專利名稱：廢氣凈化方法及廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及來自內(nèi)燃機等的廢氣的凈化方法及凈化系統(tǒng)。尤其涉
及對除去從柴油機排出的粒子狀物質(zhì)(Particulate Matter:以下稱為 "PM")有效的廢氣凈化方法及廢氣凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
柴油機多數(shù)搭載在汽車尤其是大型車上。特別是近年來，迫切希 望與其廢氣中的氮氧化物、 一氧化碳和碳氫化合物等一起降低PM的 排出。因此，希望對通過發(fā)動機的改良和氣缸內(nèi)的燃燒條件的最佳化 來根本地降低PM進行技術(shù)開發(fā)，并且確立用于有效除去廢氣中的 PM的技術(shù)。并且，為了除去該廢氣中的PM，開發(fā)了使用過濾器的 方法和電集塵方法等。
在這些使用了過濾器的方法中， 一般使用陶瓷蜂窩制過濾器、合 金制過濾器和陶瓷纖維制過濾器。但是，隨著使用時間的經(jīng)過，過濾 器被所捕集的PM堵塞，通氣阻力增加，結(jié)果對發(fā)動機造成負擔(dān)。尤 其是對PM成分內(nèi)的干煤煙(碳)的處理較難。為了使該干煤煙氧化 并燃燒除去，需要在氧共存下加熱到50(TC以上，在僅利用發(fā)動機的 廢氣熱時，不能得到用于氧化除去的足夠的溫度。因此，提出利用電 加熱器的方法、和利用通過放電等離子生成的氧化自由基并通過該氧 化自由基來氧化PM進而燃燒除去的方法等。
但是，在單純的電加熱器的加熱中，存在燃料消耗率惡化的問題。 即，熱不但用于PM的加熱，還用于廢氣整體的加熱。在氧化自由基 的情況下，用于產(chǎn)生氧化自由基的效率惡化。氧化自由基不但氧化速
度較慢，而且在與廢氣中共存的HC成分的反應(yīng)中也被消耗。因此， 與PM的反應(yīng)效率也惡化，結(jié)果造成消耗電力變大。例如，在小型卡 車中為數(shù)千瓦級別的消耗電力。
并且，在電集塵方法中通過如下的方法來抑制過濾器的壓力損失 的上升。將電集塵與袋式過濾器組合，并在袋式過濾器的過濾表面上 施加電場，由此防止所捕集的PM粘附在過濾器表面上。對堆積狀態(tài) 進行控制。并且，為了燃燒除去PM，通過在絕緣性的直流蜂窩中配 置電極，并使電流流過在蜂窩上捕集的PM，由此燃燒除去。但是， 存在的問題為通過該直流蜂窩，PM的捕捉不充分且凈化性能較差； 以及不能在捕捉到的PM中流過足夠的電流，不能充分除去捕捉到的 PM。
因此，對于從柴油機等排出的廢氣中的PM的捕集性能和PM的 燃燒除去的兩方面，需要對具有足夠的性能的廢氣凈化裝置進行開 發(fā)，并提出有多種裝置。
作為其中之一，例如提出有如日本特開2001-132430號公報所記 載那樣的可燃性物質(zhì)的除去過濾器。在該除去過濾器中，通過設(shè)置有 從外側(cè)面貫通到背側(cè)面的捕捉孔的絕緣性隔壁，將可燃性物質(zhì)(PM) 捕捉到該捕捉孔中。在該除去過濾器中，通過利用可燃性物質(zhì)的堆積， 使在兩個側(cè)面保持電絕緣性而粘貼設(shè)置的電極間短路或火花放電，由 此連接兩個電極間，或者對即將連接之前的堆積物通電而利用焦耳熱 來燃燒除去。并且，將該電極間的比電阻設(shè)在0.01 100Qcm的范圍 內(nèi)，并始終施加或者斷續(xù)地施加交流或直流的規(guī)定的電壓(例如，25 "C時為1200V以上、30(TC時為600V以上)。
但是，在該除去過濾器的情況下，存在如下的問題。凈化性能在 惡化之后進行再生。當發(fā)生一次短路或火花發(fā)電時，在該部分容易反 復(fù)短路或火花發(fā)電，而不能燃燒除去其他部分的PM。在短路或火花 發(fā)電等的電極間通過實施通電的方式而使大電流流過。
并且，例如提出有如日本特開2001-173427號公報所記載那樣的 壁流式的放電再生式捕集過濾器。該過濾器為，將放電電極設(shè)置為與 廢氣的流動方向平行并點接觸于內(nèi)壁面，并且將帶電電極設(shè)置為可與 堆積在內(nèi)壁面上的煤層(PM層)電接觸。在放電電極和帶電電極之 間施加例如500V的交流電壓。并且，當煤在內(nèi)壁面上堆積、堆積煤 層成長時，在放電電極的點接觸部位、與接觸帶電電極而與帶電電極 同極性的堆積煤層之間發(fā)生放電，從而被燃燒除去。
而且，例如提出有日本特開2001-221032號公報所記載那樣的柴 油機用黑煙除去裝置。在該橫流式的過濾器中，將放電用電極配置在 過濾器的入口側(cè)和出口側(cè)。而在壁流式的過濾器中，或者是在內(nèi)壁面 上設(shè)置放電用電極，或者是設(shè)置構(gòu)成多孔的放電用電極板的放電電 極，該多孔的放電用電極板夾設(shè)在與插入小室內(nèi)的放電電極棒鄰接的 陶瓷過濾器之間。該放電電極配置在過濾器間。對該放電用電極之間 施加電壓，并通過電弧放電而燃燒堆積的黑煙物質(zhì)(PM)本身，從 而再生過濾器。
并且，例如提出有如日本特開2004-308569號公報所記載的PM 凈化反應(yīng)器。在該PM凈化反應(yīng)器中，在高氣孔率基材的蜂窩構(gòu)造體 的上下游配置低氣孔率基材的蜂窩構(gòu)造體，并在這些上下游配置電 極、在下游側(cè)蜂窩構(gòu)造體的外周配置外周電極。在這些電極上施加例 如5kV以上的直流電壓。由此，在上下游電極間形成經(jīng)過堆積的PM 的導(dǎo)通路，并產(chǎn)生與電弧放電近似的通電燃燒。利用該燃燒除去PM。
并且，例如提出有如日本特開平04-135619號公報所記載那樣的 廢氣凈化裝置。在該廢氣凈化裝置中，在過濾器的兩面上配置進氣側(cè) 端部向外側(cè)突出的電極和電介質(zhì)。對該電極施加1 10kV左右的非 直流電壓，使堆積在過濾器進氣面上的燃燒性微粒子(PM)層與電 介質(zhì)之間產(chǎn)生電暈放電。由該電暈放電場激發(fā)的氣體中的氧和氮氧化 物的一部分到達微粒子的堆積層，由此氧化除去微粒子。
在將這些現(xiàn)有技術(shù)的過濾器等上捕集到的PM通過電處理進行
氧化除去的裝置中，由于PM的主成分是以碳為主，因此導(dǎo)電性較高 的前提成立。并且，目標是通過所捕集的PM的電極間的短路或電弧 發(fā)電，由PM本身的通電、即流過PM的電流所產(chǎn)生的焦耳熱，使 PM氧化燃燒。
但是，本發(fā)明人等進行了實際的從柴油機排出的PM的燃燒實驗 和電阻的測定，并對PM向絕緣性過濾器的堆積狀態(tài)、和對配置在該 絕緣性過濾器的表面上的電極對施加的電壓與電流之間的關(guān)系進行 了大量的實驗。通過對其結(jié)果進行深入的考察，得到如下的見解。
