JP2004100664A

JP2004100664A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2004100664A
Application number: JP2002267604A
Authority: JP
Inventors: Izumi Nishizawa; 西澤　泉
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】触媒や還元剤を殊更に用いることなしに、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘを無害物質に化学的に変化させる排気ガスの効果的な浄化装置を提供する。
【解決手段】各種のエンジン、ボイラなどにおける排ガスの浄化装置であって、燃焼ガス中の窒素酸化物から水や燃料に溶解した液溶化物質を生成する生成手段（２０，１２０）と、同生成手段（２０，１２０）により生成された液溶化物質を帰還路（３０）を介してエンジンの燃焼室（１０）に帰還させて、燃焼室（１０）で無害物質に変化させる。この帰還路（３０）は燃料供給路や燃焼室（１０）にちょくせつまたは間接的に接続される。前記生成手段（２０，１２０）としては、通常の触媒を使った各種の酸化装置ないし各種のプラズマ放電装置と湿式スクラバー装置の組み合わせ、あるいは液膜式プラズマ放電装置などが使われる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種のエンジンやボイラなどの排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘを格別の還元剤や触媒を用いることなく燃焼系の内部で還元或いは無害化させる排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染の原因となることから、エンジンやボイラなどの燃焼室から排出される排気ガス中に含有する窒素酸化物ＮＯｘを大気中に放出することが厳しく制限されるようになってきている。そのため、この排気ガス中に含有する窒素酸化物ＮＯｘを大気中に放出する前に無害化する様々な技術が提案されている。
【０００３】
この無害化する排ガスの浄化方法としては、特開平１１−１１４３５１号公報にも記載されているように、燃焼方式、触媒方式、吸着方式の３つの方式が主流である。ここで、燃焼方式とは、排ガスを高温下におき、そこに含まれる有害成分を熱分解させ或いは燃焼させたりして、無害化するものである。また、触媒方式とは、触媒を用いて反応速度を促進させながら、還元剤などを用いて排ガス中に含まれる特定の有害な化学成分を無害な化学成分へと化学変化させるものである。また吸着方式とは、排ガス中の有害成分を吸着材に吸着させて除去する方式である。しかるに、燃焼方式により排ガスを十分に無害化するには、多大な燃焼用のエネルギーが必要であり、経済的ではない。そこで、上記触媒方式及び吸着方式による排ガスの浄化技術がいくつか提案されている。
【０００４】
格別に触媒を使わずに還元剤を用いて排ガス中の脱硝方法の一例として、例えば特開平７−１７４０１５号公報によれば、ディーゼルエンジンの燃焼室に、還元剤専用の噴射ノズルを設けて、燃焼室内での高温、高圧の燃焼ガスに直接還元剤を噴射し、高温、高圧の燃焼ガス中の窒素酸化物と還元剤との化学反応を生じさせて窒素酸化物を還元し除去する。この場合、燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる時期に、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物を還元するのに必要な量の還元剤を噴射ノズルより燃焼室内へ直接噴射させ、或いはディーゼル燃料油に還元剤を混ぜ合わせて燃焼室内へ噴射ノズルより噴射し、燃焼室内での高温、高圧の燃焼ガス中の窒素酸化物と還元剤とを化学反応させて窒素酸化物を還元し除去する。
