(57)【要約】【課題】長期にわたって安定、かつ、容易に運転管理し得るＮＯｘ浄化装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘ浄化装置１は、換気ガスＸ中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を物理吸着する吸着剤１５を収納した吸着装置１０と、換気ガスＸ中に含まれるＮＯを酸化させてＮＯ２を生成するための空気ガス供給装置４０と、吸着剤１５が予め設定された量のＮＯｘを吸着した場合、還元ガスを供給して、吸着装置１０内を還元ガス雰囲気に置換する置換ガス供給装置５０と、吸着装置１０が還元ガス雰囲気に置換された場合、吸着装置１０を減圧して、吸着剤１５に吸着されているＮＯｘを脱離させる吸気装置３０と、還元ガス雰囲気で放電処理することにより、脱離されたＮＯｘを消滅させる放電装置２０とを備える。【選択図】      図１
2010064044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気ガス流路に設置され、当該換気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を物理吸着する吸着剤を収納した吸着装置と、
前記換気ガス中に含まれるＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する手段と、
前記吸着剤が予め設定された量のＮＯｘを吸着した場合、還元ガスを供給して、前記吸着装置内を還元ガス雰囲気に置換する置換手段と、
前記吸着装置内が還元ガス雰囲気に置換された場合、前記吸着装置を減圧して、前記吸着剤に吸着されているＮＯｘを脱離させる脱離手段と、
前記還元ガス雰囲気で放電処理することにより、前記脱離されたＮＯｘを消滅させる手段と、
を備えたことを特徴とするＮＯｘ浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＮＯｘ浄化装置において、
前記脱離手段が、前記吸着装置を減圧するとともに加熱して、前記吸着剤に吸着されているＮＯｘを脱離させる
ことを特徴とするＮＯｘ浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＮＯｘ浄化装置において、
前記脱離手段が、前記吸着装置を抵抗ヒータにより加熱する
ことを特徴とするＮＯｘ浄化装置。
【請求項４】
請求項２に記載のＮＯｘ浄化装置において、
前記脱離手段が、前記吸着装置を高周波により加熱する
ことを特徴とするＮＯｘ浄化装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載のＮＯｘ浄化装置において、
前記還元ガスは、窒素ガスである
ことを特徴とするＮＯｘ浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車が走行するトンネルや地下駐車場等において、ＮＯｘを含む常温ガスを浄化するＮＯｘ浄化装置に係り、例えば、長期にわたって安定、かつ、容易に運転管理し得るＮＯｘ浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸性雨等による周辺環境汚染が深刻化している。このような背景の下、自動車が走行するトンネル及び地下駐車場等の換気ガスや、自動車走行量の多い交差点の沿道の排ガスなどに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害物質の排出規制が強化されている。
【０００３】
従来一般的に使用されている燃焼排ガス中のＮＯｘ浄化触媒は、ガス温度が低いと活性化しない。しかしながら、現状の自動車走行用トンネルなどの換気ガスは、ガス性状が常温の空気である。そのため、従来のＮＯｘ浄化触媒を、換気ガスのＮＯｘ浄化に使用することができない。
【０００４】
そこで、常温の酸素共存下における換気ガス中に含まれるＮＯｘ等を除去する方法として、主として２つの浄化方法が提案されている。
【０００５】
その１つの浄化方法は、換気ガス中のＮＯｘを吸着剤で吸着し除去する乾式のＮＯｘ吸着除去法である。ここでＮＯｘの構成成分は、ＮＯ（一酸化窒素）とＮＯ２（二酸化窒素）である。特に、ＮＯｘ中のＮＯ２が吸着剤に吸着され易い性質をもっているので、換気ガス中のＮＯ２を容易に吸着除去することが可能である。このＮＯｘ吸着除去法は、ＮＯ２の吸着飽和前に新たな吸着剤を交換することにより、ＮＯｘの除去性能を維持することができる。
【０００６】
しかしながら、換気ガス中のＮＯｘは、通常、約９割のＮＯと残り１割のＮＯ２とを構成成分とするので、吸着剤によるＮＯ２の吸着除去だけではＮＯｘの除去効率が非常に悪い。
【０００７】
