(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体を成形し、このガラス質の粒体を内燃機関排気ガスの導管内に排気ガスが接触通過可能であるように配置することからなる内燃機関排気ガスの浄化方法。
【請求項２】
ガラス質の粒体を内燃機関排気ガスの導管内に排気ガスが接触通過可能であるように配置する方法が、ガラス質の粒体を充填したカラムを導管内に固定し、このカラム内に排気ガスを流通させる方法である請求項１記載の内燃機関排気ガスの浄化方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関排気ガスの浄化方法において、排気ガスをガラス質の粒体に接触通過させた後、さらに水に接触通過させてから排気することを特徴とする内燃機関排気ガスの浄化方法。
【請求項４】
５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体を成形し、このガラス質の粒体を充填したカラムからなる内燃機関排気ガスの浄化装置。
【請求項５】
５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体を成形し、このガラス質の粒体を充填したカラムを設け、このカラムに接続した内燃機関の排気路に排気ガスの水中曝気装置を介在させてなる内燃機関排気ガスの浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車などの内燃機関から排出される排気ガスの浄化方法および内燃機関排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの内燃機関から排出される排気ガスには、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素系化合物（ハイドロカーボン）その他の未燃焼ガス成分、カーボン粒子などの種々の物質が含まれており、これらの物質をできるだけ排気ガス中から除いて浄化するために、内燃機関からの排気ガスの導管途中に触媒装置が付設されている。
【０００３】
自動車の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）等を除去する乾式の触媒装置は、白金、パラジウム、ロジウムを含むハニカム型触媒が代表的なものであり、このものは排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素によって窒素酸化物を還元し、炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物を全て除去することを目的にして設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の自動車などの内燃機関から排出される排気ガスの浄化のための触媒装置は、必ずしも常に充分に機能しているとは言いがたく、一酸化炭素、炭化水素または微細なカーボン粒子は、時としては排気ガス中にかなり濃厚な濃度で含まれる場合がある。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、自動車などの内燃機関から排出される排気ガスの浄化をできるだけ完全に行なえるようにし、特に乾式の触媒装置を通過した後の排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素または微細なカーボン粒子の含有量を可及的に少なくして排気ガスを浄化することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願の発明においては、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体を成形し、このガラス質の粒体を内燃機関排気ガスの導管内に排気ガスが接触通過可能に配置することからなる内燃機関排気ガスの浄化方法としたのである。
【０００７】
前記ガラス質の粒体に内燃機関排気ガスを接触通過させる方法は、前記ガラス質の粒体を充填したカラムを導管内に固定して設け、このカラム内に排気ガスを流通させる方法を採用することが好ましい。
【０００８】
また、前記の課題を解決するために、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体を成形し、このガラス質の粒体を充填したカラムからなる内燃機関排気ガスの浄化装置としたのである。
