JP2009240973A - 排気ガス処理システムおよび排気ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス処理システムおよび排気ガス浄化方法を提供すること。
【解決手段】自動車が走行する地下構築物のための排気ガス処理システム１００は、排気ガスが含む浮遊粒子状物質をコロナ放電により除去する電気集塵装置１２６と、電気集塵装置１２６が発生したオゾンで排気ガスが含むＮＯを酸化させ、ＮＯｘとして除去する炭素系吸着剤を収容する複数の吸着段を備えるＮＯｘ除去装置１３０と、ＮＯｘ除去装置１３０からのＮＯｘが除去された被処理ガスを受領し、排気ガス中のＣＯを触媒酸化して除去するＣＯ除去装置１３４とを備え、電気集塵装置１２６と、ＮＯｘ除去装置１３０と、ＣＯ除去装置１３４とは、排気ガスの移動方向に順次配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車トンネル、地下駐車場などの換気が制約を受ける地下構築物のための排気ガス処理システムおよび排気ガス処理方法に関する。

自動車トンネル、地下駐車場などの換気制限される構造物では、自動車の排気ガスによる内部空気の汚染を抑制するため、換気が必要とされている。延長の短いトンネルなどであれば、自然換気を利用するだけでトンネル内の大気環境についての環境基準を達成するために充分な場合もある。しかしながら、延長の長いトンネルや地下駐車場などの地下構築物では、自動車トンネル内の空気環境について環境基準を満足させるためには、換気所が設置され、換気フアンによる換気運転が行われている。換気は、自動車の排出ガス中に含まれる有害物質が人体に悪影響を与えないようにし、良好な視野環境を確保することで、地下構築物内部の利用者および管理者などが安全で快適な通行を確保する目的で行われる。

上述したトンネル内の有害物質については、各種の設計基準が定められており、例えば、昭和４８年からの自動車排出ガス規制によって、一酸化炭素（ＣＯ）および煤煙についての設計基準が定められている。煤煙とは、本明細書では、視野環境を妨げる物質として自動車排ガスの黒煙および路面やタイヤの粉塵を含むものとして参照する。

また、自動車トンネルなどの自動車が通交する地下構築物内に存在する可能性のある有害物質としては、ＣＯおよび煤煙の他にも、炭化水素ＨＣ、窒素酸化物ＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ_２など）、硫黄酸化物ＳＯｘなども知られている。これらの有害物質は、自然換気のトンネルではトンネル出口から大気中に排出され、換気所のあるトンネルでは、換気塔から大気中に排出される。大気中の汚染に関わる環境基準についても安全衛生上の観点から規制されており、上述した有害物質に該当するものとしては、浮遊粒子状物質（以下、ＳＰＭとして参照する。）が指定されている。

自動車トンネルの一般的な換気所では、換気塔出口での風速は、１０ｍ／ｓ程度に設定されていて、有害物質を含む排出ガスを速やかに上空へ向かって拡散希釈させ、換気塔からの有害物質が周辺大気環境に与える影響を低減させている。しかしながら、都市部でのＳＰＭ濃度およびＮＯ_２濃度は、特に大都市においては環境基準を達成することが厳しい状況にある。また、ＳＰＭ濃度などの問題に加え、都市内に建設される換気塔付近では、自然の横風の影響により複雑な気流の乱れが生じることが知られている強制換気を行い、換気塔から無処理で排気ガスを放出する場合、有害物質を含むトンネル内の排気ガスが充分に拡散せず、拡散希釈前に周辺の大気環境に影響を与える場合もあることが指摘されている。

このため、近年では、都市内に設置される自動車トンネル、地下駐車場などの換気所に、集塵・ＮＯｘ除去装置等の大気浄化システムを設置することが検討されている。換気所に集塵・ＮＯｘ除去装置を設置した場合、ＳＰＭおよびＮＯ_２の各濃度を環境基準以下とされた処理ガスが周囲環境に放出される。今後、自動車の排気ガスについての規制基準への適応が順調に進んだ場合、上述したように道路トンネル内の前記有害物質濃度が低くなるので、交通量が現状と同程度である限り、排気ガス浄化のための換気量を少なくすることができ、さらに低コスト化および省スペース化が可能となり、排気ガス処理システムの都市空間内での利用性を向上させることができるものと考えられる。

これまで、自動車から排出される排気ガスに含まれる有害物質の除去について検討されている。特開２００６−２４７５２４号公報（特許文献１）は、多孔質材料に金属超微粒子を凝集することなく固定した金属超微粒子複合体を開示している。特開２００４−２６７８７２号公報（特許文献２）は、セリアを含む単体の貴金属を担持してなる触媒にＣＯ濃度が１％以上の排ガスを供給してＣＯを燃焼させる排ガス浄化方法を開示している。

また、特開２００４−２０９３５６号公報（特許文献３）は、排ガスに含まれるＣＯやＮＯｘなどの有害物質を効率良く除去するため、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｒから選択される少なくとも１種の金属を含む金属酸化物に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、およびＡｕからなる群より選択される少なくとも１種の貴金属元素を担持させた排ガス処理触媒および排ガス処理方法を開示している。

さらに都市空間における自動車トンネルでの有害物質除去については、特開２００５−２７０８０２号公報（特許文献４）に開示されている。特許文献４は、空気浄化を換気立て坑を用いることなく実現する、空気浄化システムおよび空気浄化システムを有してなる構造を開示する。
一方、触媒酸化によるＣＯ除去についても検討されており、例えば、特開２００６−１２２８５０号公報（特許文献５）では、放電処理を行って触媒反応活性種を生成させて、窒素酸化物および一酸化炭素を除去するガス浄化システムが開示されている。

