(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを導く排ガス管路３と、
排ガス管路３の下流側に連なる処理容器４であって、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成される処理容器４と、
放電空間に水面から間隔をあけて設けられ、水流路を有し、先端が水面に向かうにつれて先細状に鋭く尖っており、この先端から、水流路からの水がミスト状に、噴射される放電ノズル１８，２８と、
水中に設けられる電極１４と、
放電ノズル１８，２８の先端と電極１４との間に高電圧を印加し、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電を発生させて水面を波立たせる電源とを含むことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
放電ノズル１８は、
水流路２４と空気流路２５とを有し、
先端部は、水面に向かうにつれて先細状に形成されており、この先端部には、噴出口２６が形成され、その最先端は鋭く尖っており、
放電ノズル１８内で水流路２４からの水が空気流路２５からの空気によってミスト化され、ミスト化された水が噴出口２６から放電空間１０に空気とともに噴射されることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
放電ノズル２８は、
（ａ）供給口３１から水面に向かう吐出口３３に直角に屈曲した水流路を有するノズル本体２９と、
（ｂ）ノズル本体２９の吐出口３３に取付けられる金属製シャワーリング３０であって、
基端部内周面に、水噴射方向下流側に向かうにつれてシャワーリング３０の軸線３０ａから離間する円錐台状の傾斜面３４が形成され、
遊端部に、水噴射方向下流側に向かうにつれて先細状に延び、先端が鋭く尖っている三角形の突起３５が、周方向に間隔をあけて形成され、
傾斜面３４に沿って吐出される水が、突起３５に衝突し、ミスト化されて円錐台状に噴霧されるシャワーリング３０とを含むことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記排ガス管路に水噴霧装置を設けることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記電源は、放電ノズル１８，２８の先端と電極１４との間にパルス電圧を印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排ガス管路に導かれる排ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの可溶性汚染物質のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの１つに記載された排ガス浄化装置を準備し、
前記排ガス管路に窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの可溶性汚染物質のうちの少なくとも１つを含む排ガスを供給し、
放電ノズル１８，２８と電極１４との間に高電圧を印加し、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電を発生させることを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項８】
（ａ）内部空間を有し、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成される処理容器４と、
（ｂ）放電空間１０に水面から間隔をあけて設けられる放電ノズル１８であって、この放電ノズル１８は、
水流路２４と空気流路２５とを有し、
先端部は、水面に向かうにつれて先細状に形成されており、この先端部には、噴出口２６が形成され、その最先端は鋭く尖っており、
放電ノズル１８内で水流路２４からの水が空気流路２５からの空気によってミスト化され、ミスト化された水が噴出口２６から放電空間１０に空気とともに噴射される放電ノズル１８と、
（ｃ）水中に設けられる電極１４と、
（ｄ）放電ノズル１８の先端と電極１４との間に高電圧を印加し、放電ノズル１８と水面との間にコロナ放電を発生させて水面を波立たせる電源とを含むことを特徴とするコロナ放電装置。
【請求項９】
（ａ）内部空間を有し、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成される処理容器４と、
（ｂ）放電空間１０に水面から間隔をあけて設けられる放電ノズル２８であって、この放電ノズル２８は、
（ｂ１）供給口３１から水面に向かう吐出口３３に直角に屈曲した水流路を有するノズル本体２９と、
（ｂ２）ノズル本体２９の吐出口３３に取付けられる金属製シャワーリング３０であって、
基端部内周面に、水噴射方向下流側に向かうにつれてシャワーリング３０の軸線３０ａから離間する円錐台状の傾斜面３４が形成され、
遊端部に、水噴射方向下流側に向かうにつれて先細状に延び、先端が鋭く尖っている三角形の突起３５が、周方向に間隔をあけて形成され、
傾斜面３４に沿って吐出される水が、突起３５に衝突し、ミスト化されて円錐台状に噴霧されるシャワーリング３０とを含む放電ノズル２８と、
（ｃ）水中に設けられる電極１４と、
