JP2006077603A

JP2006077603A - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JP2006077603A
Application number: JP2004260048A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Suzuki; 荘大鈴木
Original assignee: SG KK
Current assignee: SG KK
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】自動車などにより発生される排ガス中に含まれる窒素酸化物、炭素酸化物、粒子状物質など大気汚染物質、或いは広範囲の悪臭公害の原因となる汚染物質を低減するべく排ガスを処理するための装置を提供する。
【解決手段】自動車エンジンの排ガスを比較的高温を維持した状態において、酸性液接触装置２２に収容された相対的に低温（例えば常温）の酸性液に接触させ、次いでアルカリ液接触装置２６に収容した同様な低温のアルカリ液に接触させる。排気ガスの酸化及び還元により排気ガス中の二酸化炭素（H２Ｏ）および窒素酸化物（NO_X）を液中に溶解せしめる。酸性液及びアルカリ液としては液の電気分解により得られるものを使用することにより低コストで効率的な排気ガス処理を行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車、船舶、建設機械、発電装置などに使用される各種エンジンの排ガスやボイラや焼却炉等の各種燃焼設備により発生される排ガス中に含まれる窒素酸化物、炭素酸化物、粒子状物質など大気汚染物質、或いは広範囲の悪臭公害の原因となる汚染物質を低減するべく排ガスを処理するための装置に関する。

自動車用ディーゼルエンジンの排ガス中の窒素酸化物、炭素酸化物、粒子状物質など大気汚染物質や悪臭公害の原因となる汚染物質を低減するため、排ガスを液中に導くものが知られている（特許文献１）。排ガスの浄化容器は排ガスの導入管と排ガスの排出管とを備え、ディーゼル機関の排ガスを導入管を介して浄化容器に導き、浄化容器内において液中を通過させ、汚染物質を浄化後の排ガスを排出管より排出している。
特開２００３−２０９２８

特許文献１の技術ではディーゼル機関からの排気ガスを液中を通すという低コストな手段で、窒素酸化物、炭素酸化物、粒子状物質の排出量を多少削減しうる効果がある。しかしながら、単に液を通すだけであるため、汚染物質の排出量の低減効果は直ぐに飽和に至り、汚染物質の排出量をより低減しうる新規な技術が希求されていた。この発明はかかる要求を満足し、排ガスを液中を通過させるという簡単な手段を採用しつつ汚染物質排出量の一層の低減を実現しうる新規な排ガス処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、燃焼による排ガス中の大気汚染物質を低温の酸性液に接触させると共にアルカリ液に接触させて液中に溶解することにより、排ガスを処理するようにした排ガス処理装置が提供される。

請求項１の発明の作用・効果を説明すると、高温の排ガスは酸性液及びアルカリ液との接触により排ガス中の窒素酸化物、炭素酸化物、粒子状物質などの汚染物質は、酸化液による高温下での酸化作用を受けてNOはNO₂になり、CO₂と共にアルカリ液に溶解し、その排出量をほぼ低減せしめまた悪臭公害を解消若しくは大幅に緩和せしめることが可能である。高温排ガスを液と接触せしめることによる気化の懸念については、途中の排気管にフィン等を設置することに併せ溶液の強制冷却を行わせることにより気化を殆ど問題ない程度に抑制しつつ高温ガスを酸化冷却と接触板の冷却液中を通過・浸透させているため、安定した状態での排ガス浄化を行わせることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、酸性液及びアルカリ液として電気分解によって生成される電位の伴った酸性液及びアルカリ液をそれぞれ用いた効果的な排ガス処理装置が提供される。

請求項２の発明の作用・効果を説明すると、酸性液及びアルカリ液は食塩液などの電気分解によって安価かつ大量に得ることができ、排ガス処理コストの大幅低減を実現することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１若しくは２に記載の発明において、排ガスと酸性液若しくはアルカリ液との接触のため回転型の気液接触装置を備え、排ガスは回転下で酸性液若しくはアルカリ液に湿潤及び冷却せしめられる排ガス処理装置が提供される。

請求項３の発明の作用・効果を説明すると、回転型の気液接触装置により酸性液若しくはアルカリ液に対する排ガスの接触時間を長くとることができ、効率的な排ガス浄化を実現することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１若しくは２に記載の発明において、排ガスと酸性液若しくはアルカリ液との接触のため噴霧型の気液接触装置を備え、排ガスは噴霧状態の酸性液若しくはアルカリ液に湿潤及び冷却せしめられる排ガス処理装置が提供される。

