JP2004169665A - Exhaust emission control device - Google Patents

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Eiichi Hiruma
栄一 昼間
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To use anion clathrate crystal as oxidation catalyst under a state where combustion gas is continuously introduced. <P>SOLUTION: Exhaust passages 2A and 2B for exhausting combustion gas are provided with a catalyst apparatus 4 constituted of catalyst carriers 6A-6E including the anion clathrate crystal 7. The anion clathrate crystal 7 is provided with a microwave generator 10 for radiating micro wave to the anion clathrate crystal 7, and temperature control means 16 and 20 control temperature of the catalyst apparatus 4 to a regeneration temperature zone where active oxygen is regenerated in a crystal lattice of the anion clathrate crystal 7. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置、船舶、車両等の動力源に用いられるエンジンや、発電プラント、産業プラント等に装備されるボイラ等(以下、エンジン等という)から排気される燃焼ガスを浄化する排気浄化装置に関し、特に、活性酸素種(O イオンラジカル及びOイオンラジカル、以下、単に活性酸素という)を高濃度に包接するアニオン包接結晶(12CaO・7Al化合物)を触媒として排気浄化装置に利用するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、活性酸素を極めて大量に発生させることが可能なアニオン包接結晶が注目されている。アニオン包接結晶はCaとAlとOとで構成されたカゴ状の結晶格子構造(ケージ)を有しており、この結晶格子中に活性酸素を包み込んでいる。そして、アニオン包接結晶には、650℃以上の温度域では結晶格子中に包み込んでいる活性酸素を放出し、500℃付近の温度域では逆に結晶格子中に活性酸素を再生するという特性がある。
【0003】
特許文献1には、このような特性を有するアニオン包接結晶の製造方法が開示されるとともに、その好適な用途についても言及されている。特許文献1で示されたアニオン包接結晶の用途の一つに酸化触媒があり、これは活性酸素の酸化作用を利用したものである。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−3218号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、確かにアニオン包接結晶は優れた酸化触媒としての機能を有するものの、アニオン包接結晶をエンジン等で発生する燃焼ガスの浄化のための排気浄化装置に利用する場合、排気通路にそのままアニオン包接結晶を配置するだけでは十分な効果を得ることはできない。エンジン等では燃焼ガスは連続して排気されるため、その排気浄化装置には連続的な浄化能力が要求される。ところが、アニオン包接結晶は結晶格子中に包み込んでいた活性酸素を放出することで、燃焼ガス中の有害物質〔CO,HC,PM(粒子状物質)等〕を酸化させるものであるため、結晶格子中の活性酸素が全て放出されたときには酸化能力を失い、もはや排気浄化装置として機能しなくなってしまうのである。
【0006】
したがって、エンジン等の排気通路に設けられる排気浄化装置のように、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においては、アニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を維持或いは回復するための何らかの工夫が必要となる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてアニオン包接結晶を酸化触媒として利用可能にした、排気浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の排気浄化装置は、燃焼ガスを排気する排気通路に、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置を設けている。そして、アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置を備えるとともに、温度制御手段によってアニオン包接結晶の結晶格子中に活性酸素が再生される再生温度域に触媒装置の温度を制御するようにしたことを特徴としている。
【0008】
これによれば、マイクロ波の照射によりケージ(結晶格子)中の活性酸素を振動させ、活性酸素とケージとの摩擦熱によってケージを膨張させてケージから活性酸素を放出させて燃焼ガスを浄化することができる。また、触媒装置は温度制御手段によって再生温度域に制御されているため、放出が進みアニオン包接結晶内の活性酸素が減少してきたときには、マイクロ波の照射を停止することで結晶格子内に活性酸素が再生されるので、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができる。また、アニオン包接結晶そのものだけではなくアニオン包接結晶を含む触媒担体を用いることで、アニオン包接結晶が活性酸素の再生中は触媒担体の他の組成に燃焼ガスの浄化を担わせることができるので、燃焼ガスの浄化を連続して行うことができる。
【0009】
温度制御手段としては、燃焼ガスの温度が高く自然状態で触媒装置が再生温度域を超える場合には、触媒温度を再生温度域まで強制的に低下させる手段を設ければよい。逆に燃焼ガスの温度が低く自然状態で触媒装置が再生温度域に満たない場合には、温度制御手段として、触媒温度を再生温度域まで強制的に昇温する手段を設ければよい。
【0010】
触媒温度を強制的に低下させる手段としては、排気通路内に新気を導入し、新気によって触媒装置を冷却して再生温度域まで触媒装置の温度を低下させる新気導入手段が好ましい。新気の導入によって燃焼ガスの温度を低下させて触媒装置を冷却することができる。また、燃焼ガス中の水蒸気は活性酸素との反応によってOHを形成し遊離酸素を減少させるため、アニオン包接結晶内での活性酸素の再生を妨げるが、新気は燃焼ガスに比較して水蒸気量が少ないので、新気の導入によって水蒸気分圧を減少させてアニオン包接結晶内での活性酸素の再生を促進することできる。
【0011】
触媒温度を強制的に昇温する手段としては、触媒装置に導入される燃焼ガスを加熱し、触媒装置の温度を再生温度域まで昇温させる加熱手段や、触媒装置自体を加熱し、触媒装置の温度を再生温度域まで昇温させる加熱手段が好ましい。このような加熱手段を設けることで、燃焼ガスの温度が低い場合でも、アニオン包接結晶の酸化触媒として機能させることができる。より好ましくは、上記の加熱手段を設けるとともに、触媒装置を断熱材で囲んで保温するようにする。
【0012】
また、上記目的を達成するために、本発明の第2の排気浄化装置は、燃焼ガスを排気する排気通路に、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置を設けている。そして、アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置を備えるとともに、触媒装置の上流側にはプラズマ発生装置を設け、これらマイクロ波発生装置及びプラズマ発生装置の作動状態を制御手段によって触媒装置の温度に応じて制御するようにしたことを特徴としている。
【0013】
アニオン包接結晶からの活性酸素の放出速度や結晶中での活性酸素の再生速度は触媒装置の温度により変化するので、上記のようにマイクロ波発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量を適宜に調整することができる。また、プラズマ発生装置によれば、プラズマ放電によって空気中に活性酸素を生成することができるので、プラズマ発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量の低下を補うことができ、燃焼ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【0014】
制御手段による制御方法としては、具体的には以下のような制御方法を採ることができる。まず、温度センサにより触媒装置の上流の燃焼ガス温度を検出する。そして、その検出情報に基づき、燃焼ガス温度がアニオン包接結晶の活性酸素の放出温度域の下限である第1所定温度よりも低いときには、マイクロ波発生装置を制御する。また、燃焼ガス温度が上記第1所定温度よりも低く且つアニオン包接結晶の再生温度域の下限である第2所定温度よりも低いときには、さらにプラズマ発生装置を制御する。
【0015】
燃焼ガス温度が第1所定温度以上のときには、マイクロ波発生装置によらずともアニオン包接結晶から活性酸素が自然放出され、燃焼ガスの浄化が行われる。そして、第1所定温度より低いときには、マイクロ波発生装置を制御することで、アニオン包接結晶内から活性酸素を強制的に放出させて燃焼ガスの浄化を行うことができる。さらに、第2所定温度より低いときには、プラズマ発生装置を制御することで、プラズマ放電により活性酸素を生成して燃焼ガスを浄化することができ、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量の低下を補うことができる。
【0016】
この場合、より好ましくは、燃焼ガス温度が上記第2所定温度よりも低いときには、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制するようにマイクロ波発生装置を制御するようにする。これにより、アニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を持続させることができる。なお、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制するための制御方法としては、マイクロ波の照射時間を短くして且つマイクロ波の照射を間欠的に行うような制御方法や、電流又は電圧の少なくとも一方を制御することでワット数を抑制する方法が挙げられる。
【0017】
