專利名稱：氣體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電暈放電，將工廠氣體、發(fā)電廠氣體、汽車尾氣等的排放氣體或者各種制造工廠或醫(yī)療場(chǎng)所等的氣體加以凈化的氣體處理裝置。
背景技術(shù)：
作為工廠氣體、發(fā)電廠氣體、汽車尾氣等的排放氣體處理裝置，或者，作為各種制造工廠或醫(yī)療場(chǎng)所等的氣體處理裝置，一般使用靜電凝集裝置或靜電集塵裝置等。在這些氣體處理裝置中，在電暈電極與集塵電極間施加高電壓，以在氣體中產(chǎn)生電暈放電，通過(guò)該電暈放電，使氣體中的粒狀物質(zhì)(PM)等的浮游微粒帶電。之后，通過(guò)靜電力使該帶電的粒子由集塵電極集中，邊凝集增大邊捕集。
在利用該放電的靜電凝集裝置中，作為氣體處理系統(tǒng)的一構(gòu)成要素為，只進(jìn)行凝集增大化。并且構(gòu)成為由配置在下游側(cè)的后段過(guò)濾器進(jìn)行集塵。在此情況下，由于在該靜電凝集裝置的靜電作用下，將微細(xì)粒子凝集增大，通過(guò)用網(wǎng)眼粗的過(guò)濾器，過(guò)濾不干凈的微細(xì)粒子也在后段過(guò)濾器中變得容易過(guò)濾。
也就是說(shuō)，通過(guò)靜電集塵，由集塵電極的表面捕捉的粒子間產(chǎn)生結(jié)合，微粒凝集增大。但是，該增大的捕捉粒子在氣流的影響下，會(huì)從集塵電極的表面剝離，并發(fā)生再飛散的現(xiàn)象。
該再飛散粒子在氣體處理裝置中邊反復(fù)地帶電、捕捉、剝離，其粒徑邊慢慢增大，最終由于再飛散，被從氣體處理裝置中排出。此時(shí)，因被排出粒子的粒徑變大，在下游側(cè)也可由網(wǎng)眼粗的過(guò)濾器容易地捕捉這些粒子。即，作為靜電凝集裝置的功能。
另外，在利用該放電的靜電集塵裝置中，在將粒子凝集增大的同時(shí)也進(jìn)行集塵。在該靜電集塵裝置中，將作為處理對(duì)象的氣體通過(guò)筒狀體。在由該筒狀體形成的集塵電極或與筒狀體分體設(shè)計(jì)的集塵電極的大致中央設(shè)有電暈電極。通過(guò)對(duì)電暈電極與集塵電極之間施加高電壓，在氣體中產(chǎn)生電暈放電，使氣體中的浮游微粒帶電。
通過(guò)形成于電暈電極與集塵電極之間的電場(chǎng)，在靜電力下，將該帶電的粒子移動(dòng)到集塵電極表面，并由該集塵電極表面捕捉。該捕捉到的粒子通過(guò)與電集塵裝置等同樣的篩落等，會(huì)被從集塵電極脫離來(lái)集中除去，同時(shí)，通過(guò)與集塵電極鄰接的加熱器等的加熱，被燃燒除去。由此，從氣體中除去浮游微粒。
作為這樣的氣體處理裝置的一例，具有在日本實(shí)用新型注冊(cè)第3019526號(hào)公報(bào)中所公開的圓筒形電集塵裝置。在該裝置中，作為以將工廠排煙中的白煙以及霧狀的微量污染物除去為目的，對(duì)在金屬圓管中張緊的金屬細(xì)線形成的高壓放電線(電暈電極)上施加高電壓，使工廠排煙等的浮游微粒由圓筒電極靜電吸并除去。
但是，在工廠氣體、汽車排放氣體等的靜電集塵中，帶電粒子的驅(qū)動(dòng)速度為高數(shù)值cm/s的等級(jí)。另外，電暈電極與集塵電極的距離通常設(shè)定為數(shù)cm以上。為此，為得到充分的凝集作用或集塵作用，需要1s以上的滯流時(shí)間，即處理時(shí)間。其結(jié)果，存在著很難使該氣體處理裝置緊湊化的問(wèn)題。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，作為與該電暈放電對(duì)置面的集塵電極的對(duì)置面中的凝集作用和集塵作用的增大，會(huì)獲得稱為紊流促進(jìn)的效果。根據(jù)該知識(shí)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得了本發(fā)明。即，在該集塵電極的對(duì)置面或在該對(duì)置面的附近促進(jìn)紊流時(shí)，促進(jìn)了與主流方向垂直的流路斷面內(nèi)的方向上的粒子移動(dòng)。由此，縮短了粒子到達(dá)集塵電極的速度，提高了流路內(nèi)的粒子相互的碰撞概率，凝集以及集塵需要的時(shí)間變短。此外，一方面，在氣體溫度高、集塵電極溫度低的情況下，集塵電極附近的氣體的冷卻通過(guò)該紊流促進(jìn)，因傳熱作用增大而被促進(jìn)。由此，氣體中易液化的成分凝結(jié)，而產(chǎn)生對(duì)粒子的液交聯(lián)作用。為此，凝集、集塵、捕捉效果被進(jìn)一步增加。
此外，本發(fā)明是謀求在集塵電極表面附近的氣體的紊流促進(jìn)的發(fā)明。在本發(fā)明中，作為乍一看構(gòu)成相似的，有如下的裝置等。一個(gè)如日本的特開平3-173311號(hào)公報(bào)中提出的、將表面形成于凸部形狀上的第1電極作為放電電極，設(shè)置在作為集塵電極的圓筒狀的第2電極的中央部分上的排放氣體凈化裝置。此外，另一個(gè)如日本的特開平5-125928號(hào)公報(bào)中提出的、相反地將作為集塵電極的第1電極作為放電電極，設(shè)置在內(nèi)壁上形成螺旋槽的圓筒的中央部分上的排放氣體凈化裝置。
另外，如日本的特開平11-342350號(hào)公報(bào)中提出的、將斷面為圓環(huán)狀(環(huán)狀)的通風(fēng)管內(nèi)側(cè)的內(nèi)周面作為集塵電極，將外周面作為帶電電極(放電電極)，在帶電電極上形成頂部成尖狀凸部的空氣清潔機(jī)。
但是，在這些排放氣體凈化裝置或空氣清潔機(jī)中，凸部形狀或螺旋槽或針電極列等，用于形成以放電的安定化、均一化、低電壓化為目的的電場(chǎng)集中點(diǎn)。而且，這些凸部形狀等，因不是紊流促進(jìn)為目的的構(gòu)造，故都在放電電極上設(shè)置，而不是在集塵電極側(cè)設(shè)置。為此，不能使粒子凝集增大以及不能在集塵的集塵電極側(cè)產(chǎn)生紊流促進(jìn)。所以，不能發(fā)揮提高由紊流促進(jìn)產(chǎn)生的凝集增大化、集塵、捕捉作用等的效果。
此外，也具有如日本的特開2002-30921號(hào)公報(bào)中提出的、以NOx等的分解為目的，在放電管內(nèi)面設(shè)置環(huán)狀阻擋壁等的環(huán)流控制部件，還設(shè)有將外部電極內(nèi)的排放氣體流在內(nèi)部電極側(cè)偏置或?qū)б牡入x子體式排放氣體凈化裝置。在該裝置中，由此，使通過(guò)內(nèi)部電極附近的等離子體強(qiáng)度強(qiáng)的部分的排放氣體的量增加，提高了作為排放氣體全體的排氣凈化效率。
但是，該裝置的如此構(gòu)成，考慮到在通過(guò)等離子體來(lái)提高氣體的化學(xué)反應(yīng)的情況下湊效，但在以捕捉集塵電極的管內(nèi)面粒子等的集塵為目的的情況下，相反地，由于氣體與管內(nèi)面的接觸效率變差，存在著得不到集塵性能改善的問(wèn)題。
另外，在該構(gòu)成中，是在內(nèi)部電極側(cè)導(dǎo)引排放氣體流，需要將環(huán)狀阻擋層的高度提高至管內(nèi)徑的數(shù)十％左右。而且，將該種阻擋層構(gòu)造是由接地電位的金屬形成時(shí)，電極間的火花電壓被支配在環(huán)狀內(nèi)徑。為此，可施加的電壓與沒(méi)有環(huán)狀阻擋層的情況相比，顯著降低。因?yàn)樵撌┘与妷旱慕档?，管?nèi)面的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著變?nèi)?，向接地電極內(nèi)面的集塵作用顯著降低。
此外，即使該環(huán)狀阻擋層由絕緣物形成、管內(nèi)面也由處于接地電位的金屬形成的情況下，因經(jīng)絕緣物表面的絕緣破壞現(xiàn)象，與無(wú)環(huán)狀阻擋層的情況相比，同樣地可施加的電壓降低。為此，管內(nèi)面的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著變?nèi)?，集塵作用弱化。
