(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材内の中央部に配設され、複数の突出部が縁部に形成され前記中央部を閉鎖する板状電極を備える中央部電極と、前記中空部材の内側に絶縁部材を介して配設され、前記複数の突出部に対向する部分が該複数の突出部に最も接近するように突出している周部電極とを含み、前記中空部材の内周方向の前記周部電極に向けて前記複数の突出部から放電させ、前記排ガス中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側の前記中空部材の内部に配設され、プラズマ処理された前記排ガスを加熱する抵抗加熱手段と、
前記中空部材の内部に配設され、加熱された前記排ガスを通過させるとともに該排ガス中の浮遊物質を捕集するための中空円筒形のフィルタと、
を含み、
前記フィルタは、側面に、前記排ガスを通過させるとともに前記浮遊物質を捕集するための複数の穴が設けられ、前記抵抗加熱手段が隣接するように周設されていて、前記抵抗加熱手段により加熱燃焼された前記排ガスが供給されることを特徴とする、排ガス処理装置。
【請求項２】
排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材内の中央部に配設され、複数の突出部が縁部に形成され前記中央部を閉鎖する板状電極を備える中央部電極と、前記中空部材の内側に絶縁部材を介して配設され、前記複数の突出部に対向する部分が該複数の突出部に最も接近するように突出している周部電極とを含み、前記中空部材の内周方向の前記周部電極に向けて前記複数の突出部から放電させ、前記排ガス中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側の前記中空部材の内部に配設され、プラズマ処理された前記排ガスを加熱する抵抗加熱手段と、
前記中空部材の内部に配設され、加熱された前記排ガスを通過させるとともに該排ガス中の浮遊物質を捕集するための中空円筒形のフィルタと、
を含み、
前記フィルタは、側面に、前記排ガスを通過させるとともに前記浮遊物質を捕集するための複数の穴が設けられ、内部に隣接して、側面に複数の穴が設けられた中空円筒形の前記抵抗加熱手段が配設されていて、前記抵抗加熱手段により加熱燃焼された前記排ガスが供給されることを特徴とする、排ガス処理装置。
【請求項３】
前記中央部電極は、４０〜７０の山形の前記突出部が前記縁部に一周にわたって形成された板状電極を備えていて、前記突出部の各々から、対向する前記周部電極に向けてコロナ放電またはグロー放電する、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記抵抗加熱手段を２００℃〜８００℃に加熱し、前記抵抗加熱手段が前記フィルタに周設される場合には前記フィルタ外部の前記プラズマ処理された排ガスを加熱燃焼し、前記抵抗加熱手段が前記フィルタの内部に配設される場合には前記フィルタ内部の前記プラズマ処理された排ガスを加熱燃焼する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記排ガスは、車両からの排ガス、またはトンネル坑内からの排ガス、またはゴミ焼却設備からの排ガスである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
中空部材を通過させるように排ガスを供給する段階と、
前記中空部材内の中央部に配設され、複数の突出部が縁部に形成され前記中央部を閉鎖する板状電極を備える中央部電極と、前記中空部材の内側に絶縁部材を介して配設され、前記複数の突出部に対向する部分が該複数の突出部に最も接近するように突出している周部電極とを含むプラズマ発生手段により、前記中空部材の内周方向の前記周部電極に向けて前記複数の突出部から放電させ、前記排ガス中に発生するプラズマにより該排ガスをプラズマ処理する段階と、
前記プラズマ処理された排ガスを抵抗加熱手段により加熱する段階と、
加熱燃焼した前記排ガスを通過させるとともに該排ガス中の浮遊物質を、側面に複数の穴が設けられた中空円筒形のフィルタにより捕集する段階とを含む排ガス処理方法。
【請求項７】
前記中央部電極は、４０〜７０の山形の前記突出部が前記縁部に一周にわたって形成された板状電極を備えていて、前記突出部の各々から、対向する前記周部電極に向けてコロナ放電またはグロー放電する、請求項６に記載の排ガス処理方法。
【請求項８】
前記抵抗加熱手段を２００℃〜８００℃に加熱し、前記抵抗加熱手段が前記フィルタに周設される場合には前記フィルタ外部の前記プラズマ処理された排ガスを加熱燃焼し、前記抵抗加熱手段が前記フィルタの内部に配設される場合には前記フィルタ内部の前記プラズマ処理された排ガスを加熱燃焼する、請求項６または７に記載の排ガス処理方法。
【請求項９】
前記フィルタは、前記抵抗加熱手段が隣接するように周設されている、または、内部に隣接して、側面に複数の穴が設けられた中空円筒形の前記抵抗加熱手段が配設されていて、前記抵抗加熱手段により加熱燃焼された前記排ガスが供給されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。
【請求項１０】