また、本発明者は、自動車トンネル内の排気ガスを浄化するため、窒素酸化物除去装置を提案しており、窒素酸化物については、安定して自動車トンネル内から除去することができ、また換気塔出口におけるＮＯｘ濃度を低減することができることを見出している（特許文献６）。
特開２００６−２４７５２４号公報 特開２００４−２６７８７２号公報 特開２００４−２０９３５６号公報 特開２００５−２７０８０２号公報 特開２００６−１２２８５０号公報 特許第３９４６１５８号明細書

一方で、自動車の排気ガス対策により、排気ガスが含む有害物質の量が減少すれば、換気所における換気量を低下させることができるので、大気浄化システムのファン能力や装置サイズを低下させ、この結果、大気浄化システムの都市部における適用性を向上させることが期待される。しかしながら、換気量を単に低下せた場合、種々の問題点も発生する。

図１２には、換気所の換気量を低下させた場合の自動車トンネル内部での有害物質濃度を、換気のみの場合、およびＳＰＭ除去およびＮＯｘ除去機能を有する典型的な大気浄化システムを併用した場合についてシミュレーションした結果を示す。図１２に示すように、換気のみであっても、現状ではＣＯ濃度は、概ね環境基準を達成している。しかしながら、換気のみでは、ＮＯ_２濃度およびＳＰＭ濃度は、環境基準値以下を達成できていないことがわかる。一方、有害物質について長期規制基準が達成された場合、換気量を１／２にまで低減させた場合にでもＳＰＭおよびＣＯは、環境基準である０．１ｐｐｍおよび１０ｐｐｍ以下とすることができる。しかしながら、ＮＯ_２は、長期規制基準値が達成された場合であっても、換気のみでは環境基準値＝０．０６ｐｐｍを満足することができないことが示される。なお、図１２中、環境基準を超えてしまう有害物質濃度を、ハッチングで示す。

さらに、換気量を１／３、１／４に低減させた場合は、ＮＯ_２、ＳＰＭの他、ＣＯについても環境基準を超えてしまう。また、自動車トンネル内の環境基準は達成されるとしても、換気所における換気量を低下させただけでは、トンネル出口や換気塔出口での流速が低下して、充分な拡散作用が生じず、換気当出口付近での有害物質の濃度増加などの問題を生じさせる可能性もある。

一方、ＮＯｘ浄化システムを使用する場合、図１２に示すように、現状の換気量の１／４まで換気量を低下させても充分環境基準を満足する性能を有している。しかしながら、換気量を１／４まで減少させた場合、図１２に示すように、ＣＯ濃度が環境基準を上回ってしまうことが判明した。したがって、大気浄化システムの換気量を低下させるためには、ＣＯについても除去することが必要となる。

また、換気量の低下を制限すれば、ＣＯを除去しなくともＣＯについての環境基準を満足させることもできる。しかしながら、自動車などの交通量は、自動車普及率、道路環境、交通事情、経済事情によって変動しやすいものであり、ＣＯ濃度が環境基準を下回っているからといって、ＣＯ濃度を放置しておく場合には、交通量の増加および長期規制基準の達成度の関係から、早晩、ＣＯについての環境基準も満足しなくなってしまうことも考えられる。また、換気量の削減量が限られてしまうので、大気浄化システムの小型化、省スペース化および低コスト化も限定的な範囲となって大気浄化システムの普及を阻害することにもつながる。

上述したように、特許文献１〜特許文献５が知られているものの、高濃度のＮＯｘ、ＣＯを、高温下で処理する必要が有った。したがって、大気浄化システムをさらに普及させるためには、低濃度のＮＯｘおよびＣＯを、排気ガスから効率的に除去することが必要とされていた。また、ＣＯ除去装置の追加により、規制対象物質であるＮＯ_２を増加させずに排気ガスからＣＯを除去することが必要とされていた。さらに、地下構築物からの排気ガスが含む規制対象である低濃度のＮＯｘおよびＣＯを、自動車トンネルといった自動車が通交する地下構築物での温湿度圧力環境（−２０℃〜４０℃、１０〜１００％ＲＨ、１０１．３２５ｋＰａ）で充分なＮＯｘ除去およびＣＯ除去能力を提供しつつ、内燃機関の燃焼に伴う有害物質の他、重金属元素などの触媒毒となり得る煤煙の存在下でも充分で、かつ長期間安定したＣＯ除去能力を提供することが必要とされていた。

さらに、換気量を、小型化、低コスト化、および省スペース化のメリットを提供することができる程度に低減させ、さらに大気浄化システムを普及させることが必要とされていた。

すなわち、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明では、ＣＯ除去装置を追加するコストを上回る程度に換気量を低減させることで、小型化、省スペース化および低コスト化を可能とする排気ガス処理システムおよび排気ガス処理方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、ＣＯ除去装置の追加により、環境基準の最も厳しいＮＯ_２の除去能力を阻害することなく、かつ長期間に安定的にＣＯを除去することが可能な排気ガス処理システムおよび排気ガス処理方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、除去するべきＣＯの量に対応して、ＳＰＭおよびＮＯｘの浄化能力の低下を最小限とさせながらＣＯ除去能力を追加することを可能とする、排気ガス処理システムおよび排気ガス処理方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、ＳＰＭ、ＮＯｘ、ＣＯをいずれも効率良く、かつ安定して除去可能な排気ガス処理システムおよび排気ガス浄化方法を提供する。本発明の排気ガス処理システムは、ＳＰＭを除去する電気集塵プロセスを使用する電気集塵装置と、窒素酸化物を除去するためのＮＯｘ除去装置と、一酸化炭素を除去するためのＣＯ除去装置とを、排気ガスの流動方向に沿って上流側から下流側に直列的に接続する。

