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技術 電気集塵装置

出願人 富士電機株式会社学校法人幾徳学園
発明者 乾貴誌豊角浩之瑞慶覧章朝渡久地崇磨
出願日 2019年9月9日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2020-518834
公開日 2021年2月15日 (6ヶ月経過) 公開番号 WO2020-084934
状態 特許登録済
技術分野 静電分離
主要キーワード 吸収電力 ブラックカーボン 周回状 ジュール損失 経過時間計測 電気双極子 空気洗浄 振幅方向
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重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

帯電粒子捕集する集塵部と、集塵部に導入するマイクロ波を発生し、集塵部に捕集された帯電粒子をマイクロ波により燃焼させるマイクロ波発生部と、を備える電気集塵装置を提供する。

概要

背景

従来、ディーゼルエンジン等からの排ガスを処理する電気集塵装置が知られている(例えば、特許文献1、2、3、4および5参照)。
特許文献1 特開2013−188708号公報
特許文献2 特開2012−170869号公報
特許文献3 特開2011−245429号公報
特許文献4 特開2011−252387号公報
特許文献5 特開2016−53341号公報

概要

帯電粒子捕集する集塵部と、集塵部に導入するマイクロ波を発生し、集塵部に捕集された帯電粒子をマイクロ波により燃焼させるマイクロ波発生部と、を備える電気集塵装置を提供する。

目的

本発明の第1の態様においては、電気集塵装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

帯電粒子捕集する集塵部と、前記集塵部に導入するマイクロ波を発生し、前記集塵部に捕集された前記帯電粒子を前記マイクロ波により燃焼させるマイクロ波発生部と、を備える電気集塵装置

請求項2

前記マイクロ波発生部は、前記マイクロ波の周波数を変更することで、異なる位置の前記帯電粒子を燃焼させる周波数制御部を有する、請求項1に記載の電気集塵装置。

請求項3

前記マイクロ波発生部は、前記マイクロ波の偏波方向を制御する偏波制御部を有する、請求項1または2に記載の電気集塵装置。

請求項4

前記集塵部は、第1電極および第2電極を有し、前記集塵部は、前記第1電極と前記第2電極との電位差により発生する電界により、前記帯電粒子を捕集し、前記集塵部において、前記第1電極と前記第2電極との電位差により発生する電界の位置と、前記マイクロ波により印加される電界の位置とが異なる、請求項1から3のいずれか一項に記載の電気集塵装置。

請求項5

前記マイクロ波発生部は、断続的に前記マイクロ波を発生する、請求項1から4のいずれか一項に記載の電気集塵装置。

請求項6

前記マイクロ波発生部は、前記マイクロ波を発生する時間間隔または前記マイクロ波の照射時間を変更可能である、請求項5に記載の電気集塵装置。

請求項7

前記マイクロ波発生部は、前記マイクロ波の出力を変更可能である、請求項5または6に記載の電気集塵装置。

請求項8

前記マイクロ波発生部は、前記集塵部に捕集された前記帯電粒子の捕集状態に基づいて、前記マイクロ波を発生する、請求項5から7のいずれか一項に記載の電気集塵装置。

請求項9

前記マイクロ波の発生を停止してからの経過時間を計測する経過時間計測部をさらに備え、前記マイクロ波発生部は、前記経過時間計測部により計測された経過時間に基づいて、前記マイクロ波を発生する、請求項8に記載の電気集塵装置。

請求項10

前記集塵部に捕集された前記帯電粒子の量を計測する粒子量計測部をさらに備え、前記マイクロ波発生部は、前記粒子量計測部により計測された前記帯電粒子の量に基づいて、前記マイクロ波を発生する、請求項8に記載の電気集塵装置。

請求項11

前記帯電粒子は、ガス源が排出する排ガスに含まれる粒子を帯電させて生成され、前記集塵部は、前記帯電粒子を捕集し、前記マイクロ波発生部は、前記ガス源の燃料の種類に基づいて前記マイクロ波を発生する、請求項5から10のいずれか一項に記載の電気集塵装置。

請求項12

前記集塵部は、前記集塵部の温度を検出する温度センサを有し、前記マイクロ波発生部は、前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記マイクロ波を発生する、請求項5に記載の電気集塵装置。

請求項13

前記集塵部は、それぞれ異なる位置に配置された複数の前記温度センサを有し、前記マイクロ波発生部は、複数の前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記マイクロ波を発生する、請求項12に記載の電気集塵装置。

請求項14

前記集塵部における二酸化炭素酸素および一酸化炭素の少なくとも一つの濃度を計測する濃度計測部をさらに備え、前記マイクロ波発生部は、前記濃度計測部により計測された前記濃度に基づいて前記マイクロ波を発生する、請求項5に記載の電気集塵装置。

請求項15

前記集塵部は、前記帯電粒子の前記マイクロ波による燃焼を促進する触媒をさらに有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の電気集塵装置。

請求項16

前記触媒は、前記集塵部の内壁に塗布されている、請求項15に記載の電気集塵装置。

請求項17

前記集塵部は、前記帯電粒子の前記マイクロ波による燃焼により生じた集積する煤集積部をさらに有し、前記煤集積部は、前記マイクロ波の進行方向に沿って周期的に配置されている、請求項1から16のいずれか一項に記載の電気集塵装置。

技術分野

0001

本発明は、電気集塵装置に関する。

背景技術

0002

従来、ディーゼルエンジン等からの排ガスを処理する電気集塵装置が知られている(例えば、特許文献1、2、3、4および5参照)。
特許文献1 特開2013−188708号公報
特許文献2 特開2012−170869号公報
特許文献3 特開2011−245429号公報
特許文献4 特開2011−252387号公報
特許文献5 特開2016−53341号公報

解決しようとする課題

0003

電気集塵装置においては、エネルギーを効率化することが好ましい。また、DPF(Diesel Particular Filter)を船舶に用いることが研究されているが、DPFの船舶用途は実用化されていない。また、DPFは大きく、且つ重いので、船舶用途に適していない。

