(57)【要約】【課題】ＰＭの捕集効率を向上させ、併せて、ＰＭの焼却を効率よく安定して行い、圧力損失を伴うことなくＰＭを確実に浄化する。【解決手段】エンジン（１０）の燃料供給系に設けられエンジンに供給される燃料にＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液の添加剤を加える燃料添加剤供給手段（１７，１８，１９）と、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中に含まれる排気微粒子を静電気を利用して捕集し焼却する排気微粒子静電捕集リアクター（２０）とを備える。【選択図】        図１
2004332610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃料供給系に設けられエンジンに供給される燃料に添加剤を加える燃料添加剤供給手段と、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中に含まれる微粒子を捕集して焼却する排気微粒子捕集・焼却手段とを備える排気微粒子浄化装置であって、
前記燃料添加剤は、ＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液であり、
前記排気微粒子捕集・焼却手段は、排気微粒子を静電気を利用して捕集し、焼却する排気微粒子静電捕集リアクターであることを特徴とする排気微粒子浄化装置。
【請求項２】
エンジンに供給される燃料に添加剤を加え、エンジンでの燃料と添加剤との燃焼後の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集して焼却する排気微粒子浄化方法であって、
前記燃料添加剤は、ＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液であり、
前記排気微粒子を捕集して焼却する工程は、排気微粒子静電捕集リアクターにより排気微粒子を静電気を利用して捕集し、焼却することを特徴とする排気微粒子浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気微粒子浄化装置および方法に関し、特に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンへ供給される燃料に燃料添加剤を加え、エンジンから排出される排気ガス中の微粒子を捕集・焼却することにより浄化する排気微粒子浄化装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする排気微粒子（以下、ＰＭと称すこともある）が多量に含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。排気ガスから、これらの微粒子を捕捉して、除去するための装置または方法が種々提案されており、その一例として、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載の微粒子焼却方法においては、ディーゼルエンジンの燃料供給系に添加剤供給機構を設けてエンジンへ供給される燃料に、セリウム、銅、及び鉄の内の少なくとも１つを含む酸化触媒を石油系溶媒に溶かした液体から成る燃料添加剤を加え、エンジンから排出される排気ガスを炭化硅素により構成されるハニカムフィルタである通気性多孔質材料のフィルタ中を通過させることにより、排気ガス中の微粒子をフィルタにより捕捉して焼却するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３０４２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載のように、ディーゼルエンジンへ供給される燃料に酸化触媒の燃料添加剤を加え、炭化硅素により構成されるハニカムフィルタでＰＭを捕捉して焼却する方法は、酸化触媒の作用により外部から熱を加えることなく比較的低い温度でＰＭを焼却できる利点があるが、ＰＭの捕捉をフィルタに依存していることから、ＰＭのいわゆるすり抜けによるＰＭの捕捉率または捕集率に限界があり、ＰＭの浄化効率が十分とは云えない。
【０００６】
そこで、この捕捉率を上げるべく、フィルタの微小気孔の平均径が小さくなるようにすると、ＰＭによるいわゆる目詰まりが生じ、排気ガスの圧損が上昇することによる燃費の悪化が生じる惧れがある。
