(57)【要約】【課題】排ガス中の有害物質の濃度を低減させると共に排ガスの温度を使用に適した温度として、ＣＯ２を含む排ガスを育成する植物に供給するにあたり、触媒層を均一に加熱して排ガスを効率良く浄化することができる排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置を提供する。【解決手段】内燃機関１１又は燃焼装置１２から排出される排ガスの流路３の少なくとも一部を上流側が下側となり下流側が上側となる縦型流路３１とし、前記縦型流路３１に下側より順に酸化触媒層５と熱交換器７とを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関又は燃焼装置から排出される排ガスの流路の少なくとも一部を上流側が下側となり下流側が上側となる縦型流路とし、前記縦型流路に下側より順に酸化触媒層と熱交換器とを設けて成ることを特徴とする排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置。
【請求項２】
縦型流路の熱交換器より下方で且つ酸化触媒層より上方の部位に熱交換器で生成されるドレンを回収するドレン回収部を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置。
【請求項３】
排ガスの流路の酸化触媒層よりも上流側に排ガスを加熱する加熱部を設けて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置。
【請求項４】
排ガスの流路に窒素酸化物を吸着除去するための活性炭あるいは活性炭繊維からなる吸着除去層を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関又は燃焼装置から排出される排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コジェネレーションが広く採用されるようになってきており、これによりエネルギー効率が向上して、地球温暖化の原因となるＣＯ２の排出量の低減が図られている。コージェネレーションは、発電時に発生する電気および熱をエネルギー源として利用するものであるが、更に、この時に生成され従来は廃棄されていたＣＯ２を有効利用するものとして、トリジェネレーションという形態がある。
【０００３】
トリジェネレーションは、ガスエンジンをはじめとする内燃機関等から排出される排ガスを浄化して、排ガス中に含まれるＣＯ２を積極的に利用するものである。排ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が含まれているため、少なくともこれらの濃度を大気汚染防止法等の法令に基づく基準値以下となるように浄化してから排出する必要がある。また、ＣＯ２の用途によっては更に浄化する必要があるが、このような用途として植物の育成促進がある。
【０００４】
排ガスの浄化方法としては、一般的に希薄燃焼や三元触媒による処理といった方法が挙げられるが（例えば特許文献１参照）、希薄燃焼による場合には、ＣＯ２の用途が植物の育成促進であると、有害物質の濃度を使用に適する濃度にまで低減することができないものであった。
【０００５】
また、三元触媒による場合には、処理する有害物質のバランスを一定に保った上で、一定の温度で触媒層を加熱する必要があった。そこで、触媒層の加熱を排ガスの保有熱で行おうとすると、熱源となる内燃機関や燃焼装置の近傍、例えばエンジンのパッケージの中に触媒層を設ける必要があり、触媒層や排ガスの流路となる配管を設置するスペースが限られる上に配管を屈曲させなければならず、偏流が発生し易くなり、触媒層を均一に加熱することが困難となってしまうものであった。そこで更に、触媒層を大きくして補おうとすると、不経済となってしまうものであった。
【０００６】
また、触媒層の加熱を排ガスの保有熱で行わない場合、触媒層の周囲に電気ヒータ等の加熱手段を設けて加熱することになるが、この時、触媒層の周囲と中心部とでは温度が不均一となり、中心部を最適な温度とするべく加熱すると周囲の温度が適度な温度よりも相当高い温度となるように保つ必要が生じ、非効率な運転となってしまうものであった。
