JP3556645B2 - Exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment device - Google Patents
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Description
【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】
炭酸ナトリウムは、洗浄作用を高めるための助剤として洗濯石鹸などに用いられている。また、炭酸ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液は、軽油や重油などの燃焼によって発生する亜硫酸ガスを排ガス中から除去するために幅広く使用されている。従来、このアルカリ水溶液を使用した亜硫酸ガスの除去方法として湿式脱硫法が知られている。湿式脱硫法は、排ガスをアルカリ水溶液に通して亜硫酸ガスとアルカリとを反応させることにより、排ガス中から亜硫酸ガスを除去する方法である。また、湿式脱硫法は、排ガス中の亜硫酸ガスを75%以上の高除去率で除去することが可能であることが知られている。
【0012】
【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。また、本発明の排ガスの処理方法および排ガス処理装置は、排ガス中の亜硫酸ガスや微量に存在する炭化水素を除去することも可能にする。
【0013】
【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。
【0014】
本発明の請求項1の発明によれば、排ガスを中空部材に供給する段階と、
前記中空部材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と、
前記プラズマ発生手段の後流側に、前記排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段を該排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設し、前記複数の抵抗加熱手段の間に、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される充填物を充填する段階と、
前記複数の抵抗加熱手段により前記充填物を加熱する段階と、
前記複数の抵抗加熱手段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加熱する段階と、
を含む排ガスの処理方法が提供される。
【0015】
本発明の請求項2の発明によれば、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み、前記中央部電極から前記周部電極に向けてグロー放電する排ガスの処理方法が提供される。
【0016】
本発明の請求項3の発明によれば、前記抵抗加熱手段は、前記排ガスを200℃〜800℃に加熱する排ガスの処理方法が提供される。
【0017】
本発明の請求項4の発明によれば、前記排ガスの処理方法は、排ガスをアルカリ水溶液に通す段階を含む排ガスの処理方法が提供される。
【0018】
本発明の請求項5の発明によれば、前記排ガスの処理方法は、さらに、前記抵抗加熱手段の前流側または該抵抗加熱手段の前流側と後流側との両方に空気を供給する段階を含む排ガスの処理方法が提供される。
【0019】
本発明の請求項6の発明によれば、前記排ガスに含まれる窒素酸化物または粒子状汚染物質を処理する排ガスの処理方法が提供される。
【0020】
本発明の請求項7の発明によれば、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。
【0021】
本発明の請求項8の発明によれば、排ガスが供給される中空部材と、
前記中空部材の内部に配設されるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側に配設され、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で設けられる該排ガスの通路を備える複数の抵抗加熱手段と、
前記複数の抵抗加熱手段の間で、前記中空部材の内部かつ前記複数の抵抗加熱手段に隣接して充填される、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択された充填物と、
を含み、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段によって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加熱することを特徴とする排ガス処理装置が提供される。
【0022】
本発明の請求項9の発明によれば、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。
【0023】
本発明の請求項10の発明によれば、前記中央部電極は、前記周部電極に向けてグロー放電する排ガス処理装置が提供される。
【0024】
本発明の請求項11の発明によれば、前記排ガス処理装置は、さらに、アルカリ水溶液と、前記アルカリ水溶液を収容し、前記中空部材に連結される容器とを含む排ガス処理装置が提供される。
【0025】
本発明の請求項12の発明によれば、前記アルカリ水溶液は、炭酸ナトリウム水溶液である排ガス処理装置が提供される。
【0026】
本発明の請求項13の発明によれば、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または該抵抗加熱手段の前流側と後流側との両方に空気を供給するための空気供給手段を含む排ガス処理装置が提供される。
【0027】
【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、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供給されている。図1に示す排ガス処理装置1は、排ガスが供給される矢線Aの方向から中空部材3aと中空部材3aの内部に配設されるプラズマ発生手段4と、中空部材3bと中空部材3bの内部に排ガスが流れる方向、すなわち矢線Aの方向に向けて所定間隔で設けられる複数の抵抗加熱手段5と複数の抵抗加熱手段5の間に充填される充填物6とを含んでいる。
【0028】
図1に示すプラズマ発生手段4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、ダストを帯電させて集塵することができる。図1に示すプラズマ発生手段4は、中空部材3aの内部の中央部に配設される中央部電極7と、中空部材3aの内側に配設される周部電極8とを含んでいる。本発明の排ガス処理装置1は、1つの中空部材のみを使用し、プラズマ発生手段4および抵抗加熱手段5を同一の中空部材に配設した構造とされていてもよい。
【0029】
図1に示すプラズマ発生手段4の中央部電極7および周部電極8には、導線9a、9b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7から周部電極8に向けて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1に示す実施の形態では、中央部電極7に電圧を印加すると、周部電極8に向けて放電される。この場合、中央部電極7は、放電電極として作用し、周部電極8は、接地電極として作用する。中央部電極7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8が配設されている。中央部電極7からの放電により、中央部電極7と周部電極8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(1)の反応を伴って窒素と酸素とに分解される。
