JP2009127585A - Exhaust emission control device - Google Patents

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Minoru Sato
稔 佐藤
Akira Shiragami
昭 白神
Kazuhiko Kawajiri
和彦 川尻
Masato Kurahashi
正人 倉橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of efficiently purifying noxious component in exhaust gas. <P>SOLUTION: A heat exchanger 5 is disposed in a first exhaust gas channel 31 which exhaust gas from an engine 1 pass through. The heat exchanger 5 is divided into a high temperature side channel 5a and a low temperature side channel 5b by a bulkhead 5c. Heat is exchanged between the high temperature side channel 5a and the low temperature side channel 5b. Fluid passing through the high temperature side channel 5a is cooled and fluid passing through the low temperature side channel 5b is re-heated. A first exhaust gas channel 31 includes a plasma processing part 4 as a first reaction part. A first catalyst part 6 containing catalyst purifying NOx is disposed at a downstream side of the plasma processing part 4 as a second reaction part inducing next step reaction following the reaction in the first reaction part based on it. An upstream side of the plasma processing part 4 and the high temperature side channel 5a of the heat exchanger 5 are connected to keep flow, and a downstream side of the plasma processing part 4 and an upstream side of the first catalyst part 6 are connected via the low temperature side channel 5b of the heat exchanger 5 to keep flow. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関等から排出される燃焼排気ガス中の有害成分を清浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies harmful components in combustion exhaust gas discharged 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、有害成分として窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)が含まれている。エンジンの排気流路に、これらの有害ガスを触媒作用によって浄化する触媒式浄化装置を組み入れ、この触媒式浄化装置の上流側にプラズマ処理装置を接続した自動車用排ガス処理装置がある。この自動車用排ガス処理装置のプラズマ処理装置において、NOの一部はN2とO2とに分離し、CO、炭化水素の一部は酸素と反応してCO2、H2Oとなって無害化される。プラズマ処理装置において無害化されなかった有害成分は、プラズマ処理装置の下流側に接続された触媒式浄化装置に流れ込む。有害成分はプラズマから大きなエネルギーを与えられた励起状態で、触媒式浄化装置に流れ込み、そのエネルギーによって触媒が活性化され、酸化または還元が促進されて排ガスの浄化処理の効率が良くなる(例えば、特許文献1参照)。
また、内燃機関の排気ガスが通過する排気流路に熱交換器と吸着材とが配置され、さらに吸着材の下流側に触媒が配置され、熱交換器が吸着材の上流側と、吸着材の下流側であってかつ触媒の上流側との間で熱交換できるようにした排気ガス浄化装置がある。この排気ガス浄化装置において、エンジンの始動直後には、エンジンから排出された有害成分を含有する排気ガスは熱交換器を通過して低温となって流出し、有害成分が吸着材により吸着される。吸着材により有害成分が除去された排気ガスは、熱交換器により再加熱されて触媒に導入され、触媒を効率良く昇温して早期に活性温度に到達させる。これによりエンジンの始動直後における排気ガスの温度上昇時に、触媒が排気ガス中の有害成分を浄化できる活性温度に達するまで、吸着材で有害成分を一旦吸着することができ、エンジンの始動時に有害成分が大気に放出することを防止する(例えば、特許文献2参照)。
The exhaust gas discharged from the automobile engine contains nitrogen oxides (NO x ), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) as harmful components. There is an automobile exhaust gas treatment device in which a catalytic purification device that purifies these harmful gases by catalytic action is incorporated in an exhaust passage of an engine, and a plasma processing device is connected upstream of the catalytic purification device. In this plasma processing apparatus of an automobile exhaust gas processing apparatus, a part of NO x is separated into N 2 and O 2, and a part of CO and hydrocarbon reacts with oxygen to become CO 2 and H 2 O. Detoxified. The harmful components that have not been rendered harmless in the plasma processing apparatus flow into the catalytic purification device connected to the downstream side of the plasma processing apparatus. The harmful component flows into the catalytic purification device in an excited state given a large amount of energy from the plasma, and the energy is activated by the energy, and the oxidation or reduction is promoted to improve the efficiency of the exhaust gas purification treatment (for example, Patent Document 1).
In addition, a heat exchanger and an adsorbent are disposed in an exhaust passage through which exhaust gas of the internal combustion engine passes, and a catalyst is disposed downstream of the adsorbent, and the heat exchanger is disposed upstream of the adsorbent, and the adsorbent. There is an exhaust gas purification device that can exchange heat with the upstream side of the catalyst and the upstream side of the catalyst. In this exhaust gas purification device, immediately after the engine is started, exhaust gas containing harmful components discharged from the engine passes through the heat exchanger and flows out at a low temperature, and the harmful components are adsorbed by the adsorbent. . The exhaust gas from which harmful components have been removed by the adsorbent is reheated by the heat exchanger and introduced into the catalyst, and the catalyst is efficiently heated to reach the activation temperature early. As a result, when the exhaust gas temperature rises immediately after starting the engine, the adsorbent can once adsorb the harmful component until the catalyst reaches an activation temperature that can purify the harmful component in the exhaust gas. Is prevented from being released into the atmosphere (see, for example, Patent Document 2).

特開平6−335621号公報(第1頁)JP-A-6-335621 (first page) 特開平2001−295643号公報(第1頁)Japanese Patent Laid-Open No. 2001-295543 (first page)

特許文献1の自動車用排ガス処理装置においては、プラズマ処理装置で無害化されなかった有害成分を、プラズマから大きなエネルギーを与えられた励起状態で触媒式浄化装置に流れ込ませるため、プラズマ処理装置を触媒式浄化装置の上流側に設ける必要がある。しかし、エンジンからの排気ガスの温度は外部への熱放出などの影響で排気ガスの流れる方向にしたがって低下し、下流側の触媒式浄化装置は上流側のプラズマ処理装置より温度が低くなる。そのため触媒式浄化装置を、効率良く浄化処理を行うことのできる高い温度で使用することが困難で高い浄化率が得られないという課題があった。
特許文献2の排気ガス浄化装置においては、吸着材は飽和するまでが使用可能な期間であり、また脱離温度以上になると吸着能力がなくなる。そのため、吸着材はエンジン始動後の一定時間だけしか作用せず、定常運転時には触媒だけで排気ガス中の有害成分を浄化するため有害成分の浄化が十分ではないという課題があった。
In the exhaust gas treatment apparatus for automobiles of Patent Document 1, harmful components that have not been rendered harmless by the plasma treatment apparatus are caused to flow into the catalytic purification apparatus in an excited state given a large energy from the plasma. It is necessary to provide in the upstream of a type purification device. However, the temperature of the exhaust gas from the engine decreases according to the exhaust gas flowing direction due to the influence of heat release to the outside, and the temperature of the downstream catalytic purification device becomes lower than that of the upstream plasma processing device. Therefore, there is a problem that it is difficult to use the catalytic purification device at a high temperature at which the purification treatment can be performed efficiently and a high purification rate cannot be obtained.
In the exhaust gas purifying apparatus of Patent Document 2, the adsorbent is usable until the adsorbent is saturated, and when the adsorbent becomes higher than the desorption temperature, the adsorbing ability is lost. Therefore, the adsorbent acts only for a certain time after the engine is started, and there is a problem that the harmful components are not sufficiently purified because the harmful components in the exhaust gas are purified only by the catalyst during the steady operation.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、排気ガス中の有害成分を、効率良く浄化することができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device capable of efficiently purifying harmful components in exhaust gas.

本発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスが通過する第1の排気ガス流路に設けられ、上記排気ガスが反応する第1の反応部、上記第1の排気ガス流路における上記第1の反応部の上流側に設けられた高温側流路と、上記第1の排気ガス流路における上記第1の反応部の下流側に設けられた低温側流路とが隔壁により隔てられた熱交換器、並びに上記第1の排気ガス流路における上記低温側流路の下流側に設けられ、上記第1の反応部における反応に基づく次段の反応が生じる第2の反応部を備え、上記第1の反応部の温度が上記第2の反応部の温度より低いものである。   The exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is provided in a first exhaust gas flow path through which exhaust gas discharged from an engine passes, and the first reaction part with which the exhaust gas reacts, the first exhaust gas flow A high-temperature channel provided on the upstream side of the first reaction unit in the channel and a low-temperature channel provided on the downstream side of the first reaction unit in the first exhaust gas channel And a second reaction that is provided on the downstream side of the low-temperature side passage in the first exhaust gas passage and causes the next-stage reaction based on the reaction in the first reaction section. And the temperature of the first reaction part is lower than the temperature of the second reaction part.