そこで、この乾式のＮＯｘ吸着除去法は、ＮＯｘを吸着剤に吸着させる前に換気ガス中にＯ３（オゾン）を添加してＮＯとＯ３との酸化反応でＮＯ２に変換し、吸着剤によるＮＯｘの除去効率を上げている。
【０００８】
また、乾式のＮＯｘ吸着除去法は、ＮＯ２を十分に吸着した使用済みの吸着剤を、一旦別の再生工場に運び込んだ後、高温加熱処理や薬剤洗浄などを行って再使用可能な状態に再生し、新たに再利用する方法が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
他のもう１つの浄化方法は、ＮＯｘをアルカリ溶液で吸収して除去する湿式のＮＯｘ吸収除去法である。この湿式のＮＯｘ吸収除去法は、換気ガス中にアルカリ溶液を噴霧したり、換気ガスをアルカリ溶液中に送り込んでバブリングしたりすることにより、酸性ガスであるＮＯｘを吸収除去する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２４５７９号公報
【特許文献２】特開平６−９９０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した乾式のＮＯｘ吸着除去法を用いた浄化方法では、比較的手軽に吸着剤を使用することができること等から実用化されつつある。
【００１１】
しかしながら、乾式のＮＯｘ吸着除去法を用いた浄化方法では、再生工場による吸着剤の新たな再生処理やＮＯ２吸着飽和前の吸着剤の交換処理が必要となるので、運転管理やメンテナンスが煩雑、かつ、コスト高となる問題がある。また、長期にわたって換気ガスを浄化するためには、多数の吸着剤を設置する必要があり、設備コストの負担や設置スペースの増加などの問題がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、長期にわたって安定、かつ、容易に運転管理し得るＮＯｘ浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために、換気ガス流路に設置され、当該換気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を物理吸着する吸着剤を収納した吸着装置と、前記換気ガス中に含まれるＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する手段と、前記吸着剤が予め設定された量のＮＯｘを吸着した場合、還元ガスを供給して、前記吸着装置内を還元ガス雰囲気に置換する置換手段と、前記吸着装置内が還元ガス雰囲気に置換された場合、前記吸着装置を減圧して、前記吸着剤に吸着されているＮＯｘを脱離させる脱離手段と、前記還元ガス雰囲気で放電処理することにより、前記脱離されたＮＯｘを消滅させる手段と、を備えたＮＯｘ浄化装置を提供する。
【００１４】
＜作用＞
従って、本発明は、以上のような手段を講じたことにより、吸着剤に吸着されたＮＯｘを脱離・分解させて、吸着剤をその場で再生し、再生した吸着剤を用いて換気ガス中のＮＯｘを吸着除去できるので、長期にわたって安定、かつ、容易に運転管理し得るＮＯｘ浄化装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、長期にわたって安定、かつ、容易に運転管理し得るＮＯｘ浄化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
（ＮＯｘ浄化装置の構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１の構成を示す模式図である。
【００１８】
ＮＯｘ浄化装置１は、酸素と共存する換気ガスＸ中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害物質を浄化するものであって、吸着装置１０・放電装置２０・吸気装置３０（脱離手段）・空気供給装置４０（ＮＯ２生成手段）・還元ガス供給装置５０（置換手段）・切替弁６１〜６５・制御装置７０を備えている。また、各装置１０〜５０はガス管８０で接続されており、切替弁６１〜６５の開閉によりガスの流入及び流出が制御されている。
【００１９】
なお、換気ガスＸは、自動車が走行するトンネルや多数の自動車が駐車する地下駐車場等の換気ガスや、自動車の交通量が多い交差点における沿道の排ガス、その他の常温・低濃度の有害物質であるＮＯｘを含む各種のガスである。
【００２０】
吸着装置１０は、酸素の共存する常温ガスを取り込む換気ガス流路８１の適宜な個所に設置されており、換気ガスＸからＮＯｘ（窒素酸化物）を除去して浄化ガスＹにするものである。具体的には、吸着装置１０には、吸着剤１５が収納されており、この吸着剤１５が、換気ガス雰囲気のもとにＮＯｘを物理吸着する機能を有している。
【００２１】