一般的開示

0004

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、電気集塵装置を提供する。電気集塵装置は、帯電粒子捕集する集塵部と、集塵部に導入するマイクロ波を発生し、集塵部に捕集された帯電粒子をマイクロ波により燃焼させるマイクロ波発生部と、を備える。

0005

マイクロ波発生部は、マイクロ波の周波数を変更することで、異なる位置の帯電粒子を燃焼させる周波数制御部を有してよい。

0006

マイクロ波発生部は、マイクロ波の偏波方向を制御する偏波制御部を有してよい。

0007

集塵部は、第1電極および第2電極を有してよい。集塵部は、第1電極と第2電極との電位差により発生する電界により、帯電粒子を捕集してよい。集塵部において、第1電極と第2電極との電位差により発生する電界の位置と、マイクロ波により印加される電界の位置とは、異なっていてよい。

0008

マイクロ波発生部は、断続的にマイクロ波を発生してよい。マイクロ波発生部は、マイクロ波を予め定められた時間間隔で発生してよい。

0009

マイクロ波発生部は、集塵部に捕集された帯電粒子が燃焼分解している状態で発生させるマイクロ波のエネルギーを、集塵部に捕集された帯電粒子が燃焼していない状態で発生させるマイクロ波のエネルギーよりも小さくしてよい。マイクロ波発生部は、マイクロ波を発生する時間間隔またはマイクロ波の照射時間を変更可能であってよい。マイクロ波発生部は、集塵部に捕集された帯電粒子の燃焼が継続している状態で発生させるマイクロ波のパルス幅を、集塵部の捕集された帯電粒子の燃焼が継続していない状態で発生させるマイクロ波のパルス幅よりも小さくしてよい。

0010

マイクロ波発生部は、マイクロ波の出力を変更可能であってよい。マイクロ波発生部は、集塵部に捕集された帯電粒子が燃焼分解している状態で発生させるマイクロ波のパルス振幅を、集塵部の捕集された帯電粒子が燃焼分解していない状態で発生させるマイクロ波のパルス振幅よりも小さくしてよい。

0011

マイクロ波発生部は、集塵部に捕集された帯電粒子の捕集状態に基づいて、マイクロ波を発生してよい。

0012

電気集塵装置は、マイクロ波の発生を停止してからの経過時間を計測する経過時間計測部をさらに備えてよい。マイクロ波発生部は、経過時間計測部により計測された経過時間に基づいて、マイクロ波を発生してよい。

0013

電気集塵装置は、集塵部に捕集された前記帯電粒子の量を計測する粒子量計測部をさらに備えてよい。マイクロ波発生部は、粒子量計測部により計測された帯電粒子の量に基づいて、マイクロ波を発生してよい。電気集塵装置は、粒子量計測部を複数備えてもよい。

0014

前記帯電粒子は、ガス源が排出する排ガスに含まれる粒子を帯電させて生成されてよい。集塵部は、帯電粒子を捕集してよい。マイクロ波発生部は、ガス源の燃料の種類に基づいて、マイクロ波を発生してよい。マイクロ波発生部は、ガス源の燃料の種類に基づいて、マイクロ波を発生する時間間隔、並びにマイクロ波の周波数および偏波方向の少なくとも一つを制御してよい。

0015

集塵部は、集塵部の温度を検出する温度センサを有してよい。マイクロ波発生部は、温度センサにより検出された温度に基づいて、マイクロ波を発生してよい。

0016

集塵部は、それぞれ異なる位置に配置された複数の温度センサを有してよい。マイクロ波発生部は、複数の温度センサにより検出された温度に基づいて、マイクロ波を発生してよい。

0017

電気集塵装置は、集塵部における二酸化炭素酸素および一酸化炭素の少なくとも一つの濃度を計測する濃度計測部をさらに備えてよい。マイクロ波発生部は、濃度計測部により計測された濃度に基づいて、マイクロ波を発生してよい。電気集塵装置は、濃度計測部を複数備えてもよい。

0018

集塵部は、帯電粒子のマイクロ波による燃焼を促進する触媒をさらに有してよい。触媒は、集塵部の一部に設けられていてよい。

0019

触媒は、集塵部の内壁に塗布されていてよい。

0020

集塵部は、帯電粒子のマイクロ波による燃焼により生じた集積する煤集積部をさらに有してよい。煤集積部は、マイクロ波の進行方向に沿って周期的に配置されていてよい。煤集積部が配置される周期は、マイクロ波の周期と等しくてよい。

0021

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群サブコンビネーションもまた、発明となりうる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20を組み込んだ排ガス処理システム10の一例を示す図である。
本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20の構成を示すブロック図である。
集塵部22の一例を示す概念図である。
マイクロ波の照射パターンの一例を示す図である。
マイクロ波の照射パターンの他の一例を示す図である。
図3の位置P1〜位置P5における吸収電力を示す図である。
マイクロ波を断続照射および連続照射した場合における、帯電粒子28の燃焼率注入エネルギー依存性を示す図である。
マイクロ波による帯電粒子28の燃焼分解に伴って発生する酸素(O2)、二酸化炭素(CO2)および一酸化炭素(CO)の濃度の時間依存性を示す図である。
マイクロ波の照射パターンの他の一例である。
マイクロ波の照射パターンの他の一例である。
本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20の一例を示す図である。
隔壁32(第2電極)の構成の一例を示す図である。
図12におけるX軸方向の位置X1におけるYZ断面の一例を示す図である。
図12におけるX軸方向の位置X2におけるYZ断面の一例を示す図である。
本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20の他の一例を示す図である。
図12におけるX軸方向の位置X2におけるYZ断面の他の一例を示す図である。
図12におけるX軸方向の位置X2におけるYZ断面の他の一例を示す図である。
図12におけるX軸方向の位置X1におけるYZ断面の他の一例を示す図である。
図11および図12の集塵部22における、外壁39、開口48、空間41、開口38、第1電極30および隔壁32(第2電極)を通るXY断面を示す図である。

実施例

0023

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

0024

図1は、本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20を組み込んだ排ガス処理システム10の一例を示す図である。排ガス処理システム10は、例えば船舶等のエンジン60が排出する排ガスを処理する。

