(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、排気ガスを処理する処理液を、ポンプなどの駆動源を使用することなく、排気ガスを排出する排気管内に供給し、排気管内に流入する排気ガスを処理することができる排気ガス処理装置を提供することにある。【解決手段】  本発明は、流入管は接続管を介して貯蔵タンクと接続され、排気管は、供給管を介して貯蔵タンクと接続されているため、絞り部によって生じた差圧が供給管を介して貯蔵タンク内の処理液を供給する圧力となる。ポンプなどの駆動源を備えることなく、排気ガスを本発明の排気ガス処理装置に流入させることで排気管内に処理液を供給することができ、排気管内の排気ガスを処理液によって処理することができる。すなわち、消費エネルギーの少ない排気ガス処理装置を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを処理液によって処理する排気ガス処理装置であって、
前記処理液を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記排気ガスが流入する流入管と、
前記流入管に接続され、前記流入管の内径よりも小さい内径を有する絞り部と、
前記絞り部に接続され、前記絞り部の内径よりも大きい内径を有し、前記流入管に流入した前記排気ガスを排気する排気管と、
前記流入管及び前記貯蔵タンクを接続する接続管と、
前記貯蔵タンク内の前記処理液を前記排気管に供給するように、前記排気管及び前記貯蔵タンクを接続する供給管とを有することを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項２】
前記接続管は、
前記接続管から前記貯蔵タンク内に前記流入内の気体が流入可能なように、前記接続管の前記貯蔵タンク側の一端が前記貯蔵タンクの上面に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス処理装置。
【請求項３】
前記供給管は、
該供給管の前記貯蔵タンク側の一端が前記貯蔵タンク内の前記処理液内に存在するように、前記貯蔵タンクに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス処理装置。
【請求項４】
内燃機関から排出される排気ガスを処理液によって処理する排気ガス処理装置であって、
前記処理液を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記排気ガスが流入する流入管と、
前記流入管に接続され、前記流入管の内径よりも小さい内径を有する絞り部と、
前記絞り部に接続され、前記絞り部の内径よりも大きい内径を有し、前記流入管に流入した前記排気ガスを排気する排気管と、
前記貯蔵タンク内の前記処理液を前記排気管に供給するように、前記排気管及び前記貯蔵タンクを接続する供給管と、
前記貯蔵タンクに大気を流入させる大気流入口とを有することを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項５】
前記供給管は、大気が供給される大気供給管と接続され、
前記大気供給管には、液体が溜められる液溜め部が備えられていることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で燃料の燃焼によって排出される排気ガスから、排気ガス中に含まれるＰＭを除去する排気ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、火力発電や自動車や船舶等、化石燃料を多く使用する場面が多くなっている。これに伴い、化石燃料を燃焼することにより発生する酸化窒素化合物（ＮＯｘ）、酸化硫黄化合物（ＳＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）が大気中に放出され、大気汚染等の問題を引き起こしている。
【０００３】
このＰＭは、粒子状の物質の１つで、一般に粒径で分類されている。その粒径が１０μｍ以下のＰＭは、ＳＰＭ（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）と呼ばれ、中でも粒径が２．５ｎｍと特に小さいＰＭは、ＰＭ２．５と呼ばれ、人体や動物に対しても悪影響を与えることが明らかになっている。
【０００４】
特にＰＭの発生量の多いディーゼル燃料をはじめとする種々の化石燃料を使用する装置から排出されるＰＭに対する対策は、緊急かつ重要な課題となっており、ＰＭを効率よく除去する方法及び装置が開発されている。
【０００５】
