JP5892265B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関や、ボイラー等の燃焼機関から排出される、ＮＯＸやＳＯＸ等を含む排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関し、特に船舶等に搭載するのに適した排ガス浄化装置に関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関や、ボイラー等の燃焼機関では、化石燃料を使用している。化石燃料の燃焼に伴い、ＮＯＸ、ＳＯＸ、油分、微粒子などを含んだ排ガスが発生し、環境汚染源となっている。このため、燃料の改善、燃焼効率の向上、排ガス処理設備の導入等により、排ガス中の環境汚染源を低減する試みが行われている。
車両や、工場・火力発電所などの陸上に存在する施設については、概ね改善が見られている。
しかしながら、海上や河川を運航する船舶においては、エンジン排気量が自動車等と比べて極めて大きく、また、排ガス処理設備を設置できる余剰空間がほとんどなかった。更には、経済的観点から、陸上向けの技術、設備の導入が困難であった。
例えば、排ガス中のＮＯＸを処理する技術として、アンモニアＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）法がある。アンモニアＳＣＲ法は、排ガス中のＮＯＸと、アンモニアとを反応させて、水と窒素に分解する方法であって、陸上では実用化されている。しかしながら、アンモニアＳＣＲ法は、アンモニアを大量に確保する必要があるので、船舶に適用することは困難であった。
また、ＳＯＸについては、スクラバを用いた水酸化マグネシウム法や石灰−石膏法などが陸上では実用化されている。そして、これらを船舶向けに発展させた技術として、海水をスクラバに導入して排ガス中のＳＯＸを海水に吸収させた後、エアレーションによりＳＯＸを硫酸イオンに酸化させて処理する方法がある。
また、特許文献１には、舶用ディーゼルエンジンの排ガスに対してパルスコロナ放電を行った後スクラバに導入し、海水を散布して、窒素酸化物及び硫黄酸化物を排ガスから除去することが開示されている。
また、特許文献２には、塩水を電気分解してアルカリ液及び酸性液を生成させ、被処理排ガスを酸性液と気液接触させた後、アルカリ液と気液接触させて排ガスを浄化処理することが開示されている。
特開平８−１０５６４号公報 特開２００３−２８４９１９号公報
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された方法では、ＳＯＸ等の低減効果は十分とはいえず、排ガスの浄化処理時に大量の海水が必要であった。このため、浄化処理に用いる海水の汲み上げ時や、スクラバ排水の海洋への放流時において、ポンプ作動に伴う消費電力が嵩む問題があった。海上では外部からの電力供給を受けることができないので、船舶内での自家発電のみでまかなう必要があり、これらのポンプの消費電力はできるだけ低減することが望まれる。
また、スクラバ排水には、排ガス中のＮＯＸ、ＳＯＸ、油分、微粒子などが含まれているので、国際海事機関による水質規制により、スクラバ排水を何ら処理することなく放流することは今後困難になる傾向にある。
よって、本発明の目的は、少ない水量で、排ガスを効率よく浄化できる排ガス浄化装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の排ガス浄化装置は、船舶に搭載されて使用される排ガス浄化装置であって、陰極と陽極とを備え、両電極間に電圧を印加して、被電解水として海水又は海水以外の水であって電解質を添加した水を電気分解し、電解アルカリ水を生成する電解アルカリ水生成装置と、ＳＯＸ及び／又はＮＯＸを含む排ガスが導入される排ガス吸収塔と、前記排ガス吸収塔内に設けられ、前記電解アルカリ水生成装置から導入された前記電解アルカリ水を噴射する噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルから前記電解アルカリ水を噴射して、前記排ガス吸収塔に導入される前記排ガスと前記電解アルカリ水とを気液接触させ、前記排ガスを浄化するように構成され、前記電解アルカリ水生成装置は、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された前記陽極を備え、前記電解アルカリ水生成装置で生成した前記電解アルカリ水のアルカリ度を分析する水質分析装置と、前記電解アルカリ水のアルカリ度が所定値以上となるように前記電極への電圧印加条件を調整するアルカリ度調整装置とを備えることを特徴とする。
本発明の排ガス浄化装置は、前記電解アルカリ水生成装置で生成した前記電解アルカリ水を前記排ガス吸収塔に導入する電解アルカリ水供給ラインとを備えることが好ましい。
