(57)【要約】【課題】  全鋸刃先端から発生する電界強度を均一化しより高い印加電圧を確保し、ＰＭ捕集率を高めることが可能なディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極の提供。【解決手段】  排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向に突出する鋸刃状放電電極によって構成された、電気集塵手段を備えたディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極であって、前記鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを同軸方向中央部の鋸刃より低く形成して構成されていることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向大径に突出する鋸刃状放電電極によって構成された、電気集塵手段を備えたディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極であって、前記鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを同軸方向中央部の鋸刃より低く形成して構成されていることを特徴とするディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
【請求項２】
前記放電電極の両端部の鋸刃の高さが中央部の鋸刃の高さの１／４〜３／４である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排ガス処理用電気集塵装置の放電電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用、発電用、一般産業用エンジン等のディーゼルエンジンにおけるコロナ放電を利用した排気ガスの電気式処理技術に係り、特に重油を燃料として使用する高い温度の排気ガスを排出するディーゼルエンジンの排ガス処理用電気集塵装置の放電電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種船舶や発電機並びに大型建機、さらには各種自動車等の動力源としてディーゼルエンジンが広範囲に採用されているが、このディーゼルエンジンから排出される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、説明の便宜上「ＰＭ」と称する）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排気ガスフィルタの採用、コロナ放電を利用して電気的に処理する方法等、既に数多くの提案がなされ、その一部は実用に供されている。
【０００３】
コロナ放電を利用して、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるＰＭを電気的に処理する技術としては、例えば特許文献１に記載された装置が本出願人により提案されている。
特許文献１に記載されている、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用するディーゼルエンジン排ガス処理装置は、図５にその構成例を示すように大きく分けてＰＭ粒子を捕集するために設ける電気集塵部１０１とサイクロン方式の分別捕集手段１０２とから構成され、電気集塵部１０１は管状捕集部１０１−１の集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管１０１−１、小径捕集管１１１−１Ａ−１、中径捕集管１１１−１Ｂ−１、及び主捕集管１０１−１と共通の大径捕集管１１１−１Ｃ−１と、排ガス中に含まれるＰＭに帯電させる放電電極１０１−２を備えた小径捕集部１１１−１Ａ、中径捕集部１１１−１Ｂ、大径捕集部１１１−１Ｃよりなる３段の捕集モジュールよりなっている。集塵電極を構成する主捕集管１０１−１には、上流側の端部に排ガス導入管部１０１−１ａを有し、下流側の端部の軸心付近にＰＭの低濃度排ガス導出管１０３を、下流側の端部の内周面付近にＰＭの高濃度排ガス導出部１０１−１ｂをそれぞれ連設している。
【０００４】
