(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを中空部材に供給する段階と、
前記中空部材内部の中央部に配設される中央部電極と、該中空部材の内側に、該中央部電極に近接するように設けられる周部電極とを備えるプラズマ発生手段により、前記中央部電極から近接した前記周部電極に向けて放電し、前記中央部電極と前記周部電極との間を通過する前記排ガス中にプラズマを発生させる段階と、
前記プラズマ発生手段の後流側に、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設され、各々が螺旋形状の電流通路と該電流通路により形成される前記排ガスの通路とを備える複数の抵抗加熱手段により、前記複数の抵抗加熱手段の間に充填されるセラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される充填物を加熱する段階と、
前記複数の抵抗加熱手段および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱する段階と、
を含む排ガスの処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ発生手段は、前記中央部電極から前記周部電極に向けてグロー放電する、請求項１に記載の排ガスの処理方法。
【請求項３】
前記抵抗加熱手段は、前記排ガスを２００℃〜８００℃に加熱する、請求項１または２に記載の排ガスの処理方法。
【請求項４】
前記排ガスの処理方法は、排ガスをアルカリ水溶液に通す段階を含む、請求項１〜３に記載の排ガスの処理方法。
【請求項５】
前記排ガスの処理方法は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側または該抵抗加熱手段の前流側と後流側との両方に空気を供給する段階を含む、請求項１〜４に記載の排ガスの処理方法。
【請求項６】
前記排ガスに含まれる窒素酸化物および粒子状汚染物質を処理する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排ガスの処理方法。
【請求項７】
前記排ガスは、車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、またはゴミ焼却設備からの排気ガスである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガスの処理方法。
【請求項８】
排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材内部の中央部に配設される中央部電極と、該中空部材の内側に、該中央部電極に近接するように設けられる周部電極とを備え、前記中央部電極と前記周部電極との間を通過する前記排ガス中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側に配設され、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で設けられ、各々が螺旋形状の電流通路と該電流通路により形成される前記排ガスの通路とを備える複数の抵抗加熱手段と、
前記複数の抵抗加熱手段の間で、前記中空部材の内部かつ前記複数の抵抗加熱手段に隣接して充填される、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される充填物と、
を含み、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段によって加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱することを特徴とする、排ガス処理装置。
【請求項９】
前記中央部電極は、前記周部電極に向けてグロー放電する、請求項８に記載の排ガス処理装置。
【請求項１０】
前記排ガス処理装置は、さらに、アルカリ水溶液と、前記アルカリ水溶液を収容し、前記中空部材に連結される容器とを含む、請求項８または９に記載の排ガス処理装置。
【請求項１１】
前記アルカリ水溶液は、炭酸ナトリウム水溶液である、請求項１０に記載の排ガス処理装置。
【請求項１２】
前記排ガス処理装置は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側または該抵抗加熱手段の前流側と後流側との両方に空気を供給するための空気供給手段を含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車といった車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などの排ガスの処理方法および排ガス処理装置に関し、より詳細には、車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などから排出される排ガス中のガス状汚染物質および粒子状汚染物質を分解または除去するための排ガスの処理方法および排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などから排出される排ガス中には、ガス状汚染物質として窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ、粒子状汚染物質としてすすといった未燃焼炭素やダストなどが含まれており、これらを分解または除去する技術が提供されている。従来、窒素酸化物や硫黄酸化物を分解または除去する方法においては、グロー放電やコロナ放電によりプラズマを発生させて窒素や硫黄あるいは酸素に分解処理したり、吸着剤を用いて窒素酸化物および硫黄酸化物を吸着除去する方法が用いられている。また、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質を除去する方法においては、多孔質セラミックフィルタなどを用いて分離除去したり、バーナを用いて燃焼させたり、浄化液を用いて捕集洗浄する方法が用いられ、これら汚染物質を大気中に放出しないようにされている。
