JPH06292817A

JPH06292817A - Ｎｏｘ含有ガス浄化方法及び浄化装置

Info

Publication number: JPH06292817A
Application number: JP5084431A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Haga; 鉄郎芳賀; Akio Honchi; 章夫本地; Akira Kato; 加藤　　明; Yoshio Yoshioka; 芳夫吉岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ＮＯ_X含有ガスの組成の変化の影響を受ける
ことなく、低い消費電力でＮＯ_Xの低減をはかる。【構成】放電管中の無声放電領域にＮＯ_X含有ガスを
導入してＮＯ_X含有ガスを浄化する際に、放電管８に流
入するガス又は流出するガス中のＮＯ_X濃度を検出器１
４で検出し、検出されたＮＯ_X濃度が高いほど放電管に
印加される交流電圧が高くなるように放電電圧を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼排ガス等に含まれ
るＮＯ_Xを放電により解離除去するＮＯ_X含有ガス浄化方
法及び浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等からの燃焼排気ガ
ス中に含まれるＮＯ_Xを放電により除去し、排気ガスを
浄化する方法は一般に知られており、例えば特開平２−
２４１５１９号公報、特開平３−８４１２号公報及び特
開昭６３−２４８９０９号公報に開示されている。

【０００３】この種の放電による排気ガス浄化方法は、
誘電体からなる放電管内に電極を配設し、さらに誘電体
の外周に外部電極を配設して、各電極に交流高圧を印加
させてコロナ放電を行い、該コロナ放電場にＮＯ_Xを含
む排気ガスを流通させてＮＯ_Xを浄化するものである。
さらに詳述すると、高い電界により気体を電離して電子
とイオンを生成させ、電界により加速された電子をＮＯ
_X分子に衝突させて、そのエネルギ−によりＮＯ_XをＮ₂
に分解除去し、もしくはＮＯ₂に酸化させた後アルカリ
溶液等に吸収させて処理するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の排気ガス浄化
装置の実用化に際しては、高いＮＯ_Xの除去率の維持と
共に放電処理後のＮＯ_X濃度が低位で安定していること
が要求され、かつ、低い消費電力でＮＯ_Xの処理ができ
ることが要求される。ところで、ディーゼルエンジン等
からの排気ガス中のＮＯ_X濃度はエンジンに対する負荷
によって変化し、常時一定濃度にあるわけではない。こ
のため、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの組成が
変化すると、その影響を受けてＮＯ_Xの除去率も大きく
変化し、放電処理後のＮＯ_X濃度が高くなる不具合が考
えられる。

【０００５】この流入ＮＯ_X濃度の変動に対処する方法
として、放電管内の内部電極（中心電極）をガス流れ方
向に移動させて、外部電極と内部電極との対面比を変化
させ、これによって放電管内におけるコロナ放電領域を
可変にする方法が特開平４−２１９１２３号公報に提案
されている。この方法は、流入ＮＯ_X濃度応じてコロナ
放電領域を可変させるのでＮＯ_X濃度の変動によるＮＯ_X
除去率の低下を防止することが可能である。

【０００６】ところが、ＮＯ_X濃度の変動に対応して外
部電極との対面比を小さくすると、内部電極がガス流れ
方向に伸長することになる。このため、少なくとも内部
電極を外部電極との対面比以上の長さとする必要があ
り、かつ、伸長分を確保するため放電管を長くする必要
がある。したがって、この方法による排気ガス浄化装置
は、放電管が長くなり、装置全体のコンパクト化が困難
となる。また、他方では内部電極を移動させる駆動手段
が必要となり、電極を駆動するためのエネルギーが増加
する不都合が生じる。

【０００７】また、ＮＯ_X濃度の変動に対処する他の方
法として、排気ガス中に希釈ガスを導入しＮＯ_X濃度を
低減させてから処理する方法が特開平４−２４４２１６
号公報で提案されている。しかし、この方法も希釈手段
を新たに付加しなければならず装置のコンパクト化が困
難となる不具合がある。本発明は、このような従来技術
の不都合に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、ＮＯ_X含有ガスの組成の変化の影響を受けず、低
い消費電力でＮＯ_Xの低減をはかるに好適なＮＯ_X含有ガ
ス浄化方法及び浄化装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
目的を達成するため、下記の条件のもとにＮＯ_X含有ガ
ス浄化装置へ流入するガス中のＮＯ_X濃度を変化させて
放電管印加電圧とＮＯ_X除去率の間の関係を調べ、ＮＯ_X
濃度の変動に対して印加電圧が重要な操作因子であるこ
とを見出した。

【０００９】ガス流量：２．０ｌ／ｍｉｎ、滞留時間：
６．２ｓｅｃ、放電管内径：φ３８ｍｍ、内部電極外
径：φ２０ｍｍ、外部電極長さ：２５０ｍｍ（材質：ア
ルミニウム箔）、電源：交流（５０Ｈｚ）、ガス組成：
ＮＯとＮ₂の混合ガス、圧力：大気圧ＮＯ_X除去率は次式（１）により求めた。

【００１０】ＮＯ_X除去率＝（Ｎin−Ｎout）／Ｎin …………（１）ただし、Ｎinは放電管入口でのＮＯ_X濃度（ｐｐｍ）で
あり、Ｎoutは放電管出口でのＮＯ_X濃度（ｐｐｍ）であ
る。ＮＯ_X含有ガス浄化装置へ流入するガス中のＮＯ_X濃
度を２６１ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０２０ｐｐｍと変
えたとき、放電管印加電圧とＮＯ_X除去率との関係は図
１２のようになった。

【００１１】図１２に示されているように、ＮＯ_X濃度
を一定とした場合、ＮＯ_X除去率の大小は印加電圧によ
って左右され、印加電圧を大きくするに従ってＮＯ_X除
去率が高くなる。そして、印加電圧を一定値とした場
合、ＮＯ_X除去率はＮＯ_X濃度によって左右され、濃度が
低くなるに従って除去率が高くなる。印加電圧の高低に
対するＮＯ_X除去率の変動幅は、ＮＯ_X濃度が低い場合に
は小さいが、ＮＯ_X濃度が高くなるにつれて顕著になる
傾向を示す。