前記排ガスは、車両からの排ガス、またはトンネル坑内からの排ガス、またはゴミ焼却設備からの排ガスである、請求項６〜９のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車といった車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などの排ガスの処理装置および排ガス処理方法に関し、より詳細には、車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などから排出される排ガス中のガス状汚染物質および粒子状汚染物質を分解または除去するための排ガスの処理装置および排ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両、ディーゼルエンジン、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などから排出される排ガス中には、ガス状汚染物質として窒素酸化物ＮＯｘや硫黄酸化物ＳＯｘ、粒子状汚染物質としてすすといった未燃焼炭素やダストなどが含まれており、これらを分解または除去する技術が従来より用いられている。従来、窒素酸化物や硫黄酸化物を分解または除去する方法においては、グロー放電やコロナ放電によりプラズマを発生させて窒素や硫黄あるいは酸素に分解処理したり、吸着剤を用いて窒素酸化物および硫黄酸化物を吸着除去する方法が用いられている。また、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質を除去する方法においては、多孔質セラミックフィルタなどを用いて分離除去したり、バーナを用いて燃焼させたり、浄化液を用いて捕集洗浄する方法が用いられ、これら汚染物質を大気中に放出しないようにしている。
【０００３】
また、トンネル内においては、車両から排出された排ガスがトンネル内に蓄積され、トンネル内の換気に伴って、車両からの排気ガスが大気中へと放出されることになる。近年における大気汚染等の状況を考えれば、トンネル内に蓄積された排気ガスを大気中に放出する際に、窒素酸化物や浮遊粒子状汚染物質（ＳＰＭ）を可能なだけ除去する必要がある。
【０００４】
これまで、上述した窒素酸化物や、粒子状汚染物質を除去して清浄なガスを放出することができる装置として、特開平８−２４５５９号公報、特開平９−３２９０１５号公報、特許第２９９７９１２号公報に開示されている装置などが用いられている。
【０００５】
特開平８−２４５５９号公報に開示されている装置によれば、浄化液に回転円盤が浸されており、その回転円盤を回転させることによりその回転円盤の表面に浄化液の被膜が形成され、形成された浄化液の被膜にすすやダストが溶解または吸収されて除去することができるようになっている。また、特開平８−２４５５９号公報に開示されている装置には、放電電極が備えられ、この放電電極からの放電によりプラズマを発生させて排ガス中の窒素酸化物が分解されるようになっている。このようにして窒素酸化物は、窒素や酸素というように無毒化され、一部酸化して酸を生成したものについては、浄化液にアルカリ液を混合しておくなどして中和処理することができるようになっている。
【０００６】
また、特開平９−３２９０１５号公報に開示されている装置によれば、アルミナセラミックなどで作製した多孔質フィルタを電極間に配置し、該両電極間に交流高圧電圧あるいはパルス高電圧を印加してプラズマを発生させるようにされている。特開平９−３２９０１５号公報に開示されている装置によれば、カーボンを主成分とする粒子状汚染物質は、多孔質フィルタで濾過される際、そのフィルタ上に堆積するが、そこに存在する放電プラズマ中の酸化性ラジカルの作用で二酸化炭素に酸化され、ガス状物質となってフィルタから大気へと放出されるようになっている。また、プラズマの作用を受けた窒素酸化物は、窒素へ還元されて大気に放出される。
【０００７】
さらに、特許第２９９７９１２号公報に開示の装置よれば、排ガスといった処理対象物を供給するための処理対象物供給手段と、プラズマ発生部と、酸素含有ガス供給手段と、補助加熱手段と、分解・燃焼室と、廃ガス処理手段とから構成された化合物処理装置が開示されている。特許第２９９７９１２号公報に開示の装置では、排ガスは、プラズマ発生部からのプラズマにより排ガス中の窒素酸化物や有機ハロゲン化合物などが窒素、酸素、ハロゲン、水素あるいは炭素といった成分に分解される。分解された成分は、酸素含有ガス供給手段からの酸素を用いてバーナにより燃焼されて水素は水蒸気に、炭素は二酸化炭素となって窒素、酸素、ハロゲン化水素といったハロゲン化合物とともに廃ガス処理手段に送られ、ハロゲン化合物を除去した後、大気へ放出されるようになっている。
【０００８】
しかしながら、上述した特開平８−２４５５９号公報に開示された装置では、除去された未燃焼炭素やダストなどが装置内に蓄積していくといった問題があった。また、回転円盤を回転させるためには、モータなどの動力源が必要であり、コストもかかり、さらには装置が大きくなるといった問題があった。
【０００９】
また、上述した特開平９−３２９０１５号公報に開示された装置においては、特に、船舶やトラック、発電器などの燃料として軽油や重油が用いられるディーゼルエンジンに使用する場合、燃焼した後の排ガスに多くの未燃焼炭素が含まれるため、多孔質フィルタが目詰まりし、未燃焼炭素を充分に除去することができないという問題があった。
【００１０】
さらに、特許第２９９７９１２号公報に開示の装置は、コンパクトで効率良く排ガスを処理することができるが、バーナを用いるため燃料が必要であり、酸素供給設備が必要であるといった設備コストがかかる問題があった。また、特に車両などから排出される排ガスに含まれる有害な成分を除去するためには、十分にコンパクト化することができないといった不都合もあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、上述した問題点に鑑み、未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を燃焼することにより無害化するとともに残存する未燃焼炭素やダストといった浮遊物質を除去することができ、また大気へ放出する排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を減少させることが可能で、さらに安価でコンパクトな排ガスの処理装置および排ガス処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の上記目的は、本発明の排ガスの処理装置および排ガス処理方法を用いることによって達成される。
【００１３】
