(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部材に配設した側面部に螺旋状に形成された排ガスの通路を有する加熱中空部材を含む抵抗加熱手段の該加熱中空部材の一端から他端へと通電して該加熱中空部材を加熱し、加熱された前記加熱中空部材からの熱伝導により該加熱中空部材の内部に充填した、セラミックス、白金からなる群から選択される充填物を加熱する段階と、
前記充填物を加熱した後に、前記排ガスを前記中空部材に連続的に供給する段階と、
前記加熱された加熱中空部材および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを５００℃〜７００℃に加熱し、前記排ガスに含まれる粒子状汚染物質を連続的に燃焼させ、窒素酸化物を連続的に分解させる段階と、
を含む排ガスの処理方法。
【請求項２】
前記加熱中空部材は、中空の第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材とは径が異なる中空の第２の円筒部材とから構成され、前記第１の円筒部材の内部に前記第２の円筒部材が収容されていて、前記充填物は、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に充填され、前記排ガスは、前記第１の円筒部材の側面部、前記充填物間および前記第２の円筒部材の側面部を通して流れることを特徴とする、請求項１に記載の排ガスの処理方法。
【請求項３】
さらに、前記抵抗加熱手段の前流側に配設されたプラズマ発生手段により、前記排ガス中にプラズマを発生させる段階を含む、請求項１または２に記載の排ガスの処理方法。
【請求項４】
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、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガスの処理方法。
【請求項５】
排ガスが供給される中空部材と、
側面部に螺旋状に形成された前記排ガスの通路を有し、一端から他端へ通電することにより加熱される加熱中空部材を含み、前記中空部材の内部に配設される抵抗加熱手段と、
前記加熱中空部材に隣接して前記中空部材の内部に充填され、加熱された前記加熱中空部材からの熱伝導により加熱されるセラミックス、白金からなる群から選択される充填物と、
を含み、前記充填物が加熱された後に、前記排ガスが前記中空部材に連続的に供給され、前記加熱された加熱中空部材および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを５００℃〜７００℃に加熱し、前記排ガスに含まれる粒子状汚染物質を連続的に燃焼させ、窒素酸化物を連続的に分解させることを特徴とする、排ガス処理装置。
【請求項６】
前記加熱中空部材は、中空の第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材とは径が異なる中空の第２の円筒部材とから構成され、前記第１の円筒部材の内部に前記第２の円筒部材が収容されていて、前記充填物は、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に充填され、前記排ガスは、前記第１の円筒部材の側面部、前記充填物間および前記第２の円筒部材の側面部を通して流れることを特徴とする、請求項５に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記排ガス処理装置は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側に配設されるプラズマ発生手段を含む、請求項５または６に記載の排ガス処理装置。
【請求項８】
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、請求項７に記載の排ガス処理装置。
【請求項９】
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、請求項８に記載の排ガス処理装置。
【請求項１０】
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、請求項５〜９のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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方法および排ガス処理装置に関し、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方法および排ガス処理装置に関する。
【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提供されている。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されている。