本発明者らは、効率的にＰＭを除去することができる装置を開発している（例えば、特許文献１参照）。この装置によれば、精油を含有する水溶液から発生する蒸気と気体流中のＰＭと接触し、形成された吸着体をスチールウール等で捕集することができる。これにより、ＰＭ等を含む排気ガス中からＰＭ等の有害物質を効率的に除去することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７２１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のように、本発明の発明者らが開発した装置により、内燃機関から排出される排気ガスからＰＭ等の有害物質を除去することができるようになった。そして、更なる研究により、排気ガスを排気する排気管内に供給し、排気ガス中のＰＭ等の有害物質を除去するように処理することができる処理液を、ポンプ等を用いずに排気管内に供給することができる排気ガス処理装置を開発するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、排気ガスを処理する処理液を、ポンプなどの駆動源を使用することなく、排気ガスを排出する排気管内に供給し、排気管内に流入する排気ガスを処理することができる排気ガス処理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】
【０００９】
そこで、本発明の排気ガス処理装置は、内燃機関から排出される排気ガスを処理液によって処理する排気ガス処理装置であって、前記処理液を貯蔵する貯蔵タンクと、前記排気ガスが流入する流入管と、前記流入管に接続され、前記流入管の内径よりも小さい内径を有する絞り部と、前記絞り部に接続され、前記絞り部の内径よりも大きい内径を有し、前記流入管に流入した前記排気ガスを排気する排気管と、前記流入管及び前記貯蔵タンクを接続する接続管と、前記貯蔵タンク内の前記処理液を前記排気管に供給するように、前記排気管及び前記貯蔵タンクを接続する供給管とを有することを特徴とする。
【００１０】
この排気ガス処理装置は、排気ガスが流入する流入管と、排気ガスを排出する排気管との間に、流入管及び排気管よりも内径の小さい絞り部を備えることで、流入管側と排気管側とで圧力の差が生じる。そして、流入管は接続管を介して貯蔵タンクと接続され、排気管は、供給管を介して貯蔵タンクと接続されているため、絞り部によって生じた差圧が供給管を介して貯蔵タンク内の処理液を供給する圧力となる。この圧力によって、貯蔵タンク内の液面が押され、供給管を介して貯蔵タンクから排気管に処理液が供給される。
【００１１】
また、本発明の排気ガス処理装置は、内燃機関から排出される排気ガスを処理液によって処理する排気ガス処理装置であって、前記処理液を貯蔵する貯蔵タンクと、前記排気ガスが流入する流入管と、前記流入管に接続され、前記流入管の内径よりも小さい内径を有する絞り部と、前記絞り部に接続され、前記絞り部の内径よりも大きい内径を有し、前記流入管に流入した前記排気ガスを排気する排気管と、前記貯蔵タンク内の前記処理液を前記排気管に供給するように、前記排気管及び前記貯蔵タンクを接続する供給管と、前記貯蔵タンクに大気を流入させる大気流入口とを有することを特徴とする。
【００１２】
この排気ガス処理装置は、排気ガスが流入する流入管と、排気ガスを排出する排気管との間に、流入管及び排気管よりも内径の小さい絞り部を備えることで、大気圧に近い流入管側よりも排気管側の圧力が小さくなる。大気流入口から大気が流入する貯蔵タンク内の圧力は大気圧であるため、絞り部によって低下した排気管側の圧力との差が供給管を介して貯蔵タンク内の処理液を供給する圧力となる。この圧力によって、貯蔵タンク内の処理液を吸い上げ、供給管を介して貯蔵タンクから排気管に処理液が供給される。
【発明の効果】
【００１３】
これにより、ポンプなどの駆動源を備えることなく、排気ガスを本発明の排気ガス処理装置に流入させることで排気管内に処理液を供給することができ、排気管内の排気ガスを処理液によって処理することができる。すなわち、消費エネルギーの少ない排気ガス処理装置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】
【００１４】
図１は、本発明の排気ガス処理装置と接続される内燃機関との関係を示すブロック図である。本発明の排気ガス処理装置１は、図１のように、内燃機関２に接続されており、内燃機関２から排出される排気ガスを流入させる。そして、その排気ガス中のＰＭ等の有害物質を後述する処理液を使用して処理することで、ＰＭ等の有害物質を除去し、有害物質を含まない排気ガスを大気に排出することができる。以下、本発明の排気ガス処理装置１について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