本発明の請求項１の発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材の内部に配設され、前記中空部材の内周方向に向けて前記排ガス中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側の前記中空部材の内部に配設され、プラズマ処理された前記排ガスを加熱する抵抗加熱手段と、
前記中空部材の内部に配設され、加熱された前記排ガスを通過させるとともに該排ガス中の浮遊物質を捕集するための捕集手段と、
を含む排ガス処理装置が提供される。
【００１４】
本発明の請求項２の発明によれば、前記プラズマ発生手段は、前記中空部材の中央部に配設される中央部電極と、前記中空部材の内側に配設される周部電極とを含む排ガス処理装置が提供される。
【００１５】
本発明の請求項３の発明によれば、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてコロナ放電またはグロー放電する排ガス処理装置が提供される。
【００１６】
本発明の請求項４の発明によれば、前記中央部電極は、さらに前記周部電極に向けて複数の突出部を備える板状電極が配設される排ガス処理装置が提供される。
【００１７】
本発明の請求項５の発明によれば、前記抵抗加熱手段を、２００℃〜８００℃に加熱する排ガス処理装置が提供される。
【００１８】
本発明の請求項６の発明によれば、前記捕集手段は、中空円筒形とされ、前記抵抗加熱手段が周設または内部に配設されていることを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【００１９】
本発明の請求項７の発明によれば、前記排ガスは、車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、またはゴミ焼却設備からの排気ガスである排ガス処理装置が提供される。
【００２０】
本発明の請求項８の発明によれば、中空部材を通過させるように排ガスを供給する段階と、
前記中空部材の内部に配設されるプラズマ発生手段から該中空部材の内周方向に向けて前記排ガス中に発生するプラズマにより該排ガスをプラズマ処理する段階と、
前記プラズマ処理された排ガスを抵抗加熱手段により加熱する段階と、
加熱した前記排ガスを通過させるとともに該排ガス中の浮遊物質を捕集手段により捕集する段階と
を含む排ガス処理方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項９の発明によれば、前記プラズマ発生手段は、前記中空部材の中央に配設される中央部電極と、前記中空部材の内側に配設される周部電極とを含み、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてコロナ放電またはグロー放電する排ガス処理方法が提供される。
【００２２】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記中央部電極は、さらに複数の突出部を備える板状電極が配設されており、前記複数の突出部から前記周部電極に向けて放電する排ガス処理方法が提供される。
【００２３】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記抵抗加熱手段を、２００℃〜８００℃に加熱する排ガス処理方法が提供される。
【００２４】
本発明の請求項１２の発明によれば、前記捕集手段は、中空円筒形とされ、前記抵抗加熱手段が前記捕集部材に周設または内部に配設されていることを特徴とする排ガス処理方法が提供される。
【００２５】
本発明の請求項１３の発明によれば、前記排ガスは、車両からの排気ガス、またはトンネル坑内からの排気ガス、またはゴミ焼却設備からの排気ガスである排ガス処理方法が提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面をもって詳細に説明する。図１は、車両などの排ガスを放出する装置に連結した本発明の排ガス処理装置を示した断面図である。図１に示す実施の形態では、車両の排気管１と排ガス処理装置２とがフランジ３を用いて図示しないボルトおよびナットにより連結され、矢線Ａの方向から排ガスが排ガス処理装置２に供給されている。図１に示す排ガス処理装置２は、排気管１に連結される中空部材４ａと、中空部材４ａの内部に配設されるプラズマ発生手段５と、中空部材４ａに連結される中空部材４ｂと、中空部材４ｂの内部に配設される抵抗加熱手段６と捕集手段７とを含んでいる。
【００２７】
図１に示す排ガス処理装置２に用いるプラズマ発生手段５は、中空部材４ａの中央に中央部電極８が設けられ、図示しない電源から導線９ａを通して電流が供給されてコロナ放電またはグロー放電させることができるようになっている。また、図１において放電された電流は、中空部材４ａの内側に設けられた周部電極１０および導線９ｂを通して図示しない電源に戻される。図１に示す中央部電極８は、周部電極１０に向けて上記放電を行い、中空部材４ａ内の中央部電極８と周部電極１０との間を通過する排ガス中にプラズマを発生させることができるようになっている。
【００２８】
本発明に用いるプラズマ発生手段５においては、排ガス中に含まれる窒素酸化物をプラズマ処理することにより窒素および酸素に還元する。この際、同時にオゾンも生成する。また、排ガス中に含まれるダストなどは、プラズマ処理されることにより帯電し、電気的に集塵して除去される。さらに、排ガス中の粒子状浮遊物質として主に含まれるすすなどの未燃焼炭素は、プラズマ発生手段５によって生成したオゾンにより容易に酸化されて二酸化炭素となる。本発明に用いるプラズマ発生手段５は、高圧ボイラやゴミ焼却設備といった高温で燃焼させる装置から多く生成する窒素酸化物も充分に窒素および酸素に還元することができる。本発明に用いるプラズマ発生手段５において分解した後の排ガスは、後流側に設けられた抵抗加熱手段６へ送られる。
【００２９】
本発明において上述したプラズマ発生手段５により窒素酸化物を分解する場合、下記式（１）に示す反応が起こる。
【００３０】
【化１】
0003875571.tif 000002
【００３１】
