專利名稱:氣體凈化裝置、氣體凈化系統(tǒng)以及氣體凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及從包含粒子狀物質(zhì)等有害物質(zhì)的凈化對(duì)象氣體中去 除有害物質(zhì)而凈化的氣體凈化裝置、氣體凈化系統(tǒng)以及氣體凈化方 法。
背景技術(shù):
以往,作為用于從引擎等排出氣體發(fā)生源所排出的排出氣體中凈
化粒子狀物質(zhì)(PM: Particulate Matter)等有害物質(zhì)的氣體凈化裝 置,有在含有PM的排出氣體的氣體流路中設(shè)置PM過濾器,并利用 該P(yáng)M過濾器捕捉PM的裝置。例如,在日本特開平11 -062558號(hào) 公報(bào)記栽中,公開了如下氣體凈化裝置使用加熱器燃燒由PM過濾 器捕捉的PM中含有的炭等物質(zhì)而去除,并使PM過濾器的功能再生。
在該氣體凈化裝置中,由于在PM的捕捉中使用機(jī)械集塵,所以 存在排出氣體的壓力損失較大,且針對(duì)引擎等排出氣體發(fā)生源的負(fù)荷 變高這樣的問題。
另外,由于通過與氧的燃燒反應(yīng)去除由PM過濾器捕捉的PM中 含有的炭等物質(zhì),所以需要將氣體的溫度加熱至600。C左右。因此, 需要追加設(shè)置外部加熱器、逆洗機(jī)構(gòu)等,需要追加噴射用于燃燒的燃 料,尤其在排出氣體溫度為低溫(尤其是200。C以下)的情況下難以 有效地去除PM。
因此,例如,在日本特開2005 -320895公報(bào)中,公開了與排出 氣體的流向交叉地進(jìn)行電暈放電而凈化排出氣體的氣體凈化裝置。在 該氣體凈化裝置中,能夠在電介體或放電電極上捕捉通過根據(jù)電暈放 電發(fā)生的放電等離子體而帶電的PM,無需加熱而進(jìn)行去除,從而凈 化排出氣體。但是,在使用以往的凈化裝置,對(duì)來自負(fù)荷變動(dòng)劇烈的實(shí)際引擎
的排出氣體進(jìn)行處理的情況下,被電介體或放電電極捕捉的PM有時(shí) 未燃燒盡而堆積。由此,有時(shí)電暈放電變得不穩(wěn)定、或無法產(chǎn)生電暈
放電。而且,有時(shí)還產(chǎn)生如下問題,即PM堆積而排出氣體流過的流 路剖面積變小,排出氣體流路中的壓力損失上升等問題。
專利文獻(xiàn)1:日本特開平11 - 062558號(hào)7>才艮
專利文獻(xiàn)2:日本特開2005 - 320895 >^才艮
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣體凈化裝置、氣體凈化系統(tǒng)以及氣 體凈化方法,無需對(duì)所捕捉的PM進(jìn)行加熱而能夠高效地去除,從而 將凈化對(duì)象氣體進(jìn)行凈化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式,提供一種氣體凈化裝置,其特征在于, 利用第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電 用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用使上述 凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理,利用第 二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形 成用于將上述放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng), 其中,在設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元的 位置的上游側(cè),具備使流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體帶電的帶電用電極。
另外,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式,提供一種氣體凈化裝置,其特征 在于,利用笫一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形 成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用 使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理, 利用第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì) 并且形成用于將上述放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用 的電場(chǎng),其中,設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路 的內(nèi)壁面、設(shè)置有上述第二電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路的內(nèi) 壁面、構(gòu)成上述第一電場(chǎng)形成單元的放電電極、以及構(gòu)成上述第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電極中的至少任意一個(gè)表面形成為凹凸面。
另外,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式,提供一種氣體凈化裝置,其特征 在于,利用第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形 成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用 使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理, 利用第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì) 并且形成用于將上述放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用 的電場(chǎng),其中,在設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流 路的內(nèi)壁面、設(shè)置有上述第二電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路的 內(nèi)壁面、構(gòu)成上述第一電場(chǎng)形成單元的放電電極、構(gòu)成上述第二電場(chǎng) 形成單元的集塵用電極中的至少任意一個(gè)表面,形成有催化劑層。
而且,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式,提供一種氣體凈化裝置,其特征 在于,利用第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形 成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用 使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理, 利用第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì) 并且形成用于將上述放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用 的電場(chǎng),其中,在設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形
成單元的位置的上游側(cè),具備供給能夠生成氧化基的添加氣體的添加 氣體供給單元。
另外,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式,提供一種氣體凈化方法,其特征
在于,是氣體凈化裝置的氣體凈化方法,該氣體凈化裝置具備第一 電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng) 而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用使上述凈化對(duì)象 氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理;第二電場(chǎng)形成單 元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上述 放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng);以及控制單 元,對(duì)上述笫一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元進(jìn)行控制, 其中,上述控制單元對(duì)上述第一電場(chǎng)形成單元中的與粒子狀物質(zhì)的燃燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)該檢測(cè)到的信息,對(duì)上述第一電場(chǎng) 形成單元和/或上述第二電場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行控制。
另外,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式,提供一種氣體凈化方法,其特征 在于,是串聯(lián)或并聯(lián)配置了多個(gè)氣體凈化裝置時(shí)的氣體凈化方法,該
氣體凈化裝置具備第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體 流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子 體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行 燃燒處理;第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子 狀物質(zhì)并且形成用于將上述放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的 集塵用的電場(chǎng);以及控制單元,對(duì)上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第 二電場(chǎng)形成單元進(jìn)行控制,其中,上述控制單元對(duì)上述各氣體凈化裝 置中的上述笫一電場(chǎng)形成單元中的與粒子狀物質(zhì)的燃燒處理相關(guān)的 信息進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)該檢測(cè)到的信息,對(duì)上述各氣體凈化裝置中的上 述第一電場(chǎng)形成單元和/或上述第二電場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行控 制。
圖1是示意性地示出具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式的氣體凈化裝 置的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖2是示意性地示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置的 剖面的圖。
圖3是示出用于說明放電電極附近處的放電等離子體的發(fā)生的 樣子的放電電極附近的剖面的圖。
圖4是示意性地示出具備第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置的其他 結(jié)構(gòu)的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖5是示意性地示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式的氣體凈化裝置的 剖面的圖。
圖6是示意性地示出本發(fā)明的第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置的 剖面的圖。圖7是示意性地示出串聯(lián)配置了本發(fā)明的兩個(gè)氣體凈化裝置的
氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖8是示意性地示出并聯(lián)配置了本發(fā)明的兩個(gè)氣體凈化裝置的 氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖9是示意性地示出用于說明本發(fā)明的第五實(shí)施方式的氣體凈 化裝置中的氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖IO是示意性地示出本發(fā)明的第五實(shí)施方式的氣體凈化裝置的 剖面的圖。
圖11是示意性地示出具備添加氣體供給裝置以及氧濃度檢測(cè)裝 置的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖12是示意性地示出用于說明本發(fā)明的第六實(shí)施方式的氣體凈 化裝置中的氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖13是示意性地示出用于說明本發(fā)明的第七實(shí)施方式的氣體凈 化裝置中的氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
圖14是示意性地示出本發(fā)明的第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置的 剖面的圖。
符號(hào)說明
10氣體凈化裝置 30放電反應(yīng)部 31電介體 32放電電極 33放電用對(duì)向電極 34集塵用對(duì)向電極 35帶電用電極 36氣體流路 50》文電用電源 51放電用電氣系統(tǒng) 60集塵用電源 61集塵用電氣系統(tǒng) EG凈化對(duì)象氣體 P放電等離子體
具體實(shí)施例方式
以下,參照附圖,說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (第一實(shí)施方式)
圖1是示意性地示出具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式的氣體凈化裝 置10的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。圖2是示意性地示出本發(fā)明的第一實(shí) 施方式的氣體凈化裝置10的剖面的圖。圖3是示出用于說明在放電電極32附近處發(fā)生放電等離子體P的樣子的放電電極32附近的剖面 的圖。
如圖1所示,氣體凈化裝置10例如設(shè)置在從汽車的引擎20中排 出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG所通過的排氣流路21中。如圖2 所示,該氣體凈化裝置10具備設(shè)置于凈化對(duì)象氣體EG的流路上 的放電反應(yīng)部30;經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51與該放電反應(yīng)部30連接的 放電用電源50;以及經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61與放電反應(yīng)部30連接的 集塵用電源60。
放電反應(yīng)部30具備電介體31;放電電極32;隔著電介體31 與該放電電極32對(duì)向地設(shè)置的放電用對(duì)向電極33;隔著凈化對(duì)象氣 體EG的流路與放電電極32對(duì)向地設(shè)置的集塵用對(duì)向電極34;以及 在放電用對(duì)向電極33、集塵用對(duì)向電極34的上游側(cè)設(shè)置的帶電用電 極35。
電介體31是由介電材料構(gòu)成的例如平板或筒體,例如設(shè)置于從 汽車的引擎中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG的流路上。因此, 在電介體31內(nèi)部,被導(dǎo)入凈化對(duì)象氣體EG而形成凈化對(duì)象氣體EG 的氣體流路36。在此作為介電材料,例如可以使用特氰綸(Teflon) (注冊(cè)商標(biāo))、環(huán)氧、KAPTON等樹脂,或者玻璃、氧化鋁、氮化 鋁等陶瓷。另外,在對(duì)來自實(shí)際的引擎的排出氣體進(jìn)行處理的情況那 樣需要高溫下的處理的情況下,使用陶瓷是有效的,在考慮介電材料
的溫度特性時(shí),從降低功耗的觀點(diǎn)來看使用高溫下的介電損失小的材 料例如氧化鋁等是有效的。特別地,通過在lkHz下測(cè)量的300。C下 的介電損失為tanSO.l的材料,能夠得到良好的凈化性能。如果將電 介體31的相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為0.1 ~ 1000、將電介體31的厚度設(shè)為 0.01mm~ 10mm左右,則能夠容易地觸發(fā)后述的沿面放電( creeping discharge )。
在該氣體流路36的內(nèi)壁面,相互對(duì)向地i殳置有》文電電極32和集 塵用對(duì)向電極34。放電電極32例如以多個(gè)薄的板狀的電極以規(guī)定的 間隔大致平行地配置且一端側(cè)分別與放電用電氣系統(tǒng)51電連接的梳且,以使各板狀的電極相對(duì)于流過氣體流路36 的凈化對(duì)象氣體EG的主流方向成為大致垂直的形式,配置有放電電 極32。該放電電極32由對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG具有耐腐蝕性、耐熱 性的導(dǎo)電材料構(gòu)成,例如使用不銹鋼等。例如也可以在氣體流路36 的內(nèi)壁面,直接印刷而形成該放電電極32。另外,集塵用對(duì)向電極 34具有平板形狀,與放電電極32同樣地,例如由不銹鋼等對(duì)于凈化 對(duì)象氣體EG具有耐腐蝕性、耐熱性的導(dǎo)電材料構(gòu)成。該集塵用對(duì)向 電極34也與放電電極32同樣地,例如也可以在與配置有放電電極32 的位置對(duì)向的氣體流路36的內(nèi)壁面直接印刷而形成。另外,為了使 放電電極32、集塵用對(duì)向電極34具有耐腐蝕性、耐熱性,在金屬電 極的表面用具有耐腐蝕性、耐熱性的涂層進(jìn)行包覆也是有效的。例如, 通過對(duì)不銹鋼、鴒鋼電極進(jìn)行l(wèi)nm 100nm厚度的鍍鎳或氧化鋁包 覆,能夠抑制例如從汽車的引擎中排出的排出氣體等實(shí)際氣體環(huán)境中 的腐蝕。另外,梳子狀的電極的朝向無需一定相對(duì)于主流方向成為垂 直,也可以設(shè)為相對(duì)于主流成為平行或傾斜的方向。
而且,放電反應(yīng)部30的放電用對(duì)向電極33隔著電介體31、換 言之夾著電介體31與放電電極32對(duì)向配置。放電用對(duì)向電極33例 如由薄的平板狀的導(dǎo)電材料形成。放電用對(duì)向電極33也可以與放電 電極32同樣地,在與放電電極32對(duì)向的電介體31的氣體流路36的 外壁面直接印刷而設(shè)置。
另外,放電電極32、放電用對(duì)向電極33以及集塵用對(duì)向電極34 的形狀不限于上述形狀而是任意的,但放電電極32的形狀除了上述 梳子狀以外,例如優(yōu)選為線狀、點(diǎn)狀、狹縫狀或網(wǎng)眼狀。通過使放電 電極32的形狀成為這些形狀,放電電極32附近的電力線變密,能夠 容易地生成放電等離子體,所以是有效果的。而且,能夠捕捉很多粒 子狀物質(zhì)(PM: Particulate Matter)等有害物質(zhì),能夠高效地將有 害物質(zhì)、特別是PM進(jìn)行燃燒而去除。另外,集塵用對(duì)向電極34的 形狀也不限于平板狀,也可以與放電電極32同樣地設(shè)為狹縫狀或網(wǎng) 眼狀等。極經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51與放電反 應(yīng)部30的放電電極32連接,另一個(gè)極經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51與放 電用對(duì)向電極33連接。;故電用電源50例如由初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)的電源 構(gòu)成。作為初級(jí)側(cè)的電源,使用AC 100V且①50Hz或①60Hz的交 流電源,或者DC12V或DC 24V的直流電源。另外,次級(jí)側(cè)的電源 的輸出電壓例如設(shè)為具有脈沖狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、 交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)波形的輸出電壓。另外,初級(jí)側(cè)的電 源與次級(jí)側(cè)的電源還可以設(shè)為 一體結(jié)構(gòu),但通常通過將搭栽于汽車中 的電池等電源用作初級(jí)側(cè),從而無需新設(shè)置初級(jí)側(cè)的電源,實(shí)現(xiàn)了裝 置的小型化。而且,次級(jí)側(cè)的電源可以構(gòu)成為具備變壓器,將利用 逆變器等整形的幾V~幾百V左右的信號(hào)通過變壓器升壓至幾kV~ 幾十kV的輸出電壓。為了盡可能縮短高電壓布線的距離,優(yōu)選將次 級(jí)側(cè)的電源與》文電反應(yīng)部30接近地設(shè)置。另外,在》文電反應(yīng)部30處 于高溫的情況等下,為了防止逆變器等電子電路由于熱而損傷,優(yōu)選 采用從次級(jí)側(cè)的電源將變壓器部分獨(dú)立的結(jié)構(gòu),僅將變壓器與放電反 應(yīng)部30接近地設(shè)置。