首先，關(guān)于PM的電阻，根據(jù)圖22所示的溫度和電阻的關(guān)系可 知，在低溫區(qū)域，PM的電阻較高且為預(yù)想以上、并且導(dǎo)電性較差。 可以認為這是由于受到PM的可溶性有機成分(以下稱為"SOF成分") 的不良影響。因此，難以通過低電壓進行通電加熱。另一方面，在 SOF成分揮發(fā)的高溫區(qū)域中電阻降低。因此，需要可對應(yīng)于該電阻的 范圍較大的變化的PM的燃燒除去技術(shù)。
并且，從柴油機排出的PM由于SOF成分的影響而在比較寬的 溫度區(qū)域內(nèi)電阻較高。因此，如現(xiàn)有技術(shù)的方式那樣，在PM的電阻 較低的前提的基礎(chǔ)上，當通過利用電極間的短路等對堆積的PM側(cè)的 電極間的全體PM進行通電、來產(chǎn)生焦耳熱時，需要較高的電壓和較 大的電流。因此，在實際機器上產(chǎn)生短路、火花放電或電弧放電，將 PM氧化除去是非常難的。并且，當使用火花放電或電弧放電等時， 過濾器由于該火花放電或電弧放電而損傷進而受到破壞。
并且，如圖1和圖2所示，在絕緣性過濾器12的表面附近，通 過配置了由第1電極13a和第2電極13b構(gòu)成的電極對13的裝置， 在測定PM的捕捉和堆積狀態(tài)、以及兩個電極13間的電壓V和電流 I的關(guān)系之后，得出如下的見解。
在堆積于絕緣性過濾器12的表面上的PM的量較少的狀態(tài)下，
在電極對13間沒有電流I流過。但是，當PM的堆積增加時，兩個 電極13間的阻抗降低，當PM的堆積超過極限時，在電極對14間流 過電流I。施加在該電極對13間的電壓V和電流I的關(guān)系如圖5所示。 如圖5所示，電流I在電壓V較低期間處于按照歐姆法則的比例關(guān)系， 直線地變化。但是，以特定的電壓Vth (或者一Vth)(第l變曲點) 為界，該比例關(guān)系瓦解，相對于電壓V電流I的增加量顯著變大。根 據(jù)該特定的電壓Vth (或者一Vth)，電壓V和電流I的關(guān)系大幅度變 化。
并且，當直流電的電壓或交流電的電壓波高值達到一Vth以下或 者Vth以上的非線性區(qū)域RN時，在電極對13間產(chǎn)生在空間上和時 間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電。在絕緣物表面上存在電 位差時，該微小發(fā)光放電為沿著表面流過電流而產(chǎn)生焦耳熱的局部的 微小發(fā)光放電。該放電是由于電場的不均勻而產(chǎn)生的被稱為閃爍的局 部的放電，與在電極對間流過較大的電流的短路或電弧放電等不同。
該微小發(fā)光放電是周知的現(xiàn)象，與成為電器設(shè)備的插頭等的火災(zāi) 的原因的漏電起痕(卜，'7々 > ，')有關(guān)系，該漏電起痕是指因電器 設(shè)備所使用的有機絕緣物的表面濕潤、污染等原因而引起絕緣破壞。 在該漏電起痕中，通過該微小發(fā)光放電使絕緣物的一部分分解而生成 碳化生成物。結(jié)果，電場集中到該導(dǎo)電率大的碳化生成物上，并在其 周邊產(chǎn)生碳化物。該碳化物在電極間延伸下去，最終短路而導(dǎo)致整個 電路破壞，成為漏電起痕。
另一方面，在過濾器表面堆積有PM的情況下，PM本身為碳化 物，當通過該微小發(fā)光放電、PM被燃燒除去時，該部位的阻抗值變 大，微小發(fā)光放電移動到其他位置，并反復(fù)上述情況。因此，達不到 漏電起痕那樣導(dǎo)致整個電路破壞，而可以連續(xù)地實現(xiàn)PM的燃燒除 去。結(jié)果，通過較少的消耗電力可消除絕緣性過濾器12的堵塞。
另一方面，在直流電的電壓V或交流電的電壓的波高值Vh處于從—Vth到Vth之間的線性區(qū)域RL時，在絕緣性過濾器12的表面上 不產(chǎn)生微小發(fā)光放電。在該區(qū)域RL中，要通過通電消除絕緣性過濾 器12的堵塞時將消耗大量的電力。
因此，通過使電極對間的電壓為特定范圍的電壓，在PM堆積的 絕緣性過濾器的表面上，可在空間上、時間上隨機地形成反復(fù)發(fā)生和 消滅的微小發(fā)光放電，通過該微小發(fā)光放電可將捕集的PM氧化并燃 燒除去。并且，為了以較少消耗電力將堆積在絕緣性過濾器12上的 PM燃燒除去，尤其重要的是根據(jù)電極對13間的距離等對施加到電 極對13間的電壓V進行的設(shè)定。
專利文獻l:日本特開2001-132430號公報
專利文獻2:日本特開2001-173427號公報
專利文獻3:日本特開2001-221032號公報
專利文獻4:日本特開2004-308569號公報
專利文獻5:日本特開平04-135619號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是得出上述見解后為了解決上述問題而做出的，其目的為 提供一種廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)，利用在絕緣性過濾器表面上 在空間上、時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電，以較少的 消耗電力可進行所捕集的PM的燃燒除去，并可提高從柴油機等排出 的廢氣中的PM的捕集效率和燃燒除去效率。
為了實現(xiàn)上述目的的廢氣凈化方法的特征為，在捕捉廢氣中的粒 子狀物質(zhì)的絕緣性捕捉部件的表面或表面附近配置1對以上的電極 對，并在該電極對間施加規(guī)定的電壓，該規(guī)定的電壓為，隨著由上述 絕緣性捕捉部件的表面捕捉到的上述粒子狀物質(zhì)的堆積量的增加、使 在空間上及時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電產(chǎn)生在上 述絕緣性捕捉部件的表面上，通過由于施加該規(guī)定的電壓而產(chǎn)生的上
述微小發(fā)光放電，將由上述絕緣性捕捉部件捕捉到的粒子狀物質(zhì)燃燒 除去。
在施加該規(guī)定電壓時所使用的電壓，可以為直流、交流、高頻和 脈沖中的任一種，并且不是使電流流過短路、火花和電弧放電等電極 對之間整體那樣的較大的電壓，而是在空間上、時間上隨機地反復(fù)發(fā) 生和消滅的微小發(fā)光放電、即、產(chǎn)生被稱為閃爍的部分放電的電壓。
下面更詳細地說明該微小發(fā)光放電。在絕緣物表面上附著或堆積