式（１）中のＮは、排ガス中の窒素からプラズマにより生成した窒素ラジカルであり、ＮＯは排ガス中に主として含まれる一酸化窒素である。また、多次のＮＯ２といった窒素酸化物は、上述した窒素ラジカルによって一酸化窒素に分解され、最終的に上記式（１）の反応によって窒素と酸素とに分解される。また、式（１）により生成した酸素ラジカルは、下記式（２）に示す反応によりオゾンを生成する。
【００３２】
【化２】
0003875571.tif 000003
【００３３】
式（２）中のＯ２は、排ガス中に含まれる酸素であり、Ｏは排ガス中の酸素からプラズマにより生成した酸素ラジカルである。上記式（２）により生成したオゾンは、排ガス中に浮遊する未燃焼炭素などを容易に酸化して二酸化炭素などの無害化ガスにする。また、排ガスが中空部材４ａを流れる場合の流速としては、１０ｍ／秒〜７０ｍ／秒が好ましい。排ガスがこの範囲の流速であれば、上述したプラズマ発生手段５により充分にプラズマ処理を行うことができる。
【００３４】
また、本発明に用いるプラズマ発生手段５は、電圧を印加する電極を変えることもできる。図１に示す周部電極１０に電圧を印加する場合には、周部電極１０から中央部電極８に向けて放電される。本発明においては、適切にプラズマ処理することができれば、中央部電極８および周部電極１０がいかなる形状、長さとされていても良い。また、中央部電極８および周部電極１０としては、導電性のある材質であればいかなるものでも良く、例えば鉄、銅、銀などを用いることができる。本発明においては、中空部材４ａに炭素鋼管やステンレス鋼管など導電性のものを用いる場合、周部電極１０と中空部材４ａとの間に木やセラミックといった絶縁体を配設する。こうすることにより、周部電極１０に流れる高圧電流が中空部材４ａを流れることなく、図示しない電源に戻すことができる。
【００３５】
図１に示す排ガス処理装置２に用いる抵抗加熱手段６は、中空部材４ａに連結された中空部材４ｂの内部に配設されていて、図示しない電源から導線９ｃを通して電流が供給され、電流により発熱するようになっている。この発熱により排ガスは加熱され、排ガス中の未燃焼成分が燃焼して排ガス中に含まれる酸素と反応する。すすといった未燃焼炭素の場合、抵抗加熱手段６により燃焼して二酸化炭素となる。本発明に用いる抵抗加熱手段６としては、電流により発熱して排ガスを加熱することができ、さらには排ガス中の未燃焼成分を燃焼することができるものを用いることができる。このようなものとしては、ニクロム線といった導電性で、比抵抗の大きい材料を用いることができる。
【００３６】
図１に示す実施の形態では、抵抗加熱手段６は、中空円筒形の捕集手段７の外周部分に周設されている。また、図１では、中空円筒形のセラミックフィルタの外周に抵抗加熱手段６が巻き付けられている。図１に示す抵抗加熱手段６および捕集手段７を備える中空部材４ｂは、排ガスの流れ方向に閉鎖部１１が設けられていて、中空部材４ｂに供給された排ガスが捕集手段７と中空部材４ｂとの間を通過して大気中へ放出されないようになっている。図１において排ガスは、捕集手段７に周設された抵抗加熱手段６で加熱され、上述したように未燃焼成分が二酸化炭素となる。しかしながら、上記プラズマ発生手段５および抵抗加熱手段６においても処理されない粒子状汚染物質は、捕集手段７により捕集される。図１においては、閉鎖部１１によって閉鎖されることにより排ガスをセラミックフィルタといった捕集手段７を通過させることができる。
【００３７】
本発明において抵抗加熱手段６は、自動車の内燃機関、各種ボイラあるいはゴミ焼却設備などの一次燃焼手段で残存した未燃焼炭素を無害化して処理する。本発明の排ガス処理装置２に用いる抵抗加熱手段６の表面温度としては、排ガス中の未燃焼炭素を燃焼させるために２００℃〜８００℃とすることが好ましい。また、抵抗加熱手段６による加熱において、主として以下の式（２）に示す反応が起こる。
【００３８】
【化３】
0003875571.tif 000004
【００３９】
Ｃは排ガス中の未燃焼炭素であり、Ｏ２は排ガス中に含まれる余剰酸素である。上記式（３）に示す反応により生成した二酸化炭素は、プラズマ発生手段５により式（１）、（２）の反応を伴って分解された窒素や、酸素、オゾンによる酸化で生成した二酸化炭素、一次燃焼手段で生じた水蒸気といったその他の排ガス成分とともに大気中へ放出される。
【００４０】
図１においては、本発明の排ガス処理装置２が取り外し可能なようにフランジ３により接続しているが、外部へ排ガスが漏れることなく本発明の排ガス処理装置２へ供給できるのであればいかなる接続手段でも用いることが可能である。さらに、本発明の排ガス処理装置２と排気管１との接続サイズが異なる場合には、レデューサなどを用いて接続することができる。また、本発明に用いる中空部材４ａ、４ｂは、円筒形など中空となっていればいかなる形状であっても良い。さらに、図１に示した排ガス処理装置２においては、取り扱いの点でプラズマ発生手段５を備える中空部材４ａと、抵抗加熱手段６と捕集手段７とを備える中空部材４ｂとが別体とされ、フランジ接続により連結されているが、本発明においては、１つの中空部材にプラズマ発生手段５と、抵抗加熱手段６と、捕集手段７とが設けられていても良い。
【００４１】
図２は、本発明の排ガス処理装置２に用いるプラズマ発生手段５の第１の実施の形態を示した図である。図２に示すプラズマ発生手段５は、中空部材４ａの内部中央に配設される中央部電極８と中空部材４ａの内側に配設される周部電極１０とを含んでいる。図２に示す中空部材４ａは、中空円筒形とされ、内部中央に中央部電極８が支持部材１２により配設されている。また、図２に示す中空部材４ａには、内側に隣接して絶縁部材１３と絶縁部材１３のさらに内側に隣接して周部電極１０とが設けられている。図３に示す中央部電極８は、矢線Ａに示す排ガスが供給される側に向いた先端部が尖った形状をしていて、先端部以外は円柱形とされている。また、中央部電極８の上記円柱形とされた部分には、突出部１４を備える板状電極１５が配設けられている。板状電極１５は、円盤の中央に円形の穴が設けられ、周縁部全体にわたって所定間隔で尖った突出部１４を有するように剪断されている。図２に示す中央部電極８の先端部は、排ガスの流れに対して抵抗を低減させるために尖った形状とされている。図２に示す周部電極１０は、突出部１４に対向する部分がもっとも接近するような形状とされていて、突出部１４から周部電極１０の接近する部分に向けて効率良く放電させてプラズマを発生する構造とされている。
