WO2006038461A1

WO2006038461A1 - ガス処理装置

Info

Publication number: WO2006038461A1
Application number: PCT/JP2005/017344
Authority: WO
Inventors: Akira Mizuno; Junichi Kasai; Yoshinobu Tamaura; Masashi Gabe; Kenta Naito; Satoru Senbayashi
Original assignee: Isuzu Motors Limited; Nissin Electric Co., Ltd.
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2006-04-13
Also published as: JP2006102575A; EP1813351A1; JP4529013B2; US20070261556A1

Abstract

　ガス処理装置（１）を、ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部（１０）と、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部（２０）とを備えると共に、前記帯電凝集部（１０）を上流側に、前記フィルタ部（２０）を下流側に配設して構成する。　これにより、コロナ放電による凝集機能及び集塵機能とフィルタの集塵機能を用いて、ガス中の超微小粒子を凝集肥大化でき、しかも、車両搭載可能な排気ガス浄化装置としても使用できるような、高性能、低圧力損失でコンパクト化可能なガス処理装置（１）となる。

Description

明細書

ガス処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、工場ガス、発電所ガス、自動車ガス等の排ガスや、各種製造工場や医療現場等のガスを、コロナ放電を利用して浄化するガス処理装置に関する。

背景技術

[0002] 工場ガス，発電所ガス、自動車ガス等の排ガス処理装置として、又、各種製造工場や医療現場等のガス処理装置として、静電凝集装置ゃ静電集塵装置等が使用されている。これらのガス処理装置では、コロナ電極と集塵電極の間に高電圧を印加してガス中にコロナ放電を発生させてヽる。このコロナ放電によりガス中の浮遊微粒子を帯電し、この帯電した粒子を静電気力で集塵電極に引き寄せて捕捉する等している

[0003] このようなガス処理装置の一つの例として、例えば、日本の実用新案登録第 3019 526号公報に記載されているように、工場排煙中の白煙及び霧状の微量汚染物質の除去を目的として、金属円管中に張った金属細線で形成される高圧放電線 (コロナ電極）に高電圧を印加し、工場排煙等の浮遊微粒子を円筒電極に静電吸着して除去する円筒形電気集塵装置がある。

[0004] また、例えば、日本の特開平 5— 125928号公報や日本の特許第 2849880号公報に記載されているように、導電性の柱力なる第 1電極とこの第 1電極を包囲する導電性の第 2電極を有するコロナ放電部を筒状で形成し、これらの筒状の放電部を複数個設けた排気ガス浄ィ匕装置も提案されて!ヽる。

[0005] 更に、例えば、曰本の特開 2002— 30920号公報や曰本の特開 2002— 30921号公報に記載されて、るように、筒状の外部電極と筒状の軸心方向に延びる内部電極とからなるユニットを複数個並列に配置すると共に、これらのユニットをケーシングに納めたプラズマ式排気浄ィ匕装置も提案されて、る。

[0006] これらの放電を利用した静電集塵装置では、処理対象ガスを筒状体に通している。

この筒状体で形成された集塵電極、又は、筒状体とは別に設けた筒状の集塵電極の、略中央 (軸中心）にコロナ電極を配置する。コロナ電極と集塵電極との間に高電圧を印加することによって、ガス中にコロナ放電を発生させる。このコロナ放電により、ガス中の浮遊微粒子を帯電させる。

[0007] この帯電した粒子を、コロナ電極と集塵電極との間に形成された電界によって静電気力で集塵電極表面に移動させて、集塵電極表面で捕捉する。この捕捉された粒子は、電気集塵装置等と同様な振るい落とし等により集塵電極力も離脱させられる。この離脱した粒子は、集められたり、集塵電極に隣接して設けられたヒータ等の加熱により燃焼除去される。

[0008] し力しながら、これらの静電集塵装置を単独で用いた場合には、再飛散の問題がある。静電集塵により、集塵電極の表面で捕捉された粒子間に結合が生じて、微粒子が大きくなる。この捕捉粒子はガス流の影響により、集塵電極の表面から剥離して再飛散を起こす。この再飛散粒子は、ガス処理装置内で帯電、捕捉、剥離を繰り返しながら、その粒径を徐々に大きくしていく。そして、最終的には再飛散により静電集塵装置から排出されてしまう。

[0009] そのため、例えば、日本の特開 2000— 213331号公報に記載されているように、静電集塵装置の集塵電極を加熱して、捕集した PMを燃焼除去する排気ガス浄ィ匕装置が提案されている。この装置では、内燃機関等の排気ガス中の粒状固形物を除去するために、電気集塵フィルタの集塵電極の表面に、電気伝導性金属酸化物を主成分とする触媒をコーティングした触媒層を設けて、集塵電極に捕集された粒状固形物を比較的低温で酸化燃焼させる。