内燃機関２は、ガソリン、軽油、灯油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油等といった化石燃料を燃焼させることで、エネルギー、動力を得ることができ、例えば、車両、船舶等の移動体や発電機（発電所を含む）やボイラーといったものである。そして、内燃機関２は、化石燃料を燃焼させることで生成する二酸化炭素をはじめとする気体と共に、例えば粒子状物質（ＰＭ）を、排気ガスとして排気している。近年、この排気ガス中のＰＭが人体に有害であるとして問題となっており、本発明の排ガス処理装置は、このＰＭ等の有害物質を除去することができるものである。
【００１６】
内燃機関２から排気される排気ガス中に含まれるＰＭは、種々の同素体炭素からなる炭素粒子を含む粒子状物質で、この炭素粒子の周囲に燃料や内燃機関２により構成成分が異なるものの、炭酸塩炭素、ベンゾピレン、アントラセン等の多環芳香族炭化水素、１−ニトロピレン、ジニトロピレン等の多環芳香族炭化水素類のニトロ化誘導体、ブタン、ブテン、ヘキサン、ヘキセン、オクタン、オクテン、デカン、ドデカン等の鎖状炭化水素、アジピン酸、グルタル酸等のカルボン酸、安息香酸等の芳香族カルボン酸等が付着している。
【００１７】
内燃機関２から排出される排気ガス中に含まれるこのＰＭは、内燃機関２や燃料や燃料の燃焼条件等により異なり、限定されるものではないが、大気等の気体中に浮遊する大凡１０μｍ以下の大きさを有している。この大きさの粒子に下記で説明する処理液を接触させることで、ＰＭの粒径を大きくして、ＰＭを回収することができる。
【００１８】
排気ガスを処理する処理液は、排気ガス中のＰＭ等の有害物質と接触することで、除去、無害化することできる液体であれば特に限定するものではないが、例えば以下のような液体が挙げられる。例えば、処理液は、植物の抽出によって得られる親油性成分０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％と、植物の抽出によって得られる親水性成分２０ｗｔ％〜２５ｗｔ％とを含有する。本発明において使用する親油性成分と、親水性成分を得るために使用する植物は特に限定されないが、ヒノキ科の植物、ツバキ科の植物、イチョウ科の植物、イネ科の植物およびシソ科の植物から選ばれる植物から得られるものであることが好ましい。
【００１９】
親油性成分と親水性成分を得るための植物は、特に限定するものではないが、ヒノキ科の植物、スギ科の植物、ブナ科の植物、マツ科の植物、ツバキ科の植物、イチョウ科の植物、イネ科の植物、シソ科植物が挙げられ、これらは含炭素粒子の粒径の拡大に効果的である。
【００２０】
また、具体的には、ヒノキ科の植物として、青森産ヒバ、ヒノキ、台湾ヒノキ、エンピツビャクシン、セイヨウヒノキ、ネズミサシ、ベニヒ、ヒバ、ヒノキアスナロ等が挙げられる。青森産ヒバは、青森県を産地とするヒバをいい、この幹や枝や葉等からは、ロジン酸α−ツヤプリシン、β−ツヤプリシン、ヒノキチオール、ツヨプセン、セドロール、カルバクロールなどのフェノール類、ジペンテン、サビネン、ボルネオール、サビノールを中心としたモノテルペノイド、酢酸サビニル、セスキテルペノイドならびにヒバエンなどのジテルペノイド等の成分が抽出できる。
【００２１】
また、台湾ヒノキは、台湾を主産地し、この葉や根等からは、α−ピネン、β−ピネン、カンフェン、ｐ−シメン、γ−テルピネン、ｄ−サビネン、テルピネオール、リナロール、ツヨプセン、β−エレメン、α−セドレン、エレモール、ビドロール、セドロール、ヒノキチオール、α−ツヤプリシン、トロポロイド、ヒノキチン等の成分が抽出できる。そして、ヒノキは、日本特産種で、その根や幹や葉等からは、α−ピネン、ボルネオール、γ−カジネン、α−カジノール、ヒノキオール等の成分が抽出できる。
【００２２】
スギ科の植物として、スギ、イカリスギ、セコイア、メタセコイア等が挙げられる。スギは、日本の多くを産地とし、この幹や枝や葉等から、クリプトメリオール、クリプトメリジオール、δ−カジネン、β−オイデスモール、スギオール、スギネン、セスキテルペン、β−システロール、セスキテルペン、スギオール、ジペンテン、カヤフラバノン、ソテツフラボン、ｄ−カテロール等の成分が抽出できる。
【００２３】
ブナ科の植物として、ブナ、コナラ、クヌギ、クリ、ブナ、スダジイ等が挙げられる。ブナは、日本に広く分布し、この幹や枝や葉等から、フラボノイド類を含むブナ油等が抽出できる。コナラは、ナラとも呼ばれ、日本及び朝鮮半島に広く分布し、この幹や枝や葉等から、タンニン類等を含むナラ油等の成分が抽出できる。
【００２４】