0025

排ガス処理システム10は、電気集塵装置(ESP:Electrostatic Precipitator)20、エコノマイザ(Economizer)50、エンジン60、スクラバ70、排水処理装置80およびセンサ90を有する。電気集塵装置20は、マイクロ波発生部40を備える。

0026

エンジン60は、燃料の燃焼による排ガスを排出する。当該排ガスには、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物SOx)および粒子状物質(PM:Particle Matter)等の物質が含まれる。粒子状物質(PM)はブラックカーボンとも称され、化石燃料不完全燃焼により発生する。粒子状物質(PM)は、炭素を主成分とする微粒子である。

0027

エンジン60から排出された排ガスは、電気集塵装置20に供給される。電気集塵装置20は、当該排ガスに含まれる粒子状物質(PM)を除去する。

0028

エコノマイザ50は、粒子状物質(PM)が除去された排ガスの熱を熱交換して、温水蒸気を発生する。当該温水および当該蒸気は、船内において使用される温水および暖房に、それぞれ使用されてよい。エコノマイザ50を通過した排ガスは、スクラバ70に供給される。

0029

ポンプ75は、例えば海水を汲み上げてスクラバ70に供給する。スクラバ70は、ポンプ75により供給された海水を吸収液として、排ガス中の硫黄酸化物等を当該吸収液の液滴に捕集して分離する。硫黄酸化物等が分離および除去された排ガスは、センサ90に供給される。

0030

センサ90は、排ガスの所定の特性を測定する。当該特性は、例えば排ガスに含まれる硫黄酸化物等の濃度である。排ガス処理システム10は、センサ90の測定結果に基づいて、スクラバ70における海水の噴霧量等を制御してよい。

0031

スクラバ70の吸収液は、排水処理装置80に供給される。排水処理装置80は、吸収液に含まれる硫黄酸化物等を除去した後に、当該吸収液を排ガス処理システム10の外部(例えば海洋)へ排出する。

0032

図2は、本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20の構成を示すブロック図である。電気集塵装置20は、集塵部22、帯電部24およびマイクロ波発生部40を備える。帯電部24には、エンジン60から排出された排ガスが供給される。当該排ガスには、粒子状物質(PM)が含まれる。帯電部24は、例えばマイナスコロナ放電によりマイナスイオンを発生し、粒子状物質(PM)を帯電させて帯電粒子を生成する。当該帯電粒子は、集塵部22に送られる。

0033

集塵部22は、帯電粒子を捕集する。集塵部22は、例えば排ガスが通過する経路接地電位等を印加した部材を配置することで、帯電粒子をクーロン力によって捕集する。

0034

マイクロ波発生部40は、集塵部22に導入するマイクロ波を発生する。マイクロ波とは、300MHzから300GHz程度の周波数を有する電磁波である。

0035

本例の電気集塵装置20は、集塵部22に捕集された帯電粒子を、マイクロ波発生部40が発生したマイクロ波により燃焼させる。一般に、マイクロ波による被加熱物の加熱率Qは、以下の式により表される。
Q=(1/2)σ|E|2+(1/2)ωε''|E|2+(1/2)ωμ''|B|2

0036

第1項である(1/2)σ|E|2は、電界によるジュール加熱による加熱率を示す。ここで、σは被加熱物に含まれる微粒子の導電率である。また、Eはマイクロ波による電界である。被加熱物への電界の印加は、被加熱物中において電荷移動をもたらす。この電荷移動、即ち電流は、ジュール損失をもたらす。第1項は、このジュール損失による発熱を表す。

0037

第2項である(1/2)ωε''|E|2は、電界による誘電加熱による加熱率を示す。ここで、ωはマイクロ波の角周波数、ε''は被加熱物の誘電率の虚数部である。被加熱物へ電界が印加されると、電界の変化に対して、被加熱物に含まれる電気双極子時間遅れ追従する。この電気双極子の時間遅れの追従は、損失をもたらす。第2項は、この損失による発熱を表す。

0038

第3項である(1/2)ωμ''|B|2は、渦電流によるジュール加熱による加熱率を示す。ここで、μ''は被加熱物の透磁率の虚数部である。被加熱物へ磁界が印加されると、磁界の変化を妨げる向きに渦電流が発生する。この渦電流は、ジュール損失をもたらす。第3項は、このジュール損失による発熱を表す。

0039

本例の電気集塵装置20は、集塵部22に捕集された帯電粒子を、マイクロ波発生部40が発生したマイクロ波により燃焼させる。集塵部22にマイクロ波を照射するためには、電気集塵装置20の内部にマイクロ波照射用のアンテナを配置するだけでよい。このため、本例の電気集塵装置20は、槌打空気洗浄水洗浄等の方法と比較して、粒子状物質(PM)をシンプルな構成、且つ、省スペースで除去できる。

0040

図3は、集塵部22の一例を示す概念図である。本例の集塵部22は、導波管形状を有している。本例において、マイクロ波の進行方向をX軸とし、マイクロ波の振幅方向をY軸とする。また、X軸およびY軸に共に垂直な向きをZ軸とする。

0041

マイクロ波発生部40により発生されたマイクロ波は、集塵部22のX軸方向における一端から導入される。集塵部22の内壁は、マイクロ波を反射する材料で形成されている。またX軸方向において、集塵部22の他端にはマイクロ波を反射する反射板26が設けられている。集塵部の一端から導入されたマイクロ波は、+X軸方向に進み、反射板26により反射して−X軸方向に進む。集塵部22において、+X軸方向に進むマイクロ波と−X軸方向に進むマイクロ波は、干渉する。この結果、集塵部22において進行波または定在波が形成される。

0042

図3において、マイクロ波の電界成分および磁界成分を、それぞれ破線部および一点鎖線部にて示す。マイクロ波の電界成分と磁界成分は、位相が180度異なる。

0043

X軸方向において、反射板26が配置される位置を位置P0とする。X軸方向において、定在波の電界成分が最大を示し、磁界成分が最小を示す位置を、位置P1および位置P5とする。X軸方向において、位置P5は位置P1よりも、位置P0から離れている。X軸方向において、定在波の電界成分が最小を示し、磁界成分が最大を示す位置を、位置P3とする。X軸方向において、位置P1と位置P3との中央、および位置P3と位置P5との中央を、それぞれ位置P2および位置P4とする。

