JP2003301714A

JP2003301714A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2003301714A
Application number: JP2002109279A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nishikawa; 健一西川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】煤成分ＰＭを捕集して除去すると共に、窒素
酸化物ＮＯ_Xや硫黄酸化物ＳＯ_Xをも除去することのでき
る排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガスを水中で放出して水の中を通し
てから外部へ排出するバブリング槽４１と、バブリング
槽４１の水を通して水の中に捕集された煤成分ＰＭを濾
過するフィルタ４４と、フィルタ４４を通過した水を貯
留する中和槽４３と、中和槽４３の中に設けられ、少な
くともマグネシウム材の電極を含む複数の電極板４５
ａ、４５ｂ、４５ｃからなる電極列４５とを備え、電極
列４５の両端電極４５ａ、４５ｃ間に電圧を印加するこ
とにより、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物
ＳＯｘが溶け込んで酸性となった水をマグネシウムとの
電解反応により中性もしくはアルカリ性に改質する。こ
れにより、煤成分ＰＭと同時に窒素酸化物ＮＯ_Xや硫黄
酸化物ＳＯ_Xをも除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン（内燃機
関）の排気ガス中に含まれる粒子状物質（煤成分）を捕
集して除去すると共に、同じく排気ガス中に含まれる窒
素酸化物や硫黄酸化物をも電解反応にて中和して除去す
る排気ガス浄化装置に関するもので、特に、上記物質が
発生しやすいディーゼルエンジン等に用いて好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジン等に適用され
る排気ガス浄化装置として、本出願人は先に特開平１１
−３２４６４４号公報に記載のものを提案している。こ
れは、エンジンからの排気ガス中に含まれる粒子状物質
（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭｅｔｔｅｒ：主に煤成
分）を凝集させてサイクロン式遠心分離装置により分離
・捕集している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ディーゼルエ
ンジン等からの排気ガス中には、先の粒子状物質ＰＭの
他に窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘも多く含まれ
ており、従来の排気ガス浄化装置ではこれら窒素酸化物
ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘの排出量は低減できていない
という問題がある。

【０００４】本発明は上記従来の問題に鑑みて成された
ものであり、その目的は、粒子状物質（煤成分）ＰＭを
捕集して除去すると共に、同じく排気ガス中に含まれる
窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘをも除去すること
のできる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記、目的を達成するた
めに、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採
用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、エンジ
ン（１）で発生する排気ガスを外部へ排出するための排
気ガス通路（３０）に設けられ、排気ガス中の粒子状物
質（ＰＭ）を捕集する排気ガス浄化装置において、排気
ガスを水中で放出して水の中を通してから外部へ排出す
るバブリング槽（４１）と、バブリング槽（４１）の水
を通して、水の中に捕集された粒子状物質（ＰＭ）を濾
過するフィルタ（４４）と、フィルタ（４４）を通過し
た水を貯留する中和槽（４３）と、中和槽（４３）の中
に設けられ、少なくともマグネシウム材の電極を含む複
数の電極板（４５ａ〜４５ｃ）からなる電極列（４５）
とを備え、電極列（４５）の両端電極（４５ａ、４５
ｃ）間に電圧を印加することにより、排気ガス中の窒素
酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が溶け込んで
酸性となった水をマグネシウムとの電解反応により中性
もしくはアルカリ性に改質することを特徴としている。

【０００６】これにより、エンジン（１）からの排気ガ
ス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）は、排気ガスをバブ
リング槽（４１）に通すことで水中にて捕集でき、次に
通過させるフィルタ（４４）で濾過して分離し除去する
ことができる。また、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化
物（ＳＯｘ）も、排気ガスをバブリング槽（４１）に通
すことで水中に溶け込ませて除去することができる。

【０００７】この窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物
（ＳＯｘ）が溶け込んで酸性となった水は、中和槽（４
３）でマグネシウム材からなる電極板（４５ａ〜４５
ｃ）を浸漬させると共に、その電極板（４５ａ、４５
ｂ、４５ｃ）に電圧を印加することから酸性水中にＭｇ
²⁺イオンが溶解する。そして、このＭｇ²⁺イオンがＯＨ
―と反応してＭｇ（ＯＨ）₂や酸性水に含まれるＨＮＯ₃
及びＨ₂ＳＯ₄と反応して３Ｍｇ（ＮＯ₃）₂及びＭｇＳＯ
₄等が生成されて酸性水に混じることで酸性水が中性も
しくはアルカリ性に改質される。