【0030】
【化1】
【0031】
式(1)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(1)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5に供給される。また、排ガス中に含まれるダストは、プラズマ発生手段4によって発生するプラズマにより帯電し、周部電極8などに付着させて排ガス中から除去することができる。
【0032】
図1に示す中央部電極7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8は、周部電極8の一部分が中央部電極7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7から周部電極8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8には、高圧電流が流れるため、中空部材3aと周部電極8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。また、プラズマ発生手段4に用いる中央部電極7および周部電極8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。
【0033】
図1に示す抵抗加熱手段5には、中空部材3bの内部に所定間隔で配設された螺旋形状の抵抗加熱板5aが用いられ、排ガスが流れる方向に複数設置されている。また、抵抗加熱板5aの中央には、それぞれの抵抗加熱板5aを連結するとともに、電流を各抵抗加熱板5aに供給するための中央部軸部材10aと、螺旋形状とされた抵抗加熱板5aを通して流れた電流を図示しない電源に戻すための端部軸部材10bとが配設されている。これら中央部軸部材10aおよび端部軸部材10bには、図示しない電源に接続するための導線11a、11bが接続され、電流を供給または戻すことができるようになっている。図1に示す実施の形態では、中央部軸部材10aの中央部に複数の抵抗加熱板5a、その両端部に多孔板12a、12bが配置されるように設けられている。図1に示す多孔板12a、12bは、複数の抵抗加熱板5aの間に充填する充填物6が流出しないようにストッパとして設けられている。
【0034】
図1に示す充填物6は、抵抗加熱板5aの間、抵抗加熱板5aと多孔板12a、12bとの間に充填されている。また、図1に示す充填物6は、抵抗加熱板5aに隣接するように密に充填され、抵抗加熱板5aによって発生した熱が充填物6全体に伝わるようになっている。また、充填物6を間に充填した抵抗加熱板5aおよび多孔板12a、12bを収容するセラミックス製の円筒部材13が中空部材3bの内部に配設され、中空部材3bと円筒部材13との間にスチールウールといった断熱材14が設けられている。抵抗加熱板5aに供給された電流は、外部が絶縁物であるセラミック製の円筒部材13であるため、適切に端部軸部材10bを通して図示しない電源に戻される。また、抵抗加熱板5aによって発生する熱は、充填物6および円筒部材13に伝えられる。本発明においては、円筒部材13の外面側に設けられる断熱材14により放熱が抑制されるようになっている。
【0035】
プラズマ処理された排ガスは、中空部材3bに供給され、多孔板12aを通して充填物6の層へ供給される。充填物6の層に供給された排ガスは、抵抗加熱板5aおよび充填物6の層を通し、多孔板12bを通して大気中に放出される。通過する際、抵抗加熱板5aおよび加熱された充填物6に接触することで、排ガスは、加熱され、排ガス中の未燃焼炭素が燃焼される。本発明においては、充填物6の層を通して充分に接触させることにより所定温度まで加熱して燃焼される。
【0036】
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3b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3b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3b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。
【0037】
図1に示す抵抗加熱手段5は、上述したように螺旋形状の複数の抵抗加熱板5aと、抵抗加熱板5aの中央部に挿通して設けられる中央部軸部材10aと、中央部から螺旋形状とされた抵抗加熱板5aを通して流れた電流を図示しない電源に戻すために、抵抗加熱板5aの端部に挿通して設けられる端部軸部材10bと、抵抗加熱板5aに電流を供給する導線11a、11bとから構成されている。抵抗加熱板5aは、排ガスを通すために螺旋形状の通路15が形成されていて、また、抵抗加熱板5a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。通路15は、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6が通り抜けない大きさとすることができる。また、抵抗加熱板5aは、排ガスを加熱するとともに内部に充填された充填物6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。
【0038】
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200℃〜800℃とすることができる。本発明において排ガスの温度は、抵抗加熱板5aに供給する電流量を調節することより200℃〜800℃に調節することができる。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4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5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。
【0039】
本発明において充填物6は、排ガスを接触させて充分に加熱するためには小さいもののほうが好ましいが、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6を用いることができる。本発明においては、充填物6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やアルミナを坦体とした白金触媒を挙げることができる。さらに、N2Oを分解する触媒としてアルミナ坦持またはゼオライト坦持ロジウム触媒を用いることもできる。また、上記ロジウムに代えてコバルト銅、パラジウムまたはバナジウムなどを含む触媒を用いることもできる。本発明においては、密に充填しやすい球状の充填物6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6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5および加熱された充填物6に接触することによって、主に以下の式(2)に示す反応が起こる。
【0040】
【化2】
【0041】
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(2)の反応に使用することができる。上記式(2)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、前流側でプラズマ処理された窒素および酸素および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。
