KR101065944B1

KR101065944B1 - 배기가스의 처리 장치 및 처리 방법

Info

Publication number: KR101065944B1
Application number: KR1020107002517A
Authority: KR
Inventors: 게이이치로 요시다; 마사아키 오쿠보
Original assignee: 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬; 고리츠다이가쿠호징 오사카후리츠다이가쿠
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2011-09-19
Also published as: US8297045B2; EP2166205A1; JPWO2009031454A1; JP4868617B2; US20110011059A1; EP2166205A4; WO2009031454A1; KR20100038218A

Abstract

배기가스 처리 장치는, 흡착제가 충전된 흡착층과, 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑(20)을 구비한다. 엔진(10)으로부터의 배기가스를 흡착탑의 흡착층에 도입하여 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착제에 흡착시키는 흡착 공정과, 배기가스를 흡착탑의 전열 유로에 도입하여 흡착층을 가열함과 더불어, 탈착용 가스를 가열된 흡착층에 도입하여 흡착제로부터 피처리 성분을 탈착시키는 탈착 공정과, 냉각용 가스를 흡착탑의 흡착층에 도입하여 흡착층을 냉각하고, 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진의 흡기구에 도입하는 냉각 공정을 전환하여 행한다. 이에 의해, 습식 처리를 행하지 않고, 적은 에너지 소비량으로 배기가스를 처리할 수 있다.

Description

배기가스의 처리 장치 및 처리 방법{EXHAUST GAS TREATING APPARATUS AND TREATING METHOD}

본 발명은 내연기관 등의 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다. 특히, NO_X를 포함하는 배기가스의 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.

내연기관, 보일러, 가스 터빈 등의 엔진의 배기계로부터 배출되는 배기가스에 대한 규제 강화에 수반하여, 연료의 조성 개선, 배기가스의 엔진으로의 재순환, 연소 자체의 개선 등의 엔진측의 개량이 이루어지는 한편으로, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NO_X) 등의 유해 성분을 제거 처리하는 것이 행해지고 있다.

특허문헌 1에는, 배기가스에 저온 비평형 플라즈마를 작용시켜 배기가스 중의 NO_X를 NO₂로 산화시키고, 다음에 배기가스를 환원제 용액 중에 도입하여 배기가스 중의 NO₂를 제거하는 방법이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2에는, 배기가스를 제1 플라즈마 리액터에 도입하여 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 제1 플라즈마 리액터 내의 흡착제에 흡착시키고, 다음에, 저산소 농도의 질소가스를 제1 플라즈마 리액터에 도입하여 방전을 발생시키고 상기 질소가스의 비열 플라즈마를 흡착제에 인가하여 피처리 성분을 흡착제로부터 탈착시켜 흡착제를 재생하며, 탈착한 피처리 성분을 포함하는 질소가스를 제2 플라즈마 리액터에 도입하여 비열 플라즈마를 인가해서 NO_X를 N₂로 환원하는 방법이 기재되어 있다.

특허문헌1:일본국특허공개2000-117049호공보 특허문헌2:국제공개제2005/037412호팜플렛

그러나, 상기 특허문헌 1의 방법에서는, 배기가스를 계속적으로 처리하기 위해서는 환원제 용액을 수시 보충할 필요가 있다. 따라서, 배기가스 처리 기능을 유지 관리하기 위한 수고가 크다는 과제가 있다. 또, 환원제 용액을 이용한 습식 처리가 필요하므로, 예를 들면 자동차 등의 이동체에 이 방법을 적용하는 것은 현실적으로는 곤란하다.

또, 상기 특허문헌 2의 방법에서는, NO_X의 환원뿐만 아니라, 제1 플라즈마 리액터 내의 흡착제의 재생에도 비열 플라즈마를 이용한다. 따라서, 비열 플라즈마를 발생시키기 위한 에너지 소비량이 크다는 과제가 있다.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하여, 습식 처리를 행하지 않고, 적은 에너지 소비량으로 배기가스를 처리할 수 있는 배기가스의 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 배기가스 처리 장치는, 흡착제가 충전된 흡착층과, 상기 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑을 구비하고, 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리 장치로서, 상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 흡착층에 도입하여 상기 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 상기 흡착제에 흡착시키는 흡착 공정과, 상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 전열 유로에 도입하여 상기 흡착층을 가열함과 더불어, 탈착용 가스를 가열된 상기 흡착층에 도입하여 상기 흡착제로부터 상기 피처리 성분을 탈착시키는 탈착 공정과, 냉각용 가스를 상기 흡착탑의 상기 흡착층에 도입하여 상기 흡착층을 냉각하고, 상기 흡착층을 통과한 상기 냉각용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하는 냉각 공정을 전환하여 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 배기가스 처리 장치는, 엔진의 배기구로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리 장치로서, 흡착제가 충전된 흡착층, 및 상기 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑과, 상기 배기구로부터 배출된 상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 흡착층에 도입하기 위한 배기구-흡착층간 배기가스 유로와, 상기 배기구로부터 배출된 상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 전열 유로에 도입하기 위한 배기구-전열 유로간 배기가스 유로와, 탈착용 가스를 상기 흡착층에 도입하기 위한 탈착용 가스 유로와, 냉각용 가스를 상기 흡착층에 도입하기 위한 냉각용 가스 유로와, 상기 흡착층을 통과한 상기 냉각용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하는 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 배기가스의 처리 방법은, 상기 본 발명의 제2 배기가스 처리 장치를 이용하여 엔진의 배기구로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스의 처리 방법으로서, 상기 배기구-흡착층간 배기가스 유로를 열고, 또한, 상기 배기구-전열 유로간 배기가스 유로, 상기 탈착용 가스 유로, 상기 냉각용 가스 유로, 및, 상기 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로를 닫는 흡착 공정과, 상기 배기구-전열 유로간 배기가스 유로 및 상기 탈착용 가스 유로를 열고, 또한, 상기 배기구-흡착층간 배기가스 유로, 상기 냉각용 가스 유로, 및, 상기 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로를 닫는 탈착 공정과, 상기 냉각용 가스 유로 및 상기 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로를 열고, 또한, 상기 배기구-흡착층간 배기가스 유로, 상기 배기구-전열 유로간 배기가스 유로, 및, 상기 탈착용 가스 유로를 닫는 냉각 공정을 전환하여 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 플라즈마 처리 장치에서는, 냉각 공정에 있어서 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진의 흡기구에 도입한다. 또, 본 발명의 제2 플라즈마 처리 장치는, 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진의 흡기구에 도입하는 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로를 구비한다. 이에 의해, 냉각용 가스와 함께 엔진에 유입되는 NO_X의 적어도 일부가 엔진으로 분해된다. 따라서, 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진의 흡기구에 도입하지 않는 경우에 비해, 적은 에너지 소비량으로 NO_X의 총 배출량을 저감할 수 있다.

또, 본 발명의 제1 플라즈마 처리 장치에서는, 흡착제로부터 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 탈착시켜 흡착제를 재생하기 위해, 배기가스의 열에너지를 사용한다. 또, 본 발명의 제2 플라즈마 처리 장치는, 엔진의 배기구로부터 배출된 배기가스를 흡착탑의 전열 유로에 도입하기 위한 배기구-전열 유로간 배기가스 유로를 구비한다. 따라서, 이들 점에서도, 에너지 소비량을 저감할 수 있다.

또한, 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분의 처리에 습식 공정을 이용하지 않으므로, 유지 관리가 간단하고, 자동차 등의 이동체로의 적용이 용이하다.

도 1a는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 배기가스 처리 장치의 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 1b는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 배기가스 처리 장치의 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 1c는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 배기가스 처리 장치의 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 2는, 실시 형태 1∼4에 따른 배기가스 처리 장치의 각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면에 있어서의 각종 기호의 의미를 나타낸 도면이다.
도 3a는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 배기가스 처리 장치의 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3b는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 배기가스 처리 장치의 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3c는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 배기가스 처리 장치의 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4a는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 배기가스 처리 장치의 제1 흡착탑에 대한 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4b는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 배기가스 처리 장치의 제1 흡착탑에 대한 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4c는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 배기가스 처리 장치의 제1 흡착탑에 대한 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5a는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 배기가스 처리 장치의 제1 흡착탑에 대한 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5b는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 배기가스 처리 장치의 제1 흡착탑에 대한 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5c는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 배기가스 처리 장치의 제1 흡착탑에 대한 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 6a는, 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치에 이용되는 한 실시 형태에 관한 흡착탑의 측면도이다.
도 6b는, 도 6a의 화살표 6B 방향에서 본 흡착탑의 투시도이다.
도 6c는, 도 6a의 화살표 6C 방향에서 본 흡착탑의 투시도이다.
도 7a는, 플라즈마 리액터에 사용되는 연면 방전 소자의 측면도이다.
도 7b는, 도 7a의 7B-7B선을 따른 화살표 투시 단면도이다.
도 8a는, 연면 방전 소자의 매설 전극에 인가되는 전압 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 8b는, 연면 방전 소자의 매설 전극에 인가되는 전압 파형의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9a는, 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치에 이용되는 한 실시 형태에 따른 플라즈마 리액터의 측면 단면도이다.
도 9b는, 도 9a의 9B-9B선을 따른 화살표 투시 단면도이다.
도 10a는, 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치에 이용되는 다른 실시 형태에 관한 플라즈마 리액터의 부분 확대 측면 단면도이다.
도 10b는, 도 10a에 도시한 플라즈마 리액터의 부분 확대 평면 단면도이다.
도 11은, 실시예 1에 있어서의 NO_X의 질량 유량의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 12는, 실시예 2에 있어서의 NO_X의 질량 유량의 측정 결과를 도시한 도면이다.

본 발명에 있어서 엔진이란, 연료의 연소에 의해 발생하는 열에너지를 동력으로 변환하는 기계, 장치를 의미하고, 내연기관 및 외연기관 중 어느 것이어도 된다. 그 중에서도, 디젤 엔진이 바람직하다.

NO_X란, 예를 들면 NO, NO₂, N₂O, N₂O₅ 등의 질소산화물을 의미한다. 피처리 성분은, 이러한 질소산화물 외에, SO₂, SO₃ 등의 유황 산화물(SO_X), 톨루엔, 벤젠, 자일렌 등의 휘발성 유기 화합물(VOCs), 다이옥신류, 할로겐화 방향족 물질, 고축합도 방향족 탄화수소 등의 환경 오염 물질, 탄화수소, CO, CO₂, 수증기(H₂O) 등을 포함하고 있어도 된다.

본 발명에서는, 흡착 공정에 있어서 이러한 피처리 성분을 흡착제에 흡착(흡수라고도 한다)시키고, 탈착 공정에 있어서 흡착제를 가열하여 피처리 성분을 탈착(탈리라고도 한다)시키며, 냉각 공정에 있어서 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진의 흡기구에 도입한다.

흡착제가 충전된 흡착층과, 흡착층 내의 흡착제를 가열하는 전열 유로는 서로 독립되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 탈착 공정에 있어서, 흡착제를 가열하기 위한 배기가스와, 가열된 흡착제로부터 탈착된 피처리 성분을 반송하는 탈착용 가스를 분리할 수 있으므로, 흡착제로부터 피처리 성분을 효율적으로 탈착시킬 수 있다.