【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、数多くの装置や方法が提案されている。例えば、加熱手段と、触媒または吸着剤とを使用して効率良く分解、除去する方法が提案されている。
【０００５】
特開平１０−２２７４３７号公報に開示されている装置は、多孔質セラミック構造体を水平に複数段セットし、各段の空隙区域に電気抵抗発熱体を設置して、多孔質セラミック構造体の上下から加熱することを可能とした構造とされている。また、特開平１０−２２７４３７号公報に開示されている装置には、外部から燃焼に必要な２次空気が送入できるようになっている。この装置は、多孔質セラミック構造体の表面と中心部との温度差が少なく、温度の均一化の効果が大きい燃焼温度まで均一に加熱できることを特徴としている。これにより、多孔質セラミック構造体に捕捉される微粒子や未分解成分が完全に燃焼され、クリーンな排ガスとして外部に排出することができることが開示されている。
【０００６】
また、特開平１１−５２８号公報に開示されている装置は、フィルター内層筒部と、フィルター外層筒部と、これら各筒部間の空所に充填された活性炭層とからなるフィルター筒と、フィルター内層筒部の内腔に、多数の細孔を有する排ガス導入兼排出筒とを設置した排ガス処理装置とされている。この排ガス処理装置は、排ガス中のＳＯ２およびＮＯｘをフィルターおよび活性炭を使用して吸着処理することができるようになっている。
【０００７】
さらに、特開２００１−１７０４８３号公報には、ディーゼル排ガス中の炭素微粒子を燃焼除去するためのディーゼル排ガス処理中の燃焼触媒が開示されている。この触媒は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属よりなる触媒粒子と、触媒粒子を支持する酸化系セラミック粒子からなるディーゼル排ガス処理用の燃焼触媒である。特開２００１−１７０４８３号公報には、この燃焼触媒を用いることにより５００℃以下の比較的低温においても、高効率で炭素微粒子を燃焼させることができることが開示されている。
【０００８】
しかしながら、上述した特開平１０−２２７４３７号公報に開示された装置では、多孔質セラミック構造体と接触する期間が短いため、充分に、かつ効率良く加熱して燃焼させることが困難であり、また、多くの多孔質セラミック構造体を設け、ブロワから空気を供給することで充分な燃焼が可能となるものの、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１１−５２８号公報に開示された装置においては、粒状汚染物質について充分に吸着除去することができ、さらにはディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＳＯ２、ＮＯｘを効率良く除去することができるものの、所定期間ごとに交換が必要となり、目詰まりしたフィルターの清掃などを行う必要があり、手間や労力がかかるといった問題があった。
【００１０】
さらに、特開２００１−１７０４８３号公報に開示の触媒を使用した排ガス処理においては、５００℃以下の低温で効率良く粒状汚染物質を燃焼させることを可能にするものの、ガス状汚染物質、特に窒素酸化物を除去することができなかった。
【００１１】
また、特開平９−２８００３５号公報には、排気ガス中の排気微粒子および窒素酸化物を除去する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に接続される筒状のケーシングと、ケーシング内に配置されるとともに、セラミックス製の隔壁によって仕切られ排気流れ方向に延びる多数のセルをハニカム状に配するハニカム構造体と、ハニカム構造体以外のケーシング内空間に充填された多数のセラミック製中空球体とを有しており、フィルターおよび電気ヒータなどの手段を用いることなく、常に排気ガス中のパティキュレートや窒素酸化物を効果的に浄化することができる装置とされている。
【００１２】
また、特開平９−２８００３５号公報では、６００〜８００℃もの高温域を通過することで排ガス中の水蒸気が過熱蒸気へと変化し、過熱蒸気の活性度によりパティキュレート（特に、カーボン）の酸化燃焼反応をさらに促進させる触媒としての効果があり、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）から酸素（Ｏｘ）を遊離させて、パティキュレートの燃焼に酸素を供給する作用があることが開示されている。
【００１３】
上述した特開平９−２８００３５号公報に開示の装置においては、電気ヒータなどの手段を用いることなく排気ガスを加熱することを可能にし、装置が簡素化することができるものの、排気ガスの流れによって加熱が不均一であったり、このために充分な燃焼や分解反応が行われない部分が存在したり、特殊なセラミック製中空球体を使用するためにコストがかかるなどの問題があった。
【００１４】
