JP2003201824A - 排ガス中の微粒子凝集方法、微粒子除去方法およびその装置 - Google Patents
排ガス中の微粒子凝集方法、微粒子除去方法およびその装置Info
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Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 排ガス中に含まれる黒鉛等の微粒子を効果的
に凝集して、サイクロン等で容易に回収できる微粒子の
凝集方法を提供する。 【解決手段】 内燃機関からの排ガスの流れ方向に対し
て前流にて、該排ガス中に含まれる微粒子を帯電凝集さ
せる、静電凝集工程と、該静電凝集工程の後流にて、少
なくとも一対の電極間に静電凝集した微粒子を排ガスの
流れに沿って流下させることによって、該微粒子を一方
の電極上へ凝集させてから再飛散することを繰り返し、
微粒子の粒径もしくはその集合体の径を大きくする、極
板凝集工程と、を含むことを特徴とする排ガス中の微粒
子凝集方法、並びに、微粒子除去方法。
に凝集して、サイクロン等で容易に回収できる微粒子の
凝集方法を提供する。 【解決手段】 内燃機関からの排ガスの流れ方向に対し
て前流にて、該排ガス中に含まれる微粒子を帯電凝集さ
せる、静電凝集工程と、該静電凝集工程の後流にて、少
なくとも一対の電極間に静電凝集した微粒子を排ガスの
流れに沿って流下させることによって、該微粒子を一方
の電極上へ凝集させてから再飛散することを繰り返し、
微粒子の粒径もしくはその集合体の径を大きくする、極
板凝集工程と、を含むことを特徴とする排ガス中の微粒
子凝集方法、並びに、微粒子除去方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関排ガス中
の微粒子凝集方法および微粒子除去方法、並びにその装
置に関し、さらに詳しくは、軽油や重油燃料のディーゼ
ルエンジン排ガスや都市ガス原料の排ガス等の内燃機関
排ガス中に含まれる黒鉛等の微粒子を、凝集させて分離
除去するのに好適な微粒子凝集方法および微粒子除去方
法に関するものである。
の微粒子凝集方法および微粒子除去方法、並びにその装
置に関し、さらに詳しくは、軽油や重油燃料のディーゼ
ルエンジン排ガスや都市ガス原料の排ガス等の内燃機関
排ガス中に含まれる黒鉛等の微粒子を、凝集させて分離
除去するのに好適な微粒子凝集方法および微粒子除去方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関から排出される黒煙微粒
子(PM)と窒素酸化物(NOx)による環境汚染の深刻化に伴
い、多くの国で排ガス規制の強化が段階的に進められて
きた。内燃機関のうち、例えばディーゼルエンジンは燃
費性能および耐久性に優れているため、動力源として特
に産業上重要な地位を占めている。環境面ではその排ガ
スに含まれる炭化水素(HC)およびC0が少ない反面、発ガ
ン性が疑われる有害物質のPMや大気汚染の原因であるNO
xの発生量が多い。
子(PM)と窒素酸化物(NOx)による環境汚染の深刻化に伴
い、多くの国で排ガス規制の強化が段階的に進められて
きた。内燃機関のうち、例えばディーゼルエンジンは燃
費性能および耐久性に優れているため、動力源として特
に産業上重要な地位を占めている。環境面ではその排ガ
スに含まれる炭化水素(HC)およびC0が少ない反面、発ガ
ン性が疑われる有害物質のPMや大気汚染の原因であるNO
xの発生量が多い。
【０００３】排ガスに対して微粒子除去フィルターを使
用するのは、PMを低減するのに有効な技術の１つであ
り、種々のフィルターを使用して黒鉛微粒子を捕集する
方法が開発されている。その際、フィルター内面に微粒
子が付着した場合には、内部流路での目詰まりを無くす
ために、フィルター内での燃焼反応によってすす等の微
粒子を除去する方法が多く提案されている。しかしなが
ら、すす等の微粒子を燃焼させて除去する方法では、フ
ィルターにかかる負荷が大きく、劣化や破損によってフ
ィルターの寿命が短くなるという問題があった。また、
このようなフィルター内に蓄積した微粒子を燃焼させる
には、微粒子の捕集工程とは別個に、フィルター内の微
粒子を除去して再生させる工程を経なければならない。
よって、連続的に供給される排ガスからの微粒子除去は
困難であり、一旦排ガスの流れを停止してから、燃焼に
よる再生を行わなければならなかった。このようなこと
から、連続的に排出される排ガス中の微粒子を、効率的
に捕集する方法が待望されていた。
用するのは、PMを低減するのに有効な技術の１つであ
り、種々のフィルターを使用して黒鉛微粒子を捕集する
方法が開発されている。その際、フィルター内面に微粒
子が付着した場合には、内部流路での目詰まりを無くす
ために、フィルター内での燃焼反応によってすす等の微
粒子を除去する方法が多く提案されている。しかしなが
ら、すす等の微粒子を燃焼させて除去する方法では、フ
ィルターにかかる負荷が大きく、劣化や破損によってフ
ィルターの寿命が短くなるという問題があった。また、
このようなフィルター内に蓄積した微粒子を燃焼させる
には、微粒子の捕集工程とは別個に、フィルター内の微
粒子を除去して再生させる工程を経なければならない。
よって、連続的に供給される排ガスからの微粒子除去は
困難であり、一旦排ガスの流れを停止してから、燃焼に
よる再生を行わなければならなかった。このようなこと
から、連続的に排出される排ガス中の微粒子を、効率的