排気ガス流路において、エンジンから排出される排気ガスは、第1の反応部を通過した後で第2の反応部に導入され、第1の反応部において次段の第2の反応部の役割の一部を行うことができるため排気ガスの浄化機能が向上する。
また、熱交換器によりエンジンから排出される排気ガスが低温化されて第1の反応部に導入され、その後熱交換器により再加熱されて昇温されて第2の反応部に導入される。そのため、排気流路において上流側の第1の反応部より下流側の第2の反応部を流通する排気ガスを高温にすることができ、容易に第1の反応部および第2の反応部の反応性を効率良く発現させることができる。
In the exhaust gas flow path, the exhaust gas discharged from the engine is introduced into the second reaction part after passing through the first reaction part, and the role of the second reaction part in the next stage in the first reaction part. Therefore, the exhaust gas purification function is improved.
Further, the exhaust gas discharged from the engine by the heat exchanger is lowered in temperature and introduced into the first reaction part, and then reheated by the heat exchanger and heated to be introduced into the second reaction part. Therefore, the exhaust gas flowing through the second reaction section downstream from the first reaction section on the upstream side in the exhaust flow path can be made high temperature, and the first reaction section and the second reaction section can be easily heated. Reactivity can be efficiently expressed.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の排気ガス処理装置の概念図であり、エンジン1に接続された状態を示す。
図1に示すように、エンジン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は、複数本の排気マニホールド2から一本の排気管の第1の排気ガス流路31に導入される。
第1の排気ガス流路31に第1の反応部としてプラズマ処理部4が設けられ、プラズマ処理部4の下流側に、第1の反応部での反応に基づきこれに続く次段の反応が生じる第2の反応部としてNOを浄化するNO浄化触媒を含有する第1の触媒部6が配置され、さらに熱交換器5が、その高温側流路5aがプラズマ処理部4の上流側に、低温側流路5bがプラズマ処理部4の下流側でかつ第1の触媒部6の上流側になるように設けられている。本実施の形態の排気ガス処理装置において、エンジン1から排出された排気ガスが高温側流路5aに流れ込み、プラズマ処理部4を通過した後低温側流路5bに流れ込み、熱交換器5において、高温側流路5aと低温側流路5bとを隔てる隔壁5cを介して熱交換し、高温側流路5aを通過する排気ガスは冷却されてプラズマ処理部4に導入され、プラズマ処理部4を通過した後低温側流路5bで再加熱されて第1の触媒部6へ導入される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram of an exhaust gas processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a state connected to an engine 1.
As shown in FIG. 1, several cylinders (not shown) are provided in the engine 1, and the exhaust gas burned in the cylinder is sent from a plurality of exhaust manifolds 2 to one exhaust pipe. It is introduced into the first exhaust gas passage 31.
A plasma processing unit 4 is provided as a first reaction unit in the first exhaust gas flow path 31, and a subsequent reaction following this is performed on the downstream side of the plasma processing unit 4 based on the reaction in the first reaction unit. second first catalyst unit 6 containing the NO x purification catalyst for purifying NO x is arranged as a reaction unit, further heat exchanger 5, the high-temperature side flow passage 5a is upstream of the plasma processing unit 4 caused In addition, the low-temperature channel 5 b is provided on the downstream side of the plasma processing unit 4 and on the upstream side of the first catalyst unit 6. In the exhaust gas treatment device of the present embodiment, the exhaust gas discharged from the engine 1 flows into the high temperature side flow path 5a, passes through the plasma processing unit 4 and then flows into the low temperature side flow path 5b, and in the heat exchanger 5, Heat is exchanged through the partition wall 5c separating the high temperature side flow path 5a and the low temperature side flow path 5b, and the exhaust gas passing through the high temperature side flow path 5a is cooled and introduced into the plasma processing unit 4, After passing, it is reheated in the low temperature side channel 5 b and introduced into the first catalyst unit 6.

本実施の形態に係るプラズマ処理部4は放電電極を備え、この放電電極の間を排気ガスが通過する構造であり、プラズマ制御装置7と高電圧電源8とが接続されている。プラズマ制御装置7は、モニタしたプラズマの生成状況の情報、エンジン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8等を制御して、プラズマ処理部4の動作を制御することで最終的にはプラズマ生成量を制御する。
なお、本実施の形態において、プラズマ処理部4は排気ガス中の有害成分が浄化されるための前段反応を担う第1の反応部として設けられており、プラズマ処理部4においてなされる反応である転化処理とは、排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部を、アルデヒド類、アルコール類もしくは不飽和炭化水素などの反応性の高い炭化水素に、またはNOをNOへ転化させることを意味する。
つまり、排気ガスが放電電極の間を通過すると放電プラズマが生じ、まず排気ガス中の酸素分子や水分子に次式に示すように解離が生じる。なお、式中*は原子または分子が励起状態であることを示す。
→2O
O→H+OH
とOHは下記反応式に示すように、有害ガスであるHCやNOと反応して、最終的にホルムアルデヒド、アセトアルデヒドまたはNOなどを生じる。
HC+O(またはOH)→アルデヒドなど
NO+O→NO
The plasma processing unit 4 according to the present embodiment includes a discharge electrode, and exhaust gas passes between the discharge electrodes. A plasma control device 7 and a high voltage power source 8 are connected to each other. The plasma control device 7 controls the operation of the plasma processing unit 4 by controlling the high voltage power supply 8 and the like based on the information on the monitored plasma generation status, the information on the rotational speed of the engine 1 and the exhaust gas temperature, and the like. This ultimately controls the amount of plasma generation.
In the present embodiment, the plasma processing unit 4 is provided as a first reaction unit responsible for a pre-reaction for purifying harmful components in the exhaust gas, and is a reaction performed in the plasma processing unit 4. The conversion treatment means that at least a part of hydrocarbons contained in the exhaust gas is converted into highly reactive hydrocarbons such as aldehydes, alcohols or unsaturated hydrocarbons, or NO is converted to NO 2 . To do.
That is, when the exhaust gas passes between the discharge electrodes, discharge plasma is generated, and first, dissociation occurs in the oxygen molecules and water molecules in the exhaust gas as shown in the following equation. In the formula, * indicates that an atom or molecule is in an excited state.
O 2 → 2O *
H 2 O → H * + OH *
As shown in the following reaction formula, O * and OH * react with HC and NO, which are harmful gases, to finally formaldehyde, acetaldehyde, NO 2 and the like.
HC + O * (or OH * ) → aldehyde, etc. NO + O * → NO 2

自動車エンジンから排出される排気ガス中には、有害成分として窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)が含まれ、ガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガス中には酸素が多く含まれ、NOの浄化が特に問題となる。
それに対して、本実施の形態に係るプラズマ処理部4において、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理することにより、上式に示す放電化学反応によりアルデヒドやNOを生成することで、排気ガス中の有害ガスを反応性の高い還元性ガスや酸化性ガスにすることができ、排気ガスの浄化機能が向上し、特にガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジン等、排気ガス中に酸素が多く含まれるエンジンの排気ガスの浄化に効果的である。
Exhaust gas emitted from automobile engines contains nitrogen oxides (NO x ), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) as harmful components, and is contained in exhaust gases from gasoline lean burn engines and diesel engines. Contains a large amount of oxygen, and NO x purification is particularly problematic.
On the other hand, in the plasma processing unit 4 according to the present embodiment, exhaust gas containing oxygen is subjected to discharge plasma treatment, thereby generating aldehyde and NO 2 by the discharge chemical reaction shown in the above formula, thereby exhaust gas. Hazardous gas inside can be made into highly reactive reducing gas or oxidizing gas, and the exhaust gas purification function is improved, especially in exhaust gas such as gasoline lean burn engine and diesel engine. It is effective for purifying engine exhaust gas.