상기 냉각 공정에 있어서, 상기 배기가스의 적어도 일부를 상기 냉각용 가스로서 상기 흡착층에 도입하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 엔진의 흡기 중의 산소 농도가 저하하므로, 연소 온도가 저하하여, NO_X의 생성량을 더욱 저감할 수 있다.

본 발명의 제1 배기가스 처리 장치는, 상기 탈착 공정에 있어서 상기 흡착제로부터 탈착한 상기 피처리 성분을 포함하는 상기 탈착용 가스에 대해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 리액터를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 흡착제로부터 탈착한 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 처리할 수 있으며, 피처리 성분의 시스템 바깥으로의 방출량을 더욱 저감할 수 있다.

상기 플라즈마 리액터가, 연면 방전을 발생하는 연면 방전 소자를 포함하고 있어도 된다. 이에 의해, 피처리 성분에 대해 효율적으로 플라즈마를 인가할 수 있다.

이 경우, 상기 연면 방전 소자의 상기 연면 방전이 발생하는 면을 따라 상기 탈착용 가스가 흐르도록 상기 탈착용 가스의 유로를 규제하는 가스 유로 규제 형상이 상기 플라즈마 리액터에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라즈마 발생 영역에 탈착용 가스를 확실하게 통과시킬 수 있으므로, 피처리 성분의 확실한 처리가 가능해진다.

또, 상기 탈착용 가스가 산소 농도 10vol% 이하의 저산소 가스인 것이 바람직하다. 이러한 저산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 행함으로써, NO_X의 제거율을 향상시킬 수 있다.

상기 저산소 가스가, 상기 탈착 공정에 있어서 상기 전열 유로를 통과한 상기 배기가스의 적어도 일부인 것이 바람직하다. 이에 의해, 저산소 가스로서 예를 들면 질소가스를 별도 준비할 필요가 없고, 배기가스를 유효하게 이용할 수 있으며, 소형 또한 저비용의 배기가스 처리 장치를 실현할 수 있다.

상기 탈착 공정에 있어서, 상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스의 일부를 재차 상기 흡착층에 도입해도 된다. 이에 의해, 한정된 양의 탈착용 가스를 이용하여 흡착제로부터 피처리 성분을 효율적으로 탈착시킬 수 있다.

상기 탈착 공정에 있어서 상기 흡착제로부터 탈착한 상기 피처리 성분을 포함하는 상기 탈착용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 흡착제로부터 탈착한 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 엔진 내에서 처리할 수 있으며, 피처리 성분의 시스템 바깥으로의 방출량을 더욱 저감할 수 있다. 또한, 상술한 플라즈마 리액터가 불필요하다.

이 경우, 상기 탈착용 가스가, 상기 탈착 공정에 있어서 상기 전열 유로를 통과한 상기 배기가스의 적어도 일부인 것이 바람직하다. 이에 의해, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 엔진의 흡기 중의 산소 농도가 저하하므로, 연소 온도가 저하하여, NO_X의 생성량을 더욱 저감할 수 있다.

본 발명의 제1 배기가스 처리 장치는, 상기 흡착 공정에 있어서 상기 흡착층을 통과하는 상기 배기가스를 제습하기 위한 제습제를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 흡착제의 흡착 능력을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제1 배기가스 처리 장치가 상기 흡착탑을 복수 구비하고, 상기 흡착 공정, 상기 탈착 공정, 및 상기 냉각 공정으로 이루어지는 3 공정을 행할 때마다 상기 3 공정을 행하는 흡착탑을 전환해도 된다. 이에 의해, 복수의 흡착탑을 이용하여 피처리 성분의 효율적인 처리가 가능해진다.

이 경우, 상기 복수의 흡착탑 중 1개의 흡착탑을 이용하여 상기 흡착 공정, 상기 탈착 공정, 및 상기 냉각 공정으로 이루어지는 3 공정을 행하고, 이것과 병행하여 상기 복수의 흡착탑 중 다른 1개의 흡착탑의 상기 흡착제에 상기 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 피처리 성분의 시스템 바깥으로의 방출량을 적게 할 수 있다.

본 발명의 제2 배기가스 처리 장치에 있어서, 상기 냉각용 가스가, 상기 배기구로부터 배출된 상기 배기가스를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 엔진의 흡기 중의 산소 농도가 저하하므로, 연소 온도가 저하하여, NO_X의 생성량을 더욱 저감할 수 있다.

본 발명의 제2 배기가스 처리 장치가, 상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스에 대해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 리액터를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 흡착제로부터 탈착한 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 처리할 수 있으며, 피처리 성분의 시스템 바깥으로의 방출량을 더욱 저감할 수 있다.

본 발명의 제2 배기가스 처리 장치가, 상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스의 일부를 상기 흡착층에 도입하기 위한 탈착용 가스 순환 유로를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 한정된 양의 탈착용 가스를 이용하여 흡착제로부터 피처리 성분을 효율적으로 탈착시킬 수 있다.

본 발명의 제2 배기가스 처리 장치가, 상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하기 위한 흡착층-흡기구간 탈착용 가스 유로를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 흡착제로부터 탈착한 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 엔진 내에서 처리할 수 있으며, 피처리 성분의 시스템 바깥으로의 방출량을 더욱 저감할 수 있다. 또한, 상술한 플라즈마 리액터가 불필요하다.

이하, 본 발명을 구체예를 나타내면서 보다 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 구체예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

(실시 형태 1)

도 1a, 도 1b, 도 1c는, 각각, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 배기가스 처리 장치의 흡착 공정, 탈착 공정, 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다. 도 1a∼도 1c에 나타낸 기호의 의미를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 실선은 가스가 유통되고 있는 유로(배관), 파선은 가스가 유통되고 있지 않은 유로(배관)를 나타낸다. 흰색의 밸브(개폐밸브) 기호는 열린 밸브를 나타내고, 검은 색으로 칠한 밸브(개폐밸브) 기호는 닫힌 밸브를 나타낸다.

본 실시 형태 1의 배기가스 처리 장치는, 흡착제가 충전된 흡착층 및 상기 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑(20)과, 배기구-흡착층간 배기가스 유로와, 배기구-전열 유로간 배기가스 유로와, 탈착용 가스 유로와, 냉각용 가스 유로와, 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로와, 탈착용 가스 순환 유로를 구비한다.

배기구-흡착층간 배기가스 유로는, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 배출된 배기가스를 흡착탑(20)의 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 1에서는, 도 1a에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 밸브(72), DPF(Diesel Particulate Filter)(40), 라디에이터(50), 3방향 밸브(70)를 이 순서로 통과하여 흡착탑(20)에 이르는 유로가 해당된다.

배기구-전열 유로간 배기가스 유로는, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 배출된 배기가스를 흡착탑(20)의 전열 유로에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 1에서는, 도 1b에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 밸브(73)를 통해, 흡착탑(20)의 전열 유로에 이르는 유로가 해당된다.

탈착용 가스 유로는, 탈착용 가스(92)를 흡착탑(20)의 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 1에서는, 도 1b에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 밸브(74)로부터 흡착탑(20)의 흡착층에 이르는 유로가 해당된다.

냉각용 가스 유로는, 냉각용 가스(93)를 흡착탑(20)의 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 1에서는, 도 1c에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 밸브(75)로부터 흡착탑(20)의 흡착층에 이르는 유로가 해당된다.

흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 1에서는, 도 1c에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 흡착탑(20)의 흡착층으로부터 밸브(77)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 이르는 유로가 해당된다.

탈착용 가스 순환 유로는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스의 일부를 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 1에서는, 도 1b에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 흡착탑(20)의 흡착층의 탈착용 가스 출구로부터 밸브(61), 송풍기(60)를 통해 흡착탑(20)의 흡착층의 탈착용 가스 입구에 이르는 유로가 해당된다.

본 실시 형태의 배기가스 처리 장치는, 도 1a의 흡착 공정, 도 1b의 탈착 공정, 도 1c의 냉각 공정을 이 순서로 행하는 반복 단위를 반복하여 행한다.

흡착 공정에서는, 흡착탑(20)의 흡착제가, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함되는 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도 1a를 이용하여 설명한다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통해 대기(91)를 흡입하고, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(72)를 통해, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 냉각되고, 3방향 밸브(70)를 통과하여 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한다. 흡착층에는 흡착제가 충전되어 있고, 배기가스가 흡착제의 간극을 통과할 때에, 흡착제는 배기가스 중에 포함된 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 피처리 성분이 흡착된 배기가스는, 밸브(75)를 통과하여 대기 중으로 방출된다.

탈착 공정에서는, 상기의 흡착 공정에서 흡착탑(20)의 흡착제에 흡착된 피처리 성분을 흡착제로부터 탈착시켜, 흡착제를 재생한다. 피처리 성분을 탈착시키기 위해, 피처리 성분을 흡착한 흡착제를 배기가스의 열을 이용하여 가열한다. 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 도 1b를 이용하여 설명한다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통해 대기(91)를 흡입하고, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(73)를 통해, 흡착탑(20)의 전열 유로를 통과한다. 배기가스가 전열 유로를 통과할 때, 배기가스의 열에너지가 흡착탑(20) 내의 흡착층의 흡착제에 전달된다. 그 결과, 흡착탑(20) 내의 흡착제는 가열되고, 한편, 배기가스는 냉각된다. 냉각된 배기가스는, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 더 냉각되고, 3방향 밸브(70)를 통과하여, 대기 중으로 방출된다. 한편, 탈착용 가스(92)가 밸브(74)를 통과하여, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한다. 흡착층 내의 흡착제는 배기가스에 의해 가열되어 있으므로, 흡착제에 흡착되어 있었던 피처리 성분이 탈착되어 탈착용 가스와 함께 흡착탑(20) 바깥으로 운반된다. 피처리 성분을 포함하는 탈착용 가스의 일부는, 밸브(61) 및 송풍기(60)를 통과하여 흡착탑(20)의 흡착층에 재차 유입되고, 나머지는, 밸브(76)를 통과하여 플라즈마 리액터(30)에 유입된다. 플라즈마 리액터(30)는, 탈착용 가스에 대해 플라즈마 처리를 행하고, 탈착용 가스에 포함되는 피처리 성분인 NO_X를 N₂로 환원한다. 그 후, 환원된 N₂를 포함하는 탈착용 가스는 대기 중으로 방출된다.

