(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の浮遊微粒子を除去する浮遊微粒子除去装置であって、
上記排ガスを通気させて、上記浮遊微粒子を捕獲する捕獲部を内装してなる微粒子除去装置本体と、
該捕獲部を通気した排ガスを排出する排出ラインと、
上記捕獲部で捕獲した排ガス中の微粒子表面に触媒溶液を付着させる触媒付着手段と、
上記触媒溶液を回収する触媒溶液回収手段とを具備してなり、
上記触媒溶液回収手段が未燃焼カーボンを分離する分離手段を備え、
上記触媒溶液回収手段の触媒溶液表面上に浮かぶ浮体を設けると共に、該浮体から未燃焼カーボンを除いた上澄み触媒を触媒付着手段に供給する供給ラインを設けた
ことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去装置。
【請求項２】
排ガス中の浮遊微粒子を除去する浮遊微粒子除去装置であって、
上記排ガスを通気させて、上記浮遊微粒子を捕獲する捕獲部を内装してなる微粒子除去装置本体と、
該捕獲部を通気した排ガスを排出する排出ラインと、
上記捕獲部で捕獲した排ガス中の微粒子表面に触媒溶液を付着させる触媒付着手段と、
上記触媒溶液を回収する触媒溶液回収手段とを具備してなり、
上記触媒溶液回収手段が未燃焼カーボンを分離する分離手段を備え、
上記触媒溶液回収手段内に仕切り板を鉛直方向に垂下させて仕切り板の下端部が連通するように内部を２部屋に仕切ると共に、回収触媒を供給する供給室には攪拌手段を設けた
ことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記触媒溶液回収手段がその底部の形状を逆円錐台形とし、未燃焼カーボンを沈降分離する
ことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかの排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、
回収触媒溶液中の未燃焼カーボンを分離した未燃焼カーボンの濃度が低い触媒を触媒燃焼速度が低い場合に、触媒噴霧手段より噴霧する
ことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかの排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、
回収触媒溶液中の未燃焼カーボンが混入した未燃焼カーボン濃度が高い触媒を触媒燃焼速度が速い場合に、触媒噴霧手段より噴霧する
ことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば船舶用、陸上走行用，陸上定置用の例えばディーゼルエンジン等の内燃機関等からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）を除去する排ガス中の浮遊微粒子除去装置及び方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルエンジン等からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ、以下単に「微粒子」ともいう。）を除去するには、セラミックス製のハニカムフィルタ等によるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter)が提案されており、該ＤＰＦに微粒子を捕集し、堆積量が増えると排気抵抗が増大するので、これを燃焼除去し再生している。
【０００３】
この再生方法としては、スロットリングにより排気温度を向上させる方法やヒータ加熱方法、或いは追い焚き方法等によって排気ガス温度を上昇させて、捕集微粒子中の未燃焼分を燃焼させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の微粒子分解処理方法では、以下のような問題がある。
(1) 再生時における熱衝撃の繰返によりハニカム状のセラミックスフィルタの破損が生じるという問題がある。
(2) 異常燃焼の発生により、フィルタ材の耐熱性、耐熱衝撃性が不足し、損傷が生じるという問題がある。
(3) ヒータ加熱や追い焚き用の装置及び燃料等のユーティリティー費用が必要となので、処理コストの低減を図るという要望がある。
(4) 燃焼が十分でない場合には、圧損が増大し、使用不能となり、その結果当該フィルタ自身を交換する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、従来のようなヒータ等の加熱手段を用いることなくしかも低温で排ガス中の浮遊微粒子を分解することのできる排ガス中の浮遊微粒子除去装置及び方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、排ガス中の浮遊微粒子を除去する浮遊微粒子除去装置であって、上記排ガスを通気させて、上記浮遊微粒子を捕獲する捕獲部を内装してなる微粒子除去装置本体と、該捕獲部を通気した排ガスを排出する排出ラインと、上記捕獲部で捕獲した排ガス中の微粒子表面に触媒溶液を付着させる触媒付着手段と、上記触媒溶液を回収する触媒溶液回収手段とを具備してなり、上記触媒溶液回収手段が未燃焼カーボンを分離する分離手段を備え、上記触媒溶液回収手段の触媒溶液表面上に浮かぶ浮体を設けると共に、該浮体から未燃焼カーボンを除いた上澄み触媒を触媒付着手段に供給する供給ラインを設けたことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去装置にある。