【０００８】マグネシウム材は、酸性から中性域では活
性な溶解特性を持つがアルカリ性域では、不動体を生成
するために安定となるため、この領域では溶解が進行し
ない。従って、アルカリ性に改質した水に浸漬している
時は電極板（４５ａ〜４５ｃ）が消耗することはない。
また、Ｍｇ²⁺イオンが溶解されることにより、上水道に
も含まれるミネラルの１つであるマグネシウムが溶解さ
れるので直接下水道に排出が可能であり、しかも環境に
対する汚染の心配がない。

【０００９】請求項２に記載の発明では、中和槽（４
３）の水を、循環手段（４７）を用いてバブリング槽
（４１）へ循環させることを特徴とする。これにより、
バブリング槽（４１）へは常に中和された水が供給され
て順次水が入れ替わっていくため、バブリング槽（４
１）内が過度の酸性状態となることはなく、窒素酸化物
（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が溶け込み易い状態
が維持される。

【００１０】また、バブリング槽（４１）に水を供給す
ることで常にバブリング槽（４１）は満水に保たれ、煤
成分が浮いた上面の水が溢れてフィルタ（４４）へ流れ
るため、効率良く煤成分を捕集することができる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、両端電極（４
５ａ、４５ｃ）の一方に正の電圧を印加して他方に負の
電圧を印加する第１通電モードと、両端電極（４５ａ、
４５ｃ）の一方に負の電圧を印加して他方に正の電圧を
印加する第２通電モードとを交互に切り換える電圧印加
手段（４６）を備え、マグネシウム材からなる電極板
（４５ａ〜４５ｃ）の正の電位が帯電した側から中和槽
（４３）内にＭｇ²⁺イオンが溶解して電解反応が起こ
り、中和槽（４３）内の水を中性もしくはアルカリ性に
改質することを特徴としている。

【００１２】これにより、正の電位が帯電した側からＭ
ｇオンが溶解することにより電極板（４５ａ〜４５ｃ）
が消耗されるが、交互に切り換える電圧印加手段（４
６）を有することにより、電極板（４５ａ〜４５ｃ）が
均等に消耗するため保守期間を長くすることができる。

【００１３】請求項４に記載の発明では、両端電極（４
５ａ、４５ｃ）を、プラチナ−チタン合金としたことを
特徴としている。これにより、電圧印加手段（４６）を
接続した両端電極（４５ａ、４５ｃ）はほとんど消耗し
ないため、電気接続のないマグネシウム材からなる中間
電極（４５ｂ）だけを交換すれば良いことからメンテナ
ンスが容易となる。

【００１４】請求項５に記載の発明では、電極列（４
５）を中和槽（４３）内の上下方向に配置する場合、電
極板（４５ａ〜４５ｃ）の支持していない側を上方に傾
けた、または支持している辺に対して左右いずれかの側
方を上方に傾けたことを特徴としている。これは、電極
板（４５ａ〜４５ｃ）の負の電位が帯電した側からは、
２Ｈ⁺イオンが電子を受け取って水素ガスＨ₂が発生する
が、電極板（４５ａ〜４５ｃ）を若干傾けて配置するこ
とにより、電極間に水素ガスＨ₂が溜まり難く、大気中
に放出され易くなる。

【００１５】請求項６に記載の発明では、両端電極（４
５ａ、４５ｃ）間への電圧の印加は、エンジン（１）が
始動してから所定時間（Ｔ１）経過した後に開始し、エ
ンジン（１）が停止してから所定時間（Ｔ２）経過した
後に停止することを特徴としている。

【００１６】これにより、エンジン（１）が始動して中
和槽（４３）内の酸性度が上がった頃に中和のための電
解反応を開始し、エンジン（１）が停止しても中和槽
（４３）内の水が略中和状態となってから電圧の印加を
停止することとなる。尚、上記各手段の括弧内の符号
は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す
ものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を、図面
に基づき説明する。図１は本発明の一実施形態における
排気ガス浄化装置４０及びヒートポンプ装置１００の全
体構成を示す模式図である。本実施形態では、本発明の
排気ガス浄化装置４０を、灯油・軽油・ガソリン等を燃
料とする水冷式のエンジン１によって駆動されるエンジ
ン駆動式ヒートポンプ空調装置（以下、単にヒートポン
プ装置という）１００に適用したものとして説明する。
このヒートポンプ装置１００は車両搭載型あるいは固定
設置型の空調装置として用いられ、車室内や屋内を冷暖
房することができる。