【０００３】
また、トンネル内においては、車両から排出された排ガスがトンネル内に蓄積され、トンネル内の換気に伴って、車両からの排気ガスが大気中へと放出されることになる。近年における大気汚染等の状況を考えれば、トンネル内に蓄積された排気ガスを大気中に放出する際に、窒素酸化物や浮遊粒子状汚染物質（ＳＰＭ）を可能なだけ除去する必要がある。
【０００４】
これまで、上述した窒素酸化物や、粒子状汚染物質を除去して清浄なガスを放出することができる装置として、数多くの装置や方法が提案されている。例えば、加熱手段と、触媒または吸着剤とを使用して効率良く分解、除去する方法が提案されている。
【０００５】
特開平１０−２２７４３７号公報に開示されている装置は、多孔質セラミック構造体を水平に複数段セットし、各段の空隙区域に電気抵抗発熱体を設置して、多孔質セラミック構造体の上下から加熱することを可能とした構造とされている。また、特開平１０−２２７４３７号公報に開示されている装置には、外部から燃焼に必要な２次空気が送入できるようになっている。この装置は、多孔質セラミック構造体の表面と中心部との温度差が少なく、温度の均一化の効果が大きい燃焼温度まで均一に加熱できることを特徴としている。これにより、多孔質セラミック構造体に捕捉される微粒子や未分解成分が完全に燃焼され、クリーンな排ガスとして外部に排出することができることが開示されている。
【０００６】
また、特開平１１−５２８号公報に開示されている装置は、フィルター内層筒部と、フィルター外層筒部と、これら各筒部間の空所に充填された活性炭層とからなるフィルター筒と、フィルター内層筒部の内腔に、多数の細孔を有する排ガス導入兼排出筒とを設置した排ガス処理装置とされている。この排ガス処理装置は、排ガス中のＳＯ２およびＮＯｘをフィルターおよび活性炭を使用して吸着処理することができるようになっている。
【０００７】
さらに、特開２００１−１７０４８３号公報には、ディーゼル排ガス中の炭素微粒子を燃焼除去するためのディーゼル排ガス処理中の燃焼触媒が開示されている。この触媒は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属よりなる触媒粒子と、触媒粒子を支持する酸化系セラミック粒子からなるディーゼル排ガス処理用の燃焼触媒である。特開２００１−１７０４８３号公報には、この燃焼触媒を用いることにより５００℃以下の比較的低温においても、高効率で炭素微粒子を燃焼させることができることが開示されている。
【０００８】
しかしながら、上述した特開平１０−２２７４３７号公報に開示された装置では、多孔質セラミック構造体と接触する期間が短いため、充分に、かつ効率良く加熱して燃焼させることが困難であり、また、多くの多孔質セラミック構造体を設け、ブロワから空気を供給することで充分な燃焼が可能となるものの、装置が大きくなるといった問題があった。
【０００９】
また、上述した特開平１１−５２８号公報に開示された装置においては、粒状汚染物質について充分に吸着除去することができ、さらにはディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＳＯ２、ＮＯｘを効率良く除去することができるものの、所定期間ごとに交換が必要となり、目詰まりしたフィルターの清掃などを行う必要があり、手間や労力がかかるといった問題があった。
【００１０】
さらに、特開２００１−１７０４８３号公報に開示の触媒を使用した排ガス処理においては、５００℃以下の低温で効率良く粒状汚染物質を燃焼させることを可能にするものの、ガス状汚染物質、特に窒素酸化物を除去することができなかった。
【００１１】
炭酸ナトリウムは、洗浄作用を高めるための助剤として洗濯石鹸などに用いられている。また、炭酸ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液は、軽油や重油などの燃焼によって発生する亜硫酸ガスを排ガス中から除去するために幅広く使用されている。従来、このアルカリ水溶液を使用した亜硫酸ガスの除去方法として湿式脱硫法が知られている。湿式脱硫法は、排ガスをアルカリ水溶液に通して亜硫酸ガスとアルカリとを反応させることにより、排ガス中から亜硫酸ガスを除去する方法である。また、湿式脱硫法は、排ガス中の亜硫酸ガスを７５％以上の高除去率で除去することが可能であることが知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述した問題点に鑑み、排ガス中の未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を充分に燃焼することにより無害化して除去することができ、また排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を減少させることも可能であり、さらにはフィルターを用いることなく、安価でコンパクトな排ガスの処理方法および排ガス処理装置を提供することを目的とする。また、本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置は、排ガス中の亜硫酸ガスや微量に存在する炭化水素を除去することも可能にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の上記目的は、本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置を用いることによって達成される。
【００１４】
本発明の請求項１の発明によれば、排ガスを中空部材に供給する段階と、
前記中空部材に配設されたプラズマ発生手段により前記排ガス中にプラズマを発生させる段階と、