냉각 공정에서는, 상기의 탈착 공정에서 가열된 흡착탑(20)의 흡착제를, 피처리 성분을 흡착 가능한 온도로까지 냉각한다. 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도 1c를 이용하여 설명한다. 냉각용 가스(93)로서의 대량의 대기가, 밸브(75)를 통과하여, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한다. 흡착탑(20) 내의 흡착제는, 흡착층을 통과하는 대기에 의해 급속히 냉각된다. 흡착탑(20)을 통과한 대기는, 밸브(77)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통과한 대기(91)와 흡착탑(20)을 통과한 대기를 흡입하고, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(72)를 통해, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 냉각되고, 3방향 밸브(70)를 통과하여, 대기 중으로 방출된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 냉각 공정에 있어서 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 대기를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입한다. 냉각 공정의 초기에서는, 흡착제는 아직 고온이므로, 흡착층을 통과한 대기는 피처리 성분인 NO_X를 포함하는 경우가 있다. 이 경우, 엔진(10)에 유입되는 흡기에는 NO_X가 포함되게 된다. 흡기 중의 NO_X의 일부는 엔진(10)에 의해 분해된다. 따라서, 흡착층을 통과한 대기를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입시키지 않는 경우에 비해, 적은 에너지 소비량으로 NO_X의 시스템 바깥으로의 총 배출량을 저감할 수 있다. 또, 흡착제로부터 피처리 성분을 탈착시켜 흡착제를 재생하기 위해 배기가스의 열에너지를 사용하므로, 이 점에서도 에너지 소비량을 저감할 수 있다. 또한, 피처리 성분의 처리에 습식 공정을 포함하지 않으므로, 처리액의 유지 관리 등에 관한 종래의 문제는 발생하지 않는다.

상기의 실시 형태는 일례이고, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 여러 가지의 변경이 가능하다.

상기의 탈착 공정(도 1b)에서는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스에 대해, 플라즈마 리액터(30)로 플라즈마 처리를 행하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 흡착 공정, 탈착 공정, 및 냉각 공정으로 이루어지는 반복 단위를 반복하여 행하는 경우에 있어서, 플라즈마 처리를 행하는 탈착 공정과 행하지 않는 탈착 공정이 혼재하고 있어도 된다. 특히, 운전 개시 직후에서는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스에 포함되는 NO_X의 양은 상대적으로 적은 경우가 있다. 이러한 경우는, 플라즈마 처리를 생략할 수 있다. 혹은, 플라즈마 리액터(30)를 생략하고, 플라즈마 처리를 전혀 행하지 않아도 된다. 플라즈마 처리를 생략하면, 이것에 요하는 에너지를 삭감할 수 있다. 또, 플라즈마 리액터(30)를 생략하면, 더욱 장치의 소형화와 저비용화가 가능해진다.

상기의 탈착 공정(도 1b)에서는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스의 일부를 밸브(61) 및 송풍기(60)를 통과하여 흡착탑(20)의 흡착층에 재차 유입시켰다. 이것은, 밸브(74)를 통과하여 공급되는 한정된 양의 탈착용 가스를 이용하여, 흡착층을 통과하는 탈착용 가스의 유량을 증대시키기 위해서이다. 이에 의해, 탈착 공정에 요하는 시간을 짧게 할 수 있다. 흡착층에 재차 유입시키는 탈착용 가스의 양(유량)은 송풍기(60)의 풍속을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 단, 본 발명에서는, 밸브(61) 및 송풍기(60)를 포함하는 탈착용 가스 순환 유로를 생략해도 된다.

상기의 냉각 공정(도 1c)에서는, 엔진(10)에는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 대기에 더하여, 밸브(71)를 통과한 대기를 유입시켰다. 이것은, 밸브(71)를 닫은 경우에, 엔진(10)에 의한 흡기계의 압력 손실이 너무 커지지 않도록 하기 위해서이다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 냉각 공정에서는, 밸브(71)를 닫고 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 대기만을 유입시켜도 된다.

상기의 냉각 공정(도 1c)에 있어서, 흡착탑(20)의 흡착층에 도입되는 냉각용 가스(93)로서 대기를 이용하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 라디에이터(50)로 냉각된 배기가스의 적어도 일부를 이용해도 된다. 이에 의해, 냉각된 배기가스가 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 후 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된다. 따라서, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 엔진(10)의 흡기 중의 산소 농도가 저하한다. 그 결과, 연소 온도가 저하하여, 배기가스 중의 NO_X 함유량을 더욱 저하시킬 수 있다.

도 1a∼도 1c의 배관도는 일례로서, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 3방향 밸브를 밸브로 치환하거나, 반대로 밸브를 3방향 밸브로 치환하거나 해도 된다. 또, 밸브나 3방향 밸브의 위치를 변경해도 된다. 예를 들면, 밸브(73)의 위치를 흡착탑(20)의 전열 유로와 DPF(40) 사이의 유로 상으로 변경해도 된다. 이에 의해, 밸브(73)에 요구되는 내열성의 정도를 저하시킬 수 있다.

(실시 형태 2)

도 3a, 도 3b, 도 3c는, 각각, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 배기가스 처리 장치의 흡착 공정, 탈착 공정, 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다. 도 3a∼도 3c에 나타낸 기호의 의미는 도 2에 나타낸 바와 같다. 도 1a∼도 1c와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그들의 설명을 생략한다.

본 실시 형태 2는, 송풍기(60), 플라즈마 리액터(30)가 생략되어 있는 점, 및, 3방향 밸브(70)와 밸브(77)를 연결하고, 밸브(61) 및 흡착탑(20)을 통하지 않는 경로 상에 밸브(79)가 설치되어 있는 점에서 실시 형태 1과 다르다.

본 실시 형태 2의 배기가스 처리 장치는, 흡착제가 충전된 흡착층 및 상기 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑(20)과, 배기구-흡착층간 배기가스 유로와, 배기구-전열 유로간 배기가스 유로와, 탈착용 가스 유로와, 냉각용 가스 유로와, 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로와, 흡착층-흡기구간 탈착용 가스 유로를 구비한다.

배기구-흡착층간 배기가스 유로는, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 배출된 배기가스를 흡착탑(20)의 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 2에서는, 도 3a에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 밸브(72), DPF(Diesel Particulate Filter)(40), 라디에이터(50), 3방향 밸브(70), 밸브(79)를 이 순서로 통과하여 흡착탑(20)에 이르는 유로가 해당된다.

배기구-전열 유로간 배기가스 유로는, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 배출된 배기가스를 흡착탑(20)의 전열 유로에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 2에서는, 도 3b에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 밸브(73)를 통해, 흡착탑(20)의 전열 유로에 이르는 유로가 해당된다.

탈착용 가스 유로는, 흡착탑(20)의 전열 유로를 통과한 배기가스를 탈착용 가스로서 흡착탑(20)의 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 2에서는, 도 3b에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 밸브(61)로부터 흡착탑(20)의 흡착층에 이르는 유로가 해당된다.

냉각용 가스 유로는, 냉각용 가스(93)를 흡착탑(20)의 흡착층에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 2에서는, 도 3c에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 밸브(75)로부터 흡착탑(20)의 흡착층에 이르는 유로가 해당된다.

흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 2에서는, 도 3c에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 흡착탑(20)의 흡착층으로부터 밸브(77)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 이르는 유로가 해당된다.

흡착층-흡기구간 탈착용 가스 유로는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입하는 유로로서, 본 실시 형태 2에서는, 도 3b에 실선으로 나타나 있는 바와 같이, 흡착탑(20)의 흡착층으로부터 밸브(77)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 이르는 유로가 해당된다.

본 실시 형태의 배기가스 처리 장치는, 도 3a의 흡착 공정, 도 3b의 탈착 공정, 도 3c의 냉각 공정을 이 순서로 행하는 반복 단위를 반복하여 행한다.

흡착 공정(도 3a)에서는, 밸브(79)를 열고, 실시 형태 1의 흡착 공정(도 1a)과 동일한 처리가 행해진다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다.

탈착 공정(도 3b)에서는, 상기의 흡착 공정에서 흡착탑(20)의 흡착제에 흡착된 피처리 성분을 흡착제로부터 탈착시켜, 흡착제를 재생한다. 피처리 성분을 탈착시키기 위해, 피처리 성분을 흡착한 흡착제를 배기가스의 열을 이용하여 가열한다. 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 설명한다. 엔진(10)은, 그 배기구(10e)로부터 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(73)를 통해, 흡착탑(20)의 전열 유로를 통과한다. 배기가스가 전열 유로를 통과할 때, 배기가스의 열에너지가 흡착탑(20) 내의 흡착층의 흡착제에 전달된다. 그 결과, 흡착탑(20) 내의 흡착제는 가열되고, 한편, 배기가스는 냉각된다. 냉각된 배기가스는, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 더 냉각되며, 3방향 밸브(70)를 통과하고, 그 일부는 밸브(76)을 통과하여 대기 중으로 방출되고, 나머지는 밸브(61)를 통과한다. 밸브(61)를 통과한 배기가스는, 흡착탑(20)의 흡착층에 유입된다. 흡착층 내의 흡착제는 전열 유로를 통과한 배기가스에 의해 가열되어 있으므로, 흡착제에 흡착되어 있었던 피처리 성분이 탈착되어 배기가스와 함께 흡착탑(20) 바깥으로 운반된다. 피처리 성분을 포함하는 배기가스는, 밸브(77)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통과한 대기(91)와 흡착탑(20)을 통과한 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 흡입한다.

냉각 공정(도 3c)에서는, 실시 형태 1의 냉각 공정(도 1c)과 동일한 처리가 행해진다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다. 냉각 공정에 있어서, 밸브(79)는 열려 있어도 닫혀 있어도 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태 2는, 탈착 공정에 있어서 실시 형태 1과 다르다. 구체적으로는, 이하의 2점에서 다르다.

첫번째로, 흡착탑(20)의 흡착제로부터 탈착된 피처리 성분인 NO_X를 포함하는 가스는 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입된다. 엔진(10)에 도입된 NO_X의 적어도 일부는 엔진(10)에 의해 분해된다. 실시 형태 1에서는, 탈착 공정에 있어서 흡착탑(20)의 흡착제로부터 탈착된 NO_X를 분해하기 위해서는 플라즈마 리액터(30)를 이용하여 플라즈마 처리를 행할 필요가 있다. 이에 반해, 본 실시 형태 2에서는, 엔진(10)을 이용하여 NO_X의 적어도 일부를 분해할 수 있다. 따라서, 탈착 공정에 있어서 플라즈마 처리를 행하지 않아도 NO_X의 시스템 바깥으로의 배출량을 저감할 수 있음과 더불어, 플라즈마 처리에 요하는 에너지를 삭감할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태 2에서는, NO_X의 시스템 바깥으로의 배출량의 저감과, 플라즈마 리액터(30)의 생략에 의한 소비 에너지의 삭감 및 장치의 소형화·저비용화를 양립할 수 있다.

두 번째로, 흡착탑(20)의 흡착층에 도입되는 탈착용 가스로서, 엔진(10)의 배기가스를 이용하고 있다. 그리고, 흡착층을 통과한 배기가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입한다. 이에 의해, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 엔진(10)의 흡기 중의 산소 농도가 저하한다. 그 결과, 연소 온도가 저하하여, 배기가스 중의 NO_X 함유량을 더욱 저하시킬 수 있다.

본 실시 형태 2의 탈착 공정에 있어서, 실시 형태 1과 동일하게, 탈착용 가스로서 배기가스 이외의 기체를 이용하는 것도 가능하다.