マツ科の植物として、アカマツ、クロマツ、ゴヨウマツ、カラマツ、トドマツ等が挙げられる。アカマツは、日本に広く分布し、この幹や枝や葉から、種々の成分を有するマツ油が抽出できる。
【００２５】
ツバキ科の植物として、茶、ツバキ、サザンカ等が挙げられる。茶は、約３００種の成分が含まれ、その葉や枝等から、シス−３−ヘキセノールおよびヘキサン酸エステル、トランス−２−ヘキセン酸エステル、リナロール、ゲラニオール、フェニルエチルアルコール、シス−ジャスモン、ジャスモン酸メチル、インドール等の成分が抽出できる。
【００２６】
イチョウ科の植物として、イチョウ、Ｂａｉｅｒａ、Ｓｔｅｎｏｐｈｙｌｌｕｍ、Ｓｐｈａｅｎｏｂａｉｅｒａ等が挙げられる。特に、東アジアを産地とするイチョウ類イチョウ目に属するイチョウの葉は、種々の成分を有するイチョウ油が抽出できる。
【００２７】
イネ科の植物として、ホウライチク、ヤダケ、スズタケ、モウソウチク、マダケ、クマザサ、チシマザサ、アズマザサ、オカメザサ等が挙げられる。主に日本を含む東アジアを主産地とするホウライチク、ヤダケ、スズタケ、モウソウチク、マダケは、葉等から種々の成分を有するタケ油が抽出できる。また、クマザサ、チシマザサは、葉等から種々の成分を有するササ油が抽出できる。
【００２８】
シソ科の植物として、ラベンダー等が挙げられる。ラベンダーは、フランス、イタリア、ハンガリー、ロシア南部、イギリス、北アメリカ、オーストラリア及び北海道等を主産地とし、このラベンダーの花等から、リナロール、酢酸リナリル、ラバンジュロール、酢酸ラバンジュリル、３−オクタノール、α−ピネン、β−ピネン、リモネン、シネオール、シトロネラール等の成分が抽出される。
【００２９】
上述の各成分は、植物の葉、花、種子、樹皮、果肉、果皮等から抽出され、水に不溶な親油性成分と、水に可溶な親水性成分とを有している。このうち、親油性成分は、一般に精油と呼ばれ、油状から半固体状で得られる揮発性物質である。この揮発性を利用して熱をかけることで植物から親油性成分を抽出することができる。この親油性成分には、テルペン系化合物、脂肪族鎖状化合物、芳香族化合物等も含有されている。また、この親油性成分中には、親水性成分を構成する親水性物質も含まれている。
【００３０】
テルペン系化合物は、（Ｃ５Ｈ８）ｎなる分子式をもつ鎖状および環状の炭化水素で、母体のテルペン系炭化水素と同じ炭素骨格をもつアルコール、アルデヒド、ケトンその他の誘導体も含まれる。テルペン系化合物はイソプレン単位の数によって、ヘミテルペン（Ｃ５Ｈ８）、モノテルペン（Ｃ１０Ｈ１６）、セスキテルペン（Ｃ１５Ｈ２４）、ジテルペン（Ｃ２０Ｈ３２）、トリテルペン（Ｃ３０Ｈ４８）、ポリテルペン（Ｃ５Ｈ８）ｎ等に分類される。
【００３１】
一方、親水性成分は、上述した植物中に含まれる親水性物質を含有する水溶液である。この親水性成分は、植物中又は親油性成分中に含まれる親水性物質を水又は親水性の液体で抽出することで親水性物質を含有する水溶液として得られる。
【００３２】
親油性成分及び親水性成分の抽出方法は、特に限定するものではないが、例えば水蒸気蒸留が挙げられる。この水蒸気蒸留は、親油性成分の沸点（通常、１５０〜３５０℃）より低い温度で行われるため、親油性成分の分解が生じるおそれはほとんどないという利点がある。また、親水性成分は、植物中の水分又は植物とともに入れられた水を蒸発させ、発生した蒸気とともに親水性物質が流出する。
【００３３】
以下に、一例として台湾ヒノキの水蒸気蒸留によって、薬液の製造について説明する。ヒノキは、南限が台湾の阿里山、北限が福島県といわれる分布域を有するヒノキ科の常緑高木である。単にヒノキといえば日本特産種を指し、台湾産のものを台湾ヒノキという。台湾ヒノキからは、多くのテルペン類を含み、芳香成分であるヒノキチオールを含む精油が得られる。このような芳香成分はヒノキの心材の部分に存在するが、樹齢６０年以上のヒノキになると心材の割合が８０％に達するため、樹齢の古いものの方が親油性成分を多く含み好適である。
【００３４】
水蒸気蒸留を行う台湾ヒノキの根の部分を、クラッシャーなどを用いて０．５〜１ｍｍ角程度の大きさのチップにする。このチップ約５００ｋｇをチップに含まれる水分を利用して、所定の温度で、水蒸気蒸留を行う。具体的には、約１００〜１２０℃の温度で２〜６時間程度蒸留し、チップに含有されている親油性成分を蒸気とともに留出させる。温度及び時間は、チップにした木の含水量などにより適宜調節する。水蒸気蒸留によって植物から発生する蒸気を冷却すると、上述のような親油性成分と植物中の親水性物質及び水により構成される親水性成分とが２層に分離し、親油性成分と親水性成分が得られる。なお、使用するヒノキのチップの量によって、抽出時間、蒸留釜の大きさ、蒸留時間などは適宜調整することができる。
