JP4124321B2

JP4124321B2 - Exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus

Info

Publication number: JP4124321B2
Application number: JP2002055903A
Authority: JP
Inventors: 武細井; 武宏赤間; 正博大里; 功栗丸; 宏三萩谷; 田中　　勉; 靖史浅井
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2003251149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車といった車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などの排ガスの処理方法および排ガス処理装置に関し、より詳細には、車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などから排出される排ガス中のガス状汚染物質および粒子状汚染物質を分解または除去するための排ガスの処理方法および排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などから排出される排ガス中には、ガス状汚染物質として窒素酸化物ＮＯ_ｘや硫黄酸化物ＳＯ_ｘ、粒子状汚染物質としてすすといった未燃焼炭素やダストなどが含まれており、これらを分解または除去する技術が提供されている。従来、窒素酸化物や硫黄酸化物を分解または除去する方法においては、グロー放電やコロナ放電によりプラズマを発生させて窒素や硫黄あるいは酸素に分解処理したり、吸着剤を用いて窒素酸化物および硫黄酸化物を吸着除去する方法が用いられている。また、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質を除去する方法においては、多孔質セラミックフィルタなどを用いて分離除去したり、バーナを用いて燃焼させたり、浄化液を用いて捕集洗浄する方法が用いられ、これら汚染物質を大気中に放出しないようにされている。
【０００３】
また、トンネル内においては、車両から排出された排ガスがトンネル内に蓄積され、トンネル内の換気に伴って、車両からの排気ガスが大気中へと放出されることになる。近年における大気汚染等の状況を考えれば、トンネル内に蓄積された排気ガスを大気中に放出する際に、窒素酸化物や浮遊粒子状汚染物質（ＳＰＭ）を可能なだけ除去する必要がある。
【０００４】
これまで、上述した窒素酸化物や、粒子状汚染物質を除去して清浄なガスを放出することができる装置として、数多くの装置や方法が提案されている。例えば、加熱手段と、触媒または吸着剤とを使用して効率良く分解、除去する方法が提案されている。
【０００５】
特開平１０−２２７４３７号公報に開示されている装置は、多孔質セラミック構造体を水平に複数段セットし、各段の空隙区域に電気抵抗発熱体を設置して、多孔質セラミック構造体の上下から加熱することを可能とした構造とされている。また、特開平１０−２２７４３７号公報に開示されている装置には、外部から燃焼に必要な２次空気が送入できるようになっている。この装置は、多孔質セラミック構造体の表面と中心部との温度差が少なく、温度の均一化の効果が大きい燃焼温度まで均一に加熱できることを特徴としている。これにより、多孔質セラミック構造体に捕捉される微粒子や未分解成分が完全に燃焼され、クリーンな排ガスとして外部に排出することができることが開示されている。
【０００６】
また、特開平１１−５２８号公報に開示されている装置は、フィルター内層筒部と、フィルター外層筒部と、これら各筒部間の空所に充填された活性炭層とからなるフィルター筒と、フィルター内層筒部の内腔に、多数の細孔を有する排ガス導入兼排出筒とを設置した排ガス処理装置とされている。この排ガス処理装置は、排ガス中のＳＯ_２およびＮＯ_ｘをフィルターおよび活性炭を使用して吸着処理することができるようになっている。
【０００７】
さらに、特開２００１−１７０４８３号公報には、ディーゼル排ガス中の炭素微粒子を燃焼除去するためのディーゼル排ガス処理中の燃焼触媒が開示されている。この触媒は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属よりなる触媒粒子と、触媒粒子を支持する酸化系セラミック粒子からなるディーゼル排ガス処理用の燃焼触媒である。特開２００１−１７０４８３号公報には、この燃焼触媒を用いることにより５００℃以下の比較的低温においても、高効率で炭素微粒子を燃焼させることができることが開示されている。
【０００８】
しかしながら、上述した特開平１０−２２７４３７号公報に開示された装置では、多孔質セラミック構造体と接触する期間が短いため、充分に、かつ効率良く加熱して燃焼させることが困難であり、また、多くの多孔質セラミック構造体を設け、ブロワから空気を供給することで充分な燃焼が可能となるものの、装置が大きくなるといった問題があった。
【０００９】
また、上述した特開平１１−５２８号公報に開示された装置においては、粒状汚染物質について充分に吸着除去することができ、さらにはディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＳＯ_２、ＮＯ_ｘを効率良く除去することができるものの、所定期間ごとに交換が必要となり、目詰まりしたフィルターの清掃などを行う必要があり、手間や労力がかかるといった問題があった。
【００１０】
さらに、特開２００１−１７０４８３号公報に開示の触媒を使用した排ガス処理においては、５００℃以下の低温で効率良く粒状汚染物質を燃焼させることを可能にするものの、ガス状汚染物質、特に窒素酸化物を除去することができなかった。
【００１１】
また、特開平９−２８００３５号公報には、排気ガス中の排気微粒子および窒素酸化物を除去する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に接続される筒状のケーシングと、ケーシング内に配置されるとともに、セラミックス製の隔壁によって仕切られ排気流れ方向に延びる多数のセルをハニカム状に配するハニカム構造体と、ハニカム構造体以外のケーシング内空間に充填された多数のセラミック製中空球体とを有しており、フィルターおよび電気ヒータなどの手段を用いることなく、常に排気ガス中のパティキュレートや窒素酸化物を効果的に浄化することができる装置とされている。
【００１２】
また、特開平９−２８００３５号公報では、６００〜８００℃もの高温域を通過することで排ガス中の水蒸気が過熱蒸気へと変化し、過熱蒸気の活性度によりパティキュレート（特に、カーボン）の酸化燃焼反応をさらに促進させる触媒としての効果があり、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）から酸素（Ｏ_ｘ）を遊離させて、パティキュレートの燃焼に酸素を供給する作用があることが開示されている。
【００１３】
上述した特開平９−２８００３５号公報に開示の装置においては、電気ヒータなどの手段を用いることなく排気ガスを加熱することを可能にし、装置が簡素化することができるものの、排気ガスの流れによって加熱が不均一であったり、このために充分な燃焼や分解反応が行われない部分が存在したり、特殊なセラミック製中空球体を使用するためにコストがかかるなどの問題があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述した問題点に鑑み、排ガス中の未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を充分に燃焼することにより無害化して除去することができ、また排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を減少させることも可能であり、さらにはフィルターを用いることなく、安価でコンパクトな排ガスの処理方法および排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の上記目的は、本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置を用いることによって達成される。
【００１６】
本発明によれば、中空部材に配設した側面部に螺旋状に形成された排ガスの通路を有する加熱中空部材を含む抵抗加熱手段の該加熱中空部材の一端から他端へと通電して該加熱中空部材を加熱し、加熱された前記加熱中空部材からの熱伝導により該加熱中空部材の内部に充填した、セラミックス、白金からなる群から選択される充填物を加熱する段階と、
前記充填物を加熱した後に、前記排ガスを前記中空部材に連続的に供給する段階と、
前記加熱された加熱中空部材および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを５００℃〜７００℃に加熱し、前記排ガスに含まれる粒子状汚染物質を連続的に燃焼させ、窒素酸化物を連続的に分解させる段階と、を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１８】
本発明によれば、前記加熱中空部材は、中空の第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材とは径が異なる中空の第２の円筒部材とから構成され、前記第１の円筒部材の内部に前記第２の円筒部材が収容されていて、前記充填物は、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に充填され、前記排ガスは、前記第１の円筒部材の側面部、前記充填物間および前記第２の円筒部材の側面部を通して流れることを特徴とする排ガスの処理方法が提供される。
【００１９】
本発明によれば、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側に配設されたプラズマ発生手段により、前記排ガス中にプラズマを発生させる段階を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００２１】
