WO2005021940A1

WO2005021940A1 - 排ガス処理方法及び排ガス処理装置

Info

Publication number: WO2005021940A1
Application number: PCT/JP2004/012262
Authority: WO
Inventors: Kenta Naito; Satoru Senbayashi; Junichi Kasai; Akira Mizuno
Original assignee: Nissin Electric Co., Ltd.; Isuzu Motors Limited
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2005-03-10
Also published as: US20070000236A1; JP4339049B2; EP1669562A1; JP2005076497A

Abstract

【課題】　ディーゼルエンジンの排ガス等の浮遊微粒子物質を含む排ガスに対して、コロナ放電を利用して、排ガス中の微粒子物質の空間密度分布を制御し、相対的に微粒子物質の濃度が高くなる領域と、相対的に微粒子物質の濃度が低くなる領域を形成せしめ、排ガス粒を前者と後者に分ける排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供する。【解決手段】　高電圧電極１２と低電圧電極１１とを備えた排ガス処理装置１０において、対向する高電圧電極１２と低電圧電極１１と間に排ガスＧを流し、前記対向電極間に高電圧を印加して、排ガスＧ中にコロナ放電を発生させることにより、排ガスＧ中の浮遊微粒子物質２０を帯電させ、対向電極間の静電気力によって排ガス中の浮遊微粒子物質の空間密度分布を制御し、相対的に微粒子物質濃度が高くなる低電圧電極近傍の高濃度排ガスＧｂと、相対的に微粒子物質濃度が低くなる高電圧電極近傍の低濃度排ガスＧａとに排ガスＧを分流する。

Description

明細書

排ガス処理方法及び排ガス処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、コロナ放電を利用して排ガス中の浮遊微粒子物質を濃縮する排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関する。

背景技術

[0002] ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる浮遊微粒子物質 (粒子状物質：パティキュレート'マター、以下 PMという）の除去に、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ Diesel Particulate Filter：以下 DPFとレ、う）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出される PMの量を低減する技術が開発されている。

[0003] 一方、この大気汚染の原因となる PMにおいて、近年特に、 PM2. 5と呼ばれる粒子径 2. 5 μ m以下（特に直径数十 nm)の超微粒子が公害対策上問題となってきている。この超微粒子は、現在自動車用エンジンとして多く採用されてきている直噴ガソリンエンジンにおいても排出されていると考えられている。そのため、この超微粒子を除去する技術の確立が強く求められている。

[0004] し力、しながら、この超微粒子の捕集を DPFを用いた方法だけで行うとすると、フィノレタの目を非常に細力べする必要が生じる。そのため、大きな圧力損失無しに、この超微粒子を捕集することは、非常に難力、しいという問題がある。

[0005] そのため、これらの数十 nmサイズの超微粒子を、大きな圧力損失が生じることなく、捕集する方法として電気集塵技術を利用することが考えられる。この電気集塵技術を利用する方法として、例えば、日本登録実用新案第 3019526号公報や日本特開平 06—142551号公報等に示されているように、金属円筒管中に張った金属細線で形成される集塵電極用高圧放電線に高電圧を印加して、工場排煙等の白煙やミスト状物質等の浮遊微粒子を静電吸着して除去する方法や装置が提案されている。

[0006] これらの電気集塵方法や電気集塵装置では、荷電部において排ガス等の気体中にコロナ放電を発生させて浮遊している微粒子物質を帯電している。そして、集塵部において帯電した微粒子物質を、静電気力（クーロン力）を利用して、低電圧（一般には接地電位）の面状電極である集塵電極に捕捉し、気体中から除去している。

[0007] また、例えば、日本特開昭 59-85415号公報に示されているような内燃機関の PM を捕集する装置も提案されている。この装置では、電気集塵装置を排気ガス通路内に設けると共に、集塵電極に電熱器を配設している。そして、この電熱器表面に付着捕集された PMの捕集量を火花放電の発生頻度で検知し、この発生頻度に基づいて電熱器を所定時間作動して捕集された PMを燃焼除去している。

[0008] しかしながら、この電気集塵装置では、帯電した微粒子を静電気力を利用し、低電圧電位 (一般には接地電位）にある容器壁面を集塵電極として該帯電粒子を捕捉するが、比較的短時間 (例えば、数分間）で浄化性能が低下してしまうという問題がある。つまり、単純に容器壁面を集塵電極として利用して帯電粒子を捕集するような構成では、気体 (排ガス）の量に対する集塵面積が比較的小さくなる。そのため、捕集できる微粒子物質の量が小さくなり、また、集塵電極上への微粒子の堆積により比較的短時間で浄化性能が低下する。

[0009] また、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排ガス中の PMを捕集しょうとする場合には、この PMは比較的抵抗率が低いため、再飛散現象が起き易いという問題がある。この再飛散した PMを捕捉するために、帯電部の下流側にフィルタを配置して、集塵面積の増大と再飛散粒子の捕捉を図ることが考えられる。しかし、フィルタの捕集性能を良好に保ち、かつ、圧力損失の増大を防ごうとすると、フィルタに流入する排ガスの流速をある程度低く（例えば 3m/s以下）する必要が生じ、フィルタの開口面積を大きくせざるを得ない。そのため、装置をコンパクトィ匕できないという問題が生じる発明の開示

[0010] 本発明の目的は、ディーゼルエンジンの排ガス等の浮遊微粒子物質を含む排ガスに対して、コロナ放電を利用して、浮遊微粒子物質の空間密度分布を制御し、相対的に微粒子物質濃度が高くなる領域と、相対的に微粒子物質の濃度が低くなる領域を形成せしめ、排ガス流を前者と後者に分ける排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供することにある。