【００１２】つまり、ＮＯ_X濃度が比較的低く、かつ、
ＮＯ_X濃度の変動幅が小さい場合は、印加電圧に対する
ＮＯ_X除去率に大きな優位差が無いため、所定の除去率
を得るに必要な一定の印加電圧に保持すれば充分であ
る。しかし、ＮＯ_X濃度が高くなるとＮＯ_X除去率が大き
く低下するため、印加電圧を一定値に保持した状態では
ＮＯ_X濃度の変動に対して高いＮＯ_X除去率を期待するこ
とができない。

【００１３】本発明は、このようなＮＯ_X濃度と印加電
圧との関係に着目して、ＮＯ_X濃度の変動に対応して安
定したＮＯ_X除去率を得るには、放電管入口ＮＯ_X濃度や
コロナ放電場の領域を制御するよりも、むしろ印加電圧
を制御すれば、コンパクトな装置でＮＯ_X濃度に見合っ
た浄化処理を行うことができることを見出したことに基
づくものである。

【００１４】したがって、本発明の特徴とするところ
は、放電管中の無声放電領域にＮＯ_Xを含むガスを導入
することによるＮＯ_X含有ガスの浄化方法において、前
記放電管に流入するガス中又は放電管から流出するガス
中のＮＯ_X濃度を検出し、検出されたＮＯ_X濃度が高いほ
ど放電管に印加される交流電圧が高くなるように放電電
圧を制御することにある。

【００１５】なお、ＮＯ_X濃度の変動に対処する方法と
して、印加電圧を一定として電源周波数をＮＯ_X濃度に
応じて変化させることが考えられる。しかし、周波数を
変化させようとすると、高圧変圧器とは別に高周波イン
バータ等を用いて周波数を変化させなければならない。
このため、インバータ側によっても電力が消費され、消
費電力の増大によってＮＯ_Xの処理効率が低下する要因
となる。また、周波数を一定として印加電圧を高くして
いくと電流も高くなるが、ＮＯ_Xの処理量は電圧のほぼ
２乗に比例して増大し、ＮＯ_Xの除去率が向上する。し
かし、電圧を一定として周波数を制御する場合には、周
波数を高くしていっても、ＮＯ_Xの処理量は周波数に比
例した関係でしか増大しないため、ＮＯ_Xの除去率がそ
れほどには向上しない。これらのことから、ＮＯ_X濃度
の変動に対する制御法としては周波数制御よりも電圧制
御のほうが好ましい。

【００１６】次に、ＮＯ_X濃度の変動に対応して印加電
圧を制御する場合、本発明者ら、さらにガス組成の変化
の影響について調べた。排気ガスの組成の変化は単にＮ
Ｏ_X濃度の高低のみでなく、ディーゼルエンジン等にお
いては排気ガス中に酸素も含まれており、この共存酸素
がＮＯ_X除去率及び印加電圧の大小にも影響を及ぼすこ
とが推測される。そこで、ＮＯ_X含有ガスの組成変化の
影響を酸素共存の面から前記条件と同じ条件にて調べ
た。ＮＯ_X濃度は５００ｐｐｍとした。

【００１７】図１３に示すように、酸素が共存しないＮ
Ｏ_X含有ガスにおいては低い印加電圧でも高いＮＯ_X除去
率を示す。しかし、酸素が共存すると同じＮＯ_X濃度で
あってもＮＯ_X除去率が低下し、酸素濃度が高くなるに
従ってＮＯ_X除去率が低下する。これは、酸素が共存す
るとＮＯ_X中のＮＯがＮ₂及びＯ₂に解離される一方、並
行して共存酸素さらには解離されたＯ₂が放電によりオ
ゾンとなり、ＮＯが酸化力の強いこのオゾンによって次
式（２）の如く酸化されてＮＯ₂となるため、ＮＯ_Xの除
去率が低下するものと考えられる。

【００１８】ＮＯ＋Ｏ₃→ＮＯ₂＋Ｏ₂ ………………（２）したがって、酸素が共存するＮＯ_X含有ガスを放電によ
り処理する場合は、ＮＯ_X含有ガスの組成としてＮＯ_X濃
度が一定であっても、酸素の共存によりＮＯ_X除去率が
低下するため、処理対象のＮＯ_X濃度を検出し、検出さ
れたＮＯ_X濃度に応じて印加電圧を制御するのみでは所
定のＮＯ_X除去率を得ることが困難となり、放電管出口
でのＮＯ_X濃度が高くなる。

【００１９】そこで、本発明では、酸素が共存するＮＯ
_X含有ガスを放電で処理する場合においても、酸素共存
の影響を印加電圧の制御に反映できるようにした。具体
的には、放電管出口のＮＯ_X濃度を検出して、該ＮＯ_X濃
度と放電管出口のＮＯ_X濃度目標値との偏差に従って印
加電圧を制御するようにした。検出されたＮＯ_X濃度に
基づいて求められた印加電圧を放電管に流入するＮＯ_X
含有ガス中の酸素濃度値の高低に応じて補正するように
してもよい。

【００２０】前述のように、ＮＯ_X含有ガスの組成がＮ
Ｏ_X除去率に影響することが明らかになったが、一方で
放電管に流入するＮＯ_X含有ガスの流量は、例えばＮＯ_X
含有ガスがディーゼルエンジンの排気ガスである場合に
はディーゼルエンジンを運転する際の負荷によって異な
り変動する。このため、放電管内におけるコロナ放電領
域の容積が一定である場合、ＮＯ_X含有ガスの流量が変
動すると放電領域を通過するガスの滞留時間が変化す
る。そして、滞留時間が変化すると、ＮＯ_X含有ガスに
印加される放電エネルギーも変化し、滞留時間の長短に
よってＮＯ_X処理量が変動するものと推測される。