【００１８】まず、全体の構成を説明すると、エンジン
１によって駆動される圧縮機２、冷媒の流路を切り替る
四方弁４、冷房時は蒸発器として働き且つ暖房時は凝縮
器として働く室内熱交換器５、冷媒を減圧する減圧手段
である膨張弁６、冷房時は凝縮器として働き且つ暖房時
は蒸発器として働く室外熱交換器７、暖房時にエンジン
排熱を回収した温水（エンジン冷却水）で冷媒を加熱す
る冷媒加熱器８、冷媒を気液に分離しガス冷媒を導出す
るアキュムレ−タ９が冷媒管路１０によって順次接続さ
れ、周知のヒートポンプ装置１００の主回路が構成され
ている。

【００１９】尚、符号５ａは室内熱交換器５の送風ファ
ンである室内ファン、符号７ａは室外熱交換器７の送風
ファンである室外ファンであり、各ファン５ａ・７ａは
電動モータ（図示せず）によって駆動されるようになっ
ている。また、膨張弁６は周知のように、運転時に蒸発
器となる方の熱交換器出口の冷媒温度および冷媒圧力を
各々図示しない温度センサ及び圧力センサで検知し、こ
れらのセンサからの検知信号に応じて弁開度を制御する
電子膨張弁が用いられる。

【００２０】エンジン１はＶベルト３により圧縮機２に
駆動力を伝達し、圧縮機２を駆動させるようになってい
る。そして、エンジン１の排気口から燃料燃焼後の排気
ガスが排出されるが、排気口には、エンジン１からの排
気ガスを流して外部に排出するための金属管等からなる
排気ガス通路３０が、フランジ等により接続されてい
る。

【００２１】この排気ガス通路３０の終端部は、本発明
の排気ガス浄化装置４０内に引き込まれている。尚、こ
の排気ガス浄化装置４０の構造は本発明の要部であるた
め、後述で詳細に説明する。ここで、排気ガス通路３０
のうちエンジン１と排気ガス浄化装置４０の間の部位に
は、後述の冷却水回路２０内の冷却水と排気ガスとを熱
交換させる熱交換器（熱交換部）１１が介在設定されて
いる。

【００２２】熱交換器１１は、例えば、公知のフィン−
チューブ型の熱交換器等を用いることが可能であり、チ
ューブ内部に冷却水を循環させ、フィンの隙間に排気ガ
スを通過させることで熱交換が行なわれる。熱交換器１
１への冷却水の供給は、冷却水回路２０の一部をなすホ
ース（例えばゴムホース等）によって行なわれる。ま
た、排気ガス通路３０と熱交換器１１との接続はフラン
ジ等により行なわれる。

【００２３】エンジン１は、エンジン１を冷却するため
の冷却水が循環する冷却水回路２０を有している。ここ
で、冷却水回路２０は、エンジン１の冷却水出口からホ
ースによって熱交換器１１を通り、サ−モスタット１２
を介しラジエ−タ１３を通ってエンジン１の冷却水入口
に戻る回路（回路１）と、エンジン１の冷却水出口から
ホースによって熱交換器１１を通り、サ−モスタット１
２を介し冷媒加熱器８を通ってエンジン１の冷却水入口
に戻る回路（回路２）とから構成されている。

【００２４】尚、冷却水回路２０は循環駆動源としてエ
ンジン１に内蔵された水ポンプ（図示せず）を有してお
り、ヒートポンプ装置１００の冷房時には前者の回路１
を、暖房時には後者の回路２を冷却水が流れるように流
路制御されるようになっている。また、サーモスタット
１２は冷却水温度をモニタし、回路２において冷却水温
度が高すぎる場合に回路１に切り換える等の流路制御を
行なうためのものである。また、ラジエ−タ１３は室外
熱交換器７のサブクールを取る過冷却器として構成され
ている。

【００２５】尚、ヒートポンプ装置１００は上記の構成
要素にて構成されるが、これらのうち室内熱交換器５お
よび室内ファン５ａは、室内機を構成して室内（車室内
または屋内）の適所に設置され、その他のものは、室外
機を構成して室外（車両の場合は例えばエンジンルーム
内）の適所に設置されている。そして、これら室内機お
よび室外機は図示しない電子回路等からなる制御装置に
よって、作動制御されるようになっている。