（ｄ）シャワーリング３０と電極１４との間に高電圧を印加し、シャワーリング３０と水面との間にコロナ放電を発生させて水面を波立たせる電源とを含むことを特徴とするコロナ放電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素酸化物、硫黄酸化物および粉塵を含む排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火力発電所などの大容量のボイラから排出される窒素酸化物（以後、ＮＯｘと略称することがある）および硫黄酸化物（以後、ＳＯｘと略称することがある）は脱硝装置および脱硫装置によってそれぞれ除去されている。
【０００３】
脱硝装置では、通常アンモニア還元法によって排ガスの脱硝処理が行われている。アンモニア還元法は、触媒層を備える脱硝反応器にＮＯｘを含む高温の排ガスを導き、アンモニアを噴霧して両者を反応させ、ＮＯｘをアンモニアによって還元して窒素と水蒸気とに分解させる方法である。この方法には、脱硝反応器でアンモニアとＮＯｘとが化学反応を起こし、粉末状の硝安が発生して飛散することがあるので、脱硝反応器の下流側に電気集塵機を設ける必要がある。また脱硝反応器で化学反応を起こさなかったアンモニアが処理ガスとともに流出するおそれがあるので、アンモニア流出防止装置を設ける必要がある。このように、従来の脱硝装置には、構成が複雑になるという問題がある。
【０００４】
脱硫装置では、通常湿式石灰石こう法によって排ガスの脱硫処理が行われている。湿式石灰石こう法は、ＳＯｘを含む排ガスを吸収塔に導き、アルカリ原料を含む吸収液を噴霧してＳＯｘを吸収し、空気を吹き込んで吸収液中の亜硫酸を酸化し、酸化反応によって生成した硫酸を石灰石によって中和し、中和反応によって得られた石こうを回収する方法である。この方法には、超微細粒子であるＳＯ3ミストの除去効率が低く、除去に長時間を要するという問題がある。また固形物の廃棄物である石こうが生じるという問題がある。
【０００５】
さらに、従来の脱硝処理および脱硫処理は前述のように異なる原理に基づいてそれぞれ行われているので、各処理毎に処理装置を設ける必要があり、１つの装置で同時に脱硝および脱硫処理を行うことができないという問題がある。このような従来技術の問題点を解消するために、いくつかの先行技術が開示されている。
【０００６】
特開平１０−１５３４６号公報には、排ガスを導通する排ガス流通路を備え、その排ガス流通路に一対のパルス放電電極を備えた放電室を形成し、放電室にミストもしくは水蒸気を供給する水分供給装置を設け、放電室を水分存在下でコロナ放電自在に形成した脱硝装置が開示されている。この先行技術では、一対のパルス放電電極間にコロナ放電を発生させて排ガスの脱硝処理が行われるので、脱硝処理を効率的に行うには一方の電極を排ガスの流れ方向に沿って放電室全域にわたって延びるように形成する必要があり、電極が大形化するという問題がある。
【０００７】
特開平８−１０６４３号公報には、ＳＯｘを含む排ガスを湿式電気集塵装置に導き、その集塵極板の全表面にわたって均一にアルカリ吸収液膜を流下させ、コロナ放電を発生させて脱硫処理を行う脱硫方法が開示されている。この先行技術では、湿式電気集塵装置の集塵極板の全表面に液膜を形成して脱硫処理が行われるので、吸収液の循環装置を設ける必要があり、構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記問題を解決し、簡単な構成で効率的に排ガスの脱硝、脱硫および除塵処理を同時に行うことのできる排ガス浄化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排ガスを導く排ガス管路３と、
排ガス管路３の下流側に連なる処理容器４であって、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成される処理容器４と、
放電空間に水面から間隔をあけて設けられ、水流路を有し、先端が水面に向かうにつれて先細状に鋭く尖っており、この先端から、水流路からの水がミスト状に、噴射される放電ノズル１８，２８と、
水中に設けられる電極１４と、
放電ノズル１８，２８の先端と電極１４との間に高電圧を印加し、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電を発生させて水面を波立たせる電源とを含むことを特徴とする排ガス浄化装置である。
本発明は、放電ノズル１８は、
水流路２４と空気流路２５とを有し、
先端部は、水面に向かうにつれて先細状に形成されており、この先端部には、噴出口２６が形成され、その最先端は鋭く尖っており、
放電ノズル１８内で水流路２４からの水が空気流路２５からの空気によってミスト化され、ミスト化された水が噴出口２６から放電空間１０に空気とともに噴射されることを特徴とする。
本発明は、放電ノズル２８は、
（ａ）供給口３１から水面に向かう吐出口３３に直角に屈曲した水流路を有するノズル本体２９と、
（ｂ）ノズル本体２９の吐出口３３に取付けられる金属製シャワーリング３０であって、
基端部内周面に、水噴射方向下流側に向かうにつれてシャワーリング３０の軸線３０ａから離間する円錐台状の傾斜面３４が形成され、
遊端部に、水噴射方向下流側に向かうにつれて先細状に延び、先端が鋭く尖っている三角形の突起３５が、周方向に間隔をあけて形成され、
