JPS6249451B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデイーゼルエンジン等の内燃機関の燃
焼室からの排気ガス等に含まれる煤の低減装置に
関する。一般に炭化水素の火炎から生成する黒煙
などの成分である煤は、その多くが直径２μｍ以
下の微粒子であるため、これを例えば従来の遠心
分離装置のみによつて捕集しようとすると、装置
の排気抵抗が極端に大きくなり、しかも大型化す
る。従つて自動車等の内燃機関の燃焼室から出る
煤の浄化に使用することはほとんど不可能であ
る。また、上記の煤をフイルター装置によつて捕
集させる場合は、フイルターの目詰りを起し、そ
の結果背圧が高くなるなどの問題がある。

以上のような点に配慮し、排煙を交番、パルス
あるいは静電場の空間に誘導し微粒子が鎖状に連
結した形状の煤を個々の微粒子に分解する方法が
ある。また、この操作によつて比表面積の大きく
なつた煤を、次いで加熱あるいは触媒作用によつ
て酸化させて取り除き排気ガスを浄化する組合せ
も近時開発されつつある。

本発明は、上記第一工程で、煤を含む気体に交
番、パルスあるいは静電圧を作用させ、鎖状の煤
を分解し、微粒子状の煤に変える場合において電
極絶縁部の煤汚れの防止、耐久性の維持に関する
ものである。煤粒子は電場の影響によつて微細化
する。しかしその一部には、帯電するものがあ
り、これが絶縁体を兼ねる電極支持体面に付着
し、煤堆積層が形成されるようになる。ところ
が、これらの煤の電気抵抗は生成条件によつて異
なるが、ＭΩ―cm程度の場合が多い。従つて、こ
の煤堆積層の付着した電極間に高電圧が印加され
ると電極間の絶縁性が低下し、漏洩電流が増え、
初期の清浄時の性能が場合により急激に失われ
る。

本発明は、上述の如き排気ガス中の煤の低減装
置において、電極絶縁部への煤付着防止により装
置の耐久性改善を目的とするものである。即ち本
発明は内燃機関排気ガスの煙道ないしは排気ガス
流路の一部として形成されるケーシングと、煤微
細化のための電場を形成する相互に絶縁された少
くとも一対の電極をケーシング内に有する煤低減
装置において、電極を支持する棒状の絶縁体の周
りに全円周に亘りかつ軸方向にエアーカーテンを
形成して煤の付着を防止することを特徴とする煤
低減装置を提供する。

以下、本発明について詳述する。

本発明において、煤を含む気体、例えば内燃機
関の燃焼排気ガス等は煙道ないし排気管を経て少
くとも一対の電極により形成される所定の電場
（交番、パルスは静電場）に導かれ、この電極間
の高圧電場により煤の集合粒子は微細化される。
この煤微細化電場は例えば煙道の一部として形成
される装置ケーシング（例えば外筒）もしくは筒
状の網状体を一方の極（通例接地極）とし、他方
の極を適宜の形状・配置において煙道中心部に配
し、絶縁体を介して装置外筒に固定支持して形成
される（中心電極）。この中心電極の支持絶縁体
は中心電極の形状・配置、装置外筒の形状等に依
存してその形状が決定される。本願においては円
筒状外筒接地電極に対する中心電極の一例として
装置外筒の中心軸に配した金属棒状体に多数の小
突起を形成したものを用いることができ、中心電
極の支持は中心孔に中心電極を嵌装する棒状の絶
縁体好ましくは絶縁碍子により、装置外筒の一端
のめくらフランジに固定してなすことができる。
中心電極としては小突起のない棒状体あるいは棒
状体と異なる網状体構成物とすることもでき、棒
状支持部によつて支持される対向平面電極、その
他任意の形状の電極対を用いることもできる。

外筒への排気ガス入口は絶縁体と中心電極の境
界位置ないしは電極部起点近くに外筒軸に直交な
いしは流入ガスが出口側へ斜向するよう配するこ
とが好ましい。換言すると、排気ガス流路に対し
て凹部をなす部分、例えばめくら分岐内に絶縁体
を配することが望ましい。排気ガス出口は本発明
において特に限定されず、ガス流下流域に適宜配
設するをもつて足りる。なお煤低減装置全体とし
ては本発明の装置により煤を微細化するのみでな
く、目的によつては次いで完全燃焼させる必要が
あるので通例煤微細化電場域の下流側に活性媒体
が配され、その先に排気ガス出口が配される場合
がある。

