(57)【要約】【課題】容易かつ安価に窒素酸化物の吸着能力を維持することができる排ガス浄化システムを提供すること。【解決手段】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。排ガス浄化システムは、排ガスＧ中の一酸化窒素を酸化させる酸化手段と、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吸着部３と、吸着部３に洗浄液４１を流通させて、吸着部３に吸着した窒素酸化物を洗浄液４１中に拡散させると共に吸着部３の外部である貯留槽５２に移動させる洗浄液流通手段（循環ポンプ４２等）と、吸着部３を通過した洗浄液４１中の窒素酸化物を、吸着部３の外部において除去する窒素酸化物除去手段としての電気分解用電極５１とを有する。【選択図】図２
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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する吸着部と、
該吸着部に洗浄液を流通させて、上記吸着部に吸着した窒素酸化物を上記洗浄液中に拡散させると共に上記吸着部の外部に移動させる洗浄液流通手段と、
上記吸着部を通過した上記洗浄液中の窒素酸化物を、上記吸着部の外部において除去する窒素酸化物除去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、上記洗浄液は、アルカリ性水溶液で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、上記窒素酸化物除去手段は、上記吸着部を通過した上記洗浄液に直流電圧を印加して、上記洗浄液中の窒素酸化物を電気分解により還元する電圧印加手段を有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、上記窒素酸化物除去手段は、上記洗浄液中の窒素酸化物を選択的に吸着することができる選択吸着剤を有す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、上記排ガス浄化システムは、上記吸着部を複数設けてなり、該複数の吸着部のうちの一部の吸着部に上記排ガスを流通させて窒素酸化物を吸着させながら、他の吸着部に上記洗浄液を流通させて、上記他の吸着部に吸着している窒素酸化物を上記洗浄液中に拡散させることができるよう構成してあ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上記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】
従来より、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してイオン化する。次いで、吸着部に電界を加えることにより、吸着部における硝酸イオンを正極性電極側に移動する。そして、この正極性電極側に移動した硝酸イオンを電気分解によって還元する。このように、吸着部に吸着した硝酸イオンを順次移動させることにより、吸着部の窒素酸化物吸着能力を維持している。
【０００５】
しかしながら、上記の方法では、硝酸イオンを移動させるに当って、吸着部に電界を加える必要があり、電気エネルギーが必要となる。また、硝酸イオンの移動は吸着部の中で行われるだけであり、硝酸イオンの電気分解による還元も、結局は吸着部の中で行う必要がある。そして、該吸着部は、電気抵抗が大きいため、大きな電気エネルギーが必要となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６６８７９７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、容易かつ安価に窒素酸化物の吸着能力を維持することができる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する吸着部と、
該吸着部に洗浄液を流通させて、上記吸着部に吸着した窒素酸化物を上記洗浄液中に拡散させると共に上記吸着部の外部に移動させる洗浄液流通手段と、
上記吸着部を通過した上記洗浄液中の窒素酸化物を、上記吸着部の外部において除去する窒素酸化物除去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。
上記排ガス浄化システムは、上記洗浄液流通手段を有し、上記吸着部に吸着した二酸化窒素（NO2）や硝酸（HNO3）等の窒素酸化物（NOx）を洗浄液中に拡散させると共に、吸着部の外部に移動させることができる。そのため、上記吸着部の吸着能力を容易に維持することができる。
【００１０】
また、上記排ガス浄化システムは、上記窒素酸化物除去手段を有し、上記洗浄液中に拡散させた窒素酸化物を、吸着部の外部において除去することができる。そのため、窒素酸化物（硝酸イオン）を含む洗浄液を、処理しやすい状態にして、例えば電気分解による還元や選択吸着剤による吸着等によって、窒素酸化物を除去することができる。それ故、容易かつ安価に窒素酸化物の除去を行うことができる。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、容易かつ安価に窒素酸化物の吸着能力を維持することができる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】