に捕集する方法が待望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関から排出され
る排ガス中の微粒子、例えばディーゼルエンジン排ガス
中の微粒子は、主にカーボンである。カーボン粒子は低
抵抗ダストであり、その電気抵抗率は104Ω・cm程度で
ある。一方、サイクロンで捕集可能なカーボン粒子（カ
ーボンブラック等）の粒径は、約10μm程度である。こ
のようなサイクロンは粒子が極めて小さい場合には、慣
性力が小さくなり、ガスの気流にのってしまうので分離
回収が困難である。よって、サイクロンを用いて排ガス
中の微粒子を捕集する場合には、回収する粒子はある程
度以上の大きさが必要である。したがって、このサイク
ロンに導入する排ガスの前処理として、慣性力の小さい
ような微粒子については、その前段で凝集させて粒径を
大きくしておくことが必要である。より具体的には、サ
イクロンを使用する場合には、その前段にて、ディーゼ
ルエンジンから排出されるカーボン粒子を約10μm程度
まで凝集させる必要がある。
る排ガス中の微粒子、例えばディーゼルエンジン排ガス
中の微粒子は、主にカーボンである。カーボン粒子は低
抵抗ダストであり、その電気抵抗率は104Ω・cm程度で
ある。一方、サイクロンで捕集可能なカーボン粒子（カ
ーボンブラック等）の粒径は、約10μm程度である。こ
のようなサイクロンは粒子が極めて小さい場合には、慣
性力が小さくなり、ガスの気流にのってしまうので分離
回収が困難である。よって、サイクロンを用いて排ガス
中の微粒子を捕集する場合には、回収する粒子はある程
度以上の大きさが必要である。したがって、このサイク
ロンに導入する排ガスの前処理として、慣性力の小さい
ような微粒子については、その前段で凝集させて粒径を
大きくしておくことが必要である。より具体的には、サ
イクロンを使用する場合には、その前段にて、ディーゼ
ルエンジンから排出されるカーボン粒子を約10μm程度
まで凝集させる必要がある。
【０００５】そこで本発明者らは、上記問題点に鑑み、
排ガス中に含まれる黒鉛等の微粒子を効果的に凝集し
て、サイクロン等で効率的に回収が可能な粒径に大径化
できる処理方法、さらに排ガス中の微粒子浄化システム
全体の処理効率向上および運転効率の向上を可能とする
方法を開発すべく、鋭意検討した。その結果、本発明者
らは、サイクロンの前流にて、静電凝集と極板凝集とを
組み合わせた独自の微粒子凝集システムで排ガス中の微
粒子を大きくすることによって、サイクロンで効率的な
分離除去が可能となり、後流のフィルターへの負荷も低
減して長時間の連続運転が実現可能となり、上記課題が
解決されることを見い出した。本発明は、かかる見地よ
り完成されたものである。
排ガス中に含まれる黒鉛等の微粒子を効果的に凝集し
て、サイクロン等で効率的に回収が可能な粒径に大径化
できる処理方法、さらに排ガス中の微粒子浄化システム
全体の処理効率向上および運転効率の向上を可能とする
方法を開発すべく、鋭意検討した。その結果、本発明者
らは、サイクロンの前流にて、静電凝集と極板凝集とを
組み合わせた独自の微粒子凝集システムで排ガス中の微
粒子を大きくすることによって、サイクロンで効率的な
分離除去が可能となり、後流のフィルターへの負荷も低
減して長時間の連続運転が実現可能となり、上記課題が
解決されることを見い出した。本発明は、かかる見地よ
り完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、静
電凝集工程と極板凝集工程とを含む排ガス中の微粒子凝
集方法を提供するものである。ここで静電凝集（帯電凝
集）工程とは、内燃機関からの排ガスの流れ方向に対し
て前流にて、該排ガス中に含まれる微粒子を帯電凝集さ
せる工程であり、例えば正極性パルスストリーマ放電方
式を用いることや、高周波バリア放電方式を用いること
ができる。また、極板凝集工程とは、静電凝集工程の後
流にて、少なくとも一対の電極間に静電凝集した微粒子
を排ガスの流れに沿って流下させることによって、微粒
子を一方の電極上へ凝集させてから再飛散することを繰
り返し、微粒子の粒径もしくはその集合体の径をさらに
大きくする工程である。
電凝集工程と極板凝集工程とを含む排ガス中の微粒子凝
集方法を提供するものである。ここで静電凝集（帯電凝
集）工程とは、内燃機関からの排ガスの流れ方向に対し
て前流にて、該排ガス中に含まれる微粒子を帯電凝集さ
せる工程であり、例えば正極性パルスストリーマ放電方
式を用いることや、高周波バリア放電方式を用いること
ができる。また、極板凝集工程とは、静電凝集工程の後
流にて、少なくとも一対の電極間に静電凝集した微粒子
を排ガスの流れに沿って流下させることによって、微粒
子を一方の電極上へ凝集させてから再飛散することを繰
り返し、微粒子の粒径もしくはその集合体の径をさらに
大きくする工程である。
【０００７】また、本発明は排ガス中の微粒子除去方法
として、上記静電凝集工程と極板凝集工程の後流にて、
排ガスを旋回流として、排ガス中に含まれる微粒子成分
とガス成分とを遠心分離によって分離し、微粒子成分を
捕集する、微粒子除去工程をさらに含む方法を提供する
ものである。さらに、この微粒子除去工程の後流にて、
排ガス中に含まれている未回収の微粒子を捕捉して蓄積
するフィルターを用い、微粒子を吸着除去する工程をさ
らに含むことができる。
として、上記静電凝集工程と極板凝集工程の後流にて、
排ガスを旋回流として、排ガス中に含まれる微粒子成分
とガス成分とを遠心分離によって分離し、微粒子成分を
