JP2622505B2 - すす,窒素酸化物,hc除去および騒音低減装置 - Google Patents

すす,窒素酸化物,hc除去および騒音低減装置

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JP2622505B2
JP2622505B2 JP6223881A JP22388194A JP2622505B2 JP 2622505 B2 JP2622505 B2 JP 2622505B2 JP 6223881 A JP6223881 A JP 6223881A JP 22388194 A JP22388194 A JP 22388194A JP 2622505 B2 JP2622505 B2 JP 2622505B2
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英夫 吉川
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば燃焼機関等から
排出される排気ガス中のすすや窒素酸化物や炭化水素
(HC)等を浄化し騒音を低下させる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関のディーゼルエンジンにおい
て、大量に排出されるすすを含む排気微粒子は、排気ガ
スの流れに直角に配設されたセラミックフィルタによる
捕集と再生の研究が行われているが、実用化に至ってい
ない。
【0003】また、ボイラ,焼却炉から大気に排出され
るすすを含む排気微粒子は、6キロボルト以上の高電圧
を用いてコロナ放電をさせてイオン領域を作り、その中
を通る微粒子とイオンを結合させて帯電させ、さらに3
キロボルト以上の正と負の電極板の間を通過するときに
電気的に捕集している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内燃機
関のディーゼルエンジンから大量に排出されるすすを含
む排気微粒子を、セラミックフィルタにて捕集する方法
にあっては、排気微粒子の量は比較的多いので約1〜2
時間で目詰まりする。したがって、排気背圧を上昇させ
てディーゼルエンジンの燃料消費量を悪化させることに
なる。
【0005】また、ボイラ及び焼却炉から大気に排出さ
れるすすを、含む排気微粒子をコロナ放電によって捕集
する方法にあっては、コロナ放電中にオゾンが生成さ
れ、このオゾンは人体に悪影響を与えるのでこの処理が
問題となっていた。また、電気的絶縁は高温状態では高
電圧になるほど難しく、温度を低下させて用いなければ
ならない。
【0006】次に、ディーゼルエンジンから排出される
すすを含む排気微粒子とともに排出される有害なN
X,SOX,HC等も除去し、さらに騒音も低減して欲
しいという要望もあり、法的規制も強化されようとして
いる。
【0007】本発明は、内燃機関等から大気に排出され
る有害な物質を全部取り除くことができるようにしたす
す,窒素酸化物,HC除去および騒音低減装置を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明にあっては燃焼機関からの排気ガスを
導入する排気ガス導入管、この排気ガス導入管に取り付
けられ、排気ガス中の水蒸気を冷却・凝縮して水滴とす
る冷却手段、および前記水滴を排気ガス中から分離する
分離手段を有する前置すす除去部と、前記水滴が分離さ
れた排気ガス中の排気微粒子を負に帯電させる負帯電用
金網、負に帯電させられた排気微粒子を捕集する正帯電
用金網、および捕集された排気微粒子を集収して焼却す
る集収・焼却手段を有する後置すす除去部と、前記排気
微粒子が除去された排気ガスを一旦導入した後排気する
筐体、およびこの筐体内に取り付けられ前記排気ガス中
のNOX,HCを吸着するとともに騒音を低減させる炭
素繊維フェルトを有するNOX,HC除去・騒音低減部
とを備えた構成とする。また、排気ガス中の水蒸気凝縮
して排気微粒子を除去する手段と低電圧微粒子除去装置
を並列に用いることもできる。
【0009】
【作用】燃焼ガス中の水蒸気の凝縮を利用した第1段階
の前置すす除去装置で、約30〜50%の排気微粒子を
背圧を上昇させないで除去し、第2段階の後置すす除去
で、より細い10〜0.3μm程度の微粒子を除去し、
第3段階で、NOX,HC及び騒音を低減させる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1ないし図3は本発明に係るすす,窒素酸化物,HC除
去および騒音低減装置の一実施例を示す図である。
【0011】図1において、符号1は、ディーゼルエン
ジン2に接続された排気ガス導入管であり、排気ガス導
入管1には空冷用フィン3が多数設けられ、また下流側
に隣接して冷却用外套管4が設けられている。冷却用外
套管4に冷却水を導入して、排気ガス導入管1を外側か
ら冷却し、この中を通る排気ガスを冷却している。そう
すると、排気ガス中の水蒸気は凝縮して水滴となる。冷
却用外套管4を用いないとき、または冷却用外套管4で
水滴形成が不充分なとき冷却用外套管4の下流側に隣接
して送風機5が配設されており、この送風機5は大気中
の空気を導入管1内に圧送して、排気ガスを80〜20
℃に冷却する。
【0012】導入管1には鉛直下方に案内管6が分岐し
ており、この案内管6の下方には受水槽7が設置されて
いる。また、導入管1における案内管6より下流側には
気水分離器8が配設され、前記水滴はここで分離され案
内管6へと流れ込む。なお、排気ガス導入管1、空冷用
フィン3、冷却用外套管4、送風機5、案内管6、受水
槽7および気水分離器8は全体として前置すす除去部9
を構成している。
【0013】前記水滴は受水槽7に集収されるが、この
水滴にはSOX,CO及びCO2並びに他の気体燃焼生成
物も溶解して含まれる。そのとき、水滴にはすすなどの
排気微粒子が内包または吸着・付着している。受水槽7
内に集収された水滴に溶解したSOX(SO2,SO3
ど)がH2SO4となっており、これにNaOH,NH3
またはCaCO3などを用いて中和させる。そうする
と、非公害物質として処分できる。このときの、すす除
去率を図2に示す。なお、すす除去率は次式による。
【0014】すす除去率=(排気導入管の入口における
すす濃度−排気導入管の出口におけるすす濃度)÷(排
気導入管の入口におけるすす濃度) 一般に、軽油または重油をディーゼルエンジンに用いる
と、燃焼により発生する排気微粒子のうちすすの量は
0.3〜1.0g/PS・hとかなり多く、10〜0.