傾斜面３４に沿って吐出される水が、突起３５に衝突し、ミスト化されて円錐台状に噴霧されるシャワーリング３０とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電が発生するので、空気からオゾンおよび各種ラジカルを発生させることができる。排ガス中に窒素酸化物、硫黄酸化物および粉塵が含まれる場合、オゾンは排ガス中の一酸化窒素および二酸化硫黄を酸化して二酸化窒素および三酸化硫黄に変換する。二酸化窒素および三酸化硫黄は水に溶解しやすいので、水と接触させれば水に溶解して排ガス中から除去される。また、コロナ放電によって粉塵を帯電させて水面に付着させることができる。これによって、簡単な構成で排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物および粉塵を効率的に同時に除去することができる。
【００１２】
放電ノズル１８，２８から水を噴霧することができるので、水に溶解しやすい二酸化窒素および三酸化硫黄をその場で噴霧水中に溶解することができる。また粉塵を噴霧水に付着させて除去することができる。したがって、排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物および粉塵をさらに効率的に除去することができる。
放電ノズル１８，２８には水面に向かうにつれて先細状に延びる部分が形成されているので、まわりの電場をその部分に集中させることができ、コロナ放電の発生を容易にすることができる。
【００１３】
また本発明は、前記排ガス管路に水噴霧装置を設けることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、水噴霧装置から排ガス管路を介して放電空間に噴霧水を供給することができるので、水に溶解しやすい二酸化窒素および三酸化硫黄をその場で噴霧水中に溶解することができる。また、粉塵を噴霧水に付着させて除去することができる。したがって、排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物および粉塵をさらに効率的に除去することができる。
【００１５】
また本発明で、前記電源は、放電ノズル１８，２８の先端と電極１４との間にパルス電圧を印加することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、放電ノズル１８，２８と電極１４との間にパルス電圧が印加されるので、後述のように大電流のパルスコロナ放電を発生させることができる。コロナ電流の増大は、オゾンおよびラジカル（活性種）の発生量を増大させるので、これによって脱硝および脱硫反応を促進することができる。したがって、放電時間が短いにもかかわらず、連続的なコロナ放電の場合とほぼ同一の脱硝および脱硫効率を達成することができる。また放電時間が極めて短いので、電流値が大きくても連続的なコロナ放電と比べて大幅に電力を少なくすることができる。
【００１９】
また本発明で前記排ガス管路に導かれる排ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの可溶性汚染物質のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、排ガスには可溶性汚染物質が含まれるので、放電ノズル１８，２８と水面との間のコロナ放電によって排ガスを確実に浄化することができる。
【００２１】
また本発明は、前記の排ガス浄化装置を準備し、
前記排ガス管路に窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの可溶性汚染物質のうちの少なくとも１つを含む排ガスを供給し、
放電ノズル１８，２８と電極１４との間に高電圧を印加し、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電を発生させることを特徴とする排ガス浄化方法である。
【００２２】
本発明に従えば、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電が発生している状態で可溶性汚染物質を含む排ガスが供給されるので、排ガスを確実に浄化することができる。
【００２３】
また本発明は、（ａ）内部空間を有し、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成される処理容器４と、
（ｂ）放電空間１０に水面から間隔をあけて設けられる放電ノズル１８であって、この放電ノズル１８は、
水流路２４と空気流路２５とを有し、
先端部は、水面に向かうにつれて先細状に形成されており、この先端部には、噴出口２６が形成され、その最先端は鋭く尖っており、
放電ノズル１８内で水流路２４からの水が空気流路２５からの空気によってミスト化され、ミスト化された水が噴出口２６から放電空間１０に空気とともに噴射される放電ノズル１８と、
（ｃ）水中に設けられる電極１４と、
（ｄ）放電ノズル１８の先端と電極１４との間に高電圧を印加し、放電ノズル１８と水面との間にコロナ放電を発生させて水面を波立たせる電源とを含むことを特徴とするコロナ放電装置である。
本発明は、（ａ）内部空間を有し、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成される処理容器４と、
（ｂ）放電空間１０に水面から間隔をあけて設けられる放電ノズル２８であって、この放電ノズル２８は、
（ｂ１）供給口３１から水面に向かう吐出口３３に直角に屈曲した水流路を有するノズル本体２９と、
（ｂ２）ノズル本体２９の吐出口３３に取付けられる金属製シャワーリング３０であって、