[0010] 集塵電極上にヒータを配置すると、放電空間内のガスならびに電極が加熱される。

そのため、放電の不安定性を引き起こす恐れがある。また、触媒層はガス状成分の酸化燃焼には有効である力粒状固形物、特にディーゼル排気ガス中の Soot (スート:煤)分の酸化燃焼には必ずしも有効に機能しない。従って、特に静電集塵の電極面程度の表面積では実用上十分な効果を得られないという問題があった。さらに、これらの技術は年々強化されつつある排気ガス規制に十分対応できるような微粒子除去性能を得ることができな、と、う問題があった。

[0011] また、自動車に搭載したディーゼルエンジン等の排気ガスを対象とする場合には、固体化した成分だけでなぐガス化した成分も含まれており、このガス化した成分も除去する必要がある。排気ガス中に含まれている PM (Particulate Matter:パティキユレート 'マター:粒子状物質）が処理対象成分となる。この PMには、特に燃焼が難しいと言われる Sootと、高温では蒸気となっている SOF (Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分）が含まれている。この Sootは、炭素を主成分とするエンジンの排出物質である。 SOFは、燃料やオイルの燃え残りが原因で発生する、ベンゼン，トルエン等の有機溶剤に溶ける成分である。この SOFは、酸ィ匕触媒表面で燃焼できる。

[0012] この固形成分とガス化した成分を除去する装置として、例えば、日本の特開平 11 128660号公報に記載されているように、上流側に、バグフィルタ等の集塵手段を、下流側にプラズマ発生手段をそれぞれ設けた浄ィ匕装置が提案されている。この装置では、ガス中の煤塵などの塵埃をバグフィルタ等で集塵する。また、塵埃が除去されたガス中の臭気成分及び有害成分を分解除去する。

[0013] しかし、この固形成分をバグフィルタで集塵する場合には、微小粒子の捕集率を上げるために目の細力、フィルタが必要になる。この目の細力、フィルタは圧力損失が大きくなるという問題がある。

[0014] 一方、本発明者らは、 SOFに関して実験等により次のような知見を得た。

[0015] 排気ガス中のガス化した SOFは、冷却して凝縮して液化させると粘着性を持つミストとなる。このミスト状の SOFは、鳥もちの原理により超微小粒子を捕捉して凝集肥大化することができる。そして、超微小粒子の捕集に際して、この SOFの凝集肥大化機能を利用するためには、フィルタ等の集塵装置を電気凝集装置の下流側に設けることが有効である。また、この集塵装置と組み合せた場合に、電気凝集装置において排気ガスを冷却して SOFを液ィ匕すると、著しく捕集効率が向上する。

[0016] また、この下流側にフィルタを配置した構成では、排気ガス中の超微小粒子力静電作用と液ィ匕した SOFの粘着機能との相乗効果により凝集肥大化する。その結果、電気凝集装置力も排出される粒子の粒径が大きくなる。そのため、目の粗いフィルタでもこれらの粒子を容易に捕捉することができる。

[0017] 更に、ガス化状態の SOFは酸化触媒で酸化できる。この酸化触媒は、次の理由から、通常はガスの温度が高い排気管の前方に酸ィ匕触媒を設置し、ガスの温度が低下する排気管後方に電気集塵装置を設置することが考えられる。酸化触媒は、温度が高いほど触媒活性が高い。電気凝集装置は、ガス温度が 500°Cを超えると安定なコロナ放電の形成が難しくなり、 650°Cを超えると十分な電力投入が特に難しくなる等、高温域では、電気集塵作用が低下する。

[0018] しかし、酸化触媒を電気凝集装置よりも、上流側に配設した場合には、 SOFが酸化触媒で酸化されてしまう。そのため、電気凝集装置における超微小粒子の捕捉効果が無くなってしまう。その結果、捕集効率が上がらなくなる。

[0019] その上、酸化触媒に SOFと Soot等からなる凝集体が流入すると、触媒表面が酸化燃焼し難、Sootで覆われ、触媒表面での SOFの酸化燃焼効果が弱まってしまう。従って、この凝集体を捕捉して燃焼除去する粗い目のメタルフィルタを酸ィ匕触媒の上流側に設けることが必要となる。結局は、上流側から電気凝集装置、フィルタ、酸ィ匕触媒の順に配置することがもっとも効果的に排気ガスを浄ィ匕できる。

発明の開示

[0020] 本発明は、上記の知見を得て上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、コロナ放電による凝集機能及び集塵機能とフィルタの集塵機能を用いて、ガス中の超微小粒子を凝集肥大化できて、しかも、車両搭載可能な排気ガス浄ィ匕装置としても使用できるような、高性能、低圧力損失でコンパクトィ匕可能なガス処理装置を提供することにある。

[0021] 以上のような目的を達成するためのガス処理装置は、ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部と、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部とを備えたガス処理装置であって、前記帯電凝集部を上流側に、前記フィルタ部を下流側に配設して構成する。

[0022] この構成によれば、上流側の帯電凝集部で捕集対象成分を凝集して粗大化及び肥大化させてから、下流側のフィルタ部で捕集する。そのため、捕集効率が向上すると共に、後段のフィルタの目を比較的粗いものとすることができる。従って、圧力損失を/ J、さくすることができる。