3μmの範囲で分布する。このため、前記すすを取り除
くために、電気集じん式フィルタやセラミックフィルタ
を用いると、このフィルタは短時間(1〜2h)で目詰
まりする。したがって、排気微粒子をフィルタから頻繁
に取り除かなければならない。そこで、前置すす除去部
9を前置フィルターとして用いると、下流に配設した高
性能のフィルターの特性を長時間阻害せず、排気流をス
ムーズに流して背圧を増加させないので、機関の燃料消
費を増加させないということになる。
【0015】排気導入管1は、第1筐体10の一端面に
接続されており、この第1筐体10の他端面には連通管
11が接続されている。第1筐体10内には一対の金網
12,13が配設され、この金網の一方12には直流電
源14の負極側に接続され、他方13には正極側に接続
されている。この直流電源14は負極側金網12と正極
側金網13に12〜150ボルトの電圧をかけるための
ものである。
【0016】前置すす除去装置9で大部分の排気微粒子
は水滴とともに除去されており、残りの少ない排気微粒
子が排気導入管1から第1筐体10内へと入ってくる。
第1筐体10内へ入ってきた排気微粒子15は、負極側
金網12を通過するときに負帯電排気微粒子16となっ
て正極側金網13に電気的にクーロンの法則により吸引
されて付着する。
【0017】正極側金網13に負帯電排気微粒子16が
多量に吸引されて付着すると、第1筐体10内の排気ガ
ス付連通管11から排気されなくなり、排気背圧が高く
なる。そこで第1筐体10にハンマー等で衝撃を与える
か、真空除去機または圧縮空気により正極側金網13に
付着した排気微粒子16を落下させる。筐体10の底部
には排気微粒子16を集収するように集収部17が形成
され、この集収部17にはヒータ18が設けられてお
り、集収された排気微粒子を焼却してCO2に変換す
る。なお、第1筐体10、連通管、金網12,13、直
流電源14、集収部17およびヒータ18は全体として
後置すす部19を構成している。
【0018】正,負極側の金網は通常は2セット及び4
セット用いることが多く、このときの試験結果を図3に
示す。使用電力は48Vである。段数を増加させるとす
す捕集効率は向上する。本図で0Vの場合は金網をフィ
ルタに用いたもので、物理的捕集を示し、効率も低い。
また、使用金網は0と12〜150Vともに同じである
から、低電圧装置の効率の高さと、再生の回復率が高
く、網目ですすを補集する物理的フィルタと性能が異な
っていることを示している。
【0019】再生は電源を切断して、装置外部から衝撃
を与えると正極側金網から、捕集した排気微粒子は分離
し落下する。この金網に付着した微粒子の除去、すなわ
ちこの再生は圧縮空気を正極金網に吹きつけるか、真空
ポンプで吸引し除去できる。また、清浄液を正極及び負
極金網に吹きつけてもよい。0Vの物理的捕集は取り外
して清掃しないと再生しない。図3は小形コンプレッサ
による5kg/cm2の圧縮空気を用いたもので、48
Vと0Vの違いははっきりしている。
【0020】連通管11は第2筐体20内に挿入されて
いる。第2筐体20はその全体が略円筒状であり、前側
板20aと後側板20bとを有しており、前側板20a
の方を連通管11は挿通している。後側板20bを排気
管21が挿通するようにして取り付けられている。第2
筐体20の内壁には炭素繊維フェルト22が取り付けら
れている。なお、連通管11、第2筐体20、排気管2
1および炭素繊維フェルト22は全体としてNOX,H
C除去・騒音低減部23を構成している。
【0021】連通管11から第2筐体20に入った排気
ガスは、炭素繊維フェルト22の表面に沿って流れると
き、NOXとHCが吸着され、また騒音が吸音される。
NOX中のNO(一般に排気ガス中に90〜95%含ま
れている)の0分子が炭素繊維表面のC原子に吸着され
2が大気に放出される。
【0022】120mlデーゼル発電機、3000γp
m、1.2kwのとき、すなわち全負荷運転のときNO
Xは入口で320ppmが出口で205ppmに低下し
た。同様の試験において、HC濃度は145ppmが1
20ppmに低減できた。なお、このときの装荷炭素繊
維の量は52gであった。量を増加すると効果は増大す
る。また騒音レベルは本装置を用いないとき93dB
