JPH0146173B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は燃焼室からの排気ガス等に含まれる煤
の低減化方法およびその装置に関する。 一般に炭化水素の火炎から生成する黒煙などの
成分である煤は、その多くが直径２ミクロン以下
の微粒子であるため、これを、例えば、従来の遠
心分離装置のみによつて捕集させようとすると、
装置の排気抵抗が極端に大きくなり、しかも大型
化する。従つて自動車等の内燃機関の燃焼室から
出る煤の浄化に使用することはほとんど不可能で
ある。また、上記の煤をフイルター装置によつて
捕集させる場合は、フイルターが目詰りを起し、
その結果背圧が高くなる等の問題がある。 本発明は、以上のような点に配慮し、まず排煙
を交番あるいはパルス電場の雰囲気に誘導し微粒
子が鎖状に連結した形状の煤を個々の微粒子に分
解する。この操作によつて比表面積の大きくなつ
た煤は、次に加熱および触媒作用によつて煤を酸
化させて取り除き、排気ガスを浄化するものであ
る。すなわち、本発明の煤の低減方法は煤を燃焼
させて取り除くことを基としている。煤を燃やす
ために、本発明では、第１工程で、煤を含む気体
に交番あるいはパルス電圧を作用させ、鎖状の煤
を分解し微粒子状の煤に変える。通常燃焼室で生
成した煤は煙道等を通過する過程で電荷を帯び、
それらの電荷により発生する局所的なクーロン力
で結合され次第に粒径を増し、かつ煤の粒子は鎖
状に連なり直径約0.2ミクロン以上の団塊となる
ことが知られている。第１工程では、交番あるい
はパルス電圧により直径0.2μ以上の団塊状の煤を
数百オングストローム以下の煤にかえ、煤の表面
積を増大させるとともに、煤をエアロゾル化（実
質的にガス化）させるものである。交番電圧ある
いはパルス電圧の電圧としては100V／cmから
10000V／cmの範囲が好ましく、交流のサイクル
としては10ヘルツ以上が好ましい。煤は本来上記
のように局所的な電荷を帯びているため、交番電
圧あるいはパルス電圧により、電荷を誘電分極、
緩和させて電荷的に中和すると団塊状の煤が微細
化される。 第２工程では微細化された煤を含む気体を活性
媒体に接触させ、煤を気体中の酸素と反応させ
（煤を燃やして）、気体中より煤を取り除くもので
ある。この活性媒体としては、加熱された物体、
例えば金網とハニカム状に成形された酸化バナジ
ウムとジルコニアからなる酸化触媒が使用され
る。加熱された金網は、その熱により気体中の煤
と酸素の反応を促進するものである。またた酸化
触媒はその触媒作用により煤と酸素の反応を促進
するものである。この工程により煤が気相酸化さ
れ、煤がその表面から酸化され痩せてゆき、理想
的には消滅する。本発明の第１工程は、第２工程
での酸化反応の効率を高くするためのもので、第
１工程により煤が微細化され、気体中でエアロゾ
ル化しているため、第２工程の酸化が促進され
る。 次に本方法の効果について説明する。本方法の
効果を確かめるため第１図にその主要部分の断面
を示す試験装置を製作した。この試験装置は煤発
生部１、煤発生部１の上部に設けられた煤低減部
２、煤低減部２を覆う第１排気部３、第１排気部
３の外側に設けられた第２排気部４とよりなる。
煤発生部１は内部に燃焼室１１を形成する開口部
径50mm、深さ50mmのロート状の燃焼壁１２、ロー
トの足に相当する燃焼壁１２の中央底部に設けら
れた内径2.5mmの燃料パイプ１３、燃料パイプ１
３と２重管を構成する内径６mmの空気パイプ１
４、燃料パイプ１３の先端部に挿入されたガラス
束よりなる芯１５、燃焼壁１２の外側を囲み、燃
焼室との間に水室１７を形成する燃焼外壁１６と
よりなる、燃焼外壁１６の下部および上部には水
室１７に冷却水を供給、排水するための冷却水導
入口および排水口が設けられている。 煤低減部２は煤発生部１の燃焼室１１の上部に
位置するもので、燃焼壁１２の開口部にセラミツ
ク製リング２１を介して設けられ、燃焼壁１２の
開口径とほぼ同一の直径50mm、長さ100mmの円筒
状金網製の第１電極２２、第１電極２２の中心軸
上にセラミツクス製の碍子２６で第１電極２２と
固定された外径２mm、長さ100mmのステンレス棒
製の第２電極２３、第１電極２２の他端にセラミ
ツクス製リング２４を介して固定された網状の活
性媒体２５とよりなる。なお、活性媒体２５とし
ては通電により発熱体となるカンタル線を細いパ
イプ状の碍子で被覆し、ステンレス製の網の上下
面の一面の全面に固定し、その後、ステンレス網