前記プラズマ発生手段の後流側に、前記排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段を該排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設し、前記複数の抵抗加熱手段の間に、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される充填物を充填する段階と、
前記複数の抵抗加熱手段により前記充填物を加熱する段階と、
前記複数の抵抗加熱手段および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱する段階と、
を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１５】
本発明の請求項２の発明によれば、前記プラズマ発生手段は、前記中空部材の中央部に配設される中央部電極と、前記中空部材の内側に配設される周部電極とを含み、前記中央部電極から前記周部電極に向けてグロー放電する排ガスの処理方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項３の発明によれば、前記抵抗加熱手段は、前記排ガスを２００℃〜８００℃に加熱する排ガスの処理方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項４の発明によれば、前記排ガスの処理方法は、排ガスをアルカリ水溶液に通す段階を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項５の発明によれば、前記排ガスの処理方法は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側または該抵抗加熱手段の前流側と後流側との両方に空気を供給する段階を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項６の発明によれば、前記排ガスに含まれる窒素酸化物または粒子状汚染物質を処理する排ガスの処理方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項７の発明によれば、前記排ガスは、車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、またはゴミ焼却設備からの排気ガスである排ガスの処理方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項８の発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材の内部に配設されるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側に配設され、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で設けられる該排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段と、
前記複数の抵抗加熱手段の間で、前記中空部材の内部かつ前記複数の抵抗加熱手段に隣接して充填される、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択された充填物と、
を含み、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段によって加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを加熱することを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【００２２】
本発明の請求項９の発明によれば、前記プラズマ発生手段は、前記中空部材の中央部に配設される中央部電極と、前記中空部材の内側に配設される周部電極とを含む排ガス処理装置が提供される。
【００２３】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてグロー放電する排ガス処理装置が提供される。
【００２４】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記排ガス処理装置は、さらに、アルカリ水溶液と、前記アルカリ水溶液を収容し、前記中空部材に連結される容器とを含む排ガス処理装置が提供される。
【００２５】
本発明の請求項１２の発明によれば、前記アルカリ水溶液は、炭酸ナトリウム水溶液である排ガス処理装置が提供される。
【００２６】
本発明の請求項１３の発明によれば、前記排ガス処理装置は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側または該抵抗加熱手段の前流側と後流側との両方に空気を供給するための空気供給手段を含む排ガス処理装置が提供される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面をもって詳細に説明する。本発明の排ガス処理装置は、ガソリン車またはディーゼル車といった車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、または高圧ボイラやゴミ焼却設備といった高温で燃焼させる装置からの排気ガスなどに含まれる窒素酸化物および粒子状汚染物質を、二酸化炭素や窒素などのクリーンガスにして放出することができる装置である。図１は、本発明の排ガス処理装置の第１の実施の形態を示した断面図である。図１に示す実施の形態においては、本発明の排ガス処理装置１がフランジ２などの連結部材を用いて図示しないボルトおよびナットにより接続され、矢線Ａの方向から排ガスが供給されている。図１に示す排ガス処理装置１は、排ガスが供給される矢線Ａの方向から中空部材３ａと中空部材３ａの内部に配設されるプラズマ発生手段４と、中空部材３ｂと中空部材３ｂの内部に排ガスが流れる方向、すなわち矢線Ａの方向に向けて所定間隔で設けられる複数の抵抗加熱手段５と複数の抵抗加熱手段５の間に充填される充填物６とを含んでいる。