【００２１】そこで、ＮＯ_X処理量に及ぼす滞留時間の
影響について調べた。滞留時間の調節は、ガス流量及び
ＮＯ_X（ＮＯ）濃度を一定として、放電管外周に配設し
た外部電極長さをガス流れ方向（軸方向）に変えて、コ
ロナ放電領域の容積を変化させて行なった。他の条件は
次の通りである。放電管内径：φ２６．７ｍｍ、内部電極外径：φ２０ｍ
ｍ、ガス流量：４．０ｌ／ｍｉｎ、酸素濃度：１０％図１４に示すように、ＮＯ_Xの処理量はＮＯ_X含有ガスの
滞留時間の影響を受け、印加電圧が一定である場合、滞
留時間が長くなるに従ってＮＯ_X処理量が多くなる。そ
して、滞留時間が一定である場合、印加電圧を高くする
に従ってＮＯ_X処理量が多くなる。

【００２２】このように、ＮＯ_X含有ガスの組成及び印
加電圧等が一定であっても、ガス流量が変動してコロナ
放電領域における滞留時間が変化するとＮＯ_X処理量が
変化し、特に流量が増加して滞留時間が短くなるとＮＯ
_Xの処理量が減少することになる。したがって、本発明
においては流量変動の影響を受けずに安定してＮＯ_Xを
処理するために、放電管内に流入するＮＯ_X含有ガスの
滞留時間の長短に応じて印加電圧を制御するようにし
た。

【００２３】次に放電によりＮＯ_Xを処理する場合、先
に説明したように酸素が共存するとオゾンが生成する
が、酸素が共存しなくともオゾンの生成が推測される。
オゾンは酸化力が強く、有害なガスであるため、放電処
理後オゾンガスが系外に排出されるのは好ましくない。
そこで、前述した同条件で滞留時間を変えてガス組成が
異なった場合のオゾン生成量について調べた。

【００２４】図１５に示すように、酸素が共存する場合
は滞留時間の長短に関係なくオゾンが発生し、滞留時間
が長くなるに従ってオゾン生成量が多くなる。一方、酸
素が共存しない場合、滞留時間が短い条件下ではオゾン
の生成は確認されない。しかし、滞留時間が長くなるに
従ってオゾンの生成が認められ、かつ、オゾンの生成量
は滞留時間が長くなる程多くなる。これは、滞留時間が
長くなるに従って排気ガスに印加される放電エネルギー
が大きくなるため、ＮＯから解離した酸素が放電により
オゾンとなるため、酸素が共存しないガス組成でもオゾ
ンが生成するものと考えられる。

【００２５】そこで、本発明においては、副生物として
生成するオゾンを放電管の系外に排出させないようにし
た。具体的には、放電管の下流側にオゾンを分解する触
媒を配設するようにした。さらに、前述したように酸素
が共存しないＮＯ_X含有ガス系では高いＮＯ_X除去率を示
すが、酵素が共存すると酸素濃度が高くなるに従いＮＯ
_X除去率が低下する。そこで、本発明においては、放電
管の入口側に酸素除去手段を配置し、ＮＯ _X含有ガスを
この酸素除去手段を通して後に放電管に導入するように
した。

【００２６】

【作用】放電管に流入するＮＯ_X含有ガス中のＮＯ_X濃度
を検出して、ＮＯ_X濃度の高低に応じて放電電極に印加
する電圧を制御するようにすると、ＮＯ_X含有ガス中の
ＮＯ_X濃度が変動しても濃度変動に対応した印加電圧に
保持することができるので、ＮＯ_X除去率の変動もなく
適切なＮＯ_X処理が可能となる。

【００２７】すなわち、前述のように、印加電圧を一定
とした場合、ＮＯ_X除去率はＮＯ_X濃度によって左右さ
れ、ＮＯ_X濃度が高くなるに従ってＮＯ_X除去率は低下す
る。したがって、印加電圧が一定であると、ＮＯ_X濃度
が変動して高くなった場合、ＮＯ_Xの除去率が低下し、
これに伴って放電管出口のＮＯ_X濃度も高くなる。とこ
ろが、本発明のようにＮＯ_X濃度の高低に応じて印加電
圧を制御すると、常に所定のＮＯ_X除去率を得るに適正
な電圧が印加されるのでＮＯ_X除去率の低下を招くこと
がない。一方、ＮＯ_X濃度が低下した場合、ＮＯ_X濃度が
高い状態での印加電圧に保持すると過剰な電圧を印加す
ることになり、ＮＯ_X除去率が高くなる反面、印加電圧
が高い分消費電力が大きくなり余分な電力を消費するこ
とになる。本発明では、ＮＯ_X含有ガス中のＮＯ_X濃度が
低くなったときは、これに対応して印加電圧を下げるよ
うに制御しているので、低いＮＯ_X濃度の時はそれに対
応した低い印加電圧とすることができ、過剰な電圧を印
加することなく所定のＮＯ_X除去率を達成することがで
きる。

【００２８】また、本発明では、放電管出口のＮＯ_X濃
度を検出して、該ＮＯ_X濃度とＮＯ_X濃度目標値との偏差
に従って印加電圧を制御しているので、放電管に流入す
るＮＯ_X含有ガスの組成が変化しても、ガス組成の変化
の影響を抑制できて放電管出口のＮＯ_X濃度を低位に維
持することができる。すなわち、検出対象の放電管出口
でのＮＯ_X濃度は、放電管に流入するＮＯ_X含有ガスの組
成の影響を反映した放電処理の結果としてのＮＯ_X濃度
である。このため、出口ＮＯ_X濃度が目標値より高けれ
ば、それは入口ＮＯ_X濃度が高いか、または共存酸素の
影響を受けたためである。この場合には、目標値との偏
差として操作因子である印加電圧を高くするように制御
されるので、放電管出口でのＮＯ_X濃度は低位に維持さ
れる。一方、出口ＮＯ_X濃度が目標値より低ければ、流
入するＮＯ_X含有ガス中のＮＯ_X濃度が低いか、または共
存酸素の影響度合いが低いためであり、目標値との偏差
に従って印加電圧が低くなるように制御されるので、過
剰な印加電圧を付加することなく消費電力が低減され
る。