【００４２】
本発明においては、中空部材４ａとして上述したステンレス鋼管、炭素鋼管などを用いることができる。また、中空部材４ａとしては、周部電極１０から電流が流れないような非導電性のものを用いることもできる。本発明において中空部材４ａの径または形状としては、図１に示す排気管１など連結する装置に応じて適宜選択することができる。また、プラズマ発生手段５に用いる中央部電極８および周部電極１０の形状、大きさは、排ガス中に適切にプラズマを発生させることができるのであればいかなる形状、大きさであっても良い。これに応じて突出部１４の形状、板状電極１５の数などを適宜選択することができる。また、突出部１４と周部電極１０のもっとも接近する部分の間隔は、排ガスの流速や粒子状汚染物質の濃度などにより適切な間隔とすることができる。図２においては、中央部電極８と板状電極１５とを別体として、突出部１４の数の異なるものなどと交換可能とされているが、これらを一体としたものを用いることもできる。また、中空部材４ａの内側に配設される絶縁部材１３としては、セラミック製、木製などの中空体を用いることができる。本発明においては、その他絶縁体であればいかなるものでも用いることができる。
【００４３】
図３は、図２に板状電極１５を示した図である。図３に示す板状電極１５は、中央に所定の径の穴が設けられていて、図２に示す円柱状の中央部電極８に配設することができるようになっている。板状電極１５は、図２に示す中央部電極８を板状電極１５の穴に嵌挿することにより接続することができるようになっている。図３に示す板状電極１５は、周縁部全体にわたって所定間隔で尖った突出部１４を有するように剪断されている。
【００４４】
本発明においては、円板の中央に所定の径の穴を設け、周縁部に所定間隔で突出部１４を溶接などにより接合したものを用いることもできる。また、本発明においては、突出部１４の数は、いかなる数であっても良いが、４０〜７０が好ましい。これ以下の場合、突出部１４と図２に示す周部電極１０との間に発生するプラズマ同士の間隔が広く、その間を通過する排ガスを充分処理することができない。また、それ以上の場合、プラズマ同士が互いに干渉し合い、適切に周部電極１０に向けてプラズマを発生させることができない。本発明において板状電極１５は、上述した中央部電極８および周部電極１０と同じ材質により製造することができる。
【００４５】
図４は、本発明の排ガス処理装置２に用いるプラズマ発生手段５の第２の実施の形態を示した図である。図４に示すプラズマ発生手段５は、中空部材４ａの内部中央に配設される中央部電極８と中空部材４ａの内側に配設される周部電極１０とを含んでいる。中空円筒形の中空部材４ａの内部には、中央部電極８が支持部材１２により中央に支持され、中空部材４ａの内側に隣接して絶縁部材１３と絶縁部材１３のさらに内側に隣接して周部電極１０とが設けられている。図４に示す中央部電極８は、排ガスの流れ方向に長い形状とされている。また、中央部電極８は、図示しない電源から電圧を印加されることにより電極全体から周部電極１０へ向けて放電することができる。図４に示す周部電極１０は、中央部電極８から放電した電流を周部電極１０全体で受けることができる構造とされている。図４に示すプラズマ発生手段５においては、中央部電極８および周部電極１０が排ガスの流れ方向に長い形状とされているため、排ガス中に充分にプラズマを発生させてプラズマ処理を行うことができるようになっている。
【００４６】
本発明においては、中空部材４ａとして上述したステンレス鋼管、炭素鋼管などを用いることができる。中空部材４ａの径または形状としては、図１に示す排気管１など連結する装置に応じて適宜選択することができる。また、中央部電極８および周部電極１０の形状、大きさは、排ガス中に適切にプラズマを発生させることができるのであればいかなる形状、大きさであっても良い。本発明においては、例えば中央部電極８としてステンレス鋼のワイヤ、周部電極１０として円筒形とした銅板とすることができる。中央部電極８と周部電極１０との間隔は、排ガスの流速や粒子状汚染物質の濃度などにより適切な間隔とすることができる。また、中央部電極８は、図４に示すように１本でなくても複数本設けることもできる。中空部材４ａの内側に配設される絶縁部材１３としては、上述したセラミック製、木製などの中空体を用いることができる。本発明においては、円筒形の中空部材４ａに絶縁部材１３としてセラミックチューブを挿設したものを用いることができる。
【００４７】
図５は、本発明の排ガス処理装置２に用いる燃焼装置の第１の実施の形態を示した図である。図５に示す燃焼装置は、中空部材４ｂと、中空部材４ｂの内部に配設される抵抗加熱手段６と、捕集手段７とを含んでいる。図５に示す中空部材４ｂは、排ガス放出側の中空部材４ｂと捕集手段７との間を閉鎖するための閉鎖部１１が設けられている。図５に示す捕集手段７は、中空円筒形とされていて、抵抗加熱手段６が周設されている。図５に示す実施の形態では、排ガスは、矢線Ｃに示すように捕集手段７の側面に設けられた多数の穴を通り、捕集手段７の中空とされた内部を通して大気中へ放出されるようになっている。
【００４８】
図５に示す中空部材４ｂは、図２および図４に示す中空部材４ａと同様のものを用いることができる。図５に示す中空部材４ｂは、抵抗加熱手段６により排ガスが加熱されるが、熱伝導により中空部材４ｂを通して大気中へ放熱する。このため、中空部材４ｂの内部または外部に断熱材を設けることができる。本発明に用いることができる断熱材としては、グラスウール、ロックウール、スラグウールなどを用いることができる。
【００４９】
