JP2006329083A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関などが排出する排出ガス(排ガス、排気ガス)を浄化する(清浄化)することができる排出ガス浄化装置に関するものである。特に、本発明は、触媒室に排出ガスを通過させ、触媒反応によって排出ガスを効果的にクリアーすることができる排出ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus capable of purifying (cleaning) exhaust gas (exhaust gas, exhaust gas) discharged from an internal combustion engine or the like. In particular, the present invention relates to an exhaust gas purification device that allows exhaust gas to pass through a catalyst chamber and effectively clears exhaust gas by a catalytic reaction.
(1)従来の一般的な触媒式排出ガス浄化装置
従来の一般的な触媒式排出ガス浄化装置は、排気管の途中に触媒をおき、排気ガスが通過することによって排気ガス中の有害成分(CO、HC、およびNOx)を触媒反応により低減するように構成している。酸化触媒としては、白金、パラジウムなどの小さな粒の表面に付着させたペレット・タイプと、蜂の巣状のトンネルの表面に付着させたハニカム・タイプとが実用化されている。触媒を配置した触媒室は断熱材を含むシュラウドによって包囲されている。モノリス型触媒コンバータは、上流側に配置されたフロントヘッドと、下流側に配置されたリヤヘッドとを備えている(例えば、非特許文献1〜3参照)。
(1) Conventional General Catalytic Exhaust Gas Purification Device The conventional general catalytic exhaust gas purification device places a catalyst in the middle of an exhaust pipe and allows exhaust gas to pass through harmful components in exhaust gas ( CO, HC, and NOx) are reduced by catalytic reaction. As an oxidation catalyst, a pellet type attached to the surface of a small particle such as platinum or palladium and a honeycomb type attached to the surface of a honeycomb-shaped tunnel have been put into practical use. The catalyst chamber in which the catalyst is disposed is surrounded by a shroud including a heat insulating material. The monolithic catalytic converter includes a front head disposed on the upstream side and a rear head disposed on the downstream side (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 3).
(2)従来の第1タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第1タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、上流側に前置担体たるハニカム体を有し、下流側にメイン担体たるハニカム体を有している。ハニカム体は耐熱合金製の平箔と波箔とを巻き回し、平箔と波箔との接触部を接合して形成される。ハニカム体は上流側が凸状で、下流側が凹状であるように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
(3)従来の第2タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第2タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、ウォールフローハニカム構造部の上流側に近接して、排出ガス流を中心構造部に向かうように整流して誘導する整流誘導部を配置している(例えば、特許文献2参照)。
(2) Conventional First-Type Catalytic Exhaust Gas Purification Device A conventional first-type catalytic exhaust gas purification device has a honeycomb body that is a pre-support on the upstream side, and a honeycomb body that is a main carrier on the downstream side have. The honeycomb body is formed by winding a flat foil and a corrugated foil made of a heat-resistant alloy and joining the contact portions of the flat foil and the corrugated foil. The honeycomb body is configured such that the upstream side is convex and the downstream side is concave (see, for example, Patent Document 1).
(3) Conventional Second Type Catalytic Exhaust Gas Purifying Device The conventional second type catalytic exhaust gas purifying device is located close to the upstream side of the wall flow honeycomb structure, and the exhaust gas flow is placed in the central structure. A rectifying / inducing portion for rectifying and guiding so as to face is disposed (see, for example, Patent Document 2).
(4)従来の第3タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第3タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、排気後処理装置の上流側に、突出部およびその連通開口部からなる整流装置を設けている(例えば、特許文献3参照)。
(5)従来の第4タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第4タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、入口側仕切板を貫通し、多数の細孔からなる整流領域を設けている。さらに、出口側仕切板を貫通し、多数の細孔からなる整流領域を設けている(例えば、特許文献4参照)。
(4) Conventional Third Type Catalytic Exhaust Gas Purifying Device A conventional third type catalytic exhaust gas purifying device has a rectifier comprising a protrusion and its communication opening on the upstream side of the exhaust aftertreatment device. (For example, refer to Patent Document 3).
(5) Conventional Fourth Type Catalytic Exhaust Gas Purifying Device A conventional fourth type catalytic exhaust gas purifying device is provided with a rectification region that penetrates through an inlet-side partition plate and includes a large number of pores. Furthermore, a rectifying region made up of a large number of pores is provided through the outlet side partition plate (see, for example, Patent Document 4).
しかし、上述したような従来の触媒式排出ガス浄化装置では、下記の課題があった。
(1)排出ガスが排出ガス浄化装置の本体の中心部に当たり、本体の中心部が高熱になるので、本体の中心部が溶融したり、消耗劣化するおそれが高かった。
(2)排出ガスが排出ガス浄化装置の本体の中心部に集中して流れるので、本体の外側部分における排出ガスの浄化が不十分になり、総じて排出ガス浄化装置の浄化能力(清浄化能力)が不足するおそれが高かった。
(3)六角形のハニカム形に構成された触媒部は、触媒の表面積が少なく、触媒を効率よく機能させるには不十分であった。
(4)耐熱合金製の平箔と波箔からなるハニカム体は、構造が複雑であり、製造がむずかしかった。
(5)突出部およびその連通開口部からなる整流装置を備える構造や、多数の細孔からなる整流領域を設ける構造は、排出ガスが装置の本体中心部に集中して流れることを回避するのがむずかしく、また、整流装置の構造が複雑であった。
However, the conventional catalytic exhaust gas purification device as described above has the following problems.