電気集塵装置は、コロナ放電を使用してＳＰＭを電極板間で除去し、さらにオゾンを発生させて、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に酸化する。ＮＯｘ除去装置は、ＮＯから酸化されたＮＯ_２および排気ガス中にもともと含まれていたＮＯｘを好ましくは炭素系吸着剤を使用して吸着除去して、その被処理ガスをＣＯ除去装置に供給する。ＣＯ除去装置は、ＣＯをＣＯ_２に酸化する触媒を含んでおり、被処理ガス中に含まれるＣＯを、自動車トンネル内の温度、湿度、および圧力環境でＣＯ_２に低温酸化して除去する。

本発明の排気ガス処理システムおよび排気ガス浄化方法では、電気集塵装置の発生したオゾンを効率的にＮＯの酸化に利用させて、トータルの窒素酸化物除去効率を増加させ、処理後ガスに残留するＣＯを、ＣＯ除去装置で除去することにより、オゾンの効率的な利用を可能とする。さらに、ＣＯ除去装置の追加により、換気量を充分に低下させることができ、ＮＯのＮＯ_２への酸化反応を阻害することなく、また吸着され切らずに被処理ガス中に残留したＮＯがＣＯ除去装置内でＮＯ_２などに酸化させることなくＣＯの酸化を行うことが可能となり、最も環境基準の厳しい窒素酸化物を効率的に除去させつつ、ＳＰＭおよびＣＯの両方について環境基準を満足する排気ガス浄化処理を可能とする。

以下、本発明を実施形態を以て説明するが、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、本実施形態の排気ガス処理システム１００の実施形態である。排気ガス処理システム１００は、自動車トンネル、地下駐車場といった換気が制限を受け、かつ自動車が通交する地下構築物から自動車の排気ガスが導入されるように配置されている。図１に示した実施形態では、排気ガス処理システム１００は、自動車トンネルに隣接して、トンネルシールド１４２の地山側に隣接して設置されていて、矢線Ａの方向から排気ガスが導入され、矢線Ｃの方向に浄化ガスを排出している。矢線Ａの方向に導入される排気ガス、特に自動車トンネルからの排気ガスには、ＮＯが約５ｐｐｍ程度、ＮＯ_２が数ｐｐｍ程度、およびＣＯが数１０ｐｐｍ程度で含まれている。

本実施形態の排気ガス処理システム１００は、排気ガスを処理するため、排気ガスの流入方向上流側から配置された、電気集塵装置１２６と、ＮＯｘ除去装置１３０と、ＣＯ除去装置１３４とを含んでいる。電気集塵機１２６、ＮＯｘ除去装置１３０、およびＣＯ除去装置１３４は、本実施形態の大気浄化モジュール１２０を構成し、図１に示した実施形態では、大気浄化モジュール１２０は、トンネルシールド１４２に隣接して地山側に配置された機械室１１０内に配置されている。電気集塵装置１２６の上流側には、インレットダクト１２２と、インレットファン１２４とが配置され、インレットダクト１２２およびインレットファン１２４は、トンネル内からの排気ガスを、矢線Ａで示されるように、排気ガス処理システム１００内に導入している。

排気ガス処理システム１００内に導入された排気ガスは、排気ガスの流れ方向に向かって順次、電気集塵装置１２６、ＮＯｘ除去装置１３０を通過して流れてゆく。電気集塵装置１２６およびＮＯｘ除去装置１３０を通過して排出された後の排気ガスを、矢線Ｂで示されるように、ＣＯ除去のための被処理ガスとして参照する。被処理ガスは、ＣＯ除去装置１３４を通過してＣＯが除去された後、アウトレットダクト１３６およびアウトレットファン１３８を通過して浄化ガスとして矢線Ｃで示されるように換気塔１４０から浄化ガスとして外部大気中に排出される。

排気ガス処理システム１００の浄化処理について説明する。排気ガスは、インレットダクト１２２から電気集塵装置１２６に導入されて、まず、ＳＰＭが除去される。電気集塵装置１２６は、複数の対向電極板を含んでいて、対向電極板の間には、高電圧が印加され、電極板間にコロナ放電が生じている。コロナ放電は、マイナスバイアス下で発生させることが、コロナ放電に伴う有害物質の生成を抑制できる点で好ましい。コロナ放電は、排気ガス中のＳＰＭを帯電させ、電極板またはバイアスが印加されたフィルタなどにより静電的に除去される。Ｓ本実施形態では、ＳＰＭの除去能力は、コロナ導電の電圧により適宜調節することができ、ＳＰＭの除去率を、約９０％程度とすることが好ましい。なお、ＳＰＭの除去率は、ＳＰＲ＝（入口ＳＰＭ濃度−出口ＳＰＭ濃度）／入口ＳＰＭ濃度×１００として求めることができる。ＰＭが除去された排気ガスは、次いでＮＯｘ除去装置に流入する。

