JPH0711930A

JPH0711930A - 消音及び脱硝装置

Info

Publication number: JPH0711930A
Application number: JP5257833A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yoshikawa; 英夫吉川
Original assignee: ASIA WAASU KK
Current assignee: ASIA WAASU KK
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】消音及び脱硝を同一装置内で同時にする。【構成】略円筒状の本体部２の内壁面の一部に密着し
て、消音及び脱硝部４が設けられている。この消音及び
脱硝部４は、金網等の被覆体により炭素繊維が被覆、保
持されてなる。本体部２内の中空部は整流板８により分
割され、下方には煤溜め部９が設けられている。流入用
排気管１３より流入した排気は、整流板８の作用によ
り、強制的に消音及び脱硝部４を通過させられ、その過
程で消音及び脱硝がなされる。処理後の排気は排出用排
気管１４から放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種燃焼機関の排気系
において発生する騒音を低下させ、同時に排気中に含ま
れる窒素酸化物濃度を低減させることができる、消音及
び脱硝装置に関する。また、更に本発明は、排気中の微
粒子を除去する集塵機構を備えた消音及び脱硝装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】各種燃焼機関においては、排気にともな
って生じる騒音の低下と、排気中の窒素酸化物（ＮＯ
_x ）濃度の低減（脱硝）が重要となる。従来、一般の燃
焼機関においては、高温で活性な触媒を用いる脱硝装置
はエンジン出口付近の高温雰囲気部位に、消音装置は排
気系のより後流の低温雰囲気部位に、別々に設置されて
いる。このため装置が複雑化し、製造コストも上昇する
という問題がある。更に、従来の消音装置は、その内部
に複数の整流板を有することにより排気流速を低下させ
る構造であるため、背圧が上昇し、燃焼効率を低下させ
るという問題もある。

【０００３】また、排気に含まれる煤などの微粒子が大
気汚染の原因ともなっており、消音及び脱硝の問題とと
もに、前記微粒子の除去も要望されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、従来は
同一装置内で消音及び脱硝をすることが困難である。そ
こで本発明は、かかる問題を解消するため、消音及び脱
硝操作を同一装置内で同時に行うことができる、消音及
び脱硝装置を提供することを目的とする。また、本発明
は、消音及び脱硝と同時に、排気中に含まれる微粒子を
吸着、除去できる、集塵機構を備えた消音及び脱硝装置
を提供することも目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、中空容器から
なる複数の排気管連結口を有する本体部と、該本体部内
の下方部を除く所望の部位に設置された多孔性部材から
なる被覆体と該被覆体内に保持された炭素繊維又は炭素
粒子層とからなる消音及び脱硝部と、該本体部内の下方
部に設けられ加熱手段が付設された煤溜め部と、複数の
排気管連結口を有し、該本体部内において該消音及び脱
硝部並びに煤溜め部により画成される空間を分割するよ
うに形成された整流板とを有することを特徴とする消音
及び脱硝装置に関する。

【０００６】また、本発明は、更に集塵機構を備えてお
り、その集塵機構が、排気放出経路の所望部位に設置さ
れ、直流電源の負極に接続された導電性の多孔性部材か
らなる帯電用メッシュ部と、帯電用メッシュ部よりも排
気放出経路の後流部位に設置され、直流電源の正極に接
続された炭素繊維又は炭素粒子層を含む集塵用フィルタ
部とからなるものである、消音及び脱硝装置に関する。

【０００７】

【作用】消音及び脱硝装置においては、次のような作用
がなされる。流入用排気管を経て本発明の装置内に流入
した排気は、整流板の存在により、強制的に消音及び脱
硝部の内部を通過させられる。そして、そこで炭素繊維
又は炭素粒子と接触し、音圧が低下され、脱硝がなされ
る。その後、消音及び脱硝された排気は排出用排気管か
ら大気中に放出される。

【０００８】また、集塵機構を備えた消音及び脱硝装置
においては、次のような作用がなされる。排気中に含ま
れる煤などの微粒子は、流入用排気管内の帯電用メッシ
ュ部において負に帯電され、装置内の集塵用フィルタ部
において吸着される。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。本発明は以下の実施例により限定されるものでは
ない。