【0042】
さらに、充填物6が流出しないように設けられる多孔板12a、12bは、充填物6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。また、多孔板12a、12bは、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、多孔板12a、12bに設けられた穴を通して排ガスが流れるようになっている。本発明において多孔板12a、12bは、ステンレス鋼製またはセラミックス製のものを用いることができる。また、本発明においては、多孔板に限らず、排ガスを通すことができ、内部に充填した充填物6が流出しないように押さえることができるものであればいかなるものであっても良い。
【0043】
図1に示す円筒部材13は、複数の抵抗加熱板5aおよび多孔板12a、12bの外周部と中空部材3bとの間に配設されていて、抵抗加熱板5aに供給する電流が適切に流れるように設けられている。本発明においては、中空部材3bがセラミックス製などの絶縁物で作製されている場合には、円筒部材13は設けなくても良い。また、円筒部材13は、内部に充填されている充填物6や抵抗加熱板5aによって加熱されるため、円筒部材13と中空部材3bとの間にスチールウールなどの断熱材14が設けられている。本発明においては、排ガスが適切に充填物6間を通して流れるように遮断でき、高温においても燃焼することなく、かつ断熱することができるものであれば、いかなる材質の断熱材を用いることができる。また、多孔板12bおよび円筒部材13は、中空部材3b内部の所定位置に配設されるように支持部16に連結されている。支持部16は、中空部材3bの所定位置に設けられ、複数の抵抗加熱板5a、多孔板12a、12bおよびそれらを連結し、各抵抗加熱板5aに電流を供給する中央部軸部材10aおよび端部軸部材10bは、円筒部材13とともにボルトおよびナットといった締結手段によって支持部16に締結されている。本発明においては、支持部16と多孔板12bとの間に絶縁物を設置し、中央部軸部材10aに連結された多孔板12bを通して中空部材3bに電流が流れないようにすることができる。
【0044】
図1に示す排ガス処理装置1は、抵抗加熱手段5の後流側にさらに捕集部材17が設けられ、抵抗加熱手段5によって燃焼することができずに残存する未燃焼物質を捕集することができる。図1に示す捕集部材17は、残存する未燃焼物質を捕集できるのであればいかなるメッシュサイズであっても良い。また、捕集部材17は、上述したように未燃焼炭素を燃焼させるために排ガスを200℃〜800℃に加熱するため、これらの温度に耐えうる材質のものを用いることができる。中空部材3bの内部の所定位置に設けられた支持部16によって支持することができる。
【0045】
図2は、本発明の排ガス処理装置1に用いる抵抗加熱板5aを例示した図である。図2に示す抵抗加熱板5aは、排ガスが流れる方向に対向するように配設され、螺旋形状の隙間を通して排ガスが流れるようになっている。抵抗加熱板5aの隙間を通過する際、抵抗加熱板5aに接触した排ガスは加熱されるようになっている。また、抵抗加熱板5aは、隣接して充填される充填物6を所定温度に加熱する。図2に示す実施の形態では、中央部に図1に示す中央部軸部材10aを挿通させて連結するための第1の挿通孔18と、螺旋形状とされた加熱部19の端部に設けられ、図1に示す端部軸部材10bを挿通して連結するための第2の挿通孔20とが設けられている。本発明においては、抵抗加熱板5aに電流した場合、充分に電気抵抗を与えることにより表面温度を上昇させる効率を向上させることができ、例えば図2に示すような螺旋形状の加熱部19とすることができる。本発明においては、図2に示す構造に限らず、充分に電気抵抗を与えることができる構造であればいかなる構造であっても良い。
【0046】
図3は、本発明の排ガス処理装置1に用いる抵抗加熱手段5を例示した図である。図3に示す抵抗加熱手段5は、所定間隔で抵抗加熱板5aが3つと、その両端に多孔板12a、12bが配設されている。各抵抗加熱板5aおよび多孔板12a、12bは、中央部軸部材10aと、端部軸部材10bとによって連結されている。排ガスは、多孔板12aから複数の抵抗加熱板5aを通して多孔板12bに向けて流れる。また、抵抗加熱板5aに供給される電流は、中央部軸部材10aを通して各抵抗加熱板5aに供給される。各抵抗加熱板5aに供給された電流は、螺旋形状とされた加熱部19を通して各抵抗加熱板5aの端部に向けて流れ、端部に設けられた端部軸部材10bを通して図示しない電源に戻される。図3に示す実施の形態では、多孔板12a、12bに電流が供給されないように中央部軸部材10aおよび端部軸部材10bと多孔板12a、12bとの間に絶縁物を設けることができる。多孔板12aと抵抗加熱板5aとの間、抵抗加熱板5a同士の間、抵抗加熱板5aと多孔板12bとの間には、図1に示す充填物6が隣接して密に充填される。多孔板12a、12bに設けられる複数の穴21は、充填物6が流出しない大きさとすることができる。
【0047】
図4は、本発明の排ガス処理装置1の第2の実施の形態を示した図である。図4に示す実施の形態では、抵抗加熱手段5は図1に示す装置と同様とされ、プラズマ発生手段4が異なった形状とされている。図4に示すプラズマ発生手段4は、中空部材3aの長さ方向に長くされた中央部電極7と、中央部電極7から等間隔で、中空部材3aの内周に中央部電極7に対向して設けられた周部電極8と、周部電極8と中空部材3aとの間には、絶縁物22が設けられている。図4に示す中央部電極7には、導線9aから電圧が印加され、中央部電極7と周部電極8との間を流れる排ガス中にプラズマを発生させる。排ガスを通して周部電極8に流れた電流は、導線9bを通して図示しない電源に戻される。本発明においては、導線9bをアースなどに接続することもできる。排ガスは、プラズマ処理されることにより、上述した式(2)の反応を伴って窒素酸化物が窒素と酸素とに分解され、未燃焼炭素やダストが帯電して電極や後流側に配設される抵抗加熱手段5に付着したり、充填物6に捕捉される。図4に示す中央部電極7は、コロナ放電をする電極を用いることもできるが、低圧の排ガス中に効果的にプラズマを発生させるためにグロー放電をする電極を用いることが好ましい。また、本発明においては、放電する電極を周部電極8に用い、設置する電極を中央部電極7に用いることもできる。
【0048】
図4に示す実施の形態では、プラズマ処理された排ガス中に含まれる帯電した未燃焼炭素やダストは、上述したように抵抗加熱板5aや充填物6に付着する。抵抗加熱板5aおよび充填物6は、所定温度に加熱され、付着した未燃焼炭素やダストは燃焼される。また、排ガス中に含まれる帯電していない未燃焼炭素は、抵抗加熱板5aおよび加熱された充填物6に接触することにより加熱され、上述した式(1)の反応を伴って燃焼する。プラズマ処理および燃焼処理された排ガスは、捕集部材17によってさらに粒子状汚染物質を除去した後、大気中に放出される。
【0049】
