JPH02241559A - 排気または煙道ガスから微粒子を減少せしめる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ス煙道ガスから微粒子を除去するシステムに関する。さ
らに詳細には、本発明はディーゼルエンジンの排気また
は軽油、これよりも重質の油、さらには芳香族化合物成
分が混じった重質油の燃焼を伴なうすべての場合（熱発
生プラント、可搬式発電機、大規模発電所など）または
石炭の燃焼で発生する煙道ガスから微粒子が放出される
のをなくすかまたは少なくとも大きく減少せしめるシス
テムに関する。

本明細書における記述を簡略にするために以下において
はディーゼルエンジンについてのみ例示することとする
が、これから述べるポイントおよび結論は他の場合にお
いても等しく適用され得るものである。

約１０個の炭素を有する分子または単純な芳香族化合物
分子から始まる炭化水素の燃焼は、たとえばＣｏ．　Ｃ
Ｏ２およびＨ．０のような通常の燃焼生成物ばかりでな
く、たとえば未燃焼有機化合物、す＼および窒素酸化物
のような生成物をも発生せしめる。

排気ガスの組成は燃焼に用いられた空気の量に依存して
可成り変化するものである。しかしながら、良好なプロ
セス収率を得るためにはくすなわち充分な動力を得るた
めには）、空気−燃料比をおおよそ一定の値に固定する
こととなるが、このような値の下では微粒子の放出を回
避することがむずかしい。

このことは自動車のディーゼルエンジンの場合には観察
者にとって特に明かにわかる現象となって生じ、著しい
大気汚染であるとか健康上甚だ有害であるとかの非難を
あびることとなる。

総括的に云えば、このような非難は根拠のないものであ
る。事実、ガソリンエンジンに較べるとディーゼルエン
ジンは、発生する一酸化炭素（一酸化炭素は血液の酸素
交換機能を阻害するので強力な毒物である）の量は４な
いし６分の１であり、未燃炭化水素（これは高い発癌性
を有する）の量は大略半分であり、窒素酸化物（これは
酸性雨に関係する）の量も約半分である。

しかしながら、ディーゼルエンジンでは炭素粒子（これ
は長期間にわたると気管支炎やその他の胸部疾患を生せ
しめる）を４０倍も放出すると共に、二酸化硫黄（これ
も酸性雨の原因となるが、ガソリンで行なったのと同様
にディーゼル燃料も脱硫すればなくすことができる）も
放出する。

また、す＼は未燃炭化水素を吸着してこの発癌性物質の
媒介体として作用することも注目すべきである。

要約するに、軽油、燃料油およびその類似物の燃焼で生
じたす＼は極度に不快なもので、その大気放出は全くな
くすかまたは少なくとも大きく減少せしめなければなら
ないことは疑いないのである。

炭化水素の燃焼によって生ずる微粒子の量を成る程度減
少せしめることは、電子装置によって燃焼を調節するこ
とで達成せしめ得る。しかしながらこの調節は約２０％
だけ煙の等級を減する。この減少率は多くの場合不充分
である。この問題を解決するために今迄多くの努力がな
されて来た。

数多くの特許（たとえば特開昭６３−　２３２８１７号
、ヨーロッパ特許第２８３，２４０号、同第１１４，６
９６号、米国特許第４，６２２，８１０号、同第４．６
０４，８６８号、同第４５７１、９３８号など）では、
微粒子を機械的に捕捉できる様々な種類のセラミックフ
ィルタを用いている。

これらのセラミックフィルタは、たとえば特別のバーナ
で生成した熱ガスを利用する燃焼により、または予熱空
気流により周期的に再生せしめ得るものである。このよ
うなフィルタには屡々燃焼を容易にするためにたとえば
白金のような触媒を含有せしめておく。

このようにすることにより、微粒子の量は大きく減少す
るが、セラミックフィルタのコスト高であることおよび
こわれ易いものであること、さらには触媒がコスト高で
あることおよび劣化し易いものであることなどがこのよ
うなフィルタの使用、ことに自動車用としての使用を非
経済的なものとしていたのである。

