JP2014066162A - Exhaust emission control device - Google Patents

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Junya Suzuki
潤也 鈴木
Satoshi Hario
聡 針生
Takafumi Yamazaki
貴文 山▲崎▼
Takashi Yamauchi
崇史 山内
Yasuki Hirota
靖樹 廣田
Gentaro Yamanaka
玄太郎 山中
Takashi Shimazu
孝 志満津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of suppressing the thermodecomposition of ammonia when heating a heated member provided in an exhaust system for an engine with chemical heat storage using the ammonia.SOLUTION: An exhaust emission control device 1 includes an oxidation catalyst 4 disposed in an exhaust pipe 3 formed of a magnetic substance, and reactors 8 for heating the oxidation catalyst 4 with chemical heat storage using ammonia. The reactors 8 are arranged around the exhaust pipe 3 and divided into a plurality of ones. The outer face of each reactor 8 is formed of a magnetic substance. A coil 15 is wound on the outer face of each reactor 8, and an external power supply 16 is connected to each coil 15 for supplying voltage thereto. Normally, each reactor 8 is being isolated from the outer peripheral face of the exhaust pipe 3. When the external power supply 16 is turned on, current flows in each coil 15 to generate electromagnetic force in each reactor 8. By the electromagnetic force, each reactor 8 is attracted to (put in contact with) the outer peripheral face of the exhaust pipe 3.

Description

本発明は、エンジンからの排気ガスを浄化する排気浄化装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust purification device that purifies exhaust gas from an engine.

ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、CO、HC、PM、NOx等の環境汚染物質が含まれている。これらの環境汚染物質を浄化するために、エンジンに接続された排気管に触媒及びフィルタが設けられている。触媒には、環境汚染物質の浄化能力を活性化するための最適温度が存在する。エンジンスタート時は、エンジン及び排気ガスの温度が低く、触媒が活性化する温度に達するまでに時間がかかるため、環境汚染物質が浄化されずに大気に放出される。そのようなエンジンスタート時における環境汚染物質の大気放出を防止するためには、触媒を短時間で活性化温度以上まで加熱する必要がある。その場合、触媒にヒータを付けて触媒を加熱したり、排気管内に燃料を噴いてプラグで着火し、その熱で触媒を加熱するという方法がある。しかし、いずれの方法も、触媒の加熱に燃料を使用するため、燃費が悪くなるという課題がある。   The exhaust gas discharged from the diesel engine contains environmental pollutants such as CO, HC, PM, and NOx. In order to purify these environmental pollutants, a catalyst and a filter are provided in an exhaust pipe connected to the engine. There is an optimum temperature for the catalyst to activate the purification capability of environmental pollutants. When the engine is started, the temperature of the engine and exhaust gas is low, and it takes time to reach the temperature at which the catalyst is activated. Therefore, environmental pollutants are released to the atmosphere without being purified. In order to prevent such environmental pollutants from being released into the atmosphere when the engine is started, it is necessary to heat the catalyst to the activation temperature or higher in a short time. In that case, there is a method in which a heater is attached to the catalyst to heat the catalyst, or fuel is injected into the exhaust pipe and ignited by a plug, and the heat is used to heat the catalyst. However, both methods have a problem that fuel consumption is deteriorated because fuel is used for heating the catalyst.

上記問題の解決方法として、燃費ロスを低減するために、例えば特許文献1に記載されているように、化学反応の反応熱を利用して触媒を加熱するという方法がある。例えば、触媒の近傍に反応材料(例えばMgCl)を配置し、その反応材料を吸着器に貯められているアンモニア(NH)と反応させる。つまり、MgCl+6NH→MgCl−6NH+熱という反応を起こし、その時に発生した反応熱で触媒を加熱する。なお、上記反応により生成されたMgCl−6NHは、200℃以上の排熱によってMgClとNHとに分解され、元に戻される。 As a method for solving the above problem, in order to reduce fuel consumption loss, for example, as described in Patent Document 1, there is a method of heating a catalyst using reaction heat of a chemical reaction. For example, a reaction material (for example, MgCl 2 ) is disposed in the vicinity of the catalyst, and the reaction material is reacted with ammonia (NH 3 ) stored in an adsorber. That is, a reaction of MgCl 2 + 6NH 3 → MgCl 2 -6NH 3 + heat occurs, and the catalyst is heated by the reaction heat generated at that time. Incidentally, MgCl 2 -6NH 3 produced by the above reaction is decomposed into MgCl 2 and NH 3 by 200 ° C. or more waste heat is returned to the original.

