JP4553555B2 - 排ガスの処理方法および排ガス処理装置 - Google Patents
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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ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ、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】
上述した装置としては、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のものが提案されている（特許文献１参照。）。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ようになっている。
【０００６】
また、上述した装置としては、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が提案されている（特許文献２参照。）。この排ガス処理装置は、排ガス中のＳＯ２およびＮＯｘ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】
充填物や触媒を使用し、未燃焼炭素を効果的に燃焼させる技術として、ディーゼル排ガス中の炭素微粒子を燃焼除去するため、燃焼触媒を使用することが提案されている（特許文献３参照。）。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。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。
【０００８】
しかしながら、上述した装置では、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ＳＯ２、ＮＯｘ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、上述した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】
上述した課題を解決するべくプラズマ発生手段と抵抗加熱手段とを使用した排ガス処理装置が本発明者らによって提案されている（特許文献４参照。）。この排ガス処理装置は、排ガス中の窒素酸化物をプラズマ処理することで、窒素と酸素とに分解し、抵抗加熱手段によって排ガスを加熱することで、未燃焼炭素や一酸化炭素を燃焼させて二酸化炭素とし、大気中へ排出されるようになっている。この装置は、フィルターを用いないため、所定期間ごとの交換が不要であり、かつ装置自体がコンパクトである。また、この装置では、車両のエンジンの回転数を１２００ｒ．ｐ．ｍ〜２８００ｒ．ｐ．ｍとした場合において、排出される排ガス中の窒素酸化物濃度を１００ｐ．ｐ．ｍ〜１５０ｐ．ｐ．ｍ程度まで減少でき、汚染率を８％〜１２％にできることを開示している。ここで、汚染率（％）とは、ＪＩＳ Ｄ８００４による検出方法により０〜１００％の値で表示したものである。しかしながら、プラズマ処理されない部分があり、排ガスの加熱においてもむらが生じ、充分な窒素酸化物および未燃焼炭素の除去ができないといった問題があった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２２７４３７号公報（第２―３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１１−０００５２８号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００１−１７０４８３号公報（第２−３頁）
【特許文献４】
特開２００２−２１０３２７号公報（第２−７頁、第１−４図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述した課題に鑑み、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、フィルターを用いることなく、安価でコンパクトであり、さらには排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を充分に低減させることを可能とする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。
【００１４】
【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。
【００１５】
本発明の請求項１の発明によれば、排ガスを中空部材に供給する段階と、
前記中空部材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と、
前記中空部材の内部に、かつ前記プラズマ発生手段の後流側に設けられ、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設され、該排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段により、各々が前記複数の抵抗加熱手段の各々に隣接して設置される通孔を備える複数の多孔質セラミックスを加熱する段階と、
前記排ガスを、前記通路と、前記通孔または前記多孔質セラミックスの空隙とを通して流す段階と、
前記多孔質セラミックスにより前記排ガス中の粒子状汚染物質を捕捉する段階と、
前記抵抗加熱手段および加熱した前記多孔質セラミックスに接触する前記排ガス中の前記粒子状汚染物質および前記多孔質セラミックスに捕捉された該粒子状汚染物質を燃焼する段階と、
を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項２の発明によれば、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み、前記中央部電極から前記周部電極に向けてグロー放電する排ガスの処理方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項３の発明によれば、前記抵抗加熱手段は、前記排ガスを２００℃〜８００℃に加熱する排ガスの処理方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項４の発明によれば、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。
【００１９】
本発明の請求項５の発明によれば、前記中空部材の内部に、かつ前記抵抗加熱手段の後流側に設けられ、前記排ガスを受け入れる開口と周部に該排ガスを排出する複数の穴とを有する円筒状抵抗加熱手段により、前記円筒状抵抗加熱手段の内部、または該円筒状抵抗加熱手段と前記中空部材との間、またはその両方に充填される複数の充填物を加熱する段階と、
前記円筒状抵抗加熱手段および前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱する段階とをさらに含む排ガスの処理方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項６の発明によれば、前記充填物は、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される排ガスの処理方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項７の発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材の内部に配設されるプラズマ発生手段と、
前記中空部材の内部に、かつ前記プラズマ発生手段の後流側に設けられ、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設され、該排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段と、
各々が前記複数の抵抗加熱手段の各々に隣接して設置される通孔を備える複数の多孔質セラミックスとを含み、
前記排ガスは、前記通路と、前記通孔または前記多孔質セラミックスの空隙とを通して流れ、
前記排ガス中の粒子状汚染物質は、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段により加熱された前記多孔質セラミックスに接触することにより、または前記多孔質セラミックスに捕捉されることにより燃焼される排ガス処理装置が提供される。
【００２２】
本発明の請求項８の発明によれば、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。
【００２３】
本発明の請求項９の発明によれば、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてグロー放電する排ガス処理装置が提供される。
【００２４】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記中空部材の内部に、かつ前記抵抗加熱手段の後流側に設けられ、前記排ガスを受け入れる開口と周部に該排ガスを排出する複数の穴とを有する円筒状抵抗加熱手段と、
前記円筒状抵抗加熱手段の内部、または該円筒状抵抗加熱手段と前記中空部材との間、またはその両方に充填される複数の充填物とをさらに含む排ガス処理装置が提供される。
【００２５】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記充填物は、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される排ガス処理装置が提供される。
【００２６】
【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、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供給されている。図１に示す排ガス処理装置１は、排ガスが供給される矢線Ａの方向から中空部材３ａの内部に配設されるプラズマ発生手段４と、中空部材３ｂの内部に排ガスが流れる方向、すなわち矢線Ａの方向に向けて所定間隔で設けられる複数の抵抗加熱手段５と、各々が複数の抵抗加熱手段５の各々に隣接して設置される通孔を備える複数の多孔質セラミックス６とを含んでいる。本発明の排ガス処理装置１は、中空部材３ａ、３ｂといったように２つの中空部材を連結した構造でなくても良く、１つの中空部材のみを使用し、プラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５ならびに多孔質セラミックス６を同一の中空部材に配設した構造とされていても良い。
【００２７】
図１に示すプラズマ発生手段４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、ダストを帯電させて集塵することができる。図１に示すプラズマ発生手段４は、中空部材３ａの内部の中央部に配設される中央部電極７と、中空部材３ａの内側に配設される周部電極８とを含んでいる。
【００２８】
図１に示すプラズマ発生手段４の中央部電極７および周部電極８には、導線９ａ、９ｂ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７から周部電極８に向けて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１に示す実施の形態では、中央部電極７に電圧を印加すると、周部電極８に向けて放電される。この場合、中央部電極７は、放電電極として作用し、周部電極８は、接地電極として作用する。中央部電極７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８が配設されている。中央部電極７からの放電により、中央部電極７と周部電極８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（１）の反応を伴って窒素と酸素とに分解される。
【００２９】
【化１】
【００３０】