【００１０】図１〜３に示すとおり、消音及び脱硝装置
１においては、略円筒状の中空容器からなる本体部２の
内壁に密着して消音及び脱硝部４が設けられている。な
お、本体部２の一端面２ａ及び他端面２ｂには、それぞ
れ一つの排気管連結口１１、１２が設けられている（図
２参照）。消音及び脱硝部４は、被覆体６とその内部に
保持された炭素繊維又は炭素粒子層７とから構成されて
いる。本体部２の消音及び脱硝部４が設置されていない
下方部には、加熱手段１０を有する煤溜め部９が設けら
れている。また、本体部２内部の消音及び脱硝部４と煤
溜め部９により画成される空間は、一枚の整流板８によ
り排気流れが炭素繊維又は炭素粒子層７に沿って流れる
ようになっている（図２中の空間Ａ及びＢ）。この整流
板８は、排気が極力炭素繊維又は炭素粒子層７内を流れ
るようにする堰の役目を果たすものであり、複数枚設け
ることも可能である。なお、この整流板８には、少量の
排気が流れた場合に圧力損失を増大させないように、小
孔（図示せず）が設けられている。また、この整流板８
には、本体部２に形成したそれぞれの排気管連結口１
１、１２に対応する部位に貫通孔１６、１７が形成され
ている。

【００１１】１３は流入用排気管であり、１４は排出用
排気管である。流入用排気管１３は、排気管連結口１１
及び貫通孔１６を経て、本体部２と連結されている。こ
の流入用排気管１３の一端は空間Ａにあり、他端は燃焼
部位に接続されている。一方排出用排気管１４は、排気
管連結口１２及び貫通孔１７を経て、本体部２と連結さ
れている。この排出用排気管１４の一端は空間Ｂにあ
り、他端は消音及び脱硝装置１外において外気と接触し
ている。

【００１２】本体部２の材質、形状、大きさ等は特に制
限されず、通常用いられている膨張室型の消音器をその
まま用いることができる。また、各端面２ａ、２ｂから
挿通される排気管が複数の場合には、各排気管連結口や
整流板８の貫通孔等はそれに応じた数だけ形成する。

【００１３】消音及び脱硝部４は、煤溜め部９の形成部
位を除く本体部２内壁の全面又は一部の所望の位置に形
成されている。この消音及び脱硝部４は、熱拡散を良好
にするため壁面と密着して形成されることが好ましいが
これに限定されるものではなく、適当な支持手段を介し
て内壁から離れた中空部分に設置することもできる。ま
た、その表面形状は特に制限されないが、例えば波形等
にして、より排気との接触面積を大きくすることもでき
る。

【００１４】被覆体６は、多孔性部材からなるものであ
り、例えば、金網、パンチドメタルなどで形成すること
ができる。これらの多孔性部材の孔径は、排気を通過さ
せるものであれば特に制限されないが、炭素繊維又は炭
素粒子層７を保持するため、約４０〜５００メッシュで
あることが好ましい。

【００１５】炭素繊維又は炭素粒子層７は、被覆体６に
より炭素繊維又は炭素粒子が完全に内包され、保持され
てなるものである。この炭素繊維又は炭素粒子層７は、
炭素繊維もしくは炭素粒子のいずれか単独でも又は両方
を適宜組み合わせても形成することができる。

【００１６】炭素繊維としては、石炭又は石油ピッチ系
セルローズ、ポリアクリロニトリル、リグニン、レジナ
スピッチなどを原料として得られるものを活性化組織に
したもの（平均表面積が８０〜２０００ｍ² ／ｇ）を用
いることができ、これらは、繊維径が０．５〜１５μｍ
のものが好ましい。炭素繊維はそのまま、又はフェル
ト、マットもしくはクロス状に織って用いることができ
る。また、炭素粒子としては、メソカーボンマイクロビ
ーズ、活性炭、活性コークス、炭素繊維ミルドファイバ
ーなどを活性化組織にしたもの（平均表面積が８０〜２
０００ｍ² ／ｇ）を用いることができ、これらは粒子径
が０．０１〜２ｍｍのほぼ球状のものが好ましい。