基端部内周面に、水噴射方向下流側に向かうにつれてシャワーリング３０の軸線３０ａから離間する円錐台状の傾斜面３４が形成され、
遊端部に、水噴射方向下流側に向かうにつれて先細状に延び、先端が鋭く尖っている三角形の突起３５が、周方向に間隔をあけて形成され、
傾斜面３４に沿って吐出される水が、突起３５に衝突し、ミスト化されて円錐台状に噴霧されるシャワーリング３０とを含む放電ノズル２８と、
（ｃ）水中に設けられる電極１４と、
（ｄ）シャワーリング３０と電極１４との間に高電圧を印加し、シャワーリング３０と水面との間にコロナ放電を発生させて水面を波立たせる電源とを含むことを特徴とするコロナ放電装置である。
【００２４】
本発明に従えば、放電空間１０において放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電を発生させることができるので、後述の図２に示すようにコロナ放電開始から火花放電で至るまでの電圧と電流との関係を直線的にすることができる。したがって、電圧制御が容易であり、火花放電を発生させることなく、安定したコロナ放電を発生させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１参考例である排ガス浄化装置１の構成を簡略化して示す正面図である。排ガス浄化装置１は、排ガスを導く排ガス管路３と、排ガス管路３の排ガス流れ方向下流側に連なる処理容器４とを備える。排ガス管路３には、排ガス導入口５および整流板６が設けられており、整流板６には、複数の絞り孔７が形成されている。処理容器４は、内部空間を有し、内部空間には部分的に水が貯留され、水面よりも上方に放電空間１０が形成されている。処理容器４の排ガス流れ方向上流側側壁１２ａには、複数の絞り孔７が形成されており、処理容器４の下流側側壁１２ｂ付近には排ガス排出口１１が設けられている。
【００２６】
処理容器４の放電空間１０の上部には、複数の第１電極１３が設けられている。第１電極１３は、水面に向かうにつれて先細状に延びる部分を少なくとも有することが好ましい。これは、まわりの電場を先細状の部分に集中させることができ、電界強度を高めてコロナ放電の発生を容易にすることができるからである。第１電極１３は、金属製であり、たとえば針状の形状を有する。この第１電極１３の形状については、特定の形状に限定されるものではなく、局部的に大きな電場を形成できるものであれば様々な形状のものを適用することができる。処理容器４の水中には、第２電極１４が浸漬されている。第２電極１４は、たとえば金属製平板電極であり、ほぼ水平方向に延在する。処理容器４の近傍には、電源である直流電源１５が設けられており、直流電源１５は第１電極１３と第２電極１４とに接続される。第１および第２電極１３，１４の極性は切換え自在に構成される。
【００２７】
排ガス管路に導かれる排ガスは、ＮＯｘ，ＳＯｘなどの可溶性汚染物質および粉塵のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。これは、後述のように排ガス浄化装置１によってＮＯｘ、ＳＯｘなどの可溶性汚染物質および粉塵を効率的に除去することができるからである。ＮＯｘ、ＳＯｘなどの可溶性汚染物質および粉塵を含む排ガスは、排ガス導入口５から排ガス管路３に流入し、絞り孔７を通過して整流化され、処理容器４の放電空間１０内に導かれる。放電空間１０に導入された排ガスは、後述のように脱硝、脱硫および除塵処理され、排ガス排出口１１から排出される。直流電源１５は、第１および第２電極１３，１４間に直流高電圧を印加し、第１電極１３と水面との間にコロナ放電（以後、水面コロナ放電と呼ぶことがある）を発生させる。
【００２８】
図２は、水面コロナ放電における電圧と電流との関係の一例を示すグラフである。図中の●印は第１電極１３が正極であることを示す記号であり、■印は第１電極１３が負極であることを示す記号である。水の初期導電率は０．２１ｍＳ／ｃｍである。図２から、コロナ放電開始電圧は第１電極１３の極性にかかわらず約６ｋＶであること、火花放電に至るまでの電圧と電流との間にはほぼ直線的な正比例関係が存在すること、第１電極１３が正極であるときの火花放電発生電圧は第１電極１３が負極であるときよりも小さいことなどが判る。また本発明者らの研究によれば、コロナ放電開始電圧および火花放電に至るまでの電圧と電流との関係は、第１電極１３の極性にかかわらず第１電極１３の先端と水面との距離に依存し、水の導電率にはほとんど影響されないこと、水面コロナ放電の第１電極１３と水面との距離はほぼ気中コロナ放電の電極間の距離に対応していることなどが判明した。
【００２９】
これらの特性から、コロナ放電開始電圧は第１電極１３の先端の電界強度に依存し、その後のコロナ電流は空気と水との複合誘導体による電界および水の導電性に依存するものと考えられる。すなわち、水面コロナ放電は第１電極１３と第２電極１４との間で開始され、引続き第１電極１３と水面との間で進行するものと考えられる。このように、コロナ放電開始後には水面がいわば広い電極として作用するので、第２電極１４は水面下の全域にわたって設けなくてもよい。したがって、第２電極１４の面積を減少させることができ、電極の構成を簡単にすることができる。また火花放電に至るまでの電圧と電流との間には、ほぼ直線的な関係が存在するので、電圧制御が容易であり、火花放電が発生しないように電圧を確実に制御することができる。
【００３０】
