説明

排気浄化装置

【課題】サイクロン式集塵装置により排気中のPMを除去できるようにする。
【解決手段】エンジン10の排気管に配設されたサイクロン式集塵装置16と、その排気上流に配設されたプラズマ発生装置18と、を含んで排気浄化装置を構成する。そして、プラズマ発生装置18において、排気中のPMを略同数の正負の電荷に帯電させ、異なる電荷に帯電されたPM同士を電気的引力により引き合わせて結合させ、その粒径を成長させる。そして、粒径が成長したPMを含む排気をサイクロン式集塵装置16に導入し、その機能を活用してPMを集塵除去する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各種燃焼機関の排気に含まれる粒子状物質(PM)を除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンなどの各種燃焼機関の排気に含まれるPMを除去するために、特開2004−108194号公報(特許文献1)に記載されるように、多孔性部材からなるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を排気系に配設し、PMを捕集して除去する排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置においては、DPFによるPM捕集に伴って排気抵抗が増加するので、例えば、エンジン運転状態を変更して排気温度を上昇させることで、DPFに捕集されたPMを焼却する再生処理が不可欠である。しかしながら、DPFの再生処理が適切に行われなければ、排気抵抗の増加により燃費が低下したり、DPFに捕集されたPMが着火して熱影響が及ぶおそれがあった。
【0003】
このため、特開平10−384号公報(特許文献2)に記載されるようなサイクロン式集塵装置を排気系に配設し、排気に含まれるPMを集塵して除去する排気浄化装置が考えられる。
【特許文献1】特開2004−108194号公報
【特許文献2】特開平10−384号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、サイクロン式集塵装置は、DPFとは異なり再生処理が不要であるが、その集塵原理からPMのような小径粒子を集塵することは困難であった。このため、従来においては、サイクロン式集塵装置の有用性に着目しながらも、PM除去機能を十分発揮させることができず、再生処理が不可欠なDPFを採用することが一般的であった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、排気系にサイクロン式集塵装置を配設し、その排気上流においてPMの粒径を成長させることで、サイクロン式集塵装置によってPM集塵を可能とした排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
このため、請求項1記載の発明では、燃焼機関の排気系に配設されたサイクロン式集塵装置と、前記サイクロン式集塵装置の排気上流において、排気に含まれる粒子状物質を結合させてその粒径を成長させる粒径成長手段と、を含んで排気浄化装置を構成したことを特徴とする。
請求項2記載の発明では、前記粒径成長手段は、プラズマ発生装置からなることを特徴とする。
【0006】
請求項3記載の発明では、前記プラズマ発生装置は、前記排気系の周壁に沿って配設された略円筒状をなす接地電極と、前記接地電極の略全長に亘ってその横断面の略中央に配設された線状をなす放電電極と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項4記載の発明では、前記プラズマ発生装置とサイクロン式集塵装置との間に位置する排気系に、該プラズマ発生装置により帯電された粒子状物質を一時的に捕集する捕集電極を配設したことを特徴とする。
【0007】
請求項5記載の発明では、前記捕集電極は、前記排気系の横断面上で網状に配設されることを特徴とする。
請求項6記載の発明では、前記粒径成長手段は、前記排気系を流通する排気を加湿する加湿装置からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
請求項1記載の発明によれば、燃焼機関の排気系を流通する排気に含まれる粒子状物質は、サイクロン式集塵装置の排気上流において結合されてその粒径が成長する。そして、粒径が成長した粒子状物質を含んだ排気は、サイクロン式集塵装置に導入され、排気流れにより発生する遠心力で粒子状物質が分離集塵される。このとき、サイクロン式集塵装置は、粒径が成長した粒子状物質を集塵するため、その機能を活用して排気浄化を行うことができる。なお、サイクロン式集塵装置で集塵された粒子状物質は、適当な時期又は間隔で適宜除去すればよい。
【0009】
請求項2記載の発明によれば、排気に含まれる粒子状物質は、プラズマ発生装置により略同数の正負の電荷に帯電される。そして、極性が異なる電荷に帯電した粒子状物質は、電気的引力により引き合って結合することで、その粒径を成長させることができる。