米国特許第４，７４１，７４６号では、ディーゼルエン
ジン排気ガス中の炭素微粒子を沈降せしめるのにコロナ
放電をなす静電沈降器を用いることを提案している。

米国特許第４，５８７，８０８号もまたディーゼルエン
ジン関係のものであり、分子解離器の使用を提案してい
る。この分子解離器は１５０ＫＶにも及ぶ電圧で、ＣＣ
０１ＣｏおよびＮＯｘ分子の解離を生じさせ、未燃炭化
水素を構成元素に解離させ、次いでこのようにして生成
した炭素微粒子を、既に排気中に存在する炭素微粒子と
共に除去するのである。

しかしながら、運輸により生ずる空気汚染に関する１９
８７年パリ会議において、工業に由来するシステムを自
動車に装備すると、その有効性はうたがわしくなり（サ
イクロンの場合）、またその大きさが大きすぎ、さらに
はその機構が禁止的に複雑なものとなる（静電分離器の
場合）ことが報告されている（ポリ二一ジョンアトモス
フエリク、１９８７年１２月特別号、第２６８−２８５
頁参照）。

上述のことから、寸法が限られている場合（たとえば自
動車用ディーゼルエンジンなどまたは家庭用熱プラント
の場合）には、炭化水素の燃焼で生ずる排気ガス中の煙
の成分の減少に関係する技術的問題および経済的問題は
解決から遠くかけ離れている段階にあることは明らかで
ある。

本発明の目的は、炭化水素の燃焼に起因する排気ガス中
の微粒子を著しく減少せしめる構造簡易で費用がかから
ずコンパクトな装置を提供すると共に、分離したす＼の
除去のために用いる手段が簡単であるシステムを提供す
ることによって上述の諸欠点を解決することにある。

本発明によれば、高電圧発生器、す＼の静電分離手段お
よび集めたす＼の除去手段の３つの手段の組合せを化石
燃料燃焼システムの排気または煙道ガスパイプ内に設け
たことを特徴とするダスト除去システムが提供される。

前記す＼の静電分離手段は排気または煙道ガスが流れる
ところに少なくとも１対の導体を配設し、これら導体の
それぞれを前記高電圧発生器の端子のひとつに適宜接続
し、一方の導体を他方の導体の極性とは逆の極性の電荷
を与えるのである。

上述とは異なり、前記導体を、他方の導体とは適宜絶縁
されかつ他方の電極の方向を向いた少なくともひとつの
点を有する一方の導体から成るものとすることができる
。

さらに他の実施例においては、これら導体の一方を導管
の内面で形成せしめ、他方をこの導管の軸線に沿って配
設されこの導管から適宜絶縁された細長い導体とするこ
とができる。

前記す−を除去する手段は、排気ガス自体または空気の
効果によって微粒子の温度を上昇せしめて燃焼せしめる
手段から成るものとすることができる。集められたす＼
はまたシステムから外して清掃できる切替可能または取
替可能な手段を用いることによって除去することができ
る。またこのためには場合によっては既知手段を採用す
ることができる。

集めた微粒子の温度を上昇せしめる手段としては、酸化
成分に富んだ熱ガスを微粒子に供給する小型の補助バー
ナの形か、排気ガスまたは空気またはこれらの混合気の
流れの中で微粒子を加熱する電気ヒータの形とすること
ができる。

煙突、スモークスタックや成る種の商業車におけるエフ
ジーストのように排気ガスまたは煙道ガスの管路が垂直
に延在している場合においては、ダスト除去手段は微粒
子除去システムの最下部でガスが垂直管路に入る地点に
配置した集収トラッブから成るものとすることができる
。この実収トラップにおける微粒子の集収は適宜システ
ムたとえば燃焼プロセスまたはガス流れの中断中に作動
せしめられる振動機の使用によって容易に行なわれる。

本発明の別の実施例においては、排気／煙道管路から分
離せしめ得るす＼容器としても機能する適宜寸法の微粒
子除去システムを用いて、この容器をひんばんに取外し
て交換し、清掃して再使用することができるようにして
いる。

