JP2005207316A - Apparatus and method of processing exhaust gas - Google Patents

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稔 佐藤
Akira Shiragami
昭 白神
Masato Kurahashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide exhaust gas processing apparatus capable of removing unburned hydrocarbon contained in exhaust gas with high efficiency and reliability in a simple configuration. <P>SOLUTION: This exhaust gas processing apparatus includes a hydrocarbon conversion device 3 for converting at least one part of hydrocarbon in exhaust gas into carbon monoxide mainly, a catalyst purification device 4 for purifying the exhaust gas processed by the hydrocarbon conversion device 3 using a catalyst, and a conversion control device 8 for controlling the hydrocarbon conversion device 3 so as to convert at least one part of hydrocarbon in the exhaust gas into carbon monoxide mainly. A discharge plasma conversion device for converting the hydrocarbon into the carbon monoxide, or an ozone reaction device for converting the hydrocarbon into the carbon monoxide by deriving a reaction of the exhaust gas and the ozone. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関等から排気される排気ガス中の有害成分を清浄化する排気ガス処理装置および排気ガス処理方法に関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas processing apparatus and an exhaust gas processing method for purifying harmful components in exhaust gas exhausted from an internal combustion engine or the like.

自動車エンジンから排出される排気ガス中には未燃の炭化水素(hydrocarbon)が含まれている。この排気ガス中に含まれる炭化水素を浄化するためには、通常触媒が用いられている。しかし、触媒はある温度以上にならないと活性を示さない。したがって、エンジン始動直後などの触媒温度が低い状態では、排気ガス中の未燃の炭化水素の浄化は、触媒を用いることによっては充分に実現できない。   Unburned hydrocarbons are contained in the exhaust gas emitted from automobile engines. In order to purify the hydrocarbons contained in the exhaust gas, a catalyst is usually used. However, the catalyst does not show activity until a certain temperature is exceeded. Therefore, in a state where the catalyst temperature is low, such as immediately after starting the engine, purification of unburned hydrocarbons in the exhaust gas cannot be sufficiently realized by using the catalyst.

そこで、触媒の温度が活性温度に上がるまでの間、吸着剤に未燃の炭化水素を吸着させ、触媒が動作温度以上になった時点で吸着剤に吸着されている未燃の炭化水素を脱離させて触媒で浄化する排気ガス浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
あるいは、エンジンの排気ラインにプラズマ処理装置を挿入し、該プラズマ処理装置の下流側に触媒式浄化装置を接続した自動車用の排気ガス処理装置が提案されている(例えば、特許文献2および3参照)。
Therefore, the unburned hydrocarbon is adsorbed on the adsorbent until the temperature of the catalyst rises to the activation temperature, and the unburned hydrocarbon adsorbed on the adsorbent is removed when the catalyst reaches the operating temperature or higher. An exhaust gas purification device that is separated and purified by a catalyst has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Alternatively, an exhaust gas processing apparatus for automobiles in which a plasma processing apparatus is inserted into an exhaust line of an engine and a catalytic purification apparatus is connected downstream of the plasma processing apparatus has been proposed (for example, see Patent Documents 2 and 3). ).

特公平6−15016号公報(第2〜4頁、第2図)Japanese Examined Patent Publication No. 6-15016 (Pages 2-4, Fig. 2) 特開平5−98956号公報(第3〜5頁、図1、3、4)Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-99856 (pages 3 to 5, FIGS. 1, 3, and 4) 特開平6−335621号公報(第2〜5頁、図1)JP-A-6-335621 (pages 2-5, FIG. 1)

ところが、吸着剤を使用する従来の排気ガス浄化装置の場合には、触媒の温度が動作温度に上がる前に炭化水素が吸着剤から脱離したり、高温にさらされると吸着剤の性能が劣化したりするため、信頼性に欠けるという問題がある。また、このような問題を回避するために吸着剤を使用する従来の排気ガス浄化装置においては、特許文献1に示されているようにバイパス流路や切替弁などを備えた複雑な構成が必要となってしまう。   However, in the case of a conventional exhaust gas purification device using an adsorbent, if the hydrocarbon is desorbed from the adsorbent before the temperature of the catalyst rises to the operating temperature, or if it is exposed to a high temperature, the performance of the adsorbent deteriorates. Therefore, there is a problem of lack of reliability. Further, in order to avoid such a problem, the conventional exhaust gas purification apparatus using an adsorbent requires a complicated configuration including a bypass flow path and a switching valve as shown in Patent Document 1. End up.

また、プラズマ処理装置を備える前述したような従来の排気ガス処理装置は、プラズマ処理装置によって、排気ガス中の窒素酸化物(NO)を窒素(N)にして無害化したり、未燃の炭化水素を酸化によって二酸化炭素(CO)にしたりするものである。ところが、必要になる電力量が多大となるため、自動車の蓄電池の数を増やす必要が生じて燃費が悪化してしまうため、高効率化という課題を残していた。 Further, the conventional exhaust gas processing apparatus including the plasma processing apparatus described above is made harmless by converting nitrogen oxide (NO x ) in the exhaust gas to nitrogen (N 2 ), or unburned by the plasma processing apparatus. A hydrocarbon is converted into carbon dioxide (CO 2 ) by oxidation. However, since the amount of electric power required becomes large, it becomes necessary to increase the number of storage batteries of an automobile, and the fuel consumption deteriorates, so that the problem of high efficiency remains.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、排気ガス中に含まれる未燃の炭化水素を効率良く清浄化することができる排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an exhaust gas treatment apparatus and an exhaust gas treatment method capable of efficiently purifying unburned hydrocarbons contained in exhaust gas. It is intended to provide.

本発明に係る排気ガス処理装置は、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を一酸化炭素に転化する炭化水素転化装置と、前記炭化水素転化装置によって処理された排気ガスを触媒を用いて清浄化する触媒式浄化装置と、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させるように前記炭化水素転化装置を制御する転化制御装置とを、備えたものである。   The exhaust gas treatment device according to the present invention is a hydrocarbon conversion device that converts at least a part of hydrocarbons in the exhaust gas into carbon monoxide, and the exhaust gas treated by the hydrocarbon conversion device is purified using a catalyst. And a conversion control device for controlling the hydrocarbon conversion device so as to mainly convert at least a part of hydrocarbons in the exhaust gas into carbon monoxide.

本発明の排気ガス処理装置によれば、転化制御装置によって制御された炭化水素転化装置が、炭化水素を主に一酸化炭素に転化させることにより、従来のように炭化水素を二酸化炭素に添加する炭化水素転化装置に比べて少ない電力で炭化水素を転化させることができ、しかも、後続の触媒式清浄化装置は転化された一酸化炭素をエネルギー消費なしで清浄化することができるので、排気ガス処理装置全体として炭化水素を効率よく制浄化できるという効果がある。   According to the exhaust gas treatment device of the present invention, the hydrocarbon conversion device controlled by the conversion control device adds hydrocarbons to carbon dioxide as in the past by converting hydrocarbons mainly into carbon monoxide. Exhaust gas because hydrocarbons can be converted with less power compared to hydrocarbon converters, and the subsequent catalytic cleaner can clean the converted carbon monoxide without energy consumption. There is an effect that hydrocarbons can be efficiently purified and purified as a whole treatment apparatus.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。図1に示すように、このエンジン装置は、エンジン本体1から排気ガス出口6に至る排気ガスの排気経路に順に配置された、排気マニホルド2、炭化水素転化装置3、触媒式浄化装置4、および消音器5を含んで構成されている。なお、排気マニホルド2から排気ガス出口6に至るこれら各部の間は排気管7で接続されている。また、転化制御装置8は、炭化水素転化装置3を制御することによって、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine apparatus including an exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 1. As shown in FIG. 1, the engine device includes an exhaust manifold 2, a hydrocarbon conversion device 3, a catalytic purification device 4, and an exhaust gas passage disposed in order in an exhaust gas path from the engine body 1 to the exhaust gas outlet 6. The silencer 5 is included. These parts from the exhaust manifold 2 to the exhaust gas outlet 6 are connected by an exhaust pipe 7. The conversion control device 8 controls the hydrocarbon conversion device 3 to convert at least part of the hydrocarbons in the exhaust gas mainly into carbon monoxide.

エンジン本体1の内部には、シリンダー(図示せず)が数本備えられており、シリンダー内部で燃焼した排気ガスがエンジン本体1の外部に放出される。排気マニホルド2は、排気管7の一部を成し、これら複数のシリンダーから排気される排気ガスを1本にまとめるものである。排気マニホルド2によってまとめられた排気ガスは炭化水素転化装置3に導入されて転化処理を受ける。ここで言う転化処理とは、排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させることである。その後、転化により得られた一酸化炭素を含む排気ガスは、排気管7を介して触媒式浄化装置4に至り、触媒式浄化装置4内において清浄化処理される。ここで言う清浄化処理とは、排気ガスに含まれる一酸化炭素や炭化水素などを二酸化炭素へ転化することである。この触媒式浄化装置4としては、例えば、従来から使用されている蜂の巣状のセラミック基材に白金などの貴金属触媒を担持させたものを排気管の中に充填して形成されたものを用いることができる。   Several cylinders (not shown) are provided inside the engine body 1, and exhaust gas combusted inside the cylinder is released to the outside of the engine body 1. The exhaust manifold 2 forms a part of the exhaust pipe 7 and collects exhaust gases exhausted from the plurality of cylinders into one. The exhaust gas collected by the exhaust manifold 2 is introduced into the hydrocarbon conversion device 3 and subjected to conversion treatment. The conversion treatment referred to here is to convert at least part of hydrocarbons contained in the exhaust gas mainly into carbon monoxide. Thereafter, the exhaust gas containing carbon monoxide obtained by the conversion reaches the catalytic purification device 4 through the exhaust pipe 7 and is cleaned in the catalytic purification device 4. The purification treatment referred to here is conversion of carbon monoxide, hydrocarbons, and the like contained in the exhaust gas into carbon dioxide. As the catalytic purification device 4, for example, a device formed by filling an exhaust pipe with a honeycomb-shaped ceramic base material that has been conventionally used and having a noble metal catalyst such as platinum supported thereon is used. Can do.

触媒式浄化装置4で清浄化された排気ガスは、消音器5を通過して排気ガス出口6より外部へ排気される。消音器5は排気に伴う騒音を軽減する装置であり、従来から汎用されている装置を用いることができる。   The exhaust gas purified by the catalytic purification device 4 passes through the silencer 5 and is exhausted to the outside from the exhaust gas outlet 6. The silencer 5 is a device that reduces noise caused by exhaust, and a conventionally used device can be used.

図2は、実施の形態1の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の具体的な構成を示す模式図である。図2に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置は、炭化水素転化装置として放電プラズマ転化装置31を備えている。放電プラズマ転化装置31には、転化制御装置としてのプラズマ生成制御装置32を介して高電圧電源(図示せず)が接続されている。プラズマ生成制御装置32は、モニタした放電プラズマの生成状況の情報、エンジン本体1の回転数や排気ガス温度などの情報に基づいて、高電圧電源などを制御して放電プラズマ転化装置31の動作を制御することによってプラズマ生成量を制御する。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a specific configuration of an engine apparatus including the exhaust gas processing apparatus of the first embodiment. As shown in FIG. 2, the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment includes a discharge plasma conversion device 31 as a hydrocarbon conversion device. A high voltage power source (not shown) is connected to the discharge plasma conversion device 31 via a plasma generation control device 32 as a conversion control device. The plasma generation control device 32 controls the operation of the discharge plasma conversion device 31 by controlling the high voltage power source based on the monitored information on the generation status of the discharge plasma and the information such as the rotational speed of the engine body 1 and the exhaust gas temperature. The amount of plasma generation is controlled by controlling.