また、本発明の排ガス浄化装置は、前記噴射ノズルから噴射された前記電解アルカリ水を回収するスクラバ排水貯留部と、前記スクラバ排水貯留部内のスクラバ排水を前記電解アルカリ水生成装置に返送するスクラバ排水返送ラインとを備えることが好ましい。更には、前記スクラバ排水貯留部に散気装置が設けられていることが好ましい。
本発明の排ガス浄化装置の前記電解アルカリ水生成装置は、前記陰極が、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された電解槽であり、前記陽極側に正の電圧を印加し、前記電解槽側に負の電圧を印加して、前記電解槽内の前記被電解水を電気分解するように構成されているか、あるいは、前記陰極が、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された、前記被電解水が流通する経路であり、前記経路内に前記陽極が配置され、前記陽極側に正の電圧を印加し、前記経路側に負の電圧を印加して、前記経路内を流通する前記被電解水を電気分解するように構成されていることが好ましい。
また、本発明の排ガス浄化装置の前記電解アルカリ水生成装置は、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された補助陽極を備え、前記補助陽極が前記陰極及び前記陽極に接続されていることが好ましい。更には、前記補助陽極に電圧を印加し、前記補助陽極から前記陰極へ電子を供給することにより、前記陰極で生成されるイオンの量を制御する電圧印加手段を備えることが好ましい。
本発明の排ガス浄化装置は、陰極と陽極とを備え、第１の電圧印加手段が両電極間に電圧を印加して、被電解水として海水又は海水以外の水であって電解質を添加した水を電気分解し、電解アルカリ水を生成する電解アルカリ水生成装置と、ＳＯ Ｘ 及び／又はＮＯ Ｘ を含む排ガスが導入される排ガス吸収塔と、前記電解アルカリ水生成装置で生成した前記電解アルカリ水を前記排ガス吸収塔に導入する電解アルカリ水供給ラインと、前記排ガス吸収塔内に設けられた、前記電解アルカリ水の噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルから前記電解アルカリ水を噴射して、前記排ガス吸収塔に導入される前記排ガスと前記電解アルカリ水とを気液接触させ、前記排ガスを浄化するように構成された排ガス浄化装置であって、前記電解アルカリ水生成装置は、前記陰極と、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された前記陽極に加え、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された補助陽極を備え、前記補助陽極が結合回路を介して前記陰極及び前記陽極に接続され、第２の電圧印加手段が前記補助陽極に電圧を印加するように構成されていることを特徴とする。
本発明の排ガス浄化装置の前記電解アルカリ水生成装置は、前記結合回路にダイオードが用いられていることが好ましい。
本発明の排ガス浄化装置の前記電解アルカリ水生成装置は、前記結合回路にトランジスタが用いられていることが好ましい。
本発明の排ガス浄化装置の前記電解アルカリ水生成装置は、前記陽極及び前記陰極が複数接続され、前記結合回路が前記陽極及び前記陰極の組み合わせの数に対応する数の結合素子を備え、これらの結合素子ごとに前記補助陽極が接続されていることが好ましい。
また、本発明の排ガス浄化装置の前記電解アルカリ水生成装置は、前記第２の電圧印加手段が前記補助陽極に電圧を印加し、前記補助陽極から前記陰極へ電子を供給することにより、前記陰極で生成されるイオンの量を制御するように構成されていることが好ましい。
本発明の排ガス浄化装置は、電解アルカリ水生成装置の陽極が、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成されているので、該電解アルカリ水生成装置で被電解水を電気分解することで、陽極からＭｇイオンが溶出して、Ｍｇ（ＯＨ）２が生成する。Ｍｇ（ＯＨ）２濃度は、電気分解時の電気量の増加に比例して増加するので、電解アルカリ水のアルカリ度を効率よく高めることができる。そして、電解アルカリ水のアルカリ度を高めることで、排ガスと気液接触させた際に、排ガス中のＳＯＸ等を効率よく除去できる。
このため、本発明によれば、アルカリ度の高い電解アルカリ水を用いて、排ガスを浄化処理できるので、少量の電解アルカリ性水で排ガスを効率よく浄化でき、ポンプ作動に伴う消費電力や、スクラバ排水の排出量を低減できる。