図2は、本実施の形態の排気ガス浄化装置に係るプラズマ処理部4のプラズマ電極温度によるNOへの転化率の変化を示す特性図で、NOへの転化率は下式で表される値である。
NO転化率=プラズマ処理部出口NO濃度/プラズマ処理部入口NO濃度
図2に示すように、プラズマ処理部4のプラズマ電極温度が350℃程度であると、プラズマ処理によりNOへの転化が最も効率よく施され、プラズマ処理に最適温度が存在することがわかる。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in the conversion rate to NO 2 depending on the plasma electrode temperature of the plasma processing unit 4 according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, and the conversion rate to NO 2 is expressed by the following equation. Value.
NO 2 conversion rate = plasma processing unit outlet NO 2 concentration / plasma processing unit inlet NO x concentration As shown in FIG. 2, when the plasma electrode temperature of the plasma processing unit 4 is about 350 ° C., it is converted to NO 2 by plasma processing. It can be seen that the conversion is most efficiently applied and there is an optimum temperature for the plasma treatment.

本実施の形態に係る第1の触媒部6に用いるNO浄化触媒としては、蜂の巣状のハニカムセラミック基材に触媒が担持されたもので、例えばセラミック基材にアルデヒドとNOの清浄化反応に有効とされているアルミナに担持した銀触媒やゼオライト系触媒等がある。
本実施の形態に係る第1の触媒部6に、プラズマ処理部4での放電化学反応により得られたアルデヒド類またはNO含む排気ガスが導入され、さらに清浄化処理が施される。なお、第1の触媒部6における清浄化処理とは、プラズマ処理部4における反応に基づく次段の反応であり、排気ガスに含まれるアルデヒド類やNOをN、CO、HOへ転化することである。
図3は、本実施の形態の排気ガス浄化装置に係る第1の触媒部6における触媒温度とNOの浄化率との関係を示す特性図で、NO浄化率は下式で表される値である。
NO浄化率=(触媒部入口NO濃度−触媒部出口NO濃度)/触媒部入口NO濃度
図3に示すように、第1の触媒部6の触媒温度が420℃程度であると、触媒によるNOの浄化率が最も高く、NOの浄化に最適温度が存在することがわかる。
The NO x purification catalyst used for the first catalyst unit 6 according to the present embodiment is a catalyst in which a catalyst is supported on a honeycomb-shaped honeycomb ceramic substrate. For example, a purification reaction of aldehyde and NO 2 on the ceramic substrate. There are silver catalysts supported on alumina and zeolite-based catalysts which are effective for the above.
An exhaust gas containing aldehydes or NO 2 obtained by a discharge chemical reaction in the plasma processing unit 4 is introduced into the first catalyst unit 6 according to the present embodiment, and further subjected to a cleaning process. The cleaning treatment in the first catalyst unit 6 is a next-stage reaction based on the reaction in the plasma processing unit 4, and aldehydes and NO 2 contained in the exhaust gas are converted into N 2 , CO 2 , H 2 O. It is to convert to.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the catalyst temperature and the NO x purification rate in the first catalyst unit 6 according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, and the NO x purification rate is expressed by the following equation. Value.
The NO x purification rate = - as shown in (catalyst unit inlet concentration of NO x catalyst unit outlet concentration of NO x) / catalyst unit inlet concentration of NO x Figure 3, the catalyst temperature of the first catalyst portion 6 is at about 420 ° C. , purification rate of the NO x by the catalyst is the highest, it can be seen that the optimum temperature is present in the purification of the NO x.

上記のように、本実施の形態の排気ガス流路において、プラズマ処理部4を第1の触媒部6の上流側に設けることにより浄化率が上昇することを見出した。さらに、上流側のプラズマ処理部4の最適温度(350℃)より、下流側の第1の触媒部6の最適温度(420℃)の方が高いことを見出した。
そこで、本実施の形態においては、熱交換器5によりエンジン1から排出される排気ガスを低温化してプラズマ処理部4に導入し、その後熱交換器5により再加熱して第1の触媒部6に導入することにより、プラズマ処理部4と第1の触媒部6の温度を最適化することができ排気ガスの高い浄化率を実現した。
As described above, the present inventors have found that the purification rate is increased by providing the plasma processing unit 4 on the upstream side of the first catalyst unit 6 in the exhaust gas passage of the present embodiment. Furthermore, it has been found that the optimum temperature (420 ° C.) of the downstream first catalyst unit 6 is higher than the optimum temperature (350 ° C.) of the upstream plasma processing unit 4.
Therefore, in the present embodiment, the exhaust gas discharged from the engine 1 is lowered in temperature by the heat exchanger 5 and introduced into the plasma processing unit 4, and then reheated by the heat exchanger 5 to be first catalyst unit 6. As a result, the temperatures of the plasma processing unit 4 and the first catalyst unit 6 can be optimized, and a high exhaust gas purification rate can be realized.

つまり、本実施の形態においては、プラズマ放電処理部4においてアルデヒドやNOを生成することで、次段の第1の触媒部6の役割の一部を行うため、排気ガスの浄化機能が向上する。このように、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理して、排気ガス中の有害ガスを反応性の高い還元性ガス及び酸化性ガスに改質し、その後第1の触媒部6を通過させることで、排気ガスを効率的に清浄化する。
また、エンジン1から排出された排気ガスは熱交換器5の高温側流路5aへ導入され、この高温の排気ガスにより、プラズマ処理部4を通過し熱交換器5の低温側流路5bへ導入された排気ガスは、隔壁5cを介して昇温され、第1の触媒部6に最適な温度となって第1の触媒部6へ導入される。一方、エンジン1から排出され、熱交換器5の高温側流路5aへ導入された排気ガスは、熱交換器5の低温側流路5bを通過する排気ガスとの熱交換により温度が下げられ、プラズマ処理部4に最適な温度となってプラズマ処理部4へ導入される。このようにして、プラズマ処理部4と第1の触媒部6の各々にとっての最適温度を実現できるので、プラズマ処理部4と第1の触媒部6の機能を効率的に発現させることができ排気ガスの浄化率が向上する。
以下、具体的に説明する。
That is, in the present embodiment, by generating aldehyde and NO 2 in the plasma discharge processing unit 4, a part of the role of the first catalyst unit 6 in the next stage is performed, so that the exhaust gas purification function is improved. To do. In this way, the exhaust gas containing oxygen is subjected to discharge plasma treatment, and the harmful gas in the exhaust gas is reformed into a highly reactive reducing gas and oxidizing gas, and then passed through the first catalyst unit 6. Thus, the exhaust gas is efficiently cleaned.
Further, the exhaust gas discharged from the engine 1 is introduced into the high temperature side flow path 5a of the heat exchanger 5, and the high temperature exhaust gas passes through the plasma processing unit 4 to the low temperature side flow path 5b of the heat exchanger 5. The introduced exhaust gas is heated through the partition wall 5 c and is introduced into the first catalyst unit 6 at an optimum temperature for the first catalyst unit 6. On the other hand, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 1 and introduced into the high temperature side flow path 5a of the heat exchanger 5 is lowered by heat exchange with the exhaust gas passing through the low temperature side flow path 5b of the heat exchanger 5. The temperature becomes optimum for the plasma processing unit 4 and is introduced into the plasma processing unit 4. In this way, since the optimum temperature for each of the plasma processing unit 4 and the first catalyst unit 6 can be realized, the functions of the plasma processing unit 4 and the first catalyst unit 6 can be efficiently expressed and the exhaust gas can be exhausted. Gas purification rate is improved.
This will be specifically described below.