捕集する、微粒子除去工程をさらに含む方法を提供する
ものである。さらに、この微粒子除去工程の後流にて、
排ガス中に含まれている未回収の微粒子を捕捉して蓄積
するフィルターを用い、微粒子を吸着除去する工程をさ
らに含むことができる。
【０００８】また、本発明は、内燃機関からの排ガスの
流れ方向に対して前段にて、排ガス流路内の外壁部に設
けられる接地電極、および、該排ガス流路の中央部に設
けられる中心電極、を備えた静電凝集部と、静電凝集部
の後段にて、排ガス流路内に設けられる少なくとも一対
の電極面を備えた極板凝集部と、を有する排ガス中の微
粒子凝集装置をも提供するものである。かかる装置で
は、静電凝集部において、接地電極として排ガス流路内
の対向する外壁部にそれぞれ金属板が設けられていると
ともに、中心電極として該金属板と略平行にタングステ
ンワイヤ等の金属ワイヤからなる電極が配置されている
態様が挙げられる。また、同じく静電凝集部において、
前記接地電極として円筒状の排ガス流路内の外周に筒状
金属部が設けられているとともに、前記中心電極として
円筒状の中央部にタングステンワイヤもしくはステンレ
スボルト等からなる金属ワイヤもしくは外面が凹凸状の
金属棒（例えばボルト状金属棒）からなる電極が配置さ
れている態様も挙げられる。
流れ方向に対して前段にて、排ガス流路内の外壁部に設
けられる接地電極、および、該排ガス流路の中央部に設
けられる中心電極、を備えた静電凝集部と、静電凝集部
の後段にて、排ガス流路内に設けられる少なくとも一対
の電極面を備えた極板凝集部と、を有する排ガス中の微
粒子凝集装置をも提供するものである。かかる装置で
は、静電凝集部において、接地電極として排ガス流路内
の対向する外壁部にそれぞれ金属板が設けられていると
ともに、中心電極として該金属板と略平行にタングステ
ンワイヤ等の金属ワイヤからなる電極が配置されている
態様が挙げられる。また、同じく静電凝集部において、
前記接地電極として円筒状の排ガス流路内の外周に筒状
金属部が設けられているとともに、前記中心電極として
円筒状の中央部にタングステンワイヤもしくはステンレ
スボルト等からなる金属ワイヤもしくは外面が凹凸状の
金属棒（例えばボルト状金属棒）からなる電極が配置さ
れている態様も挙げられる。
【０００９】一方、微粒子凝集装置の極板凝集部におい
ては、例えば、排ガス流路内に設けられる少なくとも一
対の電極面が、２枚の金属板を外壁に沿って対向させて
配置されているとともに、一方の金属板が接地電極であ
り、他方の金属板が正極性電極である態様が挙げられ
る。また、同じく極板凝集部において、円筒状の排ガス
流路内に設けられる少なくとも一対の電極面が、外周に
設置した筒状金属からなる接地電極と、該円筒状の外周
と同軸円を形成してその内部に配置される正極性電極
と、の組み合わせからなる態様も好適に挙げられる。さ
らに本発明の微粒子凝集装置では、前記静電凝集部およ
び極板凝集部を、排ガス流路に平行に複数設置していて
もよい。
ては、例えば、排ガス流路内に設けられる少なくとも一
対の電極面が、２枚の金属板を外壁に沿って対向させて
配置されているとともに、一方の金属板が接地電極であ
り、他方の金属板が正極性電極である態様が挙げられ
る。また、同じく極板凝集部において、円筒状の排ガス
流路内に設けられる少なくとも一対の電極面が、外周に
設置した筒状金属からなる接地電極と、該円筒状の外周
と同軸円を形成してその内部に配置される正極性電極
と、の組み合わせからなる態様も好適に挙げられる。さ
らに本発明の微粒子凝集装置では、前記静電凝集部およ
び極板凝集部を、排ガス流路に平行に複数設置していて
もよい。
【００１０】本発明によれば、燃焼排ガス中に含まれる
黒鉛等の微粒子を効果的に凝集して、フィルターで回収
する前段にてサイクロン等で効率的に分離回収すること
ができる。よって、微粒子が詰まる等のフィルターへの
負荷が低減して、フィルターを用いての長時間の連続運
転が実現可能となる。
黒鉛等の微粒子を効果的に凝集して、フィルターで回収
する前段にてサイクロン等で効率的に分離回収すること
ができる。よって、微粒子が詰まる等のフィルターへの
負荷が低減して、フィルターを用いての長時間の連続運
転が実現可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】多孔質体フィルターに排ガス中の
黒鉛微粒子（すす成分、ＰＭ）を捕捉・回収させる前段
階としては、サイクロン等の遠心分離装置によって、排
ガス中の微粒子を分離回収して、微粒子量を低減する。
このサイクロンによる微粒子成分の分離捕集能力を向上
させるには、粒子を10μm程度まで凝集させる必要があ
る。本発明は、かかる微粒子の凝集を効率的に実施する
ものである。以下、本発明に係る方法について、添付図
面を参照しながら、その具体的な実施形態を説明する。
黒鉛微粒子（すす成分、ＰＭ）を捕捉・回収させる前段
階としては、サイクロン等の遠心分離装置によって、排
ガス中の微粒子を分離回収して、微粒子量を低減する。
このサイクロンによる微粒子成分の分離捕集能力を向上
させるには、粒子を10μm程度まで凝集させる必要があ
る。本発明は、かかる微粒子の凝集を効率的に実施する
ものである。以下、本発明に係る方法について、添付図
面を参照しながら、その具体的な実施形態を説明する。
【００１２】本発明では、大気圧非平衡プラズマを利用
し、(1)カーボン微粒子を帯電することによる放電空間
での静電凝集工程、(2)集塵電極上での凝集、再飛散の