【００２８】
図１に示すプラズマ発生手段４は、排ガス中にプラズマを発生させ、排ガス中に含まれる窒素酸化物を窒素と酸素に分解したり、ダストを帯電させて集塵することができる。図１に示すプラズマ発生手段４は、中空部材３ａの内部の中央部に配設される中央部電極７と、中空部材３ａの内側に配設される周部電極８とを含んでいる。本発明の排ガス処理装置１は、１つの中空部材のみを使用し、プラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５を同一の中空部材に配設した構造とされていてもよい。
【００２９】
図１に示すプラズマ発生手段４の中央部電極７および周部電極８には、導線９ａ、９ｂが接続されていて、図示しない高圧電源から電圧が印加されるようになっている。本発明においては、中央部電極７から周部電極８に向けてグロー放電することができるものを用いることができる。図１に示す実施の形態では、中央部電極７に電圧を印加すると、周部電極８に向けて放電される。この場合、中央部電極７は、放電電極として作用し、周部電極８は、接地電極として作用する。中央部電極７は、排ガスが流れる流路の中央部に配設されていて、中空部材３ａの内周全体に周部電極８が配設されている。中央部電極７からの放電により、中央部電極７と周部電極８との間の排ガスが流れる空間においてプラズマが発生し、このプラズマを横断するように排ガスが流れることにより、排ガス中の窒素酸化物は以下の式（１）の反応を伴って窒素と酸素とに分解される。
【００３０】
【化１】
0003556645.tif 000002
【００３１】
式（１）中、Ｎは、排ガス中の窒素からプラズマにより生成した窒素ラジカルであり、ＮＯは排ガス中に主として含まれる一酸化窒素である。また、多次のＮＯ２といった窒素酸化物は、上述した窒素ラジカルによって一酸化窒素に分解され、最終的に上記式（１）の反応によって窒素と酸素とに分解される。この窒素および酸素は、未燃焼炭素などとともに後流側の抵抗加熱手段５に供給される。また、排ガス中に含まれるダストは、プラズマ発生手段４によって発生するプラズマにより帯電し、周部電極８などに付着させて排ガス中から除去することができる。
【００３２】
図１に示す中央部電極７は、排ガスの供給側に向いた先端が尖った形状とされ、排ガスの流れに対して抵抗が小さくなるような形状とされている。また、周部電極８は、周部電極８の一部分が中央部電極７に近接するような形状とされている。このようにすることで、中央部電極７から周部電極８に向けて効率良く放電させることができ、適切に排ガス中にプラズマを発生させることができる。また、周部電極８には、高圧電流が流れるため、中空部材３ａと周部電極８との間に木やセラミックスなどの絶縁物を配設し、中空物質３ａに触れても感電しないようにすることができる。また、プラズマ発生手段４に用いる中央部電極７および周部電極８としては、導電性のある材質であればいかなるものでも良く、例えば鉄、銅、銀などを用いることができる。
【００３３】
図１に示す抵抗加熱手段５には、中空部材３ｂの内部に所定間隔で配設された螺旋形状の抵抗加熱板５ａが用いられ、排ガスが流れる方向に複数設置されている。また、抵抗加熱板５ａの中央には、それぞれの抵抗加熱板５ａを連結するとともに、電流を各抵抗加熱板５ａに供給するための中央部軸部材１０ａと、螺旋形状とされた抵抗加熱板５ａを通して流れた電流を図示しない電源に戻すための端部軸部材１０ｂとが配設されている。これら中央部軸部材１０ａおよび端部軸部材１０ｂには、図示しない電源に接続するための導線１１ａ、１１ｂが接続され、電流を供給または戻すことができるようになっている。図１に示す実施の形態では、中央部軸部材１０ａの中央部に複数の抵抗加熱板５ａ、その両端部に多孔板１２ａ、１２ｂが配置されるように設けられている。図１に示す多孔板１２ａ、１２ｂは、複数の抵抗加熱板５ａの間に充填する充填物６が流出しないようにストッパとして設けられている。
【００３４】
図１に示す充填物６は、抵抗加熱板５ａの間、抵抗加熱板５ａと多孔板１２ａ、１２ｂとの間に充填されている。また、図１に示す充填物６は、抵抗加熱板５ａに隣接するように密に充填され、抵抗加熱板５ａによって発生した熱が充填物６全体に伝わるようになっている。また、充填物６を間に充填した抵抗加熱板５ａおよび多孔板１２ａ、１２ｂを収容するセラミックス製の円筒部材１３が中空部材３ｂの内部に配設され、中空部材３ｂと円筒部材１３との間にスチールウールといった断熱材１４が設けられている。抵抗加熱板５ａに供給された電流は、外部が絶縁物であるセラミック製の円筒部材１３であるため、適切に端部軸部材１０ｂを通して図示しない電源に戻される。また、抵抗加熱板５ａによって発生する熱は、充填物６および円筒部材１３に伝えられる。本発明においては、円筒部材１３の外面側に設けられる断熱材１４により放熱が抑制されるようになっている。
【００３５】
プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ｂに供給され、多孔板１２ａを通して充填物６の層へ供給される。充填物６の層に供給された排ガスは、抵抗加熱板５ａおよび充填物６の層を通し、多孔板１２ｂを通して大気中に放出される。通過する際、抵抗加熱板５ａおよび加熱された充填物６に接触することで、排ガスは、加熱され、排ガス中の未燃焼炭素が燃焼される。本発明においては、充填物６の層を通して充分に接触させることにより所定温度まで加熱して燃焼される。
【００３６】