【特許文献１】特開２００５−１９３１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排ガス中の有害物質の濃度を低減させると共に排ガスの温度を使用に適した温度として、ＣＯ２を含む排ガスを育成する植物に供給するにあたり、触媒層を均一に加熱して排ガスを効率良く浄化することができる排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために請求項１に係る排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置にあっては、内燃機関１１又は燃焼装置１２から排出される排ガスの流路３の少なくとも一部を上流側が下側となり下流側が上側となる縦型流路３１とし、前記縦型流路３１に下側より順に酸化触媒層５と熱交換器７とを設けて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成とすることで、排ガス中の有害物質の一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素酸化物を低減させると共に排ガスの温度を使用に適した温度として、ＣＯ２を含む排ガスを育成する植物に供給することができ、これにあたり、触媒層を均一に加熱して排ガスを効率良く浄化することができるものである。
【００１０】
また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、縦型流路３１の熱交換器７より下方で且つ酸化触媒層５より上方の部位に熱交換器７で生成されるドレンを回収するドレン回収部６を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
このような構成とすることで、熱交換器７で生成されたドレンが下方の酸化触媒層５に落下して付着してしまうのを防止することが可能となる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明にあっては、請求項１又は２に係る発明において、排ガスの流路３の酸化触媒層５よりも上流側に排ガスを加熱する加熱部２１を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
このような構成とすることで、酸化触媒層５の温度を適温とするのに排ガスの保有熱に依存しなくても済むものである。
【００１４】
また、請求項４に係る発明にあっては、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、排ガスの流路３に窒素酸化物を吸着除去するための活性炭あるいは活性炭繊維からなる吸着除去層８を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
このような構成とすることで、排ガス中の還元されなかった窒素酸化物を吸着除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、排ガス中の有害物質の一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素酸化物を低減させると共に排ガスの温度を使用に適した温度として、ＣＯ２を含む排ガスを育成する植物に供給することができると共に作業者への安全性も確保することができ、これにあたり、触媒層を均一に加熱して排ガスを効率良く浄化することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。図１に、本発明の排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置２の構成図を示し、図２に、本発明の排ガスを利用した植物育成用ＣＯ２供給装置２を用いたシステムの概略全体構成図を示す。
【００１８】
図中の符号１は天然ガスやガソリンをはじめ様々な燃料の燃焼が行われる内燃機関１１又は燃焼装置１２からなる排ガス供給源で、内燃機関１１の場合には図示しない発電機を駆動して発電し、燃焼装置１２の場合には図示しないボイラ等の熱交換部の被加熱部を加熱するものである。そして、これら内燃機関１１や燃焼装置１２において燃焼が行なわれた際に排出される排ガスは、浄化されて排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質の濃度を低減させてから排出するものである。内燃機関１１又は燃焼装置１２から排出される排ガスの流路３を構成する管部４は、少なくとも一部が縦管部４１で形成されていて、この縦管部４１内の流路３が縦型流路３１となっている。この縦型流路３１は、上流側が下側となり下流側が上側となるように構成される。
【００１９】
そして、縦型流路３１には、下側より順に酸化触媒層５と熱交換器７とを設けてある。
【００２０】