【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、排ガス中の未燃焼炭素といった粒子状汚染物質を充分に燃焼することにより無害化して除去することができ、また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も可能であり、さらにはフィルターを用いることなく、安価でコンパクトな排ガスの処理方法および排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【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方法および排ガス処理装置を用いることによって達成される。
【００１６】
本発明によれば、中空部材に配設した側面部に螺旋状に形成された排ガスの通路を有する加熱中空部材を含む抵抗加熱手段の該加熱中空部材の一端から他端へと通電して該加熱中空部材を加熱し、加熱された前記加熱中空部材からの熱伝導により該加熱中空部材の内部に充填した、セラミックス、白金からなる群から選択される充填物を加熱する段階と、
前記充填物を加熱した後に、前記排ガスを前記中空部材に連続的に供給する段階と、
前記加熱された加熱中空部材および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを５００℃〜７００℃に加熱し、前記排ガスに含まれる粒子状汚染物質を連続的に燃焼させ、窒素酸化物を連続的に分解させる段階と、を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００１８】
本発明によれば、前記加熱中空部材は、中空の第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材とは径が異なる中空の第２の円筒部材とから構成され、前記第１の円筒部材の内部に前記第２の円筒部材が収容されていて、前記充填物は、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に充填され、前記排ガスは、前記第１の円筒部材の側面部、前記充填物間および前記第２の円筒部材の側面部を通して流れることを特徴とする排ガスの処理方法が提供される。
【００１９】
本発明によれば、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側に配設されたプラズマ発生手段により、前記排ガス中にプラズマを発生させる段階を含む排ガスの処理方法が提供される。
【００２１】
本発明によれば、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の処理方法が提供される。
【００２２】
本発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、側面部に螺旋状に形成された前記排ガスの通路を有し、一端から他端へ通電することにより加熱される加熱中空部材を含み、前記中空部材の内部に配設される抵抗加熱手段と、前記加熱中空部材に隣接して前記中空部材の内部に充填され、加熱された前記加熱中空部材からの熱伝導により加熱されるセラミックス、白金からなる群から選択される充填物と、を含み、前記充填物が加熱された後に、前記排ガスが前記中空部材に連続的に供給され、前記加熱された加熱中空部材および加熱された前記充填物に接触させることにより前記排ガスを５００℃〜７００℃に加熱し、前記排ガスに含まれる粒子状汚染物質を連続的に燃焼させ、窒素酸化物を連続的に分解させることを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【００２４】
本発明によれば、前記加熱中空部材は、中空の第１の円筒部材と、前記第１の円筒部材とは径が異なる中空の第２の円筒部材とから構成され、前記第１の円筒部材の内部に前記第２の円筒部材が収容されていて、前記充填物は、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に充填され、前記排ガスは、前記第１の円筒部材の側面部、前記充填物間および前記第２の円筒部材の側面部を通して流れることを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【００２５】
本発明によれば、前記排ガス処理装置は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側に配設されるプラズマ発生手段を含む排ガス処理装置が提供される。
【００２６】
本発明によれば、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。
【００２７】
本発明によれば、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。
【００２９】