ＳＰＭが除去された排気ガスは、加湿装置１２８により加湿された後、ＮＯｘ除去装置１３０によりＮＯｘ除去処理が施される。加湿装置１２８は、ＮＯｘ除去装置１３０による特にＮＯ除去能力を安定化させるため、排気ガスの湿度を、湿度が６０％以上、より好ましくは８０％以上となるように加湿する。ＮＯｘ除去装置１３０は、多段のＮＯｘ除去段を含んでおり、各ＮＯｘ除去段は、それぞれＮＯｘ除去剤保持部１３２を備えている。各ＮＯｘ除去段には、それぞれ並列または直列に排気ガスが導入され、ＮＯｘ除去剤によるＮＯｘ除去が行われる。

本実施形態では、ＮＯｘ除去剤としては、やしがら活性炭、ピッチ系活性炭、ＰＡＮ系活性炭、炭素繊維、木炭、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素系吸着剤を例示できる。無機系材料としては、活性白土、アルミナ、ゼオライト、シリカ、マグネシア、チタニアなどを例示できる。中でも特に好ましい固体吸着材として、活性炭など大きな比表面積を有する炭素系吸着剤を挙げることができ、特に活性炭は、ＮＯ_２の除去能力に優れ、安価であり、また吸着能の再生も可能であって、ＮＯの除去も可能である点で、好ましいＮＯｘ除去剤である。

特に本実施形態では、ＮＯｘ除去剤は、例えば特許文献５に記載されるように、活性炭を利用し、活性炭の吸着能を再生剤により定期的に再生することが可能な構成とされていることが好ましい。再生剤としては、特に限定されないが、塩基性物質あるいは還元性物質を含む水溶液が好ましく使用される。

塩基性物質としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩などを挙げることができ、固体吸着材の吸着した窒素酸化物を効率良く除去する観点から、強塩基性物質であるアルカリ金属水酸化物やアルカリ土類水酸化物が特に好ましく使用される。

アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを例示できる。アルカリ土類水酸化物としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどを例示できる。アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを例示できる。アルカリ土類金属炭酸塩としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムを例示できる。

また、還元性物質としては、特に限定されないが、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、水素化物、硫化水素、アルデヒド類などを挙げることができ、常温で窒素酸化物を窒素ガスまで還元する観点から、亜硫酸塩を用いることが好ましい。

亜硫酸塩としては、亜硫酸リチウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸カルシウム、亜硫酸マグネシウム、亜硫酸鉄、亜硫酸銅などを例示できる。チオ硫酸塩としては、チオ硫酸リチウム、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸マグネシウムなどを例示できる。水素化物としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミリチウムなどを例示できる。アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどを挙げることができる。

ＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去能力は、入口ＮＯｘ濃度と出口ＮＯｘ濃度の測定値を使用して、ＮＲ＝（入口ＮＯｘ濃度−出口ＮＯｘ濃度）／入口ＮＯｘ濃度×１００で与えることができる。本実施形態のＮＯｘ除去装置は、ＮＯｘ除去能力としては、約８０％程度、ＮＯ２については、約９８％〜約９９％の除去能力を有していることが、ＮＯｘの環境基準値を長期何にわたり適合させ、かつメンテナンスコストを適正化する点で好ましい。

ＮＯｘ除去装置１３０によりＮＯｘが処理された後の被処理ガスは、ＣＯ除去装置１３４に導入される。ＣＯ除去装置１３４は、筐体内にＣＯ除去剤を収容した構成とされていて、被処理ガス中に残留するＣＯを触媒酸化を使用してＣＯ_２に酸化することで、ＣＯ濃度を低減させている。ＣＯ酸化触媒としては、金属酸化物、金属酸化物に貴金属触媒を担持させた材料などを挙げることができ、例えば、ＭｎＯ_２、アナターゼ型ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｕ／ＴｉＯ_２、Ｃｕ／ＭｎＯｘ、Ｐｄ／Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐｔ／Ａｌ_２Ｏ_３などを挙げることができる。

ＣＯ除去装置１３４は、設置スペース、ランニングコスト、メンテナンス性、安全性の点で、自動車トンネル内の環境で稼働できることが好ましく、その稼働条件は、約−２０℃〜約４０℃、約１０〜１００％ＲＨの温湿度および常圧（１０１．３２５ｋＰａ）程度とされることが好ましい。

ＣＯ除去剤の形状は、ＣＯ除去装置１３４の構成に応じて、多孔質粉体、ハニカム、複数の開口部を有する多孔プレートなど、いかなる形状とされていてもよい。ＣＯ吸着剤を粉体として使用する場合、コンダクタンスの点からＣＯ吸着剤の粒径は、１ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましく、ＣＯ吸着処理能力の観点から言えば、１ｍｍ〜６ｍｍ程度の粒径とすることができ、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲の粒径に揃えることで、粉体操作性を向上することができる点およびＣＯ吸着能力の点で最も好ましい。また、多孔質粉体に触媒活性を有する貴金属元素を担持させる場合には、貴金属元素を含むコロイドまたはゾルを、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３といった多孔質粉体に対して、シランカップリング剤、チタンカップリング剤など適切なカップリング剤を使用して付着させることによって、適切なＣＯ除去能を付与することができる。

また、ＣＯ除去剤は、ハニカム形状または多孔プレートとして利用することもできる。ＣＯ除去剤を多孔プレートとして利用する場合には、適切なバインダを混合して金属酸化物を粉末冶金法を使用してハニカムまたは多孔プレートとして構成させておき、貴金属触媒をハニカムまたは多孔プレートに担持させることで、ＣＯ除去剤を成形体として使用することが可能となる。