又、前記排ガスの流れ方向における電気集塵部１０１の下流側と上流側の間に設けられたサイクロン方式の分別捕集手段１０２は、分別手段としてのサイクロン捕集部１０２−１と、該サイクロン捕集部１０２−１からの還流配管１０２−２とで構成されている。このサイクロン捕集部１０２−１は、電気集塵部１０１の主捕集管１０１−１の下流側の内周面付近に設けた高濃度排ガス導出部１０１−１ｂに連通管１０５−１及び高濃度排ガス配管１０５−２を介して接続された１台の接線式サイクロン１０２−１ａで構成され、さらに該接線式サイクロン１０２−１ａと、電気集塵部１０１の主捕集管１０１−１の上流側の排ガス導入管部１０１−１ａとの間に、接線式サイクロン１０２−１ａ通過後の浄化ガスを排ガス導入管部１０１−１ａ内を流れる排ガスに合流させるための還流配管１０２−２及び連通管１０５−３を配設している。ブロアー１０７は前記連通管１０５−１と接線式サイクロン１０２−１ａ間の高濃度排ガス配管１０５−２に設け、排ガス流に対して運動エネルギーを付与して昇圧・増速させて排ガス導入管部１０１−１ａに確実に圧送・還流させるために設けている。前記低濃度排ガス導出管１０３には、接線式サイクロン１０２−１ａへの高濃度排ガス流入量及び流入速度と低濃度排ガス放出量の流量調整を行うためのダンパー１０８を設けている。
【０００５】
上記ディーゼルエンジン排ガス処理装置の各捕集モジュール内に設置される各電極の形態としては、例えば前記図６（ａ）に示す一本の共通の電極棒１０１−２ａに突設するほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状の放電板１０１−２ｃで構成された放電電極、図６（ｂ）に示す一本の共通の電極棒１０１−２ａに突設する、鋸刃状の放電板部（山部）１０１−２ｅが基板部１０１−２ｆと一体に設けられた鋸刃状放電電極板１０１−２ｄで構成された放電電極等各種あるが、いずれも鋸刃が全て同一高さに形成されている。
【０００６】
しかしながら、前記図６（ａ）に示す一本の共通の電極棒１０１−２ａに突設するほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状の放電板１０１−２ｃで構成された鋸刃状放電電極、図６（ｂ）に示す一本の共通の電極棒１０１−２ａに突設する、鋸刃状の放電板部（山部）１０１−２ｅが基板部１０１−２ｆと一体に設けられた鋸刃状放電電極板１０１−２ｄで構成された鋸刃状放電電極はいずれも鋸刃の高さが全て同一であるため、軸方向両端の鋸刃状放電電極から発生する電界強度が、中央部の鋸刃状放電電極から発生する電界強度よりも約２０％程度高く、電圧を印加した時、この両端部の鋸刃状放電電極の電界強度に起因してスパークが発生するという問題があった。即ち、前記従来の鋸刃状放電電極の場合は、鋸刃の高さが全て同一であることがスパーク発生の要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２３８０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記した従来のディーゼルエンジン排ガス浄化装置の鋸刃状放電電極の高さに由来する問題点を解決するためになされたもので、鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを中央部より低くすることにより、全鋸刃先端から発生する電界強度を均一化しより高い電圧を印加できるようになり、より高いＰＭ捕集率を得ることが可能なディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、より高いＰＭ捕集率を得ることが可能なディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極を見出すための基礎実験を行った。この基礎実験では、舶用ディーゼルエンジンの排ガス処理用電気集塵装置の鋸刃状放電電極の鋸刃の高さの相違による電界強度を調べた。以下に、その基礎実験について説明する。
【００１０】
＜鋸刃状放電電極の電界強度解析＞
（１）対向する捕集壁（平面状）と放電電極間に１０ｋＶの直流電圧を印加した場合の電界強度の解析：
［鋸刃状放電電極Ａ］
・軸方向全長にわたって同一高さの鋸刃を有する鋸刃状放電電極。
・評価電極形状（図１（Ａ））：ＳＵＳ製、板厚ｔ＝１．５ｍｍ、鋸刃の高さｈ＝２０ｍｍ（一定）、鋸刃Ｅ１の数＝全体で８個、ピッチＰ＝２５ｍｍの鋸刃状放電電極。図中、Ｅは放電電極である。
［鋸刃状放電電極Ｂ］
・両端部の鋸刃の高さを中央部の鋸刃より低くした鋸刃状放電電極。
・評価電極形状（図１（Ｂ））：ＳＵＳ製、板厚ｔ＝１．５ｍｍ、中央部の鋸刃の高さｈ＝２０ｍｍ（一定）、両端部の鋸刃の高さｈ１、ｈ２＝５〜１５ｍｍ、鋸刃の数＝全体で８個、ピッチＰ＝２５ｍｍの鋸刃状放電電極。図中、Ｅは放電電極である。
（２）評価実験結果：
［鋸刃状放電電極Ａ］
・両端部の鋸刃の電界；１．０８〜１．２ＫＶ／ｍｍ、中央部の鋸刃の電界；１．０ＫＶ／ｍｍ（図２（Ａ））。
・両端部の鋸刃に中央部よりも約２０％高い電界が発生し、軸方向全長にわたって電界は均一ではなかった。
［鋸刃状放電電極Ｂ］