本発明によれば、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。
【００３０】
【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。本発明の排ガス処理装置は、ガソリン車またはディーゼル車といった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の排気ガスなどに含まれる窒素酸化物および粒子状汚染物質を、二酸化炭素や窒素などのクリーンガスにして放出することができる装置である。図１は、本発明の排ガス処理装置の第１の実施の形態を示した断面図である。図１に示す実施の形態においては、車両の排気管に本発明の排ガス処理装置１がフランジ２などの連結部材を用いて図示しないボルトおよびナットにより接続され、矢線Ａの方向から排ガスが本発明の排ガス処理装置１へ供給されている。図１に示す排ガス処理装置１は、中空部材３と、中空部材３の内部に配設される抵抗加熱手段４と、抵抗加熱手段４に隣接して中空部材３の内部に充填される充填物５とを含んでいる。
【００３１】
図１に示す実施の形態では、中空部材３の内部に抵抗加熱手段４として中空円筒状の加熱中空部材４ａが用いられ、加熱中空部材４ａの内部に充填物５が充填されている。また、加熱中空部材４ａから充填物５が流出しないように、ストッパ５ａが設けられている。加熱中空部材４ａは、中空部材３の中央部の所定位置にボルトおよびナットを用いて閉鎖板６および支持部７に配設されている。また、図１に示す実施の形態では、中空部材３に供給された排ガスは、加熱中空部材４ａの外部から加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた通路を通して内部へと流れ、加熱中空部材４ａ内部の充填物５の隙間を通して加熱中空部材４ａの端部９から放出されるようになっている。閉鎖板６は、加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた通路を通して端部９から適切に放出するために設けられている。また、加熱中空部材４ａには、導線１０ａ、１０ｂが接続されていて、導線１０ａを通して供給された電流が加熱中空部材４ａ、導線１０ｂを通して流れるようになっていて、また導線１０ａを通して供給された電流により加熱中空部材４ａを加熱することができるようになっている。加熱中空部材４ａに隣接して充填される充填物５は、加熱中空部材４ａの加熱にともなって加熱され、充填物５を伝って加熱中空部材４ａから離れた充填物５へと熱が伝えられていく。こうすることにより、充填された充填物５全体を所定温度以上に加熱することができる。また、排ガスは、加熱中空部材４ａに接触し、さらには加熱された充填物５に接触しながら充填物５の隙間を通過することにより、充分に加熱、燃焼される。
【００３２】
図１においては、本発明の排ガス処理装置１が取り外し可能なようにフランジ２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１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１と接続する管との接続サイズが異なる場合には、レデューサ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３は、図１に示すように中空円筒状とされていなくてもよく、中空であればいかなる形状であっても良い。中空部材３の材質は、内部を通過する排ガスの温度に耐えうるものであればいかなるものでもよく、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、セラミックスなどを用いることができる。また、内部温度を保持するために、中空部材３の外側面または内側面にスラグウールやロックウールといった断熱材を設けることができる。さらに、充填物５が流出しないように設けられるストッパ５ａは、充填物５の径より小さい穴や孔をもつもので、かつ加熱する温度に耐えうる材質のものであればいかなる形状のものでも用いることができる。本発明においては、ステンレス鋼製またはセラミックス製の多孔板や金網などを用いることができる。
【００３３】
図１に示す抵抗加熱手段４は、上述したように円筒形の加熱中空部材４ａと、加熱中空部材４ａに電流を供給する導線１０ａ、１０ｂとから構成されている。加熱中空部材４ａは、側面部８に排ガスを通すための通路が形成されていて、内部を通して端部９から放出することができる構造とされている。また、加熱中空部材４ａは、電流を供給することにより表面温度を上昇させることが可能な材質から形成され、例えば、電気抵抗の高い材質のものを用いることができる。本発明においては、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金などを用いることができる。上記通路は、いかなる形状であってもよく、適切な量の排ガスを流すことができ、内部に充填される充填物５が通り抜けない大きさとすることができる。加熱中空部材４ａは、一方の端部が閉鎖されていて、他方の端部９のみが開放されている。また、加熱中空部材４ａは、排ガスを加熱するとともに内部に充填された充填物５も加熱する。これによって、例えば、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加熱燃焼および窒素酸化物を分解することにより、無害化して処理することができる。