前記課題を解決する本発明の第２の発明は、排ガス中の浮遊微粒子を除去する浮遊微粒子除去装置であって、上記排ガスを通気させて、上記浮遊微粒子を捕獲する捕獲部を内装してなる微粒子除去装置本体と、該捕獲部を通気した排ガスを排出する排出ラインと、上記捕獲部で捕獲した排ガス中の微粒子表面に触媒溶液を付着させる触媒付着手段と、上記触媒溶液を回収する触媒溶液回収手段とを具備してなり、上記触媒溶液回収手段が未燃焼カーボンを分離する分離手段を備え、上記触媒溶液回収手段内に仕切り板を鉛直方向に垂下させて仕切り板の下端部が連通するように内部を２部屋に仕切ると共に、回収触媒を供給する供給室には攪拌手段を設けたことを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去装置にある。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明において、上記触媒溶液回収手段がその底部の形状を逆円錐台形とし、未燃焼カーボンを沈降分離することを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去装置にある。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、回収触媒溶液中の未燃焼カーボンを分離した未燃焼カーボンの濃度が低い触媒を触媒燃焼速度が低い場合に、触媒噴霧手段より噴霧することを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去方法にある。
【００１２】
第５の発明は、第１乃至第３のいずれかの排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、回収触媒溶液中の未燃焼カーボンが混入した未燃焼カーボン濃度が高い触媒を触媒燃焼速度が速い場合に、触媒噴霧手段より噴霧することを特徴とする排ガス中の浮遊微粒子除去方法にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。排ガス１１中の浮遊微粒子を除去する浮遊微粒子除去装置であって、上記排ガス（浮遊微粒子１２を含む）を通気させて、上記浮遊微粒子１２を捕獲する捕獲部１３を内装して前室１４と後室１５とを備えた微粒子除去装置本体１６と、該捕獲部１３を通気した浄化排ガス１７を排出する排出ライン１８と、上記捕獲部１３で捕獲した排ガス中の微粒子表面１２に触媒溶液１９を噴霧して付着させる触媒付着手段２０と、上記触媒溶液１９を回収する触媒溶液回収手段２１とを具備してなり、上記触媒溶液回収手段２１の底２２の形状を逆円錐台形とし、触媒溶液１９中の未燃焼カーボンを含む残渣２３を沈降分離するようにしている。
【００１５】
本実施の形態にかかる排ガス中の微粒子除去装置では、排ガス１１中の微粒子１２を捕獲部１３で付着させ、その後、所定時間経過した後又は圧力変動が発生した後、捕獲された上記微粒子表面に触媒溶液１２を噴霧して付着させた後に触媒溶液を乾燥させ、その後排ガスの排熱により未燃焼微粒子を燃焼するものである。
上記触媒に噴霧するために、本実施の形態では、浮遊微粒子除去装置本体１６の天井部から触媒溶液１９を噴霧するようにしている。
【００１６】
また、噴霧した触媒溶液１９は触媒触媒回収手段２１で回収し、ここで未燃焼カーボンを含む残渣２３を除去した後、再利用に供されている。
【００１７】
本実施の形態では、上記分離手段として、触媒回収タンクの底部の形状を逆円錐台形とし、回収した触媒溶液１９中に含まれる未燃焼カーボンを沈降させて残渣２３を分離するようにしている。
なお、残渣２３は所定量に達したら排出バルブ２４を開いて外部へ排出するようにしている。
【００１８】
また、触媒液回収手段２１内には水を供給して触媒溶液１９を冷却する冷却手段２５が設けられている。これは高温の排気ガスを通過させて微粒子を捕獲した捕獲部と触媒溶液１９が接触するので、高温となることがあるかである。また、触媒液回収手段２１内には供給水２６及び新規触媒溶液１９を供給して触媒濃度を調整（例えばｐＨ計等による調整）するようにしている。
【００１９】
また、触媒の冷却が不十分な場合があるので、触媒溶液を噴霧する触媒溶液噴霧手段２０までの触媒溶液１９の供給配管２７の周囲には冷却フィン等の冷却手段を設けるようにしてもよい。
【００２０】
ここで、本発明で触媒溶液とは、炭酸カリウム，炭酸ナトリウム等のＮａ，Ｋ等のアルカリ金属，アルカリ土類金属のうち少なくとも一種を含む水溶液である。また、アルカリ触媒として海水を利用することもできる。また、上記アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を海水中に含有するようにしてもよい。
【００２１】
本発明ではアルカリ触媒溶液をフィルタに捕獲された微粒子の表面を覆うように噴霧することで、触媒を微粒子表面及び内部に含浸・担持させることにより、当該触媒を均一に配置させることができ、この結果、燃焼場を均一化させることができると共に、従来のヒータ等による燃焼温度（４００℃以上）よりもより低温側（３００℃以下）において触媒燃焼を可能とすることができる。上記触媒燃焼の熱源は高温の排気ガスを用いている。
【００２２】
次に、図２において、上記捕獲された微粒子１３の触媒分解の概要を説明する。図２に示すように、捕獲された浮遊微粒子１２は、脱落水中に含有された触媒によりその表面が覆われることになる。その後、排ガスが通気され、送給により、触媒溶液が乾燥すると共に、浮遊微粒子１３の細孔中にも触媒溶液１９が浸透する。次いで内部に侵入した触媒溶液１９も乾燥し、触媒活性を示す成分が微粒子内部に均一に残留する。その後、排ガス１１を流入させることにより、排ガス１１の温度でゆっくり触媒燃焼が進行することになる。この触媒燃焼により浮遊微粒子１２の表面のみならず内部においても触媒作用が働き、浮遊微粒子１２の完全燃焼が可能となる。なお、上記乾燥は排ガスを供給する代わりに、空気等を供給して触媒成分を乾燥させるようにしてもよい。
【００２３】
この結果、従来のようにヒータ等を用いることなく、しかも低温領域（例えば３００℃程度）において、当該微粒子中の未燃焼分（スート，タール等）を分解することができることになる。よって、排ガス中の浮遊微粒子１２が捕獲され触媒燃焼がなされるので連続的に処理することができ、微粒子の除去されたクリーン排ガスを排出することができる。
