使用重油的船舶用柴油发动机的排放气体处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大排气量柴油发动机的排放气体处理技术，该大排气量柴油发动机为船舶用、发电用、一般产业用等的、特别是使用重油(重油是燃料油，在船用工业界，被标记成柴油(Diesel Oil:D0)、船用柴油机燃料(Marine Diesel Fuel:MDF)或船用柴油(Marine Diesel Oil:MDO)、船用燃料油(Marine Fuel Oil:MFO)、重质燃料油(HeavyFuel Oil:HFO)、残渣燃料油(Residual Fuel Oil:RFO)，但将这些标记统称为“重油”)及比上述重油低质的燃料，且排出高温排放气体的大排气量柴油发动机，该大排气量柴油发动机的排放气体处理技术将包含在柴油发动机的排放气体中的以碳为主体的颗粒物(Particulate Matter:以下称为“PM”)、有害气体除去而净化。更为详细地说，本发明涉及船舶用、发电用、一般产业用发动机等大排气量柴油发动机中利用电晕放电的排放气体的电气式处理技术。
[0002]另外，在本发明中，将重油及比重油低质的燃料统称为重油。
【背景技术】
[0003]柴油发动机作为各种船舶、发电机和大型建筑机械以及各种机动车等的动力源被广泛采用，然而，从此柴油发动机排出的排放气体中包含的PM如公知的那样，不仅造成大气污染，而且是对人体极为有害的物质，所以，该排放气体的净化极为重要。因此，关于柴油发动机的燃烧方式的改善、各种排放气体过滤器的采用、利用电晕放电电气性地处理的方法等，已经提出了许多的方案，其一部分被实际地应用。
[0004]在这里，柴油发动机的排放气体中的PM(颗粒物)的成分，分成可溶性有机成分(SOF:Soluble Organic Fract1ns,以下称为“S0F”)和不可溶性有机成分(ISF:Insoluble Organic Fract1ns，以下称为“ISF”)2种，其中SOF成分是燃料、润滑油的未燃烧成分为主的成分，包含具有致癌作用的多环芳香族等有害物质。另一方面，ISF成分以电阻率低的碳(碳黑)和硫酸盐(Sulfate)成分为主成分，从其对人体、环境产生的影响考虑，最好排放气体中的此SOF成分及ISF成分非常少。特别是关于在机体中的PM的不良影响的程度，在其颗粒直径成为nm尺寸的场合被认为问题特别严重。
[0005]作为利用电晕放电来电气性地处理的方法，例如提出有以下记载的方法及装置(专利文献I?6) ο
[0006]S卩，在专利文献I中提出了一种柴油发动机的排放气体用电气式处理方法及装置，该柴油发动机的排放气体用电气式处理方法及装置如在图23中简略地表示的那样，采用了以下方式，即，在排放气体通路121上设置由电晕放电部122-1和带电部122-2构成的放电带电部122，由电晕放电的电子129使排放气体Gl中的以碳为主体的PM128带电，由配置在该排放气体通路121上的捕集板123对上述带电的PM128进行捕集。并且，该柴油发动机的排放气体用电气式处理方法及装置具有以下构成，即，放电带电部122的电极针124的排放气流的流动方向长度短，而且捕集板123相对于排放气流的流动方向被配设在直角方向上。图中，附图标记125是密封气体管，附图标记126是高压电源装置，附图标记127是排放气体引导管。
[0007]在专利文献2中提出了一种柴油发动机的排气PM捕集装置，该柴油发动机的排气PM捕集装置如在图24中简略地表示的那样，具备针式电极131、捕集电极132和高压直流电源134。针式电极131用于在针尖131-1的周围产生电晕放电135，使排放气体中的PM133带电。捕集电极132用于对带电的PM133进行捕集。高压直流电源134用于在上述针式电极131与上述捕集电极132之间施加规定的直流高电压。图中，附图标记136是偏向电极。
[0008]在专利文献3中提出了一种排放气体净化装置，该排放气体净化装置如在图25中简略地表示的那样，具备固定圆筒体141、电极棒142、高电压电源部143和刮落部144。固定圆筒体141构成设置在排气路径中的PM捕集用的收集电极对的一方。电极棒142在该固定圆筒体141的中心部沿轴向延伸设置，构成收集电极对的另一方。高电压电源部143在上述收集电极对之间形成静电场，使排放气体中的PM集聚在上述固定圆筒体141的内面上。刮落部144沿上述固定圆筒体141的内面相对于该固定圆筒体相对转动，将堆积在该固定圆筒体内面上的PM刮落。图中，附图标记145是排气管，附图标记146是旋转圆筒部。