また、排気ガス処理システム１００の他の実施形態では、ＣＯセンサおよびＮＯｘセンサをそれぞれ備えておくことができる。排気ガス処理システム１００は、ＣＯセンサにより検出されたＣＯ濃度が環境基準を超える場合、ＣＯ除去装置を起動させ、ＣＯ濃度が環境基準値を下回るように構成することができる。また、ＣＯ濃度が環境基準値を下回る場合には、ＣＯ除去装置１３４を停止させ、ランニングコストを低減させながら、各有害物質の環境基準を達成する。この実施形態の場合には、長期規制基準の設定値の改正などに関係なく、交通量や地下構築物内の環境に応じて、換気量を低下させながらＣＯ濃度をモニタし、ＣＯ濃度が設定した換気量による空気循環で対応しきれなくなると判断された段階で、ＣＯ除去装置１３４を起動することができる。

この場合、ＣＯ除去装置１３４はＣＯ濃度が低い限り起動されないが、排気ガス処理システム１００全体の換気量を低く設定できるため、送風システムの規模や電気代などのランニングコストが低下し、かつ、ＣＯの増加や長期規制基準の厳格化などに対しても、排気ガス処理装置１００の構成変更を伴うことなく、交通量などの値化構築物の環境や、環境基準の変更に柔軟に対応可能な、排気ガス処理システムを提供できる。

図２は、ＣＯ除去剤２００の構成を示した実施形態である。図２の実施形態では、ＣＯ除去剤２００は、多孔プレートとして構成する。図２に示したＣＯ除去装置１３４のＣＯ除去剤２００は、ＣＯ除去剤を担持した複数の多孔プレート２０２、２０４を含んだ構成とされている。多孔プレート２０２は、ガラス、粘土、陶土、金属酸化物粉末などを焼結させた、いわゆるセラミックスとして形成されている。ＣＯ除去剤２００への触媒金属元素の担持は、ゾル−ゲル法を使用したコーティングでもかまわないし、また、多孔プレート２０２がプレート内に微少な空間を有している場合には、多孔プレート２０２、２０４など多孔プレート自体に触媒金属元素を担持させることもできる。

また、多孔プレート２０２には、複数の開口２０６が形成されていて、矢線Ｄの方向から流入する被処理ガスに対するＣＯ除去装置全体のコンダクタンスを向上させつつ、ＣＯ除去剤２００全体に対する接触面積を確保させている。

図３は、本実施形態のＣＯ除去装置１３４の他の実施形態のＣＯ除去剤３００の構成を示す。図３に示すＣＯ除去剤３００は、金属酸化物粉体がハニカムとして焼結されている。ハニカムには、ハニカム壁３０４と、ハニカム壁３０４の内側に形成されるハニカム通路３０２とが形成されている。被処理ガスは、矢線Ｅの方向からハニカムに流入し、ＣＯの除去が行われて、排気ガス処理システム１００の外部へと浄化ガスとして排出される。ハニカムは、触媒活性を有する金属元素を担持させた金属酸化物粉末を焼結させて形成することもできるし、多孔質の金属酸化物をハニカム状に焼成した後、触媒金属を担持させることによって形成することができる。

ＣＯ除去剤のＣＯ除去装置内における配置は、図２および図３に示したＣＯ除去剤２００およびＣＯ除去剤３００、またはＣＯ除去剤を粉体といったＣＯ除去剤の形状に応じて、ＣＯ除去性、排気ガス処理能力、コスト、およびメンテナンス性を考慮して適宜選択することができる。ＣＯ除去剤の形状に拘わらず、ＣＯ除去装置１３４は、被処理ガス中に含まれるＣＯを、約７０％〜約１００％除去することができる限り、いかなる形状とすることができる。

本実施形態の排気ガス処理システム１００は、自動車トンネルなどの換気が制限された環境から排出される排気ガスを、インレットファン１２４と、アウトレットファン１３８とを用いて制御することにより、排気ガスの処理能力を調整する。排気ガス処理システム１００の排気ガス処理能力を、空間速度ＳＶを使用して表現した場合、空間速度は、１０００〜２０００００ｈ^−１、より好ましくは３０００〜１０００００ｈ^−１となるように設定することができる。また、本実施形態で、換気量を減少させる場合には、換気量を減少させることにより、空間速度を、好ましくは、３０００〜３００００ｈ^−１程度の空間速度となるように設定することができる。この程度まで換気量を低下させても、図１２に示すように充分ＳＰＭおよびＮＯ_２については、環境基準を満たすことが可能である。また、上述した空間速度程度にまで換気量を低減させることで、低コスト化、低ランニングコスト、および省スペース化などを同時に達成でき環境基準を満たすために要求されるＣＯ除去装置の追加というコストを充分に相殺し、さらに、より柔軟な排気ガス浄化能力を提供することが可能となる。

また、本実施形態の排気ガス処理システム１００では、排気ガスの流動方向に沿って、電気集塵装置１２６、ＮＯｘ除去装置１３０、およびＣＯ除去装置１３４が直列に配置されていることが好ましい。この理由は、本実施形態のＮＯｘ除去装置１３０は、電気集塵装置１２６のコロナ放電により発生したオゾンを使用して、排気ガス中のＮＯを、ＮＯ_２に酸化させ、ＮＯｘ除去能力を向上させるものである。一方、電気集塵装置１２６は、コロナ放電により大量のオゾンを発生させると逆に環境汚染を生じさせるので、オゾンは、化学量論的にＮＯと同程度か、またはＮＯの酸化に利用されなかったオゾンが、活性炭などにより吸着され、排気ガス処理システム１００の外部へと排出されないようにする程度の濃度とすることが必要とされる。