【００２６】次に、本発明の要部である排気ガス浄化装
置４０の構造について、図２も用いて説明する。図２
は、本発明の一実施形態における排気ガス浄化装置４０
の構成を示す模式図である。排気ガス浄化装置４０は、
大きく分けてバブリング槽４１と中和槽４３とから構成
されていて、両槽４１・４３は仕切り部４２にて仕切ら
れている。また、両槽４１・４３は、酸およびアルカリ
に強いプラスチックなどの樹脂材料か、もしくは耐食性
を有する金属材料で形成されている。

【００２７】バブリング槽４１内には水が満たされてお
り、そのバブリング槽４１の底まで排気ガス通路３０の
終端部が引き込まれ、その終端部には無数の孔の開いた
ノズル３１が接続されている。そして、排気ガスをバブ
リング槽４１の底で無数の泡状として水中に噴出し、水
の中を通してから外部へ排出するようになっている。３
２は排気ガス浄化装置４０の上部に設けられ排気ガス通
路３０の一部を成す排気筒であり、ここから浄化された
排気ガスが外部（大気中）へ排出される。

【００２８】このバブリング槽４１から溢れた水は仕切
り部４２を越えて隣に配置された中和槽４３に貯留され
る。その中和槽４３の上部には、フィルタ４４が設置さ
れており、バブリング槽４１からの水を受けて水中で捕
集された粒子状物質ＰＭを濾過する。このフィルタ４４
は、耐食性のある材質で作られており、例えばステンレ
スメッシュ等である。

【００２９】中和槽４３の中には、少なくともマグネシ
ウム材を用いた電極を含む複数の電極板４５ａ・４５ｂ
・４５ｃからなる電極列４５が設けられており、貯留し
た水に浸漬するようになっている。本実施形態では、こ
の電極列４５を中和槽４３内の上下方向に配置してお
り、電極板４５ａ〜４５ｃの支持していない側を上方に
傾きを設けている（図３参照）。また、この電極列４５
の両端に配置された両端電極４５ａ・４５ｃには、電圧
を印加するための電圧印加回路部（電圧印加手段）４６
が接続されている。

【００３０】また、中和槽４３の底からバブリング槽４
１の上部へ水を循環する回路が設けられており、その水
循環回路には中和槽４３の水をバブリング槽４１に循環
させる循環ポンプ（循環手段）４７と、定期的に排気ガ
ス浄化装置４０内の水を中和槽４３の底から外部へ排出
する排水バルブ４９と、排水や蒸発で減少した水量をバ
ブリング槽４１の上部から上水で補うための給水バルブ
４８とが設けられている。

【００３１】そして、排気ガス浄化装置４０の運転中
は、中和槽４３中の電極列４５が浸漬する水量を保ちな
がら循環が行われる。また、これら機器は排気ガス浄化
装置４０の制御装置５０にて制御され、ヒートポンプ装
置１００の制御装置から運転信号５１が入力されると、
電圧印加回路部４６、循環ポンプ４７、給水バルブ４
８、排水バルブ４９に作動信号を出力するようになって
いる。

【００３２】次に、本実施形態の作動を上記構成に基づ
いて説明する。まずヒートポンプ装置1００の作動につ
いて述べるが、その作動は公知であるため簡単に述べ
る。

【００３３】冷房時：操作パネルの冷房スイッチが起動
されると、四方弁4が冷房側（破線）に切り替えられ、
冷媒は図１の破線矢印の様に流れる。すなわち、圧縮機
２を出た高温のガス冷媒は四方弁４、冷媒加熱器８を順
次流れ、室外熱交換器７で放熱凝縮され、膨張弁６で減
圧され、室内熱交換器５で吸熱蒸発し、冷房を行う。

【００３４】その後、再び四方弁４を通りアキュムレー
タ９にて気液分離され、再び圧縮機２に戻る。この時、
冷却水回路２０では、上記回路１を冷却水が流れる。す
なわち、エンジン１を出た冷却水は熱交換器１１、サー
モスタット１２、ラジエータ１３を通り、再びエンジン
１に戻る。

【００３５】暖房時：操作パネルの暖房スイッチが起動
されると、四方弁４が暖房側（実線）に切り替えられ、
冷媒は図１の実線矢印の様に流れる。すなわち、圧縮機
２を出た高温のガス冷媒は四方弁４を通り、室内熱交換
器５で放熱凝縮し、暖房を行う。室内熱交換器５を出た
高温の液冷媒は、膨張弁６で減圧され、室外熱交換器７
にて空気と熱交換（外気吸熱）して蒸発する。更に冷媒
加熱器８で、排気ガスの熱を回収した冷却水と熱交換し
て蒸発する。その後、四方弁４を再び通り、アキュムレ
ータ９から圧縮機２に戻る。

