JP4931602B2 - ディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるカーボンを主体とする粒状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下「ＰＭ」と称する）除去し、浄化する排気ガス処理技術に係り、より詳しくはコロナ放電を利用したディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理技術に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＰＭは、周知の通り大気汚染をきたすのみならず、人体に極めて有害な物質であるため、その排気ガスの浄化は極めて重要である。このため、ディーゼルエンジンの燃焼方式の改善や各種フィルターの採用、あるいはコロナ放電を利用して電気的に処理する方法等が提案されている。

しかし、燃焼方式の改善だけでは、ディーゼルエンジンの冷温始動時や登板時、過積載時等の多用な運転が行われるので、ＰＭの大幅な削減は困難である。また、例えばセラミックフィルター等でＰＭを捕集する方式は、微細な孔または間隙によってＰＭを捕集するため、一定量のＰＭを捕集すると排気ガスの圧力損失（通気抵抗）が急激に増大して燃費の悪化やエンジントラブルの原因となる。さらに、捕集したＰＭを触媒で燃焼させるフィルター再生方式は、長期間にわたる触媒使用による触媒劣化のため排気ガスの圧力損失の程度が高くなり、好ましくない。

一方、コロナ放電を利用して電気的に処理する方法としては、図１４にその一例を示すように、針先１２１ａの周りにコロナ放電を起こして排気ガス中のＰＭ１２３を帯電させるためのニードル電極１２１と、帯電したＰＭ１２３ａを静電気力で捕集するための捕集電極１２４と、前記ニードル電極１２１と前記捕集電極１２４との間に所定の直流高電圧を印加するための高圧直流電源１２５とを備えたディーゼルエンジンの排気ＰＭ捕集装置（特許文献１参照）が知られている。また、排気経路中に設けたＰＭ捕集用の収集電極対の一方を構成する円筒体と、該円筒体の中心部に軸方向に延設されて収集電極対の他方を構成する電極体と、前記収集電極対間に静電界を形成して排気ガス中のＰＭを前記円筒体内面に集積させる高電圧電源部と、前記円筒体内面に沿って当該円筒体に対し相対回動して該円筒体内面に堆積したＰＭを掻き落とす掻き落とし部を備えた排気ガス浄化装置（特許文献２参照）や、電気絶縁体層および触媒層を備えた複数のＰＭ捕集電極と、このＰＭ捕集電極の各々に組み合わされ、前記電気絶縁体層に向けて突出する複数の針状電極を備えた放電電極を具備した排気ガス浄化装置（特許文献３参照）等、多くの提案がなされている。
特開平９−１１２２４６号公報 特開平６−１７３６３７号公報 特開２００３−２６９１３３号公報

しかしながら、コロナ放電を利用して電気的に処理する従来のディーゼルエンジンの排気ガス処理技術は、以下に記載する問題点を有する。
特許文献１、２に記載の排気ＰＭ捕集装置は、いわゆる一段式と呼ばれる電気集塵機方式を採用したもので、基本的な問題点として、放電電圧と捕集偏向電圧が同電位であるため両電圧をそれぞれの適正条件に設定することが難しいことと、偏向電極と捕集電極間のスパーク発生を防止するためにその間隔を大きくとらざるを得ないことである。このため、特許文献１、２に記載の排気ＰＭ捕集装置は、捕集されずに捕集区間を素通りする粒子が多くなり、捕集効率が低下するという欠点がある。また、捕集効率を上げるためには、捕集部の容量を大きくとる必要があり、装置の大型化を余儀なくされて自動車部品としては不適当である。さらに、特許文献３に記載の排気ガス浄化装置は、いわゆる二段式と呼ばれる電気集塵機の方式を採用したものであるが、針状電極の汚染対策が施されていないため、放電電極に数万ボルトの高電圧が印加された場合、汚染による電気絶縁性の低下のためＰＭ捕集性能を発揮できなくなるという欠点がある。また、放電電極は、腐食性を有する排気ガスによる汚損も避けられず、長期間にわたって安定した性能を維持できない。さらにまた、線状電極の場合は、自動車の場合は走行中の振動や衝撃により断線を起こし易く、強度的にも問題がある。すなわち、従来のコロナ放電を利用して電気式に処理する排気ガス処理手段は、放電電極の高い絶縁性の確保が難しく、実用性に難点があった。