PM (比該絕緣物有導(dǎo)電性)，但是附著(堆積)的方法從微觀來看在 空間上是不均勻的。因此，當在絕緣物表面上存在電位差時，在PM 附著(堆積)層上所形成的電場中也產(chǎn)生空間不均勻。并且，當絕緣 物表面的電位差為規(guī)定值以上時，產(chǎn)生達到對局部形成等離子來說足 夠的電場強度的部位。如此形成的是上述的微小發(fā)光放電。
通過該微小發(fā)光放電，PM附著(堆積)層被局部地加熱，該部 位的PM被燃燒除去。PM被燃燒除去的部位的絕緣性再次升高，形 成新的電場的空間不均勻，從而促進在其他部位形成微小發(fā)光放電。 如此，微小發(fā)光放電是與在電極對間流過大電流的短路和電弧現(xiàn)象不 同的現(xiàn)象。該微小發(fā)光放電不是橋接電極對間那樣的形態(tài)，而是如圖 4所示那樣，如夜空的星星的閃爍，為"啪啦啪啦"或"一閃一閃" 的感覺，并且是在電極對間的一部分產(chǎn)生的。并且，在該微小發(fā)光放 電中，產(chǎn)生部位也隨機移動。
產(chǎn)生該微小發(fā)光放電的部分的粒子狀物質(zhì)(PM)，被該微小發(fā)光 放電產(chǎn)生的焦耳熱加熱并燃燒、除去。因此，當對電極對始終或者具 有時間間隔地施加規(guī)定的電壓時，由于粒子狀物質(zhì)的堆積的進行而產(chǎn) 生微小發(fā)光放電，該粒子狀物質(zhì)被燃燒除去。通過該現(xiàn)象，在空間上 和時間上隨機地反復(fù)捕捉和再生。并且，作為整體連續(xù)地進行捕捉和 再生。并且，在廢氣溫度為高溫的情況下，該微小發(fā)光放電和該微小 發(fā)光放電的燃燒部成為點火源，鄰接的粒子狀物質(zhì)也燃燒。通過該燃
燒的傳播，周圍的粒子狀物質(zhì)也被燃燒除去。
并且，作為捕捉廢氣中的粒子狀物質(zhì)(PM)的絕緣性捕捉部件，
可以使用使包含粒子狀物質(zhì)的廢氣通過而捕捉粒子狀物質(zhì)的絕緣性 過濾器。此外，也可以是利用靜電力電氣地捕捉通過電暈放電而帶電 的粒子狀物質(zhì)的、表面具有絕緣性的集塵電極(將稠密陶瓷、多孔質(zhì) 陶瓷和陶瓷纖維等配置在表面的集塵電極等)。主要為具有使施加到 電極對上的電力不流向捕捉部件側(cè)的電絕緣性的捕捉部件即可。
并且，為了實現(xiàn)上述目的的廢氣凈化系統(tǒng)為，具備絕緣性捕捉 部件，捕捉廢氣中的粒子狀物質(zhì)；電極對，在該絕緣性捕捉部件的表 面或表面附近配置有l(wèi)對以上；和電壓施加裝置，在該電極對間施加 規(guī)定的電壓，電壓施加裝置施加規(guī)定的電壓，該規(guī)定的電壓為，隨著 由上述絕緣性捕捉部件的表面捕捉到的上述粒子狀物質(zhì)的堆積量的 增加、使在空間上及時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電產(chǎn) 生在上述絕緣性捕捉部件的表面上。
并且，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述絕緣性捕捉部件可由使含有 粒子狀物質(zhì)的廢氣通過而捕捉上述粒子狀物質(zhì)的絕緣性過濾器構(gòu)成。
并且，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，使上述規(guī)定電壓為上述電極對間 的電流電壓特性成為非線性的區(qū)域的電壓。
艮P，如圖5所示，在堆積在絕緣性捕捉部件的表面上的PM的量 較少的狀態(tài)下，在電極對間不流過電流。當PM的堆積增加時，兩個 電極間的阻抗降低，當超過極限時在電極對間將流過電流。在該電極 對間施加的電壓和電流的關(guān)系為，在電壓較低的期間處于按照歐姆法 則的比例關(guān)系，直線地變化。但是，以特定的電壓(第1變曲點) Vth (或者一Vth)為界而比例關(guān)系瓦解，相對于電壓電流的增加量顯 著變大。將施加到電極對的直流電的電壓或者交流電的電壓波高值設(shè) 定為該特定的電壓Vth以上(或者一Vth以下)。通過該施加電壓， 在電極對間在空間上、時間上隨機地形成反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電。
更具體地說，該特定電壓Vth是通過實驗求得的，但是在將電極
對間的距離設(shè)為dcm時，成為450XdV 900XdV的范圍內(nèi)的值。該 特定的電壓Vth或非線性區(qū)域的范圍，依賴于根據(jù)電極的形狀、柴油 機的種類和發(fā)動機的運行狀態(tài)而變化的PM的電阻，但是可進行適當 實驗而求得。因此，可根據(jù)該實驗結(jié)果設(shè)定對電極對施加的最佳電壓。
另外，當施加的電壓過大時，不發(fā)生微小發(fā)光放電而是頻繁發(fā)生 短路、火花或電弧放電(以有間隔的形式發(fā)生空間放電)，對絕緣性 過濾器施加損害，也有可能由于過電流而引起電源的損傷。因此，將 施加到電極對的直流電的電壓的絕對值或交流電的電壓波高值的絕 對值設(shè)定在該特定的電壓Vth的1.05 2.2倍的范圍內(nèi)。
并且，施加的規(guī)定電壓Vs優(yōu)選為，在電極對間的距離為dcm時， 下限為450XdV 900XdV的范圍內(nèi)的值，上限為1000XdV 1800 XdV的范圍內(nèi)的值。并且，作為實驗所得到的結(jié)果，更優(yōu)選使Vs 為650XdV 800XdV的范圍內(nèi)。
在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，在上述絕緣性捕捉部件的上游側(cè)配置用 于使廢氣中的為微粒子帶電的帶電單元。作為該帶電單元，可使用利 用了電暈放電、阻擋放電、脈沖放電、發(fā)射線源和電子線等的帶電單 元。
在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述絕緣性捕捉部件由陶瓷纖維過濾器 形成。在該陶瓷纖維過濾器中，從有關(guān)生物體影響的安全性的觀點來 看，優(yōu)選使用SiCb系、Si02—MgO系、Si02—MgO—CaO系的材質(zhì)。 并且，作為纖維直徑，優(yōu)選使用3微米以上100微米以下。
在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，在上述絕緣性捕捉部件上擔(dān)載有氧化催 化劑。或者將氧化催化劑配置在上述絕緣性捕捉部件的上游側(cè)或者下 游側(cè)。通過這些構(gòu)成，通過氧化催化劑的催化劑作用，可將絕緣性捕 捉部件難以捕集的氣化的可溶性有機成分、碳化氫類(以下，稱為"HC")氧化除去。