【００３６】この時、冷却水回路２０では、上記回路２
を冷却水が流れる。すなわち、エンジン１を出た冷却水
は熱交換器１１、サーモスタット１２を通り、冷媒加熱
器８へと流れ、上述のように、冷媒と熱交換し冷却され
た後、再びエンジン１に戻る。

【００３７】次に、ヒートポンプ装置１００の作動に伴
う排気ガス浄化装置４０の作動について述べる。エンジ
ン１を始動させるとヒートポンプ装置１００の制御装置
（図示せず）から排気ガス浄化装置４０の運転信号５１
が制御装置５０に入力され、制御装置５０は循環ポンプ
４７の運転を開始する。

【００３８】エンジン１の爆発行程にて発生した排気ガ
スは、エンジン１の排気口から、排気ガス通路３０を通
り熱交換器１１へ送られる。熱交換器１１において冷や
された排気ガスは、更に排気ガス通路３０を通過する際
に、自然放熱により温度が低下しながら排気ガス浄化装
置４０に入り、バブリング槽４１の底のノズル３１から
無数の泡状となって水中に噴出される。

【００３９】この際、排気ガス中に含まれる粒子状物質
ＰＭは、排気ガスを水中に通すことで水に捕集されて除
去できる。また、窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ
も、排気ガスを水中に通すことで水の中に溶け込ませて
除去することができる。そして水の中を通って浄化され
た排気ガスが排気筒３２から外部の大気中へ排出され
る。

【００４０】一方、粒子状物質ＰＭを捕集したうえ窒素
酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘが溶け込んで酸性とな
った水の一部は、循環ポンプ４７で供給された水量分だ
けバブリング槽４１から溢れ、仕切り部４２を越えて中
和槽４３へ流入する。この際、中和槽４３の上部に設け
られたフィルタ４４で粒子状物質ＰＭが濾過される。
尚、この粒子状物質ＰＭを捕集したフィルタ４４は、定
期的に交換を行う。

【００４１】次に、フィルタ４４を通過して中和槽４３
に貯留された酸性水に対して、電極列４５の両端電極４
５ａ・４５ｃから電圧を印加する。図３は、本発明での
電解反応を説明するための中和槽４３中での反応を示す
模式図であり、図４は本発明の電圧印加回路部４６での
極性の切り換えを示す説明図である。

【００４２】電圧印加手段である電圧印加回路部４６
は、図４に示すように、一端の電極４５ａに正の電圧
（＋Ｖｏ）を印加し他端の電極４５ｃに負の電圧（−Ｖ
ｏ）を印加する第１通電モード（ｔ秒間）と、一端の電
極４５ａに負の電圧（−Ｖｏ）を印加し他端の電極４５
ｃに正の電圧（＋Ｖｏ）を印加する第２通電モード（ｔ
秒間）とを交互に極性を切り換えるように通電を行う。

【００４３】尚、両端電極４５ａ・４５ｃに印加する電
圧は、中和槽４３内を流れる電流が所定値となるように
制御装置５０により調整される。また、この電圧印加は
エンジン１が作動後、所定時間Ｔ１経過後に開始し、エ
ンジン１が停止後、所定時間Ｔ２経過後に停止させるよ
うに制御される。そして、両端電極４５ａ・４５ｃ間に
電圧が印加されると、電極板４５ａ〜４５ｃ間に電流が
流れて、酸性水が以下に示すように電気分解される。

【００４４】ちなみに、両端電極４５ａ・４５ｃ間に印
加される電圧の極性は所定時間（ｔ秒間）毎に高電位側
から低電位側に反転するように切り換えられるが、説明
の便宜上、以下、一端の電極４５ａが高電位側の極性で
他端の電極４５ｃが低電位側の極性となっている時を示
す。中間電極４５ｂにおいても、それぞれの電極間に、
両端電極４５ａ・４５ｃ間の電位差の略半分の電位差が
生ずることで、それぞれの電極で起こる電解反応につい
て図３を用いて説明する。