于是,利用》文電用電源50對(duì)it電電才及32與》文電用對(duì)向電極33 之間施加例如幾kV至幾十kV左右的電壓,從而在氣體流路36中形 成電場(chǎng)的同時(shí)進(jìn)行放電,在氣體流路36內(nèi)部生成放電等離子體P。此 時(shí),在放電電極32與放電用對(duì)向電極33之間介有電介體31,并且電 介體31是與放電電極32接觸地設(shè)置的,所以氣體流路36中的放電 成為沿著電介體31形成的沿面放電。
由上述的經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51相互連接的放電用電源50、放 電電極32以及i文電用對(duì)向電極33形成第一電場(chǎng)形成單元。
另一方面,集塵用電源60的一個(gè)極經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61與放 電反應(yīng)部30的集塵用對(duì)向電極34連接,另一個(gè)極經(jīng)由集塵用電氣系 統(tǒng)61與放電反應(yīng)部30的放電電極32連接。集塵用電源60例如由初 級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)的電源構(gòu)成。作為初級(jí)側(cè)的電源, <吏用AC 100V且 O>50Hz或①60Hz的交流電源,或者DC 12V或DC 24V的直流電源。另外,次級(jí)側(cè)的電源的輸出電壓例如設(shè)為直流狀(正極性、負(fù)極性、 正負(fù)雙極性)、脈沖狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、整流波形 (單波整流波形、雙波整流波形)的輸出電壓。
于是,構(gòu)成為通過從集塵用電源60對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向 電極34之間施加例如幾kV左右的電壓,從而可以在氣體流路36中 形成電場(chǎng)。由上述的經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61相互連接的集塵用電源 60、放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34形成第二電場(chǎng)形成單元。在 此,在提高對(duì)方丈電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間(距離D)施加 的電壓V時(shí),在兩者之間發(fā)生空間放電,最終導(dǎo)致產(chǎn)生火花。在成為 這樣的狀態(tài)時(shí),氣體流路內(nèi)的電導(dǎo)率上升,被引出到氣體流路中的單 極性電荷的移動(dòng)度變高而被放電電極32或集塵用對(duì)向電極34所吸 收,從而無法使PM高效地帶電。為了避免這樣的狀態(tài),優(yōu)選在放電 電極32與集塵用對(duì)向電極34之間不自發(fā)地發(fā)生放電的范圍內(nèi)使用所 施加的電壓V,例如優(yōu)選將以V/D規(guī)定的平均電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為1~ 30kV/cm。
另外,帶電用電極35設(shè)置于放電用對(duì)向電極33、集塵用對(duì)向電 極34的上游側(cè)(在圖2中左側(cè)),且在相對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG的 主流方向大致垂直的方向上橫穿氣體流路36而設(shè)置。該帶電用電極 35例如具有棒狀的形狀,在以圓柱形成的情況下,其直徑形成為0.3 ~ 10mm左右。另外,該帶電用電極35由對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG具有耐 腐蝕性、耐熱性的導(dǎo)電材料構(gòu)成,例如使用不銹鋼等。該帶電用電極 35的兩端可以分別經(jīng)由上述的》文電用電氣系統(tǒng)51與》文電用電源50連 接,也可以經(jīng)由上述的集塵用電氣系統(tǒng)61與集塵用電源60連接。另 外,也可以單獨(dú)設(shè)置對(duì)帶電用電極35施加電壓的帶電用電極用的電 源。對(duì)帶電用電極35施加的電壓既可以是交流也可以是直流。
在將放電用電源50用作帶電用電極用的電源的情況下,如上所 述,次級(jí)側(cè)的電源的輸出電壓例如成為具有脈沖狀(正極性、負(fù)極性、 正負(fù)雙極性)、交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)波形的輸出電壓,在 帶電用電極35的兩端間,施加例如幾kV至幾十kV左右的電壓。由在帶電用電極35的周圍流動(dòng) 的凈化對(duì)象氣體EG被帶電。另外,在將集塵用電源60用作帶電用 電極用的電源的情況下,如上所述,次級(jí)側(cè)的電源的輸出電壓成為直 流狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、脈沖狀(正極性、負(fù)極性、 正負(fù)雙極性)、整流波形(單波整流波形、雙波整流波形)的輸出電 壓,在帶電用電極35的兩端間,施加例如幾kV左右的電壓。由此, 在帶電用電極35上產(chǎn)生電暈放電,在帶電用電極35的周圍流動(dòng)的凈 化對(duì)象氣體EG被帶電。
另外,在圖2中,示出了具備一個(gè)帶電用電極35的放電反應(yīng)部 30的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子,但也可以設(shè)置多個(gè)帶電用電極35。作為此時(shí) 的帶電用電極35的配置例子,例如,舉出在放電用對(duì)向電極33、集 塵用對(duì)向電極34的上游側(cè),在相對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG的主流方向 大致垂直的方向上,隔開規(guī)定的間隔配置多個(gè)帶電用電極35的例子 等。規(guī)定的間隔至少設(shè)定為在相鄰的帶電用電極35之間不產(chǎn)生火花 放電的程度。另外,當(dāng)各帶電用電極35在從放電電極32朝向集塵用 對(duì)向電極34的方向(在圖2中上下方向)上排列的情況下,既可以 直線地排列,也可以是相鄰的帶電用電極35被配置在相互不同的位 置那樣的非直線的排列。通過這樣配置多個(gè)帶電用電極35,作為在氣 體流路36中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG中含有的有害物質(zhì)的PM遍及 氣體流路36的剖面被大致均勻地帶電。
接下來,說明氣體凈化裝置10的作用。
首先,從汽車等的引擎中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG被 導(dǎo)入到放電反應(yīng)部30中形成的氣體流路36中,而流入放電反應(yīng)部30 內(nèi)。
在此,對(duì)在放電反應(yīng)部30的入口處設(shè)置的帶電用電極35施加具 有脈沖狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、交流狀(正弦波、斷續(xù) 正弦波)或整流波形(單波整流波形、雙波整流波形)波形的輸出電 壓。由此,在帶電用電極35上產(chǎn)生電暈放電,在其周圍流動(dòng)的凈化 對(duì)象氣體EG中含有的PM被帶電。包含被帶電的PM的凈化對(duì)象氣體EG流入放電電極32與集塵 用對(duì)向電極34之間。此處,從i支電用電源50對(duì)》文電電極32與》丈電 用對(duì)向電極33之間施加脈沖狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)或 交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)的電壓。由此,在放電電極32與放 電用對(duì)向電極33之間、特別是在放電電極32的附近,集中地形成電 場(chǎng)而引起沿著電介體31的沿面放電,伴隨該沿面放電而產(chǎn)生放電等 離子體P。
在此,放電用電源50的次級(jí)側(cè)的輸出電壓是脈沖狀(正極性、 負(fù)極性、正負(fù)雙極性)或交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)的輸出電壓, 所以即使介有介電性的電介體31,也不會(huì)在電介體31的表面上積蓄 表面電荷而使放電停止、或者放電轉(zhuǎn)移為電弧放電,所以同樣產(chǎn)生穩(wěn) 定的放電等離子體P。
另一方面,從集塵用電源60對(duì)i文電電極32與集塵用對(duì)向電極 34之間施加直流狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、脈沖狀(正極 性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)或整流波形(單波整流波形、雙波整流波 形)的電壓。即,時(shí)間上極性不會(huì)變化那樣的電壓從集塵用電源60 被施加到放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間,在放電電極32與 集塵用對(duì)向電極34之間形成同樣的電場(chǎng)。
其結(jié)果,通過形成于放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間的電 場(chǎng)的作用,放電等離子體P被大量地從放電電極32引出到氣體流路 36內(nèi)部。于是,在氣體流路36中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG中含有的 PM由于與由大量地引出到氣體流路36內(nèi)部的放電等離子體P所生成 的電子或離子的碰撞而被帶電。即,PM通過上述帶電用電極35被帶 電,進(jìn)而通過放電等離子體P也被帶電。另外,如上所述,放電等離 子體P大量地從放電電極32引出到氣體流路36內(nèi)部,從而遍及氣體 流路36的剖面積擴(kuò)展,所以與在氣體流路36中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體 EG接觸的概率提高。由此,包含于凈化對(duì)象氣體EG中的PM被帶 電的比例提高。
另外,如上所述,通過集塵用電源60的輸出電壓特性,形成于放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間的電場(chǎng)的方向在時(shí)間上不會(huì)變 化,所以引出到氣體流路36內(nèi)部的放電等離子體P為具有正或負(fù)中 的一種極性的放電等離子體P。由此,PM的大半也被帶正或負(fù)電。 因此,被帶電的PM的軌跡由于從通過第二電場(chǎng)形成單元的作用而形 成的電場(chǎng)受到的庫倫力而彎曲。彎曲的方向由PM所具有的電荷與電 場(chǎng)的方向決定,所以由于電荷的極性,產(chǎn)生向放電電極32側(cè)彎曲的 PM和向集塵用對(duì)向電極34側(cè)彎曲的PM。
由此,在由集塵用電源60的作用在放電電極32與集塵用對(duì)向電 極34之間形成的電場(chǎng)的電集塵功能上還加上放電等離子體P的電氣 力,在氣體流路36內(nèi)帶電的一種PM被吸引到放電電極32側(cè),從而 被捕捉到放電電極32的表面或放電電極32附近的電介體31的表面。 另外,帶電的極性與 一種PM不同的另 一種PM被捕捉到集塵用對(duì)向 電極34的表面或集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面。即, 帶正或負(fù)電的PM通過電場(chǎng)以及單極性的放電等離子體P的作用而在 同樣的方向上受到電氣力,被捕捉到放電電極32側(cè)或集塵用對(duì)向電 極34側(cè)。
如上所述,PM通過帶電用電極35被帶電,進(jìn)而通過放電等離 子體P也被帶電,從而具有充分的帶電量,通過電場(chǎng)以及單極性的放 電等離子體P的作用在同樣的方向上受到電氣力,從而高效地被捕捉
到放電電極32側(cè)或集塵用對(duì)向電極34側(cè)。這樣,通過集塵用電源60 的作用而形成的電場(chǎng)除了具有由于放電等離子體P的引出效果而提高 氣體流路36內(nèi)的PM的帶電效率的作用以外,還具有對(duì)帶電的PM 提供電氣力而高效地在放電電極32側(cè)或集塵用對(duì)向電極34側(cè)捕捉的 作用。在此,在提高對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間(距離 D)施加的電壓V時(shí),在兩者之間發(fā)生空間放電,最終導(dǎo)致產(chǎn)生火花。 在成為這樣的狀態(tài)時(shí),氣體流路內(nèi)的電導(dǎo)率上升,被引出到氣體流路 中的單極性電荷的移動(dòng)度變高而被放電電極32或集塵用對(duì)向電極34 所吸收,從而無法使PM高效地帶電。為了避免這樣的狀態(tài),優(yōu)選在 放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間不自發(fā)地發(fā)生放電的范圍內(nèi)使用所施加的電壓V,例如優(yōu)選將以V/D規(guī)定的平均電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為1~ 30kV/cm。
在此,參照?qǐng)D3,說明在放電電極32附近處產(chǎn)生放電等離子體P 的樣子。
在放電反應(yīng)部30中具備,例如,多個(gè)薄的板狀的電極以規(guī)定的 間隔大致平行地配置且一端側(cè)分別與放電用電氣系統(tǒng)51電接合的梳 子狀的放電電極32。而且,該放電電極32被配置為,各板狀(寬度 W)的電極相對(duì)于在氣體流路36中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG的主流 方向成為大致垂直。另夕卜,在此將各板狀的電極的間隔表示為S。即, 設(shè)置有放電電極32的部分成為寬度W的電極與寬度S的電介體交替 露出的狀態(tài),PM被捕捉到該部分上。
一般,例如,在由一個(gè)平板構(gòu)成放電電極32的情況下,由于在 放電電極32的兩端部高密度地存在放電等離子體P所以PM被燃燒, 但在放電電極32的中央附近,放電等離子體P的密度變低,PM未被 燃燒而堆積。這樣,如果PM堆積,則電暈放電被阻礙而變得不穩(wěn)定、 或者由于PM的堆積而氣體流路36的剖面積減少,氣體流路36內(nèi)的 壓力損失增加,無法使氣體凈化裝置穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。
另一方面,在如上所述將放電電極32的形狀例如設(shè)為梳子狀、 并對(duì)該;故電電極32施加了電壓的情況下,放電等離子體P從電場(chǎng)最 高的三重點(diǎn)80 (板狀的電極與電介體與空氣的接點(diǎn))發(fā)展,并向設(shè)置 有捕捉PM的放電電極32的部分、即寬度W的電極與寬度S的電介 體交替露出的部分?jǐn)U展(參照?qǐng)D3)。由此,能夠使PM可靠地燃燒, PM的堆積被防止。為了在平面上使放電等離子體P均勻地發(fā)展,寬 度W與寬度S優(yōu)選為0.1 20mm左右。另外,通過將放電電極32 的形狀設(shè)為網(wǎng)狀、網(wǎng)眼狀,能夠得到與上述梳子狀的放電電極32的 情況同樣的作用效果。另外,即使在使用了梳子狀的放電電極32的 情況下,各梳子的寬度W、梳子間的間隔(相當(dāng)于S)也無需恒定, 例如也可以在凈化對(duì)象氣體EG的入口附近使W、 S短,在凈化對(duì)象 氣體EG的出口附近使W、 S長(zhǎng)。由此,能夠使放電電力集中于PM的濃度高的入口附近,使PM高效地燃燒。另外,各梳子的高度也無 需恒定,例如也可以在凈化對(duì)象氣體EG的入口附近使高度低,在出 口附近使高度高。由此,通過使相對(duì)于從入口朝向出口擴(kuò)大的流路的 邊界層的放電的位置關(guān)系從入口到出口成為恒定,從而能夠使處理均 勻化。另外,在放電電極32側(cè)發(fā)生的放電等離子體P,如前所述通過 集塵用電源60的作用而被引出到集塵用對(duì)向電極34側(cè),遍及氣體流 路36的規(guī)定的剖面擴(kuò)展。
另外,在放電反應(yīng)部30內(nèi)的氣體流路36中,由放電等離子體P 生成的高能量電子與凈化對(duì)象氣體EG碰撞,從而生成O、 OH、 03、 O2 —等氧化基或N02等。氧化基進(jìn)一步與凈化對(duì)象氣體EG中的碳化 氫反應(yīng)而產(chǎn)生其他活性的碳化氫分子。另外,N02與PM產(chǎn)生燃燒反 應(yīng),使PM分解以及氧化。
闖入到該放電等離子體P內(nèi)的PM無需實(shí)施加熱等處理,而階 段性地燃燒反應(yīng)而被分解以及氧化,最終成為一氧化碳、二氧化碳等。 在此,闖入到高密度的放電等離子體P中的PM的一部分在空間中分 解,剩余向放電電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表 面、或者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介 體31的表面碰撞而被捕捉。在各個(gè)表面上捕捉的PM在與氧化基的 反應(yīng)場(chǎng)中長(zhǎng)時(shí)間滯留,無需實(shí)施加熱等處理,而在該期間內(nèi)通過氧化 基的作用而階段性地產(chǎn)生分解以及氧化等燃燒反應(yīng),最終成為一氧化 碳、二氧化碳等。因此,放電反應(yīng)部30內(nèi)總是保持清凈,能夠防止 由于受到它們的污染而放電等離子體P減少或電集塵功能降低的現(xiàn) 象。尤其,在表面捕捉的PM的附近處觸發(fā)沿面放電,從而氧化基與 PM的距離變近,能夠?qū)勖痰难趸行У乩糜赑M中含有 的炭、碳化氫等物質(zhì)的燃燒反應(yīng)中,從而能夠進(jìn)行更高效的處理。
這樣利用放電反應(yīng)部30去除了 PM的凈化對(duì)象氣體EG被排出 到放電反應(yīng)部30的外部。
另外,在上述說明中,即使在集塵用對(duì)向電極34的表面或集塵 用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面捕捉到PM的情況下,如上所述,由于放電等離子體P也向集塵用對(duì)向電極34側(cè)擴(kuò)展,所以能夠 使所捕捉的PM階段性地分解以及氧化。在此,為了使在集塵用對(duì)向 電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面捕捉的 PM進(jìn)一步高效地燃燒,也可以例如如日本特開2005 - 320895號(hào)7>報(bào) 的圖13所記載的那樣構(gòu)成為代替設(shè)置集塵用對(duì)向電極34,而在與 i文電電極32對(duì)向的電介體31的內(nèi)壁面設(shè)置放電電極,在隔著電介體 31與該放電電極對(duì)向的一側(cè)i殳置力文電用對(duì)向電極。即,也可以采用設(shè) 置有兩組對(duì)向的放電電極以及方文電用對(duì)向電極的結(jié)構(gòu)。
如上所述,在第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中,在放電用對(duì) 向電極33、集塵用對(duì)向電極34的上游側(cè)設(shè)置帶電用電極35,使流入 到》文電反應(yīng)部30的凈化對(duì)象氣體EG中含有的有害物質(zhì)即PM帶電, 而且使該P(yáng)M通過由第一電場(chǎng)形成單元發(fā)生的放電等離子體P帶電, 從而能夠使PM具備充分的帶電量。由此,該P(yáng)M通過由第二電場(chǎng)形 成單元發(fā)生的電場(chǎng)以及單極性的放電等離子體P的作用而在同樣的方 向上受到電氣力,能夠在放電電極32的表面、放電電極32附近的電 介體31的表面、或者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34 附近的電介體31的表面高效地捕捉。而且,所捕捉的PM無需加熱, 而與放電等離子體P中的氧化基燃燒反應(yīng)而被去除,所以能夠?qū)艋?對(duì)象氣體凈化。另外,由于能夠高效地捕捉PM而去除,所以例如即 使在對(duì)來自負(fù)荷變動(dòng)劇烈的實(shí)際引擎的排出氣體進(jìn)行處理的情況下, 也能夠發(fā)揮充分的性能。