[0023] つまり、上流側の帯電凝集部で、コロナ放電による帯電を利用して、ガス中の Soot

(スート:煤)等の固形成分を帯電させると共に、ガス中の SOF (可溶性有機成分)等の液体成分をバインダーとして、効率良く電気的に捕集対象成分を凝集させることができる。この凝集体は、一時的には帯電凝集部の集塵電極の表面に捕集されるが、壁面上で粗大化し、ガスの流れにより集塵電極の表面から剥離し再飛散する。この最飛散した凝集体を下流側のフィルタ部で捕集する。

[0024] この下流側のフィルタ部では、流入する捕集対象成分は帯電凝集部により粗大化及び肥大化している。そのため、フィルタの目が比較的粗くても効率良く捕集することができる。従って、フィルタ部を、比較的目が粗く圧力損失の少ないフィルタで形成することができる。その結果、比較的目の粗いが耐熱性に優れた金属フィルタ等も使用できるようになる。

[0025] なお、ディーゼルエンジンの排気ガスを処理対象ガスとする場合には、この後段のフィルタでは、 Sootや SOF等を含む PMの捕集量が所定の限界値を超えた場合に、フィルタ温度を上昇させて燃焼除去するように構成される。この場合、金属フィルタを用いると、金属フィルタは耐熱性に優れているので、有炎燃焼で溶損を心配することなく PMを除去できるようになる。

[0026] そして、上記のガス処理装置にぉ、て、前記フィルタ部の下流側に酸ィ匕触媒を設けて構成すると、この酸化触媒により、ガス化したまま帯電凝集部とフィルタ部を通過してきた SOF等の蒸発成分をこの酸ィ匕触媒で酸ィ匕して除去することができる。なお、この酸ィ匕触媒を帯電凝集部やフィルタ部の上流側に配置した場合には、ガス化した SOF等の成分をこの酸化触媒で酸化してしまう。そのため、 SOF等を Sootを凝集させるために使用することができなくなる。その結果、フィルタ部の捕集効率の向上に寄与させることができなくなる。

[0027] また、上記のガス処理装置にぉ、て、前記フィルタ部を、金属製のフィルタで形成すると、 PM等の捕集物を燃焼除去する際に、このフィルタ部を高温にしても溶損し難い。そのため、有炎燃焼により簡単にフィルタを再生することができる。なお、従来のアルミナゃコーディライト等のフィルタ（DPF)では、高温にすると溶損の恐れがあるという欠点、また、衝撃に弱いという欠点があった。しかし、フィルタ部に金属製フィルタを採用するとこれらの欠点が無くなる。

[0028] 更に、上記のガス処理装置において、処理対象のガスが 100°C以上 650°C以下の温度である場合に、前記帯電凝集部でガスを冷却するように構成する。このガスの冷却により、ガス状の SOF分が凝縮する。この凝縮した SOF分は、鳥もちのような効果を発揮して Soot等の微小粒子を効率よく凝集できるようになる。これは、凝縮した SO F分により微小粒子の間に液架橋が生じるためと考えられる。また、ガス状の SOF分は帯電作用で電気集塵的に捕捉し難い。しかし、ガスの冷却によって部分的にミスト化した SOF分は帯電作用によって集塵電極に引き寄せられる。この点からも、微小粒子の凝集が促進する。

[0029] SOFは多様な成分力なり、その凝縮温度、蒸気圧曲線などを具体的に特定することは難しい。しかし、実験力も次のようなことが分力つている。排気ガス温度が 100 °C以下では冷却の有無による凝集作用に顕著な差はない。排気ガス温度が 100°C を超えると冷却の有無による凝集作用が顕著になる。 SOFの冷却効果にかかわる温度の上限は確認できていない。しかし、帯電凝集部の放電形成が安定に実現できる温度上限が 650°C程度であり、実際の排気ガス温度が 650°Cを超えることが少ない。これらに基づくと、実験的に確認できた適用温度範囲の上限は、 650°C程度である。

[0030] ここでいうガスの冷却とは、帯電凝集部に冷媒を循環させるような冷却装置を設けたり、風を吹き付けて放熱を促進する積極的な冷却を含む。しかし、この積極的な冷却だけではなぐ帯電凝集部を外気に露出した場合等のような、自然対流や熱放射による自然放熱による消極的な冷却を含む。従って、ここでいうガスの冷却とは積極的な保温対策を行わな、ことを意味する。

[0031] また、上記のガス処理装置において、前記帯電凝集部の集塵電極を筒状体の低電圧電極で形成し、コロナ電極を前記筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極で形成すると共に、前記筒状体をガス通路の通路壁を兼ねる共にガスの冷却部として構成する。

[0032] この構成によれば、筒状体をガスの冷却部とするので、構造が単純化すると共に、冷却面積を大きく取れる。そのため、冷却効果を上げ易い。特に、筒状体をガスの通路の外壁とし、この外壁を放熱面とすると、外気温度が低い場合や冷たい風が当たる場合等では、自然対流や熱放射による自然放熱によりガスを冷却できるようになる。静電凝集作用は集塵極近傍でおきるため、ガス全体を冷却する必要がない。従って、集塵極近傍が冷却できれば静電凝集効果が促進される。