式（１）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ＮＯ２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（１）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５に供給される。また、排ガス中に含まれるダストは、プラズマ発生手段４によって発生するプラズマにより帯電し、周部電極８などに付着させて排ガス中から除去することができる。
【００３１】
図１に示す中央部電極７は、中空部材３ａの中央に、長さ方向に長くされた構造とされていて、周部電極８は、中央部電極７から等間隔とされ、中空部材３ａの内周に、かつ中央部電極７に対向するように設けられている。また、周部電極８には、高圧電流が流れるため、中空部材３ａと周部電極８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されている。本発明において、プラズマ発生手段４に用いる中央部電極７および周部電極８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。
【００３２】
図１に示す抵抗加熱手段５には、中空部材３ｂの内部に所定間隔で配設された抵抗加熱板５ａが用いられ、排ガスが流れる方向に複数設置されている。複数の抵抗加熱板５ａには、それぞれ排ガスが通り抜けることができる通路が設けられ、それぞれの縁部に連結部材１０ａ、１０ｂが挿設されることにより、互いに連結されている。抵抗加熱板５ａには、例えば、一方の連結部材１０ａから電流が供給され、抵抗加熱板５ａを介して他方の連結部材１０ｂに流れるようになっている。連結部材１０ｂに流れた電流は、図示しない電源に戻すことができる。連結部材１０ａ、１０ｂには、図示しない電源に接続するための導線１１ａ、１１ｂが接続され、電流を供給または戻すことができるようになっている。
【００３３】
図１に示す多孔質セラミックス６は、抵抗加熱板５ａに隣接して設置されている。本発明においては、抵抗加熱板５ａと同様に、縁部に穴が設けられ、連結部材１０ａ、１０ｂを挿通させ、抵抗加熱板５ａを挟み込むようにして固定される。このようにすることで、多孔質セラミックス６の各々は、抵抗加熱板５ａの各々に隣接させて設置することができ、抵抗加熱板５ａによって発生した熱を多孔質セラミックス６全体に伝えることができる。多孔質セラミックス６は、多孔質であるため、多数の空隙を備えており、かつ所定位置に所定の径の通孔が設けられた構造とされている。多孔質セラミックス６は、空隙を通して排ガスを流すことができるとともに、排ガス中の粒子状汚染物質を捕捉することができる。通孔は、車両や高圧ボイラやゴミ焼却設備といった一次燃焼手段側の負荷を増大させることなく適切に排ガスを通すために設けられる。
【００３４】
また、多孔質セラミックス６と、連結部材１０ａ、１０ｂによって互いを連結した抵抗加熱板５ａとは、セラミックス製の円筒部材１２に収容されている。円筒部材１２は、中空部材３ｂの内部に配設されていて、中空部材３ｂと円筒部材１２との間にスチールウールといった断熱材１３が設けられている。このようにすることで、抵抗加熱板５ａに供給された電流は、外部が絶縁物であるセラミック製の円筒部材１２であるため、中空部材３ｂなどに漏洩することなく適切に連結部材１０ｂを通して図示しない電源に戻すことができる。また、抵抗加熱板５ａによって発生する熱は、多孔質セラミックス６および円筒部材１２に伝えられるものの、円筒部材１２の外面側に設けられる断熱材１３により放熱を抑制することができる。
【００３５】
プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ｂに供給され、多孔質セラミックス６および抵抗加熱板５ａを通過し、大気中へ排出される。多孔質セラミックス６は、抵抗加熱板５ａによって加熱され、排ガスは抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６を通り抜ける間に、抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６に接触することで加熱され、未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を燃焼させることができる。また、粒子状汚染物質は、多孔質セラミックス６に捕捉され、加熱された多孔質セラミックス６によっても燃焼される。本発明においては、粒子状汚染物質を捕捉することを可能にするとともに、加熱された多孔質セラミックス６に充分に接触させることにより、所定温度まで加熱して粒子状汚染物質を燃焼することができる。
【００３６】
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２００℃〜８００℃とすることができる。本発明において排ガスの温度は、抵抗加熱板５ａに供給する電流量を制御することより、２００℃〜８００℃に制御することができる。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４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５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。
【００３７】
本発明の排ガス処理装置１の抵抗加熱手段５に接触することによって、また多孔質セラミックス６に接触することによって、主に以下の式（２）に示す反応が起こる。
【００３８】
【化２】
【００３９】
Ｃは排ガス中の未燃焼炭素であり、Ｏ２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、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することもできる。窒素酸化物の分解により得られた酸素は、上記式（２）の反応に使用することができる。上記式（２）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、前流側でプラズマ処理された窒素および酸素および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。
【００４０】
本発明の排ガス処理装置１は、上述したプラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５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に接続され、一次燃焼手段において残存した未燃焼炭素を加熱燃焼させ、窒素酸化物を分解することができる。
【００４１】
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できる。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３ａ、３ｂ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３ａ、３ｂ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、上述したように中空部材３ｂの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。本発明において断熱材は、中空部材３ｂの外側面に設けても良い。さらには、中空部材３ａにおいて排ガス中の水分が凝縮することを防止するために、中空部材３ａの内側面または外側面にも断熱材を設けることができる。
【００４２】
図１に示す抵抗加熱手段５は、上述したように複数の抵抗加熱板５ａと、抵抗加熱板５ａの縁部に挿通して設けられる連結部材１０ａ、１０ｂと、抵抗加熱板５ａに電流を供給し、戻すための導線１１ａ、１１ｂとから構成されている。抵抗加熱板５ａは、排ガスを通すために通路が形成されていて、また、抵抗加熱板５ａ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。通路は、適切な量の排ガスを流すことができる大きさとすることができる。本発明においては、連結部材１０ａから連結部材１０ｂに電流が容易に流れないようにして抵抗加熱板５ａにおいて充分に発熱できるように、抵抗加熱板５ａは電流が流れる距離を長くした構造とされている。
【００４３】
図１に示す抵抗加熱板５ａのそれぞれの間に設置される多孔質セラミックス６は、供給される排ガスの流れの抵抗とならないように、通気性を有する構造とされている。多孔質セラミックス６は、供給される排ガスを通すことができればいかなる表面構造および内部構造であっても良い。排ガスを通す場合に多孔質セラミックス６は、排ガスの通り道である空隙がランダムに形成されており、排ガスを接触させて充分かつ均一に加熱することができ、排ガス中の粒子状汚染物質である未燃焼炭素を捕捉することもできる。充分に接触または捕捉された未燃焼炭素は、抵抗加熱板５ａによって加熱された多孔質セラミックス６により燃焼される。本発明において多孔質セラミックス６は、排ガスの流れの抵抗とならないように、排ガスの流れ方向、すなわち矢線Ａの方向に適切な厚さとすることができる。図１に示す多孔質セラミックス６は、排ガスが供給される図示しない一次燃焼手段での圧力が上昇しないように上記空隙に加え、所定位置に、所定数で、かつ所定の径の通孔が設けられる。本発明において複数の多孔質セラミックス６は、各多孔質セラミックス６に設けられた通孔が一直線に並び、排ガスが流れる方向に貫通孔を形成しないように設置される。こうすることで、排ガスを多孔質セラミックス６に充分に接触させて加熱することができ、排ガス中の未燃焼炭素を充分に燃焼させることができ、大気中へ排出される排ガス中の未燃焼炭素といった粒子状汚染物質の含有量を低減させることができる。
【００４４】
図１に示す円筒部材１２は、複数の抵抗加熱板５ａと、該複数の抵抗加熱板５ａをそれぞれ挟み込むように設けられる多孔質セラミックス６とを収容するように中空部材３ｂの内側に配設されていて、抵抗加熱板５ａに供給する電流が導電性を有する中空部材３ｂなどに流れることなく、適切に各抵抗加熱板５ａに流れるようにするために設けられている。本発明においては、中空部材３ｂなどがセラミックス製などの絶縁物で作製されている場合には、円筒部材１２は設けなくても良い。また、円筒部材１２は、内部に収容されている抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６によって加熱されるため、円筒部材１２と中空部材３ｂとの間には、スチールウールなどの断熱材１３が設けられている。本発明においては、排ガスが通路と多孔質セラミックス６の空隙または通孔とを通して流れるように遮断でき、高温においても燃焼することなく、かつ断熱することができるものであれば、いかなる材質の断熱材を用いることができる。また、円筒部材１２は、中空部材３ｂ内部の所定位置に配設されるように支持部１４に連結されている。支持部１４は、中空部材３ｂの所定位置に設けられ、複数の抵抗加熱板５ａを連結し、各抵抗加熱板５ａに電流を供給する連結部材１０ａおよび連結部材１０ｂは、円筒部材１２とともにボルトおよびナットといった締結手段によって支持部１４に締結されている。
【００４５】
図１に示す排ガス処理装置１は、抵抗加熱手段５の後流側にさらに捕集部材を設けることができ、抵抗加熱手段５によって燃焼することができずに残存する未燃焼物質を捕集することもできる。捕集部材は、残存する未燃焼物質を捕集できるのであればいかなるメッシュサイズであっても良い。また、捕集部材は、未燃焼炭素を燃焼させるために上流側である抵抗加熱手段５において排ガスを２００℃〜８００℃に加熱するため、これらの温度に耐えうる材質のものを用いることができる。捕集部材を設ける場合には、中空部材３の内部の所定位置に設けられた支持部１４によって支持することができる。また、本発明においては、送風口を設けて空気を導入し、排ガス中の残存汚染物質を希釈するとともに、加熱した排ガスの温度を下げることもできる。
【００４６】
図２は、本発明の排ガス処理装置１の第２の実施の形態を示した断面図である。図２に示すプラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５は、図１に示すものと同様とされ、中空部材３ｂに、さらに中空部材３ｃが接続されていて、中空部材３ｃの内部に、排ガスを受け入れる開口１５と周部に排ガスを排出する複数の穴１６とを有する円筒状抵抗加熱手段１７と、円筒状抵抗加熱手段１７の内部に充填される複数の充填物１８とを含んで構成されている。本発明において充填物１８は、円筒状抵抗加熱手段１７の内部に限らず、円筒状抵抗加熱手段１７と中空部材３ｃとの間や、円筒状抵抗加熱手段１７の内部と外部、すなわち円筒状抵抗加熱手段１７と中空部材３ｃとの間の両方に充填することもできる。