0044

集塵部22の底面27には、帯電粒子28が配置されている。本例において、帯電粒子28は、位置P1〜位置P5に、それぞれ配置されている。

0045

図4は、マイクロ波の照射パターンの一例を示す図である。図4は、マイクロ波の断続照射パターンの一例である。本例において断続照射とは、所定の電力のマイクロ波を所定時間連続して(図4におけるT1の期間)照射した後、所定時間照射を停止する(図4におけるT2の期間)ことを繰り返すことを指す。T1とT2は異なっていてよく、等しくてもよい。T1はT2よりも小さくてよく、大きくてもよい。T2は、T1の1.0倍以上5.0倍以下であってよい。

0046

図5は、マイクロ波の照射パターンの他の一例を示す図である。図5は、マイクロ波の連続照射パターンの一例である。本例において連続照射とは、所定の電力のマイクロ波を、所定の期間停止することなく照射し続けることを指す。

0047

図6は、図3の位置P1〜位置P5における吸収電力を示す図である。図6より、吸収電力は、マイクロ波の磁界成分が最大値を示す位置P3よりも、電界成分が最大値を示す位置P1および位置P5において、大きな値を示す。これは、マイクロ波の電界成分が最大値を示す位置P1および位置P5において、帯電粒子28が多く燃焼していることを示している。このため、帯電粒子28をマイクロ波の電界成分が最大値を示す位置に配置することにより、帯電粒子28を効率的に燃焼し得る。

0048

図7は、マイクロ波を断続照射および連続照射した場合における、帯電粒子28の燃焼率の注入エネルギー依存性を示す図である。図7より、マイクロ波を連続照射した場合、注入エネルギーの増加に伴い、帯電粒子28の燃焼率は、注入エネルギーE1までは増加する。しかしながら、帯電粒子28の燃焼率は、注入エネルギーE1を超えると注入エネルギーの増加に伴い殆ど増加しない。これに対し、マイクロ波を断続照射した場合、帯電粒子28の燃焼率は注入エネルギーの増加に伴い増加する。即ち、マイクロ波を帯電粒子28に連続照射するよりも断続照射する方が、帯電粒子28の燃焼分解に要する消費エネルギーを削減できる。

0049

図8は、マイクロ波による帯電粒子28の燃焼分解に伴って発生する酸素(O2)、二酸化炭素(CO2)および一酸化炭素(CO)の濃度の時間依存性を示す図である。本例においては、時間ゼロにおいてマイクロ波をONとし、このマイクロ波ONの状態をt3まで維持している。時間t3においてマイクロ波をOFFとし、このマイクロ波OFFの状態をt4まで維持している。

0050

時間ゼロから時間t1まで経過すると、一酸化炭素(CO)濃度が急激に立ち上がると共に、酸素(O2)濃度が低下し始め、二酸化炭素(CO2)濃度が増加し始めている。これは、帯電粒子28が酸素(O2)と化合して帯電粒子28の燃焼分解が始まり、一酸化炭素(CO)および二酸化炭素(CO2)が発生し始めたことを示している。また、帯電粒子28が不完全燃焼しており、二酸化炭素(CO2)よりも一酸化炭素(CO)が多く発生していることを示している。

0051

時間t2を経過すると、一酸化炭素(CO)濃度が減少傾向を示すと共に、酸素(O2)濃度および二酸化炭素(CO2)濃度が概ね一定値推移し始めている。これは、帯電粒子28の燃焼分解が所定の定常状態で進んでいることを示している。

0052

時間t3を経過すると、一酸化炭素(CO)濃度および二酸化炭素(CO2)濃度が減少し始めると共に、酸素(O2)濃度が増加し始める。一酸化炭素(CO)濃度は、図8において一点鎖線の矢印で示したように、時間t3を過ぎても緩やかに減少する。これは、マイクロ波をOFFとした後においても、帯電粒子28の燃焼分解が続いていることを示している。即ち、帯電粒子28は連鎖的に燃焼する。以上より、マイクロ波を帯電粒子28に連続的に照射し続けなくても、帯電粒子28を燃焼分解できることが分かる。

0053

時間t3から時間t4まで経過すると、一酸化炭素(CO)濃度および二酸化炭素(CO2)濃度がほぼゼロになると共に、酸素(O2)濃度が時間ゼロにおける濃度まで回復する。これは、帯電粒子28の燃焼分解が終わったことを示している。

0054

時間t4において再びマイクロ波をONにすると、帯電粒子28の不完全燃焼が再び繰り返される。これは、図7における断続照射の場合に相当する。以上より、帯電粒子28の燃焼分解を所定の定常状態(図8における時間t2から時間t3まで)とした後、マイクロ波をOFFにして帯電粒子28の燃焼分解を進行させ、燃焼分解が終わったタイミング(図8における時間t4)で再びマイクロ波をONにすることにより、エネルギー消費量を低減して帯電粒子28を燃焼分解できる。

0055

また、マイクロ波をOFFにした後、一酸化炭素(CO)濃度および二酸化炭素(CO2)濃度がゼロになる前に、マイクロ波をONにしてもよい。つまり、帯電粒子28の燃焼分解が終わる前(図8における時間t3と時間t4との間)に、マイクロ波をONにしてもよい。帯電粒子28の燃焼分解が終了した後に、マイクロ波をONにすると、帯電粒子28の燃焼効率が低下する場合がある。帯電粒子28の燃焼分解が継続している状態でマイクロ波をONにすることで、エネルギー消費量を低減して、帯電粒子28を継続して燃焼させることができる。

0056

マイクロ波発生部40は、一酸化炭素(CO)濃度および二酸化炭素(CO2)濃度の少なくとも一方に基づいて、マイクロ波をONおよびOFFを制御してよい。例えばマイクロ波発生部40は、マイクロ波をOFFにした後に、一酸化炭素(CO)濃度がゼロより大きい所定の閾値を下回った場合に、マイクロ波をONにしてよい。