(1) Since the exhaust gas hits the central portion of the main body of the exhaust gas purifying apparatus and the central portion of the main body becomes hot, there is a high possibility that the central portion of the main body is melted or worn out.
(2) Since exhaust gas concentrates and flows in the central part of the main body of the exhaust gas purification device, purification of the exhaust gas at the outer portion of the main body becomes insufficient, and the purification capability (cleaning ability) of the exhaust gas purification device as a whole There was a high risk of shortage.
(3) The catalyst portion configured in a hexagonal honeycomb shape has a small surface area of the catalyst, and is insufficient to allow the catalyst to function efficiently.
(4) A honeycomb body made of heat-resistant alloy flat foil and corrugated foil has a complicated structure and is difficult to manufacture.
(5) A structure provided with a rectifying device comprising a projecting portion and its communication opening and a structure provided with a rectifying region comprising a large number of pores avoid exhaust gas from concentrating on the central part of the main body of the device. It was difficult, and the structure of the rectifier was complicated.
本発明の目的は、内燃機関などにおいて、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持し、触媒による燃焼効率を高め、排出ガスを効率的に浄化することができる排出ガス浄化装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、排出ガスが装置の本体の中心部に集中して流れることを回避することができるように構成した排出ガス浄化装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、構造が簡素であり、製造が容易で、しかも、耐久性が高い排出ガス浄化装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus capable of purifying exhaust gas efficiently by maintaining low exhaust passage resistance of exhaust gas in an internal combustion engine or the like, improving combustion efficiency by a catalyst, and the like. .
Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus configured to avoid exhaust gas from being concentrated and flowing in the central portion of the main body of the apparatus.
Furthermore, another object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus that has a simple structure, is easy to manufacture, and has high durability.
本発明は、触媒式の排出ガス浄化装置において、上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体と、本体の内部において、上流側に配置され、排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニットと、本体の内部において、案内羽根ユニットの下流側に配置され、かつ、案内羽根ユニットによって螺旋推進された排出ガスの流れを通過させて排出ガスを浄化するための1個又は複数の触媒ユニットとを備えるように構成した。この排出ガス浄化装置は、構造が簡素であり、製造が容易で、しかも、耐久性が高い。この構成により、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持し、触媒による燃焼効率を高め、排出ガスを効率的に浄化することができる。さらに、この構成により、排出ガスが装置の本体中心部に集中して流れることを回避し、排出ガスを一様に満遍なく触媒ユニットに送ることができる。 The present invention relates to a catalytic exhaust gas purification device, a main body for passing exhaust gas from the upstream side to the downstream side, and an upstream side in the main body for spirally propelling the flow of the exhaust gas. One or more guide vane units and one or more for purifying exhaust gas through the flow of exhaust gas disposed downstream of the guide vane unit and spirally propelled by the guide vane unit inside the main body And a catalyst unit. This exhaust gas purification device has a simple structure, is easy to manufacture, and has high durability. With this configuration, the exhaust gas passage resistance of the exhaust gas can be kept low, the combustion efficiency by the catalyst can be increased, and the exhaust gas can be purified efficiently. Furthermore, with this configuration, the exhaust gas can be prevented from concentrating and flowing in the central part of the main body of the apparatus, and the exhaust gas can be uniformly and uniformly sent to the catalyst unit.
本発明の排出ガス浄化装置では、案内羽根ユニットは、本体の内部の上流側において、本体の外径が広がった位置に配置され、プロペラ状に外に広がった複数の羽根を含むのが好ましい。従来の排出ガス浄化装置では、エンジン・マニホールドより排気管を通して流入する排気ガス(排出ガス)は、口径が小さいパイプから口径が大きい排出ガス浄化装置に入ると、直進して触媒の中心部に衝突するおそれがあるが、本発明の排出ガス浄化装置では、排出ガス浄化装置の上流側に案内羽根ユニットを設けているので、排出ガスを触媒の上流側の面に一様に導くことができる。それによって、本発明の排出ガス浄化装置では、触媒の処理効果を著しく向上させることができる。 In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, it is preferable that the guide blade unit includes a plurality of blades that are disposed at positions where the outer diameter of the main body is widened on the upstream side inside the main body and are spread outward in a propeller shape. In a conventional exhaust gas purification device, exhaust gas (exhaust gas) flowing in through the exhaust pipe from the engine manifold goes straight and collides with the center of the catalyst when entering the exhaust gas purification device from a pipe with a small diameter. However, in the exhaust gas purification device of the present invention, the guide vane unit is provided on the upstream side of the exhaust gas purification device, so that the exhaust gas can be uniformly guided to the upstream surface of the catalyst. Thereby, in the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the treatment effect of the catalyst can be remarkably improved.