[0011] 上記目的を達成するための本発明の排ガス処理方法は、高電圧電極と該高電圧電極に対向して配置された低電圧電極とを備えた排ガス処理装置において、対向電極間に排ガスを流通させ、該対向電極間に高電圧を印加して排ガス中にコロナ放電を発生させ、該コロナ放電によって前記排ガス中の浮遊微粒子物質を帯電'凝集して前記低電圧電極近傍に偏在させ、前記低電圧電極近傍の排ガスを、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に高くなつた高濃度排ガスと、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に低くなつた低濃度排ガスとに分流することを特徴とする方法である。

[0012] ここでいう高電圧と低電圧の関係は、正負の電圧において、その絶対値の大きい方の電圧を高電圧とし、その絶対値の小さい方の電圧を低電圧とする。また、一方が正で他方が負の場合にも、それらの絶対値の大小で電圧の高低をレ、うものとする。

[0013] つまり、高電圧電極と低電圧電極とを備えた排ガス処理装置において、対向する高電圧電極と低電圧電極と間に排ガス Gを流し、前記対向電極間に高電圧を印加して、排ガス中にコロナ放電を発生させる。これにより、排ガス G中の浮遊微粒子物質を帯電させ、対向電極間の静電気力によって排ガス中の浮遊微粒子物質の空間密度分布を制御する。そして、相対的に微粒子物質濃度が高くなる低電圧電極近傍の高濃度排ガスと、相対的に微粒子物質濃度が低くなる高電圧電極近傍の低濃度排ガスとに排ガスを分流する。

[0014] そして、コロナ放電部によってコロナ放電処理を受けた排ガスの流れを、二重管構造等で分流する。この分流に際し、コロナ放電処理で帯電した微粒子物質を静電気力により集塵電極に引き寄せることにより、微粒子物質を一方の排ガス流れに偏在させて分離濃縮させる。

[0015] この排ガス処理方法によれば、ディーゼルエンジンの排ガス中の PMのように、比較的電気抵抗が小さぐ電気集塵では再飛散するような微粒子物質であっても、容易に濃縮できる。

[0016] また、この排ガス処理方法において、前記高濃度排ガスをフィルタで浄化すると、浮遊微粒子物質は凝集して肥大化しているので、目の粗レ、フィルタでも容易に捕集でき、また、圧力損失も少なくて済む。その上、高濃度排ガスの量が元の排ガス量よりも減少しているので、フィルタの容量を小さくできる。従って、排ガス処理システムをコンパクトにすることができる。 [0017] そして、上記目的を達成するための本発明の排ガス処理装置は、高電圧電極と該高電圧電極に対向して配置された低電圧電極とを備え、対向電極間に排ガスを流通させ、該対向電極間に高電圧を印加して排ガス中にコロナ放電を形成し、前記浮遊微粒子物質を帯電させる帯電部と、該帯電部によって帯電された前記浮遊微粒子物質を前記低電圧電極近傍に偏在させる濃縮部と、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に高くなつた前記低電圧電極近傍の排ガスを、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に高くなつた高濃度排ガスと、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に低くなつた低濃度排ガスとに分流する分流部とを有して構成される。

[0018] この帯電部の下流と濃縮部の上流の境界や濃縮部の下流と分流部の上流の境界は必ずしも明確なものではなぐまた、互いに重なり合う場合も多いが、上流側から帯電部、濃縮部、分流部を構成する。

[0019] また、上記の排ガス処理装置において、前記低電圧電極を筒体で形成し、該低電圧電極の少なくとも上流側部分の帯電部において、前記筒体の低電圧電極の中心付近に沿って長手方向に前記高電圧電極を配置すると共に、前記低電圧電極の少なくとも下流側部分の分流部におレ、て、前記低電圧電極の内側に排ガス分流用の内筒を設け、該内筒の内側に前記低濃度排ガスが流れ、該内筒の外側に前記高濃度排ガスが流れるように構成する。これにより、排ガス浄化装置の径も小さくなり、装置がシンプノレな構成となる。

[0020] あるいは、上記の排ガス処理装置において、前記低電圧電極を筒体で形成し、前記低電圧電極の少なくとも上流側部分の帯電部において、筒体の低電圧電極の中心付近に沿って長手方向に前記高電圧電極を配置し、前記帯電部の下流側の前記濃縮部において、前記低電圧電極を通気可能に形成すると共に、前記濃縮部と前記分流部において、前記低電圧電極の外側に外筒を設け、前記低電圧電極の上流側から流入する排ガスを、前記低電圧電極の内側を流れる前記低濃度排気ガスと、該低電圧電極の外側を流れる前記高濃度排ガスに分けるように構成する。この構成により、集塵電極と外筒の間に、フィルタ等のガス処理部材を設けることができる空間を確保することが容易にできるようになる。

[0021] そして、上記の排ガス処理装置において、前記高濃度排ガス中に含まれる浮遊微粒子物質を浄化するフィルタを設けることにより、容易に排ガス中の浮遊微粒子物質を浄化することができる。このフィルタは、前記の濃縮部や分流部に組み入れると、排気ガスシステム全体をコンパクトにすることができる。また、この排ガス処理装置の低電圧電極とは別体にして周知の DPF等を設けることもでき、この場合には既存の DP Fを利用できる。

[0022] なお、高濃度排ガスをフィルタで浄化する場合には、浮遊微粒子物質は凝集して肥大化しているので、目の粗レ、フィルタでも容易に捕集でき、また、圧力損失も少なくて済む。その上、高濃度排ガスの量が元の排ガスの量よりも減少しているので、フィルタの容量を小さくできる。従って、排ガス処理システムをコンパクトにすることができる。