본 실시 형태 2는, 상기 이외는 실시 형태 1과 동일하고, 실시 형태 1과 동일한 효과를 발휘한다. 또, 실시 형태 1에서 설명한 여러 가지의 변경예는, 본 실시 형태 2에도 그대로, 혹은 자명한 수정을 더하여 적용할 수 있으며, 그 경우는 실시 형태 1과 동일한 효과를 발휘한다.

(실시 형태 3)

본 발명의 실시 형태 3에 따른 배기가스 처리 장치는, 흡착탑을 2개 갖는 점에서, 흡착탑을 1개만 갖는 실시 형태 1에 따른 배기가스 처리 장치와 다르다.

본 실시 형태의 배기가스 처리 장치는, 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정으로 이루어지는 3 공정을 행할 때마다 이 3 공정을 행하는 흡착탑을 전환한다. 즉, 2개의 흡착탑 중 한쪽(제1 흡착탑)에 대해 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정을 행하고, 다음에, 다른 쪽(제2 흡착탑)에 대해 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정을 행한다. 이하, 이것을 반복한다. 도 4a, 도 4b, 도 4c는, 각각, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 배기가스 처리 장치에 있어서, 제1 흡착탑에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다. 도 4a∼도 4c에 나타낸 기호의 의미는 도 2에 나타낸 바와 같다. 도 4a∼도 4c에 있어서, 도 1a∼도 1c, 도 3a∼도 3c와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그들의 설명을 생략한다. 제1 흡착탑 및 제2 흡착탑 중 어느 하나에만 대응하는 부재에 대해서는, 도 1a∼도 1c, 도 3a∼도 3c 중의 이것과 동일한 부재에 붙여진 부호에 첨자 「a」 또는 「b」를 붙여 구별하고 있다. 제2 흡착탑에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에서의 가스의 흐름은, 도 4a, 도 4b, 도 4c와 대칭이므로 도시를 생략한다.

제1 흡착탑(20a)에 대한 탈착 공정에서는, 제1 흡착탑(20a)의 흡착제에 흡착된 피처리 성분을 흡착제로부터 탈착시켜, 제1 흡착탑(20a)의 흡착제를 재생한다. 피처리 성분을 탈착시키기 위해, 피처리 성분을 흡착한 흡착제를 배기가스의 열을 이용하여 가열한다. 한편, 제2 흡착탑(20b)은, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 피처리 성분을 흡착한다. 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 도 4a를 이용하여 설명한다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통해 대기(91)를 흡입하고, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(73a)를 통해, 제1 흡착탑(20a)의 전열 유로를 통과한다. 배기가스가 전열 유로를 통과할 때, 배기가스의 열에너지가 제1 흡착탑(20a) 내의 흡착층의 흡착제에 전달된다. 그 결과, 제1 흡착탑(20a) 내의 흡착제는 가열되고, 한편, 배기가스는 냉각된다. 냉각된 배기가스는, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 더 냉각되며, 3방향 밸브(70)를 통과하고, 제2 흡착탑(20b)의 흡착층을 통과한다. 흡착층에는 흡착제가 충전되어 있고, 배기가스가 흡착제의 간극을 통과할 때에, 흡착제는 배기가스 중에 포함된 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 제2 흡착탑(20b)을 통과하여 피처리 성분이 흡착된 배기가스는, 밸브(78b)를 통과하여 대기 중으로 방출된다. 한편, 탈착용 가스(92)가 밸브(74a)를 통과하고, 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한다. 제1 흡착탑(20a)의 흡착층 내의 흡착제는 배기가스에 의해 가열되어 있으므로, 흡착제에 흡착되어 있었던 피처리 성분이 탈착되어 탈착용 가스와 함께 제1 흡착탑(20a) 바깥으로 운반된다. 피처리 성분을 포함하는 탈착용 가스의 일부는, 밸브(61a) 및 송풍기(60a)를 통과하여 제1 흡착탑(20a)의 흡착층에 재차 유입되고, 나머지는, 밸브(76a)를 통과하여 플라즈마 리액터(30)에 유입된다. 플라즈마 리액터(30)는, 탈착용 가스에 대해 플라즈마 처리를 행하고, 탈착용 가스에 포함되는 피처리 성분인 NO_X를 N₂로 환원한다. 그 후, 환원된 N₂를 포함하는 탈착용 가스는 대기 중으로 방출된다.

제1 흡착탑(20a)에 대한 냉각 공정에서는, 상기의 탈착 공정에서 가열된 제1 흡착탑(20a)의 흡착제를, 피처리 성분을 흡착 가능한 온도로까지 냉각한다. 한편, 제2 흡착탑(20b)은, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 피처리 성분을 흡착한다. 냉각 공정에서의 가스의 흐름을 도 4b를 이용하여 설명한다. 냉각용 가스(93)로서의 대량의 대기가, 밸브(78a)를 통과하여, 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한다. 제1 흡착탑(20a) 내의 흡착제는, 흡착층을 통과하는 대기에 의해 급속하게 냉각된다. 제1 흡착탑(20a)을 통과한 대기는, 밸브(77a)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통과한 대기(91)와 제1 흡착탑(20a)을 통과한 대기를 흡입하고, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(72)를 통해, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 냉각되며, 3방향 밸브(70)를 통과하고, 제2 흡착탑(20b)의 흡착층을 통과한다. 배기가스가 제2 흡착탑(20b)의 흡착층을 통과할 때에, 흡착층 내의 흡착제는 배기가스 중에 포함된 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 제2 흡착탑(20b)을 통과하여 피처리 성분이 흡착된 배기가스는, 밸브(78b)를 통과하여 대기 중으로 방출된다.

제1 흡착탑(20a)에 대한 흡착 공정에서는, 제1 흡착탑(20a) 및 제2 흡착탑(20b)이, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함되는 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도 4c를 이용하여 설명한다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통해 대기(91)를 흡입하고, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(72)를 통해, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 냉각되며, 3방향 밸브(70)를 통과하고 제2 흡착탑(20b)의 흡착층을 통과한다. 배기가스가 제2 흡착탑(20b)의 흡착층을 통과할 때에, 흡착층 내의 흡착제는 배기가스 중에 포함된 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 제2 흡착탑(20b)을 통과한 배기가스는, 밸브(75b)를 통과하여 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한다. 이 흡착층에도 흡착제가 충전되어 있고, 배기가스가 흡착제의 간극을 통과할 때에, 흡착제는 배기가스 중에 포함된 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 이와 같이, 제2 흡착탑(20b), 제1 흡착탑(20a)에서 피처리 성분이 흡착된 배기가스는, 밸브(78a)를 통과하여 대기 중으로 방출된다.

그 후, 제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정을 행한다. 제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에서의 가스의 흐름은, 상기의 설명을, 도 4a∼도 4c에 나타낸 부재의 부호의 첨자 「a」와 「b」를 바꿔 읽으면 된다. 상기의 제1 흡착탑(20a)에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에 있어서 제2 흡착탑(20b)의 흡착제에 흡착된 피처리 성분은 제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정에 의해 탈착되고, 제2 흡착탑(20b)의 흡착제는 재생된다. 이하, 제1 흡착탑(20a)과 제2 흡착탑(20b)을 교대로 전환하여, 각각에 대해 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정을 행한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 동일하게, 냉각 공정에 있어서 흡착탑의 흡착층을 통과한 대기를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입한다. 냉각 공정의 초기에서는, 흡착제는 아직 고온이므로, 흡착층을 통과한 대기는 피처리 성분인 NO_X를 포함하는 경우가 있다. 이 경우, 엔진(10)에 유입되는 흡기에는 NO_X가 포함되게 된다. 흡기 중의 NO_X의 일부는 엔진(10)에 의해 분해된다. 따라서, 흡착층을 통과한 대기를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입시키지 않는 경우에 비해, NO_X의 시스템 바깥으로의 총 배출량을 저감할 수 있다. 또, 흡착제로부터 피처리 성분을 탈착시켜 흡착제를 재생하기 위해 배기가스의 열에너지를 사용하므로, 이 점에서도 에너지 소비량을 저감할 수 있다. 또한, 피처리 성분의 처리에 습식 공정을 포함하지 않으므로, 처리액의 유지 관리 등에 관한 종래의 문제는 발생하지 않는다.

또, 실시 형태 1과 달리, 본 실시 형태에서는, 2개의 흡착탑 중 한쪽의 흡착탑에 대해 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정을 행하고 있는 동안, 다른 쪽의 흡착탑은 항상 배기가스 중에 포함된 피처리 성분을 흡착하고 있다. 따라서, 실시 형태 1에 비해, 피처리 성분의 시스템 바깥으로의 총 배출량을 적게 할 수 있다.

상기의 실시 형태는 일례이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기의 제1 흡착탑(20a)에 대한 탈착 공정(도 4a)에 있어서, 플라즈마 리액터(30)를 통과한 탈착용 가스를 대기 중으로 방출하는 것이 아니라, 제2 흡착탑(20b)의 흡착층에 유입시켜도 된다. 이에 의해, 플라즈마 리액터(30)에 있어서 환원되지 않았던 NO_X를 제2 흡착탑(20b)의 흡착제에 흡착시킬 수 있으므로, NO_X의 대기 중으로의 방출량을 저감할 수 있다. 제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정에 있어서도 동일하다.

상기의 제1 흡착탑(20a)에 대한 탈착 공정(도 4a)에서는, 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스에 대해, 플라즈마 리액터(30)로 플라즈마 처리를 행하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 흡착 공정, 탈착 공정, 및 냉각 공정으로 이루어지는 반복 단위를 반복하여 행하는 경우에 있어서, 플라즈마 처리를 행하는 탈착 공정과 행하지 않는 탈착 공정이 혼재하고 있어도 된다. 특히, 운전 개시 직후에서는, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스에 포함되는 NO_X의 양은 상대적으로 적은 경우가 있다. 이러한 경우는, 플라즈마 처리를 생략할 수 있다. 제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정에 있어서도 동일하다. 혹은, 플라즈마 리액터(30)를 생략하고, 플라즈마 처리를 완전히 행하지 않아도 된다. 플라즈마 처리를 생략하면, 이것에 요하는 에너지를 삭감할 수 있다. 또, 플라즈마 리액터(30)를 생략하면, 더욱 장치의 소형화와 저비용화가 가능해진다.

상기의 제1 흡착탑(20a)에 대한 탈착 공정(도 4a)에서는, 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스의 일부를 밸브(61a) 및 송풍기(60a)를 통과하여 제1 흡착탑(20a)의 흡착층에 재차 유입시켰다. 이것은, 밸브(74a)를 통과하여 공급되는 한정된 양의 탈착용 가스를 이용하여, 흡착층을 통과하는 탈착용 가스의 유량을 증대시키기 위해서이다. 이에 의해, 탈착 공정에 요하는 시간을 짧게 할 수 있다. 흡착층에 재차 유입시키는 탈착용 가스의 양(유량)은 송풍기(60a)의 풍속을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 단, 본 발명에서는, 밸브(61a) 및 송풍기(60a)를 포함하는 탈착용 가스 순환 유로를 생략해도 된다. 제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정에 있어서도 동일하다.