本発明の排出ガス浄化装置では、触媒ユニットは、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面が渦巻き状に形成されたパンチプレートで構成され、複数の突起がパンチプレートに形成され、触媒効果がある金属がパンチプレートの表面と、複数の突起の表面に付着されるのが好ましい。この構成により、構造が簡素であり、製造が容易で、しかも、耐久性が高い排出ガス浄化装置を実現することができる。また、この構成によれば、排出ガスの排気通過抵抗を少なくすることができ、さらに、触媒効果を高めることができる。すなわち、拡散されて一層目のセラミック製酸化触媒に導かれた排出ガスは、触媒の前面に接触して酸化反応処理される。セラミック製酸化触媒を通過した排出ガスは、若干の空間を通して、二層目の金属製酸化触媒に導かれる。この段階で、セラミック製酸化触媒の反応処理により温度が上昇し、組成が変化している排出ガスは、さらに、金属製酸化触媒によって酸化反応処理される。この金属製酸化触媒は補集の効果もあるので、一層目をすり抜けてきたPM物質の処理を行うことができる。このような2種類の酸化触媒を組み合わせることによって、排出ガスの浄化において、相乗的な浄化効果を期待することができる。 In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the catalyst unit is composed of a punch plate in which a cross section in a direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas is formed in a spiral shape, and a plurality of protrusions are formed on the punch plate. It is preferable that a certain metal is attached to the surface of the punch plate and the surfaces of the plurality of protrusions. With this configuration, it is possible to realize an exhaust gas purification device that has a simple structure, is easy to manufacture, and has high durability. Further, according to this configuration, the exhaust gas passage resistance of the exhaust gas can be reduced, and further, the catalytic effect can be enhanced. That is, the exhaust gas diffused and guided to the first ceramic oxidation catalyst comes into contact with the front surface of the catalyst and is subjected to an oxidation reaction treatment. The exhaust gas that has passed through the ceramic oxidation catalyst is guided to the second-layer metal oxidation catalyst through some space. At this stage, the exhaust gas whose temperature has risen due to the reaction treatment of the ceramic oxidation catalyst and whose composition has changed is further subjected to an oxidation reaction treatment by the metal oxidation catalyst. Since this metal oxidation catalyst also has an effect of collection, it is possible to treat the PM substance that has passed through the first layer. By combining these two types of oxidation catalysts, a synergistic purification effect can be expected in the purification of exhaust gas.
本発明の排出ガス浄化装置では、案内羽根ユニットと触媒ユニットは同心状に配置され、排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、パンチプレートの断面の渦巻きの方向と逆方向になるように構成されるのが好ましい。この構成により、排出ガスをセラミック製酸化触媒および金属製酸化触媒に一様に満遍なく導くことができるので、酸化反応処理による排出ガスの浄化において、特に顕著な相乗的な浄化効果を期待することができる。本発明の排出ガス浄化装置では、複数の突起は、上流側が先細るように形成されるのが好ましい。この構成により、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持することができる。 In the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the guide vane unit and the catalyst unit are arranged concentrically, and the direction in which the flow of the exhaust gas is spirally propelled is opposite to the direction of the spiral in the cross section of the punch plate Preferably it is done. With this configuration, the exhaust gas can be uniformly and uniformly guided to the ceramic oxidation catalyst and the metal oxidation catalyst, so that a particularly remarkable synergistic purification effect can be expected in the purification of the exhaust gas by the oxidation reaction treatment. it can. In the exhaust gas purification apparatus of the present invention, it is preferable that the plurality of protrusions are formed so that the upstream side is tapered. With this configuration, the exhaust gas passage resistance of the exhaust gas can be kept low.
本発明の排出ガス浄化装置では、排出ガスの流れを絞るために下流側に向かって先細になるように形成されたノズルを含む加速ノズルユニットが触媒ユニットの下流側に配置され、加速ノズルユニットは、内側に配置された内側ノズルと、内側ノズルの外側に配置された外側ノズルとを含む二重の筒状に構成され、内側ノズルに中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズルの中に流出させるための流出口が内側ノズルに形成され、前記排出ガスの流れの一部は、前記流出口を通って、外側ノズルの内面と内側ノズルの外面との間の空間に流出されるように構成するのが好ましい。この構成により、内側ノズルの外側の排出ガスが粘性によって持ち去られ負圧になるので、流出口を通して外側ノズルの内面と内側ノズルの外面との間の空間に排出ガスの一部を導くことができ、排気通過抵抗を少なくすることができる。 In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, an acceleration nozzle unit including a nozzle formed to taper toward the downstream side in order to restrict the flow of the exhaust gas is disposed on the downstream side of the catalyst unit. The inner nozzle arranged inside and the outer nozzle arranged outside the inner nozzle are configured in a double cylinder shape, and a part of the flow of exhaust gas flowing through the inner nozzle is made inside the outer nozzle. An outlet is formed in the inner nozzle, and a part of the exhaust gas flow passes through the outlet and flows into a space between the inner surface of the outer nozzle and the outer surface of the inner nozzle. It is preferable to configure. With this configuration, the exhaust gas outside the inner nozzle is taken away by the viscosity and becomes negative pressure, so a part of the exhaust gas can be guided to the space between the inner surface of the outer nozzle and the outer surface of the inner nozzle through the outlet. The exhaust passage resistance can be reduced.