以下本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて詳述する。

第１図において、鋼（好適にはステンレス鋼）の排気ま
たは煙道ガスパイプ１は、微粒子除去システムの導体の
ひとつとしても機能するもので、図示してない高電圧発
生器の正極に接続しである。

排気ガスは導管９から入来する。高電圧発生器の他方の
電極に接続した他方の導体は絶縁体８を通ってパイプ１
に入れてあり、このパイプ１の軸線に沿って延びその若
干の距離にわたって絶縁体３で部分的に絶縁されている
。導体２の自由端部は適宜の絶縁体４で支持されている
。この絶縁体４はパイプ１と導体２との間に設置された
間隔を隔てた小さい棒の形としたものである。パイプ１
はまた外部ヒータ５と、導管６と、スパーク放電プラグ
またはグロー放電プラグｌＯを有する。

作動においては、排気ガスは導管９からパイプ１内に供
給され、図面で右から左へと流れる。ともに高電圧発生
器の端子に接続された導体２とパイプ１との間のスペー
スＳでは、炭素粒子は電荷を与えられてパイプ１の内壁
へと引き付けられ、ここで放電し沈積して堆積７を形成
する。

この堆積が成る厚さに達する、すなわち導体１の全体内
での炭素の形成によって導体１および２が互いに充分に
絶縁され得ない段階に達すると、導体間の電圧が落ち、
場合によってはこの電圧の降下が全く著しくなる。

この時点において、電気抵抗の形とすることができるヒ
ータ５を作動せしめ、およびまたはグロー放電またはス
パーク放電プラグｌＯのスイッチを投入し、およびまた
は補助バーナからの非常に熱いガスまたは空気を吹き入
れるのである。個別または少なくともひとつを他のもの
に関連せしめたこれらの作動は、炭素の堆積７の温度を
これが燃焼するおおよそ４００℃ないし５５０℃の範囲
の温度に上昇せしめるように設計されている。

これらの作動を容易にするために、少なくとも前述のパ
イプ１をふたつ並列に設置してあり、これらのパイプの
少なくともひとつです＼を排気ガス中から分離している
間に、他のパイプの少なくともひとつにおいては溜まっ
ているダストを除去するのである。このようにしてこれ
らのパイプのそれぞれは交互にす＼分離および除去をく
り返えすのである。

所望の機能の選択およびひとつのパイプから他のパイプ
へ排気ガスを移す弁の操作は、好適には、特別のプロー
ブから情報を受は取るようにしたマイクロプロセッサま
たはタイマによって自動的に制御されるようにすること
ができる。

第１図と同じ部分には同じ符号を付して示す第２図にお
いて、パイプ１は排気パイプ１１の端部部分を形成して
いる。すなわちパイプ１はたとえばバヨネット型の取付
具の形とすることができる継手１２によって排気バイブ
１１に接続されている。

この第２図に示す装置はす＼分離に関しては全く第１図
の実施例について記述したのと同じである。ここでも少
なくともふたつのパイプを並置して、排気ガスを交互に
ひとつのパイプのみに通すようにすることができる。ま
たはこれらのパイプをふたつ以上並置して、これらのパ
イプの若干側のみをす＼分離工程に置くようにしてもよ
い。

第２図の配置において、−旦沈積したす＼の層が予じめ
定めた厚さに達すると、パイプｌは清掃のため排気バイ
ブ１１から切り離されて他の既に清掃されているパイプ
１と置き換えられる。

試験の結果、排気／煙道ガスの微粒子成分を少なくとも
５０％容易に減少せしめることができることがわかった
。

別の実施例によれば排気ガスの流を中断せしめることも
なく空気をパイプ１へと送給した。

このようにすることにより、ひとつ以上の導管を並設す
ることの面倒をさけ、かつ振動、衝撃またはこれらと類
似のことによって排気パイプから固まりとしてず＼が形
成されることを回避することが可能となる。

本発明は３８６０ｃｃのディーゼルエンジンおよび１５
００ｒｐｍにおいて４０ＫＷの定格出力を有する発電機
から成るディーゼル方式における排気システムで試験を
行なった。