[0009]在专利文献4中提出了一种柴油发动机排放气体净化装置，该柴油发动机排放气体净化装置具备电气集尘单元，该电气集尘单元具有使包含在柴油发动机的排放气体中的PM带电的放电电极及对带电的PM进行捕集的集尘电极，该柴油发动机排放气体净化装置还具备使被集尘电极捕集而滞留的PM从该集尘电极剥离的单元和对从集尘电极剥离的PM加以区分并进行捕集的旋风方式的区分捕集单元。
[0010]此装置如在图26中表示其一例的那样，是以一面使排放气体向横向流动一面对其进行处理的方式构成的装置，具备用于对PM进行捕集的电气集尘部151和作为区分捕集部的旋风分离器152。电气集尘部151具备集尘电极154和放电电极155。集尘电极154由安装在筒状外壳156的内周面上的筒状金属体157和形成在该筒状金属体的内周面上的凹凸部158构成。放电电极155由沿此集尘电极154的轴线延伸的主电极159和在此主电极159的长度方向上以规定的间隔配设的呈放射状突出的电极针160的群构成。旋风分离器152与将通过了电气集尘部151的气流153的流动变换成回旋流的导叶161相比构成在下游侧的部位。在此旋风分离器152的下游设置用于排出该旋风分离器内的气体的排气管162和对被离心分离了的PM进行捕集的集灰斗163。附图标记164是使被集尘电极154捕集而滞留的PM从该集尘电极剥离的剥离机构，例如由偏心马达165构成，偏心马达165利用偏心产生振动。附图标记166是用于使排气管162内的排放气体向集灰斗163的上部空间返回的抽气管。
[0011]S卩，上述构成的排放气体净化装置是做成以下构造的装置，S卩，流入到了电气集尘部151的排放气体中的PM因为集尘电极154与放电电极155之间的放电而被带电，被利用库仑力捕集到集尘电极154上，被捕集了的PM随气流一起流入到导叶161，由与导叶161相比被构成于下游侧的部位的旋风分离器152对PM进行离心分离，被离心分离了的PM下降到集灰斗163内而被捕集，另一方面，净化了的排放气体经排气管162放出到外部。
[0012]在专利文献5中公开了一种气体处理装置，该气体处理装置为具备带电凝聚部和过滤器部的气体处理装置，该带电凝聚部通过电晕放电使搭载在机动车上的柴油发动机的排放气体中的捕集对象成分带电而凝聚，该过滤器部对凝聚了的成分进行捕集。该气体处理装置如以下那样构成，即，如图27、图28所示那样，将带电凝聚部170配设在上游侧，将过滤器部180配设在下游侧，带电凝聚部170的气体通路壁由筒状体171、171a等形成，另夕卜，由配置于气体通路壁的表面近旁的导电性的筒状体171f形成低电压电极的集尘电极，由配置于这些筒状体的内部的线状体的高电压电极形成电晕电极，并且，将上述气体通路壁的筒状体形成为利用自然对流和热辐射的自然地对气体进行冷却的气体冷却部，并且，在上述筒状体的表面或表面近旁，设置对沿上述气体通路壁的筒状体或上述导电性的筒状体的内侧表面近旁流动的气流促进其紊流的紊流促进单元171e。图中，附图标记171c是气体入口室，附图标记171b是电晕电极，附图标记171d是气体出口室。
[0013]记载于专利文献6的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机排放气体处理装置如在图29中表示其构成例的那样大致划分，由构成电气集尘单元的管状捕集部191和构成区分捕集单元的区分捕集部192构成，为了对PM颗粒进行捕集而设置的管状捕集部191具备构成集尘电极的规定长度的、具有捕集壁面191-lk的捕集管191-1和使包含在排放气体中的PM带电的放电电极191-2。在构成集尘电极的捕集管191-1上，在上游侧(柴油发动机侦D的端部具备排放气体导入口 191-la，在下游侧的端部的轴心附近连设PM的低浓度排放气体导出管193，在下游侧的端部的内周面附近连设PM的高浓度排放气体导出部191-lb。放电电极191-2由在构成集尘电极的捕集管191-1的轴心附近跨越大体全长延伸的主电极191-2a和在该主电极191-2a的长度方向上以所期望的间隔配设的呈放射状突出的电极针191-2b的群构成。这样构成的放电电极191-2经支承体194支承主电极191_2a的两端部，支承体194垂设于设置在捕集管191-1的排放气体导入口 191-la那一侧的密封空气导入管部191-lc和设置在低浓度排放气体导出管193的入口部位的密封空气导入管部193-1。
[0014]另外，虽然没有图示，但放电电极191-2根据需要由从捕集管191-1的内部绝缘的撑条隔开所期望间隔地支承。另外，放电电极191-2被配线到设置于外部的高压电源装置(未图示)，接受被控制的高压电源的供给。