[0033] なお、ここでいう筒状体とは、その断面形状は、通常は円形に形成される。しかし、断面形状は、三角形や四角形等を含む多角形形状や楕円形状等であってもよい。つまり、ここでいう筒状体とは、一端部に入口、他端部に出口を有しその間を壁面で囲われて筒となって!/、る形状のものを！、う。

[0034] また、上記のガス処理装置において、前記帯電凝集部の集塵電極を筒状体の低電圧電極で形成し、コロナ電極を前記筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極で形成すると共に、前記筒状体の内側表面近傍のガスの流れに対して乱流を促進する乱流促進手段を、前記筒状体の表面又は表面近傍に設けて構成する。

[0035] この乱流促進手段は、凹凸構造 (突起構造)で構成できる。この凹凸構造は、次のようにして構成できる。単数又は複数の線状体 (丸棒や角棒)を筒状体にスパイラル状にして挿入する。筒状体の内側表面を溝切りする。リング状の凸部を筒状体の軸方向に間隔をおいて内面に設ける。三次元構造を持つフィンを設ける。ブラスト処理して乱雑な凹凸を設ける。これらの凹凸は一様に形成されていてもよぐ分散配置されていてもよい。

[0036] 更に、筒状体を加工するだけでなぐ加工により凹凸を設けた板材や、既に凹凸を有して市販されている面状体ゃ板材を、筒状体に挿入可能に整形して、挿入してもよい。この面状体としては、金網、パンチングメタル、エキスパンダメタル等のシート状突起物が有用である。また、スリットグリル、ダイヤスクリーン、ディンプルスクリーン (孔無し）、ディンプルスクリーン (孔有り）、スリット出窓スクリーン、ブリッジ出窓スクリーン、三角出窓スクリーン、半円出窓スクリーン等々の打ち抜きスクリーンを使用できる。

[0037] この乱流促進手段により、流路、特に、筒状体の表面近傍のガスの乱流化を促進して、流路断面方向の攪拌作用を大きくすることができる。そのため、流路空間全体においてガス中の成分の帯電に要する時間の短縮化、帯電粒子の集塵電極の対向面への接触の容易化、ガスの対向面近傍における主流方向流速の低速化に伴う滞留時間の増加を図ることができる。また、帯電粒子を集塵電極上に効果的に捕捉できるようになる。従って、凝集効果が高まる。つまり、乱流促進手段により、帯電凝集部におけるガス中の帯電効果の向上ならびに凝集作用の促進が図れる。その結果、後段でのフィルタ捕集作用を向上させることができる。

[0038] 上記のガス処理装置において、前記帯電凝集部のガス通路壁を筒状体で形成し、低電圧電極となる集塵電極を前記ガス通路壁の表面近傍に配置された導電性の乱流促進手段を有する筒状体で形成すると共に、コロナ電極を前記筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極で形成して構成する。これにより、筒状体を絶縁体にすることもできるようになる。その結果、より設計の自由度を増すことができる。

[0039] 上記のガス処理装置にお、て、前記帯電凝集部を、前記コロナ電極と前記筒状体とを有して構成される帯電凝集ユニットを、複数並列に配置して形成する。これにより、多量のガスを効率良く処理することができる。また、筒状体の外壁の表面積を著しく大きくすることができる。従って、ガスの冷却性能を著しく向上することができる。

[0040] 以上に説明したように、本発明のガス処理装置によれば、上流側の帯電凝集部で捕集対象成分を凝集肥大化させてから、下流側のフィルタ部で捕集するので、捕集効率を著しく向上させることができる。しかも、フィルタの目を比較的粗いままとすることができる。従って、フィルタの圧力損失を小さくすることができる。

[0041] そして、フィルタ部の下流側に酸ィ匕触媒を設ける構成では、酸化触媒により、ガス化したまま帯電凝集部とフィルタ部を通過してきた SOF等の成分を、この酸化触媒で酸ィ匕して除去することができる。従って、 PM等のガス中成分に対する除去効率をより向上することができる。

[0042] また、フィルタ部を、金属製のフィルタで形成する構成では、 PM等の捕集物を燃焼除去する際に、高温にしても溶損し難い。そのため、有炎燃焼により簡単に再生することができる。

[0043] 従って、本発明のガス処理装置では、コロナ放電の原理を用いて、ガス中の浮遊微粒子を効率よく凝集肥大化できて、し力も、圧力損失の小さい目の粗いフィルタを用いることができる。そのため、超微小粒子の除去性能の向上、排気圧力を低く維持することによる燃費の向上、安定した排気圧力によるターボ負荷の軽減等を図ることができる。その結果、本発明のガス処理装置は、車両に搭載可能な排気ガス浄化装置としても使用できるような、高性能、低圧力損失でコンパクト化可能なガス処理装置となる。図面の簡単な説明

