JP2009090182A - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コンパクトで内燃機関に負荷をかけず、使用コストも抑えることのできる排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】排ガス処理装置5は、水平部分4から下方に延びるように設けられた貯溜部10を有している。貯溜部10には水が貯溜され、水面6には、フィルター部材16が設けられている。また、排ガス処理装置5は、シャワー部材11を有している。シャワー部材11は、一端が貯溜部10内の水に浸漬されると共に他端が上方に延びる取水部12と、一端が取水部12の上端に接続されると共に他端が水面6の上方を上流に向かって水平に延びるように設けられた放水部13とを有している。放水部13の下部表面13bには、放水部13の軸方向に沿って等間隔に3つの噴水口14が設けられている。さらに、排ガス処理装置5は、それぞれの噴水口14の下方に設けられた3つの斜板15を、合計で9つ有している。
【選択図】図1
【解決手段】排ガス処理装置5は、水平部分4から下方に延びるように設けられた貯溜部10を有している。貯溜部10には水が貯溜され、水面6には、フィルター部材16が設けられている。また、排ガス処理装置5は、シャワー部材11を有している。シャワー部材11は、一端が貯溜部10内の水に浸漬されると共に他端が上方に延びる取水部12と、一端が取水部12の上端に接続されると共に他端が水面6の上方を上流に向かって水平に延びるように設けられた放水部13とを有している。放水部13の下部表面13bには、放水部13の軸方向に沿って等間隔に3つの噴水口14が設けられている。さらに、排ガス処理装置5は、それぞれの噴水口14の下方に設けられた3つの斜板15を、合計で9つ有している。
【選択図】図1
Description
この発明は、排ガス処理装置に係り、特に、湿式の排ガス処理装置に関する。
自動車等の内燃機関からの排ガスを浄化する技術としては、貴金属を使用するNOx浄化触媒によってNOx(窒素酸化物)を還元する方法が一般的である。しかしながらNOx浄化触媒は、低温におけるNOx浄化能が低く、従って低温における排気浄化能の向上のためには、NOx浄化触媒に使用する貴金属量を増加させることが必要である。このように、使用する貴金属量を増加させることは、必ずしも満足な性能をもたらすものではなく、またコスト面でも好ましくない。
このような問題点を解決するために、特許文献1には、水によって排ガス中のパティキュレートマター(PM)及びNOxを除去する排ガス処理装置が開示されている。この排ガス処理装置では、排ガス処理装置の底部に溜めた水をポンプによって汲み上げて、斜板及び堰を利用して上方から下方へ滝状で水を流下させると共に排ガスを下方から上方へ流すことにより、排ガスと水とを接触させて、PM及びNOxが除去される。また、特許文献2には、排ガスをアルカリ溶液中に放出させて排ガス中のNOxを除去する排ガス処理装置が開示されている。さらに、特許文献3には、排ガスを酸性液に接触させ、次いでアルカリ液に接触させることにより、排ガス中の二酸化炭素(CO2)及びNOxを液中に溶解させる排ガス処理装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1の排ガス処理装置は、排ガスが流通するパイプに縦長の本体が設けられる構造のため、大きな装置となってしまうという問題点があった。特許文献2の排ガス処理装置は、排ガスをアルカリ溶液内に直接放出させる構造のため、背圧がかかり内燃機関に負荷がかかってしまうといった問題点があった。特許文献3の排ガス処理装置は、酸性液及びアルカリ液が両方必要であり、使用コストが高いといった問題点があった。
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、コンパクトで内燃機関に負荷をかけず、使用コストも抑えることのできる排ガス処理装置を提供することを目的とする。
この発明に係る排ガス処理装置は、水平方向に延びる水平部分を有し、排ガスが流通する排気管と、前記水平部分から下方に延びるように設けられ、水を貯溜する貯溜部と、一端が前記水に浸漬されると共に他端が上方に延びる取水部及び一端が該取水部の他端に接続されると共に他端が前記水の上方を延びるように設けられた放水部並びに該放水部の下部表面に設けられた少なくとも1つの噴水口を有するシャワー部材と、前記噴水口の下方に設けられた斜板とを備え、前記貯溜部内の水は、前記取水部及び前記放水部を順次流通して、前記噴水口から前記斜板に向けて噴出され、該斜板は、前記排ガスの流通方向に向かって下方に傾くように設けられている。排気管の水平部分から下方に延びるように貯溜部が設けられ、シャワー部材及び斜板が、水平部分及び貯溜部内に収まっているので、外部からは水平部分から下方にのみ突出した形状を有する。また、排ガスは、貯溜部内の水の上方を流通するので、背圧がかかることはない。さらに、水のみによって排ガス中のPM及びNOxが除去される。
