(57)【要約】【課題】外部から水分を加える必要のない排ガス浄化システムを提供する。【解決手段】排ガス浄化システム１は、内燃機関の排ガスＧ中の窒素酸化物を除去して排ガスＧを浄化するためのシステムである。排ガス浄化システム１は、排ガスＧ中の一酸化窒素を酸化させる酸化手段としての、酸化手段によって酸化された窒素酸化物を吸着してイオン化すると共に、排ガスＧ中の水分を吸着する、吸水性物質を担体に担持してなる吸着剤１５を有する吸着部１４と、窒素酸化物及び水分を吸着した吸着部１４に直流電圧を印加して、窒素酸化物を電気分解により還元する電圧印加手段とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガス中の窒素酸化物を除去して上記排ガスを浄化するための排ガス浄化システムにおいて、
該排ガス浄化システムは、上記排ガス中の一酸化窒素を酸化させる酸化手段と、
該酸化手段によって酸化された窒素酸化物を吸着してイオン化すると共に、排ガス中の水分を吸着する、吸水性物質を担体に担持してなる吸着剤を有する吸着部と、
窒素酸化物及び水分を吸着した上記吸着部に直流電圧を印加して、窒素酸化物を電気分解により還元する電圧印加手段とを有することを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１において、上記吸水性物質又は該吸水性物質と窒素酸化物との反応生成物は、導電性を有し、かつ排ガスの熱によって融解する低融点物質でもあることを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記排ガス浄化システムは、上記酸化手段によって酸化された窒素酸化物の９０％以上を還元することを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記吸水性物質は、炭酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムであることを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記担体は、多孔質材料からなることを特徴とする排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス中の窒素酸化物を除去して排ガスを浄化するための排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排ガス中の窒素酸化物を除去して排ガスを浄化する方法として、例えば、三元触媒、ＮＳＲ触媒、ＳＣＲ触媒、ＤＮＰＲ触媒等を用いた触媒法がある。
しかし、これらの触媒法は、貴金属触媒を用いる必要があるため、製造コストが高くなるという問題がある。また、排ガス中の硫黄分による被毒の問題も生ずる。また、排ガス温度が低い場合や、排ガス中の酸素の濃度が高い場合などには、触媒による窒素酸化物の還元が困難となるという問題もある。
【０００３】
また、尿素還元により排ガスを浄化する方法があるが、これにはインフラ整備が必要となる。
また、酸素イオン伝導体を用いた電気化学セルにより、窒素酸化物を除去する方法もあるが、排ガス中に酸素が存在すると、窒素酸化物の分解よりも酸素の透過が優先的に起こり、窒素酸化物を充分に分解するには大きな電力が必要となる。
【０００４】
そこで、貴金属触媒を用いず、硫黄分や酸素の影響を受けず、インフラ整備が特に不要であり、また、特に大きな電力を必要としない窒素酸化物の除去方法として、放電と電気分解とを用いる窒素酸化物の除去方法が開示されている（特許文献１参照）。
即ち、この方法においては、一酸化窒素を放電によって酸化し、これにより得られた窒素酸化物を吸着部に吸着する。そして、吸着部に吸着してイオン化された硝酸イオンを電気分解によって還元する。
【０００５】
しかしながら、上記吸着部に用いる吸着剤として、一般的な吸着剤を用いる場合には、吸着部に水分を外部から供給して、窒素酸化物の吸着やイオン化を促進する必要がある。即ち、上記吸着剤では、例えば排ガス中から水分を充分に吸収することが困難であるため、外部からの水分の供給が必要となる。そのため、システムの簡素化が困難となるおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、外部から水分を加える必要のない排ガス浄化システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の排ガス中の窒素酸化物を除去して上記排ガスを浄化するための排ガス浄化システムにおいて、
該排ガス浄化システムは、上記排ガス中の一酸化窒素を酸化させる酸化手段と、
該酸化手段によって酸化された窒素酸化物を吸着してイオン化すると共に、排ガス中の水分を吸着する、吸水性物質を担体に担持してなる吸着剤を有する吸着部と、