[0044] [図 1]本発明に係るガス処理装置の構成を模式的に示す図である。

[図 2]帯電凝集ユニットの側断面図である。

[図 3]筒状体の断面形状が円形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。

[図 4]筒状体の断面形状が端部が円形の偏平体で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。

[図 5]帯電凝集ユニットの自然冷却の様子を模式的に示す断面図である。

[図 6]帯電凝集ユニットをファンで強制冷却する様子を模式的に示す断面図である。

[図 7]帯電凝集ユニットを二重管構造で強制冷却する様子を模式的に示す図である

[図 8]乱流促進手段を設けた帯電凝集ユニットの側断面図である。

[図 9]乱流促進手段を設けた筒状体の断面形状が円形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。

[図 10]乱流促進手段を設けた筒状体の断面形状が端部が円形の偏平体で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。

[図 11]集塵電極と筒状体を別体で形成した帯電凝集ユニットの側断面図である。

[図 12]乱流促進手段を設けた集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が円形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。

[図 13]乱流促進手段を設けた集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が端部が円形の偏平体で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である

[図 14]乱流促進手段を設けた集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が矩形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。

[図 15]乱流促進手段を兼ねる集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が長方形で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0045] 以下、本発明に係る実施の形態のガス処理装置につ!、て、ディーゼルエンジンの排気ガスを処理対象ガスとしたガス処理装置を例にして、図面を参照しながら説明する。

[0046] 図 1に示すように、このガス処理装置 1は、帯電凝集部 10を上流側に、フィルタ部 2 0を下流側に備えて構成される。また、更に、フィルタ部 20の下流側に酸ィ匕触媒 30を設けて構成される。この帯電凝集部 10は、ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する。フィルタ部 20は帯電凝集部 10で凝集させた成分を捕集する

[0047] つまり、コロナ放電により PMを粗大化し凝集及び一時的に捕集する帯電凝集部 1 0を前段に配置する。この帯電凝集部 10から再飛散する肥大化した PMを捕集するフィルタ部 20を中段に配置する。更に、ガス化したままの SOF等の蒸発成分を浄ィ匕する酸化触媒 30を後段に配置する。

[0048] この帯電凝集部 10は、複数、例えば、 8本の帯電凝集ユニット 11を並列に配置して構成される。この帯電凝集ユニット 11は、図 2及び図 3に示すように、低電圧電極で形成される集塵電極 1 laと高電圧電極で形成されるコロナ電極 1 lbとを有して構成される。

[0049] この集塵電極 11aは、例えば、 SUS 304製等の導電性の材料で、円筒状体等の筒状体に形成される。この集塵電極 11aは、上流側はガス入口室 11cに、下流側はガス出口室 l idに接続される。この集塵電極である筒状体 11aは、ガス通路の通路壁を兼ねる。この筒状体 11aの断面形状は特に限定されない。コロナ放電の安定性等を考えると断面形状が円形であることが好ましいが、正方形等であってもよい。特に、コロナ電極 l ibを複数設ける場合には、断面形状は楕円形、三角形、長方形、その他の多角形であってもよい。

[0050] コロナ電極 l ibは、電界集中係数の高い電極であればよい。コロナ電極 l ibは、細線電極、角状電極、突起構造付き電極等の線状 (ワイヤ状)や棒状等の線状体等で形成される。例えば、コロナ電極 l ibは、 SUS304製の中空ワイヤ等で形成される。そして、コロナ電極 l ibは、筒状体 l ibの内部、例えば、筒状体の軸心部分等の中央に配置される。また、図 4に示すように、筒状体 l ibの内部に、複数のコロナ電極 1 lbを設けてもよい。

[0051] この集塵電極 11aとコロナ電極 l ibは、互いに碍子等により電気的に絶縁状態にして構成される。この集塵電極 11aは、電気的に接地 (アース)され、接地電位に保たれる。また、必要に応じて、集塵電極 11aは、別電位に保持される。一方、コロナ電極 l ibは、高圧電源に接続される。この高圧電源で高電圧を発生する。この高電圧は、コロナ電極 l ibに印加される。この高電圧は、一般的には、負極性の直流電圧を用いるのが好ましい。し力し、直流、交流、パルス状のいずれであってもよい。また、極性も、負極性でも正極性でもあってもよい。また、電圧の値は、この筒状体 11aとコロナ電極 l ibとの間を通過するガス G中にコロナ放電を発生できる電圧値であればよい。

[0052] そして、この筒状体 1 laの通路壁を冷却壁 (ガス冷却部）とし、帯電凝集部 10でガス Gを冷却できるように構成する。つまり、この筒状体 11aの外面側を自然空冷又は強制冷却するように構成する。

[0053] この自然空冷にお!、ては、次のような構成が考えられる。筒状体 1 laの外面を保温したりせずに、図 5に示すように、筒状体 11aの外面を大気開放状態にする。また、筒状体 11aを筒状体 11aをガス処理装置 1のケースに入れる場合は、ケースを構成する筒体（図示しない）で密閉せずに、この筒体に通気孔を設ける。これらの構成により、外気との接触を容易にし、筒状体 11aの外面での自然対流伝熱による熱伝達効果を大きくあする。