【０００５】
また、例えばゼオライトを含有する触媒を使って、排気ガス中のＮＯｘを吸着し、除去する方法がある。特開２００２−１４７２２７号公報によれば、この方法では浄化すべきガスの水分濃度が高い場合には、ＮＯｘの平衡吸着量が低下する。これを防止するために、従来はゼオライトにＮＯｘを吸着させる以前に、シリカゲル等の吸湿剤でＮＯｘを含んだガスを吸着し乾燥させ、その後ゼオライトに導くようにしている。しかるに、この技術を内燃機関の排気浄化装置に適用して、触媒が温度上昇して活性化するまで待ち、ゼオライトを含有する触媒によりＮＯｘをトラップさせようとした場合、排気中の水分濃度が高いため、シリカゲル等の吸湿剤が再生後の状態にあったとしても、短時間で水分吸着能が飽和する。これを防止するため、シリカゲル等の吸湿剤の容量を拡大すると容量拡大のために車両搭載性が悪化し、さらに排気圧力損失の増大により燃費悪化を引き起こす等が考えられ、内燃機関の排気浄化装置にシリカゲル等の吸湿剤を用いることは非常に難しいとされている。
【０００６】
そこで、上記特開２００２−１４７２２７号公報に開示された内燃機関の排気装置では、ゼオライト触媒からＮＯｘを脱離させる際（触媒温度が所定値以上の場合）、エアポンプによりゼオライト触媒の上流に２次空気を導入して、ゼオライト触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を増加させている。一方で、エンジンの空燃比をリッチにすることで、ゼオライト触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比以上のリッチに保ち、ゼオライト触媒上で脱離したＮＯｘを還元処理する。こうして、ＮＯｘの脱離処理時間を短縮している。
【０００７】
ところで、前述の吸着方式を併用する場合には、いずれにしても吸着材を再利用するために、吸着したガス成分を吸着材から分離する工程や、吸着材から分離された排ガスを無害化する工程、吸着材を再度吸着可能とする再生処理工程等が別途必要となり、煩雑であるばかりでなく、そのための装置や再利用工程で使用されるエネルギーが必要であるため、運用コストの高騰を招くという問題があった。特に、再利用工程おいては、高温ガスや低圧蒸気等を用いるため、装置の密封化が必要となり、装置自体のコストも高くなる。
【０００８】
こうした吸着材の使用による諸々の課題を解消すべく、例えば特開平１１−１１４３５１号公報のように、排ガスの有害物質を吸着した吸着材に非熱プラズマを印加することにより、吸着材に吸着された有害物質を脱着するとともに、吸着材が再生され、また、発生した非熱プラズマによって、吸着材から脱着された有害物質の分解も同時に行われる非熱プラズマによる排ガスの脱着・再生方法が提案されている。この非熱プラズマによる排気ガスの脱着・再生方法により、排ガスの脱着、吸着材の再生及び有害物質の分解を効率良く、低コストで実施することが可能となるというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来のこの種の排気ガス処理方法によれば、いずれも処理後のガスは大気中に放出され、或いは再度の処理に回される。例えば、排ガスを改めて燃焼させる燃焼方式では、上記特開平１１−１１４３５１号公報にも記載されているように、排ガスを十分に無害化するためには、多大な燃焼用のエネルギーが必要となり、経済的ではないという問題があった。特に、排ガス中に含まれる有害成分の濃度は、比較的に低濃度であることが多いため、この低濃度の有害成分の分解に必要なエネルギーをより多く消費する傾向があった。
【００１０】