上記の第1の排気浄化装置、第2の排気浄化装置において、ともに好ましくは、触媒装置は、燃焼ガスの流れ方向に分割された複数の触媒担体からなるものとし、各触媒担体の上流側に夫々アニオン包接結晶を配置する。活性酸素は反応性が高いためにアニオン包接結晶から距離が遠いと活性酸素が行き届かなくなるが、触媒担体を燃焼ガスの流れ方向に複数配置して夫々の上流側にアニオン包接結晶を含ませることで、触媒装置内の全体に活性酸素を供給することができ、高い浄化効率を得ることができる。
【0018】
この場合、より好ましくは、触媒装置は、上流側の触媒担体を目封じの無いタイプとし、最下流の触媒担体を目封じの有るタイプとする。最下流の触媒担体を目封じタイプとすることで、上流側の触媒担体において浄化できなかったPMを最終的に捕集し、活性酸素によって浄化することができる。
また、最上流の触媒担体の上流側、及び最下流の触媒担体の下流側に夫々電磁波を遮蔽し且つ燃焼ガスの通過を許容する電磁遮蔽部材を配置するのも好ましい。これによれば、燃焼ガスの流れを妨げることなく電磁波の外部への漏洩を防止することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
(A)第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態にかかる排気浄化装置は、排気管2A,2Bに配置された触媒装置4を備えている。排気管2A,2Bは、エンジン等の図示しない排気ポートに接続され、エンジン等から排気された燃焼ガス(以下、排気ガスという)の通路(排気通路)になっている。なお、本実施形態では、排気ガスの温度は比較的低く、触媒装置4への流入時の温度が500℃に満たない場合を想定している。触媒装置4は、排気管2A,2Bの途中に介装された円筒形で金属製のケース8を有し、ケース8内には複数の触媒担体6A〜6Eが排気ガスの流れ方向に沿って配置されている。各触媒担体6A〜6Eの上流側にはアニオン包接結晶(12CaO・7Al化合物)7が設けられている。これら触媒担体6A〜6Eのうち最下流の触媒担体6Eは目封じタイプであり、他の上流側の触媒担体6A〜6Dは目封じの無いタイプになっている。以下、各触媒担体を他と区別する場合のみ符号6A〜6Eで示し、各触媒担体を区別しない場合には単に符号6で示すものとする。
【0020】
また、触媒装置4には、高電圧の印加によりマイクロ波を発生するマグネトロン10とマグネトロン10に高電圧をかける高電圧発生器11が備えられている。これらマグネトロン10と高電圧発生器11により、本発明にかかるマイクロ波発生装置が構成されている。マグネトロン10は温度上昇による効率の低下を防止するためにケース8とは別置きにされており、マグネトロン10とケース8とはマイクロ波を導く導波管9によって接続されている。導波管9のケース8への接続部は各触媒担体6のアニオン包接結晶層7が設けられている面に近接して設けられている。また、最上流の触媒担体6Aの上流側、及び、最下流の触媒担体6Eの下流側には、ケース8内の触媒担体6を挟むようにパンチングメタル(電磁遮蔽部材)5が夫々設けられている。パンチングメタル5には、電磁波が通過することができない小径の穴が多数設けられており、電磁波はパンチングメタル5によって遮蔽される一方、排気ガスはパンチングメタル5の穴を通ってケース8内を流れるようになっている。
【0021】
さらに、上流側の排気管2Aにはヒーター等の加熱装置16が取り付けられている。加熱装置16は排気管2A内を流れる排気ガスを加熱して昇温させることで、間接的に触媒装置4の内部温度を昇温させるようになっている。
高電圧発生器11と加熱装置16の制御は、本実施形態にかかる排気浄化装置を構成する制御装置20が行う。図2(a)は制御装置20による高電圧発生器11の制御内容をタイムチャートで示したものである。図2(a)に示すように、制御装置20は、高電圧発生器11によるマグネトロン10への電圧の印加(ON)と、電圧の印加の停止(OFF)とを交互に繰り返し行っている。電圧の印加によりマグネトロン10はマイクロ波を発生し、電圧の印加の停止によりマグネトロン10はマイクロ波の発生を停止する。
【0022】
また、図2(b)は触媒担体6やアニオン包接結晶層7の内部温度(以下、触媒温度)の温度変化を示すグラフである。制御装置20は、触媒温度が常に500℃付近になるように、加熱装置16を制御してケース8内に流入する排気ガスの温度を調整している。排気ガスの流量や温度の変化が小さい定常状態では、触媒担体6やアニオン包接結晶層7の内部温度はケース8内の温度に略等しいとみることができる。なお、図1では省略しているが、排気ガスの温度が一定ではなく変化している場合には、加熱装置16の上流に温度センサを備えて、排気ガスの温度に応じて加熱装置16の加熱温度を調整することもできる。本実施形態では、加熱装置16及び制御装置20により、本発明にかかる温度制御手段が構成されている。
【0023】
上記のような制御を行ったとき、アニオン包接結晶7内の結晶は次のような反応を示す。図3はアニオン包接結晶7が示す反応を模式的に示す図である。まず、初期状態として、アニオン包接結晶7は結晶格子(ケージ)内に活性酸素(O )を包み込んでいる。このとき電圧の印加によりマグネトロン10が作動してマイクロ波が発生すると、マイクロ波は導波管9を通ってケース8内に導入され、ケース8内に導入されたマイクロ波は、金属製のケース8内面やパンチングメタル5で反射しながらケース8内を進行する。マイクロ波がアニオン包接結晶7に照射されたとき、ケージ内の活性酸素はマイクロ波の極性の変化に応じて振動し、マイクロ波の電気的エネルギーは活性酸素の振動に消費される。そして、活性酸素の振動により活性酸素とケージとの間で摩擦が発生し、ケージはその摩擦熱によって膨張する。
【0024】
ケージの熱膨張によって酸素分子がケージのボトルネックを通過できるようになるため、高電圧発生器11によりマグネトロン10に高電圧が印加され、マイクロ波がアニオン包接結晶7に照射されている間、アニオン包接結晶7からは活性酸素が外部に放出され続ける。放出された活性酸素は排気ガス中の有害物質(CO,HC,PM等)と反応する。例えばPMと反応する場合にはPMを酸化して燃焼させ、COに変換する。或いは、燃焼で発生した排気ガス中のNOを酸化してNOを生成し、このNOを酸化剤として間接的に有害物質と反応する。
【0025】
アニオン包接結晶7からの活性酸素の放出は、マグネトロン10によるマイクロ波の発生が停止されることで停止する。そして、アニオン包接結晶7の温度が500℃付近に保たれることで、アニオン包接結晶7は外部から酸素を取り込み、結晶格子内に活性酸素を再生していく。
本実施形態では、図2(b)に示すように触媒温度は、アニオン包接結晶7の結晶格子中に活性酸素が再生される500℃付近の温度域(再生温度域)に常に保たれている。したがって、図2(a)に示すように電圧印加のON/OFFを繰り返してアニオン包接結晶7に周期的にマイクロ波を照射することで、ON時におけるアニオン包接結晶7からの活性酸素の放出と、OFF時におけるアニオン包接結晶7内での活性酸素の再生とが交互に繰り返される。
【0026】
なお、アニオン包接結晶7の結晶格子数は有限であるので、500℃付近の再生温度域に触媒温度が維持されると、アニオン包接結晶7中の活性酸素はやがて飽和状態になる。同様に、マイクロ波の照射が続くと、アニオン包接結晶7中の活性酸素はやがて失われることになる。そこで、制御装置20が高電圧発生器11に電圧を印加させるON時間(マイクロ波発生時間)T2は、マグネトロン10からのマイクロ波の照射に伴いアニオン包接結晶7からの活性酸素の放出が開始され、やがてアニオン包接結晶7中の活性酸素が失われるまでの時間を考慮して設定されている。また、制御装置20による高電圧発生器11のON/OFF制御の周期(マイクロ波発生のON/OFF周期)T1は、上記ON時間T2と電圧の印加を停止してからアニオン包接結晶中の活性酸素が飽和状態になるまでの時間とを考慮して設定されている。
【0027】
以上のような構成により、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、アニオン包接結晶7からの活性酸素の放出とアニオン包接結晶7内での活性酸素の再生が交互に繰り返し行われるので、排気ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶7の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができる。また、アニオン包接結晶7を触媒担体6の一部として設けることで、アニオン包接結晶7が活性酸素の再生中は触媒担体6に排気ガスの浄化を担わせることができるので、アニオン包接結晶7の放出/再生状態にかかわらず排気ガスの浄化を連続して行うことができる。
【0028】
また、活性酸素は反応性が高いためにアニオン包接結晶7からの距離が遠くなるほど活性酸素が行き届かなくなるが、本実施形態のようにアニオン包接結晶7を燃焼ガスの流れ方向に複数配置することで、ケース8内の全体に活性酸素を供給することができる。また、分割配置された触媒担体6の夫々の上流側にアニオン包接結晶7を配置し、その個所ごとに導波管9を接続してマイクロ波を導くことで、マイクロ波をアニオン包接結晶7に効率的に照射することができ、マイクロ波によるアニオン包接結晶7の昇温効率を高めることができる。さらに、本実施形態のように最下流の触媒担体6Eを目封じタイプとすることで、上流側の触媒担体6A〜6Dにおいて浄化できなかったPMを最終的に最下流の触媒担体6Eで捕集し、アニオン包接結晶7から供給される活性酸素によって酸化することができる。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ケース8内に流入したPM等の有害物質と活性酸素との反応効率を高めることができ、高い浄化効率を得ることができる。
【0029】
なお、本実施形態では加熱した排気ガスによって間接的にアニオン包接結晶7を加熱して昇温させるようにしているが、触媒装置4内にヒーター等の加熱手段を設けて、直接、アニオン包接結晶7を加熱するようにしてもよい。また、また、追加燃料を触媒装置4の上流に設けられた酸化触媒上で燃焼させることによってアニオン包接結晶7を加熱し、アニオン包接結晶7の温度を上昇させるようにしてもよい。
【0030】
(B)第2実施形態
図4は、本発明の第2実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。本実施形態では、排気ガスの温度が比較的高くて、そのまま排気ガスが触媒装置4へ流入すると触媒温度が500℃付近の再生温度域を超える場合を想定している。
【0031】
図4に示すように、本実施形態では、上流側の排気管2Aに二次エア導入管26が取り付けられている。二次エア導入管26は、その先端部が排気管2Aの内部で開口しており、後端部はコンプレッサ22に接続されている。コンプレッサ22は新気(外気)を取り込んで圧縮し、二次エアとして二次エア導入管26に送り出すようになっている。また、二次エア導入管26の途中には電磁弁24が介装されており、電磁弁24のデューティ制御によってコンプレッサ22から排気管2A内へ導入される二次エアの導入量を制御できるようになっている。