0057

また、マイクロ波発生部40は、帯電粒子28の燃焼分解が継続している状態で発生させるマイクロ波のエネルギーを、帯電粒子28が燃焼していない状態で発生させるマイクロ波のエネルギーよりも小さくしてよい。帯電粒子28の燃焼状態は、一酸化炭素(CO)濃度および二酸化炭素(CO2)濃度の少なくとも一方に基づいて判定してよい。

0058

図9は、マイクロ波の照射パターンの他の一例を示す図である。マイクロ波発生部40は、マイクロ波の出力を変更可能であってよい。即ち、マイクロ波のエネルギーを小さくする場合、本例のように、マイクロ波発生部40は、帯電粒子28の燃焼が継続していない状態で発生させるマイクロ波のパルス振幅をPw1とし、帯電粒子28の燃焼が継続している状態で発生させるマイクロ波のパルス振幅を、Pw1よりも小さいPw2としてよい。これにより、エネルギー消費量を更に低減できる。

0059

図10は、マイクロ波の照射パターンの他の一例を示す図である。マイクロ波発生部40は、マイクロ波を発生する時間間隔またはマイクロ波の照射時間を変更可能であってよい。即ち、マイクロ波のエネルギーを小さくする場合、本例のように、マイクロ波発生部40は、帯電粒子28の燃焼が継続していない状態で発生させるマイクロ波のパルス幅をT1とし、帯電粒子28の燃焼が継続している状態で発生させるマイクロ波のパルス幅を、T1よりも小さいT1'としてよい。これにより、エネルギー消費量を更に削減できる。また、マイクロ波発生部40は、マイクロ波のパルス振幅およびパルス幅の一方を小さくしてよく、両方を小さくしてもよい。

0060

図11は、本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20の一例を示す図である。電気集塵装置20は、集塵部22を備える。本例の集塵部22の形状は円筒型であるが、箱型等、他の形状であってもよい。

0061

本例の集塵部22は、排ガスが供給される開口42、排ガスが流れるガス流路44、および、排ガスが排出される開口46を有する。帯電粒子28は、ガス源が排出する排ガスに含まれる粒子を帯電させて生成されてよい。当該ガス源は、例えばエンジン60(図1参照)である。本例においては、帯電部24が、当該ガス源が排出する排ガスに含まれる粒子を帯電させて帯電粒子28を生成する。本例の集塵部22は、当該帯電粒子28を捕集する。開口42に供給される排ガスは、帯電部24により帯電させられた帯電粒子28を含む。ガス流路44は、ガスが流れる空間を囲む隔壁32を有する。隔壁32は筒形状を有してよい。帯電粒子28は、ガス流路44において排ガスから除去される。帯電粒子28が除去された排ガスは、開口46から排出される。

0062

集塵部22は、帯電粒子28を集積する帯電粒子集積部36を有する。本例の帯電粒子集積部36は、YZ面内において隔壁32、空間41および外壁39を有する。空間41は、隔壁32の外側に配置される。外壁39は、YZ面内において空間41の外側に配置される。外壁39は筒形状を有してよい。また、隔壁32には、帯電粒子28を通過させるための開口(後述)が設けられる。隔壁32および外壁39は、金属材料で形成されてよい。

0063

外壁39には、帯電粒子28を電気的に吸引できる電位が印加される。外壁39に印加される電位は、接地電位であってよい。ガス流路44を通過する排ガスに含まれる帯電粒子28は、隔壁32の開口(後述)を通って、帯電粒子集積部36の外壁39等に付着する。空間41にマイクロ波を導入することで、外壁39等に付着した帯電粒子28を燃焼させることができる。

0064

本例の外壁39は、マイクロ波発生部40により発生されたマイクロ波を導入するための開口48を有する。外壁39は、複数の開口48を有してよい。本例において、集塵部22における排ガスの進行方向をX軸とする。X軸と垂直な面における2つの直交軸をY軸およびZ軸とする。開口48は、X軸方向に沿って複数配置されていてよい。また開口48は、外壁39のYZ面における外周に沿って複数配置されていてもよい。図11の例では、2つの開口48が、Y軸方向においてガス流路44を挟んで配置されている。

0065

集塵部22は、帯電粒子集積部36のX軸方向における両端に、マイクロ波を反射させるための反射部34を有する。X軸方向における一端および他端に設けられる反射部34は、YZ面内において空間41を囲うように設けられてよい。開口48から導入されたマイクロ波は、帯電粒子集積部36を伝搬して反射部34により反射し、帯電粒子集積部36において進行波または定在波を形成する。

0066

集塵部22は、第1電極30および第2電極を有する。第1電極30は、集塵部22の中心軸に沿って配置されてよい。第1電極30は、X軸に長手を有する棒形状を有してよい。第1電極30は、開口42から開口46まで、X軸方向に沿って連続的に設けられてよい。第2電極は、YZ面内において第1電極30の周囲に配置されてよい。本例では、隔壁32が第2電極として機能する。隔壁32は、第1電極30を収容する筒形状を有してよい。第1電極30は、YZ面において隔壁32が囲む領域の中心に配置されていてよい。YZ面内において、ガス流路44は第1電極30と隔壁32とに挟まれてよい。

0067

本例において、開口48は6つ設けられている。本例においては、外壁39のYZ断面における直径方向の一方側および他方側に、それぞれ3つの開口48がX軸に沿って配列されている。マイクロ波発生部40により発生されたマイクロ波は、6つの開口48に導入されてよい。開口48は、外壁39を貫通して設けられている。

0068

マイクロ波発生部40は、マイクロ波の周波数を制御する周波数制御部52、および、マイクロ波の偏波方向を制御する偏波制御部54の少なくとも一方を有してよい。本例のマイクロ波発生部40は、周波数制御部52および偏波制御部54の両方を有している。周波数制御部52および偏波制御部54については後述する。