図4は、本実施の形態に係るプラズマ処理部4の一部破断斜視図である。
プラズマ処理部4は、図4において内部を左から右へ排気ガスを通過させることができる外管41を備えている。この外管41の両端部にはフランジ48が設けられ、フランジ48により排気ガス流路に接続して排気ガス浄化装置に組み込むことができる。この外管41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。
外管41の内部には、メッシュ43で固定された高電圧電極42が外管41と同軸上に設けられている。高電圧電極42には、電圧を供給するために、高電圧電極端子42aと給電端子42bとが高電圧ケーブル46によって接続されている。この給電端子42bは、プラズマ制御装置7とケーブル(図示せず)で接続されている。外管41には、固定ネジ47を締め付けることで、接地電極44が外管41と面接触して取り付けられている。また、この固定ネジ47を締め付けることで、プラズマ制御装置7と接続するためのケーブル(図示せず)も取り付けられている。
なお、メッシュ43の材質は絶縁体であればよく、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42及び接地電極44の材質は導電体であればよく、例えばステンレスを用いることができる。
FIG. 4 is a partially broken perspective view of the plasma processing unit 4 according to the present embodiment.
The plasma processing unit 4 includes an outer tube 41 through which exhaust gas can pass from the left to the right in FIG. Flange 48 is provided at both ends of the outer pipe 41, and it can be connected to the exhaust gas flow path by the flange 48 and incorporated into the exhaust gas purification device. The material of the outer tube 41 may be an insulating material and is not limited to one. For example, ceramic such as aluminum oxide can be used.
Inside the outer tube 41, a high voltage electrode 42 fixed by a mesh 43 is provided coaxially with the outer tube 41. The high voltage electrode 42 is connected to a high voltage electrode terminal 42 a and a power supply terminal 42 b by a high voltage cable 46 in order to supply a voltage. The power supply terminal 42b is connected to the plasma control device 7 by a cable (not shown). The ground electrode 44 is attached to the outer tube 41 in surface contact with the outer tube 41 by tightening a fixing screw 47. Further, a cable (not shown) for connecting to the plasma control device 7 is also attached by tightening the fixing screw 47.
In addition, the material of the mesh 43 should just be an insulator, for example, ceramics, such as aluminum oxide, can be used. The material of the high voltage electrode 42 and the ground electrode 44 may be a conductor, and for example, stainless steel can be used.

このように構成されたプラズマ処理部4では、高電圧電極42と接地電極44との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42と外管41との間の空間に無声放電が発生する。無声放電が生じる空間のガス流方向の長さは、接地電極44の排気ガス流方向の長さと同じである。つまり、接地電極44で囲まれた空間内に無声放電が生じる。このプラズマ処理部4に導入された排気ガスは、メッシュ43を通り無声放電空間内を通過する。排気ガスは、この通過過程で放電プラズマによって上記のように化学反応する。   In the plasma processing unit 4 configured as described above, an AC high voltage or a pulsed high voltage is applied between the high voltage electrode 42 and the ground electrode 44, so that the voltage between the high voltage electrode 42 and the outer tube 41 is increased. Silent discharge occurs in the space. The length of the space where silent discharge occurs in the gas flow direction is the same as the length of the ground electrode 44 in the exhaust gas flow direction. That is, silent discharge occurs in the space surrounded by the ground electrode 44. The exhaust gas introduced into the plasma processing unit 4 passes through the mesh 43 and the silent discharge space. The exhaust gas chemically reacts as described above by the discharge plasma in this passage process.

図5は、本実施の形態に係る熱交換器5の構成図である。第1の配管51の外壁の一部を熱交換容器53で包囲し、熱交換容器53の壁面に2つの孔を設け、各孔に第2の配管52が嵌設され、一方の第2の配管52により熱交換容器53に排気ガスを導入し、他方の第2の配管52により熱交換容器53から排気ガスを排出する。第1、第2の配管の両端には、熱交換器5を本実施の形態における排気ガス浄化装置の排気ガス流路に組み込むためのフランジ54が設けられている。
なお、本実施の形態においては、熱交換器5を第1の排気ガス流路31に、第2の配管52の上流側をエンジン1側に下流側をプラズマ処理部4側に、第1の配管51の上流側をプラズマ処理部4側に下流側を第1の触媒部6側になるように組み込んでいる。このように組み込まれた場合、熱交換器5において、プラズマ処理部4から出た排気ガスが流れる熱交換器53内の第1の配管51の内部が低温側流路5bとなり、エンジン1からの排気ガスが流れる、熱交換容器53内の第1の配管51以外の領域が高温側流路5aとなり、第1の配管51の管壁が隔壁5cとなって、高温側流路5aと低温側流路5bとで熱交換し、高温側流路5aを通過する流体は冷却され、低温側流路5bを通過する流体は再加熱される。
つまり、エンジン1からの排気ガスは高温側流路5aに導入され、高温側流路5aを流れる間に熱交換をするため、高温側流路5aの出口温度は熱交換を行った熱量の分だけ低下し、プラズマ処理装置4へ最適温度で供給され、プラズマ処理部4から出た排気ガスは、熱交換容器53内の第1の配管51内を流れる間に第1の配管51の管壁が隔壁5cに接触して熱交換して温度が上昇し、第1の触媒部6へ最適温度で供給されることが可能となる。
FIG. 5 is a configuration diagram of the heat exchanger 5 according to the present embodiment. A part of the outer wall of the first pipe 51 is surrounded by the heat exchange container 53, two holes are provided in the wall surface of the heat exchange container 53, and the second pipe 52 is fitted into each hole, and one second Exhaust gas is introduced into the heat exchange container 53 through the pipe 52, and exhaust gas is discharged from the heat exchange container 53 through the other second pipe 52. At both ends of the first and second pipes, flanges 54 are provided for incorporating the heat exchanger 5 into the exhaust gas flow path of the exhaust gas purification apparatus in the present embodiment.
In the present embodiment, the heat exchanger 5 is in the first exhaust gas flow path 31, the upstream side of the second pipe 52 is on the engine 1 side, the downstream side is on the plasma processing unit 4 side, and the first The pipe 51 is assembled so that the upstream side is the plasma processing unit 4 side and the downstream side is the first catalyst unit 6 side. When incorporated in this way, in the heat exchanger 5, the inside of the first pipe 51 in the heat exchanger 53 through which the exhaust gas emitted from the plasma processing unit 4 flows becomes the low temperature side flow path 5 b, The region other than the first pipe 51 in the heat exchange vessel 53 through which the exhaust gas flows becomes the high temperature side flow path 5a, and the tube wall of the first pipe 51 becomes the partition wall 5c, so that the high temperature side flow path 5a and the low temperature side Heat is exchanged with the flow path 5b, the fluid passing through the high temperature side flow path 5a is cooled, and the fluid passing through the low temperature side flow path 5b is reheated.
That is, since the exhaust gas from the engine 1 is introduced into the high temperature side channel 5a and exchanges heat while flowing through the high temperature side channel 5a, the outlet temperature of the high temperature side channel 5a is the amount of heat exchanged. The exhaust gas that is supplied to the plasma processing apparatus 4 at an optimal temperature and flows out of the plasma processing unit 4 flows through the first pipe 51 in the heat exchange vessel 53 while the pipe wall of the first pipe 51 is As a result of the heat exchange by contacting the partition wall 5c, the temperature rises and can be supplied to the first catalyst unit 6 at the optimum temperature.

なお、本実施の形態の排気ガス浄化装置は実用的には以下のように適宜設計することにより用いられる。
つまり、排気マニホールド2によってまとめられた排気ガスは、第1の排気ガス流路31を介して熱交換器5に導入され、排気ガスが流れる際に外部への放熱で温度が低下する。第1の排気ガス流路31の長さで外部への放熱量が異なるため、第1の排気ガス流路31の長さを、熱交換器5の入口の温度が予め決められた温度になるように設定する。
また、熱交換器5を出た排気ガスの温度をプラズマ処理部4の最適温度となっているのが好ましいが、最適温度に比較して高温となっている場合は熱交換器5とプラズマ処理部4の間隔を長くして排気ガスを外部への放熱により冷却して最適温度としてプラズマ処理部4へ供給する。
また、熱交換器5から出た排気ガスの温度はプラズマ処理部4の最適温度を下回らないように熱交換器5の熱交換量を設計し、プラズマ処理部4から出たガスの温度が下がることを防止するために、熱交換器5までの流路を短くしたり、断熱材を設置する。
It should be noted that the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment is practically used by appropriately designing as follows.
That is, the exhaust gas collected by the exhaust manifold 2 is introduced into the heat exchanger 5 via the first exhaust gas flow path 31, and the temperature is reduced due to heat radiation to the outside when the exhaust gas flows. Since the amount of heat released to the outside varies depending on the length of the first exhaust gas passage 31, the length of the first exhaust gas passage 31 is set to a temperature at which the inlet of the heat exchanger 5 is determined in advance. Set as follows.
In addition, it is preferable that the temperature of the exhaust gas exiting the heat exchanger 5 is the optimum temperature of the plasma processing unit 4, but when the temperature is higher than the optimum temperature, the heat exchanger 5 and the plasma treatment are performed. The interval between the portions 4 is lengthened, and the exhaust gas is cooled by heat radiation to the outside and supplied to the plasma processing portion 4 as an optimum temperature.
Further, the heat exchange amount of the heat exchanger 5 is designed so that the temperature of the exhaust gas emitted from the heat exchanger 5 does not fall below the optimum temperature of the plasma processing unit 4, and the temperature of the gas emitted from the plasma processing unit 4 decreases. In order to prevent this, the flow path to the heat exchanger 5 is shortened or a heat insulating material is installed.