補足すると、後述する放電装置２０からＯ３が供給されて、換気ガス中に含まれるＮＯｘの構成成分であるＮＯ（一酸化窒素）がＮＯ２（二酸化窒素）に酸化される。そして、このＮＯ２が吸着剤１５に物理吸着されることにより、ＮＯｘが除去される。
【００２２】
なお、吸着剤１５としては、ゼオライト系、貴金属系、活性炭素系、アルカリ金属系、アルカリ土類金属系、活性アルミナ系、シリカ系、マンガン酸化物系などの粒状体が積層したものが用いられる。これら吸着剤のうち、特にゼオライト系や活性アルミナ系の使用が望ましい。
【００２３】
放電装置２０は、空気供給装置４０から供給される空気ガスを放電処理してオゾンガス（Ｏ３）を生成する。そして、放電装置２０は、生成したＯ３を吸着装置１０の流入側の換気ガス流路８１に注入する。なお、放電装置２０は、図示されていないが、放電部と放電用電源とからなり、放電用電源から高圧ケーブル線を介して所望の放電用電圧を放電部に供給し、放電部による放電処理を行なう。
【００２４】
また、放電装置２０は、後述する処理により、吸着剤１５から脱離されたＮＯｘが吸着装置１０から流入された場合、当該ＮＯｘを放電処理により分解して消滅させる。
【００２５】
吸気装置３０は、吸着装置１０内を吸気して減圧するものである。例えば、吸気装置３０は制御装置７０により制御され、吸着装置１０内が還元ガス雰囲気に置換されたと判定された場合、吸着装置１０を減圧する。これにより、吸着剤１５に吸着されているＮＯｘが脱離される。
【００２６】
補足すると、吸着剤１５には、図２（Ａ）に示すように、大気圧によりＮＯ２が押さえ付けられている。この状態で減圧すると、図２（Ｂ）に示すように、吸着剤１５にＮＯ２を抑え付ける力が減少するのでＮＯｘが脱離することになる。脱離したＮＯｘは放電装置２０に流入される。
【００２７】
空気供給装置４０は、放電装置２０に空気ガスを供給するものである。
【００２８】
還元ガス供給装置５０は、空気ガスから還元ガスである窒素ガス（Ｎ２）を抽出し、吸着装置１０に供給する。例えば、還元ガス供給装置５０は制御装置７０により制御され、吸着装置１０に流入するＮＯｘの濃度から、吸着剤１５に吸着されるＮＯｘの許容量を超えたと判定された場合、吸着装置１０にＮ２ガスを供給する。これにより、吸着装置１０内が還元ガス雰囲気に置換される。なお、還元ガス供給装置５０としては、例えばＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）式窒素発生器などを用いることができる。また、還元ガス供給装置５０の内部に適宜に細孔径を持つ吸着剤を充填し、空気中のガス成分からＮ２ガスのみを分離して抽出することで、Ｎ２ガスを還元ガスとして供給する。
【００２９】
切替弁６１〜６５は、制御装置７０からの弁開閉制御指令を受けて開閉する弁であり、各装置１０〜５０に供給されるガスを制御する。
【００３０】
制御装置７０は、各装置の制御するものであり、後述する図４〜図６の運転モードの切り替えを行なう。
【００３１】
（ＮＯｘ浄化装置の動作）
図３は本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３２】
ＮＯｘ浄化装置１は、電源を入れると吸着運転を開始する（Ｓ１）。そして、ＮＯｘ浄化装置１は、吸着剤１５に吸着するＮＯｘの吸着量が許容量を超えると（Ｓ２−Ｙｅｓ）、置換運転および再生運転を行なった後（Ｓ３，Ｓ４）、再び吸着運転を開始する。以後、ＮＯｘ浄化装置１は、これらの処理を順次繰り返し動作する。
【００３３】
図４はＮＯｘの吸着運転時の状態を示す模式図である。
【００３４】
ＮＯｘの吸着を行なう場合、制御装置７０から弁開閉制御指令が送出され、切替弁６１，６２，６４が開かれ、その他の切替弁６３，６５が閉じられる。これにより、換気ガス流路８１から取り込む有害物質であるＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）を含む常温換気ガスＸが吸着装置１０に導入される。
【００３５】
続いて、制御装置７０の制御により、空気供給装置４０および放電装置２０が起動されてＯ３ガスが吸着装置１０内に導入される。具体的には、Ｏ２（酸素）を含む空気ガスが空気供給装置４０から放電装置２０に取り込まれる。そして、放電装置２０において、放電処理が行なわれ、その放電反応により空気ガスからＯ２が解離されてＯ３が生成される。生成されたＯ３は、吸着装置１０の流入側の換気ガス流路８１に注入される。
【００３６】
換気ガス流路８１では、注入されたＯ３と換気ガスＸ中のＮＯとが反応し、ＮＯｘの構成成分であるＮＯがＮＯ２に酸化される。そして、酸化されたＮＯ２が、吸着装置１０内で吸着剤１５に吸着される。
【００３７】
要するに、換気ガスＸの約９割を占めるＮＯが酸化分解によってＮＯ２に変換されるので、吸着装置１０内の吸着剤１５に確実に吸着させることができる。この結果、常温換気ガスＸ中からＮＯｘを効率よく除去できる。なお、Ｏ３の注入濃度はＮＯｘ濃度中のＮＯ濃度と同一モル数濃度が好ましい。