【００４７】
図２に示す円筒状抵抗加熱手段１７は、円筒状で、中空部材３ｃの内部に抵抗加熱手段５に向いた側、すなわち排ガスを受け入れる側に開口１５が設けられ、排ガスを排出する複数の穴１６が周部に設けられている。円筒状抵抗加熱手段１７の内部には、所定の径の球状の充填物１８が円筒状抵抗加熱手段１７に隣接するように充填されている。また、円筒状抵抗加熱手段１７の開口１５から充填物１８が流出しないように、ストッパとして多孔板１９が設けられている。また、周部から充填物１８が流出しないように穴１６は、充填物１８の径に比べて小さくされている。排ガスは、円筒状抵抗加熱手段１７の開口１５から入り、充填物１８間、周部の穴１６を通り、中空部材３ｃから大気中へ排出される。充填物１８は、円筒状抵抗加熱手段１７によって加熱され、排ガスは、充填物１８間および円筒状抵抗加熱手段１７によって加熱される。円筒状抵抗加熱手段１７は、抵抗加熱手段５によって燃焼し、無害化することができなかった未燃焼炭素を燃焼するために用いられる。これにより、大気中に排出される未燃焼炭素を充分に低減することができる。
【００４８】
図２に示す円筒状抵抗加熱手段１７は、上述した構造とされ、上記抵抗加熱板５ａと同様の材質のもので製造することができる。また、円筒状抵抗加熱手段１７も、抵抗加熱手段５と同様に、図示しない電源から電流を供給し、戻すことができるように導線２０ａ、２０ｂが接続され、さらには中空部材３ｃに設けられた支持部２１、２２に配設されるようになっている。円筒状抵抗加熱手段１７の径は、中空部材３ｃの内部に収容でき、周部に設けられた穴１６から排ガスを排出することができれば、いかなる径であっても良い。また、穴１６は、上流側の一次燃焼手段において圧力が上昇しないように、供給される排ガスが適切に排出されるような穴数、穴サイズとすることができる。本発明においては、上述したように、適切に排ガスが排出されるのであれば、いかなる穴形状であっても良い。
【００４９】
本発明において充填物１８は、排ガスを接触させて充分に加熱するためには小さいもののほうが好ましいが、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１８を用いることができる。本発明においては、充填物１８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やアルミナを坦体とした白金触媒を挙げることができる。さらに、Ｎ２Ｏを分解する触媒としてアルミナ坦持またはゼオライト坦持ロジウム触媒を用いることもできる。また、上記ロジウムに代えてコバルト銅、パラジウムまたはバナジウムなどを含む触媒を用いることもできる。本発明においては、密に充填しやすい球状の充填物１８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１８を密に充填するほうが好ましい。
【００５０】
さらに、充填物１８が流出しないように設けられる多孔板１９は、充填物１８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。また、多孔板１９は、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、多孔板１９に設けられた穴を通して排ガスが流れるようになっている。本発明において多孔板１９は、ステンレス鋼製またはセラミックス製のものを用いることができる。また、本発明においては、多孔板に限らず、排ガスを通すことができ、内部に充填した充填物１８が流出しないように押さえることができるものであればいかなるものであっても良い。
【００５１】
本発明においては、上述した構造の円筒状抵抗加熱手段１７に限らず、抵抗加熱手段５を２つ接続した構造とし、充分に未燃焼炭素および窒素酸化物を低減させて排出することができるようにされていても良い。上述した捕集部材を設け、さらに粒子状汚染物質を低減させることもできる。さらには、上述した送風口を設けて空気を導入し、残存汚染物質を希釈するとともに、排出する排ガスの温度を下げることができる。
【００５２】
図３は、本発明の排ガス処理装置１に用いるプラズマ発生手段４を例示した図である。図３に示すプラズマ発生手段４は、中空部材３ａの長さ方向に長くされた中央部電極７と、中央部電極７から等間隔で、中空部材３ａの内周に中央部電極７に対向して設けられた周部電極８と、周部電極８と中空部材３ａとの間には、絶縁物２３が設けられている。図３に示す中央部電極７には、導線９ａから電圧が印加され、中央部電極７と周部電極８との間を流れる排ガス中にプラズマを発生させる。排ガスを通して周部電極８に流れた電流は、導線９ｂを通して図示しない電源に戻される。本発明においては、導線９ｂをアースなどに接続することもできる。排ガスは、プラズマ処理されることにより、上述した式（２）の反応を伴って窒素酸化物が窒素と酸素とに分解され、未燃焼炭素やダストが帯電して電極や後流側に配設される図１または図２に示す抵抗加熱手段５に付着したり、多孔質セラミックス６に捕捉される。図３に示す中央部電極７は、コロナ放電をする電極を用いることもできるが、低圧の排ガス中に効果的にプラズマを発生させるためにグロー放電をする電極を用いることが好ましい。また、本発明においては、放電する電極を周部電極８に用い、設置する電極を中央部電極７に用いることもできる。図３に示す実施の形態では、プラズマ処理された排ガス中に含まれる帯電した未燃焼炭素やダストは、上述したように図１または図２に示す抵抗加熱板５ａや多孔質セラミックス６に付着する。図１または図２に示す抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６は、所定温度に加熱され、付着した未燃焼炭素やダストは燃焼される。
【００５３】
本発明においては、図３に示す構造以外にも、例えば図４に示すように、中央部電極７が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おり、周部電極８は、周部電極８の一部分が中央部電極７に近接するような形状とされているものを用いることができる。この場合、中央部電極７には、周部電極８に向いて複数の突出部７ａが設けられ、突出部７ａから周部電極８に向けて効率良く放電させて、適切に排ガス中にプラズマを発生させることができる構造とすることができる。
【００５４】
図５は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６を例示した図である。図５（ａ）は、抵抗加熱板５ａを示し、図５（ｂ）は、多孔質セラミックス６を示す。図５（ａ）に示す抵抗加熱板５ａは、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、波形形状とされた加熱部５ｂと隙間部５ｃとを備え、隙間部５ｃを通して排ガスが流れるようになっている。図５（ａ）に示す抵抗加熱板５ａは、構造を明確にするべく隙間部５ｃの間隔が拡張して示されている。抵抗加熱板５ａの隙間部５ｃを通過する際、抵抗加熱板５ａに接触した排ガスが加熱されるようになっている。抵抗加熱板５ａは、挟み込まれるように隣接して設置される多孔質セラミックス６を所定温度に加熱する。図５（ａ）に示す実施の形態では、縁部に図１または図２に示す連結部材１０ａを挿通させて連結するための第１の挿通孔５ｄと、もう一方の連結部材１０ｂを挿通させて連結するための第２の挿通孔５ｅとが設けられている。本発明においては、抵抗加熱板５ａに電流を流した場合、波形形状として電流を流す部分を一経路で、かつ長くすることにより、充分に電気抵抗を与えて表面温度を上昇させることができる。本発明においては、図５（ａ）に示す構造に限らず、充分に電気抵抗を与えて表面温度を上昇させることができる構造であればいかなる構造であっても良い。
【００５５】
図５（ｂ）に示す多孔質セラミックス６は、排ガスを通す通孔２４と、多くの空隙２５と、図１または図２に示す連結部材１０ａを挿通させる第１の挿通孔２６と、連結部材１０ｂを挿通させる第２の挿通孔２７とを含んでいる。図５（ｂ）に示す実施の形態では、空隙２５は、多孔質セラミックス６の内部においてランダムに互いに繋がっており、多孔質セラミックス６の一方の面から他方の面に向けて排ガスが流れるようになっている。また、通路がランダムに形成されているため、粒子状汚染物質を捕捉することができ、かつ空隙２５内部において加熱されたセラミックス表面に接触することで、排ガスを加熱するとともに、捕捉した粒子状汚染物質を加熱し、燃焼させることができる。多孔質セラミックス６に設けられた空隙２５は、様々な径、形状の穴によって形成されている。本発明においては、この空隙２５のみで、上述した一次燃焼手段側の圧力を上昇させることなく、供給される排ガスを通して流すことができるのであれば、通孔２４を設ける必要はないが、一般に空隙２５のみでは、上述した一次燃焼手段側の圧力が上昇するため、図５（ｂ）に示すように複数の通孔２４を設けることができる。本発明において通孔２４は、上述したように一次燃焼手段側の圧力を上昇させることなく、適切に排ガスを通して流すことができる径、数とすることができる。また、通孔２４は、複数の多孔質セラミックス６において、図１または図２に示すように設置し、矢線Ａの方向に見た場合、各々が同じ位置となるように設けることもできるが、同じ位置とした場合、排ガスが流れる方向に向けて通孔２４が一直線に配置されることとなり、一部の排ガスは、多孔質セラミックス６の表面に接触することなく通過する。この場合、排ガス中の粒子状汚染物質が所定温度に加熱されず、燃焼されないまま排出されることとなる。したがって、複数の多孔質セラミックス６において、多孔質セラミックス６を並設した場合に、互いに異なる位置となるように通孔２４が設けられていることが好ましい。
【００５６】
図６は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段５を例示した図である。図６に示す抵抗加熱手段５は、所定間隔で抵抗加熱板５ａが３つ配設されている。各抵抗加熱板５ａは、連結部材１０ａ、１０ｂによって連結される。本発明において抵抗加熱板５ａは、多孔質セラミックス６に挟み込まれるように配設される。図６に示す多孔質セラミックス６は、図５（ｂ）に示す所定の径の通孔２４が設けられている。排ガスは、多孔質セラミックス６の空隙または通孔２４と、抵抗加熱板５ａの隙間部５ｃを通して流れる。この場合、排ガス中に含まれる粒子状汚染物質は、多孔質セラミックス６の空隙や表面などに捕捉される。また、抵抗加熱板５ａに供給される電流は、連結部材１０ａを通して各抵抗加熱板５ａに供給される。各抵抗加熱板５ａに供給された電流は、波形形状とされた図５（ａ）に示す加熱部５ｂを通して各抵抗加熱板５ａの連結部材１０ｂへと流れ、連結部材１０ｂを通して図示しない電源に戻される。上述したように、抵抗加熱板５ａは、表面温度を充分に上昇させることができるように電流が流れる図５（ａ）に示す加熱部５ｂが一経路とされ、かつ長くされた構造となっている。これにより、充分な電気抵抗を与えて表面温度を上昇させることができる。
【００５７】
図６に示す抵抗加熱板５ａを挟み込むように設置される多孔質セラミックス６も、抵抗加熱板５ａと同様に、連結部材１０ａ、１０ｂを挿通させる挿通孔が設けられていて、連結部材１０ａ、１０ｂを通し、ナットなどの締結手段により締結することで、図６に示す抵抗加熱板５ａと多孔質セラミックス６とが交互に設置され、かつ抵抗加熱板５ａが多孔質セラミックス６に挟み込まれた構造とすることができる。抵抗加熱板５ａに供給された電流によって図５（ａ）に示す加熱部５ｂが加熱されると、図５（ａ）に示す加熱部５ｂに隣接して設置される各多孔質セラミックス６に熱が伝えられる。熱は、多孔質セラミックス６全体へと伝えられ、図５（ａ）に示す加熱部５ｂと多孔質セラミックス６の温度がほぼ等しくなる。この段階において、排ガスが供給される。排ガスは、多孔質セラミックス６の図５（ｂ）に示す空隙２５および通孔２４を通して流れる際、空隙はランダムに形成されており、また複数の多孔質セラミックス６は排ガスが流れる方向に一直線に通孔が並ばないように設置されるため、抵抗加熱板５ａまたは多孔質セラミックス６に必ず接触することとなる。これにより、排ガスは、多孔質セラミックス６に充分に接触され、均一に、ほぼ多孔質セラミックス６の加熱温度まで加熱することができる。
