JP2013167160A - 排気ガス浄化装置と浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比べて簡単な構成からなり、浄化効果が高い浄化装置と浄化方法を提供することである。
【解決手段】４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域内で、（ａ）単一周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流に基づく電磁波により処理された電磁波処理水を、螺旋状の排ガス流路に噴霧することで排ガスを浄化処理する。螺旋状の排ガス流路にヒータを配置すると該排ガス流路内の排ガスの浄化処理がさらに向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、臭気成分などの有害成分を含む排気ガスの浄化を行う浄化装置と浄化方法に関する。

火力発電所の化石燃料を使用するボイラ、化学製品製造工場、金属精錬所、ごみ焼却炉、塗装工場、半導体製造工場から排出する排ガス及び加熱調理器、船舶用エンジン又は自動車用エンジンなどのエンジンから排出する排ガスなどの各種排ガス中には微粒、油滴をはじめ有害成分、臭気成分、油成分が含まれるが、これら有害物を効果的に除去可能な排ガス浄化のための装置が各種開発されている。

従来の脱臭・脱煙・脱油装置は図１２に示すように浄化装置１６に排ガスを導入して、該浄化装置１６内に配置した上流側から順にフィルタ１７と接触材１８を経て排ガスを浄化した後、浄化装置１６から排出する構成（図１２（ａ））、又は浄化装置１６内に配置した上流側から順にフィルタ１７とヒータ１９を経て排ガスを浄化した後、浄化装置１６から排出する構成（図１２（ｂ））が知られている。

また、特開２００２−１８００６０号公報には、生ごみの炭化室から発生する乾留ガスに空気を混合して燃焼炉で完全燃焼させて黒鉛や悪臭を大気中に漏出させない生ごみ炭化装置が開示されている。

特開２００２−１８００６０号公報

上記図１２に示す浄化装置では、フィルタ１７を通過した排ガスを接触材１８又はヒータ１９に接して浄化させるが、この浄化装置１６内を排ガスが直線的に通過するため、比較的速く浄化装置１６から排出され、効果的な浄化機能が達成されない。
また、上記特許文献記載の発明は、排ガスである乾留ガスに空気を混合して燃焼炉で完全燃焼させるという、高度な排ガスの完全燃焼技術が必要である。
本発明の課題は、従来技術に比べて簡単な構成からなり、浄化効果が高い浄化装置と浄化方法を提供することである。

本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域内で、（ａ）単一周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流に基づく電磁波により処理された電磁波処理水を、螺旋状の排ガス流路に噴霧することで排ガスを浄化処理する排ガス浄化処理方法である。

請求項２記載の発明は、螺旋状の排ガス流路内の排ガスを加熱した状態で電磁波処理水により浄化処理をする請求項１記載の排ガス浄化処理方法である。

請求項３記載の発明は、入口部から出口部に向けて導入した排ガスを螺旋状に流す螺旋状の排ガス流路と、該排ガス流路内の底部に設けた水貯留タンクと、該水貯留タンク内の水を汲み上げて排ガス流路内の出口部から入口部に向けて排ガス流路内を流す給水配管と、該給水配管に設けられた前記螺旋状の排ガス流路に沿って給水を散布するスプレーノズルと、該給水配管の上流側に巻き付けられ、４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域内で、（ａ）単一周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流を流すコイル部とを備えた排ガス浄化処理装置である。

請求項４記載の発明は、螺旋状の排ガス流路にヒータを配置した請求項３記載の排ガスを浄化処理装置である。

本発明において浄化装置に導入する排ガスとしては、化石燃料燃焼装置であるボイラ火炉、溶鉱炉、工業用火炉、化学製品製造工場、精錬所、ごみ焼却炉、塗装工場、半導体製造工場から排出する排ガス及び加熱調理器、船舶用エンジン又は自動車用エンジンなどのエンジンから排出する排ガスなどの各種排ガスである。
本発明によれば、排ガス中の微粒子が本発明の電磁波処理水で処理されることで水に吸着除去されたり、燃焼されたりして、浄化装置を排出した排ガスは浄化される。