また、上記触媒方式によれば、触媒が被毒される可能性があり、十分な信頼性を確保することが困難であるというものである。ここで、被毒とは触媒の反応において、触媒作用を著しく減少させ、又は、全く失わせる物質である触媒毒による作用をいい、原理的に常時、排ガス流に曝していなければならない触媒方式においては、排ガス流に含まれた触媒毒に触媒が接触し被毒する危険性を回避できない。触媒毒と反応する化学成分は固有の成分であるため、処理成分に応じた触媒を用いて、触媒反応に最適な温度環境とすることができれば、前記問題は回避される。しかし、例えば、効果的な触媒反応に最適な温度は、３００℃以上であり、常温において効果的な触媒反応を示す場合は少ない。
【００１１】
上記特開平１１−１１４３５１号公報の記載によれば、実際条件として、多様な環境条件下で、多種多様の成分を含む排ガスを処理する方法としては、前記触媒反応は、柔軟性や反応性に欠け、適していないという問題があるとしている。上記特開２００２−１４７２２７号公報は、この点を補完することを目的としてなされている。
【００１２】
本発明は、従来必要としていた触媒や還元剤を殊更に用いることなく、燃焼室のエネルギーを利用して窒素酸化物ＮＯｘを還元又は無害物質に化学的に変化させる排気ガスの効果的な浄化装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記課題を解決するために、本件請求項１に係る発明は、各種のエンジン、ボイラなどにおける排ガスの浄化装置であって、燃焼ガス中の窒素酸化物から液溶化物質を生成する液溶化物質の生成手段と、同生成手段により生成された液溶化物質を燃焼室に帰還させる液溶化物質の帰還路とを備えてなることを特徴とする排ガス浄化装置にある。
【００１４】
本発明の特徴とする点は、第１に燃焼ガス中の窒素酸化物を水や燃料に溶解しやすい物質に変えた上で、その水や燃料に溶解しやすい物質を水や燃料などの液体に溶解させる液溶化物質の生成手段を備えている点にあり、第２には液溶化物質の生成手段により生成された液溶化物質をエンジンの燃焼室に帰還させるための帰還路を備えている点にある。液溶化物質の生成手段により生成された液溶化物質は、エンジンやボイラなどの燃焼室に帰還路を通して直接導入される。燃焼室は高温化しているため、液溶化物質としてそこに導入される窒素化合物は一部が燃料や空気と化学的に反応して還元され、或いは燃焼し無害化される。無害化されなかった残りは窒素酸化物として再び燃焼室から排出され、燃焼室→液溶化物質生成手段→燃焼室と循環する間に、やはり無害化される。
【００１５】
このように、燃焼室→液溶化物質生成手段→燃焼室と循環するとなると、この循環路に窒素酸化物、窒素化合物が蓄積されるとの懸念が生じる。しかるに、次の理由から、その懸念は無用である。燃焼による排気ガス中に含有される窒素化合物ＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ_２，Ｎ_２０_３等）は水に溶解すると亜硝酸や硝酸などの水溶液、すなわち液溶化物質となる。いま、こうした亜硝酸や硝酸の水溶液を燃焼室に噴射するなどして導入すると、燃焼室内の一部、特に燃料噴霧近傍は燃料リッチで酸素不足の還元雰囲気にあるため、この噴霧されるＮＯｘの一部は燃料により還元され、一部はＮＯｘのまま残る。一方、燃焼室では、燃料の燃焼にともなって、吸入された空気中の窒素から通常の量のＮＯｘが新たに生成される。還元されずに残ったＮＯｘは、新たに生成したＮＯｘとともに燃焼室から排気管へ排出される。
【００１６】