【００１７】炭素繊維又は炭素粒子を活性化組織にする
方法としては、水蒸気、一酸化窒素ガス又は硝酸溶液に
より処理する方法を適用することができる。水蒸気で処
理する方法の場合は、炭素繊維又は炭素粒子に約１００
０℃の水蒸気を約１〜２時間接触させる。一酸化窒素ガ
スにより処理する場合は、炭素繊維又は炭素粒子に１０
０〜５００℃の一酸化窒素ガスを７〜１２時間接触させ
る。そのほか、一酸化窒素ガスを約１０ｍ／ｓｅｃ以下
の流速で流すことにより、接触させる方法も適用でき
る。硝酸溶液により処理する場合は、炭素繊維又は炭素
粒子を硝酸溶液（最大濃度で６３．１％のもの）に入
れ、室温〜７５℃で５分〜２時間接触させし、その後洗
浄、乾燥する。

【００１８】煤溜め部９は、本体部２の消音及び脱硝部
４が設置されていない部位、即ち、実用に際して装置１
を設置した場合にそれが下方部（底部）に位置するよう
に形成されている。また、加熱手段１０は、図示してい
ない外部電源又は熱源に接続されている。

【００１９】次に、本発明の装置１の消音及び脱硝作用
を図２に基づいて説明する。流入用排気管１３より装置
１内部の空間Ａ及びＢに流入した排気は、整流板８の存
在と内圧の上昇により被覆体６の孔を通って炭素繊維又
は炭素粒子層７に流入し、炭素繊維又は炭素粒子と接触
する。そして、排気は排出用排気管１４を経て大気中に
放出される。この過程において、排気が炭素繊維又は炭
素粒子層７と接触し、炭素繊維又は炭素粒子の作用によ
り、主として周波数の高い部分の音圧レベルが低下させ
られる。そしてそれと同時に、炭素繊維又は炭素粒子の
作用により、ＮＯのＯは炭素原子と中間体［Ｃ…Ｏ］を
作って炭素繊維又は炭素粒子に吸着され、ＮはＮ₂ とな
って排気と共に放出される。また、炭素繊維又は炭素粒
子に吸着された前記中間体は、高温雰囲気のためにＣＯ
₂ 及びＣＯに変えられる。したがって、放出される排気
中にはＮ₂ 及びＣＯ₂ と少量のＣＯが主として含まれ
る。

【００２０】なお、燃焼過程において生じ、排気に含ま
れている煤の一部は、炭素繊維又は炭素粒子層７に付着
する。このような煤は、本体部２内の内圧の上昇等によ
る振動又は外部から強制的に加えられる振動にともなっ
て落下し、煤溜め９に堆積する。堆積した煤は、加熱手
段１０による加熱により、燃焼され、ＣＯ₂ として排気
管１４を経て大気中に放出される。また、消音及び脱硝
過程においては、消音及び脱硝部４内を排気が強制的に
通過させられ、その気流により炭素繊維又は炭素粒子層
７が冷却されるため、該層７は脱硝作用が十分に発揮で
きる適正温度（約５５０℃以下）に保持される。

【００２１】次に、図４及び図５に基づいて、本発明の
変形態様を説明する。図４に示す消音及び脱硝装置２０
は、消音及び脱硝部２３の一部に、炭素粒子供給部２
７、２８を付設したものである。また、図５に示す消音
及び脱硝装置５０は、付設した炭素粒子供給部５７、５
８からの炭素粒子の供給をより円滑にするため、全体を
傾斜させて設置したものであり、更に壁面だけでなく内
部の中空部分にも消音及び脱硝部５４が設けられてい
る。なお、この消音及び脱硝部５４は、炭素粒子層５４
ａと炭素繊維層５４ｂとが隣接して形成されている。