0069

図12は、隔壁32の構成の一例を示す図である。図12において、隔壁32をハッチングにて示している。また、図12においては外壁39を破線で示している。また、図12においては、第1電極30、帯電部24およびマイクロ波発生部40を省略している。

0070

隔壁32は、帯電粒子28が通る開口38を有する。開口38は、複数設けられてよい。開口38は、X軸方向およびYZ面内において周期的に設けられてよい。

0071

X軸方向において、開口38の位置と開口48の位置は、異なっていてよい。即ち、集塵部22を+Y軸方向から−Y軸方向に見た場合に、開口48と隔壁32とは重なってよく、開口48と開口38は重ならなくてよい。集塵部22を+Y軸方向から−Y軸方向に見た場合に、開口48の一部は開口38の一部と重なっていてもよい。

0072

図13は、図12におけるX軸方向の位置X1におけるYZ断面の一例を示す図である。当該断面は、開口48、第1電極30、ガス流路44、隔壁32、開口38、空間41および外壁39を通るYZ面である。当該断面は、図12に示す集塵部22を+X軸方向から−X軸方向に見た場合の断面である。

0073

当該断面の中心位置には第1電極30が設けられる。第1電極30の周囲には、ガス流路44が設けられる。ガス流路44は、隔壁32で囲まれている。隔壁32には、開口38が設けられている。隔壁32の外側には、空間41が設けられる。空間41は、外壁39で囲まれている。外壁39には、マイクロ波を導入するための開口48が設けられる。図13の断面においては、隔壁32に4つの開口38が設けられ、外壁39に2つの開口48が設けられている。

0074

第1電極30は、接地電位に対して直流の所定の高電位に設定されてよい。所定の高電位とは、例えば10kVである。隔壁32(第2電極)は、接地されてよい。第1電極30と隔壁32との間には、直流の所定の高電圧(例えば10kV)が印加される。

0075

第1電極30と隔壁32(第2電極)との間に直流の所定の高電圧が印加されると、第1電極30が放電する。第1電極30が放電すると、第1電極30と隔壁32との間を流れるガスに含まれる粒子が帯電する。帯電粒子は、隔壁32に引き付けられ、空間41内に移動する。

0076

第1電極30と隔壁32(第2電極)との間の電位差により発生する電界の位置と、開口48から導入されたマイクロ波により印加される電界の位置は、異なっていてよい。即ち、帯電粒子28を集積するための電界が印加される領域と、集積された帯電粒子28を燃焼させるためのマイクロ波の電界が印加される領域は、異なっていてよい。本例においては、帯電粒子28を集積するための電界は、第1電極30と隔壁32(第2電極)とにより、図13半径方向において中心から隔壁32の位置まで印加される。これに対し、帯電粒子28を燃焼させるためのマイクロ波の電界は、図13の半径方向において、隔壁32と外壁39との間に印加される。マイクロ波は、空間41をX軸方向およびYZ面内における円周方向に伝搬する。

0077

図14は、図12におけるX軸方向の位置X2におけるYZ断面の一例を示す図である。当該断面は、第1電極30、ガス流路44、隔壁32、開口38、空間41および外壁39を通るYZ面である。当該断面は、図12に示す集塵部22を+X軸方向から−X軸方向に見た場合の断面である。

0078

図14の断面において、隔壁32には4つの開口38が設けられている。2つの開口38は、Y軸方向に対向する位置に設けられている。他の2つの開口38は、Z軸方向に対向する位置に設けられている。

0079

隔壁32に引き付けられた帯電粒子28は、開口38を通り、空間41に到達する。帯電粒子28は、空間41において隔壁32の内壁と、外壁39の内壁とに集積される。空間41に集積された帯電粒子28は、開口48から導入されたマイクロ波により燃焼分解する。

0080

図14においても、図13と同様に第1電極30と隔壁32(第2電極)との間の電位差により発生する電界の位置と、開口48から導入されたマイクロ波により印加される電界の位置は、異なっていてよい。図14においても、マイクロ波は空間41をX軸方向およびYZ面内における円周方向に伝搬する。

0081

マイクロ波発生部40は、マイクロ波を断続的に発生することが好ましい。即ち、マイクロ波発生部40は、マイクロ波を予め定められた時間間隔で発生することが好ましい。図7の説明において述べたように、マイクロ波を帯電粒子28に連続照射するよりも断続照射する方が、帯電粒子28を効率的に燃焼させることができる。

0082

空間41を伝搬するマイクロ波は、当該マイクロ波の電界成分が最大値を示す位置において、帯電粒子28を最も効率的に燃焼させ得る(図6参照)。帯電粒子28は、空間41において隔壁32の内壁および外壁39の内壁とに、X軸方向およびYZ面内において均等に集積されやすい。マイクロ波の電界成分が最大値を示すX軸方向の位置は、当該マイクロ波の周波数を変更することにより、変更できる。本例のマイクロ波発生部40は周波数制御部52を有するので、空間41を伝搬するマイクロ波の周波数を変更することで、X軸方向において異なる位置の帯電粒子28を燃焼させることができる。このため、本例の電気集塵装置20は、空間41に集積した帯電粒子28を、X軸方向において集積した位置にかかわらず、燃焼分解させることができる。

0083

また、本例のマイクロ波発生部40は、偏波制御部54を有する。金属表面におけるマイクロ波の反射および透過は、マイクロ波の偏波方向に依存する。このため、偏波制御部54により帯電粒子集積部36を伝搬するマイクロ波の偏波方向を制御し、開口48および開口38におけるマイクロ波の透過率を低減することで、空間41に開口48および開口38が存在しても、当該マイクロ波を進行波または定在波にできる。

0084

空間41において、マイクロ波の電界成分が最大値を示す周方向(YZ面内)の位置は、当該マイクロ波の偏波方向を変更することにより、変更できる。本例のマイクロ波発生部40は偏波制御部54を有するので、空間41を伝搬するマイクロ波の偏波方向を変更することで、YZ面内において異なる位置の帯電粒子28を燃焼させることができる。このため、本例の電気集塵装置20は、空間41に集積した帯電粒子28を、YZ面内において集積した位置にかかわらず、燃焼分解させることができる。

