하여, 입자 간의 액 가교로서 기능하므로, 입자의 응집특성이나 포착특성이 개선된다. 특히, 처리대상의 가스 G가 연소가스인 경우에는 수분이 포함돼 있는 일이 많고, 또, 미연 연료분이나 탄화수소류 등도 함유돼 있다. 때문에, 이들의 성분이 냉각에 의해서 부분적으로 액화되어, 액 가교작용을 가지게 하므로, 이 통상체(20)의 외면측의 냉각에 의한 효과가 커진다.

벤치 테스트 결과에서는, 통상체 외면의 강제 풍랭이 있는 경우에는, 입자상 물질의 제거율 92%로 되는 데 대하여, 통상체 외면의 강제 풍랭이 없는 경우에는 입자상 물질의 제거율 88%로 되고 있다.

다음은 제 2의 실시의 양태의 가스 처리장치에 대하여 설명한다.

도 3에 보이는 제 2의 실시의 양태의 가스 처리장치(1A)는 가스 입구 부(21)에, 통상체(20)의 내부에 도입되는 가스 G에 대하여, 가스 G 중의 성분을 응집 또는 비대화하는 첨가제 A를 공급하는 첨가제 공급수단(50)을 구비하여 구성된다. 이 첨가제 A로서는 물, 탄화수소류, 계면활성제 등이나, 내연기관의 가스의 경우에는 연료 등을 사용할 수 있다. 또, 첨가제 공급수단(50)의 구체적인 구성으로서는, 첨가제 A를 첨가제 용의 탱크 또는 연료 탱크로부터 공급을 받아서 가스 입구(21)의 내부에 분무하는 분사장치를 가스 입고 부(21)에 마련하는 구성이 있다. 이런 구성 이외는, 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치(1)와 같은 구성이다.

이 제 2의 실시의 양태의 가스 처리장치(1A)의 첨가제 공급수단(50)에 의하면, 액 가교에 의한 입자의 비대화와, 통상체(20)의 내측 표면(20f)에 있어서의 포착성능의 향상을 위해, 첨가제 A를 가스 G 중에 분무할 수가 있다. 이 첨가제 A는 액 가교를 촉진한다. 게다가, 첨가제 A의 첨가위치는, 도 3에 보이는 가스 입구 부(21)에 한하지 않고, 통상체(20)의 내부에도, 또, 가스 입구 부(21) 보다 상류측이어도 좋다. 또, 내연기관의 가스를 처리하는 경우에는, 내연기관의 실린더 내 분사에 있어서의 포스트 분사 등에 이해, 첨가제 A로서의 미연 연료를 가스 중에 첨가하는 구성으로 하여도 좋다.

다음은 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치에 대하여 설명한다.

도 4 ~ 도 7에 보이는 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치(1B)는, 집진전극(20B)을 코로나 전극(10)에 대향하는 면상체로 형성하는 동시에, 이 면상체를 전기 코로나 전극(10)과 함께 비 통기성의 통상체(60)로 둘러싼다. 그리고, 이 통상체(60)의 내부에 가스 G를 통과시키게 구성된다. 도 4 및 도 5에, 코로나 전극(10)에 대하여 1개의 면상체 또는 한쌍의 평행한 면상체로 집진전극(20B)을 형성한 구성을 보인다. 또, 도 6 및 도 7에, 코로나 전극(10)과 평행한 면상체의 집 진전극(20B)을 적층구조로 하여 형성한 구성을 보인다.

그리고, 분 발명에 있어서는, 이 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치(1B)의 잡진전극(20B)은, 그의 대향면(20Bf) 또는 대향면(20Bf) 근방에, 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치(1)의 집진장치(20)와 같은 모양의 난류촉진 수단(23)이 마련된다. 이 난류촉진 수단(23)의 구조나 배치 등은, 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치(1)와 같은 모양으로 구성한다.

다만, 집진전극(20B)을 면상체로 형성한 경우의 대표 길이 D는, 면상체로 코로나 전극을 감싸서 형성한 때는, D=4S'/P'로 된다. 여기서, 둘러싸인 유로 단면적을 S', 둘러싸인 길이를 젖은 RKR장자리 길이 P'로 한다. 또, 집진전극(20B)을 평행 평판의 면상체로 형성한 경우에는, D = 2b로 된다. 여기서, 코로나 전극(10)과 평판(20B)과의 거리를 b로 한다.