請求項４の発明の作用・効果を説明すると、噴霧型の気液接触装置により酸性液若しくはアルカリ液を噴霧させた状態で排気ガスと接触させているため、接触面積を大きくとることができ、効率的な排ガス浄化を実現することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、排気ガスと接触させる酸性液若しくはアルカリ液の強制冷却装置を備えた排ガス処理装置が提供される。

請求項５の発明の作用・効果を説明すると、酸性液若しくはアルカリ液の強制冷却を行うことにより酸性液若しくはアルカリ液の蒸発を実質的に完全に抑えつつ高温の排ガスと酸性液若しくはアルカリ液の接触を行わしめることができ、最大限の排ガス浄化性能を得ることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、排気ガスと接触後に使用後の酸性液及びアルカリ液を混合する混合装置を備えた排ガス処理装置が提供される。

請求項６の発明の作用・効果を説明すると、用済みの酸性液及びアルカリ液を混合することにより両者は中和され、排液処理が容易となる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記排ガスは内燃機関から排出される排気ガスである排ガス処理装置が提供される。

請求項７の発明の作用・効果を説明すると、この発明を内燃機関の排ガス処理に使用することにより窒素酸化物及び炭素酸化物に加え、粒子状物質の処理も可能となり、特にディーゼル機関において効率的かつ理想的な排ガス処理を実現することができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記排ガスはボイラや焼却機などの燃焼器における燃焼により生じた排ガスである排ガス処理装置が提供される。

請求項８の発明の作用・効果を説明すると、この発明を燃焼器の排ガス処理に使用することにより窒素酸化物及び炭素酸化物に加え、粒子状物質の処理も可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明において、酸性液若しくはアルカリ液の接触により同液中に取り込まれた粒子状物質を分離する遠心式やろ過式の分離装置を備えた排ガス処理装置が提供される。

請求項９の発明の作用・効果を説明すると、分離装置を設けることにより液中の粒子状物質の分離を好適に行うことができる。

図１はトラックに搭載したこの発明の排ガス処理装置の全体を示しており、排ガス処理装置は、液容器１０と、電解液製造装置１２と、酸性液タンク１４と、アルカリ液タンク１６と、酸性液液面調整装置１８と、アルカリ液液面調整装置２０と、酸性液接触装置２２と、酸性液冷却器２４と、アルカリ液接触装置２６と、アルカリ液冷却器２８と、排液タンク３０とから構成される。液容器１０は普通の液道液であってもよいし幾分の食塩を溶解された食塩液であってもよい。液容器１０からの液または食塩液は電解液製造装置１２に送られ、電解液製造装置１２としては各種のものが公知であり、電解液電気分解することにより陽極には酸素イオンが豊富な酸性液が集まり、陰極には液素イオンが豊富なアルカリ液が集まり、酸性液およびアルカリ液は適当な分離装置によって酸性液タンク１４及びアルカリ液タンク１６に導かれる。

図２は図１の排ガス処理装置の拡大して示しており、以下この構成を詳細に説明すると、まず、酸性液接触装置２２は酸性液タンク１４からの酸性液を適温に冷却する。図３に拡大して示すように、酸性液接触装置２２は回転型気液接触装置として構成され、両端の閉じた筒状容器３２を備え、筒状容器３２の両端に回転軸３４が軸支される。回転軸３４上には気液接触ディスク３６が筒状容器３２における排ガスの導入側端面32-1から軸線に沿って間隔をおいて複数（図の例では５個）設けられている。気液接触ディスク３６は円周方向に等間隔に半径方向スリット３８を多数形成している。各半径方向スリット３８はディスク３６に鉤状の切り込みを入れ、それに隣接した部分を押し出すことにより得られ、端面32-1側より筒状容器３２に導入された排ガスはスリット３８を通過することができる。そして、鉤状切り込みに近接したディスク３６の部位を少し押し出すことにより形成したスリット３８の形状故に、スリット３８の通過の際に排ガスは円周方向に流れの変向を受け、かつディスク３６の回転故に、スリット３８を通過されるハウジングは強い旋回運動を得る。そのため、排気ガスは筒状容器３２において旋回しつつ軸方向に流動し、排気ガスは底面における酸性液４０に満遍なく接触せしめられる。排ガス取り出し側端面32-2に近接して回転軸３４上にフィルタ板４６が設けられ、フィルタ板４６上には多孔性フィルタ素子４８が円周方向に間隔をおいて適宜な手段により装着されている。回転軸３４はカップリング５０を介して減速モータ５２に連結され、気液接触ディスク３６は筒状容器３２内で回転せしめられる。