另外，從管內(nèi)面用絕緣覆層或絕緣體形成環(huán)狀阻擋層時(shí)，價(jià)格非常高，另外，絕緣耐久性方面也成問(wèn)題。另一方面，在以集塵為目的的氣體處理裝置的情況下，需要不會(huì)使可施加的電壓相當(dāng)?shù)?、提高氣體與集塵電極的表面的接觸效率的構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，其目的在于提供一種利用電暈放電的原理，可將氣體中的浮游微粒凝集增大化或集塵，而且，也可作為可車輛搭載的排放氣體凈化裝置使用的、高性能、低壓力損失下可緊湊化的氣體處理裝置。
實(shí)現(xiàn)上述目的的氣體處理裝置為，具有電暈電極和與該電暈電極對(duì)置的集塵電極，在所述電暈電極和所述集塵電極之間施加高電壓，在通過(guò)所述電暈電極與所述集塵電極之間的氣體中形成電暈放電，以進(jìn)行氣體中成分的凝集或集塵的氣體處理裝置，在所述集塵電極的與所述電暈電極對(duì)置的對(duì)置面附近，將促進(jìn)氣體紊流的紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在該對(duì)置面上或該對(duì)置面附近。
作為該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)，可以使用在對(duì)置面上形成連續(xù)或不連續(xù)的凸部的凹凸構(gòu)造，在表面配置沖孔篩等的構(gòu)造，裝定細(xì)線狀體而配置的電刷構(gòu)造，表面設(shè)有線圈狀的線狀體的構(gòu)造等。
通過(guò)該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)，促進(jìn)了在集塵電極與電暈電極之間，特別是，作為與電暈電極對(duì)置的面的集塵電極的對(duì)置面附近的氣體的紊流化，產(chǎn)生流路斷面方向的氣體流。其結(jié)果，從外觀上看，由電暈放電而帶電的粒子的驅(qū)動(dòng)速度變快。為此，即使縮短氣體的處理時(shí)間，也可充分地發(fā)揮例如凝集作用以及集塵作用，靜電凝集性能或集塵性能顯著提高。因此，可提供一種可進(jìn)行靜電凝集或靜電集塵，高性能、壓力損失低并且緊湊的氣體處理裝置。
總之，電暈放電為局部的非破壞放電，但因紊流促進(jìn)，在與氣體的主流方向垂直的流路斷面內(nèi)的方向的攪拌作用變大。為此，經(jīng)過(guò)流路空間整體的粒子的帶電所需的平均時(shí)間變短。另外，通過(guò)由紊流促進(jìn)對(duì)流路斷面內(nèi)的方向的攪拌作用，帶電粒子在短時(shí)間內(nèi)接觸(接近)與作為在集塵電極中的電暈電極對(duì)置的面的集塵電極的對(duì)置面。因此，即使由靜電作用產(chǎn)生的粒子的驅(qū)動(dòng)速度較小，也可在短時(shí)間在該對(duì)置面上通過(guò)靜電作用被捕捉。
此外，作為與該電暈電極對(duì)置的面的集塵電極面或在集塵電極面附近，設(shè)置紊流促進(jìn)體時(shí)，該對(duì)置面中的粘性抵抗的影響進(jìn)一步涉及至中央部，對(duì)置面附近的氣體的主流方向的流速降低。為此，在該對(duì)置面附近，由靜電力產(chǎn)生的帶電粒子的移動(dòng)速度和氣體流速之比變高。所以，促進(jìn)了由靜電力產(chǎn)生的帶電粒子的捕捉作用。
在上述的氣體處理裝置中，構(gòu)成為由圍繞所述電暈電極的非通氣性的筒狀體形成所述集塵電極，使氣體通過(guò)該筒狀體內(nèi)部。或者，構(gòu)成為，由與前述電暈電極相對(duì)置的面狀體形成所述集塵電極，并且該面狀體與所述電暈電極一同由非通氣性的筒狀體圍住，使氣體通過(guò)該筒狀體的內(nèi)部。采用如此構(gòu)成，能夠使氣體在電暈電極與集塵電極之間流通。
另外，由對(duì)置面的紊流促進(jìn)體促進(jìn)紊流的另一面，增加了粘性所致的摩擦阻力，增加了由筒狀體形成的氣體通路的壓力損失?？墒?，在通常的用途中，因該氣體通路的摩擦損失微小，對(duì)氣體處理裝置全體的影響較低。另外，隨著朝向筒狀體的氣體導(dǎo)入部和來(lái)自筒狀體的氣體排出部中的流速變化，與壓力損失與摩擦損失相比足夠大。為此，通過(guò)設(shè)置該紊流促進(jìn)體，幾乎不用擔(dān)心氣體處理裝置的壓力損失會(huì)顯著地過(guò)分增大。
并且，在上述的氣體處理裝置中，將所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)通過(guò)凹凸構(gòu)造構(gòu)成，設(shè)所述集塵電極的代表長(zhǎng)度為D、所述集塵電極的對(duì)置面的表面的最大表面粗糙度為ε時(shí)的所述凹凸構(gòu)造的相對(duì)粗糙度ε/D形成為0.01以上，0.1以下。即，該相對(duì)粗糙度從紊流促進(jìn)的效果方面考慮，最好在0.01以上，從放電的空間的均勻性和穩(wěn)定性的實(shí)用方面考慮，最好在0.1以下。
作為該凹凸構(gòu)造，可由如下的各種形態(tài)構(gòu)成。首先，為與集塵電極一體化的構(gòu)造，成為在集塵電極自身的表面開槽的構(gòu)成。并且，與集塵電極分體的構(gòu)造，將圓桿或方桿設(shè)置于集塵電極的表面的構(gòu)成。另外，將擴(kuò)管金屬、沖孔金屬等的沖孔篩等的凹凸構(gòu)造以粘接、接觸、浮動(dòng)等方式配置于集塵電極的表面，或者用具有凹凸構(gòu)造的板形成面狀體的構(gòu)成。
另外，作為該凹凸構(gòu)造，不僅可做成凸部與凹部有規(guī)則地并排的構(gòu)造，而且也可以是不規(guī)則形狀的凸部或凹部不規(guī)則地并排設(shè)置的構(gòu)造。即，凸部或凹部或排列或排列密度等可以有規(guī)則，也可以沒(méi)有規(guī)則。并且，凸部的形狀也可以是各式各樣。例如，可以采用尖形狀、三角錐、四角錐、圓錐、立方體、長(zhǎng)方體、角錐臺(tái)、圓錐臺(tái)、半球體、球體等各種形狀。
此外，該凹凸構(gòu)造的相對(duì)粗糙度ε/D與傳熱或管摩擦等情況下使用的是相同的。設(shè)在由集塵電極圍住的流路斷面積為S，濕周長(zhǎng)度為P時(shí)，用集塵電極圍住電暈電極而形成時(shí)的代表長(zhǎng)度D，則D＝4S/P。因此，由圓管形成集塵電極時(shí)，D相當(dāng)于圓管的直徑。另外，集塵電極由平行平板的面狀體形成時(shí)，電暈電極與平板的距離為b，則D＝2b。
為了在筒狀體內(nèi)發(fā)展紊流，需要不穩(wěn)定(助走)區(qū)間。在使用本發(fā)明的紊流促進(jìn)體時(shí)，該距離成為筒狀體斷面的代表長(zhǎng)度D的2倍左右。因此，筒狀體的長(zhǎng)度成為筒狀體的斷面的代表長(zhǎng)度D的3倍以上較合適，實(shí)際應(yīng)用上最好為D的5～20倍。
另外，在上述的氣體處理裝置中，使所述凹凸構(gòu)造以凸部的上游面朝下游側(cè)傾斜地形成時(shí)，在凸部的后游側(cè)可形成渦流，在凸部的后游側(cè)產(chǎn)生氣體流的滯流。其結(jié)果，與使凸部的上游面朝上游側(cè)傾斜而成時(shí)相比，進(jìn)一步提高了筒狀體內(nèi)側(cè)表面中的粒子狀物質(zhì)的捕捉效果。這是由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的，所以最好將凸部的上游面成為朝下游側(cè)傾斜的形狀。