図3は放電プラズマ転化装置31をさらに具体的に示す一部破断斜視図である。放電プラズマ転化装置31は、排気管21を備え、その排気管21の内部を排気ガスが通過する構造になっており、例えば図3において左から右へ排気ガスを通過させることができる。この排気管21の両端部には、排気マニホルド2や排気管7が接続できるように、フランジ28を備えている。また、この排気管21の材質は絶縁物であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。   FIG. 3 is a partially broken perspective view showing the discharge plasma conversion device 31 more specifically. The discharge plasma conversion device 31 includes an exhaust pipe 21 and has a structure in which exhaust gas passes through the exhaust pipe 21. For example, the exhaust gas can be passed from left to right in FIG. At both ends of the exhaust pipe 21, flanges 28 are provided so that the exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 7 can be connected. The material of the exhaust pipe 21 may be an insulating material and is not limited to one. For example, ceramic such as aluminum oxide can be used.

排気管21の内部には、メッシュ23で固定された高電圧電極22が排気管21と同軸になるように設置されている。高電圧電極22に電圧を供給するために、高電圧電極端子22aと給電端子22bが高電圧ケーブル26によって接続されている。この給電端子22bはプラズマ生成制御装置32とケーブル(図示せず)で接続される。排気管21の周囲(外周面)には接地電極24が排気管21と接触するように取り付けてある。この接地電極24は固定ネジ27で締め付けられる。また、この固定ネジ27によって、プラズマ生成制御装置32と接続するためのケーブル(図示せず)も取り付けられる。なお、メッシュ23の材質は絶縁体であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。また、高電圧電極22および接地電極24の材質は導電体であればよく、一つに限定されるものではないが、例えばステンレスを用いることができる。   Inside the exhaust pipe 21, a high voltage electrode 22 fixed by a mesh 23 is installed so as to be coaxial with the exhaust pipe 21. In order to supply a voltage to the high voltage electrode 22, the high voltage electrode terminal 22 a and the power supply terminal 22 b are connected by a high voltage cable 26. The power supply terminal 22b is connected to the plasma generation control device 32 by a cable (not shown). A ground electrode 24 is attached to the periphery (outer peripheral surface) of the exhaust pipe 21 so as to contact the exhaust pipe 21. The ground electrode 24 is fastened with a fixing screw 27. Further, a cable (not shown) for connecting to the plasma generation control device 32 is also attached by the fixing screw 27. In addition, the material of the mesh 23 should just be an insulator, and although it is not limited to one, For example, ceramics, such as aluminum oxide, can be used. Further, the material of the high voltage electrode 22 and the ground electrode 24 may be a conductor and is not limited to one. For example, stainless steel can be used.

このように構成された放電プラズマ転化装置31において、高電圧電極22と接地電極24間に交流高電圧またはパルス状高電圧を印加することで、高電圧電極22とセラミック製排気管21の間の空間に無声放電を発生することができる。無声放電が生じる空間のガス流方向の長さは接地電極24のガス流方向の長さと同じである。つまり、接地電極24で囲まれた空間内に無声放電が生じる。この放電プラズマ転化装置に導入された排気ガスはメッシュ23を通り無声放電空間内を通過する。この通過過程で排気ガスは放電プラズマによって化学反応をする。   In the discharge plasma conversion device 31 configured as described above, an AC high voltage or a pulsed high voltage is applied between the high voltage electrode 22 and the ground electrode 24, whereby the high voltage electrode 22 and the ceramic exhaust pipe 21 are connected. Silent discharge can be generated in the space. The length in the gas flow direction of the space where silent discharge occurs is the same as the length of the ground electrode 24 in the gas flow direction. That is, silent discharge occurs in the space surrounded by the ground electrode 24. The exhaust gas introduced into this discharge plasma conversion device passes through the mesh 23 and the silent discharge space. In this passage process, the exhaust gas undergoes a chemical reaction by the discharge plasma.

次に、図3に示した上述の放電プラズマ転化装置31を用いて排気ガスを処理した実験結果について述べる。
エンジン本体1の排気ガスを次のように模擬した。
プロパン濃度:7000ppm、
濃度 :10%、
この模擬ガスを放電プラズマ転化装置31に電力を変化させながら通したところ、図4のような結果を得た。なお、この実験では、放電によって消費された電力をW[J/s]とし、模擬ガスの処理流量をQ[L/s]としたときに、排気ガス1Lあたりの処理に消費されたエネルギーW/Qという値で評価した。単位体積あたりの消費エネルギー量の増加とともに炭化水素の濃度が低下し、一酸化炭素や二酸化炭素の濃度が増加する、すなわち炭化水素が一酸化炭素や二酸化炭素に転化される割合が増加していくことがわかる。また、その時の一酸化炭素と二酸化炭素の割合は一酸化炭素の方がはるかに多くなっている。単位体積あたりの消費エネルギーが40[J/L]で炭化水素の約半分が転化されて、その大部分は一酸化炭素へと変化している。
Next, the experimental results of treating exhaust gas using the above-described discharge plasma conversion device 31 shown in FIG. 3 will be described.
The exhaust gas of the engine body 1 was simulated as follows.
Propane concentration: 7000 ppm,
O 2 concentration: 10%,
When this simulated gas was passed through the discharge plasma conversion device 31 while changing the electric power, the result shown in FIG. 4 was obtained. In this experiment, when the electric power consumed by the discharge is W [J / s] and the processing flow rate of the simulated gas is Q [L / s], the energy W consumed for the processing per 1 L of the exhaust gas. / Q was evaluated as a value. As the amount of energy consumed per unit volume increases, the concentration of hydrocarbons decreases and the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide increases, that is, the rate at which hydrocarbons are converted to carbon monoxide and carbon dioxide increases. I understand that. In addition, the ratio of carbon monoxide and carbon dioxide at that time is much higher in carbon monoxide. When the energy consumption per unit volume is 40 [J / L], about half of the hydrocarbons are converted, and most of them are converted to carbon monoxide.

単位体積あたりの消費エネルギーが40[J/L]の場合、エンジン本体1からの排気ガス流量を10[L/sec]とすると必要電力は400[W]となり、従来いわれている1[kW]程度以上の必要電力に比べて低消費電力の放電プラズマ転化装置となる。これは炭化水素を一酸化炭素まで転化することを目的としているためであり、二酸化炭素までの酸化を行う場合には、さらに数倍の消費電力が必要となる。   When the energy consumption per unit volume is 40 [J / L], if the exhaust gas flow rate from the engine body 1 is 10 [L / sec], the required power is 400 [W], which is 1 [kW], which is conventionally known. It becomes a discharge plasma conversion device with low power consumption as compared with the required power of more than about. This is because the purpose is to convert hydrocarbons to carbon monoxide, and when oxidizing to carbon dioxide, several times more power is required.

なお、放電プラズマ転化装置31は、排気ガス内の少なくとも一部の炭化水素が前述したように主に一酸化炭素に転化されるように、転化制御装置としてのプラズマ生成制御装置32によって制御されている。さらに具体的には、プラズマ生成制御装置32によるこの制御は、例えば、放電プラズマ転化装置31における、排気ガスの単位体積あたりの消費エネルギーを制御することによって行われる。このように、プラズマ生成制御装置32は、炭化水素を主に一酸化炭素に転化させるようにプラズマ生成制御装置32によって制御されるため、炭化水素を二酸化炭素にまで転化させるように動作する場合よりも必要とするエネルギーが遥かに少ない。   The discharge plasma conversion device 31 is controlled by a plasma generation control device 32 as a conversion control device so that at least a part of the hydrocarbons in the exhaust gas is mainly converted into carbon monoxide as described above. Yes. More specifically, this control by the plasma generation control device 32 is performed, for example, by controlling the energy consumption per unit volume of the exhaust gas in the discharge plasma conversion device 31. As described above, since the plasma generation control device 32 is controlled by the plasma generation control device 32 so as to mainly convert hydrocarbons to carbon monoxide, the case where the plasma generation control device 32 operates so as to convert the hydrocarbons to carbon dioxide. Requires much less energy.

また、エンジン本体1からの排気ガスが排気マニホルド2を通って放電プラズマ転化装置31を通過するときの排気ガスの温度は、エンジン本体1のスタート時には低温であるが、高速走行するほど高温になる。排気ガスの温度が高くなると、放電プラズマ転化装置31における炭化水素の転化率は向上する。なお、放電プラズマ転化装置31は、高温にさらされても性能が劣化したりすることがない。   Further, the temperature of the exhaust gas when the exhaust gas from the engine body 1 passes through the discharge plasma conversion device 31 through the exhaust manifold 2 is low when the engine body 1 is started, but becomes higher as the vehicle runs at a higher speed. . When the temperature of the exhaust gas increases, the hydrocarbon conversion rate in the discharge plasma conversion device 31 is improved. Note that the performance of the discharge plasma conversion device 31 does not deteriorate even when exposed to high temperatures.

次に、本実施の形態の触媒式浄化装置4について説明する。触媒式浄化装置4に、一般的に使用されているような蜂の巣状のセラミック基材に貴金属系、中でも白金(Pt)を担持した触媒を使用した場合の触媒式浄化装置4の浄化率の温度特性を図5に示す。この図に示すように、炭化水素の代表であるプロパンは300℃程度にならないと完全に浄化されないのに対して、一酸化炭素は約80℃で浄化率が50%に達し、100℃でほぼ100%浄化される。なお、本実施の形態の触媒式清浄化装置4は、排気ガスの熱を利用して動作するため、その動作のためにエネルギー消費を伴うことなく一酸化炭素を清浄化することができる。   Next, the catalytic purification device 4 of the present embodiment will be described. The temperature of the purification rate of the catalytic purification device 4 when the catalyst purification device 4 uses a catalyst having a honeycomb-like ceramic base material that is generally used and supporting a noble metal, particularly platinum (Pt). The characteristics are shown in FIG. As shown in this figure, propane, which is a representative hydrocarbon, cannot be completely purified unless it reaches about 300 ° C., whereas carbon monoxide reaches a purification rate of 50% at about 80 ° C., and almost 100% at 100 ° C. 100% purified. In addition, since the catalyst type cleaning apparatus 4 of this Embodiment operate | moves using the heat | fever of exhaust gas, it can clean carbon monoxide without energy consumption for the operation | movement.