【0032】
二次エア導入管26から排気管2A内に導入された二次エアは、排気ガスと混合して触媒装置4に導入される。このとき、高温の燃焼ガスである排気ガスに対して新気である二次エアは低温であるので、その混合ガスの温度は排気ガスそのものの温度よりも低くなる。そして、排気ガスよりも低温の混合ガスは、排気ガスにより加温されていた触媒担体6やアニオン包接結晶7を冷却する冷却空気として作用する。混合ガスの排気ガスに対する温度低下幅は二次エアの導入量によって制御することができ、これは電磁弁24のデューティ比によって制御することができる。
【0033】
電磁弁24の制御は、本実施形態にかかる排気浄化装置を構成する制御装置30が行う。制御装置30は、第1実施形態と同様、触媒温度が常に500℃付近になるように、電磁弁24を制御して二次空気の導入量を調整し、ケース8内に流入する排気ガスの温度を調整している。なお、図4では省略しているが、排気ガスの温度が一定ではなく変化している場合には、二次エア導入管26の上流に温度センサを備えて、排気ガスの温度に応じて電磁弁24のデューティ比を調整することもできる。本実施形態では、コンプレッサ22,電磁弁24,二次エア導入管26及び制御装置30により、本発明にかかる温度制御手段が構成されている。また、制御装置30は高電圧発生器14も制御しており、第1実施形態と同様、高電圧発生器14による内外電極10,12間への高電圧の印加(ON)と、電圧の印加の停止(OFF)とを交互に繰り返し行っている。
【0034】
以上のような構成により、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、排気ガスの温度が高い場合でも触媒温度を500℃付近の再生温度域に維持することができる。したがって、第1実施形態と同様に、高電圧発生器14のON/OFF制御によってアニオン包接結晶7からの活性酸素の放出とアニオン包接結晶7内での活性酸素の再生が交互に繰り返し行われるので、排気ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶7の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができる。
【0035】
さらに、排気ガス中には多量の水蒸気が含まれるが、水蒸気は活性酸素との反応によってOHを形成し、アニオン包接結晶7内での活性酸素の再生に必要な遊離酸素を減少させてしまう。したがって、単に触媒温度を再生温度域に維持しても排気ガス雰囲気中では活性酸素の再生が進まない虞がある。このような虞に対し、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、冷却用の二次エアとして排気ガスに比較して水蒸気量が少ない新気(外気)を導入するので、新気の導入によってアニオン包接結晶7の周囲雰囲気中の水蒸気分圧を減少させることができ、アニオン包接結晶7内での活性酸素の再生を促進することできる。なお、新気の水蒸気量をより低減する手法としては、例えば、コンプレッサ22と電磁弁24との間に、シリカゲル(SiO・2HO)等の乾燥・脱水剤を配置すればよい。
【0036】
(C)第3実施形態
図5は、本発明の第3実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。図5に示すように、本実施形態では、第1,第2実施形態のように加熱装置や二次エア導入装置等の温度制御手段を備える代わりに、排気ガスの温度を検出する温度センサ32が上流側の排気管2Aに取り付けられている。
【0037】
また、本実施形態では、触媒担体6及びアニオン包接結晶7は排気ガスの流れ方向に沿って4組配置され、上流側の2組によって第1グループの触媒装置が形成され、下流側の2組によって第2グループの触媒装置が形成されている。そして、上流の第1グループの触媒装置を挟むようにして、上下流一対のパンチングメタル5,5が設けられ、同様に、下流の第2グループの触媒装置を挟むようにして、上下流一対のパンチングメタル5,5が設けられている。導波管9とケース8との接続部は、これら各パンチングメタル5,5間に設けられている。なお、各グループに属する触媒担体6は、第2グループの最下流の触媒担体6Eのみが目封じタイプであり、他の触媒担体6A,6B,6Dは目封じ無しタイプになっている。
【0038】
各グループの触媒装置の上流、すなわち、最上流のパンチングメタル5の上流と、中央の2つのパンチングメタル5,5間には、多数の放電板を有する内電極(陽極)12が夫々配置されている。また、ケース8の内周面には、各内電極12を取り巻くようにして円筒状の外電極(陰極)13が配設されている。そして、これら内電極12および外電極13には高電圧発生器14が接続されている。高電圧発生器14により内外電極12,13間に高電圧が印加されると、内外電極12,13間には放電が生じ、この放電のエネルギーによってケース8内の排気ガスはプラズマ状態となり活性酸素が生成される。なお、ケース8内には導波管9からマイクロ波が導入されているが、内外電極12,13はパンチングメタル5,5で規定された空間の外側に配置されているので、内外電極12,13間の放電がマイクロ波の影響を受けることはない。
【0039】
高電圧発生器(以下、プラズマ用高電圧発生器)14は、マグネトロン10に高電圧を印加するための高電圧発生器(以下、マイクロ波用高電圧発生器)11とともに、制御装置40によって制御される。制御装置40は、温度センサ32で検出された排気ガスの温度から各グループの触媒装置の内部温度(触媒温度)、より詳しくはアニオン包接結晶7の内部温度を推定し、触媒温度に応じて各高電圧発生器11,14の作動状態を制御している。
【0040】
例えば、排気ガスの温度変化の範囲が広く、触媒温度が500℃付近の再生温度域よりも高い温度域から再生温度域よりも低い温度域まで変化しているとする。触媒温度が再生温度域にある場合、具体的には、放出温度域の下限である第1所定温度よりも低く、再生温度域の下限である第2所定温度(第2所定温度<第1所定温度)以上のときには、アニオン包接結晶7内では活性酸素の再生が行われる状態にあるので、制御装置40は、マイクロ波用高電圧発生器11のON/OFF周期T1に対するマイクロ波発生時間T2の割合を大きく設定し、活性酸素の放出を促進させる。
【0041】
これに対し、触媒温度が第2所定温度よりも低い場合には、アニオン包接結晶7内での活性酸素の再生速度は大きく低下する。そこで、制御装置40は、アニオン包接結晶内の活性酸素が全て消費されてしまわないように、マイクロ波用高電圧発生器11のON/OFF周期T1に対するマイクロ波発生時間T2の割合を小さく設定して、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制する。同時に、プラズマ用高電圧発生器14を作動させて内外電極12,13間に高電圧を印加することで、ケース8内の排気ガスをプラズマ状態にして活性酸素を生成する。
【0042】
また、触媒温度が第1所定温度よりも高く650℃以上の場合には、アニオン包接結晶7はマイクロ波を照射しなくとも自然に活性酸素を放出する。そこで、制御装置40は、高電圧発生器14によるマグネトロンへの高電圧の印加を停止して、アニオン包接結晶7からの活性酸素の放出を温度上昇にともなう自然放出に委ねる。
【0043】
このように排気ガスの温度に応じてマイクロ波用高電圧発生器11の作動状態を制御することで、アニオン包接結晶7からの活性酸素の放出量を制御することができ、排気ガスの温度が大きく変化するような状況下においてもアニオン包接結晶7の酸化触媒としての機能を持続させることができる。また、排気ガスの温度に応じてプラズマ用高電圧発生器14の作動状態を制御し、プラズマ放電によって活性酸素を生成することで、アニオン包接結晶7からの活性酸素の放出量の低下を補うことができ、排気ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【0044】
なお、ここでは、2つの閾値(第1所定温度、第2所定温度)を設定し、触媒温度が再生温度域にある場合、より低い温度域にある場合、及びより高い温度域にある場合の3つの場合に場合分けしているが、触媒温度の温度域をより細かく場合分けして各高電圧発生器11,14の作動状態をより細かく制御してもよい。なお、触媒温度は、排気ガスを排出している装置が車両用エンジンである場合には、運転開始からのエンジントルクやエンジ回転速度の履歴に基づいて推定することもできる。
【0045】
また、本実施形態では、マイクロ波の照射時間によってアニオン包接結晶7からの活性酸素の放出量を制御しているが、マグネトロン10に供給するワット数の制御、すなわち電流又は電圧の少なくとも一方の制御によって、アニオン包接結晶7からの活性酸素の放出量を制御することもできる。
(D)その他
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施しうるものである。
【0046】
例えば、第1,第2実施形態にかかる排気浄化装置の運転方法は、上記の例に限定されるものではない。例えば、常に触媒温度が500℃付近の再生温度域になるように排気ガスを加熱したり二次空気を導入したりするのではなく、放電による活性酸素の放出時には加熱や二次空気の導入を停止して、放電停止後の活性酸素の再生時にのみ排気ガスを加熱したり二次空気を導入したりしてもよい。また、前回の運転終了時にアニオン包接結晶内に活性酸素を蓄えておき、運転開始後はアニオン包接結晶内に蓄えられている活性酸素を使用し、活性酸素の残存量がなくなったら500℃付近の再生温度域に触媒温度を上昇或いは低下させてアニオン包接結晶内に活性酸素を再生させるような運転方法も可能である。
【0047】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気浄化装置(第1の排気浄化装置)によれば、マイクロ波の照射によりアニオン包接結晶の結晶格子内から活性酸素を放出させて燃焼ガスを浄化することができ、放出が進み結晶格子内の活性酸素が減少してきたときには、マイクロ波の照射を停止することで結晶格子内に活性酸素が再生されるので、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができるという利点がある。
【0048】
本発明の排気浄化装置(第2の排気浄化装置)によれば、マイクロ波発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量を適宜に調整することができ、また、プラズマ発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量の低下を補うことができ、燃焼ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。
【図2】(a)は図1の制御装置による高電圧発生回路の制御内容をタイムチャートで示したものであり、(b)は触媒温度の温度変化を示すグラフである。
【図3】アニオン包接結晶が示す反応を模式的に示す図である。
【図4】本発明の第2実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