[0023] そして、低濃度排ガス側が更なる排ガス処理を必要としなレ、程度まで浄化されてレ、れば、低濃度排ガス側を直接放出する構成にすることができる。また、多少浄化が必要であれば、 EGRガスとしてシリンダに再循環することにより、低濃度排ガス側の更なる排ガス処理を不要にできる。

[0024] また、低濃度排ガス側にぉレ、ても更なる排ガス処理が必要で、低濃度排ガスをフィルタで浄化する場合には、大きな浮遊微粒子物質は除去されており、し力も PM量は著しく減少している。そのため、目の細力いフィルタを使用して、残存している数十 n mサイズの超微粒子を捕集できる。また、目の細カ、フィルタを使用しても目詰まりが生じ難いので、長時間にわたって低圧力損失の状態で PMを除去できる。その上、低濃度排ガスの量が元の排ガス量よりも減少しているので、フィルタの容量を小さくできる。

[0025] つまり、肥大化した PMを含む高濃度排ガスと、肥大化した PMを含まない低濃度排ガスを、それぞれに適したフィルタ等の除塵装置や集塵装置で効率よく浄化できるようになる。

[0026] そして、本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置は、特に、排ガスが内燃機関の排ガス、中でも、ディーゼルエンジンの排ガスである場合に、この排ガス中に含まれる PMの電気抵抗が比較的低ぐ電気集塵した場合に再飛散し易いため、特にその効果が大きい。 [0027] また、これらの排ガス処理装置は、処理すべき排ガスの量と、排ガス処理装置の容量との関係に基づいて、単独又は複数個の組み合せで用いることができる。また、多段に組み合わせて用いることにより、希薄化及び濃縮化の程度や、 PM浄化性能を更に向上することできる。

[0028] なお、本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置の対象ガスは、ディーゼルェンジンの排ガスに限定されるものではなぐその他の車両用の内燃機関、定置式の内燃機関の排ガスのみならず、ボイラゃ発電機ゃコジェネレータ等の燃焼機器の排ガス等も含む。また、燃焼によって生じる煤塵のみならず、機械加工等で発生する煤塵も含む。

[0029] 本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置によれば、次のような効果を奏すること力 Sできる。

[0030] 高電圧電極に高電圧を印加して、排気ガス中にコロナ放電を発生させることにより、排ガス中の浮遊微粒子物質を帯電させて、低電圧電極もしくはその近傍に凝集及び偏在させる。それと共に、排ガスを、浮遊微粒子物質の濃度が高い高濃度排ガスと浮遊微粒子物質の濃度が低い低濃度排ガスとに分流する。従って、ディーゼルェンジンの排ガス中の PMのように、比較的電気抵抗が小さぐ電気集塵では再飛散するような微粒子物質であっても、容易に濃縮できる。

[0031] また、高濃度排ガスでは、浮遊微粒子物質は凝集して肥大化し、しかも濃縮されているので、目の粗いフィルタでも容易に効率よく捕集でき、また、圧力損失も少なくて済む。その上、高濃度排ガスの量が元の排ガス量よりも減少しているので、フィルタの容量を小さくできる。従って、排ガス処理装置ゃ排ガス処理システムをコンパクトにすること力 Sできる。

[0032] また、低濃度排ガス側においては、大きな浮遊微粒子物質は除去されており、しかも PM量は著しく減少している。そのため、更に浄化の度合いを高めるためにフィルタで浄化する際にも、目の細カ、フィルタを使用して超微粒子を捕集できる。また、目の細カ、フィルタを使用しても目詰まりが生じ難いので、長時間にわたって低圧力損失で PMを除去できる。その上、低濃度排ガスの量が元の排ガス量よりも減少しているので、フィルタの容量を小さくできる。図面の簡単な説明

[0033] [図 1]本発明の第 1の実施の形態の排ガス処理装置の構成図である。

[図 2(a)]図 1の排ガス処理装置の断面図であり、円筒状の低電圧電極と単数の高電圧電極を示す図である。

[図 2(b)]図 1の排ガス処理装置の断面図であり、矩形状の低電圧電極と複数の高電圧電極を示す図である。

[図 3]本発明の第 2の実施の形態の分離装置の構成図である。

[図 4(a)]図 3の排ガス処理装置の断面図であり、円筒状の低電圧電極と単数の高電圧電極を示す図である。

[図 4(b)]図 3の排ガス処理装置の断面図であり、細長い断面形状の低電圧電極と複数の高電圧電極を示す図である。

[図 5]本発明の第 3の実施の形態の分離装置の構成図である。

[図 6]本発明の第 4の実施の形態の分離装置の構成図である。

[図 7(a)]図 6の排ガス処理装置の断面図であり、円筒状の低電圧電極と単数の高電圧電極を示す図である。

[図 7(b)]図 6の排ガス処理装置の断面図であり、細長い断面形状の低電圧電極と複数の高電圧電極を示す図である。

[図 8]本発明の第 5の実施の形態の分離装置の構成図である。

[図 9]円筒状の低電圧電極と複数の高電圧電極を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0034] 以下、本発明に係る実施の形態について、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる PMを分離、濃縮する排ガス処理装置を例にして、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の対象ガスは、このディーゼルエンジンの排ガスに限定されるものではなぐその他の車両用の内燃機関、定置式の内燃機関の排ガスのみならず、ボイラゃ発電機ゃコジェネレータ等の燃焼機器の排ガス、機械加工によって生じる煤塵を含む排ガス等も含むものである。