【００１２】
本発明（請求項１）において、上記排ガス浄化システムは、例えば、自動車の排ガスの浄化処理、特にハイブリッド自動車や水素エンジン自動車等の排ガス浄化処理に適用することができる。
【００１３】
また、上記洗浄液は、アルカリ性水溶液である（請求項２）。
この場合には、上記吸着部に吸着した酸性を示す窒素酸化物の上記洗浄液中への拡散を促進することができる。
上記アルカリ性水溶液としては、例えば水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液等がある。
【００１４】
また、上記窒素酸化物除去手段は、上記吸着部を通過した上記洗浄液に直流電圧を印加して、上記洗浄液中の窒素酸化物を電気分解により還元する電圧印加手段を有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、容易かつ安価に上記洗浄液中の窒素酸化物（硝酸イオン）を還元することができる。
本発明においては、上述のごとく、吸着部の外部において、洗浄液中における窒素酸化物の除去が行われるため、電気抵抗の小さい状態で電気分解を行うことができる。それ故、低電圧で大きな電流を流すことができ、窒素酸化物の電気分解を容易かつ安価に促進させることができる。
【００１５】
また、上記窒素酸化物除去手段は、上記洗浄液中の窒素酸化物を選択的に吸着することができる選択吸着剤を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、電力を用いずに洗浄液中から窒素酸化物（硝酸イオン）を容易かつ安価に除去することができる。
上記選択吸着剤としては、例えば、アルカリ性のゼオライト、活性炭等を用いることができる。
【００１６】
また、上記排ガス浄化システムは、上記吸着部を複数設けてなり、該複数の吸着部のうちの一部の吸着部に上記排ガスを流通させて窒素酸化物を吸着させながら、他の吸着部に上記洗浄液を流通させて、上記他の吸着部に吸着している窒素酸化物を上記洗浄液中に拡散させることができるよう構成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、一部の吸着部により窒素酸化物を吸着しつつ、他の吸着部における窒素酸化物の吸着能力を回復させることができ、これを交互に行うことで、排ガスの浄化を連続的に行うことができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる排ガス浄化システムにつき、図１〜図３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上記排ガスＧを浄化する。
上記排ガス浄化システム１は、図１、図２に示すごとく、下記の酸化手段（放電酸化部２）と吸着部３と洗浄液流通手段（循環ポンプ４２等）と窒素酸化物除去手段（電気分解用電極５１等）とを有する。
【００１８】
上記酸化手段としての放電酸化部１１は、排ガスＧ中の一酸化窒素（NO）を酸化させる。
上記吸着部３は、上記酸化手段によって酸化されたNO2、HNO3等の窒素酸化物（NOx）を吸着する。
上記洗浄液流通手段は、上記吸着部３に洗浄液４１を流通させて、上記吸着部３に吸着した窒素酸化物を洗浄液４１中に拡散させると共に上記吸着部３の外部に移動させる。
上記窒素酸化物除去手段は、上記吸着部３を通過した上記洗浄液４１中の窒素酸化物（硝酸イオン）を、上記吸着部３の外部である貯留槽５２において除去する。
【００１９】
また、上記窒素酸化物除去手段は、上記吸着部３を通過した上記洗浄液４１に直流電圧を印加して、上記洗浄液４１中の窒素酸化物を電気分解により還元する電圧印加手段として、一対の電気分解用電極５１を有する。
また、上記洗浄液４１は、アルカリ性水溶液であり、例えば水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液を用いることができる。
【００２０】
以下、図１、図２に基づいて、排ガス浄化システム１につき具体的に説明する。
図１に示すごとく、排ガス浄化システム１は、排ガス源となるエンジンの下流における排気管の途中に組み込まれ、酸化手段としての放電酸化部２と、該放電酸化部２の下流側の第１吸着除去部１１及び第２吸着除去部１２とを有する。上記第１吸着除去部１１及び第２吸着除去部１２の入口側には、排ガスＧの導入を切り替える切替バルブ１３が配設されている。
【００２１】
上記第１吸着除去部１１及び第２吸着除去部１２は、それぞれ、図２に示すごとく、上記吸着部３、循環ポンプ４２、電気分解用電極５１、貯留槽５２を有する。即ち、第１吸着除去部１１及び第２吸着除去部１２には、吸着部３と洗浄液流通手段と窒素酸化物除去手段とが配されている。
【００２２】
上記吸着部３は、ハニカム状或いは粒状のγアルミナやゼオライト等の多孔質体を充填してなる。