另外,在此,說明具備第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的其他 結(jié)構(gòu)的氣體凈化系統(tǒng)。
圖4是示意性地示出具備第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的其 他結(jié)構(gòu)的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
其他結(jié)構(gòu)的氣體凈化系統(tǒng)是在圖1所示的氣體凈化系統(tǒng)中,對(duì)氣 體凈化裝置10設(shè)置了添加氣體供給裝置100的系統(tǒng),該添加氣體供 給裝置100用于對(duì)凈化對(duì)象氣體EG流入的上游側(cè)的排氣流路21供 給添加氣體。該添加氣體供給裝置100供給能夠生成上述O、 OH、 03、 O2 — 等氧化基或N02等的例如氧或水蒸氣等添加氣體。該添加氣體供給裝 置100與排氣流路21之間通過配管進(jìn)行連結(jié),從添加氣體供給裝置 100排出的添加氣體被添加并混合到在排氣流路21中流動(dòng)的凈化對(duì)象 氣體EG中,流入放電反應(yīng)部30內(nèi)。
這樣,通過設(shè)置添加氣體供給裝置100,能夠增加氧化基的生成 量,促進(jìn)PM的燃燒反應(yīng)。由此,能夠使被捕捉到放電電極32的表 面、放電電極32附近的電介體31的表面、或者集塵用對(duì)向電極34 的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面的PM更高效地 分解以及氧化,能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體進(jìn)行凈化。
另外,在僅通過設(shè)置添加氣體供給裝置100能夠促進(jìn)PM的燃燒 反應(yīng),并能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體進(jìn)行凈化的情況下,也可以不設(shè)置氣體 凈化裝置10中具備的帶電用電極35而構(gòu)成氣體凈化裝置10。 (第二實(shí)施方式)
本發(fā)明的第二實(shí)施方式的氣體凈化裝置150除了不具備第一實(shí) 施方式的氣體凈化裝置10中的帶電用電極35、以及在配置有放電電 極32以及集塵用對(duì)向電極34的一側(cè)的氣體流路36的內(nèi)壁面的形狀 不同以外,與第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu)相同,所以在 此主要說明這些不同的結(jié)構(gòu)。
圖5是示意性地示出本發(fā)明的笫二實(shí)施方式的氣體凈化裝置150 的剖面的圖。另外,對(duì)與第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu)相 同的部分,附加相同符號(hào)而省略或簡(jiǎn)化重復(fù)的說明。
如圖5所示,第二實(shí)施方式的氣體凈化裝置150具備設(shè)置于凈 化對(duì)象氣體EG的流路上的放電反應(yīng)部30;經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51 與該放電反應(yīng)部30連接的放電用電源50;以及經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng) 61與放電反應(yīng)部30連接的集塵用電源60。
放電反應(yīng)部30具備電介體31;放電電極32;隔著電介體31 與該放電電極32對(duì)向地設(shè)置的放電用對(duì)向電極33;以及隔著凈化對(duì) 象氣體EG的流路與放電電極32對(duì)向地設(shè)置的集塵用對(duì)向電極34。
22筒體,例如設(shè)置于從 汽車的引擎中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG的流路上。因此, 在電介體31內(nèi)部,被導(dǎo)入凈化對(duì)象氣體EG而形成凈化對(duì)象氣體EG 的氣體流路36。另外,在該氣體流路36的內(nèi)壁面,相互對(duì)向地設(shè)置 有放電電極32與集塵用對(duì)向電極34。而且,如圖5所示,在設(shè)置有 》文電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的一側(cè)的氣體流路36的內(nèi)壁面、 且這些放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面,沿著凈 化對(duì)象氣體EG的主流方向形成有凹凸部151、 152。另外,凹凸部 151、 152的形成方向不限于沿著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向形成, 例如也可以在放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面, 在相對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG的主流方向大致垂直的方向上形成。另外, 凹凸部151、 152的高度無需恒定,例如也可以在凈化對(duì)象氣體EG 的入口附近使高度低,在出口附近使高度高。由此,通過使相對(duì)于從 入口朝向出口擴(kuò)大的流路的邊界層的凹凸部151、 152的位置關(guān)系從 入口到出口恒定,從而能夠使處理均勻化。另外,也可以采用放電電 極32、集塵用對(duì)向電極34本身相對(duì)于平面狀的內(nèi)壁面形成凹凸的結(jié) 構(gòu)、例如梳子狀的結(jié)構(gòu)。
而且,也可以將i文電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的表面,與 上述放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面同樣地,沿 著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向設(shè)為凹凸結(jié)構(gòu)。另外,凹凸結(jié)構(gòu)不限 于沿著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向形成,例如也可以在相對(duì)于凈化 對(duì)象氣體EG的主流方向大致垂直的方向上形成。
例如,如圖5所示,在3文電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附 近的內(nèi)壁面,沿著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向形成了凹凸部151、 152的情況下,凈化對(duì)象氣體EG向凹凸部151、 152部的凸部大致垂 直地碰撞,在凸部的正下游側(cè)形成循環(huán)流。通過該循環(huán)流巻入PM, 能夠捕捉更多的PM。另外,在將放電電極32以及集塵用對(duì)向電極 34的表面與上述放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34附近的內(nèi)壁面同 樣地沿著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向設(shè)為凹凸結(jié)構(gòu)的情況下,也得到同樣的作用效果。另外,由于與內(nèi)壁面由平面形成的情況相比,內(nèi)
壁面的表面積增加,由此PM的捕捉率也提高。
另一方面,在放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁 面,沿著相對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG的主流方向大致垂直的方向形成了 凹凸部151、 152的情況下,通過凹凸部151、 152在凈化對(duì)象氣體EG 的主流方向上形成有槽部。凈化對(duì)象氣體EG沿著該槽部流過。在該 情況下,與內(nèi)壁面由平面形成的情況相比,增加了內(nèi)壁面的表面積, 從而能夠捕捉更多的PM。
如上所述,在第二實(shí)施方式的氣體凈化裝置150中,在放電電極 32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面形成凹凸部151、 152,從 而能夠增加表面積,能夠捕捉更多的PM而去除。另外,在使放電電 極32以及集塵用對(duì)向電極34的表面成為凹凸結(jié)構(gòu)的情況下,由于表 面積也會(huì)增加,所以也可以得到同樣的作用效果。
另外,在沿著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向形成了凹凸部151、 152的情況下,在凸部的正下游側(cè)形成循環(huán)流,向該循環(huán)流巻入PM, 從而能夠捕捉更多的PM。另外,在使放電電極32以及集塵用對(duì)向電 極34的表面沿著凈化對(duì)象氣體EG的主流方向成為凹凸結(jié)構(gòu)的情況 下,由于在凸部的正下游側(cè)也會(huì)形成循環(huán)流,所以也能夠得到同樣的 作用效果。
在此,代替設(shè)置凹凸部151、 152也可以構(gòu)成為將這些放電電 極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面的表面層以例如由介電 性材料形成的多孔狀的多孔質(zhì)層構(gòu)成。另外,代替使放電電極32以 及集塵用對(duì)向電極34的表面成為凹凸結(jié)構(gòu),也可以將》文電電極32以 及集塵用對(duì)向電極34的表面例如以由對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG具有耐 腐蝕性、耐熱性、導(dǎo)電性的泡沫金屬等構(gòu)成的多孔質(zhì)層構(gòu)成。
這樣,在將放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面 的表面層或者放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的表面層以多孔質(zhì) 層構(gòu)成的情況下,表面積增加,能夠捕捉更多的PM而去除。另外, PM向放電電極32、集塵用對(duì)向電極34、這些電極的附近的內(nèi)壁面碰撞而被捕捉,但通過使這些面成為多孔質(zhì)層,能夠防止PM碰撞時(shí)的 反跳而提高捕捉率。
另外,在實(shí)施方式2的氣體凈化裝置150中,也可以設(shè)置第一實(shí) 施方式的氣體凈化裝置10中具備的帶電用電極35。由此,除了上述 第二實(shí)施方式的氣體凈化裝置150中的作用效果以外,還可以得到與 第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的作用效果相同的作用效果。
而且,在具備第二實(shí)施方式的氣體凈化裝置150的氣體凈化系統(tǒng) 中,也可以與具備第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的氣體凈化系統(tǒng) 同樣地,設(shè)置添加氣體供給裝置100。由此,能夠增加氧化基的生成 量,促進(jìn)PM的燃燒反應(yīng),能夠使所捕捉的PM更高效地分解以及氧 化。
(第三實(shí)施方式)
本發(fā)明的第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置200除了不具備第一實(shí) 施方式的氣體凈化裝置10中的帶電用電極35、以及在配置有放電電 極32以及集塵用對(duì)向電極34的一側(cè)的氣體流路36的內(nèi)壁面上具備 催化劑層201、 202以外,與第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu) 相同,在此,主要說明這些不同的結(jié)構(gòu)。
圖6是示意性地示出本發(fā)明的第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置200 的剖面的圖。另外,對(duì)與第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu)相 同的部分,附加相同符號(hào)而省略或簡(jiǎn)化重復(fù)的說明。
如圖6所示,第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置200具備設(shè)置于凈 化對(duì)象氣體EG的流路上的》文電反應(yīng)部30;經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51 與該放電反應(yīng)部30連接的放電用電源50;以及經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng) 61與放電反應(yīng)部30連接的集塵用電源60。
放電反應(yīng)部30具備電介體31;放電電極32;隔著電介體31 與該放電電極32對(duì)向地設(shè)置的放電用對(duì)向電極33;以及隔著凈化對(duì) 象氣體EG的流路與放電電極32對(duì)向地設(shè)置的集塵用對(duì)向電極34。
電介體31是由介電材料構(gòu)成的例如平板或筒體,例如設(shè)置于從 汽車的引擎中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG的流路上。因此,入凈化對(duì)象氣體EG而形成凈化對(duì)象氣體EG 的氣體流路36。另外,在該氣體流路36的內(nèi)壁面,相互對(duì)向地設(shè)置 有放電電極32與集塵用對(duì)向電極34。而且,如圖6所示,在設(shè)置有 放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的一側(cè)的氣體流路36的內(nèi)壁面、 且這些放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面的表面, 形成有催化劑層201、 202。該催化劑層201、 202是在放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34 的附近的內(nèi)壁面涂敷催化劑而形成的。另外,催化劑層201、 202也 可以是在放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面設(shè)置承 載了催化劑的薄板狀的多孔質(zhì)體而構(gòu)成的。作為催化劑,可使用如下 催化劑鉑金類的氧化催化劑;三元催化劑;使用了從8族、1B族、 2B族、3B族、4B族的金屬、特別是Pt、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ga、 In、 Sn中選擇的任意一種以上的催化劑;利用了將它們與從A1、 Ti、 Zr、 Si中選擇的任意一種以上同時(shí)使用的復(fù)合氧化物或氧化物固 溶體;利用了兩種以上的金屬氧化物的混合體的催化劑;呈現(xiàn)非朗繆 爾型(non-Langmuir type )的反應(yīng)機(jī)理的催化劑等。接下來,說明放電反應(yīng)部30中的PM的分解以及氧化。由于引出到氣體流路36內(nèi)部的放電等離子體P為具有正或負(fù)中 的一種極性的放電等離子體P,所以PM的大半也被帶正或負(fù)電。因 此,被帶電的PM的軌跡由于從通過第二電場(chǎng)形成單元的作用所形成 的電場(chǎng)受到的庫倫力而彎曲。彎曲的方向由PM所具有的電荷與電場(chǎng) 的方向決定,所以通過電荷的極性,產(chǎn)生向》文電電極32側(cè)彎曲的PM 和向集塵用對(duì)向電極34側(cè)彎曲的PM。闖入到高密度的放電等離子體P中的PM的一部分在空間中分 解,剩余向放電電極32的表面、放電電極32附近的催化劑層201、 或者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的催化劑層 202碰撞而被捕捉。中的等離子體化學(xué) 反應(yīng)而生成成為其速度決定反應(yīng)的生成物質(zhì),并從外部供給給催化劑 表面。由此,活性化能量低的催化劑反應(yīng)被促進(jìn)。于是,無需加熱至 催化劑作用發(fā)揮的溫度,而通過使放電等離子體P與催化劑共存,從 而使被催化劑層201、 202捕捉的PM高效地分解以及氧化,最終成 為一氧化碳、二氧化碳等。另外,即使在汽車低速行駛時(shí)等排出氣體 溫度低的情況下,也可以充分地使PM分解以及氧化。另外,在汽車高速行駛時(shí)等排出氣體溫度高的情況下,由于催化 劑反應(yīng)通過該燃燒氣體溫度被充分促進(jìn),所以能夠降低用于生成放電 等離子體P的第一電場(chǎng)形成單元中的施加電壓。由此,能夠抑制由第 一電場(chǎng)形成單元消耗的電力。另外,即使在PM被捕捉到集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用 對(duì)向電極34附近的電介體31的表面的情況下,通過如上所述使放電 等離子體p與催化劑共存,也能夠使被催化劑層202捕捉的PM高效 地分解以及氧化,但為了使其更高效地燃燒,例如也可以采用日本特 開2005 - 320895號(hào)公才艮的圖13所記栽的結(jié)構(gòu)。即,也可以構(gòu)成為 代替設(shè)置集塵用對(duì)向電極34,而在與放電電極32對(duì)向的電介體31的 內(nèi)壁面設(shè)置放電電極,在隔著電介體31與該放電電極對(duì)向的一側(cè)設(shè) 置-文電用對(duì)向電極。如上所述,在第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置200中,通過在放電 電極32以及集塵用對(duì)向電極34的附近的內(nèi)壁面形成催化劑層201、 202,并使放電等離子體P與催化劑共存,從而無需加熱至催化劑作 用發(fā)揮的溫度,就能夠使被催化劑層201、 202捕捉的PM高效地分 解以及氧化。由此,能夠從凈化對(duì)象氣體EG中去除PM,能夠?qū)?化對(duì)象氣體EG進(jìn)行凈化。另外,在上述實(shí)施方式中,示出了在放電電極32以及集塵用對(duì)設(shè)置了催化劑層201、 202的一個(gè)例 子,但也可以在放電電極32以及集塵用對(duì)向電極34的表面設(shè)置催化 劑層201、 202。由此,也得到與上述的作用效果同樣的作用效果。另外,在將催化劑層201、 202以多孔質(zhì)層構(gòu)成的情況下,表面 積增加,能夠捕捉更多的PM而去除。而且,PM向放電電極32、集 塵用對(duì)向電極34、這些電極的附近的內(nèi)壁面碰撞而被捕捉,但通過使 這些面成為多孔質(zhì)層,能夠防止PM碰撞時(shí)的反跳而提高捕捉率。另外,在實(shí)施方式3的氣體凈化裝置200中,也可以設(shè)置第一實(shí) 施方式的氣體凈化裝置10中具備的帶電用電極35。由此,除了上述 第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置200中的作用效果以外,還可以得到與 第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的作用效果相同的作用效果。而且,在具備第三實(shí)施方式的氣體凈化裝置200的氣體凈化系統(tǒng) 中,也可以與具備第一實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的氣體凈化系統(tǒng) 同樣地,設(shè)置添加氣體供給裝置100。由此,能夠增加氧化基的生成 量,促進(jìn)PM的燃燒反應(yīng),能夠使所捕捉的PM更高效地分解以及氧 化。(第四實(shí)施方式)在此,說明將本發(fā)明的氣體凈化裝置10、 150、 200串聯(lián)配置的 氣體凈化系統(tǒng)以及并聯(lián)配置的氣體凈化系統(tǒng)。圖7是示意性地示出串聯(lián)配置了本發(fā)明的兩個(gè)氣體凈化裝置 10a、 10b的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。圖8是示意性地示出并聯(lián)配置了本 發(fā)明的兩個(gè)氣體凈化裝置10a、 10b的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。另外, 在此使用的氣體凈化裝置10a、 10b也可以由上述第一~第三實(shí)施方 式中的氣體凈化裝置IO、 150、 200中的任意一個(gè)構(gòu)成。在圖7所示的氣體凈化系統(tǒng)中,從汽車的引擎20中排出的排出 氣體等凈化對(duì)象氣體EG經(jīng)由排氣流路21,首先被導(dǎo)入到串聯(lián)配置的 上游側(cè)的氣體凈化裝置10a中。接下來,從上游側(cè)的氣體凈化裝置10a 中排出的凈化對(duì)象氣體EG被導(dǎo)入到下游側(cè)的氣體凈化裝置10b中, 之后被排氣。