触媒式浄化装置4における処理温度は、放電プラズマ転化装置31が無い場合には炭化水素を直接浄化することができる300℃まで触媒温度を昇温しなければならない。しかし、触媒式浄化装置4は、その上流で放電プラズマ転化装置31を用いる場合には主に一酸化炭素を二酸化炭素に無害化する処理を行えばよくなるため、放電プラズマ転化装置31によって炭化水素が環境基準を満足するために適切な割合まで一酸化炭素に転化されていれば、前述したように触媒式浄化装置4を100℃以下の処理温度で動作させても放電プラズマ転化装置31を経た排気ガスを清浄化することができる。したがって、放電プラズマ転化装置31と触媒式浄化装置4とを用いる本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、エンジン本体1のスタート直後のように低い温度であっても炭化水素を含む排気ガスを清浄化できる。その結果、本実施の形態の排気ガス処理装置は、エンジン本体1や排気ガス処理装置が低温の場合でも確実に排気ガスを清浄化できる信頼性の高い排気ガス処理装置となる。   The treatment temperature in the catalytic purification device 4 must be raised to 300 ° C. at which the hydrocarbon can be directly purified in the absence of the discharge plasma conversion device 31. However, the catalytic purification device 4 has only to perform a treatment for detoxifying carbon monoxide to carbon dioxide when the discharge plasma conversion device 31 is used upstream thereof. As long as it has been converted to carbon monoxide to an appropriate ratio in order to satisfy the environmental standards, as described above, even if the catalytic purification device 4 is operated at a processing temperature of 100 ° C. or less, the exhaust gas passed through the discharge plasma conversion device 31 is exhausted. The gas can be cleaned. Therefore, according to the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment using the discharge plasma conversion device 31 and the catalytic purification device 4, the carbonization is performed even at a low temperature immediately after the start of the engine body 1. Exhaust gas containing hydrogen can be cleaned. As a result, the exhaust gas treatment device of the present embodiment is a highly reliable exhaust gas treatment device that can reliably clean the exhaust gas even when the engine body 1 or the exhaust gas treatment device is at a low temperature.

なお、触媒式浄化装置4で一酸化炭素が無害化(酸化)される反応は発熱を伴うため触媒式浄化装置4の触媒の温度上昇は二酸化炭素が送り込まれる場合より速くなり、炭化水素を直接二酸化炭素に転化できる300℃に早期に達するようになる。したがって、放電プラズマ転化装置31で転化されなかった炭化水素を浄化できるようになるまでの時間は加熱や排気ガスの熱による温度上昇のみに頼る場合に比べて早くなる。その結果、触媒式浄化装置4のみの使用によって炭化水素を転化させることが早期に可能となり、放電プラズマ転化装置31への給電を早期に切断するようにすることによって、それに伴う省エネルギー効果を得ることもできる。   In addition, since the reaction in which carbon monoxide is rendered harmless (oxidized) in the catalytic purification device 4 is accompanied by heat generation, the temperature rise of the catalyst of the catalytic purification device 4 is faster than when carbon dioxide is fed, and the hydrocarbon is directly removed. It quickly reaches 300 ° C., which can be converted to carbon dioxide. Therefore, the time until it becomes possible to purify the hydrocarbons that have not been converted by the discharge plasma conversion device 31 is faster than when relying solely on the temperature rise due to heating or the heat of the exhaust gas. As a result, it is possible to convert hydrocarbons at an early stage by using only the catalytic purifier 4 and to obtain an energy saving effect associated with the power supply to the discharge plasma converter 31 being cut off at an early stage. You can also.

また、エンジン本体1からの排気ガスが排気マニホルド2を通って放電プラズマ転化装置31そして触媒式浄化装置4を通過するときの排気ガスの温度は、エンジン本体1のスタート時には低温であるが、高速走行するほど高温になる。排気ガスの温度が高くなると、触媒式浄化装置4における浄化率は向上し、所定温度例えば300度以上になると触媒式浄化装置4だけで炭化水素を無害化することが可能となる。したがって、触媒式浄化装置またはその付近における排気ガスの温度を検出する温度センサを設け、その検出温度が所定の温度になった場合には、省エネルギーの観点から転化制御装置としてのプラズマ生成制御装置32による制御によって放電プラズマ転化装置31への電力供給をストップするようにしてもよい。あるいは、エンジンのスタートから所定時間が経過したときに触媒式浄化装置における排気ガスの温度が所定温度に達したものと推定し、プラズマ生成制御装置32による制御によって放電プラズマ転化装置31への電力供給をストップするようにしてもよい。このようにして、本実施の形態の排気ガス処理装置における効率をさらに高めることができる。   The exhaust gas temperature when the exhaust gas from the engine body 1 passes through the discharge manifold 2 and the discharge plasma conversion device 31 and the catalytic purification device 4 is low when the engine body 1 is started, but is high speed. The higher the temperature, the higher the temperature. When the temperature of the exhaust gas is increased, the purification rate in the catalytic purification device 4 is improved, and when it reaches a predetermined temperature, for example, 300 ° C. or more, the hydrocarbon can be rendered harmless only by the catalytic purification device 4. Therefore, a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas at or near the catalytic purification device is provided, and when the detected temperature reaches a predetermined temperature, the plasma generation control device 32 as a conversion control device from the viewpoint of energy saving. The power supply to the discharge plasma conversion device 31 may be stopped by the control according to. Alternatively, it is estimated that the temperature of the exhaust gas in the catalytic purification device has reached a predetermined temperature when a predetermined time has elapsed from the start of the engine, and power is supplied to the discharge plasma conversion device 31 by the control of the plasma generation control device 32 May be stopped. In this way, the efficiency in the exhaust gas treatment device of the present embodiment can be further increased.

このように、放電プラズマ転化装置31と触媒式浄化装置4とを用いる本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法では、プラズマ生成制御装置32によって制御された放電プラズマ転化装置31に排気ガスを流すことで炭化水素が一酸化炭素に転化され、その一酸化炭素は放電プラズマ転化装置31の下流に位置する触媒式浄化装置4を通過することで二酸化炭素へと無害化される。すなわち、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法では、プラズマ生成制御装置32によって制御された放電プラズマ転化装置31によって排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させ、放電プラズマ転化装置31によって処理された排気ガスを触媒式浄化装置4によって清浄化させる。放電プラズマ転化装置31が炭化水素などを含む排気ガスを一酸化炭素に転化させる場合に必要とするエネルギーは、炭化水素などを含む排気ガスを二酸化炭素などに直接清浄化する場合に放電プラズマ転化装置31が必要とするエネルギーに比べて遙かに少ない。しかも、後続の触媒式清浄化装置4は、排気ガスの熱を利用して動作するため、エネルギー消費を伴うことなく、一酸化炭素を清浄化することができる。   As described above, in the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment using the discharge plasma conversion device 31 and the catalytic purification device 4, the exhaust gas is exhausted to the discharge plasma conversion device 31 controlled by the plasma generation control device 32. By flowing the gas, hydrocarbons are converted into carbon monoxide, and the carbon monoxide is rendered harmless to carbon dioxide by passing through the catalytic purification device 4 located downstream of the discharge plasma conversion device 31. That is, in the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment, at least a part of hydrocarbons in the exhaust gas is mainly converted to carbon monoxide by the discharge plasma conversion device 31 controlled by the plasma generation control device 32. The exhaust gas that has been converted and processed by the discharge plasma conversion device 31 is cleaned by the catalytic purification device 4. The energy required when the discharge plasma conversion device 31 converts the exhaust gas containing hydrocarbons or the like into carbon monoxide is the discharge plasma conversion device when the exhaust gas containing hydrocarbons or the like is directly cleaned into carbon dioxide or the like. Much less than the energy required by 31. Moreover, since the subsequent catalytic cleaning device 4 operates using the heat of the exhaust gas, carbon monoxide can be cleaned without energy consumption.

なお、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法が用いられるエンジン本体1の種類は従来のガソリンエンジンに限定されるものではなく、ディーゼルエンジンやガソリン用リーンバーンエンジンに本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法を使用することもできる。従来のガソリンエンジンの場合は、排気ガス中に含まれる酸素の濃度は極めて低いのに対して、ディーゼルエンジンやガソリンリーンバーンエンジンの場合、炭化水素や一酸化炭素に加えて、数%〜10%程度の酸素が排気ガス中に含まれる。このように排気ガス中における酸素濃度が高いと、放電プラズマ転化装置31における転化(酸化反応)が進みやすいため、放電プラズマ転化装置31の効率は高くなる。また、従来のガソリンエンジンからの排気ガスを処理対象とする場合、放電プラズマ転化装置31の上流側(前段)で空気を混合するように構成し、放電プラズマ転化装置31における転化(酸化反応)を促進するようにしてもよい。これによって本実施の形態の排気ガス処理装置における効率をさらに高めることができる。   Note that the type of the engine body 1 in which the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment is used is not limited to a conventional gasoline engine, and the present embodiment is applied to a diesel engine or a lean burn engine for gasoline. It is also possible to use the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method. In the case of conventional gasoline engines, the concentration of oxygen contained in the exhaust gas is extremely low, whereas in the case of diesel engines and gasoline lean burn engines, in addition to hydrocarbons and carbon monoxide, several percent to 10% Some degree of oxygen is contained in the exhaust gas. When the oxygen concentration in the exhaust gas is high in this way, the conversion (oxidation reaction) in the discharge plasma conversion device 31 tends to proceed, so that the efficiency of the discharge plasma conversion device 31 increases. When exhaust gas from a conventional gasoline engine is to be treated, air is mixed on the upstream side (previous stage) of the discharge plasma conversion device 31, and conversion (oxidation reaction) in the discharge plasma conversion device 31 is performed. It may be promoted. As a result, the efficiency in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment can be further increased.

以上のように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、炭化水素転化装置としての放電プラズマ転化装置31は、炭化水素を主に一酸化炭素に転化させるように転化制御装置としてのプラズマ生成制御装置32によって制御されるため、炭化水素を二酸化炭素にまで転化させる場合よりも遥かに少ないエネルギーで動作させることができる。そして、後続の触媒式清浄化装置4は、排気ガスの熱を利用して動作するため、その動作のためにエネルギー消費を伴うことなく一酸化炭素を清浄化することができる。したがって、本実施の形態の排気ガス処理装置は、炭化水素などを含む排気ガスを炭化水素転化装置によって直接二酸化炭素などに清浄化する場合に比べて、遙かに少ないエネルギー消費で炭化水素を含む排気ガスを清浄化することができ効率が良いという効果が得られる。   As described above, according to the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment, the discharge plasma conversion device 31 as the hydrocarbon conversion device converts the hydrocarbons mainly into carbon monoxide. Since it is controlled by the plasma generation control device 32 as a control device, it can be operated with much less energy than when hydrocarbons are converted to carbon dioxide. Since the subsequent catalytic cleaning device 4 operates using the heat of the exhaust gas, carbon monoxide can be cleaned without energy consumption for the operation. Therefore, the exhaust gas treatment device of the present embodiment contains hydrocarbons with much less energy consumption than when exhaust gas containing hydrocarbons or the like is directly purified to carbon dioxide or the like by a hydrocarbon conversion device. The exhaust gas can be purified, and an effect of high efficiency can be obtained.

また、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、触媒式浄化装置4の前段として炭化水素転化装置としての放電プラズマ転化装置31を用いているため、触媒式浄化装置4の前段として吸着剤を備えた装置を用いる場合のように、放電プラズマ転化装置31が炭化水素を直接無害化できる温度に達する前に吸着剤に吸着された炭化水素が離脱してしまったりする可能性がなく、高い信頼性で排気ガスを処理することができるという効果が得られる。さらに、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、触媒式浄化装置4の前段として放電プラズマ転化装置31を用いているため、触媒式浄化装置4の前段として吸着剤を備えた装置を用いる場合のように、吸着剤が熱により劣化し十分な動作を行えなくなることもなく、この点でも高い信頼性で高い排気ガスを処理することができるという効果が得られる。   Further, according to the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment, since the discharge plasma conversion device 31 as the hydrocarbon conversion device is used as the preceding stage of the catalytic purification device 4, the catalytic purification device 4. As in the case of using an apparatus equipped with an adsorbent as the preceding stage, the hydrocarbons adsorbed on the adsorbent may be detached before the discharge plasma conversion device 31 reaches a temperature at which the hydrocarbon can be directly detoxified. Therefore, the exhaust gas can be treated with high reliability. Furthermore, since the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment uses the discharge plasma conversion device 31 as the previous stage of the catalytic purification device 4, an adsorbent is provided as the previous stage of the catalytic purification device 4. As in the case of using the apparatus, the adsorbent is not deteriorated by heat and cannot perform a sufficient operation, and also in this respect, it is possible to treat high exhaust gas with high reliability.