[0035] 図 1及び図 2に、本発明の第 1の実施の形態の排ガス処理装置 10の構成を示す。

この排ガス処理装置 10は、筒状の低電圧電極 11と高電圧電極 12と内筒 13とを有して構成される。

[0036] この低電圧電極 11は、高電圧電極 12と対向配置され、高電圧電極と低電圧電極間に印加された高電圧で生じるコロナ放電によって帯電した浮遊微粒子物質 20を捕捉する集塵機能を有する。それと共に、この低電圧電極 11は、排ガス G, Gbの流路の外壁を形成するものであり、ステンレス等の金属等の導電体で形成される。この低電圧電極 11の一端側は、排ガス Gの入口部 11aとなり、他端側は、浮遊微粒子物質 20が濃縮された高濃度排ガス Gbの出口部 l ibとなる。そして、この低電圧電極 11は、電気的に接地（アース）される。

[0037] また、高電圧電極 12は、コロナ放電を発生させるための放電極（コロナ放電極）であり、低電圧電極 11の入口部 11a側の上流部分の帯電部 Z1を最小限含むコロナ放電部 Z0の部分において、低電圧電極 11の略中心線上に、即ち低電圧電極 11の中心付近に沿って長手方向に配置される。高電圧電極 12としては、放電の発生及び電気力による効果をよくするために、また、機械的強度等を考慮して、丸形、角形、角捩形等の断面を持った細線、棒、撚り線や、有刺鉄線様、捩りブラシ様のエッジ構造を持った細線、棒、撚り線等で構成する。例えば、直径 0. 2— 2mmのステンレスヮィヤーやピアノ線、不銹鋼線等でもよい。また、材質としては、用途に応じて、タンダステン、ニッケル、チタン、インコネル等の耐蝕性に優れた金属線や、外表面を樹脂、ガラス、セラミック等でコーティングした金属線等を用いてもよい。

[0038] そして、内筒 13は、筒状の排ガス分流用配管であり、低電圧電極 11の下流側部分の分流部 Z3において、低電圧電極 11の内側に同心で配置される。この内筒 13により、排ガス Gを分流する。内筒 13の内側に、浮遊微粒子物質 20が希薄された低濃度排ガス Gaを流通させ、内筒 13の外側に、浮遊微粒子物質 20が濃縮された高濃度排ガス Gbを流通させる。この内筒 13は、導電体であっても導電体でなくもよレ、。そのため、この内筒 13は、排ガス Gの種類に応じて、金属やその他の材料で形成される。ここでは、ディーゼルエンジンの排ガス Gに対応してステンレス製とする。

[0039] この低電圧電極 11と内筒 13は、処理排ガス量が少ない時は、図 2 (a)に示すように、円形断面の筒状に形成され、高電圧電極 12もその中心に 1本配置される。しかし、この低電圧電極 11と内筒 13は、処理排ガス量が多い時には、図 2 (b)に示すように、矩形断面の筒状に形成され、高電圧電極 12もその中心において平行に複数本配置される。

[0040] この構造の排ガス処理装置 10において、ディーゼルエンジンの排ガス Gを入口部 1 laから流入させる。それと共に、高電圧電極 12に負の高電圧（例えば一 10kV)を印加する。この高電圧の印加により、この高電圧電極 12の周辺部にコロナ放電が生じ、その外周部にイオンが充満する。そのため、排ガス G中の PM (浮遊微粒子物質） 20 は、このイオンを吸着して帯電する。

[0041] この放電部 Z0の上流側の帯電部 Z1で帯電した PM20は、放電部 Z0の下流側の濃縮部 Z2において、静電気力（クーロン力）により低電圧電極 11 (この例では接地電位）の電極表面 l isに捕集される。この低電圧電極表面 l isでは、数十 nmサイズの超微粒子を含んだ PM20が捕集され、凝集し、より大きなサイズの PM20を形成する。これにより、 PM20の肥大化が行われる。

[0042] このディーゼルエンジンの排ガス G中に含まれる PM20は、比較的電気抵抗が低いため、電荷を失い易い。そのため、肥大化した PM20は、電荷を失って静電気力を失うので、排ガス Gの流れによって低電圧電極表面 l isから剥離し、再飛散する。この再飛散した PM20は、低電圧電極表面 l isに沿って下流側に移行するので、内筒 13と低電圧電極 11の間の通路を通り、出口部 l ibから排ガス Gbと共に排出される。

[0043] そして、排ガス G中の殆どの PM20が、静電気力により低電圧電極 11に引き寄せられるので、高電圧電極 12の周辺では（入口部の排ガス中に比べて）相対的に PM20 の濃度は高くなり、低電圧電極 11近傍に PM20が「濃縮」された状態となる。そのため、出口部 l ibから排出される排ガス Gbは、 PM20の濃度が相対的に高くなつた高濃度排ガスとなる。

[0044] 一方、低電圧電極 11の中心部、即ち、高電圧電極 12の周辺部を流れる排ガス Ga は、内筒 13の入口部 13aから内筒 13の内側に入り、この内側通路を通って出口部 1 3bから排出される。この排ガス Gaは、排ガス G中の殆どの PM20が静電気力により低電圧電極 11に引き寄せられるので、 PM20は希薄され低濃度排ガスとなる。

[0045] 従って、この排ガス処理装置 10によれば、コロナ放電による帯電部 Z1の下流側に濃縮部 Z2を設けることによって、コロナ放電で帯電した PM20を、低電圧電極表面 1 Isに捕集する。この捕集され、凝集して大きなサイズになった PM20が、低電圧電極表面 1 Isから再飛散する現象を利用して、低電圧電極 11近傍で PM20を濃縮できる。そして、内筒 13による分流部 Z3を設けることにより、高電圧電極 12近傍の PMが希薄された低濃度排ガス Gaと、低電圧電極 11近傍の PM20が濃縮された高濃度排ガス Gbとを分離できる。