また、上記吸着部３の下方に、上記貯留槽５２が配設されている。そして、該貯留槽５２と吸着部３の上部との間には循環パイプ４３が配設され、該循環パイプ４３の途中に、貯留槽５２において窒素酸化物が除去された洗浄液４１を吸着部３へ循環させる循環ポンプ４２が設けてある。
【００２３】
また、図１に示すごとく、第１吸着除去部１１及び第２吸着除去部１２の下流側と入口との間には、浄化された排ガスＧ１の一部を第１吸着除去部１１及び第２吸着除去部１２に送り込むフィードバック配管１５１、１５２がそれぞれ配設されている。そして、該フィードバック配管１５１、１５２の途中には、開閉バルブ１６１、１６２がそれぞれ配設されている。
【００２４】
上述のごとく、上記排ガス浄化システム１は、上記吸着部３を２個設けてなり、この２個の吸着部３のうちの一方の吸着部３に排ガスＧを流通させて窒素酸化物を吸着させながら、他の吸着部３に洗浄液４１を流通させて、当該他の吸着部３に吸着している窒素酸化物を洗浄液４１中に拡散させることができるよう構成してある。
【００２５】
即ち、図３に示すごとく、上記排ガス浄化システム１は以下のプロセスを経ることにより、連続して排ガスＧの浄化を行う。
まず、上記放電酸化部２において、排ガスＧ中の一酸化窒素（NO）を、二酸化窒素（NO2）及び硝酸（HNO3）に酸化する（ステップＳ１）。放電酸化部２は、例えば、外周に接地電極を設けた絶縁管の中心に放電線を設け、該放電線にパルス高電圧を印加することによりパルス放電させるもの等を用いることができる（図示略）。これにより、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）を酸化して、二酸化窒素（NO2）及び硝酸（HNO3）とすることができる。
【００２６】
次いで、酸化された窒素酸化物（NO2、HNO3）とを含む排ガスＧは、第１吸着除去部１１に導入される。このとき、上記切替バルブ１３によって、第２吸着除去部１２の入口を閉塞しておくことにより、第１吸着除去部１１にのみ排ガスＧを導入することができる。
上記第１吸着除去部１１に導入された排ガスＧ中の窒素酸化物は、吸着部３に吸着される（ステップＳ１１）。該吸着部３は、連続供給される排ガスＧ中の窒素酸化物を次々と吸着し、浄化された排ガスＧ１は、吸着部３の下流の排気管へ送り出される。
【００２７】
そして、該吸着部３のＮＯｘ吸着能力が、初期の吸着能力に対して９０％以下となったとき、図１に示す上記切替バルブ１３を切り替えて、排ガスＧを第２吸着除去部１２へ導入する（ステップＳ１２、Ｓ２０）。
上記第２吸着除去部１２においても、上記第１吸着除去部１１と同様に排ガスＧ中の窒素酸化物を吸着部３に吸着する（ステップＳ２１）。
【００２８】
第２吸着除去部１２の吸着部３において窒素酸化物の吸着を行っている間、図２に示すごとく、第１吸着除去部１１においては、吸着部３に洗浄液４１を流通させる（ステップＳ１３）。これにより、上述したごとく吸着部３に吸着させた窒素酸化物を洗浄液４１中に拡散させ、その洗浄液４１を貯留槽５２へ移動させる。洗浄液４１中の上記窒素酸化物は、硝酸イオンとして存在する。
そして、貯留槽５２に貯留された洗浄液４１に、電気分解用電極５１に直流電圧をかけて、洗浄液４１中に抽出された窒素酸化物（硝酸イオン）を電気分解により還元する（ステップＳ１４）。
【００２９】
次いで、開閉バルブ１６１を開き、フィードバック配管１５１を通じて第１吸着除去部１１における吸着部３に、浄化された排ガスＧ１を送り込み、吸着部３を乾燥する（ステップＳ１５）。これにより、吸着部３の吸着能力を再生させる。
そして、第２吸着除去部１２のＮＯｘ吸着能力が初期の吸着能力に対して９０％以下となったとき、切替バルブ１３を切り替えて、再び、排ガスＧを第１吸着除去部１１へ導入する（ステップＳ１０、Ｓ２２）。
その後、第２吸着除去部１２についても、同様に、吸着させた窒素酸化物の除去等を行うことにより、吸着部３の吸着能力を再生させる（ステップＳ２３〜Ｓ２５）。
以上のプロセスを繰り返すことにより、排ガス浄化システム１の連続稼動を行う。
【００３０】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記排ガス浄化システム１は、上記洗浄液流通手段を有し、上記吸着部３に吸着した窒素酸化物（二酸化窒素、硝酸等）を洗浄液４１中に拡散させると共に、吸着部３の外部である貯留槽５２に移動させることができる。そのため、上記吸着部３の吸着能力を容易に維持することができる。
【００３１】
また、上記排ガス浄化システム１は、上記窒素酸化物除去手段を有し、上記洗浄液４１中に拡散させた窒素酸化物を、吸着部３の外部において除去することができる。そのため、窒素酸化物（硝酸イオン）を含む洗浄液４１を、処理しやすい状態にして、電気分解による還元によって、窒素酸化物を除去することができる。それ故、容易かつ安価に窒素酸化物の除去を行うことができる。
【００３２】
また、上記洗浄液４１はアルカリ性水溶液であるため、上記吸着部３に吸着した酸性を示す窒素酸化物の洗浄液４１中への拡散を促進することができる。
また、上記窒素酸化物除去手段は、電圧印加手段としての電気分解用電極５１を有するため、容易かつ安価に洗浄液４１中の窒素酸化物（硝酸イオン）を還元することができる。本例においては、上述のごとく、吸着部３の外部である貯留槽５２において、洗浄液４１中における窒素酸化物の除去が行われるため、電気抵抗の小さい状態で電気分解を行うことができる。それ故、低電圧で大きな電流を流すことができ、窒素酸化物の電気分解を容易かつ安価に促進させることができる。