一方、金属酸化物は、オゾン分解触媒としても機能するものも多く、このため、電気集塵装置１２６の直下流側にＣＯ除去装置１３４を設置する場合、電気集塵装置１２６の生成したオゾンがＮＯの酸化反応以外に分解反応により消費されることになる。この結果、排気ガス中に存在するＮＯを、活性炭などによる吸着の高いＮＯ_２への酸化変換効率が低下し、最も環境基準の規制が厳しいＮＯ_２の除去能力に悪影響を生じる。

このため、本実施形態では、電気集塵装置１２６の直下流側には、ＮＯｘ除去装置１３０を配置することで、高効率のＮＯｘ除去効率を確保する。一方、ＣＯ除去装置１３４は、ＮＯｘが除去された被処理ガスが流入する。この段階では、被処理ガスは、ＳＰＭ、ＮＯｘの両方について除去され、有害成分としては、ＣＯおよび除去しきれなかったＮＯｘが存在する。ＣＯ除去装置１３４は、メンテナンス性、ランニングコスト、および自動車トンネル、地下駐車場などへの設置性の観点から、常温常湿、かつ常圧下で運転されることが好ましい。また、自動車トンネル内の温湿度環境下では、被処理ガス内に仮にＮＯが残留していたとしてもＮＯの低温酸化反応は充分低い。このため、ＣＯ除去装置内でＮＯがＮＯ_２に酸化される効率は著しく低く、ＮＯ_２生成は無視できる程度となる。また、酸化触媒として、例えば光触媒活性を有するＴｉＯ_２を使用することで、被処理ガス中に存在するＮＯｘ全体を分解させ、ＮＯ_２濃度をＣＯ除去装置を追加しても、ＮＯ_２濃度を増加させない構成とすることができる。

一方で、ＣＯについては、常温常湿、常圧環境であっても効率的に触媒酸化反応が生じるので、ＣＯ除去装置１３４は、実質的にＣＯを除去し、ＮＯ_２の増加を生じさせずに、浄化ガスを生成することが可能となる。また、ＣＯ除去装置１３４には、活性炭といったＮＯｘ除去剤の相を通過した後の被処理ガスが導入されるので、オイルミスト、ＳＯｘなどの触媒毒となる可能性のある成分も充分に除去され、併せてＣＯ除去装置１３４の長期間稼働性も向上させることができる。

図４は、本実施形態の排気ガス処理システムを使用する地下構築物４００を示す。地下構築物４００は、自動車トンネル４１０と、排気ガス処理システムとを含んで構成されている。排気ガス処理システムは、電気集塵装置４３０と、ＮＯｘ除去装置４４０と、ＣＯ除去装置４５０とから構成されており、排気ガス処理システム全体は、自動車トンネル４１０の地山側に設置された機械室４２０に収容されている。

自動車トンネル４１０は、シールドトンネルなどとして構築され、その内部を自動車４７０が走行している。自動車トンネル４１０の内部には、自動車４７０のエンジンの燃焼生成物などとして、ＳＰＭ、ＮＯｘ、ＣＯなどを含む排気ガス４８０が存在している。

図４に示した排気ガス処理システムは、インレットファンおよびアウトレットファンにより流量を調整しながら、自動車トンネル４１０の内部から排気ガス４８０を吸引している。吸引された排気ガスは、順次、電気集塵装置４３０、ＮＯｘ除去装置４４０、ＣＯ除去装置４５０を通過して、各装置によって有害物質が除去され、浄化ガスは、換気塔４６０を介して地表ＧＬ上に構築された建築物が存在する外部大気へと浄化ガス４９０が放出されている。図４に示した実施形態の、排気ガス処理装置は、自動車４７０が長期規制基準をクリアしていない現段階でも、ＳＰＭ、ＮＯｘ、およびＣＯについての環境基準を達成する。

図４に示した排気ガス処理システムは、換気量が大きく低減され、ＣＯ除去装置追加のコストを上回るだけの、ランニングコスト、設置スペース、装置コストの低下およびＣＯ除去を行うため、排気ガス処理マージンの増加を可能とし、排気ガス処理システムの普及を可能とするメリットを提供することができる。

図５は、第２の実施形態の地下構築物５００を示す。地下構造物５００は、地表ＧＬ以下の地下に構築された自動車トンネル５１０のシールドの地山側に機械室５５０が設置されている。排気ガス除去システムは、機械室５５０の内部に配置され、電気集塵装置５２０、ＮＯｘ除去装置５３０、およびＣＯ除去装置５４０が、排気ガスの流路上流側から下流側に向かって順次設置されている。図５に示した実施形態では、排気ガス処理システムは、自動車トンネル内部から自動車５６０が排出した排気ガス５７０を吸引し、処理後の浄化ガス５８０を、自動車トンネル５１０内に環流させている。

図５に示した実施形態では、図４に示した換気塔４６０の設置を不要とすることができ、地表ＧＬの利用性を阻害することなく、建築物５９０が存在する地表ＧＬの有効利用が可能となる。また、将来的な環境規制値への対応や、交通事情の変動にも充分対応することが可能となり、より効果的に大気環境を改善することができる。