本発明は、コロナ放電を利用した従来のディーゼルエンジンの排気ガス処理技術の前記問題点を解消し、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを高効率で除去できるとともに、長期にわたって安定した性能を発揮し得るディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置を提供しようとするものである。

本発明のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置は、排気ガス通路の上流側にコロナ放電された電子を排気ガス中のカーボンを主体とする粒状物質に帯電させるコロナ放電部と帯電部とからなる放電帯電部を設け、前記帯電した粒状物質を捕集する捕集部を同排気ガス通路に配置した構成となしたことを特徴とするものである。

また、本発明の装置は、前記コロナ放電部の電極針の放電側先端を排気ガス流れの下流側に向けて配置し、コロナ電子を下流側に向けて放電させること、前記電極針を絶縁体製のシールガス管内に挿通配置すること、前記シールガス管をアルミナセラミック製とすること、前記電極針のシールガス管端からの突出部をシールガス管内ガス流のポテンシャルコア内に位置させること、前記電極針を電気絶縁性と耐食性を有する材料で被覆すること、前記電極針の被覆材料に、石英ガラスまたはアルミナまたはセラミックを用いること、前記捕集部を単層板構造とすること、前記捕集部をパンチングメタルタイプの捕集板またはスリットタイプの捕集板で構成し、かつ（開孔部総面積）／（捕集部実質正面面積）で定義される開孔率を３〜２０％とすること、前記捕集部を捕集面に開口を有しない一枚板からなるベース板および該ベース板の捕集面側に設けた格子状のフィンとで構成すること、捕集板保持棒を絶縁体製シール管内に配置すること、前記シールガス管内に整流部材を全体または一部に配設すること、前記シールガス管の電極針先端側と反対側管端に排気ガス流れ方向と平行してダミー管部を設けること、を特徴とするものである。
なお、前記ダミー管部を有するシールガス管は、シールガス管の内径をＤ、シールガス管部のダミー管部の長さをＬ２、該ダミー管部より先端部までの長さをＬ１とした場合、Ｌ１／Ｄ＞１．５、Ｌ２／Ｄ＞０．５の条件を満足させることを好ましい態様とするものである。

さらに、本発明の他のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置として、前記排気ガス用電気式処理装置の後段にサイクロン集塵機を付設した構成となしたことを特徴とするものである。

また、このサイクロン集塵機付きのディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置における前記捕集部は、捕集面に開口を有しない一枚板からなるベース板および該ベース板の捕集面側に設けた格子状のフィンとで構成した捕集板を当該装置本体内壁との間に隙間が形成されるごとく複数枚配置して構成してもよい。

さらに、前記サイクロン集塵機の前段に粒子凝集粗大化手段を配設してもよい。この粒子凝集粗大化手段としては、ハニカム構造の粒子凝集管、またはパンチングメタルや金網を複数枚間隔配置して構成した粒子凝集板等を用いることができる。

一方、前記排気ガス用電気式処理装置の捕集板の再生を行う方法として、当該装置の上流側と下流側間に排気ガスのバイパス管路を配管し、ガス切替弁にて前記バイパス管路に排気ガスを流す間に捕集板の再生を行う方法を用いることができる。

なお、本発明装置は、前記排気ガス用電気式処理装置の当該装置本体内壁も前記粒状物質の捕集面とすることも可能である。

本発明のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを高い浄化率で除去することができる。さらに、長期間にわたってＰＭを高い浄化率で安定して除去することができる上、自動車部品として要求される実質的メンテナンスフリーを達成できる等の優れた効果を奏する。
なお、本発明はディーゼルエンジンのみならず、各種排気ガスの浄化にも有効であることはいうまでもない。