【００４５】各電極板４５ａ〜４５ｃの高電位に帯電し
た側からＭｇ²⁺イオンが溶解し、下記化学式（１）によ
って示されるようにＭｇ²⁺イオンがＯＨ―と反応してＭ
ｇ（ＯＨ）₂が生成され、更に、化学式（２）ないし
（５）に示すように、酸性水中に含まれるＨＮＯ₃及び
Ｈ₂ＳＯ₄と、Ｍｇ及びＭｇ（ＯＨ）₂とがそれぞれ反応
して３Ｍｇ（ＮＯ₃）₂及びＭｇＳＯ₄などの水に溶けや
すい物質が生成されて水に混じるので、中和槽４３内の
酸性水が中性もしくはアルカリ性に改質される。

【００４６】

【化１】Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ―→Ｍｇ（ＯＨ）₂

【００４７】

【化２】３Ｍｇ＋８ＨＮＯ₃→３Ｍｇ（ＮＯ₃）₂＋
２ＮＯ＋４Ｈ₂Ｏ

【００４８】

【化３】Ｍｇ＋Ｈ₂ＳＯ₄→ＭｇＳＯ₄＋Ｈ₂

【００４９】

【化４】Ｍｇ（ＯＨ）₂＋２ＨＮＯ₃→Ｍｇ（Ｎ
Ｏ₃）₂＋２Ｈ₂Ｏ

【００５０】

【化５】Ｍｇ（ＯＨ）₂＋２Ｈ₂ＳＯ₄→ＭｇＳＯ₄＋
２Ｈ₂Ｏ

【００５１】また、他方の低電位に帯電した側では、水
素イオン２Ｈ⁺が電子を受け取って水素ガスＨ₂になる反
応が起きている。尚、低電位側で発生した水素ガスＨ₂
は、大気中に開放される。ちなみに、両端電極４５ａ・
４５ｃの極性が反転したときには、化学式（１）ないし
（５）で示す反応が起こる側と、水素イオン２Ｈ⁺が電
子を受け取って水素ガスＨ₂になる反応が起こる側が反
転する。

【００５２】また、高電位に帯電した側からＭｇ²⁺イオ
ンが溶解することにより、各電極板４５ａ〜４５ｃのマ
グネシウムが消耗してしまう。本実施形態では、第１通
電モードと第２通電モードとを交互に切り換えて通電を
行うことにより、各電極板４５ａ〜４５ｃの両面が交互
に溶解するため均等に消耗するものである。

【００５３】次に、エンジン１が停止するとヒートポン
プ装置１００の制御装置（図示せず）から排気ガス浄化
装置４０の運転停止信号５１が制御装置５０に入力さ
れ、制御装置５０は、それから所定時間Ｔ２経過後に運
転を停止する。

【００５４】次に、本実施形態の特徴を述べる。エンジ
ン１で発生する排気ガスを外部へ排出するための排気ガ
ス通路３０に設けられ、排気ガス中の粒子状物質ＰＭを
捕集する排気ガス浄化装置において、排気ガスを水中で
放出して水の中を通してから外部へ排出するバブリング
槽４１と、このバブリング槽４１の水を通して水の中に
捕集された粒子状物質ＰＭを濾過するフィルタ４４と、
このフィルタ４４を通過した水を貯留する中和槽４３
と、この中和槽４３の中に設けられ、少なくともマグネ
シウム材の電極を含む複数の電極板４５ａ〜４５ｃから
なる電極列４５とを備え、この電極列４５の両端電極４
５ａ・４５ｃ間に電圧を印加することにより、排気ガス
中の窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘが溶け込んで
酸性となった水をマグネシウムとの電解反応により中性
もしくはアルカリ性に改質している。

【００５５】これにより、エンジン１からの排気ガス中
に含まれる粒子状物質ＰＭは、排気ガスをバブリング槽
４１に通すことで水中にて捕集でき、次に通過させるフ
ィルタ４４で濾過して分離し除去することができる。ま
た、窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘも、排気ガス
をバブリング槽４１に通すことで水中に溶け込ませて除
去することができる。

【００５６】そして、この窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化
物ＳＯｘが溶け込んで酸性となった水は、中和槽４３で
マグネシウム材からなる電極板４５ａ〜４５ｃを浸漬さ
せると共に、その両端電極４５ａ・４５ｃに電圧を印加
することから酸性水中にＭｇ ²⁺イオンが溶解する。そし
て、このＭｇ²⁺イオンがＯＨ―と反応してＭｇ（ＯＨ）
₂や酸性水に含まれるＨＮＯ₃及びＨ₂ＳＯ₄と反応して３
Ｍｇ（ＮＯ₃）₂及びＭｇＳＯ₄等が生成されて酸性水に
混じることで酸性水が中性もしくはアルカリ性に改質さ
れる。

