JP5036991B2 - 窒素酸化物の除去システム - Google Patents
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また、窒素酸化物を吸着する固体吸着材層を備えた吸着ユニットが複数個積層されて一体化された窒素酸化物吸着手段と、固体吸着材層を通過する大気の速度を制御する制御手段と、固体吸着材層の機能が低下した場合に再生剤を窒素酸化物吸着手段に供給する再生剤供給手段と、窒素酸化物を固体吸着材層に吸着されやすい状態に変える前処理手段と、大気を加湿する加湿手段を備えた窒素酸化物の除去装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
空気の流れる場所に、前記窒素酸化物を捕捉する高活性炭素繊維を集めた複数の板状物が隙間を有して配置された前記浄化ユニットを、雨水で自然洗浄される状態で配置し、前記高活性炭素繊維に空気を接触させて含まれる前記窒素酸化物を酸化吸着し、酸化吸着した前記窒素酸化物を前記雨水によって硝酸と化して洗浄除去し、前記高活性炭素繊維を再生する。
本発明に係る窒素酸化物の除去システムにおいて、前記板状物は前記高活性炭素繊維の充填体であって、該充填体に空気を通過させてもよい。
ここで、充填体の厚みは、充填体内を空気が容易に通過でき、しかも、空気の通過中に空気に含まれる窒素酸化物が高活性炭素繊維の表面に接触して酸化吸着が生じるだけの時間が確保されるように設定する必要がある。このため、充填体の最小厚みは、1cmとすることが好ましい。また、充填体の最大厚みは、充填体を形成する高活性炭素繊維の充填率、空気の流速、及び浄化ユニットが配置される場所の広さにより設定されるが、例えば、30cmと考えられる。
ここで、図1(A)は本発明の第1の実施の形態に係る窒素酸化物の除去システムの説明図、(B)は同除去システムの浄化ユニットの正面図、図2は同除去システムの浄化ユニットの変形例の正面図、図3は同除去システムの変形例の説明図、図4は同除去システムの別の変形例の説明図、図5は本発明の第2の実施の形態に係る窒素酸化物の除去システムの説明図である。
浄化ユニット15は、一酸化窒素及び二酸化窒素を酸化して三酸化窒素に変えて吸着する高活性炭素繊維を集めて形成された板状物の一例であるフェルト状の充填体16と、充填体16をフェンス13に沿って取付ける取付け部材17を有している。また、取付け部材17は、フェンス13に取付けられて充填体16を支持する(例えば、つり下げる)骨組み材18と、骨組み材18に充填体16を固定する図示しない固定材(例えば、金網)を有している。
そして、充填体16は、この高活性炭素繊維のフェルト状の成形体を所定のサイズ、例えば、取付け部材17の高さ及び設置長さに合わせて裁断することにより得ることができ、フェンス13に沿って1又は2以上取付けることができる。また、充填体16の厚みは、例えば、1cm以上、好ましくは1.5cm以上で、10cm以下、好ましくは6cm以下、より好ましくは3cm以下となるように調整されている。
ここで、充填体16の厚みを1cm以上、好ましくは1.5cm以上としたのは、道路11上の自然風(空気)が充填体16を通過するのに要する時間を確保することにより、空気中の窒素酸化物と高活性炭素繊維を十分に接触させて一酸化窒素及び二酸化窒素を三酸化窒素に変える酸化反応を促進させるためである。また、充填体16の厚みを10cm以下、好ましくは6cm以下、より好ましくは3cm以下としたのは、自然風が充填体16を容易に通過できるようにすると共に、浄化ユニット15の車道側への突出量を小さくして自動車14の走行に支障が生じないようにするためである。
なお、空気中の湿度が高い場合も、浄化ユニット15内に進入した空気中の水蒸気と高活性炭素繊維に捕捉されている三酸化窒素が反応して硝酸を生成し、生成した硝酸は水蒸気のままで又は液化して溶け込んで浄化ユニット15から排出することができ、浄化ユニット15内の活性が低下した高活性炭素繊維をその場で容易に再生することができる。