図５に示す抵抗加熱手段６としては、上述したようなニクロム線といった導電性で、かつ比抵抗の大きい材料を用いることができる。図５に示す抵抗加熱手段６は、抵抗加熱手段６の表面温度として２００〜８００℃とすることができる。また、図５において抵抗加熱手段６は、捕集手段７に所定間隔で巻かれているが、抵抗加熱手段６を通過した排ガス中の未燃焼炭素といった汚染物質の濃度に応じて適宜巻き数、間隔を決定することができる。
【００５０】
図５に示す捕集手段７は、中空部材４ｂ内に配設することができ、図１、図２および図４に示すプラズマ発生手段５および抵抗加熱手段６においても処理されない未燃焼炭素やダストといった浮遊物質を除去することができるものを用いることができる。本発明においては、上述したような円筒形で、かつ側面に数多くの穴が設けられたセラミックフィルタを用いることができる。また、本発明においては、適宜穴の大きさを選定することができる。捕集手段７は、矢線Ｂに示す排ガスの供給方向に向いた先端部が円錐状とされていて、排ガスの流れ抵抗を低減させるような構造とされている。
【００５１】
本発明においては、上記セラミックフィルタを製造する際、水酸化ナトリウム水溶液などに数時間浸し、セラミックフィルタにナトリウム分を取り込むことにより、未燃焼炭素の転化率を下げることなく、燃焼温度を下げることができる。この場合の反応においては、ナトリウムが燃焼の際に触媒として作用し、反応を促進しているものと推定される。
【００５２】
図６は、本発明の排ガス処理装置２に用いる燃焼装置の第２の実施の形態を示した図である。図６に示す燃焼装置は、中空部材４ｂと、捕集手段７を備える抵抗加熱手段６とを含んでいる。図６に示す中空部材４ｂは、中空部材４ｂの排ガス供給側の開口部１６に抵抗加熱手段６が隣接していて、排ガスは抵抗加熱手段６の内部に供給され、抵抗加熱手段６の側面の穴を通し、抵抗加熱手段６の側面に周設された捕集手段７を通して中空部材４ｂに供給されるようになっている。図６に示す実施の形態では、排ガスは、捕集手段７の内部に配設される抵抗加熱手段６により加熱され、捕集手段７の側面を通過し、捕集手段７と中空部材４ｂとの間を通して大気中へ放出される。
【００５３】
図６に示す中空部材４ｂは、図２、図４および図５に示す中空部材４ａ、４ｂと同様のものを用いることができる。図６に示す抵抗加熱手段６としては、ニッケルクロム合金といった導電性で、比抵抗が大きく、耐熱性や耐食性に優れた材料を用いることができる。図６に示す抵抗加熱手段６は、中空部材４ｂの開口部１６に隣接する中空円筒形で、かつ排ガス放出側が閉鎖されていて、側面に多くの穴が設けられている。排ガスの放出側の中空部材４ｂ内には、支持部１７が設けられており、抵抗加熱手段６の閉鎖部１８に設けられた連結部１９により支持部１７に接続されている。図６に示す実施の形態では、閉鎖部１８に設けられた連結部１９は、ねじとされ、支持部１７に締結されるようになっている。図６に示す支持部１７には、所定間隔または適切な位置に隙間が設けられていて、その隙間を通して排ガスが放出されるようになっている。また、抵抗加熱手段６は、図示しない電源から電流を供給することにより加熱され、抵抗加熱手段６の表面温度として２００〜８００℃とすることができる。本発明においては、抵抗加熱手段６に設けられる穴は、抵抗加熱手段６を通過する場合の排ガスの流速や排ガス中の未燃焼炭素といった汚染物質の濃度などにより穴の数、大きさ、形状、間隔を適宜決定することができる。
【００５４】
図６に示す捕集手段７は、中空部材４ｂ内に配設することができ、図１、図２および図４に示すプラズマ発生手段５および抵抗加熱手段６においても処理されない未燃焼炭素やダストといった浮遊物質を除去することができるものを用いることができる。本発明においては、抵抗加熱手段６に周設され、浮遊物質を捕促して除去することができるフィルタを用いることができる。本発明において用いることができる捕集手段７としては、緻密な穴を有するセラミック繊維を挙げることができる。本発明においては、抵抗加熱手段６に上記セラミック繊維を巻き付けたものを用いることができる。
【００５５】
図７は、本発明の排ガス処理装置２を用いて排ガス処理を行っているところを示した図である。以下、図７を用いて本発明の排ガス処理方法について説明する。図示しない高圧電源から導線９ａおよび中央部電極８を通して中央部電極８に配設される先端が尖った形状の複数の突出部１４を備える板状電極１５に電圧を印加する。板状電極１５に印加された電圧は、突出部１４を通して対向する周部電極１０に向けて放電する。図７に示す突出部１４と隣接する突出部１４との間隔は、互いの放電が干渉し合わないような間隔とされている。図７に示す中空部材４ａには、矢線Ｄに示す方向から排ガスが供給されていて、各突出部１４からの放電により、突出部１４と対向する周部電極１０との間を通過する排ガス中にプラズマが発生する。発生したプラズマにより上記反応を生じ、窒素酸化物が窒素および酸素に分解、またはオゾンを生成し、ダストなどは帯電する。また、生成したオゾンにより排ガス中の未燃焼成分は、酸化され、二酸化炭素といった無害化ガスとなる。帯電したダストは、突出部１４に対向する周部電極１０に集塵するが、供給される排ガスにより流されて、後流側に配設される捕集手段７に捕集される。また、周部電極１０に流れた電流は、導線９ｂを通して図示しない電源へ戻される。
【００５６】
図７に示すプラズマ発生手段５によりプラズマ処理された排ガスは、中空部材４ａ、捕集手段７と中空部材４ｂとの間を通り、捕集手段７に周設された抵抗加熱手段６により加熱される。プラズマ発生手段５によりプラズマ処理された排ガスは、中空部材４ａ、捕集手段７と中空部材４ｂとの間を通過している間、プラズマ発生手段５により生成したオゾンにより未燃焼成分が酸化される。例えば、未燃焼炭素は酸化されて二酸化炭素となる。図７に示す抵抗加熱手段６は、図示しない電源から導線９ｃを通して電流が供給され、発熱することにより排ガスを加熱する。排ガス中に残存する未燃焼成分は、抵抗加熱手段６により加熱され、二酸化炭素といった無害化ガスとなる。さらに、プラズマ発生手段５および抵抗加熱手段６においても処理されない粒子状汚染物質などの浮遊物質は、捕集手段７に捕促され、主として窒素、酸素、二酸化炭素といったガスが矢線Ｅの方向へ放出される。