【００２４】
本発明では、排ガス中の浮遊微粒子を分解処理することができるので、内燃機関の種類を何ら特定するものではない。
例えば船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルや発電機等の内燃機関からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）の未燃焼分を低温で分解処理することができる。また、内燃機関から排出される排ガス中の浮遊微粒子を分解除去するのみならず、例えば都市ゴミ焼却炉，産業廃棄物焼却炉，汚泥焼却炉等の各種焼却炉、熱分解炉、溶融炉等から排ガス中の浮遊微粒子も除去することができる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図３は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
第１の実施の形態の触媒溶液回収手段２１は底の形状と逆円錐台状とすることで、未燃焼カーボンを含む残渣を分離除去していたが、本実施の形態では、上記触媒溶液回収手段２１の内部にフィルタ層３１を設け、該フィルタ層３１により未燃焼カーボンを除去するようにしている。
また、フィルタ層３１で濾過された触媒液１９は清純化され、未燃焼カーボンが含まないものとなる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、フィルタ層３１の濾過前の触媒液を攪拌する攪拌手段３２が設けられており、該攪拌手段３２での攪拌により、未燃焼カーボンを含む触媒の懸濁液３３としている。
この懸濁液３３は、触媒燃焼温度が高い場合に、供給することで、未燃焼カーボンを触媒燃焼除去することができる。
【００２７】
よって、触媒燃焼温度が低い場合には、清純化された触媒液１９を用いて、触媒燃焼させ、触媒燃焼温度が高くなった場合に、未燃焼カーボンを含む触媒の懸濁液３３を供給することで、未燃焼カーボンを触媒燃焼除去することができる。
【００２８】
［第３の実施の形態］
図４は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
本実施の形態では、第１の実施の形態の触媒溶液回収手段２１の触媒液１９の表面に浮かぶ浮体４１を設けてなり、表面近傍の触媒液１９を再利用するようにしている。
【００２９】
［第４の実施の形態］
図５は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
図５に示すように、本実施の形態の触媒溶液回収手段２１は、上記浮体４１を鉛直軸方向に案内する案内手段４２を側壁に設け、触媒溶液回収手段２１の任意の位置で触媒を吸い込むことができるようにしている。
これにより、未燃焼カーボンが少ない触媒液から未燃焼カーボンが比較的多い触媒液まで任意の未燃焼カーボンの濃度の触媒液を再利用することができ、触媒燃焼温度の応じて未燃焼カーボンを効率良く燃焼させることができる。
【００３０】
［第５の実施の形態］
図６は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
図６に示すように、本実施の形態では、触媒溶液回収手段２１の内部を二分割する仕切り板５１を鉛直方向に垂下させ、仕切り板の下端部が連通するように内部を第１部屋５２、第２部屋５３と区切るようにしている。
また第１部屋５２内には攪拌手段５４が設けられ、触媒懸濁液３３としている。
【００３１】
そして、第１部屋５２内の触媒懸濁液３３は触媒燃焼温度が高い場合に、触媒燃焼させている。
【００３２】
また、第２部屋５３の隅部５５には触媒液１９中の未燃焼カーボンを堆積させ、上澄みの触媒液１９のみを清純化した触媒として触媒燃焼に供給するようにしている。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、微粒子除去する捕獲部に供給する触媒液を回収すると共に、該回収した触媒液から未燃焼カーボンを除去するようにしているので、微粒子除去の捕獲部への未燃焼カーボンの蓄積を抑え、ダスト除去率の低下や目詰まりの原因を防止することができる。
【００３４】
また、未燃焼カーボンを触媒液と分離することなく、懸濁させた場合には、該未燃焼カーボンを含む触媒液を触媒燃焼条件の高温の際に、同時に燃焼させることで、未燃焼カーボンの蓄積を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【図２】浮遊微粒子に触媒液が被覆する状態を示す概略図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる排気再循環システムの概略図である。
【図４】第３の実施の形態にかかる排気再循環システムの概略図である。
【図５】第４の実施の形態の熱交換部分を示す図である。
【図６】第５の実施の形態で用いた微粒子除去装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  排ガス
１２  浮遊微粒子
１３  捕獲部
１４  前室
１５  後室
１６  微粒子除去装置本体
１７  浄化排ガス
１８  排出ライン
１９  触媒溶液
２０  触媒付着手段
２１  触媒溶液回収手段
２２  底
２３  残渣
２４  排出バルブ
２５  冷却手段
２６  供給水
３１  フィルタ層
３２  攪拌手段
３３  懸濁液
４１  浮体
４２  案内手段
５１  仕切り板
５２  第１部屋
５３  第２部屋
５４  攪拌手段
５５  隅部
【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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