図６は、第３の実施形態の地下構築物６００を示す。第３の実施形態では、排気ガス処理装置は、地下構造物６００の自動車トンネル６１０の換気を行うためのジェットファンの筐体内に設置されている。ジェットファン内には、矢線で示される方向に自動車６５０が排出した排気ガス６６０が流されている。排気ガス処理装置は、排気ガスの吸引方向上の上流側から、電気集塵装置６４０、ＮＯｘ除去装置６３０、ＣＯ除去装置６２０の順で有害物質を除去し、有害物質の除去された浄化ガス６７０を自動車トンネル６１０内に排出させている。図６に示した実施形態でも、換気塔４６０の設置を排除することが可能となり、建築物６８０のために地表ＧＬの有効利用が可能となる。また、機械室４２０、５５０の設置も不要で、かつ換気量も少ないため、排気ガス処理システムを含むジェットファンを相対的に多数配置することができ、延長が長い深部山岳トンネルなどに好適に適用することができる。

以上、本発明の排気ガス処理システムについて装置構成を説明してきた。以下に本発明のＣＯ除去装置１３４のＣＯ除去について実施例をもって説明する。なお、下記実施例は、本発明の説明の目的で記載するものであり、本発明を限定することを意図するものではない。

１．ＣＯ除去装置
図７に示すＣＯ除去装置のパイロットシステム７００を作成し、ＣＯ除去能力の検討を行った。パイロットシステム７００は、筐体７１０と、空気インレットライン７２０と、被処理ガスのシミュレーションガスであるＣＯ／空気混合ガスを供給するサンプルライン７３０を備えている。被処理ガスをシミュレーションするシミュレーションガスを、サンプルライン７３０を介して筐体７１０内に配置された加湿容器７４０内導入し、湿度を調節した。筐体７１０は、恒温槽として構成され、パイロットシステム７００のＣＯ除去処理の温度を実施例では、自動車トンネル内の温度環境として可能な、２５℃の一定温度とした。

サンプルガスを、水を充填した加湿容器７４０から排出された後、空気ライン７２０からの空気流で流量および濃度が調整された後、ＣＯ除去塔７５０に導入した。ＣＯ除去塔７５０には、粒状のＣＯ吸着剤が充填されていて、流入してきたサンプルガスに対して設定された湿度環境でのＣＯの酸化反応を生じさせた。

ＣＯが除去された浄化ガスを、ＣＯ除去塔７５０から吸引ファン７６０で吸引し、ＣＯ／ＣＯ_２分析装置７７０に導入することで、ＣＯ濃度およびＣＯ_２濃度の測定を行った。

２．ＣＯ濃度測定
ＣＯ／空気のサンプルガスは、ＣＯ濃度５０ｐｐｍの標準ガスを使用した。また、ＣＯ／ＣＯ_２分析装置７７０として、汎用赤外線分析計（株式会社堀場製作所、型式：ＶＩＡ−５１０、ＣＯ測定方式ＮＤＩＲ法）を使用した。

３．ＣＯ除去剤
ＣＯ除去実験には、図８に示す酸化触媒からなるＣＯ除去剤を使用した。なお、図８には、便宜上、ＣＯ除去剤として機能する触媒にａ〜ｄの符号を付し、以下、触媒ａ〜触媒ｄで各ＣＯ除去剤を参照する。使用したＣＯ除去剤は、ＣＯをＣＯ_２に酸化して除去する市販の酸化触媒であり、それぞれ触媒ａ（イギリスＷＧＣ（World Gold Council）社製、Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｔｙｐｅ：Ｔｙｐｅ Ａ 1．５ｗｔ％Ａｕ／ＴｉＯ_２、Ｌｏｔ Ｎｏ．Ａｕ／ＴｉＯ_２♯０２−７）、触媒ｂ（ズードケミー触媒株式会社製、品番：Ｎ−１４０）、触媒ｃ（エヌ・イー・ケムキャット株式会社製、品番：ＤＡＳＨ）、触媒ｄ（エヌ・イー・ケムキャット株式会社製、品番：ＮＭ−１０１）として市販されているものを使用した。

４．ＣＯ除去実験条件および結果
図９に、ＣＯ除去実験に用いた実験条件を示す。また、図９に示した各条件を使用して触媒ａ〜触媒ｄについて、サンプルガスを流通させ、ＣＯ除去の１２時間初期特性を評価した。その結果を図１０に示す。触媒ａはトンネル内空気の条件下で優れた初期性能を示したが、触媒ｂは湿度の影響で全く除去できず、触媒ｃおよび触媒ｄは湿度の影響が見られた。なお、すべての触媒について、１１０℃でＣＯ除去性能を測定したところ、全触媒についてＣＯ除去率は、９０％以上であった。一方で、図１０に示されるように、常温におけるＣＯ除去性能については、触媒の種類に依存して湿度依存性が観測され、触媒ａが常湿および高湿環境で良好な特性を示した。

常湿および高湿で良好な結果が得られた触媒ａについて、さらに、初期性能が良好であった触媒ａについて、初期特性の測定に使用した条件と同様の条件で１００時間の連続通気テストを行った。なお、湿度は、ＲＨ９０％として加速試験を行った。その結果を図１１に示す。図１１に示すように、触媒ａのＣＯ除去率は、加速試験環境であるにもかかわらず、連続１００時間まで、初期性能と同様のＣＯ除去率示し、安定したＣＯ除去性能が確認された。また、ＣＯ_２酸化率（５）は、ＣＯ除去率（％）と同等であることから、入口ＣＯの全量がＣＯ_２に酸化されていることがわかった。この結果、触媒ａは、常温・常湿および常温・高湿環境下でＣＯ除去装置のＣＯ除去剤として好適に使用することができると結論できた。