在圖8所示的氣體凈化系統(tǒng)中,從汽車的引擎20中排出的排出 氣體等凈化對(duì)象氣體EG通過排氣流路21,進(jìn)而通過排氣流路21分 支的分支排氣流路21a、 21b中的任意一個(gè),被導(dǎo)入到氣體凈化裝置 10a或氣體凈化裝置10b中,之后被排氣。另外,在排氣流路21的分 支部上配備用于將凈化對(duì)象氣體EG流切換流入到氣體凈化裝置10a 或氣體凈化裝置10b的切換閥250。在上述氣體凈化系統(tǒng)中,例如,可以分別各自地設(shè)定各氣體凈化 裝置中的第一電場(chǎng)形成單元以及第二電場(chǎng)形成單元的運(yùn)轉(zhuǎn)條件而運(yùn) 轉(zhuǎn)。另外,串聯(lián)或并聯(lián)配置的氣體凈化裝置不限于兩個(gè),也可以配置 三個(gè)以上。另外,在向并聯(lián)配置的各個(gè)氣體凈化裝置10a、 10b同時(shí) 流通分支氣體的情況下,也可以不具備切換閥250。串聯(lián)或并聯(lián)配置 的氣體凈化裝置10a、 10b例如也可以構(gòu)成為由層疊的多個(gè)單位氣體 凈化裝置構(gòu)成的組件(unit)。也可以構(gòu)成為將這些組件進(jìn)一步串聯(lián) 或并聯(lián)。另外,對(duì)于這些組件也可以同時(shí)控制,但通過分別獨(dú)立地控 制來能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的處理。另外,通過各氣體凈化裝置10a、 10b 的排出氣體的滯留時(shí)間優(yōu)選設(shè)定為lOOnsec(p秒) lsec(秒)的范 圍。(第五實(shí)施方式)圖9是示意性地示出用于說明本發(fā)明的第五實(shí)施方式的氣體凈 化裝置10中的氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。圖IO是示意性 地示出本發(fā)明的第五實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的剖面的圖。另夕卜, 對(duì)與上述實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu)相同的部分,附加相同 符號(hào)。如圖9所示,氣體凈化裝置10例如設(shè)置于從汽車的引擎20中排 出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG所通過的排氣流路21中。另外, 在排氣流路21的氣體凈化裝置10的上游側(cè)具備第一檢測(cè)裝置22,該 第一檢測(cè)裝置22對(duì)與粒子狀物質(zhì)(PM: Particulate Matter)的燃燒 處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè)。另外,在排氣流路21處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè)。另外,作為對(duì)與PM的燃燒處理相關(guān)的信 息進(jìn)行檢測(cè)的裝置,具備上述第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝置23中 的至少任意一個(gè)即可。另外,氣體凈化裝置10、第一檢測(cè)裝置22、 第二檢測(cè)裝置23與控制部24電連接。另外,在圖9中,為使附圖清 楚而省略了各裝置與控制部24的連接線。在此,在與PM的燃燒處理相關(guān)的信息中包括以下中的至少任意 一個(gè)例如,氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部或出口處的凈化對(duì)象氣 體EG的氣體成分(CO、 NOx、 HC、 C02、 02等)或其變化、氣體 凈化裝置10的入口、內(nèi)部、出口處的凈化對(duì)象氣體EG的壓力、上 述氣體凈化裝置10中的壓力損失、氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部或 出口處的凈化對(duì)象氣體EG的溫度或其變化、后述的第一電場(chǎng)形成單 元或第二電場(chǎng)形成單元中的施加電壓、電流、施加電壓與電流的比率 (施加電壓/電流)等與氣體凈化裝置10的狀態(tài)相關(guān)的信息;引擎轉(zhuǎn) 速、扭矩、空燃比、吸入空氣的壓力或流量、燃料的噴射量或消耗量、 噴射的定時(shí)、燃料的壓力、引擎內(nèi)壓力、吸氣閥、排氣閥或EGR岡 的開度、引擎的溫度、冷卻水的溫度等與引擎的狀態(tài)相關(guān)的信息。第一檢測(cè)裝置22以及第二檢測(cè)裝置23例如由對(duì)在排氣流路21 中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG的壓力進(jìn)行計(jì)測(cè)的壓力計(jì)測(cè)裝置構(gòu)成。根 據(jù)該壓力計(jì)測(cè)裝置中的計(jì)測(cè)結(jié)果,可以得到氣體凈化裝置10內(nèi)的壓 力損失值。另外,第一檢測(cè)裝置22以及第二檢測(cè)裝置23例如包括 對(duì)從氣體凈化裝置io中排出的凈化對(duì)象氣體EG的氣體成分進(jìn)行分 析的氣體成分分析裝置;對(duì)從氣體凈化裝置10中排出的凈化對(duì)象氣 體EG的溫度進(jìn)行計(jì)測(cè)的溫度計(jì)測(cè)裝置;以及對(duì)驅(qū)動(dòng)后述的第一電場(chǎng) 形成單元或第二電場(chǎng)形成單元的》文電用電源的輸出端電壓或電流進(jìn) 行計(jì)測(cè)的電壓計(jì)或電流計(jì)。另外,第一檢測(cè)裝置22以及第二檢測(cè)裝 置23由上述各裝置中的至少任意一個(gè)構(gòu)成即可。另外,在氣體成分分析裝置中,對(duì)凈化對(duì)象氣體EG中的二氧化 碳、碳化氫、氧等的濃度進(jìn)行計(jì)測(cè)。另外,上述電壓計(jì)或電流計(jì)與第 一電場(chǎng)形成單元的放電用電60電連接??刂撇?4例如由安裝了用于對(duì)氣體凈化裝置10的動(dòng)作等進(jìn)行控 制的程序的計(jì)算機(jī)等構(gòu)成,具備規(guī)定的輸入裝置、信息處理裝置、存 儲(chǔ)裝置、顯示裝置以及輸入輸出接口等。在此,輸入裝置由鍵盤、鼠標(biāo)等指示設(shè)備等輸入單元構(gòu)成,接受 文字輸入等而供給給信息處理裝置。信息處理裝置具有執(zhí)行內(nèi)部的 各種運(yùn)算處理的CPU等運(yùn)算單元;由存儲(chǔ)有系統(tǒng)信息等的ROM等 非易失性存儲(chǔ)器、能夠更新地存儲(chǔ)信息的RAM等半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成 的存儲(chǔ)單元;以及對(duì)內(nèi)部中的各種動(dòng)作、與外部的信息發(fā)送接收進(jìn)行 控制的控制單元等,信息處理裝置根據(jù)來自輸入裝置的輸入、所安裝 的程序的內(nèi)容等而執(zhí)行各種處理,承擔(dān)用于對(duì)氣體凈化裝置10的動(dòng) 作等進(jìn)行控制的核心。存儲(chǔ)裝置由對(duì)所安裝的程序的文件、各種數(shù)據(jù) 文件(例如以數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)管理各種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫的文件)等信息進(jìn)行 保存的硬盤等存儲(chǔ)單元構(gòu)成,根據(jù)需要繼續(xù)保持這些信息。顯示裝置 由液晶顯示器、CRT顯示器、打印機(jī)等顯示單元構(gòu)成,在信息處理裝 置的控制下進(jìn)行規(guī)定的信息顯示。輸入輸出接口承擔(dān)信息的輸入輸 出,例如輸入來自各計(jì)測(cè)設(shè)備等的與PM的燃燒處理相關(guān)的信息、與 引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相關(guān)的信息,輸出用于控制氣體凈化裝置10的放電 用電源50以及集塵用電源60等的信號(hào)。如圖10所示,氣體凈化裝置10具備設(shè)置于凈化對(duì)象氣體EG 的流路上的》文電反應(yīng)部30;經(jīng)由力丈電用電氣系統(tǒng)51與該放電反應(yīng)部 30連接的放電用電源50;以及經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61與放電反應(yīng)部 30連接的集塵用電源60。放電反應(yīng)部30具備電介體31;放電電極32;隔著電介體31 與該放電電極32對(duì)向地設(shè)置的放電用對(duì)向電極33;以及隔著凈化對(duì) 象氣體EG的流路與放電電極32對(duì)向地設(shè)置的集塵用對(duì)向電極34。電介體31是由介電材料構(gòu)成的例如平板或筒體,例如設(shè)置于從 汽車的引擎中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG的流路上。因此, 在電介體31內(nèi)部,被導(dǎo)入凈以使用特氟綸(Teflon) (注冊(cè)商標(biāo))、環(huán)氧、KAPTON等樹脂,或者玻璃、氧化鋁、氮化 鋁等陶瓷。另外,在對(duì)來自實(shí)際的引擎的排出氣體進(jìn)行處理的情況那 樣需要高溫下的處理的情況下,使用陶瓷是有效的,在考慮介電材料的溫度特性時(shí),從降低功耗的觀點(diǎn)來看使用高溫下的介電損失小的材 料例如氧化鋁等是有效的。特別是,通過在lkHz下測(cè)量的300。C下 的介電損失為tan5^.1的材料,能夠得到良好的凈化性能。如果將電 介體31的相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為0.1 ~ 1000、將電介體31的厚度設(shè)為 0.01mm~ 10mm左右,則能夠容易地觸發(fā)后述的沿面-文電。在該氣體流路36的內(nèi)壁面,相互對(duì)向地設(shè)置有^L電電極32和集 塵用對(duì)向電極34。放電電極32例如構(gòu)成為多個(gè)薄的板狀的電極以規(guī) 定的間隔大致平行地配置且一端側(cè)分別與放電用電氣系統(tǒng)51電連接 的梳子狀的形狀。而且,以使各板狀的電極相對(duì)于流過氣體流路36 的凈化對(duì)象氣體EG的主流方向成為大致垂直的形式,配置有放電電 極32。該放電電極32由對(duì)于凈化對(duì)象氣體EG具有耐腐蝕性、耐熱 性的導(dǎo)電材料構(gòu)成,例如使用不銹鋼等。例如也可以在氣體流路36 的內(nèi)壁面直接印刷而形成該放電電極32。另外,集塵用對(duì)向電極34 具有平板形狀,與放電電極32同樣地,例如由不銹鋼等對(duì)于凈化對(duì) 象氣體EG具有耐腐蝕性、耐熱性的導(dǎo)電材料構(gòu)成。該集塵用對(duì)向電 極34也與放電電極32同樣地,例如也可以在與配置有放電電極32 的位置對(duì)向的氣體流路36的內(nèi)壁面直接印刷而形成。另外,為了使 放電電極32、集塵用對(duì)向電極34具有耐腐蝕性、耐熱性,在金屬電 極的表面用具有耐腐蝕性、耐熱性的涂層進(jìn)行包覆也是有效的。例如, 通過對(duì)不銹鋼、鴒鋼電極進(jìn)行l(wèi)nm~ lOO^m厚度的鍍鎳、氧化鋁包覆, 能夠抑制例如從汽車的引擎中排出的排出氣體等實(shí)際氣體環(huán)境中的 腐蝕。另外,梳子狀的電極的朝向無需一定相對(duì)于主流方向成為垂直, 也可以設(shè)為相對(duì)于主流成為平行或傾斜的方向。而且,放電反應(yīng)部30的放電用對(duì)向電極33隔著電介體31、換 言之夾著電介體31與放電電極32對(duì)向配置。放電用對(duì)向電極33例的導(dǎo)電材料形成。放電用對(duì)向電極33也可以與放電 電極32同樣地,在與放電電極32對(duì)向的電介體31的氣體流路36的 外壁面直接印刷而設(shè)置。另外,放電電極32、放電用對(duì)向電才及33以及集塵用對(duì)向電極34 的形狀不限于上述形狀而是任意的,但放電電極32的形狀除了上述 梳子狀以外,例如優(yōu)選為線狀、點(diǎn)狀、狹縫狀或網(wǎng)眼狀。通過使放電 電極32的形狀成為這些形狀,放電電極32附近的電力線變密,能夠 容易地生成放電等離子體,所以是有效果的。而且,能夠捕捉很多粒 子狀物質(zhì)(PM: Particulate Matter)等有害物質(zhì),能夠高效地將有 害物質(zhì)、特別是PM進(jìn)行燃燒而去除。另外,集塵用對(duì)向電極34的 形狀也不限于平板狀,也可以與放電電極32同樣地設(shè)為狹縫狀或網(wǎng) 眼狀等。另夕卜,;故電用電源50的一個(gè)極經(jīng)由方丈電用電氣系統(tǒng)51與》丈電反 應(yīng)部30的放電電極32連接,另一個(gè)極經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51與放 電用對(duì)向電極33連接。;故電用電源50例如由初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)的電源 構(gòu)成。作為初級(jí)側(cè)的電源,使用AC 100V且①50Hz或<D60Hz的交 流電源,或者DC12V或DC 24V的直流電源。另夕卜,次級(jí)側(cè)的電源 的輸出電壓例如設(shè)為具有脈沖狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、 交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)波形的輸出電壓。另外,初級(jí)側(cè)的電 源與次級(jí)側(cè)的電源還可以設(shè)為一體結(jié)構(gòu),但通常通過將搭栽于汽車中 的電池等電源用作初級(jí)側(cè),從而無需新設(shè)置初級(jí)側(cè)的電源,實(shí)現(xiàn)了裝 置的小型化。而且,次級(jí)側(cè)的電源可以構(gòu)成為具備變壓器,使利用 逆變器等整形的幾V~幾百V左右的信號(hào)通過變壓器升壓至幾kV~ 幾十kV的輸出電壓。為了盡可能縮短高電壓布線的距離,優(yōu)選將次 級(jí)側(cè)的電源與i丈電反應(yīng)部30接近地設(shè)置。另外,在》文電反應(yīng)部30處 于高溫的情況等下,為了防止逆變器等電子電路由于熱而損傷,優(yōu)選 釆用從次級(jí)側(cè)的電源將變壓器部分獨(dú)立的結(jié)構(gòu),僅將變壓器與放電反 應(yīng)部30接近地i殳置。于是,利用》文電用電源50對(duì)》文電電極32與》文電用對(duì)向電極33之間施加例如幾kV至幾十kV左右的電壓,從而在氣體流路36中形 成電場(chǎng)的同時(shí)進(jìn)行放電,在氣體流路36內(nèi)部生成放電等離子P。此時(shí), 在放電電極32與放電用對(duì)向電極33之間介有電介體31,并且電介體 31是與放電電極32接觸地設(shè)置的,所以氣體流路36中的放電成為沿 著電介體31形成的沿面放電。由上述的經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51相互連接的放電用電源50、放電電極32以及放電用對(duì)向電極33形成第一電場(chǎng)形成單元。該第一電 場(chǎng)形成單元通過放電等離子體的作用使凈化對(duì)象氣體EG中所含有的 PM帶電,并且承擔(dān)使PM分解以及氧化的燃燒處理。另一方面,集塵用電源60的一個(gè)極經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61與放 電反應(yīng)部30的集塵用對(duì)向電極34連接,另一個(gè)極經(jīng)由集塵用電氣系 統(tǒng)61與放電反應(yīng)部30的放電電極32連接。集塵用電源60例如由初 級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)的電源構(gòu)成。作為初級(jí)側(cè)的電源,^使用AC 100V且 ①50Hz或CD60Hz的交流電源,或者DC 12V或DC 24V的直流電源。 另外,次級(jí)側(cè)的電源的輸出電壓例如設(shè)為直流狀(正極性、負(fù)極性、 正負(fù)雙極性)、脈沖狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、整流波形(單波整流波形、雙波整流波形)的輸出電壓。于是,構(gòu)成為通過從集塵用電源60對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向 電極34之間施加例如幾kV左右的電壓,從而可以在氣體流路36中 形成電場(chǎng)。由上述的經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61相互連接的集塵用電源 60、;故電電極32以及集塵用對(duì)向電極34形成第二電場(chǎng)形成單元。該 第二電場(chǎng)形成單元承擔(dān)通過電集塵功能捕捉所帶電的PM,并且形成 用于向氣體流路36側(cè)引出放電等離子體P的集塵用的電場(chǎng)的作用。 在此,在提高對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間(距離D)施 加的電壓V時(shí),在兩者之間發(fā)生空間放電,最終導(dǎo)致產(chǎn)生火花。在成 為這樣的狀態(tài)時(shí),氣體流路內(nèi)的電導(dǎo)率上升,被引出到氣體流路中的 單極性電荷的移動(dòng)度變高而被放電電極32或集塵用對(duì)向電極34所吸 收,從而無法使PM高效地帶電。為了避免這樣的狀態(tài),優(yōu)選在放電 電極32與集塵用對(duì)向電極34之間不自發(fā)地發(fā)生放電的施加的電壓V,例如優(yōu)選將以V/D規(guī)定的平均電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為1~ 30kV/cm。另外,氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu)僅為一個(gè)例子,而不限于上述結(jié)構(gòu)。接下來,說明氣體凈化裝置10的作用。首先,從汽車等的引擎中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG流 入到放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間。在此,從放電用電源50 對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向電極33之間,施加脈沖狀(正極性、負(fù) 極性、正負(fù)雙極性)或交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)的電壓。由此, 在放電電極32與放電用對(duì)向電極33之間、特別是放電電極32的附 近,集中地形成電場(chǎng)而引起沿著電介體31的沿面放電,伴隨沿面放 電而產(chǎn)生放電等離子體P。在此,放電用電源50的次級(jí)側(cè)的輸出電壓是脈沖狀(正極性、 負(fù)極性、正負(fù)雙極性)或交流狀(正弦波、斷續(xù)正弦波)的輸出電壓, 所以即使介有介電性的電介體31,也不會(huì)在電介體31的表面積蓄表 面電荷而使放電停止、或者放電轉(zhuǎn)移為電弧放電,所以同樣產(chǎn)生穩(wěn)定 的放電等離子體P。另一方面,從集塵用電源60對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向電極 34之間施加直流狀(正極性、負(fù)極性、正負(fù)雙極性)、脈沖狀(正極 性、負(fù)才及性、正負(fù)雙極性)或整流波形(單波整流波形、雙波整流波 形)的電壓。即,時(shí)間上極性不會(huì)變化那樣的電壓從集塵用電源60 被施加到放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間,在放電電極32與 集塵用對(duì)向電極34之間形成同樣的電場(chǎng)。其結(jié)果,通過形成于放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間的電 場(chǎng)的作用,放電等離子體P被大量地從放電電極32引出到氣體流路 36內(nèi)部。于是,在氣體流路36中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG中含有的 PM由于與由大量地引出到氣體流路36內(nèi)部的放電等離子體P所生成 的電子或離子的碰撞而被帶電。另外,如上所述,放電 體P大 量地從放電電極32引出到氣體流路36內(nèi)部,從而遍及氣體流路3635的剖面積擴(kuò)展,所以與在氣體流路36中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG接 觸的概率提高。由此,凈化對(duì)象氣體EG中所含有的PM被帶電的比 例提高。