JPH0569314U

JPH0569314U - 脱硝・消音・汚染防止装置

Info

Publication number: JPH0569314U
Application number: JP916092U
Authority: JP
Inventors: 英夫吉川; 克義建内
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-21
Anticipated expiration: 2005-03-06
Also published as: JPH078807Y2

Abstract

(57)【要約】【構成】略筒状であって前後両端側に閉止板２，３が
設けられた筐体１と、前記前端側閉止板２に取り付けら
れ、排気ガスを前記筐体１内に導入するための入口管４
と、前記筐体１内に配設された炭素繊維材６，９と、こ
の炭素繊維材６，９を覆うようにして配設された網状部
材７ａ，７ｂ，１０ａ，１０ｂと、前記後端側閉止板３
に取り付けられ、前記筐体１内の排気ガスを外部に排気
するための出口管２２とを備え、前記炭素繊維材に直流
電源１６の正極側を接続するとともに前記入口管に前記
直流電源の負極側を接続した。【効果】この装置を小型化、軽量化でき、かつ費用も
安くすることができる。また、同時に放出される排気ガ
スの大気汚染度を低下させることができる。また、同時
にこの装置より上流側の排気ガスの圧力を上昇させる必
要はなくなり、内燃機関等の燃焼効率を向上させること
ができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は例えば熱機関等から排出される排気ガスの窒素酸化物や騒音や粉じん等を脱硝・消音・浄化する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、例えば熱機関としてのディーゼル機関から排出される排気ガスには、有害な窒素酸化物が含有されているが、この窒素酸化物はＰｔ，Ｒｈ，Ｐｄなどの特殊金属触媒を用いて低減させたり、あるいは触媒を用いたアンモニア還元法によっていた。また、排気ガスの中には亜鉛やヒュームガス等の有害な粉じん（すす状の微粒子）が含まれている。一方、排気ガスの騒音はマフラによって消音しており、すなわち排気ガスの騒音エネルギーをマフラ内の膨張室と仕切板とによる流体の圧力損失を利用して低減させている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような特殊金属触媒の使用や、触媒を用いたアンモニア還元法によって脱硝すると、装置が大型化し、また、費用が嵩むという問題点があった。また、黒鉛やヒュームガス等の有害な粉じん（すす状の微粒子）がそのまま排出されると、大気が汚染されるという問題点もあった。さらに、従来のマフラによって消音すると、これより上流側の排気ガスの圧力を上昇させなければならず、このためディーゼル機関等の背圧を増加させて内燃機関の燃焼効率を低下させてしまうという問題点もあった。

【０００４】本考案は、脱硝する装置が小型化できるとともに費用が安価となり、また大気の汚染を防止し、さらに内燃機関等の燃焼効率を向上させる脱硝・消音・汚染防止装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために本考案にあっては、略筒状であって前後両端側に閉止板が設けられた筐体と、前記前端側閉止板に取り付けられ、排気ガスを前記筐体内に導入するための入口管と、前記筐体内に配設された炭素繊維材と、この炭素繊維材を覆うようにして配設された網状部材と、前記後端側閉止板に取り付けられ、前記筐体内の排気ガスを外部に排気するための出口管とを備え、前記炭素繊維材に直流電源の正極側を接続するとともに前記入口管に前記直流電源の負極側を接続した構成とするものである。

【０００６】

【作用】

排気ガスに含有されるＮＯ_Xは炭素繊維材と接触すると、その触媒作用による化学吸着と解離により、Ｎ₂，ＣＯ₂およびＣＯガスに変換される。また、同時にこの装置内に噴出された排気ガスの流れは乱流であるので、これが炭素繊維材に衝突するときに渦が発生し、この発生した渦は、流れるように移動するときに網状部材と軟質多孔質材の炭素繊維フェルトまたはマットによって整流され、渦は途中で消えて層流となり、騒音エネルギーは減少して騒音の音圧レベルは低下する。また、同時に排気ガスに含まれる有害な粉じん（微粒子）が入口管に入ると網状部材に接触して負電荷粒子となる。この負電荷粒子は正電荷をもった炭素繊維材と金網によって電気的に吸着され、ＮＯ_X，すす濃度及び騒音レベルの低い排気ガスは出口管から大気へ放出される。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案を図面に基づいて説明する。図１ないし図４は本考案に係る脱硝・消音・汚染防止装置の一実施例を示す図である。

【０００８】図１において、符号１は略円筒状の筐体であり、この筐体１の前後両端側にはそれぞれ前端側閉止板２と後端側閉止板３が設けられている。前端側閉止板２にはディーゼル機関等から排出される排気ガスを筐体１内に導入するための入口管４が取り付けられている。筐体１内に位置する入口管４には騒音の共鳴を消音するための小孔５が形成されている。入口管４に入った排気ガスの大部分はこの先端の開口部から噴射される。