図１においては、本発明の排ガス処理装置１が取り外し可能なようにフランジ２により接続しているが、外部へ排ガスが漏れることなく本発明の排ガス処理装置１へ供給できるのであればいかなる接続手段でも用いることが可能である。さらに、本発明の排ガス処理装置１と接続する管との接続サイズが異なる場合には、レデューサを用いて接続することができる。また、本発明に用いる中空部材３ｂは、図１に示すように中空円筒状とされていなくてもよく、中空であればいかなる形状であっても良い。中空部材３ｂの材質は、内部を通過する排ガスの温度に耐えうるものであればいかなるものでもよく、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、セラミックスなどを用いることができる。また、内部温度を保持するために、中空部材３ｂの外側面または内側面にスラグウールやロックウールといった断熱材を設けることができる。
【００３７】
図１に示す抵抗加熱手段５は、上述したように螺旋形状の複数の抵抗加熱板５ａと、抵抗加熱板５ａの中央部に挿通して設けられる中央部軸部材１０ａと、中央部から螺旋形状とされた抵抗加熱板５ａを通して流れた電流を図示しない電源に戻すために、抵抗加熱板５ａの端部に挿通して設けられる端部軸部材１０ｂと、抵抗加熱板５ａに電流を供給する導線１１ａ、１１ｂとから構成されている。抵抗加熱板５ａは、排ガスを通すために螺旋形状の通路１５が形成されていて、また、抵抗加熱板５ａは、電流を供給することにより表面温度を上昇させることが可能な材質から形成され、例えば、電気抵抗の高い材質のものを用いることができる。本発明においては、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金などを用いることができる。通路１５は、適切な量の排ガスを流すことができ、内部に充填される充填物６が通り抜けない大きさとすることができる。また、抵抗加熱板５ａは、排ガスを加熱するとともに内部に充填された充填物６も加熱する。これによって、例えば、自動車の内燃機関、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などの一次燃焼手段で残存した未燃焼炭素を加熱燃焼および窒素酸化物を分解することにより、無害化して処理することができる。
【００３８】
本発明においては、排ガス中の未燃焼炭素を完全に燃焼させるために排ガスの温度を２００℃〜８００℃とすることができる。本発明において排ガスの温度は、抵抗加熱板５ａに供給する電流量を調節することより２００℃〜８００℃に調節することができる。本発明の排ガス処理装置１を車両に接続する場合において、プラズマ発生手段４に供給する電流は、ディストリビュータからの高電圧点火電流を用いることができ、また抵抗加熱手段５に電流を供給するための電源としては、バッテリーを用いることができる。
【００３９】
本発明において充填物６は、排ガスを接触させて充分に加熱するためには小さいもののほうが好ましいが、小さいものの場合には抵抗が増大し、本発明の排ガス処理装置１の上流側の上述した一次燃焼手段に負荷がかかることになる。したがって、充分な接触と、排ガスの流れの抵抗を考慮し、適切な大きさの充填物６を用いることができる。本発明においては、充填物６として耐熱強度の高いセラミックスまたは白金または白金を含有するセラミックスなどを用いることができる。具体的には、耐熱性を有し、アルミナ含有量９９質量％以上のアルミナボールやアルミナを坦体とした白金触媒を挙げることができる。さらに、Ｎ２Ｏを分解する触媒としてアルミナ坦持またはゼオライト坦持ロジウム触媒を用いることもできる。また、上記ロジウムに代えてコバルト銅、パラジウムまたはバナジウムなどを含む触媒を用いることもできる。本発明においては、密に充填しやすい球状の充填物６が好ましく、径は、４ｍｍ〜１０ｍｍのものを用いることができる。さらに、本発明においては、伝熱性を高めるために充填物６を密に充填するほうが好ましい。本発明の排ガス処理装置１の抵抗加熱手段５および加熱された充填物６に接触することによって、主に以下の式（２）に示す反応が起こる。
【００４０】
【化２】
0003556645.tif 000003
【００４１】
Ｃは排ガス中の未燃焼炭素であり、Ｏ２は排ガス中に含まれる余剰酸素である。また、排ガス中の窒素酸化物は、上述したように排ガス中の水蒸気が過熱蒸気となり、過熱蒸気の作用によって窒素と酸素とに分解される。窒素酸化物の分解により得られた酸素は、上記式（２）の反応に使用することができる。上記式（２）に示す反応および窒素酸化物の分解反応により生成した二酸化炭素および窒素は、前流側でプラズマ処理された窒素および酸素および一次燃焼手段で生じた水蒸気といったその他の排ガス成分とともに大気中へ放出される。
【００４２】
さらに、充填物６が流出しないように設けられる多孔板１２ａ、１２ｂは、充填物６の径より小さい穴や孔をもつもので、かつ加熱する温度に耐えうる材質のものであればいかなる形状のものでも用いることができる。また、多孔板１２ａ、１２ｂは、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、多孔板１２ａ、１２ｂに設けられた穴を通して排ガスが流れるようになっている。本発明において多孔板１２ａ、１２ｂは、ステンレス鋼製またはセラミックス製のものを用いることができる。また、本発明においては、多孔板に限らず、排ガスを通すことができ、内部に充填した充填物６が流出しないように押さえることができるものであればいかなるものであっても良い。
【００４３】
図１に示す円筒部材１３は、複数の抵抗加熱板５ａおよび多孔板１２ａ、１２ｂの外周部と中空部材３ｂとの間に配設されていて、抵抗加熱板５ａに供給する電流が適切に流れるように設けられている。本発明においては、中空部材３ｂがセラミックス製などの絶縁物で作製されている場合には、円筒部材１３は設けなくても良い。また、円筒部材１３は、内部に充填されている充填物６や抵抗加熱板５ａによって加熱されるため、円筒部材１３と中空部材３ｂとの間にスチールウールなどの断熱材１４が設けられている。本発明においては、排ガスが適切に充填物６間を通して流れるように遮断でき、高温においても燃焼することなく、かつ断熱することができるものであれば、いかなる材質の断熱材を用いることができる。また、多孔板１２ｂおよび円筒部材１３は、中空部材３ｂ内部の所定位置に配設されるように支持部１６に連結されている。支持部１６は、中空部材３ｂの所定位置に設けられ、複数の抵抗加熱板５ａ、多孔板１２ａ、１２ｂおよびそれらを連結し、各抵抗加熱板５ａに電流を供給する中央部軸部材１０ａおよび端部軸部材１０ｂは、円筒部材１３とともにボルトおよびナットといった締結手段によって支持部１６に締結されている。本発明においては、支持部１６と多孔板１２ｂとの間に絶縁物を設置し、中央部軸部材１０ａに連結された多孔板１２ｂを通して中空部材３ｂに電流が流れないようにすることができる。