【００３４】
本発明においては、排ガス中の未燃焼炭素を完全に燃焼させるために排ガスの温度を５００℃以上とすることができ、５００℃〜７００℃とすることが好ましい。本発明においては、排ガス中の未燃焼炭素の燃焼とともに、窒素酸化物の分解反応を促進させるために６５０℃とすることが好ましい。本発明において排ガスの温度は、加熱中空部材４ａに供給する電流量を調節することより、上記５００℃〜７００℃に調節することができる。
【００３５】
本発明において充填物５は、排ガスを接触させて充分に加熱するためには粒が小さいもののほうが好ましいが、粒が小さいものの場合には抵抗が増大し、本発明の排ガス処理装置１の上流側の上述した一次燃焼手段に負荷がかかることになる。したがって、充分な接触と、排ガスの流れの抵抗を考慮し、適切な大きさの充填物５を用いることができる。本発明においては、充填物５として耐熱強度の高いセラミックスまたは白金または白金を含有するセラミックスなどを用いることができる。具体的には、耐熱性を有し、アルミナ含有量９９質量％以上のアルミナボールまたはアルミナに白金を付加した白金触媒を挙げることができる。さらに、本発明においては、Ｎ２Ｏを窒素と酸素とに分解するロジウムを含有するセラミックス、具体的にはアルミナ坦持およびゼオライト坦持ロジウム触媒を用いることができる。また、本発明においては、ロジウムに限らず、コバルト銅、パラジウムおよびバナジウムなどを含む触媒を用いることもできる。また、本発明においては、いかなる形状であっても良いが、密に充填しやすい球状の充填物５が好ましく、径は、４ｍｍ〜１０ｍｍのものを用いることができる。さらに、本発明においては、伝熱性を高めるために充填物５を密に充填するほうが好ましい。本発明の排ガス処理装置１の抵抗加熱手段４および加熱された充填物５に接触することによって、以下の式（１）に示す反応が起こる。
【００３６】
【化１】
0004124321.tif 000002
【００３７】
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。また、排ガス中の窒素酸化物は、上述したように排ガス中の水蒸気が過熱蒸気となり、過熱蒸気の作用によって窒素と酸素とに分解される。窒素酸化物の分解により得られた酸素は、上記式（１）の反応に使用することができる。上記式（１）に示す反応および窒素酸化物の分解反応により生成した二酸化炭素および窒素は、排ガス中の窒素や、酸素、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。
【００３８】
図１に示す閉鎖板６は、加熱中空部材４ａの側面部８を通して端部９から適切に排ガスを流すことができるように閉鎖することができ、加熱中空部材４ａに供給される電流を通さない絶縁物とすることができる。また、加熱中空部材４ａの他方の端部は、中空部材３の内部の所定位置に設けられた支持部７によって支持することができる。本発明においては、支持部７も閉鎖板８と同様に絶縁物を用いて形成することができる。図１に示す実施の形態では、支持部７に設けられたナットに抵抗加熱手段４の端部に設けられたボルトを締結することにより固定されるようになっている。本発明においては、図１に示すように閉鎖板６と支持部７とによって支持する構造に限らず、抵抗加熱手段４を所定位置に固定することができるのであればいかなる構造とされていてもよい。
【００３９】
図２は、本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段４を例示した図である。図２（ａ）は、抵抗加熱手段４の第１の実施の形態を例示した図である。図２（ａ）においては、加熱中空部材４ａの側面部８に、螺旋状に排ガスが通過する通路１１が形成されている。図２（ａ）に示す実施の形態では、内部が中空とされた加熱中空部材４ａは、端部９が開口となっていて、端部９は、図１に示す閉鎖板６にボルトおよびナットを用いて配設することができるようにフランジ部１２が設けられている。また、他方の端部９ａは、閉鎖されていて、図１に示す支持部７に締結することができるように締結部１３が設けられている。加熱中空部材４ａの側面部８は、螺旋状に排ガスの通路１１が形成されていて、通路１１を通して内部の充填物５に向けて排ガスが流れるようになっている。また、排ガスは、充填物５の間を通り抜け、端部９の開口から外部へ放出される。また、加熱中空部材４ａには、導線１０ａ、１０ｂが接続されていて、図示しない電流供給手段から電流が供給されるようになっている。図２（ａ）に示す実施の形態では、導線１０ａから供給された電流は、螺旋状に形成された加熱中空部材４ａの側面部８を通して導線１０ｂに向けて流れる。このように電流が流れることにより加熱中空部材４ａの表面温度が上昇する。加熱中空部材４ａの内部に充填されている充填物５は、加熱中空部材４ａの温度上昇にしたがって加熱され、中央部に位置し、加熱中空部材４ａから離れた充填物５に向けて熱が伝えられ、充填物５全体を所定温度に加熱することができる。本発明において通路１１は、供給される排ガスを適切に処理できる大きさとすることができる。