以上説明したように、本発明の排気ガス除去システムは、ＣＯ除去装置を、換気量の低減程度に応じて、電気集塵装置、ＮＯｘ除去装置、およびＣＯ除去装置と組み合わせて使用する。このため、自動車トンネルの通行量、換気量、メンテナンスコストなどの要請に対応して、有害物質の濃度に応じたフレキシブルな除去システムを提供することができる。

この結果、（１）大気環境基準を尊守した環境配慮型の道路インフラ整備を提供でき、（２）既設トンネルでは、換気風量が低減できるのでランニングコストを低下でき、（３）新設トンネルでは、計画段階から換気風量を減らせるので、ファンなどの換気設備のイニシャルコストが低減でき、または、換気風量が少なくて済むので、換気所の設置間隔を長くすることができ、この結果、換気所の数を減らすことができ、（４）新設トンネルでは、さらに換気所面積が削減できるので、特に都市内の限られたスペースでの適用性や設置性が向上するという効果が得られる。

また、本発明の排気ガス処理方法は、電気集塵機によるＳＰＭ除去、活性炭を含むＮＯｘ除去装置によるＮＯｘ除去およびその後触媒酸化によるＣＯ除去のシーケンスを用いることから、電気集塵機が発生したオゾンを効率的に利用してＮＯｘ除去を行い、さらにＳＰＭ、ＮＯｘの他、重金属成分などが除去された最終段で、低温触媒酸化反応でＣＯを除去するので、ＮＯ_２の増加を抑制させつつ、ＣＯ除去の効率的な除去を長期間にわたり維持させることができるという効果が得られる。

本実施形態の排気ガス処理システムの概略図。 本実施形態のＣＯ除去装置１３４のＣＯ除去剤２００の構成を示した図。 本実施形態のＣＯ除去装置１３４の他の実施形態のＣＯ除去剤３００の構成を示した図。 本実施形態の排気ガス処理システムを使用する地下構築物４００を示した図。 第２の実施形態の地下構築物５００を示した図。 第３の実施形態の地下構築物６００を示した図。 ＣＯ除去装置のパイロットシステムを示した図。 酸化触媒からなるＣＯ除去剤を示した図 ＣＯ除去実験に用いた実験条件を示した図。 ＣＯ除去の１２時間初期特性の評価結果を示した図。 ＣＯ除去の１００時間加速特性の評価結果を示した図。 換気所の換気量を低下させたときの自動車トンネル内部での有害物質濃度のシミュレーションを結果を示した図。

符号の説明

１００…排気ガス処理システム、１１０…機械室、１２０…大気浄化モジュール、１２２…インレットダクト、１２４…インレットファン、１２６…電気集塵装置、１２８…加湿装置、１３０…ＮＯｘ除去装置、１３２…ＮＯｘ除去剤保持部、１３４…ＣＯ除去装置、１３６…アウトレットダクト、１３８…アウトレットファン、１４０…換気塔、１４２…トンネルシールド、２００、３００…ＣＯ除去剤、４００、５００、６００…地下構築物

Claims (8)

1. 自動車が走行する地下構築物のための排気ガス処理システムであって、前記排気ガス処理システムは、
   排気ガスが含む浮遊粒子状物質をコロナ放電により除去する電気集塵装置と、
   前記電気集塵装置が発生したオゾンで前記排気ガスが含むＮＯを酸化させてＮＯ_２として除去する炭素系吸着剤を収容する複数の吸着段を備えるＮＯｘ除去装置と、
   前記ＮＯｘ除去装置から排出される被処理ガスからＣＯを触媒酸化して除去するＣＯ除去装置とを備え、
   前記電気集塵装置と、前記ＮＯｘ除去装置と、前記ＣＯ除去装置とは、前記排気ガスの移動方向に順次配置される、排気ガス処理システム。
2. 前記炭素系吸着剤は、活性炭である、請求項１に記載の排気ガス処理システム。
3. 前記ＣＯ除去装置は、前記ＣＯを低温酸化によりＣＯ_２とする、請求項１または２に記載の排気ガス処理システム。
4. 前記ＣＯ除去装置は、ＣＯの酸化触媒を含み、前記酸化触媒は、前記自動車が走行する前記地下構造物内の温度、湿度および圧力範囲で、前記ＣＯを前記ＣＯ_２へと触媒酸化させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス処理システム。
5. 自動車が走行する地下構築物のための排気ガス処理方法であって、前記排気ガス処理方法は、
   電気集塵機により排気ガス中の浮遊粒子状物質を除去すると同時にオゾンを発生させて前記排気ガス中のＮＯを酸化させてＮＯ_２とし、ＮＯｘ除去装置の炭素系吸着剤により前記ＮＯ_２を除去して被処理ガスを生成させ、ＣＯ除去装置で生成した前記被処理ガス中に残留するＣＯを低温酸化させることにより、ＮＯ_２の濃度増加を防止しながら前記ＣＯを除去して浄化ガスを生成する、排気ガス処理方法。
6. 前記炭素系吸着剤として活性炭を使用し、前記活性炭を再生剤により再生する、請求項５に記載の排気ガス処理方法。
7. 前記低温酸化を、前記自動車が走行する前記地下構造物内の温度範囲で行う、請求項５または６に記載の排気ガス処理方法。
8. 前記排気ガス中に存在する前記ＣＯが環境基準値を超える低換気量で前記排気ガスを処理し、前記環境基準値を超える分の前記ＣＯを前記ＣＯ除去装置により除去する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の排気ガス処理方法。

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