【００４４】
図１に示す排ガス処理装置１は、抵抗加熱手段５の後流側にさらに捕集部材１７が設けられ、抵抗加熱手段５によって燃焼することができずに残存する未燃焼物質を捕集することができる。図１に示す捕集部材１７は、残存する未燃焼物質を捕集できるのであればいかなるメッシュサイズであっても良い。また、捕集部材１７は、上述したように未燃焼炭素を燃焼させるために排ガスを２００℃〜８００℃に加熱するため、これらの温度に耐えうる材質のものを用いることができる。中空部材３ｂの内部の所定位置に設けられた支持部１６によって支持することができる。
【００４５】
図２は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱板５ａを例示した図である。図２に示す抵抗加熱板５ａは、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、螺旋形状の隙間を通して排ガスが流れるようになっている。抵抗加熱板５ａの隙間を通過する際、抵抗加熱板５ａに接触した排ガスは加熱されるようになっている。また、抵抗加熱板５ａは、隣接して充填される充填物６を所定温度に加熱する。図２に示す実施の形態では、中央部に図１に示す中央部軸部材１０ａを挿通させて連結するための第１の挿通孔１８と、螺旋形状とされた加熱部１９の端部に設けられ、図１に示す端部軸部材１０ｂを挿通して連結するための第２の挿通孔２０とが設けられている。本発明においては、抵抗加熱板５ａに電流した場合、充分に電気抵抗を与えることにより表面温度を上昇させる効率を向上させることができ、例えば図２に示すような螺旋形状の加熱部１９とすることができる。本発明においては、図２に示す構造に限らず、充分に電気抵抗を与えることができる構造であればいかなる構造であっても良い。
【００４６】
図３は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段５を例示した図である。図３に示す抵抗加熱手段５は、所定間隔で抵抗加熱板５ａが３つと、その両端に多孔板１２ａ、１２ｂが配設されている。各抵抗加熱板５ａおよび多孔板１２ａ、１２ｂは、中央部軸部材１０ａと、端部軸部材１０ｂとによって連結されている。排ガスは、多孔板１２ａから複数の抵抗加熱板５ａを通して多孔板１２ｂに向けて流れる。また、抵抗加熱板５ａに供給される電流は、中央部軸部材１０ａを通して各抵抗加熱板５ａに供給される。各抵抗加熱板５ａに供給された電流は、螺旋形状とされた加熱部１９を通して各抵抗加熱板５ａの端部に向けて流れ、端部に設けられた端部軸部材１０ｂを通して図示しない電源に戻される。図３に示す実施の形態では、多孔板１２ａ、１２ｂに電流が供給されないように中央部軸部材１０ａおよび端部軸部材１０ｂと多孔板１２ａ、１２ｂとの間に絶縁物を設けることができる。多孔板１２ａと抵抗加熱板５ａとの間、抵抗加熱板５ａ同士の間、抵抗加熱板５ａと多孔板１２ｂとの間には、図１に示す充填物６が隣接して密に充填される。多孔板１２ａ、１２ｂに設けられる複数の穴２１は、充填物６が流出しない大きさとすることができる。
【００４７】
図４は、本発明の排ガス処理装置１の第２の実施の形態を示した図である。図４に示す実施の形態では、抵抗加熱手段５は図１に示す装置と同様とされ、プラズマ発生手段４が異なった形状とされている。図４に示すプラズマ発生手段４は、中空部材３ａの長さ方向に長くされた中央部電極７と、中央部電極７から等間隔で、中空部材３ａの内周に中央部電極７に対向して設けられた周部電極８と、周部電極８と中空部材３ａとの間には、絶縁物２２が設けられている。図４に示す中央部電極７には、導線９ａから電圧が印加され、中央部電極７と周部電極８との間を流れる排ガス中にプラズマを発生させる。排ガスを通して周部電極８に流れた電流は、導線９ｂを通して図示しない電源に戻される。本発明においては、導線９ｂをアースなどに接続することもできる。排ガスは、プラズマ処理されることにより、上述した式（２）の反応を伴って窒素酸化物が窒素と酸素とに分解され、未燃焼炭素やダストが帯電して電極や後流側に配設される抵抗加熱手段５に付着したり、充填物６に捕捉される。図４に示す中央部電極７は、コロナ放電をする電極を用いることもできるが、低圧の排ガス中に効果的にプラズマを発生させるためにグロー放電をする電極を用いることが好ましい。また、本発明においては、放電する電極を周部電極８に用い、設置する電極を中央部電極７に用いることもできる。
【００４８】
図４に示す実施の形態では、プラズマ処理された排ガス中に含まれる帯電した未燃焼炭素やダストは、上述したように抵抗加熱板５ａや充填物６に付着する。抵抗加熱板５ａおよび充填物６は、所定温度に加熱され、付着した未燃焼炭素やダストは燃焼される。また、排ガス中に含まれる帯電していない未燃焼炭素は、抵抗加熱板５ａおよび加熱された充填物６に接触することにより加熱され、上述した式（１）の反応を伴って燃焼する。プラズマ処理および燃焼処理された排ガスは、捕集部材１７によってさらに粒子状汚染物質を除去した後、大気中に放出される。
【００４９】