【００５７】
本発明において放電させる電極は、中央部電極８であっても良いし、周部電極１０であっても良い。本発明においては、中央部電極８を正電極とし、周部電極１０を負電極とすると、中央部電極８を負電極、周部電極１０を正電極とした場合と比較してオゾンの発生量を増加させることができる。
【００５８】
（実施例）
本発明の排ガス処理装置を実施例をもってより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に示す装置に限定されるわけではない。図８は、車両の排気管１にフランジ３を用いて本発明の排ガス処理装置２を接続したところ示した図である。中空部材４ａ、４ｂとしては、内径６インチのガス管を用い、抵抗加熱手段６としては、捕集手段７として用いる内径２．５インチのセラミックフィルタの外周にニクロム線を巻いたものを中空部材４ｂに挿設した。また、高電圧を供給する自動車のディストリビュータと、ニクロム線へ供給するバッテリーとを板の上に設置した。また、プラズマ発生手段５としては、中空部材４ａの中央に複数の突出部１４を備える板状電極１５を設けたハイインテンシティ・アイオナイザを配設し、このハイインテンシティ・アイオナイザにディストリビュータからの高電圧電流１０ｋＶを供給できるように配線した。さらに、ニクロム線には、自動車用２４Ｖのバッテリーから電流を流すことができるように配線した。
【００５９】
また、汚染率やＮＯｘ濃度の測定は、例えば汚染度の測定においては、図８に示すように本発明の排ガス処理装置２にフランジで接続された管内にサンプルプローブ２０を挿入することにより行った。以下に実施例で使用したスモークメータおよびＮＯｘ計の詳細を示す。
【００６０】
図９には、スモークメータとしては、株式会社ボッシュオートモーティブシステム製ＤＳＭ−１０Ｎを用いた。図９に示すスモークメータは、メジャリングユニット２１と、排ガスを吸引するためのアクセルスイッチ２２と、排ガスをメジャリングユニット２１へ導くためのサンプルプローブ２０とから構成されている。サンプルプローブ２０を図８に示すように排ガス中に挿入し、図９に示すアクセルスイッチ２２によってメジャリングユニット２１へ吸引する。吸引時間はおよそ１．４秒で、汚染率は、ＪＩＳ  Ｄ８００４による検出方法により０〜１００％の値で表示部２３に表示されるようになっている。また、使用後においては、圧縮空気によりサンプリングプローブ２０からメジャリングユニット２１までを清掃できるようになっている。
【００６１】
また、排ガス中のＮＯｘ濃度については、０〜１００ｐｐｍ、０〜２５０ｐｐｍ、０〜１０００ｐｐｍの３段階に切り替え可能な株式会社ベスト測器製ＢＣＬ−６１１を用いた。
【００６２】
以下の表１には、図８に示した排ガス処理装置を用い、ニクロム線の表面温度を５００℃になるようにバッテリーから電流を流した場合の測定した未燃焼炭素による汚染率およびＮＯｘ除去率を示す。図８において燃料のガソリンを燃焼させた排ガスは、矢線の方向から供給されて本発明の排ガス処理装置などを通過して大気中へ放出されるようになっている。汚染率（％）については、５０回測定し、平均値を求めた。ＮＯｘ除去率（％）については、自動車のエンジンの回転数を１８００ｒ．ｐ．ｍとし、車両から放出される排ガス中のＮＯｘ濃度と図８に示す排ガス処理装置を通過後のＮＯｘ濃度の測定を行い、測定したＮＯｘ濃度から除去率（％）を算出した。ケース１は、図８に示すプラズマ発生手段５も捕集手段７も用いない場合を示し、ケース２は、プラズマ発生手段５および抵抗加熱手段６は用いず、捕集手段７のみを用いる場合について示している。また、ケース３は、図８に示す抵抗加熱手段６と捕集手段７とを用いる場合を示し、ケース４は、プラズマ発生手段５、抵抗加熱手段６および捕集手段７をすべて用いる場合について示している。さらに、ケース５は、ケース４と同様ですべての手段を用い、かつ捕集手段７に上述した水酸化ナトリウム処理したものを使用した場合について示している。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
上記結果においては、捕集手段７を用いることにより未燃焼炭素といった汚染物質濃度を充分に低減することができることを示している。また、プラズマ処理、加熱処理を行うことにより汚染物質濃度および窒素酸化物濃度を低減させることができることが見出された。
【００６５】
（比較例）
本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段５の効果を確認するために、図１０〜図１４に示す電流と電圧との関係を図８に示す装置を用い、以下のそれぞれの条件において比較した。図１０〜図１４は、いずれも自動車の排気管１にフランジ３を用いて接続したもので、電流値が大きくなるほど放電によりプラズマを発生させて多くの電流を流すことができる。いずれの図も、縦軸は電流（ｍＡ）で、横軸は電圧（ｋＶ）とされている。電圧は、図８に示す中央部電極８または板状電極１５に印加する電圧であり、電流は図８に示す周部電極１０に流れる電流を測定したものである。
【００６６】
図１０は、図８に示す中央部電極８を負電極としてコロナ放電を行い、各排ガス流速において比較した図である。図１０に示すａは、排ガスの流れがない場合、ｂは排ガスの流速が１０ｍ／秒の場合、ｃは排ガスの流速が２０ｍ／秒の場合、ｄは排ガスの流速が３０ｍ／秒の場合、ｅは排ガスの流速が４０ｍ／秒の場合について示している。また、排ガスの流速は、図８に示す突出部１４と周部電極１０との間を流れる排ガスの流速を測定したものである。図１０では、電圧が最大６．８ｋＶとなるにつれて各流速において中央部電極８から周部電極１０に向けて放電される電流量が変化している。また、図１０においては、電圧６．８ｋＶにおいて流速が上昇するにつれて電流が流れやすくなっていることが見出された。これにより、流速が上昇することによってプラズマが効率良く発生するものと推定される。