前記水平部分は、前記排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有してもよい。
ポンプをさらに備え、該ポンプは、前記貯溜部内の水を、前記取水部及び前記放水部へ送るようにしてもよい。
前記水には、アルカリ性物質が溶解していてもよい。ここで、アルカリ性物質とは、水に溶解させたときに、溶液がアルカリ性を示す物質を意味する。
前記斜板に、酸化触媒が設けられていてもよい。
前記排気管には、前記水平部分よりも上流に、酸化触媒が設けられていてもよい。
前記斜板の下方に、フィルター部材が設けられていてもよい。
前記貯溜部の底部は、前記排ガスの流通方向に向かって下り勾配を有してもよい。
前記排気管には、冷却装置が設けられていてもよい。
前記水平部分は、前記排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有してもよい。
ポンプをさらに備え、該ポンプは、前記貯溜部内の水を、前記取水部及び前記放水部へ送るようにしてもよい。
前記水には、アルカリ性物質が溶解していてもよい。ここで、アルカリ性物質とは、水に溶解させたときに、溶液がアルカリ性を示す物質を意味する。
前記斜板に、酸化触媒が設けられていてもよい。
前記排気管には、前記水平部分よりも上流に、酸化触媒が設けられていてもよい。
前記斜板の下方に、フィルター部材が設けられていてもよい。
前記貯溜部の底部は、前記排ガスの流通方向に向かって下り勾配を有してもよい。
前記排気管には、冷却装置が設けられていてもよい。
排気管の水平部分から下方に延びるように貯溜部が設けられ、シャワー部材及び斜板が、水平部分及び貯溜部内に収まっていることにより、外部からは水平部分から下方にのみ突出した形状を有するので、排ガス処理装置をコンパクトにすることができる。また、排ガスは、貯溜部内の水の上方を流通することにより、背圧がかかることはないので、内燃機関に負荷がかかるのを防ぐことができる。さらに、水のみによって排ガス中のPM及びNOxが除去されるので、使用コストを抑えることができる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
この実施の形態1に係る排ガス処理装置を図1に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン1には、図示しない燃焼室に連通する排気マニホールド2が設けられ、排気マニホールド2には、排気管3が接続されている。排気管3は、少なくとも一部に、水平方向に延びる水平部分4を有している。水平部分4は、上流から下流に向かって、すなわち、排気管3内における排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有している。水平部分4には、排ガス処理装置5が設けられている。
実施の形態1.
この実施の形態1に係る排ガス処理装置を図1に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン1には、図示しない燃焼室に連通する排気マニホールド2が設けられ、排気マニホールド2には、排気管3が接続されている。排気管3は、少なくとも一部に、水平方向に延びる水平部分4を有している。水平部分4は、上流から下流に向かって、すなわち、排気管3内における排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有している。水平部分4には、排ガス処理装置5が設けられている。
排ガス処理装置5は、水平部分4から下方に延びるように設けられた貯溜部10を有している。貯溜部10には水が貯溜されており、その水面6は、水平部分4よりも低くなっている。貯溜部10には、フィルター部材16が水面6に浮かぶようにして設けられている。また、排ガス処理装置5は、シャワー部材11を有している。シャワー部材11は、一端(下端)が貯溜部10内の水に浸漬されると共に他端(上端)が上方に延びる取水部12と、一端が取水部12の上端に接続されると共に他端が水面6の上方を上流に向かって水平に延びるように設けられた放水部13とを有している。尚、取水部12の下端は、水平部分4の下流側で、貯溜部10内の水に浸漬されている。取水部12の上端に接続された端部とは反対側の放水部13の端部13aは、閉じた形状になっている。放水部13の下部表面13bには、放水部13の軸方向に沿って等間隔に3つの噴水口14が設けられている。さらに、排ガス処理装置5は、それぞれの噴水口14の下方に設けられた3つの斜板15を、合計で9つ有している。このような構成により、排ガス処理装置5は、外部から見たときに、水平部分4から下方にのみ突出した形状を有している。
図2(a)に示されるように、斜板15は、矩形板状の本体15aと、2つの接続棒15bとを有している。2つの接続棒15bはそれぞれ、一端が本体15aの両方の側縁15a1に接続されると共に他端が水平部分4の内周面4aに接続されている。これにより、斜板15は、水平部分4の内部において、噴水口14の下方に固定されている。また、図2(b)に示されるように、噴水口14から鉛直下方に延びる仮想線Aに対する斜板15のなす角度θが45°となるように、斜板15が固定されている。すなわち、斜板15は、排ガスの流通方向に対して下方に傾くように固定されている。尚、本体15aの表面には、酸化触媒17が設けられている。