本発明によれば、前記排ガスは、車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、またはゴミ焼却設備からの排気ガスである排ガスの処理方法が提供される。
【００２２】
本発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、側面部に螺旋状に形成された前記排ガスの通路を有し、一端から他端へ通電することにより加熱される加熱中空部材を含み、前記中空部材の内部に配設される抵抗加熱手段と、前記加熱中空部材に隣接して前記中空部材の内部に充填され、加熱された前記加熱中空部材からの熱伝導により加熱されるセラミックス、白金からなる群から選択される充填物と、を含み、前記充填物が加熱された後に、前記排ガスが前記中空部材に連続的に供給され、前記加熱された加熱中空部材および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを５００℃〜７００℃に加熱し、前記排ガスに含まれる粒子状汚染物質を連続的に燃焼させ、窒素酸化物を連続的に分解させることを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【００２４】
本発明によれば、前記加熱中空部材は、中空の第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材とは径が異なる中空の第２の円筒部材とから構成され、前記第１の円筒部材の内部に前記第２の円筒部材が収容されていて、前記充填物は、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に充填され、前記排ガスは、前記第１の円筒部材の側面部、前記充填物間および前記第２の円筒部材の側面部を通して流れることを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【００２５】
本発明によれば、前記排ガス処理装置は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側に配設されるプラズマ発生手段を含む排ガス処理装置が提供される。
【００２６】
本発明によれば、前記プラズマ発生手段は、前記中空部材の中央部に配設される中央部電極と、前記中空部材の内側に配設される周部電極とを含む排ガス処理装置が提供される。
【００２７】
本発明によれば、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてコロナ放電またはグロー放電する排ガス処理装置が提供される。
【００２９】
本発明によれば、前記排ガスは、車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、またはゴミ焼却設備からの排気ガスである排ガス処理装置が提供される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面をもって詳細に説明する。本発明の排ガス処理装置は、ガソリン車またはディーゼル車といった車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、または高圧ボイラやゴミ焼却設備といった高温で燃焼させる装置からの排気ガスなどに含まれる窒素酸化物および粒子状汚染物質を、二酸化炭素や窒素などのクリーンガスにして放出することができる装置である。図１は、本発明の排ガス処理装置の第１の実施の形態を示した断面図である。図１に示す実施の形態においては、車両の排気管に本発明の排ガス処理装置１がフランジ２などの連結部材を用いて図示しないボルトおよびナットにより接続され、矢線Ａの方向から排ガスが本発明の排ガス処理装置１へ供給されている。図１に示す排ガス処理装置１は、中空部材３と、中空部材３の内部に配設される抵抗加熱手段４と、抵抗加熱手段４に隣接して中空部材３の内部に充填される充填物５とを含んでいる。
【００３１】
図１に示す実施の形態では、中空部材３の内部に抵抗加熱手段４として中空円筒状の加熱中空部材４ａが用いられ、加熱中空部材４ａの内部に充填物５が充填されている。また、加熱中空部材４ａから充填物５が流出しないように、ストッパ５ａが設けられている。加熱中空部材４ａは、中空部材３の中央部の所定位置にボルトおよびナットを用いて閉鎖板６および支持部７に配設されている。また、図１に示す実施の形態では、中空部材３に供給された排ガスは、加熱中空部材４ａの外部から加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた通路を通して内部へと流れ、加熱中空部材４ａ内部の充填物５の隙間を通して加熱中空部材４ａの端部９から放出されるようになっている。閉鎖板６は、加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた通路を通して端部９から適切に放出するために設けられている。また、加熱中空部材４ａには、導線１０ａ、１０ｂが接続されていて、導線１０ａを通して供給された電流が加熱中空部材４ａ、導線１０ｂを通して流れるようになっていて、また導線１０ａを通して供給された電流により加熱中空部材４ａを加熱することができるようになっている。加熱中空部材４ａに隣接して充填される充填物５は、加熱中空部材４ａの加熱にともなって加熱され、充填物５を伝って加熱中空部材４ａから離れた充填物５へと熱が伝えられていく。こうすることにより、充填された充填物５全体を所定温度以上に加熱することができる。また、排ガスは、加熱中空部材４ａに接触し、さらには加熱された充填物５に接触しながら充填物５の隙間を通過することにより、充分に加熱、燃焼される。
【００３２】
図１においては、本発明の排ガス処理装置１が取り外し可能なようにフランジ２により接続しているが、外部へ排ガスが漏れることなく本発明の排ガス処理装置１へ供給できるのであればいかなる接続手段でも用いることが可能である。さらに、本発明の排ガス処理装置１と接続する管との接続サイズが異なる場合には、レデューサを用いて接続することができる。また、本発明に用いる中空部材３は、図１に示すように中空円筒状とされていなくてもよく、中空であればいかなる形状であっても良い。中空部材３の材質は、内部を通過する排ガスの温度に耐えうるものであればいかなるものでもよく、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、セラミックスなどを用いることができる。また、内部温度を保持するために、中空部材３の外側面または内側面にスラグウールやロックウールといった断熱材を設けることができる。さらに、充填物５が流出しないように設けられるストッパ５ａは、充填物５の径より小さい穴や孔をもつもので、かつ加熱する温度に耐えうる材質のものであればいかなる形状のものでも用いることができる。本発明においては、ステンレス鋼製またはセラミックス製の多孔板や金網などを用いることができる。
【００３３】
図１に示す抵抗加熱手段４は、上述したように円筒形の加熱中空部材４ａと、加熱中空部材４ａに電流を供給する導線１０ａ、１０ｂとから構成されている。加熱中空部材４ａは、側面部８に排ガスを通すための通路が形成されていて、内部を通して端部９から放出することができる構造とされている。また、加熱中空部材４ａは、電流を供給することにより表面温度を上昇させることが可能な材質から形成され、例えば、電気抵抗の高い材質のものを用いることができる。本発明においては、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金などを用いることができる。上記通路は、いかなる形状であってもよく、適切な量の排ガスを流すことができ、内部に充填される充填物５が通り抜けない大きさとすることができる。加熱中空部材４ａは、一方の端部が閉鎖されていて、他方の端部９のみが開放されている。また、加熱中空部材４ａは、排ガスを加熱するとともに内部に充填された充填物５も加熱する。これによって、例えば、自動車の内燃機関、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などの一次燃焼手段で残存した未燃焼炭素を加熱燃焼および窒素酸化物を分解することにより、無害化して処理することができる。
【００３４】
本発明においては、排ガス中の未燃焼炭素を完全に燃焼させるために排ガスの温度を５００℃以上とすることができ、５００℃〜７００℃とすることが好ましい。本発明においては、排ガス中の未燃焼炭素の燃焼とともに、窒素酸化物の分解反応を促進させるために６５０℃とすることが好ましい。本発明において排ガスの温度は、加熱中空部材４ａに供給する電流量を調節することより、上記５００℃〜７００℃に調節することができる。
【００３５】
本発明において充填物５は、排ガスを接触させて充分に加熱するためには粒が小さいもののほうが好ましいが、粒が小さいものの場合には抵抗が増大し、本発明の排ガス処理装置１の上流側の上述した一次燃焼手段に負荷がかかることになる。したがって、充分な接触と、排ガスの流れの抵抗を考慮し、適切な大きさの充填物５を用いることができる。本発明においては、充填物５として耐熱強度の高いセラミックスまたは白金または白金を含有するセラミックスなどを用いることができる。具体的には、耐熱性を有し、アルミナ含有量９９質量％以上のアルミナボールまたはアルミナに白金を付加した白金触媒を挙げることができる。さらに、本発明においては、Ｎ_２Ｏを窒素と酸素とに分解するロジウムを含有するセラミックス、具体的にはアルミナ坦持およびゼオライト坦持ロジウム触媒を用いることができる。また、本発明においては、ロジウムに限らず、コバルト銅、パラジウムおよびバナジウムなどを含む触媒を用いることもできる。また、本発明においては、いかなる形状であっても良いが、密に充填しやすい球状の充填物５が好ましく、径は、４ｍｍ〜１０ｍｍのものを用いることができる。さらに、本発明においては、伝熱性を高めるために充填物５を密に充填するほうが好ましい。本発明の排ガス処理装置１の抵抗加熱手段４および加熱された充填物５に接触することによって、以下の式（１）に示す反応が起こる。
【００３６】
【化１】