筒状容器３２の排気ガス導入側端面32-1には排ガス導入管５４が接続され、排ガス導入管５４は自動車の内燃機関の排気マニホルド（図示しない）に接続され、排ガスは筒状容器３２に導入される。筒状容器３２の排気ガス排出側端面32-2には排ガス取出パイプ５６が接続され、酸性液と接触後は排ガスは第２の回転型気液接触装置としてのアルカリ液接触装置２６に送られる。

再び、図３において、酸性液冷却器２４は酸性液接触装置２２の下方に位置され、酸性液冷却器２４は両端58-1, 58-2が閉じた筒状容器５８と、筒状容器５８の内部空洞における底面に近接して位置した熱交換パイプ６０とから構成される。筒状容器５８における冷却液導入側の端面58-1に酸性液導入管６２が接続され、酸性液接触装置２２の底面からの酸性液は筒状容器５８内に導入される。筒状容器５８における酸性液排出側の端面58-2に酸性液排出管６４が接続され、酸性液取出管６４は酸性液冷却器２４により冷却を受けた後の酸性液を酸性液接触装置２２の底面に導入する。酸性液取出管６４は端面58-2を介して筒状容器５８の内部まで延びており、この延出部分６４´はその外周に微小粒子の捕集用のフィルタ材を包囲せしめており、気液接触に先立って排ガス中の固形成分をろ過することができる。熱交換パイプ６０はその流入側端60-1がラジエータ６６の底面の冷媒排出口に接続され、熱交換パイプ６０の流入側端60-2はラジエータ６６の上面の冷媒吸入口に接続され、酸性液冷却器２４における冷却媒体の循環が行われる。また、筒状容器５８はその底面に排水管６８が接続される。

酸性液接触装置２２と酸性液冷却器２４との間で酸性液は循環され、その循環経路を図３の矢印a1, a2, a3, a4にて示す。即ち、酸性液接触装置２２においては排ガスは酸性液と接触せしめられ、酸性液接触装置２２内の酸性液は一部が矢印ａ１のように酸性液冷却器２４に導入され、熱交換パイプ６０とラジエータ６６との間を循環する冷媒により適温に冷却され、酸性液取出管６４より矢印a2, a3のように取り出され、酸性液接触装置２２に矢印ａ４のように循環される。このような酸性液の循環を強制的に行わしめるための強制循環手段は図３では省略しているが、図２に示すように酸性液の循環経路に循環ポンプ７０を設置することによりこの役割を達成せしめることができる。また、酸性液の補充のため、酸性液液面調整装置１８の出口管７２は酸性液の循環経路に接続され、酸性液接触装置２２の液面L22と酸性液液面調整装置１８の液面L18が一致するように、酸性液液面調整装置１８に具備されたボールタップ18-1の如き手段の動作により酸性液タンク１４からの酸性液の補充がいつも自動的に行われ、液面L22, L18はいつも一定値に維持される。また、酸性液の循環経路に粒子状物質の分離器７４（例えば遠心分離機）が配置される。

図２においてアルカリ液接触装置２６は構造的には酸性液接触装置２２と同様であり、その入口側は酸性液接触装置２２からの排ガス取出パイプ５６が接続され、アルカリ液と接触後の排ガスはテールパイプ７５により車外に排出される。アルカリ液の循環経路をb1, b2, b3, b4にて示し、アルカリ液の循環ポンプ７６がアルカリ液循環経路に設けられる。また、アルカリ液液面調整装置２０はアルカリ液循環路のアルカリ液量が不足すると、ボールタップ20-1が開放動作し、アルカリ液タンク１６からアルカリ液を補充し、アルカリ液液面調整装置２０の液面L20及びアルカリ液接触装置２６の液面L26の一定を維持する。アルカリ液冷却器２８は循環中のアルカリ液を冷却し、その温度を一定に維持する。アルカリ液は酸性液との接触後の低温の排ガスとの接触であるため、冷媒による強制冷却は行わず、アルカリ液自らの循環による冷却のみとなっている。