【００３８】
図５は還元ガスへの置換運転時の状態を示す模式図である。
【００３９】
ＮＯｘ浄化装置１の吸着処理開始後、所要とする期間が経過した場合、吸着剤１５に吸着されるＮＯｘの吸着量が許容量を超えたとみなすことができる。この場合、制御装置７０により、吸着装置１０内を還元ガス雰囲気に置換するために弁開閉制御指令が送出され、切替弁６３，６５が開かれ、その他の切替弁６１，６２，６４が閉じられる。ここで、所要とする期間は、吸着剤１５がＮＯ２の吸着飽和を起こす前の期間に設定される。例えば自動車の通行量、空気中の汚染状態、吸着剤１５の種類、ＮＯｘの発生量等から定められ、予め制御装置７０の設定用メモリ（図示せず）等に適宜可変可能に設定される。
【００４０】
続いて、制御装置７０の制御により、還元ガス供給装置５０および吸気装置３０が起動され（ＯＮ）、放電装置２０が停止される（ＯＦＦ）。この際、還元ガス供給装置５０が、起動に伴って空気ガスを取り込み、空気中のガス成分からＮ２ガスのみを分離して抽出する。そして、吸着装置１０の下流側から還元ガスが供給され、吸着装置１０内が還元ガス雰囲気に置換される。
【００４１】
なお、吸着剤に吸着されるＮＯｘの吸着量が許容量を超えたか否かは、例えば、吸着装置１０に流入するＮＯｘの濃度から判定してもよい。
【００４２】
図６は吸着剤１５の再生運転時の状態を示す模式図である。
【００４３】
吸着装置１０内が還元ガス雰囲気状態に十分に置換されたことを制御装置７０が判定すると、吸着剤１５に対する再生処理が実行される。このとき、制御装置７０は、酸素センサにて吸着装置１０内のＯ２ガス濃度を検知し、還元ガス雰囲気状態に十分に置換されているか否かを判定する。Ｏ２ガス濃度が低ければＮ２ガス濃度が高いとみなすことができるからである。
【００４４】
再生処理の実行に際しては、制御装置７０により、再生処理を実行するための弁開閉制御指令が送出される。これにより、切替弁６５が開かれ、切替弁６１，６２，６３，６４が閉じられた後、吸気装置３０および放電装置２０が起動される（ＯＮ）。
【００４５】
吸気装置３０の起動にともない吸着装置１０が吸気される。ここでは、切替弁６１，６２，６３，６４が閉じているため、吸着装置１０内が還元ガス雰囲気下で減圧される。吸気装置１０が還元ガス雰囲気下で減圧されると、吸着装置１０内の吸着剤に吸着しているＮＯｘが脱離する。
【００４６】
そして、脱離したＮＯｘは放電装置２０内に導かれる。放電装置２０では、減圧された還元ガス（Ｎ２）雰囲気で放電処理が行われる。これにより、吸着剤１５から脱離して放電装置２０内へ流れるＮＯｘであるＮＯ、ＮＯ２が放電反応の作用により無害なＮ２に還元分解され、消滅する。
【００４７】
（ＮＯｘ浄化装置の効果）
以上説明したように、本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１は、換気ガスＸ中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を物理吸着する吸着剤１５を収納した吸着装置１０と、換気ガスＸ中に含まれるＮＯを酸化させてＮＯ２を生成するための空気ガス供給装置４０と、吸着剤１５が予め設定された量のＮＯｘを吸着した場合、還元ガスを供給して、吸着装置１０内を還元ガス雰囲気に置換する置換ガス供給装置５０と、吸着装置１０が還元ガス雰囲気に置換された場合、吸着装置１０を減圧して、吸着剤１５に吸着されているＮＯｘを脱離させる吸気装置３０と、還元ガス雰囲気で放電処理することにより、脱離されたＮＯｘを消滅させる放電装置２０とを備えているので、長期にわたって安定、かつ、容易に運転管理することができる。
【００４８】
すなわち、本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置では、図４〜図６の運転モードが制御装置７０の指令に基づき順次繰り返し動作されるので、吸着剤１５に吸着されたＮＯｘを脱離・分解させて、吸着剤１５をその場で再生し、再生した吸着剤１５を用いて換気ガスＸ中のＮＯｘを吸着除去することができる。要するに、吸着装置１０内の吸着剤１５は、設置状態を固定したまま再生処理を行うことができるので、新しい吸着剤と交換する必要がなく、また、取り外して再生施設に搬入する必要もない。
【００４９】
なお、本実施形態におけるＮＯｘ浄化装置１は、一つの利用例ではあるが、短時間で吸着剤１５をその場で再生可能であるため、例えば昼間の自動車などからのＮＯｘ排出の多い場合等でも、殆どＮＯｘの浄化に影響を与えずに、ＮＯｘの浄化処理と吸着剤の再生処理とを交互に行うことが可能である。
【００５０】
また、本実施形態のＮＯｘ浄化装置１によれば、吸着剤の再生処理を行なわない一般的なＮＯｘ浄化装置２よりも、小形化及び価格の低減化を図ることができる。