図１は本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置の第１実施例装置を示す概略図、図２は同上の第１実施例装置における放電極の電極針とシール管先端部の説明図、図３は同上の第１実施例装置におけるシールガス管の他の実施例を示す概略図、図４は同上の第１実施例装置におけるシールガス管の別の実施例を示す概略図、図５は同上の第１実施例装置におけるＰＭ捕集板を示す概略説明図、図６は同上の第１実施例装置におけるＰＭ捕集板の貫通孔の説明図で、（ａ）はＰＭ捕集板の貫通孔の位置および孔径を示す説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線上の断面図、図７は同上の第１実施例装置における他のＰＭ捕集板を示す概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、図８は本発明装置における捕集板のＰＭ酸化除去手段の一例を示す概略説明図、図９は本発明に係るディーゼルエンジン排気ガス用電気式処理装置の第２実施例装置（サイクロン集塵機付き）を示す概略図、図１０は図９に示す第２実施例装置における捕集板を拡大して示す概略斜視図、図１１、図１２は図９に示す第２実施例装置におけるサイクロン集塵機の前段に設置する粒子凝集粗大化手段を例示したもので、図１１はハニカム構造の粒子凝集管を示す概略斜視図、図１２はパンチングメタルを複数枚間隔配置して構成した粒子凝集板を示す概略斜視図、図１３は本発明装置の捕集板の再生方法の一実施例を示す概略図である。

本発明の排気ガス用電気式処理装置は、図１に示すように、排気ガス通路１の上流側に設けた本体壁１−１内に、コロナ放電された電子１０を排気ガスＧ１中のカーボンを主体とする粒状物質Ｓに帯電させるコロナ放電部２−１と帯電部２−２とからなる放電帯電部２を設け、同排気ガス通路１に前記帯電した粒状物質Ｓを捕集する捕集板３を同本体壁１−１内に配置した構成（二段式）となしたもので、放電極を構成する電極針４はアルミナ等のセラミック、耐熱ガラス等の絶縁体で作られたシールガス管５内を通して排気ガス通路１内に排気ガス流れの下流に向けて配置され、先端部はシールガス管５の開口端から所定長さ突出し、外部の高圧電源装置６から数万ボルトの直流高電圧が印加されるように配線されている。この電極針４の材質としては、ステンレス鋼、超硬合金等の導電材料が使用される。また、コロナ電子１０の帯電を促進するため、排気ガス通路１の途中に設けられた本体壁１−１の内部に排気ガス誘導管７を突設し、排気ガスＧ１が電極針４の先端近傍を流れるようにする。さらに、本体壁１−１部の内径φ１と前記排気ガス誘導管７の出口部の内径φ２の関係は、特に限定するものではないが、φ２／φ１＜０．５程度が好ましい。またさらに、粒状物質Ｓをより効果的に捕集するために、電極針４の先端と捕集板３との距離Ｌａ、電極針４の先端と本体内壁との距離Ｌｂの関係をＬａ＜Ｌｂとするのが好ましい。本発明装置では、本体壁１−１の内壁面も粒状物質Ｓの捕集面としてもよく、また、後述する図１０に示す捕集板７１−１を本体壁１−１の内壁面に貼り付けて捕集面としてもよい。

シールガス管５のシールガスＧ２流出口の向きは、電極針４の汚損を防止するために排気ガスＧ１流れの下流に向ける。シールガス管５内を流れるシールガスＧ２の流速Ｑｓ（図２）は、シールガス管５外を流れる排気ガスＧ１の平均流速Ｑｏとの比（Ｑｓ／Ｑｏ）を０．１５以上とすれば、シールガス管５内部への排気ガスＧ１の巻き込みを防止できる。シールガスとしては、空気等の絶縁性を有するガスを用いる。

また、電極針４のシールガス管５先端からの突出長さＬ（図２）は、電極針の汚損を考慮して、シールガス管５内のシールガス流のポテンシャルコアＰｃ内に位置させる。実用上の突出長さＬは、５０〜２００ｍｍである。なお、ポテンシャルコアＰｃについて簡単に説明すると、シールガス管５からシールガス（流体）が噴出すると、シールガス管出口に流速とガス成分がノズルの内部と同じで均一な円錐形状の流れ場ができる。その領域をポテンシャルコアと称している。このポテンシャルコアＰｃの領域の長さは、通常シールガス管５の内径Ｄの約５倍である。シールガス管５の内径Ｄは、該管出口において電極針４から管外周面に付着したＰＭにスパークしないような内径寸法を選択すればよい。数万ボルトの電圧ならば、実用上の内径Ｄは２０〜１００ｍｍ程度とすればよい。