繰り返しによる極板凝集工程、を組み合わせることによ
り、微粒子を大粒径化する。静電凝集工程は、大気圧下
のプラズマ存在下でカーボン等の微粒子を帯電すること
により行う。次いで、さらに電極上での凝集過程と、ガ
ス流れの剪断力によって極板表面から剥離して再飛散す
る過程と、を繰り返す、極板凝集工程によって、微粒子
の粒径あるいはその集合体の径を大きくする。このよう
な工程の組み合わせによって、カーボン等の微粒子を１
０μｍ以上にまで凝集させることができる。つまり、カ
ーボン粒子のような低抵抗ダストの場合、集塵電極上で
捕集しても、すぐに電荷を失うために、ガス流れにより
粒子が剥離し再飛散する。このような極板凝集と再飛散
とを繰り返すことによって、電極にいわゆるハイパスフ
ィルタのような作用を持たせるものである。
し、(1)カーボン微粒子を帯電することによる放電空間
での静電凝集工程、(2)集塵電極上での凝集、再飛散の
繰り返しによる極板凝集工程、を組み合わせることによ
り、微粒子を大粒径化する。静電凝集工程は、大気圧下
のプラズマ存在下でカーボン等の微粒子を帯電すること
により行う。次いで、さらに電極上での凝集過程と、ガ
ス流れの剪断力によって極板表面から剥離して再飛散す
る過程と、を繰り返す、極板凝集工程によって、微粒子
の粒径あるいはその集合体の径を大きくする。このよう
な工程の組み合わせによって、カーボン等の微粒子を１
０μｍ以上にまで凝集させることができる。つまり、カ
ーボン粒子のような低抵抗ダストの場合、集塵電極上で
捕集しても、すぐに電荷を失うために、ガス流れにより
粒子が剥離し再飛散する。このような極板凝集と再飛散
とを繰り返すことによって、電極にいわゆるハイパスフ
ィルタのような作用を持たせるものである。
【００１３】図１および図２に、本発明の微粒子凝集装
置の例を示す。本発明の装置は、前段の微粒子を帯電さ
せる静電凝集部と、後段の極板凝集部とから構成され
る。形状は、図１に示す直方体形状タイプ、あるいは、
図２に示す同心円筒形状タイプが好適に挙げられる。ま
た、これらを任意に組合せた構造も可能である。直方体
形状タイプでは、静電凝集部１０において、接地電極と
して排ガス流路内の対向する外壁部にそれぞれ金属板２
が設けられているとともに、中心電極として金属板２と
略平行にタングステンワイヤ１からなる電極が配置され
ている。極板凝集部１１においては、排ガス流路内に設
けられる一対の電極面が、２枚の金属板を外壁に沿って
対向させて配置されているとともに、一方の金属板２１
が接地電極であり、他方の金属板２２が正極性電極であ
る。同心円筒形状タイプでは、静電凝集部１０におい
て、接地電極として円筒状の排ガス流路内の外周である
外壁部に筒状金属部３１が設けられているとともに、中
心電極として円筒状の中央部にタングステンワイヤ１も
しくはステンレスボルトからなる電極が配置されてい
る。極板凝集部においては、円筒状の排ガス流路内に設
けられる一対の電極面が、外周である外壁部に筒状金属
を配置した接地電極４１、および、円筒状の外壁部と同
軸円を形成してその内部に配置される正極性電極４２か
ら構成されている。
置の例を示す。本発明の装置は、前段の微粒子を帯電さ
せる静電凝集部と、後段の極板凝集部とから構成され
る。形状は、図１に示す直方体形状タイプ、あるいは、
図２に示す同心円筒形状タイプが好適に挙げられる。ま
た、これらを任意に組合せた構造も可能である。直方体
形状タイプでは、静電凝集部１０において、接地電極と
して排ガス流路内の対向する外壁部にそれぞれ金属板２
が設けられているとともに、中心電極として金属板２と
略平行にタングステンワイヤ１からなる電極が配置され
ている。極板凝集部１１においては、排ガス流路内に設
けられる一対の電極面が、２枚の金属板を外壁に沿って
対向させて配置されているとともに、一方の金属板２１
が接地電極であり、他方の金属板２２が正極性電極であ
る。同心円筒形状タイプでは、静電凝集部１０におい
て、接地電極として円筒状の排ガス流路内の外周である
外壁部に筒状金属部３１が設けられているとともに、中
心電極として円筒状の中央部にタングステンワイヤ１も
しくはステンレスボルトからなる電極が配置されてい
る。極板凝集部においては、円筒状の排ガス流路内に設
けられる一対の電極面が、外周である外壁部に筒状金属
を配置した接地電極４１、および、円筒状の外壁部と同
軸円を形成してその内部に配置される正極性電極４２か
ら構成されている。
【００１４】次に、静電凝集工程における放電方式につ
いて説明する。大気圧非平衡プラズマを生成するため
に、コロナ放電の一種であるストリーマ放電を用いるこ
とができる。第一の形態としては、正極性パルスストリ
ーマ放電方式を挙げることができ、この方式では線状電
極に正バイアス電圧をパルス状に印加する。これは、DC
ストリーマと比較して、空間電荷による放電抑制がなく
効率が良いこと、および、負極性ストリーマの場合、線
状電極の近傍に生成される正イオンが放電の進行を抑制
し、放電が広がりにくいことによる。また、正極性とす
ることで、正電荷の微粒子を多数生成し、後段の極板凝
集の効果を増加できるものと考えられる。さらに、スト
リーマの進展とともに全路絶縁破壊となり対向電極を損
傷する前にパルスの時間を設定すれば、損傷を防ぐこと
ができる。損傷を完全に防止するならば、対向の接地電
極の前面をガラス等の絶縁体で覆い、バリア放電とする
処置を行うこともできる。
いて説明する。大気圧非平衡プラズマを生成するため
に、コロナ放電の一種であるストリーマ放電を用いるこ