【０００９】
この発明に用いる所定の方法で製造された活性化鉱水は、特公平４−７４０７４号公報に開示されているような製法で得られる周知のものである。このような活性化鉱水は、水分子のクラスターが小さくなっている（単分子水またはそれに近いもの）など、分子レベルで水の状態が変化しているものと考えられており、また接触通過した鉱物性無機物質から溶出した無機イオン（例えば２価または３価の無機イオン、例えば鉄イオンなど）を含み、また種々の物質によく浸透する物性がある。
【００１０】
上記の所定方法で製造された活性化鉱水にガラスの原材料を浸漬するなどの手法で接触させて活性化鉱水をガラスの原材料に添加すると、このガラスの原材料に、活性化鉱水およびこれに溶出している鉱物性無機物質からの無機イオンが添加され、また活性化鉱水の物理化学的な性質がガラスの原材料にうつるようになる。因みに、ガラスは、分子やイオンの配列が液体に似て、結晶のような規則性がなく、高粘度のために流動性を失っていて外見上は固体の性質を示すものである。
【００１１】
このようにして鉱物性無機イオンを含むガラス質の粒体は、内燃機関の排気ガスに接触した際に、排気ガスに何らかの物理化学的作用を及ぼし、その結果、排気ガス中の一酸化炭素濃度、炭化水素濃度およびカーボン粒子濃度が減少すると考えられる。
【００１２】
また、前記した課題を解決するために上記いずれかの内燃機関排気ガスの浄化方法において、排気ガスをガラス質の粒体に接触通過させた後、さらに水に接触通過させてから排気することを特徴とする内燃機関排気ガスの浄化方法としたのである。
【００１３】
または、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体を成形し、このガラス質の粒体を充填したカラムを設け、このカラムに接続した内燃機関の排気路に排気ガスの水中曝気装置を介在させてなる内燃機関排気ガスの浄化装置としたのである。
【００１４】
所定のガラス質の粒体に接触通過した排気ガスを、さらに排気路中に水中曝気装置を介在させることによって水に接触通過させた後に排気すると、一酸化炭素濃度、炭化水素濃度およびカーボン粒子濃度が減少する効果に加えて、排気ガス中の水溶成分の溶解現象が起こり、さらに水が排気ガスに何らかの物理化学的作用を及ぼしていると考えられ、後述の実験結果からも明らかなように、排気ガス中の二酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度が減少すると共に、排気ガス中の酸素濃度が増加する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明に用いる活性化鉱水は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させ、接触通過した水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気し、これらの工程を順に繰り返して製造され、含有成分からみると、鉱物性無機化合物を含有するいわゆる鉱水と同じ組成のものである。
【００１６】
このような活性化鉱水は、所定の圧力で鉱物性無機物質に接触した際に、これから溶出した無機イオン（例えば２価または３価の無機イオン）を含有し、また活性化鉱水の水分子を構成するクラスターは、通常の水分子のクラスターよりも小さくなっていると考えられる。そのため活性化鉱水は、製造中から次第に鉱物性無機物質に対する浸透性および溶解性が高まり、多くの無機イオンを含有していると考えられる。
【００１７】
因みに、玄武岩、安山岩、磁鉄鉱の主な成分は、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏからなっている。
【００１８】
５〜２５気圧に加圧された水を使用して鉱物性無機物質に接触通過させる理由は、５気圧未満の低圧では活性化鉱水の製造効率が悪く、生成された鉱水の浸透性向上などの作用が不充分だからであり、また加圧の上限は、２５気圧を越える加圧水を接触させても活性化鉱水にそれ以上に変化が見られず、却って実用性を失するからである。
【００１９】
また、曝気した際に加圧された水は大気圧まで減圧されるが、その後に再加圧する工程を組み入れて減圧と加圧を繰り返す製造工程は、活性化鉱水に特有の物性を得るために必要であると考えられている。
【００２０】