另外,如上所述,通過集塵用電源60的輸出電壓特性,形成于 放電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間的電場(chǎng)的方向不會(huì)時(shí)間上變 化,所以引出到氣體流路36內(nèi)部的放電等離子體P為具有正或負(fù)中 的一種極性的放電等離子體P。由此,PM的大半也被帶正或負(fù)電。 因此,被帶電的PM的軌跡由于從通過第二電場(chǎng)形成單元的作用而形 成的電場(chǎng)受到的庫倫力而彎曲。彎曲的方向由PM所具有的電荷與電 場(chǎng)的方向決定,所以通過電荷的極性,產(chǎn)生向放電電極32側(cè)彎曲的 PM與向集塵用對(duì)向電極34側(cè)彎曲的PM。由此,在由集塵用電源60的作用在放電電極32與集塵用對(duì)向電 極34之間形成的電場(chǎng)的電集塵功能上還加上放電等離子體P的電氣 力,在氣體流路36內(nèi)帶電的一種PM被吸引到放電電極32側(cè),從而 被捕捉到放電電極32的表面或放電電極32附近的電介體31的表面。 另外,帶電的極性與一種PM不同的另一種PM被捕捉到集塵用對(duì)向 電極34的表面或集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面。即, 被帶正或負(fù)電的PM通過電場(chǎng)以及單極性的放電等離子體P的作用而 在同樣的方向上受到電氣力,被捕捉到放電電極32側(cè)或集塵用對(duì)向 電極34側(cè)。如上所述,PM通過放電等離子體P被帶電,具有充分的帶電量, 通過電場(chǎng)以及單極性的放電等離子體P的作用在同樣的方向上受到電 氣力,高效地被捕捉到放電電極32側(cè)或集塵用對(duì)向電極34側(cè)。這樣, 通過集塵用電源60的作用而形成的電場(chǎng)除了具有由于放電等離子體 P的引出效果而提高氣體流路36內(nèi)的PM的帶電效率的作用以外,還 具有對(duì)帶電的PM提供電氣力而高效地在放電電極32側(cè)或集塵用對(duì) 向電極34側(cè)捕捉的作用。在此,在提高對(duì)放電電極32與集塵用對(duì)向 電極34之間(距離D)施加的電壓V時(shí),在兩者之間發(fā)生空間放電, 最終導(dǎo)致產(chǎn)生火花。在成為這樣的狀態(tài)時(shí),氣體流路內(nèi)的電導(dǎo)率上升,路中的單極性電荷的移動(dòng)度變高而被放電電極32或 集塵用對(duì)向電極34所吸引,從而無法使PM高效地帶電。為了避免 這樣的狀態(tài),優(yōu)選在i文電電極32與集塵用對(duì)向電極34之間不自發(fā)地 發(fā)生放電的范圍內(nèi)使用所施加的電壓V,例如優(yōu)選將以V/D規(guī)定的平 均電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為1 ~ 30kV/cm。另外,在放電反應(yīng)部30內(nèi)的氣體流路36中,由放電等離子體P 生成的高能量電子與凈化對(duì)象氣體EG碰撞,從而生成O、 OH、 03、 02-等氧化基或N02等。氧化基進(jìn)一步與凈化對(duì)象氣體EG中的碳化 氫反應(yīng),產(chǎn)生其他活性的碳化氫分子。另外,N02與PM產(chǎn)生燃燒反 應(yīng),使PM分解以及氧化。闖入到該放電等離子體P內(nèi)的PM無需實(shí)施加熱等處理,而階 段性地燃燒反應(yīng)而被分解以及氧化,最終成為一氧化碳、二氧化碳等。 在此,闖入到高密度的放電等離子體P中的PM的一部分在空間中分 解,剩余向放電電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表 面、或者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介 體31的表面碰撞而被捕捉。被捕捉到各個(gè)表面上的PM在與氧化基 的反應(yīng)場(chǎng)中長(zhǎng)時(shí)間滯留,從而無需實(shí)施加熱等處理,而在該期間內(nèi)通 過氧化基的作用而階段性地產(chǎn)生分解以及氧化等燃燒反應(yīng),最終成為 一氧化碳、二氧化碳等。因此,放電反應(yīng)部30內(nèi)總是保持清凈,能 夠防止由于受到它們的污染而放電等離子體P減少、電集塵功能降低 的現(xiàn)象。這樣利用放電反應(yīng)部30去除了 PM的凈化對(duì)象氣體EG被排出 到放電反應(yīng)部30的外部。接下來,說明基于與PM的燃燒處理相關(guān)的信息的氣體凈化裝置 10的氣體凈化方法。被捕捉的PM的燃燒處理速度根據(jù)凈化對(duì)象氣體EG的氣體成 分、溫度、PM的結(jié)構(gòu)成分等而變化。在凈化對(duì)象氣體EG中的氧濃 度或凈化對(duì)象氣體EG的溫度低時(shí),或者在包含于PM中的炭的比例 多時(shí),燃燒處理速度降低。在燃燒處理速度慢時(shí),如果捕捉了大量的PM,則由于PM的捕捉速度高于燃燒處理速度,所以PM在氣體凈 化裝置10的放電電極32、集塵用對(duì)向電極34的表面、這些電極附近 的電介體31的表面等堆積,引起電暈放電的不穩(wěn)定、氣體凈化裝置 IO內(nèi)的壓力損失的上升。在此,PM的燃燒處理速度(g/h)是指,每 單位時(shí)間被去除的PM量。在此,PM的去除是指,使PM分解以及 氧化而變?yōu)槎趸肌?一氧化碳,從而不會(huì)作為PM而存在。
在此,在將向氣體凈化裝置10中流入的PM的量設(shè)為Qi(g/h)、 將氣體凈化裝置10內(nèi)的PM的捕捉效率設(shè)為n、將燃燒處理速度設(shè)為 Qb(g/h)時(shí),通過進(jìn)行控制以滿足下式(1),由此不會(huì)使PM堆積, 而能夠穩(wěn)定地將凈化對(duì)象氣體EG進(jìn)行凈化。
Qb、Qi 式(1)
其中,式(1)中的右邊的"ivQi"意味著每單位時(shí)間被捕捉的PM 量、即PM的捕捉速度。另外,為了防止PM的堆積,較佳的是如滿 足式(1)那樣PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快,但在PM 的燃燒處理速度與PM的捕捉速度相等的情況下,也可以達(dá)成穩(wěn)定的 凈化對(duì)象氣體EG的凈化。另外,無需使式(1)的關(guān)系式總是成立, 例如在到定期檢查為止的期間、 一日的車等的乘車時(shí)間、試驗(yàn)?zāi)J竭\(yùn) 轉(zhuǎn)期間等長(zhǎng)時(shí)間的累計(jì)或平均的結(jié)果,其結(jié)果如果式(l)成立,則 能夠進(jìn)行穩(wěn)定的凈化。例如,也可以在一定期間內(nèi)在式(1)的不等 號(hào)相反那樣的條件下工作,使PM堆積起來,并在該期間結(jié)束的時(shí)刻 設(shè)定式(1)成立那樣的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。由此,能夠有效地利用所堆積的 PM的燃燒熱。
在本發(fā)明的氣體凈化裝置10的氣體凈化方法中,根據(jù)所堆積的 PM的燃燒處理的狀態(tài)、即利用第一電場(chǎng)形成單元進(jìn)行的燃燒處理的 狀態(tài),控制第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀態(tài)。在此, 實(shí)際上,由于難以直接測(cè)量PM的燃燒處理速度,所以將與PM的燃 燒處理相關(guān)的信息作為用于評(píng)價(jià)PM的堆積狀態(tài)的指標(biāo)。即,將和以 下所示的與PM的燃燒處理相關(guān)的信息關(guān)聯(lián)的PM的燃燒處理速度作 為數(shù)據(jù)庫而具備,通過測(cè)量與PM的燃燒處理相關(guān)的信息來可以從數(shù)據(jù)庫中得到PM的燃燒處理速度。其中,數(shù)據(jù)庫保存于硬盤等存儲(chǔ)單 元中。如上所述,在與PM的燃燒處理相關(guān)的信息中包括以下中的至 少任意一個(gè)例如,氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部或出口處的凈化 對(duì)象氣體EG的氣體成分(CO、 NOx、 HC、 C02、 02等)或其變化、 氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部、出口處的凈化對(duì)象氣體EG的壓力、 上述氣體凈化裝置10中的壓力損失、氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部 或出口處的凈化對(duì)象氣體EG的溫度或其變化、后述的第一電場(chǎng)形成 單元或第二電場(chǎng)形成單元中的施加電壓、電流、施加電壓與電流的比 率(施加電壓/電流)等與氣體凈化裝置10的狀態(tài)相關(guān)的信息;引擎 轉(zhuǎn)速、扭矩、空燃比、吸入空氣的壓力或流量、燃料的噴射量或消耗 量、噴射的定時(shí)、燃料的壓力、引擎內(nèi)壓力、吸氣閥、排氣閥或EGR 閥的開度、引擎的溫度、冷卻水的溫度等與引擎的狀態(tài)相關(guān)的信息。 通過控制部24根據(jù)這些與PM的燃燒處理相關(guān)的信息參照數(shù)據(jù)庫而 進(jìn)行判定,從而控制第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀 態(tài)。另外,在使用與氣體凈化裝置10的狀態(tài)相關(guān)的信息的情況下, 進(jìn)行對(duì)主要由于從引擎排出的排出氣體而引起的氣體凈化裝置10的 狀態(tài)的變化進(jìn)行獲取的被動(dòng)控制,在使用與引擎的狀態(tài)相關(guān)的信息的 情況下,進(jìn)行對(duì)主要由于從引擎排出的排出氣體而引起的氣體凈化裝 置的狀態(tài)的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)的主動(dòng)控制。另外,也可以組合這些控制。
然后,控制部24輸入與PM的燃燒處理相關(guān)的信息,根據(jù)該信 息進(jìn)行如下所示那樣的判定,控制第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成 單元的動(dòng)作狀態(tài)。另外,如下所示的僅為判定的一個(gè)例子,而不限于 此。
在基于氣體凈化裝置10的入口以及出口處的凈化對(duì)象氣體EG 的氣體成分變化(例如二氧化碳、碳化氫)的濃度的情況下,當(dāng)二氧 化碳、碳化氫的濃度變化為規(guī)定值以上時(shí),判定為上述的PM的分解、 氧化被促進(jìn),判定為PM未堆積。在該情況下,控制部24判定為PM 的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快或相等。另一方面,當(dāng)二氧化碳、 碳化氫的濃度變化低于規(guī)定值的情況下,判定為PM堆積。在該情況下,控制部24判定為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢。
另外,在基于氣體凈化裝置10中的壓力損失的情況下,當(dāng)具有 規(guī)定值以上的壓力損失時(shí),判定為PM堆積而使氣體流路36變窄。 在該情況下,控制部24判定為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速 度慢。另一方面,當(dāng)壓力損失小于規(guī)定值時(shí),控制部24判定為PM 的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快。
另外,在基于氣體凈化裝置10的出口處的凈化對(duì)象氣體EG的 溫度變化的情況下,當(dāng)凈化對(duì)象氣體EG的溫度變化為規(guī)定值以上時(shí), 控制部24判定為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快。另一方 面,當(dāng)凈化對(duì)象氣體EG的溫度小于規(guī)定值時(shí),控制部24判定為PM 的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢。
另外,在基于第一電場(chǎng)形成單元中的施加電壓與電流的比率(施 加電壓/電流)的情況下,當(dāng)該比率為規(guī)定值以上時(shí),控制部24判定 為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快。另一方面,當(dāng)比率值小 于規(guī)定值時(shí),控制部24判定為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速 度慢。
另外,在基于第二電場(chǎng)形成單元中的施加電壓與電流的比率(施 加電壓/電流)的情況下,當(dāng)該比率為規(guī)定值以上時(shí),控制部24判定 為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快。另一方面,當(dāng)比率值小 于規(guī)定值時(shí),控制部24判定為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速 度慢。
以下,說明不滿足式(1)的情況即PM的燃燒處理速度比PM 的捕捉速度慢的情況、以及滿足式(1)的情況即PM的燃燒處理速 度比PM的捕捉速度快的情況下的氣體凈化方法的一個(gè)例子。 (在PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢的情況下)
控制部24在根據(jù)與PM的燃燒處理相關(guān)的信息判定為PM的燃 燒處理速度比PM的捕捉速度慢的情況下,向第一電場(chǎng)形成單元的放 電用電源50輸出用于將電壓、頻率、波形等往使燃燒處理速度加快 的方向進(jìn)行調(diào)整的信號(hào),同時(shí),向第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電源60輸出用于將電壓、頻率、波形等往使集塵效率降低的方向進(jìn)行調(diào)整的
信號(hào)。在此,例如,通過增加放電用電源50的頻率,能夠加快燃燒 處理速度。另外,例如,通過降低集塵用電源60的電壓,能夠降低 集塵效率。
通過進(jìn)行該控制,能夠滿足上式(1)的關(guān)系,即、使PM的燃 燒處理速度比PM的捕捉速度快。
(在PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快的情況下)
控制部24在根據(jù)與PM的燃燒處理相關(guān)的信息判定為PM的燃 燒處理速度比PM的捕捉速度快的情況下,向第一電場(chǎng)形成單元的放 電用電源50輸出用于將電壓、頻率、波形等往使燃燒處理速度降低 的方向進(jìn)行調(diào)整的信號(hào),同時(shí),向第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電源60 輸出用于將電壓、頻率、波形等往使集塵效率提高的方向進(jìn)行調(diào)整的 信號(hào)。在此,例如,通過減少放電用電源50的頻率,能夠降低燃燒 處理速度。另外,例如,通過提高集塵用電源60的電壓,能夠提高 集塵效率。
這樣,作為PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快時(shí)的具體例 子,可舉出凈化對(duì)象氣體EG的溫度高的情況,或者堆積層的溫度因 所堆積的PM的連續(xù)燃燒而上升,從而堆積層本身開始燃燒的情況等。 在這些情況下,即使切斷第一電場(chǎng)形成單元的電壓而使電力成為"O", 也可以繼續(xù)PM的燃燒。
如上所述,在第五實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的氣體凈化方法 中,能夠根據(jù)與PM的燃燒處理相關(guān)的信息,最恰當(dāng)?shù)乜刂频谝浑妶?chǎng) 形成單元、第二電場(chǎng)形成單元中的電壓、頻率、波形等。由此,能夠 使所捕捉的PM高效地燃燒,并且能夠從凈化對(duì)象氣體EG中去除PM 而對(duì)凈化對(duì)象氣體EG進(jìn)行凈化。而且。即使在附加變動(dòng)劇烈的條件 下也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的凈化對(duì)象氣體EG的凈化。在上述第五實(shí)施方式 的氣體凈化裝置10的氣體凈化方法中,根據(jù)與PM的燃燒處理相關(guān) 的信息,最恰當(dāng)?shù)乜刂屏说谝浑妶?chǎng)形成單元、第二電場(chǎng)形成單元中的 電壓、頻率、波形等,但代替PM的燃燒處理速度,而使用與電荷的引出狀態(tài)、PM的帶電狀態(tài)、PM的捕捉狀態(tài)相關(guān)的信息中的任意一 個(gè),也可以進(jìn)行同樣的控制。由此,能夠使所捕捉的PM高效地燃燒, 并且能夠從凈化對(duì)象氣體EG中去除PM而對(duì)凈化對(duì)象氣體EG進(jìn)行 凈化。而且。即使在附加變動(dòng)劇烈的條件下也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的凈化對(duì) 象氣體EG的凈化。這些與電荷的引出狀態(tài)、PM的帶電狀態(tài)、PM 的捕捉狀態(tài)相關(guān)的信息由于與PM的燃燒處理速度同樣地難以直接測(cè) 量,所以將和以下所示的信息關(guān)聯(lián)的與電荷的引出狀態(tài)、PM的帶電 狀態(tài)、PM的捕捉狀態(tài)相關(guān)的信息作為數(shù)據(jù)庫而具備,通過測(cè)量以下 的信息而能夠從數(shù)據(jù)庫中得到PM的燃燒處理速度。另外,數(shù)據(jù)庫保 存于硬盤等存儲(chǔ)單元中。
另外,以下所示的信息和與PM的燃燒處理相關(guān)的信息相同。即, 在該信息中包括以下中的至少任意一個(gè)例如,氣體凈化裝置10的 入口、內(nèi)部或出口處的凈化對(duì)象氣體EG的氣體成分(CO、 NOx、 HC、 C02、 02等)或其變化、氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部、出口 處的凈化對(duì)象氣體EG的壓力、上述氣體凈化裝置10中的壓力損失、 氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部或出口處的凈化對(duì)象氣體EG的溫度 或其變化、后述的第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元中的施加電 壓、電流、施加電壓與電流的比率(施加電壓/電流)等與氣體凈化裝 置10的狀態(tài)相關(guān)的信息;引擎轉(zhuǎn)速、扭矩、空燃比、吸入空氣的壓 力或流量、燃料的噴射量或消耗量、噴射的定時(shí)、燃料的壓力、引擎 內(nèi)壓力、吸氣閥、排氣閥或EGR閥的開度、引擎的溫度、冷卻水的 溫度等與引擎的狀態(tài)相關(guān)的信息。通過控制部24根據(jù)這些上述信息 參照數(shù)據(jù)庫而進(jìn)行判定,從而控制第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成 單元的動(dòng)作狀態(tài)。
另外,本發(fā)明的第五實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的氣體凈化方 法不限于上述氣體凈化方法,例如,也可以在第一電場(chǎng)形成單元以及 第二電場(chǎng)形成單元的上游側(cè)還具備添加氣體供給單元以及氣體成分 分析裝置,該添加氣體供給單元供給能夠生成氧化基的添加氣體,該 氣體成分分析裝置對(duì)凈化對(duì)象氣體中的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)。作為氣體成分分析裝置,例如,舉出對(duì)氧濃度進(jìn)行檢測(cè)的氧濃度檢測(cè)裝置。
圖11是示意性地示出具備添加氣體供給裝置25以及氧濃度檢測(cè) 裝置26的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。
如圖11所示,在排氣流路21中,由添加氣體供給裝置25添加 添加氣體的位置設(shè)置于氧濃度檢測(cè)裝置26采集凈化對(duì)象氣體EG的 位置的上游側(cè)。由此,控制部24能夠從氧濃度檢測(cè)裝置26輸入與添 加了添加氣體后的凈化對(duì)象氣體EG中的氧濃度相關(guān)的信息,根據(jù)該 計(jì)測(cè)值,對(duì)從添加氣體供給裝置25供給的添加氣體的流量進(jìn)行控制。
例如,控制部24在判定為氧濃度降低的情況下,向添加氣體供 給裝置25輸出用于增加添加氣體的添加量的信號(hào),添加氣體供給裝 置25根據(jù)該信號(hào),例如,通過打開閥、或使泵工作等方法,增加添 加氣體的添加量。PM的燃燒處理速度受到由放電等離子體P生成的 O、 03、 02 —等氧化基的濃度等的影響,通過凈化對(duì)象氣體EG中的氧 濃度增加,氧化基的濃度變高,從而能夠加快燃燒處理速度。