또, 이 집진전극(20B)은 전기적으로 접지되어 접지 전위에 보지되거나, 필요에 따라서 소정의 전위에 보지된다. 그러나, 반드시 비 통기성일 필요는 없으므로, 도 5(d)나 도 7(d)에 보이는 바와 같이, 요철구조를 가지는 타발 스크린 등으로 형성하여도 좋다. 이 경우에는, 집진전극(20B)의 표면이 이미 요철구조를 가지고 있으므로, 다시 표면 가공할 필요나 요철부재의 배설의 필요가 없어진다.

또, 이 구성에 있어서의 액 가교 효과를 얻기 위한 가스의 냉각에 관하여는, 제 3의 실시의 양태의 가스 처리장치(1B)의 통상체(60)를, 제 1의 실시의 양태의 가스 처리장치(1)의 통상체(20)와 같은 모양으로 구성할 수도 있다. 또, 집진전극(20B)을 상자형이나 평판상 열교환기 등으로 형성하여 내부에 냉매를 순환시키는 등의 방법으로, 집진전극(20B)을 냉각하게 구성할 수도 있다.

다음은 제 4의 실시의 형태의 가스 처리장치에 대하여 설명한다.

도 8에 보이는 제 4의 실시의 형태의 가스 처리장치(1C)는, 제 3의 실시의 형태의 가스 처리장치(1B)의 가스 입구 부(21)에, 첨가제 공급수단(50)을 구비하여구성한 것이다. 이 첨가제 공급수단(50)은, 통상체(20)의 내부에 도입되는 가스 G에 대하여 가스 G 중의 성분을 응집 또는 비대화하는 첨가제 A를 공급한다. 그리고, 이 첨가제 공급수단(50)의 구성은 제 2의 실시의 형태의 가스 처리장치(1A)와 같은 모양이다. 게다가, 제 4의 실시의 형태의 가스 처리장치(1C)는, 이 첨가제 공급수단(50)의 구성 이외는 제 3의 실시의 형태의 가스 처리장치(1B)와 같은 구성이다.

상기의 가스 처리장치(1, 1A, 1B, 1C)에 의하면, 코로나 전극(10)에 대향하는, 비 방전극 측의 집진전극(20)의 대향면(20f), 또는, 이 대향면(20f)의 근방에, 가스의 난류를 촉진하는 난류촉진 수단(23)을 마련하여 구성하였으로, 이 난류촉진 수단(23)에 의해 유로, 특히, 대향면(20f)의 근방의 가스의 난류화를 촉진하여, 유로 단면방향의 교반작용을 크게 할 수가 있다.

때문에, 유로공간 전체에 있어서 가스 중의 성분의 대전에 요하는 시간의 단축화, 대전 입자의 코로나 전극에 대향하는 면인 집진전극의 대향면에의 접촉의 용이화, 가스의 대향면 근방에 있어서의 주류방향 유속의 저속화를 도모할 수가 있다. 이에 의해, 정전력(靜電力)에 의한 대전 입자의 포착을 한층 촉진할 수가 있다. 따라서, 대전 입자에 대한정전 응집성능이나 집진성능을 현저하게 향상할 수 가 있다. 또, 장전응집이나 정전집진을 행하는 가스 처리장치를 고성능화, 저 압력 손실화, 및 컴팩트화할 수 있다.

그리고, 상기의 구성과 같은 본 발명의 가스 처리장치(1, 1A, 1B, 1C)는 단독으로도 사용할 수 있으나, 타의 집진장치나 가스 처리장치와 조합하여 사용할 수도 있다.

예를 들면, 상류 측에 거칠고 큰 입자를 잡는 필터나 스크러버 등의 집진장치를 배치하여, 이들의 집진장치로는 제거하기 어려운 미크론 사이즈로부터 서브미크론 사이즈 이하의 미립자만을, 본 발명의 가스 처리장치(1, 1A, 1B, 1C)로 제거하는 구성으로 할 수도 있다.