請求項3記載の発明によれば、排気に含まれる粒子状物質は、放電電極の放電により負極に帯電され、接地電極との間に作用する電気的引力を受けて、接地電極に捕集される。接地電極に捕集された粒子状物質は、その電荷を失った後、誘導帯電により逆極性(正極)に帯電され、電界による力を受けて接地電極から放出され排気中に引き戻される。排気中に引き戻された粒子状物質は、放電電極の放電により再度負極に帯電される。このような現象が繰り返し行われることで、粒子状物質同士が衝突して結合し、その粒径が成長する。このため、排気に含まれる粒子状物質は、極性が異なる電荷の電気的引力により引き合って結合することに加え、接地電極に繰り返し捕集されるときに衝突して結合するので、その粒径を一層成長させることができる。そして、サイクロン式集塵装置における粒子状物質集塵能力が向上し、排気性状を向上させることができる。
【0010】
請求項4記載の発明によれば、プラズマ発生装置により略同数の正負の電荷に帯電された粒子状物質は、その排気下流に配設された捕集電極により一時的に捕集されることで、これが衝突してその粒径をさらに成長させることができる。そして、サイクロン式集塵装置における粒子状物質集塵能力が向上し、排気性状をより向上させることができる。
請求項5記載の発明によれば、捕集電極は排気系の横断面上で網状に配設されているため、プラズマ発生装置により帯電された粒子状物資が捕集される確率を向上させることができ、その粒径成長の実効を図ることができる。
【0011】
請求項6記載の発明によれば、排気に含まれる粒子状物質は、加湿装置により加湿された排気から水分を受け取り、これをバインダとして結合し合うことで、その粒径を成長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1は、ディーゼルエンジン(以下「エンジン」という)に本発明を適用して構築した排気浄化装置の第1実施形態を示す。
エンジン10の排気マニフォールド12に接続される排気管14には、排気流れを旋回させて発生する遠心力を利用して、排気からPMを分離集塵するサイクロン式集塵装置16が配設される。サイクロン式集塵装置16は、図2に示すように、鉛直下方が小径をなす略裁頭円錐形状の外筒部16Aと、その上部かつ外周部において接線方向に接続された導入筒部16Bと、外筒部16Aの天板を貫通してその下部近傍まで鉛直方向に延びる排出筒部16Cと、を含んで構成される。また、サイクロン式集塵装置16の排気上流には、排気に含まれるPMを結合させてその粒径を成長させる粒径成長手段として、プラズマ発生装置18が配設される。
【0013】
かかる排気浄化装置によれば、エンジン10から排出された排気は、排気マニフォールド12及び排気管14を経て、プラズマ発生装置18に導入される。プラズマ発生装置18では、排気に含まれるPMが略同数の正負の電荷に帯電し、極性の異なる電荷に帯電したPM同士が電気的引力により引き合って結合することで、その粒径が成長する。そして、粒径が成長したPMを含んだ排気は、排気管14を経てサイクロン式集塵装置16に導入される。サイクロン式集塵装置16では、導入筒部16Bから外筒部16Aの内部に導入された排気は、外筒部16Aの内周面に沿って排出筒部16Cの周りで旋回しつつ下方に流れ、その下方に位置する開口から排出筒部16Cに入り込んで排出される。このとき、排気が外筒部16Aの内部で高速旋回することで、粒径が成長したPMに大きな遠心力が作用し、外筒部16Aの底部にこれが分離集塵される。
【0014】
従って、プラズマ発生装置18によりPMの粒径が成長するので、サイクロン式集塵装置16を用いて排気浄化を行うことができる。このとき、サイクロン式集塵装置16では、DPFを用いた排気浄化装置のように、その再生処理及びこれに起因する熱影響などを考慮する必要がなく、長期間に亘って排気浄化装置としての機能を維持することができる。なお、サイクロン式集塵装置16で集塵されたPMは、適当な時期又は間隔で適宜除去すればよい。
【0015】
ここで、プラズマ発生装置18としては、図3(A)及び(B)に示すように、排気管14の周壁に沿って配設された略円筒状をなす接地電極18Aと、接地電極18Aの略全長に亘ってその横断面の略中央に配設された線状をなす放電電極18Bと、を含んで構成されることが望ましい。
このようにすれば、排気に含まれるPMは、同図(C)に示すように、放電電極18Bの放電により負極に帯電され、接地電極18Aとの間に作用する電気的引力を受けて、接地電極18Aに捕集される。接地電極18Aに捕集されたPMは、その電荷を失った後、誘導帯電により逆極性(正極)に帯電され、電界による力を受けて接地電極18Aから放出され排気中に引き戻される。排気中に引き戻されたPMは、放電電極18Bの放電により再度負極に帯電される。このような現象が繰り返し行われることで、PM同士が衝突して結合し、その粒径が成長する。このため、排気に含まれるPMは、極性が異なるPM同士が電気的引力により引き合って結合することに加え、接地電極18に繰り返し捕集されるときに衝突して結合するので、その粒径を一層成長させることができる。そして、サイクロン式集塵装置16におけるPM集塵能力が向上し、排気性状を向上させることができる。