と碍子表面に水ガラスを塗布し、さらにその上に
酸化バナジウムとジルコニア微粉末を塗布したも
のである。したがつてこの活性媒体２５は発熱体
としての性能と酸化触媒としての性能を兼ねる。 第１排気部３は、第１電極２２の外側を取りま
く内径80mmの底部開口の第１排気管３１、第１排
気管３１の上端に結合されたベル状の収束管３
２、収束管３２の上端に結合される排気ポンプ
（（図示せず）に連接する第２排気管３３とよりな
る。なお、収束管の中央部には煤を捕集するため
耐熱性が高い高純度のグラスフアイバーフイルタ
ーにテフロンコーテイングを施した孔径約0.8ミ
クロンで外径47mmのフイルター３４が設けられて
いる。 第２排気部４は第１排気部３の外側に位置し、
下端が燃焼外壁１６の上部端壁と結合され、有蓋
円筒状の外壁４１と、外壁４１の上部側面に形成
された開口４２とよりなる。第２排気部４は第１
排気部３のフイルター３４が煤でつまり排気され
ない場合に第１排気部に代わつて排気を行うもの
である。すなわち、フイルター３４がつまつた場
合、排気は第１排気部の第１排気管３１と第１電
極の間の空間を下方向に移動し、第１排気管３１
の下端をまわり、次に第１排気管３１と第２排気
部４の外壁４１との間の空間を上方向に移動し、
最後に開口４２より大気に出る。なお、フイルタ
ーの通気抵抗が小さく、燃焼室１１より送られて
くる排気以上に第２排気管３３を介して強制的に
排気される場合には、不足分の空気は第２排気部
４から排気と逆方向に移動して供給される。この
ため本試験装置では第１排気部３１の強制排気お
よびフイルター３４の空気抵抗の変動にもかかわ
らず、燃焼室１１における燃焼は一定している。 本試験装置の燃料パイプ１３より燃料として軽
油を使用し１分間あたり0.13mlの軽油を供給し、
一方、空気パイプ１４より空気を１分間あたり
1500ml供給し、芯１５に点火した（この条件での
空燃比は19.5である。）これにより安定した煤を
発生させた。この煤の発生状態で煤低減部２を表
に示す代表的な４種類の条件で運転し、それぞれ
の条件における煤の量を第１排気部３のフイルタ
ー３４上に捕集した。なお、フイルター３４上に
おける煤の捕集量はフイルター３４を通過する単
位時間あたりのガス吸引流量で求めた。

【表】 各条件におけるフイルター３４における煤の捕
集状態を第２図に示すガス吸引時間と吸引流量の
関係線図に示す。なお条件と線図符号の関係を表
に示した。 表および第２図より、電極間に電圧を作用させ
ず、かつ、活性媒体を加熱しない場合には符号Ａ
の線図に示すように吸引時間の経過とともに吸引
流量が急速に下り、吸引時間60秒後には吸引流量
が50／分から12／分に低下するのがわかる。
この吸引流量の低下はフイルター３４上に煤が捕
集されフイルター３４の気孔をふさいだためであ
る。 次に、電極間に電圧をかけず活性媒体を500℃
に加熱した条件では、符号Ｂの線図に示すよう
に、活性媒体を加熱しない場合に比較して、60秒
経過後における吸引流量が12／分から19／分
に増加する。これは煤が活性媒体の作用により煤
が酸化され、フイルター３４上に捕集される煤が
低減したために吸収流量が増加したものと考えら
れる。 活性媒体を500℃に加熱し、かつ電極間に2400
ボルトの直流を作用した条件では、符号Ｃの線図
に示すように、60秒経過後における吸引流量が23
／分に増加した。これは電極間に直流電圧を作
用させた効果であるが、この場合には陰極となつ
て電極２３に煤が付着しているのが認められた。
従つて、直流電圧を作用させた場合に、煤を微細
化し、活性媒体での酸化が促進されるかどうか明
らかではない。 最後に本発明の最適条件の一つである活性媒体
を500℃に加熱し電極に60サイクルの交番電圧
2400ボルトを作用させた条件では、符号Ｄの線図
に示すように、60秒経過後における吸引流量が27
／分に増加した。この条件では両電極に煤の付
着は認められなかつた。符号Ｂおよび符号Ｄに示
す吸引流量の差は交番電圧の作用により煤が微細
化されてエアロゾル化し、このため活性媒体での
酸化が促進され、煤が低減し、フイルター３４に
捕集される煤の量が低減したものと考えられる。 次に本発明の煤の低減装置を第３図に示す実施
例により説明する。本装置は煤を含む気体の流入
口５１と流出口５２を有する容器５と、その容器
５内で流入口５１側に設けられた１対の電極６
１，６２と、その電極６１，６２に交番あるいは
パルス電圧を供給するための電圧発生装置（図示
せず）と、容器５内で流出口５２側に設けられた
