JP2005207316A - Apparatus and method of processing exhaust gas - Google Patents
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Abstract
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
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
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(NOx)を窒素(N2)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(CO2)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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an engine apparatus including an exhaust gas treatment apparatus according to
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
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
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
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
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
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
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、
O2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
The exhaust gas of the
Propane concentration: 7000 ppm,
O 2 concentration: 10%,
When this simulated gas was passed through the discharge
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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(O3)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。)
O3→O*+O2
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
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
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
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。
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
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
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
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。
O2+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(O3)となる。
O*+O2→O3
オゾン(O3)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。
O3→O*+O2
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
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
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
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
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。
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
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
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TiO2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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (10)
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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---|---|---|---|---|
JP2007177669A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Toyota Motor Corp | Device and method for exhaust emission control |
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JP2013131488A (en) * | 2011-11-22 | 2013-07-04 | Nihon Univ | Coaxial dbd plasma actuator and jet flow controller |
CN103821602A (en) * | 2014-02-28 | 2014-05-28 | 王才本 | Automobile exhaust pipe for waste gas decomposition |
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