とができる。第一の形態としては、正極性パルスストリ
ーマ放電方式を挙げることができ、この方式では線状電
極に正バイアス電圧をパルス状に印加する。これは、DC
ストリーマと比較して、空間電荷による放電抑制がなく
効率が良いこと、および、負極性ストリーマの場合、線
状電極の近傍に生成される正イオンが放電の進行を抑制
し、放電が広がりにくいことによる。また、正極性とす
ることで、正電荷の微粒子を多数生成し、後段の極板凝
集の効果を増加できるものと考えられる。さらに、スト
リーマの進展とともに全路絶縁破壊となり対向電極を損
傷する前にパルスの時間を設定すれば、損傷を防ぐこと
ができる。損傷を完全に防止するならば、対向の接地電
極の前面をガラス等の絶縁体で覆い、バリア放電とする
処置を行うこともできる。
【００１５】パルスストリーマ放電方式の場合、例え
ば、図１に示す直方体形状タイプの装置においては、排
ガス流路内の両側には金属板２が設けられており、２枚
の金属板の中央部分には、タングステンワイヤ１等の中
心電極が備えられる。金属板と中心電極の間には、高電
圧が印加される。パルス高電圧は、火花ギャップスイッ
チにより高電圧で充電したコンデンサを負荷に接続して
発生させる。電圧立上がり時間が短いほど、電流および
発光強度が大きくなり、放電の発光領域も広範囲とな
る。時間幅の短いパルス電圧を発生するには、コンデン
サとインダクタンスを組み合わせたパルス伝送回路を用
い、その過渡現象を利用する方法などがあり、パルス電
力伝達効率を高めるには電源回路と負荷とのインピーダ
ンスマッチングを考慮することが重要になる。また、火
花ギャップスイッチを加圧することも電力伝達効率を高
めるために有効である。
ば、図１に示す直方体形状タイプの装置においては、排
ガス流路内の両側には金属板２が設けられており、２枚
の金属板の中央部分には、タングステンワイヤ１等の中
心電極が備えられる。金属板と中心電極の間には、高電
圧が印加される。パルス高電圧は、火花ギャップスイッ
チにより高電圧で充電したコンデンサを負荷に接続して
発生させる。電圧立上がり時間が短いほど、電流および
発光強度が大きくなり、放電の発光領域も広範囲とな
る。時間幅の短いパルス電圧を発生するには、コンデン
サとインダクタンスを組み合わせたパルス伝送回路を用
い、その過渡現象を利用する方法などがあり、パルス電
力伝達効率を高めるには電源回路と負荷とのインピーダ
ンスマッチングを考慮することが重要になる。また、火
花ギャップスイッチを加圧することも電力伝達効率を高
めるために有効である。
【００１６】第二の形態としては、50Hz程度の高周波バ
リア放電方式を挙げることができる。この場合、微粒子
はバルクプラズマ中を通過することで、正負に帯電する
ことになるので、空間中での静電凝集は加速される。一
方、後段の極板凝集では、両方の極板に集塵されるため
に、極板凝集の繰り返しの効果は上記正極性パルススト
リーマの場合とは異なることが考えられる。
リア放電方式を挙げることができる。この場合、微粒子
はバルクプラズマ中を通過することで、正負に帯電する
ことになるので、空間中での静電凝集は加速される。一
方、後段の極板凝集では、両方の極板に集塵されるため
に、極板凝集の繰り返しの効果は上記正極性パルススト
リーマの場合とは異なることが考えられる。
【００１７】高周波バリア放電方式の場合、例えば、図
１に示すような直方体形状タイプの装置においては、排
ガス流路内の両側には、金属板２が設けられており、そ
の中央部分にはタングステンワイヤ１等の中心電極が備
えられる。この間に高電圧が印加されるとともに、この
間にはガラス等の絶縁体からなる板が設置される。ま
た、図２に示すような同心円筒タイプの装置において
は、排ガス流路内の中心部分には、タングステンワイヤ
１等の中心電極が備えられ、その外周にはガラス等の絶
縁体が取り巻いており、さらにその外周に電極３１が設
けられる。
１に示すような直方体形状タイプの装置においては、排
ガス流路内の両側には、金属板２が設けられており、そ
の中央部分にはタングステンワイヤ１等の中心電極が備
えられる。この間に高電圧が印加されるとともに、この
間にはガラス等の絶縁体からなる板が設置される。ま
た、図２に示すような同心円筒タイプの装置において
は、排ガス流路内の中心部分には、タングステンワイヤ
１等の中心電極が備えられ、その外周にはガラス等の絶
縁体が取り巻いており、さらにその外周に電極３１が設
けられる。
【００１８】正極性ストリーマ放電方式の場合、排ガス
中に含まれる微粒子は放電部を通過する際に、正に荷電
される。ストリーマ中に存在する多数の正イオンが微粒
子表面に捕捉されることにより、多くは正電荷を持った
微粒子となる。これらの微粒子は主に電荷量の相違によ
る静電凝集(ヘテロ凝集)により、同電荷でありながらポ
テンシャル障壁が低下し凝集する。また、一部電子付着
により負に帯電したものも存在すると考えられるので、
これらとの静電凝集も起こる。一方、高周波バリア放電
の場合、通過する微粒子は、正負両極性に荷電される。
負に帯電したものは電子付着、正に帯電したものは二次
電子放出によるものや正イオンの衝突荷電である。粒径
が10nm程度では、正負の極性を行き来するフリップフロ
ップ的に変化する現象が現れ、粒径100nm〜1μmへの微
粒子の急速凝集の要因になると考えられる。このことか
ら、高周波バリア放電方式の方が帯電・凝集部の後部で
の微粒子の粒径が大きい可能性がある。これらいずれの