図８はＮＯｘの生成量と還元量の関係を示している。燃焼室から排出されるＮＯｘは、液溶化物質生成手段に入り、液体に溶解される。燃焼室から排出されるＮＯｘの量をｃ（単位はたとえば単位時間あたりのモル数）とし、このうち一定割合β（０≦β≦１）が液溶化物質生成手段において液体に溶解されて硝酸・亜硝酸の形で帰還路を通って燃焼室に還流され、残りの（１−β）ｃが外部に排出されるとする。燃焼室に還流された硝酸・亜硝酸量βｃのうち、一定割合α（０≦α≦１）が燃焼室内で窒素に還元され、残りの（１−α）βｃが再びＮＯｘとなって排気中に排出されるとする。また燃焼室内では、空気中の窒素に由来して、通常通りＮＯｘが新たに生成される。この生成量をｃ_０（単位はｃと同じ）とする。還元残りのＮＯｘ量（１−α）βｃと新たに生成されたＮＯｘ量ｃ_０の和が、燃焼室から排気管を経て液溶化物質生成手段側に排出されるＮＯｘ量ｃとなる。すなわち、ｃ＝ｃ_０＋（１−α）βｃという関係が成り立つ。これよりｃ＝ｃ_０／｛１−（１−α）β｝となる。この式から、α＝０で且つβ＝１でない限りは、Ｃは有限の値となる。つまり、燃焼室１０内において僅かでも還元反応が起これば（すなわちα＞０であれば）、ＮＯｘ濃度（液溶化物質生成手段２０に送られるＮＯｘの量）は無限に上昇せずに一定値に落ち着くことになる。
【００１７】
請求項２に係る発明は、前記液溶化物質生成手段が窒素酸化物の酸化装置を備えていることを特徴としている。排ガス中のＮＯｘのうちＮＯは、酸化装置に導入されてＮＯ_２となり、例えばこれを水に溶解させて、ＨＮＯ_３（硝酸）との水溶液とし、その水溶液を例えば燃料供給路に接続する帰還路を介して導入する。この導入に際して、酸化装置により生成されたＮＯ_２を含むＮＯｘを水に溶解させて水溶液の状態で燃焼室に導入する場合と、この水溶液を燃料と混合して水エマルジョン燃料を作成し、これを燃焼室に導入する場合とがある。
【００１８】
燃焼室に導入されるＨＮＯ_３や他のＮＯｘは、その一部が還元されてＮ_２となり、或いは燃料の一部と結合して無害な窒素化合物が生成される。燃焼室に新たに導入された空気に由来して新たに生成されるＮＯｘと、反応しないで残るＮＯ及びＮＯ_２は、酸化装置２０に送られ、液溶化物質に変化して水溶液とされ再び燃焼室に運ばれて、これが繰り返される。この発明にあって、ＮＯｘ酸化装置としては、触媒式酸化装置或いはプラズマ放電装置によってもＮＯの酸化が可能であることから、これらの装置を使うことが望ましい。酸化装置で得られたＮＯ_２は、例えば水に溶解させて液溶化物質である硝酸水溶液とし、これを例えば燃料供給路に接続する帰還路を介して燃焼室に戻し、あるいは帰還路を経てから燃料と混合してエマルジョン燃料を作成したのち燃焼室に戻して、燃焼室で燃焼・還元させて無害化される。
【００１９】
請求項３に係る発明は、前記液溶化物質生成手段が液膜式プラズマ装置を備えていることを特徴としている。ここで、液溶化物質生成手段として液膜式プラズマ装置を採用すると、非熱プラズマの雰囲気中に導入されたＮＯｘが、プラズマ放電により生成されたラジカルなどによりＮＯ_２となったり、燃料膜を形成する場合には燃料中の有機化合物と結合してニトロ化した化合物が生成されるなどして、液膜を構成している水又は液体燃料に溶解する。この液体すなわち液溶化物質を帰還路を介して燃焼室に導入すれば、燃焼室内において還元処理され無害化される。
【００２０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を図示実施例に基づいて具体的に説明する。
図１はディーゼルエンジンにおける排気ガスの浄化装置の第１実施例を示しており、液溶化物質生成手段として水膜式プラズマ放電装置２０を採用している。前記水膜式プラズマ放電装置２０は、例えば「ＥＣＯ　ＩＮＤＵＳＲＹ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．９、２０００」の第７５〜８１頁に記載されているとおり、従来の水膜式プラズマ集塵装置を利用することができ、電子エネルギーを周囲の分子エネルギーより極端に高い非平衡プラズマを利用して従来の化学反応場では実現できない反応を促進させ、或いは反応の高速化が期待できることから、ガス状汚染物質の除去が効果的に実現される。
【００２１】
図２は、前記水膜式プラズマ放電装置２０の構成例の概要が示されている。