請求項１、３記載の発明によれば、排ガスに対して本発明の電磁波処理をしない（以下、単に「未処理」ということがある）場合に比べて、本発明の４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域内で、（ａ）単一周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流に基づく電磁波により処理をする場合には排ガスの浄化が促進され、浄化装置内で微粒子の目詰まりがなく、長時間の排ガス浄化処理を行うことができる。

請求項２、４記載の発明によれば、請求項１、３記載の発明の効果に加えて、螺旋状の排ガス流路内が加熱されるので、該排ガス流路内の排ガスが電磁波処理水と直接接触して浄化処理が促進される。

本発明の実施例の排ガス浄化装置の構成（図１（ａ）と図１（ｂ））である。 浄化装置に配置する縦型の排ガス流路（図２（ａ））と横型の排ガス流路（（図２（ｂ））である。 図１の排ガス浄化装置における螺旋板の表裏面に垂直に設けた突起に帯状ヒータをジグザグ状に巻き付けて配置した斜視図である。 図３の帯状ヒータ付の螺旋板をスプレー配管に取り付けた状態の斜視図である。 本発明の電磁波発生器の回路図である。 本発明の電磁波発生器の回路図である。 図５の電磁波発生器による電磁波強度と周波数との関係図である。 図５の電磁波発生器による電磁波強度と周波数との関係図である。 図６の電磁波発生器による電磁波強度と周波数との関係図である。 図５又は図６の電磁波発生器を用いる塩化カリウム水溶液中の酸化チタン微粒子の基準ゼータ電位（未電磁波処理水中の酸化チタン微粒子のゼータ電位＝ゼロ）の変化量と周波数との関係を示す図である。 ゼータ電位測定方法の説明図である。 従来技術の排ガス浄化装置内に配置した上流側から順にフィルタと接触材を経て排ガスを浄化した後、排出する構成（図１２（ａ））と浄化装置内に配置した上流側から順にフィルタとヒータを経て排ガスを浄化した後、排出する構成（図１２（ｂ））である。

本発明の実施の形態について図面とともに説明する。
本実施例で使用する浄化装置の概略構成図を図１に示す。また、排ガス浄化装置１に導入する排ガスは、本実施例では発電用ディーゼル燃焼装置から排出する排ガスである。

図１（ａ）には排ガス浄化装置１の底部に水タンク２を設け、該水タンク２を備えた排ガス浄化装置１の一方の側壁面の底部側に排ガス入口部１ａを設け、他方の側壁面の頂部側には排ガス出口部１ｂを設けている。

また、図１（ｂ）には水タンク２の上に円筒状の排ガス浄化装置１を配置し、該円筒状の排ガス浄化装置１の底部に落下するスプレー水が流れ出て、水タンク２内に貯まる構成になっている。また円筒状の排ガス浄化装置１の一方の側壁面の底部側に排ガス入口部１ａを設け、他方の側壁面の頂部側には排ガス出口部１ｂを設けている。

図１（ａ）と図１（ｂ）に示す構成共に、排ガスの入口部１ａと出口部１ｂの間に空間には図２に示す螺旋状の排ガス流路を形成している。図１（ａ）に示す構成では図２（ａ）に示す螺旋状の排ガス流路は排ガスの入口部１ａから出口部１ｂの間で上下方向に流路が形成されており、また図１（ｂ）に示す構成では図２（ｂ）に示す螺旋状の排ガス流路は排ガスの入口部１ａから出口部１ｂの間で水平方向に流路が形成されている。

図２には図１に示す浄化装置１の一部の構成である排ガス流路７と該排ガス流路７内の中心軸にスプレーノズル４を多数備えたスプレー配管３を設けた構成を示す。図２（ａ）は縦型の排ガス流路、図２（ｂ）は横型の排ガス流路を持つ構成である。