酸化触媒層５は、触媒としての貴金属を担持させたハニカムで構成され、上述した排ガス中の一酸化炭素や、エチレン等をはじめとする炭化水素といった不完全燃焼成分を表面の触媒作用によって酸化させ、一酸化炭素を二酸化炭素とすると共に、炭化水素を二酸化炭素と水にする。
【００２１】
また、排ガス中の窒素酸化物は、吸着等により除去してもよい。これは例えば、活性炭や活性炭繊維、あるいはゼオライト等を充填してなる吸着除去層８を設け（図４参照）、排ガス中に含まれる窒素酸化物を吸着除去するものである。この吸着除去層８は、本実施形態では排ガスの流路３の縦型流路３１の下流側の部分か、縦型流路３１の熱交換器７よりも下流側の部分に配設される。なお、この吸着除去層８は、ＣＯ２を供給する植物が窒素酸化物等の酸性ガスに対する耐性を有する植物であれば、活性炭や活性炭繊維の充填量を減らしたり、あるいは図１に示すように吸着除去層８を無くして空気との混合希釈により一定濃度以下まで低減させてもよい。
【００２２】
またなお、吸着除去層８に活性炭素繊維触媒を用いると、ＮＯｘが優先して処理され、吸着によるＣＯ２濃度の低下は見られず、安定したＣＯ２濃度の排ガスを供給することが可能となる。
【００２３】
熱交換器７は、縦型流路３１の酸化触媒層５よりも上側（下流側）の部分に配設され、排ガスの排熱を回収して冷却し、植物育成用のＣＯ２を含んだ排ガスとして適した温度にしてから供給するものである。熱交換器７にて回収した熱は、ＣＯ２を供給する植物が収容されている温室Ｈの暖房等に利用される。そしてこの時、熱交換器７の表面（流路３に面している表面）に排ガス中の水蒸気が凝縮してドレン（凝縮水）が発生する。熱交換器７は上述したように縦型流路３１の酸化触媒層５よりも上側の部分に配設してあり、熱交換器７の表面に付着しているドレンが落下して酸化触媒層５に付着するのを防止するため、縦型流路３１の熱交換器７より下方で且つ酸化触媒層５より上方の部位に、熱交換器７で生成されるドレンを回収するドレン回収部６を設けてある。これについては後で説明する。
【００２４】
また本実施形態では、排ガスの流路３の酸化触媒層５よりも上流側の部分に、排ガスを加熱する加熱部２１を設けてある。加熱部２１としては、図１に示すような燃焼バーナ２１ａや、図３に示すような電気ヒータ２１ｂ等、特に限定されない。加熱部２１は、酸化触媒層５を適温の２００℃〜３００℃とするために、酸化触媒層５を通過する排ガスを加熱して高温にすることで酸化触媒層５を加熱して前記適温とするものである。なお、酸化触媒層５の種類によっては４００℃〜５００℃付近の温度や、その他の温度範囲が適温となる場合もある。
【００２５】
上記のように、内燃機関１１又は燃焼装置１２から排出される排ガスの流路３の一部を縦型流路３１とし、前記縦型流路３１に下側より順に酸化触媒層５と熱交換器７とを設けたことで、酸化触媒層５により排ガス中の有害物質の一酸化炭素、未燃炭化水素を低減させると共に、熱交換器７により排ガスの温度を使用に適した温度として、ＣＯ２を含む（少なくとも空気より高濃度に含む）排ガスを育成する植物に供給することができ、ＣＯ２を供給する植物が収容されている温室内にいる作業者への安全性も確保することができる。これにあたり、触媒層を均一に加熱して排ガスを効率良く浄化することができるものである。
【００２６】
また、本ＣＯ２供給装置２は、内燃機関１１又は燃焼装置１２とは独立して設けるものであるため、複数の内燃機関１１又は燃焼装置１２の設備の排ガスを総合的に処理することができ、酸化触媒層５における触媒の充填量を変更して排ガス量の増減に対応することができる。
【００２７】
また、本ＣＯ２供給装置２の主要構成をなす酸化触媒層５と熱交換器７（とドレン回収部６）を収容する流路３を縦型の縦管部４１で構成したことで、平面視における設置面積を減らしてコンパクトにすることができる。
【００２８】
実際に、酸化触媒層と吸着層に活性炭素繊維触媒を設けた実機による試験を行い、その結果を表１に示す
【００２９】
【表１】
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【００３０】
この結果より、有害物質のＣＯ、ＮＯ２とも十分に低減できていると共に、ＣＯ２は高濃度を維持していることが確認された。
【００３１】
以下、ドレン回収部６について図５に基づいて説明する。
【００３２】