【００２９】また、本発明においては、放電管内に流入
するＮＯ_X含有ガスの滞留時間を求めて、その滞留時間
の長短に応じて印加電圧を制御しているので、ＮＯ_X含
有ガスの流量変化によって滞留時間が変化しても、ＮＯ
_Xの処理量の変動を抑制することができる。ＮＯ_X含有ガ
スの流量変動により滞留時間が変化すると、その影響で
ＮＯ_Xの処理量も変化する。例えば、滞留時間が短くな
るとＮＯ_Xの処理量が低減する。しかし、本発明による
と、滞留時間の短縮に伴うＮＯ_X処理量の低減を補うよ
うに印加電圧が高められるので、ＮＯ_X処理量が増大す
る。一方、滞留時間が長くなるとＮＯ_Xの処理量が多く
なるが、滞留時間が長い条件下で印加電圧を高く保持す
ると、電圧が高い分消費電力が多くなり、不必要なエネ
ルギーの消費につながる。この場合には、必要な処理量
を維持して逆に印加電圧を低減するように制御される。

【００３０】また、本発明においては、放電管の下流側
にオゾンを分解する触媒を配設しているので、放電管の
系外にオゾンが排出されることがない。ＮＯ_X含有ガス
を放電で処理する場合、ＮＯ_X含有ガス中に酸素が共存
するか否かに関係なくオゾンが生成される。オゾンは有
害なガスであるが、放電管の下流側（出口側）にはオゾ
ン分解触媒が配設されているので、オゾンが生成しても
前記触媒によりオゾンは分解されて無害な酸素となり系
外に排出される。したがって、安全性の高いＮＯ_X含有
ガス浄化装置とすることができる。

【００３１】また、本発明においては、放電管の入口側
に酸素除去手段を配置してＮＯ_X含有ガス中の酸素を除
去して放電管にＮＯ_X含有ガスを導入しているので、Ｎ
Ｏ_X除去率が向上する。すなわち、ＮＯ_X含有ガス中に酸
素が共存していると、この酸素が放電によりオゾンとな
りＮＯをＮＯ₂に酸化することになる。しかし、放電管
の入口側にはＮＯ_X含有ガス中の酸素を除去する酸素除
去手段が配置されているので、放電管に導入されるＮＯ
_X含有ガス中には酸素が共存することがなく、オゾンに
よるＮＯの酸化が防止されることになる。この結果、Ｎ
Ｏ_X除去率の高いＮＯ_X含有ガス浄化装置とすることがで
きる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。〔実施例１〕ＮＯ_X含有ガスがディーゼルエンジンから
の排気ガスである場合について本発明の一実施例を説明
する。

【００３３】図２に示す排気ガス浄化装置のシステムフ
ローにおいて、１はディーゼルエンジンで、該エンジン
からの燃焼排気ガスＧは排気管２を介して排気ガス浄化
装置（ＮＯ_X含有ガス浄化装置）３に送られる。排気ガ
ス浄化装置３は、交流高圧電源部４と放電部５とから主
要部が構成される。交流高圧電源部４は、高圧発生部６
と出力電源調整部７とから構成される。放電部５は、詳
細を図３に示すように、放電管８、内部電極９及び外部
電極１３から構成されている。

【００３４】放電管８は誘電体からなり、円筒状の形状
を有している。本実施例では、放電管８として石英ガラ
ス管を用いている。放電管８内に配設される内部電極９
は金属製で、放電管８の内壁面に対して一定の放電ギャ
ップｇを保持するように同心円状に配設されている。そ
して、この内部電極９の一端が高出力ケーブル１０を介
して交流高圧電源部４の高圧発生部６に接続されてい
る。１１は内部電極９を支持するスペーサーで、このス
ペーサーは前記放電ギャップｇを保持するように内部電
極９の両端に配置されている。さらに、前記スペーサー
１１には複数個の排気ガス流通路１２が形成されてい
る。１３は放電管８の外周面に密接して配設された外部
電極で、外部電極の一端は前記した交流高圧電源部４に
接続されている。本実施例では放電管８の外周面にアル
ミニウム箔を密接して巻きつけ、このアルミニウム箔を
外部電極としている。

【００３５】外部電極１３は、図５に示すようにアルミ
ニウムの細線でもよいことは勿論であり、また銅線等で
もよく、特にその形状または材質が限定されるものでは
ない。排気ガス浄化装置３が前記のように構成されてい
る場合、さらに放電部５へ印加する交流高圧電圧Ｖ₀を
制御する電源制御手段が図１に示すように構成されてい
る。

【００３６】図１において、１４は放電管８に流入する
排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出する検出手段で、サンプ
リングパイプ１４ａを介して放電管８に流入する排気ガ
スの一部が導入される。ＮＯ_X濃度検出手段１４として
は、例えば化学発光法によるＮＯ_X分析計を用いること
ができる。排気ガス中のＮＯ_X濃度は前記分析計１４に
より連続的に検出され、検出値は出力値Ｄ₁として比較
器１５に入力される。比較器１５には基準ＮＯ_X濃度値
Ｋ₁も入力されている。この基準ＮＯ_X濃度値Ｋ₁は、処
理対象となる排気ガス中のＮＯ_X濃度の変動幅及び排気
ガス浄化装置のＮＯ_X処理性能等を考慮してオペレータ
等により設定されるもので、任意に設定変更可能であ
る。

【００３７】比較器１５では、ＮＯ_X分析計からの出力
値Ｄ₁と基準ＮＯ_X濃度値Ｋ₁との偏差±ΔＮＯ_X（以下、
偏差ΔＮＯ_Xと称す）が求められ、この偏差ΔＮＯ_Xは演
算器１６に入力される。この演算器１６では偏差ΔＮＯ
_Xに応じた修正印加電圧±ΔＶ_m（以下、修正印加電圧Δ
Ｖ_mと称す）が求められ、この修正印加電圧ΔＶ_mは次の
演算器１７に入力される。

【００３８】偏差ΔＮＯ_Xと修正印加電圧ΔＶ_mの関係
は、図４に示すように予め排気ガス浄化装置のＮＯ_X処
理性能の特性に応じて設定される。演算器１７には、さ
らに基準設定印加電圧Ｖ_Sが入力され、次式（３）に従
って放電部５に印加する交流高圧電圧Ｖ₀が求められ
る。基準設定印加電圧Ｖ_Sはオペレータ等によって設定
され、任意に設定変更可能で、予め排気ガス浄化装置の
特性に応じた印加電圧から求められる。