另外,由添加氣體供給裝置25添加添加氣體的位置也可以設(shè)置 于氧濃度檢測(cè)裝置26采集凈化對(duì)象氣體EG的位置的下游側(cè)。由此, 控制部24才艮據(jù)由氧濃度檢測(cè)裝置26計(jì)測(cè)的、添加添加氣體前的凈化 對(duì)象氣體EG中的氧濃度,對(duì)從添加氣體供給裝置25供給的添加氣 體的流量進(jìn)行控制。
從添加氣體供給裝置25供給的添加氣體是能夠生成上述O、 OH、 03、 02_等氧化基或N02的例如氧、水蒸氣等氣體。該添加氣 體供給裝置25與排氣流路21之間通過配管而連結(jié),從添加氣體供給 裝置25排出的添加氣體被添加并混合到在排氣流路21中流動(dòng)的凈化 對(duì)象氣體EG中,流入放電反應(yīng)部30內(nèi)。
這樣,通過設(shè)置添加氣體供給裝置25以及氧濃度檢測(cè)裝置26, 能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體EG中的氧濃度設(shè)定于規(guī)定的范圍內(nèi)。由此,能 夠增加氧化基的生成量,促進(jìn)PM的燃燒反應(yīng)。另外,能夠使被捕捉 到放電電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或者 集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的以及氧化,能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體進(jìn)行凈化。 另外,當(dāng)在放電電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表 面、或者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介 體31的表面設(shè)置了例如由鉑金類的氧化催化劑或三元催化劑等構(gòu)成 的催化劑層的情況下,由于催化劑例如吸附氧分子而產(chǎn)生活性氧,所 以還可以通過控制氧濃度來控制催化劑中的反應(yīng)速度。 (第六實(shí)施方式) 在第六實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方法中,說明 串聯(lián)配置了多個(gè)氣體凈化裝置10時(shí)的氣體凈化方法。另外,在此, 例示出串聯(lián)配置了兩個(gè)氣體凈化裝置10的情況而進(jìn)行說明。
圖12是示意性地示出用于說明本發(fā)明的第六實(shí)施方式的氣體凈 化裝置10中的氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。另外,對(duì)與第 五實(shí)施方式的氣體凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同的部分,附加相同符號(hào)而省略 或簡(jiǎn)化重復(fù)的說明。另外,在圖12中,將兩個(gè)氣體凈化裝置IO分別 表示為氣體凈化裝置10a、氣體凈化裝置10b。
如圖12所示,從汽車的引擎20中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣 體EG經(jīng)由排氣流路21,首先被導(dǎo)入到串聯(lián)連接的上游側(cè)的氣體凈化 裝置10a中。接下來,從上游側(cè)的氣體凈化裝置10a中排氣的凈化對(duì) 象氣體EG被導(dǎo)入到下游側(cè)的氣體凈化裝置10b中,之后被排氣。另 外,在排氣流路21的氣體凈化裝置10a的上游側(cè)、以及氣體凈化裝 置10a與氣體凈化裝置10b之間以及氣體凈化裝置10b的下游側(cè),分 別具備對(duì)與PM的燃燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè)的第一 ~第三檢測(cè)裝 置23、 24、 27。
在此,在與PM的燃燒處理相關(guān)的信息中包括,例如,氣體凈化 裝置10的入口以及出口處的凈化對(duì)象氣體EG的氣體成分變化、上 述氣體凈化裝置中的壓力損失、氣體凈化裝置的入口以及出口處的凈 化對(duì)象氣體的溫度變化、后述的第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單 元中的施加電壓與電流的比率(施加電壓/電流)中的至少任意一個(gè)。
第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝置23以及第三檢測(cè)裝置27例如由對(duì)在排氣流路21中流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體EG的壓力進(jìn)行計(jì)測(cè)的壓 力計(jì)測(cè)裝置構(gòu)成。根據(jù)該壓力計(jì)測(cè)裝置中的計(jì)測(cè)結(jié)果,能夠得到氣體 凈化裝置10內(nèi)的壓力損失值。另外,第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝 置23以及第三檢測(cè)裝置27例如包括對(duì)從氣體凈化裝置10中排出 的凈化對(duì)象氣體EG的氣體成分進(jìn)行分析的氣體成分分析裝置;對(duì)從 氣體凈化裝置10中排出的凈化對(duì)象氣體EG的溫度進(jìn)行計(jì)測(cè)的溫度 計(jì)測(cè)裝置;以及對(duì)驅(qū)動(dòng)后述的第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元 的放電用電源的輸出端電壓或電流進(jìn)行計(jì)測(cè)的電壓計(jì)或電流計(jì)等。另 外,第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝置23以及第三檢測(cè)裝置27由上述 各裝置中的至少任意一個(gè)構(gòu)成即可。
另外,在氣體成分分析裝置中,對(duì)凈化對(duì)象氣體EG中的二氧化 碳、碳化氫、氧等的濃度進(jìn)行計(jì)測(cè)。另外,上述電壓計(jì)或電流計(jì)與笫 一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50、第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電源 60電連接。另外,氣體凈化裝置10、第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝 置23以及第三檢測(cè)裝置27與控制部24電連接。另外,在圖12中, 為了使附圖清楚,省略了各裝置與控制部24的連接線。
在第六實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方法中,首先, 控制部24在上游側(cè)的氣體凈化裝置10a中,對(duì)氣體凈化裝置10a的 第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形成單元的集塵用 電源60中的電壓、頻率、波形等進(jìn)行控制,以得到PM的高集塵效 率。以下,將這種得到PM的高集塵效率的電壓、頻率、波形等的設(shè) 定稱為捕捉模式。另外,控制部24在下游側(cè)的氣體凈化裝置10b中, 對(duì)氣體凈化裝置iob的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二 電場(chǎng)形成單元的集塵用電源60中的電壓、頻率、波形等進(jìn)行控制, 以使PM的集塵效率低且得到高的燃燒處理功能。在該情況下,主要 實(shí)施使所捕捉的PM分解以及氧化的燃燒處理。以下,將這種PM的 集塵效率低且得到高的燃燒處理功能的電壓、頻率、波形等的設(shè)定稱 為燃燒模式。
首先,在凈化對(duì)象氣體EG流入到上游側(cè)的氣體凈化裝置10a時(shí),由于氣體凈化裝置10a以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn),所以主要是凈化對(duì)象氣體 EG中含有的PM被捕捉。控制部24根據(jù)氣體凈化裝置10a中的與 PM的燃燒處理相關(guān)的信息,判定為例如與壓力損失增加且判斷為上 述的PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢的狀態(tài)相當(dāng)時(shí),向氣體 凈化裝置10a的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形 成單元的集塵用電源60輸出用于將氣體凈化裝置10a的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從 捕捉模式切換為燃燒模式的信號(hào)。與該切換同時(shí),控制部24向氣體 凈化裝置10b的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形 成單元的集塵用電源60輸出用于將下游側(cè)的氣體凈化裝置10b的運(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)從燃燒模式切換為捕捉模式的信號(hào)。
由此,在上游側(cè)的氣體凈化裝置10a中,主要是所捕捉的PM被 燃燒,成為滿足上式(1)的PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度 快的狀態(tài)。于是,堆積的PM逐漸分解以及氧化而減少,放電電極32 的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或集塵用對(duì)向電極34 的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面恢復(fù)為未堆積PM 的狀態(tài)。另外,流入到上游側(cè)的氣體凈化裝置10a中的凈化對(duì)象氣體 EG所包含的PM的大部分直接通過氣體凈化裝置10a,在下游側(cè)的 氣體凈化裝置10b中被捕捉。
接下來,控制部24根據(jù)下游側(cè)的氣體凈化裝置10b中的與PM 的燃燒處理相關(guān)的信息,判定為例如與壓力損失增加且判斷為上述的 PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢的狀態(tài)相當(dāng)時(shí),向氣體凈化 裝置10b的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形成單 元的集塵用電源60輸出用于將氣體凈化裝置10b的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從捕捉 模式切換為燃燒模式的信號(hào)。與該切換同時(shí),控制部24向氣體凈化 裝置10a的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形成單 元的集塵用電源60輸出用于將上游側(cè)的氣體凈化裝置10a的運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)從燃燒模式切換為捕捉模式的信號(hào)。
由此,在下游側(cè)的氣體凈化裝置10b中,主要是所捕捉的PM被 燃燒,成為滿足上式(1)的PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快的狀態(tài)。于是,堆積的PM逐漸分解以及氧化而減少,放電電極32 的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或集塵用對(duì)向電極34 的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面恢復(fù)為未堆積PM 的狀態(tài)。另外,當(dāng)凈化對(duì)象氣體EG流入到上游側(cè)的氣體凈化裝置10a 時(shí),由于氣體凈化裝置10a以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn),所以主要是凈化對(duì)象氣 體EG中含有的PM被捕捉。
在之后的運(yùn)轉(zhuǎn)中,也如上所述,根據(jù)與PM的燃燒處理相關(guān)的信 息,在氣體凈化裝置10a以及氣體凈化裝置10b中,反復(fù)進(jìn)行捕捉模 式和燃燒模式的運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述,在第六實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方
法中,通過串聯(lián)配置多個(gè)氣體凈化裝置,例如能夠使某氣體凈化裝置
以燃燒模式運(yùn)轉(zhuǎn),使其他氣體凈化裝置以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn)。由此,與在 一個(gè)氣體凈化裝置中兼?zhèn)淙紵δ芘c捕捉功能而運(yùn)轉(zhuǎn)相比,能夠更高
效地發(fā)揮燃燒功能以及捕捉功能各自的功能。另外,由于能夠根據(jù)與 PM的燃燒處理相關(guān)的信息將各氣體凈化裝置中的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從燃燒模 式切換為捕捉模式、或者從捕捉模式切換為燃燒模式,所以作為氣體 凈化系統(tǒng)整體能夠穩(wěn)定且連續(xù)地進(jìn)行凈化對(duì)象氣體EG的凈化。
另外,本發(fā)明的第六實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的氣體凈化方 法不限于上述氣體凈化方法,也可以與第五實(shí)施方式同樣地,例如在 各氣體凈化裝置10a、 10b中的第一電場(chǎng)形成單元以及第二電場(chǎng)形成 單元的上游側(cè),還具備供給能夠生成氧化基的添加氣體的添加氣體供 給單元以及對(duì)凈化對(duì)象氣體的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)的氣體成分分析裝 置。作為氣體成分分析裝置,例如,舉出對(duì)氧濃度進(jìn)行檢測(cè)的氧濃度 檢測(cè)裝置。
在此,對(duì)于PM的燃燒處理速度,能夠通過凈化對(duì)象氣體EG中 的氧濃度增加、氧化基的濃度變高來使燃燒處理速度加快,所以特別 向處于燃燒模式的狀態(tài)的氣體凈化裝置供給添加氣體是優(yōu)選的。
這樣,通過設(shè)置添加氣體供給裝置以及氧濃度檢測(cè)裝置,能夠?qū)?凈化對(duì)象氣體EG中的氧濃度設(shè)定于規(guī)定的范圍內(nèi)。由此,能夠增加燒反應(yīng)。另外,能夠使被捕捉到放電 電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或者集塵用 對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面的 PM更高效地分解以及氧化,能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體進(jìn)行凈化。另外, 當(dāng)在放電電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或 者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31 的表面設(shè)置了例如由鉑金類的氧化催化劑或三元催化劑等構(gòu)成的催 化劑層的情況下,由于催化劑例如吸附氧分子而產(chǎn)生活性氧,所以還 可以通過控制氧濃度而控制催化劑中的反應(yīng)速度。
另外,在上述氣體凈化方法中,例如,能夠分別各自地設(shè)定各氣 體凈化裝置10a、 10b中的第一電場(chǎng)形成單元以及第二電場(chǎng)形成單元 的運(yùn)轉(zhuǎn)條件而運(yùn)轉(zhuǎn)。另外,串聯(lián)配置的氣體凈化裝置不限于兩個(gè),也 可以配置三個(gè)以上。另外,串聯(lián)配置的氣體凈化裝置10a、 10b例如 也可以構(gòu)成為由層疊的多個(gè)單位氣體凈化裝置構(gòu)成的組件。也可以構(gòu) 成為將這些組件進(jìn)一步串聯(lián)或并聯(lián)。另外,對(duì)于這些組件也可以同時(shí) 控制,但通過分別獨(dú)立地控制來能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的處理。 (第七實(shí)施方式)
在第七實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方法中,說明 并聯(lián)配置了多個(gè)氣體凈化裝置10時(shí)的氣體凈化方法。另外,在此, 例示出并聯(lián)配置了兩個(gè)氣體凈化裝置10的情況而進(jìn)行說明。
圖13是示意性地示出用于說明本發(fā)明的第七實(shí)施方式的氣體凈 化裝置10中的氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)的框圖。另外,對(duì)與第 五實(shí)施方式的氣體凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同的部分,附加相同符號(hào)而省略 或簡(jiǎn)化重復(fù)的說明。另外,在圖13中,將兩個(gè)氣體凈化裝置IO分別 表示為氣體凈化裝置10a、氣體凈化裝置10b。
如圖13所示,從汽車的引擎20中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣 體EG通過排氣流路21,進(jìn)而通過排氣流路21被分支的分支排氣流 路21a、 21b中的某一個(gè),被導(dǎo)入到氣體凈化裝置10a或氣體凈化裝 置10b中,之后被排氣。另外,在排氣流路21的分支部上具備用于將凈化對(duì)象氣體EG流切換流入到氣體凈化裝置10a或氣體凈化裝置 10b的切換閥70。另外,在分支排氣流路21a的氣體凈化裝置10a、 10b的上游側(cè)以及下游側(cè),分別具備對(duì)與PM的燃燒處理相關(guān)的信息 進(jìn)行檢測(cè)的第一檢測(cè)裝置22以及第二檢測(cè)裝置23。
在此,在與PM的燃燒處理相關(guān)的信息中包括,例如,氣體凈化 裝置10的入口以及出口處的凈化對(duì)象氣體EG的氣體成分變化、上 述氣體凈化裝置中的壓力損失、氣體凈化裝置的入口以及出口處的凈 化對(duì)象氣體的溫度變化、后述的第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單 元中的施加電壓與電流的比率(施加電壓/電流)中的至少任意一個(gè)。
另外,氣體凈化裝置10、第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝置23 以及切換閥70與控制部24電連接。另外,在圖13中,為使附圖清 楚而省略了各裝置與控制部24的連接線。
在第七實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方法中,首先, 控制部24控制切換閥70而設(shè)為凈化對(duì)象氣體EG僅流入到一方氣體 凈化裝置10a的狀態(tài)。而且,控制部24向氣體凈化裝置10a的第一 電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電源 60輸出用于使允許流入凈化對(duì)象氣體EG的一方氣體凈化裝置10a中 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)成為捕捉模式的信號(hào)。另一方面,控制部24向氣體凈化 裝置10b的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形成單 元的集塵用電源60輸出用于使不允許流入凈化對(duì)象氣體EG的另一 方氣體凈化裝置10b中的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)成為燃燒模式的信號(hào)。
首先,當(dāng)凈化對(duì)象氣體EG流入到一方氣體凈化裝置10a中時(shí), 由于氣體凈化裝置10a被以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn),所以主要是凈化對(duì)象氣體 EG中含有的PM被捕捉。控制部24根據(jù)氣體凈化裝置10a中的與 PM的燃燒處理相關(guān)的信息,判定為例如與壓力損失增加且判斷為上 述的PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢的狀態(tài)相當(dāng)時(shí),向氣體 凈化裝置10a的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形 成單元的集塵用電源60輸出用于將氣體凈化裝置10a的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從 捕捉模式切換為燃燒模式的信號(hào)。與該切換同時(shí),控制部24控制切換閥70而設(shè)為凈化對(duì)象氣體EG僅流入到另一方氣體凈化裝置10b 的狀態(tài),而且向氣體凈化裝置10b的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源 50和/或第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電源60輸出用于將另一方氣體凈 化裝置10b的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從燃燒模式切換為捕捉模式的信號(hào)。