次に、この実施の形態1に係る排ガス処理装置の動作について説明する。
図1に示されるように、ディーゼルエンジン1の各燃焼室で生成した排ガスは、排気マニホールド2に排出されて集められた後、排気管3内を流通する。排ガスが水平部分4に流入すると、水平部分4は、排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有しているので、排ガスが水平部分4を流通するに従い、排ガスの体積が減少し、それに伴い排ガスの圧力が上昇する。すると、水平部分4内において、上流側と下流側とで圧力差が生じる。取水部12の下端は、水平部分4の下流側で、貯溜部10内の水に浸漬されているので、この圧力差によって水面6が押されて、貯溜部10内の水が取水部12内を上昇し、やがて放水部13に流入する。放水部13に流入した水は、3つの噴水口14のそれぞれから、下方に向かって噴出される。噴水口14から噴出された水は、斜板15のそれぞれを濡らしながら、再び貯溜部10内に戻る。噴水口14から噴出された水は、水平部分4内を流通する排ガスと接触することにより、排ガス中のPM及び二酸化窒素(NO2)を吸収するので、水平部分4を通過した排ガス中のPM及びNO2濃度が低下する。噴水口14から噴出された水が貯溜部10内に戻るとき、水はフィルター部材16を通過するので、水が吸収したPMは、フィルター部材16に捕捉される。これにより、排ガス処理装置5のメンテナンスの際に、PMの回収が容易になる。
図1に示されるように、ディーゼルエンジン1の各燃焼室で生成した排ガスは、排気マニホールド2に排出されて集められた後、排気管3内を流通する。排ガスが水平部分4に流入すると、水平部分4は、排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有しているので、排ガスが水平部分4を流通するに従い、排ガスの体積が減少し、それに伴い排ガスの圧力が上昇する。すると、水平部分4内において、上流側と下流側とで圧力差が生じる。取水部12の下端は、水平部分4の下流側で、貯溜部10内の水に浸漬されているので、この圧力差によって水面6が押されて、貯溜部10内の水が取水部12内を上昇し、やがて放水部13に流入する。放水部13に流入した水は、3つの噴水口14のそれぞれから、下方に向かって噴出される。噴水口14から噴出された水は、斜板15のそれぞれを濡らしながら、再び貯溜部10内に戻る。噴水口14から噴出された水は、水平部分4内を流通する排ガスと接触することにより、排ガス中のPM及び二酸化窒素(NO2)を吸収するので、水平部分4を通過した排ガス中のPM及びNO2濃度が低下する。噴水口14から噴出された水が貯溜部10内に戻るとき、水はフィルター部材16を通過するので、水が吸収したPMは、フィルター部材16に捕捉される。これにより、排ガス処理装置5のメンテナンスの際に、PMの回収が容易になる。
次に、図3に基づいて、噴水口14から噴出された水が排ガス中のPM及びNO2を吸収する動作について詳細に説明する。
斜板15は、排ガスの流通方向に向かって下方に傾くように設けられているので、排ガスは、斜板15の本体15aに衝突すると、本体15aに沿って斜め下向きに流通する。本体15aの表面は、噴水口14(図1及び2参照)から噴出された水で濡れているので、排ガスは、本体15aに沿って流通する間、水と接触する。斜板15が排ガスの流通方向に向かって下方に傾いているので、排ガスは、水平方向にのみ流通する場合に比べて、水との接触時間が増大する。これにより、排ガス中のPM及びNO2は、より多く水に吸収される。尚、PM及びNO2が水に吸収されるのは、PMが微粒子であり、NO2が比較的水に溶解し易いことによる。一方、同じNOxの中で一酸化窒素(NO)は、水に溶解しにくいため、水平部分4(図1及び2参照)をそのまま通過して大気中に放出されてしまう。しかし、本体15aの表面に酸化触媒17が設けられているので、排ガスが本体15aに沿って流通する間、排ガス中のNOは酸化されてNO2となる。これにより、NO2に酸化されたNOは、水に吸収されて排ガスから除去されるので、排ガス中のPM及びNOxは排ガス処理装置5(図1参照)により除去される。
斜板15は、排ガスの流通方向に向かって下方に傾くように設けられているので、排ガスは、斜板15の本体15aに衝突すると、本体15aに沿って斜め下向きに流通する。本体15aの表面は、噴水口14(図1及び2参照)から噴出された水で濡れているので、排ガスは、本体15aに沿って流通する間、水と接触する。斜板15が排ガスの流通方向に向かって下方に傾いているので、排ガスは、水平方向にのみ流通する場合に比べて、水との接触時間が増大する。これにより、排ガス中のPM及びNO2は、より多く水に吸収される。尚、PM及びNO2が水に吸収されるのは、PMが微粒子であり、NO2が比較的水に溶解し易いことによる。一方、同じNOxの中で一酸化窒素(NO)は、水に溶解しにくいため、水平部分4(図1及び2参照)をそのまま通過して大気中に放出されてしまう。しかし、本体15aの表面に酸化触媒17が設けられているので、排ガスが本体15aに沿って流通する間、排ガス中のNOは酸化されてNO2となる。これにより、NO2に酸化されたNOは、水に吸収されて排ガスから除去されるので、排ガス中のPM及びNOxは排ガス処理装置5(図1参照)により除去される。