【００３９】Ｖ₀＝Ｖ_S＋ΔＶ_m ………………（３）このようにして求められた交流高圧電圧Ｖ₀は出力値Ｖ_W
として、放電部５に印加する電圧を制御する出力電源調
整部７に入力される。この結果、出力電源調整部７は求
められた前記電圧Ｖ₀を高圧発生部６を介して放電部５
（各電極）に印加する。

【００４０】次に係る構成の動作について説明するに、
先ず、ＮＯ_Xを含む排気ガスの発生源となるディーゼル
エンジンからの排気ガスＧは排気管２を介して排気ガス
浄化装置を構成する放電管８に流入する。放電管８に配
設された各電極９及び１３には交流高圧電源部４から交
流高圧電圧が印加されており、放電管８内ではコロナ放
電が各電極管９及び１３間の領域で行なわれる。放電管
８内に流入した排気ガスはここで処理されＮＯ_XはＮ₂ま
たはＯ₂に解離される。放電管８内を通過することによ
って処理された排気ガスは、その後系外に排出される。

【００４１】前記のようにしてＮＯ_Xを含む排気ガスが
放電により処理される場合、放電部５を構成する内部電
極９及び外部電極１３に印加される電圧は、次のように
制御される。すなわち、放電管８に流入する排気ガスＧ
の一部がサンプリングされて、排気ガスＧ中のＮＯ_X濃
度がＮＯ_X分析計１４により検出される。そして、ＮＯ _X
分析計１４での検出値は出力値Ｄ₁として比較器１５に
入力される。

【００４２】比較器１５では、分析計１４の出力値Ｄ₁
と予め入力された基準ＮＯ_X濃度値Ｋ ₁との偏差ΔＮＯ_X
が求められ、排気ガス中のＮＯ_X濃度が変動して高くな
った場合、基準ＮＯ_X濃度値Ｋ₁よりも分析計の出力値Ｄ
₁が大きくなり、正の偏差＋ΔＮＯ_Xが出力される。一
方、排気ガス中のＮＯ_X濃度が低下して、前記濃度値Ｋ₁
よりも出力値Ｄ₁が小さい場合は負の偏差−ΔＮＯ_Xが出
力される。排気ガス中のＮＯ_X濃度の変動に対して求め
られた偏差ΔＮＯ_Xは演算器１６に入力され、演算器１
６は偏差ΔＮＯ_Xに対応した修正印加電圧ΔＶ_mを出力す
る。偏差＋ΔＮＯ_Xが大きくなるに従い修正印加電圧Δ
Ｖ_mも大きくなる。

【００４３】一方、基準ＮＯ_X濃度値Ｋ₁とＮＯ_X分析計
１４からの出力値Ｄ₁との偏差が負の偏差−ΔＮＯ_Xであ
る場合、演算器１６からは負の修正印加電圧−ΔＶ_mが
出力される。演算器１６で求められた修正印加電圧ΔＶ
_mは、次に演算器１７に入力され、ここで基準設定印加
電圧Ｖ_Sに加算されて放電管の各電極９，１３に印加す
る交流高圧電圧Ｖ₀が求められる。この交流高圧電圧Ｖ₀
は出力値として出力電源調製部７に入力され、出力電源
調整部７は該出力値に基づいて電極に前記電圧Ｖ₀を印
加する。

【００４４】このようにして印加電圧Ｖ₀を制御するわ
けであるが、前述のように、排気ガス中のＮＯ_X濃度は
発生源の運転状況等によって大きく変動する。本実施例
では、放電により排気ガス中のＮＯ_Xを処理するに際し
て、放電管８に流入する排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出
して、このＮＯ_X濃度の高低に応じて電極９，１３に印
加する電圧を制御している。したがって、たとえ排気ガ
ス中のＮＯ_X濃度が変動したとしても、排気ガスは各時
点でのＮＯ_X濃度に適した印加電圧によって放電処理さ
れることになるので、排気ガス組成の変化の影響が抑制
できて、低い消費電力で効率よくＮＯ_Xを低減すること
ができる。

【００４５】〔実施例２〕図６は本発明の他の実施例を
示し、前記実施例と同じ構成要素には同じ符号を用いて
説明する。本実施例では、排気ガスＧ中のＮＯ_X濃度を
検出するＮＯ_X分析計１４は、放電管８の出口側の排気
ガスの一部をサンプリングして放電処理後のＮＯ_X濃度
を検出する。

【００４６】ＮＯ_X分析計１４での検出値は、出力値Ｄ_n
として比較器２２に入力される。比較器２２の他方の入
力には、放電管８をでた後の排気ガス中に含まれるＮＯ
_X濃度の目標値Ｋ₂が入力される。この目標値Ｋ₂はオペ
レータ等により入力されるもので、任意に設定変更可能
である。前記目標値Ｋ₂は、排気ガスＧ中のＮＯ_X濃度及
び濃度の変動幅さらには排気ガス浄化装置の性能等の特
性が加味されて設定される。

【００４７】比較器２２では、ＮＯ_X濃度目標値Ｋ₂とＮ
Ｏ_X濃度の出力値Ｄ_nとの偏差±ΔＫ _n（以下、偏差ΔＫ_n
と称す）が求められ、この偏差ΔＫ_nは演算器２３に入
力される。演算器２３では偏差ΔＫ_nに対応した修正印
加電圧ΔＶ_Sが求められ、この修正印加電圧ΔＶ_Sは演算
器２４に入力される。前記偏差ΔＫ_nと修正印加電圧Δ
Ｖ_Sとの関係は、図７に示すように予め排気ガス浄化装
置のＮＯ_X処理性能の特性に応じて設定される。