根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)，利用在絕緣性過濾 器表面上在空間上、時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電，
可以較少的消耗電力充分進行所捕集的PM的燃燒除去。因此，可提 高從柴油機等排出的廢氣中的PM的捕集效率和燃燒除去效率。


圖1是示意地表示本發(fā)明的第1實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的構(gòu)成 的圖。
圖2是圖1的A—A向視圖。
圖3是示意地表示在圖1的絕緣性過濾器表面上堆積了 PM的狀 態(tài)的圖。
圖4是圖3的A—A向視圖。
圖5是示意地表示電壓和電流的關(guān)系的圖。
圖6是示意地表示本發(fā)明的第2實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的構(gòu)成 的圖。
圖7是示意地表示PM向預(yù)先進行了帶電處理的情況下的絕緣性 過濾器的附著狀態(tài)的圖。
圖8是示意地表示PM向沒有預(yù)先進行帶電處理的情況下的絕緣 性過濾器的附著狀態(tài)的圖。
圖9是示意地表示本發(fā)明的第3實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的構(gòu)成 的圖。
圖10是從上方觀察圖9的電極對的構(gòu)成的圖。 圖11是表示圖9的電極對和絕緣性過濾器的構(gòu)成的下側(cè)的部分 截面圖。
圖12是示意地表示本發(fā)明的第3實施方式的其他廢氣凈化系統(tǒng) 的構(gòu)成的圖。圖13是表示圖12的電極對和絕緣性過濾器的構(gòu)成的下側(cè)的局部 截面圖。
圖14是從上方觀察圖12的電極對的構(gòu)成的圖。 圖15是表示圖12的電極對和絕緣性過濾器的構(gòu)成的下側(cè)的局部 側(cè)截面圖。
圖16是表示圖12的電極對的其他構(gòu)成例的圖。
圖17是示意地表示實施例1的實驗裝置的構(gòu)成的圖。
圖18是表示實施例1的過濾器的壓力損失的時間變化的圖。
圖19是表示實施例1的粒徑分布的圖。
圖20是示意地表示實施例2的實驗裝置的構(gòu)成的圖。
圖21是纖維過濾器的過濾器表面的放大照片。
圖22是表示粒子狀物質(zhì)的溫度和電阻的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，以將車輛搭載的柴油機的廢氣作為處理對象氣體 的廢氣凈化系統(tǒng)為例，對本發(fā)明的實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)進行說 明。另外，在下述的實施方式中，使用絕緣性過濾器作為絕緣性捕捉 部件。但是本發(fā)明不限于此。本發(fā)明也可以使用于此外的利用靜電力 電氣地捕捉通過電暈放電等而帶電的粒子狀物質(zhì)的裝置等。
圖1 圖4表示本發(fā)明的第1實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1。另外， 圖1和圖2表示PM (粒子狀物質(zhì))堆積前的狀態(tài)。圖3和圖4表示 PM41堆積、發(fā)生微小發(fā)光放電42的狀態(tài)。
在該廢氣凈化系統(tǒng)1中，在柴油機等的廢氣流路11上設(shè)置并形 成具備絕緣性過濾器(絕緣性捕捉部件)12、電極對13和微小發(fā)光 放電用電源14的過濾器部10。以遮斷廢氣G的流動的形式配置該絕 緣性過濾器12，即配置為，絕緣性過濾器12的表面相對于廢氣G的 主流方向交叉，廢氣G從絕緣性過濾器12的表面通過到背面。該絕緣性過濾器12由纖維直徑為數(shù)微米 100微米、優(yōu)選具有數(shù)十微米
的量級的大小的氣孔的陶瓷纖維過濾器形成。
作為該陶瓷纖維過濾器可使用多種的過濾器，但是如圖15所示 那樣包含較多纖維直徑為3微米以上的纖維的纖維過濾器，尤其顯示 出良好的PM除去性能。作為該陶瓷纖維的材料，如果是八1203 (氧 化鋁)系和Si02 (氧化硅)系等絕緣性的材料即可使用多樣的材料。 但是，從有關(guān)生物體影響的安全性的觀點來看，優(yōu)選使用生物體溶解 性優(yōu)秀的陶瓷纖維，例如Si02系(Si02—MgO系、Si02—MgO—CaO 系)。另外，也可以使用除陶瓷纖維過濾器之外的絕緣性過濾器，例 如，具有孔徑為從數(shù)微米到100微米左右的氣孔的多孔質(zhì)陶瓷等。
并且，如圖l和圖3所示，將由第l電極13a和第2電極13b構(gòu) 成的電極對13在絕緣性過濾器12的上游側(cè)表面或者表面附近設(shè)置1 組以上，即配置單數(shù)或者多組。該電極對13優(yōu)選與絕緣性過濾器12 的表面接觸的方式，但是在電極對13和絕緣性過濾器12的表面之間 多少存在間隙也可以。如圖2和圖4所示，該電極對13也可以由2 個平行平板13a、 13b形成，并且形成同心圓狀的圓筒而沒有邊界部 分，以使過濾器的可再生面積的比率變大。并且，也可以在第l電極 13a和第2電極13b上設(shè)置鋸齒狀或梳子狀等細微構(gòu)造，從而多數(shù)分 散配置電場集中點，促進微小發(fā)光放電的產(chǎn)生。主要是，只要適當配 置電極對13，以便在絕緣性過濾器12的表面上以在空間上分散的形 式形成微小發(fā)光放電42即可，對該電極對13可采用多種構(gòu)成。
該電極對13與作為高電壓電力供給裝置的微小發(fā)光放電用電源 14連接。通過該微小發(fā)光放電用電源14對電極對13施加規(guī)定的設(shè) 定電源Vs。該微小發(fā)光放電用電源14是用于對電極對13施加規(guī)定 的設(shè)定電壓Vs的高電壓電源，該施加電壓的波形可以是直流、交流、 高頻、脈沖和矩形交變等多種波形之一，任意一種波形都可得到足夠 的效果。
并且，在本發(fā)明中，施加到電極對13間的設(shè)定電壓Vs的大小尤 其重要。如圖3和圖4所示，隨著在絕緣性過濾器12的表面捕捉的 PM41的堆積量的增加，在電極對13間的PM堆積層41上設(shè)定如下 的設(shè)定電壓Vs，即在絕緣性過濾器12的表面上產(chǎn)生在空間上、時間 上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電42。通過由于該設(shè)定電壓 Vs的施加而產(chǎn)生的微小發(fā)光放電42，將捕集的PM41燃燒除去，并 消除絕緣性過濾器12的堵塞。該微小發(fā)光放電是，在絕緣物表面上 存在電位差時，電流沿著表面流動而產(chǎn)生焦耳熱的局部的微小發(fā)光放 電，是由于電場的不均勻而產(chǎn)生的稱為閃爍的部分放電，與在電極對 間流過大電流的短路和電弧放電等不同。