【００５７】マグネシウム材は、酸性から中性域では活
性な溶解特性を持つがアルカリ性域では、不動体を生成
するために安定となるため、この領域では溶解が進行し
ない。従って、アルカリ性に改質した水に浸漬している
時は電極板４５ａ〜４５ｃが消耗することはない。ま
た、Ｍｇ²⁺イオンが溶解されることにより、上水道にも
含まれるミネラルの１つであるマグネシウムが溶解され
るので直接下水道に排出が可能であり、しかも環境に対
する汚染の心配がない。

【００５８】また、中和槽４３の水を、循環ポンプ４７
を用いてバブリング槽４１へ循環させている。これによ
り、バブリング槽４１へは常に中和された水が供給され
て順次水が入れ替わっていくため、バブリング槽４1内
が過度の酸性状態となることはなく、窒素酸化物ＮＯｘ
や硫黄酸化物ＳＯｘが溶け込み易い状態が維持される。

【００５９】また、バブリング槽４１に水を供給するこ
とで常にバブリング槽４１は満水に保たれ、煤成分が浮
いた上面の水が溢れてフィルタ４４へ流れるため、効率
良く煤成分を捕集することができる。

【００６０】また、両端電極４５ａ・４５ｃの一方に正
の電圧を印加して他方に負の電圧を印加する第１通電モ
ードと、両端電極４５ａ・４５ｃの一方に負の電圧を印
加して他方に正の電圧を印加する第２通電モードとを交
互に切り換える電圧印加回路部４６を備え、マグネシウ
ム材からなる電極板４５ａ〜４５ｃの正の電位が帯電し
た側から中和槽４３内にＭｇ²⁺イオンが溶解して電解反
応が起こり、中和槽４３内の水を中性もしくはアルカリ
性に改質している。

【００６１】これにより、正の電位が帯電した側からＭ
ｇオンが溶解することにより電極板４５ａ〜４５ｃが消
耗されるが、交互に切り換える電圧印加回路４６を有す
ることにより、電極板４５ａ〜４５ｃが均等に消耗する
ため保守期間を長くすることができる。

【００６２】また、両端電極４５ａ・４５ｃを、プラチ
ナ−チタン合金としても良い。これにより、電圧印加回
路部４６を接続した両端電極４５ａ・４５ｃはほとんど
消耗しないため、電気接続のないマグネシウム材からな
る中間電極４５ｂだけを交換すれば良いことからメンテ
ナンスが容易となる。

【００６３】また、電極列４５を中和槽４３内の上下方
向に配置する場合、電極板４５ａ〜４５ｃの支持してい
ない側を上方に傾けた、または支持している辺に対して
左右いずれかの側方を上方に傾けている。これは、電極
板４５ａ〜４５ｃの負の電位が帯電した側からは、２Ｈ
⁺イオンが電子を受け取って水素ガスＨ₂が発生するが、
電極板４５ａ〜４５ｃを若干傾けて配置することによ
り、電極間に水素ガスＨ ₂が溜まり難く、大気中に放出
され易くなる。

【００６４】また、両端電極４５ａ・４５ｃ間への電圧
の印加は、エンジン１が始動してから所定時間Ｔ１経過
した後に開始し、エンジン１が停止してから所定時間Ｔ
２経過した後に停止させている。これにより、エンジン
１が始動して中和槽４３内の酸性度が上がった頃に中和
のための電解反応を開始し、エンジン１が停止しても中
和槽４３内の水が略中和状態となってから電圧の印加を
停止することとなる。

【００６５】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、排気ガス浄化装置４０をヒートポンプ装置１００に
組み込んだ形態としたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、ヒートポンプ装置１００に組み込まずに、
単に内燃機関の排気ガス浄化を行なうものでもよい。ま
た、上述の実施形態では、水冷式のエンジンである例を
述べたが、冷却水回路を有しないもの、例えば空冷式の
エンジンであってもよい。