図５は、本発明の排ガス処理装置１の第３の実施の形態を示した図である。図５に示す排ガス処理装置１は、図１または図４に示す装置にさらにアルカリ水溶液２４を収容した容器２５が設けられている。図５に示す実施の形態では、車両やゴミ処理設備などから取り出された排気管２６と容器２５から取り出された管２７ａとが接続され、管２７ａの先端部は、アルカリ水溶液２４中に浸漬されている。容器２５は、内部のガスが外部に漏洩しないように封止された構造とされていて、容器２５の上部に接続された管２７ｂを通して図１に示すプラズマ発生手段４および抵抗加熱手段５を有する装置に排ガスが供給されるようになっている。車両やゴミ処理設備などから排出される排ガスには、上述した成分のほか、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭化水素などが微量に含まれており、これらが大気汚染の原因にもなっている。図５に示すアルカリ水溶液２４中に排ガスを通すことにより未燃焼炭素、ＮＯ２といった窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素を除去することができる。
【００５０】
本発明に用いることができるアルカリ水溶液２４としては、炭酸ナトリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液を挙げることができる。また、炭酸ナトリウム水溶液および水酸化ナトリウム水溶液中の炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムの濃度としては、いかなる濃度であっても良いが、１〜１０質量％のものを用いることができる。例えば、炭酸ナトリウム水溶液を用いる場合、未燃焼炭素は、炭酸ナトリウム水溶液中に懸濁させることができ、ＮＯ２は、炭酸ナトリウムと化学反応することによりＮａＮＯ３を生成し、硫黄酸化物は、炭酸ナトリウムと化学反応することによりＮａＳＯ４を生成し、炭化水素は、温度の低下とともに液化される。しかしながら、アルカリ水溶液２４に溶解しないＮＯや一部の未燃焼炭素などは、その他の成分、窒素、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素などとともに管２７ｂを通して図１に示すプラズマ発生手段４を備える中空部材３ａに供給される。プラズマ発生手段４により、上述したように排ガス中のＮＯは、式（１）による分解反応によって窒素と酸素とに分解され、未燃焼炭素などの粒子状汚染物質が帯電する。プラズマ処理された排ガスは、後流に設けられた図１に示す抵抗加熱手段５および抵抗加熱手段５によって加熱された充填物６によって加熱され、排ガス中の未燃焼炭素や一酸化炭素が燃焼される。このようにして処理された排ガスは、窒素、酸素、二酸化炭素および水蒸気を主としたクリーンな排ガスとして大気中に排出される。
【００５１】
図５に示す容器２５としては、いかなる形状、排ガスを処理する量によっていかなる大きさのものであっても良い。容器２５の材質としては、アルカリ水溶液２４によって腐食しないものであればいかなるものでも用いることができるが、例えば、ステンレス鋼、強化プラスチックなどの材料を挙げることができる。また、容器２５の内部の構造は、適切に排ガスとアルカリ水溶液２４とが接触し、上述した化学反応などによって未燃焼炭素、硫黄酸化物、ＮＯ２、炭化水素を除去することができる構造とすることができる。本発明においては、図５に示すように管２７ａの先端部を、容器２５の底部に向けて配置し、排ガスが上部空間に向けて上昇するような構造とすることができる。さらに、図５に示すように容器２５の底部は、排ガスの噴射に適合させた溝を設けた構造とすることもできる。本発明においては、図５に示すようにプラズマ発生手段および抵抗加熱手段の両方が設けられた構造でなくても良く、排ガス中の汚染物質により抵抗加熱手段のみを用いることもできる。
【００５２】
図６は、本発明の排ガス処理装置１の第４の実施の形態を示した図である。図６に示す排ガス処理装置１は、図１に示す排ガス処理装置と同様の構造とされていて、さらに中空部材３ｂに空気を供給するための空気孔２８と、空気供給手段２９とが設けられている。プラズマ処理された排ガス中には、酸素が１０体積％〜１８体積％しか含まれておらず、充分な酸素がない場合には、抵抗加熱板５ａおよび加熱した充填物６により加熱しても充分に燃焼されないこととなる。図６に示す排ガス処理装置１は、空気供給手段２９から空気孔２８を通して空気を供給することにより燃焼に必要とされる酸素を与えることができる。本発明においては、燃焼に必要とされる量の空気を供給することができ、具体的には、排ガス中の酸素濃度を測定するなどして適切な量の空気を供給することができる。酸素濃度は、プラズマ発生手段４と抵抗加熱板５ａとの間の位置における排ガス中の酸素濃度を測定することができる。また、本発明においては、図６に示す構造に限らず、抵抗加熱手段５の後流側にも空気孔２８を設けて空気を供給し、排ガス温度を下げるとともに、排出される排ガス中の汚染物質の濃度を低減させることもできる。
【００５３】
図７および図８を使用して本発明の排ガスの処理方法について詳細に説明する。図７は、図１に示す排ガス処理装置１をディーゼルエンジンを有する車両の排気管３０に接続したところを示した図である。図７に示す排ガス処理装置１は、フランジ２などによって排気管３０に連結されていて、車両から放出される高温の排ガスが供給される。ガソリン車においては、粒子状汚染物質の濃度が低く、その代わりにＮ２Ｏなどの窒素酸化物が多く含まれ、ディーゼル車においては、未燃焼炭素などの粒子状汚染物質が多く含まれている。まず、排ガスを中空部材３ａに供給する前に、図示しない電源から中央部電極７に電圧を印加する。次に、中空部材３ａに排ガスを供給し、排ガスが中央部電極７と周部電極８との間を通過する際に発生するプラズマによって排ガス中の窒素酸化物が分解し、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質が帯電する。また、排ガス中に発生したプラズマにより中央部電極７から周部電極８に向けて電流が流れ、図示しない電源に向けて電流が戻される。プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ａに連結される中空部材３ｂに向けて供給され、プラズマ処理されることにより発生した酸素が排ガス中の一酸化炭素などと反応する。