このように、排気管3の水平部分4から下方に延びるように貯溜部10が設けられ、シャワー部材11及び斜板15が、水平部分4及び貯溜部10内に収まっていることにより、外部からは水平部分4から下方にのみ突出した形状を有するので、排ガス処理装置5をコンパクトにすることができる。また、排ガスは、貯溜部10内の水の上方を流通することにより、背圧がかかることはないので、ディーゼルエンジン1に負荷がかかるのを防ぐことができる。さらに、水のみによって排ガス中のPM及びNOxが除去されるので、使用コストを抑えることができる。
実施の形態1では、酸化触媒17を斜板15の本体15aの表面に設けたが、この形態に限定するものではない。図4に示されるように、水平部分4の上流側に酸化触媒27を設けてもよい。この場合、酸化触媒27は水に接触することがないので、水によって失活してしまう触媒成分を含む場合には、このような形態が好ましい。
実施の形態1では、貯溜部10の底部は水平であったが、この形態に限定するものではない。図4に示されるように、貯溜部10の底部10aは、排ガスの流通方向に向かって下り勾配を有する形状であってもよい。このような形状により、貯溜部10の容積が小さくなるので、使用する水量を低下させることができ、排ガス処理装置5をさらにコンパクトにできと共に使用コストを低下させることができる。また、水平部分4の下流側において、貯溜部10の深さを確保できるので、使用する水量を低下しながらも、確実に取水部12の下端を貯溜部10内の水に浸漬させることができ、確実に水をシャワー部材11内に汲み上げることができる。
また、実施の形態1において、排気管3に、排ガスを冷却するための冷却装置20を設けてもよい。冷却装置20は、ディーゼルエンジン1の図示しないラジエータに連通し、内部を冷却水が流通する部材である。例えば、図5(a)に示されるように、排気管の内部を半円状に覆うように設けてもよいし、図5(b)に示されるように、排気管の内部を円環状に覆うようにしてもよい。冷却装置20により、大気中へ放出される排ガス温度を制御することができる。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る排ガス処理装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図1の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係る排ガス処理装置は、実施の形態1に対して、シャワー部材11内への水の汲み上げをポンプで行うようにし、NOをNO2に酸化するための酸化触媒を使用しないようにしたものである。
次に、この発明の実施の形態2に係る排ガス処理装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図1の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係る排ガス処理装置は、実施の形態1に対して、シャワー部材11内への水の汲み上げをポンプで行うようにし、NOをNO2に酸化するための酸化触媒を使用しないようにしたものである。
図6に示されるように、排気管3の一部分である水平方向に延びる水平部分34は、排ガスの流通方向に向かって同一の内径を有している。また、貯溜部10において、取水部12の下端には、貯溜部10内の水をシャワー部材11内に汲み上げるためのポンプ30が設けられている。貯溜部10内の水には、アルカリ性物質である亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)が溶解している。さらに、斜板15にはその表面に酸化触媒が設けられていない。その他の構成については、実施の形態1と同じである。
ディーゼルエンジン1の各燃焼室で生成した排ガスが排気管3内を流通し始めると、ポンプ30が起動して、貯溜部10内のNa2SO3溶液を取水部12に供給する。Na2SO3溶液は、取水部12内を上昇し、放水部13に流入し、3つの噴水口14のそれぞれから斜板15に向かって噴出される。この際、実施の形態1と同様にして、斜板15による作用によって排ガスとNa2SO3溶液との接触時間が増加するので、排ガス中のPM及びNOxがNa2SO3溶液に吸収される。ここで、Na2SO3溶液にはNOも溶解するので、NOをNO2に酸化する酸化触媒無しに、PM及びNO2だけでなく、NOもNa2SO3溶液に吸収される。