【００４８】演算器２４には、基準設定印加電圧Ｖ_dが
予め入力されており、次式（４）に従って放電部５に印
加する交流高圧電圧Ｖ₀が求められる。基準設定印加電
圧Ｖ_dはオペレータ等によって設定され、任意に設定変
更可能で、予め排気ガス浄化装置の特性に応じた印加電
圧から求められる。Ｖ₀＝Ｖ_d＋ΔＶ_S ………………（４）このようにして求められた交流高圧電圧Ｖ₀は、出力値
Ｖ_Wとして電圧を制御する出力電源調整部７に入力され
る。この結果、出力電源調整部７は、求められた交流高
圧電圧Ｖ₀を高圧発生部６を介して放電部５の各電極
９，１３に印加する。

【００４９】次に係る構成の動作について説明する。放
電部５を構成する各電極９，１３に印加される電圧は、
次のように制御される。すなわち、放電管８を出た排気
ガス（処理ガス）の一部がサンプリングされて、放電処
理後の排気ガス中のＮＯ_X濃度がＮＯ_X分析計１４により
検出される。そして、ＮＯ_X分析計１４の検出値は出力
値Ｄ_nとして比較器２２に入力される。

【００５０】そして、予め入力されたＮＯ_X濃度目標値
Ｋ₂との偏差ΔＫ_nが求められる。ここで、放電管８に流
入する排気ガスの組成が変化してＮＯ_Xの処理量が低減
すると、放電管８出口でのＮＯ_X濃度は高くなる。そし
て、出力値Ｄ_nがＮＯ_X濃度目標値Ｋ₂を上回ると正の偏
差＋ΔＫ_nとして求められる。一方、排気ガス中のＮＯ _X
濃度または酸素濃度等が低下して、前記目標値Ｋ₂より
も出力値Ｄ_nが小さい場合は負の偏差−ΔＫ_nとして求め
られる。前記のようにようにして求められた偏差ΔＫ_n
は、次に演算器２３に入力され、演算器２３では偏差Δ
Ｋ_nに対応した修正印加電圧ΔＶ_Sが求められる。偏差＋
ΔＫ_nが大きくなるに従い修正印加電圧ΔＶ_Sも大きくな
る。

【００５１】一方、ＮＯ_X濃度目標値Ｋ₂とＮＯ_X分析計
１４からの出力値Ｄ_nとの偏差が負の偏差−ΔＫ_nである
場合、演算器２３で求められる修正印加電圧ΔＶ_Sは負
の修正印加電圧−ΔＶ_Sとして求められる。演算器２３
で求められた修正印加電圧ΔＶ_Sは、次に演算器２４に
入力され、基準設定設定印加電圧Ｖ_dに加算されて各電
極９，１３に印加する交流高圧電圧Ｖ₀が求められる。

【００５２】前記交流高圧電圧Ｖ₀は出力値Ｖ_Wとして出
力電源調整部７に入力され、出力電源調整部７はこの出
力値に基づいて電極９，１３に前記電圧Ｖ₀を印加す
る。このようにして印加電圧Ｖ₀を制御するわけである
が、前述のように、排気ガスの組成は一定でなく酸素等
が共存すると、同じＮＯ_X濃度であってもＮＯ_X除去率が
低下する。そこで本実施例においては、酸素共存の影響
を印加電圧の制御に反映できるように、放電管出口のＮ
Ｏ_X濃度を検出してＮＯ_X濃度目標値との偏差に応じて印
加電圧を制御するようにしたものである。

【００５３】したがって、ＮＯ_X検出対象の放電管出口
でのＮＯ_X濃度は、放電管に流入する排気ガス組成の影
響を反映したものとなり、排気ガスの組成の影響を受け
ることなく放電管出口でのＮＯ_X濃度を低位に維持する
ことができる。〔実施例３〕図８は本発明の他の実施例を示し、前記実
施例１及び２と同じ構成要素には同じ符号を用いて説明
する。

【００５４】３１は流量計で、この流量計は放電管８に
流入する排気ガスＧの流量Ｆを測定する。流量計３１で
測定された排気ガス流量Ｆは演算器３２に入力される。
演算器３２には放電管８内のコロナ放電領域の容積Ｖ_k
が入力されている。そして、この演算器３２では容積Ｖ
_kとガス流量Ｆから排気ガスのコロナ放電領域内滞留時
間Ｔ_nが演算される。

【００５５】演算器３２によって求められた放電管８に
流入する排気ガスの滞留時間Ｔ_nは、次に比較器３３に
入力される。比較器３３には基準滞留時間Ｔ_Oが入力さ
れており、基準滞留時間Ｔ_Oと排気ガスの滞留時間Ｔ_nと
の偏差±ΔＴ_r（以下、偏差ΔＴ_rと称す）が求められ
る。基準滞留時間Ｔ_Oは、オペレータ等によって入力さ
れる任意に設定変更可能な値であり、予め排気ガスの流
量変動幅等を考慮して決定される。そして、排気ガスの
流量Ｆが増加して滞留時間Ｔ_nが短くなった場合、基準
滞留時間Ｔ_Oよりも排気ガスの滞留時間Ｔ_nが短いとして
負の偏差−ΔＴ_rが出力される。一方、排気ガスの流量
Ｆが減少して滞留時間Ｔ_nが長くなった場合、基準滞留
時間Ｔ_Oよりも排気ガスの滞留時間Ｔ_nが長いとして正の
偏差＋ΔＴ _rが出力される。

【００５６】３４は比較器３３で求められた偏差ΔＴ_r
が入力される演算器で、入力された偏差ΔＴ_rに基づい
て修正印加電圧ΔＶ_pが求められる。前記偏差ΔＴ_rと修
正印加電圧ΔＶ_pとの関係は図９に示すように予め排気
ガス浄化装置のＮＯ_X処理性能等の特性に応じて設定さ
れる。正の偏差＋ΔＴ_rが大きくなるに従い印加電圧を
低減させるため、修正印加電圧ΔＶ_pは小さくなる。一
方、負の偏差−ΔＴ_rが大きくなるに従い印加電圧を高
めるため、修正印加電圧ΔＶ_pは大きくなる。