2A,2B 排気管
4 触媒装置
5 パンチングメタル
6,6A〜6E 触媒担体
7 アニオン包接結晶
8 ケース
9 導波管
10 マグネトロン
11 高電圧発生器
12 内電極(陽極)
13 外電極(陰極)
14 高電圧発生器
16 加熱装置
20,30,40 制御装置
22 コンプレッサ
24 電磁弁
26 二次エア導入管
32 温度センサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification system for purifying combustion gas exhausted from an engine used as a power source of a power generator, a ship, a vehicle, or the like, or a boiler (hereinafter referred to as an engine) provided in a power plant, an industrial plant, or the like. Regarding the device, in particular, the reactive oxygen species (O2 Ion radical and OAnion inclusion crystals (12CaO · 7Al) that contain high concentrations of ion radicals (hereinafter simply referred to as active oxygen)2O3Compound) as a catalyst in an exhaust gas purification device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attention has been focused on anion clathrate crystals capable of generating a very large amount of active oxygen. The anion clathrate crystal has a cage-like crystal lattice structure (cage) composed of Ca, Al and O, and encloses active oxygen in this crystal lattice. In addition, the anion clathrate crystal has a characteristic of releasing active oxygen wrapped in the crystal lattice in a temperature range of 650 ° C. or more, and regenerating active oxygen in the crystal lattice in a temperature range of about 500 ° C. is there.
[0003]
Patent Literature 1 discloses a method for producing an anion clathrate crystal having such characteristics, and also mentions a suitable use thereof. An application of the anion clathrate crystal disclosed in Patent Document 1 is an oxidation catalyst, which utilizes the oxidizing action of active oxygen.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-3218
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the anion clathrate crystal has a function as an excellent oxidation catalyst, when the anion clathrate crystal is used in an exhaust gas purification device for purifying combustion gas generated in an engine or the like, the anion clathrate crystal is directly placed in the exhaust passage. Sufficient effects cannot be obtained simply by arranging inclusion crystals. Since the combustion gas is continuously exhausted in an engine or the like, the exhaust purification device is required to have a continuous purification ability. However, the anion clathrate crystal oxidizes harmful substances [CO, HC, PM (particulate matter) etc.] in the combustion gas by releasing active oxygen wrapped in the crystal lattice, When all the active oxygen in the lattice is released, the oxidizing ability is lost, and the lattice no longer functions as an exhaust gas purification device.
[0006]
Therefore, in a situation in which the combustion gas is continuously introduced, such as an exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of an engine or the like, some device for maintaining or recovering the function of the anion clathrate crystal as an oxidation catalyst is used. Is required.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can use an anion clathrate crystal as an oxidation catalyst in a situation where combustion gas is continuously introduced. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first exhaust purification device of the present invention is provided with a catalyst device comprising a catalyst carrier containing an anion inclusion crystal in an exhaust passage for exhausting combustion gas. A microwave generator for irradiating microwaves to the anion clathrate crystal is provided, and the temperature of the catalyst device is controlled to a regeneration temperature range in which active oxygen is regenerated in the crystal lattice of the anion clathrate crystal by the temperature control means. It is characterized by doing so.
[0008]
According to this, active oxygen in a cage (crystal lattice) is vibrated by microwave irradiation, the cage is expanded by frictional heat between the active oxygen and the cage, and active oxygen is released from the cage to purify combustion gas. be able to. In addition, since the catalyst device is controlled to the regeneration temperature range by the temperature control means, when the release proceeds and the active oxygen in the anion clathrate decreases, the microwave irradiation is stopped to activate the catalyst in the crystal lattice. Since the oxygen is regenerated, it can be continuously used without losing the function of the anion clathrate as an oxidation catalyst even in a situation where the combustion gas is continuously introduced. In addition, by using a catalyst carrier containing not only the anion clathrate crystal itself but also the anion clathrate crystal, during the regeneration of the active oxygen, the anion clathrate crystal can cause another composition of the catalyst carrier to purify the combustion gas. Therefore, purification of the combustion gas can be performed continuously.