本発明の第１の実施形態の排ガス浄化装置の概略図である。 電解アルカリ水生成装置の一実施形態の概略図である。 電解アルカリ水生成装置の他の実施形態の概略図である。 電解アルカリ水生成装置の他の実施形態の概略図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施形態の排ガス浄化装置の概略図である。 試験例１における電気分解時の電気量と、得られた電解アルカリ水のｐＨ及びアルカリ度との関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態の排ガス浄化装置の電解アルカリ水生成装置の一実施形態の概略図である。 電解アルカリ水生成装置の他の実施形態の概略図である。 電解アルカリ水生成装置の他の実施形態の概略図である。
本発明の排ガス浄化装置の一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１において、符号１は、排ガス吸収塔であって、側壁に排ガス導入口２が設けられ、上部に煙道３が設けられている。
排ガス吸収塔１の内部には、噴射ノズル４と、デミスタ５とが配置されている。デミスタ５は煙道３の近傍に配置されている。
デミスタ５は、ガス中の水分を除去するものであって、例えば、ステンレスやアルミニウム等のワイヤーメッシュで構成されている。
排ガス吸収塔１の底部は、排ガスに含まれるＮＯＸ、ＳＯＸ、油分、微粒子などの汚染物質を捕捉したスクラバ排水の貯留部となっている。
排ガス吸収塔１の底部側壁からは、配管Ｌ１が伸びて電解アルカリ水生成装置１０に接続している。この実施形態では、配管Ｌ１が、本発明におけるスクラバ排水返送ラインをなしている。
電解アルカリ水生成装置１０は、陰極と陽極とを備え、両電極間に電圧を印加して、被電解水を電気分解して、電解アルカリ水を生成するものであって、少なくとも陽極がＭｇ又はＭｇ合金で形成されている。陰極は、特に限定はなく、例えばＭｇ、Ｍｇ合金、ステンレス、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｐｔ、Ｐｔ合金、カーボン系導電性材料、導電性セラミック等、導電性を有するものを用いることができる。
電解アルカリ水生成装置の一例としては、例えば、図２に示す電解アルカリ水生成装置１０ａが挙げられる。この電解アルカリ水生成装置１０ａは、被電解水が導入される電解槽１１ａと、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された陽極１２ａと、該陽極１２ａと対になる陰極１３ａとを備えており、電源１４ａから両電極間に電圧を印加して、電解槽１１ａに導入された被電解水を電気分解する。
また、電解アルカリ水生成装置の別の態様として、図３に示す電解アルカリ水生成装置１０ｂが挙げられる。この電解アルカリ水生成装置１０ｂは、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された電解槽１１ｂと、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された陽極１２ｂとを備え、陽極１２ｂが、電解槽１１ｂと所定間隔をおいて電解槽１１ｂ内に配置されている。この電解アルカリ水生成装置１０ｂは、電解槽１１ｂが陰極としての機能を有しており、電源１４ｂから、陽極１２ｂに正の電圧を印加し、電解槽１１ｂに負の電圧を印加して、電解槽内の被電解水を電気分解する。
電解槽１１ｂを構成する、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料としては、ステンレス、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｐｔ、Ｐｔ合金、カーボン系導電性材料、導電性セラミック等が挙げられる。好ましくは、電気分解時に水に不溶で、かつ、不動態被膜を形成しない材料である。
電解槽１１ｂは、外周が絶縁層で覆われていることが好ましい。電解槽１１ｂの外周を絶縁層で覆うことで、感電の恐れを防止できる。また、電解槽１１ｂは、絶縁性を有する材料で構成された槽の内壁に、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で形成された金属層が形成された構造をなしていてもよい。
電解アルカリ水生成装置の別の態様として、図４に示す電解アルカリ水生成装置１０ｃが挙げられる。
この電解アルカリ水生成装置１０ｃは、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された被電解水が流通する配管１１ｃと、該配管１１ｃ内に配置された陽極１２ｃとを備え、陽極１２ｃが、絶縁スペーサー１５により、配管１１ｃと所定間隔をおいて配管１１ｃ内に配置されている。この電解アルカリ水生成装置１０ｃは、配管１１ｃが陰極としての機能を有しており、電源１４ｃから、陽極１２ｃに正の電圧を印加し、配管１１ｃに負の電圧を印加して、配管内を流通する被電解水を電気分解する。