并且，在上述的氣體處理裝置中，由金屬材料等的導(dǎo)電材料形成前述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的氣體接觸部分時(shí)，該部分成為電暈電極的對(duì)置電極。另外，可以將該凹凸構(gòu)造由導(dǎo)電材料分體形成，將其與由導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料形成的筒狀體組合而成。另外，由導(dǎo)電材料形成紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)并與由非導(dǎo)電材料形成的筒狀體組合時(shí)，紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)自身成為集塵電極，成為其外側(cè)設(shè)置非通氣性的筒狀體的構(gòu)成。
另外，將所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的氣體接觸部分由陶瓷等的絕緣材料形成時(shí)，集塵電極的表面由絕緣材料覆蓋。為此，帶電的粒子狀物質(zhì)很難失去電荷。因此，可將作為與電暈電極相對(duì)置面的集塵電極的對(duì)置面中的帶電粒子的再飛散加以抑制，能夠提高捕捉力。其結(jié)果，成為重視集塵性能時(shí)的較好的構(gòu)造。
再者，在上述的氣體處理裝置中，在所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)或所述集塵電極的至少一方的氣體接觸部分設(shè)有觸媒。根據(jù)該構(gòu)成，因在紊流效果下，氣體與作為與電暈電極對(duì)置的面的集塵電極的對(duì)置面的接觸效率提高，也促進(jìn)了觸媒反應(yīng)。因此，可促進(jìn)氣體中的凈化對(duì)象成分的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)。作為該觸媒，能夠使用以白金為首的貴金屬觸媒或其他的觸媒。
另外，也產(chǎn)生使捕捉的帶電粒子堆積在凹凸構(gòu)造上，并使凹凸構(gòu)造埋沒(méi)的場(chǎng)合?？墒牵词乖谠搱?chǎng)合，也可由觸媒分解并除去帶電粒子。并且，在這些因觸媒作用產(chǎn)生的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)或粒子的分解除去之際，氣體的熱量或反應(yīng)輔助劑的添加等可適用通常使用的方式。即，通過(guò)將紊流促進(jìn)體與觸媒組合，在紊流促進(jìn)下，能夠更有效地實(shí)施作為表面反應(yīng)的觸媒反應(yīng)。
此外，在上述的排放氣體處理裝置中，具有將所述筒狀體自然空氣冷卻或強(qiáng)制冷卻的構(gòu)成。通過(guò)該構(gòu)成，可使氣體中的成分的一部分例如水分或未燃燃料成分等凝結(jié)。通過(guò)其液化，可生成粒子的液交聯(lián)，從而提高凝集增大或集塵的效果。
作為該自然空氣冷卻為，不將筒狀體保溫而暴露并放置于外部氣體中，或?qū)⒎恋K對(duì)流傳熱或熱放射的構(gòu)件不設(shè)置于筒狀體的外部附近的消極的冷卻。另外，強(qiáng)制冷卻為，使用冷卻風(fēng)扇或散熱片或冷媒產(chǎn)生的冷卻等的任何積極的冷卻機(jī)構(gòu)，通過(guò)強(qiáng)制冷卻來(lái)冷卻筒狀體。
即，在氣相中的粒子的凝集過(guò)程中，以附著或結(jié)合在粒子表面的形式，將存在的液狀成分保持在粒子間的接觸部，即實(shí)現(xiàn)所謂的液交聯(lián)的重要的作用。另外，通過(guò)紊流促進(jìn)，提高了氣體與集塵電極之間的熱傳遞特性。為此，通過(guò)冷卻集塵電極，可促進(jìn)氣體的冷卻特別是作為與電暈電極相對(duì)置的面的集塵電極的對(duì)置面附近的氣體的冷卻。
并且，當(dāng)使氣體冷卻時(shí)，氣體中含有的水分等液化，從而起到粒子間的液交聯(lián)作用。其結(jié)果，進(jìn)一步提高了粒子的凝集或捕捉特性。特別是，在燃燒氣體時(shí)，氣體含有水分的情況較多，由氣體冷卻而產(chǎn)生的液交聯(lián)效果較大。另外，氣體中含有的未燃燃料成分或碳化氫類等也通過(guò)冷卻而部分液化，實(shí)現(xiàn)液交聯(lián)作用。這是由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的。
另外，在上述的氣體處理裝置中，構(gòu)成為，相對(duì)于被導(dǎo)入所述筒狀體內(nèi)部的氣體、設(shè)有供給使氣體中的成分凝集或增大的添加劑的添加劑供給機(jī)構(gòu)。通過(guò)該構(gòu)成，進(jìn)一步提高了凝集性能或集塵性能。作為該添加劑，可使用水或碳化氫類、燃料等容易液化的成分。另外，添加劑的添加位置可以在筒狀體的上游側(cè)的位置，也可以在筒狀體的內(nèi)部的位置。
此外，在上述的氣體處理裝置中，設(shè)有多個(gè)由所述電暈電極和所述集塵電極構(gòu)成的氣體處理組件，所述集塵電極由圍住該電暈電極的非通氣性的筒狀體形成。
另外，上述的氣體處理裝置的構(gòu)成為，由所述電暈電極和由與該電暈電極相對(duì)置的面狀體形成的所述集塵電極組合而成的氣體處理組件設(shè)有多個(gè)，并位于一個(gè)筒狀體內(nèi)?；蛘邩?gòu)成為，設(shè)有多個(gè)由所述電暈電極、所述集塵電極以及所述筒狀體的組合構(gòu)成的氣體處理組件，所述集塵電極由與所述電暈電極相對(duì)置的面狀體形成，所述筒狀體圍住所述電暈電極與所述集塵電極。通過(guò)這些構(gòu)成，可對(duì)應(yīng)于流量多的氣體的處置。
正如上所述，根據(jù)本發(fā)明的氣體處理裝置，由于具有在作為與電暈電極相對(duì)置的面的非放電極側(cè)的集塵電極的對(duì)置面或?qū)χ妹娴母浇?，設(shè)有在對(duì)置面附近促進(jìn)氣體紊流的紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成，通過(guò)該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)，能夠促進(jìn)流路特別是對(duì)置面附近的氣體的紊流，能夠加大流路斷面方向的攪拌作用。
為此，能夠在流路空間整體中，使氣體中成分的帶電所需要的時(shí)間縮短、相帶電粒子的集塵電極的對(duì)置面的接觸容易，隨著氣體的對(duì)置面附近中的主流方向流速的低速化，可實(shí)現(xiàn)滯留時(shí)間的增加，能夠進(jìn)一步促進(jìn)靜電力產(chǎn)生的帶電粒子的捕捉。
因此，能夠顯著地提高相對(duì)帶電粒子的靜電凝集性能或集塵性能，能夠使進(jìn)行靜電凝集或靜電集塵的氣體處理裝置高性能化、低壓力損失化以及緊湊化。


圖1為示意地示出本發(fā)明第1實(shí)施例的氣體處理裝置的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖2為示出本發(fā)明第1實(shí)施例的氣體處理裝置的筒狀體的斷面形狀例的視圖，(a)示出圓形例、(b)示出正方形例、(c)示出端部為圓形的扁平體例、(d)示出長(zhǎng)方形例。
圖3為示意地示出本發(fā)明第2實(shí)施例的氣體處理裝置的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖4為示意地示出本發(fā)明第3實(shí)施例的氣體處理裝置的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖5為示出本發(fā)明第3實(shí)施例的氣體處理裝置的筒狀體的斷面形狀例視圖，(a)示出圓形例、(b)示出正方形例、(c)示出端部為圓形的扁平體例、(d)示出長(zhǎng)方形例。
圖6為示意地示出本發(fā)明第3實(shí)施例的氣體處理裝置的其他構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖7為示出本發(fā)明第3實(shí)施例的氣體處理裝置的其他構(gòu)成的筒狀體的剖面形狀例的圖，(a)為示出在集塵電極間具有單一的電暈電極的例子，(b)為示出在集塵電極間具有多個(gè)電暈電極的例子。