さらに、本実施の形態の排気ガス処理装置によれば、触媒式浄化装置4の前段として放電プラズマ転化装置31を用いており、放電プラズマ転化装置31は、高温にさらされても性能が劣化したりすることがないため、触媒式浄化装置4の前段として高温によって劣化する可能性がある吸着剤を備えた装置を用いる排気ガス処理装置の場合のように、排気ガスが高温となったときに迂回させるための構成を必要としない。したがって、本実施の形態の排気ガス処理装置は、触媒式浄化装置の前段として吸着剤を備えた装置を用いる場合に比べて、単純な構成の排気ガス処理装置となるという効果が得られる。   Furthermore, according to the exhaust gas treatment device of the present embodiment, the discharge plasma conversion device 31 is used as a front stage of the catalytic purification device 4, and the performance of the discharge plasma conversion device 31 deteriorates even when exposed to high temperatures. When the exhaust gas becomes hot, as in the case of an exhaust gas treatment device using an apparatus equipped with an adsorbent that may be deteriorated by high temperature as the previous stage of the catalytic purification device 4 No configuration is required to bypass. Therefore, the exhaust gas treatment device of the present embodiment is advantageous in that it becomes an exhaust gas treatment device having a simple configuration as compared with the case where a device equipped with an adsorbent is used as a preceding stage of the catalytic purification device.

実施の形態2.
図6は、実施の形態2の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の要部の構成を模式的に示す部分断面図であり、エンジン本体1の内部のシリンダー部およびその付近を示している。前述した実施の形態1では、放電プラズマ転化装置31を排気マニホルド2の下流(後段)側に接続したが、本実施の形態では、排気マニホルド2の上流(前段)側、すなわちエンジン本体1に直に放電プラズマ転化装置31を接続している。なお、本実施の形態における排気ガス処理装置は、炭化水素転化装置として放電プラズマ転化装置31を備えている。他の構成は、実施の形態1と同様であるので、以下では、主に実施の形態1との相違点について説明する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of an engine apparatus provided with the exhaust gas processing apparatus of the second embodiment, and shows a cylinder part inside the engine body 1 and its vicinity. In the first embodiment described above, the discharge plasma conversion device 31 is connected to the downstream (rear stage) side of the exhaust manifold 2, but in this embodiment, the discharge plasma conversion device 31 is directly connected to the upstream (front stage) side of the exhaust manifold 2, that is, directly to the engine body 1. A discharge plasma conversion device 31 is connected to the above. Note that the exhaust gas treatment device in the present embodiment includes a discharge plasma conversion device 31 as a hydrocarbon conversion device. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described below.

図6に示すように、エンジン本体1は、ピストン130、吸気バルブ131、排気バルブ132、吸気管133、排気管134を備えている。ここではエンジン本体1の動作についての説明は省略し、排気ガスの排気経路(排気ガス流路)と放電プラズマ転化装置31の配置について説明する。エンジン本体1が動作することによって排気管134を通って高温排気ガスがエンジン本体1の外部へ排気される。エンジン本体1の出口には、放電プラズマ転化装置31が接続されており、その後段には排気マニホルド200が接続されている。なお、この排気マニホルド200の全ては図示していないが、この排気マニホルド200は、複数のシリンダーにそれぞれ対応するように備えられた複数の排気ガス転化装置31からの排気ガスを1本の排気管にまとめる構成となっている。この排気マニホルド200の後段には、排気管7が接続されており、排気管7より下流は図1または図2と同じ構成となっている。なお、図示していないが、実施の形態1と同様に、放電プラズマ転化装置31はプラズマ生成制御装置32に接続されている。   As shown in FIG. 6, the engine body 1 includes a piston 130, an intake valve 131, an exhaust valve 132, an intake pipe 133, and an exhaust pipe 134. Here, the description of the operation of the engine body 1 is omitted, and the arrangement of the exhaust gas exhaust path (exhaust gas flow path) and the discharge plasma conversion device 31 will be described. When the engine body 1 operates, the high-temperature exhaust gas is exhausted to the outside of the engine body 1 through the exhaust pipe 134. A discharge plasma conversion device 31 is connected to the outlet of the engine body 1, and an exhaust manifold 200 is connected to the subsequent stage. Although not all of the exhaust manifold 200 is shown in the figure, the exhaust manifold 200 supplies exhaust gas from a plurality of exhaust gas conversion devices 31 provided so as to correspond to a plurality of cylinders to one exhaust pipe. It is the composition put together. An exhaust pipe 7 is connected to the rear stage of the exhaust manifold 200, and the downstream side of the exhaust pipe 7 has the same configuration as that shown in FIG. Although not shown, the discharge plasma conversion device 31 is connected to the plasma generation control device 32 as in the first embodiment.

次に動作について説明する。エンジン本体1内の排気管134を通過した排気ガスは、放電プラズマ転化装置31に導入される。この時、エンジン本体1から排気されたばかりの高温状態の排気ガスが放電プラズマ転化装置31に導入されるので、排気ガスが高温の状態で放電プラズマ処理を行うことができる。この転化処理によって、排気ガス中の少なくとも一部の炭化水素が主に一酸化炭素に転化される。なお、この転化処理においては、実施の形態1と同様に、プラズマ生成制御装置32によって、例えば、放電プラズマ転化装置31における、排気ガスの単位体積あたりの消費エネルギーを制御することによって炭化水素を主に一酸化炭素に転化させる。放電プラズマ転化装置31を経た排気ガスは、複数のシリンダーからのものが排気マニホルド200によってまとめられ、排気管7を介して触媒式浄化装置4に導入される。   Next, the operation will be described. Exhaust gas that has passed through the exhaust pipe 134 in the engine body 1 is introduced into the discharge plasma conversion device 31. At this time, since the exhaust gas in a high temperature state just exhausted from the engine body 1 is introduced into the discharge plasma conversion device 31, the discharge plasma treatment can be performed in a state where the exhaust gas is at a high temperature. By this conversion treatment, at least some of the hydrocarbons in the exhaust gas are mainly converted into carbon monoxide. In this conversion process, as in the first embodiment, the plasma generation control device 32 controls the hydrocarbons mainly by controlling the energy consumption per unit volume of the exhaust gas in the discharge plasma conversion device 31, for example. To carbon monoxide. The exhaust gas that has passed through the discharge plasma conversion device 31 is collected from a plurality of cylinders by the exhaust manifold 200 and introduced into the catalytic purification device 4 via the exhaust pipe 7.

図7は、さまざまな放電プラズマ転化装置31の温度において、消費電力を一定に保って排気ガスを放電プラズマ転化装置31に通した後の排気ガス中の成分濃度の実験結果を示すグラフである。このグラフに示すように、放電プラズマ転化装置31の温度の上昇とともに炭化水素から一酸化炭素への転化が増加する。   FIG. 7 is a graph showing experimental results of component concentrations in the exhaust gas after passing the exhaust gas through the discharge plasma conversion device 31 while keeping the power consumption constant at various temperatures of the discharge plasma conversion device 31. As shown in this graph, the conversion from hydrocarbon to carbon monoxide increases as the temperature of the discharge plasma conversion device 31 increases.

エンジン本体1の始動時や自動車の低速走行時には、エンジン本体1内部の燃焼温度が低い場合がある。このような場合であっても、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、エンジン本体1と排気マニホルド200の間に排気ガス転化装置31を設けて、炭化水素転化装置31がエンジン本体1に近接することになる位置に配置されるようにすることで、エンジン本体1の外部で冷却される前に排気ガスを放電プラズマ転化装置31に導入することができる。これによって、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、放電プラズマ転化装置31において高温の排気ガスを処理することができ、エンジン本体1から離れた位置に炭化水素転化装置例えば放電プラズマ転化装置31を設けた場合に比べて、図7に示したように、排気ガス転化装置31における排気ガスの転化が促進される。   When the engine body 1 is started or when the automobile is running at a low speed, the combustion temperature inside the engine body 1 may be low. Even in such a case, the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment is provided with the exhaust gas conversion device 31 between the engine body 1 and the exhaust manifold 200 so that the hydrocarbon conversion device 31 The exhaust gas can be introduced into the discharge plasma conversion device 31 before being cooled outside the engine body 1 by being arranged at a position that will be close to the engine body 1. As a result, the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment can treat high-temperature exhaust gas in the discharge plasma conversion device 31, and a hydrocarbon conversion device such as a discharge can be provided at a position away from the engine body 1. Compared to the case where the plasma conversion device 31 is provided, the exhaust gas conversion in the exhaust gas conversion device 31 is promoted as shown in FIG.

以上のように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、エンジン本体1内部の燃焼温度が低い場合であっても冷却される前に排気ガスを排気ガス転化装置31に導入することができ、放電プラズマ転化装置31において高温の排気ガスを処理することが可能となる。それによって、エンジン本体1から離れた位置に炭化水素転化装置例えば放電プラズマ転化装置31を設けた場合に比べて排気ガス転化装置31における排気ガスの転化が促進され、エネルギー効率をさらに向上させることができるという効果を得ることができる。   As described above, according to the exhaust gas processing device or the exhaust gas processing method of the present embodiment, even if the combustion temperature inside the engine body 1 is low, the exhaust gas is converted into the exhaust gas conversion device 31 before being cooled. It becomes possible to treat the exhaust gas at a high temperature in the discharge plasma conversion device 31. As a result, the exhaust gas conversion in the exhaust gas conversion device 31 is promoted and energy efficiency can be further improved as compared with the case where a hydrocarbon conversion device such as a discharge plasma conversion device 31 is provided at a position away from the engine body 1. The effect that it is possible can be obtained.

実施の形態3.
図8は、実施の形態3における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。本実施の形態の排気ガス処理装置は、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化する炭化水素転化装置として、充填層型放電プラズマ転化装置37を備えている。他の構成は、実施の形態1と同様であるので、以下では、主に実施の形態1との相違点について説明する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine apparatus including the exhaust gas processing apparatus according to the third embodiment. The exhaust gas treatment device of the present embodiment includes a packed bed type discharge plasma conversion device 37 as a hydrocarbon conversion device that converts at least a part of hydrocarbons in the exhaust gas mainly into carbon monoxide. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described below.

充填層型放電プラズマ転化装置37は無声放電を発生する装置であり、図9にその具体的な構成例を示す。充填層型放電プラズマ転化装置37は、図3に示した放電プラズマ転化装置の放電空間にチタン酸バリウムビーズ70を充填した構成となっている。チタン酸バリウムビーズ70は、チタン酸バリウムを球状に固めたセラミック状のものである。なお、充填層型放電プラズマ転化装置37は、図9に示したような形態に限定されず、既に公知となっているチタン酸バリウムを用いた様々な形態の充填層型放電プラズマ転化装置であってもよい。   The packed bed type discharge plasma conversion device 37 is a device for generating silent discharge, and FIG. 9 shows a specific configuration example thereof. The packed bed type discharge plasma conversion device 37 has a configuration in which the discharge space of the discharge plasma conversion device shown in FIG. 3 is filled with barium titanate beads 70. The barium titanate beads 70 are in the form of a ceramic in which barium titanate is hardened in a spherical shape. The packed bed type discharge plasma conversion device 37 is not limited to the configuration shown in FIG. 9, and is a known various packed bed type discharge plasma conversion device using barium titanate. May be.