【００３３】
また、上記排ガス浄化システム１は、吸着部３を複数設け、一方の吸着部３に排ガスＧを流通させて窒素酸化物を吸着させながら、他の吸着部３に洗浄液４１を流通させて、上記他の吸着部３に吸着している窒素酸化物を洗浄液４１中に拡散させることができる。そのため、一方の吸着部３により窒素酸化物を吸着しつつ、他方の吸着部３における窒素酸化物の吸着能力を回復させることができ、これを交互に行うことで、排ガスＧの浄化を連続的に行うことができる。
【００３４】
以上のごとく、本例によれば、容易かつ安価に窒素酸化物の吸着能力を維持することができる排ガス浄化システムを提供することができる。
【００３５】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、窒素酸化物除去手段として、洗浄液４１中の窒素酸化物（硝酸イオン）を選択的に吸着することができる選択吸着剤５３を設けた排ガス浄化システム１の例である。
即ち、図４に示すごとく、貯留槽５２と循環パイプ４３との間に、上記選択吸着剤５３を配設する。本例においては、実施例１に示した電気分解用電極５１（図２参照）は設けていないが、選択吸着剤５３と電気分解用電極５１との双方を設けてもよい。
上記選択吸着剤５３としては、アルカリ性のゼオライトを用いることができる。
【００３６】
本例の場合には、洗浄液４１中に拡散された窒素酸化物（硝酸イオン）を、上述した電気分解による還元（図３のステップＳ１４、Ｓ２４）の代わりに、選択吸着剤５３による選択吸着により除去する。これにより、窒素酸化物の除去された洗浄液４１が、循環パイプ４３を通じて吸着部３の上部へ供給される。
その他は、実施例１と同様である。
【００３７】
本例の場合には、電力を用いずに洗浄液４１中から窒素酸化物（硝酸イオン）を容易かつ安価に除去することができる。それ故、安価な排ガス浄化システム１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３８】
（実施例３）
本例は、図５、図６に示すごとく、窒素酸化物の吸着除去部１０を１個にした排ガス浄化システム１の例である。
この排ガス浄化システム１は、内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等）と電気（バッテリ）とを併用するハイブリッド自動車の排ガス浄化に適用される。
図５において概念的に示すように、本例の排ガス浄化システム１は、放電酸化部２と吸着除去部１０とを有する。
【００３９】
該吸着除去部１０は、図６に示すごとく、実施例１において示した第１吸着除去部１１あるいは第２吸着除去部１２と同様の構成及び機能を有する。なお、図７に示すごとく、実施例２において示した第１吸着除去部１１あるいは第２吸着除去部１２と同様の構成及び機能を有するものを本例の吸着除去部１０として用いることもできる。
【００４０】
上記排ガス浄化システム１においては、図５に示すごとく、エンジンを使用して運転している間は、排ガスＧを吸着除去部１０の吸着部３に導入して、窒素酸化物を吸着する。そして、バッテリを使用して運転している間は、洗浄液４１によって吸着部３の再生処理を行う。この再生処理に当っては、基本的には、実施例１と同様の方法を用いるが、吸着部３の乾燥については、図５に示すごとく、エアポンプ１７を用いて吸着部３にエアＡを送り込むことにより乾燥する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４１】
本例の場合には、容易かつ安価に窒素酸化物の吸着能力を維持することができる排ガス浄化システムを、ハイブリッド自動車用として提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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、吸着除去部の斜視図。
【図３】実施例１における、排ガス浄化システムによる排ガス浄化プロセスの説明図。
【図４】実施例２における、吸着除去部の斜視図。
【図５】実施例３における、排ガス浄化システムの概念説明図。
【図６】実施例３における、吸着除去部の斜視図。
【図７】実施例３における、他の吸着除去部の斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１  排ガス浄化システム
１０  吸着除去部
１１  第１吸着除去部
１２  第２吸着除去部
１３  切替バルブ
２  放電酸化部
３  吸着部
４１  洗浄液
５１  電気分解用電極
５２  貯留槽
５３  選択吸着剤
【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】
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【図７】
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