さらに、電極針４は、裸のままで長時間コロナ放電させると、電極針の先端部が４−１が大気中の窒素と反応して硝酸塩を生成し、放電特性が劣化するので、長時間のメンテナンスフリーを実現するためには腐食防止のための被覆を施すことが必要である。その被覆材料としては、電気絶縁性と耐食性を有する材料、例えば石英ガラス、アルミナ、セラミック等が適している。被覆厚さは、厚すぎると被覆外表面部での電界強度がコロナ放電開始電界強度Ｅｃ以下となるため、電極形状や電極針に印加する直流電圧、排気ガス条件に依存する適正厚さが存在するが、実用的には、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さで十分である。なお、電極針の先端部以外の部分の膜厚については特に制約はなく、厚くてもよい。

なお、コロナ放電を発生させる電極形状は、不平等電界ならば特定されず、例えば棒状の電極先端に小球または電極短線を付けた構造（図示せず）でもよい。

また、本発明装置では、シールガス管５出口でのシールガスの流れをより安定化させる手段として、図３、図４に示す対策を講じる。
すなわち、図３に示す対策は、シールガス管５内に整流部材５−１を配置したもので、その整流部材５−１としては、例えば板状のものやハニカム状のもの等を用いる。この整流部材５−１は、必ずしもシールガス管５の全長にわたって設ける必要はなく、シールガス管５の曲り部等ガス流れの方向が変化する部分に設けてもよい。この整流板５−１の作用により、シールガス管５出口でのシールガス流れがより安定し、シールガス管５出口部に極めて安定したポテンシャルコアＰｃが形成される。

また、図４に示す対策は、シールガス管５の屈曲部に排気ガス通路１の上流側に突出するダミー管部５−２を設けることにより、シールガス管５内のガス流れの安定化をはかったものである。ここで、シールガス流れを安定化させるための条件としては、実験の結果、シールガス管５の内径をＤとした場合、シールガス管５部のダミー管部５−２の長さＬ２と該ダミー管部より先端部までの長さＬ１を、それぞれＬ１／Ｄ＞１．５、Ｌ２／Ｄ＞０．５に設定すればよいことが判明した。ダミー管部５−２の内径ｄｉは、シールガス管５の内径Ｄより大径もしくは小径でもよい。このダミー管部５−２の作用により、前記整流板５−１を備えたシールガス管と同様、シールガス管５出口でのシールガス流れが安定し、シールガス管５出口部に極めて安定したポテンシャルコアＰｃが形成される。なお、シールガス管５にダミー管部５−２を設けることによりシールガス流れが安定するのは、シールガスの流れが曲げられることによるシールガス管断面の圧力変動を減衰させるいわゆるバッファー効果が生ずるからであると考えられる。また、Ｌ１／Ｄ＞１．５、Ｌ２／Ｄ＞０．５に設定する理由は、Ｌ１／Ｄが１．５未満では、シールガス流れの曲げられた影響が消えず、他方、Ｌ２／Ｄが０．５未満では、十分なバッファー効果が得られないためである。なお、ダミー管部５−２の上流側端面は、フラット状に限らず、上流側に膨出する半円状または楕円状としてもよい。

一方、エンジン停止の時にはシールガスも供給を停止することになるが、シールガス停止時期はエンジン停止後しばらく経ってからシールガスを止めることが望ましい。エンジンとシールガスを同時に止めると、排気ガス管や捕集装置に残留している排気ガスがシールガス管５内部に侵入しシールガス管内部や電極針４を汚損するおそれがあるからである。また、シールガス管５を当該捕集装置本体に貫通させる時の管の向きは、上部から下部に向かって貫通させるようにすることが望ましい。その理由は、排気ガスが結露した場合の雫をシールガス管出口側へ流出させるためである。

また、本発明装置において、電極針４の下流側に配置する捕集板３は、捕集面が排気ガス流れに垂直になるように配置し、電極針４の直流電圧と当該捕集板との間で電界を発生させ、放電帯電部２で帯電したＰＭ８をクーロン力によって捕集するタイプのもので、図５〜図６に示すパンチングメタルタイプの捕集板３ａ、３ｂと、図７に示すスリットタイプの捕集板３ｃの３種類を示す。すなわち、図５、図６に示すパンチングメタルタイプの捕集板３ａ、３ｂは、それぞれ一枚板に多数の貫通孔３ａ−１、３ｂ−１を設けた構造で、かつ図６に示す捕集板３ｂは、貫通孔３ｂ−１の周囲に突起フランジ（バーリング壁）３ｂ−２を設けた構造となしている。突起フランジ３ｂ−２を設けた場合には、ガス流れに渦流や澱みができ、帯電したＰＭ８の捕集効率が向上する。突起フランジ３ｂ−２の高さｈは、実用的には０．１〜５ｍｍ程度でよい。