車道用浄化ユニット30を設けることで、車道の上り線28及び下り線29に排出される一酸化窒素及び二酸化窒素を効率的に除去することができる。また、上、下歩道用浄化ユニット33、36を設けることで、車道から各歩道31、34に進入する一酸化窒素及び二酸化窒素の総量を低減することができ、歩行者や街路樹37に及ぼす窒素酸化物の影響を低減することができる。
1階部分に第1、第2上部浄化ユニット45、46を設け、2階部分に第3、第4上部浄化ユニット53、54を設けることにより、一酸化窒素及び二酸化窒素を含んだ道路38上の空気が道路38の周囲に拡散するのを防止し、道路38の周辺及び道路38上を吹く風により一酸化窒素及び二酸化窒素を含んだ空気が各浄化ユニット42、43、45、46、49、50、53、54を通過して道路38の外に移動するようにできる。
フロント浄化ユニット58は、自動車56のフロント部57に取付けられ前面側及び背面側にそれぞれ格子状のカバー部材61が設けられたケーシング62と、ケーシング62内に収納される高活性炭素繊維を集めた板状物の一例であるフェルト状の充填体63を有している。なお、ケーシング62の背面とフロント部57の間には隙間(例えば、1〜3cm)が設けられ、ケーシング62の前面側から進入する空気が背面側から容易に抜けられるようにしている。
なお、高活性炭素繊維をケーシング62内に詰め込む厚さは、例えば、1cm以上、好ましくは1.5cm以上で、4.5cm以下、好ましくは3cm以下にするのがよい。充填体63の厚みを1cm以上、好ましくは1.5cm以上としたのは、自然風が充填体63を通過するのに要する時間を確保することにより、空気中の窒素酸化物と高活性炭素繊維を十分に接触させて一酸化窒素及び二酸化窒素を三酸化窒素に変える酸化反応を促進させるためである。また、充填体63の厚みを4.5cm以下、好ましくは3cm以下としたのは、自然風が充填体63を容易に通過できるようにするためである。
なお、フロント浄化ユニット58では、降雨時にフロント浄化ユニット58の充填体63中に雨水が浸入し高活性炭素繊維に捕捉されている三酸化窒素と反応して硝酸を生成し、生成した硝酸は雨水に溶け込んで雨水と共に充填体63を通過しフロント浄化ユニット58から排出する。これによって、高活性炭素繊維に捕捉されていた三酸化窒素が除去されて、活性が低下した高活性炭素繊維をフロント部57にフロント浄化ユニット58を取付けた状態で容易に再生することができる。また、空気中の湿度が高い場合も、フロント浄化ユニット58内に進入した空気中の水蒸気と高活性炭素繊維に捕捉されている三酸化窒素が反応して硝酸を生成する。生成した硝酸は液化した水蒸気に溶け込んでフロント浄化ユニット58から排出することができ、フロント浄化ユニット58内の活性が低下した高活性炭素繊維をその場で容易に再生することができる。
また、吸気口浄化ユニット60では、降雨時に吸気口浄化ユニット60内に進入する水蒸気と高活性炭素繊維に捕捉されている三酸化窒素が反応して硝酸を生成し、生成した硝酸は液化した水蒸気に溶け込んで高活性炭素繊維から離脱する。このため、例えば、吸気口浄化ユニット60の下流側に硝酸の吸着剤を設けておくと、硝酸が自動車56のエンジン側に流入するのを防止し、活性が低下した高活性炭素繊維を吸気口浄化ユニット60内に収納した状態で容易に再生することができる。
ポリアクリロニトリルを出発原料とする高活性炭素繊維を、縦が21cm、横が29cmのケーシング内に、厚みが1.5、3、4.5、及び6cmで充填密度が0.099g/cm3 となるように充填して充填体を形成し、ケーシングの両側の開口部に格子状のカバー部材を取付けて充填体の脱落を防止するようにして浄化ユニットを形成した。そして、この浄化ユニットを、一端側のカバー部材が自動車の正面側に向くように自動車の屋根に固定した。
図6(A)、(B)に示されるように、浄化ユニットから排出される空気中の一酸化窒素及び二酸化窒素の濃度は、道路上の空気中の一酸化窒素及び二酸化窒素の濃度より低下していることが確認できた。そして、表1に示すように、風速及び風向きにより変動するが、道路上の空気中の一酸化窒素と二酸化窒素を同時に浄化できることが確認できた。