図２に示すように、酸性液冷却器２２からの酸性液排水管６８とアルカリ液冷却器２８からのドレイン配管８０はドレインバルブ８２に接続され、ドレインバルブ８２は通常は閉鎖しているが、ドレインバルブ８２を開けることにより酸性液接触装置２２からの酸性液及びアルカリ液接触装置２６からのアルカリ液は混合されドレンタンク８４に集められ、酸性液タンク１４及びアルカリ液タンク１６からの新規な酸性液及びアルカリ液を酸性液接触装置２２及びアルカリ液接触装置２６にそれぞれ補充することができる。

この発明の実施形態による排ガス処理のための動作を説明すると、内燃機関の排ガスは排ガス導入管５４より酸性液接触装置２２に導入され、筒状容器３２内に軸方向に間隔をおいて複数設けた気液接触ディスク３６に穿設したスリット３８を通過するが、減速モータ５２による気液接触ディスク３６の回転（図３の矢印ｃ）はスリット３８を通過させる排ガスを軸流させつつ旋回させ、このような軸流＋旋回流により排ガスは容器３２内の適温に保持された酸性液と満遍なく接触せしめられる。酸性液接触装置２２に導入される排ガスの温度は上流側に適当なフィンなどの冷却手段を設けることで、１００℃内外の適当な温度とされ、排ガスがこの程度の温度であれば、酸性液による排気ガスの酸化作用を効率的に得ることができると共に、排ガスとの接触による酸性液の蒸発を殆ど起こすことがなく、最適な処理を実現することができる。また、排ガス中に含まれる粒子状物質は酸性液との接触により酸性液中に分離されるが、このようにして酸性液中に分離された粒子状物質は分離器７４において除去することができる。また、フィルタ板４６に設置したフィルタ素子４８及び酸性液排出管６４の延長部６４´上のフィルタ材'も粒子状物質の分離・除去に役立たせることができる。

このようにして、酸性液接触装置２２を通過した排ガスは排ガス取出パイプ５６に取り出され、アルカリ液接触装置２６に導入され、排ガスは回転する気液接触ディスクによりアルカリ液と接触せしめられ、排ガス中の可溶性成分である二酸化炭素及び二酸化窒素がアルカリ液中に溶解される。即ち、酸性液接触装置２２を通過させることで排ガス中の一酸化炭素(CO)や一酸化窒素(NO)のような液に溶けにくい物質は、酸化によって、二酸化炭素(CO₂)や二酸化窒素(NO₂)のような液に溶けやすい物質に変換され、アルカリ液との接触により排ガス中の二酸化炭素(CO₂)や二酸化窒素(NO₂)を溶解せしめることができる。

通常の動作中はドレインバルブ８２は閉鎖され、酸性液およびアルカリ液はそれぞれの循環経路a1, a2, a3, a4; b1, b2, b3, b4を循環されるが、溶解量が飽和に達した場合にドレインバルブ８２は開放され、酸性液およびアルカリ液は酸性液はドレンタンク８４に混合され、中和され回収される。酸性液およびアルカリ液のドレンにより、酸性液接触装置２２及びアルカリ液接触装置２６での循環量が減少すると、酸性液液面調整装置１８及びアルカリ液液面調整装置２０の動作により新規な酸性液及びアルカリ液の補充が自動的に行われるようになっている。

この発明の変形例として回転型の酸性液液面調整装置１８及びアルカリ液液面調整装置２０の代わりに噴霧型の酸性液液面調整装置及びアルカリ液液面調整装置を使用し、内燃機関からの排気ガスに酸性液を噴霧することで酸化を行い、それに継続してアルカリ液を噴霧することで排ガス中の二酸化炭素(CO₂)や二酸化窒素(NO₂)などの可溶性有害成分の溶解除去を行うシステムも可能であり、これもこの発明の技術的範囲に包含される。

以上の実施形態では酸性液として水の電気分解により得られるものを使用しているが、酸化力の強化のための電解水に加えて塩素水や次亜塩素酸のような塩素系の酸性液を加えてもよいし、電解水の代わりに塩素系の酸性液を単独で使用するようにしても良い。

実施例１
排気量２５００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンからの排気ガスを図１から図３の排ガス処理装置に接続し、同装置を通過後の排ガスの成分分析を排ガス試験器（東亜ディー・ケー・ケー社製）を用いて検査し下表１における結果を得た。エンジンはアイドリング状態でその回転数は5000rpmであった。