また、充填層型放電プラズマ転化装置37は、放電空間内部の温度、すなわち内部の排気ガスの温度を測定するための温度センサ71も備えている。温度センサ71は、図8に示したように、温度調節器72に接続されており、温度調節器72はプラズマ生成制御装置32に接続されている。温度調節器72は、充填層型放電プラズマ転化装置37内部の排気ガスの温度が設定温度より低い場合、プラズマ生成制御装置32を介して高電圧電源(図示せず)の出力電圧を増加させて、充填層型放電プラズマ転化装置37内部で消費する電力を増加させて排気ガスの温度を上昇させる機能を持つ。温度調節器72は、また、排気ガスの温度が設定上限温度より高くなった場合、プラズマ生成制御装置32を介して高電圧電源の出力電圧を減少させて排気ガスの温度を下降させる機能も持つ。なお、充填層型放電プラズマ転化装置37に印加する電圧は、交流高電圧またはパルス状高電圧のいずれでもよい。   The packed bed type discharge plasma conversion device 37 also includes a temperature sensor 71 for measuring the temperature inside the discharge space, that is, the temperature of the exhaust gas inside. As shown in FIG. 8, the temperature sensor 71 is connected to the temperature controller 72, and the temperature controller 72 is connected to the plasma generation control device 32. The temperature controller 72 increases the output voltage of a high voltage power source (not shown) via the plasma generation control device 32 when the temperature of the exhaust gas inside the packed bed type discharge plasma conversion device 37 is lower than the set temperature. In addition, it has a function of increasing the temperature of the exhaust gas by increasing the power consumed in the packed bed type discharge plasma conversion device 37. The temperature controller 72 also has a function of decreasing the temperature of the exhaust gas by decreasing the output voltage of the high-voltage power supply via the plasma generation control device 32 when the temperature of the exhaust gas becomes higher than the set upper limit temperature. . The voltage applied to the packed bed type discharge plasma conversion device 37 may be either an alternating high voltage or a pulsed high voltage.

また、プラズマ生成制御装置32による制御には、排気ガス中の炭化水素を主に一酸化炭素に転化させるための制御も含まれる。この制御は、例えば、充填層型放電プラズマ転化装置37における、排気ガスの単位体積あたりの消費エネルギーを制御することによって行われる。   Further, the control by the plasma generation control device 32 includes control for mainly converting hydrocarbons in the exhaust gas into carbon monoxide. This control is performed, for example, by controlling the energy consumption per unit volume of the exhaust gas in the packed bed type discharge plasma conversion device 37.

充填層型放電プラズマ転化装置37で炭化水素の少なくとも一部が主に一酸化炭素に転化された排気ガスは、排気管7を通過して触媒式浄化装置4に導入される。触媒式浄化装置4およびその下流の構成は、実施の形態1と同じである。   The exhaust gas in which at least a part of the hydrocarbons is mainly converted into carbon monoxide in the packed bed type discharge plasma conversion device 37 passes through the exhaust pipe 7 and is introduced into the catalytic purification device 4. The catalytic purification device 4 and the downstream configuration are the same as those in the first embodiment.

次に、充填層型放電プラズマ転化装置37内部の排気ガスの温度調節について、より詳細に説明する。温度センサ71によって検出された充填層型放電プラズマ転化装置37内の排気ガス温度が低温であるとき、温度調節器72はプラズマ生成制御装置32を介して高電圧電源(図示せず)の出力電圧を増加させる。   Next, the temperature adjustment of the exhaust gas inside the packed bed type discharge plasma conversion device 37 will be described in more detail. When the exhaust gas temperature in the packed bed type discharge plasma conversion device 37 detected by the temperature sensor 71 is low, the temperature regulator 72 outputs the output voltage of a high voltage power source (not shown) via the plasma generation control device 32. Increase.

充填層型放電プラズマ装置37の内部で高電圧電極22と接地電極24に高電圧が印加されると、チタン酸バリウムビーズ70同士が接触している箇所で無声放電が生じる。この時、チタン酸バリウムビーズ70自身は、誘電損失が大きい素材であるため、放電の発生に伴ってチタン酸バリウムビーズ70自身が発熱体となる。この誘電損失で発生する熱は排気ガスを加熱する。よって、本実施の形態の排気ガス処理装置は、充填層型放電プラズマ転化装置37に印加する電圧を増加させて誘電損失に起因する発熱を増加させることにより、排気ガスをより高温に加熱することができる。   When a high voltage is applied to the high voltage electrode 22 and the ground electrode 24 inside the packed bed type discharge plasma apparatus 37, a silent discharge occurs at a place where the barium titanate beads 70 are in contact with each other. At this time, since the barium titanate bead 70 itself is a material having a large dielectric loss, the barium titanate bead 70 itself becomes a heating element with the occurrence of discharge. The heat generated by this dielectric loss heats the exhaust gas. Therefore, the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment heats the exhaust gas to a higher temperature by increasing the voltage applied to the packed bed type discharge plasma conversion device 37 to increase the heat generation due to dielectric loss. Can do.

エンジン本体1の動作によってはエンジン本体1から排気される排気ガス温度が低く、排気マニホルド2ですぐに冷却されて低温になる場合がある。例えば、エンジン本体のスタート時や自動車の低速走行時には排気ガスはすぐに冷却される傾向がある。このように排気ガスの温度が低い場合には、本実施の形態の排気ガス処理装置は、充填層型放電プラズマ転化装置37に印加する電圧を増加させて誘電損失に起因する発熱を増すことで排気ガスを加熱できる。このようにして、排気ガス温度を高温にすることによって、充填層型放電プラズマ装置37内において炭化水素を十分に一酸化炭素に転化させることが可能となる。このように、本実施の形態の排気ガス処理装置は、充填層型放電プラズマ転化装置37によって放電処理と加熱処理が同時に行えるので、電熱器(ヒータ)のような構成部品を用いることなく、単純な装置によって充填層型放電プラズマ転化装置37内の排気ガスを加熱することができる。   Depending on the operation of the engine body 1, the temperature of the exhaust gas exhausted from the engine body 1 may be low and may be immediately cooled by the exhaust manifold 2 to become a low temperature. For example, exhaust gas tends to be immediately cooled when the engine body is started or when a vehicle is running at a low speed. In this way, when the temperature of the exhaust gas is low, the exhaust gas treatment device of the present embodiment increases the voltage applied to the packed bed type discharge plasma conversion device 37 to increase the heat generation due to dielectric loss. Exhaust gas can be heated. In this way, by increasing the exhaust gas temperature, it is possible to sufficiently convert hydrocarbons into carbon monoxide in the packed bed type discharge plasma apparatus 37. As described above, the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment can perform discharge treatment and heat treatment at the same time by the packed bed type discharge plasma conversion device 37, so that it is simple without using components such as an electric heater (heater). The exhaust gas in the packed bed type discharge plasma conversion device 37 can be heated by such a device.

なお、前述したように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、温度センサ71および温度調節器72を用いることにより確実に排気ガスの温度を調節することができる。しかしながら、温度センサ71および温度調節器72を用いなくとも、高電圧電極22と接地電極24に適切な高電圧が印加され、チタン酸バリウムビーズ70同士が接触している箇所で無声放電が生じて発熱することによって、排気ガスを適切な温度まで加熱することができるのであれば、温度センサ71および温度調節器72は必ずしも必要ではない。   As described above, the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment can reliably adjust the temperature of the exhaust gas by using the temperature sensor 71 and the temperature controller 72. However, even if the temperature sensor 71 and the temperature controller 72 are not used, an appropriate high voltage is applied to the high voltage electrode 22 and the ground electrode 24, and silent discharge occurs at a place where the barium titanate beads 70 are in contact with each other. If the exhaust gas can be heated to an appropriate temperature by generating heat, the temperature sensor 71 and the temperature controller 72 are not necessarily required.

以上のように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、充填層型放電プラズマ転化装置37に印加する電圧を増加させて誘電損失に起因する発熱を増すことで排気ガスを加熱することによって、充填層型放電プラズマ装置37内において炭化水素を十分に一酸化炭素に転化させることが可能となる。このように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、炭化水素転化装置として備える充填層型放電プラズマ転化装置37によって放電処理と加熱処理が同時に行えるので、加熱のための構成部品を用いることなく、単純な装置によって充填層型放電プラズマ転化装置37内の排気ガスを加熱できるという効果を奏することができる。また、これによって充填層型放電プラズマ転化装置37内の排気ガスの温度を上げて排気ガスの転化を促進し、エネルギー効率をさらに向上させることができるという効果も得ることができる。   As described above, according to the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment, the voltage applied to the packed bed type discharge plasma conversion device 37 is increased to increase the heat generated due to the dielectric loss. By heating the gas, the hydrocarbon can be sufficiently converted into carbon monoxide in the packed bed type discharge plasma apparatus 37. As described above, according to the exhaust gas treatment apparatus or the exhaust gas treatment method of the present embodiment, the discharge treatment and the heat treatment can be performed simultaneously by the packed bed type discharge plasma conversion device 37 provided as the hydrocarbon conversion device. The exhaust gas in the packed bed type discharge plasma conversion device 37 can be heated with a simple device without using the above components. This also increases the temperature of the exhaust gas in the packed bed type discharge plasma conversion device 37 and promotes the conversion of the exhaust gas, so that the energy efficiency can be further improved.

実施の形態4.
図10は、実施の形態4における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の具体的な構成を示す模式図である。実施の形態1では、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化する炭化水素転化装置3として放電プラズマ転化装置31を含む構成を用いたが、本実施の形態のエンジン装置における排気ガス処理装置では、放電プラズマ転化装置31に替えて、エアー入口80、エアーポンプ81、オゾン発生器82、オゾン注入ノズル84が順に接続された構成を備えるオゾン反応装置としてのオゾン供給ライン(排気ガスにオゾンを噴射する手段を有するものに相当する)を用いている。なお、本実施の形態におけるオゾン反応装置としてのオゾン供給ラインは、前述した炭化水素転化装置に相当する。他の構成は、実施の形態1と同様であるので、以下では、主に実施の形態1との相違点について説明する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a specific configuration of an engine apparatus including the exhaust gas processing apparatus according to the fourth embodiment. In the first embodiment, the configuration including the discharge plasma conversion device 31 is used as the hydrocarbon conversion device 3 that mainly converts at least a part of harmful components in the exhaust gas into carbon monoxide. In the exhaust gas treatment apparatus in the apparatus, instead of the discharge plasma conversion apparatus 31, an ozone supply line as an ozone reaction apparatus having a configuration in which an air inlet 80, an air pump 81, an ozone generator 82, and an ozone injection nozzle 84 are connected in order. (Corresponding to a device having means for injecting ozone into exhaust gas). In addition, the ozone supply line as an ozone reaction apparatus in this Embodiment is corresponded to the hydrocarbon conversion apparatus mentioned above. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described below.