圖8為示意地示出本發(fā)明第4實(shí)施例的氣體處理裝置的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖9為示意地示出將多個(gè)圓柱在筒狀體上以螺旋狀插入而形成的凹凸構(gòu)造的部分側(cè)剖面圖。
圖10為示意地示出在筒狀體的內(nèi)側(cè)表面通過(guò)開槽形成臺(tái)形形狀凸部的構(gòu)造的部分透視圖。
圖11為示意地示出在筒狀體內(nèi)側(cè)表面具有設(shè)置格子槽而成的凹凸構(gòu)造的內(nèi)面帶槽管構(gòu)造的部分側(cè)剖面圖。
圖12為示意地示出在筒狀體內(nèi)側(cè)表面具有設(shè)置螺旋狀槽而成的凹凸構(gòu)造的內(nèi)面帶槽管構(gòu)造的部分側(cè)剖面圖。
圖13為示意地示出具有將環(huán)狀凸部有間隔地形成在筒狀體的內(nèi)側(cè)表面2上而成的凹凸構(gòu)造的內(nèi)面帶槽管構(gòu)造的部分透視圖。
圖14為示意地示出由持有三維構(gòu)造的散熱片構(gòu)成的凹凸構(gòu)造的部分透視圖。
圖15為示意地示出由持有三維構(gòu)造的散熱片構(gòu)成的其他凹凸構(gòu)造的部分透視圖。
圖16為示出未做壓延處理的擴(kuò)管金屬的部分平面圖。
圖17為圖16的部分放大圖，示出網(wǎng)眼的指向與氣體流方向的部分放大圖。
圖18為示出凸部的上游面傾斜于下游側(cè)的構(gòu)成的部分側(cè)剖面圖。
圖19為示出凸部的上游面傾斜于上游側(cè)的構(gòu)成的部分側(cè)剖面圖。
圖20為示出在凸部的后流側(cè)發(fā)生氣體流滯流的構(gòu)成的部分透視圖。
圖21為示出筒狀體和紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)均由導(dǎo)電材料形成的構(gòu)成圖。
圖22為示出用絕緣材料形成筒狀體，用導(dǎo)電材料形成紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成圖。
圖23為示出用導(dǎo)電材料形成筒狀體，用絕緣材料形成紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成圖。
圖24為示出筒狀體的內(nèi)周部和紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)均由絕緣材料形成，并設(shè)置了用導(dǎo)電材料形成的筒狀體外周部的構(gòu)成圖。
圖25為示出將筒狀體的外面呈大氣開放狀態(tài)，容易進(jìn)行自然對(duì)流傳熱的構(gòu)成圖。
圖26為示出將促進(jìn)筒狀體向外部散熱的冷卻用散熱片設(shè)置在筒狀體外部的構(gòu)成圖。
圖27為示出將筒狀體作成雙層管構(gòu)造，用冷媒強(qiáng)制冷卻而成的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明實(shí)施例的氣體處理裝置。正如圖1和圖2所示，本發(fā)明第1實(shí)施例的氣體處理裝置1由施加使電暈放電發(fā)生用的高電壓的電暈電極10，和圍繞該電暈電極10并成為集塵電極的筒狀體20構(gòu)成。
該電暈電極10最好為電場(chǎng)集中系數(shù)高的電極。該電暈電極10由細(xì)線電極、角狀電極、帶有突起構(gòu)造的電極等的線狀(電線狀)或棒狀等的電極形成。筒狀體20由導(dǎo)電性的材料形成。該筒狀體20圍繞在電暈電極10的周圍。另外，在筒狀體20上，上游側(cè)設(shè)有氣體入口部21，下游側(cè)設(shè)有氣體出口部22。
該電暈電極10和筒狀體20相互通過(guò)絕緣子30等而處于電絕緣狀態(tài)而成。電暈電極10與高壓電源40連接。由該高壓電源40發(fā)生的高電壓，一般的，最好使用負(fù)極性的直流電壓，但也可以是直流、交流、脈沖狀的任意一種。另外，該高電壓的極性可以為負(fù)極性也可以為正極性。
此外，筒狀體20不是作為放電電極而是作為無(wú)集塵電極而構(gòu)成。在圖1中，筒狀體20電接地地維持在接地電位，但可根據(jù)需要保持在另外的電位上。被施加在該電暈電極10和筒狀體20上的電壓也可以為，在通過(guò)該電暈極10與筒狀體20間的氣體G中有產(chǎn)生電暈放電的電壓。
該筒狀體20的剖面形狀沒(méi)有特別地限定。考慮到電暈放電的穩(wěn)定性等，最好為圓形，但也可為正方形等。特別是，將電暈電極10設(shè)置多個(gè)的情況下，筒狀體20的剖面形狀也可以為橢圓形、三角形、長(zhǎng)方形、其他多角形。圖2示出了該筒狀體20的剖面形狀的例。
而且，在筒狀體20的內(nèi)部通過(guò)氣體G的同時(shí)，在電暈電極10和筒狀體20之間施加高電壓，在筒狀體20的內(nèi)部形成電暈放電。依靠該電暈放電，使通過(guò)筒狀體20內(nèi)部的氣體G中的粒子狀物質(zhì)(PM)等的成分帶電。然后，使該帶電粒子凝集或集塵。
下面對(duì)該凝集增大化以及集塵進(jìn)行說(shuō)明。
通過(guò)高電壓的施加，在電暈電極10的附近形成不平等電場(chǎng)，以電暈電極10為中心，形成局部的氣體G非破壞放電亦即電暈放電空間。隨著該電暈放電，氣體G中的高速電子與高速電子碰撞，形成多個(gè)被電離的正離子和由帶電子產(chǎn)生的負(fù)離子。
當(dāng)使含PM的氣體G通過(guò)該電暈放電空間時(shí)，則隨著電子、正離子、負(fù)離子和PM(粒子狀物質(zhì))等的粒子(氣體中的成分)碰撞，粒子幾乎瞬間被帶電荷。依靠該帶電荷，帶電的粒子靠庫(kù)侖力被集塵電極20捕集。
利用該電暈放電，在電集塵作用下捕集PM的情況下，與用通常物理的過(guò)濾器機(jī)械地收集場(chǎng)合相比，可有選擇地捕集更纖細(xì)的PM粒子。為此，即使在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間下連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)也不會(huì)堵塞。
并且，在本發(fā)明中，在該筒狀體20的與電暈電極10對(duì)置的對(duì)置面(內(nèi)側(cè)表面)20f或?qū)χ妹?0f的附近，設(shè)有紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23。該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23可將對(duì)置面20f加工設(shè)置，也可將與筒狀體20分體的構(gòu)造物與對(duì)置面20f接觸或浮起狀設(shè)置。
該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23可用凹凸構(gòu)造(突起構(gòu)造)23構(gòu)成。有關(guān)該凹凸構(gòu)造23可參考提高傳熱特性用的突起構(gòu)造。該凹凸構(gòu)造的具體例如圖9～圖17示出。
圖9為將單個(gè)或多個(gè)的線狀體(圓棒和角棒)23在筒狀體20上呈螺旋狀插入，卷繞在筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f上而成。圖10為在筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f上通過(guò)開槽形成臺(tái)形形狀的凸部23。另外，圖11和圖12為設(shè)置格子槽和螺旋槽等規(guī)則的正凹凸，成為內(nèi)面帶槽管構(gòu)造。圖11示出格子圖案、圖12示出螺旋狀圖案。