絶縁体への吹付け清浄気体は清浄空気、場合に
より予熱空気又は清浄化された排気ガスの一部と
することができ、場合により内燃機関の負圧吸引
をも用いることができる。内燃機関の負圧吸引を
用いた場合には他に空気ポンプを必要とせず装置
の簡素化、使用エネルギー効率の面で利益が大き
い。棒状中心電極用棒形絶縁体に対しては、例え
ばめくらフランジの給気口から導入された清浄気
体を軸と平行方向に絶縁体表面に沿つて吹付ける
ことができる。その際清浄気体流は、絶縁体外周
に同心円をなす薄肉円筒状となすことができる。
また、空気吹付けは絶縁体の周りに配した給気室
の内壁に円周状に形成したスリツトから絶縁体に
対しエアーカーテンを成すよう行うことも好まし
い。この際吹付け角度を適宜排気ガス流方向に傾
斜させ、少くとも絶縁体先端部を含む部位に対し
て吹付けることが好ましい。

なお、吹付け気体流はその他軸中心に旋回させ
て吹付けることもでき、さらに円周上に適宜配し
た部分開口ノズルその他の形状のノズルから吹き
出させることもできるが、いずれの場合において
もエアーカーテンを成すようノズル配置・構成を
定める。

好ましい一態様として、吹付け空気を、リード
バルブ等の逆流防止装置を介して外気からエンジ
ン排気時の負圧を利用して吸引させることができ
る。

以下、本発明の装置の具体的構成について詳述
する。

構成１ （第１図参照） 装置ケーシングは金属ないし導電性材料から成
る外筒５から成り、排気ガス入口１５は外筒５に
直交して外筒の入口端近傍に開口し、外筒入口端
はめくらフランジ１１によりボルトで固定閉止さ
れ、内部空間は排気ガス流路に対し分岐した凹部
を形成する。フランジ１１には適当数の給気口８
があり給気口８は給気管２５、リードバルブ７及
びエアークリーナー３０を経て外気に連絡してい
る。フランジ１１と外筒５端面の間には中心部に
絶縁体４の外周よりわずか大きな直径の中心開口
１２を有する適当厚さのデイスク状隔壁１３が配
されフランジ１１との間に給気室１４を形成する
ようフランジ１１と共に固定されている。

フランジ１１の中心孔１５には絶縁体固定金具
１６を介して絶縁体４が嵌装固定され、絶縁体４
にはその中心孔に棒状の中心電極３の支持部が嵌
装固定され、絶縁体外方端は端子１０を成し、高
圧電源E₁に接続される。絶縁体４の外周と隔壁
１３の中心開口１２内面とにより薄肉筒状空間か
ら成るノズル９が形成され、絶縁体４は該ノズル
端からさらに排気ガス入口の延長部まで延びてい
る。但し、この絶縁体４の長さは、適宜調節可能
である。また絶縁体４の内方端へはわずかにテー
パーを付すこともでき、隔壁１３の中心開口１２
も適宜テーパー状とすることができる。

中心電極３の電極部には、放電突起１７を適当
数形成することが好ましい。外筒５は接地されて
外筒５内面が接地電極をなし、中心電極との間に
高圧電圧を印加すると外筒５内空間に電場が形成
され、十分な絶縁が保持される場合中心電極突起
１７と内筒５の間に放電が生じる。

排気ガスは、例えば消音器から排気ガス入口１
へ矢印Ａに従つて流入し内筒５内を通つて排気ガ
ス出口の方へ矢印Ｂの向きに流れ、電場通過の際
に含有煤は微細化される。この際に、絶縁体４の
外筒内部分は煤含有排気ガスに曝され煤がその表
面に付着する傾向を一般に示すが、本装置では、
清浄空気が絶縁体４の外周に矢印Ｃに従い吹付け
られるので、絶縁体４の表面は清浄に保たれる。

なお、リードバルブ７等の逆流防止弁を給気管
路に配することにより、排気管内のガス圧力が吹
付け空気圧力を越えたときの排気ガスのノズル９
内への逆流を防止することができる。

絶縁体４の形状は、第１図の絶縁体の如く先端
へテーパー状に径を減少又は増大（第２図）させ
ることができる。この構成によれば絶縁体支持部
内側から発し軸と平行に絶縁体表面に沿つて流れ
る清浄気体流により絶縁体表面が清浄に保たれ
る。