(Aスケール)のものが、装置を用いると80dBAに
低下できた。
【0023】なお、NOX,HC除去・騒音低減部の代
わりにゼオライト触媒(CuまたはPtZSM−5)を
用いてもよい。このCu−ZSM−5はごく微量の硫黄
酸化物SOXでも活性が大幅に低下するが、前置すす除
去部9によってSOXはかなり除去されているので、前
記活性を低下させるようなことはなくなる。
【0024】次に、本発明の他の実施例を図4に示す。
【0025】同図に示すように、ディーゼルエンジンか
らの排気ガス中のNOXとHCをNOXHC除去装置23
で吸着除去し、後流に低電圧すす除去装置19と冷却・
凝縮すす除去装置9を並列に用いるものである。本装置
は低電圧すす除去装置19の金網にすすが蓄積されても
バイパスの凝縮装置9に必ず排気ガスが流れ、エンジン
に与える悪影響の程度を緩和する。また、通常運転中バ
イパス系9に流れる排気ガスは冷却フィン3(または水
管を用いてもよい)により水滴を凝縮するので、すすは
減少し、低電圧すす除去装置19の負荷(すす蓄積量)
も緩和され、寿命延長に役立つ。
【0026】なお、本発明は内燃機関に適用した例を示
したが、これに限らず、焼却炉、ボイラ、ガスタービ
ン、反応炉、湯わかし器、屋外暖房器にも適用できる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、燃焼ガス中の水蒸気の
凝縮を利用した第1段階の前置すす除去装置で、約30
〜50%の排気微粒子と背圧を上昇させないで除去し、
第2段階の後置すす除去部で、より細い10〜0.3μ
m程度の微粒子を除去し、第3段階でNOX,HC及び
騒音を低減させる。したがって、内燃機関等から大気に
排出される有害な物質は全部取り除くことができる。さ
らに、内燃機関、ボイラ、焼却炉の燃焼効率を悪化させ
ない利点がある。
【0028】また、後置すす除去部の前で、微粒子と水
分が除去されるので、電気的捕集効率の向上と捕集金網
の再生によい効果を与える。さらにHC除去は悪臭の低
下につながり副次的効果になる。加えて、騒音規制の強
化には、炭素繊維の装荷量で対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るすす,窒素酸化物,HC除去およ
び騒音低減装置の実施例を示す全体図。
【図2】前置すす除去部のすす除去率を示すグラフ。
【図3】後置すす除去部のすす捕集効率を示すグラフ。
【図4】本発明の他の実施例を示す全体図。
【符号の説明】
1…排気ガス導入管 3…冷却用フィン 4…冷却用外套管 5…送風機 7…受水槽 8…気水分離器 9…前置すす除去部 10…第1筐体 11…連通管 12,13…金網 17…集収部 18…ヒータ 19…後置すす除去部 20…第2筐体 21…排気管 22…炭素繊維フェルト 23…NOX,HC除去・騒音低減部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼機関からの排気ガスを導入する排気
    ガス導入管、この排気ガス導入管に取り付けられ排気ガ
    ス中の水蒸気を冷却・凝縮して水滴とする冷却手段、お
    よび前記水滴を排気ガス中から分離する分離手段を有す
    る前置すす除去部と、前記水滴が分離された排気ガス中
    の排気微粒子を負に帯電させる負帯電用金網と、負に帯
    電させられた排気微粒子を捕集する正帯電用金網、およ
    び捕集された排気微粒子を集収して焼却する集収・焼却
    手段を有する後置すす除去部と、前記排気微粒子が除去
    された排気ガスを一旦導入した後排気する筐体、および
    この筐体内に取り付けられ前記排気ガス中のNOX,H
    Cを吸着するとともに騒音を低減させる炭素繊維フェル
    トを有するNOX,HC除去・騒音低減部とを備えたこ
    とを特徴とするすす,窒素酸化物,HC除去および騒音
    低減装置。
JP6223881A 1994-09-20 1994-09-20 すす,窒素酸化物,hc除去および騒音低減装置 Expired - Lifetime JP2622505B2 (ja)

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