配管１１ｃは、外周が絶縁層で覆われていることが好ましい。配管１１ｃの外周を絶縁層で覆うことで、感電の恐れを防止できる。また、配管１１ｃは、絶縁性を有する材料で構成された配管の内壁に、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で形成された金属層が構造をなしていてもよい。
図１に再び戻ると、電解アルカリ水生成装置１０には、ポンプＰ１が介装され配管Ｌ２が接続している。ポンプＰ１を作動させることで、海洋等の海水源から海水が、配管Ｌ２を通って電解アルカリ水生成装置１０に導入される。
電解アルカリ水生成装置１０からは、電解アルカリ水の引抜き用の配管Ｌ３と、スカムの引抜き用の配管Ｌ４が伸びている。
電解アルカリ水の引抜き用の配管Ｌ３は、排ガス吸収塔１内の噴射ノズル４に接続している。配管Ｌ３は、途中に水質分析装置２０が配置されており、ここで、電解アルカリ水のｐＨ、電導度、アルカリ度、固形物量、バクテリア量、有機物量、ＮＯＸ、ＳＯＸなど各種水質の分析が行われる。分析結果は、制御装置４０へフィードバックされ、前記各種水質が、排ガスの浄化処理用の処理水としての基準を満たすように、ポンプＰ１の作動条件、電解アルカリ水生成装置１０での印加条件（電気量）等が制御される。
スカム引抜き用の配管Ｌ４は脱水装置３０に接続している。脱水装置３０では、スカムを脱水処理して脱水スカムを形成する。脱水装置３０としては、特に限定はない。ベルトプレス、スクリュープレスなど、方式は限定されず、市販のものを利用することができる。
脱水装置３０からは、脱水スカムの引抜き用の配管Ｌ５と、液体の引抜き用の配管Ｌ６とが接続している。液体の引抜き用の配管Ｌ６は、電解アルカリ水の引抜き用の配管Ｌ３と接続しており、脱水装置３０で回収された液体が、配管Ｌ３内を流通する電解アルカリ水と混合されて、排ガス吸収塔１に導入される。
この排ガス浄化装置では、電解アルカリ水生成装置１０で生成した電解アルカリ水を、噴射ノズル４から噴射して、排ガス導入口２から排ガス吸収塔１に導入される排ガスと、電解アルカリ水とを気液接触させる。これにより、排ガスに含まれるＮＯＸ、ＳＯＸ、油分、微粒子などの汚染物質が電解アルカリ水中に捕集されて、スクラバ排水と共に排ガス吸収塔１の底部に落下する。汚染物質が除去されたガスは、デミスタ５で水分が除去され、煙道３を通って系外に排気される。
排ガス中の汚染物質のうち、例えばＳＯ２は、以下の式（１）の反応が進行して、電解アルカリ水中に捕捉される。そして、電解アルカリ水中では、排ガス中の酸素によって式（２）の反応が速やかに進行する。
Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２ → ＨＳＯ３ −＋Ｈ＋ ・・・（１）
ＨＳＯ３ −＋１／２Ｏ２ → ＳＯ４ ２−＋Ｈ＋ ・・・（２）
Ｈ＋＋ＯＨ− → Ｈ２Ｏ ・・・（３）
また、ＮＯは、以下の式（４）、（５）が進行して、電解アルカリ水中に捕捉される。塩素ガスは電気分解時に陽極で生成する。
２ＮＯ＋Ｃｌ２ → ２ＮＯＣｌ ・・・（４）
ＮＯＣｌ＋２ＯＨ− → Ｃｌ−＋ＮＯ２ −＋Ｈ２Ｏ ・・・（５）
上記式（１）〜（３）に示すように、電解アルカリ水とＳＯ２との反応でＨ＋が生成する。電解アルカリ水のｐＨが低下すると、式（１）の反応が起こらなくなる。そこで、式（１）の反応で生成したＨ＋を中和するためにアルカリ水が必要となる。また、電解アルカリ水とＮＯとの反応では、ＯＨ−が不足すると、式（５）の反応が進行しなくなる。そこで、式（５）の反応で消費したＯＨ−を補充するためにアルカリ水が必要となる。本発明では、電解アルカリ水のアルカリ度を高めることができるので、電解アルカリ水の使用量が少量であっても、電解アルカリ水のｐＨ低下を抑制でき、上記式（１）の反応や、上記式（５）の反応が進行しやすくなる。このため電解アルカリ水を大量に使用する必要がない。
例えば、海水を電気分解した場合、電気量（電流×時間）を高めてもｐＨは約１０〜１１程度までにしかならないが、本発明の排ガス浄化装置は、電解アルカリ水生成装置１０の陽極が、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成されているので、電気分解時に陽極からＭｇイオンが溶出して、Ｍｇ（ＯＨ）２が生成する。Ｍｇ（ＯＨ）２の濃度は、電気分解時の電気量の増加に比例して増加し、さらには、Ｍｇ（ＯＨ）２は、約ｐＨ１２以下では沈殿しないので、電解アルカリ水のアルカリ度を効率よく高めることができる。
このため、本発明の排ガス浄化装置は、Ｍｇ（ＯＨ）２濃度の高い電解アルカリ水で排ガスを浄化できるので、少量の電解アルカリ水で、排ガスを効率よく浄化でき、浄化処理に用いる電解アルカリ水の使用量及びスクラバ排水の排出量を低減できる。