該設(shè)定電壓Vs可根據(jù)在絕緣性過濾器12的表面堆積的PM堆積 層41的電氣特性實驗性地求得。g卩，在堆積在絕緣性過濾器12的表 面的PM41的量較少的狀態(tài)下，在電極對13間不流過電流I。但是， 當PM41的堆積增加時，兩個電極13a、 13b間的阻抗減低，當超過 極限時，在電極對13間流過電流I。
施加在該電極對13間的電壓V和電流I的關(guān)系如圖5所示，電 壓V低的期間(線性區(qū)域RL內(nèi))處于比例關(guān)系并直線地變化。但是， 以特定的電壓Vth (或者一Vth)為界而比例關(guān)系瓦解。當進入非線 性區(qū)域RN時，相對于電壓V的電流I的增加量(或者減少量)顯著 變大并變彎曲。將施加到電極對13的直流電的電壓Vs或交流電的電 壓波高值Vs，設(shè)定在該特定電壓Vth以上(或者一Vth以下)、即非 線性區(qū)域RN的范圍內(nèi)。
另外，當使該設(shè)定電壓Vs過高時，不是微小發(fā)光放電，而是頻 繁發(fā)生短路、火花或電弧放電(以有間隔的形式發(fā)生空間放電)，不 但消耗電力量增大，還對絕緣性過濾器產(chǎn)生損傷，可能由于過電流引 起電源的損傷。因此，使設(shè)定電壓Vs為其絕對值在特定的電壓Vth 附近的范圍內(nèi)、例如1.05XVth 2.2XVth。
并且，與此對應(yīng)，在施加的規(guī)定電壓Vs為，在使電極對間的距 離為dcm時，下限為450XdV 900XdV的范圍內(nèi)的值，上限為1000 XdV 1800XdV的范圍內(nèi)的值。當將該設(shè)定電壓Vs施加到電極對 13上時，當電極對13間的PM堆積層41有一定程度的增加時，在 該電極對13間的PM堆積層41上在空間上、時間上隨機地微小發(fā)光 放電42反復(fù)產(chǎn)生或消滅。
該特定電壓Vth依賴于電極13a、 13b的形狀、間隔和PM的電 阻R等，該PM的電阻R根據(jù)發(fā)動機的運行條件而變動，因此通過 適當實驗測定，而求得特定的電壓Vth，決定設(shè)定電壓Vs。另外，使 電極對間距離為d(cm:厘米)，而該特定電壓Vth為大約450Xd(V: 伏) 900Xd (V:伏)左右的情況可通過實驗得到。并且，可使該 設(shè)定電壓Vs為包含發(fā)動機的所有運行狀態(tài)那樣的一定的值，但是根 據(jù)發(fā)動機的運行狀態(tài)，使設(shè)定電壓Vs變化地進行控制更為有效率， 是優(yōu)選的。另外，只要電壓波高值為上述的設(shè)定電壓Vs，施加電壓 的波形是直流電壓、交流電壓、脈沖電壓、高頻電壓和矩形交變電壓 等多種波形之一即可得到足夠的效果。
在該廢氣凈化系統(tǒng)1中，廢氣中的PM被捕捉到絕緣性過濾器12 的表面上或表面的內(nèi)側(cè)等的表面附近并堆積。通過該PM41的堆積的 增加，電極對13的阻抗、即第1電極13a和第2電極13b之間的阻 抗減低，當超過極限時電流開始流動。進而，當PM41的堆積增加時， 通過施加到電極對13間的電壓Vs，在電極對13間的PM堆積層41 上形成電位差，并通過由于PM堆積層41的微觀的不均勻性引起的 電場不均勻，而在PM堆積層41上在空間上、時間上隨機地產(chǎn)生微 小發(fā)光放電42。通過該微小發(fā)光放電42的焦耳熱，PM燃燒，絕緣 性過濾器12被局部地再生。并且，PM的燃燒為發(fā)熱過程，因此微 小發(fā)光放電42周圍的PM也被燃燒除去。該燃燒范圍在排氣溫度較 高的情況下，會達到到較大的范圍。并且，通過反復(fù)進行該PM堆積層41的增加和由于微小發(fā)光放 電42的產(chǎn)生而進行的PM燃燒，絕緣性過濾器12作為整體在回避過 度的堵塞狀態(tài)、和由該堵塞導(dǎo)致的過濾器的壓力損失的過度上升的同 時，可以維持良好的PM凈化性能。
圖6表示本發(fā)明的第2實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1A。該廢氣凈 化系統(tǒng)1A構(gòu)成為，在第1實施方式的過濾器部10的上游側(cè)設(shè)置使 廢氣中的PM帶電的帶電部(帶電單元)20。在圖6中，作為該帶電 部20，使用由電暈放電產(chǎn)生用的第1放電電極21和第2放電電極22、 以及用于對該放電電極21、22施加放電用電壓的放電用電源23構(gòu)成 的電暈放電裝置。該第1放電電極21為電場集中系數(shù)高的電極，由 細線電極、角狀電極、帶突起構(gòu)造的電極等的線狀(鋼絲狀)和棒狀 等的線狀體、例如SUS304制的中空絲等形成。該第1放電電極21 與供給高壓電的放電用電源23連接。并且，第2放電電極22通過絕 緣子(礙子)等以與第1放電電極21電絕緣狀態(tài)接地。
并且，在該第1放電電極21上一般施加負極性的直流電，但是 也可以是正極性的，施加直流、交流和脈沖狀之一的電壓并在兩個電 極21、 22間產(chǎn)生電暈放電，使廢氣中的PM帶電。另外，除該電暈 放電以夕卜，存在利用阻擋放電、脈沖放電、放射線源和電子線照射等 使PM帶電的帶電單元。
通過該帶電部20，在過濾器部19的上游側(cè)PM41帶電時，絕緣 性過濾器12的表面的PM堆積狀態(tài)改變。當使流入絕緣性過濾器12 的廢氣中的PM預(yù)先帶電時，如圖7示意地表示那樣，PM41彼此通 過靜電排斥力以維持空隙的狀態(tài)適度地分散在絕緣性過濾器12的表 面。并且，PM41以"輕飄飄"的感覺附著，并以停留在表面上的狀 態(tài)堆積。由于通過該分散附著而壓力損失減小，因此可回避絕緣性過 濾器12的壓力損失的上升，并且，可將電極對13間的電阻維持為較 高。并且，由于PM41在絕緣性過濾器12的表面附近分散地被捕捉，
因此可通過在電極對13間產(chǎn)生的微小發(fā)光放電42而有效地將PM41 燃燒除去。結(jié)果，可減少消除絕緣性過濾器12的堵塞所需要的微小 發(fā)光放電用的電力。
另一方面，在沒有使其帶電的情況下，如圖8中示意表示的那樣， PM41不以"啪的一下"的感覺附著并停留在表面上，而是進入到絕 緣性過濾器12的深處并堆積。通過該緊密接觸的附著，與圖7的分 散附著相比，壓力損失變大、而電阻變小。