構成２ （第３図参照） 外筒５に対して排気ガス入口１は、絶縁体４の
内方端より下流（内方）に開孔し排気ガスは矢印
Ａ，Ｂに従つて流入、排出される。絶縁体４、外
筒５内部の径は第３図図示の如く等しい外径とす
る。この場合、吹付け気体はフランジ１１の給気
口８から流入し絶縁体４に沿つて矢印Ｃ又は
C′に従つて吹付けられる。なお２点鎖線１９で
示すような円錐状のガイドを配することもでき
る。このガイドはフランジ１１と共に外筒５に固
定できる。絶縁体４のある部分（流路から見ると
分岐部）２４は減圧となり給気口８から空気が流
入して絶縁体は清浄に保たれる。

構成３ （第４図参照） 外筒５、中心電極３及び絶縁体４は第１図と同
様とし、同図のフランジ及び隔壁に代えて二重外
筒で囲まれて形成される全円周給気室２０及びこ
れから外筒内へ開口する全円周スリツト状ノズル
６を形成するカツプ状めくらフランジ２１をリン
グ２３を介して外筒５の端部に固定する。全円周
スリツト状ノズル６は吹付け空気が排気ガス出口
方向へ斜めに噴出できるよう好ましくは円錐殻状
に形成する。この場合空気流はノズル６全周から
中心方向に噴出しエアーカーテンを形成する。な
お、旋回ベーンを適宜ノズル６内に配することも
できる。

フランジ２１は所定空気室を形成するよう外筒
内径断面部に凹部空間２４を有し、給気室２０と
連なる給気口８を有し、さらにリング２３との当
接端は全円周に亘りリング状の切欠きを有し給気
室２０（或いはその一部）を形成する。リング２
３のフランジ２１との当接端にもリング状の給気
室２０の他の一部を形成することができる。リン
グ２３とフランジ２１との間にはノズル６の巾に
相当するガスケツト２２を配してボルトにより締
付けて固定することにより、全円周スリツト状ノ
ズル６が形成される。吹付け空気はエアークリー
ナー３０、エアーポンプ２９を介し、給気管２５
を経て給気口８へ導かれる。

構成４ （第５図参照） 第４図に図示と同一の装置にさらに、そのフラ
ンジの凹部２４内の絶縁体外周に加熱手段（発熱
体）を配し、空気吹付けによつても偶発的に付着
し長期間運転時には放置すると煤堆積に至る煤を
早期に焼切ることができる。この発熱体２６は絶
縁体４の外周に適宜のクリアランスをもつて例え
ばコイル状に配し、フランジ２１に対しては絶縁
体２７を介して密封固定し、別途電源E₂に接続
しかつ一方の端子を接地する。吹付け位置は発熱
体に対して絶縁体の電極端側とする。

構成５ （第６図参照） 第５図のコイル状発熱体２６に替えて絶縁体４
ａ自体の内部に発熱体２６ａを配したものを用い
ることもできる。この場合、絶縁体への空気吹付
けは、発熱体２６ａの封入部より内方（先端）位
置に対して行う。絶縁体４ａ内の発熱体封入のな
い部分は適宜短かくすることができる。この場合
絶縁体材料としては、耐熱室が高く、熱衝撃に耐
える絶縁体例えばアルミナ焼結体等を用いること
ができる。

構成６ （第７図参照） 第１図と同様な外筒５に、中心電極３及び絶縁
体４を内部に凹部２８を有するめくらフランジ２
１ａの中心孔１５に固定支持する。本構成におい
ては、空気吹付口は有せず、フランジ凹部２８内
の所定絶縁体周囲にコイル状発熱体２６を有し、
フランジ２１ａ鏡面にこれを貫通して発熱体リー
ド部が絶縁材料２７を介して密封固定されてい
る。この発熱体は別途電源E₂に接続して加熱し
付着した煤を焼切ることができ、絶縁性を維持す
ることができる。絶縁体４及び発熱体２６の配置
空間は排気ガス流路に対して、分岐した凹部をな
す。

構成７ （第８図参照） 第７図と同様な装置外筒５、中心電極３、凹部
２８を有するフランジ２１ａを有し、第６図に図
示のものと同様な発熱体２６ａを内蔵する絶縁体
４ａを備えることにより絶縁体４ａの表面に付着
した煤を焼切つて絶縁性を維持することができ
る。

発熱体は電気抵抗発熱体等の電気的発熱体を用
い、例えばダブルコイル状に絶縁体内部に巻込む
ことができる。

以下に実施例を記す。

実施例 １ デイーゼルエンジン（ヤンマーデイーゼル
NSC形排気量0.269）の排気ポートから300mmの
ところに第１図で示した構造の装置を取付けた。
電極には20KV250Hzのパルス電圧を印加し、中心
電極をマイナス極とした。