そして、この実施形態では、スクラバ排水を配管Ｌ１から引き抜いて電解アルカリ水生成装置に導入し、電気分解を行って電解アルカリ水を生成しているので、スクラバ排水を排ガス浄化処理用の洗浄水として再利用でき、排水処理量を大幅に低減できる。
なお、スクラバ排水には、海水由来のバクテリアが存在する。スクラバ排水の温度は４０℃以下であることが多いので、スクラバ排水中に可溶性の有機物が存在すると、バクテリアの増殖が活発化する恐れがあるが、電気分解時に生じるＯＨラジカルや次亜塩素酸の作用で有機物を分解あるいはバクテリアを殺菌できる。
また、スクラバ排水には、排ガスから捕捉した油脂や微粒子などが含まれているが、これらは、電気分解時に発生したＯＨイオンや、Ｍｇイオンと反応して凝集するので、固形物（スカム）として回収できる。そして、電解アルカリ水生成装置１０から排出されたスカムは、配管Ｌ４を通って脱水装置３０へと送られ、ここで固液分離が行われる。固形物として回収した脱水スカムは、廃棄物として貯留され、船舶が港へ寄航した際に廃棄される。液体として回収された分離液は、電解アルカリ水生成装置１０で生成された電解アルカリ水と混合して排ガスの浄化処理に用いられる。
この実施形態では、電解アルカリ水生成装置１０での電気分解により生成されたスクラバ排水は、水質分析装置２０で、ｐＨ、電導度、アルカリ度、固形物量、バクテリア量、有機物量、ＮＯＸ、ＳＯＸなど各種水質を測定し、該測定結果を制御装置４０に入力して、該測定結果が排ガス浄化処理用の処理水としての基準を満たすように、ポンプＰ１の作動条件、電解アルカリ水生成装置１０での印加条件（電気量）をフィードバック制御するので、排ガス吸収塔１に導入される電解アルカリ水の水質のばらつきを抑制できる。
例えば、アルカリ度やｐＨが基準に達しない場合においては、電気分解時の電気量を増加させたり、ポンプＰ１を駆動させて電解アルカリ水生成装置１０内に海水を注入して海水に含まれるアルカリ成分や、電解質となるＮａＣｌなどの無機塩を補給するなどの操作を行う方法が挙げられる。また、これらの操作を行ってもアルカリ度が基準に達しない場合は、電極が劣化している可能性があるので、電極を交換する方法も挙げられる。また、排ガス浄化後のガスのＮＯＸ、ＳＯＸ濃度や、電解アルカリ水中のバクテリア量が基準を超えている場合は、電気分解時の電気量や電解アルカリ水噴射量を増加させる。
なお、この実施形態の排ガス浄化装置は、スクラバ排水を被電解水とし、スクラバ排水を電気分解して得られる電解アルカリ水を排ガスの浄化処理に用いているが、海水のみを被電解水として用いてもよい。また、海水以外の水に、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４等の電解質を添加したものを被電解水として用いてもよい。
図５に本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態が示されている。
この排ガス浄化装置は、上述した実施形態のものと基本構成は同じであるが、排ガス吸収塔１の底部の、スクラバ排水の貯留部に、散気装置６が設けられている点で相違する。
化石燃料の不完全燃焼や、低質な重油などを燃料として利用した場合、排ガス中の酸素濃度が低下して、ＮＯＸやＳＯＸ等を十分に酸化できないことがあるが、この排ガス浄化装置では、排ガス吸収塔１の底部に溜まったスクラバ排水に散気装置６から空気を吹き込むことができるので、電解アルカリ水中に捕捉したＮＯＸやＳＯＸ等を十分に酸化することができる。
（試験例１）
塩化ビニル製の電解槽（直径６７ｍｍ×高さ９０ｍｍ）に、海水を２００ｍｌ入れた。電解槽内の海水中に、陽極（純マグネシウム金属、直径９．５ｍｍ×１００ｍｍ）と、陰極（純マグネシウム金属、直径９．５ｍｍ×１００ｍｍ）とを浸漬させ、両電極間が３０ｍｍとなるように固定した。そして、陽極及び陰極と、直流安定化電源とを電線で接続し、陽極が正の電圧となるよう、陽極−陰極間に電圧を印加して、海水を電気分解した。電気分解の電気量と、得られた電解アルカリ水のｐＨ及びアルカリ度の関係を図６に示す。なお、アルカリ度は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ １５．１に準じた方法で測定した。
図６に示すように、電気分解時の電気量の増加に比例して、電解アルカリ水のアルカリ度が増加した。一方、ｐＨについては、電気量１００Ｃ以上通電すると、およそｐＨ１０付近でほぼ一定となった。
（試験例２）