通過該帶電部20的PM帶電，PM41通過作為與誘導(dǎo)電荷的吸引 力的靜電力，有效地被絕緣性過濾器12捕捉。因此，由于連非常小 的粒子也可以捕捉，所以尤其是納米尺寸的微粒子的捕捉性能顯著提 高。并且，即使進一步受到發(fā)動機的過度的壓力變動或振動，但由于 PM41通過靜電力牢固地被捕捉到絕緣性過濾器12上，因此不會漏 出到下游。
下面，說明本發(fā)明的第3實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)。該第3實施 方式的廢氣凈化系統(tǒng)為，在第1實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1或第2實 施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1A中并用由白金或釩等貴金屬形成的氧化催 化劑的系統(tǒng)。通過使用該氧化催化劑，可通過該氧化催化劑的催化劑 作用將不能由過濾器12充分除去的廢氣中的氣化的可溶性有機成分 和碳化氫類(HC)氧化除去，從而進一步提高廢氣凈化性能。
并且，氧化催化劑的配置可以基于下述考慮而根據(jù)發(fā)動機的種類 和運行條件多樣地選擇氧化催化劑和陶瓷過濾器。堆積到絕緣性過濾 器12的PM41的電阻R受到廢氣中SOF成分的影響，當SOF成分 多時PM41的電阻R變大。因此，在從發(fā)動機排出的PM41的電阻R 較大的情況下，優(yōu)選使由絕緣性過濾器12捕捉的PM41的電阻R下 降，施加在電極對13間的電壓Vc被抑制為較低。因此，優(yōu)選將氧化 催化劑轉(zhuǎn)換器配置在上游側(cè)。另一方面，在從發(fā)動機排出的PM41的 電阻R較低、不能將施加在電極13間的電壓Vs升高的情況下，將氧化催化劑轉(zhuǎn)換器配置在下游側(cè)，以便不在絕緣性過濾器12的上游
側(cè)除去SOF成分而在下游側(cè)除去。
作為該氧化催化劑的配置的具體方式存在如下的配置。首先，在 第1實施方式中，存在將氧化催化劑擔(dān)載在具備電極對13的絕緣性 過濾器12上的構(gòu)成。對于該第1實施方式，存在將擔(dān)載氧化催化劑 的氧化催化劑轉(zhuǎn)換器配置在具備電極對13的絕緣性過濾器12的上游 側(cè)的情況、和配置在下游側(cè)的情況。并且，在第2實施方式中，存在 將氧化催化劑擔(dān)載在具備電極對13的絕緣性過濾器12上的構(gòu)成。并 且，對于該第2實施方式，存在將擔(dān)載氧化催化劑的氧化催化劑轉(zhuǎn)換 器配置在帶電部20的上游側(cè)的情況、配置在帶電部20和絕緣性過濾 器12間的情況、以及配置在絕緣性過濾器12的下游側(cè)的情況。
并且，當將氧化催化劑分散擔(dān)載在絕緣性過濾器12上時，可將 廢氣中的SOF成分和HC成分利用為PM燃燒的輔助材料，可更加有 效地將PM燃燒除去。并且，在配置了氧化催化劑轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成中， 也可以構(gòu)成為在具備電極對13的絕緣性過濾器12上擔(dān)載氧化催化 劑。
作為該第3實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的例子，分別在圖9 圖11 和圖12 圖14中表示將氧化催化劑轉(zhuǎn)換器30配置在帶電部20B的 上游側(cè)的廢氣凈化系統(tǒng)1B和廢氣凈化系統(tǒng)1C。在圖9 圖11所示 的廢氣凈化系統(tǒng)1B中，從上游側(cè)開始配置有氧化催化劑轉(zhuǎn)換器30、 帶電部20B和過濾器部IOB。
該氧化催化劑轉(zhuǎn)換器30在堇青石和SiC等多孔質(zhì)陶瓷的蜂窩構(gòu) 造體等的擔(dān)載體上，設(shè)置氧化鋁等催化劑涂層，并在該催化劑涂層上 擔(dān)載白金或釩等催化劑金屬而形成。
并且，帶電部20B構(gòu)成為，具有分別配置在多個同軸電暈放電 管25B內(nèi)的電暈放電電極(第l放電電極)21B。并構(gòu)成為，從電暈 放電用電源23B經(jīng)由高電壓端子22B和高電壓供電板24B、以負極
性或正極性對該各電暈放電電極21B供給直流、交流和脈沖狀等之一
的高電壓HV的電力。另一方面，同軸電暈放電電極25B兼用作第2 放電電極，與高電壓電源23B的0V連接。在該電暈放電電極21B和 同軸電暈放電管25B之間產(chǎn)生電暈放電，并使通過的廢氣G中的PM 帶電。
并且，過濾器10B構(gòu)成為，絕緣性過濾器12B在具有通氣性的 板狀的過濾器保持板15B的內(nèi)側(cè)(上游側(cè))配置為筒狀，在內(nèi)側(cè)表面 捕捉從內(nèi)側(cè)流向外側(cè)的廢氣G中的PM。并且，電極對13B配置在該 內(nèi)側(cè)表面或內(nèi)側(cè)表面附近。在該例子中，廢氣G構(gòu)成為從內(nèi)側(cè)流向 外側(cè)。但是，也可以構(gòu)成為將外側(cè)作為上游側(cè)而使廢氣G從外側(cè)流 向內(nèi)側(cè)，將絕緣過濾器配置在過濾器保持板的外側(cè)，并將電極對配置 在絕緣性過濾器的外側(cè)表面上。
如圖10和圖11所示，該電極對13由固定在芯棒17B上的絕緣 子18B支承，并構(gòu)成為將來自微小發(fā)光放電用電源14B的高電壓HV 側(cè)的電力，經(jīng)由高電壓端子16B和電位固定棒19Ba供給到第1電極 13Ba。另一方面，第2電極13Bb經(jīng)由電位固定棒19Bb與高電壓電 源14B的0V側(cè)連接。
在圖12~圖15所示的廢氣凈化系統(tǒng)1C中，從上游側(cè)開始配置有 氧化催化劑轉(zhuǎn)換器30、帶電部20B和過濾器部IOC。該氧化催化劑 轉(zhuǎn)換器30和帶電部20B與廢氣凈化系統(tǒng)1B相同。
并且，過濾器部10C構(gòu)成為，將平板狀的絕緣性過濾器12C沿 著廢氣G的流動方向配置在細長的電極對13C兩側(cè)，從電極對13C 間流過來的廢氣G從電極對13C側(cè)的內(nèi)側(cè)向外側(cè)地通過絕緣性過濾 器12C的同時，捕捉廢氣中的PM。并且，在絕緣性過濾器12C的外 側(cè)配置具有通氣性的過濾器保持板15C，其支承絕緣性過濾器12C。 通過該構(gòu)成，電極對13C配置在絕緣性過濾器12C的捕捉側(cè)的表面 或表面附近。在圖12和圖13中表示由電極對13C和兩側(cè)的絕緣性過 濾器12C形成的單元在上下有2個的狀態(tài)。