상기의 제1 흡착탑(20a)에 대한 냉각 공정(도 4b)에서는, 엔진(10)에는, 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한 대기에 더하여, 밸브(71)를 통과한 대기를 유입시켰다. 이것은, 밸브(71)를 닫은 경우에, 엔진(10)에 의한 흡기계의 압력 손실이 너무 커지지 않도록 하기 위해서이다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 냉각 공정에서는, 밸브(71)를 닫고 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한 대기만을 유입시켜도 된다. 제2 흡착탑(20b)에 대한 냉각 공정에 있어서도 동일하다.

상기의 제1 흡착탑(20a)에 대한 냉각 공정(도 4b)에 있어서, 제1 흡착탑(20a)의 흡착층에 도입되는 냉각용 가스(93)로서 대기를 이용하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 라디에이터(50)로 냉각되고 제2 흡착탑(20b)을 통과한 정화된 배기가스의 적어도 일부를 이용해도 된다. 이에 의해, 냉각된 배기가스가 제1 흡착탑(20a)의 흡착층을 통과한 후 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된다. 따라서, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 엔진(10)의 흡기 중의 산소 농도가 저하한다. 그 결과, 연소 온도가 저하하여, 배기가스 중의 NO_X 함유량을 더욱 저하시킬 수 있다. 제2 흡착탑(20b)에 대한 냉각 공정에 있어서도 동일하다.

상기의 실시 형태에서는, 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정을 이 순서로 행할 때마다 흡착탑을 전환하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 흡착 공정, 탈착 공정, 냉각 공정을 이 순서로 행할 때마다 흡착탑을 전환해도 된다.

도 4a∼도 4c의 배관도는 일례로서, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 3방향 밸브를 밸브로 치환하거나, 반대로 밸브를 3방향 밸브로 치환하거나 해도 된다. 또, 밸브나 3방향 밸브의 위치를 변경해도 된다. 예를 들면, 밸브(73a, 73b)의 위치를 흡착탑(20a, 20b)의 전열 유로와 DPF(40) 사이의 유로 상으로 변경해도 된다. 이에 의해, 밸브(73a, 73b)에 요구되는 내열성의 정도를 저하시킬 수 있다.

배기가스 처리 장치가 3 이상의 흡착탑을 갖고 있어도 된다.

(실시 형태 4)

본 발명의 실시 형태 4에 따른 배기가스 처리 장치는, 흡착탑을 2개 갖는 점에서 실시 형태 3에 따른 배기가스 처리 장치와 공통된다. 단, 탈착 공정에 관해, 본 실시 형태 4는 실시 형태 2와 동일한 점에서, 실시 형태 1과 동일한 실시 형태 3과 다르다.

본 실시 형태 4의 배기가스 처리 장치는, 실시 형태 3의 그것과 동일하게, 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정으로 이루어지는 3 공정을 행할 때마다 이 3 공정을 행하는 흡착탑을 전환한다. 도 5a, 도 5b, 도 5c는, 각각, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 배기가스 처리 장치에 있어서, 제1 흡착탑에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에서의 가스의 흐름을 도시한 도면이다. 도 5a∼도 5c에 나타낸 기호의 의미는 도 2에 나타낸 바와 같다. 도 5a∼도 5c에 있어서, 도 3a∼도 3c, 도 4a∼도 4c와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그들의 설명을 생략한다. 제2 흡착탑에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에서의 가스의 흐름은, 도 5a, 도 5b, 도 5c와 대칭이므로 도시를 생략한다.

본 실시 형태 4는, 송풍기(60a, 60b), 플라즈마 리액터(30)가 생략되어 있는 점, 및, 3방향 밸브(70)와 밸브(77a, 77b)를 연결하고, 밸브(61a, 61b) 및 흡착탑(20a, 20b)을 통하지 않는 경로 상에 밸브(79a, 79b)가 설치되어 있는 점에서 실시 형태 3과 다르다.

제1 흡착탑(20a)에 대한 탈착 공정(도 5a)에서는, 제1 흡착탑(20a)의 흡착제에 흡착된 피처리 성분을 흡착제로부터 탈착시켜, 제1 흡착탑(20a)의 흡착제를 재생한다. 피처리 성분을 탈착시키기 위해, 피처리 성분을 흡착한 흡착제를 배기가스의 열을 이용하여 가열한다. 한편, 제2 흡착탑(20b)은, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 피처리 성분을 흡착한다. 탈착 공정에서의 가스의 흐름을 설명한다. 엔진(10)은, 그 배기구(10e)로부터 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 배출한다. 배기가스는, 밸브(73a)를 통해, 제1 흡착탑(20a)의 전열 유로를 통과한다. 배기가스가 전열 유로를 통과할 때, 배기가스의 열에너지가 제1 흡착탑(20a) 내의 흡착층의 흡착제에 전달된다. 그 결과, 제1 흡착탑(20a) 내의 흡착제는 가열되고, 한편, 배기가스는 냉각된다. 냉각된 배기가스는, DPF(40)로 배기가스 중의 입자형상 물질(예를 들면, 그을음)이 제거된 후, 라디에이터(50)로 더 냉각되며, 3방향 밸브(70), 밸브(79b)를 통과하고, 제2 흡착탑(20b)의 흡착층을 통과한다. 흡착층에는 흡착제가 충전되어 있고, 배기가스가 흡착제의 간극을 통과할 때에, 흡착제는 배기가스 중에 포함된 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착한다. 제2 흡착탑(20b)을 통과하여 피처리 성분이 흡착된 배기가스는, 밸브(75b)를 통과하고, 그 일부는 밸브(76a)를 통과하여 대기 중으로 방출되고, 나머지는 밸브(61a)를 통과하여, 제1 흡착탑(20a)의 흡착층에 유입된다. 흡착층 내의 흡착제는 전열 유로를 통과한 배기가스에 의해 가열되어 있으므로, 흡착제에 흡착되어 있었던 피처리 성분이 탈착되어 배기가스와 함께 제1 흡착탑(20a) 바깥으로 운반된다. 피처리 성분을 포함하는 배기가스는, 밸브(77a)를 통과하여 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된다. 엔진(10)은, 밸브(71)를 통과한 대기(91)와 흡착탑(20)을 통과한 피처리 성분을 포함하는 배기가스를 흡입한다.

제1 흡착탑(20a)에 대한 냉각 공정(도 5b)에서는, 도 4b에서 설명한 것과 동일한 처리가 행해진다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다. 이 때, 밸브(79a)는 열려 있어도 닫혀 있어도 된다. 밸브(79b)는 열린다.

제1 흡착탑(20a)에 대한 흡착 공정(도 5c)에서는, 밸브(79a, 79b)를 열고 도 4c에서 설명한 것과 동일한 처리가 행해진다. 따라서, 상세한 설명을 생략한다.

제2 흡착탑(20b)에 대한 탈착 공정, 냉각 공정, 흡착 공정에서의 가스의 흐름은, 상기의 설명을, 부재의 부호의 첨자 「a」와 「b」를 바꿔 읽으면 된다.

본 실시 형태 4는, 상기 이외는 실시 형태 3과 동일하고, 실시 형태 3과 동일한 효과를 발휘한다. 또한, 탈착 공정은 실시 형태 2와 동일하므로, 실시 형태 2와 동일한 효과를 발휘한다.

실시 형태 2에서 설명한 바와 같이, 탈착 공정에 있어서, 탈착용 가스로서 배기가스 이외의 기체를 이용하는 것도 가능하다.

또, 실시 형태 2, 3에서 설명한 여러 가지의 변경예는, 본 실시 형태 4에도 그대로, 혹은 자명한 수정을 더하여 적용할 수 있으며, 그 경우는 실시 형태 2, 3과 동일한 효과를 발휘한다.

(흡착탑)

본 발명의 배기가스 처리 장치에 이용되는 흡착탑(20, 20a, 20b)의 한 실시 형태를 설명한다. 도 6a는 흡착탑(20, 20a, 20b)의 측면도, 도 6b는 도 6a의 화살표 6B의 방향에서 본 흡착탑(20, 20a, 20b)의 투시도, 도 6c는 도 6a의 화살표 6C의 방향에서 본 흡착탑(20, 20a, 20b)의 투시도이다.

흡착탑(20, 20a, 20b)은, 대략 사각뿔체 형상의 제1 및 제2 덕트(21, 22)와 중공 사각기둥 형상의 본체(25)를 구비한다. 본체(25)의 일단의 플랜지(25a)가 제1 덕트(21)의 플랜지(21a)와 접속되고, 본체(25)의 타단의 플랜지(25b)가 제2 덕트(22)의 플랜지(22a)와 접속되며, 본체(25)와 이것을 사이에 둔 제1 및 제2 덕트(21, 22)가 일체화되어 있다. 제1 덕트(21) 및 제2 덕트(22)는, 각각 배기가스 처리 장치의 배관과 접속되는 제1 접속구(21b) 및 제2 접속구(22b)를 구비한다.

본체(25)의 양단 근방의 대각 위치에 제3 및 제4 덕트(23, 24)가 형성되어 있다. 제3 덕트(23) 및 제4 덕트(24)는, 각각 배기가스 처리 장치의 배관과 접속되는 제3 접속구(23b) 및 제4 접속구(24b)를 구비한다.

본체(25) 내에는, 흡착제(26a)가 충전된 복수의 흡착층(26)과, 복수의 전열 유로(27)가 교대로 배치되어 있다. 복수의 흡착층(26)은, 제1 및 제2 덕트(21, 22)를 통해 제1 및 제2 접속구(21b, 22b)와 접속되어 있다. 또, 복수의 전열 유로(27)는, 제3 및 제4 덕트(23, 24)를 통해 제3 및 제4 접속구(23b, 24b)와 접속되어 있다. 흡착제(26a)가 흡착층(26)으로부터 밖으로 흘러나오지 않도록, 플랜지(25a)와 플랜지(21a)의 사이 및 플랜지(25b)와 플랜지(22a)의 사이에는 금속 메시(도시 생략)가 끼워져 있다.