す＼分離装置は、１本または２本の長さ１０００ｍｍ。

内径１５０　ｍｍの鋼製シリンダ（２本は同時または交
互に作動せしめるように並列に配設した）に直径１５關
の鋼棒を軸心に設置したものであった。

３０ＫＶ、　０．５ｍＡの電圧を外側のシリンダと軸心
の鋼棒との間に印加した。各試験は１時間ずつ５００リ
ツトルのサンプルガスを連続的に通して行なった。試験
装置を通ったサンプルガスは多孔性フィルタを通し、こ
こで得られた微粒子を秤量した。

結果は次の表のとおりである。

沈積したす＼は、４９０℃の空気流を、分離した導管内
に流すことによって急速に焼き飛した。

排気ガスが空気に富んだものであれば、す＼は分離過程
中に燃えつきる。パーセンティジストリップ数は１２な
いし１３ボンド改善された。

以上本発明をその好適な実施例について詳述したが、本
発明はその精神を逸脱しないで幾多の変化変形をなし得
ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の断面図、第２図は排気／煙
道ガスシステムの残りの部分から取外すことができる微
粒子除去部分の断面図である。 １・・排気または煙道ガスパイプ、２・・導体、３．４
・・絶縁体、５・・外部ヒータ、６・・導管、７・・堆
積、８・・絶縁体、９・・導管、ｌＯ・・スパーク放電
またはグロー放電プラグ、１１・・排気パイプ、１２・
・継手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　化石燃料の燃焼により生ずる排気または煙道ガスか
   ら微粒子を減少せしめる装置において、この排気または
   煙道ガスを通すパイプ中に高電圧発生器と微粒子を静電
   的に分離する手段と、集めた微粒子を除去する手段とを
   配設し、前記微粒子を静電的に分離する手段を、排気お
   よび煙道ガスを間に通す少なくとも１対の導体から成る
   ものとし、これら導体のそれぞれを前記高電圧発生器の
   端子のそれぞれに接続したことを特徴とする装置。 ２　請求項１記載の装置において、前記１対の導体が互
   いに絶縁された導管内のふたつの対向する壁から成るこ
   とを特徴とする装置。 ３　請求項１記載の装置において、前記１対の導体の一
   方が他方の導体に向う少なくともひとつの尖端を有し、
   この他方の導体はこれから電気的に絶縁された一方の導
   体の前に延在する壁から成ることを特徴とする装置。 ４　請求項１記載の装置において、前記１対の導体の一
   方がひとつの導管の内面から成り、これから絶縁された
   他方の導体が前記導管の軸線に沿って延びる細長い導体
   であることを特徴とする装置。 ５　請求項１記載の装置において、前記微粒子を除去す
   る手段が、微粒子の温度を高めて、空気に富んだ排気ガ
   ス自体または空気の助力によって燃焼せしめる手段から
   成ることを特徴とする装置。 ６　請求項１記載の装置において、前記微粒子を除去す
   る手段が、清掃しようとする装置から取外せ、清掃ずみ
   の同様なものに交換することができる取外し可能、相互
   交換可能の装置から成ることを特徴とする装置。 ７　請求項５記載の装置において、前記微粒子の温度を
   高める手段が、酸化性物質に富んだ熱いガスを前記微粒
   子に差し向ける補助バーナから成ることを特徴とする装
   置。 ８　請求項５記載の装置において、前記微粒子の温度を
   高める手段が、排気ガスと空気または空気と排気ガスの
   混合気の流れの存在の下に前記微粒子を加熱する電気的
   加熱体から成ることを特徴とする装置。 ９　請求項８記載の装置において、前記電気的加熱体が
   少なくともひとつのスパーク放電またはグロー放電プラ
   グから成ることを特徴とする装置。 １０　請求項１記載の装置において、排気ガスが微粒子
   静電沈降過程中空気で富化され、これにより前記微粒子
   の少なくとも一部分の燃焼を生じるようにしたことを特
   徴とする装置。