図5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図である。図5に示す排ガス処理装置1は、図1または図4に示す装置にさらにアルカリ水溶液24を収容した容器25が設けられている。図5に示す実施の形態では、車両やゴミ処理設備などから取り出された排気管26と容器25から取り出された管27aとが接続され、管27aの先端部は、アルカリ水溶液24中に浸漬されている。容器25は、内部のガスが外部に漏洩しないように封止された構造とされていて、容器25の上部に接続された管27bを通して図1に示すプラズマ発生手段4および抵抗加熱手段5を有する装置に排ガスが供給されるようになっている。車両やゴミ処理設備などから排出される排ガスには、上述した成分のほか、硫黄酸化物(SOx)、炭化水素などが微量に含まれており、これらが大気汚染の原因にもなっている。図5に示すアルカリ水溶液24中に排ガスを通すことにより未燃焼炭素、NO2といった窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素を除去することができる。
【0050】
本発明に用いることができるアルカリ水溶液24としては、炭酸ナトリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液を挙げることができる。また、炭酸ナトリウム水溶液および水酸化ナトリウム水溶液中の炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムの濃度としては、いかなる濃度であっても良いが、1〜10質量%のものを用いることができる。例えば、炭酸ナトリウム水溶液を用いる場合、未燃焼炭素は、炭酸ナトリウム水溶液中に懸濁させることができ、NO2は、炭酸ナトリウムと化学反応することによりNaNO3を生成し、硫黄酸化物は、炭酸ナトリウムと化学反応することによりNaSO4を生成し、炭化水素は、温度の低下とともに液化される。しかしながら、アルカリ水溶液24に溶解しないNOや一部の未燃焼炭素などは、その他の成分、窒素、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素などとともに管27bを通して図1に示すプラズマ発生手段4を備える中空部材3aに供給される。プラズマ発生手段4により、上述したように排ガス中のNOは、式(1)による分解反応によって窒素と酸素とに分解され、未燃焼炭素などの粒子状汚染物質が帯電する。プラズマ処理された排ガスは、後流に設けられた図1に示す抵抗加熱手段5および抵抗加熱手段5によって加熱された充填物6によって加熱され、排ガス中の未燃焼炭素や一酸化炭素が燃焼される。このようにして処理された排ガスは、窒素、酸素、二酸化炭素および水蒸気を主としたクリーンな排ガスとして大気中に排出される。
【0051】
図5に示す容器25としては、いかなる形状、排ガスを処理する量によっていかなる大きさのものであっても良い。容器25の材質としては、アルカリ水溶液24によって腐食しないものであればいかなるものでも用いることができるが、例えば、ステンレス鋼、強化プラスチックなどの材料を挙げることができる。また、容器25の内部の構造は、適切に排ガスとアルカリ水溶液24とが接触し、上述した化学反応などによって未燃焼炭素、硫黄酸化物、NO2、炭化水素を除去することができる構造とすることができる。本発明においては、図5に示すように管27aの先端部を、容器25の底部に向けて配置し、排ガスが上部空間に向けて上昇するような構造とすることができる。さらに、図5に示すように容器25の底部は、排ガスの噴射に適合させた溝を設けた構造とすることもできる。本発明においては、図5に示すようにプラズマ発生手段および抵抗加熱手段の両方が設けられた構造でなくても良く、排ガス中の汚染物質により抵抗加熱手段のみを用いることもできる。
【0052】
図6は、本発明の排ガス処理装置1の第4の実施の形態を示した図である。図6に示す排ガス処理装置1は、図1に示す排ガス処理装置と同様の構造とされていて、さらに中空部材3bに空気を供給するための空気孔28と、空気供給手段29とが設けられている。プラズマ処理された排ガス中には、酸素が10体積%〜18体積%しか含まれておらず、充分な酸素がない場合には、抵抗加熱板5aおよび加熱した充填物6により加熱しても充分に燃焼されないこととなる。図6に示す排ガス処理装置1は、空気供給手段29から空気孔28を通して空気を供給することにより燃焼に必要とされる酸素を与えることができる。本発明においては、燃焼に必要とされる量の空気を供給することができ、具体的には、排ガス中の酸素濃度を測定するなどして適切な量の空気を供給することができる。酸素濃度は、プラズマ発生手段4と抵抗加熱板5aとの間の位置における排ガス中の酸素濃度を測定することができる。また、本発明においては、図6に示す構造に限らず、抵抗加熱手段5の後流側にも空気孔28を設けて空気を供給し、排ガス温度を下げるとともに、排出される排ガス中の汚染物質の濃度を低減させることもできる。
【0053】
図7および図8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7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30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などによって排気管30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。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などの窒素酸化物が多く含まれ、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、排ガスを中空部材3aに供給する前に、図示しない電源から中央部電極7に電圧を印加する。次に、中空部材3aに排ガスを供給し、排ガスが中央部電極7と周部電極8との間を通過する際に発生するプラズマによって排ガス中の窒素酸化物が分解し、未燃焼炭素やダストといった粒子状汚染物質が帯電する。また、排ガス中に発生したプラズマにより中央部電極7から周部電極8に向けて電流が流れ、図示しない電源に向けて電流が戻される。プラズマ処理された排ガスは、中空部材3aに連結される中空部材3bに向けて供給され、プラズマ処理されることにより発生した酸素が排ガス中の一酸化炭素などと反応する。
【0054】
また、予め抵抗加熱板5aに図示しない電源から電流を供給し、抵抗加熱板5aを加熱するとともに、抵抗加熱板5aに隣接する充填物6も所定温度まで加熱する。所定温度まで抵抗加熱板5aおよび充填物6を加熱した後、排ガスを供給することができる。上述したようにプラズマ処理された排ガスは、中空部材3bに供給され、多孔板12aを通して加熱された充填物6へと送入される。排ガスは、充填物6の隙間を通して流れることにより加熱され、未燃焼炭素といった未燃焼成分が燃焼する。排ガスは、充填物6や抵抗加熱板5aに接触するとともに抵抗加熱板5aに設けられた通路15を通して流れ、さらに充填物6や抵抗加熱板5aに接触しながら充填物6の隙間および抵抗加熱板5aの通路15を通して流れることにより充分に加熱および未燃焼成分の燃焼が行われる。中空部材3bにおいては、図6に示すように空気孔28および空気供給手段29を設けることによりさらに効率良く燃焼させることができる。この場合、充填物6を所定温度まで加熱した後、空気供給手段29から空気を供給することができ、その後に排ガスを供給することができる。また、抵抗加熱手段4を通過後の排ガスは、捕集部材17によって残存する粒子状汚染物質をさらに充分に除去し、大気中に排出される。
【0055】