[0054] また、熱放射による冷却効果を促進できるように、周囲の部材の温度を低くする。また、熱伝導による冷却効果を上げるために、低温の熱伝導体と接触させる。更に、筒状体 1 laの外部への放熱を促進する冷却用のフィンを筒状体 1 laの外面に設けることもできる。この冷却用フィンとしては、例えば、熱交等で一般的に用いられている平滑環状フィン、スロットフィン、テントフィン、短冊フィン、ワイヤーループフィン等を使用できる。

[0055] また、強制冷却においては、次のように構成する。図 6に示すように、ファン 3等により筒状体 11aの外面に送風して、対流伝熱による強制冷却をする。あるいは、図 7に示すように筒状体 1 laを冷却水等の冷媒 Wが通過する二重管構造とし、筒状体 1 la を冷媒で強制冷却する。この強制冷却では、これらの冷却手段に限られず、一般的な冷却手段を適用できる。 [0056] そして、ガス処理装置 1を車両に搭載した場合には、車両の走行により、帯電凝集部 10の外気に露出した筒状体 11等の部分に強い風が当たる。そのため、自然対流や熱放射による自然放熱によってガス Gが冷却される。従って、特別な冷却手段あるいは能動的な冷却手段を設けなくても、積極的な保温手段を設けなければ、冷却効果を得ることができる。

[0057] このガス冷却は、処理対象ガス Gが 100°C以上 650°C以下の温度である場合において、特に有効である。 SOFは多様な成分力もなるため、その凝縮温度、蒸気圧曲線などを具体的に特定することが難しい。しかし、次のようなことが実験力も分力つている。排気ガス温度が 100°C以下では冷却の有無による凝集作用に顕著な差異はない。排気ガス温度が 100°Cを超えると冷却の有無による凝集作用が顕著になる。 S OFの冷却効果にかかわる温度の上限は確認できていない。しかし、帯電凝集部の放電形成が安定に実現できる温度上限が 650°C程度である。また、実際の排気ガス温度が 650°Cを超えることが少ない。そのため、実験的に確認できた適用温度範囲の上限は 650°C程度である。

[0058] フィルタ部 20は、帯電凝集部 10から、粗大化して再飛散してくる凝集体を捕集して除去するためのフィルタを有して構成される。そして、ディーゼルエンジンの排気ガスを対象とするこの実施の形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF)で構成される。この DPFは、耐熱性に優れたコージエライト、シリコン、カーバイド、アルミナ繊維、シリカ繊維等のセラミック製であってもよい。また、この DPFは、ステンレス等の金属製のもので形成してもよい。 DPFを金属製にすれば、捕集した PMを燃焼除去する際、溶損し難ぐ熱衝撃や熱応力にも強い。そのため、有炎燃焼等による DP Fの再生も可能となる。

[0059] また、このフィルタ部 20は、上流側の帯電凝集部 10で捕集対象成分を凝集肥大化させてから下流側で捕集する。そのため、フィルタ部 20を、圧力損失の小さい、比較的目の粗いフィルタで形成することができる。そして、このフィルタ部 20は、捕集量が増加し目詰まりしてきた時に、捕集物を燃焼除去するために、加熱用のヒータを備える構造としてもよい。なお、白金等の触媒を担持すると、捕集した PMを触媒作用により低温で分解できるようになる。 [0060] 酸化触媒 30は、セラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒 30は、ガス冷却によっても液ィ匕しないで気相状態でフィルタ部 20を通過する SOF等の蒸発成分を、浄化する。

[0061] そして、このガス処理装置 1にお!/、ては、次のようにしてガス Gを浄化する。

[0062] 最上流側の帯電凝集部 10では、ガス入口室 11cから各々の帯電凝集ユニット 11 の筒状体 (集塵電極） 11aの内部にガス Gを通過させる。それと共に、コロナ電極 l ib と集塵電極 11aとの間に高電圧を印加して、集塵電極 11aの内部にコロナ放電を形成する。このコロナ放電により、集塵電極 11aの内部を通過するガス G中の PM等の捕集対象成分を、帯電させて、この帯電した粒子を凝集する。

[0063] この帯電凝集部 10では、コロナ放電による帯電を利用して、ガス中の Soot (スート：煤)等の固形成分を帯電させる。それと共に、ガス Gが冷却される。この冷却により凝縮したミスト状の SOF (可溶性有機成分)等の液体成分がバインダーの役割を果す。そのため、このガス処理装置 1では、冷却により凝縮した液体成分のバインダー機能を利用きる。従って、繊細な PMの粒子を、より効率良く凝集することができる。

[0064] この凝集体は、コロナ電極 l ibと集塵電極 11aの間の電場により、クローン力により集塵電極 11aに移動する。この凝集体は、一時的に集塵電極 11aの表面に捕集される。そして、この凝集体は、集塵電極 11aに触れて電荷を失い、また、壁面上で更に粗大化する。その結果、ガス Gの流れにより集塵電極 11aの表面カゝら剥離し再飛散する。