・両端部の鋸刃の電界；０．９ＫＶ／ｍｍ、中央部の鋸刃の電界；１．０ＫＶ／ｍｍ（図２（Ｂ））。
・両端部の鋸刃の高さを中央部より低くしたことにより、軸方向全長にわたってほぼ均一な電界が得られた。
【００１１】
本発明に係るディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極は、上記基礎実験の結果に基づいて見出されたもので、その要旨は、重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極又は該主電極に設けられた電極筒に配設され径方向大径に突出する鋸刃状放電電極によって構成された、電気集塵手段を備えたディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極であって、前記鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを同軸方向中央部の鋸刃より低く形成して構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
又、本発明の前記放電電極の両端部の鋸刃の高さが中央部の鋸刃の高さの１／４〜３／４であることを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極は、鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを同軸方向中央部の鋸刃より低く形成して構成することにより、軸方向両端部の鋸刃から発生する電界強度と同軸方向中央部の鋸刃より発生する電界強度の均一化がはかられ、より高い電圧を印加できるようになり、ＰＭ捕集率をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明者等が行った基礎実験に用いた鋸刃状放電電極の形状を示す概略斜視図で、（Ａ）は軸方向全長にわたって同一高さの鋸刃状放電電極、（Ｂ）は両端部の鋸刃の高さを中央部の鋸刃より低くした鋸刃状放電電極をそれぞれ示す。
【図２】図１に示す鋸刃状放電電極を用いた評価実験結果を示す図で、（Ａ）は軸方向全長にわたって同一高さの鋸刃状放電電極の電界、（Ｂ）は両端部の鋸刃の高さを中央部の鋸刃より低くした鋸刃状放電電極の電界をそれぞれ示す。
【図３】本発明に係るディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極の第１実施例を示す要部概略縦断面図である。
【図４】図３に示すディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各管状捕集モジュール内に設置される鋸刃状放電電極の要部を拡大して示す概略縦断面図で、（ａ）は電極棒（主電極）にほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状放電電極板を直接突設した鋸刃状放電電極、（ｂ）は電極棒（主電極）に鋸刃状の放電板部（山部）が基板部と一体に設けられた鋸刃状放電電極板で構成された鋸刃状放電電極を突設した鋸刃状放電電極をそれぞれ示す。
【図５】従来のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の全体構成の一例を示す概略縦断面図である。
【図６】（ａ）は図５に示すディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各捕集モジュール内に設置される各電極の形態の一例を示す概略図で、（ｂ）は同じく各捕集モジュール内に設置される各電極の形態の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここに示すディーゼルエンジン排ガス処理装置は、管状捕集モジュールを多段式となしてＰＭを濃縮し、サイクロンを使用してＰＭを捕集する方式を例示したもので、ここでは管状捕集モジュールを管状捕集部の上流側より小径捕集部、中径捕集部、大径捕集部の３段式のディーゼルエンジン排ガス処理装置における放電電極を例にとり説明する。
【００１６】