図３は第１電極１３が負極のときにおける水面コロナ放電の電力と、排ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示すグラフであり、図４は第１電極１３が正極のときにおける水面コロナ放電の電力と排ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示すグラフである。図３および図４の水面コロナ放電は、第１電極１３の先端から水面までの距離および第２電極１４の浸漬深さをそれぞれ１２ｍｍ，５ｍｍに設定し、ＮＯｘおよび粉塵を含む排ガスを放電空間１０に導入して行った。図３および図４中の■印は、排ガス中のＮＯｘ濃度を表す記号であり、●印は排ガス中の水に溶解しにくい成分である一酸化窒素（以後、ＮＯと呼ぶ）濃度を表す記号であり、▲印は排ガス中の水に溶解しやすい成分である二酸化窒素（以後、ＮＯ2と呼ぶ）濃度を表す記号である。このうち、ＮＯｘおよびＮＯ濃度はガス分析によって求めた分析値であり、ＮＯ2濃度はＮＯｘ濃度からＮＯ濃度を減算して求めた計算値である。
【００３１】
図３および図４から次のことが判る。
（ａ）ＮＯ濃度は、第１電極１３の極性にかかわらず電力の増加につれて減少し、第１電極１３が負極のとき約９Ｗで、第１電極１３が正極のとき約３．５Ｗでそれぞれ零になる。
（ｂ）ＮＯｘ濃度は、第１電極１３の極性にかかわらず電力の増加につれて減少し、第１電極１３が負極のとき約１２Ｗで、第１電極１３が正極のとき約５．５Ｗでそれぞれ初期濃度に比べて半減する。
（ｃ）ＮＯ2濃度は、第１電極１３の極性にかかわらずＮＯ濃度の減少につれて増加し、ＮＯ濃度が零になると電力の増加により次第に減少する。
【００３２】
このような排ガス中のＮＯｘ，ＮＯ，ＮＯ2の変化は、つぎのような反応によって生じるものと考えられる。放電空間１０では、水面コロナ放電によって空気中の酸素からオゾンが発生し、オゾンによって排ガス中のＮＯが酸化されて化１に示す反応式でＮＯ2に変換され、可溶性のＮＯ2が化２に示す反応式で水に溶解して排ガス中から除去される。また水面コロナ放電では、放電に伴うイオン風が水面に向かって発生するので、ＮＯ2が水面に向かって移動するとともに水面が波立ってＮＯ2の水への溶解を促進する。さらに、コロナ電流の増加とともに水蒸気が発生して放電空間へ水蒸気が供給されるので、ＯＨラジカルが発生してＮＯｘの分解を促進する。
【００３３】
【化１】
ＮＯ ＋ Ｏ3 → ＮＯ2 ＋ Ｏ2
【００３４】
【化２】
３ＮＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ２ＨＮＯ3 ＋ ＮＯ
【００３５】
このように排ガス浄化装置１では、放電空間で水面コロナ放電を発生させてＮＯｘ中の水に溶解しにくい成分を水に溶解しやすい成分に変換し、変換した成分を水に溶解させて脱硝処理を行うので、簡単な構成で排ガス中のＮＯｘを効率的に除去することができる。また第１電極１３の極性を正極にすると、それを負極にするときよりも少ない電力で排ガス中のＮＯｘを除去することができる。したがって、水面コロナ放電によって脱硝処理を行うときには第１電極１３の極性を正極にすることが好ましい。
【００３６】
このような排ガス中のＮＯｘを除去する原理は、排ガス中のＳＯｘの除去にも応用できる。すなわち、オゾンによって排ガス中のＳＯおよびＳＯ２を酸化して水に溶解しやすい成分であるＳＯ3に変換し、ＳＯ3を水に溶解して排ガス中のＳＯｘを除去することができる。放電空間１０における脱硫反応は、化３〜化５によって進行する。
【００３７】
【化３】
ＳＯ ＋ Ｏ3 → ＳＯ2 ＋ Ｏ2
【００３８】
【化４】
ＳＯ2 ＋ Ｏ3 → ＳＯ3 ＋ Ｏ2
【００３９】
【化５】
ＳＯ3 ＋ Ｈ2Ｏ → Ｈ2ＳＯ4
【００４０】
このように排ガス浄化装置１では、放電空間１０で水面コロナ放電を発生させてＳＯｘ中の水に溶解しにくい成分を水に溶解しやすい成分に変換し、変換した成分を水に溶解させて脱硫処理を行うので、簡単な構成で排ガス中のＳＯｘを効率的に除去することができる。
【００４１】
前述のように、排ガス浄化装置１では、電極間に高電圧を印加し、水面コロナ放電を発生させるように構成されている。このような構成は排ガス中の粉塵（以後、ダストと呼ぶことがある）の除去にも応用できる。すなわち、水面コロナ放電によってダストを帯電させ、ダストを水面に付着させて除去することができる。
【００４２】
図５は第１電極１３が負極のときにおける水面コロナ放電の電流とダスト除去率との関係を示すグラフであり、図６は第１電極１３が正極のときにおける水面コロナ放電の電流とダスト除去率との関係を示すグラフである。図５および図６の水面コロナ放電は、第１電極１３の先端から水面までの距離および第２電極１４の浸漬深さを、それぞれ１２ｍｍ，５ｍｍに設定し、粉塵およびＮＯｘを含むディーゼルエンジンの排ガスを放電空間１０に導入して行った。図５および図６から、第１電極１３の極性にかかわらず水面コロナ放電の発生とともにダスト除去率が８０％以上になること、第１電極１３の極性にかかわらず電流値の増大につれてダスト除去率が高くなり、微小な電流値でダスト除去率が９０％以上になること、ダスト除去率がほぼ１００％に達する電流値は第１電極１３の極性が正極のときの方が小さいことなどが判る。
【００４３】
このように、第１参考例の集塵装置におけるダスト除去率が良好である理由は、コロナ放電によって絶縁物ダストが帯電するとともにカーボンなど導電物ダストもイオンが付着して帯電すること、水面に集塵・付着したダストは水の粘性により再飛散しにくいことなどによるものと考えられる。
【００４４】