この水膜式プラズマ放電装置２０は、同軸円筒型反応容器と呼ばれるリアクタ本体２１の内部中央にワイヤー状のコロナ電極２２が配設されており、耐熱ガラスからなるリアクタ本体２１の周りには銅からなるメッシュスクリーン状の外部電極２３が設けられている。リアクタ本体２１の上部開口はシリコーンゴムなどのシリコン製の素材を用いた蓋材２４により閉塞され、下部開口は同様の素材からなる密閉容器２５に接続されている。
【００２２】
また、このリアクタ本体２１の上端部には外部の水タンク２６から供給される水をリアクタ本体２１に導入する水導入口２１ａが形成され、前記リアクタ本体２１の下端部及び密閉容器２５の側壁部には、リアクタ本体２１を流下するリアクタ本体２１内で生成されたＮＯ_２やＨＮＯ_２を溶解した水を外部に導出する水導出口２１ｂが形成されている。一方、密閉容器２５の側壁部には燃焼室１０から排出されるガスをリアクタ本体２１に導入するガス導入口２５ａが形成されており、リアクタ本体２１の上端に配された蓋材２４には、リアクタ本体２１の内部を通過するガスを機外に排出するガス排出口２４ａが形成されている。
【００２３】
プラズマ電極を構成するリアクタ本体２１内に設置されたコロナ電極２２と、リアクタ本体２１の外周に設けられた外部電極２３とは、それぞれ図示せぬパルス電圧源に電気的に接続されている。本実施例では、前記コロナ電極２２には、直径約０．５ｍｍのステンレス・スチールワイヤーが用いられている。また、銅製のメッシュスクリーン状の外部電極２３は、リアクタ本体２１の外周を被覆している。
【００２４】
この水膜式プラズマ放電装置２０によれば、コロナ電極２２に立ち上がり時間５０ｎｓ程度、繰り返し周波数２００Ｈｚ程度のパルス高電圧を印加してパルスストリーマー放電によりプラズマを生成する。このプラズマは、電子が高電界により加速されガス分子を電離することにより生成される。いま、ディーゼルエンジンの燃焼室１０から排出されるガス中にはＮＯｘが混入している。この排気ガスを前記水膜式プラズマ放電装置２０のガス導入口から装置内部に導入する。排気ガスがプラズマ中に入ると、先ず電離により電子が生成される。この電子によりＯＨ、Ｏ、Ｎなどのラジカルが生成される。ＯやＯＨラジカルはＮＯの酸化反応を生起し、ＮＯ_２、ＨＮＯ_３などの液溶性の物質となる。一方、Ｎラジカルにより還元反応も同時に進行する。すなわち、反応性の低いＮＯがＮラジカルと結合して還元されＮ_２とＯ_２になる。
【００２５】
こうして生成されるＮＯ_２、ＨＮＯ_３などの液溶性の物質は、外部の水タンク２６から供給されてリアクタ本体２１の内部を流下する水に溶解して液溶化物質となった状態で、帰還路３０を介して運ばれ、エマルジョン製造装置４１で燃料タンク４０から送られる燃料に混合されてエマルジョン燃料となり、燃焼室１０内に導入される。
【００２６】
燃焼室１０に導入されたエマルジョン燃料は、吸入され圧縮された空気と混合して爆発燃焼する。このとき、完全に分解・還元しきれないで残されたエマルジョン燃料中の窒素酸化物ＮＯｘと、導入された空気に由来して新たに生成されるＮＯｘとが、排気ガスとなって上記水膜式プラズマ放電装置２０に送り込まれ、同様の反応を経て硝酸水溶液となって燃料に混合されたのち、燃焼室１０へと導入され、これが繰り返される。
【００２７】
本発明では、この操作が繰り返されるとき、燃焼室から排出される全ＮＯｘの排出量ｃは、燃焼室内においてわずかでも還元反応が起これば、無限に増大しつづけることなく一定の値に落ち着く。ここでｃ＝ｃ_０／｛１−（１−α）β｝であり、ｃ_０は空気中の窒素に由来して新たに生成されるＮＯｘ量、αは燃焼室に還流された硝酸・亜硝酸のうち窒素に還元される分の割合（０≦α≦１）、βは燃焼室から排出されたＮＯｘのうち液溶化物質生成手段において液体に溶解されて硝酸・亜硝酸の形で帰還路を通って燃焼室に還流される割合（０≦β≦１）で、ｃ_０、α、βはいずれも一定とする。そのため、上述のように排気ガスを閉ループで循環処理を行っても、系内で循環するＮＯｘ量が無限に増加することなく、有限の範囲内に収まる。