由此,在一方氣體凈化裝置10a中,所捕捉的PM被燃燒,成為 滿足上式(1)的PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快的狀態(tài)。 另外,由于凈化對(duì)象氣體EG未供給到一方氣體凈化裝置10a中,所 以實(shí)際上,在式(l)中,流入到氣體凈化裝置10a的PM的量Qi成 為"0"。于是,堆積的PM逐漸分解以及氧化而減少,放電電極32的 表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或集塵用對(duì)向電極34 的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面恢復(fù)為未堆積PM 的狀態(tài)。另外,流入到另一方氣體凈化裝置10b的凈化對(duì)象氣體EG 所包含的PM被以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn)的該另一方氣體凈化裝置10b捕捉。
接下來,控制部24根據(jù)另一方氣體凈化裝置10b中的與PM的 燃燒處理相關(guān)的信息,判定為例如與壓力損失增加且判斷為上述的 PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度慢的狀態(tài)相當(dāng)時(shí),向氣體凈化 裝置10b的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或第二電場(chǎng)形成單 元的集塵用電源60輸出用于將氣體凈化裝置10b的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從捕捉 模式切換為燃燒模式的信號(hào)。與該切換同時(shí),控制部24控制切換閥 70而設(shè)為凈化對(duì)象氣體EG僅流入到一方氣體凈化裝置10a的狀態(tài), 而且向氣體凈化裝置10a的第一電場(chǎng)形成單元的放電用電源50和/或 第二電場(chǎng)形成單元的集塵用電源60輸出用于將一方氣體凈化裝置10a 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從燃燒模式切換為捕捉模式的信號(hào)。
由此,在另一方氣體凈化裝置10b中,主要是所捕捉的PM被燃 燒,成為滿足上式(1)的PM的燃燒處理速度比PM的捕捉速度快 的狀態(tài)。另外,由于凈化對(duì)象氣體EG未供給到另一方氣體凈化裝置 10b,所以實(shí)際上,在式(l)中,流入到氣體凈化裝置10b的PM的 量Qi成為"O"。于是,堆積的PM逐漸分解以及氧化而減少,放電電 極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或集塵用對(duì)向塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面恢復(fù)為 未堆積PM的狀態(tài)。另外,流入到一方氣體凈化裝置10a的凈化對(duì)象 氣體EG所包含的PM被以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn)的該一方氣體凈化裝置10a 捕捉。
在之后的運(yùn)轉(zhuǎn)中,也如上所述,根據(jù)與PM的燃燒處理相關(guān)的信 息,在氣體凈化裝置10a以及氣體凈化裝置10b中,反復(fù)進(jìn)行捕捉模 式和燃燒模式的運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述,在第七實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方 法中,通過并聯(lián)配置多個(gè)氣體凈化裝置,例如能夠使某氣體凈化裝置 以燃燒模式運(yùn)轉(zhuǎn),使其他氣體凈化裝置以捕捉模式運(yùn)轉(zhuǎn)。由此,與在 一個(gè)氣體凈化裝置中兼具燃燒功能與捕捉功能而運(yùn)轉(zhuǎn)相比,能夠更高
效地發(fā)揮燃燒功能以及捕捉功能各自的功能。另外,由于能夠根據(jù)與 PM的燃燒處理相關(guān)的信息,將各氣體凈化裝置中的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從燃燒 模式切換為捕捉模式、或者從捕捉模式切換為燃燒模式,所以作為氣 體凈化系統(tǒng)整體能夠穩(wěn)定且連續(xù)地進(jìn)行凈化對(duì)象氣體EG的凈化。
另外,本發(fā)明的第七實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的氣體凈化方 法不限于上述氣體凈化方法,也可以與第五實(shí)施方式同樣地,例如在 各氣體凈化裝置i0a、 iob中的第一電場(chǎng)形成單元以及第二電場(chǎng)形成 單元的上游側(cè),還具備供給能夠生成氧化基的添加氣體的添加氣體供 給單元以及對(duì)凈化對(duì)象氣體的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)的氣體成分分析裝 置。作為氣體成分分析裝置,例如,舉出對(duì)氧濃度進(jìn)行檢測(cè)的氧濃度 檢測(cè)裝置。
在此,對(duì)于PM的燃燒處理速度,能夠通過凈化對(duì)象氣體EG中 的氧濃度增加、氧化基的濃度變高來使燃燒處理速度加快,所以特別 向處于燃燒模式的狀態(tài)的氣體凈化裝置供給添加氣體是優(yōu)選的。
這樣,通過設(shè)置添加氣體供給裝置以及氧濃度檢測(cè)裝置,能夠?qū)?凈化對(duì)象氣體EG中的氧濃度設(shè)定于規(guī)定的范圍內(nèi)。由此,能夠增加 氧化基的生成量,促進(jìn)PM的燃燒反應(yīng)。另外,能夠使被捕捉到放電 電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31的表面的 PM更高效地分解以及氧化,能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體進(jìn)行凈化。另外, 當(dāng)在放電電極32的表面、放電電極32附近的電介體31的表面、或 者集塵用對(duì)向電極34的表面、集塵用對(duì)向電極34附近的電介體31 的表面設(shè)置了例如由鉑金類的氧化催化劑或三元催化劑等構(gòu)成的催 化劑層的情況下,由于催化劑例如吸附氧分子而產(chǎn)生活性氧,所以還 可以通過控制氧濃度而控制催化劑中的反應(yīng)速度。
另外,在上述氣體凈化方法中,例如,能夠分別各自地設(shè)定各氣 體凈化裝置10a、 10b中的第一電場(chǎng)形成單元以及第二電場(chǎng)形成單元 的運(yùn)轉(zhuǎn)條件而運(yùn)轉(zhuǎn)。另外,并聯(lián)配置的氣體凈化裝置不限于兩個(gè),也 可以配置三個(gè)以上。另外,在向并聯(lián)配置的各個(gè)氣體凈化裝置10a、 10b同時(shí)流通分支氣體的情況下,也可以不具備切換閥70。并聯(lián)配置 的氣體凈化裝置10a、 10b例如也可以構(gòu)成為由層疊的多個(gè)單位氣體 凈化裝置構(gòu)成的組件。也可以構(gòu)成為將這些組件進(jìn)一步串聯(lián)或并聯(lián)。 另外,對(duì)于這些組件雖然也可以同時(shí)控制,但通過分別獨(dú)立地控制來 能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的處理。
(第八實(shí)施方式)
圖14是示意性地示出本發(fā)明的第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置10 的剖面的圖。另外,對(duì)與上述實(shí)施方式的氣體凈化裝置10的結(jié)構(gòu)相 同的部分,附加相同符號(hào)。
圖14所示的氣體凈化裝置10是在上述實(shí)施方式的氣體凈化裝置 10中,代替設(shè)置集塵用對(duì)向電極34而設(shè)置了多組例如兩組對(duì)向的放 電電極32a、 32b以及放電用對(duì)向電極33a、 33b。圖14所示的氣體凈 化裝置10是在圖10所示的第五實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中,代 替設(shè)置集塵用對(duì)向電極34而設(shè)置了兩組對(duì)向的放電電極32a、 32b以 及放電用對(duì)向電極33a、 33b的一個(gè)例子。另外,在此,以該圖14所 示的氣體凈化裝置10為一個(gè)例子進(jìn)行說明,但在其他實(shí)施方式的氣 體凈化裝置10中,也可以代替設(shè)置集塵用對(duì)向電極34而i殳置多組、 例如兩組對(duì)向的》文電電極32a、 32b以及i文電用對(duì)向電極33a、 33b,得到與該一個(gè)例子的氣體凈化裝置10的作用效果相同的作用效果。
在氣體凈化裝置10中,例如由平板或筒狀結(jié)構(gòu)的電介體31形成 氣體流路36。在電介體31的氣體流路36—側(cè),設(shè)置有多組例如兩組 放電電極32a、 32b (第一放電電極32a以及第二放電電極32b),另 一方面在與電介體31的氣體流路36相反的一側(cè),設(shè)置有兩組放電用 對(duì)向電極33a、 33b(第一放電用對(duì)向電極33a以及第二放電用對(duì)向電 極33b)。相互夾著氣體流路36分別與電介體31接觸地設(shè)置了第一 放電電極32a以及第二放電電極32b。而且,在夾著電介體31與第一 放電電極32a對(duì)向的位置上配置有第一放電用對(duì)向電極33a,在夾著 電介體31與第二放電電極32b對(duì)向的位置上配置有第二放電用對(duì)向 電極33b。
另外,第一放電電極32a以及第一放電用對(duì)向電極33a構(gòu)成為 經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51a與第一放電用電源50a連接,能夠通過利用 第一放電用電源50a對(duì)第一放電電極32a與第一放電用對(duì)向電極33a 之間施加脈沖狀、交流狀或雙極性脈沖狀的電壓,形成》文電用的電場(chǎng) 而引起放電,并生成放電等離子體P1。
同樣地,第二放電電極32b以及第二放電用對(duì)向電極33b構(gòu)成 為經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51b與第二放電用電源50b連接,能夠通過 利用第二放電用電源50b對(duì)第二放電電極32b與第二》文電用對(duì)向電極 33b之間施加脈沖狀、交流狀或雙極性脈沖狀的電壓,形成放電用的 電場(chǎng)而引起放電,并生成放電等離子體P2。由上述的經(jīng)由放電用電氣 系統(tǒng)51a、 51b相互連接的放電用電源50a、 50b、放電電極32a、 32b 以及放電用對(duì)向電極33a、 33b形成第一電場(chǎng)形成單元。
此時(shí),由于在第一放電電極32a與第一放電用對(duì)向電極33a之間 存在電介體31,并且第一放電電極32a與電介體31緊密相接,所以 所引起的放電是穩(wěn)定的電暈放電,在第一放電電極32a附近成為沿著 電介體31的沿面放電。在第二放電電極32b中引起的放電也相同。
而且,第一放電電極32a以及第二放電電極32b構(gòu)成為分別經(jīng) 由集塵用電氣系統(tǒng)61與集塵用電源60連接,能夠通過利用集塵用電
53源60對(duì)第一放電電極32a與第二放電電極32b之間施加直流狀、單 極性的脈沖狀、整流波形狀的電壓而形成時(shí)間上方向恒定的集塵用的 電場(chǎng)。由上述的經(jīng)由集塵用電氣系統(tǒng)61相互連接的集塵用電源60、 放電電極32a、 32b形成第二電場(chǎng)形成單元。
因此,在通過集塵用的電場(chǎng)的作用而在第一放電電極32a附近以 及第二放電電極32b附近生成的各放電等離子體Pl中,具有負(fù)的電 荷或正的電荷的放電等離子體P1被引出到氣體流路36側(cè)。另外,此 時(shí),由于集塵用的電場(chǎng)且還利用于放電等離子體Pl的引出用的電場(chǎng) 的方向恒定,所以向氣體流路36側(cè)引出的各放電等離子體P1的極性 相互相反。
于是,由于放電等離子體P1而帶電的PM通過形成于第一放電 電極32a與第二放電電極32b之間的集塵用的電場(chǎng)的電集塵效應(yīng)在與 極性相應(yīng)的方向上受到電氣力而被捕捉到電介體31、第一放電電極 32a以及第二放電電極32b,而且被捕捉的PM通過在第一》文電電極 32a以及第二放電電極32b的附近由沿面》文電而生成的》文電等離子體 Pl而被燃燒處理。
即,氣體凈化裝置10構(gòu)成為通過使兩組放電電極32a、 32b 對(duì)向配置而形成集塵用的電場(chǎng),放電電極32a、 32b相互兼具作為圖 10所示的氣體凈化裝置10中的第二電場(chǎng)形成單元的結(jié)構(gòu)要素即集塵 用對(duì)向電極34的功能。
因此,根據(jù)氣體凈化裝置10,除了圖10所示的氣體凈化裝置10 中的效果以外,還可以在電介體31的氣體流路36側(cè)的表面附近,在 更寬的范圍內(nèi)生成放電等離子體P1。例如在如圖14所示放電電極為 兩個(gè)的情況下,由于能夠在兩個(gè)位置處生成放電等離子體Pl、 P2, 所以能夠?qū)⒃陔娊轶w31的各處捕捉的PM更高效地進(jìn)行燃燒處理。
特別地,例如如圖IO所示的氣體凈化裝置IO那樣,當(dāng)放電等離 子體P的電荷為單極性并且從一個(gè)位置處生成那樣的情況下,被帶電 為與放電等離子體P的極性充分地燃燒。實(shí)際上,發(fā)明者們通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了流入的PM的大部分 有時(shí)會(huì)附著到與放電等離子體P對(duì)向的一側(cè)的面上。
另一方面,根據(jù)氣體凈化裝置10,即使PM在任意一個(gè)方向上 電氣地受到力而^f皮電介體31捕捉,也可以通過放電等離子體Pl、 P2 進(jìn)行燃燒處理。
而且,在氣體凈化裝置10中,如果將用于形成放電用的電場(chǎng)的 電壓施加、即第一放電電極32a與第一放電用對(duì)向電極33a之間的電 壓施加以及第二i文電電極32b與第二方文電用對(duì)向電極33b之間的電壓 施加交替地切換而斷續(xù)地進(jìn)行,則能夠更高效地去除PM。
即,假設(shè)同時(shí)進(jìn)行第一放電電極32a與第一放電用對(duì)向電極33a 之間的電壓施加以及第二放電電極32b與第二放電用對(duì)向電極33b之 間的電壓施加,則從第一放電電極32a以及第二放電電極32b分別同 時(shí)生成放電等離子體P1、 P2。但是,各放電等離子P1、 P2的極性相 互不同,在氣體流路36的中心部分中混合存在具有兩種極性的放電 等離子體P1、 P2。另外,在第一放電電極32a以及第二放電電極32b 附近,在由集塵用的電場(chǎng)引起的影響小的部位中也混合存在具有兩種 極性的放電等離子體P1、 P2。
因此,當(dāng)為了放電而施加大的電壓,并且放電等離子體P1、 P2 的量多以致對(duì)由集塵用的電場(chǎng)產(chǎn)生的電集塵效應(yīng)帶來影響時(shí),在具有 兩種極性的放電等離子體Pl、 P2混合存在的區(qū)域,帶電的PM的移 動(dòng)有可能被阻礙。尤其在第一放電電極32a以及第二放電電極32b的 附近,更大量地生成具有兩種極性的放電等離子體Pl、 P2,被吸引 到電介體31附近的PM的移動(dòng)被阻礙的可能性高。因此,如果每個(gè) 放電電極32a、 32b切換地進(jìn)行放電,則即使為了放電而施加了較大 的電壓,也可以回避這樣的PM的集塵阻礙。
另外,也可以使第一放電用電源50a以及第二》文電用電源50b 共用化,使用單個(gè)放電用電源進(jìn)行第一放電電極32a與第一放電用對(duì) 向電極33a之間的電壓施加以及第二放電電極32b與第二放電用對(duì)向 電極33b之間的電壓施加。另外,第一放電用電源50a以及第二放電用電源50b各自的輸出電壓既可以相同也可以不同。
接下來,說明上述第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈 化方法。用于說明該氣體凈化方法的氣體凈化系統(tǒng)由于是與圖9所示 的氣體凈化系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu),所以參照?qǐng)D9進(jìn)行說明。另外,對(duì)于與 用于說明第五實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈化方法的氣體 凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同的部分,附加相同符號(hào),省略或簡(jiǎn)化重復(fù)的說明。
另外,在此,說明第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體凈 化方法,但在其他實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中,通過構(gòu)成同樣的 氣體凈化系統(tǒng),也得到與第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置10中的氣體 凈化方法相同的作用效果。
如圖9所示,第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置10例如設(shè)置于從汽 車的引擎20中排出的排出氣體等凈化對(duì)象氣體EG通過的排氣流路 21上。另外,在排氣流路21的氣體凈化裝置10的上游側(cè),具備對(duì)與 粒子狀物質(zhì)(PM: Particulate Matter)的燃燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行 檢測(cè)的第一檢測(cè)裝置22。另外,在排氣流路21的氣體凈化裝置10的 下游側(cè),具備對(duì)與PM的燃燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè)的第二檢測(cè)裝 置23。另外,關(guān)于與PM的燃燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè)的裝置,具 備上述第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝置23中的至少任意一個(gè)即可。 另外,氣體凈化裝置IO、第一檢測(cè)裝置22、第二檢測(cè)裝置23與控制 部24電連接。另外,在圖9中,為使附圖清楚而省略了各裝置與控 制部24的連接線。
在該氣體凈化系統(tǒng)中,能夠?qū)⒂山?jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51a相互連 接的》文電用電源50a、 i文電電極32a以及》文電用對(duì)向電極33a構(gòu)成的 第一電場(chǎng)形成單元、與由經(jīng)由放電用電氣系統(tǒng)51b相互連接的放電用 電源50b、放電電極32b以及放電用對(duì)向電極33b構(gòu)成的第一電場(chǎng)形 成單元進(jìn)行切換而運(yùn)轉(zhuǎn)。在此,切換是指可以通過交替地切換放電 用電源50a和i文電用電源50b的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止而進(jìn)行,也可以通過使放 電用電源50a以及放電用電源50b仍保持工作的情況下切換其施加電 壓、施加頻率而進(jìn)行。即,只要設(shè)為在與極性不同的放電等離子體P1與放電等離子體P2的電荷量之間產(chǎn)生差異的狀態(tài)即可。
在此,可以利用流入到氣體凈化裝置10中的PM的量Qi(g/h)、 氣體凈化裝置10中的PM的捕捉效率t]、燃燒處理速度Qb ( g/h )來 決定切換的定時(shí)。另外,由控制部24進(jìn)行上迷兩個(gè)第一電場(chǎng)形成單 元的切換和控制、以及第二電場(chǎng)形成單元的控制等。
例如,在使》丈電用電源50a運(yùn)轉(zhuǎn)、使;故電用電源50b停止的時(shí)間 tl的期間,附著到放電電極32b的表面的PM不會(huì)燃燒而堆積。如果 該P(yáng)M的堆積量變得過多,則在切換之后使放電用電源50b運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 放電電極32b被PM覆蓋,所以無法有效地施加電場(chǎng),而有可能無法 開始》文電。由于PM的堆積量與"TixQixtl"的值成比例,所以通過決 定tl以使其值小于一定值以下并進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)與停止的切換,能夠避免放 電開始時(shí)的放電無法進(jìn)行的情況。由此,能夠進(jìn)行穩(wěn)定的控制。