【００２２】図４及び図５に示す本発明の装置の消音及
び脱硝作用は、図１に示す装置と同様である。ただし、
図４及び図５に示す装置の場合には、脱硝過程において
炭素粒子が消耗され容量が減少すると、炭素粒子供給部
よりバネ圧や空気圧等の手段により、減少分の炭素粒子
が供給される。

【００２３】次に、図２に示す構造で下記の寸法の本発
明の装置を用い、表１に示す条件で、消音及び脱硝試験
をした。なお、消音試験の比較として、消音及び脱硝層
を有さないほかは同じ条件のものを用い、同様に試験し
た。結果を表１に示す。装置本体部寸法：直径２００ｍｍ、長さ３００ｍｍ排気管寸法：直径５４ｍｍ消音及び脱硝部被覆体：金網（６０メッシュ）炭素繊維又は炭素粒子層：１００％硝酸に約３０分浸漬
したピッチ系炭素繊維（直径１３μｍ）フェルト１００
ｇ及び６３．１％硝酸に約３０分浸漬した活性炭粒子
（粒子径０．０１〜１ｍｍ）３５０ｇ（いずれも平均表
面４００ｍ² ／ｇ）

【００２４】

【表１】

【００２５】次に、従来の汎用型マフラ（３枚の鋼板製
整流板で圧力低下を図り、排気速度を低下させて騒音レ
ベルを低下させたもの）に、更に入口管に共鳴用多少孔
群を設けたもの）と上記寸法の本発明の装置を用い、エ
ンジン回転数を変えて消音試験をした。結果を図６に示
す。

【００２６】次に、石炭系ピッチ炭素繊維（焼成温度９
００〜９５０℃；表面積０．２ｍ²／ｇ）を用い、図２
に示す構造の本発明の装置による脱硝試験を行った。な
お、前記石炭系ピッチ炭素繊維は、６２．１％の硝酸溶
液に２５℃で２時間浸漬後、水洗し、６０℃で乾燥して
活性化組織にしたもの（平均表面積１００〜１５００ｍ
² ／ｇ）を用いた。また、燃焼機関としては４気筒水冷
ガソリンエンジン（１１７１ｍｌ）を用いた。試験は、
活性化変性組織にした炭素繊維［図７中、（ＣＦ）で示
す］と未処理の炭素繊維（図７中、ＣＦで示す）の各１
００ｇ、２００ｇ、３００ｇについて、異なるエンジン
回点数における脱硝率を測定することにより行った。結
果を図７に示す。

【００２７】次に、図８及び図９に基づいて、微粒子の
集塵機構を備えた消音及び脱硝装置について説明する。
消音及び脱硝装置７０は集塵機構を備えた以外、図２に
示す消音及び脱硝装置１と同一構造のものである。消音
及び脱硝装置７０における微粒子補足機構は、帯電用メ
ッシュ部９０と集塵用フィルタ部７４とからなる。

【００２８】帯電用メッシュ部９０は、ステンレス製金
網（４０〜５００メッシュ）のような導電性の多孔性部
材９２からなるものであり、排気放出経路である流入用
排気管８３内の所望部位に、絶縁体９４を介して設置さ
れている。この帯電用メッシュ部９０は、直流電源１０
０の負極に接続されている。

【００２９】集塵用フィルタ部７４は、導電性の多孔性
材料７６により炭素繊維又は炭素粒子層７７を被覆して
なるものであり、帯電用メッシュ部９０よりも排気放出
経路の後流部位に設置されている。また、集塵用フィル
タ部７４は、電源１００の正極に接続されている。した
がって、上記した図２で示す消音及び脱硝装置１におけ
る消音及び脱硝部４を電源の正極に接続することによ
り、そのまま集塵用フィルタ部７４として適用すること
ができる。