도 6a∼도 6c에 있어서, 실선은 탈착 공정에 있어서 흡착층(26) 내의 흡착제(26a)를 가열하기 위한 고온의 배기가스(G_E)의 흐름을 나타내고, 파선은 탈착 공정에 있어서 흡착제(26a)로부터 탈착된 피처리 성분을 흡착탑(20, 20a, 20b) 바깥으로 운반하는 탈착용 가스(G_N)의 흐름을 나타내고 있다. 고온의 배기가스(G_E)는, 제3 접속구(23b)로부터 유입되고, 제3 덕트(23) 내에 있어서 복수의 흐름으로 분기되며, 본체(25) 내의 복수의 전열 유로(27) 내를 흐르고, 제4 덕트(24) 내에 있어서 1개의 흐름으로 모아져 제4 접속구(24b)로부터 유출된다. 한편, 탈착용 가스(G_N)는, 제1 접속구(21b)로부터 유입되고, 제1 덕트(21) 내에 있어서 복수의 흐름으로 분기되며, 본체(25) 내의 복수의 흡착층(26) 내를 흐르고, 제2 덕트(22) 내에 있어서 1개의 흐름으로 모아져 제2 접속구(22b)로부터 유출된다. 고온의 배기가스(G_E)에 의해 흡착제(26a)가 가열됨으로써 흡착제(26a)에 흡착되어 있었던 NO_X를 포함하는 피처리 성분이 탈착된다. 탈착된 피처리 성분은, 탈착용 가스(G_N)와 함께 흡착탑(20, 20a, 20b) 바깥으로 운반된다. 배기가스(G_E)와 탈착용 가스(G_N)는, 흡착층(26)과 전열 유로(27) 사이의 격벽(28)에 의해 분리되고, 서로 섞이는 일은 없다. 전열 유로(27)로부터 흡착층(26) 내의 흡착제(26a)로의 열 전달이 용이해지도록, 흡착층(26) 내에는 양측의 격벽(28)과 접하는 주름판 형상의 전열 핀(29)이 설치되어 있다. 전열 핀(29)은 흡착제(26a) 내에 매설되어 있다.

흡착 공정에서는, 배기가스는, 탈착 공정에서의 탈착용 가스(G_N)의 흐름과는 반대로, 제2 접속구(22b)로부터 유입되고, 본체(25) 내의 복수의 흡착층(26) 내를 흐르며, 제1 접속구(21b)로부터 유출된다. 이 때, 전열 유로(27) 내에는 가스는 흐르지 않는다.

냉각 공정에서는, 냉각용 가스는, 탈착 공정에서의 탈착용 가스(G_N)의 흐름과 동일하게, 제1 접속구(21b)로부터 유입되고, 본체(25) 내의 복수의 흡착층(26) 내를 흐르며, 제2 접속구(22b)로부터 유출된다. 이 때, 전열 유로(27) 내에는 가스는 흐르지 않는다.

상기와 같이, 흡착 공정에서의 배기가스와 탈착 공정에서의 배기가스(G_E)가 본체(25) 내를 같은 방향으로(플랜지(25b)측으로부터 플랜지(25a)측으로) 흐르는 것이 바람직하다. 또한, 탈착 공정에서는, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 본체(25) 내에서 배기가스(G_E)와 탈착용 가스(G_N)가 대향류가 되는 것이 바람직하다. 이것은 이하의 이유에 의한다. 흡착 공정에서는, 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분은 본체(25) 내의 상류측(플랜지(25b)측)일수록 보다 많이 흡착된다. 따라서, 탈착 공정에서는, 가열용의 배기가스(G_E)를, 흡착 공정에서의 배기가스와 같은 방향으로 흐르게 함으로써, 피처리 성분이 보다 많이 흡착된 측(플랜지(25b)측)을 탈착 공정에 있어서 보다 고온으로 할 수 있으므로, 열에너지를 유효하게 사용하여 피처리 성분을 효율적으로 탈착시킬 수 있다. 한편, 탈착 공정에 있어서, 탈착용 가스(G_N)를 가열용의 배기가스(G_E)와 같은 방향으로(플랜지(25b)측으로부터 플랜지(25a)측으로) 흐르게 하면, 피처리 성분이 보다 많이 흡착된 상류측(플랜지(25b)측)에서 탈착된 피처리 성분이 하류측에서 흡착제에 재흡착되기 쉬워진다. 이것은, 흡착제의 피처리 성분에 대한 흡착력은, 흡착제의 피처리 성분의 흡착량에 반비례하는 것, 및, 하류측은, 흡착 공정에 있어서 피처리 성분의 흡착량이 적은 것에 의한다. 따라서, 흡착 공정 및 탈착 공정에서의 배기가스 및 탈착용 가스는 상기의 방향으로 흐르는 것이 바람직하다. 단, 흡착탑(20, 20a, 20b)의 크기, 구성, 배치 장소 등에 따라서는 가스 흐름의 방향은 상기 이외의 방향이어도 된다.

흡착제(26a)로서는, 특별히 제한은 없고, NO_X를 포함하는 피처리 성분의 흡착 및 탈착을 행할 수 있는 공지의 재료를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, Mn-Cu 복합 산화물의 펠릿에 루테늄산 칼륨을 1wt% 담지시킨 것, 몰레큘러시브 13X 등을 이용할 수 있다.

도 6a∼도 6c에 나타낸 흡착탑(20, 20a, 20b)의 구성은 일례에 지나지 않고, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 적절히 변경할 수 있다.

예를 들면, 흡착층과 전열 유로를 교대로 배치하는 것이 아니라, 전열 유로가, 흡착층 내에 매몰된 1개 또는 복수개의 금속관이어도 된다. 전열 유로를 흡착층 내에 매몰하는 경우, 전열 면적을 크게 하기 위해, 전열 유로로서 편평한 관을 이용하는 것이 바람직하다. 편평한 관은, 적당한 직경의 원통형상의 금속관을 압축하거나, 오목면을 이루는 2장의 금속 직사각형을 마주보게 하여 접합하거나 해서 제작할 수 있다.

일반적으로 NO_X에 대한 흡착제의 흡착 능력은 습도가 낮을수록 향상하므로, 제습제를 흡착제에 혼합하거나, 혹은 흡착제에 대해 흡착 공정에서의 배기가스의 흐름의 상류측에 제습제를 배치하거나 해도 된다. 제습제로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 실리카겔, 몰레큘러시브 5A, 3A, 13X 등을 이용할 수 있다.

(플라즈마 리액터)

본 발명의 배기가스 처리 장치에 이용되는 플라즈마 리액터(30)의 한 실시 형태를 설명한다.

도 7a는, 플라즈마 리액터(30)에 사용되는 연면 방전 소자(80)의 측면도, 도 7b는 도 7a의 7B-7B선을 따른 화살표 투시 단면도이다. 일단이 닫혀진 중공 원통 형상을 갖고 세라믹스로 이루어지는 외통(81)의 외주면에 플라즈마를 발생하기 위한 소결 금속제의 방전 전극(82)이 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 방전 전극(82)의 형성 영역은 외통(81)의 거의 반분의 둘레에 걸쳐 있다. 외통(81)의 외주벽 내에, 방전 전극(82)과 대향하도록 매설 전극(83)이 매설되어 있다. 예를 들면 방전 전극(82)을 접지하고(전위 0), 매설 전극(83)에 교번 전압을 인가하면, 외통(81)의 외주면을 따라 플라즈마가 발생한다. 교번 전압으로서는, 예를 들면 도 8a에 나타낸 바와 같은 약 12.5kHz, 3.8kV의 교류 전압을 이용할 수 있다. 혹은, 도 8b에 나타낸 바와 같은 펄스형상 전압이어도 된다. 1개의 연면 방전 소자(80)의 방전 전력은 예를 들면 약 12W이다. 외통(81) 내에는 구리막대(87)가 삽입되어 있고, 외통(81) 바깥으로 노출된 구리막대(87)의 일단에는 방열을 위한 라디에이터(방열 핀)(84)가 설치되어 있다. 외통(81)과 구리막대(87) 사이의 간극에는 열 전도성 페이스트(85)가 충전되어 있다. 이에 의해, 가열에 의한 전극 접점의 용융을 방지할 수 있다. 외통(81)의 개구단 근방에는, 연면 방전 소자(80)를 부착하기 위한 플랜지(86)가 형성되어 있다. 이러한 연면 방전 소자(80)로서는 (주)마스다연구소제의 OC-002를 이용할 수 있다.

도 9a는, 플라즈마 리액터(30)의 측면 단면도, 도 9b는 도 9a의 9B-9B선을 따른 화살표 투시 단면도이다. 플라즈마 리액터(30)는, 상술한 복수개의 연면 방전 소자(80)와, 이것을 수납하는 본체(31)를 구비한다. 본체(31)는, 알루미늄을 절삭 가공하여 제조되어 있고, 그 길이방향의 일단의 제1 접속구(32)와, 타단의 제2 접속구(33)와, 제1 접속구(32) 및 제2 접속구(33) 사이의 가스 유로(34)와, 가스 유로(34)와 제1, 제2 접속구(32, 33)의 사이에 설치된, 가스의 유로폭을 변화시키는 제1, 제2 가스 확산부(35, 36)를 갖는다. 가스 유로(34) 상에 연면 방전 소자(80)의 외통(81)을 수납하는 원통면을 갖는 복수의 소자 수납부(37)가 형성되어 있다. 연면 방전 소자(80)는, 그 외통(81) 상에 형성된 방전 전극(82)이 제1 접속구(32)측을 향하도록 설치되어 있다.

탈착 공정에 있어서, NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 탈착용 가스는, 제1 접속구(32)에 유입되고, 제1 가스 확산부(35)에서 연면 방전 소자(80)의 길이방향으로 확산되며, 가스 유로(34)에 유입되고, 소자 수납부(37)에서는 연면 방전 소자(80)의 외주면의 근방을 흐르고, 제2 가스 확산부(36)에서 집속되며, 제2 접속구(33)로부터 유출된다. 이 때, 연면 방전 소자(80)가 발생하는 플라즈마에 의해, 탈착용 가스에 포함되는 NO_X가 N₂로 환원된다. 연면 방전 소자(80)의 외통(81)의 외주면과 소자 수납부(37)의 내주면 사이의 간극 d는 1mm 정도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라즈마 발생 영역을 통과하는 가스량이 최대가 되어, 높은 NO_X 환원 성능이 얻어지는 것을 실험에 의해 확인하고 있다. 서로 이웃하는 연면 방전 소자(80)의 간격 L은 0 이상이면 되고, 특별히 제한은 없다.

본 발명에 있어서 플라즈마 리액터(30)의 구성은 상기에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다.

예를 들면, 도 9a, 도 9b에 나타낸 복수의 플라즈마 리액터(30)를 직렬 또는 병렬로 접속하여 이용해도 된다.

탈착용 가스를, 제2 접속구(33)에 유입시키고, 제1 접속구(32)로부터 유출시켜도 된다.

연면 방전 소자(80)의 방전 전극(82)은, 외통(81)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있어도 된다.

도 9a, 도 9b에 나타낸 플라즈마 리액터(30)에서는, 연면 방전 소자(80)의 연면 방전이 발생하는 면(즉, 외통(81)의 외주면)을 따라 탈착용 가스가 흐르도록 탈착용 가스의 유로를 규제하는 가스 유로 규제 형상으로서 소자 수납부(37)를, 본체(31)의 가스 유로(34) 상에 절삭 가공에 의해 형성하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이, 가스 유로 규제 부재(38)를 본체(31)와는 별도로 본체(31)에 설치해도 된다. 가스 유로 규제 부재(38)는, 반원통 형상을 갖고, 둘레방향의 중앙 부분에 연면 방전 소자(80)의 길이방향과 평행한 슬릿(39)이 형성되어 있다. 가스 유로 규제 부재(38)의 내주면은, 연면 방전 소자(80)의 외통(81)의 외주면과 대략 일정 간격으로 이간되는 원통면이다. 이 원통면이, 탈착용 가스(G_N)가 연면 방전 소자(80)의 외통(81)의 외주면을 따라 흐르도록 탈착용 가스(G_N)의 유로를 규제하는 가스 유로 규제 형상으로서 기능한다. 가스 유로 규제 부재(38)는, 연면 방전 소자(80)에 대해 탈착용 가스(G_N)의 흐름의 상류측에, 일정 두께로 형성된 가스 유로(34) 상에 설치된다. 연면 방전 소자(80)는, 그 외통(81) 상에 형성된 방전 전극(82)이 슬릿(39)측을 향하도록 설치된다. NO_X를 포함하는 피처리 성분을 포함하는 탈착용 가스(G_N)는, 가스 유로 규제 부재(38)의 슬릿(39)을 통과하여, 연면 방전 소자(80)의 외주면의 근방을 흐른다.