実施例1で使用した厚みが1.5、3、及び4.5cmの充填体を有する浄化ユニットを、一端側のカバー部材が自動車の正面側に向くように自動車の屋根に固定して、自動車を時速約60km/時以下で道路上を走行させ、走行風により、道路上の空気を浄化ユニットの一端側から他端側に向けて通過させるようにした。そして、浄化ユニットから排出される空気中の一酸化窒素と二酸化窒素の濃度を一定期間に渡って連続して測定すると共に、道路上の空気中に含まれる一酸化窒素と二酸化窒素の濃度も同時に一定期間に渡って連続して測定し、浄化率を求めた。その結果を表2に示す。また、図7(A)に、道路上の空気中に含まれる一酸化窒素の濃度変動(細線)と、厚さ4.5cmの充填体を有する浄化ユニットを通過させた空気中の一酸化窒素の濃度変動(太線)の関係を、図7(B)に、道路上の空気中に含まれる二酸化窒素の濃度変動(細線)と、厚さ4.5cmの充填体を有する浄化ユニットを通過させた空気中の二酸化窒素の濃度変動(太線)の関係をそれぞれ示す。
図7(A)、(B)に示されるように、浄化ユニットから排出される空気中の一酸化窒素及び二酸化窒素の濃度は、道路上の空気中の一酸化窒素及び二酸化窒素の濃度より低下していることが確認できた。そして、表2に示すように、走行中に道路上の空気中の一酸化窒素と二酸化窒素を同時に浄化できることが確認できた。
ポリアクリロニトリルを出発原料とする高活性炭素繊維のフェルト状の成形体(厚み8mm)を横23cm、縦50cm及び100cmの寸法に裁断してシートを作製し、シートを厚みが3mmのプラスチック製の支持板の両面に貼付してシート状物を形成した。そして、10枚のシート状物を1.5cmの隙間を設けて枠体内に平行に並べ、シート状物の支持板の長手方向の両端部を枠体に固定することにより浄化ユニットを構成した。そして、この浄化ユニットの長手方向の一端側が自動車の正面側に向くように自動車の屋根に固定した。
例えば、第1の実施の形態では、窒素酸化物の除去システムを既設のフェンスや中央分離帯に配置した浄化ユニットで構成したが、道路の植え込み内、歩行者用陸橋の下部、及びトンネル内の側壁並びに上壁に浄化ユニットを設置することもできる。第2の実施の形態では、窒素酸化物の除去システムをフロント浄化ユニット、側部浄化ユニット、及び吸気口浄化ユニットで構成したが、各浄化ユニットのいずれか1又は2を組み合わせて構成してもよい。
また、自動車の車内に外気を吸い入れる車内吸気口に設けてもよく、これによって、車内に清浄な空気を引き込むことができる。更に、浄化ユニットは、自動車の運転や他の自動車の走行の支障にならなければ、走行風を受け入れることが可能な任意の場所に、雨水及び空気のいずれか1又は双方に曝される状態で設置することができ、例えば、トラックでは荷台の周囲や荷台の屋根に取付けることができる。
Claims (4)
- 浄化ユニットが道路沿いに配置され、空気中に含まれる一酸化窒素及び二酸化窒素のいずれか一方又は双方を含む窒素酸化物の除去システムであって、
空気の流れる場所に、前記窒素酸化物を捕捉する高活性炭素繊維を集めた複数の板状物が隙間を有して配置された前記浄化ユニットを、雨水で自然洗浄される状態で配置し、前記高活性炭素繊維に空気を接触させて含まれる前記窒素酸化物を酸化吸着し、酸化吸着した前記窒素酸化物を前記雨水によって硝酸と化して洗浄除去し、前記高活性炭素繊維を再生することを特徴とする窒素酸化物の除去システム。 - 請求項1記載の窒素酸化物の除去システムにおいて、前記板状物はフェルト状の成形体を支持板の両面に貼付して形成されることを特徴とする窒素酸化物の除去システム。
- 請求項1記載の窒素酸化物の除去システムにおいて、前記浄化ユニットは、路側帯に配置されているフェンス、又は中央分離帯に配置されていることを特徴とする窒素酸化物の除去システム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒素酸化物の除去システムにおいて、前記高活性炭素繊維は、ピッチ、ポリアクリロニトリル、フェノール、及びセルロースのいずれか1を主体とする炭素含有物質を不活性ガス雰囲気中で加熱溶融して紡糸した繊維を、熱処理してから賦活処理することにより製造されることを特徴とする窒素酸化物の除去システム。
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