活性化鉱水は、ガラスの原材料に対して添加された後に蒸発するので、添加時に効率よくガラスの原材料と接触させることが重要であり、少なくとも５重量％以上を添加することによってガラスの原材料に接触した効果が生じ、製造されたガラス球体に好ましい浄化作用が発揮される。
【００２１】
この発明に用いるガラスの原材料は、常温で非結晶の無機成分からなる固体である。この発明に用いられるガラスの主原料および種類の代表例としては、以下のものが挙げられる。すなわち、主原料としては、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＰｂＯ、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏなどの周知のガラス原材料が挙げられる。また、このような原材料を用いた一般的なガラスの種類としては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどが挙げられる。
【００２２】
そして、上述のガラスの原材料を溶融成形し、ガラス質の球状、円柱状、角柱状、薄片状、楕円球状、リング状その他の周知のペレットや粒形状の粒体を成形する。
【００２３】
ガラスの原材料を球状その他の粒状に溶融成形すると、その表面は緻密で滑らかなガラス質になる。なお、予め諸種の粒状に成形したセラミックス粒や鉄などの金属粒を設け、この表面に溶融したガラスを被覆し硬化させて粒状に形成してもよい。
【００２４】
このようなガラス質の粒体に排気ガスを接触通過させるには、ガラス質の粒体を充填したカラムに排気ガスを流通させることが簡便な手法であるために好ましい。なお、前記ガラス材料を溶融し、これをノズルから蒸気や遠心力で吹き飛ばす製法などにより、グラスウール状のガラス繊維または極細のガラス繊維の束を形成し、これを排気ガスを流通させるカラムに充填することも可能である。
【００２５】
上述したようなガラス質の粒体を充填したカラムに排気ガスを流通させる方法および装置を以下に添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１および図２に示すように、内燃機関排気の浄化装置の実施形態は、後述の所定方法で調製したガラス質の球状粒体１を設け、この球状粒体１をステンレス合金製の円筒３の一端と中程を多孔板（パンチングメタル）２で閉じた容器内に充填してカラム４とし、このカラム４を筒体５の中程にリベット６で固定したものであり、カラム４を保持する筒体５は、排気ガスの導管７の末端部に２本のネジ８でＵ字型圧接板９を押しつけて固定されている。
【００２７】
カラム４に充填されるガラス質の球状粒体１は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料の溶融物を周知のガラス玉製造装置（ビー玉製造装置を利用してもよい。）を用いて球状粒体に成形したものである。カラム４内のガラス質の球状粒体１は、隣接した球体間に連通するすき間が形成されて排気ガスが通過可能なように、好ましくは直径０．５〜２ｃｍ程度の球状、より好ましくは直径１〜１．５ｃｍの球状に形成されている。
【００２８】
図２に示すように、ガラス質の球状粒体１を充填したカラム４は、通常は、自動車の内燃機関（エンジン）１０からの排出ガスの導管７の途中に設置されている消音器（サイレンサー）１１および乾式触媒装置１２よりも下流側に付設される。図示した装置は、排気用の導管７の末端部にカラム４を保持した導管７より大径の筒体（排気方向変更用の筒体）５を取りつけることによって、カラム４内のガラス質の球状粒体１を排気ガスに接触通過させるようにしている。
【００２９】
上記した構成の内燃機関排気の浄化装置およびこれを使用する浄化方法では、ガラス質の球状粒体１を充填したカラム４と排気ガスが接触した際に、カラム４より上流側の導管７内のガス圧を若干高める。そして、これにより乾式触媒装置１１内のガス圧も若干上昇するので、乾式触媒装置１１内の白金、パラジウム、ロジウムを含む触媒による窒素酸化物の還元作用も高まるという相乗作用もあると考えられる。
【００３０】
図３および図４に示す第２実施形態は、第１実施形態に使用したものと同じカラムを２個使用し、その一つのカラム４ａは排気用導管の末端部の排気方向変更用の筒体５の内部に溶接固定し、他の一つのカラム４ｂは、排気振動を吸収するためのフレキシブルパイプ１３に隣接する排気管１４内に溶接固定している。
【００３１】
そして、排気管１４のさらに下流側には図４に示すような水中曝気装置１５を設け、この内部で排気ガスを水中に潜らせ、すなわち曝気法により水と排気ガスとを接触させた後に排気するようにしている。