重油を使用するディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極よりなる捕集モジュールを組合せて構成する管状捕集部を有し、管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集するサイクロン又は衝突式慣性力粒子分離器の分別捕集手段を備えたディーゼルエンジン排ガス処理装置の、管状捕集部の下流側の内面付近に設けた粒状物質の高濃度排ガス導出部からの配管にサイクロンで構成したサイクロン捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部より排出される高濃度排ガス流をサイクロンへ導入して大径粒子を捕集・処理する方式となすとともに、前記サイクロン又は衝突式慣性力粒子分離式の捕集部で大径粒子を捕集後、除去できなかった細径粒を含有する流れをブロアーにて運動エネルギーを付与して昇圧・増速し、管状捕集部の下流側の中央付近に設けた粒状物質の低濃度排ガス導出管に圧送・混流させる構成となしたものであり、特にエンジンの高負荷時には大量の排気ガスが高速で流れるため、流速を低下させてＰＭへの帯電を確実化させるように、導入管（排気管）に対して大径化されている捕集管の間にテーパー管（レジューサー）を設けるのが一般的である。
【００１７】
図３に示す本発明の第１実施例装置を例にとり具体的に説明すると、ディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置は、大きく分けてＰＭ粒子を捕集するために設ける電気集塵部１とサイクロン方式の分別捕集手段２とから構成され、電気集塵部１は管状捕集部１１−１の集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管１−１、小径捕集管１１−１Ａ−１、中径捕集管１１−１Ｂ−１、大径捕集管１１−１Ｃ−１と、排ガス中に含まれるＰＭに帯電させる放電電極として排気ガスの上流側より下流側に向けて配置した放電電極１−３Ａ、１−３Ｂ、１−３Ｃより構成させて備えた３段の捕集モジュールよりなる。１１−１Ｂ−２、１１−１Ｃ−２は電極筒である。集塵電極を構成する主捕集管１−１には、上流側（ディーゼルエンジン側）の端部に排ガス導入管部（排気管）１−１ａを有し、下流側の端部の軸心付近にＰＭの低濃度排ガス導出管３を、下流側の端部の内周面付近にＰＭの高濃度排ガス導出部１−１ｂをそれぞれ連設している。放電電極は、集塵電極を構成する単一径で所定長さの主捕集管１−１の軸心付近をほぼ全長にわたって延びる電極棒（主電極）１−２ａと、該電極棒１−２ａに直接又はステーで導電されて設けられている電極筒１１−１Ｂ−２、１１−１Ｃ−２の外周表面に放電電極１−３Ａ、１−３Ｂ、１−３Ｃが周方向に直接または間接に所望の間隔を隔てて径方向大径に突出し、管軸方向に所望の間隔を隔てて複数配置されて構成されている。このように構成された放電電極１−３Ａ、１−３Ｂ、１−３Ｃを設けた電極棒１−２ａは、主捕集管１−１の排ガス導入管部１−１ａ側に設けたシールエアー導入管部１−１ｃと、低濃度排ガス導出管３の入口部位に設けたシールエアー導入管部１−１ｃに垂設した支持体４を介してその両端部が支持されている。
【００１８】
一方、前記排ガスの流れ方向における電気集塵部１の下流側の高濃度排ガス導出部１−１ｂとＰＭの低濃度排ガス導出管３間に設けられたサイクロン方式の分別捕集手段２は、分別手段としてのサイクロン捕集部２−１と、サイクロン捕集部２−１からの排出管２−２とで構成されている。このサイクロン捕集部２−１は、電気集塵部１の主捕集管１−１の下流側の内周面付近に設けた高濃度排ガス導出部１−１ｂに連通管５−１及び高濃度排ガス配管５−２を介して接続された１台の接線式サイクロン２−１ａで構成され、さらに該サイクロン２−１ａと、電気集塵部１の主捕集管１−１の下流側の低濃度導出管３との間に、サイクロン２−１ａ通過後の浄化ガスを低濃度導出管３内を流れる低濃度排ガスに合流させて混流させるための排出管２−２を配設している。又、ブロアー７は前記高濃度排ガス配管５−２の接線式サイクロン２−１ａ上流もしくは排出管２−２に設ける。このブロアー７は排ガス流に対して運動エネルギーを付与して昇圧・増速させて接線式サイクロン２−１ａでの捕集率の向上並びにサイクロン２−１ａで除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流を排出管２−２を経由して低濃度導出管３内を流れる低濃度排ガスに確実に圧送・混合させるために設けている。なお、図示しないが、高濃度排ガス配管５−２又は排出管２−２に設けたブロアー７に替えて、高気体噴出ノズルを設けて高圧気体（通常は圧縮空気）を噴出させる等により排ガス流に対して運動エネルギーを付与してもよい。さらに、前記低濃度排ガス導出管３には、接線式サイクロン２−１ａへの高濃度排ガス流入量及び流入速度と低濃度排ガス放出量の流量調整を行うためのダンパー８を設けている。
【００１９】
前記図３に示すディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の各管状捕集モジュール内に設置される放電電極は、図４（ａ）（ｂ）にその要部を拡大して示すように、鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを同軸方向中央部の鋸刃より低く形成して構成したものである。