図6は、本実施の形態に係る別の熱交換器の構成図で、熱交換フィン55を第1の配管51の外壁に溶接し、排気ガスとの接触面積を増加させる構造としたもので、熱交換容器53の内部での熱交換効率を上げることができ、熱交換量も図5の構造より増加する。   FIG. 6 is a configuration diagram of another heat exchanger according to the present embodiment, in which heat exchange fins 55 are welded to the outer wall of the first pipe 51 to increase the contact area with the exhaust gas. The heat exchange efficiency inside the heat exchange vessel 53 can be increased, and the heat exchange amount is also increased from the structure of FIG.

図7は、本実施の形態に係る別の熱交換器である二重管型熱交換器の構成図で、エンジン1からの排気ガスが流れる外側の外部流路61の内部にプラズマ処理部4から出た排気ガスが流れる内部流路62が設置されている。
図7に示すように、エンジン1からの排気ガスをまず入口63から高温側流路である外部流路である内部流路61に導入して出口64から取り出す。プラズマ処理部4から出た排気ガスは入口65から内部流路62を通って出口66から出てくる。排気ガスは外部流路61と内部流路62を流れる間に熱交換をするため、出口64から出た排気ガスは温度が下がり、プラズマ処理部4の最適温度となり、出口66から出たガスは熱交換を行うことで温度が上昇しているため、第1の触媒部6の最適温度となることが可能となる。
FIG. 7 is a configuration diagram of a double-pipe heat exchanger that is another heat exchanger according to the present embodiment, and the plasma processing unit 4 is disposed inside an outer external flow path 61 through which exhaust gas from the engine 1 flows. An internal flow path 62 through which exhaust gas emitted from the air flows is installed.
As shown in FIG. 7, the exhaust gas from the engine 1 is first introduced from the inlet 63 into the internal flow path 61 that is the external flow path that is the high temperature side flow path and is taken out from the outlet 64. The exhaust gas that has exited from the plasma processing unit 4 exits from the inlet 65 through the internal flow path 62 and through the outlet 66. Since the exhaust gas exchanges heat while flowing through the external flow path 61 and the internal flow path 62, the temperature of the exhaust gas that has exited from the outlet 64 decreases, reaching the optimum temperature of the plasma processing unit 4. Since the temperature is increased by performing heat exchange, the optimum temperature of the first catalyst unit 6 can be achieved.

図8は、本実施の形態に係る別の熱交換器である多管型熱交換器の構成図で、エンジン1からの排気ガスが流れる高温側流路である外部流路71の内をプラズマ処理部4から出た排気ガスが流れる低温側流路である内部流路72が多数設置されている。
図8に示すように、エンジン1からの排気ガスをまず入口73から外部流路71に導入して出口74から取り出す。プラズマ処理部4から出た排気ガスは入口75から多数設置された内部流路72を通って出口76から出てくる。排気ガスは外部流路71と内部流路72を流れる間に熱交換をする。この場合には、低温側流路である内部流路72を多数設置して排気ガスの接触する表面積を図7に示した熱交換器より大きくしているため、熱交換量も図7に示した熱交換器より増加する。
FIG. 8 is a configuration diagram of a multi-tube heat exchanger that is another heat exchanger according to the present embodiment, and plasma is generated in an external flow path 71 that is a high-temperature side flow path through which exhaust gas from the engine 1 flows. A large number of internal flow paths 72 that are low-temperature flow paths through which exhaust gas discharged from the processing unit 4 flows are installed.
As shown in FIG. 8, exhaust gas from the engine 1 is first introduced from the inlet 73 into the external flow path 71 and taken out from the outlet 74. Exhaust gas emitted from the plasma processing unit 4 exits from the outlet 76 through the internal flow path 72 provided in large numbers from the inlet 75. The exhaust gas exchanges heat while flowing through the external flow path 71 and the internal flow path 72. In this case, since a large number of internal flow paths 72, which are low-temperature flow paths, are installed so that the surface area with which the exhaust gas contacts is larger than that of the heat exchanger shown in FIG. 7, the heat exchange amount is also shown in FIG. More than the heat exchanger.

実施の形態2.
図9は、本発明の実施の形態2の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン1に接続された状態を示す。
図9に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置は、実施の形態1の排気ガス処理装置において、エンジン1からの排気ガスが主に流れる主流路である第1の排気ガス流路31から第2の排気ガス流路32が、熱交換器5の高温側流路5aの上流側で分岐してプラズマ処理部4に直結され、第1、第2の排気ガス流路の分岐部に流量切り替え装置30が設けられているものである。
第1の排気ガス流路31は排気ガスを、熱交換器5を経由してプラズマ処理部4へ導入する流路であり、第2の排気ガス流路32は熱交換器5を通過させないで排気ガスを直接プラズマ処理部4に導入する流路である。流量切り替え装置30は第1の排気ガス流路31から熱交換器5の高温側流路5aに流す排気ガスと、熱交換器5を通過させないで直接プラズマ処理装置4に流す排気ガスの流量割合を調整するもので、流量割合は、流量切り替え装置30に接続された流量制御装置33により制御される。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a conceptual diagram of the exhaust gas processing apparatus according to the second embodiment of the present invention, and shows a state connected to the engine 1.
As shown in FIG. 9, the exhaust gas processing apparatus of the present embodiment is the first exhaust gas flow path that is the main flow path in which the exhaust gas from the engine 1 flows mainly in the exhaust gas processing apparatus of the first embodiment. A second exhaust gas flow path 32 from 31 branches on the upstream side of the high temperature side flow path 5a of the heat exchanger 5 and is directly connected to the plasma processing unit 4 to branch portions of the first and second exhaust gas flow paths. Is provided with a flow rate switching device 30.
The first exhaust gas flow channel 31 is a flow channel for introducing exhaust gas to the plasma processing unit 4 via the heat exchanger 5, and the second exhaust gas flow channel 32 is not allowed to pass through the heat exchanger 5. This is a flow path for introducing exhaust gas directly into the plasma processing unit 4. The flow rate switching device 30 is a flow rate ratio of the exhaust gas flowing from the first exhaust gas flow channel 31 to the high temperature side flow channel 5a of the heat exchanger 5 and the exhaust gas flowing directly to the plasma processing device 4 without passing through the heat exchanger 5. The flow rate ratio is controlled by a flow rate control device 33 connected to the flow rate switching device 30.