[0009]
When the temperature of the combustion gas is high and the catalyst device exceeds the regeneration temperature range in a natural state, means for forcibly lowering the catalyst temperature to the regeneration temperature range may be provided as the temperature control means. Conversely, when the temperature of the combustion gas is low and the catalyst device is below the regeneration temperature range in a natural state, a means for forcibly increasing the catalyst temperature to the regeneration temperature range may be provided as a temperature control means.
[0010]
As means for forcibly reducing the catalyst temperature, fresh air introduction means for introducing fresh air into the exhaust passage, cooling the catalyst device with the fresh air, and lowering the temperature of the catalyst device to the regeneration temperature range is preferable. The introduction of fresh air lowers the temperature of the combustion gas to cool the catalyst device. In addition, steam in the combustion gas is converted into OH by reaction with active oxygen.To reduce free oxygen, which hinders the regeneration of active oxygen in the anion clathrate crystal.However, fresh air has a smaller amount of steam than combustion gas, so the introduction of fresh air reduces the partial pressure of steam. As a result, the regeneration of active oxygen in the anion inclusion crystal can be promoted.
[0011]
As means for forcibly raising the temperature of the catalyst, heating means for heating the combustion gas introduced into the catalyst device to raise the temperature of the catalyst device to the regeneration temperature range, or heating the catalyst device itself, Heating means for raising the temperature to the regeneration temperature range is preferred. By providing such a heating means, even when the temperature of the combustion gas is low, it can function as an oxidation catalyst for anion inclusion crystals. More preferably, the above-described heating means is provided, and the catalyst device is surrounded by a heat insulating material to keep the temperature.
[0012]
In order to achieve the above object, the second exhaust gas purification apparatus of the present invention is provided with a catalyst device comprising a catalyst carrier containing an anion inclusion crystal in an exhaust passage for exhausting combustion gas. A microwave generator for irradiating microwaves to the anion clathrate crystal is provided, and a plasma generator is provided on the upstream side of the catalyst device, and the operating state of the microwave generator and the plasma generator is controlled by the control means by the catalyst. It is characterized in that control is performed according to the temperature of the device.
[0013]
Since the release rate of active oxygen from the anion clathrate crystal and the regeneration rate of active oxygen in the crystal change with the temperature of the catalyst device, the operating state of the microwave generator is changed according to the temperature of the catalyst device as described above. By controlling, the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal can be adjusted appropriately. Further, according to the plasma generator, active oxygen can be generated in the air by plasma discharge, and therefore, by controlling the operation state of the plasma generator according to the temperature of the catalyst device, it is possible to generate the active oxygen from the anion clathrate crystal. It is possible to compensate for a decrease in the amount of active oxygen released, and to suppress a decrease in the purification efficiency of the combustion gas.
[0014]
As the control method by the control means, specifically, the following control method can be adopted. First, the temperature of the combustion gas upstream of the catalyst device is detected by a temperature sensor. Then, based on the detected information, when the combustion gas temperature is lower than the first predetermined temperature which is the lower limit of the active oxygen release temperature range of the anion clathrate crystal, the microwave generator is controlled. When the combustion gas temperature is lower than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature which is the lower limit of the regeneration temperature range of the anion clathrate crystal, the plasma generator is further controlled.
[0015]
When the combustion gas temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature, active oxygen is spontaneously released from the anion clathrate regardless of the microwave generator, and the combustion gas is purified. When the temperature is lower than the first predetermined temperature, by controlling the microwave generator, active oxygen can be forcibly released from the inside of the anion clathrate crystal to purify the combustion gas. Further, when the temperature is lower than the second predetermined temperature, by controlling the plasma generator, active oxygen can be generated by plasma discharge to purify the combustion gas, and the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal decreases. Can be supplemented.
[0016]
In this case, more preferably, when the combustion gas temperature is lower than the second predetermined temperature, the microwave generator is controlled so as to suppress the release of active oxygen from the anion clathrate crystal. Thereby, the function of the anion clathrate crystal as an oxidation catalyst can be maintained. As a control method for suppressing the release of active oxygen from the anion clathrate crystal, a control method in which the microwave irradiation time is shortened and the microwave irradiation is performed intermittently, or a current or voltage is controlled. And controlling at least one of them to suppress the wattage.
[0017]
In the first exhaust gas purification device and the second exhaust gas purification device described above, preferably, the catalyst device is composed of a plurality of catalyst carriers divided in the flow direction of the combustion gas, and the catalyst device is provided upstream of each catalyst carrier. An anion clathrate crystal is arranged for each. Active oxygen has high reactivity, so active oxygen will not reach if it is far from the anion clathrate crystal.However, a plurality of catalyst carriers are arranged in the flow direction of the combustion gas, and an anion clathrate crystal is included on each upstream side By doing so, active oxygen can be supplied to the entire inside of the catalyst device, and high purification efficiency can be obtained.
[0018]
In this case, more preferably, in the catalyst device, the upstream-side catalyst carrier is of a type without plugging, and the downstreammost catalyst carrier is of a type with plugging. By making the lowermost catalyst carrier a plugged type, PM that could not be purified by the upstream catalyst carrier can be finally collected and purified by active oxygen.
It is also preferable to dispose electromagnetic shielding members that shield electromagnetic waves and allow the passage of combustion gas, respectively, on the upstream side of the most upstream catalyst carrier and on the downstream side of the most downstream catalyst carrier. According to this, it is possible to prevent the electromagnetic wave from leaking outside without obstructing the flow of the combustion gas.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(A) First embodiment
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of the exhaust gas purification device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the exhaust gas purification device according to the present embodiment includes a catalyst device 4 disposed in exhaust pipes 2A and 2B. The exhaust pipes 2A and 2B are connected to an exhaust port (not shown) of an engine or the like, and serve as a passage (exhaust passage) for combustion gas (hereinafter, referred to as exhaust gas) exhausted from the engine or the like. In the present embodiment, it is assumed that the temperature of the exhaust gas is relatively low and the temperature when flowing into the catalyst device 4 is less than 500 ° C. The catalyst device 4 has a cylindrical metal case 8 interposed in the middle of the exhaust pipes 2A and 2B. In the case 8, a plurality of catalyst carriers 6A to 6E are provided along the flow direction of the exhaust gas. Are located. On the upstream side of each of the catalyst supports 6A to 6E, an anion clathrate crystal (12CaO.7Al2O3Compound 7) is provided. Of these catalyst carriers 6A to 6E, the most downstream catalyst carrier 6E is of a plugged type, and the other upstream catalyst carriers 6A to 6D are of a non-plugged type. Hereinafter, only when each catalyst carrier is distinguished from the others, it is indicated by reference numerals 6A to 6E, and when each catalyst carrier is not distinguished, it is simply indicated by reference numeral 6.
[0020]
Further, the catalyst device 4 includes a magnetron 10 that generates a microwave by applying a high voltage, and a high voltage generator 11 that applies a high voltage to the magnetron 10. The magnetron 10 and the high-voltage generator 11 constitute a microwave generator according to the present invention. The magnetron 10 is provided separately from the case 8 in order to prevent a decrease in efficiency due to an increase in temperature, and the magnetron 10 and the case 8 are connected by a waveguide 9 for guiding microwaves. The connection portion of the waveguide 9 to the case 8 is provided close to the surface of each catalyst carrier 6 on which the anion inclusion crystal layer 7 is provided. A punching metal (electromagnetic shielding member) 5 is provided on the upstream side of the most upstream catalyst carrier 6A and on the downstream side of the most downstream catalyst carrier 6E so as to sandwich the catalyst carrier 6 in the case 8. I have. The punching metal 5 is provided with a large number of small-diameter holes through which electromagnetic waves cannot pass. The electromagnetic waves are shielded by the punching metal 5, while the exhaust gas flows through the holes of the punching metal 5 into the case 8. It has become.