方式を用いる場合においても、前段部での静電凝集を行
った微粒子は、後段部の極板凝集部へと送られて、約10
μm以上の粒径になるように更なる大径化が行われる。
中に含まれる微粒子は放電部を通過する際に、正に荷電
される。ストリーマ中に存在する多数の正イオンが微粒
子表面に捕捉されることにより、多くは正電荷を持った
微粒子となる。これらの微粒子は主に電荷量の相違によ
る静電凝集(ヘテロ凝集)により、同電荷でありながらポ
テンシャル障壁が低下し凝集する。また、一部電子付着
により負に帯電したものも存在すると考えられるので、
これらとの静電凝集も起こる。一方、高周波バリア放電
の場合、通過する微粒子は、正負両極性に荷電される。
負に帯電したものは電子付着、正に帯電したものは二次
電子放出によるものや正イオンの衝突荷電である。粒径
が10nm程度では、正負の極性を行き来するフリップフロ
ップ的に変化する現象が現れ、粒径100nm〜1μmへの微
粒子の急速凝集の要因になると考えられる。このことか
ら、高周波バリア放電方式の方が帯電・凝集部の後部で
の微粒子の粒径が大きい可能性がある。これらいずれの
方式を用いる場合においても、前段部での静電凝集を行
った微粒子は、後段部の極板凝集部へと送られて、約10
μm以上の粒径になるように更なる大径化が行われる。
【００１９】次に、極板凝集工程について説明する。図
３に、微粒子の凝集過程を模式的に示す。静電凝集部を
通過後の微粒子を極板凝集部の中を通過させることで、
累積的な極板凝集により微粒子は大粒径化する。前述し
たようにカーボン粒子のような低抵抗ダストは集塵器内
で再飛散しやすく、粒径の大きい粒子の集塵性能が劣化
する。これは図３に示すように極板凝集と飛散を繰り返
すことによると考えられる。ストリーマ放電中で正帯電
した微粒子は、接地電極に捕集される。次々と飛来する
正電荷の微粒子は接地電極に堆積し、そこで凝集する。
極板上で成長した微粒子はガス流れに起因する剥離力が
極板との付着力を上回ると、ガス流れの中に戻り、再飛
散する。この際、再飛散粒子は静電誘導により接地電極
と同極性に帯電し、極板間の電界により今度は正極性電
極上に捕集される。正極性電極上の粒子も極板凝集し、
また剥離して接地電極に捕集される。この動作を繰り返
すことで、粒子の粒径が大きくなり、やがてガス流れと
ともに系外へ放出される。前段に高周波バリア放電を用
いた場合、後段の集塵部では、正極性・接地電極双方に
微粒子が捕集される。この場合も原理的には上記と同様
な極板凝集と飛散を繰り返す。このように、上記した静
電凝集工程と極板凝集工程の２段の凝集作用を組み合わ
せることにより、後段のサイクロン等で捕集可能な粒径
以上のカーボン粒子のみを、凝集装置後流に放出させる
ことが可能となる。
３に、微粒子の凝集過程を模式的に示す。静電凝集部を
通過後の微粒子を極板凝集部の中を通過させることで、
累積的な極板凝集により微粒子は大粒径化する。前述し
たようにカーボン粒子のような低抵抗ダストは集塵器内
で再飛散しやすく、粒径の大きい粒子の集塵性能が劣化
する。これは図３に示すように極板凝集と飛散を繰り返
すことによると考えられる。ストリーマ放電中で正帯電
した微粒子は、接地電極に捕集される。次々と飛来する
正電荷の微粒子は接地電極に堆積し、そこで凝集する。
極板上で成長した微粒子はガス流れに起因する剥離力が
極板との付着力を上回ると、ガス流れの中に戻り、再飛
散する。この際、再飛散粒子は静電誘導により接地電極
と同極性に帯電し、極板間の電界により今度は正極性電
極上に捕集される。正極性電極上の粒子も極板凝集し、
また剥離して接地電極に捕集される。この動作を繰り返
すことで、粒子の粒径が大きくなり、やがてガス流れと
ともに系外へ放出される。前段に高周波バリア放電を用
いた場合、後段の集塵部では、正極性・接地電極双方に
微粒子が捕集される。この場合も原理的には上記と同様
な極板凝集と飛散を繰り返す。このように、上記した静
電凝集工程と極板凝集工程の２段の凝集作用を組み合わ
せることにより、後段のサイクロン等で捕集可能な粒径
以上のカーボン粒子のみを、凝集装置後流に放出させる
ことが可能となる。
【００２０】静電凝集工程と極板凝集工程の後流では、
通常、凝集した微粒子を含む排ガスを旋回流として、排
ガス中に含まれる微粒子成分とガス成分とを遠心分離に
よって分離し、微粒子成分を捕集する、微粒子除去工程
を実施する。この微粒子除去工程は、例えばサイクロン
集塵器などによって好適に行うことができる。ここで用
いられるサイクロンは遠心分離装置の一種であり、排ガ
ス中の微粒子は円錐状の内部を回転しながら、重い粒子
成分は重力でサイクロン下部へ溜まっていき、軽い成分
（ガス等）は上部の配管から外部に排出される。上記し
た静電凝集装置においては、得られる印加電圧の大きさ
のもとで放電可能な電圧を印加する電極と接地電極の距
離が存在する。すなわち、静電凝集装置のガスが流れる
ために開口部の断面積が上記距離によって決まる。ま
た、後流の極板凝集装置におていも、微粒子の得られる
印加電圧の大きさにより電極間の電界強度が決まり、微
粒子の再飛散距離が変わるので、適当な再飛散距離を得
ようとする場合、電極間距離、すなわち装置の開口部の
断面積が規定される場合がある。このような場合、所望
のガス流速においても不要な圧損を生じさせないために
は、多気筒型微粒子凝集装置にすることが好ましい。多
気筒型微粒子凝集装置では、前記静電凝集部および極板
凝集部を束ねてガス流路と平行に複数設置し、ガス流路
の断面積を所望の大きさにすればよい。具体的には、例