図10に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置は、エンジン本体1から排気ガス出口6に至る排気ガスの排気経路に順に配置された、排気マニホルド2、触媒式浄化装置4、および消音器5を備えている。なお、排気マニホルド2から排気ガス出口6までにおける、これら各部の間は排気管7で接続されている。エンジン本体1から排気される排気ガスは排気マニホルド2によって1本にまとめられる。排気マニホルド2によってまとめられた排気ガスは排気管7を通過して触媒式浄化装置4に導入される。   As shown in FIG. 10, the engine device including the exhaust gas processing device of the present embodiment includes an exhaust manifold 2 and catalytic purification that are sequentially arranged in the exhaust gas exhaust path from the engine body 1 to the exhaust gas outlet 6. A device 4 and a silencer 5 are provided. Note that these portions from the exhaust manifold 2 to the exhaust gas outlet 6 are connected by an exhaust pipe 7. Exhaust gases exhausted from the engine body 1 are combined into one by the exhaust manifold 2. The exhaust gas collected by the exhaust manifold 2 passes through the exhaust pipe 7 and is introduced into the catalytic purification device 4.

また、本実施の形態の排気ガス処理装置は、エアー入口80、エアーポンプ81、オゾン発生器82、オゾン注入ノズル84が順に接続された構成を含むオゾン供給ラインを備えている。オゾン注入ノズル84は触媒式浄化装置4の上流側に位置する排気管7の内部に開口するように設置されている。また、オゾン発生器82には、オゾン発生用電源83が接続されている。なお、オゾン発生器82およびオゾン発生用電源83としては、既に公知である様々な装置や方法を用いることができる。例えば、オゾン発生器82として無声放電型オゾナイザを用い、オゾン発生用電源83として高電圧電源を用いた組み合わせとしてもよいし、オゾン発生器82として電解型オゾン発生器を用い、オゾン発生用電源83として直流電源を用いた組み合わせとしてもよい。   Moreover, the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment includes an ozone supply line including a configuration in which an air inlet 80, an air pump 81, an ozone generator 82, and an ozone injection nozzle 84 are connected in order. The ozone injection nozzle 84 is installed so as to open inside the exhaust pipe 7 located on the upstream side of the catalytic purification device 4. The ozone generator 82 is connected to an ozone generation power source 83. As the ozone generator 82 and the ozone generating power supply 83, various known devices and methods can be used. For example, a silent discharge type ozonizer may be used as the ozone generator 82, and a high voltage power source may be used as the ozone generation power source 83. An electrolytic ozone generator may be used as the ozone generator 82, and the ozone generation power source 83 may be used. A combination using a DC power source may be used.

さらに、本実施の形態の排気ガス処理装置は、図10に示したように、転化制御装置としてのオゾン発生制御装置85を備えている。オゾン発生制御装置85は、オゾン発生器82およびオゾン発生用電源83の少なくともいずれかを制御して、オゾンの発生量をコントロールすることによって触媒式浄化装置4の上流側に位置する排気管7の内部において排気ガス中の少なくとも一部の炭化水素を主に一酸化炭素に転化させる。   Furthermore, as shown in FIG. 10, the exhaust gas treatment device of the present embodiment includes an ozone generation control device 85 as a conversion control device. The ozone generation control device 85 controls at least one of the ozone generator 82 and the ozone generation power supply 83 to control the amount of ozone generated, thereby controlling the exhaust pipe 7 located upstream of the catalytic purification device 4. Inside, at least some of the hydrocarbons in the exhaust gas are mainly converted to carbon monoxide.

次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作を説明する。エンジン本体1から排気された排気ガスが排気マニホルド2を通過して排気管7を流れる。一方、オゾン供給ラインでは、エアー入口80から取り入れられた空気がエアーポンプ81によってオゾン発生器82に導入される。オゾン発生器82は、その内部で発生させたオゾン(O)を含むオゾン化空気を生成する。このオゾン化空気はオゾン注入ノズル84を介して、触媒式浄化装置4の上流側に位置する排気管7の内部に注入される。排気管7の内部においてオゾン化空気が排気ガスと混合されると、一部のオゾンは解離して(O*)が発生する。(O*は、Oラジカルを示す。以下同じ。)
→O*+O
このO*は、排気ガス中の炭化水素と反応して、炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させる。
Next, the operation of the exhaust gas processing apparatus configured as described above will be described. Exhaust gas exhausted from the engine body 1 passes through the exhaust manifold 2 and flows through the exhaust pipe 7. On the other hand, in the ozone supply line, air taken from the air inlet 80 is introduced into the ozone generator 82 by the air pump 81. The ozone generator 82 generates ozonized air containing ozone (O 3 ) generated therein. This ozonized air is injected into the exhaust pipe 7 located upstream of the catalytic purification device 4 via an ozone injection nozzle 84. When ozonized air is mixed with exhaust gas inside the exhaust pipe 7, a part of ozone is dissociated and (O *) is generated. (O * represents an O radical. The same shall apply hereinafter.)
O 3 → O * + O 2
This O * reacts with hydrocarbons in the exhaust gas to convert at least a part of the hydrocarbons mainly into carbon monoxide.

なお上記では、実施の形態1の図2で示した排気ガス処理装置における放電プラズマ転化装置31に替えて、オゾン供給ラインを用いた場合について説明した。しかしながら、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、これに限るものではなく、例えば実施の形態2で説明した排気ガス処理装置において、放電プラズマ転化装置31に替えて本実施の形態のオゾン供給ラインを用いたものとしてもよい。このような排気ガス処理装置または排気ガス処理方法を用いたエンジン装置においても、実施の形態2の場合と同様の作用効果を得ることができる。   In the above description, the case where the ozone supply line is used in place of the discharge plasma conversion device 31 in the exhaust gas treatment device shown in FIG. 2 of the first embodiment has been described. However, the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment is not limited to this. For example, in the exhaust gas processing apparatus described in the second embodiment, the present embodiment is replaced with the discharge plasma conversion apparatus 31. It is good also as what uses the ozone supply line of a form. Also in an engine apparatus using such an exhaust gas processing apparatus or an exhaust gas processing method, the same operational effects as in the case of the second embodiment can be obtained.

以上のように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、触媒式浄化装置4の上流側に位置する排気管7の内部に開口するように設置されているオゾン注入ノズル84を備えるオゾン供給ラインによって炭化水素を含む排気ガスにオゾン化空気を注入し混合することで、排気ガスに含まれる炭化水素に対して前述の放電プラズマ処理と同等の転化作用を及ぼすことができる。そのようにして炭化水素の少なくとも一部が主に一酸化炭素に転化された排気ガスは、後段の触媒式浄化装置4によって効率良く清浄化できる。したがって、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、実施の形態1の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法と同様な効果を放電プラズマ転化装置を用いることなく奏することができる。   As described above, according to the exhaust gas processing device or the exhaust gas processing method of the present embodiment, the ozone injection installed so as to open inside the exhaust pipe 7 located on the upstream side of the catalytic purification device 4. By injecting and mixing ozonized air into exhaust gas containing hydrocarbons through an ozone supply line equipped with a nozzle 84, the hydrocarbons contained in the exhaust gas may have a conversion effect equivalent to that of the above-described discharge plasma treatment. it can. The exhaust gas in which at least a part of the hydrocarbons is converted into carbon monoxide in this way can be efficiently cleaned by the subsequent catalytic purification device 4. Therefore, the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment can achieve the same effect as the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the first embodiment without using a discharge plasma conversion apparatus.

実施の形態5.
図11は、実施の形態5における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の具体的な構成を示す模式図である。実施の形態1では、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化する炭化水素転化装置3として、放電プラズマ転化装置31を用いたが、本実施の形態のエンジン装置における排気ガス処理装置では、排気管7の内部に紫外線ランプ90(排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段)を設置した構成が炭化水素転化装置3として用いられている。排気管7の内部に設置された紫外線ランプ90、すなわち、オゾン反応装置は、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化する。他の構成は、実施の形態1と同様であるので、以下では、主に実施の形態1との相違点について説明する。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a specific configuration of an engine apparatus including the exhaust gas processing apparatus according to the fifth embodiment. In the first embodiment, the discharge plasma conversion device 31 is used as the hydrocarbon conversion device 3 that converts at least a part of the hydrocarbons in the exhaust gas mainly into carbon monoxide. However, in the engine device of the present embodiment, In the exhaust gas treatment device, a configuration in which an ultraviolet lamp 90 (ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays) is installed inside the exhaust pipe 7 is used as the hydrocarbon conversion device 3. The ultraviolet lamp 90 installed in the exhaust pipe 7, that is, the ozone reactor, converts at least a part of hydrocarbons in the exhaust gas mainly into carbon monoxide. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described below.

図11に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置は、エンジン本体1から排気ガス出口6に至る排気ガスの排気経路に順に配置された、排気マニホルド2、紫外線ランプ90、触媒式浄化装置4、および消音器5を備えている。排気マニホルド2から排気ガス出口6までにおける、これら各部の間は排気管7で接続されている。エンジン本体1から排気される排気ガスは排気マニホルド2によって1本にまとめられる。排気マニホルド2によってまとめられた排気ガスは、紫外線ランプ90が設置された排気管7の部分を流れることにより、触媒式浄化装置4の上流側の排気管7内において紫外線ランプ90による紫外線の照射を受ける。そして、紫外線ランプ90が設置された排気管7の部分を通過した排気ガスは、触媒式浄化装置4に導入される。   As shown in FIG. 11, the engine device provided with the exhaust gas processing device of the present embodiment has an exhaust manifold 2 and an ultraviolet lamp 90 arranged in order in the exhaust gas exhaust path from the engine body 1 to the exhaust gas outlet 6. The catalytic purification device 4 and the silencer 5 are provided. These parts from the exhaust manifold 2 to the exhaust gas outlet 6 are connected by an exhaust pipe 7. Exhaust gases exhausted from the engine body 1 are combined into one by the exhaust manifold 2. The exhaust gas collected by the exhaust manifold 2 flows through the portion of the exhaust pipe 7 where the ultraviolet lamp 90 is installed, thereby irradiating the ultraviolet lamp 90 with ultraviolet rays in the exhaust pipe 7 upstream of the catalytic purification device 4. receive. The exhaust gas that has passed through the portion of the exhaust pipe 7 where the ultraviolet lamp 90 is installed is introduced into the catalytic purification device 4.

なお、排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段としては、既に公知である何れの紫外線ランプを用いてもよい。例えば、オゾン発生用の紫外線ランプで例えば185nm付近の低波長の紫外線を発生するもの等を、排気ガスに紫外線照射手段として好ましく用いることができる。   As the ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays, any known ultraviolet lamp may be used. For example, an ultraviolet lamp for generating ozone, which generates ultraviolet light having a low wavelength of, for example, around 185 nm, can be preferably used as an ultraviolet irradiation means for exhaust gas.

さらに、本実施の形態のエンジン装置は、図11に示したように、転化制御装置としてのオゾン発生制御装置92を備えている。オゾン発生制御装置92は、紫外線ランプ90の光量を制御して、オゾンの発生量をコントロールすることによって排気ガス中の少なくとも一部の炭化水素を触媒式浄化装置4の上流側の排気管7内において主に一酸化炭素に転化させる。   Furthermore, the engine apparatus of the present embodiment includes an ozone generation control device 92 as a conversion control device, as shown in FIG. The ozone generation control device 92 controls the amount of ozone generated by controlling the light quantity of the ultraviolet lamp 90, thereby removing at least a part of the hydrocarbons in the exhaust gas in the exhaust pipe 7 on the upstream side of the catalytic purification device 4. Is converted mainly to carbon monoxide.