도 10a 및 도 10b에 있어서, 가스 유로 규제 부재(38)를 반원통 형상이 아니라, 연면 방전 소자(80)의 전체 주위를 둘러싸는 원통형상으로 하고, 중심축에 대해 대칭 위치에 한 쌍의 슬릿을 형성해도 된다. 이 경우, 탈착용 가스(G_N)는, 한 쪽의 슬릿으로부터 가스 유로 규제 부재 내에 유입되고, 연면 방전 소자(80)의 외주면의 근방을 흐르며, 다른 쪽의 슬릿으로부터 유출된다.

(탈착용 가스)

탈착 공정에 있어서 흡착탑의 흡착층에 도입되는 탈착용 가스로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면 대기를 사용할 수 있다. 단, 탈착 공정에 있어서 플라즈마 처리를 행하는 경우에는, 탈착용 가스는, 산소 농도가 10vol% 이하의 저산소 가스인 것이 바람직하다. 이러한 저산소 가스로서, 예를 들면 순도 99.99vol%의 질소가스나, 산소 농도 10vol% 이하로 산소가스를 혼합한 질소가스를 사용할 수 있다. 본 발명자들은, 탈착용 가스로서 산소 농도를 여러 가지로 변경한 질소가스를 이용하여, 플라즈마 처리 후의 탈착용 가스 중의 NO_X의 잔존율을 실험에 의해 측정하였다. 그 결과, NO_X의 잔존율은, 산소 농도가 0vol%일 때 거의 0%(즉, NO_X 제거율이 거의 100%)이지만, 산소 농도가 증가함에 따라 증대하고, 산소 농도가 많을수록 플라즈마 처리에 의해 NO_X가 NO₂, HNO₃, N₂O₅, N₂O 등으로 변환되는 비율이 커지는 것을 확인하였다. 특히 산소 농도가 10vol%를 넘으면 플라즈마 처리에 의해 NO의 대부분이 NO₂ 등으로 변환되어, 배기가스 처리로서 불충분하였다.

산소 농도 10vol% 이하의 저산소 가스로서, 고순도 질소가스나 특별히 조정한 고농도 질소가스가 아니라, 실시 형태 2의 탈착 공정(도 3b) 및 실시 형태 4의 탈착 공정(도 5a)에서 설명한 바와 같이, 엔진으로부터의 배기가스를 이용할 수도 있다. 이에 의해, 산소 농도 10vol% 이하의 저산소 가스로서, 예를 들면 고순도 질소가스를 별도로 준비해 둘 필요가 없어지므로, 이를 위한 가스 봄베 등이 불필요해져, 장치를 소형화할 수 있다. 또, 운전 비용을 저감할 수 있다. 엔진(10)의 사양이나 운전 상황 등에 따라서는 엔진(10)으로부터의 배기가스를 그대로 산소 농도 10vol% 이하의 저산소 가스로서 사용해도 되지만, 산소 농도 10vol% 이하의 원하는 저산소 농도의 배기가스를 얻기 위해, 필요에 따라 주지의 수법을 채용해도 된다. 예를 들면, 엔진(10)의 연소통 내로의 연료 분사의 타이밍을 적절히 제어함으로써, 배기가스 중의 산소 농도를 저하시키는 것이 가능하다.

또한, 실시 형태 2의 탈착 공정(도 3b) 및 실시 형태 4의 탈착 공정(도 5a)에서 설명한 바와 같이, 탈착 공정에 있어서, 흡착층을 통과한, 피처리 성분인 NO_X를 포함하는 탈착용 가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입해도 된다. 이에 의해, 엔진(10)을 이용하여 NO_X의 일부를 분해할 수 있다. 이와 같이 NO_X의 분해를 엔진(10)을 이용하여 행하는 경우에는, 탈착용 가스는, 산소 농도가 10vol% 이하의 저산소 가스일 필요는 없고, 예를 들면 대기여도 된다. 따라서, 저산소 가스를 특별히 준비해 둘 필요가 없어지므로, 이를 위한 가스 봄베 등이 불필요해진다. 이 경우에, 흡착탑(20)의 흡착층에 도입되는 탈착용 가스로서 엔진(10)의 배기가스를 이용하면, 이른바 배기가스 순환(Exhaust Gas Recirculation)이 구성되고, 연소 온도가 저하하여, 배기가스 중의 NO_X 함유량을 더욱 저하시킬 수 있다.

실시예

(실시예 1)

실시 형태 1에서 설명한 도 1a∼도 1c의 동작을 행하는 배기가스 처리 장치를 이용하여, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 NO_X를 처리한 실시예를 나타낸다.

엔진(10)으로서 배기량 2×10^-4m³(200cc)의 디젤 엔진(얀마디젤(주)제 YDG200VS)을 이용하였다. 흡착탑(20)으로서, 9층의 전열 유로(27)와 10층의 흡착층(26)을 교대로 서로 이웃시켜 배치한 도 6a∼도 6c에 나타낸 흡착탑(20)을 이용하였다. 각 흡착층(26)에는 주름판 형상의 전열 핀(29)을 설치하고, 부피 체적 3×10^-3m³(3L)의 흡착제 펠릿을 충전하였다. 흡착제(26a)로서, Mn-Cu 복합 산화물의 펠릿에 루테늄산 칼륨을 1wt% 담지시켜 조제하였다. 플라즈마 리액터(30)로서, 12개의 연면 방전 소자(80)를 한 평면 상에 나열한 도 9a 및 도 9b에 나타낸 구조를 갖는 것을 사용하였다. 연면 방전 소자(80)로서 (주)마스다연구소제의 OC-002를 이용하였다. 병렬 접속한 12개의 연면 방전 소자(80)에, 합계 방전 전력이 120W가 되도록, 도 8b에 나타낸 펄스형상 고전압을 인가하였다.

60분의 흡착 공정(도 1a), 20분의 탈착 공정(도 1b), 및 20분의 냉각 공정(도 1c)으로 이루어지는 반복 단위를 반복하여 행하였다. 흡착 공정에 있어서 엔진(10)으로부터의 배기가스의 유량은 300×10^-3Nm³/min이었다. 탈착 공정에 있어서, 탈착용 가스로서 밸브(74)로부터 순도 99.99vol%의 질소가스를 유량 5.2×10^-3Nm³/min으로 도입하고, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 탈착용 가스의 일부를 유량 35×10^-3Nm³/min으로 송풍기(60)를 이용하여 흡착층에 재차 유입시켰다. 냉각 공정에 있어서, 냉각용 가스로서 밸브(75)로부터 대기를 유량 150×10^-3Nm³/min으로 도입하였다. 여기에서, 단위 「Nm³/min」은, 표준 상태(0℃, 대기압)에서의 체적 유량을 나타낸다. 엔진(10)의 부하는 1kW로 하였다. 플라즈마 리액터(30)를 동작시키는 탈착 공정과 동작시키지 않는 탈착 공정을 혼재시켰다.

흡착 공정에서는, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)와 DPF(40) 사이의 유로 상의 지점 A 및 흡착탑(20)으로부터 하류의 유로 상의 지점 B에서 가스 중의 NO_X의 농도(ppm)를 측정하였다.

탈착 공정에서는, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 리액터(30)로부터 하류의 유로 상의 지점 C에서 가스 중의 NO_X의 농도(ppm)를 측정하였다.

냉각 공정에서는, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)와 DPF(40) 사이의 유로 상의 지점 A 및 흡착탑(20)과 엔진(10)의 흡기구(10i) 사이의 유로 상의 지점 D에서 가스 중의 NO_X의 농도(ppm)를 측정하였다.

각 지점에서의 NO_X의 농도의 측정에는 (주)호리바제작소제 포터블 가스 분석계 PG-235를 사용하였다. 측정한 NO_X 농도로부터 NO_X의 질량 유량을 구하였다.

제N회째 및 제N+1회째의 반복 단위를 행한, 운전 개시로부터 2732분∼2932분의 200분간의 각 지점의 NO_X의 질량 유량의 측정 결과를 도 11에 나타낸다. 가로축은 경과 시간이고, 세로축은 NO_X의 질량 유량의 NO₂의 질량 유량으로의 환산량이다. 질량 유량은 환경으로의 부하를 직접적으로 나타내고 있다. 예를 들면 NO_X 질량 유량이 10g(NO₂)/h는, 배기량 200cc의 엔진(배기가스 유량 300×10^-3Nm³/min)에서는 280ppm의 NO_X 농도에 상당한다. 제N회째의 탈착 공정에서는 플라즈마 리액터(30)를 동작시키지 않고, 제N+1회째의 탈착 공정에서는 플라즈마 리액터(30)를 동작시켰다.

도 11로부터, 제N회째의 흡착 공정(「흡착(N)」) 및 제N+1회째의 흡착 공정(「흡착(N+1)」)에 있어서, 흡착탑(20)으로부터 하류의 지점 B에서는, 엔진(10)의 배기구(10e) 근방의 지점 A보다, NO_X의 질량 유량이 대폭으로 저감되어 있고, 흡착탑(20)에 의해 안정하게 NO_X의 제거가 행해지고 있는 것을 알 수 있다.

제N회째의 흡착 공정 및 제N+1회째의 흡착 공정의 60분간에 엔진(10)의 배기구(10e) 근방의 지점 A를 통과한 NO₂ 환산량을 1/3배(=20분/60분)한 NO₂ 환산량 AA_N, AA_N+1은, 각각 3.11g(NO₂), 3.01g(NO₂)이었다. 또, 제N회째의 냉각 공정(「냉각(N)」) 및 제 N+1회째의 냉각 공정(「냉각(N+1)」)의 20분간에 엔진(10)의 배기구(10e) 근방의 지점 A를 통과한 NO₂ 환산량 AC_N, AC_N+1은, 각각 3.66g(NO₂), 3.41g(NO₂)이었다. 한편, 제N회째의 냉각 공정(「냉각(N)」) 및 제N+1회째의 냉각 공정(「냉각(N+1)」)의 20분간에 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된(즉, 지점 D를 통과한) NO₂ 환산량 D_N, D_N+1은, 각각 1.18g(NO₂), 1.83g(NO₂)이었다.