[0065] そして、この再飛散してくる凝集体や直接流入する捕集対象成分を、フィルタ部 20 で捕集する。しかし、再飛散したり、 SOFの回りに凝集したりした凝集体は、粗大化及び肥大化している。そのため、フィルタの目が比較的粗くても効率良く捕集することができる。従って、通常の物理的なフィルタだけで機械的にトラップする場合に比べ、より繊細な PMの粒子を効率良く捕集することができる。

[0066] また、 Sootや SOF等を含む PM等の捕集対象成分が蓄積されて目詰まりが進行し、所定の限界値を超えた場合には、フィルタに設けた電気ヒータ（図示しない）によりフィルタを加熱して、フィルタの温度を PMの燃焼温度以上に上昇させて PMを燃焼除去するように構成してもよい。このフィルタの温度上昇は局部的であっても、ー且 P Mの燃焼が開始されると燃焼熱が発生し燃焼の伝播が起こる。そのため、フィルタ全体の PMを燃焼除去して、フィルタ全体を再生できる。この場合に、フィルタ部 20を金属製のフィルタで形成すると、 PM等の捕集物を燃焼除去する際に、高温にしても溶損し難い。そのため、有炎燃焼により簡単に再生することができる。

[0067] また、最下流の酸ィ匕触媒 30においては、ガス化したまま帯電凝集部 10とフィルタ部 20を通過してきた SOF等の成分を酸ィ匕して除去する。これにより、凝縮しな力つた SOF等の蒸発成分も除去できる。

[0068] 従って、上記の構成のガス処理装置 1によれば、帯電凝縮部 10で、コロナ放電の電気集塵機能に加えて、ガス冷却により凝縮した SOF等の液体成分の接着機能を利用することができる。従って、ガス G中の浮遊微粒子を効率よく凝集肥大化できる。その結果、フィルタ部 20で、圧力損失の小さい目の粗いフィルタを用いることができる。そのため、フィルタの圧力損失を小さくできる。また、フィルタが目詰まりするまでの間、力なりの長時間連続運転することができる。さらに、酸化触媒 30でガス化したままの SOF等の成分を酸ィ匕して除去するので、 PMの除去能力をより高めることができる。

[0069] 次に、帯電凝集部 10の帯電凝集ユニット 11の他の実施の形態について説明する。この他の実施の形態では、図 8〜図 10に示すように、帯電凝集部 10の筒状体 11a の内側表面近傍のガス Gの流れの乱流を促進するために、乱流促進手段 l ieを、筒状体 11aの表面又は表面近傍に設ける。この乱流促進手段 l ieは、凹凸構造 (突起構造)で構成できる。この凹凸構造に関しては、伝熱特性を向上するための突起構造を参考にすることができる。また、この乱流促進手段 l ieは筒状体 11aの表面をカロェして設けてもよい。更に、筒状体 11aとは別体の構造物を筒状体 11aの表面に当接又は浮力せて配置してもよ、。

[0070] この凹凸構造は、次のようにして形成することができる。単数又は複数の線状体 (丸棒や角棒)を筒状体 11aにスパイラル状にして挿入し、筒状体 11aの内側表面に巻き付ける。筒状体 11aの内側表面に溝きりにより台形形状の凸部や、格子溝や螺旋溝等の規則正しい凹凸を設けて、内面溝付き管構造にする。リング状の凸部を筒状体 1 laの内側表面に筒状体 1 laの軸方向に間隔をお、て形成する。三次元構造を持つフィンで形成する。ブラスト処理して乱雑な凹凸を形成する。これらの凹凸は一様に形成されていてもよぐ分散配置されていてもよい。

[0071] 更に、筒状体 11aを加工するだけでなぐ加工により凹凸を設けた板材や、既に凹凸を有して形成されている板材を、筒状体 11aに挿入可能に整形して、挿入して凹凸構造を形成してもよい。また、既に凹凸を有して市販されているような面状体を筒状体 11aを挿入して凹凸構造を形成してもよい。この面状体としては、金網やパンチングメタル、エキスパンダメタル等のシート状突起物が有用である。また、面状体として、スリットグリル、ダイヤスクリーン、ディンプルスクリーン（孔無し）、ディンプルスタリーン（孔有り）、スリット出窓スクリーン、ブリッジ出窓スクリーン、三角出窓スクリーン、半円出窓スクリーン等々の打ち抜きスクリーンを使用できる。

[0072] なお、この凹凸構造の寸法に関しては、筒状体 11aの断面の代表長さを D、内側表面の最大表面粗さを εとした時の相対粗さ（ ε ZD)を、好ましくは、 0. 01以上、 0. 1 以下とする。この相対粗さ（ ε ZD)を 0. 01以上とするのは、好ましい乱流促進効果を得るためである。相対粗さを 0. 1以下とするのは、放電の好ましい空間的均一性と安定性を得るためである。

