JP2009090182A

JP2009090182A - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JP2009090182A
Application number: JP2007261754A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshida; 浩二吉田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-30

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

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ＮＯ_ｘ浄化触媒によってＮＯ_ｘ（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ＮＯ_ｘ浄化触媒は、低温におけるＮＯ_ｘ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、ＮＯ_ｘ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ＮＯ_ｘ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ＮＯ_ｘ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ＮＯ_ｘ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（ＣＯ_２）及びＮＯ_ｘを液中に溶解させる排ガス処理装置が開示されている。

特開２００３−１７６７１３号公報実開平５−９２４１０号公報特開２００６−７７６０３号公報

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ＮＯ_ｘ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。

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ＮＯ_ｘ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。

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（ＮＯ_２）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ＮＯ_２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ＮＯ_２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ＮＯ_２は、より多く水に吸収される。尚、ＰＭ及びＮＯ_２が水に吸収されるのは、ＰＭが微粒子であり、ＮＯ_２が比較的水に溶解し易いことによる。一方、同じＮＯ_ｘ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ＮＯ_２となる。これにより、ＮＯ_２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ＮＯ_ｘ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ＮＯ_ｘ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ＮＯ_２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（Ｎａ_２ＳＯ_３）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Ｎａ_２ＳＯ_３溶液を取水部１２に供給する。Ｎａ_２ＳＯ_３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Ｎａ_２ＳＯ_３溶液との接触時間が増加するので、排ガス中のＰＭ及びＮＯ_ｘがＮａ_２ＳＯ_３溶液に吸収される。ここで、Ｎａ_２ＳＯ_３溶液にはＮＯも溶解するので、ＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒無しに、ＰＭ及びＮＯ_２だけでなく、ＮＯもＮａ_２ＳＯ_３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Ｎａ_２ＳＯ_３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、Ｎａ_２ＳＯ_３溶液のみによって排ガス中のＰＭ及びＮＯ_ｘ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、Ｎａ_２ＳＯ_３溶液を使用することにより、ＮＯをＮＯ_２に酸化するための酸化触媒を使用することなしに、ＮＯ_２だけでなくＮＯもＮａ_２ＳＯ_３溶液に吸収されるので、排ガスからＰＭ及びＮＯ_ｘ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Ｎａ_２ＳＯ_３を使用したが、Ｎａ_２ＳＯ_３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（Ｎａ_２ＣＯ_３）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ＮＯ_ｘ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。

この発明の実施の形態１に係る排ガス処理装置の構成模式図である。実施の形態１に係る排ガス処理装置の部分拡大図である。実施の形態１に係る排ガス処理装置において、水が排ガス中のＰＭ及びＮＯ_２を吸収する動作について説明するための図である。実施の形態１に係る排ガス処理装置の変形例の構成模式図である。実施の形態１に係る排ガス処理装置の変形例に設けられた冷却装置の拡大図である。実施の形態２に係る排ガス処理装置の構成模式図である。

符号の説明

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

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。