【００３７】
Ｃは排ガス中の未燃焼炭素であり、Ｏ_２は排ガス中に含まれる余剰酸素である。また、排ガス中の窒素酸化物は、上述したように排ガス中の水蒸気が過熱蒸気となり、過熱蒸気の作用によって窒素と酸素とに分解される。窒素酸化物の分解により得られた酸素は、上記式（１）の反応に使用することができる。上記式（１）に示す反応および窒素酸化物の分解反応により生成した二酸化炭素および窒素は、排ガス中の窒素や、酸素、一次燃焼手段で生じた水蒸気といったその他の排ガス成分とともに大気中へ放出される。
【００３８】
図１に示す閉鎖板６は、加熱中空部材４ａの側面部８を通して端部９から適切に排ガスを流すことができるように閉鎖することができ、加熱中空部材４ａに供給される電流を通さない絶縁物とすることができる。また、加熱中空部材４ａの他方の端部は、中空部材３の内部の所定位置に設けられた支持部７によって支持することができる。本発明においては、支持部７も閉鎖板８と同様に絶縁物を用いて形成することができる。図１に示す実施の形態では、支持部７に設けられたナットに抵抗加熱手段４の端部に設けられたボルトを締結することにより固定されるようになっている。本発明においては、図１に示すように閉鎖板６と支持部７とによって支持する構造に限らず、抵抗加熱手段４を所定位置に固定することができるのであればいかなる構造とされていてもよい。
【００３９】
図２は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段４を例示した図である。図２（ａ）は、抵抗加熱手段４の第１の実施の形態を例示した図である。図２（ａ）においては、加熱中空部材４ａの側面部８に、螺旋状に排ガスが通過する通路１１が形成されている。図２（ａ）に示す実施の形態では、内部が中空とされた加熱中空部材４ａは、端部９が開口となっていて、端部９は、図１に示す閉鎖板６にボルトおよびナットを用いて配設することができるようにフランジ部１２が設けられている。また、他方の端部９ａは、閉鎖されていて、図１に示す支持部７に締結することができるように締結部１３が設けられている。加熱中空部材４ａの側面部８は、螺旋状に排ガスの通路１１が形成されていて、通路１１を通して内部の充填物５に向けて排ガスが流れるようになっている。また、排ガスは、充填物５の間を通り抜け、端部９の開口から外部へ放出される。また、加熱中空部材４ａには、導線１０ａ、１０ｂが接続されていて、図示しない電流供給手段から電流が供給されるようになっている。図２（ａ）に示す実施の形態では、導線１０ａから供給された電流は、螺旋状に形成された加熱中空部材４ａの側面部８を通して導線１０ｂに向けて流れる。このように電流が流れることにより加熱中空部材４ａの表面温度が上昇する。加熱中空部材４ａの内部に充填されている充填物５は、加熱中空部材４ａの温度上昇にしたがって加熱され、中央部に位置し、加熱中空部材４ａから離れた充填物５に向けて熱が伝えられ、充填物５全体を所定温度に加熱することができる。本発明において通路１１は、供給される排ガスを適切に処理できる大きさとすることができる。
【００４０】
図２（ｂ）は、抵抗加熱手段４の参考例である。図２（ｂ）においては、加熱中空部材４ａの側面部８に、排ガスが通過する通路１１として複数の穴が形成されている。この穴は、内部に充填した充填物５が穴を通して流出しない大きさの穴とすることができ、供給される排ガスを適切に処理できる数および大きさの穴とすることができる。
【００４１】
図２（ｃ）も、抵抗加熱手段４の参考例である。図２（ｃ）においては、加熱中空部材４ａの側面部８に、排ガスが通過する通路１１として周方向に長くされた穴が形成されている。この穴は、内部に充填した充填物５が穴を通して流出しない大きさの穴とすることができ、供給される排ガスを適切に処理できる数および大きさの穴とすることができる。本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段４は、加熱中空部材４ａの外部にも充填物５を充填することもできる。また、本発明においては、端部９から排ガスを供給し、側面部８を通して排出するようにされていてもよい。さらに、本発明においては、充填物５の加熱に要する時間や能力に応じて径の異なる加熱中空部材４ａを複数設けることもできる。
【００４２】
図３は、本発明の排ガス処理装置の第２の実施の形態を示した断面図である。図３に示す実施の形態では、図１に示した加熱中空部材４ａは、中空の第１の円筒部材１４ａと、第１の円筒部材１４ａとは径が異なる中空の第２の円筒部材１４ｂとから構成され、第１の円筒部材１４ａの内部に第２の円筒部材１４ｂが収容されている。また、第１の円筒部材１４ａと第２の円筒部材１４ｂとの間に充填物５が充填されていて、排ガスは、第１の円筒部材１４ａの側面部、充填物５の隙間、第２の円筒部材１４ｂの側面部を通して第２の円筒部材１４ｂの内部に流れるようになっている。これらの構造以外については、図１に示す排ガス処理装置１と同様の構造とされている。図３に示す抵抗加熱手段４は、径の異なる２つの中空の円筒部材１４ａ、１４ｂが用いられ、導線１０ａ、１０ｃを通して電流を供給することにより両側から充填物５を加熱することができるようになっている。これにより、図１に示す抵抗加熱手段４に比べて短時間に充填物５を所定温度に加熱することができる。図３に示す実施の形態では、矢線Ｂから供給される排ガスが第１の円筒部材１４ａの外部から第１の円筒部材１４ａに設けられた図２に例示するような排ガス通路を通して充填物５の層へ供給され、さらに第２の円筒部材１４ｂの排ガス通路を通して第２の円筒部材１４ｂの内部に供給される。第１の円筒部材１４ａ、充填物５、第２の円筒部材１４ｂを通過する際、上述したように加熱され、上述した粒子状汚染物質を燃焼させることにより粒子状汚染物質を減少させることができる。
【００４３】
図４は、本発明の排ガス処理装置１の第３の実施の形態を示した断面図である。図４に示す排ガス処理装置１は、図１に示す排ガス処理装置１に、中空部材３の内側面の排ガスが流れる部分に断熱材１５を介して第２の抵抗加熱手段１６が設けられている。また、中空部材３の中央部には、図１と同様に、第１の抵抗加熱手段４として内部に充填物５を収容した加熱中空部材４ａが配設されている。図４に示す実施の形態では、第１の抵抗加熱手段４と第２の抵抗加熱手段１６との間にも充填物５が充填されている。図４に示す断熱材１５としては、上述した断熱材を用いることができ、第２の抵抗加熱手段１６としては、第１の抵抗加熱手段４と同じ材質のものを用いることができる。本発明においては、中空部材３の内部に充填する充填物５を適切に加熱することができれば、上述した構造に限らずいかなる位置に抵抗加熱手段４を配設した構造とすることもできる。図４に示す実施の形態では、矢線Ｃの方向から排ガスが供給され、中空部材３の内部に送入される。中空部材３の入口部１７には、充填物５が外部に流出しないように、かつ排ガスが供給されるように金網や多孔板などのストッパ５ｂが設けられている。図４に実施の形態では、第２の抵抗加熱手段１６によって加熱された充填物５の隙間を通過することにより排ガスは加熱され、充填物５上で上記反応を伴いながら粒子状汚染物質が減少する。さらに、第１の抵抗加熱手段４を通過することにより充分に低減されて大気中に放出される。図３に示す第２の抵抗加熱手段１６としては、上述した抵抗加熱手段４と同様の材質とすることができ、例えば、板状のものを中空部材３の内部に配設することができる大きさや形状にして製作したものを設置することができる。ストッパ５ｂとしては、上記温度に耐え、適切に排ガスを通して流すことができ、収容した充填物５が流出しないようにすることができるものであればいかなるものでも使用することができ、例えば、上述した金網や多孔板などを用いることができる。
【００４４】
図５は、本発明の排ガス処理装置の第４の実施の形態を示した断面図である。図５に示す排ガス処理装置１は、図１に示す排ガス処理装置に、さらにプラズマ発生手段１８が設けられている。図５に示すプラズマ発生手段１８は、排ガス中にプラズマを発生させ、排ガス中に含まれる窒素酸化物を窒素と酸素に分解したり、すすやダストを帯電させて集塵することを可能とするものである。図５に示すプラズマ発生手段１８は、図１、図３および図４に示す中空部材３と同様の中空部材３ａが別に設けられ、中空部材３ａの内部の中央部に配設される中央部電極１９と、中空部材３ａの内側に配設される周部電極２０とを含んでいる。本発明においては、１つの中空部材３のみを使用し、上記抵抗加熱手段４の前流側に配設された構造とされていてもよい。また、図５に示すプラズマ発生手段１８は、排ガス中に窒素酸化物が特に多く含まれている場合に有効である。
【００４５】
図５に示すプラズマ発生手段１８の中央部電極１９および周部電極２０には、導線２１ａ、２１ｂが接続されていて、図示しない高圧電源から電圧が印加されるようになっている。本発明においては、中央部電極１９から周部電極２０に向けてコロナ放電またはグロー放電することができるものを用いることができる。図５に示す実施の形態では、中央部電極１９に電圧を印加すると、周部電極２０に向けて放電される。この場合、中央部電極１９は、放電電極として作用し、周部電極２０は、接地電極として作用する。中央部電極１９は、排ガスが流れる流路の中央部に配設されていて、中空部材３ａの内周全体に周部電極２０が配設されている。中央部電極１９からの放電により、中央部電極１９と周部電極２０との間の排ガスが流れる空間においてプラズマが発生し、このプラズマを横断するように排ガスが流れることにより、排ガス中の窒素酸化物は以下の式（２）の反応を伴って窒素と酸素とに分解される。
【００４６】
【化２】