【００６７】
図１１は、中央部電極８を正電極としてコロナ放電を行い、各流速において流れる電流を比較した図である。図１１に示すａ〜ｅは、図１０と同様、それぞれ排ガスの流速を０、１０、２０、３０、４０ｍ／秒として各印加電圧に対して流れる電流を測定した結果を示したものである。これも図１０に示すように流速が上昇することにより電流が流れやすくなっていることが示されている。図１１において、図１０の同じ電圧、流速において比較すると、図８に示す中央部電極８を正電極とした方がより多くの電流を効率良く流すことができることを見出すことができた。これにより、図８に示す中央部電極８を正電極とすることにより、より多くのプラズマを発生させ、多くのオゾンを生成させることができるものと推定される。
【００６８】
図１２は、軽油を燃焼させた排ガスをプラズマ処理する場合と空気をプラズマ処理する場合とを比較した図である。図１２に示すａは、軽油を燃焼させた排ガスの場合、ｂは空気を流した場合の各印加電圧に対して流れる電流を測定した結果を示したものである。図１２においては、互いに流速は３０ｍ／秒とされ、印加する電圧は、空気の場合６．８ｋＶまで、排ガスの場合５．８ｍ／秒までとされている。図１２では、中央部電極８に印加する電圧が４．０ｋＶまでは互いに変わりないが、それ以上の電圧においては、空気中の方が電流が流れやすいことが見出された。
【００６９】
図１３および図１４は、図３に示した突出部１４を備える板状電極１５が用いられていて、突出部１４の数により流れる電流を比較した図である。図１３は、排ガスの流速を３０ｍ／秒とし、図８に示す中央部電極８を負電極とした場合について示した図である。図１３および図１４において突出部の数は、ａが１６本、ｂが２４本、ｃが４０本とされている。図８に示す板状電極１５に印加する電圧は、４．０ｋＶまではそれぞれに対し変化はないが、それ以上においては、図３に示す突出部１４が増加するにつれて電流が流れやすくなっていることが見出された。これにより、図３に示す突出部１４が増加するにつれ、より効率的にプラズマを発生させることができることが見出された。本発明においては、６０本が最も好ましく、それ以上となると互いに干渉するため、流れる電流が減少することが見出された。
【００７０】
図１４は、排ガスの流速を３０ｍ／秒とし、図８に示す中央部電極８を正電極とした場合について示した図である。図８に示す板状電極１５に印加する電圧は、４．０ｋＶまではそれぞれに対し変化はないが、それ以上においては、図３に示す突出部１４が増加するにつれて電流が流れやすくなっていることが見出された。これにより、図３に示す突出部１４が増加するにつれ、より効率的にプラズマを発生させることができることが見出された。また、図１３と比較すると、同じ電圧、突出部の数、流速としても図８に示す中央部電極８を負電極から正電極へ変更することにより電流がより流れやすくなっていることが見出された。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置を用いることにより、未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を燃焼することにより無害化するとともに残存する未燃焼炭素やダストといった浮遊物質を除去することができ、また大気へ放出する排ガス中の窒素酸化物といったガス状汚染物質濃度を減少させることが可能となる。また、装置構成が簡単でコンパクトであり、低コストで製造可能であるため、特に自動車の排気ガス処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  車両などの排ガスを放出する装置に連結した本発明の排ガス処理装置を示した断面図。
【図２】  本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段の第１の実施の形態を示した図。
【図３】  図２に板状電極を示した図。
【図４】  本発明の排ガス処理装置に用いるプラズマ発生手段の第２の実施の形態を示した図。
【図５】  本発明の排ガス処理装置に用いる燃焼装置の第１の実施の形態を示した図。
【図６】  本発明の排ガス処理装置に用いる燃焼装置の第２の実施の形態を示した図。
【図７】  本発明の排ガス処理装置を用いて排ガス処理を行っているところを示した図。
【図８】  車両の排気管にフランジを用いて本発明の排ガス処理装置を接続したところを示した図。
【図９】  排ガスの汚染率を測定するためのスモークメータを示した図。
【図１０】  図８に示す中央部電極を負電極としてコロナ放電を行い、各排ガス流速において比較した図。
【図１１】  中央部電極を正電極としてコロナ放電を行い、各流速において流れる電流を比較した図。
【図１２】  軽油を燃焼させた排ガスをプラズマ処理する場合と空気をプラズマ処理する場合とを比較した図。
【図１３】  図３に示した突出部を備える板状電極が用いられていて、突出部の数により流れる電流を比較した図。
【図１４】  図３に示した突出部を備える板状電極が用いられていて、突出部の数により流れる電流を比較した図。
【符号の説明】
１…排気管
２…排ガス処理装置
３…フランジ
４ａ、４ｂ…中空部材
５…プラズマ発生手段
６…抵抗加熱手段
７…捕集手段
８…中央部電極
９ａ、９ｂ、９ｃ…導線
１０…周部電極
１１…閉鎖部
１２…支持部材
１３…絶縁部材
１４…突出部
１５…板状電極
１６…開口部
１７…支持部
１８…閉鎖部
１９…連結部
２０…サンプリングプローブ
２１…メジャリングユニット
２２…アクセルスイッチ
２３…表示部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003875571.tif 000016
【図１２】
0003875571.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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