【００３５】
この親水性成分と親油性成分とを所定の組成となるように混合することで、本発明で使用する薬液が得られる。例えば、混合後の水溶液の組成として、親油性成分を０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％、親水性成分を２０ｗｔ％〜２５ｗｔ％となるように混合し、例えば室温から６０℃で、３０分から２時間以上攪拌することで得られる。この溶液を使用することにより、含炭素粒子を効率的に回収できるとともに、回収した含炭素粒子の精製が容易となる。
【００３６】
また、得られた薬液には、必要に応じて適宜、ワックス類を添加してもよい。ワックス類には、天然ワックスと合成ワックスとに大別され、天然ワックスには、カルナウバワックス、木ろう、サトウロウなどの植物ワックスやミツロウ、昆虫ロウ、鯨ロウ、羊毛ロウなどの動物ワックスやパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油ワックスやモンタンワックス、オゾケライトなどの鉱物ワックスが含まれる。また、合成ワックスには、カーボワックス、ポリエチレンワックス、塩素化ナフタレンワックスなどが含まれる。この薬液は、そのままで使用してもよく、さらに水を加えて適宜希釈して使用してもよい。
【００３７】
このような処理液を排気ガスに接触させることで、排気ガス中のＰＭの粒径を大きくすることができ、本発明の排気ガス処理装置１の下流に備えられる捕捉フィルタ３によってＰＭを捕捉することができる。また、使用する処理液によっては、排気ガスと処理液を接触させることで、窒素酸化物などを無害化することも可能である。
【００３８】
粒径を大きくしたＰＭを捕捉する捕捉フィルタ３は、粒径を大きくしたＰＭを捕捉できるものであれば特に限定するものではい。例えば、ハニカム状のフィルタや網目状の多孔質フィルタなどが挙げられ、材質としては、スチール製、セラミック製、耐熱高分子製等が挙げられる。特に、網目状の多孔質セラミックフィルタを使用することで、より効率的に気体中からＰＭを捕捉し、このフィルタからＰＭを容易に回収できる。
【００３９】
本発明の排気ガス処理装置１は、図２のように、流入管１０と、接続管１１と、貯蔵タンク１２と、供給管１３と、絞り部１４と、排気管１５と、バルブ１６と、供給タンク１７とを備えている。
【００４０】
流入管１０は、両端面が開口し、所定の内径Ｄを有する筒状部材である。この流入管１０の一方端面の開口には、内燃機関２と接続されており、内燃機関２から排出される排気ガスが流入する。この流入管１０の他方端面の開口には、絞り部１４と接続されている。流入管１０の他方端面の開口の近傍には、接続管１１が接続されており、流入管１０内に流入する排気ガスを含む気体が接続管１１に流入する。
【００４１】
排気管１５は、両端面が開口し、所定の内径を有する筒状部材である。この排気管１５の一方端面の開口は、装置の外部と接続され、排気ガスを装置外部に排出することができるようになっている。そして、この一方端面の開口の排気方向下流には、図１に示される捕捉フィルタ３が備えられている。
【００４２】
また、排気管１５の他方端面の開口は、絞り部１４と接続されている。さらに、排気管１５の他方端面の開口の近傍には、供給管１３が接続されており、供給管１３から処理液が供給される。この処理液の供給方法は、排気管１５内を流れる排気ガスと処理液が効率的に接触することができれば特に限定するものではなく、例えば、排気管１５と供給管１３との接続箇所にスプレーノズル等を備えて処理液をスプレーするようにする方法などが挙げられる。
【００４３】
絞り部１４は、両端面が開口した筒状部材で、一方端面の開口に流入管１０が接続され、他方端面の開口に排気管１５が接続されている。この絞り部１４は、その最小の内径ｄが流入管１０から排気管１５の方向に向かって徐々に小さくなるテーパー形状を有している。すなわち、絞り部１４の最小の内径ｄは、流入管１０の内径Ｄよりも小さい。
【００４４】
例えば図２では、流入管１０の最小の内径ｄは、排気管１５との接続箇所の直前となっているが、例えば、絞り部１４の中央近傍が最小の内径ｄとなるように、流入管１０から絞り部１４の中央近傍に向かって内径を徐々に小さくし、中央近傍から排気管１５に向かって内径を徐々に大きくするようになっていても良い。
【００４５】
接続管１１は、両端面が開口した筒状部材で、流入管１０の内径よりも十分に小さい内径を有している。この接続管１１の一方端面の開口は、流入管１０と接続されている。また、接続管１１の他方端面の開口は、貯蔵タンク１２の上面に接続されており、接続管１１を介して、流入管１０内の気体が貯蔵タンク１２に流入可能になっている。