実施の形態1で説明したように、プラズマ処理部4は350℃程度が最適温度であり、第1の触媒部6におけるNOを浄化するNO浄化触媒は420℃程度が最適温度である。例えばエンジン1の高回転数条件でプラズマ処理部4が350℃、第1の触媒部6が420℃になるように熱交換器5の大きさや排気ガス流路の長さ等を設定した場合、エンジン1の回転数が低下すると排気ガスの流量が減少し、排気ガス温度も低くなる。そのため、エンジン1の高回転数条件を基に設定された状態の排気ガス浄化装置では、プラズマ処理部4と第1の触媒部6の温度は当初意図した温度より低くなる。 As described in the first embodiment, the plasma processing unit 4 has an optimum temperature of about 350 ° C., and the NO x purification catalyst that purifies NO x in the first catalyst unit 6 has an optimum temperature of about 420 ° C. For example, when the size of the heat exchanger 5 and the length of the exhaust gas flow path are set so that the plasma processing unit 4 is 350 ° C. and the first catalyst unit 6 is 420 ° C. under the high rotational speed condition of the engine 1, When the rotational speed of the engine 1 decreases, the flow rate of the exhaust gas decreases and the exhaust gas temperature also decreases. Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus in a state set based on the high engine speed condition of the engine 1, the temperatures of the plasma processing unit 4 and the first catalyst unit 6 are lower than originally intended temperatures.

それに対して、本実施の形態の排気ガス浄化装置は、流量制御装置33を備えているので、エンジン1の条件に応じて、流量制御装置33により流量切り替え装置30を制御して、第1の排気ガス流路31により熱交換器5に流す排気ガスと、第2の排気ガス流路32により熱交換器5を通過させないで低温化されていない排気ガスの流量割合を変更することができる。それにより、エンジン1の回転数が低下した場合には、排気ガスの一部を、熱交換器5を通過せずに第2の排気ガス流路32を経由してプラズマ処理部4へ直接導入し、熱交換器5を通過した排気ガスと混合させることで、プラズマ処理部4へ流入する排気ガスの温度を高くして最適温度になるように調節することができる。   On the other hand, since the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment includes the flow rate control device 33, the flow rate control device 33 controls the flow rate switching device 30 in accordance with the conditions of the engine 1, so that the first The flow rate ratio between the exhaust gas flowing through the heat exchanger 5 through the exhaust gas passage 31 and the exhaust gas that has not been cooled down without passing through the heat exchanger 5 through the second exhaust gas passage 32 can be changed. As a result, when the rotational speed of the engine 1 decreases, a part of the exhaust gas is directly introduced into the plasma processing unit 4 via the second exhaust gas passage 32 without passing through the heat exchanger 5. Then, by mixing with the exhaust gas that has passed through the heat exchanger 5, the temperature of the exhaust gas flowing into the plasma processing unit 4 can be raised and adjusted to an optimum temperature.

流量切り替え装置30は、第1の排気ガス流路31と第2の排気ガス流路32にバルブを設置し、各々の開口面積を変える装置で実現できる。また、第2の排気ガス流路32のみに開閉バルブを設置し、このバルブの開度を可変することでも、第1の排気ガス流路31と第2の排気ガス流路32の開口面積の比率が変わるため、両者の排気ガス流量を変えることができる。   The flow rate switching device 30 can be realized by a device in which valves are provided in the first exhaust gas flow path 31 and the second exhaust gas flow path 32 and the respective opening areas are changed. Further, an opening / closing valve is provided only in the second exhaust gas passage 32, and the opening area of the first exhaust gas passage 31 and the second exhaust gas passage 32 can be changed by changing the opening of the valve. Since the ratio changes, both exhaust gas flow rates can be changed.

以上のように、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、流量切り替え装置30と流量制御装置33とを設置し、熱交換器5に流す排気ガスと熱交換器5を通過させない排気ガスの流量割合とをエンジン1の条件に応じて変更することができるため、プラズマ処理部4と第1の触媒部6の温度を最適温度に保つことができ、排気ガスの浄化率を容易に向上することができる。   As described above, according to the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, the flow rate switching device 30 and the flow rate control device 33 are installed, and the exhaust gas flowing through the heat exchanger 5 and the exhaust gas not passing through the heat exchanger 5 are installed. Therefore, the temperature of the plasma processing unit 4 and the first catalyst unit 6 can be kept at the optimum temperature, and the exhaust gas purification rate can be easily improved. can do.

実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン1に接続された状態を示す。
本実施の形態では、実施の形態1において、第1の反応部として用いたプラズマ処理部4の代わりに、触媒の作用により排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部をアルデヒド類等に転化する炭化水素改質触媒を含有する第2の触媒部9を備えている。
本実施の形態に係る炭化水素改質触媒は、蜂の巣状のハニカムセラミック基材に炭化水素の改質に有効である種々の触媒が、アルミナやシリカやゼオライトなどの担体に担持されたものが用いられる。アルミナに担持した銀触媒を用いた場合は、アルコールからアルデヒドが生成することを確認した。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a conceptual diagram of the exhaust gas treatment device according to Embodiment 3 of the present invention, and shows a state connected to the engine 1.
In the present embodiment, instead of the plasma processing unit 4 used as the first reaction unit in the first embodiment, at least a part of hydrocarbons contained in the exhaust gas is converted into aldehydes or the like by the action of a catalyst. The second catalyst unit 9 containing the hydrocarbon reforming catalyst is provided.
As the hydrocarbon reforming catalyst according to the present embodiment, a honeycomb-shaped honeycomb ceramic base material in which various catalysts effective for hydrocarbon reforming are supported on a carrier such as alumina, silica, or zeolite is used. It is done. In the case of using a silver catalyst supported on alumina, it was confirmed that aldehyde was generated from alcohol.

本実施の形態に係る第2の触媒部9の炭化水素改質触媒として、ハニカムセラミック基材にアルミナを塗布し、銀触媒をハニカムの体積1リットル当たり2gの量を担持したものを用い、窒素酸化物(NO)150ppm、エタノール300ppm、酸素10%(但し、いずれの濃度も体積割合である。)、残部窒素である流体を本実施の形態の排気ガス浄化装置に導入し、エタノールから生成されるアセトアルデヒドの量を測定した。
図11は、本実施の形態に係る第2の触媒部9の炭化水素改質触媒の触媒温度によるアセトアルデヒドの生成量の変化を示す特性図である。図11に示すように、アセトアルデヒドは300〜350℃程度の温度で生成量が多くなることがわかる。
As the hydrocarbon reforming catalyst of the second catalyst unit 9 according to the present embodiment, a honeycomb ceramic base material coated with alumina, and a silver catalyst loaded in an amount of 2 g per liter of honeycomb volume, nitrogen is used. A fluid that is oxide (NO x ) 150 ppm, ethanol 300 ppm, oxygen 10% (all concentrations are volume ratios), and the remaining nitrogen is introduced into the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment and generated from ethanol. The amount of acetaldehyde produced was measured.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a change in the amount of acetaldehyde produced by the catalyst temperature of the hydrocarbon reforming catalyst of the second catalyst unit 9 according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, it can be seen that the amount of acetaldehyde produced increases at a temperature of about 300 to 350 ° C.

本実施の形態の排気ガス浄化装置において、第2の触媒部9の下流側に設けられたNO浄化触媒を含有する第1の触媒部6は実施の形態1で説明したように420℃程度が最適温度である。このため、第2の触媒部9を300〜350℃にして、第1の触媒部6を420℃にするために、実施の形態1と同様に熱交換器5を組み込むことにより実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 In the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the first catalyst unit 6 containing the NO x purification catalyst provided on the downstream side of the second catalyst unit 9 is about 420 ° C. as described in the first embodiment. Is the optimum temperature. For this reason, in order to set the second catalyst unit 9 to 300 to 350 ° C. and the first catalyst unit 6 to 420 ° C., the heat exchanger 5 is incorporated in the same manner as in the first embodiment. The same effect can be obtained.