図５、図６に示すパンチングメタルタイプの捕集板３ａ、３ｂの場合は、貫通孔３ａ−１の開孔面積をＳ、孔数をＮとすれば、開口部の総面積はＮＳとなり、捕集部実質正面面積をＳＯとすれば、開孔率は（開口部総面積ＮＳ）／（捕集部実質正面面積ＳＯ）と定義できる。また、スリットタイプの捕集板３ｃの場合も、パンチングメタルタイプの捕集板３ａの場合と同様、開孔率は（スリットの開口部総面積ＮＳ）／（捕集部実質正面面積ＳＯ）と定義できる。そして、上記開孔率はパンチングメタルタイプの捕集板、スリットタイプの捕集板共に、３〜２０％とする。その理由は、開孔率が３％未満では、ＰＭ８の捕集量は高いが圧力損失が大きくなり、他方、２０％を超えると、ＰＭ８の捕集量が十分に得られないためである。

また、捕集部を流れる排気ガスＧ１の平均流速は、捕集効率の点から遅い方が好ましいが、実用的には捕集部の実質正面面積ＳＯを排気ガス導入管７の横断面積の１．５倍以上で、かつ捕集部を流れる排気ガスＧ１の平均流速が２０ｍ／ｓｅｃ以下となるような横断面積が望ましい。

前記捕集板３ａ、３ｂ、３ｃの材質としては、特に限定するものではないが、耐熱・耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼板、オーステナイト系ステンレス鋼板、発熱体材料であるニッケル−クロム等の金属板を用いることができる。また、捕集板には、ウォッシュコート層を被覆して触媒を担持させることもできる。

なお、捕集板３の正面形状は、排気ガスが抵抗なく流れればよく、特に限定されないが、円形、四角形、その他の形状、あるいは本体部の断面形状等に合わせて決められる。

図１に示す装置において、電極針４に外部の高圧電源装置６から数万ボルトの直流高電圧を印加すると、電極針先端４−１でコロナ放電現象を起こしてコロナ電子１０が放出される。放電帯電部２の空間を流れる排気ガスＧ１中のＰＭ８は、コロナ電子１０により帯電される。電極針４に印加する直流電圧は、電極先端付近の電界強度がコロナ開始電界強度以上となるように与える。直流電圧の設定値は、排気ガス条件（流速、ＰＭ含有量、温度等）に依存するが、実用的には２０〜７０ｋＶ程度で十分である。

前記した本発明の各排気ガス処理装置において、捕集板上に一旦捕集された帯電したＰＭ８は、重力やガス流れの流体力により脱落することはない。それは、微粒子付着の特徴であり、粒径３０μｍ以下の粒子ではファン・デル・ワールス力による付着力が重力によりも大きくなり、その比率は人体に有害といわれる２．５μｍ以下では極端に大きくなり（１００倍以上）、走行中の振動等で捕集したＰＭ８が脱落することはない。

また、各排気ガス処理装置の捕集部は、圧損が極めて小さい構造となっているため、ＰＭ８が捕集板上に堆積しても圧損に伴うトラブルはほとんど生じない。したがって、通常の運転状態では、高速運転や高負荷運転等により排気ガス温度が高温になれば、ＰＭ８は自然に酸化除去される。しかし、市街地等で長時間の交通渋滞が続く場合などにおいて、ＰＭ８を自然に酸化除去できない場合には、捕集板に堆積したＰＭ８を電気加熱で強制的に酸化除去することができる。
図８は本発明の第１実施例装置における捕集板のＰＭ酸化除去手段の一例を示したもので、捕集板３の材料として耐熱・耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、発熱体材料であるニッケルクロム等の薄板を用い、該捕集板３を加熱ヒータとして用いる。その手段は、捕集板３の保持棒３−１の端部に切替えスイッチ４０を設置し、該捕集板３を電気加熱する場合は、加熱電源装置４１側の端子４０ａに接続し、ＰＭを捕集する場合は、アース側の端子４０ｂに接続する方式を用いることができる。この電気加熱のための所要電力は１〜４ｋＷと小さいので、加熱電源としては車両搭載のバッテリ等を使用することができる。捕集板３に捕集されたＰＭ８は５５０℃程度の温度で火炎を発することなく酸化除去される。なお、不必要な温度上昇を避けるため、捕集板３に熱電対等の温度計測器（図示せず）を設置して、電気加熱時の温度を制御することが望ましい。