えば図４に示すように断面が直方形の微粒子凝集部１０
１を４つ束ねて、４気筒型にした多気筒型微粒子凝集装
置２０１が挙げられる。
通常、凝集した微粒子を含む排ガスを旋回流として、排
ガス中に含まれる微粒子成分とガス成分とを遠心分離に
よって分離し、微粒子成分を捕集する、微粒子除去工程
を実施する。この微粒子除去工程は、例えばサイクロン
集塵器などによって好適に行うことができる。ここで用
いられるサイクロンは遠心分離装置の一種であり、排ガ
ス中の微粒子は円錐状の内部を回転しながら、重い粒子
成分は重力でサイクロン下部へ溜まっていき、軽い成分
（ガス等）は上部の配管から外部に排出される。上記し
た静電凝集装置においては、得られる印加電圧の大きさ
のもとで放電可能な電圧を印加する電極と接地電極の距
離が存在する。すなわち、静電凝集装置のガスが流れる
ために開口部の断面積が上記距離によって決まる。ま
た、後流の極板凝集装置におていも、微粒子の得られる
印加電圧の大きさにより電極間の電界強度が決まり、微
粒子の再飛散距離が変わるので、適当な再飛散距離を得
ようとする場合、電極間距離、すなわち装置の開口部の
断面積が規定される場合がある。このような場合、所望
のガス流速においても不要な圧損を生じさせないために
は、多気筒型微粒子凝集装置にすることが好ましい。多
気筒型微粒子凝集装置では、前記静電凝集部および極板
凝集部を束ねてガス流路と平行に複数設置し、ガス流路
の断面積を所望の大きさにすればよい。具体的には、例
えば図４に示すように断面が直方形の微粒子凝集部１０
１を４つ束ねて、４気筒型にした多気筒型微粒子凝集装
置２０１が挙げられる。
【００２１】また、この微粒子除去工程の後流において
は、通常、排ガス中に含まれている未回収の微粒子を完
全に捕捉して蓄積するフィルターを用い、さらに微粒子
を吸着除去する工程を行う。すなわち、上記静電凝集工
程と極板凝集工程の組み合わせによっても、凝集を行わ
ずに、微粒子のままで存在するものはサイクロン等によ
って分離除去できずに、後流に流れてくる。本工程にお
いては、フィルターを用いて、このような排ガス中の未
回収微粒子を吸着除去・回収するものである。
は、通常、排ガス中に含まれている未回収の微粒子を完
全に捕捉して蓄積するフィルターを用い、さらに微粒子
を吸着除去する工程を行う。すなわち、上記静電凝集工
程と極板凝集工程の組み合わせによっても、凝集を行わ
ずに、微粒子のままで存在するものはサイクロン等によ
って分離除去できずに、後流に流れてくる。本工程にお
いては、フィルターを用いて、このような排ガス中の未
回収微粒子を吸着除去・回収するものである。
【００２２】フィルターの材料としては、例えばコージ
ュライト、シリカ、アルミナ等が用いられる。本発明で
は、サイクロンまでの前段で一定以上の大きさを有する
微粒子を除去しているので、フィルターの細孔径は、例
えば約50μｍ〜200μｍ程度のものを用いることが好ま
しく、これによって排ガス中の大部分の微粒子を除去す
ることができる。なお、このフィルター部には、黒鉛微
粒子をより完全に捕集する観点から、２以上の異なる細
孔径を有するフィルターを組合せて用いても良い。フィ
ルターを組み合わせる場合、大きめの微粒子は前段でト
ラップし、後段になるに従い、徐々に大きさの異なる小
さな粒子が捕捉することによって、フィルター部での急
激な詰まりが生じ難くすることもできる。フィルターの
形状は特に限定されるものではなく、各装置における排
ガス流路の形状によって任意に定めることができるが、
例えば円柱状のフィルター等を用いることができる。
ュライト、シリカ、アルミナ等が用いられる。本発明で
は、サイクロンまでの前段で一定以上の大きさを有する
微粒子を除去しているので、フィルターの細孔径は、例
えば約50μｍ〜200μｍ程度のものを用いることが好ま
しく、これによって排ガス中の大部分の微粒子を除去す
ることができる。なお、このフィルター部には、黒鉛微
粒子をより完全に捕集する観点から、２以上の異なる細
孔径を有するフィルターを組合せて用いても良い。フィ
ルターを組み合わせる場合、大きめの微粒子は前段でト
ラップし、後段になるに従い、徐々に大きさの異なる小
さな粒子が捕捉することによって、フィルター部での急
激な詰まりが生じ難くすることもできる。フィルターの
形状は特に限定されるものではなく、各装置における排
ガス流路の形状によって任意に定めることができるが、
例えば円柱状のフィルター等を用いることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の方法によれば、内燃機関の排ガ
ス中に含まれる黒鉛等の微粒子を効率よく凝集すること
が可能であり、粒径を約10μm以上に大径化することに
より、後流に設けられるサイクロン等の分離装置で効果
的に微粒子を分離回収することができる。そして、サイ
クロンの後流にフィルターを設置する場合には、その前
段で効果的な微粒子除去が行われているので、微粒子に
よる閉塞等のフィルターへの負荷が大幅に低減して、フ
ィルターを用いての長時間の連続運転が実現可能とな
る。
ス中に含まれる黒鉛等の微粒子を効率よく凝集すること
が可能であり、粒径を約10μm以上に大径化することに
より、後流に設けられるサイクロン等の分離装置で効果
的に微粒子を分離回収することができる。そして、サイ
クロンの後流にフィルターを設置する場合には、その前
段で効果的な微粒子除去が行われているので、微粒子に
よる閉塞等のフィルターへの負荷が大幅に低減して、フ