[0015]设置于上述排放气体的流动方向的管状捕集部191的下游侧的区分捕集部192，由作为分离单元的旋风式捕集单元192-1构成。此旋风式捕集单元192-1由经连通管195-1与捕集管191-1的高浓度排放气体导出部191-lb连接的I台切线式旋风分离器192-la构成，并且，在该切线式旋风分离器192-la与上述低浓度排放气体导出管193之间配设用于使通过切线式旋风分离器192-la后的净化气体与在低浓度排放气体导出管193内流动的低浓度排放气体汇合的排出管196-1。另外，在上述低浓度排放气体导出管193中，设置用于对向切线式旋风分离器192-la的高浓度排放气流入量及流入速度和低浓度排放气体放出量的流量进行调整的流量控制挡板197。
[0016]另外，作为使用上述重油以下的低质燃料的柴油发动机排放气体处理装置的另一构成例表示于图30的柴油发动机排放气体处理装置，除了旋风式捕集单元202-1由2台切线式旋风分离器202-la构成以外，具有与上述图29所示的排放气体处理装置同样的构成，在捕集管201-1的高浓度排放气体导出部201-lb经连通管205-1、205-2并列地连接2台切线式旋风分离器202-la，构成旋风式捕集单元202-1，并且，在此场合，也配设用于使通过各切线式旋风分离器202-la后的净化气体分别与在低浓度排放气体导出管203内流动的低浓度排放气体汇合的排出管206-1、206-2。
[0017]旋风式捕集单元202-1是由处理能力不同的多个切线式旋风分离器构成的单元，例如图31所示的那样由小处理能力切线式旋风分离器202-lb、中处理能力切线式旋风分离器202-lc、大处理能力切线式旋风分离器202-ld这3种旋风分离器构成的单元，做成以下构成，即，捕集管201-1的高浓度排放气体导出部201-lb经在放射状位置连接的连通管208-1、208-2、208-3连接各切线式旋风分离器202-lb、202-lc、202_ld，在上述各连通管
208-1、208-2、208-3的高浓度排放气体导入口设置流量控制挡板209-1、209-2、209-3。
[0018]在这样由处理能力不同的多个切线式旋风分离器构成旋风式捕集单元的场合，不仅可与排放气流量对应地更适当地选择使用各切线式旋风分离器，而且通过与配设在低浓度排放气体导出管3中的挡板一起控制对各切线式旋风分离器设置的流量控制挡板
209-1、209-2、209-3，可更适当地控制向各切线式旋风分离器的排放气体的流入切线速度，可在宽的发动机负荷率的范围等确保、维持高的捕集效率。在这里，排放气流量与随着船用发动机中的主机及辅机的并列运转、单独运转而产生的运转状况的变化、发动机的负荷率对应地进行变化。
[0019]现有技术文献
[0020]专利文献
[0021]专利文献1:W02006/064805B 号公报
[0022]专利文献2:日本特开平9-112246号公报
[0023]专利文献3:日本特开平6-173637号公报
[0024]专利文献4:日本特开2006-136766号公报
[0025]专利文献5:日本专利第4529013号
[0026]专利文献6:日本特开2012-107556号
【发明内容】
[0027]发明所要解决的课题
[0028]然而，在利用电晕放电等来电气性地处理排放气体中的PM的上述现有技术的柴油发动机排放气体净化装置中，存在以下记载的缺点。
[0029]S卩，记载于上述专利文献I的柴油发动机的排放气体用电气式处理方法及装置具有以下问题，即，由于放电带电部122的电极针124的排放气流的流动方向长度短，而且捕集板123相对于排放气流的流动方向配设在直角方向上，另外，排放气流直接冲击接触捕集板123，所以，流过阻力(压力损失；压损)大，另外，由于捕集板123薄，排放气流的流动方向长度短，所以，存在PM过而不停的担心，存在不能充分地提高PM捕集效率的危险，另夕卜，对于一旦通过了捕集板123的PM，不再次通过电晕放电来使其带电进行捕集，而是直接排出。
[0030]另外，在上述专利文献I中，根本就没有公开或暗示以下技术思想，即，将捕集板做成在排放气流的流动方向上长尺寸的管状，并且，在管状捕集部的管轴方向上设置电极针，呈现出使PM颗粒一面在排放气流的流动方向上流动，一面重复堆积/剥离的跳跃现象，由此使其成长，利用此成长现象，使排放气流的管状捕集部内面附近的PM的粒径粗大化以便容易由旋风分离器捕集，并且，使PM的浓度上升，再选择性地抽出此PM的粒径大而且浓度浓缩成了高浓度的排放气流，由旋风分离器进行捕集，另外，也没有公开或暗示以下技术思想，即，在轴向上组合多个使由放电电极及集尘电极构成的管状捕集部在轴向上为短尺寸并且直径不同的管状捕集模块，使全部排放气流确实地进行电晕放电。
[0031]另外，记载于上述专利文献2的排气PM捕集装置及记载于专利文献3的排放气体净化装置具有以下缺点，即，因为放电电压