【００４６】
貯蔵タンク１２の上面に接続管１１の他方端面の開口が接続されていることで、処理液が接続管１１を介して流入管１０に供給されることがなくなる。また、排気ガスが直接貯蔵タンク１２に流入したいため、処理液と接触して粒径を大きくしたＰＭが供給管１３に流入する量も少なくなり、供給管１３が詰まることがなくなる。したがって、排気管１５に供給するための圧力が少なくても、円滑に排気管１５に処理液を供給することができる。
【００４７】
貯蔵タンク１２は、所定の内容積を有し、排気ガスを処理する後述する処理液を貯蔵する容器状の部材である。この貯蔵タンク１２の形状は特に限定するものではないが、その上面には、接続管１１の他方端面の開口が接続され、流入管１０内の気体が流入するようになっている。また、貯蔵タンク１２には、排気管１５と接続されている供給管１３の一方端面の開口が、貯蔵タンク１２内に貯蔵されている処理液内に存在するように、供給管１３が接続されている。
【００４８】
供給管１３は、両端面が開口した筒状部材で、排気管１５の内径よりも十分に小さい内径を有している。この供給管１３は、その一方端面の開口が貯蔵タンク１２内の処理液の中に存在するように貯蔵タンク１２と接続されている。例えば、この供給管１３は、一方端面の開口が貯蔵タンク１２内の内側底面に接触せずに、その底面の近傍に配置されるように、備えられるのが好ましい。また、供給管１３の他方端面の開口は、排気管１５と接続されており、貯蔵タンク１２内の処理液を排気管１５に供給可能となっている。
【００４９】
貯蔵タンク１２内には、接続管１１を介して、流入管１０から流入してきた排気ガスが存在するが、供給管１３の開口の一端が貯蔵タンク１２内の処理液内に存在するようにすることで、処理液のみを排気管１５に供給することができる。これにより、供給管１３内で、排気管１５に供給する処理液とＰＭが接触することがない。したがって、供給管１３内で粒径を大きくしたＰＭが溜まってしまい供給管１３が詰まることがなくなり、排気管１５に供給するための圧力が少なくても、円滑に排気管１５に処理液を供給することができる。
【００５０】
また、供給管１３には、制御部としてのバルブ１６が備えられており、排気管１５に供給する処理液の量をバルブ１６で調節することができる。これによって、排気ガス中のＰＭ等の有害物質の量に応じて適宜調節することができる。したがって、排気ガスの処理効率を向上させることも可能となる。
【００５１】
供給タンク１７は、貯蔵タンク１２と接続されており、上述した処理液を貯蔵タンク１２に供給する容器状の部材である。この供給タンク１７には、例えば図示しないバルブ等が備えられており、供給管１３の一方端面の開口が処理液外に露出しないように、貯蔵タンク１２内の処理液の量に応じて、供給タンク１７内の処理液を貯蔵タンク１２に供給する。
【００５２】
例えば、貯蔵タンク１２内に処理液の液面の高さを検知するセンサーなどを備え付け、そのセンサーの検知に基づいて図示しないバルブを開け閉めし、貯蔵タンク１２内の処理液の量を制御することができる。これにより、常に貯蔵タンク１２内の処理液の量が一定となるため、供給管１３の一方端面の開口が常に処理液内に存在することになる。したがって、排気管１５に処理液を連続的に供給することが可能となり、排気ガスの処理能力が向上する。
【００５３】
このような構成を有する本発明の排気ガス処理装置１は、以下のように動作する。まず、例えばディーゼルエンジンといった内燃機関２が稼動すると、軽油といった燃料が消費され、内燃機関２から本発明の排気ガス処理装置１に向かって、排気ガスが排出される。内燃機関２には、排気ガス処理装置１の流入管１０が接続されているため、内燃機関２から排出された排気ガスは、流入管１０に流入する。このとき、貯蔵タンク１２内の処理液が排気管１５に供給可能となるように、供給管１３に備えられるバルブ１６が調整される。
【００５４】
流入管１０に流入した排気ガスは、所定の流量Ｑと、所定の密度ρとを有し、絞り部１４を介して排気管１５に向かって流れる。この排気ガスが流入管１０から排気管１５に向かって流れる際、その圧力は、絞り部１４の近傍で変化する。これは、流入管１０の内径Ｄよりも絞り部１４の最小の内径ｄの方が小さいことにより、絞り部１４の最小の内径ｄとなっている箇所の前後で、排気ガスの流速が早くなる。ベルヌーイの定理より、排気ガスの流速が速くなることで、絞り部１４の最小の内径ｄとなっている箇所の圧力が低下し、絞り部１４の前後で圧力に差が生じる。
【００５５】
したがって、絞り部１４の上流側にある接続管１１の近傍の圧力Ｐｉと、絞り部１４の下流側にある供給管１３の近傍の圧力Ｐｏとを比較すると、Ｐｉ＞Ｐｏという関係となる。したがって、接続管１１の近傍の圧力Ｐｉと、供給管１３の近傍の圧力Ｐｏとの差圧Ｐｄは、下記式１のように示される。