即ち、図４（ａ）に示す鋸刃状放電電極は、前記図６（ａ）に示す形態の電極と同様の、一本の共通の電極棒（主電極）１−２ａの軸方向に突設するほぼ二等辺三角形を呈する鋸刃状放電電極板のうち、電極棒（主電極）１−２ａの軸方向両端部の領域に突設する鋸刃状放電電極板を同軸方向中央部領域に突設する鋸刃状放電電極板１−３Ａ−１に比べ鋸刃の高さが低い鋸刃状放電電極板１−３Ａ−２で構成する。この高さの異なる鋸刃状放電電極板のうち、電極棒（主電極）１−２ａの軸方向両端部の領域に突設する鋸刃状放電電極板１−３Ａ−２の高さは、特に限定するものではないが、軸方向中央部の鋸刃状放電電極板１−３Ａ−１の高さの１／４〜３／４が好ましい。その理由は、前記した本発明の基礎実験に基づいており、軸方向中央部の鋸刃状放電電極板１−３Ａ−１の高さの１／４未満では所望の電界強度が得られず、他方、３／４を超える高さでは電界強度が軸方向中央部の鋸刃から発生する電界よりも高くなるためである。
【００２０】
又、図４（ｂ）に示す鋸刃状放電電極は、前記図６（ｂ）に示す形態の電極と同様の、一本の共通の電極棒１０１−２ａに突設する、鋸刃状の放電板部（山部）が基板部と一体に設けられた鋸刃状放電電極板で構成された鋸刃状放電電極の前記鋸刃状の放電板部（山部）のうち、電極棒（主電極）１−２ａの軸方向両端部の領域に突設する鋸刃状放電電極板を同軸方向中央部領域に突設する鋸刃状放電電極板１−３Ｂ−１に比べ鋸刃の高さが低い鋸刃状放電電極板１−３Ｂ−２で構成する。この鋸刃状の放電板部（山部）が基板部と一体に設けられた鋸刃状放電電極板で構成された鋸刃状放電電極の場合も、前記図４（ａ）に示す鋸刃状放電電極と同様に、電極棒（主電極）１−２ａの軸方向両端部の領域に突設する鋸刃状放電電極板１−３Ｂ−２の高さは、同じ理由により軸方向中央部の鋸刃状放電電極板１−３Ｂ−１の高さの１／４〜３／４が好ましい。
【００２１】
なお、電極棒（主電極）１−２ａの軸方向両端部の領域に突設する鋸刃状放電電極板１−３Ａ−２、１−３Ｂ−２は、図示のように上流側から下流側に向かって高さの異なる鋸刃状放電電極板で構成したものを示したが、この構成に限定するものではなく、上流側から下流側に向かって同一高さの鋸刃状放電電極板で構成してもよい。
【００２２】
前記図４（ａ）（ｂ）に示すように、鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを同軸方向中央部の鋸刃より低く形成して構成した鋸刃状放電電極の場合は、鋸刃の高さが軸方向中央部よりも低い軸方向両端部の鋸刃状放電電極板１−３Ａ−２、１−３Ｂ−２から発生する電界強度が、鋸刃の高さが高い軸方向中央部の鋸刃状放電電極板１−３Ａ−１、１−３Ｂ−１から発生する電界強度と同等レベルとなり、全ての鋸刃から発生する電界強度が均一になることにより、軸方向両端部の鋸刃状放電電極板１−３Ａ−２、１−３Ｂ−２からのスパークの発生を防止できるのみならず、より高い電圧を印加できることによりＰＭの捕集率も高くなる。
【００２３】
以上説明したように、本発明のディーゼルエンジン排ガス処理用電気集塵装置の放電電極は、鋸刃状放電電極の軸方向両端部の鋸刃の高さを中央部より低くすることにより全鋸刃先端から発生する電界強度を均一化し、より高い電圧を印加できるようになり、より高いＰＭ捕集率を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  電気集塵部
１−１  主捕集管
１−１ａ  排ガス導入管部
１−１ｂ  ＰＭの高濃度排ガス導出部
１−１ｃ  シールエアー導入管部
１−２ａ  電極棒（主電極）
１−３Ａ、１−３Ｂ、１−３Ｃ、１−３Ｅ、１−３Ｆ  放電電極
１−３Ａ−１、１−３Ｂ−１  軸方向中央部の鋸刃状放電電極板
１−３Ａ−２、１−３Ｂ−２  軸方向両端部の鋸刃状放電電極板
２  分別捕集手段
２−１  サイクロン捕集部
２−１ａ  接線式サイクロン
２−２  排出管
３  低濃度導出管
４  支持体
５−１  連通管
５−２  高濃度排ガス配管
７  ブロアー
８  ダンパー
１１−１  管状捕集部
１１−１Ａ−１  小径捕集管
１１−１Ｂ−１  中径捕集管
１１−１Ｃ−１  大径捕集管
１１−１Ｂ−２、１１−１Ｃ−２  電極筒
【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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【図６】
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