前述のように、排ガス浄化装置１は排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘおよびダストをそれぞれ効率的に除去することができる。これは、１つの装置で同時に脱硝、脱硫および除塵処理を行うことができることを示している。したがって、排ガス浄化装置１は、脱硝脱硫除塵装置として好適に使用できる。
【００４５】
図７は、本発明の実施の第１形態である排ガス浄化装置１７の主要部の構成を簡略化して示す正面図である。排ガス浄化装置１７の主要部の構成は、前記排ガス浄化装置１の主要部の構成と類似しており、対応する部分には同一の参照符号を付し説明を省略する。注目すべきは、第１電極１８の先端部付近から水を噴霧することができる点である。以後、水噴霧可能な第１電極を放電ノズルと呼ぶ。
【００４６】
放電ノズル１８は、先端部を水面に向けてノズルヘッダ１９に取付けられている。ノズルヘッダ１９には、直流電源１５が接続されており、かつポンプ２０が水供給管２１を介して接続されている。直流電源１５は、ノズルヘッダ１９を介して放電ノズル１８に電圧を印加する。ポンプ２０は、水タンク２２内の水を水供給管２１を介してノズルヘッダ１９および放電ノズル１８に供給する。また、ノズルヘッダ１９には図示しない空気供給管が接続されている。水供給管２１および空気供給管は絶縁材料から成る。
【００４７】
図８は図７に示す放電ノズル１８の概略構成を示す正面図であり、図９は図７のＩＸ−ＩＸから見た底面図であり、図１０は図７に示すノズルヘッダ１９の概略構成を示す正面図である。放電ノズル１８は２流体ノズルであり、その内部には水流路２４および空気流路２５が形成されている。水流路２４は、放電ノズル１８の中心部に形成されており、空気流路２５はその外側に形成されている。放電ノズル１８の先端部は、水面に向かうにつれて先細状に形成されており、その最先端は鋭く尖っている。これによって、コロナ放電を発生しやすくすることができる。放電ノズル１８の先端部には、複数（本実施の形態では６個）の噴出口２６が周方向に間隔をあけて形成されている。
【００４８】
ノズルヘッダ１９には、複数の放電ノズル１８が間隔をあけて取付けられている。放電ノズル１８の個数は適宜定められる。またノズルヘッダ１９には、水導入口１９ａおよび空気導入口１９ｂが設けられている。水導入口１９ａおよび空気導入口１９ｂには、水供給管２１および空気供給管が接続される。
【００４９】
ノズルヘッダ１９に供給された水および空気は、各放電ノズル１８に導かれ、放電ノズル１８内で空気によって水がミスト化され、ミスト化された水（以後、ミストと略称する）が噴出口２６から放電空間に空気とともに噴射される。放電ノズル１８と第２電極１４との間には直流電源１５から高電圧が印加され、放電ノズル１８と水面との間にコロナ放電を発生させる。放電ノズル１８から噴射されたミストは同じ極性に帯電し、相互に反発してさらに微細に分散する。
【００５０】
このような放電空間１０、すなわちミストの存在下でコロナ放電が発生している放電空間１０にＮＯｘ、ＳＯｘおよび粉塵を含む排ガスを導入すると、前記化１、化３および化４の反応によってＮＯ、ＳＯおよびＳＯ2がＮＯ2およびＳＯ3に変換され、さらにＮＯ2およびＳＯ3が化２および化５の反応によってミスト中に溶解する。このように生成したＮＯ2およびＳＯ3がその場でミスト中に溶解除去されるので、生成したＮＯ2およびＳＯ3が水面まで移動して水中に溶解除去される前記排ガス浄化装置１よりも迅速にＮＯ2およびＳＯ3を溶解除去することができる。また、ミストによってダストを除去することができるので、前記排ガス浄化装置１よりも迅速にダストを除去することができる。したがって、本実施の形態の排ガス浄化装置１７は、排ガス浄化装置１よりも効率的に排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘおよび粉塵を除去することができる。
【００５１】
図１１は、本発明の実施の第２形態である放電ノズル２８の概略構成を示す正面図であり、図１２は図１１に示す放電ノズル２８の取付の一例を示す正面図である。放電ノズル２８は、水を噴射する１流体ノズルであり、ノズル本体２９とシャワーリング３０とを含む。ノズル本体２９には供給口３１と吐出口３３とが形成されており、ノズル本体２９の内部には、供給口３１と吐出口３３とを結ぶ水流路が形成されている。水流路は直角に屈曲している。
【００５２】
シャワーリング３０は金属製リングであり、ノズル本体２９の吐出口３３に取付けられている。シャワーリング３０の基端部側（ノズル本体側）内周面には、略円錐台状の傾斜面３４が水噴射方向下流側に向かうにつれてシャワーリング３０の軸線３０ａから離間するように形成されている。シャワーリング３０の遊端部側には、水噴射方向下流側に向かうにつれて先細状に延びる略三角形の突起３５が周方向に間隔をあけて形成されている。シャワーリング３０は外周電極を形成する。シャワーリング３０の突起３５の先端は鋭く尖っており、コロナ放電の発生を容易にしている。ノズル本体２９に供給された水は、水流路を経て吐出口３３に達し、吐出口３３に取付けられているシャワーリング３０の傾斜面３４に沿って吐出される。吐出された水は、シャワーリング３０の突起３５に衝突し、ミスト化されて充円錐台状に噴霧される。
【００５３】