【００４０】
図２（ｂ）は、抵抗加熱手段４の参考例である。図２（ｂ）においては、加熱中空部材４ａの側面部８に、排ガスが通過する通路１１として複数の穴が形成されている。この穴は、内部に充填した充填物５が穴を通して流出しない大きさの穴とすることができ、供給される排ガスを適切に処理できる数および大きさの穴とすることができる。
【００４１】
図２（ｃ）も、抵抗加熱手段４の参考例である。図２（ｃ）においては、加熱中空部材４ａの側面部８に、排ガスが通過する通路１１として周方向に長くされた穴が形成されている。この穴は、内部に充填した充填物５が穴を通して流出しない大きさの穴とすることができ、供給される排ガスを適切に処理できる数および大きさの穴とすることができる。本発明の排ガス処理装置１に用いる抵抗加熱手段４は、加熱中空部材４ａの外部にも充填物５を充填することもできる。また、本発明においては、端部９から排ガスを供給し、側面部８を通して排出するようにされていてもよい。さらに、本発明においては、充填物５の加熱に要する時間や能力に応じて径の異なる加熱中空部材４ａを複数設けることもできる。
【００４２】
図３は、本発明の排ガス処理装置の第２の実施の形態を示した断面図である。図３に示す実施の形態では、図１に示した加熱中空部材４ａは、中空の第１の円筒部材１４ａと、第１の円筒部材１４ａとは径が異なる中空の第２の円筒部材１４ｂとから構成され、第１の円筒部材１４ａの内部に第２の円筒部材１４ｂが収容されている。また、第１の円筒部材１４ａと第２の円筒部材１４ｂとの間に充填物５が充填されていて、排ガスは、第１の円筒部材１４ａの側面部、充填物５の隙間、第２の円筒部材１４ｂの側面部を通して第２の円筒部材１４ｂの内部に流れるようになっている。これらの構造以外については、図１に示す排ガス処理装置１と同様の構造とされている。図３に示す抵抗加熱手段４は、径の異なる２つの中空の円筒部材１４ａ、１４ｂが用いられ、導線１０ａ、１０ｃを通して電流を供給することにより両側から充填物５を加熱することができるようになっている。これにより、図１に示す抵抗加熱手段４に比べて短時間に充填物５を所定温度に加熱することができる。図３に示す実施の形態では、矢線Ｂから供給される排ガスが第１の円筒部材１４ａの外部から第１の円筒部材１４ａに設けられた図２に例示するような排ガス通路を通して充填物５の層へ供給され、さらに第２の円筒部材１４ｂの排ガス通路を通して第２の円筒部材１４ｂの内部に供給される。第１の円筒部材１４ａ、充填物５、第２の円筒部材１４ｂを通過する際、上述したように加熱され、上述した粒子状汚染物質を燃焼させることにより粒子状汚染物質を減少させることができる。
【００４３】
図４は、本発明の排ガス処理装置１の第３の実施の形態を示した断面図である。図４に示す排ガス処理装置１は、図１に示す排ガス処理装置１に、中空部材３の内側面の排ガスが流れる部分に断熱材１５を介して第２の抵抗加熱手段１６が設けられている。また、中空部材３の中央部には、図１と同様に、第１の抵抗加熱手段４として内部に充填物５を収容した加熱中空部材４ａが配設されている。図４に示す実施の形態では、第１の抵抗加熱手段４と第２の抵抗加熱手段１６との間にも充填物５が充填されている。図４に示す断熱材１５としては、上述した断熱材を用いることができ、第２の抵抗加熱手段１６としては、第１の抵抗加熱手段４と同じ材質のものを用いることができる。本発明においては、中空部材３の内部に充填する充填物５を適切に加熱することができれば、上述した構造に限らずいかなる位置に抵抗加熱手段４を配設した構造とすることもできる。図４に示す実施の形態では、矢線Ｃの方向から排ガスが供給され、中空部材３の内部に送入される。中空部材３の入口部１７には、充填物５が外部に流出しないように、かつ排ガスが供給されるように金網や多孔板などのストッパ５ｂが設けられている。図４に実施の形態では、第２の抵抗加熱手段１６によって加熱された充填物５の隙間を通過することにより排ガスは加熱され、充填物５上で上記反応を伴いながら粒子状汚染物質が減少する。さらに、第１の抵抗加熱手段４を通過することにより充分に低減されて大気中に放出される。図３に示す第２の抵抗加熱手段１６としては、上述した抵抗加熱手段４と同様の材質とすることができ、例えば、板状のものを中空部材３の内部に配設することができる大きさや形状にして製作したものを設置することができる。ストッパ５ｂとしては、上記温度に耐え、適切に排ガスを通して流すことができ、収容した充填物５が流出しないようにすることができるものであればいかなるものでも使用することができ、例えば、上述した金網や多孔板などを用いることができる。