次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作を説明する。エンジン本体1から排気された排気ガスが排気マニホルド2を通過して排気管7を流れる。そして、この排気ガスが紫外線ランプ90の近傍を通過するとき、紫外線ランプ90の低波長の光は、排気ガス中に含まれる酸素の一部を解離させ、O*を生成させる。
+紫外線→2O*
このO*は寿命が短いため、一部は紫外線ランプ近傍にある炭化水素と反応して、その少なくとも一部を一酸化炭素へ転化させる。また、O*の一部は酸素分子と結合してオゾン(O)となる。
O*+O→O
オゾン(O)は、O*に比べて寿命が長いため、排気管7の内部に拡散して排気ガスと混合する。排気ガスに混合したオゾンの一部は、排気ガスの熱によって再び解離してO*を発生させる。
→O*+O
このO*は、排気ガス中の炭化水素と反応して、少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させる。
Next, the operation of the exhaust gas processing apparatus configured as described above will be described. Exhaust gas exhausted from the engine body 1 passes through the exhaust manifold 2 and flows through the exhaust pipe 7. When the exhaust gas passes in the vicinity of the ultraviolet lamp 90, the light having a low wavelength from the ultraviolet lamp 90 dissociates a part of oxygen contained in the exhaust gas and generates O *.
O 2 + UV → 2O *
Since this O * has a short lifetime, a part of it reacts with hydrocarbons in the vicinity of the ultraviolet lamp to convert at least a part thereof to carbon monoxide. A part of O * is combined with oxygen molecules to become ozone (O 3 ).
O * + O 2 → O 3
Since ozone (O 3 ) has a longer life than O *, it diffuses into the exhaust pipe 7 and mixes with exhaust gas. Part of the ozone mixed with the exhaust gas is dissociated again by the heat of the exhaust gas to generate O *.
O 3 → O * + O 2
This O * reacts with the hydrocarbons in the exhaust gas and at least partially converts it mainly into carbon monoxide.

なお、上記では、実施の形態1の図2で示した排気ガス処理装置または排気ガス処理方法における放電プラズマ転化装置31に替えて、排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段を用いた場合について説明した。しかしながら、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、これに限るものではなく、実施の形態2で説明した排気ガス処理装置または排気ガス処理方法において、放電プラズマ転化装置31に替えて本実施の形態の排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段を用いたものとしてもよい。このような排気ガス処理装置または排気ガス処理方法においても、実施の形態2の場合と同様の作用効果を得ることができる。   In the above description, a case where an ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays is used instead of the discharge plasma conversion device 31 in the exhaust gas treatment apparatus or the exhaust gas treatment method shown in FIG. did. However, the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method of the present embodiment is not limited to this, and the discharge plasma conversion device 31 is replaced with the exhaust gas treatment device or the exhaust gas treatment method described in the second embodiment. Further, it is possible to use an ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas of the present embodiment with ultraviolet rays. Also in such an exhaust gas processing apparatus or an exhaust gas processing method, the same effect as the case of Embodiment 2 can be obtained.

以上のように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、排気管7内において排気ガスに紫外線ランプ90によって紫外線を照射することによってO*を生成し、排気ガスに含まれる炭化水素に対して前述の放電プラズマ処理と同等の転化作用を及ぼすことができる。そのようにして炭化水素の少なくとも一部が主に一酸化炭素に転化された排気ガスは、後段の触媒式浄化装置4によって効率良く清浄化できる。したがって、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、放電プラズマ転化装置31を用いることなく、実施の形態1の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法と同様な作用効果を奏することができる。さらに、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、排気管7の内部に紫外線ランプ90を設置するだけでオゾン反応装置が構成できるため、構成部品点数が少なく、排気ガス処理装置を単純化できるという効果も得られる。   As described above, according to the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment, O * is generated by irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays by the ultraviolet lamp 90 in the exhaust pipe 7 to generate exhaust gas. The conversion action equivalent to the above-mentioned discharge plasma treatment can be exerted on the contained hydrocarbon. The exhaust gas in which at least a part of the hydrocarbons is converted into carbon monoxide in this way can be efficiently cleaned by the subsequent catalytic purification device 4. Therefore, according to the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment, the same effects as the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the first embodiment can be obtained without using the discharge plasma conversion device 31. Can play. Furthermore, according to the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment, the ozone reaction apparatus can be configured simply by installing the ultraviolet lamp 90 inside the exhaust pipe 7, so that the number of components is small and the exhaust gas The effect that the processing apparatus can be simplified is also obtained.

実施の形態6.
図12は、実施の形態6における排気ガス処理装置を含むエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。実施の形態1では、排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化する炭化水素転化装置3として放電プラズマ転化装置31を含む構成を用いたが、本実施の形態のエンジン装置における排気ガス処理装置では、排気管7の内部に設置された紫外線ランプ90(排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段)と排気管7の内壁に設置された光触媒91とを炭化水素転化装置として用いている。なお、本実施の形態におけるオゾン反応装置は、排気管7の内部に設置された紫外線ランプ90および光触媒91を備えて構成されている。また、本実施の形態の排気ガス処理装置は、図12に示したようにオゾン発生制御装置92も備えている。他の構成は、実施の形態1と同様であるので、以下では、主に実施の形態1との相違点について説明する。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine apparatus including an exhaust gas treatment apparatus in the sixth embodiment. In the first embodiment, a configuration including the discharge plasma conversion device 31 is used as the hydrocarbon conversion device 3 that mainly converts at least a part of hydrocarbons in the exhaust gas into carbon monoxide. In the exhaust gas treatment apparatus in the apparatus, an ultraviolet lamp 90 (ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays) installed inside the exhaust pipe 7 and a photocatalyst 91 installed on the inner wall of the exhaust pipe 7 are converted into a hydrocarbon converter. It is used as. Note that the ozone reaction device in the present embodiment is configured to include an ultraviolet lamp 90 and a photocatalyst 91 installed in the exhaust pipe 7. Further, the exhaust gas treatment device of the present embodiment also includes an ozone generation control device 92 as shown in FIG. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described below.

図12に示すように、本実施の形態のエンジン装置は、エンジン本体1から排気ガス出口6に至る排気ガスの排気経路に順に配置された、排気マニホルド2、紫外線ランプ90と光触媒91、触媒式浄化装置4、および消音器5を備えている。排気マニホルド2から排気ガス出口6までにおける、これら各部の間は排気管7で接続されている。エンジン本体1から排気される排気ガスは排気マニホルド2によって1本にまとめられる。排気マニホルド2によってまとめられた排気ガスは、紫外線ランプ90と光触媒91とが設置された部分の排気管7を流れることにより、紫外線ランプ90による紫外線の照射を受けると同時に、排気ガスの一部が光触媒91に接触する。そして、紫外線ランプ90と光触媒91とが設置された部分の排気管7を通過した排気ガスは、触媒式浄化装置4に導入される。   As shown in FIG. 12, the engine apparatus of the present embodiment includes an exhaust manifold 2, an ultraviolet lamp 90 and a photocatalyst 91, a catalytic type, which are sequentially arranged in the exhaust gas exhaust path from the engine body 1 to the exhaust gas outlet 6. A purifier 4 and a silencer 5 are provided. These parts from the exhaust manifold 2 to the exhaust gas outlet 6 are connected by an exhaust pipe 7. Exhaust gases exhausted from the engine body 1 are combined into one by the exhaust manifold 2. The exhaust gas collected by the exhaust manifold 2 flows through the exhaust pipe 7 where the ultraviolet lamp 90 and the photocatalyst 91 are installed, so that it receives ultraviolet rays from the ultraviolet lamp 90 and at the same time a part of the exhaust gas Contact the photocatalyst 91. Then, the exhaust gas that has passed through the exhaust pipe 7 where the ultraviolet lamp 90 and the photocatalyst 91 are installed is introduced into the catalytic purification device 4.

なお、排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段としては、実施の形態5の場合と同様に、既に公知である何れの紫外線ランプを用いてもよい。例えば、オゾン発生用の紫外線ランプで、光触媒を介した反応を活性化させるのに有効な400nm以下の波長の紫外線を発生するものを、排気ガスに紫外線を照射する紫外線照射手段として好ましく用いることができる。また、光触媒91としては、例えば、既に公知であるTiO触媒を用いることができる。 As an ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays, any known ultraviolet lamp may be used as in the case of the fifth embodiment. For example, an ultraviolet lamp for generating ozone, which generates ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less effective for activating the reaction via the photocatalyst, is preferably used as an ultraviolet irradiation means for irradiating the exhaust gas with ultraviolet light. it can. As the photocatalyst 91, for example, a known TiO 2 catalyst can be used.

さらに、本実施の形態のエンジン装置は、図12に示したように、転化制御装置としてのオゾン発生制御装置92を備えている。オゾン発生制御装置92は、紫外線ランプ90の光量を制御して、オゾンの発生量をコントロールすることによって排気ガス中の少なくとも一部の炭化水素を紫外線ランプ90と光触媒91とが設置された付近の排気管7内において主に一酸化炭素に転化させる。   Furthermore, as shown in FIG. 12, the engine apparatus of the present embodiment includes an ozone generation control device 92 as a conversion control device. The ozone generation control device 92 controls the light quantity of the ultraviolet lamp 90 to control at least a portion of hydrocarbons in the exhaust gas by controlling the amount of ozone generated in the vicinity of where the ultraviolet lamp 90 and the photocatalyst 91 are installed. In the exhaust pipe 7, it is mainly converted into carbon monoxide.

次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作を説明する。エンジン本体1から排気された排気ガスが排気マニホルド2を通過して排気管7を流れる。そして、この排気ガスが紫外線ランプ90の近傍を通過するときに、排気ガスに紫外線ランプ90の光が照射されることによる排気ガス処理と、紫外線ランプ90の光が照射された光触媒91に排気ガスが接触することによる排気ガス処理との2つの処理が行われる。なお、紫外線ランプ90の照射による排気ガス処理は、実施の形態5と同じであるので説明を省略し、以下では、紫外線ランプ90の光が照射された光触媒91に排気ガスが接触することによる排気ガス処理について説明する。   Next, the operation of the exhaust gas processing apparatus configured as described above will be described. Exhaust gas exhausted from the engine body 1 passes through the exhaust manifold 2 and flows through the exhaust pipe 7. And when this exhaust gas passes the vicinity of the ultraviolet lamp 90, exhaust gas treatment by irradiating the light of the ultraviolet lamp 90 to the exhaust gas, and the exhaust gas to the photocatalyst 91 irradiated with the light of the ultraviolet lamp 90 The two processes of the exhaust gas process due to contact with each other are performed. The exhaust gas treatment by the irradiation of the ultraviolet lamp 90 is the same as that of the fifth embodiment, and thus the description thereof will be omitted. In the following, the exhaust gas caused by contact of the exhaust gas with the photocatalyst 91 irradiated with the light of the ultraviolet lamp 90 The gas treatment will be described.