[0046] なお、この内筒 13を導電体で形成し、電位を低電圧電極 11と同じにした場合には、この内筒 13の内側表面及び外側表面で、 PM20の凝集及び再飛散による PMの肥大化効果を得ることができる。また、図 1では、高電圧電極 12を内筒 13の上流側で配置を終えている構成となっているが、高電圧電極 12を内筒 13内まで延設する構成とし、分離された低濃度排ガス Gaに対して内筒 13内における PMの肥大化効果を得るようにしてもよレ、。なお、実際には、この高電圧電極 12の下流端 12bと内筒 13の先端部分においては、静電場 (電気力線)を好ましい状態にし、放電を安定化するために、絶縁破壊に対する配慮として、高電圧電極 12の端末部の電界緩和等が必要である。

[0047] 図 3及び図 4に、本発明の第 2の実施の形態の排ガス処理装置 10Aの構成を示す。この排ガス処理装置 10Aは、筒状の低電圧電極 11と高電圧電極 12と外筒 14とを有して構成される。

[0048] この筒状の低電圧電極 11は、濃縮部 Z2においては、高電圧電極 12に高電圧を印カロした時に生じるコロナ放電により、帯電した浮遊微粒子物質 20を引き寄せる集塵機能を有すると共に、排ガス Gの一部 Gbを分岐する境界として機能する。そして、分流部 Z3においては、排ガス G, Ga, Gbの流路壁を形成するものとして機能する。

[0049] この低電圧電極 11は、第 1の実施の形態の排ガス浄化装置 10と同様に、金属等の導電体で形成され、電気的に接地（アース）される。しかし、この低電圧電極 11では、高電圧電極 12の上流端 12aより少し下流側の濃縮部 Z2において、排気ガス Gbが通過可能な透過部 l ipを設けて構成される。この透過部 l ipは、金網、パンチングメタノレ、発泡金属等でメッシュ状又は多孔状に形成され、集塵機能と排ガス Gb及び PM 20を通過させる機能を有して構成される。そして、この低電圧電極 11は、透過部 11 pの下流側の分流部 Z3では、通気不能の壁面 11cで形成される。

[0050] また、高電圧電極 12は、第 1の実施の形態の排ガス処理装置 10と同様に、金属等の導電体で形成される。そして、外筒 14は、濃縮部 Z2と分流部 Z3において、低電圧電極 11の外側に配置される円筒状の外壁であり、金属またはその他の材料で形成される。

[0051] この低電圧電極 11と外筒 14は、処理排ガス量が少ない時は、図 4 (a)に示すように、円形断面の筒状に形成され、高電圧電極 12もその中心に 1本配置される。しかし、処理排ガス量が多い時には、図 4 (b)に示すように、低電圧電極 11と外筒 14は、細長い断面の筒状に形成され、また、高電圧電極 12もその中心において平行に複数本配置される。

[0052] この構造の排ガス処理装置 10Aにおいて、ディーゼルエンジンの排ガス Gを入口部 11aから流入させると共に、高電圧電極 12に高電圧を印加する。この高電圧の印加により、この高電圧電極 12の周辺部にコロナ放電を生じ、その外周部にイオンが充満する。従って、排ガス G中の PM (浮遊微粒子物質） 20は、このイオンを吸着して帯電する。

[0053] この放電部 Z0の上流側の帯電部 Z1で帯電した PM20は、放電部 Z0の下流側の濃縮部 Z2において、静電気力（クーロン力）により低電圧電極 11の透過部 l ipに引き寄せられる。この引き寄せられた PM20は、透過部 l ipに付着したり、慣性により透過部 l ipのメッシュの隙間ゃ孔から通り抜ける。なお、高電圧電極 12の近傍に形成されたコロナ放電場から離れても、帯電した PM20は、静電気力で低電圧電極 11方向にドリフトする。

[0054] この透過部 l ipにー且付着した数十 nmサイズの超微粒子を含んだ PM20は凝集し、より大きなサイズの PM20を形成し PM20の肥大化が行われる。そして、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる PMは、比較的電気抵抗が低ぐ電荷を失い易い。そのため、肥大化した PM20は電荷を失って静電気力を失うので、排ガス Gbの流れによって低電圧電極 11の透過部 l ipから剥離及び再飛散し、下流側に移行する。そして、この PM20を含んだ高濃度排ガス Gbは、外筒 14と低電圧電極 11の間の通路を通り、出口部 14bから排出される。 [0055] 一方、低電圧電極 11の中心部、即ち、高電圧電極 12の周辺部を流れる低濃度排ガス Gaは、低電圧電極 11の内側を通り、出口部 l ibから排出される。

[0056] そして、この中心部側の排ガス Gaでは、 PM20の量が減少し、 PM20が希薄された低濃度排ガスとなる。一方の低電圧電極 11の外側の排ガス Gbでは、 PM20の量が増加し、 PMが濃縮された高濃度排ガスとなる。

[0057] なお、図 3では、高電圧電極 12を透過部 l ipよりも上流側に延設し、帯電部 Z1を上流側に設けて、この部分でも低電圧電極 11で捕集された PM20を肥大化し再飛散させている。なお、構造を単純化するために、この部分の凝集効果を犠牲にして、高電圧電極 12の上流端 12aを、透過部 l ipの上流端と同じ部分に設けてもよい。

[0058] また、図 3では、高電圧電極 12の下流端 12bを、低電圧電極 11の分流部 Z3内まで延設する構成としている。これにより、低濃度排ガス Gaを分離した後に、更にコロナ放電場を維持する。この部分で低濃度排ガス Gaに残存してレ、る PMの凝集処理を行って、 PMの 2次処理のための前処理を行っている。なお、構成の単純化のために、高電圧電極 12の下流端 12bを分流部 Z3の上流側に設ける構成としてもよい。