【００５１】
補足すると、ＮＯｘ浄化装置は、有害ガスが溜まるトンネル等のセミクローズされた場所に設置される。ここで、一般的なＮＯｘ浄化装置２では、半年から一年稼動できるように、多数の吸着剤を詰めている。それゆえ、図７に示すように、その設置スペースが広大であり、工事負担が多大であるという問題が生じている。これに対し、本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１は、吸着剤１５を再利用することができ、装置を小型化することができるので、設置スペースが小さくて済み、工事の労力も少なくて済む、という顕著な効果を有している。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
図８は本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１Ｓの構成を示す構成図である。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、特に説明がない限りは重複した説明を省略する。
【００５３】
本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１Ｓは、第１の実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１が抵抗ヒータ加熱装置９０をさらに備えたものである。この抵抗ヒータ加熱装置９０は、吸着装置１０を覆っており、吸着剤１５を加熱するものである。
【００５４】
本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１Ｓでは、吸気装置３０の吸気による減圧運転時に抵抗ヒータ加熱装置９０も同時に起動する。これにより、吸着剤１５に吸着したＮＯｘを、単に減圧するのに比して、短時間で脱離させることができ、より高効率な吸着剤１５の再生が可能となる。このように減圧手段のみならず加熱手段を併用するメリットとしては、加熱手段単独の場合と比較して減圧下になっているために、加熱温度が低温で済むこと、また、減圧手段単独の場合と比較して加熱手段を併用しているために短時間でＮＯｘ脱離が可能になることが挙げられる。
【００５５】
なお、吸着剤１５が加熱できれば、抵抗ヒータ加熱装置９０以外のものを用いてもよい。例えば、図９に構成を示すように、高周波加熱装置９１で吸着装置１０を覆う構成であってもよい。このような構成であっても、本発明者等の検討によれば、より効率よくＮＯｘを脱離することが可能であることが確認されている。
【００５６】
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る吸気装置３０による減圧の効果を説明するための模式図である。
【図３】同実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】同実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１のＮＯｘの吸着運転時の状態を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１の還元ガスへの置換運転時の状態を示す模式図である。
【図６】同実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１の吸着剤１５の再生運転時のフロー図である。
【図７】一般的なＮＯｘ浄化装置の設置状態を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１Ｓの構成を示す構成図である。
【図９】同実施形態に係るＮＯｘ浄化装置の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・ＮＯｘ浄化装置、１０・・・吸着装置、１５・・・吸着剤、２０・・・放電装置、３０・・・吸気装置、４０・・・空気供給装置、５０・・・還元ガス供給装置、６１〜６５・・・切替弁、７０・・・制御装置、８０・・・ガス管、８１・・・換気ガス流路、９０・・・抵抗ヒータ加熱装置、９１・・・高周波加熱装置、Ｘ・・・換気ガス、Ｙ・・・浄化ガス。
【図１】
2010064044.tif 000003
【図２】
2010064044.tif 000004
【図３】
2010064044.tif 000005
【図４】
2010064044.tif 000006
【図５】
2010064044.tif 000007
【図６】
2010064044.tif 000008
【図７】
2010064044.tif 000009
【図８】
2010064044.tif 000010
【図９】
2010064044.tif 000011