窒素酸化物及び水分を吸着した上記吸着部に直流電圧を印加して、窒素酸化物を電気分解により還元する電圧印加手段とを有することを特徴とする排ガス浄化システムにある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明の排ガス浄化システムにおける上記吸着部は、上記吸水性物質を上記担体に担持してなる上記吸着剤を有する。そして、該吸着剤は、上記吸水性物質を担持してなるため、充分な吸水性を有する。そのため、上記吸着部を排ガスが通過したとき、窒素酸化物と共に排ガス中に含まれる水分を上記吸着部へ充分に吸着させることができる。そのため、上記吸着部に電流を流すことが可能となり、上記電圧印加手段により、上記吸着部に吸着した窒素酸化物を還元することができる。
【００１０】
即ち、上記排ガス浄化システムにおいては、排ガス中の一酸化窒素（NO）を上記酸化手段によって酸化させる。該酸化手段によって酸化された窒素酸化物（NOx）は、上記吸着部に吸着され、イオン化する。これと同時に、上記吸着部は排ガス中の水分を吸着する。そして、窒素酸化物及び水分を吸着した上記吸着部に上記電圧印加手段によって直流電圧を印加し、該吸着部における窒素酸化物を電気分解により還元する。
【００１１】
また、上記吸着部に吸着された水分は、電気分解の際に生じるジュール熱により蒸発し、上記吸着部は再び放電が可能な状態となる。これにより、上述した排ガス浄化作業を連続的に効率よく行うことができる。
このように、本発明の排ガス浄化システムを使用すれば、外部から水分を加えることなく、排ガス中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、外部から水分を加える必要のない排ガス浄化システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、上記酸化手段としては、例えば、放電、触媒等を用いることができる。
また、上記吸水性物質としては、例えば、水溶解度が３．８８〜１１４ｇ／１００ｇＨ2Ｏ（２５℃）の範囲であることが好ましい。
【００１４】
また、上記吸水性物質又は該吸水性物質と窒素酸化物との反応生成物は、導電性を有し、かつ排ガスの熱によって融解する低融点物質でもあることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記吸着部が排ガス中の水分を充分に吸着することが困難となる温度範囲においても、該吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することができる。
【００１５】
即ち、導電性を有する上記吸水性物質が排ガスの熱によって融解することにより、上記吸水性物質が上記吸着剤の担体の表面を被覆する。あるいは、上記吸水性物質が排ガス中の窒素酸化物と反応することにより生成する反応生成物が導電性を有する低融点物質となり、排ガスの熱によって融解することにより、上記反応生成物が上記吸着剤の担体の表面を被覆する。これにより、上記吸着部の電気抵抗を低下させることができ、該吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することができる。
【００１６】
つまり、排ガスの温度が高くなると、上記吸着部は排ガス中の水分を充分に吸着することが困難となり、上記吸着部の電気抵抗が大きくなるおそれがある。したがって、該吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することが困難となるおそれがある。
そこで、上記吸水性物質又は該吸水性物質と窒素酸化物との反応生成物が低融点物質であることにより、上記吸着部が排ガス中の水分を充分に吸着することが困難となる温度範囲においても、上述のごとく電気分解による窒素酸化物の還元を容易に行うことができる。
【００１７】
また、上記吸水性物質又は該吸水性物質と窒素酸化物との反応生成物（低融点物質）の融点は、３００〜４００℃の範囲内であることがより好ましい。この場合には、上記吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解によって効率よく還元することができる。
上記融点が３００℃より低い場合には、吸水性物質であり、かつ低融点物質である材料の選択の幅が狭くなり、材料入手が困難で、高コストとなるおそれがある。
また、上記融点が４００℃より高い場合には、上記吸着部が排ガス中の水分を充分に吸着することが困難となる４００℃以上において、該吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することが困難となるおそれがある。
【００１８】
また、上記排ガス浄化システムは、上記酸化手段により酸化された窒素酸化物の９０％以上を還元することが好ましい（請求項３）。この場合には、上記吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解によって効率よく還元することができる。
一方、上記の還元率が９０％未満の場合、上記窒素酸化物を効率よく還元することが困難となるおそれがある。
【００１９】
また、上記吸水性物質は、炭酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムであることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記吸水性物質の水溶解度が高く、潮解性に優れているため、排ガス中の水分をより吸着し、保持することができる。これにより、上記吸着部の電気抵抗を充分に小さくすることができ、上記吸着部に吸着された窒素酸化物を電気分解によって効率よく還元することができる。