【００５８】
図７は、本発明の排ガス処理装置１に用いることができる円筒状抵抗加熱手段１７を例示した断面図である。図７に示す円筒状抵抗加熱手段１７は、中空円筒状とされ、排ガスが供給される開口１５と、排ガスが排出される周部に複数の穴１６が設けられている。また、円筒状抵抗加熱手段１７の内部には、円筒状抵抗加熱手段１７に隣接するように密に充填物１８が充填され、円筒状抵抗加熱手段１７から充填物１８が流出しないように、ストッパとして多孔板１９が設けられている。円筒状抵抗加熱手段１７は、中空部材３ｃの中央部の所定位置にボルトおよびナットを用いて支持部２１、２２にそれぞれ配設されている。また、中空部材３ｃに供給された排ガスは、開口１５、充填物１８間、穴１６を通して流れる。円筒状抵抗加熱手段１７には、導線２０ａ、２０ｂが接続されていて、導線２０ａを通して供給された電流が円筒状抵抗加熱手段１７、導線２０ｂを通して流れるようになっていて、また供給された電流により円筒状抵抗加熱手段１７を加熱することができるようになっている。円筒状抵抗加熱手段１７に隣接するように密に充填される充填物１８は、円筒状抵抗加熱手段１７の加熱にともなって熱が伝えられ、充填物１８全体を加熱することができる。排ガスは、円筒状抵抗加熱手段１７および加熱された充填物１８に接触することにより、充分に加熱され、未燃焼炭素などが燃焼される。
【００５９】
図８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８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２８に接続したところを示した図である。図８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２８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。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Ｎ２Ｏなどの窒素酸化物が多く含まれ、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、排ガスを中空部材３ａに供給する前に、図示しない電源から中央部電極７および抵抗加熱手段５に電圧を印加する。抵抗加熱手段５が加熱され、多孔質セラミックス６が充分に加熱されたところで、中空部材３ａに排ガスを供給する。排ガスは、中央部電極７と周部電極８との間を通過する際に、プラズマを発生し、プラズマによって排ガス中の窒素酸化物を分解し、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質は帯電する。また、排ガス中に発生したプラズマにより中央部電極７から周部電極８に向けて電流が流れ、図示しない電源に向けて電流が戻される。プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ａに連結される中空部材３ｂに向けて供給され、プラズマ処理されることにより発生した酸素が排ガス中の一酸化炭素などと反応する。
【００６０】
抵抗加熱手段５に電圧が印加され、所定温度まで抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６が加熱された後、排ガスが供給される。上述したようにプラズマ処理された排ガスは、中空部材３ｂに供給され、加熱された多孔質セラミックス６に向けて流れる。排ガスは、多孔質セラミックス６の空隙または通孔を通して流れ、また多孔質セラミックス６に接触することで加熱され、未燃焼炭素といった未燃焼成分を燃焼することができる。排ガスは、さらに抵抗加熱板５ａ、次の多孔質セラミックス６に接触し、充分に加熱および未燃焼成分の燃焼が行われる。未燃焼炭素といった粒子状汚染物質の一部は、多孔質セラミックス６の空隙や表面に捕捉されて加熱、燃焼される。排ガスの充分な加熱によって、排ガス中に含まれる未燃焼炭素のほか、一酸化炭素を燃焼させることもできる。
【００６１】
（実施例）
本発明の排ガス処理装置を実施例をもってより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に示す装置に限定されるものではない。図８に示す中空部材３ａ、３ｂとしては、それぞれ内径４インチ、６インチのガス管を用い、中空部材３ａの内部には、外径０．１ｍ、厚さ０．０１１ｍ、長さ０．３ｍの中空円筒形のセラミックス製の絶縁用円筒部材と、円筒部材１２の内側に銅板から形成された周部電極８と、長さ０．２ｍの銅製の中央部電極７とを含み、中空部材３ｂの内部には、外径０．１４７ｍ、厚さ０．０１１ｍ、長さ０．３ｍの中空円筒形のセラミックス製の円筒部材１２と、円筒部材１２の内部に図３に示す形状で、厚さ０．００３ｍの抵抗加熱板５ａが０．０８ｍ間隔で３つ設置され、抵抗加熱板５ａ間には、厚さ０．０５ｍと０．０３ｍの多孔質セラミックス６がそれぞれ３つ、抵抗加熱板５ａに隣接して設置されているものを使用した。また、プラズマ発生手段４の中央部電極７には、直流電圧２４Ｖ、抵抗加熱手段５には、直流電圧１２Ｖを印加できる電源を使用した。多孔質セラミックス６は、上述した形状に成形したセラミックスを、１３００℃で加熱することで、多孔質にしたものを使用した。
【００６２】
また、汚染率やＮＯｘ濃度の測定は、汚染度の測定においては、図８に示す本発明の排ガス処理装置２後流側に６インチのガス管をフランジに接続し、サンプルプローブを挿入することにより行った。スモークメータとしては、株式会社ボッシュオートモーティブシステム製ＤＳＭ−１０Ｎを用いた。スモークメータは、メジャリングユニットと、排ガスを吸引するためのアクセルスイッチと、排ガスをメジャリングユニットへ導くためのサンプルプローブとから構成されている。測定は、サンプルプローブを図８に示すように排ガス中に挿入し、アクセルスイッチを使用してメジャリングユニットにおよそ１．４秒間排ガスを吸引し、ＪＩＳ Ｄ８００４による検出方法により汚染率を０〜１００％の値で表示部に表示させることにより行った。また、使用後においては、圧縮空気によりサンプリングプローブからメジャリングユニットまでを清掃した。
【００６３】
また、排ガス中のＮＯｘ濃度については、０〜１００ｐｐｍ、０〜２５０ｐｐｍ、０〜１０００ｐｐｍの３段階に切り替え可能な株式会社ベスト測器製ＢＣＬ−６１１を用いた。
【００６４】
以下の表１には、本発明の排ガス処理装置を用い、ニクロム線の表面温度が６００℃になるようにバッテリーから電流を流した場合の測定した未燃焼炭素による汚染率およびＮＯｘ除去率を示す。燃料の軽油を燃焼させた排ガスは、矢線Ｂの方向から供給されて本発明の排ガス処理装置などを通過して大気中へ放出されるようになっている。汚染率（％）については、５回測定し、平均値を求めた。ＮＯｘ除去率（％）については、自動車のエンジンの回転数を１８００ｒ．ｐ．ｍとし、車両から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度（ｐ．ｐ．ｍ）と本発明の排ガス処理装置を通過後のＮＯｘ濃度（ｐ．ｐ．ｍ）の測定を行った。本発明の排ガス処理装置の通過前と通過後の測定したＮＯｘ濃度を用い、本発明の排ガス処理装置で除去されたＮＯｘの除去率（％）を算出した。ケース１は、本発明の排ガス処理装置は用いず、直径１０μｍ〜１２μｍの孔を有するＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のセラミックス連続繊維からなるフィルタのみを用いる場合について示している。また、ケース２は、図１または図８に示す排ガス処理装置１を用いた場合を示し、ケース３は、図２に示す排ガス処理装置１を用いた場合について示している。下記表１の窒素酸化物濃度は、本発明の排ガス処理装置を通過した後の濃度を示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
上記結果においては、フィルタを用いることにより未燃焼炭素といった汚染物質濃度を低減させることができるものの、窒素酸化物濃度は低減させることができないことを示している。しかしながら、本発明の排ガス処理装置１を用い、プラズマ処理および加熱、燃焼処理を行うことにより汚染物質濃度および窒素酸化物濃度を充分に低減させることができることが見出された。また、本発明者らの特許文献４に記載された排ガス処理装置に比べても、汚染率（％）および窒素酸化物濃度が低減させることができることを見出すことができた。
【００６７】
【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の第２の実施の形態を示した断面図。
【図３】 本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段の第１の実施の形態を示した図。
【図４】 本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段の第２の実施の形態を示した図。
【図５】 抵抗加熱手段に用いる抵抗加熱板を例示した図。
【図６】 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７】 本発明の排ガス処理装置に用いる円筒状抵抗加熱手段を例示した図。
【図８】 図１に示す排ガス処理装置を車両の排気管に接続したところを示した図。
【符号の説明】
１…排ガス処理装置
２…フランジ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ…中空部材
４…プラズマ発生手段
５…抵抗加熱手段
５ａ…抵抗加熱板
５ｂ…加熱部
５ｃ…隙間部
５ｄ…第１の挿通孔
５ｅ…第２の挿通孔
６…多孔質セラミックス
７…中央部電極
８…周部電極
９ａ、９ｂ…導線
１０ａ、１０ｂ…連結部材
１１ａ、１１ｂ…導線
１２…円筒部材
１３…断熱材
１４…支持部
１５…開口
１６…穴
１７…円筒状抵抗加熱手段
１８…充填物
１９…多孔板
２０ａ、２０ｂ…導線
２１…支持部
２２…支持部
２３…絶縁物
２４…通孔
２５…空隙
２６…第１の挿通孔
２７…第２の挿通孔
２８…排気管
【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ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ、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】
上述した装置としては、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のものが提案されている（特許文献１参照。）。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ようになっている。
【０００６】
また、上述した装置としては、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が提案されている（特許文献２参照。）。この排ガス処理装置は、排ガス中のＳＯ２およびＮＯｘ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】
充填物や触媒を使用し、未燃焼炭素を効果的に燃焼させる技術として、ディーゼル排ガス中の炭素微粒子を燃焼除去するため、燃焼触媒を使用することが提案されている（特許文献３参照。）。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。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。
【０００８】
しかしながら、上述した装置では、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ＳＯ２、ＮＯｘ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、上述した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】