【００５６】
【数１】
2008202583.tif 000003
【００５７】
内燃機関２から排気ガスが排気されることで絞り部１４の前後で生じた圧力の差によって、接続管１１の近傍の圧力Ｐｉが供給管１３の近傍の圧力Ｐｏより大きくなるため、流入管１０に流入した排気ガスの一部が接続管１１に流入する。このとき、接続管１１内の圧力は、上述した差圧Ｐｄと理論的に等しい。
【００５８】
接続管１１は、貯蔵タンク１２の上面と接続されていることで、接続管１１を流れる排気ガスが流入可能となり、貯蔵タンク１２内の処理液に対して圧力Ｐがかかる。すなわち、この圧力Ｐで、貯蔵タンク１２内に貯蔵されている処理液の液面を押すことになる。
【００５９】
液面を押された処理液は、開口が処理液内に配置されるように貯蔵タンク１２と接続された供給管１３に流入する。供給管１３に流入した処理液は、供給管１３の他端から排気管１５に供給される。すなわち、絞り部１４によって生じた差圧Ｐｄが、処理液を排気管１５に供給する圧力Ｐとなる。この圧力Ｐは、接続管１１が備えられている近傍の流入管１０の内径Ｄと、絞り部１４の最小の内径ｄと、排気ガスの流量Ｑ及び密度ρとによって下記式２のように示される。
【００６０】
【数２】
2008202583.tif 000004
【００６１】
以上のように、排気管１５を流れる排気ガス中のＰＭ等の有害物質を除去する処理液は、本発明の排気ガス処理装置１に排気ガスが流入することで、特別な駆動源を備えることなく、排気管内の排気ガスに処理液を供給することができる。
【００６２】
供給管１３から排気管１５に供給される処理液は、バルブ１６を介して、排気ガスの流量、内燃機関２の種類、燃料の種類などによって調整される。処理液が排気管１５から供給されると、処理液と排気ガス中のＰＭとが接触する。これにより、上述のように、周囲のＰＭ同士が集合し、その粒径を大きくする。処理液との接触により粒径を大きくしたＰＭは、排気ガスとともに排気管１５の下流側に流され、捕捉フィルタ３によって捕捉される。
【００６３】
したがって、排気ガス中のＰＭが捕捉フィルタ３によって捕捉されることで、排気ガスと、ＰＭとを完全に分離することができる。排気ガス中のＰＭ以外の有害物質も、ＰＭと同様に処理液と接触することで、処理される。これにより、内燃機関２から排出されるＰＭ等の有害物質を供給管１３から排出された処理液で処理することができる。
【００６４】
排気管１５への処理液の供給により貯蔵タンク１２内の処理液が所定量以下となった場合、供給タンク１７から貯蔵タンク１２に処理液が供給される。これにより、貯蔵タンク１２内の処理液が常に一定量以上存在するため、供給管１３の一方端面の開口が常に処理液内に存在することになる。したがって、排気管１５に処理液を連続的に供給することが可能となり、排気ガスの処理能力が向上する。
【００６５】
このように、本発明の排気ガス処理装置１は、ポンプなどの駆動源を備えることなく、排気ガスを流入させることで排気管１５内に処理液を供給することができ、排気管１５内の排気ガスを処理液によって処理することができる。すなわち、消費エネルギーの少ない排気ガス処理装置を提供することができる。
【００６６】
また、本発明の排気ガス処理装置１は、絞り部１４を流入管１０から排気管１５の方向に向かって徐々に小さくすることで、絞り部１４で排気ガスが滞ることなく流れる。これにより、排気ガスが流入管１０から排気管１５に円滑に流れる。したがって、絞り部１４での流速が十分に変化しやすくなり、絞り部１４の上流側にある接続管１１の近傍の圧力Ｐｉと、絞り部１４の下流側にある供給管１３の近傍の圧力Ｐｏとの差圧Ｐｄが大きくなりやすい。したがって、排気管１５に処理液を供給する圧力Ｐが大きくなりやすくなり、駆動源がなくても十分に処理液を供給することができる。
【００６７】
本発明の排気ガス処理装置は、上述のものに限られず、例えば、図３のような排気ガス処理装置であってもよい。以下、別の形態の排気ガス処理装置について説明するが、上述した形態と同様の部材に関しては説明を省略する。
【００６８】
排気ガス処理装置５は、上述した排気ガス処理装置１と同様に、内燃機関２と接続されており、排気ガス処理装置５の下流に捕捉フィルタ３を備えている。この排気ガス処理装置５は、図３のように、流入管１０と、貯蔵タンク１２と、大気流入口５１と、供給管１３と、大気供給管５２と、液溜め部５３と、バルブ５４と、絞り部１４と、排気管１５と、供給タンク１７とを備えている。
【００６９】