并且，如圖14和圖15所示，該電極對13C由固定在芯棒17C 上的絕緣子18C支承，并構(gòu)成為將來自微小發(fā)光放電用電源14C的 高電壓HV側(cè)的電力經(jīng)由高電壓端子16C和電位固定棒19Ca供給到 第l電極13Ca。另一方面，第2電極13Cb經(jīng)由電位固定棒19Cb與 微小發(fā)光放電用電源14C的0V側(cè)連接。并且，為了使廢氣向過濾器 面的流動的均勻性更加良好、和為了實現(xiàn)電極的輕量化，可以在該電 極對13C、即第1電極13Ca和第2電極13Cb上設(shè)置通風(fēng)孔13Cc。
并且，作為圖12、圖13所示的絕緣性過濾器12C和電極對13C 的構(gòu)成的變形例，可將絕緣性過濾器12C配置在具有通氣性的圓筒等 的筒形狀的過濾器保持板15C的上游側(cè)，并將圖16所示那樣的電極 對13C配置在絕緣性過濾器12C的上游側(cè)表面上。在使筒的內(nèi)側(cè)為 上游側(cè)吋，將圖16所示的電極對13C配置在絕緣性過濾器12C的內(nèi) 側(cè)即可，在使筒的外側(cè)為上游側(cè)時，將圖16所示的電極對13C配置 在絕緣性過濾器12C的外側(cè)即可。并且，該電極對13C也可以適當 開設(shè)為了利于輕量化和確保氣體均勻性的通氣孔。
根據(jù)這些第3實施方式的使用了廢氣凈化系統(tǒng)1B、 1C等的氧化 催化劑的廢氣凈化系統(tǒng)，可通過該氧化催化劑的催化劑作用將不能由 絕緣性過濾器12、 12B和12C充分除去的廢氣中的PM的SOF和HC 氧化除去，從而進一步提高廢氣凈化性能。 (實施例1)
下面，對使用第3實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1B、 1C進行的廢氣 凈化實驗進行說明。圖17示意地表示實施例1的實驗裝置的構(gòu)成。 在該實施例1中，是將廢氣凈化系統(tǒng)1B配置在搭載了排氣量4300cc 的柴油機的2t的卡車50的排氣通路51上而進行的。設(shè)置用于計測 該陶瓷過濾器12B的前后壓差的壓差傳感器52，并且，設(shè)置用于對 從排氣通路51分支的廢氣的成分進行計測的稀釋器53和微粒子計測
器54。
從上游開始，由氧化催化劑30、通過電暈放電產(chǎn)生的帶電部20B 和過濾器部10B構(gòu)成。該氧化催化劑30為在陶瓷蜂窩上擔(dān)載有白金。 帶電部20為，將8根直徑約60mm、有效放電長度80mm的同軸電 暈放電管25B (圖9)并列配置的同軸圓筒式。過濾器部10B具備體 積密度約130kg/m3、厚度12mm、氣體通過面的面積1200cn^的陶瓷 纖維的陶瓷過濾器12B。在該陶瓷過濾器12B的氣體通過面的上游側(cè) 配置了電極板厚0.5mm 2mm、電極對間隔6mm 25mm的電極對 13B (圖IO、圖ll)。另外，電極板厚和電極對間隔從這些尺寸范圍 適當選擇而進行實驗。
并且，使卡車50以發(fā)動機轉(zhuǎn)速2000rpm連續(xù)運行，將所有廢氣 流到廢氣凈化系統(tǒng)1B的實驗裝置中，并且在該電極對間施加直流 0.5kV 2.5kV、或者交流400V lkV (波高值為士560V ± 1.4kV) 的電壓。此時的陶瓷過濾器12B的壓力損失的隨時間變化由壓差計 52測定。并且，對通過了陶瓷過濾器12B的廢氣，實施由濾紙進行 的微粒子重量測定、和微粒子計測器的微粒子濃度測定。
將該實驗結(jié)果的一個例子表示在圖18中。圖18 (a)禾卩(b)為 上游側(cè)的PM的無帶電處理時、(c)禾n (d)為上游側(cè)的PM有帶電 處理時、(a)和(c)為不施加微小發(fā)光放電用電壓時、(b)和(d) 為施加微小發(fā)光放電用電壓時的實驗結(jié)果。
當觀察微小發(fā)光放電的效果時，如圖18 (a) (d)所示，在 最初的期間、即電極對間PM的堆積量增加到一定程度而微小發(fā)光放 電用的電流開始流動之前，隨著時間經(jīng)過過濾器的壓力損失上升。并 且，在不施加微小發(fā)光放電用電壓的(a)和(c)中壓力損失直接變 大。另一方面，在施加了微小發(fā)光放電用電壓的(b)和(d)中，在 電極對間的PM堆積量達到一定程度而微小發(fā)光放電用的電流開始 流動時，產(chǎn)生微小發(fā)光放電、PM被燃燒除去，壓力損失開始降低。
并且，當觀察帶電處理的效果時，相對于無帶電處理的(a)和 (b)，如有帶電處理的(c)和(d)那樣，當預(yù)先使PM帶電時，壓 力損失的上升速度變緩，且微小發(fā)光放電的PM的燃燒除去特性變得 更加良好。尤其可知，在(d)中壓力損失幾乎為恒定，堆積在過濾 器上的PM通過微小發(fā)光放電可以完全被燃燒除去。
在該實施例1中，實驗開始時的電極對間的電阻R為數(shù)十MQ 以上的幾乎絕緣狀態(tài)。但是，在PM堆積而壓力損失逐漸上升并且電 阻R降低、微小發(fā)光放電開始而壓力損失開始降低時，電阻R降低 到數(shù)kQ 數(shù)十kQ程度。另外，在該電極對間流動的電流為0.1A 數(shù)A的量級。并且，微小發(fā)光放電所要的電力在(b)中為500W以 上，但在(d)中為250W以下。由此，可知當預(yù)先使PM帶電時具 有消耗電力大幅減少的效果。另外，在該(d)中，PM除去性能為 基于重量的92%的除去率。
并且，在圖19中表示測定廢氣中的微粒子的粒徑分布的結(jié)果。 該粒徑分布是，暫且將廢氣用稀釋器(Matter Engineering公司 MD19-2E)稀釋了30倍之后，使用微粒子計測器(市售的TSI公司 的SMPS: Scanning Mobility Particle Sizer: 3936-L10)來計測的結(jié)果。
圖19 (a)為裝置入口的測定結(jié)果，(b)和(c)為裝置出口的測 定結(jié)果。并且，(b)為無帶電處理時的有微小發(fā)光放電的情況、(c) 為有帶電處理時的有微小發(fā)光放電的情況。相對于(a)， (b)和(c) 中任意一個的粒子濃度都降低，因此可知，通過微小發(fā)光放電PM被 燃燒除去。并且，根據(jù)(b)和(c)的比較可知，當預(yù)先進行帶電處 理時，可得到包含直至粒徑100nm以下的納米尺寸粒子的極高的凈 化性能。
(實施例2)
圖20示意地表示實施例2的實驗裝置的構(gòu)成。在該實施例2中， 是在搭載了排氣量5000cc的柴油機的卡車50A的排氣通路51A上、
配置圖12 圖15所示的廢氣凈化系統(tǒng)1C而進行的。實驗?zāi)Ｊ綖镴E05 過渡模式。