【００６６】また、上述の実施形態では、ヒートポンプ
装置１００から運転信号５１を制御装置５０に入力させ
て排気ガス浄化装置４０の作動を行うように制御した
が、例えばバブリング槽４１内にpHセンサーを設けて水
のpH値を検出し、検出値に基づいて、排気ガス浄化装置
４０の作動および電圧印加条件を可変するようにしても
良い。これにより、エンジン１作動後の所定時間Ｔ１経
過後に作動させ、エンジン１停止後の所定時間Ｔ２経過
後に停止させる制御よりも効率良く酸性水の改質が行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における排気ガス浄化装置
およびヒートポンプ装置の全体構成を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態における排気ガス浄化装置
の構成を示す模式図である。

【図３】本発明での電解反応を説明するための中和槽中
の反応を示す模式図である。

【図４】本発明の電圧印加回路部での極性の切り換えを
示す説明図である。

【符号の説明】

１エンジン３０排気ガス通路４１バブリング槽４３中和槽４４フィルタ４５電極列４５ａ、４５ｃ両端電極、電極板４５ｂ中間電極（電極板）４６電圧印加回路部（電圧印加手段）４７循環ポンプ（循環手段）ＮＯ_X 窒素酸化物ＰＭ粒子状物質ＳＯ_X 硫黄酸化物Ｔ１、Ｔ２所定時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 53/77 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１Ｚ４Ｄ０４１Ｃ０２Ｆ 1/46 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３３４Ｄ０６１Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ 23/02 ＡＦターム(参考） 3G090 AA01 AA06 EA04 3G091 AA02 AA06 AA17 AA18 AB08 AB14 AB15 BA11 BA17 CA26 EA30 FC06 4D002 AA02 AA12 AC10 BA02 BA13 BA14 BA20 CA06 DA35 EA07 FA10 GA03 GB09 GB20 HA01 HA02 HA08 4D020 AA05 AA06 BA23 BB03 CB02 DA01 DB08 DB20 4D032 AA22 BA05 BB05 CA01 CA10 4D041 AA03 AB03 AB17 AB21 AD12 CA07 CB04 CC08 4D061 DA08 DB09 DB18 DC14 DC17 EA02 EB05 EB18 EB20 EB30 EB31 EB39 FA11 FA13 GC11 GC12 GC16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン（１）で発生する排気ガスを外
部へ排出するための排気ガス通路（３０）に設けられ、
前記排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する排気ガ
ス浄化装置において、前記排気ガスを水中で放出して水の中を通してから外部
へ排出するバブリング槽（４１）と、前記バブリング槽（４１）の水を通して水の中に捕集さ
れた前記粒子状物質（ＰＭ）を濾過するフィルタ（４
４）と、前記フィルタ（４４）を通過した水を貯留する中和槽
（４３）と、前記中和槽（４３）の中に設けられ、少なくともマグネ
シウム材の電極を含む複数の電極板（４５ａ〜４５ｃ）
からなる電極列（４５）とを備え、前記電極列（４５）の両端電極（４５ａ、４５ｃ）間に
電圧を印加することにより、前記排気ガス中の窒素酸化
物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が溶け込んで酸性
となった水をマグネシウムとの電解反応により中性もし
くはアルカリ性に改質することを特徴とする排気ガス浄
化装置。
【請求項２】前記中和槽（４３）の水を、循環手段
（４７）を用いて前記バブリング槽（４１）へ循環させ
ることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装
置。
【請求項３】前記両端電極（４５ａ、４５ｃ）の一方
に正の電圧を印加して他方に負の電圧を印加する第１通
電モードと、前記両端電極（４５ａ、４５ｃ）の一方に
負の電圧を印加して他方に正の電圧を印加する第２通電
モードとを交互に切り換える電圧印加手段（４６）を備
え、前記マグネシウム材からなる電極板（４５ａ〜４５
ｃ）の正の電位が帯電した側から前記中和槽（４３）内
にＭｇ ²⁺イオンが溶解して電解反応が起こり、前記中和
槽（４３）内の水を中性もしくはアルカリ性に改質する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】前記両端電極（４５ａ、４５ｃ）を、プ
ラチナ−チタン合金としたことを特徴とする請求項１ま
たは請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】前記電極列（４５）を前記中和槽（４
３）内の上下方向に配置する場合、前記電極板（４５ａ
〜４５ｃ）の支持していない側を上方に傾けた、または
支持している辺に対して左右いずれかの側方を上方に傾
けたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装
置。
【請求項６】前記両端電極（４５ａ、４５ｃ）間への
電圧の印加は、前記エンジン（１）が始動してから所定
時間（Ｔ１）経過した後に開始し、前記エンジン（１）
が停止してから所定時間（Ｔ２）経過した後に停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。