【００３０】次に、図８及び図９に基づいて、集塵機構
を備えた消音及び脱硝装置７０の動作を説明する。燃焼
機関より流入用排気管８３を通って送られてきた排気は
帯電用メッシュ部９０において負に帯電される。負に帯
電された排気は本体部７２内の空間Ａに送られ、そこで
集塵用フィルタ部（消音及び脱硝部）７４と接触し、ク
ーロン力により電気的に吸着される。この場合、上記し
た消音及び脱硝作用が並行してなされていることは言う
までもない。なお、吸着された微粒子は、電源を切り、
外部から衝撃を加えることにより、容易に脱落し、煤溜
め７９に落とされる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の装置は、
消音と脱硝機構を一の装置内に備えている。このため、
燃焼機関の排気系に取り付けることにより、消音と脱硝
を同一装置内で同時に行うことができる。また、従来の
消音器に比べ整流板の数を少なくすることができ、排気
の流れも円滑になされるので、燃焼効率を低下させるこ
とがない。更に、集塵機構を付設することにより、排気
中の微粒子を吸着、除去することができる。本発明の装
置は構造も簡単で製造及び運転コストも小さくできるの
で、各種燃焼機関用、とりわけ自動車などの移動式燃焼
機関用として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】消音及び脱硝装置を部分的に切り欠いた図であ
る。

【図２】消音及び脱硝装置の長さ方向の断面図である。

【図３】消音及び脱硝装置の直径方向の断面図である。

【図４】消音及び脱硝装置の変形態様の長さ方向の断面
図である。

【図５】消音及び脱硝装置の変形態様の長さ方向の断面
図である。

【図６】消音及び脱硝装置と従来の装置の消音試験の結
果を示した図である。

【図７】消音及び脱硝装置の脱硝試験の結果を示した図
である。

【図８】集塵機構を備えた消音及び脱走装置の長さ方向
の断面図である。

【図９】集塵機構を備えた消音及び脱走装置の長さ方向
の部分断面図である。

【符号の説明】

１消音及び脱硝装置２本体部４消音及び脱硝部６被覆体７炭素繊維又は炭素粒子層８整流板９煤溜め部１０加熱手段１２排気連結口１３流入用排気管１４排出用排気管２０消音及び脱硝装２２本体部２３消音及び脱硝部２７炭素粒子供給部２８炭素粒子供給部５０消音及び脱硝装置５７炭素粒子供給部５８炭素粒子供給部７０消音及び脱硝装置７４集塵用フィルタ部９０帯電用メッシュ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｈ３２１Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空容器からなる複数の排気管連結口を
有する本体部と、該本体部内の下方部を除く所望の部位
に設置された多孔性部材からなる被覆体と該被覆体内に
保持された炭素繊維又は炭素粒子層とからなる消音及び
脱硝部と、該本体部内の下方部に設けられ加熱手段が付
設された煤溜め部と、複数の排気管連結口を有し、該本
体部内において該消音及び脱硝部並びに煤溜め部により
画成される空間を分割するように形成された整流板とを
有することを特徴とする消音及び脱硝装置。
【請求項２】被覆体を構成する多孔性部材が金網又は
パンチドメタルである、請求項１記載の消音及び脱硝装
置。
【請求項３】金網又はパンチドメタルが４０〜５００
メッシュのものである、請求項２記載の消音及び脱硝装
置。
【請求項４】炭素繊維又は炭素粒子層を構成する炭素
繊維が繊維径０．５〜１５μｍのものであり、炭素粒子
が粒子径０．０１〜２ｍｍのほぼ球状のものである、請
求項１記載の消音及び脱硝装置。
【請求項５】更に、炭素粒子供給機構を備えたもので
ある、請求項１記載の消音及び脱硝装置。
【請求項６】更に集塵機構を備えており、その集塵機
構が、排気放出経路の所望部位に設置され、直流電源の
負極に接続された導電性の多孔性部材からなる帯電用メ
ッシュ部と、帯電用メッシュ部よりも排気放出経路の後
流部位に設置され、直流電源の正極に接続された炭素繊
維又は炭素粒子層を含む集塵用フィルタ部とからなるも
のである、請求項１又は５記載の消音及び脱硝装置。
【請求項７】炭素繊維又は炭素粒子層を構成する炭素
繊維又は炭素粒子が、平均表面積が８０〜２０００ｍ²
／ｇである、請求項１，５又は６に記載の消音及び脱硝
装置。