接下來,在切換放電用電源的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而使放電用電源50b運(yùn) 轉(zhuǎn)、使放電用電源50a停止的時(shí)間t2的期間,需要使堆積的PM燃燒, 所以設(shè)定t2以使"Qbxt2"的值大于"t]xQixtl"的值。
在此,由于實(shí)際上不可能直接測(cè)量Qi、 Qb,所以將與以下所示 的信息建立關(guān)聯(lián)的Qi、 Qb的信息作為數(shù)據(jù)庫而具備,并通過測(cè)量以 下信息來能夠從數(shù)據(jù)庫中得到Qi、 Qb。另外,數(shù)據(jù)庫保存于硬盤等 存儲(chǔ)單元中。另外,以下所示的信息與上述與PM的燃燒處理相關(guān)的 信息相同。即,在該信息中包括,例如,氣體凈化裝置10的入口、 內(nèi)部或出口處的凈化對(duì)象氣體EG的氣體成分(CO、 NOx、 HC、 C02、 02等)或其變化、氣體凈化裝置10的入口、內(nèi)部、出口處的凈化對(duì) 象氣體EG的壓力、上述氣體凈化裝置10中的壓力損失、氣體凈化 裝置10的入口、內(nèi)部或出口處的凈化對(duì)象氣體EG的溫度或其變化、 后述的第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元中的施加電壓、電流、 施加電壓與電流的比率(施加電壓/電流)等與氣體凈化裝置10的狀 態(tài)相關(guān)的信息;引擎轉(zhuǎn)速、扭矩、空燃比、吸入空氣的壓力或流量、 燃料的噴射量或消耗量、噴射的定時(shí)、燃料的壓力、引擎內(nèi)壓力、吸 氣閥、排氣閥或EGR閥的開度、引擎的溫度、冷卻水的溫度等與引擎的狀態(tài)相關(guān)的信息中的至少任意一個(gè)。通過控制部24根據(jù)這些上 述信息參照數(shù)據(jù)庫而進(jìn)行判定,從而控制第一電場(chǎng)形成單元或第二電 場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀態(tài)。另外,在使用與氣體凈化裝置10的狀態(tài)相 關(guān)的信息的情況下,進(jìn)行對(duì)主要由于從引擎排出的排出氣體引起的氣 體凈化裝置10的狀態(tài)的變化進(jìn)行獲取的被動(dòng)控制,在使用與引擎的 狀態(tài)相關(guān)的信息的情況下,進(jìn)行對(duì)主要由于從引擎排出的排出氣體引 起的氣體凈化裝置的狀態(tài)的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)的主動(dòng)控制。另外,也可以 組合這些控制。
另外,在以提高放電電極32a、 32b的表面處的耐熱性、耐腐蝕 性為目的用電介體包覆電極表面的情況下,從其他觀點(diǎn)來看的切換控 制是有效的。
在用電介體包覆了放電電極32a、 32b的情況下,在使放電用電 源50a運(yùn)轉(zhuǎn)、使放電用電源50b停止時(shí),如果從放電等離子體P1引 出的電荷或附著到PM的電荷通過第二電場(chǎng)形成單元所形成的電場(chǎng)而 到達(dá)放電電極32b上,則電荷積蓄在電介體表面上。通過由該積蓄電 荷形成的電場(chǎng),第二電場(chǎng)形成單元所形成的電場(chǎng)抵消,隨著時(shí)間經(jīng)過 而無法發(fā)揮第二電場(chǎng)形成單元形成的電場(chǎng)的效果。如果在該狀態(tài)下使 放電用電源50b運(yùn)轉(zhuǎn)、使放電用電源50a停止,則通過在放電電極32b 附近產(chǎn)生的放電等離子體P2而所積蓄的電荷衰減,從而能夠再次發(fā) 揮第二電場(chǎng)形成單元形成的電場(chǎng)的效果。
另一方面,下次在放電電極32a側(cè)電荷開始積蓄,隨著時(shí)間經(jīng)過 而無法發(fā)揮第二電場(chǎng)形成單元形成的電場(chǎng)的效果。因此,通過以不損 失第二電場(chǎng)形成單元形成的電場(chǎng)的效果的時(shí)間間隔切換放電用電源 50a以及放電用電源50b的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止,能夠充分地發(fā)揮第二電場(chǎng)形 成單元形成的電場(chǎng)的效果,并能夠連續(xù)地維持良好的處理狀態(tài)。電荷 的積蓄速度可以通過對(duì)流入到第二電場(chǎng)形成單元的電流進(jìn)行測(cè)量而 得到,通過將該信息輸入到控制部24,控制部24能夠?qū)﹄娫吹那袚Q 的定時(shí)進(jìn)行控制。實(shí)際上即使不直接測(cè)量流入到第二電場(chǎng)形成單元的 電流,也可以使用上述的與PM的燃燒處理相關(guān)的信息中的任意一個(gè),來確定流人到第二電場(chǎng)形成單元的電流,對(duì)電源的切換的定時(shí)進(jìn)行控 制。
如上所述,根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方式的氣體凈化裝置10,通 過設(shè)置多組例如兩組對(duì)向的放電電極32a、 32b以及放電用對(duì)向電極 33a、 33b,能夠切換放電用電源50a以及放電用電源50b的運(yùn)轉(zhuǎn)與停 止。由此,能夠更高效地捕捉PM而去除。
以上,利用一實(shí)施方式具體說明了本發(fā)明,但本發(fā)明不限于這些 實(shí)施方式,而在不脫離其要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。另外,本 發(fā)明的氣體凈化裝置、氣體凈化系統(tǒng)以及氣體凈化方法除了應(yīng)用于汽 車的排氣路中以外,還可以全面應(yīng)用于排出包含PM的排出氣體的發(fā) 動(dòng)機(jī)(motor )中。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的氣體凈化裝置、氣體凈化系統(tǒng)以及氣體 凈化方法,能夠高效地捕捉包含于排出氣體中的PM,無需加熱所捕 捉的PM而高效地去除,將凈化對(duì)象氣體進(jìn)行凈化。本發(fā)明的實(shí)施方 式的氣體凈化裝置、氣體凈化系統(tǒng)以及氣體凈化方法除了應(yīng)用于汽車 的排氣路中以外,還可以全面應(yīng)用于排出包含PM的排出氣體的發(fā)動(dòng)機(jī)中。
權(quán)利要求
1.一種氣體凈化裝置,其特征在于,利用第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理,利用第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上述放電等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng),其中,在設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元的位置的上游側(cè),具備使流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體帶電的帶電用電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體凈化裝置,其特征在于,上述帶 電用電極設(shè)置在相對(duì)于上述凈化對(duì)象氣體的主流方向大致垂直的方 向上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體凈化裝置,其特征在于,隔開規(guī) 定的間隔設(shè)置有多個(gè)上述帶電用電極。
4. 一種氣體凈化裝置,其特征在于,利用第一電場(chǎng)形成單元, 在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等 離子體,通過上述放電等離 子體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有 的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理,利用第二電場(chǎng)形成單元,通過 電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上述放電等 離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng),其中,設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路的內(nèi)壁面、 設(shè)置有上述第二電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路的內(nèi)壁面、構(gòu)成 上述第一電場(chǎng)形成單元的放電電極、以及構(gòu)成上述第二電場(chǎng)形成單元 的集塵用電極中的至少任意一個(gè)表面形成為凹凸面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體凈化裝置,其特征在于,上述凹 凸面的凹凸沿著上述凈化對(duì)象氣體的主流方向而形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體凈化裝置,其特征在于,上述凹 凸面的凹凸沿著相對(duì)于上述凈化對(duì)象氣體的主流方向大致垂直的方向而形成。
7. —種氣體凈化裝置,其特征在于,利用第一電場(chǎng)形成單元, 在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等 離子體,通過上述放電等離子體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有 的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理,利用第二電場(chǎng)形成單元,通過 電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上述放電等 離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng),其中,在設(shè)置有上述笫一電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路的內(nèi)壁 面、設(shè)置有上述第二電場(chǎng)形成單元的一側(cè)的上述氣體流路的內(nèi)壁面、 構(gòu)成上述第一電場(chǎng)形成單元的放電電極、以及構(gòu)成上述第二電場(chǎng)形成 單元的集塵用電極中的至少任意一個(gè)表面,形成有催化劑層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體凈化裝置,其特征在于,上述催 化劑層由涂敷在上述表面上的催化劑物質(zhì)的涂敷層構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體凈化裝置,其特征在于,上述催 化劑層由設(shè)置在上述表面上的承載催化劑物質(zhì)的多孔質(zhì)層構(gòu)成。
10. —種氣體凈化裝置,其特征在于,利用第一電場(chǎng)形成單元, 在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等 離子體,通過上述放電等離子體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有 的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理,利用第二電場(chǎng)形成單元,通過 電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上述放電等 離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng),其中,在設(shè)置有上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元的 位置的上游側(cè),具備供給能夠生成氧化基的添加氣體的添加氣體供給 單元。
11. 一種氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,串聯(lián)或并聯(lián)配置了至少兩 個(gè)權(quán)利要求1所述的氣體凈化裝置。
12. —種氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,串聯(lián)或并聯(lián)配置了至少兩 個(gè)權(quán)利要求4所述的氣體凈化裝置。
13. —種氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,串聯(lián)或并聯(lián)配置了至少兩個(gè)權(quán)利要求7所述的氣體凈化裝置。
14. 一種氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,串聯(lián)或并聯(lián)配置了至少兩 個(gè)權(quán)利要求10所述的氣體凈化裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,在并 聯(lián)配置了上述氣體凈化裝置的情況下,具備能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體流切 換導(dǎo)入到各氣體凈化裝置的切換閥。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,在并 聯(lián)配置了上述氣體凈化裝置的情況下,具備能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體流切 換導(dǎo)入到各氣體凈化裝置的切換閥。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,在并 聯(lián)配置了上述氣體凈化裝置的情況下,具備能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體流切 換導(dǎo)入到各氣體凈化裝置的切換閥。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣體凈化系統(tǒng),其特征在于,在并 聯(lián)配置了上述氣體凈化裝置的情況下,具備能夠?qū)艋瘜?duì)象氣體流切 換導(dǎo)入到各氣體凈化裝置的切換閥。
19. 一種氣體凈化方法,其特征在于,是氣體凈化裝置的氣體凈 化方法,該氣體凈化裝置具備第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體 流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述 放電等離子體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶 電并且進(jìn)行燃燒處理;第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉上述 帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上述放電等離子體引出到上述氣 體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng);以及控制單元,對(duì)上述第一電場(chǎng)形成單元 以及上述第二電場(chǎng)形成單元進(jìn)行控制,其中,上述控制單元對(duì)上述第一電場(chǎng)形成單元中的與粒子狀物質(zhì)的燃 燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)該檢測(cè)到的信息,對(duì)上述第一電場(chǎng) 形成單元和/或上述笫二電場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行控制。
20. —種氣體凈化方法,其特征在于,是串聯(lián)或并聯(lián)配置了多個(gè) 氣體凈化裝置時(shí)的氣體凈化方法,該氣體凈化裝置具備第一電場(chǎng)形 成單元,在凈化對(duì)象氣體流動(dòng)的氣體流路中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體,通過上述放電等離子體的作用使上述凈化對(duì)象氣體中所含有的粒子狀物質(zhì)帶電并且進(jìn)行燃燒處理;第二電場(chǎng)形成單元,通 過電集塵功能捕捉上述帶電的粒子狀物質(zhì)并且形成用于將上迷放電 等離子體引出到上述氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng);以及控制單元,對(duì) 上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元進(jìn)行控制,其中,上述控制單元對(duì)上述各氣體凈化裝置中的上述第一電場(chǎng)形成單 元中的與粒子狀物質(zhì)的燃燒處理相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)該檢測(cè)到 的信息,對(duì)上述各氣體凈化裝置中的上述第一電場(chǎng)形成單元和/或上述 第二電場(chǎng)形成單元的動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行控制。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的氣體凈化方法,其特征在于,上述 氣體凈化裝置在上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元 的上游側(cè),還具備供給能夠生成氧化基的添加氣體的添加氣體供給單 元以及對(duì)凈化對(duì)象氣體中的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)的氣體成分檢測(cè)單元,分,控制上述添加氣體供給單元,將添加氣體調(diào)整流量而供給到凈化 對(duì)象氣體中。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的氣體凈化方法,其特征在于,上述 氣體凈化裝置在上述第一電場(chǎng)形成單元以及上述第二電場(chǎng)形成單元 的上游側(cè),還具備供給能夠生成氧化基的添加氣體的添加氣體供給單 元以及對(duì)凈化對(duì)象氣體中的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)的氣體成分檢測(cè)單元,分,控制上述添加氣體供給單元,將添加氣體調(diào)整流量而供給到凈化 對(duì)象氣體中。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的氣體凈化方法,其特征在于,上述 與粒子狀物質(zhì)的燃燒處理相關(guān)的信息包括氣體凈化裝置的入口以及 出口處的凈化對(duì)象氣體的氣體成分變化、上述氣體凈化裝置中的壓力 損失、氣體凈化裝置的入口以及出口處的凈化對(duì)象氣體的溫度變化、 第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元中的施加電壓與電流的比率 中的至少任意一個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的氣體凈化方法,其特征在于,上述 與粒子狀物質(zhì)的燃燒處理相關(guān)的信息包括氣體凈化裝置的入口以及 出口處的凈化對(duì)象氣體的氣體成分變化、上述氣體凈化裝置中的壓力 損失、氣體凈化裝置的入口以及出口處的凈化對(duì)象氣體的溫度變化、 第一電場(chǎng)形成單元或第二電場(chǎng)形成單元中的施加電壓與電流的比率 中的至少任意一個(gè)。
全文摘要
氣體凈化裝置(10)具備第一電場(chǎng)形成單元,在凈化對(duì)象氣體(EG)流動(dòng)的氣體流路(36)中形成放電用的電場(chǎng)而生成放電等離子體(P),通過放電等離子體(P)的作用使凈化對(duì)象氣體(EG)中所含有的PM帶電并且進(jìn)行燃燒處理;第二電場(chǎng)形成單元,通過電集塵功能捕捉帶電的PM并且形成用于將放電等離子體(P)引出到氣體流路側(cè)的集塵用的電場(chǎng);以及帶電用電極(35),在設(shè)置有第一電場(chǎng)形成單元以及第二電場(chǎng)形成單元的位置的上游側(cè),使所流動(dòng)的凈化對(duì)象氣體(EG)帶電。
文檔編號(hào)F01N3/02GK101542080SQ20078004307
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者安井祐之, 田中元史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