図8は、図5に示す排ガス処理装置1を車両の排気管に接続したところを示した図である。図8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30に連結されていて、排ガスは、排気管30、管31を通して容器25の内部に供給される。管31は、容器25の底部に向けて配設され、容器25の内部には所定高さまで炭酸ナトリウム水溶液といったアルカリ水溶液24が収容されている。まず、上述したようにプラズマ発生手段4の中央部電極7に電圧を印加し、抵抗加熱板5aに電流を供給して充填物6を加熱する。所定温度まで加熱した後、排ガスを本発明の排ガス処理装置1に供給することができる。アルカリ水溶液24に供給された排ガスは、排ガス中の未燃焼炭素、NO2、硫黄酸化物、炭化水素などがアルカリ水溶液24によって除去される。容器25を出た排ガスは、図8に示すようにプラズマ処理することによりNOなどのアルカリ水溶液24によって除去されない物質を分解し、除去することができる。また、プラズマ処理においては、未燃焼炭素やダストなどの粒子状汚染物質を帯電させて電極や後流側に設けられた抵抗加熱板5aおよび加熱された充填物6に付着される。電極に付着した粒子状汚染物質は、排ガスが供給されることにより剥がれ落ち、後流側の抵抗加熱板5aおよび充填物6に付着する。プラズマ処理された排ガスは、抵抗加熱板5aに接触するまでの間、プラズマ処理によって生成した酸素が一酸化炭素などの未燃焼物質と反応する。また、排ガスは、多孔板12aを通して充填物6の層に供給される。充填物6の層に供給された排ガスは、充填物6に接触しながら隙間を通して流れ、また抵抗加熱板5aに接触するとともに通路15を通して流れて多孔板12bから排出される。この間において排ガスは、充分に加熱され、排ガス中に含まれる未燃焼物質が燃焼される。また、さらに残存した粒子状汚染物質は、捕集部材17に捕捉され、本発明の排ガス処理装置により処理された排ガスが大気中に排出される。
【0056】
【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。さらに、本発明の排ガス処理装置は、アルカリ水溶液を用いることにより排ガス中の硫黄酸化物や炭化水素などの汚染物質も除去することが可能になる。
【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板を例示した図。
【図3】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4】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5】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6】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7】図1に示す排ガス処理装置を車両の排気管に接続したところを示した図。
【図8】図5に示す排ガス処理装置を車両の排気管に接続したところを示した図。
【符号の説明】
1…排ガス処理装置
2…フランジ
3、3a、3b…中空部材
4…プラズマ発生手段
5…抵抗加熱手段
5a…抵抗加熱板
6…充填物
7…中央部電極
8…周部電極
9a、9b…導線
10a…中央部軸部材
10b…端部軸部材
11a、11b…導線
12a、12b…多孔板
13…円筒部材
14…断熱材
15…通路
16…支持部
17…捕集部材
18…第1の挿通孔
19…加熱部
20…第2の挿通孔
21…穴
22…絶縁物
24…アルカリ水溶液
25…容器
26…排気管
27a、27b…管
28…空気孔
29…空気供給手段
30…排気管
31…管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment device for a vehicle such as an automobile, a diesel engine, various boilers or garbage incinerators, and more particularly, to a vehicle, a diesel engine, various boilers or a garbage incinerator, and the like. The present invention relates to an exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment device for decomposing or removing gaseous pollutants and particulate pollutants in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Unburned carbon and dust such as NOx and SOx as gaseous pollutants and soot as particulate pollutants are contained in exhaust gas discharged from vehicles, diesel engines, various boilers or waste incineration facilities. And techniques for decomposing or removing them are provided. Conventionally, in the method of decomposing or removing nitrogen oxides and sulfur oxides, plasma is generated by glow discharge or corona discharge to decompose to nitrogen, sulfur or oxygen, or nitrogen oxides and sulfur using adsorbents. A method of adsorbing and removing oxides has been used. In addition, in the method of removing particulate contaminants such as unburned carbon and dust, a method of separating and removing using a porous ceramic filter or the like, burning using a burner, or collecting and cleaning using a purifying liquid is used. Are used to prevent these pollutants from being released into the atmosphere.
[0003]
Further, in the tunnel, the exhaust gas discharged from the vehicle is accumulated in the tunnel, and the exhaust gas from the vehicle is released into the atmosphere with the ventilation in the tunnel. Considering the recent situation of air pollution and the like, it is necessary to remove nitrogen oxides and suspended particulate contaminants (SPM) as much as possible when discharging the exhaust gas accumulated in the tunnel to the atmosphere.