【００３２】
図４に示した水中曝気装置１５は、耐水性および耐腐食性の良いステンレス鋼などの金属製のタンク１６に、水（Ｗ）を適量（適度の空間を残すように）収容すると共に水位計１７および排水用のドレンコック１８を設け、前記したカラム４ｂを通過した排気ガスを水中曝気するための排気ガス導入管１９と、水中を潜ってタンク１６の上部空間に溜まった排気ガスを大気中に放出する放出管２０とを連結したものであり、自動車のトランクルーム２１の下方にコンパクトに収納できるように小型化したものである。なお、図示した水中曝気装置１５が、より大型の金属製タンクを採用する場合には、これを自動車のトランクルーム２１内に収納することもできる。
【００３３】
上記した構成の水中曝気装置１５を備えた内燃機関排気ガスの浄化装置は、水中曝気装置１５に供給される排気ガスが、内燃機関から排出されるガスの一部をカラム４ａから逃がすようにしているので、水中曝気装置１５の水中を通過することによる排気圧が低減されているが、カラム４ａおよび筒体５を設けずに内燃機関から排出されるガス全部を水中曝気装置１５に供給することもできる。
【００３４】
【実施例】
〔実施例１〕
カラム内に充填した粒状の玄武岩に１５〜２５気圧に加圧された水を接触通過させ、この水を大気圧下の貯水槽に曝気し、これらの工程を繰り返して２４時間循環させて製造した活性化鉱水を製造した。
【００３５】
この活性化鉱水は、ガラスの粉末状原材料（耐熱ガラスＳｉＯ2   ７１．５％、Ｂ2 Ｏ3   １２．０％、Ａｌ2 Ｏ3   ５．０％、Ｎａ2 Ｏ  １１．０％、ＣａＯ  ０．３％）の石英ガラス）に１０重量％添加することによって接触させ、この原材料を乾燥させた後に溶融し、ビー玉製造装置によってガラス質の球状粒体（直径約１．５ｃｍの球状体）を成形した。
【００３６】
得られたガラス質の球状粒体の３５個を、直径（内径）４６ｍｍで長さ５５ｍｍのステンレス合金製カラム（容器部分の長さ２５ｍｍ）に充填し、ガソリン燃料の乗用車（トヨタ自動車社製、マークII、平成元年式、排気量２０００ｃｃ、）の排気管の末端に前記カラムを保持した円筒形の浄化装置をビスで固定して取り付けた。そして、この浄化装置の取り付け前および取り付け後の一酸化炭素（ＣＯ）濃度（％ｖｏｌ）およびハイドロカーボン（ＨＣ）濃度（ｐｐｍｖｏｌ）をそれぞれ掘場製作所製の濃度測定器で測定し、その結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】
0004316747.tif 000002
【００３８】
表１の結果からも明らかなように、乗用車の一酸化炭素濃度およびハイドロカーボン濃度は、浄化装置を付設することによってそれぞれＣＯ；９３％以上またはＨＣ；７２％以上減少するという好結果が得られた。
【００３９】
また、同じ浄化装置を軽油燃料のディーゼル式内燃機関を搭載した貨物自動車（いすず自動車社製、型式ＫＣ−ＦＲＲ３３  Ｌ２Ｇ、排気量８．２２リットル）の排気管の末端に前記カラムを保持した円筒形の浄化装置をビスで固定して取り付けた。そして、この浄化装置の取りつけ前および取り付け後のカーボン排出量を一定のエンジン回転速度で３回測定したところ、それぞれ４０％減少、３７％減少、２８％減少であり、平均３５％減少のカーボン微粒子排出抑制効果があることが判明した。
【００４０】
また、同じ浄化装置を軽油燃料のディーゼル式内燃機関を搭載した貨物自動車（いすず自動車社製、型式Ｕ−ＦＲＲ３２Ｌ  Ｂ、排気量７．１２リットル）の排気管の末端に前記カラムを保持した円筒形の浄化装置をビスで固定して取り付けた。そして、この浄化装置の取りつけ前および取り付け後のカーボン排出量を一定のエンジン回転速度で３回測定したところ、それぞれ３０％減少、４２％減少、３７％減少であり、平均３６％減少のカーボン微粒子排出抑制効果があることが判明した。
【００４１】
〔実施例２〕
実施例１と全く同様に製造したガラス質の球状粒体（直径約１．５ｃｍの球状体）を成形した。得られたガラス質の球状粒体の２５個を、直径（内径）４６ｍｍで長さ５５ｍｍのステンレス合金製カラム（容器部分の長さ２５ｍｍ）に充填し、図３および図４に示す第２実施形態の通りにガソリン燃料の乗用車（ゼネラルモーターズ（ＧＭ）社製、サターン、排気量１９００ｃｃ、）の排気管に前記カラムを固定すると共に、内容積約５０００ｃｃの水中曝気装置を付設し、３０００ｃｃの水道水を収容した内燃機関の排気ガスの浄化装置を実験した。