【００４７】
式（２）中、Ｎは、排ガス中の窒素からプラズマにより生成した窒素ラジカルであり、ＮＯは排ガス中に主として含まれる一酸化窒素である。また、多次のＮＯ_２といった窒素酸化物は、上述した窒素ラジカルによって一酸化窒素に分解され、最終的に上記式（２）の反応によって窒素と酸素とに分解される。この窒素および酸素は、未燃焼炭素などとともに後流側の抵抗加熱手段４に供給され、抵抗加熱手段４および抵抗加熱手段４によって加熱された充填物５により加熱、燃焼されて二酸化炭素となって大気中へ放出される。
【００４８】
図５に示す中央部電極１９は、排ガスの供給側に向いた先端が尖った形状とされ、排ガスの流れに対して抵抗が小さくなるような形状とされている。また、周部電極２０は、周部電極２０の一部分が中央部電極１９に近接するような形状とされている。このようにすることで、中央部電極１９から周部電極２０に向けて効率良く放電させることができ、適切に排ガス中にプラズマを発生させることができる。また、周部電極２０には、高圧電流が流れるため、中空部材３ａと周部電極２０との間に木やセラミックスなどの絶縁物を配設し、中空物質３ａに触れても感電しないようにすることができる。本発明においては、図５に示す形状に限らず、排ガス中にプラズマを発生させてプラズマ処理を行うことができるものであれば、いかなる構成のものでも用いることができる。例えば、中空部材３ａの長さ方向に長くされた中央部電極と、中央部電極から等間隔で、中空部材３ａの内周に中央部電極に対向して設けられた周部電極とをプラズマ発生手段１８として用いることができる。また、プラズマ発生手段１８に用いる中央部電極１９および周部電極２０としては、導電性のある材質であればいかなるものでも良く、例えば鉄、銅、銀などを用いることができる。
【００４９】
本発明の排ガス処理装置１を車両に接続する場合において、プラズマ発生手段１８に供給する電流は、ディストリビュータからの高電圧点火電流を用いることができ、また抵抗加熱手段４に電流を供給するための電源としては、バッテリーを用いることができる。また、図５に示すプラズマ発生手段１８は、図１に示す抵抗加熱手段４に限らず、図３および図４に示す抵抗加熱手段４と組み合わせて使用することもできる。さらに、プラズマ発生手段１８によって帯電したすすといった未燃焼炭素は、排ガスの流れに沿って後流側に設けられる抵抗加熱手段４に付着し、燃焼される。この場合、帯電した未燃焼炭素の電荷とは反対の電荷を抵抗加熱手段４に与えることにより効果的に付着させて燃焼することができる。
【００５０】
図６および図７を使用して本発明の排ガスの処理方法について詳細に説明する。図６は、図１に示す排ガス処理装置１をディーゼルエンジンを有する車両の排気管２２に接続したところを示した図である。図６に示す排ガス処理装置１は、フランジ２などによって排気管２２に連結されていて、車両から放出される高温の排ガスが供給される。ディーゼル車においては、未燃焼炭素などの粒子状汚染物質が多く含まれている。まず、中空部材３の内部に配設された抵抗加熱手段４に所定の電流を供給し、抵抗加熱手段４を加熱する。抵抗加熱手段４に隣接して充填される充填物５に熱が伝えられ、抵抗加熱手段４から離れた充填物５へと熱が伝えられることにより充填物５全体が加熱される。本発明においては、充填物５を５００℃以上に加熱することで、充填物５と充分に接触した排ガスを５００℃以上に加熱することができる。図６に示す実施の形態では、抵抗加熱手段４として加熱中空部材４ａが用いられていて、加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた排ガス通路を通して内部の充填物５に向けて排ガスが流れるようになっている。矢線Ｅの方向に向けて排ガスを中空部材３に供給し、矢線Ｆの方向に向けて通路および充填物５の隙間を通して流れることにより、加熱中空部材４ａおよび充填物５に接触して排ガスが加熱され、排ガス中の未燃焼炭素が燃焼する。燃焼された排ガスは、加熱中空部材４ａの端部９を通して、窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気を主成分としたクリーンガスとして矢線Ｇの方向の大気中に放出される。
【００５１】
図７は、図５に示す排ガス処理装置１をガソリン車の排気管に接続したところを示した図である。図７に示す排ガス処理装置１は、フランジ２などによって車両の排気管２２に連結されていて、車両から放出される高温の排ガスが供給される。通常、ガソリン車においては、粒子状汚染物質の濃度が低く、その代わりにＮ_２Ｏといった窒素酸化物が多く含まれている。まず、排気管２２に接続された中空部材３ａの内部に配設されたプラズマ発生手段１８の中央部電極１９に高圧電流を印加し、矢線Ｈの方向から排ガスを供給することにより中央部電極１９と周部電極２０との間にプラズマを発生させる。排ガス中の窒素酸化物は、プラズマ処理され、上述した式（２）の反応により窒素と酸素とに分解され、排ガス中に含まれるダストは帯電して所定位置に集塵する。プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ａに連結された中空部材３に送られる。中空部材３の内部に配設された抵抗加熱手段４には、所定の電流が供給されていて、抵抗加熱手段４が加熱されている。抵抗加熱手段４の加熱によって抵抗加熱手段４に隣接して充填される充填物５に熱が伝えられ、抵抗加熱手段４から離れた充填物５へと熱が伝えられることにより充填物５全体が加熱される。本発明においては、充填物５を５００℃以上に加熱することで、充填物５と充分に接触した排ガスを５００℃以上に加熱することができる。図７に示す実施の形態では、抵抗加熱手段４として加熱中空部材４ａが用いられていて、加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた図２（ａ）に示した排ガス通路１１を通して内部の充填物５に向けて排ガスが流れるようになっている。排ガスは、加熱中空部材４ａおよび充填物５に接触することにより加熱され、排ガス中の未燃焼炭素が燃焼する。また、上述したようにプラズマ発生手段１８によって帯電した排ガス中の未燃焼炭素は、未燃焼炭素に帯電した電荷とは反対の電荷を抵抗加熱手段４に与えることにより効果的に未燃焼炭素を付着させて燃焼することができる。燃焼された排ガスは、加熱中空部材４ａの端部９を通して、窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気を主成分としたクリーンガスとして矢線Ｉの方向の大気中に向けて放出することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置を用いることにより、未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を充分に燃焼することにより無毒化して除去することができ、また大気へ放出する排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を減少させることが可能となる。また、本発明の排ガス処理装置は、フィルターが不要であり、装置構成が簡単でコンパクトであり、低コストで製造可能であるため、特に自動車の排気ガス処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス処理装置の第１の実施の形態を示した断面図。
【図２】本発明の排ガス処理装置に用いる抵抗加熱手段を例示した図。
【図３】本発明の排ガス処理装置の第２の実施の形態を示した断面図。
【図４】本発明の排ガス処理装置の第３の実施の形態を示した断面図。
【図５】本発明の排ガス処理装置の第４の実施の形態を示した断面図。
【図６】図１に示す排ガス処理装置をディーゼル車の排気管に接続したところを示した図。
【図７】図５に示す排ガス処理装置をガソリン車の排気管に接続したところを示した図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus for vehicles such as automobiles, diesel engines, various boilers, and garbage incineration equipment, and more specifically, exhausted from vehicles, diesel engines, various boilers, garbage incineration equipment, and the like. The present invention relates to an exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment apparatus for decomposing or removing gaseous pollutants and particulate pollutants in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In exhaust gas discharged from vehicles, diesel engines, various boilers, garbage incinerators, etc., nitrogen oxides NO as gaseous pollutants_xAnd sulfur oxide SO_xIn addition, unburned carbon and dust such as soot are included as particulate pollutants, and techniques for decomposing or removing these are provided. Conventionally, in a method for decomposing or removing nitrogen oxides or sulfur oxides, plasma is generated by glow discharge or corona discharge to decompose them into nitrogen, sulfur or oxygen, or nitrogen oxides and sulfur using an adsorbent. A method of adsorbing and removing oxides is used. Moreover, in the method of removing particulate pollutants such as unburned carbon and dust, a method of separating and removing using a porous ceramic filter or the like, burning using a burner, or collecting and washing using a cleaning liquid Is used to prevent these pollutants from being released into the atmosphere.
[0003]
Further, in the tunnel, the exhaust gas discharged from the vehicle is accumulated in the tunnel, and the exhaust gas from the vehicle is released into the atmosphere as the tunnel is ventilated. Considering the situation such as air pollution in recent years, it is necessary to remove nitrogen oxides and suspended particulate pollutants (SPM) as much as possible when exhaust gas accumulated in the tunnel is discharged into the atmosphere.
[0004]
Until now, many apparatuses and methods have been proposed as apparatuses capable of removing the above-described nitrogen oxides and particulate contaminants and releasing a clean gas. For example, a method of efficiently decomposing and removing using a heating means and a catalyst or an adsorbent has been proposed.
[0005]
In the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-227437, a plurality of stages of porous ceramic structures are set horizontally, and an electric resistance heating element is installed in the gap area of each stage. It can be heated from the structure. In addition, the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-227437 can be supplied with secondary air necessary for combustion from the outside. This apparatus is characterized in that the temperature difference between the surface and the central portion of the porous ceramic structure is small, and it can be uniformly heated to a combustion temperature at which the effect of uniforming the temperature is large. Thereby, it is disclosed that fine particles and undecomposed components captured by the porous ceramic structure are completely burned and can be discharged to the outside as clean exhaust gas.
[0006]
Further, an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-528 is a filter cylinder including a filter inner layer cylinder part, a filter outer layer cylinder part, and an activated carbon layer filled in a space between these cylinder parts, An exhaust gas treatment apparatus is provided in which an exhaust gas introduction / exhaust cylinder having a large number of pores is installed in the lumen of the filter inner layer cylinder portion. This exhaust gas treatment device is used for SO₂And NO_xCan be adsorbed using a filter and activated carbon.
[0007]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170483 discloses a combustion catalyst during diesel exhaust gas treatment for burning and removing carbon fine particles in diesel exhaust gas. This catalyst is a combustion catalyst for diesel exhaust gas treatment comprising catalyst particles made of alkali metal or alkaline earth metal, and oxidation ceramic particles supporting the catalyst particles. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170483 discloses that by using this combustion catalyst, carbon particles can be burned with high efficiency even at a relatively low temperature of 500 ° C. or lower.
[0008]
However, in the apparatus disclosed in the above-mentioned JP-A-10-227437, since the period of contact with the porous ceramic structure is short, it is difficult to sufficiently and efficiently heat and burn, Although many porous ceramic structures are provided and sufficient combustion is possible by supplying air from a blower, there is a problem that the apparatus becomes large.
[0009]
Further, in the apparatus disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-528, particulate pollutants can be sufficiently adsorbed and removed, and furthermore, SO contained in the exhaust gas of a diesel engine.₂, NO_xHowever, it is necessary to replace the filter every predetermined period, and it is necessary to clean the clogged filter, which takes time and labor.
[0010]
Further, in the exhaust gas treatment using the catalyst disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170483, although it is possible to efficiently burn particulate pollutants at a low temperature of 500 ° C. or lower, gaseous pollutants, particularly nitrogen oxidation Things could not be removed.