炭化水素改質触媒の他の例としては、ハニカムセラミック基材にアルミナを塗布し、ルテニウムを担持した触媒があり、メタンからホルムアルデヒドが生成するのを確認した。なお、ルテニウム触媒の担持量はハニカムの体積1リットル当たり0.5gの量である。
この場合、ルテニウム触媒では250℃程度でホルムアルデヒドの生成量が最大となり、上記銀触媒に比較して更に低温で動作させることになる。そこで、第2の触媒部9を250℃にして第1の触媒部6を420℃にするために、熱交換器5として、銀触媒を用いた場合よりも熱交換量を増加させた仕様とすることにより実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
As another example of the hydrocarbon reforming catalyst, there is a catalyst in which alumina is applied to a honeycomb ceramic base material and ruthenium is supported, and it was confirmed that formaldehyde is generated from methane. The amount of ruthenium catalyst supported is 0.5 g per liter of honeycomb volume.
In this case, with the ruthenium catalyst, the amount of formaldehyde generated becomes maximum at about 250 ° C., and the ruthenium catalyst is operated at a lower temperature than the silver catalyst. Therefore, in order to set the second catalyst portion 9 to 250 ° C. and the first catalyst portion 6 to 420 ° C., the heat exchanger 5 has a specification in which the heat exchange amount is increased as compared with the case where a silver catalyst is used. By doing so, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、炭化水素改質触媒としては、銀触媒やルテニウム触媒に限ることはなく、排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部をアルデヒド類やアルコール類や不飽和炭化水素などの反応性の高い炭化水素に、NO浄化触媒部6より低い温度で転化できる触媒であれば適用可能である。
以上のように、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、第1の反応部として炭化水素改質触媒を有する第2の触媒部9を設置し、熱交換器5で第2の触媒部9と第1の触媒部6の温度を最適化することができるため、炭化水素改質触媒とNO浄化触媒の機能を効率よく発現することができ排気ガスの浄化率が向上する。
The hydrocarbon reforming catalyst is not limited to a silver catalyst or a ruthenium catalyst, and at least a part of the hydrocarbons contained in the exhaust gas has high reactivity such as aldehydes, alcohols and unsaturated hydrocarbons. Any catalyst that can be converted into hydrocarbons at a temperature lower than that of the NO x purification catalyst unit 6 is applicable.
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the second catalyst unit 9 having the hydrocarbon reforming catalyst is installed as the first reaction unit, and the second catalyst is installed in the heat exchanger 5. since part 9 and can optimize the temperature of the first catalyst unit 6, the purification rate of exhaust gas can be efficiently expressed functional hydrocarbon reforming catalyst and the NO x purification catalyst can be improved.

実施の形態4.
図12は本発明の実施の形態4の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン1に接続された状態である。
本実施の形態の排気ガス処理装置は、実施の形態1の排気ガス処理装置において、エンジン1からの排気ガスがプラズマ処理部4に流入する前に燃料タンク10から燃料を供給する炭化水素供給手段11が接続されている。
エンジン1の動作条件においては排気ガス中の炭化水素濃度が少ない場合がある。この場合に本実施の形態の排気ガス浄化装置においては、外部の燃料タンク10から炭化水素を添加することができる。供給する炭化水素の量は排気ガス中のNOを浄化するために必要な量でありエンジン1の動作条件が決まっていれば一定量を供給すればよく、エンジン1の動作条件が変更される場合はそれに見合った炭化水素量を供給すればよい。液体燃料を供給する場合には、炭化水素供給手段11にはインジェクタなどの噴霧装置を使用すると、排気ガス中への混合が促進される。
供給する燃料は、ガソリンエンジンの場合はエンジン1に使用されるガソリンを使用することができる。更に、エンジン1の燃料とは異なる炭化水素を燃料タンク10から供給してもよい。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 12 is a conceptual diagram of an exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and shows a state connected to the engine 1.
The exhaust gas processing apparatus of the present embodiment is the hydrocarbon supply means for supplying fuel from the fuel tank 10 before the exhaust gas from the engine 1 flows into the plasma processing unit 4 in the exhaust gas processing apparatus of the first embodiment. 11 is connected.
Under the operating conditions of the engine 1, the hydrocarbon concentration in the exhaust gas may be low. In this case, in the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, hydrocarbons can be added from the external fuel tank 10. The amount of hydrocarbons to be supplied is an amount necessary for purifying NO x in the exhaust gas. If the operating conditions of the engine 1 are determined, a constant amount may be supplied, and the operating conditions of the engine 1 are changed. In such a case, it is sufficient to supply a hydrocarbon amount corresponding to that. In the case of supplying liquid fuel, if a spray device such as an injector is used as the hydrocarbon supply means 11, mixing into the exhaust gas is promoted.
In the case of a gasoline engine, the gasoline to be used for the engine 1 can be used as the fuel to be supplied. Further, hydrocarbons different from the fuel of the engine 1 may be supplied from the fuel tank 10.

本実施の形態において、まず排気ガスに含まれる炭化水素が少なくなるようにエンジン1を調整する。そして、排気ガス中に含まれる炭化水素で所定のNO浄化率が示される条件において、本実施の形態に係る炭化水素供給手段11により更に酢酸またはプロピレンを添加し、これにより向上したNO浄化率を測定した。
図13は、排気ガス中に含まれる炭化水素で一定のNO浄化率が示された上に、更に本実施の形態に係る炭化水素供給手段により添加した酢酸やプロピレンの添加量に対するNO浄化率向上率を示す特性図で、横軸は本実施の形態に係る炭化水素供給手段11により添加した炭化水素のモル量と添加時のNOのモル量との比、縦軸は炭化水素の添加により向上したNO浄化率の割合を示し、図中aは酢酸を添加した場合、bはプロピレンを添加した場合の特性である。
図13に示されるように、炭化水素の添加量の増加に従ってNO浄化率がより上昇することから、炭化水素の添加による効果が確認された。炭化水素を添加すればするほど効果が大きいが、燃料費用の観点からエンジン1の各条件で必要とされる最低限の量を添加することが好ましい。
In the present embodiment, first, the engine 1 is adjusted so that hydrocarbons contained in the exhaust gas are reduced. Further, acetic acid or propylene is further added by the hydrocarbon supply means 11 according to the present embodiment under the condition that a predetermined NO x purification rate is indicated by the hydrocarbons contained in the exhaust gas, thereby improving the NO x purification. The rate was measured.
FIG. 13 shows a constant NO x purification rate for hydrocarbons contained in exhaust gas, and further NO x purification for the amount of acetic acid or propylene added by the hydrocarbon supply means according to the present embodiment. In the characteristic diagram showing the rate of improvement, the horizontal axis is the ratio of the molar amount of hydrocarbon added by the hydrocarbon supply means 11 according to the present embodiment and the molar amount of NO x at the time of addition, and the vertical axis is the hydrocarbon content. It shows the percentage of the NO x purification rate was increased by the addition, in the figure a case where acetic acid was added, b is the characteristic of the case of adding propylene.
As shown in FIG. 13, since the NO x purification rate is increased more with increasing the addition amount of the hydrocarbon, the effect by the addition of hydrocarbons was confirmed. The more the hydrocarbon is added, the greater the effect is. However, it is preferable to add the minimum amount required for each condition of the engine 1 from the viewpoint of fuel cost.

また、酢酸を添加した場合には第1の触媒部6の温度は420℃程度が、プロピレンを添加した場合には450℃程度が良好なNO浄化率を示した。このように添加する炭化水素の種類により第1の触媒部6の最適温度が異なるため、添加する炭化水素に応じて、熱交換器5の熱交換量を最適に設定することにより、第1の触媒部6のNO浄化触媒の特性を最大限活用することができる。
第1の触媒部6の最適温度の設定は、熱交換器5の仕様を炭化水素の種類により変更することにより可能であるが、実施の形態2の排気ガス浄化装置において本実施の形態と同様に炭化水素供給手段11を設けると容易に温度を調節することができる。
以上のように、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、エンジン1からの排気ガス中の炭化水素が少ない場合に、炭化水素供給手段11から適量の炭化水素を含む燃料を供給し、熱交換器5で第1の触媒部6の温度を最適化することができるため、プラズマ処理部4と第1の触媒部6のNO浄化触媒の触媒機能が向上し、NO浄化率が向上する。
Further, when acetic acid was added, the temperature of the first catalyst portion 6 was about 420 ° C., and when propylene was added, about 450 ° C. showed a good NO x purification rate. Since the optimum temperature of the first catalyst unit 6 differs depending on the type of hydrocarbon added in this way, the first heat exchange amount of the heat exchanger 5 is set optimally according to the added hydrocarbon. The characteristics of the NO x purification catalyst of the catalyst unit 6 can be utilized to the maximum extent.
The optimum temperature of the first catalyst unit 6 can be set by changing the specifications of the heat exchanger 5 depending on the type of hydrocarbon. However, the exhaust gas purifying apparatus of the second embodiment is the same as the present embodiment. The temperature can be easily adjusted by providing the hydrocarbon supply means 11 in the.
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, when the hydrocarbons in the exhaust gas from the engine 1 are small, fuel containing an appropriate amount of hydrocarbons is supplied from the hydrocarbon supply means 11, it is possible to optimize the temperature of the first catalyst unit 6 in the heat exchanger 5, the catalytic function of the NO x purifying catalyst of the plasma processing unit 4 first catalyst portion 6 is improved, NO X purification rate improves.