이것으로부터, AA_N<AC_N, AA_N+1<AC_N+1이었다. 즉, 냉각 공정에 있어서, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 냉각용 가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입함으로써, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 NO₂ 환산량은 증가하였다. 이것은, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 냉각용 가스가 NO_X를 포함하고, 이 냉각용 가스가 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입되었기 때문이다.

그러나, AC_N-AA_N<D_N, AC_N+1-AA_N+1<D_N+1이었다. 즉, 냉각 공정에 있어서, NO_X를 포함하는 냉각용 가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입하는 것에 의한, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 NO₂ 환산량의 증가분은, 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입한 NO₂ 환산량에 비해 적었다. 이것은, 상술한 바와 같이, 흡기 중의 NO_X가 엔진(10)에 의해 분해되었기 때문이다.

플라즈마 리액터(30)로부터 하류의 지점 C에서의 NO_X의 질량 유량은, 플라즈마 리액터(30)를 동작시키고 있지 않은 제N회째의 탈착 공정(「탈착(N)」)에 비해, 플라즈마 리액터(30)를 동작시킨 제N+1회째의 탈착 공정(「탈착(N+1)」)에서는 대폭으로 감소하여, 대기 중으로 NO_X가 거의 방출되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 플라즈마 처리 장치에 대해 외부로부터 부여된 에너지는, 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 리액터(30)에서 소비한 120W뿐이었다. 이것의 엔진 부하에 대한 비율은, (120W×20분)/{1kW×(20분+20분+60분)}×100%=2.4%이다. 이와 같이, 탈착 공정에 있어서 플라즈마 리액터(30)를 동작시켰다고 해도, 극히 적은 에너지 소비량으로 NO_X를 처리할 수 있었다.

(실시예 2)

실시 형태 2에서 설명한 도 3a∼도 3c의 동작을 행하는 배기가스 처리 장치를 이용하여, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 NO_X를 처리한 실시예를 나타낸다.

엔진(10)으로서 배기량 2.19×10^-4m³(219cc)의 디젤 엔진(얀마디젤(주)제 YDG-200VS-6E)을 이용하였다. 흡착탑(20)으로서, 9층의 전열 유로(27)와 10층의 흡착층(26)을 교대로 서로 이웃시켜 배치한 도 6a∼도 6c에 나타낸 흡착탑(20)을 이용하였다. 각 흡착층(26)에는 주름판 형상의 전열 핀(29)을 설치하고, 부피 체적 2×10^-3m³(2L)의 흡착제 펠릿을 충전하였다. 흡착제(26a)로서, Mn-Cu 복합 산화물의 펠릿에 루테늄산 칼륨을 1wt% 담지시켜 조제하였다.

40분의 흡착 공정(도 3a), 15분의 탈착 공정(도 3b), 및 10분의 냉각 공정(도 3c)으로 이루어지는 반복 단위를 반복하여 행하였다. 탈착 공정에 있어서 엔진(10)으로부터의 배기가스의 유량은 300×10^-3Nm³/min이었다. 이 중, 270×10^-3Nm³/min을 대기 중으로 방출하고, 나머지 30×10^-3Nm³/min을 밸브(61), 흡착탑(20)의 흡착층, 밸브(77)를 순서대로 통과시켜 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입하였다. 엔진(10)의 흡기구(10i)에는, 이것에 더하여 밸브(71)를 통과한 280×10^-3Nm³/min의 대기를 도입하였다. 냉각 공정에 있어서, 냉각용 가스로서 밸브(75)로부터 대기를 유량 150×10^-3Nm³/min으로 도입하였다. 여기에서, 단위 「Nm³/min」은, 표준 상태(0℃, 대기압)에서의 체적 유량을 나타낸다. 엔진(10)의 부하는 1kW로 하였다.

도 3a∼도 3c에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)의 배기구(10e)와 밸브(72, 73) 사이의 유로 상의 지점 A에서 가스 중의 NO_X의 농도(ppm)를 측정하였다.

또한, 흡착 공정에서는, 상기 지점 A에 더하여, 도 3a에 나타낸 바와 같이 흡착탑(20)의 흡착층으로부터 하류의 유로 상의 지점 B에서 가스 중의 NO_X의 농도(ppm)를 측정하였다.

탈착 공정 및 냉각 공정에서는, 상기 지점 A에 더하여, 도 3b, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 흡착탑(20)의 흡착층과 엔진(10)의 흡기구(10i) 사이의 유로 상의 지점 D에서 가스 중의 NO_X의 농도(ppm)를 측정하였다.

운전 개시로부터 3409분∼3474분의 65분간의 제M회째의 반복 단위에서의 각 지점의 NO_X의 질량 유량의 측정 결과를 도 12에 나타낸다. 가로축은 경과 시간이고, 세로축은 NO_X의 질량 유량의 NO₂의 질량 유량으로의 환산량이다.

도 12로부터, 제M회째의 흡착 공정(「흡착(M)」)에 있어서, 흡착탑(20)으로부터 하류의 지점 B에서는, 엔진(10)의 배기구(10e) 근방의 지점 A보다, NO_X의 질량 유량이 대폭으로 저감되어 있고, 흡착탑(20)에 의해 안정하게 NO_X의 제거가 행해지고 있는 것을 알 수 있다.

제M회째의 탈착 공정(「탈착(M)」)의 15분간에 지점 D에서 측정되는 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입된 NO₂ 환산량 D_M은 2.11g(NO₂)이었다. 한편, 제M회째의 탈착 공정(「탈착(M)」)의 15분간에 지점 A에서 측정되는 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 배출된 NO₂ 환산량 A_M은 2.36g(NO₂)이었다. 제M회째의 흡착 공정(「흡착(M)」)의 40분간에 지점 A에서 측정되는 엔진(10)의 배기구(10e)로부터 배출된 NO₂ 환산량을 15/40배한 15분당의 NO₂ 환산량 AA_M은 1.86g(NO₂)이었다.

이것으로부터, AA_M<A_M이었다. 즉, 탈착 공정에 있어서, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 배기가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입함으로써, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 NO₂ 환산량은 증가하였다. 이것은, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 배기가스가 NO_X를 포함하고, 이 배기가스가 엔진(10)의 흡기구(10i)에 유입되었기 때문이다.

그러나, A_M-AA_M<D_M이었다. 즉, 탈착 공정에 있어서, 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 NO_X를 포함하는 배기가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입하는 것에 의한, 엔진(10)으로부터의 배기가스 중의 NO₂ 환산량의 증가분은, 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입한 NO₂ 환산량에 비해 적었다. 이것은, 상술한 바와 같이, 흡기 중의 NO_X가 엔진(10)에 의해 분해되었기 때문이다. 탈착 공정에 있어서 흡착탑(20)의 흡착층을 통과한 배기가스를 엔진(10)의 흡기구(10i)에 도입함으로써 저감된 NO_X의 배출량은, 2.11-(2.36-1.86)=1.61g(NO₂)이었다. 이와 같이, 플라즈마 리액터를 이용하지 않아도, 시스템 바깥으로의 NO_X의 배출량을 저감할 수 있었다.

이상에 설명한 실시 형태 및 실시예는, 모두 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 명확하게 하는 의도의 것으로서, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정하여 해석되는 것이 아니라, 그 발명의 정신과 청구의 범위에 기재하는 범위 내에서 여러 가지로 변경하여 실시할 수 있으며, 본 발명을 넓은 의미로 해석해야 한다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 이용 분야는 특별히 제한은 없고, NO_X를 포함하는 배기가스의 처리 장치로서 광범위하게 이용할 수 있다.

Claims

엔진의 배기구로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리 장치로서,
흡착제가 충전된 흡착층, 및 상기 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑과,
상기 배기구로부터 배출된 상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 흡착층에 도입하기 위한 배기구-흡착층간 배기가스 유로와,
상기 배기구로부터 배출된 상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 전열 유로에 도입하기 위한 배기구-전열 유로간 배기가스 유로와,
탈착용 가스를 상기 흡착층에 도입하기 위한 탈착용 가스 유로와,
냉각용 가스를 상기 흡착층에 도입하기 위한 냉각용 가스 유로와,
상기 흡착층을 통과한 상기 냉각용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하는 흡착층-흡기구간 냉각용 가스 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡착층과 상기 전열 유로가 서로 독립되어 있는 배기가스 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 냉각용 가스가, 상기 배기구로부터 배출된 상기 배기가스를 포함하는 배기가스 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스에 대해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 리액터를 더 구비하는 배기가스 처리 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 플라즈마 리액터가, 연면 방전을 발생하는 연면 방전 소자를 포함하는 배기가스 처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 연면 방전 소자의 상기 연면 방전이 발생하는 면을 따라 상기 탈착용 가스가 흐르도록 상기 탈착용 가스의 유로를 규제하는 가스 유로 규제 형상이 상기 플라즈마 리액터에 설치되어 있는 배기가스 처리 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 탈착용 가스가 산소 농도 10vol% 이하의 저산소 가스인 배기가스 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 저산소 가스가, 상기 전열 유로를 통과한 상기 배기가스의 적어도 일부인 배기가스 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스의 일부를 상기 흡착층에 도입하기 위한 탈착용 가스 순환 유로를 더 구비하는 배기가스 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 흡착층을 통과한 상기 탈착용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하기 위한 흡착층-흡기구간 탈착용 가스 유로를 더 구비하는 배기가스 처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 탈착용 가스가, 상기 전열 유로를 통과한 상기 배기가스의 적어도 일부인 배기가스 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 흡착층을 통과하는 상기 배기가스를 제습하기 위한 제습제를 더 구비하는 배기가스 처리 장치.
흡착제가 충전된 흡착층과, 상기 흡착층에 대해 열 전달을 행하는 전열 유로를 갖는 흡착탑을 이용하여, 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리 방법으로서,
상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 흡착층에 도입하여 상기 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 상기 흡착제에 흡착시키는 흡착 공정과,
상기 배기가스를 상기 흡착탑의 상기 전열 유로에 도입하여 상기 흡착층을 가열함과 더불어, 탈착용 가스를 가열된 상기 흡착층에 도입하여 상기 흡착제로부터 상기 피처리 성분을 탈착시키는 탈착 공정과,
냉각용 가스를 상기 흡착탑의 상기 흡착층에 도입하여 상기 흡착층을 냉각하고, 상기 흡착층을 통과한 상기 냉각용 가스를 상기 엔진의 흡기구에 도입하는 냉각 공정을 전환하여 행하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 흡착탑을 복수 이용하여, 상기 흡착 공정, 상기 탈착 공정, 및 상기 냉각 공정으로 이루어지는 3 공정을 행할 때마다 상기 3 공정을 행하는 흡착탑을 전환하는 배기가스 처리 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 복수의 흡착탑 중 1개의 흡착탑을 이용하여 상기 흡착 공정, 상기 탈착 공정, 및 상기 냉각 공정으로 이루어지는 3 공정을 행하고, 이것과 병행하여 상기 복수의 흡착탑 중 다른 1개의 흡착탑의 상기 흡착제에 상기 배기가스 중의 NO_X를 포함하는 피처리 성분을 흡착시키는 배기가스 처리 방법.
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