[0004]
Heretofore, many devices and methods have been proposed as devices capable of removing the above-mentioned nitrogen oxides and particulate contaminants and releasing a clean gas. For example, a method for efficiently decomposing and removing using a heating means and a catalyst or an adsorbent has been proposed.
[0005]
The apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-227737 has a structure in which a porous ceramic structure is horizontally set in a plurality of stages, and an electric resistance heating element is installed in a void area of each stage, so that the porous ceramic structure can be placed vertically. The structure allows heating from above. The apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-227737 is designed so that secondary air required for combustion can be supplied from outside. This apparatus is characterized in that the temperature difference between the surface and the center of the porous ceramic structure is small, and uniform heating is possible to a combustion temperature at which the effect of temperature uniformization is large. This discloses that the fine particles and undecomposed components trapped in the porous ceramic structure are completely burned and can be discharged as clean exhaust gas to the outside.
[0006]
Further, the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-528 discloses a filter tube comprising an inner filter tube portion, a filter outer tube portion, and an activated carbon layer filled in a space between each of these tube portions. It is an exhaust gas treatment apparatus in which an exhaust gas introduction / exhaust cylinder having a large number of pores is installed in the inner cavity of a filter inner layer cylindrical portion. This exhaust gas treatment device is capable of controlling SO 2 in exhaust gas. 2 And NO x Can be subjected to an adsorption treatment using a filter and activated carbon.
[0007]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170483 discloses a combustion catalyst during the treatment of diesel exhaust gas for burning and removing carbon fine particles in diesel exhaust gas. This catalyst is a combustion catalyst for treating diesel exhaust gas comprising catalyst particles made of an alkali metal or an alkaline earth metal and oxidized ceramic particles supporting the catalyst particles. JP-A-2001-170483 discloses that carbon fine particles can be burned with high efficiency even at a relatively low temperature of 500 ° C. or less by using this combustion catalyst.
[0008]
However, in the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-227737, the period of contact with the porous ceramic structure is short, so that it is difficult to sufficiently and efficiently heat and burn, and Sufficient combustion can be achieved by providing many porous ceramic structures and supplying air from a blower, but there is a problem that the apparatus becomes large.
[0009]
Further, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-528, the particulate contaminants can be sufficiently adsorbed and removed, and furthermore, the SO contained in the exhaust gas of the diesel engine can be removed. 2 , NO x Can be removed efficiently, but it is necessary to replace the filter every predetermined period, and it is necessary to clean the clogged filter, which is troublesome and labor-intensive.
[0010]
Further, in the exhaust gas treatment using the catalyst disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170483, while it is possible to efficiently burn particulate contaminants at a low temperature of 500 ° C. or less, gaseous contaminants, particularly nitrogen oxides Things could not be removed.
[0011]
Sodium carbonate is used in laundry soaps and the like as an auxiliary for enhancing the cleaning action. An aqueous alkaline solution such as an aqueous sodium carbonate solution is widely used to remove sulfurous acid gas generated by combustion of light oil or heavy oil from exhaust gas. Conventionally, a wet desulfurization method has been known as a method for removing sulfurous acid gas using this alkaline aqueous solution. The wet desulfurization method is a method of removing a sulfurous acid gas from an exhaust gas by passing the exhaust gas through an alkaline aqueous solution to react the sulfurous acid gas with an alkali. Further, it is known that the wet desulfurization method can remove sulfurous acid gas in exhaust gas at a high removal rate of 75% or more.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and has been made sufficiently harmless to remove particulate contaminants such as unburned carbon in exhaust gas. An object of the present invention is to provide an inexpensive and compact exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment device that can reduce the substance concentration, and that do not use a filter. Further, the exhaust gas treatment method and the exhaust gas treatment apparatus of the present invention can also remove sulfurous acid gas and trace amounts of hydrocarbons in exhaust gas.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
That is, the above object of the present invention is achieved by using the exhaust gas treatment method and the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, supplying exhaust gas to the hollow member;
Generating plasma in the exhaust gas by plasma generating means disposed on the hollow member;
On the downstream side of the plasma generating means, a plurality of resistance heating means provided with a passage for the exhaust gas are arranged at predetermined intervals in a direction in which the exhaust gas flows, and ceramics, platinum, and the like are provided between the plurality of resistance heating means. Filling a filler selected from the group consisting of ceramics containing platinum or rhodium,
Heating the filling by the plurality of resistance heating means;
Heating the exhaust gas by contacting the plurality of resistance heating means and the heated filler;
An exhaust gas treatment method comprising:
[0015]
According to the invention of claim 2 of the present invention, the plasma generating means includes a central electrode provided at a central portion of the hollow member, and a peripheral electrode provided inside the hollow member. In addition, there is provided a method for treating an exhaust gas which is glow-discharged from the central electrode toward the peripheral electrode.
[0016]
According to the third aspect of the present invention, there is provided a method for treating exhaust gas, wherein the resistance heating means heats the exhaust gas to 200 ° C to 800 ° C.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for treating exhaust gas, comprising the step of passing the exhaust gas through an aqueous alkaline solution.
[0018]
According to the invention of claim 5 of the present invention, the method for treating exhaust gas further supplies air to the upstream side of the resistance heating unit or to both the upstream side and the downstream side of the resistance heating unit. There is provided a method of treating exhaust gas comprising steps.