上記のエンジンを2000rpm、無負荷で運転し発
生した煤を含む排気ガスを装置に流入させて電極
絶縁体に付着する煤の状況を調べた。なお、エン
ジンの運転に先立つてノズルからエアーを10／
min吹出させた。絶縁体上に付着する煤による絶
縁抵抗の変化は、エンジン運転中を、オシロスコ
ープで連続的に調べ、また、エンジンを停止させ
た際には、絶縁抵抗計で調べた。

その結果は次の通りであつた。

１ ノズルからエアーを吹出させない場合；煤が
絶縁体を覆い、しかもノズル孔の内壁にも付着
し、運転開始後10秒程度で絶縁が破壊された。

２ エアーを10／min吹出させた場合；上記の
運転を８時間連続した場合、および30分間運転
後30分間停止させるサイクルを６回くり返して
も（運転時間は延３時間）絶縁性に全く異常な
く装置が順調に作動した。

実施例 ２ 第７図及び第８図に示す装置により発熱体に
12Vの電圧を印加して、実施例１と同一のエンジ
ン運転条件及びパルス電圧印加条件において、煤
を含む排気ガスを装置内に流入させた。絶縁体の
表面温度を同時に測定した結果、その表面が約
600℃以上の場合煤を焼失させ得ることが確かめ
られた。次いで絶縁体表面温度を600〜700℃に維
持して３時間連続運転したとき、及び30分間イン
ターバル停止で30分間毎６サイクル運転した場合
（運転時間３時間）絶縁性には異常なく装置が順
調に作動した。

本発明は、以上述べた通り、清浄気体噴出手
段、あるいは加熱手段により、又はこれらを組み
合わせた手段により煤の付着を防止することがで
きる。

本願の清浄気体噴出手段は、棒状絶縁体の周り
に全円周に亘りかつ軸方向にエアーカーテンを形
成して絶縁体の表面全体を煤の付着から防止する
ことができる。その結果、絶縁性の低下をきたす
ことなく初期の煤低減性能を保つことができ装置
の耐久性の改善に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置縦断面
図、第２図は第１図の一変形、第３図は他の一実
施例を示す。第４図〜第６図は本発明の他の実施
例を夫々示し、第７図及び第８図はさらに別の実
施例を夫々示す。 ２……電場、３……中心電極、４，４ａ……絶
縁体、５……ケーシング（外筒）、８……給気
口、６，９……ノズル、１２……開口、１３……
隔壁、１４，２０……給気室、１７……突起、２
１……フランジ、２３……リング、２４……凹部
空間、２５……給気管、２６，２６ａ……発熱
体、２８……フランジ凹部、E₁……高圧電源、
E₂……電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関より排出される排気ガスの流路の一
   部として形成されるケーシングと、煤の微細化あ
   るいは捕集のための電場を形成する相互に絶縁さ
   れた少くとも一対の電極をケーシング内に排気ガ
   ス流路の軸方向所定長さに亘つて有する煤低減装
   置であつて、少なくとも片方の電極を支持する棒
   状の絶縁体の周りに全円周に亘りかつ軸方向にエ
   アーカーテンを形成しうる清浄気体噴出手段を有
   することを特徴とする煤低減装置。 ２ 清浄気体噴出手段は、給気口８に連絡する給
   気室１４及び隔壁１３の開口１２内面と絶縁体４
   外周とにより形成されるノズル９から成る特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 清浄気体噴出手段は、給気口８に連絡し絶縁
   体４の周りに配した給気室２０及び給気室２０か
   らケーシング中心軸に向つて開口する全円周ノズ
   ル６から成る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 絶縁体は排気ガス流路に対し凹部をなす壁部
   に支持される特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 電極を支持する絶縁体は絶縁体に付着した煤
   を焼失させるための加熱手段を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の煤低減装置。 ６ 絶縁体は排気ガス流路に対し凹部をなす壁部
   に支持される特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 清浄気体噴出位置は、加熱手段に対して絶縁
   体の電極端側である特許請求の範囲第５項記載の
   装置。 ８ 加熱手段は、絶縁体の外周に配した電気的発
   熱体である特許請求の範囲第５項記載の装置。 ９ 加熱手段は、絶縁体の内部に配した電気的発
   熱体である特許請求の範囲第５項記載の装置。