【００２８】
図３は、本発明の排気ガス浄化装置の第２実施例を示しており、液溶化物質生成手段として液膜式プラズマ放電装置が使われている。ただし、この液膜式プラズマ放電装置の構造は上記水膜式プラズマ放電装置２０と実質的に変わるところがないため、同一の符号を付している。この実施例では、液膜式プラズマ放電装置２０に導入される液体は水タンク２６から送られる水と燃料タンク４０から送られる燃料を、一旦エマルジョン燃料製造装置４１によって混合してエマルジョン燃料を製造し、このエマルジョン燃料をそのまま液膜式プラズマ放電装置２０に導入し、リアクタ本体２１の内壁に沿って流下させる。
【００２９】
一方、液膜式プラズマ放電装置２０には、上記第１実施例と同様に燃焼室１０からＮＯｘを含む排気ガスが導入される。この吸着されたＮＯｘは、リアクタ本体２１の内部でプラズマにより生成されるラジカルによって酸化され、反応性の高いＮＯ_２になるとともに、燃料の一部と反応してニトロメタンやニトロエタン、或いはニトロパラフィン類などのニトロ化された有機物質を生成する。この有機物質は燃料に溶解しやすい。液膜式プラズマ放電装置２０で生成されるＮＯ_２は水に溶解して硝酸となり、有機物質は燃料に溶解して、帰還路３０を通って燃焼室１０に送られ、燃焼室１０内でほぼ完全に燃焼する。この循環系における各種反応も上記第１実施例と同様である。
【００３０】
図４は、本発明の第３実施例を示している。この実施例では、水を全く使わず、燃料の一部をそのまま液溶化物質生成手段に導入させている。本実施例によれば、前記液溶化物質生成手段として油膜式プラズマ放電装置を採用している。この油膜式プラズマ放電装置の構造及び機能は、上記第１実施例の水膜式プラズマ放電装置と実質的に変わるところがない。従って、図４においても本発明のＮＯｘ抽出装置としての油膜式プラズマ放電装置に上記水膜式プラズマ放電装置と同じ符号２０を付している。
【００３１】
この実施例にあっては、ディーゼルエンジンの燃焼室１０から排出されるＮＯｘを含む排気ガスを油膜式プラズマ放電装置２０に送り込み、ここでプラズマ雰囲気中で酸化や還元反応などの化学反応により生成されるＮＯ_２やニトロ化合物を抽出して、帰還路３０を介して燃焼室１０に戻している。なお、油膜式プラズマ放電装置２０には燃焼室１０で必要とされる燃料のうちの一部のみを流し、油膜式プラズマ放電装置２０から出てきた燃料に、燃料タンク４０から送られる燃料を加えたものを燃焼室１０に送り込むようにすることもできる。油膜式プラズマ放電装置２０には、燃料タンク４０から燃料自体が直接導入される。この燃料は油膜式プラズマ放電装置２０のリアクタ本体２１の内壁面を伝わって流下する。
【００３２】
この燃料の流下時に、リアクタ本体２１の内部には、既述したとおり、パルスストリーマー放電によりプラズマが生成されており、燃料中に含有する各種成分がこのプラズマにより生成されたラジカルなどと反応して、ＮＯを還元し又は酸化してＮ_２とＮＯ_２を生成し、或いはこの生成されたＮ_２やＮＯ_２と各種の有機化合物とが反応してニトロ化合物を生成する。そして、こうして生成されたニトロ化合物は有機溶媒に溶解しやすいため、燃料中に溶解して帰還路３０を燃料と共に運ばれ、燃焼室１０に送り込まれる。燃焼室１０に入った前記化合物を含有する燃料は、通常の燃焼工程において燃焼する。このとき、前記ニトロ化合物も同時に分解され、無害化される。
【００３３】
図５は、本発明の排気ガス浄化装置の第４実施例を示している。この実施例にあっても、上記第１実施例と同様に、液溶化物質生成手段として水膜式又は油膜式プラズマ放電装置２０が使われている。ただし、この実施例では、液溶化物質生成手段で生成された液溶化物質は、燃料ないしエマルジョン燃料とともに燃焼室に送り込まれるのではない。