[0019]
According to the invention of
[0020]
According to the invention of claim 7 of the present invention, there is provided a method for treating exhaust gas, wherein the exhaust gas is an exhaust gas from a vehicle, an exhaust gas from a tunnel pit, or an exhaust gas from a waste incineration facility.
[0021]
According to the invention of
Plasma generating means disposed inside the hollow member,
A plurality of resistance heating units provided on the downstream side of the plasma generation unit and provided with a passage of the exhaust gas provided at predetermined intervals in a direction in which the exhaust gas flows,
A filler selected from the group consisting of ceramics, platinum, platinum, and rhodium-containing ceramics, which is filled inside the hollow member and adjacent to the plurality of resistance heating means between the plurality of resistance heating means. When,
Wherein the exhaust gas is heated by bringing the exhaust gas into contact with the resistance heating means and the filler heated by the resistance heating means.
[0022]
According to the ninth aspect of the present invention, the plasma generating means includes a central electrode provided at a central portion of the hollow member, and a peripheral electrode provided inside the hollow member. An exhaust gas treatment device is provided.
[0023]
According to the invention of claim 10 of the present invention, there is provided an exhaust gas treatment apparatus in which the central electrode performs glow discharge toward the peripheral electrode.
[0024]
According to the invention of claim 11 of the present invention, there is provided an exhaust gas treatment device further comprising an alkaline aqueous solution and a container containing the alkaline aqueous solution and connected to the hollow member.
[0025]
According to the twelfth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas treatment apparatus wherein the alkaline aqueous solution is a sodium carbonate aqueous solution.
[0026]
According to the invention of
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is characterized in that nitrogen contained in exhaust gas from a vehicle such as a gasoline-powered vehicle or a diesel vehicle, or exhaust gas from a tunnel pit, or exhaust gas from a device that burns at a high temperature such as a high-pressure boiler or a garbage incinerator. This is an apparatus that can release oxides and particulate contaminants as clean gases such as carbon dioxide and nitrogen. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1, an exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention is connected by bolts and nuts (not shown) using a connecting member such as a flange 2, and exhaust gas is supplied from the direction of arrow A. The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a
[0028]
The plasma generating means 4 shown in FIG. 1 can generate plasma in exhaust gas, decompose nitrogen oxides contained in the exhaust gas into nitrogen and oxygen, or collect dust by charging dust. The plasma generating means 4 shown in FIG. 1 includes a central electrode 7 disposed at a central portion inside the
[0029]
[0030]
Embedded image
[0031]
In the formula (1), N is a nitrogen radical generated by plasma from nitrogen in the exhaust gas, and NO is nitric oxide mainly contained in the exhaust gas. In addition, multi-order NO 2 Such nitrogen oxides are decomposed into nitric oxide by the above-mentioned nitrogen radicals, and finally decomposed into nitrogen and oxygen by the reaction of the above formula (1). The nitrogen and oxygen are supplied to the downstream resistance heating means 5 together with unburned carbon and the like. Further, dust contained in the exhaust gas can be charged by the plasma generated by the plasma generating means 4, adhered to the
[0032]
The center electrode 7 shown in FIG. 1 has a pointed tip facing the exhaust gas supply side, and has a shape that reduces resistance to the flow of exhaust gas. The
[0033]
The resistance heating means 5 shown in FIG. 1 uses a helical
[0034]
The
[0035]
The plasma-treated exhaust gas is supplied to the
[0036]
In FIG. 1, the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention is connected by a flange 2 so as to be detachable, but any connection means can be supplied to the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention without exhaust gas leaking outside. However, it can be used. Furthermore, when the connection size with the pipe connected to the exhaust gas treatment device 1 of the present invention is different, the connection can be made using a reducer. Further, the
[0037]
The resistance heating means 5 shown in FIG. 1 includes a plurality of
[0038]
In the present invention, the temperature of the exhaust gas can be set to 200 ° C. to 800 ° C. in order to completely burn unburned carbon in the exhaust gas. In the present invention, the temperature of the exhaust gas can be adjusted to 200 ° C to 800 ° C by adjusting the amount of current supplied to the
[0039]
In the present invention, the
[0040]
Embedded image
[0041]
C is unburned carbon in exhaust gas, and O 2 Is excess oxygen contained in the exhaust gas. In addition, as described above, the nitrogen oxides in the exhaust gas become superheated steam in the exhaust gas, and are decomposed into nitrogen and oxygen by the action of the superheated steam. Oxygen obtained by decomposition of nitrogen oxide can be used for the reaction of the above formula (2). The carbon dioxide and nitrogen generated by the reaction represented by the above formula (2) and the decomposition reaction of nitrogen oxides are combined with other exhaust gas components such as nitrogen and oxygen plasma-treated on the upstream side and water vapor generated by the primary combustion means. Released inside.