放電ノズル２８は、突起３５の先端を水面に向けて水供給管３７に間隔をあけて複数個取付けられている。水供給管３７は、複数列たとえば２列放電室１０内に配置される。水供給管３７には、ポンプ３８が接続されており、ポンプ３８は、水タンク３９内の水を水供給管３７を介して各放電ノズル２８に供給する。放電ノズル２８は、放電ノズル１８のように空気によって水をミスト化する必要がないので、構成を簡単にすることができる。
【００５４】
図１３は本発明の第２参考例である放電ノズル４０の概略構成を示す平面図であり、図１４は図１３の正面断面図である。放電ノズル４０は、Ｘ形ワーラ４１を備えており、Ｘ形ワーラ４１によってミスト化された水を噴出口４３から噴霧する。放電ノズル４０の先端部は略円筒形であり、直流電圧が印加されると尖った先端隅部４４と水面との間にコロナ放電を発生する。放電ノズル４０は、ヘッダ４５に複数個（第２参考例では７個）取付けられており、広い範囲にわたってミストを噴霧することができる。本発明の実施の第３形態では、放電ノズル４０に代えて、放電ノズル１８，２８が用いられる。
【００５５】
図１５は、本発明の第３参考例である排ガス浄化装置４７の概略構成を示す正面図である。排ガス浄化装置４７は、排ガス浄化装置１に類似しており、対応する部分には同一の参照符号を付し説明を省略する。注目すべきは、排ガス浄化装置４７の排ガス管路３に水噴霧装置４８が設けられている点である。水噴霧装置４８は、たとえば超音波ミスト発生器であり、排ガス管路３を通過する排ガス中にミストを供給する。これによって、排ガス浄化装置４７は排ガス浄化装置１７と同様に放電空間１０において排ガス中のＮＯ、ＳＯおよびＳＯ2から変換されたＮＯ2およびＳＯ3をその場でミスト中に溶解して除去することができる。また、ミストによってダストを除去することができる。したがって、第３参考例の排ガス浄化装置４７は排ガス浄化装置１よりも効率的に排ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘおよびダストを除去することができる。本発明の実施の第４形態では、排ガス浄化装置４７の第１電極１３に代わって放電ノズル１８，２８が設けられる。
【００５６】
以上述べたように、排ガス浄化装置１，１７，４７は直流電源１５から電極間に直流高電圧を印加するように構成されているけれども、本発明の実施の第５形態として各排ガス浄化装置１，１７，４７にパルス電圧発生電源５０を設け、パルス電圧発生電源５０から電極間にパルス電圧を印加し、パルスコロナ放電を発生させるように構成してもよい。パルス電圧発生電源５０は、図１６に示すように直流電源１５で抵抗Ｒを介してコンデンサＣを充電し、蓄えられた電荷をコンデンサＣに接続された球ギャップＧ間で放電させることによってパルス電圧を発生する。パルス電圧の波長は、抵抗Ｒ１によって調整され、パルス電圧の立上がり時間はインダクタンスＬによって調整される。
【００５７】
図１７は、パルス電圧の立上がり時間とピーク電流との関係を示すグラフである。パルス電圧の立上がり時間は、ピーク電圧の１０％〜９０％に到達するまでの所要時間を表す。図１７から、パルス電圧の立上がり時間が短時間になるほどピーク電流値が大きくなること、立上がり時間１００〜５０ｎｓに対応するピーク電流値が大きくなること、立上がり時間１００〜５０ｎｓに対応するピーク電流値は６〜１６Ａであることが判る。前記図２に示すように、パルス電圧を印加しない直流コロナ放電の電流値は０〜１ｍＡであるので、立上がり時間の短い急峻パルス電圧を印加することによって大電流値を得ることができる。これは、急峻パルス電圧を印加することによって初期電界によって電子のみが選択的に加速され、加速電子によるいわゆるストリーマコロナ放電が発生することによるものである。
【００５８】
このように、急峻パルスコロナ放電は放電空間に大電流を流すことができるので、オゾンの発生量を増加させることができ、また高エネルギー加速電子によってラジカル生成密度を大きくすることができ、放電空間における脱硝反応を促進することができる。したがって、放電時間が短いにもかかわらず、前記連続コロナ放電とほぼ同一の脱硝効率を達成することができる。また、連続コロナ放電と比べて放電時間が極めて短く、１μｓｅｃ程度であるので、電流値が大きくても電力を少なくすることができる。この結果、本実施の第５形態では、低電力で効率的に排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
【００５９】
図１８は、本発明の第４参考例であるコロナ放電装置５３の概略構成を示す正面図である。コロナ放電装置５３は、前記排ガス浄化装置１と類似しており、対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。注目すべきは、コロナ放電装置５３には排ガス浄化装置１の排ガス管路３が設けられていない点である。
【００６０】
コロナ放電装置５３の放電特性は図２に示す放電特性と同一であり、コロナ放電開始から火花放電に至るまでの電圧と電流との関係を直線的にすることができる。したがって、電圧制御が容易であり、火花放電の発生を確実に防止することができる。コロナ放電装置５３は安定したコロナ放電発生装置として様々な用途に用いることができる。
【００６１】
また直流電源１５に代って、交流電源およびパルス電圧発生電源５０を設けてもよい。本発明の実施の第６形態では、第１電極１３に代って、放電ノズル１８，２８が設けられる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜３記載の本発明によれば、排ガス中に窒素酸化物、硫黄酸化物および粉塵が含まれる場合コロナ放電によって窒素および硫黄酸化物中の水に溶解しにくい成分を水に溶解しやすい成分に変換することができるので、変換成分を水に溶解させて除去することができる。また、コロナ放電によって粉塵を帯電させて水面に付着させることができる。したがって、簡単な構成で排ガスを効率的に浄化することができる。