【０００９】筐体１内には略円筒形の炭素繊維フェルト６が配設され、この炭素繊維フェルト６の両側には１０〜１００μｍの極細線からなるステンレス製の金網７ａ，７ｂが覆うようにして配設されている。炭素繊維フェルト６の外側にはスペーサ８を介して略円筒形であって前記の径より少し大きい炭素繊維フェルト９が位置し、また前記同様に金網１０ａ，１０ｂに覆われている。筐体１と金網１０ｂとの間には電気的絶縁材１１が介装されており、また炭素繊維フェルト９には導電性材料１２が入れられている。

【００１０】入口管４の入口側であって内壁面には、図２に示すように電気的絶縁材１３が取り付けられ、この中に金属線１４が入れられ、この金属線１４には金属網（炭素繊維網でもよい）１５が取り付けられている。また、金属網１５には電池１６の負極側からの電線１７ａが接続され、電池１６の正極側からの電線１７ｂは導電性材料１２に接続されている。

【００１１】金網７ａ，７ｂの間に位置する炭素繊維フェルト６は、この金網７ａ，７ｂの前後両端側には充填されていず、この両端側は排気ガスが炭素繊維フェルト６，９間に流入するための通路１８，１９となっている。後端側閉止板３の内側には略円板状の炭素繊維フェルト２０が位置し、この炭素繊維フェルト２０も前記同様に金網２１ａ，２１ｂに覆われている。また後端側閉止板３には筐体１内の排気ガスを大気に放出するための出口管２２が取り付けられている。なお、金網７ｂについては、代りにパンチ板を用い、これにスペーサ８を取り付けてもよい。

【００１２】ディゼール機関またはガソリン機関から排出される排気ガスは入口管４を通って筐体１内に噴出されると、この中の空間２３で拡大・膨張する。この噴出された排気ガスの一部は炭素繊維フェルト２０に当たって反転し、通路１８，１９を通って炭素繊維フェルト６，９間に流入し、さらに通路１９を通って入口管４から噴出された排気ガスと合流する。空間２３内の排気ガスは出口管２２に入って大気へと放出される。

【００１３】ここで、筐体１内の入口管４の長さ（Ｌ₁）は、閉止板２から炭素繊維フェルト２０までの距離（Ｌ₂）の約１／３としている。このため、入口管４から噴射される排気ガスが炭素繊維フェルト２０を飛散させるようなことはなく、また排気ガスを適当な流速で反転させながら通路１８を通って炭素繊維フェルト６，９間に流入させている。

【００１４】排気ガスに含有されるＮＯ_Xは炭素繊維フェルト６，９と接触すると、その触媒作用による化学吸着と解離により、Ｎ₂，ＣＯ₂およびＣＯガスに変換される。すなわち、炭素繊維の触媒作用をともなった還元作用で、高温状態の窒素酸化物を窒素，炭酸ガスおよび一酸化炭素に分解する。

【００１５】２ＮＯ＋Ｃ→Ｎ₂＋ＣＯ₂，２ＮＯ＋２Ｃ→Ｎ₂＋２ＣＯまた、炭素繊維フェルト６，９は、比較的容易に生産できるピッチ系炭素繊維を用いることができるので、従来の高価な触媒に比べ安価である。さらに、炭素繊維フェルト６，９は、見かけの密度が約０．０５ｇ／ｃｍ³であり、２０００ｃｃクラスのエンジンでも約１００〜１５０ｇ程の装着でよく、この点からも安価であり、加えて軽量で取扱いが容易となっている。

【００１６】ところで、炭素繊維フェルト６，９の脱硝量は、図３に示すように酸素繊維材の燃焼温度によって異なっている。８００℃で焼成した炭素繊維材は１０００℃ ，２０００℃で焼成したものより順次脱硝率が高いが、１０００℃，２０００℃ で焼成したものに比べ順次耐久性は低くなっている。このため、この装置の耐久性という点も考慮すると、前記の焼成温度が異なる炭素繊維材を混合させた方がよい。ここで、脱硝率とは（入口ＮＯ_X濃度−出口ＮＯ_X濃度）÷入口ＮＯ_X濃度である。また、ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン，ガスエンジンの脱硝率を図４に示すが、この図４に示すようにガスエンジンの方が脱硝率が高く、順にディーゼルエンジン，ガスエンジンと低くなっている。

【００１７】一方、空間２３に噴出された排気ガスの流れは乱流であるので、これが炭素繊維フェルト６，９に衝突するときに渦が発生して、この渦による騒音を発生することになる。騒音エネルギーは前記衝突速度の約４〜６乗に比例して発生し、放散される。しかし、前記の発生した渦は、流れるように移動するときに金網７ａと軟体多孔質の炭素繊維（フェルト状，マット状）９によって整流され、渦は途中で消えて層流となり、騒音エネルギーは減少して騒音の音圧レベルは低下する。また、騒音エネルギーを持った排気ガスは金網７ａ，７ｂ，１０ａを通る際に吸音されて音圧レベルは低下する。