ステンレス製の電解槽（直径６７ｍｍ×高さ９０ｍｍ）に、海水を２００ｍｌ入れた。電解槽内の海水中に、陽極（純マグネシウム金属、直径９．５ｍｍ×１００ｍｍ）を浸漬させ、陽極と電解槽との間隔が２０ｍｍ以上となるように陽極を固定した。そして、陽極及び電解槽と、直流安定化電源とを電線で接続し、陽極が正の電圧となるよう、陽極−電解槽間に電圧を印加して、海水を電気分解した。電気分解の電気量（電流×時間）が増加するに伴い、電解アルカリ水のアルカリ度が増加した。一方、ｐＨについては、電気量を１００Ｃ以上通電すると、およそｐＨ１０付近でほぼ一定となった。
（試験例３）
円筒状管（ステンレス製、８０Ａ×長さ３００ｍｍ）の中心の同軸上に、絶縁スペーサー（ポリアセタール樹脂）を使用して陽極（純マグネシウム金属、直径１５ｍｍ×３００ｍｍ）を固定した。また、陽極及び陰極と、直流安定化電源とを電線で接続した。そして、円筒状管内に海水を約０．１Ｌ／ｓの流速で流通させつつ、陽極が正の電圧となるよう、陽極−円筒状管間に電圧を印加して、円筒状管内を流通する海水を電気分解した。電気分解の電気量（電流×時間）が増加するに伴い、電解アルカリ水のアルカリ度が増加した。一方、ｐＨについては、電気量を１００Ｃ以上の条件で電気分解を行っても、およそｐＨ１０付近でほぼ一定であった。
図７及び図８には、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態が示されている。
この排ガス浄化装置は、上述した実施形態のものと基本構成は同じであるが、電解槽１１ｃ内に、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された補助陽極５０が備えられている点が異なる。さらに、補助陽極５０が結合回路６０を介して陰極１３ｂ及び陽極１２ｄに接続され、電源１４ｄが補助陽極５０に電圧を印加している点で相違する。なお、結合回路６０としては、図７ではダイオードが用いられており、図８ではトランジスタが用いられている。

図７に示す電解アルカリ水生成装置１０ｄでは、被電解水が導入された電解槽１１ｃと、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された陽極１２ｄと、陽極１２ｄと対になる陰極１３ｂとを備えており、電源１４ｄから両電極間に電圧を印加する。補助陽極５０は、結合回路６０を介して陰極１３ｂ及び陽極１２ｄに接続されており、電源１４ｅが補助陽極５０に電圧を印加する。これにより、電解槽１１ｃに導入された被電解水が電気分解される。
本実施形態によれば、陽極１２ｄから電源１４ｄを経て陰極１３ｂへ供給される電子に加え、補助陽極５０から電源１４ｅを経て陰極１３ｂへ電子が供給される。陰極１３ｂで生成するＯＨイオンは電子の供給量に比例するため、一定の電流量で操作する場合、補助陽極５０から供給する電子を増やした分、陽極１２ｄからの供給電子量を少なくすることができる。
また、陽極１２ｄでは、電子を生成するためにはＭｇをイオン化して溶出することが必要になる。本実施形態では、陽極１２ｄの供給電子量を少なくすることができるため、Ｍｇの溶出量も少なくすることができる。
全体として、本実施形態では、陰極１３ｂのＯＨイオン生成量は不変であるが、陽極１２ｄの溶出量を軽減することができる。つまり、本実施形態のように補助陽極５０を使用しない場合には、陽極のＭｇが溶出するため、定期的な電極交換が必要になる。従って、排水が大量の場合や酸が高濃度の場合には、陽極のＭｇの溶出が速くなり、電極交換頻度が多くなってしまい、電極コストが大きくなってしまう。
しかし、本実施形態では、陽極１２ｄのＭｇの溶出量を軽減することができるため、電極交換頻度を少なくしてコストダウンを実現することができる。
なお、補助陽極５０は、不溶性の材料を用いているため、原則として電極交換の必要はない。
（試験例４）
被電解水（ＮａＣｌ水溶液（３％）、４００ｍｌ）、陽極１２ｄ（マグネシウム金属 φ9.5mm×長さ100mm）、陰極１３ｂ（活性炭 幅100mm×長さ100mm×厚さ2 mm）、補助陽極５０（カーボン 幅50mm×長さ100mm×厚さ2 mm）、電源１４ｄ及び１４ｅ（直流安定化電源 0〜40V, 0〜18A）、結合回路（ショットキーバリアダイオード）を使用した。
図７のように被電解水に対して陽極１２ｄ、陰極１３ｂ、補助陽極５０を挿入して配線した。結合回路６０にはダイオードを用いており、ダイオードD1のカソードが陽極１２ｄ側、ダイオードD3のカソードが補助陽極５０側になるように接続した。ダイオードの順方向降下電圧が大きいと、陽極１２ｄ−陰極１３ｂ間の電流I1に対する抵抗が大きくなるため、なるべく順方向降下電圧が小さいショットキーバリアダイオードやゲルマニウムダイオードを選択すると良い。
直流安定化電源により電圧を印加し、陽極１２ｄ−陰極１３ｂ間の電流I1 = 50 mA、補助陽極５０−陰極１３ｂ間の電流I3 = 150 mAとした。電極反応によってＭｇ（ＯＨ）2が生成され、被電解水のアルカリ度は3分後に5.0 mg/L（CaCO3換算）増加した。