【００４４】
図５は、本発明の排ガス処理装置の第４の実施の形態を示した断面図である。図５に示す排ガス処理装置１は、図１に示す排ガス処理装置に、さらにプラズマ発生手段１８が設けられている。図５に示すプラズマ発生手段１８は、排ガス中にプラズマを発生させ、排ガス中に含まれる窒素酸化物を窒素と酸素に分解したり、すすやダストを帯電させて集塵することを可能とするものである。図５に示すプラズマ発生手段１８は、図１、図３および図４に示す中空部材３と同様の中空部材３ａが別に設けられ、中空部材３ａの内部の中央部に配設される中央部電極１９と、中空部材３ａの内側に配設される周部電極２０とを含んでいる。本発明においては、１つの中空部材３のみを使用し、上記抵抗加熱手段４の前流側に配設された構造とされていてもよい。また、図５に示すプラズマ発生手段１８は、排ガス中に窒素酸化物が特に多く含まれている場合に有効である。
【００４５】
図５に示すプラズマ発生手段１８の中央部電極１９および周部電極２０には、導線２１ａ、２１ｂが接続されていて、図示しない高圧電源から電圧が印加されるようになっている。本発明においては、中央部電極１９から周部電極２０に向けてコロナ放電またはグロー放電することができるものを用いることができる。図５に示す実施の形態では、中央部電極１９に電圧を印加すると、周部電極２０に向けて放電される。この場合、中央部電極１９は、放電電極として作用し、周部電極２０は、接地電極として作用する。中央部電極１９は、排ガスが流れる流路の中央部に配設されていて、中空部材３ａの内周全体に周部電極２０が配設されている。中央部電極１９からの放電により、中央部電極１９と周部電極２０との間の排ガスが流れる空間においてプラズマが発生し、このプラズマを横断するように排ガスが流れることにより、排ガス中の窒素酸化物は以下の式（２）の反応を伴って窒素と酸素とに分解される。
【００４６】
【化２】
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【００４７】
式（２）中、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（２）の反応によって窒素と酸素とに分解される。この窒素および酸素は、未燃焼炭素などとともに後流側の抵抗加熱手段４に供給され、抵抗加熱手段４および抵抗加熱手段４によって加熱された充填物５により加熱、燃焼されて二酸化炭素となって大気中へ放出される。
【００４８】
図５に示す中央部電極１９は、排ガスの供給側に向いた先端が尖った形状とされ、排ガスの流れに対して抵抗が小さくなるような形状とされている。また、周部電極２０は、周部電極２０の一部分が中央部電極１９に近接するような形状とされている。このようにすることで、中央部電極１９から周部電極２０に向けて効率良く放電させることができ、適切に排ガス中にプラズマを発生させることができる。また、周部電極２０には、高圧電流が流れるため、中空部材３ａと周部電極２０との間に木やセラミックスなどの絶縁物を配設し、中空物質３ａに触れても感電しないようにすることができる。本発明においては、図５に示す形状に限らず、排ガス中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ものであれば、いかなる構成のものでも用いることができる。例えば、中空部材３ａの長さ方向に長くされた中央部電極と、中央部電極から等間隔で、中空部材３ａの内周に中央部電極に対向して設けられた周部電極とをプラズマ発生手段１８として用いることができる。また、プラズマ発生手段１８に用いる中央部電極１９および周部電極２０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。
【００４９】
本発明の排ガス処理装置１を車両に接続する場合において、プラズマ発生手段１８に供給する電流は、ディストリビュータからの高電圧点火電流を用いることができ、また抵抗加熱手段４に電流を供給するための電源としては、バッテリーを用いることができる。また、図５に示すプラズマ発生手段１８は、図１に示す抵抗加熱手段４に限らず、図３および図４に示す抵抗加熱手段４と組み合わせて使用することもできる。さらに、プラズマ発生手段１８によって帯電したすすといった未燃焼炭素は、排ガスの流れに沿って後流側に設けられる抵抗加熱手段４に付着し、燃焼される。この場合、帯電した未燃焼炭素の電荷とは反対の電荷を抵抗加熱手段４に与えることにより効果的に付着させて燃焼することができる。
【００５０】