[0021]
Further, a heating device 16 such as a heater is attached to the exhaust pipe 2A on the upstream side. The heating device 16 indirectly raises the internal temperature of the catalyst device 4 by heating and increasing the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 2A.
The control of the high-voltage generator 11 and the heating device 16 is performed by the control device 20 constituting the exhaust gas purification device according to the present embodiment. FIG. 2A is a time chart showing the control contents of the high voltage generator 11 by the control device 20. As shown in FIG. 2A, the control device 20 alternately repeats the application (ON) of the voltage to the magnetron 10 by the high voltage generator 11 and the stop (OFF) of the application of the voltage. The magnetron 10 generates the microwave by applying the voltage, and the magnetron 10 stops generating the microwave by stopping the application of the voltage.
[0022]
FIG. 2B is a graph showing a temperature change of the internal temperature of the catalyst carrier 6 and the anion clathrate crystal layer 7 (hereinafter referred to as catalyst temperature). The control device 20 controls the heating device 16 to adjust the temperature of the exhaust gas flowing into the case 8 so that the catalyst temperature is always around 500 ° C. In a steady state where changes in the flow rate and temperature of the exhaust gas are small, it can be considered that the internal temperatures of the catalyst support 6 and the anion inclusion crystal layer 7 are substantially equal to the temperature in the case 8. Although not shown in FIG. 1, when the temperature of the exhaust gas is not constant but is changing, a temperature sensor is provided upstream of the heating device 16, and the temperature of the heating device 16 is changed according to the temperature of the exhaust gas. The heating temperature can be adjusted. In the present embodiment, the heating device 16 and the control device 20 constitute a temperature control unit according to the present invention.
[0023]
When the above control is performed, the crystals in the anion clathrate crystal 7 show the following reaction. FIG. 3 is a diagram schematically showing a reaction represented by the anion clathrate crystal 7. First, as an initial state, the anion clathrate 7 contains active oxygen (O 2) in a crystal lattice (cage).2 ). At this time, when the voltage is applied to operate the magnetron 10 to generate a microwave, the microwave is introduced into the case 8 through the waveguide 9, and the microwave introduced into the case 8 is converted into a metal case. The light travels through the case 8 while being reflected by the inner surface 8 and the punching metal 5. When the microwave is applied to the anion clathrate crystal 7, the active oxygen in the cage vibrates according to the change in the polarity of the microwave, and the electric energy of the microwave is consumed for the vibration of the active oxygen. Then, friction occurs between the active oxygen and the cage due to the vibration of the active oxygen, and the cage expands due to the frictional heat.
[0024]
Since the thermal expansion of the cage allows oxygen molecules to pass through the bottleneck of the cage, a high voltage is applied to the magnetron 10 by the high voltage generator 11 while the microwave is irradiated on the anion clathrate 7 Active oxygen is continuously released from the anion clathrate crystal 7 to the outside. The released active oxygen reacts with harmful substances (CO, HC, PM, etc.) in the exhaust gas. For example, when reacting with PM, PM is oxidized and burned, and COXConvert to Alternatively, NO in the exhaust gas generated by combustion is oxidized to NO.2And this NO2Reacts indirectly with harmful substances as an oxidant.
[0025]
The release of active oxygen from the anion clathrate crystal 7 is stopped when the generation of microwaves by the magnetron 10 is stopped. When the temperature of the anion clathrate crystal 7 is maintained at around 500 ° C., the anion clathrate crystal 7 takes in oxygen from the outside and regenerates active oxygen in the crystal lattice.
In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the catalyst temperature is always kept in a temperature range around 500 ° C. (regeneration temperature range) in which active oxygen is regenerated in the crystal lattice of the anion clathrate crystal 7. I have. Therefore, as shown in FIG. 2A, the application of the voltage is repeated ON / OFF to periodically irradiate the microwave to the anion clathrate crystal 7 so that the active oxygen from the anion clathrate crystal 7 at the time of ON is turned on. The discharge and the regeneration of the active oxygen in the anion clathrate crystal 7 at the time of OFF are alternately repeated.
[0026]
Since the number of crystal lattices of the anion clathrate 7 is finite, the active oxygen in the anion clathrate 7 is saturated when the catalyst temperature is maintained in the regeneration temperature range around 500 ° C. Similarly, if the microwave irradiation continues, the active oxygen in the anion clathrate crystal 7 is eventually lost. Therefore, during the ON time (microwave generation time) T2 during which the control device 20 applies the voltage to the high voltage generator 11, the release of active oxygen from the anion clathrate crystal 7 starts with the irradiation of the microwave from the magnetron 10. The time is set in consideration of the time until active oxygen in the anion clathrate crystal 7 is lost. The ON / OFF control cycle (microwave generation ON / OFF cycle) T1 of the high voltage generator 11 by the control device 20 is the ON time T2 and the voltage in the anion clathrate crystal after stopping the application of the voltage. The time is set in consideration of the time until active oxygen becomes saturated.
[0027]
With the above configuration, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the release of active oxygen from the anion clathrate crystal 7 and the regeneration of active oxygen in the anion clathrate crystal 7 are alternately repeated. In addition, even when exhaust gas is continuously introduced, the anion clathrate 7 can be continuously used without losing its function as an oxidation catalyst. Further, by providing the anion clathrate crystal 7 as a part of the catalyst carrier 6, the catalyst carrier 6 can purify the exhaust gas during regeneration of the active oxygen by the anion clathrate crystal 7. Purification of exhaust gas can be continuously performed regardless of the state of release / regeneration of the crystal 7.
[0028]
Further, active oxygen has high reactivity, so that the active oxygen becomes more difficult to reach as the distance from the anion clathrate crystal 7 increases, but a plurality of anion clathrate crystals 7 are arranged in the flow direction of the combustion gas as in the present embodiment. By doing so, active oxygen can be supplied to the entire inside of the case 8. Further, an anion clathrate crystal 7 is arranged on the upstream side of each of the divided catalyst carriers 6, and a waveguide 9 is connected at each location to guide microwaves, thereby converting the microwaves into anion clathrate crystals. 7 can be efficiently irradiated, and the efficiency of heating the anion clathrate crystal 7 by microwaves can be increased. Furthermore, by using the plugged type of the lowermost catalyst carrier 6E as in the present embodiment, PM that could not be purified by the upper catalyst carriers 6A to 6D is finally collected by the lowermost catalyst carrier 6E. Then, it can be oxidized by the active oxygen supplied from the anion clathrate crystal 7. Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the reaction efficiency between the harmful substances such as PM flowing into the case 8 and the active oxygen can be increased, and high purification efficiency can be obtained.
[0029]
In the present embodiment, the anion clathrate crystal 7 is indirectly heated by the heated exhaust gas to raise the temperature. However, a heating unit such as a heater is provided in the catalyst device 4 to directly anion clathrate 7. The tangent crystal 7 may be heated. Further, the anion clathrate crystal 7 may be heated by burning the additional fuel on the oxidation catalyst provided upstream of the catalyst device 4 to increase the temperature of the anion clathrate crystal 7.
[0030]
(B) Second embodiment
FIG. 4 is a diagram illustrating a system configuration of an exhaust emission control device according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is assumed that the temperature of the exhaust gas is relatively high, and when the exhaust gas flows into the catalyst device 4 as it is, the catalyst temperature exceeds a regeneration temperature range around 500 ° C.
[0031]
As shown in FIG. 4, in this embodiment, a secondary air introduction pipe 26 is attached to the exhaust pipe 2A on the upstream side. The secondary air introduction pipe 26 has a front end opening inside the exhaust pipe 2 </ b> A, and a rear end connected to the compressor 22. The compressor 22 takes in fresh air (outside air), compresses it, and sends it out to the secondary air introduction pipe 26 as secondary air. An electromagnetic valve 24 is interposed in the middle of the secondary air introduction pipe 26 so that the amount of secondary air introduced from the compressor 22 into the exhaust pipe 2A can be controlled by duty control of the electromagnetic valve 24. It has become.