一方で、陽極１２ｄ−陰極１３ｂ間の電流I1 = 50 mAのみを流した場合、被電解水のアルカリ度は3分後に1.6 mg/L（CaCO3換算）増加した。
これらの結果をまとめると表1の通りとなる。なお、手法Ａとは、補助陽極５０を使用せず、陽極及び陰極のみを使用した電解アルカリ水生成装置である。手法Ａと本実施形態では陽極のMg溶出量は同量であるが、アルカリ度は本実施形態のほうが大きくなる。つまり、所望のアルカリ度の水を得るためのMg溶出量は、本実施形態のほうが少なくなる。本実施形態によって生成された高アルカリ度の水は、手法Ａと変わらず、酸性水の中和に用いることができる。
Figure 0005892265
（試験例５）
被電解水（ＮａＣｌ水溶液（３％）、４００ｍｌ）、陽極１２ｄ（マグネシウム金属 φ9.5mm×長さ100mm）、陰極１３ｂ（活性炭 幅100mm×長さ100mm×厚さ2 mm）、補助陽極５０（カーボン 幅50mm×長さ100mm×厚さ2 mm）、電源１４ｄ及び１４ｅ（直流安定化電源 0〜40V, 0〜18A）、結合回路（pnp型トランジスタ）を使用した。
図８のように被電解水に対して陽極１２ｄ、陰極１３ｂ、補助陽極５０を挿入し配線した。結合回路６０にはトランジスタを用いており、トランジスタのベースが陽極１２ｄ側、エミッタが陰極１３ｂ側、コレクタが補助陽極５０側になるように接続した。直流安定化電源により電圧を印加しベース電流I1 = 50 mA、コレクタ電流I3 = 150 mAとした。このときのアルカリ度の増加は、ダイオードを用いた場合とほぼ同じ結果が得られ、Mg溶出量を軽減することができた。
なお、試験例４及び５の特記事項について、以下のとおり説明する。
本試験例ではバッチ式で実施しているが、連続式（水を流しながら）としても良く、同様の効果が得られる。
本試験例では比較的小型の装置で高アルカリ度の水の生成を行っているが、スケールアップしても同様の効果が得られる。ただし結合回路６０は、電解の規模に応じて大きな電流に耐えられるような素子選定や回路構築が必要である。例えば、スケールアップにおいて図９のように電源を共通として陽極１２ｄ、陰極１３ｂを複数個接続し、補助陽極５０は電極毎に結合素子を配置することで、１素子あたりの電流を分散させることができる。
本試験例では電極に高純度のマグネシウムを使用しているが、その他、マグネシウムを含有するMg-Al-Zn系などの合金や、蒸着などで表面にマグネシウム含有層を堆積させた材料を使用しても良く、同様の効果が得られる。
１：排ガス吸収塔
２：排ガス導入口
３：煙道
４：噴射ノズル
５：デミスタ
６：散気装置
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ：電解アルカリ水生成装置
１１ａ，１１ｂ：電解槽
１１ｃ：配管（電解槽の機能を有する）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、１２ｄ：陽極
１３ａ、１３ｂ：陰極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ：電源
１５：絶縁スペーサー
２０：水質分析装置
３０：脱水装置
４０：制御装置
５０：補助陽極
６０：結合回路
Ｌ１〜Ｌ６：配管
Ｐ１：ポンプ

Claims (13)

  1. 船舶に搭載されて使用される排ガス浄化装置であって、
    陰極と陽極とを備え、両電極間に電圧を印加して、被電解水として海水又は海水以外の水であって電解質を添加した水を電気分解し、電解アルカリ水を生成する電解アルカリ水生成装置と、
    ＳＯＸ及び／又はＮＯＸを含む排ガスが導入される排ガス吸収塔と、
    前記排ガス吸収塔内に設けられ、前記電解アルカリ水生成装置から導入された前記電解アルカリ水を噴射する噴射ノズルとを備え、
    前記噴射ノズルから前記電解アルカリ水を噴射して、前記排ガス吸収塔に導入される前記排ガスと前記電解アルカリ水とを気液接触させ、前記排ガスを浄化するように構成され、
    前記電解アルカリ水生成装置は、Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された前記陽極を備え、
    前記電解アルカリ水生成装置で生成した前記電解アルカリ水のアルカリ度を分析する水質分析装置と、前記電解アルカリ水のアルカリ度が所定値以上となるように前記電極への電圧印加条件を調整するアルカリ度調整装置とを備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
  2. 前記噴射ノズルから噴射された前記電解アルカリ水を回収するスクラバ排水貯留部と、前記スクラバ排水貯留部内のスクラバ排水を前記電解アルカリ水生成装置に返送するスクラバ排水返送ラインとを備える請求項１に記載の排ガス浄化装置。