このように、実施の形態2に係る排ガス処理装置も、外部からは水平部分34から下方にのみ突出した形状を有し、排ガスが貯溜部10内のNa2SO3溶液の上方を流通することにより背圧がかかることはなく、Na2SO3溶液のみによって排ガス中のPM及びNOxが除去されるので、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、Na2SO3溶液を使用することにより、NOをNO2に酸化するための酸化触媒を使用することなしに、NO2だけでなくNOもNa2SO3溶液に吸収されるので、排ガスからPM及びNOxを除去することができる。
実施の形態2では、アルカリ性物質としてNa2SO3を使用したが、Na2SO3に限定するものではない。水酸化ナトリウム(NaOH)や炭酸ナトリウム(Na2CO3)等、水に溶けてアルカリ性の溶液を生じる物質であればどのようなものであってもよい。
実施の形態1及び2では、斜板15を、噴水口14から鉛直下方に延びる仮想線Aに対する斜板15のなす角度θが45°になるようにしたが、この形態に限定するものではない。斜板15が排ガスの流通方向に向かって下方に傾くようになっていればよいので、0°<θ<90°の範囲であれば、どのような角度にしてもよい。また、全ての斜板15を同じ角度にする必要もなく、上記範囲内であれば、各斜板15を異なる角度にしてもよい。更に、運転状態及び、PM及びNOxの量に応じて各斜板15の角度を調整してもよい。
実施の形態1及び2では、噴水口14及び斜板15の数を限定したが、その個数に限定するものではなく、排ガス処理装置の大きさや、ディーゼルエンジン1の仕様等により、適宜設計することができる。
3 排気管、4,34 水平部分、5 排ガス処理装置、10 貯溜部、10a (貯溜部の)底部、11 シャワー部材、12 取水部、13 放水部、14 噴水口、15 斜板、16 フィルター部材、17,27 酸化触媒、20 冷却装置、30 ポンプ。
Claims (9)
- 水平方向に延びる水平部分を有し、排ガスが流通する排気管と、
前記水平部分から下方に延びるように設けられ、水を貯溜する貯溜部と、
一端が前記水に浸漬されると共に他端が上方に延びる取水部及び一端が該取水部の他端に接続されると共に他端が前記水の上方を延びるように設けられた放水部並びに該放水部の下部表面に設けられた少なくとも1つの噴水口を有するシャワー部材と、
前記噴水口の下方に設けられた斜板と
を備え、
前記貯溜部内の水は、前記取水部及び前記放水部を順次流通して、前記噴水口から前記斜板に向けて噴出され、
該斜板は、前記排ガスの流通方向に向かって下方に傾くように設けられている排ガス処理装置。 - 前記水平部分は、前記排ガスの流通方向に向かって細くなる形状を有する、請求項1に記載の排ガス処理装置。
- ポンプをさらに備え、
該ポンプは、前記貯溜部内の水を、前記取水部及び前記放水部へ送る、請求項1に記載の排ガス処理装置。 - 前記水には、アルカリ性物質が溶解している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記斜板に、酸化触媒が設けられている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記排気管には、前記水平部分よりも上流に、酸化触媒が設けられている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記斜板の下方に、フィルター部材が設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記貯溜部の底部は、前記排ガスの流通方向に向かって下り勾配を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記排気管には、冷却装置が設けられている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007261754A JP2009090182A (ja) | 2007-10-05 | 2007-10-05 | 排ガス処理装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200455737Y1 (ko) | 2009-05-19 | 2011-09-21 | 현대제철 주식회사 | 스팀 집진 설비 구조체 |
JP2012159039A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Denso Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2007
- 2007-10-05 JP JP2007261754A patent/JP2009090182A/ja active Pending
Cited By (2)
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KR200455737Y1 (ko) | 2009-05-19 | 2011-09-21 | 현대제철 주식회사 | 스팀 집진 설비 구조체 |
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