【００４２】
そして、この浄化装置を自動車に装着する前、装着した直後で実質走行前のアイドリング状態、平均時速６０ｋｍ／時間で３０ｋｍ走行した後、および浄化装置の取り外し後の乗用車のアイドリング状態での排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度（％ｖｏｌ）、二酸化炭素（ＣＯ）濃度（％ｖｏｌ）、ハイドロカーボン（ＨＣ）濃度（ｐｐｍｖｏｌ）、窒素酸化物（ＮＯX ）濃度（ｐｐｍｖｏｌ）および酸素濃度（％ｖｏｌ）をそれぞれ米国Test-Center 社製：Ｆ５４の濃度測定器で測定し、それらの結果を図５、図６および図７の図表に示した。
【００４３】
図５〜７の結果からも明らかなように、乗用車の排気ガス中の一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度、ハイドロカーボン濃度および窒素酸化物（ＮＯx ）濃度は、水中曝気装置付きの浄化装置を取り付けることによって大幅に減少し、一方、酸素濃度は装着直後および走行後に大幅に増加するという好結果が得られた。
【００４４】
また、水中曝気装置中に予め収容されている水は、走行試験後の残量が試験開始時の貯水量と殆ど変化しておらず、このことは排気中の水分が吸収されているためであろうと考えられた。また、水中曝気装置中の水は、ビーカーに入れて蓋をせずに常温で大気中で放置すると、８週間後に緑藻類の自然繁殖がみられ、このような水性植物が生育可能な程度に安全な水であることが判明した。
【００４５】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、所定方法で製造された活性化鉱水をガラスの原材料に添加し、この原材料を溶融成形したガラス質の粒体に排気ガスを接触通過させる浄化方法および装置としたので、自動車などの内燃機関から排出される排気ガスの浄化を充分に行なえるものであり、特に乾式の触媒装置を通過した後の排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素または微細なカーボン粒子の含有量を可及的に少なくして排気ガスを浄化できるという利点がある。
【００４６】
また、上記の浄化方法に対して、ガラス質の粒体に接触通過した排気ガスを水に接触通過させた後に排気する工程を加えた内燃機関排気ガスの浄化方法に係る発明、または排気路に排気ガスの水中曝気装置を介在させてなる内燃機関排気ガスの浄化装置に係る発明では、前記の効果に加えて排気ガス中の水溶成分などを減少させ、特に排気ガス中の二酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度を減少させると共に酸素濃度を増加させることができ、大気を汚染しない排気ガスになるように浄化処理できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の浄化装置の断面図
【図２】第１実施形態の浄化装置を用いた排気ガスの浄化方法の説明図
【図３】第２実施形態の浄化装置を用いた排気ガスの浄化方法の説明図
【図４】第２実施形態の水中曝気装置の一部断面側面図
【図５】（ａ）実施例２の浄化試験の一酸化炭素濃度の測定結果を示す図表
（ｂ）実施例２の浄化試験の二酸化炭素濃度の測定結果を示す図表
【図６】（ａ）実施例２の浄化試験のハイドロカーボンの測定結果を示す図表
（ｂ）実施例２の浄化試験の窒素酸化物濃度の測定結果を示す図表
（ｃ）実施例２の浄化試験の酸素濃度の測定結果を示す図表
【図７】実施例２の浄化試験における排気ガス中の所定成分の推移を示す図表
【符号の説明】
１  ガラス質の球状粒体
２  多孔板
３  円筒
４、４ａ、４ｂ  カラム
５  筒体
６  リベット
７  導管
８  ネジ
９  Ｕ字型圧接板
１０  内燃機関
１１  消音器
１２  乾式触媒装置
１３  フレキシブルパイプ
１４  排気管
１５  水中曝気装置
１６  タンク
１７  水位計
１８  ドレンコック
１９  排気ガス導入管
２０  放出管
２１  トランクルーム
【図１】
0004316747.tif 000003
【図２】
0004316747.tif 000004
【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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