  3. 前記電解アルカリ水生成装置で生成した前記電解アルカリ水を前記排ガス吸収塔に導入する電解アルカリ水供給ラインとを備える請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
  4. 前記噴射ノズルから噴射された前記電解アルカリ水を回収するスクラバ排水貯留部を備え、前記スクラバ排水貯留部に散気装置が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
  5. 前記電解アルカリ水生成装置は、前記陰極が、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された電解槽であり、前記陽極側に正の電圧を印加し、前記電解槽側に負の電圧を印加して、前記電解槽内の前記被電解水を電気分解するように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
  6. 前記電解アルカリ水生成装置は、前記陰極が、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された、前記被電解水が流通する経路であり、前記経路内に前記陽極が配置され、前記陽極側に正の電圧を印加し、前記経路側に負の電圧を印加して、前記経路内を流通する前記被電解水を電気分解するように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
  7. 前記電解アルカリ水生成装置は、水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された補助陽極を備え、前記補助陽極が前記陰極及び前記陽極に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
  8. 前記電解アルカリ水生成装置は、前記補助陽極に電圧を印加し、前記補助陽極から前記陰極へ電子を供給することにより、前記陰極で生成されるイオンの量を制御する電圧印加手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化装置。
  9. 陰極と陽極とを備え、第１の電圧印加手段が両電極間に電圧を印加して、被電解水として海水又は海水以外の水であって電解質を添加した水を電気分解し、電解アルカリ水を生成する電解アルカリ水生成装置と、
    ＳＯＸ及び／又はＮＯＸを含む排ガスが導入される排ガス吸収塔と、
    前記電解アルカリ水生成装置で生成した前記電解アルカリ水を前記排ガス吸収塔に導入する電解アルカリ水供給ラインと、
    前記排ガス吸収塔内に設けられた、前記電解アルカリ水の噴射ノズルとを備え、
    前記噴射ノズルから前記電解アルカリ水を噴射して、前記排ガス吸収塔に導入される前記排ガスと前記電解アルカリ水とを気液接触させ、前記排ガスを浄化するように構成された排ガス浄化装置であって、
    前記電解アルカリ水生成装置は、
    前記陰極と、
    Ｍｇ又はＭｇ合金で形成された前記陽極に加え、
    水に対して不溶性で、かつ、導電性を有する材料で構成された補助陽極を備え、前記補助陽極が結合回路を介して前記陰極及び前記陽極に接続され、第２の電圧印加手段が前記補助陽極に電圧を印加するように構成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
  10. 前記結合回路にダイオードが用いられていることを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化装置。
  11. 前記結合回路にトランジスタが用いられていることを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化装置。
  12. 前記電解アルカリ水生成装置は、前記陽極及び前記陰極が複数接続され、前記結合回路が前記陽極及び前記陰極の組み合わせの数に対応する数の結合素子を備え、これらの結合素子ごとに前記補助陽極が接続されていることを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化装置。
  13. 前記電解アルカリ水生成装置は、前記第２の電圧印加手段が前記補助陽極に電圧を印加し、前記補助陽極から前記陰極へ電子を供給することにより、前記陰極で生成されるイオンの量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
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