なお，捕集板３の保持棒３−１の電気絶縁は，基本的には前記した実施例１における電極針４の絶縁の場合と同様であり、電気絶縁性と耐食性を有する石英ガラス、アルミナ、セラミック等により被覆する。また保持棒３−１はアルミナ、セラミック等電気絶縁体で作られた保持棒シール管９の中に配置し，該保持棒シール管９には空気等の絶縁性のあるシールガスＧ２を流す。

上記した本発明の第１実施例装置によれば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭを捕集板に基本的に捕集することができるが、ディーゼルエンジンの燃焼条件によっては電気抵抗率ρが低くなる場合があり、その場合には上記捕集板では十分に対応できない場合が生じる。このため本発明は、前記排気ガス用電気式処理装置の後段にサイクロン集塵機を付設することにした。
ディーゼルエンジンの排気ガスは運転条件等によってＰＭの電気抵抗率ρが大幅に変動し、高電気抵抗率ρのＰＭもあれば、低電気抵抗率ρのＰＭもある。一般的に高速運転時の高温燃焼時では電気抵抗率ρは低く、また低温燃焼では電気抵抗率ρは高くなる傾向がある。したがって、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭの除去手段としては、電気抵抗率ρの高いＰＭだけでなく、電気抵抗率ρの低いＰＭをも高効率で捕集できる性能を備える必要がある。そこで、本発明は前記排気ガス用電気式処理装置の後段にサイクロン集塵機を付設することによって、電気抵抗率ρが高い場合にも低い場合にも十分に対応できるディーゼルエンジンの排気ガス用電気処理装置を提案するものである。

図９に示す第２実施例装置は、電気抵抗率ρが高い場合にも低い場合にも十分に対応できるディーゼルエンジンの排気ガス用電気処理装置を例示したもので、前記と実質的に同じ構成の排気ガス用電気式処理装置６１の後段にサイクロン集塵機６２を配置した構成となしたものである。
ここで、排気ガス用電気式処理装置６１における捕集板７１−１は、図１０に拡大して示すように、捕集面に孔等の開口を有しない一枚板からなるベース板７１−１ａと、該ベース板７１−１ａの捕集面側に設けた格子状フィン７１−１ｂとからなり、かつ該捕集板７１−１は排気ガス用電気式処理装置６１の本体壁６１−１の内壁との間に排気ガスを通流させるための隙間６１−２が形成されるように適当間隔に配設される。この隙間６１−２の大きさは、本質的に集塵効率には影響を与えないため、圧力損失を考慮して決定すればよい。捕集板７１−１に格子状フィン７１−１ｂを設けたのは、ガス流れによどみ効果を発生させることによって、帯電ＰＭを効率よくベース板７１−１ａに捕集するためである。
この捕集板７１−１のベース板７１−１ａと格子状フィン７１−１ｂの材質としては、ベース板７１−１ａはアースするから金属等の導体材質を使うのは当然として、格子状フィン７１−１ｂはＰＭの捕集効率およびジャンピング凝集（ベース板上で付着飛散を繰り返す過程で粒子どうしが衝突して凝集粗大化する現象）の効率を考慮すると、セラミック等の絶縁体が好ましい。すなわち、格子状フィン７１−１ｂが金属製の場合は、電気力線が電極針４の先端に近い格子状フィン７１−１ｂの先端に集中するため帯電したＰＭは格子状フィン７１−１ｂの先端に向って流れ、その部位はガス流れが速いことからＰＭはベース板７１−１ａに到達し難く、捕集されずに後方へ飛散流出しやすいため、ベース板７１−１ａでの捕集効率が悪くなるからである。
なお、排気ガス用電気式処理装置６１の本体内には、排ガスの流れの上流側にＰＭの帯電を促進するガイド孔付き板６１−３を、捕集板７１−１と捕集板７１−１の間にＰＭの捕集を促進するためのガイド孔付き板６１−３およびガイド孔付き電界板６１−４を、それぞれ設置してもよい。その場合、電界板６１−４には高圧電源装置（図示せず）から高電圧を供給し、捕集板７１−１はアースする。また、電界板６１−４は絶縁体で被覆しておくことが望ましい。

