(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前室と後室とを備えた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ガスラインと、
上記捕集部で捕集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、
上記微粒子除去装置本体内の捕獲部を通過することなく捕獲部の前室側から上記排ガスラインへ排ガスを逃がすバイパスラインと、
上記微粒子除去装置本体内の捕獲部の後室側から触媒溶液を排出する排出ラインと、
上記触媒溶液を貯蔵する触媒溶液貯蔵手段と、
上記触媒溶液貯蔵手段内の触媒溶液を冷却する冷却手段とを備えた
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】
請求項１において、
上記触媒溶液がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒を含有してなり、上記捕獲部の表面で捕集された微粒子を排ガス通気時に触媒燃焼させ、除去する
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３】
請求項１または請求項２において、
上記触媒溶液貯蔵手段から触媒溶液を触媒付着手段に送給する送給ラインを設けた
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４】
請求項３において、
上記送給ラインに冷却フィンを設け、触媒溶液を冷却する
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５】
請求項１において、
上記微粒子除去装置本体内の捕獲部の後室内にフィルタを設けてなり、触媒溶液を濾過する
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６】
請求項１において、
上記排ガスラインにドレン手段を設けた
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７】
請求項６において、
上記ドレン手段で分離した触媒溶液を上記触媒溶液貯蔵手段に回収する回収ラインを設けた
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８】
請求項１乃至７のいずれか一の排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、排ガスを通気する際にバイパスラインを開放する
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９】
請求項１乃至７のいずれか一の排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、微粒子除去装置本体内の捕獲部で仕切られた前室と後室との圧力差を測定し、所定圧力差以上となった場合に、排ガスを一時的に通気するバイパスラインを開放する
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１０】
排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、
排ガスの煙道に介装され、排ガス中の浮遊微粒子を分解処理する請求項１乃至７の排ガス中の浮遊微粒子除去装置を有する
ことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記排ガス中の浮遊微粒子除去装置の前流側又は後流側に排ガス中の窒素酸化物を分解処理する脱硝装置を有する
ことを特徴とする排ガス処理システム。
【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前室と後室とを備えた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ガスラインと、
上記捕集部で捕集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、
上記微粒子除去装置本体内の捕獲部を通過することなく捕獲部の前室側から上記排ガスラインへ排ガスを逃がすバイパスラインと、
上記微粒子除去装置本体内の捕獲部の後室側から触媒溶液を排出する排出ラインと、
上記触媒溶液を貯蔵する触媒溶液貯蔵手段と、
上記触媒溶液貯蔵手段内の触媒溶液を冷却する冷却手段とを設けた
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２の発明は、第１の発明において、
上記触媒溶液がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒を含有してなり、上記捕獲部の表面で捕集された微粒子を排ガス通気時に触媒燃焼させ、除去する
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。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
上記触媒溶液貯蔵手段から触媒溶液を触媒付着手段に送給する送給ラインを設けた
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。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明において、
上記送給ラインに冷却フィンを設け、触媒溶液を冷却する
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。
【００１２】
第５の発明は、第１の発明において、
上記微粒子除去装置本体内の捕獲部の後室内にフィルタを設けてなり、触媒溶液を濾過する
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。
【００１３】
第６の発明は、第１の発明において、
上記排ガスラインにドレン手段を設けた
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。
【００１４】
第７の発明は、第６の発明において、
上記ドレン手段で分離した触媒溶液を上記触媒溶液貯蔵手段に回収する回収ラインを設けた
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。
【００１５】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一の排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、排ガスを通気する際にバイパスラインを開放する
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。
【００１６】
第９の発明は、第１乃至７のいずれか一の排ガス中の浮遊微粒子除去装置を用い、微粒子除去装置本体内の捕獲部で仕切られた前室と後室との圧力差を測定し、所定圧力差以上となった場合に、排ガスを一時的に通気するバイパスラインを開放する
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。
【００１７】
第１０の発明は、排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、
排ガスの煙道に介装され、排ガス中の浮遊微粒子を分解処理する請求項１乃至７の排ガス中の浮遊微粒子除去装置を有する
ことを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１８】
第１１の発明は、第１０の発明において、
上記排ガス中の浮遊微粒子除去装置の前流側又は後流側に排ガス中の窒素酸化物を分解処理する脱硝装置を有する
ことを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１９】
【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。
【００２０】
［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）１１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を排出する排ガスライン１８と、上記捕集部１３で捕集した排ガス中の微粒子表１２面に触媒溶液１９を噴霧して付着させる触媒溶液噴霧手段２０と備えてなると共に、上記微粒子除去装置本体１６内の捕獲部１３を通過することなく捕獲部１３の前室１４側から上記排ガスライン１８へ排ガスを逃がすバイパスライン２１を設けたものである。