[0059] また、外筒 14は、高濃度排ガス Gbの通路形成の機能を有するものであればよい。

この外筒 14は、導電体で形成し、低電圧電極 11と同じ電位 (接地等）に保持する。この構成によれば、慣性によりそのまま透過部 l ipを通過してきた PM20が、この外筒 14の内周壁面で凝集した時に、荷電した電荷を失い易くなるので、 PM20力剥離及び再飛散し易くなる。

[0060] この排ガス処理装置 10Aによれば、コロナ放電による帯電部 Z1の下流側に PMの濃縮部 Z2を設けることによって、コロナ放電で帯電した PM20を濃縮できる。つまり、次の二つの現象を利用して、低電圧電極 11の透過部 l ipの外側に PM20を濃縮できる。一方の現象は、帯電した PM20が、透過部 Z2の電極表面である透過部 l ipに付着し、この部分で凝集して大きなサイズになって、透過部 l ipから再飛散する現象であり、他方の現象は、 PM20が慣性により透過部 l ipを通過する現象である。また、分流部 Z3において、高電圧電極 12近傍の排ガス Gaを低電圧電極 11の内側に流し、透過部 l ipを通過した排ガス Gbを低電圧電極 11の外側に流す。これにより、 P M20が希薄された低濃度排ガス Gaと、 PM20が濃縮された高濃度排ガス Gbとを分けること力 Sできる。

[0061] 図 5に、本発明の第 3の実施の形態の排ガス処理装置 10Bの構成を示す。この排ガス処理装置 10Bは、第 2の実施の形態の排ガス処理装置 10Aの構成に加えて、低電圧電極 11の透過部 l ipから帯電した PM20を引き込む静電界を設けるために第 3 の電極である吸引用電極 15を設けて構成する。

[0062] この吸引用電極 15を設けた場合においては、吸引用電極 15を電気的に接地し、低電圧電極 11には、高電圧電極 12と吸引用電極 15の間の適当な中間電位が印加される。

[0063] また、この吸引用電極 15は、図 5では、低電圧電極 11と外筒 14の間に設けている力外筒 14を導電体で形成し電気的に接地することによりに吸引用電極 15の機能を兼用させてもよい。

[0064] この構造の排ガス処理装置 10Bによれば、低電圧電極 11の透過部 l ipで再飛散する PM20や透過部 l ipを通過する帯電した PM20を、吸引用電極 15で形成した電位場により、より強く低電圧電極 11の透過部 l ipの外側に吸引できる。従って、再飛散した PM20や帯電した PM20力低電圧電極 11の内側に入り込むのを防止できる。そのため、より効率よく PM20を分離及び濃縮できる。

[0065] 図 6及び図 7に、本発明の第 4の実施の形態の排ガス処理装置 10Cの構成を示す。この排ガス処理装置 10Cでは、第 2又は第 3の実施の形態の微粒子分離装置 10A , 10Bの構成に、フィルタ 16を追加して設けることにより、 PM20が濃縮された高濃度排ガス Gbから PM20を除去するように構成する。なお、 17は高電圧電極 12を電気的に絶縁するための碍子である。

[0066] また、低電圧電極 11の外側の外筒 14においては、低電圧電極 11の透過部 l ipの下流側に仕切り壁 14aを設けて、フィルタ 16を配置する部分と、低濃度排ガス Gaを通過させる部分とを区切る。それと共に、仕切り壁 14aの上流側に、フィルタ処理された排ガス Gb'を流出させる第 1排出口 14bを設け、仕切り壁 14aの下流側に、低濃度排ガス Gaを流出させる第 2排出口 14cを設ける。

[0067] また、低電圧電極 11の透過部 l ipの下流側の通気不能の壁面 11cの下流側に、更に通気可能の第 2透過部 1 Idを設け、壁面 1 lc内を通ってきた低濃度排ガス Gaがこの第 2透過部 l idを通過して第 2排出口 14cから流出できるように構成する。

[0068] そして、低電圧電極 11と外筒 14の仕切り壁 14aの上流側の空間に配置されるフィノレタ 16は、低電圧電極 11の透過部 l ipを通過する高濃度排ガス Gbを浄化するためのフィルタである。このフィルタ 16は、パンチングメタル、焼結金網、焼結フィルタ、金属繊維フィルタ、孔径が DPFより粗いセラミックフィルタ、金属ハニカム、セラミックハ二カム、ガラスウールやこれらの基材に酸化触媒を担持したもの等の周知のフィルタを用いて形成することができる。

[0069] また、このフィルタ 16では、高濃度排ガス Gb中の PM20は肥大化しているので、目の粗レ、フィルタでも容易に捕集できる。そのため、圧力損失を小さくすることができる。図 6の構成では、孔径 lmm (ピッチ 2mm)のパンチングメタルを 3層に設けて形成している。

[0070] そして、フィルタ 16に捕集された PM20については、 PM捕集面の近傍に第 4の P M燃焼用電極を配置する方法や、 PM捕集面に酸化触媒を塗布する方法や、 PM捕集面近傍にヒータを配置する方法等により、 PM捕集面の再生を図り、その PM捕集性能を長時間維持する。

[0071] この第 4の PM燃焼用電極を用いて PMの燃焼除去する場合には、次のように構成される。パンチングメタルの多層配置のピッチを大きくとる。それと共に、低電圧電極 1 1等の配管とは電気的に絶縁した金網（図示しない）を、第 4の PM燃焼用電極として、パンチングメタルの PM捕集面に対して 1 mm— 2mm程度の間隔を設けて配置する。この金網に外部から電圧を供給して、金網と PM捕集面の間で放電を発生させる。これにより、フィルタ 16に捕集した PMを燃焼除去する。