該廢氣凈化系統(tǒng)1C構(gòu)成為從上游側(cè)開始具有氧化催化劑30、由 電暈放電產(chǎn)生的帶電單元20B和陶瓷過濾器12C。氧化催化劑30為 在陶瓷蜂窩上擔(dān)載有白金。帶電單元20B為，將8根直徑約60mm、 有效放電長度80mm的同軸電暈放電管25B (圖12)并列配置的同 軸圓筒式。陶瓷過濾器12C由體積密度約130kg/m3、厚度24mm、氣 體通過面的面積2000cm2的陶瓷纖維形成。在該陶瓷過濾器12C的氣 體通過面的上游側(cè)配置了電極板厚0.5mm 2mm、電極對間隔6mm 25mm的電極對(圖14、圖15)。另外，電極板厚和電極對間隔從這 些尺寸范圍內(nèi)適當選擇而進行實驗。
在該實施例2中，為了使廢氣的流動更好、以及實現(xiàn)輕量化，在 電極13Ca、 13Cb上設(shè)置有通風(fēng)孔13Cc。并且，由于當電極對13C 與陶瓷過濾器12C的接觸惡化時，微小發(fā)光放電變得難以產(chǎn)生，所以 用適當?shù)膲毫Π磯弘姌O對13C和陶瓷過濾器12C。
并且，運行卡車50A，使所有廢氣流向廢氣凈化系統(tǒng)1C，并且 在該電極對間施加交流OkV lkV(波高值為0kV 士1.4kV)的電壓， 并對PM凈化性能進行了測定。根據(jù)該測定結(jié)果，可知PM排出量達 到0.01g/kWh以下，PM除去率為90X以上。
在這些實施例中，可知作為絕緣性過濾器使用了陶瓷纖維過濾 器，但是對纖維直徑來說包含較多3微米以上的纖維的纖維過濾器是 有效的，尤其是如圖21所示那樣的包含較多纖維直徑為5微米以上 的纖維的纖維過濾器尤其顯示出良好的PM除去性能。
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明利用在絕緣性過濾器面上在空間上、時間上隨機地反復(fù)發(fā) 生和消滅的微小發(fā)光放電，可以較少的消耗電力進行捕集的PM的燃 燒除去，并可提高從柴油機等排出的廢氣中的PM的捕集效率和燃燒除去效率，因此可極其有效地用作汽車搭載的內(nèi)燃機等的廢氣的廢氣 凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種廢氣凈化方法，其特征在于，在捕捉廢氣中的粒子狀物質(zhì)的絕緣性捕捉部件的表面或表面附近配置1對以上的電極對，并在該電極對間施加規(guī)定的電壓，該規(guī)定的電壓為，隨著由上述絕緣性捕捉部件的表面捕捉到的上述粒子狀物質(zhì)的堆積量的增加、使在空間上及時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電產(chǎn)生在上述絕緣性捕捉部件的表面上，通過由于施加該規(guī)定的電壓而產(chǎn)生的上述微小發(fā)光放電，將由上述絕緣性捕捉部件捕捉到的粒子狀物質(zhì)燃燒除去。
2、 如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化方法，其特征在于， 上述絕緣性捕捉部件是使含有粒子狀物質(zhì)的廢氣通過而捕捉上述粒子狀物質(zhì)的絕緣性過濾器。
3、 一種廢氣凈化系統(tǒng)，具備絕緣性捕捉部件，捕捉廢氣中的 粒子狀物質(zhì)；電極對，在該絕緣性捕捉部件的表面或表面附近配置有 l對以上；和電壓施加裝置，在該電極對間施加規(guī)定的電壓，其特征 在于，電壓施加裝置施加規(guī)定的電壓，該規(guī)定的電壓為，隨著由上述絕 緣性捕捉部件的表面捕捉到的上述粒子狀物質(zhì)的堆積量的增加、使在 空間上及時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電產(chǎn)生在上述 絕緣性捕捉部件的表面上。
4、 如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述絕緣性捕捉部件是使含有粒子狀物質(zhì)的廢氣通過而捕捉上 述粒子狀物質(zhì)的絕緣性過濾器。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于， 使上述規(guī)定電壓是上述電極對間的電流電壓特性成為非線性的區(qū)域的電壓。
6、 如權(quán)利要求3 5中任意一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，在上述絕緣性捕捉部件的上游側(cè)配置用于使廢氣中的微粒子帶 電的帶電單元。
7、 如權(quán)利要求4 6中任意一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述絕緣性捕捉部件由陶瓷纖維過濾器形成。
8、 如權(quán)利要求3 7中任意一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，使上述絕緣性捕捉部件擔(dān)載有氧化催化劑。
9、 如權(quán)利要求3 8中任意一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，在上述絕緣性捕捉部件的上游側(cè)或者下游側(cè)配置有氧化催化劑。
全文摘要
為了利用在絕緣性過濾器面上在空間上、時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電，以較少的消耗電力進行捕集的PM的燃燒除去，并提高從柴油機等排出的廢氣中的PM的捕集效率和燃燒除去效率，在捕捉廢氣中的粒子狀物質(zhì)(41)的絕緣性捕捉部件(12)的表面或表面附近配置1對以上的電極對(13)，并在該電極對(13)間施加規(guī)定的電壓(Vs)，該規(guī)定的電壓為，隨著由上述絕緣性捕捉部件(12)的表面捕捉到的上述粒子狀物質(zhì)的堆積量的增加、使在空間上及時間上隨機地反復(fù)發(fā)生和消滅的微小發(fā)光放電(42)產(chǎn)生在上述絕緣性捕捉部件的表面上，通過由于施加該規(guī)定的電壓(Vs)而產(chǎn)生的上述微小發(fā)光放電(42)，將由上述絕緣性捕捉部件(12)捕捉到的粒子狀物質(zhì)(41)燃燒除去。
文檔編號F01N3/02GK101208500SQ20068002047
公開日2008年6月25日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者內(nèi)藤健太, 千林曉, 我部正志, 河西純一, 浜田祐一, 田村吉宣 申請人:日新電機株式會社;五十鈴自動車株式會社