本発明の排出ガス浄化装置では、流出口を通る排出ガスの流れは、排出ガスの流れの10%から30%であるのが好ましい。この構成により、流出口を通して外側ノズルの内面と内側ノズルの外面との間の空間に排出ガスの一部を効率的導くことができ、排気通過抵抗を少なくすることができる。本発明の排出ガス浄化装置では、内側ノズルの断面減少率は10%から30%であるのが好ましい。この構成により、排気通過抵抗を少なくすることができる。本発明の排出ガス浄化装置では、本体は二重の管状に形成され、二重の管の中が真空に維持されるのが好ましい。このような中空部を設ける構成により、本体からの射熱を抑えるとともに、本体の内部の温度を維持することができる。さらに、本発明の排出ガス浄化装置は、燃料を改質してエンジンに送る排ガス浄化用燃料改質器を用いると、排出ガスの浄化能力を一層効果的に高めることができる。 In the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the exhaust gas flow through the outlet is preferably 10% to 30% of the exhaust gas flow. With this configuration, part of the exhaust gas can be efficiently guided to the space between the inner surface of the outer nozzle and the outer surface of the inner nozzle through the outlet, and the exhaust passage resistance can be reduced. In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, it is preferable that the cross-section reduction rate of the inner nozzle is 10% to 30%. With this configuration, exhaust passage resistance can be reduced. In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, it is preferable that the main body is formed in a double tube, and the inside of the double tube is maintained in a vacuum. By providing such a hollow portion, the heat from the main body can be suppressed and the temperature inside the main body can be maintained. Furthermore, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention can more effectively enhance the exhaust gas purification capability when an exhaust gas purifying fuel reformer that reforms fuel and sends it to the engine is used.
本発明は、以上説明したように、排出ガス浄化装置において上記の特徴を有する構成としたので、以下に記載するような顕著な効果を発揮することができる。
(1)本発明の排出ガス浄化装置は、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持して、触媒による燃焼効率を高めることができるので、排出ガスを効率的に浄化することができる。
(2)本発明の排出ガス浄化装置は、排出ガスが装置の本体中心部に集中して流れることを回避することができるように構成したので、耐久性が高い。
(3)本発明の排出ガス浄化装置では、排出ガスがセラミック製酸化触媒、および/または金属製酸化触媒に導かれる構成であるので、種類の酸化触媒を組み合わせることによる排出ガスの相乗的な浄化効果を期待することができる。
(4)本発明の排出ガス浄化装置は、構造が簡素であって、しかも製造が容易である。
As described above, the present invention has the above-described characteristics in the exhaust gas purifying apparatus, so that the following remarkable effects can be exhibited.
(1) Since the exhaust gas purification apparatus of the present invention can maintain the exhaust passage resistance of the exhaust gas to be small and increase the combustion efficiency by the catalyst, the exhaust gas can be efficiently purified.
(2) The exhaust gas purifying apparatus of the present invention is configured to be able to avoid the exhaust gas from being concentrated and flowing in the central part of the main body of the apparatus, and thus has high durability.
(3) In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, since the exhaust gas is guided to the ceramic oxidation catalyst and / or the metal oxidation catalyst, synergistic purification of the exhaust gas by combining various types of oxidation catalysts. The effect can be expected.
(4) The exhaust gas purification apparatus of the present invention has a simple structure and is easy to manufacture.
以下に、本発明の排出ガス浄化装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(1)第1の実施の形態:
(1・1)第1の実施の形態の構造:
最初に、本発明の排出ガス浄化装置の第1の実施の形態の構造を説明する。図1を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置100は、触媒式の排出ガス浄化装置で構成されている。排出ガス浄化装置100は、入口側すなわち上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体102と、本体102の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット110と、本体102の内部において、案内羽根ユニット110の下流側に順番に配置された第1触媒ユニット120、第2触媒ユニット132、第3触媒ユニット134、第4触媒ユニット136と、第4触媒ユニット136の下流側に配置された加速ノズルユニット140とを備える。
Embodiments of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) First embodiment:
(1.1) Structure of the first embodiment:
Initially, the structure of 1st Embodiment of the exhaust-gas purification apparatus of this invention is demonstrated. Referring to FIG. 1, an exhaust
本体102は、排出ガスの流れの方向にそう中心軸線102xを有する。本体102の入口側すなわち上流側は、外周ハウジング102bから上流側に向かって先細になるように形成された入口テーパ部102cを形成している。本体102の出口側すなわち下流側は、外周ハウジング102bから下流側に向かって先細になるように形成された出口テーパ部102dを形成している。本体102は、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面形状が円形であるのがよい。本体102は、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面形状が多角形であるように構成してもよい。本体102の外周ハウジング102bは、二重の管状に形成される。この二重の管の中に設けられた中空部102fは真空に維持するのがよい。このような中空部102fを設ける構成により、本体102からの射熱を抑えるとともに、本体102の内部の温度を使用上影響がないような一定の範囲内に維持することができる。
The
排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニット110が、本体102の内部において、上流側に配置される。排出ガスの流れを通過させて排出ガスを浄化するための4個の触媒ユニットが、本体102の内部において、案内羽根ユニット110の下流側に順番に配置される。すなわち、第1触媒ユニット120、第2触媒ユニット132、第3触媒ユニット134、第4触媒ユニット136は、上流側から下流側に向かって、この順番に並んで同軸上に配置される。4個の触媒ユニット120、132、134、136は、排出ガスの流れを螺旋推進させるために設けられる。図1には4個の触媒ユニットを示すけれども、触媒ユニットの数は1個であってもよいし、2個であってもよいし、3個以上であってもよい。4個の触媒ユニット120、132、134、136のそれぞれの中心軸線は、本体102の中心軸線102xと一致するように配置するのがよい。4個の触媒ユニット120、132、134、136のそれぞれの形状は、同じであるのが好ましい。しかしながら、4個の触媒ユニット120、132、134、136のそれぞれの形状は互いに異なるように形成してもよい。
A
例えば、第1触媒ユニット120と第3触媒ユニット134がセラミック触媒室を構成し、第2触媒ユニット132と第4触媒ユニット136が金属触媒室を構成するように配置することができる。或いは、第1触媒ユニット120と第3触媒ユニット134が金属触媒室を構成し、第2触媒ユニット132と第4触媒ユニット136がセラミック触媒室を構成するように配置することができる。セラミック触媒室と、金属触媒室は、上流側から下流側に向かって交互に配置されるのがよい。或いは、4個の触媒ユニットのうちの少なくとも1つがセラミック触媒室を構成し、残りの触媒ユニットが金属触媒室を構成するように配置してもよい。或いは、4個の触媒ユニットのうちの少なくとも1つが金属触媒室を構成し、残りの触媒ユニットがセラミック触媒室を構成するように配置してもよい。
この構成により、セラミック触媒室の触媒作用と、金属触媒室の触媒の触媒作用により、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。
For example, the
With this configuration, the exhaust gas purification ability can be effectively enhanced by the catalytic action of the ceramic catalyst chamber and the catalytic action of the catalyst of the metal catalyst chamber.