実施の形態5.
図14は本発明の実施の形態5の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン1に接続された状態である。
本実施の形態の排気ガス処理装置は、実施の形態4の排気ガス処理装置において、プラズマ処理装置4の代わりに第1の反応部として実施の形態3で用いた炭化水素改質触媒を含有する第2の触媒部9を用い、エンジン1からの排気ガスが第2の触媒部9に流入する前に燃料タンク10から燃料を供給する炭化水素供給手段11が接続されている。
このように構成された排気ガス処理装置により、実施の形態4と同様の効果を得ることができる。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 14 is a conceptual diagram of an exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 5 of the present invention, and shows a state connected to the engine 1.
The exhaust gas treatment device of the present embodiment contains the hydrocarbon reforming catalyst used in the third embodiment as the first reaction unit in place of the plasma treatment device 4 in the exhaust gas treatment device of the fourth embodiment. A hydrocarbon supplying means 11 for supplying fuel from the fuel tank 10 before the exhaust gas from the engine 1 flows into the second catalyst portion 9 is connected to the second catalyst portion 9.
With the exhaust gas processing apparatus configured as described above, the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained.

なお、実施の形態1〜5の排気ガス浄化装置は、ガソリン用リーンバーンエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものに限定されるものではなく、またディーゼルエンジンにも適用できる。
また、第2の反応部である第1の触媒部6として、NO浄化触媒を用いた場合について説明したが、それに限定されず反応が温度に影響され、第1の反応部の温度より高温で反応が活性化されるものであれば同様の効果を得ることができる。
また、自動車用以外にも、例えば船舶のエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものにも適用できる。
In addition, the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1-5 is not limited to what cleans the harmful | toxic component of the exhaust gas exhausted from the lean burn engine for gasoline, It can apply also to a diesel engine.
Moreover, although the case where the NO x purification catalyst is used as the first catalyst unit 6 as the second reaction unit has been described, the present invention is not limited thereto, and the reaction is affected by the temperature, and is higher than the temperature of the first reaction unit. As long as the reaction is activated, the same effect can be obtained.
Moreover, the present invention can be applied not only to automobiles but also to purifying harmful components of exhaust gas exhausted from a ship engine, for example.

本発明の実施の形態1の排気ガス処理装置の概念図である。1 is a conceptual diagram of an exhaust gas treatment apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係るプラズマ処理部のプラズマ電極温度によるNOへの転化率の変化を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the change of conversion to NO 2 by the plasma electrode temperature of the plasma processing unit according to the exhaust gas purifying apparatus of the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係るNO浄化触媒部における触媒温度とNOの浄化率との関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the relationship between the purification rate of the catalyst temperature and the NO x in the NO x purification catalyst unit according to an exhaust gas purifying apparatus of the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係るプラズマ処理部の一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view of the plasma processing unit according to the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係る熱交換器の構成図である。It is a block diagram of the heat exchanger which concerns on the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係る別の熱交換器の構成図である。It is a block diagram of another heat exchanger which concerns on the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係る別の熱交換器の構成図である。It is a block diagram of another heat exchanger which concerns on the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の排気ガス浄化装置に係る別の熱交換器の構成図である。It is a block diagram of another heat exchanger which concerns on the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2の排気ガス処理装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the exhaust gas processing apparatus of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3の排気ガス処理装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the exhaust gas processing apparatus of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3の排気ガス処理装置に係る第2の触媒部の触媒温度によるアセトアルデヒドの生成量の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the production amount of acetaldehyde by the catalyst temperature of the 2nd catalyst part which concerns on the exhaust gas processing apparatus of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4の排気ガス処理装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the exhaust gas processing apparatus of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4の排気ガス処理装置に係る炭化水素供給手段による酢酸やプロピレンの添加量に対するNO浄化率向上率を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the the NO x purification rate improvement rate relative to the addition amount of acetic acid and propylene by the hydrocarbon feed means according to the exhaust gas treatment apparatus of a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態5の排気ガス処理装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the exhaust gas processing apparatus of Embodiment 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン、31 第1の排気ガス流路、4 プラズマ処理部(第1の反応部)、5 熱交換器、5a:高温側流路、5b 低温側流路、5c 隔壁、6 第1の触媒部(第の反応部)、30 流量切り替え装置、32 第2の排気ガス流路、9 第2の触媒部(第1の反応部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine, 31 1st exhaust gas flow path, 4 Plasma processing part (1st reaction part), 5 Heat exchanger, 5a: High temperature side flow path, 5b Low temperature side flow path, 5c Partition, 6 1st catalyst Part (first reaction part), 30 flow rate switching device, 32 second exhaust gas flow path, 9 second catalyst part (first reaction part).

Claims (5)

エンジンから排出される排気ガスが通過する第1の排気ガス流路に設けられ、上記排気ガスが反応する第1の反応部、上記第1の排気ガス流路における上記第1の反応部の上流側に設けられた高温側流路と上記第1の排気ガス流路における上記第1の反応部の下流側に設けられた低温側流路とが隔壁により隔てられた熱交換器、並びに上記第1の排気ガス流路における上記低温側流路の下流側に設けられ、上記第1の反応部における反応に基づく次段の反応が生じる第2の反応部を備え、上記第1の反応部の温度が上記第2の反応部の温度より低いことを特徴とする排気ガス浄化装置。   Provided in a first exhaust gas flow path through which exhaust gas discharged from the engine passes, the first reaction section in which the exhaust gas reacts, upstream of the first reaction section in the first exhaust gas flow path A heat exchanger in which a high temperature side channel provided on the side and a low temperature side channel provided on the downstream side of the first reaction section in the first exhaust gas channel are separated by a partition, and the first A second reaction section that is provided downstream of the low-temperature side flow path in the one exhaust gas flow path and that generates a next-stage reaction based on a reaction in the first reaction section; An exhaust gas purifier having a temperature lower than that of the second reaction section. 熱交換器の高温側流路の上流側で第1の排気ガス流路から分岐し、第1の反応部に直結された第2の排気ガス流路と、上記第1、第2の排気ガス流路の分岐部に設けられた流量切り替え装置とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置。   A second exhaust gas passage branched from the first exhaust gas passage upstream of the high temperature side passage of the heat exchanger and directly connected to the first reaction section; and the first and second exhaust gases. The exhaust gas purification device according to claim 1, further comprising a flow rate switching device provided at a branch portion of the flow path. 第1の反応部がプラズマ処理部、第2の反応部がNOを浄化するNO浄化触媒を含有する第1の触媒部であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気ガス浄化装置。 Plasma processing unit first reaction section, the second reaction section of claim 1 or claim 2, characterized in that the first catalyst portion containing the NO x purification catalyst for purifying NO x Exhaust gas purification device. 第1の反応部が炭化水素を転化する炭化水素改質触媒を含有する第2の触媒部、第2の反応部がNOを浄化するNO浄化触媒を含有する第1の触媒部であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気ガス浄化装置。 Is the first catalyst portion containing the NO x purification catalyst second catalyst part containing a hydrocarbon reforming catalyst which first reaction unit to convert the hydrocarbons and a second reaction unit for purifying the NO x The exhaust gas purifying device according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas purifying device according to claim 1 or 2 is provided. 第1の反応部の上流側に、炭化水素を供給する炭化水素供給手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a hydrocarbon supply means for supplying hydrocarbons upstream of the first reaction section.
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JP2012082727A (en) * 2010-10-08 2012-04-26 Hino Motors Ltd Exhaust gas postprocessing device
KR101527517B1 (en) * 2013-06-05 2015-06-10 한국기계연구원 Ammonia scrubber

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