【００３４】
すなわち、この第４実施例では水膜式又は油膜式プラズマ放電装置２０を通して得られる液溶化物質を、途中で水や燃料と混合することなく、燃焼室１０の室内に向けて付設した噴射ノズル５０に帰還路３０を介して直接燃焼室１０に噴射導入するようにしている。かかる構成を採用することにより、窒素化合物が燃焼室内で最も還元・分解しやすい条件（噴射タイミング、噴射圧、噴射時間など）で液溶化物質を燃焼室内に導入できるようになる。
【００３５】
図６は、本発明の第５実施例を示している。この実施例では、液溶化物質生成手段として、充填層式プラズマ放電装置１２０を採用している。本実施例による充填層式プラズマ放電装置１２０の概略構成と機能の一例を図７に示す。この充填層式プラズマ放電装置は、たとえば、『Ｔｈｅ　Ｐａｐｅｒｓ　ｏｆ　Ｊｏｉｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｏｎ　Ｐｌａｓｍａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｐｕｌｓｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ＩＥＥ　Ｊａｐａｎ，　ｐｐ．１６３−１６６，　２００２　』に記載されている。充填層式プラズマ放電装置１２０は上部と下部の２つに分かれ、上部には同軸円筒型反応容器と呼ばれるリアクタ本体１２１が配されると共に、同リアクタ本体１２１の下部に連続して円筒形容器１２２が配されている。
【００３６】
前記リアクタ本体１２１は耐熱ガラスから構成され、その外周面にはＰｔ製のメッシュ状の外部電極１２１ａによって被包されている。リアクタ本体１２１の上端開口はシリコーンゴムなどからなるブッシュ１２３により閉塞され、その中心部を貫通してタングステンニードルからなる内部電極１２４がリアクタ本体１２１の内部に延設されている。また、前記ブッシュ１２３の一部には排気ガスの導入口１２３ａが形成されている。前記円筒形容器１２２の相対する一対の側壁には、直流電極１２５，１２６が対向して配されている。また、円筒形容器１２２の底部にはガスの排出口１２２ａが形成されている。更に、前記リアクタ本体１２１及び円筒形容器１２２の内部には、径が２〜３ｍｍの球状のγアルミナ２７が充填されている。
【００３７】
かかる構成を備えた充填層式プラズマ放電装置１２０の外部電極１２１ａと内部電極との間に交流高電圧を印加すると、γアルミナ２７の接触点で放電し、プラズマが発生する。このプラズマ領域にＮＯｘガスが導入されると、リアクタ本体１２１の内部ではＮＯｘ中のＮＯの一部が還元されてＮ_２となり、ガス排出口１２２ａから外部へと排出され、酸化されたＮＯ_２はγアルミナ２７に吸着され、更に酸化してＮＯ_３ ⁻にイオン化される。このイオン化したＮＯ_３ ⁻は円筒形容器１２２の対向する直流電極１２５，１２６の＋側へと移動して、帰還路３０を介して燃焼室１０へと送られる。
【００３８】
本実施例にあっては、エンジンの燃焼室１０から排出されるＮＯｘを含むガスは、図６に示すように、上記充填層式プラズマ放電装置１２０に導入され、同充填層式プラズマ放電装置１２０でプラズマにより生成されたＮ_２とＮＯ_２、ＮＯ_３等の一部が外部に排出されるとともに、残るＮＯ_２、ＮＯ_３は帰還路３０を通る途中で水タンク２６から送られる水に溶解させたのち、燃料タンク４０から送られる燃料とエマルジョン製造装置４１にて混合され、燃焼室１０に入る。燃焼室１０に供給されたエマルジョン燃料は燃焼行程を経て燃焼される。このときに、溶解されていた窒素化合物も同時に還元される。一部の還元されずに残ったＮＯｘならびにこの燃焼により新たに生じたＮＯｘを含むガスは、上記充填層式プラズマ放電装置１２０に送られ、同様に反応してＮ_２、ＮＯ_２、ＮＯ_３などを生成し、一部の処理済ガスを排気しながら密閉されたガス浄化のため循環路を循環する。