図2〜図4を参照すると、案内羽根ユニット110は、本体102の内部において、入口テーパ部102cの下流側の位置に配置される。案内羽根ユニット110は、プロペラ状に外に広がった複数の羽根112(112a〜112d)を含む。図2〜図4には4個の羽根112a〜112dを示すけれども、案内羽根ユニット110の羽根の数は2個であってもよいし、3個以上であってもよい。案内羽根ユニット110の羽根の数は2個から6個であるのが好ましい。このように構成することにより、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができる。案内羽根ユニット110の中心軸線は、本体102の中心軸線102xと一致するように配置するのがよい。例えば、それぞれの羽根112a〜112dは厚さが1.5mmであるステンレスで形成することができる。それぞれの羽根112a〜112dの外周部は、保持用リングに固定される。保持用リングは、厚さが1.5mmであるステンレスで形成することができる。図2を参照すると、排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに、右巻き(すなわち、時計回り方向)である。図3を参照すると、例えば、羽根112は、外径DHAが198mmであり、下開角SDNが30度〜45度であり、上開角SUPが15度〜45度であるように形成することができる。例えば、上開角SUPの基準線のシフト量SHFは10mmであるように構成することができる。下開角SDNと上開角SUPの合計角度(SDN+SUP)は、70度〜90度の範囲にあるように形成するのが好ましく、80度〜90度の範囲にあるように形成するのがなお一層好ましい。合計角度(SDN+SUP)をこの範囲内にあるように形成することによって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができる。図4を参照すると、例えば、羽根112のひねり角度TWSは30度であり、ひねり幅TWDは50mmであるように構成することができる。羽根112のひねり角度TWSは15度から50度の範囲内にあるように形成するのが好ましい。このように羽根112のひねり角度TWSを構成することにより、排出ガスの流れを一層効果的に螺旋推進させることができる。
2 to 4, the
図5および図6を参照すると、第1触媒ユニット120は、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面が渦巻き状に形成されたパンチプレート122で構成される。例えば、それぞれの触媒ユニットを構成する渦巻きの巻き数は30巻きにすることができる。例えば、触媒ユニット120は、外径DSYが198mmである。触媒ユニット120の外径DSYは、羽根112の外径DHAと等しくなるように構成するのがよい。図6を参照すると、上流側から見たときに、羽根112によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向が右巻き(すなわち、時計回り方向)であるように構成する場合、パンチプレート122の渦巻きの方向は、上流側から見たときに、左巻き(すなわち、反時計回り方向)に形成するのが好ましい。上記の構成では、羽根112によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、パンチプレート122の断面の渦巻きの方向と逆方向になるように構成される。
すなわち、パンチプレート122の渦巻きの方向が、上流側から見たときに右巻き(すなわち、時計回り方向)になるように構成したとき、案内羽根ユニット110によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに左巻き(すなわち、反時計回り方向)に構成するのがよい。或いは、パンチプレート122の渦巻きの方向が、上流側から見たときに左巻き(すなわち、反時計回り方向)になるように構成したとき、案内羽根ユニット110によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに右巻き(すなわち、時計回り方向)に構成するのがよい。案内羽根ユニット110と触媒ユニット120は同心状に配置されるのがよい。この構成により、排出ガスの流れの方向を触媒室のところで変えることができ、排出ガスの浄化能力を飛躍的に高めることができる。すなわち、この構成により、排出ガスをセラミック製酸化触媒および金属製酸化触媒に一様に満遍なく導くことができるので、酸化反応処理による排出ガスの浄化において、特に顕著な相乗的な浄化効果を期待することができる。なお、変形例として、羽根112によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、パンチプレート122の断面の渦巻きの方向と同一方向になるように構成することもできる。この構成においても、案内羽根ユニットの働きによって、排出ガスをセラミック製酸化触媒および金属製酸化触媒に一様に満遍なく導くことができるので、酸化反応処理による排出ガスの浄化において、相乗的な浄化効果を期待することができる。
Referring to FIGS. 5 and 6, the
That is, when the spiral direction of the
図7から図10を参照すると、複数の突起124がパンチプレート122に形成される。複数の突起124は、上流側が先細るように形成されるのが好ましい。例えば、突起124の平面形状は、底辺TBが3mmであり、高さTHが3.6mmであり、頂角TKが45度である二等辺三角形の形状で形成することができる。突起124の平面形状は、上流側が先細るように形成された鋭角三角形であるのが好ましい。突起124の断面形状は、上流側が高くなるように形成されるのが好ましい。例えば、パンチプレート122は厚さTPAが1mmであるセラミックで形成することができる。例えば、突起124の上流側の先端部の高さHSが2mmであり、2つの突起124の上流側に位置した先端部同士の間隔GTが4mmであり、突起124の下流側の底辺部同士の間隔GBが1mmであるように形成することができる。例えば、上流側に位置した突起124の底辺部と、下流側に位置した突起124の先端部との間の間隔GSが1mmであるように形成することができる。例えば、突起124は、排出ガスの流れ方向の1列について、それぞれ13個形成することができる。それぞれの突起124のコーナ部分には、加工上必要とされるアール部を設けることができる。なお、図7に示すように、突起124の各列を交互に、いわゆる千鳥状に並べるのが好ましい。突起124の各列を千鳥状に並べることによって、排出ガスの流れの螺旋推進を保持することができる。
