JPH078807Y2 - 脱硝・消音・汚染防止装置 - Google Patents

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７
ａ，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１００〜１
５０ｇ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１００
０℃，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，１
０ａ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）、２
４Ｖ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。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【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。