[0032]
The secondary air introduced into the exhaust pipe 2A from the secondary air introduction pipe 26 is mixed with the exhaust gas and introduced into the catalyst device 4. At this time, the temperature of the mixed gas becomes lower than the temperature of the exhaust gas itself, because the temperature of the secondary air, which is fresh air, is lower than the temperature of the exhaust gas itself. The mixed gas having a lower temperature than the exhaust gas acts as cooling air for cooling the catalyst support 6 and the anion clathrate crystal 7 heated by the exhaust gas. The temperature decrease width of the mixed gas with respect to the exhaust gas can be controlled by the amount of secondary air introduced, and this can be controlled by the duty ratio of the solenoid valve 24.
[0033]
The control of the electromagnetic valve 24 is performed by the control device 30 that constitutes the exhaust gas purification device according to the present embodiment. As in the first embodiment, the control device 30 controls the solenoid valve 24 to adjust the amount of secondary air introduced so that the catalyst temperature is always around 500 ° C., and controls the amount of exhaust gas flowing into the case 8. Adjusting the temperature. Although not shown in FIG. 4, when the temperature of the exhaust gas is not constant but is changing, a temperature sensor is provided upstream of the secondary air introduction pipe 26, and the electromagnetic sensor is provided in accordance with the temperature of the exhaust gas. The duty ratio of the valve 24 can also be adjusted. In the present embodiment, the compressor 22, the electromagnetic valve 24, the secondary air introduction pipe 26, and the control device 30 constitute a temperature control unit according to the present invention. Further, the control device 30 also controls the high voltage generator 14, and as in the first embodiment, the high voltage generator 14 applies a high voltage between the inner and outer electrodes 10 and 12 (ON) and applies a voltage. (OFF) is alternately repeated.
[0034]
With the configuration as described above, according to the exhaust purification device of the present embodiment, the catalyst temperature can be maintained in the regeneration temperature range around 500 ° C. even when the temperature of the exhaust gas is high. Therefore, similarly to the first embodiment, the release of active oxygen from the anion clathrate 7 and the regeneration of active oxygen in the anion clathrate 7 are alternately repeated by ON / OFF control of the high voltage generator 14. Therefore, even when exhaust gas is continuously introduced, the anion clathrate 7 can be continuously used without losing its function as an oxidation catalyst.
[0035]
Further, a large amount of water vapor is contained in the exhaust gas.Is formed, and free oxygen required for regeneration of active oxygen in the anion clathrate crystal 7 is reduced. Therefore, even if the catalyst temperature is simply maintained in the regeneration temperature range, the regeneration of active oxygen may not proceed in the exhaust gas atmosphere. In response to such a fear, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, fresh air (outside air) having a smaller amount of water vapor than the exhaust gas is introduced as the secondary air for cooling. Thereby, the partial pressure of water vapor in the atmosphere surrounding the anion clathrate crystal 7 can be reduced, and the regeneration of active oxygen in the anion clathrate crystal 7 can be promoted. As a method for further reducing the amount of water vapor of fresh air, for example, silica gel (SiO 2) is provided between the compressor 22 and the solenoid valve 24.2・ 2H2A drying / dehydrating agent such as O) may be provided.
[0036]
(C) Third embodiment
FIG. 5 is a diagram illustrating a system configuration of an exhaust emission control device according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, a temperature sensor 32 for detecting the temperature of exhaust gas is used instead of having a temperature control means such as a heating device or a secondary air introduction device as in the first and second embodiments. Is attached to the exhaust pipe 2A on the upstream side.
[0037]
In the present embodiment, the catalyst support 6 and the anion clathrate crystal 7 are arranged in four sets along the flow direction of the exhaust gas, and the first set of catalyst devices is formed by the two sets on the upstream side and the two sets on the downstream side. The sets form a second group of catalyst devices. A pair of upper and lower punching metals 5 and 5 are provided so as to sandwich the upstream first group of catalyst devices. Similarly, a pair of upper and downstream punching metals 5 and 5 are provided so as to sandwich the downstream second group of catalyst devices. 5 are provided. The connection between the waveguide 9 and the case 8 is provided between the respective punching metals 5 and 5. As for the catalyst carriers 6 belonging to each group, only the most downstream catalyst carrier 6E of the second group is of the plugged type, and the other catalyst carriers 6A, 6B, 6D are of the unplugged type.
[0038]
An inner electrode (anode) 12 having a large number of discharge plates is arranged upstream of the catalyst devices of each group, that is, upstream of the most upstream punching metal 5 and between the two central punching metals 5 and 5, respectively. I have. A cylindrical outer electrode (cathode) 13 is disposed on the inner peripheral surface of the case 8 so as to surround each inner electrode 12. A high voltage generator 14 is connected to the inner electrode 12 and the outer electrode 13. When a high voltage is applied between the inner and outer electrodes 12 and 13 by the high voltage generator 14, a discharge occurs between the inner and outer electrodes 12 and 13, and the energy of the discharge causes the exhaust gas in the case 8 to be in a plasma state and active oxygen Is generated. Although microwaves are introduced from the waveguide 9 into the case 8, the inner and outer electrodes 12, 13 are arranged outside the space defined by the punching metals 5, 5, so that the inner and outer electrodes 12, The discharge between 13 is not affected by the microwave.
[0039]
A high voltage generator (hereinafter, a high voltage generator for plasma) 14 is controlled by a control device 40 together with a high voltage generator (hereinafter, a high voltage generator for microwave) 11 for applying a high voltage to the magnetron 10. Is done. The control device 40 estimates the internal temperature (catalyst temperature) of the catalyst device of each group, more specifically, the internal temperature of the anion clathrate crystal 7 from the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 32, and according to the catalyst temperature. The operating state of each of the high voltage generators 11 and 14 is controlled.
[0040]
For example, it is assumed that the temperature change range of the exhaust gas is wide and the catalyst temperature changes from a temperature range higher than the regeneration temperature range around 500 ° C. to a temperature range lower than the regeneration temperature range. When the catalyst temperature is in the regeneration temperature range, specifically, it is lower than the first predetermined temperature which is the lower limit of the release temperature range, and is the second predetermined temperature which is the lower limit of the regeneration temperature range (the second predetermined temperature <the first predetermined temperature). When the temperature is equal to or higher than the temperature, since the active oxygen is being regenerated in the anion clathrate 7, the control device 40 sets the microwave generation time T2 with respect to the ON / OFF cycle T1 of the microwave high-voltage generator 11 to T1. Is set high to promote the release of active oxygen.
[0041]
On the other hand, when the catalyst temperature is lower than the second predetermined temperature, the regeneration rate of active oxygen in the anion clathrate crystal 7 is greatly reduced. Therefore, the control device 40 sets a small ratio of the microwave generation time T2 to the ON / OFF cycle T1 of the microwave high voltage generator 11 so that all the active oxygen in the anion clathrate crystal is not consumed. Thus, the release of active oxygen from the anion clathrate crystal is suppressed. At the same time, the high-voltage generator for plasma 14 is operated to apply a high voltage between the inner and outer electrodes 12 and 13, thereby turning the exhaust gas in the case 8 into a plasma state and generating active oxygen.
[0042]
When the catalyst temperature is higher than the first predetermined temperature and equal to or higher than 650 ° C., the anion clathrate crystal 7 naturally releases active oxygen without irradiation with microwaves. Therefore, the control device 40 stops the application of the high voltage to the magnetron by the high voltage generator 14 and leaves the release of active oxygen from the anion clathrate crystal 7 to the spontaneous release accompanying the temperature rise.
[0043]
By controlling the operating state of the microwave high-voltage generator 11 in accordance with the temperature of the exhaust gas, the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal 7 can be controlled. The function as an oxidation catalyst of the anion clathrate crystal 7 can be maintained even under a situation where the value of the anion inclusion crystal 7 greatly changes. In addition, the operating state of the high voltage generator for plasma 14 is controlled in accordance with the temperature of the exhaust gas, and active oxygen is generated by plasma discharge, thereby compensating for a decrease in the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal 7. Therefore, it is possible to suppress a decrease in exhaust gas purification efficiency.