【0016】
図4は、本発明を適用して構築した排気浄化装置の第2実施形態を示す。なお、先の第1実施形態と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略する。
本実施形態においては、プラズマ発生装置18とサイクロン式集塵装置16との間に位置する排気管14には、プラズマ発生装置18により帯電されたPMを一時的に捕集する捕集電極20が配設される。捕集電極20では、PMを一時的に捕集すべく、正弦波の交流を流したり、電流を所定周期でON/OFFしたり、エアパージなどを行えばよい。
【0017】
かかる排気浄化装置によれば、プラズマ発生装置18により略同数の正負の電荷に帯電されたPMは、その排気下流に配設された捕集電極20により一時的に捕集されるため、これが衝突してその粒径をさらに成長させることができる。このため、サイクロン式集塵装置16におけるPM集塵能力が向上し、排気性状をより向上させることができる。
ここで、捕集電極20としては、図5に示すように、排気管14の横断面上で網状に配設されることが望ましい。このようにすれば、プラズマ発生装置18により帯電されたPMが捕集電極20に捕集される確率が向上し、その粒径成長の実効を図ることができる。
【0018】
なお、サイクロン式集塵装置16の排気上流において、排気に含まれるPMを結合させてその粒径を成長させる粒径成長手段として、プラズマ発生装置18に代えて、排気管14を流通する排気を加湿させる加湿装置を用いてもよい。加湿装置としては、例えば、電気ヒータや超音波により水を水蒸気にし、これを排気中に略均等に供給するものを適用することができる。このようにすれば、排気に含まれるPMは、加湿装置により加湿された排気から水分を受け取り、これをバインダとして結合し合うことで、その粒径を成長させることができる。
【0019】
また、以上説明した実施形態では、本発明は、エンジンからの排気を浄化対象としたが、ボイラーなどの外燃機関からの排気も浄化対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明に係る排気浄化装置の第1実施形態を示す全体構成図
【図2】サイクロン式集塵装置の具体的構成を示し、(A)はその縦断面図、(B)はその横断面図
【図3】プラズマ発生装置の具体的構成を示し、(A)はその縦断面図、(B)はその横断面図、(C)はPM粒径成長メカニズムの説明図
【図4】本発明に係る排気浄化装置の第2実施形態を示す全体構成図
【図5】捕集電極の好ましい実施形態を示す説明図
【符号の説明】
【0021】
10 エンジン
14 排気管
16 サイクロン式集塵装置
16A 外筒部
16B 導入筒部
16C 排出筒部
18 プラズマ発生装置
18A 接地電極
18B 放電電極
20 捕集電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼機関の排気系に配設されたサイクロン式集塵装置と、
前記サイクロン式集塵装置の排気上流において、排気に含まれる粒子状物質を結合させてその粒径を成長させる粒径成長手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項2】
前記粒径成長手段は、プラズマ発生装置からなることを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。
【請求項3】
前記プラズマ発生装置は、前記排気系の周壁に沿って配設された略円筒状をなす接地電極と、前記接地電極の略全長に亘ってその横断面の略中央に配設された線状をなす放電電極と、を含んで構成されたことを特徴とする請求項2記載の排気浄化装置。
【請求項4】
前記プラズマ発生装置とサイクロン式集塵装置との間に位置する排気系に、該プラズマ発生装置により帯電された粒子状物質を一時的に捕集する捕集電極を配設したことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の排気浄化装置。
【請求項5】
前記捕集電極は、前記排気系の横断面上で網状に配設されることを特徴とする請求項4記載の排気浄化装置。
【請求項6】
前記粒径成長手段は、前記排気系を流通する排気を加湿する加湿装置からなることを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−255284(P2007−255284A)
【公開日】平成19年10月4日(2007.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−80173(P2006−80173)
【出願日】平成18年3月23日(2006.3.23)
【出願人】(000003908)日産ディーゼル工業株式会社 (1,028)
【Fターム(参考)】