7 to 10, a plurality of
突起124は、パンチプレート122を構成するセラミックが粘性をもっている状態で、三角形のヘッドをもつ工具をパンチプレート122の下面から上方向に向けて突き出すことによって形成することができる。突起124を形成したパンチプレート122を渦巻き状に変形させ、渦巻きの間に「ろう」を入れて焼結することによって第1触媒ユニット120を形成することができる。渦巻き状に変形させたパンチプレート122の表面に白金(Pt)をコーティングすることによって、セラミック触媒室を構成することができる。パンチプレート122の表面にコーティングする金属は、白金であってもよいし、白金とロジウムであってもよいし、白金とロジウムとパラジウムであってもよい。第1触媒ユニット120と同様に、第3触媒ユニット134は、セラミック触媒室を構成する。したがって、第3触媒ユニット134の材質・寸法形状は、図5に示す触媒ユニット120と同様である。
The
第2触媒ユニット132、および、第4触媒ユニット136は、金属触媒室を構成する。このように、セラミック触媒室と金属触媒室を設け、2種類の酸化触媒を組み合わせることによって、排出ガスの浄化において、相乗的な浄化効果を期待することができる。第2触媒ユニット132の寸法形状は、図5に示す第1触媒ユニット120と同様である。
例えば、第2触媒ユニット132を形成するのに使用するパンチプレートは厚さTPAが1mmであるステンレス(例えば、SUS304)で形成することができる。ステンレスのパンチプレートの厚さは、例えば、0.1mm〜1mmにするのがよい。第2触媒ユニット132を形成するのに使用するパンチプレートに形成する突起の寸法形状と配置は、図5に示す第1触媒ユニット120と同様である。第2触媒ユニット132を形成するのに使用するパンチプレートの渦巻きの方向は、図5に示す第1触媒ユニット120と同様である。突起を形成したパンチプレートを渦巻き状に変形させる。次に、パンチプレートの表面に一次コーティングとしてアルミナ(Al203)をコーティングし、さらに、二次コーティングとして白金(Pt)をコーティングすることによって、金属触媒室を構成することができる。第4触媒ユニット136の材質・寸法形状とコーティングは、第2触媒ユニット132と同様である。4個の触媒ユニットは、上流側から下流側に向かって、上記と異なる順序に配置してもよい。パンチプレートの表面にコーティングする金属は、白金であってもよいし、白金とロジウムであってもよいし、白金とロジウムとパラジウムであってもよい。なお、第2触媒ユニット132のパンチプレートの寸法形状は、第1触媒ユニット120のパンチプレートの寸法形状と異なっていてもよい。
The
For example, the punch plate used to form the
図1および図11を参照すると、加速ノズルユニット140が第4触媒ユニット136の下流側に配置される。加速ノズルユニット140は、排出ガスの流れを絞るために下流側に向かって先細になるように形成された2つのノズルを含む。加速ノズルユニット140は、中心軸線102xに近い内側に配置された内側ノズル142と、内側ノズル142の外側に配置された外側ノズル144とを含む同心の二重の筒状に構成される。内側ノズル142の中心軸線は、本体102の中心軸線102xと一致するように配置するのがよい。外側ノズル144の中心軸線は、本体102の中心軸線102xと一致するように配置するのがよい。内側ノズル142の中心軸線は、外側ノズル144の中心軸線と一致するように配置するのがよい。
Referring to FIGS. 1 and 11, the
内側ノズル142の中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズル144の内面と内側ノズル142の外面との間の空間144gに流出させるための複数の流出口146が内側ノズル142の上流側に近い方の部分に形成される。図12および図13を参照すると、例えば、外側ノズル144は、上流側の外径DSZが198mmであり、下流側の内径DKZが65mmであるように形成することができる。例えば、内側ノズル142は、第1テーパ部の上流側の内径DSZが198mmであり、第1テーパ部の下流側の内径DKYが70mmであり、第2テーパ部の下流側の内径DKNが50mmであるように形成することができる。内側ノズル142の断面は、テーパ率が異なる複数のテーパ部によって下流側に向かって先細になるように構成されるのが好ましい。
A plurality of
例えば、流出口146は、直径が20mmの孔であり、円周方向にそって12個形成することができる。流出口146を通って外側ノズル144の内面と内側ノズル142の外面との間の空間144gに流出する排出ガスの流量は、排出ガスの流量の10%から30%であるのが好ましい。例えば、内側ノズル142の断面減少率は7%から20%であるのが好ましい。例えば、外側ノズル144の断面減少率は10%から30%であるのが好ましい。この構成により、内側ノズル142の外側の排出ガスが粘性によって持ち去られ負圧になるので、流出口146を通して外側ノズル144の内面と内側ノズル142の外面との間の空間144gに排出ガスの一部を導くことができ、排気通過抵抗を少なくすることができる。
For example, the
(1・2)第1の実施の形態の作用:
次に、本発明の排出ガス浄化装置の第1の実施の形態の作用について説明する。本発明の排出ガス浄化装置を使用するときは、本体102の入口を内燃機関の排気管に結合し、本体102の吐出口を消音器(マフラー)に結合することによって、内燃機関の排出ガスを清浄化することができる。なお、本体102の外側のハウジングを二重の管状に形成する構成により、本体102の内部の温度を維持することができる。
(1.2) Operation of the first embodiment:
Next, the operation of the first embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention will be described. When the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is used, the exhaust of the internal combustion engine is reduced by connecting the inlet of the
図1を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置100において、本体102の入口側すなわち上流側から流入する排出ガスは、入口テーパ部102cの内部で広げられて、案内羽根ユニット110に導入される。次に、排出ガスは、案内羽根ユニット110の複数(4個)の羽根112によって螺旋推進される。羽根112によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに右巻き(すなわち、時計回り方向)になっている。次に、案内羽根ユニット110を通った排出ガスは、第1触媒ユニット120に導入される。第1触媒ユニット120のパンチプレート122の渦巻きの方向は、上流側から見たときに左巻き(すなわち、反時計回り方向)である。したがって、複数(4個)の羽根112によって排出ガスが螺旋推進される方向は、パンチプレート122の断面の渦巻きの方向と逆方向になっている。
Referring to FIG. 1, in the exhaust
第1触媒ユニット120において、セラミック触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。第1触媒ユニット120を通った排出ガスは、第2触媒ユニット132に導入される。第2触媒ユニット132において、金属触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。第2触媒ユニット132を通った排出ガスは、第3触媒ユニット134に導入される。第3触媒ユニット134において、セラミック触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。第3触媒ユニット134を通った排出ガスは、第4触媒ユニット136に導入される。第4触媒ユニット136において、金属触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。上述したように、多孔質の表面をもったセラミック触媒室の触媒作用と、多孔質の表面をもった金属触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。
In the
図1および図11を参照すると、第4触媒ユニット136を通った排出ガスは、内側ノズル142の上流側の入口に導入される。内側ノズル142の中を流れる排出ガスの流れの一部は、内側ノズル142に設けられた複数の流出口146を通って、外側ノズル144の内面と内側ノズル142の外面との間の空間144gに流出される。内側ノズル142の中を流れる排出ガスの一部は、内側ノズル142の下流側の出口から流出し、排出ガスの他の一部は、外側ノズル144の内面と内側ノズル142の外面との間の空間144gを通って、外側ノズル144の下流側の出口から吐出口に流出する。このように排出ガスを流すことによって、排気通過抵抗を少なくすることができる。さらに、本発明の排出ガス浄化装置は、燃料を改質してエンジンに送る排ガス浄化用燃料改質器を用いると、排出ガスの浄化能力を一層効果的に高めることができる。
Referring to FIGS. 1 and 11, the exhaust gas that has passed through the
(2)他の実施の形態:
次に、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施形態が本発明の排出ガス浄化装置の第1の実施形態と異なる点を主に述べる。したがって、以下に記載がない個所は、前述した本発明の排出ガス浄化装置の第1の実施形態についての説明をここに準用する。
(2) Other embodiments:
Next, another embodiment of the exhaust gas purification apparatus of the present invention will be described. In the following description, a description will mainly be given of a point in which another embodiment of the exhaust gas purification apparatus of the present invention differs from the first embodiment of the exhaust gas purification apparatus of the present invention. Therefore, the description about 1st Embodiment of the exhaust gas purification apparatus of this invention mentioned above applies mutatis mutandis here.