該スプレー配管３は浄化装置１の底部に設けられた水タンク２（図１）からポンプ６で汲み上げた水を排ガス流路７内に供給する構成であり、水タンク２内からスプレー配管３に供給された水は浄化装置１内の螺旋状排ガス流路７にだけ設けられたスプレーノズル４から排ガス流路７の内部空間を流れる排ガスに向けて噴霧され、再び水タンク２内に戻る水の循環系を構成している。

また、図２に示すように螺旋状の排ガス流路７内には螺旋状の一枚の板８をスプレー配管の外周に巻き付けて、該螺旋板８で排ガス流路を螺旋状に仕切る構成である。図２（ａ）に示す構成ではスプレー配管３は上下方向を向き、図２（ｂ）に示す構成ではスプレー配管３は水平方向を向けている。

そして、いずれの場合も水タンク１（図１）内の水をスプレー配管３に供給してスプレーノズル４から噴霧させるために水タンク１からスプレー配管３に水を供給する領域に給水ポンプ６を設けている。

また、スプレー配管３の一部は浄化装置１の外部に露出しているので、その露出したスプレー配管３の外周にコイルを巻き付けたコイル部９とする。スプレー配管３に設けられたコイル部９は、浄化装置１の外側からメンテナンスを行い易いように、浄化装置１の外部に露出した位置にあるスプレー配管３に設けることが望ましい。

スプレー配管３に形成されるコイル部９は１本の電線ケーブル５を１回以上巻き付けて構成され、該電線ケーブル５には電磁波発生器１０により４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの範囲内で、（ａ）単一の周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に変化する周波数からなる交流電流を流す。

また、螺旋状の排ガス流路７内の中心軸にスプレーノズル４を多数備えたスプレー配管３が設けられるが、スプレーノズル４は排ガス流路７を構成する螺旋状の排ガス流路を仕切る螺旋板８に沿ってスプレー配管３の外周に多数配置されている。従って多数のスプレーノズル４から螺旋状に水が噴霧されて排ガスと気液接触する。

さらに、図３に示すように螺旋板８の表裏面に垂直に突起８ａを設けて、これに帯状ヒータ１１をジグザグ状に巻き付けて配置（図３には螺旋板８の表面にのみ帯状ヒータ１１を配置した斜視図を示す）しておくと、排ガスがジグザグ状の帯状ヒータ１１により流れを乱され、かつ加熱されることで帯状ヒータ１１を配置しない場合に比べて浄化機能が向上する。なお帯状ヒータ１１の両端には図示しない電源から電流を供給する端子が取り付けられている。また、図４には図３の帯状ヒータ１１付の螺旋板８をスプレー配管４に取り付けた状態の斜視図を示す。

図５と図６に示す回路を有する電磁波発生器１０から、（ａ）単一の周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流を流して排ガスに電磁波を照射する。図５に示す回路において、三角波又はのこぎり波の発振回路から発振する周波数を電圧−周波数変換回路により前記周波数を細分化し、各周波数に対応した電圧を得る。該電圧−周波数変換回路からの出力を波形整形増幅回路で電磁波強度を設定し、さらに電力を増幅させて適切な大きさの電力を得て図１に示すコイル部２に出力する。

ここで図５に示す回路を有する電磁波発生器１０は０．２〜２Ａの電流値で（ａ）図７に示すタイプの出力波形を有する、実線、破線、一点鎖線、二点鎖線などで示す６，０００，１０，０００、１６，０００又は２２，０００Ｈｚなどにピーク値を有するいずれか一つの単一の主要周波数（約４，０００〜２５，０００Ｈｚまでの間のいずれか一つの単一周波数を用いることができる）を持つ交流電流又は（ｃ）図８に示す約４，０００〜２５，０００Ｈｚ、又は約４，０００〜８，０００Ｈｚの間で時間的に周波数が変化する交流電流を流して電磁波を発生させるものであり、図６に示す回路を有する電磁波発生器１０は（ａ）図７に示す６，０００，１０，０００、１６，０００又は２２，０００Ｈｚなどにピーク値を有するいずれか一つの単一の主要周波数（約４，０００〜２５，０００Ｈｚまでの間のいずれか一つの単一周波数を用いることができる）を持つ交流電流又は（ｂ）図９に示す６，０００，１０，０００、１６，０００及び２２，０００Ｈｚなどにピーク値を有する互いに周波数の異なる複数の単一の主要周波数（約４，０００〜２５，０００Ｈｚまでの間のいずれか一つの単一周波数を用いることができる）を同時に形成する交流電流を流して電磁波を発生させるものである。
また図５又は図６に示す回路を有する電磁波発生器は共に発振する周波数に応じてゼータ電位が（＋）にも、（−）にもなり得る。