此外，圖13示出環(huán)狀的凸部23在筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f有間隔地形成的構(gòu)造。另外，圖14和圖15為示出由持有三維構(gòu)造的散熱片構(gòu)成的凹凸構(gòu)造23。此外盡管未圖示，但也可將筒狀體20的內(nèi)面20f進(jìn)行噴砂處理而形成雜亂的凹凸。這些凹凸同樣可形成在對(duì)置面20f上，也可分散配置。在該圖13的情況下，以代表突起高度h的20倍左右的間隔L放置，也是有效的。
持有該凹凸構(gòu)造23的筒狀體20可按如下方式制造。第一個(gè)方法為，將筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f以開槽加工等直接加工制造。第二個(gè)方法為，對(duì)加工薄板狀的板材表面以設(shè)置凹凸而成的筒狀體20整形來(lái)制造。第三個(gè)方法為，將通過(guò)加工而設(shè)置凹凸的板材或已形成有凹凸的板材，可插入筒狀體20整形并插入筒狀體20來(lái)制造。第四個(gè)方法為，將如市售的，已有凹凸的面狀體插入筒狀體20來(lái)制造。
作為該已形成有凹凸的板材采用具有金屬絲網(wǎng)或沖孔金屬、擴(kuò)管金屬等的薄板狀突起物。另外，作為該板材，也可使用帶縫隙格柵、輪箍篩、波紋篩(無(wú)孔)、酒窩篩(有孔)、縫隙凸出窗篩、架橋凸出窗篩、三角凸出窗篩、半圓凸出窗篩等的穿孔篩。
而且，如圖16以及圖17所示地，在未做壓延處理的擴(kuò)管金屬23的情況下，存在著網(wǎng)眼的指向，氣體即使朝任意的網(wǎng)眼流動(dòng)也具有紊流促進(jìn)的效果，確認(rèn)提高了凝集作用、集塵作用。
有關(guān)該方向，以氣體在短網(wǎng)眼方向的A方向流動(dòng)的方式插入筒狀體20的情況，與氣體在其他方向B、C流入方式插入的情況下相比，凝集作用、集塵作用兩者均得到提高。在前者的情況下，流體的停滯被形成在突起的后側(cè)。
此外，A、B、C三者在筒狀體內(nèi)的電場(chǎng)分布上幾乎無(wú)差異(特別是A和B完全相同)，但其效果卻有明顯的差異。所以，很顯然，筒狀體內(nèi)面的凹凸構(gòu)造的流體作用在凝集作用、集塵作用上會(huì)給予很大的影響。
也就是說(shuō)，如圖18所示，使凹凸構(gòu)造23以凸部23的上游面向下游側(cè)傾斜地方式形成。這樣，在凸部23的后流側(cè)可形成渦流，在凸部23的后流側(cè)發(fā)生氣體流的滯流Y。如果采用圖18的構(gòu)成，則與如圖19所示的構(gòu)成相比，筒狀體20的對(duì)置面20中的粒子物質(zhì)(PM)等的帶電粒子的捕集效果更高。另外，作為在該凸部的后流側(cè)氣體流的滯流Y發(fā)生的構(gòu)成，也可為圖20所示的構(gòu)成。
并且，有關(guān)該凹凸構(gòu)造23的大小，最好使相對(duì)粗糙度(ε/D)為00.1以上、0.1以下。在此，將筒狀體20的斷面的代表長(zhǎng)度設(shè)為D、將筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f的最大表面粗糙度設(shè)為ε。使該相對(duì)粗糙度(ε/D)為0.01以上，可得到最好的紊流促進(jìn)效果。另外，使其值為0.1以下時(shí)，可得到放電較好的空間均勻性和穩(wěn)定性。
對(duì)也應(yīng)當(dāng)稱作該斷面的代表長(zhǎng)度D和筒狀體20的對(duì)置面20f的凹凸構(gòu)造的無(wú)因次代表尺寸的相對(duì)粗糙度(ε/D)說(shuō)明。由筒狀體20形成集塵電極時(shí)的代表長(zhǎng)度D，與在傳熱工程學(xué)等情況下使用的長(zhǎng)度相同。以由筒狀體20圍繞的流路斷面面積為S，濕周長(zhǎng)度為P時(shí)，D＝4S/P。在圓管的情況下，D相當(dāng)于圓管的直徑。
并且，因紊流的程度和管磨擦阻力相互關(guān)系較密切，所以與筒狀體20的管磨擦阻力λ有較大關(guān)系的相對(duì)粗糙度(ε/D)，成為紊流促進(jìn)效果好的指標(biāo)。從表示雷諾數(shù)R和管壁的相對(duì)粗糙度(ε/D)以及管磨擦系數(shù)λ的關(guān)系的木狄流體摩擦系數(shù)線圖也可知，管的相對(duì)粗糙度為0.01以上時(shí)，管磨擦系數(shù)λ的增加率急劇增高。由此可知，由凹凸構(gòu)造23產(chǎn)生的紊流促進(jìn)效果顯著地變大。
實(shí)際上，在實(shí)驗(yàn)中也確認(rèn)了凹凸構(gòu)造23的相對(duì)粗糙度(ε/D)為0.01以上時(shí)，靜電集塵作用會(huì)顯著地提高。為此，雷諾數(shù)R(＝UD/v)最好在2,000～100,000的區(qū)域，即，從過(guò)渡區(qū)域到紊流區(qū)域。在此，將筒狀體20內(nèi)部的氣體的主流速度或平均流速設(shè)為U，將氣體的動(dòng)粘性系數(shù)設(shè)為V。
本發(fā)明人進(jìn)行了觀察該凹凸構(gòu)造23的相對(duì)粗糙度(ε/D)與捕集效果關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，用D＝59mm的圓管形成筒狀體20的情況下，插入發(fā)泡金屬薄板(ε＜0.5mm，ε/D＜0.008)以形成凹凸構(gòu)造23A時(shí)，和插入金屬絲網(wǎng)(ε～0.5mm，ε/D～0.008)以形成凹凸構(gòu)造23A時(shí)，示出了與無(wú)凹凸構(gòu)造(ε＝0，ε/D＝0)情況下同樣的集塵性能。另外，插入擴(kuò)管金屬1(ε～2mm，ε/D～0.03)、擴(kuò)管金屬2(ε～3mm，ε/D～0.035)、圓桿螺旋管(ε～2mm，ε/D～0.03)、方桿螺旋管(ε～2mm，ε/D～0.03)以形成凹凸構(gòu)造時(shí)，示出了比無(wú)凹凸構(gòu)造的場(chǎng)合要優(yōu)越的集塵性能。
并且，對(duì)筒狀體20的長(zhǎng)度進(jìn)行說(shuō)明。為了在筒狀體20內(nèi)實(shí)現(xiàn)紊流，需要不穩(wěn)定區(qū)間。該距離為筒狀體斷面的代表長(zhǎng)度D的2倍左右。因此，筒狀體20的長(zhǎng)度在筒狀體20的斷面的代表長(zhǎng)度D的2倍以上較合適。在實(shí)際應(yīng)用中，為D的5～20倍較好。由此，可使裝置1緊湊。
將在下面進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。層流也好，紊流也好，即使在層流中，管斷面的速度分布也并不是立刻穩(wěn)定的。流動(dòng)沒(méi)有從管入口直接擴(kuò)展層流或紊流程度。并且，為了在管內(nèi)(平行平板時(shí)為平行平板內(nèi))使流動(dòng)充分?jǐn)U展，需要不穩(wěn)定區(qū)間La。該不穩(wěn)定區(qū)間La通常在La/D的數(shù)值在層流時(shí)成為數(shù)100，在紊流時(shí)成為50～100。即，不穩(wěn)定區(qū)間La從直徑D的數(shù)十倍到數(shù)百倍。為此，例如，直徑D為50mm時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)間La成為米(m)的等級(jí)。
在該不穩(wěn)定區(qū)間La，速度邊界層沒(méi)有充分?jǐn)U展。為此，集塵電極20附近的流速變快。在該部位，靜電力產(chǎn)生的帶電粒子的移動(dòng)速度與氣體流速之比較小。如此，成為捕捉作用面中的負(fù)面因素。另外，捕捉在集塵電極20上的帶電粒子因氣體流容易再飛散。特別是，處置碳系等的低阻力粒子時(shí)，再飛散容易進(jìn)一步地發(fā)生。為此，需要使全體的流速下降，或者使管長(zhǎng)與不穩(wěn)定區(qū)間相比足夠長(zhǎng)。由此，裝置增大。