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題を解消し、ＰＭの捕集効率を向上させ、併せて、ＰＭの焼却を効率よく安定して行い、圧力損失を伴うことなくＰＭを確実に浄化できる排気微粒子浄化装置および方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の排気微粒子浄化装置は、エンジンの燃料供給系に設けられエンジンに供給される燃料に添加剤を加える燃料添加剤供給手段と、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中に含まれる微粒子を捕集して焼却する排気微粒子捕集・焼却手段とを備える排気微粒子浄化装置であって、前記燃料添加剤は、ＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液であり、前記排気微粒子捕集・焼却手段は、排気微粒子を静電気を利用して捕集し焼却する排気微粒子静電捕集リアクターであることを特徴とする。
【０００９】
また、排気微粒子浄化方法は、エンジンに供給される燃料に添加剤を加え、エンジンでの燃料と添加剤との燃焼後の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集して焼却する排気微粒子浄化方法であって、前記燃料添加剤は、ＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液であり、前記排気微粒子を捕集して焼却する工程は、排気微粒子静電捕集リアクターにより排気微粒子を静電気を利用して捕集し、焼却することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態を概略的に示す配置図である。図１において、１０はディーゼルエンジンであり、１１は吸気系に連通されている吸気ポート、１２は排気系に連通されている排気ポート、１３は燃焼室を画成するピストンである。本実施の形態では、エンジン１０の燃焼室に燃料タンク１４から燃料配管１５を介して供給された燃料が燃料噴射弁１６により噴射されて供給される。
【００１１】
燃料タンク１４は、添加剤ポンプ１７を備える添加剤供給管１８を介して添加剤タンク１９に連通されている。添加剤ポンプ１７は、不図示のコントローラにより制御され、燃料量に応じて適量の燃料添加剤を燃料タンク１４へ供給するように構成されている。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気系に配置されている排気微粒子静電捕集リアクター２０に導入され、後述のように浄化処理されて大気に排出される。
【００１２】
添加剤タンク１９から添加剤ポンプ１７を介し燃料タンク１４へ供給される燃料添加剤は、ＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液である。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態において使用される排気微粒子静電捕集リアクター２０の構造を示す断面図である。両側に截頭円錐状の連結部２２を有するほぼ円筒形の金属製外筒部２４を備え、この外筒部２４に対し、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備える支持部材２６、例えば、アルミナマットにより支持されたハニカム構造体２８を有している。このハニカム構造体２８は、コージュライト、シリカ、アルミナ等のセラミックスで形成されたいわゆるストレートフロー型多孔質ハニカム構造体である。
【００１４】
ここで、ハニカム構造体２８は、その貫通路を除く基材部（壁部）の気孔率が約５５〜７０％である高気孔率基材により形成されるのが好ましく、その長さは約２００ｍｍ前後である。そして、本実施の形態では、中心部に挿入孔２８Ａが形成され、この挿入孔２８Ａ内に棒状の放電電極３１が配置されている。さらに、ハニカム構造体２８の外周部には外周電極３２が配置されている。
【００１５】
本実施の形態では、この放電電極３１は、図１および図２に示すように、外筒部２４内の空間に位置される部位に複数の刺部３１ａ、３１ｂを備え、該刺部３１ａ、３１ｂが、外周電極３２に向けられている。放電電極３１は、耐腐食性に優れたクロム鋼（例えば、１０Ｃｒ５Ａｌ）で形成できるが、それにのみ限定されるものではなく、他の耐腐食性を有する金属を用いることができる。
【００１６】
また、ハニカム構造体２８の外周部に配置された外周電極３２は、メッシュ状電極としてもよいが、導電性の金属ペーストを外周部に塗布することにより形成してもよい。なお、外周電極３２は、ハニカム構造体２８の少なくとも一部の外周部に存在すれば足りる。但し、ＰＭの捕集率を最大限に上げたい場合には、ハニカム構造体２８の外周部全域を覆うように形成するのが好ましい。
【００１７】
放電電極３１および外周電極３２は、それぞれ、直流電源３３に接続されている。本実施の形態では、放電電極３１は金属製の外筒部１４を貫通して設置されている絶縁碍子２９を通して直流電源３３の負側に接続され、外周電極３２は、同じく絶縁碍子２９を通して接地されている。なお、この直流電源３３の電圧は５ｋＶ以上である。また、この排気微粒子静電捕集リアクター２０としては、上述の中心放電電極３１＋外周電極３２の配置に限らず、平板状の電極が対向して配置されている形態でもよい。
【００１８】