なお、電磁波強度とは空間における電磁波の強さを意味し、単位は［Ｖ／ｍ］又は［Ａ／ｍ］である。測定方法は使用目的により使い分けるが、本実施例では［Ａ／ｍ］を用いる（Ｖは電圧、Ａは電流、ｍは長さ）。また電磁波の強さは電磁波処理する排ガスの量に応じて適宜選択する。コイル部２に流す前記０．２〜２Ａの電流値に比例し、図示しない電磁波強度センサーを置いた所での磁界の大きさをこの場合の電磁波の強さ又は強度としている。

また、前記電磁波強度はコイル部２に流す電流値に比例してその大きさが変化する。
Ｐ＝Ｋ×ｉ^２×ｔ
Ｐ：被処理排ガスへの電磁波照射エネルギー［Ｗ］
ｉ：コイル部９に流れる電流［Ａ］
ｔ：照射時間［秒］
Ｋ：定数［Ｈ／ｍ^３］

図１０は、図５又は図６に示す回路を有する電磁波発生器を用いて１００Ｈｚ〜１２０ｋＨｚの周波数帯域で周波数を種々変えて、測定した各周波数の電磁波強度のピーク値と被処理水（酸化チタン微粒子を含む塩化カリウム水溶液）のゼータ電位の変化量の関係を示す。

なお、図６に示す回路を有する電磁場発生器１０を用いる変調電磁場処理装置は、ＯＳＣからの信号を任意の周波数の信号に変換するための分周器３１ａ、３１ｂと２系統へ信号を分ける分配器３２ａ、３２ｂを通し、Ｒ系統ゼネレータ３３ａ又はＳ系統ゼネレータ３３ｂに電気的に掛け合わせた後、それぞれ電力増幅器３４ａ、３４ｂによりコイル部（図示せず）に出力する。この時、信号の流れとして同一構成で２系統を持ち、例えば一つの分配器３２ａからの信号を波形ゼネレータ３３ａ、３３ｂに送ることによる同期型とそれぞれ独立した系統（図６の上段と下段）で信号をそれぞれ波形ゼネレータ３３ａ、３３ｂに送る非同期型を選択可能である。この装置は、コイル部に方形波又はサイン波を乗せた変調電磁場信号を間欠的に流すものである。
図１０に示すように電磁波処理を好ましくは約４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ付近の周波数帯域で行った場合に、被処理水のゼータ電位の変化量が大きく変化し、電磁波処理を行わない場合（未処理時）又は他の周波数帯域に電磁波強度のピーク値を示す被処理水のゼータ電位の変化量に比べて大きく低下してゼータ電位がマイナスの値を示す周波数帯域（１，０００〜１０，０００Ｈｚ）があることが分かる。
本実施例の排ガスの電磁波処理は、上記約４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ付近の周波数帯域で行うので、排ガスは浄化処理される。

なお、図１０に示すゼータ電位の測定手順は以下の（１）〜（４）に示す通りである。（１）ゼータ電位測定装置：大塚電子（株）製の電気泳動光散乱光度計ＥＬＳ−８００
（２）試料、溶質：酸化チタンのコロイド粒子（粒径１００〜２００μｍ）
溶媒：１０ｍモルのＫＣｌ水溶液
調整液：ｐＨ５．５
温度：２５℃
（３）変調電磁波発生器
図５又は図６に示す回路を有する電磁波発生器１０を用いてコイル電流を１．０アンペアで、例えば図１０に示す電磁波強度のピーク値と被処理水のゼータ電位の変化量の関係を示す電磁波等を発生させる。
（４）図１１に示すように、電磁波発生器１０からの交流電流を流すコイル部９（コイルを２０回巻き付けた塩化ビニル配管）の内部空間に前記粒子を含む試料を入れたビーカー２４を挿入した後、電磁波発生器１０などからコイル部９に１．０アンペアの電流を１分間流して処理をした。その後、ビーカー２４内の粒子を含む試料をビーカー底部に設けた流出管２５からゼータ電位測定装置２６内に送り出してゼータ電位を測定した。