[0011]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-280035 discloses an exhaust purification device that removes exhaust particulates and nitrogen oxides in exhaust gas. This exhaust purification device arranges a cylindrical casing connected to an exhaust passage of an internal combustion engine, and a plurality of cells that are arranged in the casing and that are partitioned by ceramic partition walls and extend in the exhaust flow direction in a honeycomb shape. It has a honeycomb structure and a number of ceramic hollow spheres filled in the space inside the casing other than the honeycomb structure, and always uses particulates in exhaust gas without using means such as filters and electric heaters. The apparatus can effectively purify nitrogen oxides.
[0012]
In Japanese Patent Laid-Open No. 9-280035, water vapor in exhaust gas changes to superheated steam by passing through a high temperature range of 600 to 800 ° C., and oxidation of particulates (particularly carbon) due to the activity of superheated steam. It has an effect as a catalyst for further promoting the combustion reaction, and nitrogen oxide (NO_x) To oxygen (O_x) Is released and oxygen is supplied to the combustion of the particulates.
[0013]
In the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-280035 described above, the exhaust gas can be heated without using means such as an electric heater, and the apparatus can be simplified. There are problems such as uneven heating, a portion where sufficient combustion and decomposition reactions are not performed, and the use of special ceramic hollow spheres.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above-described problems, the present invention can be detoxified and removed by sufficiently burning particulate pollutants such as unburned carbon in exhaust gas, and gaseous pollutants such as nitrogen oxides in exhaust gas. The object of the present invention is to provide a low-cost and compact exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus that can reduce the substance concentration and that does not use a filter.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
That is, the object of the present invention is achieved by using the exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
[0016]
  The present inventionInAccording toHollow memberArranged inIncludes a heated hollow member having an exhaust gas passage spirally formed on the side surfaceResistance heating meansThe heated hollow member is energized from one end to the other end to heat the heated hollow member, and heat conduction from the heated hollow member is heated.ByHeating hollow memberCeramics, filled insideplatinumHeating a filling selected from the group consisting of:
  Supplying the exhaust gas continuously to the hollow member after heating the filler;
  SaidHeated hollow member heatedAnd the exhaust gas is heated to 500 ° C. to 700 ° C. by contacting with the heated fillerThe particulate pollutants contained in the exhaust gas are continuously burned, and the nitrogen oxides are continuously decomposed.And a method for treating exhaust gas, comprising:
[0018]
  The present inventionInAccording to the present invention, the heating hollow member is composed of a hollow first cylindrical member and a hollow second cylindrical member having a diameter different from that of the first cylindrical member, and is formed in the first cylindrical member. The second cylindrical member is accommodated, the filling is filled between the first cylindrical member and the second cylindrical member, and the exhaust gas is a side surface portion of the first cylindrical member. An exhaust gas treatment method is provided, wherein the exhaust gas flows between the fillers and through the side surface of the second cylindrical member.
[0019]
  The present inventionInAccording to the present invention, there is further provided an exhaust gas treatment method including a step of generating plasma in the exhaust gas by the plasma generating means disposed on the upstream side of the resistance heating means.
[0021]
  The present inventionInAccording to the present invention, there is provided a method for treating exhaust gas, which is exhaust gas from a vehicle, exhaust gas from a tunnel mine, or exhaust gas from a garbage incineration facility.
[0022]
  The present inventionInAccording to the hollow member to which the exhaust gas is supplied,The exhaust gas passage formed in a spiral shape on the side surface, including a heated hollow member heated by energizing from one end to the other,Resistance heating means disposed inside the hollow member; andHeating hollow memberFilled inside the hollow member adjacent toHeated by heat conduction from the heated hollow memberCeramics,platinumA filling selected from the group consisting of:After the filling is heated, the exhaust gas is continuously supplied to the hollow member,SaidHeated hollow member heatedAnd the exhaust gas is heated to 500 ° C. to 700 ° C. by contacting with the heated fillerThe particulate pollutants contained in the exhaust gas are continuously burned, and the nitrogen oxides are continuously decomposed.An exhaust gas treatment apparatus is provided.
[0024]
  The present inventionInAccording to the present invention, the heating hollow member is composed of a hollow first cylindrical member and a hollow second cylindrical member having a diameter different from that of the first cylindrical member, and is formed in the first cylindrical member. The second cylindrical member is accommodated, the filling is filled between the first cylindrical member and the second cylindrical member, and the exhaust gas is a side surface portion of the first cylindrical member. An exhaust gas treatment apparatus is provided, which flows between the fillers and through a side surface of the second cylindrical member.
[0025]
  The present inventionInAccording to the present invention, the exhaust gas treatment apparatus further includes an exhaust gas treatment apparatus including a plasma generation means disposed on the upstream side of the resistance heating means.
[0026]
  The present inventionInAccording to the present invention, there is provided an exhaust gas treatment apparatus in which the plasma generating means includes a central electrode disposed at a central portion of the hollow member and a peripheral electrode disposed inside the hollow member.
[0027]
  The present inventionInAccording to the present invention, there is provided an exhaust gas treatment apparatus in which the central electrode performs corona discharge or glow discharge toward the peripheral electrode.
[0029]
  The present inventionInAccording to the present invention, there is provided an exhaust gas treatment apparatus in which the exhaust gas is exhaust gas from a vehicle, exhaust gas from a tunnel mine, or exhaust gas from a garbage incineration facility.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The exhaust gas treatment apparatus of the present invention includes nitrogen contained in exhaust gas from a vehicle such as a gasoline vehicle or a diesel vehicle, exhaust gas from a tunnel pit, or exhaust gas from a device that burns at a high temperature such as a high-pressure boiler or a garbage incinerator. It is an apparatus that can release oxides and particulate pollutants as clean gases such as carbon dioxide and nitrogen. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an exhaust gas treatment apparatus of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1, the exhaust gas treatment device 1 of the present invention is connected to an exhaust pipe of a vehicle by a bolt and a nut (not shown) using a connecting member such as a flange 2. It is supplied to the exhaust gas treatment apparatus 1 of the invention. An exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a hollow member 3, a resistance heating unit 4 disposed inside the hollow member 3, and a filling filled inside the hollow member 3 adjacent to the resistance heating unit 4. 5 is included.
[0031]
In the embodiment shown in FIG. 1, a hollow cylindrical heating hollow member 4 a is used as the resistance heating means 4 inside the hollow member 3, and a filler 5 is filled inside the heating hollow member 4 a. Moreover, the stopper 5a is provided so that the filler 5 may not flow out from the heating hollow member 4a. The heating hollow member 4 a is disposed on the closing plate 6 and the support portion 7 using bolts and nuts at predetermined positions in the center of the hollow member 3. Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the exhaust gas supplied to the hollow member 3 flows from the outside of the heated hollow member 4a to the inside through a passage provided in the side surface portion 8 of the heated hollow member 4a. It is discharged | emitted from the edge part 9 of the heating hollow member 4a through the clearance gap between the fillers 5 inside 4a. The closing plate 6 is provided in order to appropriately discharge from the end portion 9 through a passage provided in the side surface portion 8 of the heating hollow member 4a. The heating hollow member 4a is connected to the conducting