大気流入口５１は、上述で説明した接続管１１に代わって貯蔵タンク１２に備えられており、排気ガス処理装置５の外の大気を貯蔵タンク１２内に流入させる開口である。この大気流入口５１によって、貯蔵タンク１２内は常に大気圧となる。この大気流入口５１は、大気を貯蔵タンク１２内に流入させることができれば特に限定するものではなく、例えば一端開口を貯蔵タンク１２に接続した管状の部材であってもよい。
【００７０】
大気供給管５２は、両端面が開口した筒状部材で、一方端面の開口に供給管１３が接続されている。さらに大気供給管５２の他方端面の開口は、排気ガス処理装置５の外部にあり、外部の大気が流入するようになっている。この大気供給管５２の一方端面と他方端面との間に、液溜め部５３と、バルブ５４が備えられている。そして、この大気供給管５２は、バルブ５４によって大気の流入量が調節される。例えば、排気管１５側が大気圧よりも低い圧力であるため、バルブ５４が開かれると、大気供給管５２を介して供給管１３に大気が供給され、供給管１３内の処理液量が減少する。これを利用して、大気供給管５２及び、バルブ５４は、排気管１５への処理液の供給量を制御することができる。
【００７１】
液溜め部５３は、大気供給管５２に備えられ、例えば水や上述した処理液といった所望の液体が溜められており、排気ガス処理装置５の起動時に供給管１３への大気の流入を防止する。この液溜め部５３は、起動時に装置外部と供給管１３とを液体によって遮断することができるものであればよい。例えば、図３のように、大気供給管５２の一部を下方にクランク状に屈曲させた形状とすることで、大気供給管５２に液溜め部５３を形成することができる。これにより、排気ガス処理装置５の起動時に、供給管１３に大気が流入することがなくなり、排気管１５側の圧力が大気圧にならない。排気ガス処理装置５の起動後は、バルブ５４を調整することで、液溜め部５３内の液体が供給管１３に流入し、大気が供給管１３に流入可能となり、上述のように、排気管１５の処理液の供給量を制御することができる。
【００７２】
別の形態の本発明の排気ガス処理装置５は、上述した排気ガス処理装置１と同様に、内燃機関２の稼動により排気ガスが排気ガス処理装置１の流入管１０に流入する。流入管１０に流入した排気ガスは、絞り部１４を介して排気管１５に向かって流れる。この排気ガスが流入管１０から排気管１５に向かって流れる際、上述した排気ガス処理装置１と同様に、排気管１５側の圧力が流入管１０側の圧力よりも低下する。このとき、流入管１０側の圧力は、大気圧に近いため、排気管１５の圧力は大気圧よりも低下する。
【００７３】
ここで、貯蔵タンク１２は、大気流入口５１が備えられているため、貯蔵タンク１２内の圧力は大気圧となっている。したがって、供給管１３を介して貯蔵タンク１２と接続されている排気管１５と貯蔵タンク１２とに圧力の差が生じる。このとき、大気供給管５２の液溜め部５３には、液体が存在するため、大気供給管５２を介して大気が供給管１３に流入しない。
【００７４】
内燃機関２から排気ガスが排気されることで生じた排気管１５と貯蔵タンク１２との圧力の差によって、大気が貯蔵タンク１２内に流入可能となり、貯蔵タンク１２内の処理液を供給管１３に吸い上げられる。
【００７５】
供給管１３に吸い上げられた処理液は、供給管１３の他端から排気管１５に供給される。供給された処理液は、上述の排気ガス処理装置１と同様に、排気ガスを処理する。このとき、バルブ５４を調整することで、供給管１３内に大気を供給させて、供給管１３内の処理液の供給量を減少させることができる。すなわち、バルブ５４を調整することによって、排気管１５に供給する処理液の供給量を制御することができる。
【００７６】
このように、本発明の排気ガス処理装置５は、ポンプなどの駆動源を備えることなく、排気ガスを流入させることで排気管１５内に処理液を供給することができ、排気管１５内の排気ガスを処理液によって処理することができる。すなわち、消費エネルギーの少ない排気ガス処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の排気ガス処理装置と接続される内燃機関との関係を示すブロック図である。
【図２】本発明の排気ガス処理装置の構成を説明する図である。
【図３】本発明の別の排気ガス処理装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１、５  排気ガス処理装置
２  内燃機関
３  捕捉フィルタ
１０  流入管
１１  接続管
１２  貯蔵タンク
１３  供給管
１４  絞り部
１５  排気管
１６、５４  バルブ
１７  供給タンク
５１  大気流入口
５２  大気供給管
５３  液溜め部
【図１】
2008202583.tif 000005
【図２】
2008202583.tif 000006
【図３】
2008202583.tif 000007