[0072] また、酸化触媒を塗布する場合には、フィルタ 16の PM捕集面に酸化チタン、白金等の酸化触媒を塗布したり、又は、 PM捕集面に肉厚が 3mm程度以下の触媒担持体を配置ように構成する。これらの酸化触媒の作用により、 PM燃焼開始温度を低下させる。なお、この触媒の担持体は金属でも絶縁材料でもよいし、また、形状的にはバルタでもよいし、多孔体でもよい。

[0073] また、ヒータを使用する場合には、フィルタ 16の PM捕集面にニクロム線等のヒータを配置し、定期的にヒータ加熱して PM燃焼除去する。 [0074] 処理排ガス量が少ない時は、図 7 (a)に示すように、この低電圧電極 11と外筒 14とフィルタ 16は、円形断面の筒状に形成され、高電圧電極 12もその中心に 1本配置される。しかし、処理排ガス量が多い時には、図 7 (b)に示すように、この低電圧電極 11 と外筒 14とフイノレタ 16は、細長い断面の筒状に形成され、高電圧電極 12もその中心におレ、て平行に複数本配置される。

[0075] この構成の排ガス処理装置 10Cによれば、このフイノレタ 16を設けることにより、 PM 20が肥大化されて濃縮された高濃度排ガス Gbを、効率よく浄化できる。従って、第 1 排出口 14bから排出される排ガス Gb'を、クリーンなガスにすることができる。

[0076] 一方、低濃度排ガス Gaは、 PM20が希薄されているので、必ずしも PM捕集用のフィルタを通さなくてもよい。しかし、低濃度排ガス Ga用のフィルタを設ける場合でも、排ガス量力元の排ガス Gの量に比較して大きく減少し、しかも、大きな PMは除去されている。そのため、目の細かいフィルタを使用することができる。しかも、目の細かレ、フィルタを使用しても、目詰まりの進展が遅いので、圧力損失も小さくてすむ。

[0077] また、この低濃度排ガス Gaを、 EGR用の排ガスとして、シリンダ内に再循環するように構成すると、低濃度排ガス Gaが直接外気に排出されることがなくなり、フィルタを設ける必要もなくなる。

[0078] 図 8に、本発明の第 5の実施の形態の排ガス処理装置 10Dの構成を示す。この排ガス処理装置 10Dの構成では、フィルタ 16を通過した後の排ガス Gb'と、低濃度排ガス Gaを合流させてから、排ガス Gcとして排出する構成にしたものである。

[0079] これにより、排ガス G, Ga, Gbの流れを円滑にする。それと共に、図 6に示されている排気ガス Gbの第 1排出部 14bのような装置の凹凸を無くして、省スペースにし、また、配管し易くしている。

[0080] なお、この第 5の実施の形態の排ガス処理装置 10Dの構成においては、低電圧電極 11の透過部 1 lpの下流側の通気不能の壁面 1 lcの部分は、必ずしも必要ではなくなる。この場合は仕切り壁 14aの部分が、分流部 Z3に対応することになる。

[0081] また、図 6—図 8の構成では、外筒 14内にフィルタ 16を収容し、装置のコンパクトィ匕を図っている。排ガス処理装置 10， 10A, 10Bとは別体にフィルタを設けた場合でも、高濃度排ガス Gb中の PMが肥大化しているので、目の粗いフィルタでも PMの捕集が容易であり、圧力損失を小さくすることができる。

[0082] 以上の各実施の形態の排ガス処理装置 10、 10A— 10Dにおいては、図 2 (a) ,図 4 (a) ,図 7 (a)に示すように、低電圧電極 11を円筒として説明してきた。しかし、本発明は、この構成に限定されることなぐ円筒以外の四角形等の多角形の筒体であってもよい。また、排ガス量が多い場合には、図 2 (b) , 04 (b) ,図 7 (b)に示すように、低電圧電極 11を断面矩形状に形成し、その中心付近に長手方向（矩形断面と垂直な方向）に沿って、高電圧電極 12を複数本、平行に配置して構成する。また、更に、排ガス量が多い場合は、図 9に示すように、複数本の高電圧電極 12を平行配置し、コロナ放電部を広げることもできる。また、排ガスが多量の場合には、各実施の形態の形態の排ガス処理装置を、並行配置することにより対応できる。また、高濃度排ガスの濃縮度と、低濃度排ガスの浄化率をより高くする場合には、多段に配置することで対応できる。

実施例 1

[0083] 図 1及び図 2 (a)に示すような第 1の実施の形態の排ガス処理装置 10において、高電圧電極 12を、径 0. 2mm φのステンレスワイヤーで形成し、低電圧電極 11を内径 38mm φのステンレスの円筒で形成し、内筒 13を内径 15mm φのステンレスの円筒で形成した。円筒の内側の断面積と外側の断面積の比は 5： 3となる。

[0084] この排ガス処理装置 10を、小型のディーゼル発電機 (最大出力 5kW)の排ガス管部分に直接接続して配置し、 2. 4kW (48%)負荷時の運転条件で実験を行った。高電圧電極には、負極性直流高電圧電源を用いて、 -10kV, 0. 4mAの電流を供給した。排ガス処理装置 10の温度は、 100°C 200°Cで、排ガス流量は、 200L/min (常温換算）程度で、放電部（長さ 120mm)での滞留時間は、 0. Is程度である。

[0085] この実験で、 0. 6 μ mの微粒子を捕集できる石英フィルタにより、各排ガス中の PM を捕集し、 50Lサンプリングした後のフィルタの表面を、低真空電子走查顕微鏡を用レ、て観察し、粒子直径の分布を観察した。