wires

10a and 10b, and the current supplied through the conducting wire 10a flows through the heating hollow member 4a and the conducting wire 10b, and the current supplied through the conducting wire 10a. Thus, the heated hollow member 4a can be heated. The filler 5 filled adjacent to the heated hollow member 4a is heated as the heated hollow member 4a is heated, and heat is transmitted to the filler 5 away from the heated hollow member 4a through the filler 5. To go. By doing so, the entire filled material 5 can be heated to a predetermined temperature or higher. Further, the exhaust gas is sufficiently heated and burned by contacting the heated hollow member 4a and further passing through the gap of the filler 5 while contacting the heated filler 5.
[0032]
In FIG. 1, the exhaust gas treatment device 1 of the present invention is connected by a flange 2 so that it can be removed. However, any connecting means can be used as long as the exhaust gas can be supplied to the exhaust gas treatment device 1 of the present invention without leaking outside. But it can be used. Furthermore, when the connection size of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention and the pipe to be connected is different, the connection can be made using a reducer. Moreover, the hollow member 3 used for this invention does not need to be made into a hollow cylindrical shape as shown in FIG. 1, and may be any shape as long as it is hollow. The hollow member 3 may be made of any material as long as it can withstand the temperature of the exhaust gas passing through the inside. For example, stainless steel, carbon steel, ceramics, or the like can be used. In order to maintain the internal temperature, a heat insulating material such as slag wool or rock wool can be provided on the outer surface or inner surface of the hollow member 3. Further, the stopper 5a provided so that the filler 5 does not flow out may have any shape as long as it has a hole or hole smaller than the diameter of the filler 5 and can withstand the heating temperature. be able to. In the present invention, a stainless steel or ceramic perforated plate or a wire mesh can be used.
[0033]
The resistance heating means 4 shown in FIG. 1 includes the cylindrical heating hollow member 4a and the

conductive wires

10a and 10b for supplying current to the heating hollow member 4a as described above. The heating hollow member 4a has a structure in which a passage for passing exhaust gas is formed in the side surface portion 8, and can be discharged from the end portion 9 through the inside. Moreover, the heating hollow member 4a is formed of a material that can raise the surface temperature by supplying an electric current, and for example, a material having a high electrical resistance can be used. In the present invention, a nickel-chromium alloy, a nickel-chromium-iron alloy, or the like can be used. The passage may have any shape, can flow an appropriate amount of exhaust gas, and can have a size that does not allow the filling material 5 filled therein to pass through. The heating hollow member 4a has one end closed and only the other end 9 open. Moreover, the heating hollow member 4a heats the exhaust gas and also the filling 5 filled therein. Thus, for example, unburned carbon remaining in the primary combustion means such as an internal combustion engine of automobiles, various boilers or garbage incineration equipment can be made harmless by heating and burning and decomposing nitrogen oxides.
[0034]
In the present invention, in order to completely burn the unburned carbon in the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas can be 500 ° C. or higher, and preferably 500 ° C. to 700 ° C. In the present invention, it is preferable to set the temperature to 650 ° C. in order to promote the decomposition reaction of nitrogen oxides along with the combustion of unburned carbon in the exhaust gas. In the present invention, the temperature of the exhaust gas can be adjusted to 500 ° C. to 700 ° C. by adjusting the amount of current supplied to the heated hollow member 4a.
[0035]
In the present invention, the filler 5 preferably has small particles in order to sufficiently heat the exhaust gas in contact with the exhaust gas, but in the case of small particles, the resistance increases, and the upstream side of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. The above-described primary combustion means is loaded. Therefore, the filler 5 having an appropriate size can be used in consideration of sufficient contact and resistance to the flow of exhaust gas. In the present invention, as the filler 5, ceramics having high heat resistance strength, platinum, ceramics containing platinum, or the like can be used. Specific examples include an alumina ball having heat resistance and an alumina content of 99% by mass or more, or a platinum catalyst in which platinum is added to alumina. Further, in the present invention, N₂Ceramics containing rhodium that decomposes O into nitrogen and oxygen, specifically, alumina-supported and zeolite-supported rhodium catalysts can be used. In the present invention, not only rhodium but also a catalyst containing cobalt copper, palladium, vanadium, and the like can be used. Further, in the present invention, any shape may be used, but a spherical filler 5 that is easily packed closely is preferable, and a diameter of 4 mm to 10 mm can be used. Furthermore, in the present invention, it is preferable to pack the filler 5 densely in order to increase heat transfer. By contacting the resistance heating means 4 and the heated filler 5 of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention, the reaction shown in the following formula (1) occurs.
[0036]
[Chemical 1]

[0037]
C is unburned carbon in the exhaust gas, and O₂Is excess oxygen contained in the exhaust gas. Further, as described above, water vapor in the exhaust gas becomes superheated steam, and nitrogen oxides in the exhaust gas are decomposed into nitrogen and oxygen by the action of the superheated steam. Oxygen obtained by decomposition of nitrogen oxides can be used for the reaction of the above formula (1). Carbon dioxide and nitrogen generated by the reaction shown in the above formula (1) and the decomposition reaction of nitrogen oxides are released into the atmosphere together with other exhaust gas components such as nitrogen in the exhaust gas, oxygen, and water vapor generated in the primary combustion means. The
[0038]
Closure plate shown in FIG.6Can be closed so that the exhaust gas can flow appropriately from the end portion 9 through the side surface portion 8 of the heated hollow member 4a, and can be an insulator that does not pass the current supplied to the heated hollow member 4a. . The other end of the heated hollow member 4 a can be supported by a support portion 7 provided at a predetermined position inside the hollow member 3. In the present invention, the support portion 7 can also be formed using an insulator in the same manner as the closing plate 8. In the embodiment shown in FIG. 1, the nut provided at the support portion 7 is fixed by fastening a bolt provided at the end of the resistance heating means 4. In the present invention, the structure is not limited to the structure supported by the closing plate 6 and the support portion 7 as shown in FIG. 1, and any structure can be used as long as the resistance heating means 4 can be fixed at a predetermined position. Good.
[0039]
FIG. 2 is a diagram illustrating the resistance heating means 4 used in the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a first embodiment of the resistance heating unit 4. In Fig.2 (a), the channel | path 11 through which waste gas passes helically is formed in the side part 8 of the heating hollow member 4a. In the embodiment shown in FIG. 2 (a), the heating hollow member 4a having a hollow inside has an end 9 which is open, and the end 9 is connected to the closing plate 6 shown in FIG. The flange part 12 is provided so that it can arrange | position using. Further, the other end portion 9a is closed, and a fastening portion 13 is provided so as to be fastened to the support portion 7 shown in FIG. The side surface portion 8 of the heated hollow member 4a has an exhaust gas passage 11 formed in a spiral shape, and the exhaust gas flows through the passage 11 toward the internal filling 5. Further, the exhaust gas passes between the fillers 5 and is discharged to the outside from the opening of the end portion 9.