紫外線ランプ90の光が光触媒91に照射されると、光触媒91の表面で排気ガス中の水が解離されてOH*(OH*は、OHラジカルを示す。以下同じ。)が生成される。このOH*は、排気ガス中の炭化水素と反応して少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させる。   When the light of the ultraviolet lamp 90 is irradiated onto the photocatalyst 91, water in the exhaust gas is dissociated on the surface of the photocatalyst 91 to generate OH * (OH * represents OH radical; the same applies hereinafter). This OH * reacts with the hydrocarbons in the exhaust gas to at least partially convert it mainly into carbon monoxide.

そのようにして炭化水素の少なくとも一部が主に一酸化炭素に転化された排気ガスは、後段の触媒式浄化装置4によって効率良く清浄化される。   The exhaust gas in which at least a part of the hydrocarbons is mainly converted into carbon monoxide in this way is efficiently cleaned by the subsequent catalytic purification device 4.

なお、上記では、実施の形態1の図2で示した排気ガス処理装置または排気ガス処理方法において、放電プラズマ転化装置31に替えて排気管7の内部に設置された紫外線ランプ90と光触媒91とを用いた場合について説明した。しかしながら、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、これに限るものではなく、実施の形態2で説明した排気ガス処理装置または排気ガス処理方法において放電プラズマ転化装置31に替えて、本実施の形態における排気管7の内部に設置された紫外線ランプ90と光触媒91とを用いた排気ガス処理装置または排気ガス処理方法としてもよい。このような排気ガス処理装置または排気ガス処理方法においても、実施の形態2の場合と同様の作用効果を得ることができる。   In the above, in the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method shown in FIG. 2 of the first embodiment, the ultraviolet lamp 90 and the photocatalyst 91 installed in the exhaust pipe 7 instead of the discharge plasma conversion apparatus 31 The case where is used has been described. However, the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method of the present embodiment is not limited to this, and instead of the discharge plasma conversion apparatus 31 in the exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method described in the second embodiment. The exhaust gas processing apparatus or the exhaust gas processing method using the ultraviolet lamp 90 and the photocatalyst 91 installed inside the exhaust pipe 7 in the present embodiment may be used. Also in such an exhaust gas processing apparatus or an exhaust gas processing method, the same effect as the case of Embodiment 2 can be obtained.

以上のように、本実施の形態の排気ガス処理装置または排気ガス処理方法によれば、排気ガスに対して紫外線ランプ90からの紫外線照射による処理と光触媒90による処理を併用して施すことで、紫外線照射のみで排気ガス中の炭化水素を一酸化炭素に転化させる実施の形態5の場合よりも効率良く排気ガス中の炭化水素を一酸化炭素に転化させることができるという効果が得られる。   As described above, according to the exhaust gas treatment apparatus or the exhaust gas treatment method of the present embodiment, by performing the treatment by the ultraviolet irradiation from the ultraviolet lamp 90 and the treatment by the photocatalyst 90 on the exhaust gas, The effect is obtained that the hydrocarbon in the exhaust gas can be converted to carbon monoxide more efficiently than in the case of Embodiment 5 in which the hydrocarbon in the exhaust gas is converted into carbon monoxide only by ultraviolet irradiation.

本発明に係る排気ガス処理装置または排気ガス処理方法は、上記各実施の形態で説明したように自動車のエンジンからの排気ガスの清浄化処理に利用できるのは勿論のことであるが、それに限られるものではなく、例えば船舶、ディーゼル発電機などの内燃機関から排気される排気ガスや、火力発電などから排気される排気ガスの清浄化処理にも利用することができる。さらには、焼却炉等の燃焼装置から排気される排気ガスの清浄化処理に利用することも可能である。   The exhaust gas treatment apparatus or the exhaust gas treatment method according to the present invention can be used for the purification treatment of exhaust gas from an automobile engine as described in the above embodiments. For example, the present invention can also be used for cleaning exhaust gas exhausted from an internal combustion engine such as a ship or a diesel generator, or exhaust gas exhausted from thermal power generation. Furthermore, it can also be used for the purification treatment of exhaust gas exhausted from a combustion apparatus such as an incinerator.

実施の形態1における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine device that includes an exhaust gas treatment device according to Embodiment 1. FIG. 図1に示した排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の具体的な構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the specific structure of an engine apparatus provided with the exhaust-gas processing apparatus shown in FIG. 図2に示した放電プラズマ転化装置の具体的な構成を一部破断して示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a specific configuration of the discharge plasma conversion apparatus shown in FIG. 図3に示した放電プラズマ転化装置による処理結果を消費エネルギーに対する排気ガスの各成分の濃度として示すグラフである。It is a graph which shows the process result by the discharge plasma converter shown in FIG. 3 as a density | concentration of each component of the exhaust gas with respect to energy consumption. 図1および図2に示した触媒式浄化装置におけるプロパンと一酸化炭素の浄化率の温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature characteristic of the purification rate of propane and carbon monoxide in the catalytic purification apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 実施の形態2の排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の要部の構成を模式的に示す部分断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of an engine device provided with an exhaust gas treatment device of a second embodiment. 放電プラズマ転化装置の温度特性に関する実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result regarding the temperature characteristic of a discharge plasma conversion apparatus. 実施の形態3における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の具体的な構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a specific configuration of an engine device including an exhaust gas treatment device in a third embodiment. 図8に示した充填層型放電プラズマ転化装置の具体的構成を一部破断して示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a specific configuration of the packed bed type discharge plasma conversion apparatus shown in FIG. 実施の形態4における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine device provided with an exhaust gas treatment device in a fourth embodiment. 実施の形態5における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine device including an exhaust gas treatment device in a fifth embodiment. 実施の形態6における排気ガス処理装置を備えるエンジン装置の基本的な構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine apparatus provided with an exhaust gas treatment apparatus in a sixth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン本体、2 排気マニホルド、3 炭化水素転化装置、4 触媒式浄化装置、5 消音器、6 排気ガス出口、7 排気管、22 高電圧電極、22a 高電圧電極端子、22b 給電端子、23 メッシュ、24 接地電極、28 フランジ、31 放電プラズマ転化装置、32 プラズマ生成制御装置、37 充填層型放電プラズマ転化装置、70 チタン酸バリウムビーズ、71 温度センサ、72 温度調節器、80 エアー入口、81 エアーポンプ、82 オゾン発生器、83 オゾン発生用電源、84 オゾン注入ノズル、85 オゾン発生制御装置、90 紫外線ランプ、91 光触媒、92 オゾン発生制御装置、130 ピストン、131 吸気バルブ、132 排気バルブ、133 吸気管、134 排気管、200 排気マニホルド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body, 2 Exhaust manifold, 3 Hydrocarbon conversion device, 4 Catalytic purification device, 5 Silencer, 6 Exhaust gas outlet, 7 Exhaust pipe, 22 High voltage electrode, 22a High voltage electrode terminal, 22b Feeding terminal, 23 mesh , 24 ground electrode, 28 flange, 31 discharge plasma conversion device, 32 plasma generation control device, 37 packed bed type discharge plasma conversion device, 70 barium titanate beads, 71 temperature sensor, 72 temperature regulator, 80 air inlet, 81 air Pump, 82 Ozone generator, 83 Ozone generation power supply, 84 Ozone injection nozzle, 85 Ozone generation control device, 90 UV lamp, 91 Photocatalyst, 92 Ozone generation control device, 130 Piston, 131 Intake valve, 132 Exhaust valve, 133 Intake Pipe, 134 exhaust pipe, 200 exhaust manifold De.

Claims (10)

排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を一酸化炭素に転化する炭化水素転化装置と、
前記炭化水素転化装置によって処理された排気ガスを触媒を用いて清浄化する触媒式浄化装置と、
排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化させるように前記炭化水素転化装置を制御する転化制御装置と、を備える排気ガス処理装置。
A hydrocarbon converter that converts at least a portion of the hydrocarbons in the exhaust gas to carbon monoxide;
A catalytic purification device for purifying the exhaust gas treated by the hydrocarbon conversion device using a catalyst;
An exhaust gas processing apparatus comprising: a conversion control device that controls the hydrocarbon conversion device so as to convert at least part of hydrocarbons in the exhaust gas mainly into carbon monoxide.
前記転化制御装置は、前記触媒式浄化装置またはその付近における排気ガスの温度が所定の温度となった場合、または、所定の温度であると推定した場合に、前記炭化水素転化装置への給電を停止する制御をさらに行う請求項1記載の排気ガス処理装置。   The conversion control device supplies power to the hydrocarbon conversion device when the temperature of the exhaust gas at or near the catalytic purification device becomes a predetermined temperature or when it is estimated to be the predetermined temperature. The exhaust gas processing device according to claim 1, wherein control for further stopping is further performed. 前記炭化水素転化装置は放電プラズマを利用して炭化水素を一酸化炭素に転化する放電プラズマ転化装置である請求項1または請求項2記載の排気ガス処理装置。   The exhaust gas treatment device according to claim 1 or 2, wherein the hydrocarbon conversion device is a discharge plasma conversion device that converts a hydrocarbon into carbon monoxide using discharge plasma. 前記放電プラズマ転化装置は、放電空間に所定形状のビーズを多数充填して形成された充填層型放電プラズマ転化装置である請求項3記載の排気ガス処理装置。   The exhaust gas treatment apparatus according to claim 3, wherein the discharge plasma conversion apparatus is a packed bed type discharge plasma conversion apparatus formed by filling a discharge space with a large number of beads having a predetermined shape. 前記炭化水素転化装置は、排気ガスとオゾンとを反応させて炭化水素を一酸化炭素に転化させるオゾン反応装置である請求項1または請求項2記載の排気ガス処理装置。   The exhaust gas treatment device according to claim 1 or 2, wherein the hydrocarbon conversion device is an ozone reaction device that reacts exhaust gas with ozone to convert hydrocarbons to carbon monoxide. 前記オゾン反応装置は、排気ガスにオゾンを噴射する手段を有するものである請求項5記載の排気ガス処理装置。   The exhaust gas treatment device according to claim 5, wherein the ozone reaction device has means for injecting ozone into the exhaust gas. 前記オゾン反応装置は、排気ガスに紫外線を照射してオゾンを発生させる紫外線照射手段を有するものである請求項5記載の排気ガス処理装置。   6. The exhaust gas treatment apparatus according to claim 5, wherein the ozone reaction device has ultraviolet irradiation means for generating ozone by irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays. 前記オゾン反応装置は排気ガスに紫外線を照射してオゾンを発生させる紫外線照射手段と光触媒とを有するものである請求項5記載の排気ガス処理装置。   6. The exhaust gas treatment apparatus according to claim 5, wherein the ozone reaction device has ultraviolet irradiation means for generating ozone by irradiating the exhaust gas with ultraviolet rays and a photocatalyst. 前記炭化水素転化装置はエンジン本体に近接することになる位置に配置されている請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の排気ガス処理装置。   The exhaust gas treatment device according to any one of claims 1 to 8, wherein the hydrocarbon conversion device is disposed at a position close to the engine body. 排気ガス中の炭化水素の少なくとも一部を主に一酸化炭素に転化する炭化水素転化段階と、
前記炭化水素転化段階において処理された排気ガスを触媒を用いて清浄化する触媒反応段階とを有する排気ガス処理方法。
A hydrocarbon conversion stage that converts at least a portion of the hydrocarbons in the exhaust gas primarily to carbon monoxide;
An exhaust gas treatment method comprising: a catalytic reaction stage in which the exhaust gas treated in the hydrocarbon conversion stage is cleaned using a catalyst.
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