為此，設(shè)置紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23，就可使不穩(wěn)定區(qū)間La非常短。這是考慮到，從管摩擦系數(shù)的增大來(lái)推定，總促進(jìn)速度邊界層的剝離的緣故。實(shí)際上，從研究在管內(nèi)面帶突起的流動(dòng)的文獻(xiàn)來(lái)看，也可推測(cè)。即，通過(guò)設(shè)置紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23，不穩(wěn)定區(qū)間La變短，La/D的數(shù)值成為2左右。
下面，對(duì)紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23的材質(zhì)進(jìn)行說(shuō)明。該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23用金屬等的導(dǎo)電材料或陶瓷等的絕緣材料形成。但是，該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23與筒狀體20的至少任意一方由于需要成為電暈電極10的對(duì)置電極，因此可考慮圖21～圖24所示的構(gòu)成。
在圖21中，筒狀體20與紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23均由導(dǎo)電材料形成。并且，采用該筒狀體20與紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23這兩者成為電暈電極10的對(duì)置電極的構(gòu)成。另外，在圖22中，筒狀體20由絕緣材料形成，而紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23由導(dǎo)電材料形成。并且，將紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23為電暈電極10的對(duì)置電極的構(gòu)成。另外，在紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23使用導(dǎo)電材料時(shí)，相對(duì)粗糙度(ε/D)變大時(shí)，與電暈電極10的電極間距離部分變短，由于施加電壓的上限下降，需要注意。
然后，在與這些氣體G接觸的部分，涂覆陶瓷等的絕緣物。由此，被捕捉的帶電粒子的電荷很難失去，從而能夠抑制再飛散引起的粒子的排出。另外，也產(chǎn)生防止由氣體G引起的筒狀體20與紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23的腐蝕的效果。
在圖23中，分別用導(dǎo)電材料形成筒狀體20，用陶瓷等的絕緣材料形成紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23。并且，將筒狀體20作為電暈電極10的對(duì)置電極，將與氣體G接觸的部分作為絕緣物。由此，能夠防止再飛散和防止由氣體G引起的腐蝕。
在圖24中，筒狀體20由形成氣體通路的內(nèi)周部20a和包圍其外側(cè)的外周部20b構(gòu)成。與此同時(shí)，用絕緣材料形成內(nèi)周部20a和紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23。另外，外周部20b用導(dǎo)電材料形成。將該外周部20b設(shè)為與電暈電極10相對(duì)的對(duì)置電極。即使采用如此構(gòu)成，也可防止再飛散和防止氣體G所致的腐蝕。此時(shí)，特別是，成為電暈電極10的對(duì)置電極的外周部20b與氣體G不完全接觸，從而能夠完全防止氣體G所致的腐蝕。
下面，對(duì)設(shè)有觸媒的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。在該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23或筒狀體20的至少一方的氣體接觸部分上設(shè)有觸媒的構(gòu)成。通過(guò)該構(gòu)成，在紊流效果下，可提高氣體G與紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23或筒狀體20的對(duì)置面20f的接觸效率。與之同時(shí)，用凹凸構(gòu)造形成紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23時(shí)，因?qū)嵸|(zhì)的觸媒表面積也變大，能夠提高反應(yīng)效率。為此，也能夠顯著地促進(jìn)觸媒反應(yīng)。另外，觸媒表面因暴露在放電場(chǎng)，通過(guò)與因放電生成的游離基的相乘效果，進(jìn)一步提高了反應(yīng)效率。
作為該觸媒，可使用擔(dān)載白金等貴金屬類的氧化還原觸媒或具有NOx吸附能力的NOx吸藏還原型觸媒等。通過(guò)該觸媒的作用，可邊進(jìn)行附著在作為紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23的凹凸構(gòu)造上的粒子狀物質(zhì)的氧化燃燒處理，邊進(jìn)行將氣體G中的NOx等有害成分氧化還原處理。
使用觸媒時(shí)，特別是具有如下的優(yōu)點(diǎn)。也具有將捕捉到的粒子狀物質(zhì)堆積到凹凸構(gòu)造上，并使凹凸構(gòu)造埋沒(méi)的場(chǎng)合。可是，即使在這種情況下，也能夠在觸媒作用下將堆積的粒子狀物質(zhì)分解、除去。并且，在該觸媒的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)或粒子狀物質(zhì)的燃燒除去之際，可適用于氣體的加熱或反應(yīng)輔助劑的添加等一般的促進(jìn)觸媒反應(yīng)所使用的手段。另外，通過(guò)紊流促進(jìn)，也可更有效地實(shí)施作為表面反應(yīng)的觸媒反應(yīng)。
下面，對(duì)具有的加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23或筒狀體20的至少一方上裝入傳熱加熱器(未圖示)等的加熱機(jī)構(gòu)。通過(guò)該構(gòu)成，附著在紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23上的粒子狀物質(zhì)或氣體狀成分，在其附著量達(dá)到預(yù)定量或經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間時(shí)，由加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行的加熱，可實(shí)現(xiàn)觸媒的活性化并進(jìn)行燃燒處理。
作為該傳熱加熱器的裝配構(gòu)造，考慮編入絕緣涂覆的加熱線，并將雙重絕緣式的電熱加熱器卷成螺旋狀并形成凹凸構(gòu)造23等方式。另外，在捕集柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等的內(nèi)燃機(jī)的排放氣體中的PM時(shí)，由集塵電極20捕捉的PM因暴露在電暈放電場(chǎng)，所以可從150℃～200℃的低溫下開始燃燒。因此，燃燒除去之際，能夠避免高溫燃燒引起的損傷的發(fā)生。另外，能夠通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體溫度控制使燃燒開始。
下面，對(duì)筒狀體20的冷卻進(jìn)行說(shuō)明。在氣相粒子的凝集過(guò)程中，由于粒子間的液交聯(lián)起到了重要的作用，因此成為將該筒狀體20的外面?zhèn)茸匀豢諝饫鋮s或強(qiáng)制冷卻的構(gòu)成。