Conductive wires

10a and 10b are connected to the heating hollow member 4a, and a current is supplied from a current supply means (not shown). In the embodiment shown in FIG. 2A, the current supplied from the conducting wire 10a flows toward the conducting wire 10b through the side surface portion 8 of the heating hollow member 4a formed in a spiral shape. When the current flows in this way, the surface temperature of the heated hollow member 4a increases. The filling 5 filled in the heated hollow member 4a is heated as the temperature of the heated hollow member 4a rises, and heat is transmitted toward the filling 5 located at the center and away from the heated hollow member 4a. The entire filling 5 can be heated to a predetermined temperature. In the present invention, the passage 11 can have a size capable of appropriately processing the supplied exhaust gas.
[0040]
FIG. 2B shows the resistance heating means 4.Reference exampleIt is. In FIG.2 (b), the several hole is formed in the side part 8 of the heating hollow member 4a as the channel | path 11 through which waste gas passes.thisThe hole may be a hole having a size that does not allow the filling material 5 filled therein to flow out through the hole, and may have a number and size that can appropriately treat the supplied exhaust gas.
[0041]
FIG. 2 (c)Also, Resistance heating means 4Reference exampleIt is. In FIG.2 (c), the side part 8 of the heating hollow member 4a is formed with a hole elongated in the circumferential direction as a passage 11 through which exhaust gas passes.thisThe hole may be a hole having a size that does not allow the filling material 5 filled therein to flow out through the hole, and may have a number and size that can appropriately treat the supplied exhaust gas. The resistance heating means 4 used in the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention is,The filler 5 can also be filled outside the heated hollow member 4a. In the present invention, the exhaust gas may be supplied from the end portion 9 and discharged through the side surface portion 8. Furthermore, in the present invention, a plurality of heated hollow members 4a having different diameters can be provided according to the time and capacity required for heating the filler 5.
[0042]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 3, the heating hollow member 4a shown in FIG. 1 includes a hollow first cylindrical member 14a and a hollow second cylindrical member 14b having a diameter different from that of the first cylindrical member 14a. The second cylindrical member 14b is accommodated inside the first cylindrical member 14a. In addition, the filler 5 is filled between the first cylindrical member 14a and the second cylindrical member 14b, and the exhaust gas flows into the side surface of the first cylindrical member 14a, the gap between the fillers 5, the second cylindrical member 14a. It flows into the inside of the second cylindrical member 14b through the side surface of the cylindrical member 14b. Except for these structures, the exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 has the same structure. The resistance heating means 4 shown in FIG. 3 uses two hollow

cylindrical members

14a and 14b having different diameters so that the filling 5 can be heated from both sides by supplying current through the

conductors

10a and 10c. It has become. Thereby, the filling 5 can be heated to predetermined temperature in a short time compared with the resistance heating means 4 shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 3, the filler 5 is supplied from the outside of the first cylindrical member 14a through the exhaust gas passage as illustrated in FIG. 2 provided in the first cylindrical member 14a from the outside of the first cylindrical member 14a. And is supplied to the inside of the second cylindrical member 14b through the exhaust gas passage of the second cylindrical member 14b. When passing through the first cylindrical member 14a, the filler 5, and the second cylindrical member 14b, the particulate contaminants can be reduced by heating as described above and burning the particulate contaminants described above. .
[0043]
FIG. 4 is a sectional view showing a third embodiment of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 4 is provided with a second resistance heating means 16 via a heat insulating material 15 in the exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. . Further, in the center of the hollow member 3, similarly to FIG. 1, a heated hollow member 4 a that contains a filler 5 inside is disposed as the first resistance heating means 4. In the embodiment shown in FIG. 4, the filler 5 is also filled between the first resistance heating means 4 and the second resistance heating means 16. As the heat insulating material 15 shown in FIG. 4, the above-described heat insulating material can be used, and as the second resistance heating means 16, the same material as that of the first resistance heating means 4 can be used. In the present invention, as long as the filler 5 filled in the hollow member 3 can be heated appropriately, the structure is not limited to the above-described structure, and the resistance heating means 4 may be disposed at any position. In the embodiment shown in FIG. 4, the exhaust gas is supplied from the direction of the arrow C and is sent into the hollow member 3. The inlet portion 17 of the hollow member 3 is provided with a stopper 5b such as a wire mesh or a perforated plate so that the filler 5 does not flow out and the exhaust gas is supplied. In the embodiment shown in FIG. 4, the exhaust gas is heated by passing through the gap of the packing 5 heated by the second resistance heating means 16, and the particulate pollutant is reduced while accompanying the above reaction on the packing 5. To do. Further, it is sufficiently reduced by passing through the first resistance heating means 4 and released into the atmosphere. The second resistance heating means 16 shown in FIG. 3 can be made of the same material as that of the resistance heating means 4 described above. For example, a plate-shaped member can be disposed inside the hollow member 3. It can be installed with a sheath shape. As the stopper 5b, any stopper can be used as long as it can withstand the above-mentioned temperature, can flow through the exhaust gas appropriately, and can prevent the contained filler 5 from flowing out. A wire mesh or a perforated plate can be used.
[0044]
FIG. 5 is a sectional view showing a fourth embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention. The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 5 is further provided with plasma generating means 18 in the exhaust gas treatment apparatus shown in FIG. The plasma generating means 18 shown in FIG. 5 generates plasma in the exhaust gas, and can decompose nitrogen oxides contained in the exhaust gas into nitrogen and oxygen, or collect soot and dust by charging the dust. Is. The plasma generating means 18 shown in FIG. 5 is provided with a hollow member 3a similar to the hollow member 3 shown in FIGS. 1, 3, and 4, and a central electrode disposed at the central portion inside the hollow member 3a. 19 and a peripheral electrode 20 disposed inside the hollow member 3a. In the present invention, only one hollow member 3 may be used, and the structure may be arranged on the upstream side of the resistance heating means 4. Further, the plasma generating means 18 shown in FIG. 5 is effective when the nitrogen gas is particularly contained in the exhaust gas.
[0045]

Conductive wires

21a and 21b are connected to the central electrode 19 and the peripheral electrode 20 of the plasma generating means 18 shown in FIG. 5, and a voltage is applied from a high voltage power source (not shown). In the present invention, one capable of corona discharge or glow discharge from the central electrode 19 toward the peripheral electrode 20 can be used. In the embodiment shown in FIG. 5, when a voltage is applied to the central electrode 19, a discharge is made toward the peripheral electrode 20. In this case, the central electrode 19 acts as a discharge electrode, and the peripheral electrode 20 acts as a ground electrode. The central electrode 19 is disposed in the central portion of the flow path through which the exhaust gas flows, and the peripheral electrode 20 is disposed on the entire inner periphery of the hollow member 3a. Due to the discharge from the central electrode 19, plasma is generated in the space where the exhaust gas flows between the central electrode 19 and the peripheral electrode 20, and the exhaust gas flows across the plasma, thereby oxidizing nitrogen in the exhaust gas. A thing is decomposed | disassembled into nitrogen and oxygen with reaction of the following formula | equation (2).
[0046]
[Chemical 2]