また、上記吸水性物質として、例えば、水酸化バリウム、水酸化リチウム等を用いることもできる。
【００２０】
また、上記担体は、多孔質材料からなることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記担体の比表面積が大きくなるため、上記酸化手段によって酸化された窒素酸化物の吸着をより充分に行うことができる。
上記担体としては、例えば、γアルミナ、ゼオライト等を用いることができる。また、その形状としては、例えば、ペレット状、ハニカム状等とすることができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
以下に、本発明の実施例にかかる排ガス浄化システムについて図１〜図４を用いて説明する。
本例の排ガス浄化システム１は、内燃機関の排ガスＧ中の窒素酸化物を除去して排ガスＧを浄化するためのシステムである。
この排ガス浄化システム１は、下記の酸化手段（正電極１２、負電極１３）と吸着部１４と電圧印加手段（正電極１２、負電極１３）とを有する。
【００２２】
上記酸化手段は、排ガスＧ中の一酸化窒素（NO）を酸化させる。
上記吸着部１４は、吸水性物質１５２を担体１５１に担持してなる吸着剤１５を有し、上記酸化手段によって酸化された窒素酸化物（NOx）を吸着してイオン化すると共に、排ガスＧ中の水分を吸着する。
上記電圧印加手段は、窒素酸化物及び水分を吸着した上記吸着部１４に直流電圧を印加して、窒素酸化物を電気分解により還元する。
【００２３】
以下、排ガス浄化システム１につき具体的に説明する。
本例の排ガス浄化システム１は、図１に示すごとく、排ガス源となるエンジンの下流における排気管１１の途中に組み込まれ、酸化手段及び電圧印加手段としての正電極１２及び負電極１３と吸着部１４とを有する。
正電極１２は、排気管１１の内壁に配設されており、接地されている負電極１３は、正電極１２との間に直流電圧を印加することができるように、正電極１２に対向配設されている。
また、正電極１２と負電極１３との間には、吸着剤１５を充填してなる吸着部１４が設けられている。
【００２４】
吸着剤１５は、図２に示すごとく、多孔質材料からなる担体１５１と、担体１５１の表面に担持された、導電性を有し、かつ低融点物質でもある吸水性物質１５２とからなる。
なお、担体１５１にはγアルミナ（γAl2O3）を、吸水性物質１５２には炭酸ナトリウム（Na2CO3）を用いた。
【００２５】
次に、排ガス浄化システム１を用いて排ガスＧを浄化する方法について説明する。
まず、窒素酸化物を含んだ排ガスＧを吸着部１４に導入する。そして、図３に示すごとく、正電極１２と負電極１３との間に直流電圧を印加し、吸着部１４において放電する。これによって、酸素分子（O2）や水分子（H2O）などから反応性の高いラジカル（O、H、OH）を生成し、このラジカル化学反応により、排ガスＧ中の一酸化窒素（NO）は酸化され、二酸化窒素（NO2）及び硝酸（HNO3）となる。
【００２６】
酸化された窒素酸化物（NO2、HNO3）は、吸着部１４に充填された吸着剤１５に吸着され、イオン化する。これと同時に、吸着剤１５は排ガスＧ中の水分を吸着する。
吸着剤１５は、図４に示すごとく、担体１５１の表面を吸水性物質１５２と排ガスＧ中から吸着した吸着水２とで被覆された状態となる。これにより、吸着剤１５を充填してなる吸着部１４は、吸着水２を介して電流を流すことが可能な状態となる。
【００２７】
そして、正電極１２と負電極１３との間に直流電圧を印加し、窒素酸化物及び水分を吸着した吸着部１４に電流を流す。その結果、吸着部１４内では電気分解が行われ、吸着部１４に吸着されていた窒素酸化物（硝酸イオン）は還元される。
これにより、酸化手段によって酸化された窒素酸化物の９０％以上が還元される。窒素酸化物が除去された排ガスＧは、吸着部１４から排出される。
【００２８】
また、吸着部１４に吸着された吸着水２は、電気分解の際に生じる電解熱により蒸発する。これにより、吸着部１４は乾燥され、放電が可能な状態となる。この状態において、上述と同様に酸化手段による一酸化窒素の酸化、吸着部１４による窒素酸化物及び水分の吸着、電圧印加手段による窒素酸化物の電気分解を繰り返し行う。
【００２９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例の排ガス浄化システム１における吸着部１４に充填されている吸着剤１５は、吸水性物質１５２を担体１５１に担持してなるため、充分な吸水性を有する。そのため、吸着部１４に排ガスＧが通過したとき、窒素酸化物と共に排ガスＧ中に含まれる水分を吸着部１４へ充分に吸着させることができる。そのため、吸着部１４に電流を流すことが可能となり、電圧印加手段により、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を還元することができる。
【００３０】