[0086] その結果、放電有りと放電無しの場合では、二重管内側の低濃度排ガスが通過したフィルタに、見た目でも明らかな差が見られた。また、顕微鏡観察でも、放電有りの場合では、数 μ ΐηサイズの微粒子力殆ど見当たらず、希薄されていることが分かつた。また、高濃度排ガスに含まれた PMを、顕微鏡観察した結果、数十 μ ΐη—数百 μ mの微粒子となっている。従って、 PMの粒子径力処理前の排ガス中の PMの粒子径 (数 μ m)よりも大きくなつており、著しく肥大化効果のあることが分かった。

[0087] つまり、この実験結果より、排ガス圧力の上昇無しに、ディーゼルエンジンの PMを低電圧電極近傍のガス排出ラインに集め、高電圧電極近傍のガス排出ラインからほぼ完全に分離することが可能であることが確認できた。また、数 z m程度の微粒子を高電圧印加により、より大きな微粒子に肥大化できることも確認できた。

実施例 2

[0088] 図 6及び図 7 (a)に示すような第 4の実施の形態の排ガス処理装置 10Cにおいて、高電圧電極 12を、径 0. 6mm φのステンレスワイヤーで形成し、低電圧電極 1 1を、内径 58mm φのステンレスの円筒で形成し、外筒 14を、外径 220mm φのステンレスの円筒で形成した。また、フィルタ 16を孔径 lmmのパンチングメタルで 2mmピッチで 3層に配置した。

[0089] この排ガス処理装置 10Cを、 2tトラック車の排ガス管部分に直接接続して配置し、エンジン回転数 550i"pm,排ガス温度約 70°C、排ガス量約 1400L/min条件で実験を行った。高電圧電極には、負極性直流高電圧電源を用いて、 _18kVを印加した。帯電部（長さ 300mm)における滞留時間は約 30msで、濃縮部（長さ 550mm) の滞留時間は約 55msである。

[0090] この実験では、 0. 3 μ τη φ粒子の捕捉率 99. 9%以上のガラス繊維濾紙を用いて ,排ガス Ga, Gb 'を定流量ポンプで吸引して排ガス中の PMを捕集した。

[0091] その結果、放電有りと放電無しの場合では、排ガス Gaが通過した濾紙、及び、フィルタ 16を通過した後の排ガス Gb 'が通過した濾紙において、見た目でも明らかな差が見られた。そして、コロナ放電電極に電圧を印加することによって、 PMが著しく低減できてレ、ることが分かった。

実施例 3

[0092] 図 8に示すような第 5の実施の形態の排ガス処理装置 10Dにおいて、実施例 2と同様な寸法及び条件で実験を行い、 0. 3 /ΐ πι φ粒子の捕捉率 99. 9%以上のガラス繊維濾紙を用いて、再合流した排ガス Gcを定流量ポンプで吸弓 Iして排ガス中の PM を捕集した。

その結果、放電有りと放電無しの場合では、排ガス Gcが通過した濾紙において、見た目でも明らかな差が見られた。これにより、コロナ放電電極に電圧を印加することによって、 PMが著しく低減できていることが分かった。

Claims

請求の範囲

[1] 高電圧電極と該高電圧電極に対向して配置された低電圧電極とを備えた排ガス処理装置において、対向電極間に排ガスを流通させ、該対向電極間に高電圧を印加して排ガス中にコロナ放電を発生させ、該コロナ放電によって前記排ガス中の浮遊微粒子物質を帯電 '凝集して前記低電圧電極近傍に偏在させ、前記低電圧電極近傍の排ガスを、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に高くなつた高濃度排ガスと、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に低くなつた低濃度排ガスとに分流することを特徴とする排ガス処理方法。

[2] 前記高濃度排ガスをフィルタで浄化することを特徴とする請求項 1記載の排ガス処理方法。

[3] 高電圧電極と該高電圧電極に対向して配置された低電圧電極とを備え、対向電極間に排ガスを流通させ、該対向電極間に高電圧を印加して排ガス中にコロナ放電を形成し、前記浮遊微粒子物質を帯電させる帯電部と、該帯電部によって帯電された前記浮遊微粒子物質を前記低電圧電極近傍に偏在させる濃縮部と、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に高くなつた前記低電圧電極近傍の排ガスを、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に高くなつた高濃度排ガスと、前記浮遊微粒子物質の濃度が相対的に低くなつた低濃度排ガスとに分流する分流部とを有することを特徴とする排ガス処理装置。

[4] 前記低電圧電極を筒体で形成し、該低電圧電極の少なくとも上流側部分の帯電部において、前記筒体の低電圧電極の中心付近に沿って長手方向に前記高電圧電極を配置すると共に、前記低電圧電極の少なくとも下流側部分の分流部にぉレ、て、前記低電圧電極の内側に排ガス分流用の内筒を設け、該内筒の内側に前記低濃度排ガスが流れ、該内筒の外側に前記高濃度排ガスが流れるように構成したことを特徴とする請求項 3記載の排ガス処理装置。

[5] 前記低電圧電極を筒体で形成し、前記低電圧電極の少なくとも上流側部分の帯電部において、筒体の低電圧電極の中心付近に沿って長手方向に前記高電圧電極を配置し、前記帯電部の下流側の前記濃縮部において、前記低電圧電極を通気可能に形成すると共に、前記濃縮部と前記分流部において、前記低電圧電極の外側に外筒を設け、前記低電圧電極の上流側から流入する排ガスを、前記低電圧電極の内側を流れる前記低濃度排気ガスと、該低電圧電極の外側を流れる前記高濃度排ガスに分けるように構成したことを特徴とする請求項 3記載の排ガス処理装置。

[6] 前記高濃度排ガス中に含まれる浮遊微粒子物質を浄化するフィルタを設けたことを特徴とする請求項 3 5のいずれ力、 1項に記載の排ガス処理装置。

[7] 前記排ガスが内燃機関の排気ガスであることを特徴とする請求項 3 6のいずれか

1項に記載の排ガス処理装置。