【００５７】このようにして求められた修正印加電圧Δ
Ｖ_pは次に演算器３５に入力される。演算器３５には、
前記実施例２と同様にして放電処理後のＮＯ_X濃度から
求められた交流高圧電圧Ｖ₀が演算器２４から入力され
ている。そして、演算器３５では次式（５）に従って放
電部５に印加する印加電圧Ｖ_iがもとめられる。Ｖ_i＝Ｖ₀＋ΔＶ_p ………………（５）なお、本実施例では演算器３５に入力する交流高圧電圧
Ｖ₀として前記実施例２での演算器２４で求めた値を入
力しているが、前記実施例１での演算器１７で求めた電
圧Ｖ₀を入力してもよいことは勿論であり、特に限定さ
れるものではない。

【００５８】演算器３５で求められた印加電圧Ｖ_iは出
力値Ｖ_Wとして電圧を制御する出力調整部７に入力され
る。この結果、出力電源調整部７は印加電圧Ｖ_iを高圧
発生部６を介して放電部に電圧を印加する。このように
して印加電圧Ｖ_iを制御するわけであるが、前述のよう
に、放電管８に流入する排気ガスの流量は常時一定では
なく変動する。流量が変動するとコロナ放電領域を通過
する排気ガスの滞留時間が変化し、滞留時間が変化する
とＮＯ_Xの処理量も変動し、放電処理後のＮＯ_X濃度を常
時低位に維持するのが困難となる。そこで、本実施例で
は滞留時間の変化の影響を抑制するために、滞留時間の
長短に応じて印加電圧を制御するようにした。このよう
にすると、たとえ滞留時間が変化しても、その時間に見
合った印加電圧に制御されて運転されるため、常時安定
した低位の出口ＮＯ_X濃度とすることができる。

【００５９】〔実施例４〕図１０は本発明の他の実施例
を示し、上述した実施例と同じ構成要素には同じ符号を
用いて説明する。ディーゼルエンジン１からの排気ガス
Ｇは排気管２を介して排気ガス浄化装置３を構成する放
電管８に流入する。放電管８の各電極９及び１３には交
流高圧電源部４から交流高圧電圧が印加される。４１放
電管８の下流側（出口側）に配設された触媒層で、この
触媒層は必要に応じて所定の反応温度になるようにヒー
タ（図示せず）等の加熱手段により昇温される。４２は
触媒層４１内に充填されたオゾン分解触媒で、特に形状
は限定されないが、ハニカム状または粒状のものが使用
される。オゾン分解触媒の触媒成分としては、Ｐｔ，Ｐ
ｄ及びＲｈ等の貴金属またはＮｉ，Ｍｎ等の酸化物が用
いられるが、特に触媒成分が限定されるものではない。

【００６０】次にその作用について説明するに、放電管
８に配設された各電極９、１３に高圧電圧を印加する
と、前述のようにオゾンが生成する。生成したオゾンは
有害である。本実施例によると、放電管８を出た排気ガ
スは次に触媒層４１内に充填されたオゾン分解触媒４２
で無害な酸素に分解された後、系外に排出されることに
なる。したがって、放電により排気ガス中のＮＯ_Xを処
理する場合において、有害なオゾンを系外に排出するこ
とがないので安全性の点で優れたものとなる。

【００６１】〔実施例５〕図１１は本発明の他の実施例
を示し、上述した実施例と同じ構成要素には同じ符号を
用いて説明する。図中４３は酸素除去装置で、この酸素
除去装置は排気ガス浄化装置３を構成する放電管８の入
口側に配置されている。この酸素除去装置４３は例えば
圧力差変動吸着法を利用したものである。４４は吸着塔
でこの吸着塔内には吸着剤が充填されている。そして、
排気ガスは加圧されて一方の吸着塔内に導入され、ここ
で排気ガス中の酸素が吸着除去され、酸素は系外に排出
される。酸素が除去された排気ガスはその後放電管８に
流入する。

【００６２】吸着塔４４が飽和に達すると同塔は減圧脱
着されて再生される。吸着塔が再生中、排気ガスは他の
吸着塔に導入されて、そこで排気ガス中の酸素が前述し
たように除去される。図示していないが、前述の吸着塔
のガス流路の切り替えと吸着塔の減圧再生操作は、予め
決められたシーケンスに基づいて行われる。本実施例で
は吸着操作によって酸素を除去するようにしているが、
例えば膜分離操作によって酸素を除去してもよく、酸素
の除去方法が特に限定されるものではない。

【００６３】このように放電管の入口側に酸素除去手段
が配置されていると、排気ガス中に酸素が共存していて
も放電管に流入する前に酸素が除去されているので、放
電に伴って酸素からオゾンが発生することがない。この
結果、オゾンによるＮＯの酸化が防止されることになる
のでＮＯ_X除去率が向上することになる。なお、本発明
の前記実施例ではＮＯ_X含有ガスの発生部位をディーゼ
ルエンジンとしているが、自動車エンジン、ガスタービ
ン、ボイラーまたは各種燃焼炉であってもよく、さらに
は大気に放出された排気ガスが処理の対象でもよく、Ｎ
Ｏ _X発生部位が特に限定されるものではない。

【００６４】

【発明の効果】本発明によればＮＯ_X含有ガス組成の変
化の影響が抑制できて、低い消費電力でＮＯ_Xの低減を
はかることができる。また、放電処理への共存ガスの影
響及びＮＯ_X含有ガスの流量変動の影響を抑制できる。
また、オゾンが放電管の系外に排出されるのを防止でき
るので安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である排気ガス浄化装置の制
御フロー図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステムフロー図。