【００３９】
以上のとおり、本発明によれば燃焼装置から排出されたガス中の有害成分を排気流路上で集めて、これを水や燃料に溶解させて燃焼室に帰還させ、燃焼室内で還元又は燃焼させて無害化する。これを繰り返す内部循環型のクローズドシステムを採用しているため、外部への排気ガスからは有害ガスの殆どが効率的に排除され、窒素酸化物の排出量を確実に低減できる。
【００４０】
また、同時に燃料そのものを還元剤として使えるため、還元剤を別途添加することが不要となる。また燃焼室を反応器利用するため、格別に高価な貴金属類からなる触媒を備えることも不要となる。また、本発明装置による無害化工程によれば、燃焼室内では必ずしも全部のＮＯｘが無害化されなくともよい。既述したとおり、燃焼室に帰還されたＮＯｘ類のうち、ある割合が無害化できれば十分である。
【００４１】
液溶化物質手段としては、上にあげた例のほか、一般の排ガス処理で用いられる湿式のスクラバーを用いても、同様の効果が得られる。スクラバーの例としては、たとえば「大気汚染防止機器（１９９５年、産業調査会）」のＰ．１０８〜に示されている。本発明によれば、湿式処理で問題となる処理水（硝酸溶液）の処理を行う必要もない。
なお、本発明にあっても燃料噴射ポンプやノズルを閉塞させたり、エンジン各部に磨耗や損傷を与える恐れのある大きな粒子は、フィルタなどで除去することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すディーゼルエンジンにおける排気ガスの浄化装置のシステム図である。
【図２】前記浄化装置に適用される水膜式プラズマ放電装置の構成例を概略で示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すディーゼルエンジンにおける排気ガスの浄化装置のシステム図である。
【図４】本発明の第３実施例を示すディーゼルエンジンにおける排気ガスの浄化装置のシステム図である。
【図５】本発明の第４実施例を示すディーゼルエンジンにおける排気ガスの浄化装置のシステム図である。
【図６】本発明の第５実施例を示すディーゼルエンジンにおける排気ガスの浄化装置のシステム図である。
【図７】前記第５実施例に適用される充填層式プラズマ放電装置の概略構成と機能の一例を示す説明図である。
【図８】本発明装置によるガス浄化システムの循環原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　　　　　燃焼室
２０　　　　　水（油、液）膜式プラズマ放電装置（液溶化物質生成手段）
２１　　　　　リアクタ本体
２１ａ　　　　水導入口
２１ｂ　　　　水導出口
２２　　　　　コロナ電極
２３　　　　　外部電極
２４　　　　　蓋材
２４ａ　　　　ガス排出口
２５　　　　　密閉容器
２５ａ　　　　ガス導入口
２６　　　　　水タンク
２７　　　　　球体状γアルミナ
３０　　　　　帰還路
４０　　　　　燃料タンク
４１　　　　　エマルジョン製造装置
５０　　　　　噴射ノズル
１２０　　　　　充填層式プラズマ放電装置（液溶化物質生成手段）
１２１　　　　　リアクタ本体
１２１ａ　　　　外部電極
１２２　　　　　円筒形容器
１２３　　　　　ブッシュ
１２３ａ　　　　排気ガスの導入口
１２４　　　　　内部電極
１２５，１２６　直流電極

Claims

各種のエンジン、ボイラなどにおける排ガスの浄化装置であって、
燃焼ガス中の窒素酸化物から液溶化物質を生成する液溶化物質の生成手段と、
同生成手段により生成された液溶化物質を燃焼室に帰還させる液溶化物質の帰還路と、
を備えてなることを特徴とする排ガス浄化装置。
前記液溶化物質の生成手段が窒素酸化物の酸化装置を備えてなる請求項１記載の排ガス浄化装置。
前記液溶化物質の生成手段が液膜式プラズマ放電装置を備えてなる請求項１記載の排ガス浄化装置。