上述の実施形態に係る排気微粒子浄化装置および方法によれば、ＢａまたはＳｒとＴｉとを有機溶剤に溶かした溶液が適量添加された軽油等の燃料が、燃焼室内に燃料噴射弁１６により噴射供給されて燃焼される。かかる燃焼の結果、ＢａまたはＳｒとＴｉとが酸素と反応し、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）が生成され、同時に生成されるＰＭとの混合体が形成される。そして、このＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３とＰＭとの混合体を含む排気ガスは、排気管を通って排気微粒子静電捕集リアクター２０に導かれる。
【００１９】
一方、排気微粒子静電捕集リアクター２０においては、エンジンの始動と同時に、電源３３がオンされ、放電電極３１と外周電極３２との間に高電圧が印加される。そこで、ＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３とＰＭとの混合体を含む排気ガスは、放電電極３１と外周電極３２との間に形成されている高電圧電界中のコロナ放電により、その高電圧電界中を通過するときに、ＰＭ混合体が帯電され、電気的吸引力により外周電極３２に向けて吸引される。この場合、ＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３の高い誘電率により、ＰＭ混合体の帯電量は飛躍的に向上されており、ＰＭ混合体はハニカム構造体２８の貫通路内表面および壁部の気孔内に高効率で捕捉または捕集される。
【００２０】
さらに、交流電源を用いると、この捕集されたＰＭ混合体のＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３の強誘電性により、その粒子界面においてマイクロディスチャージが発生する。その結果、排気ガス中のガス分子が活性化（ラジカル化）され、酸化活性の高いオゾン（Ｏ３）、活性酸素（Ｏ２−）、二酸化窒素（ＮＯ２）等が生成される。ハニカム構造体２８に捕集されているＰＭは、かかる活性化されたガスにより燃焼、焼却されて、浄化された排気ガスとして排出される。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、ＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３の高い誘電率によりＰＭの捕集効率が向上され、併せて、酸化活性の高いＯ３、Ｏ２−、ＮＯ２を利用することによりＰＭの燃焼が連続して行われるので、圧力損失を伴うことなくＰＭの焼却を効率よく安定して行い、ＰＭを確実に浄化できるのである。
【００２２】
また、燃料添加剤として、さらに、Ｃｅ（セリウム）、Ｃｏ（銅）、及びＦｅ（鉄）等の酸化触媒を上述のＢａまたはＳｒとＴｉとに付加すれば、これら自体が有するＰＭ酸化力により、ＰＭ混合体の粒子径をさらに微細にできるので、帯電密度を上げることができ、捕集効率をさらに向上させることが可能である。
【００２３】
なお、上述の実施形態においては、放電電極３１を負極に、外周電極３２を接地する例につき説明したが、これらは、両者間に所定の高電圧が印加される形態であれば足り、逆の極性であってもよく、必ずしも接地させる必要もない。また、その電源の形態は、直流のみならず、パルス電源や交流電源であってもよい。さらに、それらの電圧印加の形態も上述の常時印加に限られず、ＰＭの捕集要求や燃焼処理要求の必要性に応じて、所望の時期に行うようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンに供給される燃料にＢａまたはＳｒとＴｉとの添加剤を加え、燃焼後の排気ガス中に含まれるＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３とＰＭとの混合体を排気微粒子静電捕集リアクターにより静電気を利用して捕集し、焼却するようにしたので、ＢａＴｉＯ３またはＳｒＴｉＯ３の高い誘電率によりＰＭの捕集効率が向上され、併せて、酸化活性の高いＯ３、Ｏ２−、ＮＯ２等を利用することによりＰＭの燃焼を連続して行わせることが可能であり、圧力損失を伴うことなくＰＭの焼却を効率よく安定して行わせ、ＰＭを確実に浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の概要を示す概略模式図である。
【図２】本発明に用いる排気微粒子静電捕集リアクターの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    エンジン
１４    燃料タンク
１９    添加剤タンク
２０    排気微粒子静電捕集リアクター
２８    ハニカム構造体
３１    放電電極
３２    外周電極
３３    電源
【図１】
2004332610.tif 000003
【図２】
2004332610.tif 000004