また、吸着部１４に吸着された水分は、電気分解の際に生じるジュール熱により蒸発し、吸着部１４は再び放電が可能な状態となる。これにより、排ガス浄化作業を連続的に効率よく行うことができる。
このように、本例の排ガス浄化システム１を使用すれば、外部から水分を加えることなく、排ガスＧ中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる。
【００３１】
また、上記排ガス浄化システム１は、上記酸化手段により酸化された窒素酸化物の９０％以上を還元するため、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を電気分解によって効率よく還元することができる。
また、吸水性物質１５２は、炭酸ナトリウムからなるため水溶解度が高く、潮解性に優れている。それ故、排ガスＧ中の水分をより吸着し、保持することができる。これにより、吸着部１４の電気抵抗を充分に小さくすることができ、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を電気分解によって効率よく還元することができる。
また、担体１５１は、多孔質材料からなるため、上記酸化手段によって酸化された窒素酸化物の吸着をより充分に行うことができる。
【００３２】
以上のごとく、本例によれば、外部から水分を加える必要のない排ガス浄化システムを提供することができる。
本例では、担体１５１としてγアルミナ（γAl2O3）を用いたが、ゼオライト等を用いることもできる。
また、吸水性物質１５２として炭酸ナトリウム（Na2CO3）を用いたが、水酸化ナトリウム（NaOH）、水酸化バリウム（Ba(OH)2）、水酸化リチウム（LiOH）等を用いることもできる。
【００３３】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、実施例１の排ガス浄化システム１において、吸着剤１５に担持させた吸水性物質１５２と窒素酸化物との反応生成物１５３（低融点物質）を排ガスＧの熱によって融解させることにより、吸着部１４が電気分解可能な状態を形成する例である。
【００３４】
即ち、吸水性物質１５２としての炭酸ナトリウム（Na2CO3）は、排ガスＧ中のNO2等の窒素酸化物と反応し、反応生成物１５３として硝酸ナトリウム（NaNO3）を生成する。この反応生成物１５３は、導電性を有すると共に融点３０６．８℃の低融点物質である。
したがって、図５に示すごとく、導電性を有する反応生成物１５３（低融点物質）は、排ガスＧの熱によって融解し、吸着剤１５の担体１５１の表面を被覆する。これにより、吸着部１４の電気抵抗を低下させることができ、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００３５】
このように、本例の場合には、吸着部１４が排ガスＧ中の水分を充分に吸着することが困難となる温度範囲においても、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することができる。
【００３６】
つまり、排ガスＧの温度が高くなると、吸着部１４は排ガスＧ中の水分を充分に吸着することが困難となり、吸着部１４の電気抵抗が大きくなるおそれがある。したがって、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することが困難となるおそれがある。
そこで、吸水性物質１５２が窒素酸化物と反応することによって生成する反応生成物１５３が低融点物質であることにより、吸着部１４が排ガスＧ中の水分を充分に吸着することが困難となる温度範囲においても、上述のごとく電気分解による窒素酸化物の還元を容易に行うことができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３７】
なお、吸水性物質１５２自身が低融点物質であってもよい。この場合には、導電性を有する吸水性物質１５２自身が排ガスＧの熱によって融解し、吸着剤１５の担体１５１の表面を被覆する。これにより、吸着部１４の電気抵抗を低下させることができ、吸着部１４に吸着された窒素酸化物を電気分解により還元することができる。
このような吸水性物質１５２としては、例えば水酸化バリウム（Ba(OH)2）等がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１における、排ガス浄化システムの説明図。
【図２】実施例１における、吸着剤の説明図。
【図３】実施例１における、放電された状態の吸着部を示す説明図。
【図４】実施例１における、電気分解が可能な状態の吸着部を示す説明図。
【図５】実施例２における、電気分解が可能な状態の吸着部を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１  排ガス浄化システム
１４  吸着部
１５  吸着剤
１５１  担体
１５２  吸水性物質
１５３  反応生成物
Ｇ  排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006037813.tif 000006
【図５】
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