ドレン回収部６は、上受部６１と下受部６２と、排水部６３とで主体が構成され、本実施形態では外殻をなす筒状ケーシング６０に取付けられる。上受部６１は、熱交換器７の下方に配置されて、その上面が熱交換器７の表面から落下するドレンを受ける受け面（便宜上「上受け面６１ａ」という）となる。この上受け面６１ａを傾斜させることで、上受け面６１ａで受けたドレンが上受け面６１ａの下側の端部６１ｂへと流下する。上受け面６１ａは、縦型流路３１の断面の一部に配置されて、残りの部分が排ガスの流路３となる。本実施形態では、縦管部４１内の縦型流路３１にその流れ方向から見て略矩形状をした二枚の板部を、中央部に排ガスの流路３となる隙間が形成されるように両側にそれぞれ配置し、中央部側の端部が下側の端部６１ｂとなるように傾斜させて、流れ方向と直交する方向から見て略逆ハ字状に配設してある。なお本実施形態では、ドレン回収部６の外殻を筒状ケーシング６０で構成して、この筒状ケーシング６０に上受部６１となる二枚の板部の端縁部を固定している。
【００３３】
下受部６２は、上受部６１の下方に配置されて、その上面が熱交換器７の表面から落下するドレンおよび上受部６１から落下するドレンを受ける受け面（便宜上「下受け面６２ａ」という）となる。この下受け面６２ａを傾斜させることで、下受け面６２ａで受けたドレンが下受け面６２ａの下側の端部６２ｂへと流下する。下受け面６２ａは、縦型流路３１の断面の一部に配置されて、残りの部分が排ガスの流路３となる。本実施形態では下受部６２は、縦管部４１内の縦型流路３１にその流れ方向から見て略矩形状をするとともに、流れ方向と直交する方向から見て略Ｖ字状をした板状部からなるもので、上受部６１の板部の間に形成される排ガスの流路３の下方に下受け面６２ａが位置するように配置され、下受部６２の両側が排ガスの流路３となる。これにより、平面視において排ガスの流路３は上受部６１と下受部６２とで閉塞される状態となり、熱交換器７から鉛直下方に落下するドレンが上受部６１か下受部６２の受け面で受けられる。
【００３４】
また、筒状ケーシング６０自体を下方へ行く程その平面視における断面積が小さくなるようにテーパ状とし、テーパ面を受け面と同様に機能させるものでもよい。
【００３５】
そして本実施形態では、下受部６２の長手方向の両端部、すなわち略Ｖ字状に見える方向の両端部を筒状ケーシング６０に固定している。また、下受部６２は長手方向に傾斜させてあり、下受け面６２ａで受けてその略Ｖ字の谷底に溜まったドレンが長手方向の下側の端部６２ｂに向けて流下するものである。そして、下受部６２の下側の端部６２ｂには、筒状ケーシング６０外に連通するように筒状ケーシング６０に貫通穴６０ａが穿設してあり、下受部６２の下側の端部６２ｂに溜まったドレンが貫通穴６０ａを介して筒状ケーシング６０外に排出される。また、筒状ケーシング６０の外側には、前記貫通穴６０ａを介して排出されたドレンを誘導して排水するための排水部６３が設けてある。
【００３６】
また、本実施形態では、上受部６１と下受部６２とを連絡する連絡棒６４が設けてある。これは、上受部６１の上受け面６１ａで受けられて下側の端部６１ｂに流下したドレンをスムーズに下受部６２の下受け面６２ａへと誘導するためのもので、本実施形態では上受部６１の二枚の板部の下側の端部６１ｂの長手方向に複数（本実施形態では二つ）の連絡棒６４の上端部を位置させると共に、連絡棒６４の下端部を下受部６２の下受け面６２ａに接して又は近接して配置する。これにより、上受部６１の上受け面６１ａで受けられて下側の端部６２ｂに流下したドレンが、連絡棒６４の表面を伝って下受部６２の下受け面６２ａへとスムーズに確実に流下させることができ、また、下受部６２の下受け面６２ａへと流下したドレンが跳ねたりするのを抑えることもできる。
【００３７】
上記のようなドレン回収部６を設けたことで、熱交換器７で生成されたドレンが下方の酸化触媒層５に落下して付着してしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態の要部の構成図である。
【図２】同上の実施形態におけるＣＯ２供給装置を用いたシステムの概略全体構成図である。
【図３】他例の加熱部を用いた場合の構成図である。
【図４】他の実施形態の構成図である。
【図５】ドレン回収部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  内燃機関
１２  燃焼装置
２    植物育成用ＣＯ２供給装置
３    流路
３１  縦型流路
５    酸化触媒層
７    熱交換器
【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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