[0042]
Further, the
[0043]
The
[0044]
The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 is further provided with a collecting
[0045]
FIG. 2 is a diagram illustrating a
[0046]
FIG. 3 is a diagram exemplifying the resistance heating means 5 used in the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. The resistance heating means 5 shown in FIG. 3 has three
[0047]
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, the resistance heating means 5 is the same as the apparatus shown in FIG. 1, and the plasma generation means 4 has a different shape. The plasma generating means 4 shown in FIG. 4 has a central electrode 7 elongated in the longitudinal direction of the
[0048]
In the embodiment shown in FIG. 4, the charged unburned carbon and dust contained in the exhaust gas subjected to the plasma treatment adhere to the
[0049]
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 5 further includes a
[0050]
Examples of the alkaline
[0051]
The
[0052]
FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment of the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present invention. The exhaust gas treatment device 1 shown in FIG. 6 has the same structure as the exhaust gas treatment device shown in FIG. 1, and further includes an
[0053]
The exhaust gas treatment method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing a state where the exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 is connected to an
[0054]
In addition, a current is supplied to the
[0055]
FIG. 8 is a diagram showing a state where the exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 5 is connected to an exhaust pipe of a vehicle. The exhaust gas treatment apparatus 1 shown in FIG. 8 is connected to the
[0056]
【The invention's effect】
By using the exhaust gas treatment method and the exhaust gas treatment apparatus of the present invention, particulate contaminants such as unburned carbon can be sufficiently detoxified and removed by sufficiently burning, and nitrogen oxidation in exhaust gas released to the atmosphere can be reduced. It is possible to reduce the concentration of gaseous pollutants such as substances. In addition, the exhaust gas treatment device of the present invention does not require a filter, has a simple structure, is compact, and can be manufactured at low cost, and is therefore particularly useful as an exhaust gas treatment device for automobiles. Furthermore, the exhaust gas treatment apparatus of the present invention can also remove pollutants such as sulfur oxides and hydrocarbons in the exhaust gas by using the alkaline aqueous solution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a resistance heating plate used in the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a resistance heating unit used in the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a state where the exhaust gas treatment device shown in FIG. 1 is connected to an exhaust pipe of a vehicle.
FIG. 8 is a diagram showing a state where the exhaust gas treatment device shown in FIG. 5 is connected to an exhaust pipe of a vehicle.
[Explanation of symbols]
1. Exhaust gas treatment device
2 ... Flange
3, 3a, 3b ... hollow member
4: Plasma generating means
5. Resistance heating means
5a: Resistance heating plate
6 ... Filling
7 Central electrode
8 ... Peripheral electrode
9a, 9b ... conducting wire
10a: Central shaft member
10b ... end shaft member
11a, 11b ... conductor
12a, 12b ... perforated plate
13 ... Cylindrical member
14 ... Insulation material
15 ... passage
16 ... Support
17 ... Collection member
18 First insertion hole
19 ... Heating section
20: second insertion hole
21 ... hole
22 ... insulator
24 ... Alkaline aqueous solution
25… Container
26 ... exhaust pipe
27a, 27b ... tube
28 ... air hole
29 ... Air supply means
30 ... exhaust pipe
31 ... pipe
Claims (12)
前記中空部材内部の中央部に配設される中央部電極と、該中空部材の内側に、該中央部電極に近接するように設けられる周部電極とを備えるプラズマ発生手段により、前記中央部電極から近接した前記周部電極に向けて放電し、前記中央部電極と前記周部電極との間を通過する前記排ガス中にプラズマを発生させる段階と、
前記プラズマ発生手段の後流側に、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で配設され、各々が螺旋形状の電流通路と該電流通路により形成される前記排ガスの通路とを備える複数の抵抗加熱手段により、前記複数の抵抗加熱手段の間に充填されるセラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される充填物を加熱する段階と、
前記複数の抵抗加熱手段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加熱する段階と、
を含む排ガスの処理方法。Supplying exhaust gas to the hollow member;
A central electrode disposed at a central portion inside the hollow member; and a plasma generating unit including a peripheral electrode provided inside the hollow member so as to be close to the central electrode. From the discharge toward the peripheral electrode adjacent to , generating a plasma in the exhaust gas passing between the central electrode and the peripheral electrode ,
On the downstream side of the plasma generation means, the exhaust gas is arranged at a predetermined interval in a direction flowing, a plurality of resistors and a passage of the exhaust gas, each of which is formed by the current path and the electrical flow path of the spiral shape by the heating means, the step of heating the ceramic filled between the plurality of resistive heating means, platinum, packing selected from the group consisting of ceramic containing platinum or rhodium,
Heating the exhaust gas by contacting the plurality of resistance heating means and the heated filler;
A method for treating exhaust gas containing.
前記中空部材内部の中央部に配設される中央部電極と、該中空部材の内側に、該中央部電極に近接するように設けられる周部電極とを備え、前記中央部電極と前記周部電極との間を通過する前記排ガス中にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の後流側に配設され、前記排ガスが流れる方向に向けて所定間隔で設けられ、各々が螺旋形状の電流通路と該電流通路により形成される前記排ガスの通路とを備える複数の抵抗加熱手段と、
前記複数の抵抗加熱手段の間で、前記中空部材の内部かつ前記複数の抵抗加熱手段に隣接して充填される、セラミックス、白金、白金またはロジウムを含有するセラミックスからなる群から選択される充填物と、
を含み、前記抵抗加熱手段および該抵抗加熱手段によって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加熱することを特徴とする、排ガス処理装置。A hollow member to which exhaust gas is supplied,
A central electrode provided at a central portion inside the hollow member, and a peripheral electrode provided inside the hollow member so as to be close to the central electrode, wherein the central electrode and the peripheral portion are provided. Plasma generation means for generating plasma in the exhaust gas passing between the electrodes ,
A plurality of helical current paths, each of which is provided on the downstream side of the plasma generating means and is provided at a predetermined interval in a direction in which the exhaust gas flows , and each of which includes a spiral current path and the exhaust gas path formed by the current path; Resistance heating means;
A filling material selected from the group consisting of ceramics, platinum, platinum, and rhodium-containing ceramics, which is filled inside the hollow member and adjacent to the plurality of resistance heating means between the plurality of resistance heating means. When,
Wherein the exhaust gas is heated by bringing the exhaust gas into contact with the resistance heating means and the filler heated by the resistance heating means.
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