上述した課題を解決するべくプラズマ発生手段と抵抗加熱手段とを使用した排ガス処理装置が本発明者らによって提案されている（特許文献４参照。）。この排ガス処理装置は、排ガス中の窒素酸化物をプラズマ処理することで、窒素と酸素とに分解し、抵抗加熱手段によって排ガスを加熱することで、未燃焼炭素や一酸化炭素を燃焼させて二酸化炭素とし、大気中へ排出されるようになっている。この装置は、フィルターを用いないため、所定期間ごとの交換が不要であり、かつ装置自体がコンパクトである。また、この装置では、車両のエンジンの回転数を１２００ｒ．ｐ．ｍ〜２８００ｒ．ｐ．ｍとした場合において、排出される排ガス中の窒素酸化物濃度を１００ｐ．ｐ．ｍ〜１５０ｐ．ｐ．ｍ程度まで減少でき、汚染率を８％〜１２％にできることを開示している。ここで、汚染率（％）とは、ＪＩＳ Ｄ８００４による検出方法により０〜１００％の値で表示したものである。しかしながら、プラズマ処理されない部分があり、排ガスの加熱においてもむらが生じ、充分な窒素酸化物および未燃焼炭素の除去ができないといった問題があった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２２７４３７号公報（第２―３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１１−０００５２８号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００１−１７０４８３号公報（第２−３頁）
【特許文献４】
特開２００２−２１０３２７号公報（第２−７頁、第１−４図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述した課題に鑑み、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、フィルターを用いることなく、安価でコンパクトであり、さらには排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を充分に低減させることを可能とする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。
【００１４】
【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。
【００１５】
本発明の請求項１の発明によれば、排ガスを中空部材に供給する段階と、
前記中空部材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と、
前記中空部材の内部に、かつ前記プラズマ発生手段の後流側に設けられ、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設され、該排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段により、各々が前記複数の抵抗加熱手段の各々に隣接して設置される通孔を備える複数の多孔質セラミックスを加熱する段階と、
前記排ガスを、前記通路と、前記通孔または前記多孔質セラミックスの空隙とを通して流す段階と、
前記多孔質セラミックスにより前記排ガス中の粒子状汚染物質を捕捉する段階と、
前記抵抗加熱手段および加熱した前記多孔質セラミックスに接触する前記排ガス中の前記粒子状汚染物質および前記多孔質セラミックスに捕捉された該粒子状汚染物質を燃焼する段階と、
を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項２の発明によれば、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み、前記中央部電極から前記周部電極に向けてグロー放電する排ガスの処理方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項３の発明によれば、前記抵抗加熱手段は、前記排ガスを２００℃〜８００℃に加熱する排ガスの処理方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項４の発明によれば、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。
【００１９】
本発明の請求項５の発明によれば、前記中空部材の内部に、かつ前記抵抗加熱手段の後流側に設けられ、前記排ガスを受け入れる開口と周部に該排ガスを排出する複数の穴とを有する円筒状抵抗加熱手段により、前記円筒状抵抗加熱手段の内部、または該円筒状抵抗加熱手段と前記中空部材との間、またはその両方に充填される複数の充填物を加熱する段階と、
前記円筒状抵抗加熱手段および前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱する段階とをさらに含む排ガスの処理方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項６の発明によれば、前記充填物は、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される排ガスの処理方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項７の発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材の内部に配設されるプラズマ発生手段と、
前記中空部材の内部に、かつ前記プラズマ発生手段の後流側に設けられ、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設され、該排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段と、
各々が前記複数の抵抗加熱手段の各々に隣接して設置される通孔を備える複数の多孔質セラミックスとを含み、
前記排ガスは、前記通路と、前記通孔または前記多孔質セラミックスの空隙とを通して流れ、
前記排ガス中の粒子状汚染物質は、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段により加熱された前記多孔質セラミックスに接触することにより、または前記多孔質セラミックスに捕捉されることにより燃焼される排ガス処理装置が提供される。
【００２２】
本発明の請求項８の発明によれば、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。
【００２３】
本発明の請求項９の発明によれば、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてグロー放電する排ガス処理装置が提供される。
【００２４】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記中空部材の内部に、かつ前記抵抗加熱手段の後流側に設けられ、前記排ガスを受け入れる開口と周部に該排ガスを排出する複数の穴とを有する円筒状抵抗加熱手段と、
前記円筒状抵抗加熱手段の内部、または該円筒状抵抗加熱手段と前記中空部材との間、またはその両方に充填される複数の充填物とをさらに含む排ガス処理装置が提供される。
【００２５】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記充填物は、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される排ガス処理装置が提供される。
【００２６】
【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、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供給されている。図１に示す排ガス処理装置１は、排ガスが供給される矢線Ａの方向から中空部材３ａの内部に配設されるプラズマ発生手段４と、中空部材３ｂの内部に排ガスが流れる方向、すなわち矢線Ａの方向に向けて所定間隔で設けられる複数の抵抗加熱手段５と、各々が複数の抵抗加熱手段５の各々に隣接して設置される通孔を備える複数の多孔質セラミックス６とを含んでいる。本発明の排ガス処理装置１は、中空部材３ａ、３ｂといったように２つの中空部材を連結した構造でなくても良く、１つの中空部材のみを使用し、プラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５ならびに多孔質セラミックス６を同一の中空部材に配設した構造とされていても良い。
【００２７】
図１に示すプラズマ発生手段４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、ダストを帯電させて集塵することができる。図１に示すプラズマ発生手段４は、中空部材３ａの内部の中央部に配設される中央部電極７と、中空部材３ａの内側に配設される周部電極８とを含んでいる。
【００２８】
図１に示すプラズマ発生手段４の中央部電極７および周部電極８には、導線９ａ、９ｂ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７から周部電極８に向けて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１に示す実施の形態では、中央部電極７に電圧を印加すると、周部電極８に向けて放電される。この場合、中央部電極７は、放電電極として作用し、周部電極８は、接地電極として作用する。中央部電極７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８が配設されている。中央部電極７からの放電により、中央部電極７と周部電極８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（１）の反応を伴って窒素と酸素とに分解される。
【００２９】
【化１】
式（１）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ＮＯ２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（１）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５に供給される。また、排ガス中に含まれるダストは、プラズマ発生手段４によって発生するプラズマにより帯電し、周部電極８などに付着させて排ガス中から除去することができる。
【００３１】
図１に示す中央部電極７は、中空部材３ａの中央に、長さ方向に長くされた構造とされていて、周部電極８は、中央部電極７から等間隔とされ、中空部材３ａの内周に、かつ中央部電極７に対向するように設けられている。また、周部電極８には、高圧電流が流れるため、中空部材３ａと周部電極８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されている。本発明において、プラズマ発生手段４に用いる中央部電極７および周部電極８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。
【００３２】
図１に示す抵抗加熱手段５には、中空部材３ｂの内部に所定間隔で配設された抵抗加熱板５ａが用いられ、排ガスが流れる方向に複数設置されている。複数の抵抗加熱板５ａには、それぞれ排ガスが通り抜けることができる通路が設けられ、それぞれの縁部に連結部材１０ａ、１０ｂが挿設されることにより、互いに連結されている。抵抗加熱板５ａには、例えば、一方の連結部材１０ａから電流が供給され、抵抗加熱板５ａを介して他方の連結部材１０ｂに流れるようになっている。連結部材１０ｂに流れた電流は、図示しない電源に戻すことができる。連結部材１０ａ、１０ｂには、図示しない電源に接続するための導線１１ａ、１１ｂが接続され、電流を供給または戻すことができるようになっている。
【００３３】
図１に示す多孔質セラミックス６は、抵抗加熱板５ａに隣接して設置されている。本発明においては、抵抗加熱板５ａと同様に、縁部に穴が設けられ、連結部材１０ａ、１０ｂを挿通させ、抵抗加熱板５ａを挟み込むようにして固定される。このようにすることで、多孔質セラミックス６の各々は、抵抗加熱板５ａの各々に隣接させて設置することができ、抵抗加熱板５ａによって発生した熱を多孔質セラミックス６全体に伝えることができる。多孔質セラミックス６は、多孔質であるため、多数の空隙を備えており、かつ所定位置に所定の径の通孔が設けられた構造とされている。多孔質セラミックス６は、空隙を通して排ガスを流すことができるとともに、排ガス中の粒子状汚染物質を捕捉することができる。通孔は、車両や高圧ボイラやゴミ焼却設備といった一次燃焼手段側の負荷を増大させることなく適切に排ガスを通すために設けられる。