図６および図７を使用して本発明の排ガスの処理方法について詳細に説明する。図６は、図１に示す排ガス処理装置１をディーゼルエンジンを有する車両の排気管２２に接続したところを示した図である。図６に示す排ガス処理装置１は、フランジ２などによって排気管２２に連結されていて、車両から放出される高温の排ガスが供給される。ディーゼル車においては、未燃焼炭素などの粒子状汚染物質が多く含まれている。まず、中空部材３の内部に配設された抵抗加熱手段４に所定の電流を供給し、抵抗加熱手段４を加熱する。抵抗加熱手段４に隣接して充填される充填物５に熱が伝えられ、抵抗加熱手段４から離れた充填物５へと熱が伝えられることにより充填物５全体が加熱される。本発明においては、充填物５を５００℃以上に加熱することで、充填物５と充分に接触した排ガスを５００℃以上に加熱することができる。図６に示す実施の形態では、抵抗加熱手段４として加熱中空部材４ａが用いられていて、加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた排ガス通路を通して内部の充填物５に向けて排ガスが流れるようになっている。矢線Ｅの方向に向けて排ガスを中空部材３に供給し、矢線Ｆの方向に向けて通路および充填物５の隙間を通して流れることにより、加熱中空部材４ａおよび充填物５に接触して排ガスが加熱され、排ガス中の未燃焼炭素が燃焼する。燃焼された排ガスは、加熱中空部材４ａの端部９を通して、窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気を主成分としたクリーンガスとして矢線Ｇの方向の大気中に放出される。
【００５１】
図７は、図５に示す排ガス処理装置１をガソリン車の排気管に接続したところを示した図である。図７に示す排ガス処理装置１は、フランジ２などによって車両の排気管２２に連結されていて、車両から放出される高温の排ガスが供給される。通常、ガソリン車においては、粒子状汚染物質の濃度が低く、その代わりにＮ２Ｏといった窒素酸化物が多く含まれている。まず、排気管２２に接続された中空部材３ａの内部に配設されたプラズマ発生手段１８の中央部電極１９に高圧電流を印加し、矢線Ｈの方向から排ガスを供給することにより中央部電極１９と周部電極２０との間にプラズマを発生させる。排ガス中の窒素酸化物は、プラズマ処理され、上述した式（２）の反応により窒素と酸素とに分解され、排ガス中に含まれるダストは帯電して所定位置に集塵する。プラズマ処理された排ガスは、中空部材３ａに連結された中空部材３に送られる。中空部材３の内部に配設された抵抗加熱手段４には、所定の電流が供給されていて、抵抗加熱手段４が加熱されている。抵抗加熱手段４の加熱によって抵抗加熱手段４に隣接して充填される充填物５に熱が伝えられ、抵抗加熱手段４から離れた充填物５へと熱が伝えられることにより充填物５全体が加熱される。本発明においては、充填物５を５００℃以上に加熱することで、充填物５と充分に接触した排ガスを５００℃以上に加熱することができる。図７に示す実施の形態では、抵抗加熱手段４として加熱中空部材４ａが用いられていて、加熱中空部材４ａの側面部８に設けられた図２（ａ）に示した排ガス通路１１を通して内部の充填物５に向けて排ガスが流れるようになっている。排ガスは、加熱中空部材４ａおよび充填物５に接触することにより加熱され、排ガス中の未燃焼炭素が燃焼する。また、上述したようにプラズマ発生手段１８によって帯電した排ガス中の未燃焼炭素は、未燃焼炭素に帯電した電荷とは反対の電荷を抵抗加熱手段４に与えることにより効果的に未燃焼炭素を付着させて燃焼することができる。燃焼された排ガスは、加熱中空部材４ａの端部９を通して、窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気を主成分としたクリーンガスとして矢線Ｉの方向の大気中に向けて放出することができる。
【００５２】
【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充分に燃焼することにより無毒化して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、本発明の排ガス処理装置は、フィルターが不要であり、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】本発明の排ガス処理装置の第１の実施の形態を示した断面図。
【図２】本発明の排ガス処理装置に用いる抵抗加熱手段を例示した図。
【図３】本発明の排ガス処理装置の第２の実施の形態を示した断面図。
【図４】本発明の排ガス処理装置の第３の実施の形態を示した断面図。
【図５】本発明の排ガス処理装置の第４の実施の形態を示した断面図。
【図６】図１に示す排ガス処理装置をディーゼル車の排気管に接続したところを示した図。
【図７】図５に示す排ガス処理装置をガソリン車の排気管に接続したところを示した図。
【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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