【００２１】
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１９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の天井部から触媒溶液１９を噴霧するようにしている。
【００２２】
本実施の形態では上記触媒液１９を噴霧する際又は前室１４と後室１５との間で圧力変動があった際に、バイパスライン２１を開放して、捕獲部１３の目詰まりを防止するようにしている。
【００２３】
また、噴霧した触媒溶液１９は触媒回収タンク３０で回収して再利用に供されている。
また、微粒子除去装置本体１６の後室の内部には、フィルタ２２を設けて触媒溶液１９を濾過するようにしている。
【００２４】
また、触媒回収タンク３０内には水を供給して触媒溶液１９を冷却する冷却手段２３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集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らである。
また、触媒回収タンク３０内には供給水２４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。
また、触媒の残渣２５は回収タンクの底部から適宜廃棄するようにしてもよい。
【００２５】
また、触媒の冷却方法としては、冷却手段２３の替わりに、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２６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。
【００２６】
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。
【００２７】
本発明ではアルカリ触媒溶液をフィルタに捕集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。
【００２８】
次に、図２において、上記捕集された微粒子１２の触媒分解の概要を説明する。
図２に示すように、捕集された浮遊微粒子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、触媒溶液が乾燥すると共に、浮遊微粒子１２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。
【００２９】
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は捕集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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。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（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を排出する排ガスライン１８と、上記捕集部１３で捕集した排ガス中の微粒子表１２面に触媒溶液１９を噴霧して付着させる触媒溶液噴霧手段２０と備えてなると共に、上記微粒子除去装置本体１６内の捕獲部１３を通過することなく捕獲部１３の前室１４側から上記排ガスライン１８へ排ガスを逃がすバイパスライン２１と、上記微粒子除去装置本体１６内に水３１を供給する水供給手段３２とを設けたものである。
【００３２】
上記バイパスライン２１の開放により、捕獲部１３での目詰まりに対応できるが、上記捕獲部１３での触媒の析出があった場合には、水供給手段３２から水３１を供給することで、捕獲部１３で析出した触媒を溶解させることができる。
【００３３】
特に、捕獲部１３の温度が高い場合に、触媒溶液１９を急激に噴霧した場合などに当該触媒が析出する場合があり、これに迅速に対応することができる。
【００３４】
また、本実施の形態において、図３に示すように、水タンク３３を設け、該水タンク３３から供給ポンプ３４で触媒液の供給配管２６を介して、装置本体１６内に水３１を供給するようにしてもよい。
【００３５】
［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。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（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を排出する排ガスライン１８と、上記捕集部１３で捕集した排ガス中の微粒子表１２面に触媒溶液１９を噴霧して付着させる触媒溶液噴霧手段２０と備えてなると共に、上記微粒子除去装置本体１６内の捕獲部１３を通過することなく捕獲部１３の前室１４側から上記排ガスライン１８へ排ガスを逃がすバイパスライン２１と、上記微粒子除去装置本体１６から排ガスを排出する排ガスライン１８にドレン手段４１を設けたものである。
【００３６】
上記ドレン手段４１はドレン内部に鉛直方向に仕切り板４２を設けた容器本体４３とドレン排出ライン４４とからなり、微粒子が除去された浄化排ガス１７を仕切り板４２に衝突させることで、排ガス中に混入する微量の触媒溶液１９を分離させることができる。分離された触媒溶液１９はドレン排出ライン４４を介して触媒回収タンク３０へ戻すようにしている。
【００３７】
なお、触媒除去装置の前流側において、アンモニア脱硝手段を設けた場合に、脱硝で使用するアンモニアにより硫酸水素アンモニウム（ＮＨ4 ＨＳＯ3 ）が含まれる場合があるが、この硫酸アンモニウムも上記ドレン手段４１で分離することができる。この硫酸アンモウニウムが触媒回収タンク内の触媒溶液１９を中和することになるが、ｐＨ計等により触媒溶液の監視を行い、必要に応じて新規触媒を補充することでこれを解消するようにすればよい。
【００３８】
また、硫酸アンモニウムの配管での析出を防止するために、微粒子除去装置からドレン手段４１までの排ガスライン１８を高温（２００℃以上）で保温して析出を防止するようにし、上記ドレン手段４１で積極的に落とすようにすればよい。
【００３９】
また、上記ドレン手段４１を冷却する冷却手段を設け、ドレン捕集効率を向上させるようにしてもよい。
【００４０】
また、微粒子が除去された浄化排ガス１７を衝突させる仕切り板４２の代わりに金網等の積層体を設けるようにしてもよく、さらに、仕切り板４２に複数細孔を設け、この細孔が互い違いとなるように仕切り板４２を鉛直軸方向と直交するように複数積層させてガス流路を変化させるようにして、ドレン捕集効率を向上させるようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、上記触媒液を噴霧する際又は前室と後室との間で圧力変動があった際に、バイパスラインを開放して、捕獲部の目詰まりを防止するようにしている。
【００４２】
また、微粒子除去装置内に水を供給するようにしたので、上記捕獲部での触媒の析出があった場合に触媒を溶解させることができる。
【００４３】
さらに、微粒子除去装置本体から排ガスを排出する排ガスラインにドレン手段を設けたので、微粒子が除去された浄化排ガス中に混入する微量の触媒溶液を分離させることができる。なお、分離された触媒溶液は再利用することができる。
【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浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【図４】第３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。
【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  排ガスライン
１９  触媒溶液
２０  触媒溶液噴霧手段
２１  回収タンク
２２  フィルタ
２３  冷却手段
２４  供給水
２５  残渣
２６  供給配管
３０  回収タンク
３１  水
３２  水供給手段
３３  水タンク
３４  供給ポンプ
４１  ドレン手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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