比較例１として排気ガス処理装置を全然備えない場合（即ち、特許文献１に準じて排ガスを単なる液道液に通過させた場合）に同様な条件にて排ガスの成分分析を行った。

比較例２として図１から図３の排ガス処理装置における酸性液接触装置２２のみに排気ガスを通し、アルカリ液接触装置２６に通さなかった場合の成分を分析した。

結果は以下の表１に示される。

表１
CO (%) CO ₂ (%) NO _X (ppm)
実施例１ 0.01 0.8 37
比較例１ 0.06 1.8 84
比較例２ 0.05 1.7 82

表１に示すようにこの発明（実施例１）により一酸化炭素(CO) 及び二酸化炭素(CO₂) 及び窒素酸化物についてその排出量を生ガス（比較例１）に対して大幅に低減できる。上表では窒素酸化物は一酸化窒素(NO)及び二酸化窒素(NO₂)などを含めた計測値であり、半減又はそれ以上の効果がある。また、比較例をみると酸性液への接触だけでは効果が薄く、酸性液との接触後アルカリ液に接触させることで所期の排ガス浄化性能が得られ、酸性液による酸化及びアルカリ液による溶解という２段階での浄化が行われていると考えられる。

図１はこの発明の排ガス処理装置を備えた自動車の概略的斜視図である。図２は図１における排ガス処理装置の全体図である。図３は図２における酸性液接触装置の詳細図である。

符号の説明

１０…液容器
１２…電解液製造装置
１４…酸性液タンク
１６…アルカリ液タンク
１８…酸性液液面調整装置
２０…アルカリ液液面調整装置
２２…酸性液冷却器
２６…アルカリ液接触装置
２８…アルカリ液冷却器
３０…排液タンク
３２…筒状容器
３４…回転軸
３６…気液接触ディスク
３８…半径方向スリット
４０…酸性液
４６…フィルタ板
５０…カップリング
５２…減速モータ
５４…排ガス導入管
５６…排ガス取出パイプ
５８…筒状容器
５６…熱交換パイプ
６２…酸性液導入管
６４…酸性液排出管
６６…ラジエータ
６８…排水管
７０…循環ポンプ
７４…粒子状物質分離器
７６…循環ポンプ
８２…ドレインバルブ

Claims

燃焼による排ガス中の大気汚染物質を低温の酸性液に接触させると共にアルカリ液に接触させて液中に溶解することにより、排ガスを処理するようにした排ガス処理装置。
請求項１に記載の発明において、酸性液及びアルカリ液として電気分解によって生成される酸性液及びアルカリ液をそれぞれ用いた排ガス処理装置。
請求項１若しくは２に記載の発明において、排ガスと酸性液若しくはアルカリ液との接触のため回転型の気液接触装置を備え、排ガスは回転下で酸性液若しくはアルカリ液に湿潤及び冷却せしめられる排ガス処理装置。
請求項１若しくは２に記載の発明において、排ガスと酸性液若しくはアルカリ液との接触のため噴霧型の気液接触装置を備え、排ガスは噴霧状態の酸性液若しくはアルカリ液に湿潤及び冷却せしめられる排ガス処理装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、排気ガスと接触させる酸性液若しくはアルカリ液の強制冷却装置を備えた排ガス処理装置。
請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、排気ガスと接触後に使用後の酸性液及びアルカリ液を混合する混合装置を備えた排ガス処理装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記排ガスは内燃機関から排出される排気ガスである排ガス処理装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記排ガスは燃焼器における燃焼により生じた排ガスである排ガス処理装置。
請求項１から８のいずれか一項に記載の発明において、酸性液若しくはアルカリ液より同液中に取り込まれた粒子状物質を分離する分離装置を備えた排ガス処理装置。
燃焼による排ガス中の大気汚染物質を低温の酸性液に接触させると共にアルカリ液に接触させて液中に溶解することにより、排ガス中の窒素酸化物、炭素酸化物、粒子状物質など汚染物質の低減を図る排ガス処理装置
燃焼による排ガス中の大気汚染物質を低温の酸性液に接触させると共にアルカリ液に接触させて液中に溶解することにより、排ガスの脱臭を行う排ガス処理装置。
請求項１若しくは２に記載の発明において、酸性液及びアルカリ液の電気分解を循環により補強するようにした排ガス処理装置。
請求項１若しくは２に記載の発明において、電解液のpHセンサと電位センサとを備えて、強弱コントロールを可能とした排ガス処理装置。
請求項１若しくは１０若しくは１１に記載の発明において、前記酸性液は塩素系酸性液である排ガス処理装置。