在該自然空氣冷卻中，不保溫筒狀體20的外面。并且，如圖25所示，使筒狀體20的外面成為向大氣開放狀態(tài)。另外，筒狀體20不由氣體處理裝置1的殼體等另外的筒體(未圖示)密閉。即，做成將前述的另外筒體設(shè)有通氣孔等，容易與外部氣體接觸，容易進(jìn)行自然對(duì)流傳熱。另外，為了可促進(jìn)散熱所致的冷卻效果，降低周圍部件的溫度。此外，為了提高由熱傳導(dǎo)所致的冷卻效果，而與熱傳導(dǎo)體接觸。
此外，也能夠?qū)⒋龠M(jìn)向筒狀體20的外部散熱的冷卻用散熱片設(shè)置在筒狀體20的外部。該冷卻用散熱片可使用例如在熱交換器等中通常使用的平滑環(huán)狀葉片、開縫葉片、電鍍?nèi)~片、長(zhǎng)方形葉片、環(huán)線葉片(wire rope fin)等。
另外，在強(qiáng)制冷卻中，如圖26所示，通過(guò)葉片2等，向筒狀體20的外面送風(fēng)，通過(guò)對(duì)流傳熱進(jìn)行的強(qiáng)制冷卻。或者，如圖27所示，將筒狀體20A做成通過(guò)冷卻水等的冷媒W的雙重管構(gòu)造，具有將筒狀體20用冷媒W強(qiáng)制冷卻的構(gòu)成。另外，搭載于汽車等車輛上的情況下，具有在行走時(shí)可風(fēng)冷的構(gòu)成。另外，并不限于這些冷卻手段，一般的冷卻手段也適用。
并且，通過(guò)該筒狀體20的外面?zhèn)鹊睦鋮s，使氣體G特別是筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f附近的氣體G冷卻。由此，由于該氣體G中含有的水分等凝結(jié)并液化，作為粒子間的液交聯(lián)而起作用，改善了粒子的凝集性能或捕捉性能。特別是，處理對(duì)象的氣體G在燃燒氣體的場(chǎng)合，含有水分較多，并且也含有未燃燃料部分或烴類等。為此，這些成分因冷卻而部分液化，也帶來(lái)液交聯(lián)作用，因此，由該筒狀體20的外面?zhèn)鹊睦鋮s帶來(lái)的效果變大。
在試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，在筒狀體外面具有強(qiáng)制風(fēng)冷的場(chǎng)合，粒子狀物質(zhì)的除去率為92％，而在筒狀體外面無(wú)強(qiáng)制風(fēng)冷的場(chǎng)合，粒子狀物質(zhì)的除去率為88％。
下面，對(duì)第2實(shí)施例的氣體處理裝置進(jìn)行說(shuō)明。
圖3所示的第2實(shí)施例的氣體處理裝置1A的構(gòu)成為，在氣體入口部21上具有添加劑供給機(jī)構(gòu)50，以向?qū)胪矤铙w20內(nèi)部的氣體G，供給使氣體G中的成分凝集或增大的添加劑A。作為該添加劑A，可使用水、碳化氫類、界面活性劑等或者在內(nèi)燃機(jī)的氣體時(shí)可使用燃料等。另外，作為添加劑供給機(jī)構(gòu)50的具體構(gòu)成，具有接受從添加劑用的箱或燃料箱供給的添加劑A，將向氣體入口部21內(nèi)部噴霧的噴射裝置設(shè)置于氣體入口部21上的構(gòu)成。該構(gòu)成以外是與第1實(shí)施例的氣體處理裝置同樣的構(gòu)成。
根據(jù)該第2實(shí)施例的氣體處理裝置1A的添加劑供給機(jī)構(gòu)50，當(dāng)液交聯(lián)所致的粒子增大時(shí)，則為了提高筒狀體20的內(nèi)側(cè)表面20f的捕捉性能，可將添加劑A向氣體G中噴霧。該添加劑A促進(jìn)液交聯(lián)。另外，添加劑A的添加位置并不限于圖3所示的入口部21處，可以在筒狀體20的內(nèi)部，或者在氣體入口部21的上游側(cè)。此外，處理內(nèi)燃機(jī)的氣體時(shí)，可以是，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)的缸體內(nèi)噴射中的位置噴射(ポスト噴射)等，將作為添加劑A的未燃燃料添加到氣體中的構(gòu)成。
下面，對(duì)第3實(shí)施例的氣體處理裝置進(jìn)行說(shuō)明。
圖4～圖7所示的第3實(shí)施例的氣體處理裝置1B為，用與電暈電極10相對(duì)置的面狀體形成集塵電極20B，并且用非通氣性的筒狀體60將該面狀體與所述電暈電極10一同圍住。并且，成為使氣體G通過(guò)該筒狀體60內(nèi)部的構(gòu)成。圖4和圖5示出相對(duì)電暈電極10由1個(gè)面狀體或一對(duì)平行的面狀體形成集塵電極20B的構(gòu)成。而圖6和圖7示出將平行于電暈電極10的面狀體的集塵電極20B做成層積狀構(gòu)造而成的構(gòu)成。
在本發(fā)明中，該第3實(shí)施例的氣體處理裝置1B的集塵電極20B在其對(duì)置面20Bf或?qū)χ妹?0Bf附近，設(shè)有與第1實(shí)施例的氣體處理裝置1的集塵電極20同樣的紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23。該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23的構(gòu)造或配置等具有與第1實(shí)施例的氣體處理裝置1同樣的構(gòu)成。
但是，集塵電極20B由面狀體形成時(shí)的代表長(zhǎng)度D，在由面狀體圍著電暈電極而形成時(shí)，D＝4S’/P’。在此，將圍著的流路斷面積設(shè)為S’，圍著的長(zhǎng)度設(shè)為濕周長(zhǎng)度P’。并且，用平行平板的面狀體形成集塵電極20B時(shí)，D＝2b。在此，將電暈電極10與平板20B的距離設(shè)為b。
并且，該集塵電極20B電接地并保持在接地電位上，或者根據(jù)需要保持在預(yù)定的電位上?？墒?，由于不必一定是非通氣性的，正如圖5(d)或圖7(d)所示，可由具有凹凸構(gòu)造的沖孔篩等形成。此時(shí)，由于集塵電極20B的表面已具有凹凸構(gòu)造，不必重新進(jìn)行表面加工或設(shè)置凹凸部件。
另外，對(duì)于獲得該構(gòu)成中的液交聯(lián)效果用的氣體冷卻，將第3實(shí)施例的氣體處理裝置1B的筒狀體60也可構(gòu)成為與第1實(shí)施例的氣體處理裝置1的筒狀體20同樣的構(gòu)成。并且，在由箱型或平板狀熱交換器等形成集塵電極20B，利用使冷媒在內(nèi)部循環(huán)等的方法，也可將集塵電極20B冷卻的構(gòu)成。
下面，對(duì)第4實(shí)施例的氣體處理裝置進(jìn)行說(shuō)明。
圖8所示的第4實(shí)施例的氣體處理裝置1C的構(gòu)成為，在第3實(shí)施例的氣體處理裝置1B的氣體入口部21上設(shè)有添加劑供給機(jī)構(gòu)50。該添加劑供給機(jī)構(gòu)50相對(duì)于導(dǎo)入筒狀體20內(nèi)部的氣體G，供給使氣體G中的成分凝集或增大的添加劑A。并且，該添加劑供給機(jī)構(gòu)50的構(gòu)成與第2實(shí)施例的氣體處理裝置1A相同。另外，第4實(shí)施例的氣體處理裝置1C除該添加劑供給機(jī)構(gòu)50的構(gòu)成外，均采用與第3實(shí)施例的氣體處理裝置1B同樣的構(gòu)成。
根據(jù)上述的氣體處理裝置1、1A、1B、1C，由于將電暈電極10構(gòu)成為，在與電暈電極10相對(duì)置的、非放電極側(cè)的集塵電極20的對(duì)置面20f或該對(duì)置面20f的附近，設(shè)有促進(jìn)氣體紊流的紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23，所以通過(guò)該紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)23，促進(jìn)了流路中特別是對(duì)置面20f附近的氣體的紊流，能夠加大流路斷面方向的攪拌作用。
為此，在流路空間全體中，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體中成分的帶電所需要的時(shí)間的縮短化、對(duì)作為與帶電粒子的電暈電極相對(duì)置的面的集塵電極的對(duì)置面的接觸的容易化、在氣體的對(duì)置面附近的主流方向流速的低速化。由此，能夠進(jìn)一步促進(jìn)靜電力引起的帶電粒子的捕捉。因此，能夠顯著地提高對(duì)帶電粒子的靜電凝集性能或集塵性能。另外，能夠使進(jìn)行靜電凝集或靜電集塵的氣體處理裝置高性能化、低壓力損失化以及緊湊化。