【００３４】
また、多孔質セラミックス６と、連結部材１０ａ、１０ｂによって互いを連結した抵抗加熱板５ａとは、セラミックス製の円筒部材１２に収容されている。円筒部材１２は、中空部材３ｂの内部に配設されていて、中空部材３ｂと円筒部材１２との間にスチールウールといった断熱材１３が設けられている。このようにすることで、抵抗加熱板５ａに供給された電流は、外部が絶縁物であるセラミック製の円筒部材１２であるため、中空部材３ｂなどに漏洩することなく適切に連結部材１０ｂを通して図示しない電源に戻すことができる。また、抵抗加熱板５ａによって発生する熱は、多孔質セラミックス６および円筒部材１２に伝えられるものの、円筒部材１２の外面側に設けられる断熱材１３により放熱を抑制することができる。
【００３５】
プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ｂに供給され、多孔質セラミックス６および抵抗加熱板５ａを通過し、大気中へ排出される。多孔質セラミックス６は、抵抗加熱板５ａによって加熱され、排ガスは抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６を通り抜ける間に、抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６に接触することで加熱され、未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を燃焼させることができる。また、粒子状汚染物質は、多孔質セラミックス６に捕捉され、加熱された多孔質セラミックス６によっても燃焼される。本発明においては、粒子状汚染物質を捕捉することを可能にするとともに、加熱された多孔質セラミックス６に充分に接触させることにより、所定温度まで加熱して粒子状汚染物質を燃焼することができる。
【００３６】
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２００℃〜８００℃とすることができる。本発明において排ガスの温度は、抵抗加熱板５ａに供給する電流量を制御することより、２００℃〜８００℃に制御することができる。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４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５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。
【００３７】
本発明の排ガス処理装置１の抵抗加熱手段５に接触することによって、また多孔質セラミックス６に接触することによって、主に以下の式（２）に示す反応が起こる。
【００３８】
【化２】
Ｃは排ガス中の未燃焼炭素であり、Ｏ２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、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することもできる。窒素酸化物の分解により得られた酸素は、上記式（２）の反応に使用することができる。上記式（２）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、前流側でプラズマ処理された窒素および酸素および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。
【００４０】
本発明の排ガス処理装置１は、上述したプラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５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に接続され、一次燃焼手段において残存した未燃焼炭素を加熱燃焼させ、窒素酸化物を分解することができる。
【００４１】
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できる。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３ａ、３ｂ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３ａ、３ｂ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、上述したように中空部材３ｂの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。本発明において断熱材は、中空部材３ｂの外側面に設けても良い。さらには、中空部材３ａにおいて排ガス中の水分が凝縮することを防止するために、中空部材３ａの内側面または外側面にも断熱材を設けることができる。
【００４２】
図１に示す抵抗加熱手段５は、上述したように複数の抵抗加熱板５ａと、抵抗加熱板５ａの縁部に挿通して設けられる連結部材１０ａ、１０ｂと、抵抗加熱板５ａに電流を供給し、戻すための導線１１ａ、１１ｂとから構成されている。抵抗加熱板５ａは、排ガスを通すために通路が形成されていて、また、抵抗加熱板５ａ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。通路は、適切な量の排ガスを流すことができる大きさとすることができる。本発明においては、連結部材１０ａから連結部材１０ｂに電流が容易に流れないようにして抵抗加熱板５ａにおいて充分に発熱できるように、抵抗加熱板５ａは電流が流れる距離を長くした構造とされている。
【００４３】
図１に示す抵抗加熱板５ａのそれぞれの間に設置される多孔質セラミックス６は、供給される排ガスの流れの抵抗とならないように、通気性を有する構造とされている。多孔質セラミックス６は、供給される排ガスを通すことができればいかなる表面構造および内部構造であっても良い。排ガスを通す場合に多孔質セラミックス６は、排ガスの通り道である空隙がランダムに形成されており、排ガスを接触させて充分かつ均一に加熱することができ、排ガス中の粒子状汚染物質である未燃焼炭素を捕捉することもできる。充分に接触または捕捉された未燃焼炭素は、抵抗加熱板５ａによって加熱された多孔質セラミックス６により燃焼される。本発明において多孔質セラミックス６は、排ガスの流れの抵抗とならないように、排ガスの流れ方向、すなわち矢線Ａの方向に適切な厚さとすることができる。図１に示す多孔質セラミックス６は、排ガスが供給される図示しない一次燃焼手段での圧力が上昇しないように上記空隙に加え、所定位置に、所定数で、かつ所定の径の通孔が設けられる。本発明において複数の多孔質セラミックス６は、各多孔質セラミックス６に設けられた通孔が一直線に並び、排ガスが流れる方向に貫通孔を形成しないように設置される。こうすることで、排ガスを多孔質セラミックス６に充分に接触させて加熱することができ、排ガス中の未燃焼炭素を充分に燃焼させることができ、大気中へ排出される排ガス中の未燃焼炭素といった粒子状汚染物質の含有量を低減させることができる。
【００４４】
図１に示す円筒部材１２は、複数の抵抗加熱板５ａと、該複数の抵抗加熱板５ａをそれぞれ挟み込むように設けられる多孔質セラミックス６とを収容するように中空部材３ｂの内側に配設されていて、抵抗加熱板５ａに供給する電流が導電性を有する中空部材３ｂなどに流れることなく、適切に各抵抗加熱板５ａに流れるようにするために設けられている。本発明においては、中空部材３ｂなどがセラミックス製などの絶縁物で作製されている場合には、円筒部材１２は設けなくても良い。また、円筒部材１２は、内部に収容されている抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６によって加熱されるため、円筒部材１２と中空部材３ｂとの間には、スチールウールなどの断熱材１３が設けられている。本発明においては、排ガスが通路と多孔質セラミックス６の空隙または通孔とを通して流れるように遮断でき、高温においても燃焼することなく、かつ断熱することができるものであれば、いかなる材質の断熱材を用いることができる。また、円筒部材１２は、中空部材３ｂ内部の所定位置に配設されるように支持部１４に連結されている。支持部１４は、中空部材３ｂの所定位置に設けられ、複数の抵抗加熱板５ａを連結し、各抵抗加熱板５ａに電流を供給する連結部材１０ａおよび連結部材１０ｂは、円筒部材１２とともにボルトおよびナットといった締結手段によって支持部１４に締結されている。
【００４５】
図１に示す排ガス処理装置１は、抵抗加熱手段５の後流側にさらに捕集部材を設けることができ、抵抗加熱手段５によって燃焼することができずに残存する未燃焼物質を捕集することもできる。捕集部材は、残存する未燃焼物質を捕集できるのであればいかなるメッシュサイズであっても良い。また、捕集部材は、未燃焼炭素を燃焼させるために上流側である抵抗加熱手段５において排ガスを２００℃〜８００℃に加熱するため、これらの温度に耐えうる材質のものを用いることができる。捕集部材を設ける場合には、中空部材３の内部の所定位置に設けられた支持部１４によって支持することができる。また、本発明においては、送風口を設けて空気を導入し、排ガス中の残存汚染物質を希釈するとともに、加熱した排ガスの温度を下げることもできる。
【００４６】
図２は、本発明の排ガス処理装置１の第２の実施の形態を示した断面図である。図２に示すプラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５は、図１に示すものと同様とされ、中空部材３ｂに、さらに中空部材３ｃが接続されていて、中空部材３ｃの内部に、排ガスを受け入れる開口１５と周部に排ガスを排出する複数の穴１６とを有する円筒状抵抗加熱手段１７と、円筒状抵抗加熱手段１７の内部に充填される複数の充填物１８とを含んで構成されている。本発明において充填物１８は、円筒状抵抗加熱手段１７の内部に限らず、円筒状抵抗加熱手段１７と中空部材３ｃとの間や、円筒状抵抗加熱手段１７の内部と外部、すなわち円筒状抵抗加熱手段１７と中空部材３ｃとの間の両方に充填することもできる。
【００４７】
図２に示す円筒状抵抗加熱手段１７は、円筒状で、中空部材３ｃの内部に抵抗加熱手段５に向いた側、すなわち排ガスを受け入れる側に開口１５が設けられ、排ガスを排出する複数の穴１６が周部に設けられている。円筒状抵抗加熱手段１７の内部には、所定の径の球状の充填物１８が円筒状抵抗加熱手段１７に隣接するように充填されている。また、円筒状抵抗加熱手段１７の開口１５から充填物１８が流出しないように、ストッパとして多孔板１９が設けられている。また、周部から充填物１８が流出しないように穴１６は、充填物１８の径に比べて小さくされている。排ガスは、円筒状抵抗加熱手段１７の開口１５から入り、充填物１８間、周部の穴１６を通り、中空部材３ｃから大気中へ排出される。充填物１８は、円筒状抵抗加熱手段１７によって加熱され、排ガスは、充填物１８間および円筒状抵抗加熱手段１７によって加熱される。円筒状抵抗加熱手段１７は、抵抗加熱手段５によって燃焼し、無害化することができなかった未燃焼炭素を燃焼するために用いられる。これにより、大気中に排出される未燃焼炭素を充分に低減することができる。
【００４８】
図２に示す円筒状抵抗加熱手段１７は、上述した構造とされ、上記抵抗加熱板５ａと同様の材質のもので製造することができる。また、円筒状抵抗加熱手段１７も、抵抗加熱手段５と同様に、図示しない電源から電流を供給し、戻すことができるように導線２０ａ、２０ｂが接続され、さらには中空部材３ｃに設けられた支持部２１、２２に配設されるようになっている。円筒状抵抗加熱手段１７の径は、中空部材３ｃの内部に収容でき、周部に設けられた穴１６から排ガスを排出することができれば、いかなる径であっても良い。また、穴１６は、上流側の一次燃焼手段において圧力が上昇しないように、供給される排ガスが適切に排出されるような穴数、穴サイズとすることができる。本発明においては、上述したように、適切に排ガスが排出されるのであれば、いかなる穴形状であっても良い。
【００４９】