0085

図15は、本発明の一つの実施形態に係る電気集塵装置20の他の一例を示す図である。本例の電気集塵装置20において、集塵部22は温度センサ21を有する。温度センサ21は、帯電粒子集積部36の温度を測定してよい。集塵部22は、それぞれ異なる位置に配置された複数の温度センサ21を有してよい。本例においては、集塵部22は2つの温度センサ21を有する。温度センサ21−1は、X軸方向において開口46側に配置される。温度センサ21−2は、X軸方向において開口42側に配置される。温度センサ21は、計測部61に接続される。

0086

本例の温度センサ21は、熱電対である。温度センサ21は、接点25および一対の金属線23を有する。それぞれの金属線23は、接点25と計測部61とを接続する。計測部61は電圧計であってよい。なお、温度センサ21は、PNダイオードサーミスタ等であってもよい。接点25は、帯電粒子集積部36に配置されてよい。本例においては、集塵部22をX軸方向から見た場合に、温度センサ21−1の接点25と温度センサ21−2の接点25は、Y軸方向において対向する位置に配置されている。

0087

空間41において、マイクロ波の照射により帯電粒子28が燃焼分解すると、帯電粒子集積部36の温度が上昇し、燃焼分解が終わると帯電粒子集積部36の温度が下降する。本例の電気集塵装置20は、帯電粒子集積部36に温度センサ21を有するので、帯電粒子28の燃焼分解に伴う温度変化を計測できる。

0088

マイクロ波発生部40は、温度センサ21により検出した温度に基づいてマイクロ波を発生してよい。温度センサ21により検出した温度が経過時間に伴い下降し、所定の低温域において温度が一定となった場合、マイクロ波発生部40はマイクロ波の発生を開始してよい。また、温度センサ21により検出した温度が経過時間に伴い上昇し、所定の高温域において温度が一定となった場合、マイクロ波発生部40はマイクロ波の発生を停止してよい。

0089

また、本例においては、集塵部22において2つの温度センサ21がそれぞれ異なる位置に設けられるので、電気集塵装置20は、集塵部22における2か所の温度を測定できる。このため、集塵部22が1つの温度センサ21を有する場合よりも、帯電粒子28の位置に応じたマイクロ波の発生および停止をしやすくなる。

0090

マイクロ波発生部40は、集塵部22に捕集された帯電粒子28の捕集状態に基づいてマイクロ波を発生してよい。本例の電気集塵装置20は、経過時間計測部62をさらに備える。経過時間計測部62は、マイクロ波の発生を停止してからの経過時間を計測する。帯電粒子28の捕集状態は、例えば当該経過時間によって判断できる。このため、マイクロ波発生部40は、当該経過時間に基づいてマイクロ波を発生してよい。

0091

マイクロ波の発生を停止してからの経過時間は、例えば図8における時間t3からの経過時間であってよい。マイクロ波発生部40は、例えば図8における時間t3から時間t4までの時間が経過した場合、マイクロ波の発生を開始してよい。

0092

図16は、図12におけるX軸方向の位置X2におけるYZ断面の他の一例を示す図である。本例の電気集塵装置20は、粒子量計測部64をさらに備える。本例の粒子量計測部64は、定電流源33を有する。粒子量計測部64は、隔壁(第2電極)32と外壁39との間の抵抗値図16においては、抵抗31で示されている)に基づいて、帯電粒子28の量を計測する。定電流源33は、抵抗31に定電流を供給する。抵抗31の抵抗値は、隔壁32と外壁39に付着している帯電粒子28の量により変動する。

0093

マイクロ波発生部40は、集塵部22に捕集された帯電粒子28の捕集状態に基づいてマイクロ波を発生してよい。本例において、帯電粒子28の捕集状態とは、粒子量計測部64によって計測された、帯電粒子28の量である。帯電粒子集積部36に帯電粒子28を含む煤が集積すると、抵抗31で示される抵抗値が低下する。このため、集積した帯電粒子28の量を測定できる。

0094

抵抗31で示される抵抗値が経過時間に伴い下降し、所定の抵抗値で一定となった場合、マイクロ波発生部40はマイクロ波の発生を開始してよい。また、抵抗31で示される抵抗値が経過時間に伴い上昇し、所定の抵抗値で一定となった場合、マイクロ波発生部40はマイクロ波の発生を停止してよい。

0095

電気集塵装置20は、粒子量計測部64を複数備えてもよい。電気集塵装置20は、図16のYZ断面において粒子量計測部64を複数備えてもよいし、X軸方向における異なる位置において、それぞれ粒子量計測部64を備えてもよい。電気集塵装置20が粒子量計測部64を複数備える場合、粒子量計測部64を1つ備える場合よりも、帯電粒子28の位置に応じたマイクロ波の発生および停止をしやすくなる。

0096

図17は、図12におけるX軸方向の位置X2におけるYZ断面の他の一例を示す図である。本例の電気集塵装置20は、濃度計測部66をさらに備える。濃度計測部66は、二酸化炭素(CO2)、酸素(O2)および一酸化炭素(CO)の少なくとも一つの濃度を計測してよい。本例の濃度計測部66は、二酸化炭素(CO2)ガスセンサ35および二酸化炭素(CO2)ガスの濃度を計測する計測部37を有する。二酸化炭素(CO2)ガスセンサ35は、帯電粒子集積部36に設けられてよい。

0097

二酸化炭素(CO2)ガスセンサ35は、例えば二酸化炭素(CO2)ガスと反応する物質を電極に有する固体電解質型二酸化炭素(CO2)ガスセンサである。計測部37は、例えば電圧計である。この場合、二酸化炭素(CO2)ガスセンサ35の抵抗値が二酸化炭素(CO2)ガスとの反応により変化するので、二酸化炭素(CO2)ガスセンサ35に電流を流し、計測部37(電圧計)で二酸化炭素(CO2)ガスセンサ35の両端の電位差を測定することにより、二酸化炭素(CO2)ガスの濃度を測定できる。