煤を酸化するための活性媒体７とよりなる。容器
５はスチール製で直径約８cm、長さ約30cmの管状
であり、前部５３、中央部５４および後部５５よ
りなつている。前部５３は一端に流入口５１を有
し、その内部には１対の電極６１，６２が設けら
れている。中央部５４は活性媒体７を収納する部
分である。後部５５は流出口５２を有する。容器
５の前部５３と中央部５４および中央部５４と後
部５５はそれぞれ金属製のリング状固定具５６，
５７で結合されている。１対の電極６１．６２
は、容器５の前部５３の内径よりわずかに小さ
く、同心円的に前部５３内に収納された金網製の
パイプ状の電極６１と前部５３の中央軸に配置さ
れた金属製棒状の電極６２とよりなる。なお、上
記パイプ状の電極６１は、その両端部で、容器５
の前部５３の内壁面にセラミツク製碍子６３，６
４を介して固定され、棒状の電極６２はパイプ状
の電極６１の内壁面に放射状のセラミツク製碍子
６５，６６で固定されている。また各電極６１，
６２はパイプ状のセラミツク製碍子で被覆された
ケーブル６７，６８により前部５３の外側に導か
れ、電圧発生装置（図示せず）の出力端子に結合
されている。電圧発生装置は従来公知のものがそ
のまま使用できる。ここではネオン変圧器と単巻
変圧器およびこの装置に全波整流回路を組込んだ
ものを用いた。 活性媒体７はビーズ状触媒７１と加熱源として
のうずまき状の電熱体７２とよりなり、容器５の
中央部５４の両端を金網で閉じて形成された室に
収納されている。触媒７１は顆粒状の酸化ジルコ
ニウムに酸化バナジウムを担持させたものであ
る。 この装置の流入口５１より第１図に示す煤発生
部１で得られる煤を含む気体を導入し、電極６
１，６２に2400ボルトの交番電圧を引加し、か
つ、活性媒体７の電熱体７２を500℃に加熱して、
煤を処理した。この装置の流出口５２よりはほと
んど無色のガスが排出された。 本装置では容器５としてスチール製パイプ状の
ものを使用したがその材料、形状に限られること
はない。例えば煙突あるいは煙道の一部を本発明
の装置の容器として利用できる。電極６１，６２
についても、互いに平行した金属板製の板状電極
等種々のものが使用できる。また容器が電導性の
材料でできている場合には容器自体を電極の一方
とすることができる。活性媒体７もハニカム状触
媒等種々の酸化触媒が使用できる。 本発明の煤の低減装置はデイーゼルエンジンの
排気ガス、焼却炉よりでる煙その他種々の燃焼室
から発生する煤を含む気体に適用可能であり、単
位時間当りの排ガス量、煤の量、排ガス温度によ
り本発明の装置の形状、寸法等、適宣選択でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の効果を確認するための
試験装置の断面図、第２図は第１図に示すフイル
ターの吸引時間と吸引流量との関係を示す線図、
第３図は本発明の装置の一実施例の断面図であ
る。図中符号１は煤発生部、２は煤低減部、３は
第１排気部、４は第２排気部、５は容器、６１，
６２は電極、７は活性媒体を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 煤を含む気体に交番電圧あるいはパルス電圧
   を印加することにより誘電分極、緩和させて煤を
   細分化する工程、および細分化された煤を含む気
   体を少なくとも加熱された物体および酸化触媒で
   ある酸化バナジウムとジルコニアからなる活性媒
   体に接触させ、煤を酸化して気体中より取り除く
   工程とよりなることを特徴とする煤の低減方法。 ２ 交番電圧あるいはパルス電圧は100V／cmな
   いし10000V／cmであり、その周波数は10ヘルツ
   以上である特許請求の範囲第１項記載の煤の低減
   方法。 ３ 少なくとも煤を含む気体の流入口と流出口を
   有する容器と、 その容器内でその流入口側に設けられた少なく
   とも一対の電極と、 その電極に交番あるいはパルス電圧を供給する
   ための電圧発生装置と、 その容器内でその流出口側に設けられた煤を酸
   化するための少なくとも加熱された物体および酸
   化触媒である酸化バナジウムとジルコニアからな
   る活性媒体とよりなることを特徴とする煤の低減
   装置。 ４ 一対の電極は相対向する一対の平面状の板あ
   るいは網である特許請求の範囲第３項記載の煤の
   低減装置。 ５ 一対の電極は円筒状の電極とその中心軸に設
   けられた棒状の電極とよりなる特許請求の範囲第
   ３項記載の煤の低減装置。