[0073] この断面の代表長さ Dと、筒状体 11aの対向面の凹凸構造の無次元代表寸法ともいうべき相対粗さ（ ε ZD)について説明すると、代表長さ Dは、伝熱工学等で使用されている長さと同じである。筒状体 11aで囲われた流路断面積を S,濡れ縁長さを Pとすると、 D = 4SZPである。筒状体 11aが円管の場合には、 Dは円管の直径に相当する。

[0074] この実施の形態の帯電凝集ユニットにおいては、乱流促進手段 lieにより、筒状体 11 aの表面近傍でガスの流れの乱流を促進する。そのため、流路断面方向の攪拌作用を大きくすることができる。従って、流路空間全体において、ガス中の成分の帯電に要する時間の短縮化、帯電粒子の集塵電極の対向面への接触の容易化、ガスの対向面近傍における主流方向流速の低速ィ匕に伴う滞留時間の増加を図ることができる。その結果、静電力による帯電粒子の捕捉を一層促進することができる。従って、この乱流促進手段 lieにより、帯電凝集部 10におけるガス G中の固形成分の帯電効果を向上できる。そして、集塵効果を向上することができる。 [0075] 次に、帯電凝集部 10の帯電凝集ユニット 11のもう一つの実施の形態について説明する。この実施の形態では、図 11〜図 15に示すように、帯電凝集ユニット 11のガス通路壁、即ち、帯電凝集部 10のガス通路壁を、筒状体 l lfで形成する。また、低電圧電極となる集塵電極 1 laを、ガス通路壁 1 Ifの表面近傍に配置された導電性の筒状体で形成する。また、コロナ電極 l ibを、筒状体 l lfの内部に配置した線状体の高電圧電極で形成する。この筒状体 l lfと集塵電極 11aは、共に導電材料で形成してもよい。また、筒状体 l lfを絶縁材料で形成し、集塵電極 11aを導電材料で形成すると、帯電凝集ユニット 11の表面が筒状体 l lfにより電気的に絶縁される。そのため、漏電等に対する安全性が増す。

[0076] また、図 11〜図 14に示すように集塵電極 11aの表面又は表面近傍に乱流促進手段 l ieを設けたり、図 15に示すように集塵電極 11aを乱流促進手段 l ieで形成する。これらの構成により、乱流促進手段 l ieによる効果を得ることができる。

[0077] この構成では、集塵電極 1 laを筒状体 1 Ifと別体にして形成して、るので、集塵電極 11aはガス通路壁の機能が不要となる。そのため、集塵電極 11aはガス通過性を有してもよくなり、表面積を増加できる。そのため、より凝集肥大化の効果を大きくすることができる。また、筒状体 l lfを絶縁体で形成すると、帯電凝集ユニット 11の表面を電気的に絶縁できる。従って、漏電等に対する安全性を増すことができる。

産業上の利用可能性

[0078] 上述した優れた効果を有する本発明のガス処理装置は、自動車搭載のディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスのみならず、各種産業用機械や定置式の内燃機関の排ガスや工場ガス，発電所ガス等のガス処理装置として、又、各種製造工場や医療現場等のガス処理装置として使用できる。

Claims

請求の範囲

[1] ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部と、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部とを備えたガス処理装置であって、前記帯電凝集部を上流側に、前記フィルタ部を下流側に配設したことを特徴とするガス処理装置。

[2] 前記フィルタ部の下流側に酸ィ匕触媒を設けたことを特徴とする請求項 1記載のガス処理装置。

[3] 前記フィルタ部を、金属製のフィルタで形成したことを特徴とする請求項 1又は 2に記載のガス処理装置。

[4] 処理対象のガスが 100°C以上 650°C以下の温度である場合に、前記帯電凝集部でガスを冷却するように構成したことを特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載のガス処理装置。

[5] 前記帯電凝集部の集塵電極を筒状体の低電圧電極で形成し、コロナ電極を前記筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極で形成すると共に、前記筒状体をガス通路の通路壁を兼ねる共にガスの冷却部として構成したことを特徴とする請求項 1 〜4の!、ずれか 1項に記載のガス処理装置。

[6] 前記帯電凝集部の集塵電極を筒状体の低電圧電極で形成し、コロナ電極を前記筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極で形成すると共に、前記筒状体の内側表面近傍のガスの流れに対して乱流を促進する乱流促進手段を、前記筒状体の表面又は表面近傍に設けて構成したことを特徴とする請求項 1〜5のいずれか 1項に記載のガス処理装置。

[7] 前記帯電凝集部のガス通路壁を筒状体で形成し、低電圧電極となる集塵電極を前記ガス通路壁の表面近傍に配置された導電性の乱流促進手段を有する筒状体で形成すると共に、コロナ電極を前記筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極で形成して構成したことを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のガス処理装置。

[8] 前記帯電凝集部を、前記コロナ電極と前記筒状体とを有して構成される帯電凝集ユニットを複数並列に配置して形成したことを特徴とする請求項 5〜7のいずれ力 1項に記載のガス処理装置。