【図３】図１の放電管部分の部分拡大詳細図。

【図４】図１中の演算器の機能を説明する図。

【図５】放電管の外部電極の一例を示す図。

【図６】本発明の他の実施例を示す制御フロー図。

【図７】図６中の演算器の機能を説明する図。

【図８】本発明の他の実施例を示す制御フロー図。

【図９】図８中の演算器の機能を説明する図。

【図１０】本発明の他の実施例を示すシステムフロー
図。

【図１１】本発明の他の実施例を示すシステムフロー
図。

【図１２】ＮＯ_X除去率に及ぼすＮＯ_X濃度の影響を示す
特性図。

【図１３】ＮＯ_X除去率に及ぼす共存酸素濃度の影響を
示す特性図。

【図１４】ＮＯ_X処理量に及ぼすＮＯ_X含有ガス滞留時間
の影響を示す特性図。

【図１５】ＮＯ_X含有ガス組成がオゾン生成に及ぼす影
響を示す特性図。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン、３…排気ガス浄化装置、４…
交流高圧電源部、５…放電部、８…放電管、９…内部電
極、１３…外部電極、１４…ＮＯ_X分析計、１５…比較
器、１６…演算器、１７…演算器、２２…比較器、２３
…演算器、２４…演算器、３１…流量計、３２…演算
器、３３…比較器、３４…演算器、３５…演算器、４１
…触媒層、４２…オゾン分解触媒、４３…酸素除去装
置、４４…吸着塔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉岡芳夫茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電管中の無声放電領域にＮＯ_X含有ガ
スを導入することによるＮＯ_X含有ガス浄化方法におい
て、前記放電管に流入するガス中のＮＯ_X濃度を検出し、検
出されたＮＯ_X濃度が高いほど放電管に印加される交流
電圧が高くなるように放電電圧を制御することを特徴と
するＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項２】前記検出されたＮＯ_X濃度と予め設定さ
れた基準ＮＯ_X濃度との偏差に応じて放電電圧を制御す
ることを特徴とする請求項１記載のＮＯ_X含有ガス浄化
方法。
【請求項３】放電管中の無声放電領域にＮＯ_X含有ガ
スを導入することによるＮＯ_X含有ガス浄化方法におい
て、前記放電管から流出するガス中のＮＯ_X濃度を検出し、
検出されたＮＯ_X濃度が高いほど放電管に印加される交
流電圧が高くなるように放電電圧を制御することを特徴
とするＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項４】前記検出されたＮＯ_X濃度と予め設定さ
れた基準ＮＯ_X濃度との偏差に応じて放電電圧を制御す
ることを特徴とする請求項３記載のＮＯ_X含有ガス浄化
方法。
【請求項５】前記放電管に流入するＮＯ_X含有ガスの
放電領域内における滞留時間を求め、該滞留時間が短い
ほど放電管に印加する交流電圧が高くなるように放電電
圧を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項６】前記放電管から流出したガスは含有され
ているオゾンを分解した後、系外に放出されることを特
徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のＮＯ_X含有
ガス浄化方法。
【請求項７】ＮＯ_X含有ガスは酸素を除去してから前
記放電管に導入されることを特徴とする請求項１〜６の
いずれか１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項８】ＮＯ_X含有ガスはエンジンからの排気ガ
スであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項
記載のＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項９】ＮＯ_Xを含むガスはガスタービンからの
排気ガスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
か１項記載のガス中ＮＯ_Xの解離除去方法。
【請求項１０】ＮＯ_X含有ガスはボイラーからの排気
ガスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
項記載のＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項１１】ＮＯ_X含有ガスは燃焼炉からの排気ガ
スであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項
記載のＮＯ_X含有ガス浄化方法。
【請求項１２】ガス流入部とガス流出部を有し、内部
に内部電極を配設し、外周に外部電極を配設した誘電体
からなる放電管と、前記内部電極と外部電極の間に交流
電圧を印加する電源部とを含むＮＯ_X含有ガス浄化装置
において、前記放電管に流入するＮＯ_X含有ガス中のＮＯ_X濃度を検
出する検出器及び前記電源部で発生される交流電圧を制
御する制御手段とを更に備え、前記制御手段は前記検出
器で検出されたＮＯ_X濃度の高低に応じて前記電源部で
発生される交流電圧を制御することを特徴とするＮＯ_X
含有ガス浄化装置。
【請求項１３】前記制御手段は前記検出器で検出され
たＮＯ_X濃度と予め設定された基準ＮＯ_X濃度との偏差に
応じて前記電源部で発生される交流電圧を制御すること
を特徴とする請求項１２記載のＮＯ_X含有ガス浄化装
置。
【請求項１４】ガス流入部とガス流出部を有し、内部
に内部電極を配設し、外周に外部電極を配設した誘電体
からなる放電管と、前記内部電極と外部電極の間に交流
電圧を印加する電源部とを含むＮＯ_X含有ガス浄化装置
において、前記放電管から流出したガス中のＮＯ_X濃度を検出する
検出器及び前記電源部で発生される交流電圧を制御する
制御手段を更に備え、前記制御手段は前記検出器で検出
されたＮＯ_X濃度の高低に応じて前記電源部で発生され
る交流電圧を制御することを特徴とするＮＯ_X含有ガス
浄化装置。
【請求項１５】前記制御手段は前記検出器で検出され
たＮＯ_X濃度と予め設定された基準ＮＯ_X濃度との偏差に
応じて前記電源部で発生される交流電圧を制御すること
を特徴とする請求項１４記載のＮＯ_X含有ガス浄化装
置。
【請求項１６】前記放電管に流入するガス流量を測定
する手段を更に備え、前記制御手段は測定されたガス流
量が多いほど前記電源部で発生される交流電圧が高くな
るよう制御することを特徴とする請求項１２〜１５のい
ずれか１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。
【請求項１７】前記放電管の下流側にオゾン分解手段
を接続したことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれ
か１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。
【請求項１８】前記放電管内の入口側に酸素除去手段
を配置しＮＯ_X含有ガスは該酸素除去手段を通してから
放電管に導入されることを特徴とする請求項１２〜１７
のいずれか１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。
【請求項１９】ＮＯ_X含有ガスはエンジンからの排気
ガスであることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれ
か１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。
【請求項２０】ＮＯ_X含有ガスはガスタービンからの
排気ガスであることを特徴とする請求項１２〜１８のい
ずれか１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。
【請求項２１】ＮＯ_Xを含むガスはボイラーからの排
気ガスであることを特徴とする請求項１２〜１８のいず
れか１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。
【請求項２２】ＮＯ_X含有ガスは燃焼炉からの排気ガ
スであることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか
１項記載のＮＯ_X含有ガス浄化装置。