本発明において充填物１８は、排ガスを接触させて充分に加熱するためには小さいもののほうが好ましいが、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１８を用いることができる。本発明においては、充填物１８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やアルミナを坦体とした白金触媒を挙げることができる。さらに、Ｎ２Ｏを分解する触媒としてアルミナ坦持またはゼオライト坦持ロジウム触媒を用いることもできる。また、上記ロジウムに代えてコバルト銅、パラジウムまたはバナジウムなどを含む触媒を用いることもできる。本発明においては、密に充填しやすい球状の充填物１８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１８を密に充填するほうが好ましい。
【００５０】
さらに、充填物１８が流出しないように設けられる多孔板１９は、充填物１８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。また、多孔板１９は、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、多孔板１９に設けられた穴を通して排ガスが流れるようになっている。本発明において多孔板１９は、ステンレス鋼製またはセラミックス製のものを用いることができる。また、本発明においては、多孔板に限らず、排ガスを通すことができ、内部に充填した充填物１８が流出しないように押さえることができるものであればいかなるものであっても良い。
【００５１】
本発明においては、上述した構造の円筒状抵抗加熱手段１７に限らず、抵抗加熱手段５を２つ接続した構造とし、充分に未燃焼炭素および窒素酸化物を低減させて排出することができるようにされていても良い。上述した捕集部材を設け、さらに粒子状汚染物質を低減させることもできる。さらには、上述した送風口を設けて空気を導入し、残存汚染物質を希釈するとともに、排出する排ガスの温度を下げることができる。
【００５２】
図３は、本発明の排ガス処理装置１に用いるプラズマ発生手段４を例示した図である。図３に示すプラズマ発生手段４は、中空部材３ａの長さ方向に長くされた中央部電極７と、中央部電極７から等間隔で、中空部材３ａの内周に中央部電極７に対向して設けられた周部電極８と、周部電極８と中空部材３ａとの間には、絶縁物２３が設けられている。図３に示す中央部電極７には、導線９ａから電圧が印加され、中央部電極７と周部電極８との間を流れる排ガス中にプラズマを発生させる。排ガスを通して周部電極８に流れた電流は、導線９ｂを通して図示しない電源に戻される。本発明においては、導線９ｂをアースなどに接続することもできる。排ガスは、プラズマ処理されることにより、上述した式（２）の反応を伴って窒素酸化物が窒素と酸素とに分解され、未燃焼炭素やダストが帯電して電極や後流側に配設される図１または図２に示す抵抗加熱手段５に付着したり、多孔質セラミックス６に捕捉される。図３に示す中央部電極７は、コロナ放電をする電極を用いることもできるが、低圧の排ガス中に効果的にプラズマを発生させるためにグロー放電をする電極を用いることが好ましい。また、本発明においては、放電する電極を周部電極８に用い、設置する電極を中央部電極７に用いることもできる。図３に示す実施の形態では、プラズマ処理された排ガス中に含まれる帯電した未燃焼炭素やダストは、上述したように図１または図２に示す抵抗加熱板５ａや多孔質セラミックス６に付着する。図１または図２に示す抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６は、所定温度に加熱され、付着した未燃焼炭素やダストは燃焼される。
【００５３】
本発明においては、図３に示す構造以外にも、例えば図４に示すように、中央部電極７が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おり、周部電極８は、周部電極８の一部分が中央部電極７に近接するような形状とされているものを用いることができる。この場合、中央部電極７には、周部電極８に向いて複数の突出部７ａが設けられ、突出部７ａから周部電極８に向けて効率良く放電させて、適切に排ガス中にプラズマを発生させることができる構造とすることができる。
【００５４】
図５は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６を例示した図である。図５（ａ）は、抵抗加熱板５ａを示し、図５（ｂ）は、多孔質セラミックス６を示す。図５（ａ）に示す抵抗加熱板５ａは、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、波形形状とされた加熱部５ｂと隙間部５ｃとを備え、隙間部５ｃを通して排ガスが流れるようになっている。図５（ａ）に示す抵抗加熱板５ａは、構造を明確にするべく隙間部５ｃの間隔が拡張して示されている。抵抗加熱板５ａの隙間部５ｃを通過する際、抵抗加熱板５ａに接触した排ガスが加熱されるようになっている。抵抗加熱板５ａは、挟み込まれるように隣接して設置される多孔質セラミックス６を所定温度に加熱する。図５（ａ）に示す実施の形態では、縁部に図１または図２に示す連結部材１０ａを挿通させて連結するための第１の挿通孔５ｄと、もう一方の連結部材１０ｂを挿通させて連結するための第２の挿通孔５ｅとが設けられている。本発明においては、抵抗加熱板５ａに電流を流した場合、波形形状として電流を流す部分を一経路で、かつ長くすることにより、充分に電気抵抗を与えて表面温度を上昇させることができる。本発明においては、図５（ａ）に示す構造に限らず、充分に電気抵抗を与えて表面温度を上昇させることができる構造であればいかなる構造であっても良い。
【００５５】
図５（ｂ）に示す多孔質セラミックス６は、排ガスを通す通孔２４と、多くの空隙２５と、図１または図２に示す連結部材１０ａを挿通させる第１の挿通孔２６と、連結部材１０ｂを挿通させる第２の挿通孔２７とを含んでいる。図５（ｂ）に示す実施の形態では、空隙２５は、多孔質セラミックス６の内部においてランダムに互いに繋がっており、多孔質セラミックス６の一方の面から他方の面に向けて排ガスが流れるようになっている。また、通路がランダムに形成されているため、粒子状汚染物質を捕捉することができ、かつ空隙２５内部において加熱されたセラミックス表面に接触することで、排ガスを加熱するとともに、捕捉した粒子状汚染物質を加熱し、燃焼させることができる。多孔質セラミックス６に設けられた空隙２５は、様々な径、形状の穴によって形成されている。本発明においては、この空隙２５のみで、上述した一次燃焼手段側の圧力を上昇させることなく、供給される排ガスを通して流すことができるのであれば、通孔２４を設ける必要はないが、一般に空隙２５のみでは、上述した一次燃焼手段側の圧力が上昇するため、図５（ｂ）に示すように複数の通孔２４を設けることができる。本発明において通孔２４は、上述したように一次燃焼手段側の圧力を上昇させることなく、適切に排ガスを通して流すことができる径、数とすることができる。また、通孔２４は、複数の多孔質セラミックス６において、図１または図２に示すように設置し、矢線Ａの方向に見た場合、各々が同じ位置となるように設けることもできるが、同じ位置とした場合、排ガスが流れる方向に向けて通孔２４が一直線に配置されることとなり、一部の排ガスは、多孔質セラミックス６の表面に接触することなく通過する。この場合、排ガス中の粒子状汚染物質が所定温度に加熱されず、燃焼されないまま排出されることとなる。したがって、複数の多孔質セラミックス６において、多孔質セラミックス６を並設した場合に、互いに異なる位置となるように通孔２４が設けられていることが好ましい。
【００５６】
図６は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段５を例示した図である。図６に示す抵抗加熱手段５は、所定間隔で抵抗加熱板５ａが３つ配設されている。各抵抗加熱板５ａは、連結部材１０ａ、１０ｂによって連結される。本発明において抵抗加熱板５ａは、多孔質セラミックス６に挟み込まれるように配設される。図６に示す多孔質セラミックス６は、図５（ｂ）に示す所定の径の通孔２４が設けられている。排ガスは、多孔質セラミックス６の空隙または通孔２４と、抵抗加熱板５ａの隙間部５ｃを通して流れる。この場合、排ガス中に含まれる粒子状汚染物質は、多孔質セラミックス６の空隙や表面などに捕捉される。また、抵抗加熱板５ａに供給される電流は、連結部材１０ａを通して各抵抗加熱板５ａに供給される。各抵抗加熱板５ａに供給された電流は、波形形状とされた図５（ａ）に示す加熱部５ｂを通して各抵抗加熱板５ａの連結部材１０ｂへと流れ、連結部材１０ｂを通して図示しない電源に戻される。上述したように、抵抗加熱板５ａは、表面温度を充分に上昇させることができるように電流が流れる図５（ａ）に示す加熱部５ｂが一経路とされ、かつ長くされた構造となっている。これにより、充分な電気抵抗を与えて表面温度を上昇させることができる。
【００５７】
図６に示す抵抗加熱板５ａを挟み込むように設置される多孔質セラミックス６も、抵抗加熱板５ａと同様に、連結部材１０ａ、１０ｂを挿通させる挿通孔が設けられていて、連結部材１０ａ、１０ｂを通し、ナットなどの締結手段により締結することで、図６に示す抵抗加熱板５ａと多孔質セラミックス６とが交互に設置され、かつ抵抗加熱板５ａが多孔質セラミックス６に挟み込まれた構造とすることができる。抵抗加熱板５ａに供給された電流によって図５（ａ）に示す加熱部５ｂが加熱されると、図５（ａ）に示す加熱部５ｂに隣接して設置される各多孔質セラミックス６に熱が伝えられる。熱は、多孔質セラミックス６全体へと伝えられ、図５（ａ）に示す加熱部５ｂと多孔質セラミックス６の温度がほぼ等しくなる。この段階において、排ガスが供給される。排ガスは、多孔質セラミックス６の図５（ｂ）に示す空隙２５および通孔２４を通して流れる際、空隙はランダムに形成されており、また複数の多孔質セラミックス６は排ガスが流れる方向に一直線に通孔が並ばないように設置されるため、抵抗加熱板５ａまたは多孔質セラミックス６に必ず接触することとなる。これにより、排ガスは、多孔質セラミックス６に充分に接触され、均一に、ほぼ多孔質セラミックス６の加熱温度まで加熱することができる。
【００５８】
図７は、本発明の排ガス処理装置１に用いることができる円筒状抵抗加熱手段１７を例示した断面図である。図７に示す円筒状抵抗加熱手段１７は、中空円筒状とされ、排ガスが供給される開口１５と、排ガスが排出される周部に複数の穴１６が設けられている。また、円筒状抵抗加熱手段１７の内部には、円筒状抵抗加熱手段１７に隣接するように密に充填物１８が充填され、円筒状抵抗加熱手段１７から充填物１８が流出しないように、ストッパとして多孔板１９が設けられている。円筒状抵抗加熱手段１７は、中空部材３ｃの中央部の所定位置にボルトおよびナットを用いて支持部２１、２２にそれぞれ配設されている。また、中空部材３ｃに供給された排ガスは、開口１５、充填物１８間、穴１６を通して流れる。円筒状抵抗加熱手段１７には、導線２０ａ、２０ｂが接続されていて、導線２０ａを通して供給された電流が円筒状抵抗加熱手段１７、導線２０ｂを通して流れるようになっていて、また供給された電流により円筒状抵抗加熱手段１７を加熱することができるようになっている。円筒状抵抗加熱手段１７に隣接するように密に充填される充填物１８は、円筒状抵抗加熱手段１７の加熱にともなって熱が伝えられ、充填物１８全体を加熱することができる。排ガスは、円筒状抵抗加熱手段１７および加熱された充填物１８に接触することにより、充分に加熱され、未燃焼炭素などが燃焼される。
【００５９】