【００６３】
放電ノズル１８，２８から水を噴霧することができるので、窒素および硫黄酸化物中の水に溶解しやすい成分をその場で噴霧水中に溶解することができる。また粉塵を噴霧水に付着させて除去することができる。したがって、排ガスをさらに効率的に浄化することができる。
放電ノズル１８，２８には水面に向かうにつれて先細状に延びる部分が形成されているので、まわりの電場をその部分に集中させることができ、コロナ放電の発生を容易にすることができる。
【００６４】
また請求項４記載の本発明によれば、水噴霧装置から噴霧水を供給することができるので、排ガスをさらに効率的に浄化することができる。
【００６５】
また請求項５記載の本発明によれば、放電ノズル１８，２８の先端と電極１４との間にパルス電圧が印加されるので低電力で効率的に排ガスを浄化することができる。
【００６７】
また請求項６記載の本発明によれば、排ガスには窒素酸化物、硫黄酸化物などの可溶性汚染物質および粉塵のうちの少なくとも１つが含まれるので、放電ノズル１８，２８と水面との間のコロナ放電によって排ガスを確実に浄化することができる。
【００６８】
また請求項７記載の本発明によれば、放電ノズル１８，２８と水面との間にコロナ放電が発生している状態で窒素酸化物、硫黄酸化物などの可溶性汚染物質および粉塵のうちの少なくとも１つを含む排ガスが供給されるので、排ガスを確実に浄化することができる。
【００６９】
また請求項８，９記載の本発明によれば、火花放電を発生させることなく、安定したコロナ放電を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例である排ガス浄化装置１の構成を簡略化して示す正面図である。
【図２】  水面コロナ放電における電圧と電流との関係の一例を示すグラフである。
【図３】  第１電極１３が負極のときにおける水面コロナ放電の電力と排ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示すグラフである。
【図４】  第１電極１３が正極のときにおける水面コロナ放電の電力と排ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示すグラフである。
【図５】  第１電極１３が負極のときにおける水面コロナ放電の電流とダスト除去率との関係を示すグラフである。
【図６】  第１電極１３が正極のときにおける水面コロナ放電の電流とダスト除去率との関係を示すグラフである。
【図７】  本発明の実施の第１形態である排ガス浄化装置１７の主要部の構成を簡略化して示す正面図である。
【図８】  図７に示す放電ノズル１８の概略構成を示す正面図である。
【図９】  図７のＩＸ−ＩＸから見た底面図である。
【図１０】  図７に示すノズルヘッダ１９の概略構成を示す正面図である。
【図１１】  本発明の実施の第２形態である放電ノズル２８の概略構成を示す正面図である。
【図１２】  図１１に示す放電ノズル２８の取付けの一例を示す正面図である。
【図１３】  本発明の第２参考例である放電ノズル４０の概略構成を示す平面図である。
【図１４】  図１３の放電ノズル４０の正面断面図である。
【図１５】  本発明の第３参考例である排ガス浄化装置４７の概略構成を示す正面図である。
【図１６】  パルス電圧発生電源５０の概略構成を示す回路図である。
【図１７】  パルス電圧の立上がり時間とピーク電流との関係を示すグラフである。
【図１８】  本発明の第４参考例であるコロナ放電装置５３の概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１，１７，４７  排ガス浄化装置
３  排ガス管路
４  処理容器
５  排ガス導入口
６  整流板
７  絞り孔
１０  放電空間
１１  排ガス排出口
１３  第１電極
１４  第２電極
１５  直流電源
１８，２８，４０  放電ノズル
４８  水噴霧装置
５０  パルス電圧発生電源
【図１】
0004100482.tif 000002
【図２】
0004100482.tif 000003
【図３】
0004100482.tif 000004
【図４】
0004100482.tif 000005
【図５】
0004100482.tif 000006
【図６】
0004100482.tif 000007
【図７】
0004100482.tif 000008
【図８】
0004100482.tif 000009
【図９】
0004100482.tif 000010
【図１０】
0004100482.tif 000011
【図１１】
0004100482.tif 000012
【図１２】
0004100482.tif 000013
【図１３】
0004100482.tif 000014
【図１４】
0004100482.tif 000015
【図１５】
0004100482.tif 000016
【図１６】
0004100482.tif 000017
【図１７】
0004100482.tif 000018
【図１８】
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