[0044]
Here, two threshold values (a first predetermined temperature and a second predetermined temperature) are set, and when the catalyst temperature is in the regeneration temperature range, in the lower temperature range, and in the higher temperature range. Although the cases are divided into three cases, the operating state of each of the high voltage generators 11 and 14 may be controlled more finely by dividing the temperature range of the catalyst temperature into smaller cases. In addition, when the device that discharges the exhaust gas is a vehicle engine, the catalyst temperature can be estimated based on the history of the engine torque and the engine rotation speed from the start of operation.
[0045]
In this embodiment, the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal 7 is controlled by the microwave irradiation time. However, the control of the wattage supplied to the magnetron 10, that is, at least one of the current and the voltage is controlled. By controlling, the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal 7 can also be controlled.
(D) Other
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention.
[0046]
For example, the operation method of the exhaust gas purification device according to the first and second embodiments is not limited to the above example. For example, instead of heating the exhaust gas or introducing secondary air so that the catalyst temperature is always in the regeneration temperature range around 500 ° C., heating or introducing secondary air should be performed when the active oxygen is released by discharge. The exhaust gas may be heated or the secondary air may be introduced only when the active oxygen is regenerated after the discharge is stopped. At the end of the previous operation, active oxygen was stored in the anion clathrate crystal. After the operation was started, the active oxygen stored in the anion clathrate crystal was used. An operation method in which the catalyst temperature is raised or lowered to a nearby regeneration temperature range to regenerate active oxygen in the anion clathrate crystal is also possible.
[0047]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the exhaust gas purification apparatus (first exhaust gas purification apparatus) of the present invention, active oxygen is released from within the crystal lattice of the anion clathrate crystal by microwave irradiation to purify the combustion gas. When the active oxygen in the crystal lattice decreases as the release progresses and the irradiation of microwaves is stopped, the active oxygen is regenerated in the crystal lattice by stopping the microwave irradiation, so that the combustion gas is continuously introduced. There is an advantage that it can be continuously used without losing the function of the anion clathrate crystal as an oxidation catalyst even below.
[0048]
According to the exhaust gas purification device (second exhaust gas purification device) of the present invention, the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal can be reduced by controlling the operation state of the microwave generator in accordance with the temperature of the catalyst device. It can be adjusted appropriately, and by controlling the operating state of the plasma generator in accordance with the temperature of the catalyst device, it is possible to compensate for the decrease in the amount of active oxygen released from the anion clathrate crystal, It is possible to suppress a decrease in purification efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of an exhaust gas purification device according to a first embodiment of the present invention.
2 (a) is a time chart showing control contents of a high voltage generating circuit by the control device of FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a graph showing a change in catalyst temperature.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a reaction exhibited by an anion clathrate crystal.
FIG. 4 is a diagram showing a system configuration of an exhaust gas purification device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a system configuration of an exhaust gas purification device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2A, 2B exhaust pipe
4 Catalyst device
5 punching metal
6,6A-6E catalyst carrier
7 Anion clathrate crystals
8 cases
9 Waveguide
10 magnetron
11 High voltage generator
12. Inner electrode (anode)
13 outer electrode (cathode)
14 High voltage generator
16 Heating device
20, 30, 40 control device
22 Compressor
24 Solenoid valve
26 Secondary air inlet pipe
32 temperature sensor

Claims (7)

燃焼ガスを排気する排気通路に設けられ、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置と、
上記アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置と、
上記アニオン包接結晶の結晶格子中に活性酸素が再生される再生温度域に上記触媒装置の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
A catalyst device provided in an exhaust passage for exhausting combustion gas, comprising a catalyst carrier containing anion inclusion crystals;
A microwave generator for irradiating the anion clathrate with microwaves,
An exhaust gas purification apparatus comprising: a temperature control means for controlling a temperature of the catalyst device in a regeneration temperature range in which active oxygen is regenerated in a crystal lattice of the anion clathrate crystal.
燃焼ガスを排気する排気通路に設けられ、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置と、
上記アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置と、
上記触媒装置の上流側に設けられたプラズマ発生装置と、
上記マイクロ波発生装置及び上記プラズマ発生装置の作動状態を上記触媒装置の温度に応じて制御する制御手段とを備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
A catalyst device provided in an exhaust passage for exhausting combustion gas, comprising a catalyst carrier containing anion inclusion crystals;
A microwave generator for irradiating the anion clathrate with microwaves,
A plasma generator provided on the upstream side of the catalyst device,
An exhaust emission control device comprising: a control unit that controls an operation state of the microwave generation device and the plasma generation device according to a temperature of the catalyst device.
上記制御手段は、上記触媒装置の上流の燃焼ガス温度を検出する温度センサを含み、
上記制御手段は、上記温度センサの検出情報に基づき、燃焼ガス温度が上記アニオン包接結晶の活性酸素の放出温度域の下限である第1所定温度よりも低いときには、上記マイクロ波発生装置を制御するとともに、燃焼ガス温度が上記第1所定温度よりも低く且つ上記アニオン包接結晶の再生温度域の下限である第2所定温度よりも低いときには、上記プラズマ発生装置を制御することを特徴とする、請求項2記載の排気浄化装置。
The control means includes a temperature sensor that detects a temperature of a combustion gas upstream of the catalyst device,
The control means controls the microwave generator based on the detection information of the temperature sensor when the combustion gas temperature is lower than a first predetermined temperature which is the lower limit of the active oxygen release temperature range of the anion clathrate crystal. And controlling the plasma generator when the combustion gas temperature is lower than the first predetermined temperature and lower than a second predetermined temperature which is the lower limit of the regeneration temperature range of the anion clathrate crystal. An exhaust purification device according to claim 2.
上記制御手段は、燃焼ガス温度が上記第2所定温度よりも低いときには、上記アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制するように上記マイクロ波発生装置を制御することを特徴とする、請求項3記載の排気浄化装置。The control means controls the microwave generator so as to suppress the release of active oxygen from the anion clathrate when the combustion gas temperature is lower than the second predetermined temperature. Item 4. An exhaust gas purification apparatus according to Item 3. 上記触媒装置は、燃焼ガスの流れ方向に分割された複数の触媒担体からなり、各触媒担体の上流側に夫々アニオン包接結晶が配置されていることを特徴とする、請求項1又は2記載の排気浄化装置。3. The catalyst device according to claim 1, wherein the catalyst device includes a plurality of catalyst carriers divided in a flow direction of the combustion gas, and an anion clathrate crystal is disposed on an upstream side of each catalyst carrier. 4. Exhaust purification equipment. 上記触媒装置は、上流側の触媒担体が目封じの無いタイプであり、最下流の触媒担体が目封じの有るタイプであることを特徴とする、請求項5記載の排気浄化装置。6. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 5, wherein in the catalyst device, an upstream-side catalyst carrier is a non-sealing type, and a most downstream catalyst carrier is a sealing type. 上記触媒装置は、最上流の触媒担体の上流側、及び最下流の触媒担体の下流側に夫々電磁波を遮蔽し且つ燃焼ガスの通過を許容する電磁遮蔽部材を有することを特徴とする、請求項5記載の排気浄化装置。The catalyst device according to claim 1, further comprising an electromagnetic shielding member that shields electromagnetic waves and allows combustion gas to pass therethrough, on an upstream side of the most upstream catalyst carrier and on a downstream side of the most downstream catalyst carrier. An exhaust gas purification apparatus according to claim 5.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006224038A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for generating activated chemical species
JP2006224037A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and apparatus for promoting oxidation reaction
JP2007021312A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Toshiba Corp Discharge system
JP2008081376A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Denki Kagaku Kogyo Kk Device for generating active oxygen species, and method for production of active oxygen species-containing liquid
JP2016190746A (en) * 2015-03-31 2016-11-10 愛知電機株式会社 Ammonia synthesizer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006224038A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for generating activated chemical species
JP2006224037A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and apparatus for promoting oxidation reaction
JP2007021312A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Toshiba Corp Discharge system
JP2008081376A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Denki Kagaku Kogyo Kk Device for generating active oxygen species, and method for production of active oxygen species-containing liquid
JP2016190746A (en) * 2015-03-31 2016-11-10 愛知電機株式会社 Ammonia synthesizer

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