上記図９、図１０に示すディーゼルエンジンの排気ガス用電気処理装置の場合は、帯電ＰＭはベース板７１−１ａと格子状フィン７１−１ｂとからなる捕集板７１−１に捕集される。そしてその際ベース板７１−１ａに到達した帯電ＰＭのうち電気抵抗率ρの高いＰＭはベース板７１−１ａに捕集され堆積し、他方、電気抵抗率ρの低いＰＭは前記のジャンピング凝集現象により粗大化してベース板７１−１ａに捕集される。ベース板７１−１ａに捕集されたＰＭは、その後堆積量が増えてある限界量（約１ｍｍ程度の堆積厚さ）を超えると、自然に脱落し、その脱落した粗大粒のＰＭはこの排気ガス用電気式処理装置６１の後段に配設したサイクロン集塵機６２により捕集される。サイクロン集塵機６２に捕集されたＰＭは、定期的に取出して回収してもよく、また該サイクロン集塵機に加熱ヒータ等を設置して、運転中あるいは停機時に燃焼してもよい。

なお、サイクロン集塵機６２の前段に設置する粒子凝集粗大化手段として図１１に示すハニカム構造の粒子凝集管８０は、ガス流れの速度勾配による凝集作用を利用したもので、排気ガスをこのハニカム構造の粒子凝集管８０内を通過させると、その時に発生する境界層の速度勾配で効率よく衝突凝集が行われる。また、図１２に示す粒子凝集板９０は、乱流による凝集作用を利用したもので、パンチングメタル９０−１を複数枚（ここでは３枚）所望の間隔に配置し、排気ガスをこの３枚のパンチングメタル９０−１で構成した粒子凝集板９０を通過させると、強い乱流が発生し効率よく衝突凝集が行われる。乱流による凝集作用を起こさせる方法としては、前記パンチングメタルに替えて、金網あるいは金属細線を３次元的に束ねたもの等を用いることも可能である。
本発明では、上記したハニカム構造の粒子凝集管８０あるいは粒子凝集板９０等の粒子凝集粗大化手段を用いることによって、排気ガス用電気式処理装置６１を出たＰＭ粒子をさらに大きな粒子に成長させることができるので、後段のサイクロン集塵機６２で効率よく捕集することができる。

一方、本発明の排気ガス用電気式処理装置の捕集板３、３ａ、３ｂ、３ｃ、７１−１を再生する方法としては、図１３にその一実施例を示すように、排気ガス用電気式処理装置６１の上流側と下流側間に、排気ガス用電気式処理装置のないバイパス管路５５を配管し、上流側の排気ガス管路に設けた切替弁Ｖを使って、排気ガスの流れを制御し、ＰＭ捕集と再生を行う方法を用いることができる。すなわち、排気ガス用電気式処理装置６１によりＰＭ８の捕集を行う場合は、切替弁ＶにてＡルートを使用し、捕集板の再生を行う場合は、切替弁Ｖにてバイパス管路５５のＢルートを使用する。なお、Ｂルートのバイパス管路５５には排気ガス用電気式処理装置がないため、当該ルートの使用時にはＰＭは捕集されずに排出されるが、捕集板の再生時間は比較的短時間であるため大気汚染等の実害はほとんどない。

なお、図１３に示す再生方法以外にも、図示しないが、例えば前記Ｂルートのバイパス管路５５にも排気ガス用電気式処理装置６１を設置し、捕集と再生を交互に行う方式、あるいは排気ガス用電気式処理装置６１を２基直列に設置し、捕集と再生を交互に行う方式等があり、このうち排気ガス用電気式処理装置６１を２基直列に設置する方式は、ＰＭ８の捕集効率が高くなる上、一方の排気ガス用電気式処理装置が故障した場合でも他方の装置により捕集できるので、大気汚染防止に対してより安全である。

本発明のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置は、排気ガス中のＰＭを確実に捕集しかつ酸化除去できるので、種々の触媒技術を組み合わせることにより、ＰＭ以外の有害ガス成分も効率よく除去することができ、さらにサイクロン集塵機や粒子凝集粗大化手段を組み合わせるとより効果的にＰＭ粒子を捕集できるので、ディーゼルエンジンのみならず、各種排ガスの浄化処理にも適用可能であり、大気汚染公害の防止にも大きく寄与する。