[0047]
In formula (2), N is a nitrogen radical generated by plasma from nitrogen in the exhaust gas, and NO is nitric oxide mainly contained in the exhaust gas. Multi-order NO₂Such nitrogen oxides are decomposed into nitrogen monoxide by the nitrogen radicals described above, and finally decomposed into nitrogen and oxygen by the reaction of the above formula (2). The nitrogen and oxygen are supplied to the resistance heating means 4 on the downstream side together with unburned carbon and the like, and are heated and burned by the resistance heating means 4 and the filler 5 heated by the resistance heating means 4 to become carbon dioxide. Released into the atmosphere.
[0048]
The center electrode 19 shown in FIG. 5 has a shape with a sharp tip toward the exhaust gas supply side, and has a shape that reduces resistance to the flow of exhaust gas. The peripheral electrode 20 is shaped so that a part of the peripheral electrode 20 is close to the central electrode 19. By doing in this way, it can discharge efficiently toward the peripheral electrode 20 from the center part electrode 19, and can generate plasma appropriately in waste gas. In addition, since a high-voltage current flows through the peripheral electrode 20, an insulator such as wood or ceramics is disposed between the hollow member 3a and the peripheral electrode 20 so as not to get an electric shock even when the hollow material 3a is touched. can do. In the present invention, not only the shape shown in FIG. 5 but also any configuration can be used as long as plasma treatment can be performed by generating plasma in exhaust gas. For example, plasma is generated between a central electrode that is elongated in the length direction of the hollow member 3a and a peripheral electrode that is equidistant from the central electrode and is provided on the inner periphery of the hollow member 3a so as to face the central electrode. It can be used as means 18. Further, the central electrode 19 and the peripheral electrode 20 used for the plasma generating means 18 may be any conductive material, for example, iron, copper, silver, or the like.
[0049]
When the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention is connected to a vehicle, the current supplied to the plasma generating means 18 can be a high voltage ignition current from a distributor, and is used to supply current to the resistance heating means 4. A battery can be used as the power source. Further, the plasma generating means 18 shown in FIG. 5 is not limited to the resistance heating means 4 shown in FIG. 1, but can be used in combination with the resistance heating means 4 shown in FIGS. Further, unburned carbon such as soot charged by the plasma generating means 18 adheres to the resistance heating means 4 provided on the downstream side along the flow of the exhaust gas and is burned. In this case, by applying a charge opposite to the charge of the charged unburned carbon to the resistance heating means 4, it is possible to effectively adhere and burn.
[0050]
The exhaust gas treatment method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram showing the exhaust gas treatment device 1 shown in FIG. 1 connected to an exhaust pipe 22 of a vehicle having a diesel engine. The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 6 is connected to an exhaust pipe 22 by a flange 2 or the like, and is supplied with high-temperature exhaust gas discharged from a vehicle. Diesel vehicles contain a lot of particulate pollutants such as unburned carbon. First, a predetermined current is supplied to the resistance heating means 4 disposed inside the hollow member 3 to heat the resistance heating means 4. Heat is transferred to the filling 5 that is filled adjacent to the resistance heating means 4, and the heat is transferred to the filling 5 that is away from the resistance heating means 4, whereby the entire filling 5 is heated. In the present invention, by heating the filler 5 to 500 ° C. or higher, the exhaust gas sufficiently in contact with the filler 5 can be heated to 500 ° C. or higher. In the embodiment shown in FIG. 6, a heating hollow member 4 a is used as the resistance heating means 4, and the exhaust gas flows toward the internal filling 5 through the exhaust gas passage provided in the side surface portion 8 of the heating hollow member 4 a. It is like that. The exhaust gas is supplied to the hollow member 3 in the direction of the arrow E, and flows through the gap between the passage and the filler 5 in the direction of the arrow F, so that the exhaust gas comes into contact with the heated hollow member 4a and the filler 5 Is heated and the unburned carbon in the exhaust gas burns. The combusted exhaust gas is discharged into the atmosphere in the direction of the arrow G as a clean gas mainly composed of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and water vapor through the end 9 of the heated hollow member 4a.
[0051]
FIG.5It is the figure which showed the place which connected the exhaust-gas-treatment apparatus 1 shown to the exhaust pipe of a gasoline vehicle. Figure71 is connected to an exhaust pipe 22 of a vehicle by a flange 2 or the like, and is supplied with high-temperature exhaust gas discharged from the vehicle. Normally in gasoline cars, the concentration of particulate pollutants is low, instead of N₂A large amount of nitrogen oxide such as O is contained. First, a high voltage current is applied to the central electrode 19 of the plasma generating means 18 disposed inside the hollow member 3 a connected to the exhaust pipe 22, and exhaust gas is supplied from the direction of the arrow H to supply the central electrode. Plasma is generated between 19 and the peripheral electrode 20. Nitrogen oxides in the exhaust gas are plasma-treated and decomposed into nitrogen and oxygen by the reaction of the above-described formula (2), and the dust contained in the exhaust gas is charged and collected at a predetermined position. The plasma-treated exhaust gas is sent to the hollow member 3 connected to the hollow member 3a.Hollow member 3A predetermined current is supplied to the resistance heating means 4 disposed inside the resistance heating means 4 so that the resistance heating means 4 is heated. Heat is transferred to the filling 5 filled adjacent to the resistance heating means 4 by the heating of the resistance heating means 4, and the heat is transferred to the filling 5 away from the resistance heating means 4, whereby the entire filling 5 is made. Heated. In the present invention, by heating the filler 5 to 500 ° C. or higher, the exhaust gas sufficiently in contact with the filler 5 can be heated to 500 ° C. or higher. Figure7In the embodiment shown in FIG. 2, a heating hollow member 4a is used as the resistance heating means 4, and is provided on the side surface 8 of the heating hollow member 4a.Shown in (a)Exhaust gas flows through the exhaust gas passage 11 toward the internal filling 5. The exhaust gas is heated by coming into contact with the heated hollow member 4a and the filler 5, and the unburned carbon in the exhaust gas burns. Further, as described above, the unburned carbon in the exhaust gas charged by the plasma generating means 18 effectively attaches the unburned carbon by giving the resistance heating means 4 a charge opposite to the charge charged to the unburned carbon. Can be burned. The burned exhaust gas can be discharged toward the atmosphere in the direction of arrow I as a clean gas mainly composed of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and water vapor through the end 9 of the heated hollow member 4a.
[0052]
【The invention's effect】
By using the exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus of the present invention, particulate pollutants such as unburned carbon can be sufficiently detoxified and removed, and nitrogen oxidation in exhaust gas released to the atmosphere It is possible to reduce the concentration of gaseous pollutants such as objects. The exhaust gas treatment apparatus of the present invention is particularly useful as an exhaust gas treatment apparatus for automobiles because it does not require a filter, has a simple apparatus configuration, is compact, and can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating resistance heating means used in the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a third embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a fourth embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
6 is a diagram showing the exhaust gas treatment device shown in FIG. 1 connected to an exhaust pipe of a diesel vehicle. FIG.
FIG. 75The figure which showed the place which connected the exhaust gas processing apparatus shown to the exhaust pipe of a gasoline vehicle.

Claims

From one end of the pressurized addicting empty members of the resistance heating means comprising a heating hollow member having a passage for exhaust gas formed in a spiral shape on the side surface which is disposed in the hollow member is energized to the other end to heat the the pressurized heat stroke empty member a step of heating by heat conduction from the heated the heated hollow member filled inside of the heating hollow member, ceramics, a packing selected from the group consisting of platinum,
Supplying the exhaust gas continuously to the hollow member after heating the filler;
The exhaust gas is heated to 500 ° C. to 700 ° C. by bringing it into contact with the heated heated hollow member and the heated filling material, and particulate pollutants contained in the exhaust gas are continuously burned, and nitrogen oxides the method comprising the Ru was continuously decomposed,
A method for treating exhaust gas containing

The heating hollow member includes a hollow first cylindrical member and a hollow second cylindrical member having a diameter different from that of the first cylindrical member, and the second hollow member is disposed inside the first cylindrical member. And the filling is filled between the first cylindrical member and the second cylindrical member, and the exhaust gas is filled in the side surface of the first cylindrical member, the filling The exhaust gas treatment method according to claim 1 , wherein the waste gas flows between objects and through the side surface of the second cylindrical member.

The method for treating exhaust gas according to claim 1 or 2 , further comprising the step of generating plasma in the exhaust gas by means of plasma generating means disposed on the upstream side of the resistance heating means.

The exhaust gas treatment method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the exhaust gas is an exhaust gas from a vehicle, an exhaust gas from a tunnel mine, or an exhaust gas from a garbage incineration facility.

A hollow member to which exhaust gas is supplied;
A resistance heating means having a heating hollow member that is heated by energizing from one end to the other end, having a passage for the exhaust gas formed in a spiral shape on a side surface; and
A filler selected from the group consisting of ceramics, platinum , which is filled inside the hollow member adjacent to the heated hollow member and heated by heat conduction from the heated hollow member , and
And after the filler is heated, the exhaust gas is continuously supplied to the hollow member, and the exhaust gas is brought into contact with the heated heated hollow member and the heated filler to bring the exhaust gas to 500 ° C to was heated to 700 ° C., a particulate pollutants contained in the exhaust gas is continuously burned, characterized Rukoto is continuously decomposing nitrogen oxides, exhaust gas treatment apparatus.

The heating hollow member includes a hollow first cylindrical member and a hollow second cylindrical member having a diameter different from that of the first cylindrical member, and the second hollow member is disposed inside the first cylindrical member. And the filling is filled between the first cylindrical member and the second cylindrical member, and the exhaust gas is filled in the side surface of the first cylindrical member, the filling 6. The exhaust gas treatment apparatus according to claim 5 , wherein the exhaust gas treatment apparatus flows between objects and through a side surface portion of the second cylindrical member.

The exhaust gas treatment apparatus according to claim 5 or 6 , further comprising a plasma generation unit disposed on a upstream side of the resistance heating unit.

The exhaust gas treatment apparatus according to claim 7 , wherein the plasma generating unit includes a central electrode disposed in a central portion of the hollow member and a peripheral electrode disposed inside the hollow member.

The exhaust gas treatment apparatus according to claim 8 , wherein the central electrode performs corona discharge or glow discharge toward the peripheral electrode.

The exhaust gas treatment apparatus according to any one of claims 5 to 9 , wherein the exhaust gas is an exhaust gas from a vehicle, an exhaust gas from a tunnel mine, or an exhaust gas from a garbage incineration facility.