【００１８】ここで、炭素繊維フェルトとグラスウールにおける垂直入射法による吸音率と周波数についての計測結果を図５に示す。この図５からわかるように、周波数が高い程、吸音率が高くなる。なお、従来のマフラに用いられている鋼板は吸音率０で反射率は１．０である。また、騒音試験を行ったところ、鋼板製仕切マフラ（１３４φ×４３０ｍｍ，仕切り２段）が８０ｄＢ、圧力損失１００ｍｍＨｇであるが、８０ｇの炭素繊維フェルトが入った本装置では７３ｄＢまで下げることができ、圧力損失は９３ｍｍＨｇであった。

【００１９】排気ガスの持つ騒音エネルギーや圧力損失等を発生させる仕切板を筐体１内に配設する必要がないので、この装置の構造が簡単となり、排気ガスの圧力損失が防止される。このため、この装置より上流側の排気ガスの圧力を上昇させる必要はなくなる。したがって、ディーゼル機関等の内燃機関は排気弁開時期を遅くして、シリンダ内でガスを膨張させてピストンでクランクをまわし動力として有効に利用して燃焼効率を向上させることができる。なお、ボイラや他の燃焼室では、押込空気ファンの圧力を低下することができ、所内動力を低下することができる。

【００２０】ディーゼル機関から排出される排気ガスには黒鉛やヒュームガス等の有害な粉じん（すす状態の微粒子）が含まれているが、このすす状の微粒子が入口管４に入ると金網１５に接触して負電荷粒子となる。この負電荷粒子は正電荷をもった炭素繊維フェルト９によって電気的に吸着され、排気ガスは出口管２０から大気へ放出される。このため、排気ガスの汚染度を低下させることができる。

【００２１】ここで、ディーゼル機関の場合はこの装置の入口汚染度９６％（１．１ｇ／ｃｍ³）のものが出口において、１２Ｖで７２％（０．４９ｇ／ｃｍ³）、２４Ｖで６８％（０．４５ｇ／ｃｍ³）、５０Ｖで６５％（０．４２ｇ／ｃｍ³）に低減される。また、電池の電圧は１２Ｖで効果を表わし、１００Ｖ程度まで安全に使用することができる。低電圧でも使用できるので、トラックバス、乗用車などのバッテリでも使用することができ、火災などに対して安全である。なお、金属網１５は５，６枚とし、正極の炭素繊維フェルト９の表面積を大きくすると前記吸着効率はよくなる。また、前記正極を圧力損失を考慮して、排気ガスの流れに垂直に配設してもよい。

【００２２】ところで、この装置は内燃機関に用いた例を述べたが、ガスタービンやボイラ等の熱機関にも用いることができ、また化石燃料用燃焼炉、湯わかし器、屋外設置用暖房器、ジェットエンジン、高炉等にも用いることができる。

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、排気ガスに含まれる窒素酸化物を脱硝するのに炭素繊維材を用いたので、この装置を小型化、軽量化でき、かつ費用も安くすることができる。また、同時に炭素繊維材に直流電源の正極側を接続するとともに入口管に直流電源の負極側を接続したので、排気ガスに含まれる有害な微粒子を多く除去することができ、放出される排気ガスの大気汚染度を低下させることができる。また、同時に排気ガスの圧力損失が防止されるので、この装置より上流側の排気ガスの圧力を上昇させる必要はなくなる。したがって、内燃機関等の燃焼効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る脱硝・消音・汚染防止装置の一実
施例を示す断面図。

【図２】図１におけるＡ部分拡大断面図。

【図３】焼成温度が異なる炭素繊維材の脱硝率を示すグ
ラフ。

【図４】各エンジンの脱硝率を示すグラフ。

【図５】炭素繊維フェルトとグラスウールの吸音率を示
すグラフ。

【符号の説明】

１…筐体、２，３…閉止板、４…入口管、６，９…炭素
繊維材、７ａ，７ｂ，１０ａ，１０ｂ…金網、１６…電
池、２２…出口管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｊ 9150−3Ｇ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】略筒状であって前後両端側に閉止板が設
けられた筐体と、前記前端側閉止板に取り付けられ、排
気ガスを前記筐体内に導入するための入口管と、前記筐
体内に配設された炭素繊維材と、この炭素繊維材を覆う
ようにして配設された網状部材と、前記後端側閉止板に
取り付けられ、前記筐体内の排気ガスを外部に排気する
ための出口管とを備え、前記炭素繊維材に直流電源の正
極側を接続するとともに前記入口管に前記直流電源の負
極側を接続したことを特徴とする脱硝・消音・汚染防止
装置。