コイルに流す電流の主要周波数は、０．５，２０，４０，６０，８０，・・・及び１２０ｋＨｚで行った。また、電磁波発生器１０などによる電磁波処理をしない場合にも、ビーカー２４内の粒子を含む試料を低部に設けた流出管２５からゼータ電位測定装置２６内に送り出してゼータ電位を測定した。

上記方法で得られた各周波数の電磁波強度のピーク値と被処理水のゼータ電位の変化量の関係を図１０に示すが、図１０のゼータ電位の変化量は電磁波処理を行わない場合（未処理時）のゼータ電位に対する変化量であり、１０回の測定値の平均値である。
また、図５と図６に示す回路を有する電磁波発生器で発生させる連続的に周波数の波形は方形波又はのこぎり波に限らず、サイン波、パルス波などの他の波形であってもよい。

本発明者は、この電磁波処理により周波数帯域（４，０００〜２５，０００Ｈｚ）では排ガス中の微量粒子及び電磁波を照射された電磁波処理水のゼータ電位がマイナスになりスプレー配管３のスプレーノズル４の詰まりが防止されると推定している。また、特に断らない限り、上記した（ａ）単一の周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流を流して電磁波処理を行った。

本発明の浄化装置は化石燃料燃焼装置であるボイラ火炉、溶鉱炉、工業用火炉、化学製品製造工場、精錬所、ごみ焼却炉、加熱調理器、船舶用エンジン又は自動車用エンジンなどから排出する排ガスなどの各種排ガスの浄化処理に適用できる。

１ 排ガス浄化装置 ２ 水タンク
３ スプレー配管 ４ スプレーノズル
５ 電線ケーブル ６ 給水ポンプ
７ 排ガス流路 ８ 螺旋板
９ コイル部 １０ 電磁波発生器
１１ ヒータ １６ 浄化装置
１７ フィルタ １８ 接触材
１９ ヒータ ２４ ビーカー
２５ 流出管 ２６ 電位測定装置
３１ａ，３１ｂ 分周器 ３２ａ，３２ｂ 分配器
３３ａ，３３ｂ ゼネレータ ３４ａ，３４ｂ 電力増幅器

Claims (4)

1. ４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域内で、（ａ）単一周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流に基づく電磁波により処理された電磁波処理水を、螺旋状の排ガス流路に噴霧することで排ガスを浄化処理する排ガスを浄化処理方法。
2. 螺旋状の排ガス流路内の排ガスを加熱した状態で電磁波処理水により浄化処理をする請求項１記載の排ガスを浄化処理方法。
3. 入口部から出口部に向けて導入した排ガスを螺旋状に流す螺旋状の排ガス流路と、
   該排ガス流路内の底部に設けた水貯留タンクと、
   該水貯留タンク内の水を汲み上げて排ガス流路内の出口部から入口部に向けて排ガス流路内を流す給水配管と、
   該給水配管に設けられた前記螺旋状の排ガス流路に沿って給水を散布するスプレーノズルと、
   該給水配管の上流側に巻き付けられ、４ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域内で、（ａ）単一周波数を持つ交流電流、（ｂ）互いに周波数の異なる複数の単一周波数を持つ交流電流又は（ｃ）時間的に周波数が変化する交流電流を流すコイル部と
   を備えた排ガス浄化処理装置。
4. 螺旋状の排ガス流路にヒータを配置した請求項３記載の排ガスを浄化処理装置。

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