図８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８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２８に接続したところを示した図である。図８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２８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。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Ｎ２Ｏなどの窒素酸化物が多く含まれ、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、排ガスを中空部材３ａに供給する前に、図示しない電源から中央部電極７および抵抗加熱手段５に電圧を印加する。抵抗加熱手段５が加熱され、多孔質セラミックス６が充分に加熱されたところで、中空部材３ａに排ガスを供給する。排ガスは、中央部電極７と周部電極８との間を通過する際に、プラズマを発生し、プラズマによって排ガス中の窒素酸化物を分解し、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質は帯電する。また、排ガス中に発生したプラズマにより中央部電極７から周部電極８に向けて電流が流れ、図示しない電源に向けて電流が戻される。プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ａに連結される中空部材３ｂに向けて供給され、プラズマ処理されることにより発生した酸素が排ガス中の一酸化炭素などと反応する。
【００６０】
抵抗加熱手段５に電圧が印加され、所定温度まで抵抗加熱板５ａおよび多孔質セラミックス６が加熱された後、排ガスが供給される。上述したようにプラズマ処理された排ガスは、中空部材３ｂに供給され、加熱された多孔質セラミックス６に向けて流れる。排ガスは、多孔質セラミックス６の空隙または通孔を通して流れ、また多孔質セラミックス６に接触することで加熱され、未燃焼炭素といった未燃焼成分を燃焼することができる。排ガスは、さらに抵抗加熱板５ａ、次の多孔質セラミックス６に接触し、充分に加熱および未燃焼成分の燃焼が行われる。未燃焼炭素といった粒子状汚染物質の一部は、多孔質セラミックス６の空隙や表面に捕捉されて加熱、燃焼される。排ガスの充分な加熱によって、排ガス中に含まれる未燃焼炭素のほか、一酸化炭素を燃焼させることもできる。
【００６１】
（実施例）
本発明の排ガス処理装置を実施例をもってより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に示す装置に限定されるものではない。図８に示す中空部材３ａ、３ｂとしては、それぞれ内径４インチ、６インチのガス管を用い、中空部材３ａの内部には、外径０．１ｍ、厚さ０．０１１ｍ、長さ０．３ｍの中空円筒形のセラミックス製の絶縁用円筒部材と、円筒部材１２の内側に銅板から形成された周部電極８と、長さ０．２ｍの銅製の中央部電極７とを含み、中空部材３ｂの内部には、外径０．１４７ｍ、厚さ０．０１１ｍ、長さ０．３ｍの中空円筒形のセラミックス製の円筒部材１２と、円筒部材１２の内部に図３に示す形状で、厚さ０．００３ｍの抵抗加熱板５ａが０．０８ｍ間隔で３つ設置され、抵抗加熱板５ａ間には、厚さ０．０５ｍと０．０３ｍの多孔質セラミックス６がそれぞれ３つ、抵抗加熱板５ａに隣接して設置されているものを使用した。また、プラズマ発生手段４の中央部電極７には、直流電圧２４Ｖ、抵抗加熱手段５には、直流電圧１２Ｖを印加できる電源を使用した。多孔質セラミックス６は、上述した形状に成形したセラミックスを、１３００℃で加熱することで、多孔質にしたものを使用した。
【００６２】
また、汚染率やＮＯｘ濃度の測定は、汚染度の測定においては、図８に示す本発明の排ガス処理装置２後流側に６インチのガス管をフランジに接続し、サンプルプローブを挿入することにより行った。スモークメータとしては、株式会社ボッシュオートモーティブシステム製ＤＳＭ−１０Ｎを用いた。スモークメータは、メジャリングユニットと、排ガスを吸引するためのアクセルスイッチと、排ガスをメジャリングユニットへ導くためのサンプルプローブとから構成されている。測定は、サンプルプローブを図８に示すように排ガス中に挿入し、アクセルスイッチを使用してメジャリングユニットにおよそ１．４秒間排ガスを吸引し、ＪＩＳ Ｄ８００４による検出方法により汚染率を０〜１００％の値で表示部に表示させることにより行った。また、使用後においては、圧縮空気によりサンプリングプローブからメジャリングユニットまでを清掃した。
【００６３】
また、排ガス中のＮＯｘ濃度については、０〜１００ｐｐｍ、０〜２５０ｐｐｍ、０〜１０００ｐｐｍの３段階に切り替え可能な株式会社ベスト測器製ＢＣＬ−６１１を用いた。
【００６４】
以下の表１には、本発明の排ガス処理装置を用い、ニクロム線の表面温度が６００℃になるようにバッテリーから電流を流した場合の測定した未燃焼炭素による汚染率およびＮＯｘ除去率を示す。燃料の軽油を燃焼させた排ガスは、矢線Ｂの方向から供給されて本発明の排ガス処理装置などを通過して大気中へ放出されるようになっている。汚染率（％）については、５回測定し、平均値を求めた。ＮＯｘ除去率（％）については、自動車のエンジンの回転数を１８００ｒ．ｐ．ｍとし、車両から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度（ｐ．ｐ．ｍ）と本発明の排ガス処理装置を通過後のＮＯｘ濃度（ｐ．ｐ．ｍ）の測定を行った。本発明の排ガス処理装置の通過前と通過後の測定したＮＯｘ濃度を用い、本発明の排ガス処理装置で除去されたＮＯｘの除去率（％）を算出した。ケース１は、本発明の排ガス処理装置は用いず、直径１０μｍ〜１２μｍの孔を有するＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のセラミックス連続繊維からなるフィルタのみを用いる場合について示している。また、ケース２は、図１または図８に示す排ガス処理装置１を用いた場合を示し、ケース３は、図２に示す排ガス処理装置１を用いた場合について示している。下記表１の窒素酸化物濃度は、本発明の排ガス処理装置を通過した後の濃度を示す。
【００６５】
【表１】
上記結果においては、フィルタを用いることにより未燃焼炭素といった汚染物質濃度を低減させることができるものの、窒素酸化物濃度は低減させることができないことを示している。しかしながら、本発明の排ガス処理装置１を用い、プラズマ処理および加熱、燃焼処理を行うことにより汚染物質濃度および窒素酸化物濃度を充分に低減させることができることが見出された。また、本発明者らの特許文献４に記載された排ガス処理装置に比べても、汚染率（％）および窒素酸化物濃度が低減させることができることを見出すことができた。
【００６７】
【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の第２の実施の形態を示した断面図。
【図３】 本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段の第１の実施の形態を示した図。
【図４】 本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段の第２の実施の形態を示した図。
【図５】 抵抗加熱手段に用いる抵抗加熱板を例示した図。
【図６】 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７】 本発明の排ガス処理装置に用いる円筒状抵抗加熱手段を例示した図。
【図８】 図１に示す排ガス処理装置を車両の排気管に接続したところを示した図。
【符号の説明】
１…排ガス処理装置
２…フランジ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ…中空部材
４…プラズマ発生手段
５…抵抗加熱手段
５ａ…抵抗加熱板
５ｂ…加熱部
５ｃ…隙間部
５ｄ…第１の挿通孔
５ｅ…第２の挿通孔
６…多孔質セラミックス
７…中央部電極
８…周部電極
９ａ、９ｂ…導線
１０ａ、１０ｂ…連結部材
１１ａ、１１ｂ…導線
１２…円筒部材
１３…断熱材
１４…支持部
１５…開口
１６…穴
１７…円筒状抵抗加熱手段
１８…充填物
１９…多孔板
２０ａ、２０ｂ…導線
２１…支持部
２２…支持部
２３…絶縁物
２４…通孔
２５…空隙
２６…第１の挿通孔
２７…第２の挿通孔
２８…排気管
Claims (8)
- 排ガスを中空部材に供給する段階と、
前記中空部材内の中央部に配設される中央部電極と該中空部材の内側面に配設される周部電極とを備え、前記排ガスが流れる方向に対して垂直である前記中央部電極から前記周部電極へ向けてグロー放電する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と、
前記中空部材の内部に、かつ前記プラズマ発生手段の後流側に設けられ、前記排ガスが流れる方向に所定間隔で配設され、波形形状に形成されて電流が流れる経路が長くされた加熱部と該排ガスが通過するための通路となる隙間部とを各々が備える板状の複数の抵抗加熱手段により、各々が２つの前記抵抗加熱手段の間で、かつ前記２つの抵抗加熱手段の各々を挟み込むようにして設置され、排ガスが流れる方向に一直線の貫通孔を形成することのない複数の通孔を備える複数の多孔質セラミックスを加熱する段階と、
前記排ガスを、前記隙間部と、前記通孔または前記多孔質セラミックスの空隙とを通して流す段階と、
前記多孔質セラミックスにより前記排ガス中の粒子状汚染物質を捕捉する段階と、
前記抵抗加熱手段および加熱された前記多孔質セラミックスに接触する前記排ガス中の前記粒子状汚染物質および前記多孔質セラミックスに捕捉された該粒子状汚染物質を燃焼する段階と、
を含む排ガスの処理方法。 - 前記抵抗加熱手段は、前記排ガスを２００℃〜８００℃に加熱する、請求項１に記載の排ガスの処理方法。
- 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、請求項１または２に記載の排ガスの処理方法。
- 前記中空部材の内部に、かつ前記抵抗加熱手段の後流側に設けられ、前記排ガスを受け入れる開口と周部に該排ガスを排出する複数の穴とを有する円筒状抵抗加熱手段により、前記円筒状抵抗加熱手段の内部、または該円筒状抵抗加熱手段と前記中空部材との間、またはその両方に充填される複数の充填物を加熱する段階と、
前記円筒状抵抗加熱手段および前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱する段階とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガスの処理方法。 - 前記充填物は、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される、請求項４に記載の排ガスの処理方法。
- 排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材内の中央部に配設される中央部電極と、該中空部材の内側面に配設される周部電極とを備え、前記排ガスが流れる方向に対して垂直である前記中央部電極から前記周部電極へ向けてグロー放電し、前記排ガス中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記中空部材の内部に、かつ前記プラズマ発生手段の後流側に設けられ、前記排ガスが流れる方向に所定間隔で配設され、波形形状に形成されて電流が流れる経路が長くされた加熱部と該排ガスが通過するための通路となる隙間部とを各々が備える板状の複数の抵抗加熱手段と、
各々が２つの前記抵抗加熱手段の間で、かつ前記２つの抵抗加熱手段の各々を挟み込むようにして設置され、排ガスが流れる方向に一直線の貫通孔を形成することのない複数の通孔を備える複数の多孔質セラミックスとを含み、
前記排ガスは、前記隙間部と、前記通孔または前記多孔質セラミックスの空隙とを通して流れ、
前記排ガス中の粒子状汚染物質は、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段により加熱された前記多孔質セラミックスに接触することにより、または前記多孔質セラミックスに捕捉されることにより燃焼される、排ガス処理装置。 - 前記中空部材の内部に、かつ前記抵抗加熱手段の後流側に設けられ、前記排ガスを受け入れる開口と周部に該排ガスを排出する複数の穴とを有する円筒状抵抗加熱手段と、
前記円筒状抵抗加熱手段の内部、または該円筒状抵抗加熱手段と前記中空部材との間、またはその両方に充填される複数の充填物とをさらに含む、請求項６に記載の排ガス処理装置。 - 前記充填物は、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される、請求項７に記載の排ガス処理装置。
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