図14を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態の第1タイプにおいて、排出ガス浄化装置220は、本体222と、本体222の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット224と、本体222の内部において、案内羽根ユニット224の下流側に配置された第1触媒ユニット225と、第1触媒ユニット225の下流側に配置された第2触媒ユニット226と、第2触媒ユニット226の下流側に配置された第3触媒ユニット227と、第3触媒ユニット227の下流側に配置された第4触媒ユニット228とを備える。第1触媒ユニット225と第3触媒ユニット227がセラミック触媒室を構成するように配置することができる。第2触媒ユニット226と第4触媒ユニット228が金属触媒室を構成するように配置することができる。或いは、4個の触媒ユニットのうちの少なくとも1つがセラミック触媒室を構成し、残りの触媒ユニットが金属触媒室を構成するように配置してもよい。或いは、4個の触媒ユニットのうちの少なくとも1つが金属触媒室を構成し、残りの触媒ユニットがセラミック触媒室を構成するように配置してもよい。他の実施の形態の第1タイプにおいては、排出ガス浄化装置220には、内側ノズルは設けられていない。この構成によって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができ、さらに、多孔質の表面をもったセラミック触媒室の触媒作用と、多孔質の表面をもった金属触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。
Referring to FIG. 14, in the first type of another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the exhaust
図15を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態の第2タイプにおいて、排出ガス浄化装置230は、本体232と、本体232の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット233と、本体232の内部において、案内羽根ユニット233の下流側に配置された1個の触媒ユニット234と、2つのノズルを含む加速ノズルユニット236とを備える。加速ノズルユニット236は、内側ノズル237と、内側ノズル237の外側に配置された外側ノズル238とを含む。内側ノズル237の中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズル238の内面と内側ノズル237の外面との間の空間に流出させるための複数の流出口237hが内側ノズル237の上流側に近い方の部分に形成される。触媒ユニット234は、セラミック触媒室を構成してもよいし、或いは、金属触媒室を構成してもよい。この構成によって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができ、多孔質の表面をもった触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。さらに、この構成によって、排気通過抵抗を少なくすることができる。
Referring to FIG. 15, in a second type of another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the exhaust
図16を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態の第3タイプにおいて、排出ガス浄化装置240は、本体242と、本体242の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット243と、本体242の内部において、案内羽根ユニット243の下流側に配置された第1触媒ユニット244と、第1触媒ユニット244の下流側に配置された第2触媒ユニット245と、第2触媒ユニット245の下流側に配置されたかつ2つのノズルを含む加速ノズルユニット246とを備える。加速ノズルユニット246は、内側ノズル247と、内側ノズル247の外側に配置された外側ノズル248とを含む。内側ノズル247の中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズル248の内面と内側ノズル247の外面との間の空間に流出させるための複数の流出口247hが内側ノズル247の上流側に近い方の部分に形成される。第1触媒ユニット244がセラミック触媒室を構成し、第2触媒ユニット245が金属触媒室を構成してもよいし、或いは、第1触媒ユニット244が金属触媒室を構成し、第2触媒ユニット245がセラミック触媒室を構成してもよいこの構成によって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができ、多孔質の表面をもったセラミック触媒室の触媒作用と、多孔質の表面をもった金属触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。さらに、この構成によって、排気通過抵抗を少なくすることができる。
Referring to FIG. 16, in the third type of another embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the exhaust
本発明の排出ガス浄化装置は、内燃機関などが排出する排出ガスを浄化するのに利用することができる。特に、本発明の排出ガス浄化装置を用いると、触媒反応により排出ガスを効果的にクリアーすることができる。 The exhaust gas purification apparatus of the present invention can be used to purify exhaust gas discharged from an internal combustion engine or the like. In particular, when the exhaust gas purification apparatus of the present invention is used, exhaust gas can be effectively cleared by catalytic reaction.
100 排出ガス浄化装置
102 本体
110 案内羽根ユニット
112 羽根
120 触媒ユニット
122 パンチプレート
124 突起
140 加速ノズルユニット
142 内側ノズル
144 外側ノズル
146 流出口
220 排出ガス浄化装置
230 排出ガス浄化装置
240 排出ガス浄化装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体(102)と、
前記本体(102)の内部において、上流側に配置され、排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニット(110)と、
前記本体(102)の内部において、前記案内羽根ユニット(110)の下流側に配置され、かつ、前記案内羽根ユニット(110)によって螺旋推進された前記排出ガスの流れを通過させて前記排出ガスを浄化するための1個又は複数の触媒ユニット(120)と、
を備えることを特徴とする排出ガス浄化装置。 In a catalytic exhaust gas purification device,
A main body (102) for passing exhaust gas from the upstream side to the downstream side;
A guide vane unit (110) disposed on the upstream side in the main body (102) for spirally propelling the flow of exhaust gas;
Inside the main body (102), the exhaust gas is passed through the flow of the exhaust gas that is disposed downstream of the guide blade unit (110) and spirally propelled by the guide blade unit (110). One or more catalyst units (120) for purification;
An exhaust gas purification device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005154244A JP2006329083A (en) | 2005-05-26 | 2005-05-26 | Exhaust emission control device |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013228189A (en) * | 2012-03-30 | 2013-11-07 | Ngk Insulators Ltd | Heat exchanging member |
CN108194177A (en) * | 2017-12-31 | 2018-06-22 | 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 | For the axial-flow type rotating vane mixing arrangement of vent gas treatment |
-
2005
- 2005-05-26 JP JP2005154244A patent/JP2006329083A/en active Pending
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JP2013228189A (en) * | 2012-03-30 | 2013-11-07 | Ngk Insulators Ltd | Heat exchanging member |
CN108194177A (en) * | 2017-12-31 | 2018-06-22 | 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 | For the axial-flow type rotating vane mixing arrangement of vent gas treatment |
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