【００５４】
また、予め抵抗加熱板５ａに図示しない電源から電流を供給し、抵抗加熱板５ａを加熱するとともに、抵抗加熱板５ａに隣接する充填物６も所定温度まで加熱する。所定温度まで抵抗加熱板５ａおよび充填物６を加熱した後、排ガスを供給することができる。上述したようにプラズマ処理された排ガスは、中空部材３ｂに供給され、多孔板１２ａを通して加熱された充填物６へと送入される。排ガスは、充填物６の隙間を通して流れることにより加熱され、未燃焼炭素といった未燃焼成分が燃焼する。排ガスは、充填物６や抵抗加熱板５ａに接触するとともに抵抗加熱板５ａに設けられた通路１５を通して流れ、さらに充填物６や抵抗加熱板５ａに接触しながら充填物６の隙間および抵抗加熱板５ａの通路１５を通して流れることにより充分に加熱および未燃焼成分の燃焼が行われる。中空部材３ｂにおいては、図６に示すように空気孔２８および空気供給手段２９を設けることによりさらに効率良く燃焼させることができる。この場合、充填物６を所定温度まで加熱した後、空気供給手段２９から空気を供給することができ、その後に排ガスを供給することができる。また、抵抗加熱手段４を通過後の排ガスは、捕集部材１７によって残存する粒子状汚染物質をさらに充分に除去し、大気中に排出される。
【００５５】
図８は、図５に示す排ガス処理装置１を車両の排気管に接続したところを示した図である。図８に示す排ガス処理装置１は、フランジ２などによって車両の排気管３０に連結されていて、排ガスは、排気管３０、管３１を通して容器２５の内部に供給される。管３１は、容器２５の底部に向けて配設され、容器２５の内部には所定高さまで炭酸ナトリウム水溶液といったアルカリ水溶液２４が収容されている。まず、上述したようにプラズマ発生手段４の中央部電極７に電圧を印加し、抵抗加熱板５ａに電流を供給して充填物６を加熱する。所定温度まで加熱した後、排ガスを本発明の排ガス処理装置１に供給することができる。アルカリ水溶液２４に供給された排ガスは、排ガス中の未燃焼炭素、ＮＯ２、硫黄酸化物、炭化水素などがアルカリ水溶液２４によって除去される。容器２５を出た排ガスは、図８に示すようにプラズマ処理することによりＮＯなどのアルカリ水溶液２４によって除去されない物質を分解し、除去することができる。また、プラズマ処理においては、未燃焼炭素やダストなどの粒子状汚染物質を帯電させて電極や後流側に設けられた抵抗加熱板５ａおよび加熱された充填物６に付着される。電極に付着した粒子状汚染物質は、排ガスが供給されることにより剥がれ落ち、後流側の抵抗加熱板５ａおよび充填物６に付着する。プラズマ処理された排ガスは、抵抗加熱板５ａに接触するまでの間、プラズマ処理によって生成した酸素が一酸化炭素などの未燃焼物質と反応する。また、排ガスは、多孔板１２ａを通して充填物６の層に供給される。充填物６の層に供給された排ガスは、充填物６に接触しながら隙間を通して流れ、また抵抗加熱板５ａに接触するとともに通路１５を通して流れて多孔板１２ｂから排出される。この間において排ガスは、充分に加熱され、排ガス中に含まれる未燃焼物質が燃焼される。また、さらに残存した粒子状汚染物質は、捕集部材１７に捕捉され、本発明の排ガス処理装置により処理された排ガスが大気中に排出される。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置を用いることにより、未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を充分に燃焼することにより無毒化して除去することができ、また大気へ放出する排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を減少させることが可能となる。また、本発明の排ガス処理装置は、フィルターが不要であり、装置構成が簡単でコンパクトであり、低コストで製造可能であるため、特に自動車の排気ガス処理装置として有用である。さらに、本発明の排ガス処理装置は、アルカリ水溶液を用いることにより排ガス中の硫黄酸化物や炭化水素などの汚染物質も除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス処理装置の第１の実施の形態を示した断面図。
【図２】本発明の排ガス処理装置に用いる抵抗加熱板を例示した図。
【図３】本発明の排ガス処理装置に用いる抵抗加熱手段を例示した図。
【図４】本発明の排ガス処理装置の第２の実施の形態を示した断面図。
【図５】本発明の排ガス処理装置の第３の実施の形態を示した断面図。
【図６】本発明の排ガス処理装置の第４の実施の形態を示した断面図。
【図７】図１に示す排ガス処理装置を車両の排気管に接続したところを示した図。
【図８】図５に示す排ガス処理装置を車両の排気管に接続したところを示した図。
【符号の説明】
１…排ガス処理装置
２…フランジ
３、３ａ、３ｂ…中空部材
４…プラズマ発生手段
５…抵抗加熱手段
５ａ…抵抗加熱板
６…充填物
７…中央部電極
８…周部電極
９ａ、９ｂ…導線
１０ａ…中央部軸部材
１０ｂ…端部軸部材
１１ａ、１１ｂ…導線
１２ａ、１２ｂ…多孔板
１３…円筒部材
１４…断熱材
１５…通路
１６…支持部
１７…捕集部材
１８…第１の挿通孔
１９…加熱部
２０…第２の挿通孔
２１…穴
２２…絶縁物
２４…アルカリ水溶液
２５…容器
２６…排気管
２７ａ、２７ｂ…管
２８…空気孔
２９…空気供給手段
３０…排気管
３１…管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003556645.tif 000009
【図７】
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【図８】
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