ィルターを用いての長時間の連続運転が実現可能とな
る。
【図１】本発明の微粒子凝集装置の一例である直方体形
状の装置構成を示す斜視図である。
状の装置構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の微粒子凝集装置の一例である同心円筒
形状の装置構成を示す斜視図である。
形状の装置構成を示す斜視図である。
【図３】本発明における(a)静電凝集工程における放
電、(b)静電凝集、(c)極板凝集を順に示した模式図であ
る。
電、(b)静電凝集、(c)極板凝集を順に示した模式図であ
る。
【図４】本発明の微粒子凝集装置の一例である多気筒型
微粒子凝集装置を示す斜視図である。
微粒子凝集装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ タングステンワイヤ
２ 金属板（電極）
３ ＤＣ電源
４ ＤＣパルス
１０ 静電凝集部
１１ 極板凝集部
１０１ 単気筒型微粒子凝集装置（微粒子凝集部）
２０１ 多気筒型微粒子凝集装置
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ０１Ｊ 19/08 Ｂ０１Ｊ 19/08 Ｅ
(72)発明者 牟田 研二
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
(72)発明者 茂中 俊明
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
Ｆターム(参考） 3G090 AA02 AA04 AA06 BA08
4G075 AA27 AA37 BB08 CA14 CA18
CA25 CA47 DA02 EC21 EE02
EE04 EE07 EE12 FA05 FB02
Claims (11)
- 【請求項１】 内燃機関からの排ガスの流れ方向に対し
て前流にて、該排ガス中に含まれる微粒子を帯電凝集さ
せる、静電凝集工程と、 該静電凝集工程の後流にて、少なくとも一対の電極間に
静電凝集した微粒子を排ガスの流れに沿って流下させる
ことによって、該微粒子を一方の電極上へ凝集させてか
ら再飛散することを繰り返し、微粒子の粒径もしくはそ
の集合体の径を大きくする、極板凝集工程と、を含むこ
とを特徴とする排ガス中の微粒子凝集方法。 - 【請求項２】 前記静電凝集工程において、正極性パル
スストリーマ放電方式を用いることを特徴とする請求項
１に記載の排ガス中の微粒子凝集方法。 - 【請求項３】 前記静電凝集工程において、高周波バリ
ア放電方式を用いることを特徴とする請求項１に記載の
排ガス中の微粒子凝集方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の静電凝集工程と極板凝
集工程の後流にて、前記排ガスを旋回流として、排ガス
中に含まれる微粒子成分とガス成分とを遠心分離によっ
て分離し、微粒子成分を捕集する、微粒子除去工程をさ
らに含むことを特徴とする排ガス中の微粒子除去方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の微粒子除去工程の後流
にて、 前記排ガス中に含まれている未回収の微粒子を捕捉して
蓄積するフィルターを用い、微粒子を吸着除去する工程
をさらに含むことを特徴とする排ガス中の微粒子除去方
法。 - 【請求項６】 内燃機関からの排ガスの流れ方向に対し
て前段にて、排ガス流路内の外壁部に設けられる接地電
極、および、該排ガス流路の中央部に設けられる中心電
極、を備えた静電凝集部と、 該静電凝集部の後段にて、排ガス流路内に設けられる少
なくとも一対の電極面を備えた極板凝集部と、を有する
ことを特徴とする排ガス中の微粒子凝集装置。 - 【請求項７】 前記静電凝集部において、前記接地電極
として排ガス流路内の対向する外壁部にそれぞれ金属板
が設けられているとともに、前記中心電極として該金属
板と略平行に金属ワイヤからなる電極が配置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の排ガス中の微粒子凝
集装置。 - 【請求項８】 前記静電凝集部において、前記接地電極
として円筒状の排ガス流路内の外周に筒状金属部が設け
られているとともに、前記中心電極として円筒状の中央
部に金属ワイヤもしくは外面が凹凸状の金属棒からなる
電極が配置されていることを特徴とする請求項６に記載
の排ガス中の微粒子凝集装置。 - 【請求項９】 前記極板凝集部において、少なくとも該
一対の電極面として、２枚の金属板を外壁に沿って対向
させて配置するとともに、一方の金属板が接地電極であ
り、他方の金属板が正極性電極であることを特徴とする
請求項６に記載の排ガス中の微粒子凝集装置。 - 【請求項１０】 前記極板凝集部において、円筒状の排
ガス流路内に設けられる少なくとも一対の電極面が、外
周に設置した筒状金属からなる接地電極と、該円筒状の
外周と同軸円を形成してその内部に配置される正極性電
極と、の組み合わせからなることを特徴とする請求項６
に記載の排ガス中の微粒子凝集装置。 - 【請求項１１】 前記静電凝集部および極板凝集部が、
排ガス流路に平行に複数設置されていることを特徴とす
る請求項６に記載の排ガス中の微粒子凝集装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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