本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置の第１実施例装置を示す概略図である。 同上の第１実施例装置における放電極の電極針とシール管先端部の説明図である。 同上の第１実施例装置におけるシールガス管の他の実施例を示す概略図である。 同上の第１実施例装置におけるシールガス管の別の実施例を示す概略図である。 同上の第１実施例装置におけるＰＭ捕集板を示す概略説明図である。 同上のＰＭ捕集板の貫通孔の説明図で、（ａ）はＰＭ捕集板の貫通孔の位置および孔径を示す説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線上の断面図である。 同上の第１実施例装置における他のＰＭ捕集板を示す概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明装置における捕集板のＰＭ酸化除去手段の一例を示す概略説明図である。 本発明に係るディーゼルエンジン排気ガス用電気式処理装置の第２実施例装置（サイクロン付集塵機付き）を示す概略図である。 図９に示す第２実施例装置における捕集板を拡大して示す概略斜視図である。 図９に示す第２実施例装置におけるサイクロン集塵機の前段に設置する粒子凝集粗大化手段の一例で、ハニカム構造の粒子凝集管を示す概略斜視図である。 同じく粒子凝集粗大化手段の他の例で、パンチングメタルを複数枚間隔配置して構成した粒子凝集板を示す概略斜視図である。 本発明装置の捕集板の再生方法の一実施例を示す概略図である。 本発明の対象とする従来のディーゼルエンジンの排気ＰＭ捕集装置の一例を示す概略説明図である。

符号の説明

１ 排気ガス通路
１−１、６１−１ 本体壁
２ 放電帯電部
２−１ コロナ放電部
２−２ 帯電部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、７１−１ 捕集板
４ 電極針
５ シールガス管
５−１ 整流部材
５−２ ダミー管部
６ 高圧電源装置
７ 排気ガス誘導管
８ ＰＭ
９ 保持棒シール管
１０ コロナ電子
４０ 切替スイッチ
４０ａ、４０ｂ 端子
４１ 加熱電源装置
５５ バイパス管路
６１ 排気ガス用電気式処理装置
６２ サイクロン集塵機
８０ 粒子凝集管
９０ 粒子凝集板
Ｇ１ 排気ガス
Ｇ２ シールガス
Ｐｃ ポテンシャルコア
Ｖ 切替弁

Claims (5)

1. ディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置において、排気ガス通路の上流側にコロナ放電された電子を排気ガス中のカーボンを主体とする粒状物質に帯電させるコロナ放電部と帯電部とからなる放電帯電部を設け、前記帯電した粒状物質を捕集する捕集部を同排気ガス通路に配置した構成となし、前記コロナ放電部は電極針の放電側先端を排気ガス流れの下流側に向けて配置し、コロナ電子を下流側に向けて放電させる方式とし、前記電極針は電気絶縁性と耐食性を有する材料で被覆し、該電極針を絶縁体製のシールガス管内に挿通配置し、かつ前記電極針のシールガス管端からの突出部をシールガス管内ガス流のポテンシャルコア内に位置させる構成となし、さらに前記シールガス管の電極針先端側と反対側管端に排気ガス流れ方向と平行してダミー管部を設け、該ダミー管部を有するシールガス管は、当該シールガス管の内径をＤ、ダミー管部の長さをＬ２、ダミー管部より先端部までの長さをＬ１とした場合、Ｌ１／Ｄ＞１．５、Ｌ２／Ｄ＞０．５の条件を満足することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置。
2. 前記捕集部を捕集面に開口を有しない一枚板からなるベース板および該ベース板の捕集面側に設けた格子状のフィンとで構成したことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置。
3. 前記シールガス管内に整流部材を全体または一部に配設し、かつ前記整流部材には、板状のものまたはハニカム状のものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置。
4. 前記排気ガス用電気式処理装置の後段にサイクロン集塵機を付設した構成となしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置。
5. 前記排気ガス用電気式処理装置の捕集部を、捕集面に開口を有しない一枚板からなるベース板および該ベース板の捕集面側に設けた格子状のフィンとで構成した捕集板を当該装置本体内壁との間に隙間が形成されるごとく１ないし複数枚配置して構成したことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理装置。