0098

マイクロ波発生部40は、濃度計測部66により計測された二酸化炭素(CO2)の濃度に基づいてマイクロ波を発生してよい。マイクロ波の照射により帯電粒子28が燃焼分解すると、二酸化炭素(CO2)ガスが発生する。図8に示したように、二酸化炭素(CO2)ガスの濃度は、帯電粒子28の燃焼分解に伴い徐々に減少する(図8の時間t3〜t4)。このため、二酸化炭素(CO2)濃度が経過時間に伴い減少し、検出されなくなった場合、マイクロ波発生部40はマイクロ波の発生を開始してよい。また、二酸化炭素(CO2)濃度が経過時間に伴い増加し、所定の濃度において一定となった場合、マイクロ波発生部40はマイクロ波の発生を停止してよい。

0099

電気集塵装置20は、濃度計測部66を複数備えてもよい。電気集塵装置20は、図16のYZ断面において濃度計測部66を複数備えてもよいし、X軸方向における異なる位置において、それぞれ濃度計測部66を備えてもよい。電気集塵装置20が濃度計測部66を複数備える場合、濃度計測部66を1つ備える場合よりも、帯電粒子28の位置に応じたマイクロ波の発生および停止をしやすくなる。

0100

マイクロ波発生部40は、帯電粒子28を発生する燃料の種類に基づいてマイクロ波を発生してもよい。当該燃料とは、図1のエンジン60に供給される燃料である。エンジン60の排ガスは、エンジン60に供給される燃料の種類に応じて変化する。このため、集塵部22に捕集される帯電粒子28の成分および量は、当該燃料の種類に応じて変化し得る。このため、当該燃料の種類に応じて、マイクロ波を発生する時間間隔、並びにマイクロ波の周波数および偏波方向の少なくとも一つを制御することで、帯電粒子28を効率的に燃焼分解させることができる。

0101

図18は、図12におけるX軸方向の位置X1におけるYZ断面の他の一例を示す図である。本例の集塵部22は、触媒72をさらに有する。触媒72は、帯電粒子28のマイクロ波による燃焼を促進する。触媒72は、例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化コバルト(CoO)、四酸化三コバルト(CO3O4)、酸化アルミニウム(Al2O3)酸化ジルコニウム(ZrO2)、チタン酸ジルコン酸鉛PZT)等である。

0102

触媒72は、集塵部22の内壁73に塗布されていてよい。本例においては、触媒72は、YZ断面における隔壁32(第2電極)の外側(空間41側)の壁面、および外壁39の内側(空間41側)の壁面に塗布されている。

0103

触媒72は、集塵部22の一部に設けられていてよい。触媒72は、隔壁32(第2電極)の一部に塗布されていてよい。帯電粒子集積部36において、触媒72が隔壁32の全面に塗布されていると、帯電粒子28の燃焼を促進する効果が高くなるが、触媒72の使用量増加に伴うコストが高くなる。また、触媒72が隔壁32の全面に塗布されていると、一部に塗布されている場合よりも触媒72のメンテナンスの手間がかかる。このため、触媒72は、帯電粒子集積部36において隔壁32の一部に塗布されていることが好ましい。触媒72は、隔壁32のうち帯電粒子28が燃焼分解しにくい位置に塗布されていてよい。

0104

触媒72は、図18のYZ断面における隔壁32(第2電極)の一部に塗布されていてよい。また、触媒72は、隔壁32(第2電極)のX軸方向における一部に塗布されていてもよい。

0105

図19は、図11および図12の集塵部22における、外壁39、開口48、空間41、開口38、第1電極30および隔壁32(第2電極)を通るXY断面を示す図である。図19は、開口42および開口46のY軸方向の直径を通るXY断面を、+Z軸方向から−Z軸方向に見た断面図である。図19においては、空間41を伝搬するマイクロ波を模式的に示している。

0106

集塵部22は、帯電粒子28のマイクロ波による燃焼により生じた煤を集積する煤集積部74を有してよい。煤集積部74は、エンジン60(図1参照)において燃料の不完全燃焼により発生した煤を集積する。当該煤は、帯電粒子28を含む。例えば、煤集積部74は、隔壁32(第2電極)および外壁39の少なくとも一方の表面に設けられ、空間41の内部に突出する突起である。煤集積部74は、隔壁32(第2電極)および外壁39と同一の材料で形成されてよい。煤集積部74は、YZ面において、隔壁32(第2電極)の表面に沿って環状に設けられてよい。

0107

煤集積部74は、マイクロ波の進行方向(本例においてはX軸方向)に沿って周期的に配置されてよい。煤集積部74が配置される周期は、マイクロ波の定在波の周期と等しくてよい。本例においては、煤集積部74は、隔壁32(第2電極)および外壁39のそれぞれにおいて、マイクロ波の周期と等しく配置されている。煤集積部74が配置される周期をマイクロ波の周期と等しくすることで、マイクロ波の電界成分が最大値を示す位置に煤を集積し得る。このため、帯電粒子28を効率的に燃焼し得る。なお、煤集積部74は、YZ面内において隔壁32(第2電極)の内壁(空間41に面した内壁)の全体にわたり、周回状に設けられてよい。

0108

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

0109

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システムプログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

0110

10・・・排ガス処理システム、20・・・電気集塵装置、21・・・温度センサ、22・・・集塵部、24・・・帯電部、25・・・接点、26・・・反射板、27・・・底面、28・・・帯電粒子、30・・・第1電極、31・・・抵抗、32・・・隔壁、33・・・定電流源、34・・・反射部、35・・・ガスセンサ、36・・・帯電粒子集積部、37・・・計測部、38・・・開口、39・・・外壁、40・・・マイクロ波発生部、41・・・空間、42・・・開口、44・・・ガス流路、46・・・開口、48・・・開口、50・・・エコノマイザ、52・・・周波数制御部、54・・・偏波制御部、60・・・エンジン、61・・・計測部、62・・・経過時間計測部、64・・・粒子量計測部、66・・・濃度計測部、70・・・スクラバ、72・・・触媒、73・・・内壁、74・・・煤集積部、75・・・ポンプ、80・・・排水処理装置、90・・・センサ

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