并且，上述構(gòu)成的本發(fā)明的氣體處理裝置1，1A，1B，1C也可單獨(dú)使用，但也可與其他集塵裝置或氣體凈化裝置等組合著使用。
例如，在上游側(cè)設(shè)有將粗大粒子篩取的過(guò)濾器或洗滌器等的集塵裝置，也可構(gòu)成為只將由這些集塵裝置很難除去的從微米尺寸起的超微尺寸以下的微粒用本發(fā)明的氣體處理裝置1，1A，1B，1C除去的構(gòu)成。
另外，可以為，在本發(fā)明的氣體處理裝置1，1A，1B，1C的下游側(cè)設(shè)有觸媒轉(zhuǎn)換器，將由貴金屬類等構(gòu)成的觸媒擔(dān)載于陶瓷蜂窩或金屬蜂窩上，以進(jìn)行氣體中的氣體成分的凈化的構(gòu)成。如做成如此構(gòu)成，則在處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體時(shí)，用本發(fā)明的氣體處理裝置1，1A，1B，1C能夠有效地除去粒子狀物質(zhì)。為此，可抑制下游側(cè)的觸媒表面的污染，能夠?qū)⒂|媒的表面中的反應(yīng)效率長(zhǎng)期維持在較高的狀態(tài)下。
并且，在本發(fā)明的氣體處理裝置1，1A，1B，1C中，在筒狀體20或集塵電極20B的對(duì)置面20f上堆積粒子狀物質(zhì)，以埋沒(méi)其紊流促進(jìn)體23的凹凸時(shí)，也存在著紊流促進(jìn)效果下降，凝集性能或集塵性能下降的場(chǎng)合。此時(shí)，也可成為以通常的靜電集塵裝置所采用的，將筒狀體20，60設(shè)置于垂直方向，通過(guò)振動(dòng)或沖擊使附著的粒子狀物質(zhì)下落并回收的、可進(jìn)行機(jī)械的再生處理的構(gòu)成。
另外，捕集的粒子狀物質(zhì)也可通過(guò)電加熱器、由石油燃燒器向PM直接加熱、燃料的后噴射等引起的排放氣體的升溫或者發(fā)動(dòng)機(jī)的性能調(diào)整或吸氣節(jié)流等引起的排放氣體的升溫，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定期燃燒和除去。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性具有上述優(yōu)越效果的本發(fā)明的氣體處理裝置，可非常有效地用于不僅是汽車上載置的內(nèi)燃機(jī)的排放氣體，而且為各種產(chǎn)業(yè)用機(jī)械或固定式內(nèi)燃機(jī)的排放氣體或工廠氣體、發(fā)電廠氣體等的氣體處理裝置，或者為各種制造工廠或醫(yī)療場(chǎng)所等的氣體處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種氣體處理裝置，具有電暈電極和與該電暈電極對(duì)置的集塵電極，向所述電暈電極與所述集塵電極之間施加高電壓，在通過(guò)所述電暈電極與所述集塵電極之間的氣體中形成電暈放電，進(jìn)行氣體中成分的凝集或集塵，其特征在于，在所述集塵電極的與所述電暈電極對(duì)置的對(duì)置面附近，將促進(jìn)氣體紊流的紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在該對(duì)置面上或該對(duì)置面附近。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體處理裝置，其特征在于，所述集塵電極由圍住所述電暈電極的非通氣性的筒狀體形成，氣體通過(guò)該筒狀體的內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體處理裝置，其特征在于，所述集塵電極由與所述電暈電極相對(duì)置的面狀體形成，并且，該面狀體與所述電暈電極一同由非通氣性的筒狀體圍住，使氣體通過(guò)該筒狀體的內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)由凹凸構(gòu)造構(gòu)成，當(dāng)設(shè)所述集塵電極的代表長(zhǎng)度為D、所述集塵電極的對(duì)置面的表面的最大表面粗糙度為ε時(shí)的所述凹凸構(gòu)造的相對(duì)粗糙度ε/D形成為0.01以上，0.1以下。
5.如權(quán)利要求4所述的氣體處理裝置，其特征在于，將所述凹凸構(gòu)造形成為使凸部的上游面朝下游側(cè)傾斜。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的氣體接觸部分由導(dǎo)電材料形成。
7.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)的氣體接觸部分由絕緣材料形成。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，在所述紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)或所述集塵電極的至少一方的氣體接觸部分設(shè)有觸媒。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，將所述筒狀體自然空氣冷卻或強(qiáng)制冷卻。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，具有向?qū)胨鐾矤铙w內(nèi)部的氣體供給使氣體中的成分凝集或增大的添加劑的添加劑供給機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求2、4～10中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，設(shè)有多個(gè)由所述電暈電極和所述集塵電極構(gòu)成的氣體處理組件，所述集塵電極由圍住該電暈電極的非通氣性的筒狀體形成。
12.如權(quán)利要求3～10中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，設(shè)有多個(gè)由所述電暈電極和所述集塵電極組合而成的氣體處理組件，并設(shè)置于一個(gè)筒狀體內(nèi)，所述集塵電極由與該電暈電極相對(duì)置的面狀體形成。
13.如權(quán)利要求3～10中任一項(xiàng)所述的氣體處理裝置，其特征在于，設(shè)有多個(gè)由所述電暈電極、所述集塵電極以及所述筒狀體的組合構(gòu)成的氣體處理組件，所述集塵電極由與所述電暈電極相對(duì)置的面狀體形成，所述筒狀體圍住所述電暈電極與所述集塵電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體處理裝置，具有電暈電極(10)和與該電暈電極(10)對(duì)置的集塵電極(20)，在所述電暈電極(10)與所述集塵電極(20)之間施加高電壓，在通過(guò)所述電暈電極(10)與所述集塵電極(20)之間的氣體(G)中形成電暈放電，以進(jìn)行氣體(G)中的成分的凝集或集塵，其特征在于，在所述集塵電極(20)的與所述電暈電極(10)對(duì)置的對(duì)置面(20f)附近，將促進(jìn)氣體(G)紊流的紊流促進(jìn)機(jī)構(gòu)(23)設(shè)置在該對(duì)置面(20f)上或該對(duì)置面(20f)附近。
文檔編號(hào)F01N3/01GK1946483SQ20058001346
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者水野彰, 內(nèi)藤健太, 千林曉, 浜田祐, 河西純一, 田村吉宣 申請(qǐng)人:日新電機(jī)株式會(huì)社, 五十鈴自動(dòng)車株式會(huì)社, 水野彰