또, 본 발명의 가스 처리장치(1, 1A, 1B, 1C)의 하류 측에 세라믹 벌집 형이나 금속 벌집 형에 귀금속류 등으로 이루어지는 촉매를 담지시킨 촉매 컨버터를 마련하여 가스 중의 가스 성분의 정화를 행하게 구성하여도 좋다. 이 구성으로 하면, 디젤엔진의 가스를 처리하는 경우에는, 입자상 물질을 본 발명의 가스 처리장치(1, 1A, 1B, 1C)로 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 그 때문에, 하류 측의 촉매표면의 오염이 억제되어, 촉매의 표면에 있어서의 반응효율을 장기적으로 높은 상태로 유지할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 가스 처리장치(1, 1A, 1B, 1C)에서는, 통상체(20)나 집진전극(20B)의 대향면(20f)에 입자상 물질이 퇴적하여 그 난류촉진에(23)의 요철이 매몰하게 되면, 난류촉진 효과가 저하하여 응집성능이나 집진성능이 저하하는 경우도 있다. 이런 경우에는, 통상의 정전 집진장치에서 채용되고 있는 바와 같이, 통상 체(20, 60)를 수직방향에 배치하여, 진동 또는 충격에 의해 부착한 입자상 물질을 낙하시켜 회수하는 기계적인 재생처리를 행하게 구성하는 것도 가능하다.

또, 포집된 입자상 물질은 전기 히터, 석유 버너에 의한 PM에의 직접가열이나, 연료의 후분사 등에 의한 배기가스의 승온이나, 엔진의 성능 튜닝이나 흡기 조름 등에 의한 배기가스의 승온으로, 운전시에 정기적으로 연소 및 제거하는 것도 가능하다.

위에 기술한 우수한 효과를 가지는 본 발명의 가스 처리장치는, 자동차 탑재의 내연기관의 배출 가스뿐 아니라, 각종 산업용 기계나 정치식의 내연기관의 배출 가스나 공장 가스, 발전소 가스 등의 가스 처리장치로서, 또, 각종 제조공장이나 의료현장 등의 가스 처리장치로서, 매우 유효하게 이용할 수가 있다.

Claims (13)

1. 코로나 전극과 그 코로나 전극에 대향하는 집진전극을 가지고, 전기 코로나 전극과 전기 집진전극의 사이에 고전압을 인가하여, 전기 코로나 전극과 전기 집진전극의 사이를 통과하는 가스 중에 코로나 방전을 형성하여, 가스 중의 성분의 응집 또는 집진을 행하는 가스 처리장치에 있어서,

   전기 집진전극의 전기 코로나 전극에 대향하는 대향면 근방에 있어서 가스의 난류를 촉진하는 난류촉진 수단을 그 대향면 또는 그 대향면 근방에 마련한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   전기 집진전극을 전기 코로나 전극을 둘러싸는 비 통기성의 통상체로 형성하고, 그 통상체의 내부에 가스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   전기 집진전극을 전기 코로나 전극에 대향하는 면상체로 형성하는 동시에, 그 면상체를 전기 코로나 전극과 함께 비 통기성의 통상체로 감싸, 그 통상체의 내부에 가스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   전기 난류촉진 수단을 요철구조로 구성하고, 전기 집진전극의 대표길이를 D, 전기 집진전극의 대향면의 표면의 최대 표면 거칠기를 ε로 한 때의 전기 요철구조의 상대 거칠기 ε/D 를 0.01 이상 0.1 이하로 형성한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   전기 요철구조를, 철부의 상류면을 하류 측에 경사시켜서 형성한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   전기 난류촉진 수단의 가스접촉 부분을 도전재료로 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   전기 난류촉진 수단의 가스접촉 부분을 절연재료로 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   전기 난류촉진 수단 또는 전기 집진전극의 적어도 일방의 가스접촉 부분에, 촉매를 마련한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   전기 통상체를 자연공랭 또는 강제냉각하는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    전기 통상체의 내부에 도입되는 가스에 대하여, 가스 중의 성분을 응집 또는 비대화하는 첨가제를 공급하는 첨가제 공급수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
11. 제 2 항에 있어서

    전기 코로나 전극과, 그 코로나 전극을 둘러싸는 비 통기성의 통상체로 형성한 전기 집진전극으로 이루어지는 가스 처리 유닛을 복수 개 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
12. 제 3 항에 있어서,

    전기 코로나 전극과, 그 코로나 전극에 대향하는 면상체로 형성한 전기 집진전극의 조합으로 이루어지는 가스 처리유닛을 복수 개, 하나의 통상체 내에 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
13. 제 3 항에 있어서,

    전기 코로나 전극과, 그 코로나 전극에 대향하는 면상체로 형성한 전기 집진전극과, 전기 코로나 전극과 전기 집진전극을 둘러싸는 전기 통상체의 조합으로 이루어지는 가스 처리유닛을 복수 개 구비한 것을 특징을 하는 가스 처리장치.

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