特開2011−58678号公報JP 2011-58678 A

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、化学蓄熱の熱輸送の媒体であるNHは400℃以上で熱分解することが、実験により確認されている。従って、NHと反応する反応材料を含んだ反応器が排気管に接触した状態で配置されている場合には、排気ガスの温度が400℃以上になると、反応器内に存在するNHが熱分解してしまい、結果的に十分な反応熱が得られなくなる。 However, the following problems exist in the prior art. That is, it has been confirmed by experiments that NH 3 which is a heat transport medium for chemical heat storage thermally decomposes at 400 ° C. or higher. Therefore, when the reactor containing the reaction material that reacts with NH 3 is arranged in contact with the exhaust pipe, when the temperature of the exhaust gas reaches 400 ° C. or higher, NH 3 present in the reactor is As a result, the heat is decomposed and sufficient reaction heat cannot be obtained.

本発明の目的は、アンモニア(NH)を用いた化学蓄熱によって、エンジンの排気系に設けられた被加熱部材を加熱する場合に、アンモニアの熱分解を抑制することができる排気浄化装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can suppress thermal decomposition of ammonia when a heated member provided in an engine exhaust system is heated by chemical heat storage using ammonia (NH 3 ). It is to be.

本発明は、エンジンからの排気ガスを浄化する排気浄化装置において、エンジンと接続された排気管の内部に設けられた被加熱部材と、排気管の周囲に配置されていると共に、アンモニアと化学反応して熱を発生させる反応材料を含み、被加熱部材を加熱する反応器と、反応器にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、反応器を磁力によって排気管の外周面に対して接触及び離間させる移動手段とを備えることを特徴とするものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas from an engine, a heated member provided inside an exhaust pipe connected to the engine, and a periphery of the exhaust pipe, and a chemical reaction with ammonia. A reaction material that heats the member to be heated, an ammonia supply means that supplies ammonia to the reactor, and the reactor is brought into contact with and separated from the outer peripheral surface of the exhaust pipe by magnetic force. And a moving means.

このように本発明の排気浄化装置において、排気ガスの温度が低いときは、移動手段により磁力を利用して反応器を排気管の外周面に対して接触させる。その状態では、反応器において反応材料とアンモニアとが化学反応することで反応熱が発生し、その反応熱によって被加熱部材が加熱される。一方、排気ガスの温度が高くなったときは、移動手段により反応器を排気管の外周面に対して離間させる。その状態では、排気管と反応器との間に空気層が形成されるため、排気管内を通る高温状態の排気ガスの熱(排熱)が反応器に伝わりにくくなる。これにより、反応器内のアンモニアの熱分解を抑制することができる。   Thus, in the exhaust gas purification apparatus of the present invention, when the temperature of the exhaust gas is low, the moving unit brings the reactor into contact with the outer peripheral surface of the exhaust pipe by using magnetic force. In that state, the reaction material and ammonia chemically react in the reactor to generate reaction heat, and the member to be heated is heated by the reaction heat. On the other hand, when the temperature of the exhaust gas becomes high, the reactor is separated from the outer peripheral surface of the exhaust pipe by the moving means. In this state, since an air layer is formed between the exhaust pipe and the reactor, the heat (exhaust heat) of the exhaust gas in a high temperature state passing through the exhaust pipe is hardly transmitted to the reactor. Thereby, thermal decomposition of ammonia in the reactor can be suppressed.

好ましくは、排気管の外周面及び反応器の外面は、何れも磁性体で形成されており、移動手段は、反応器の外面に巻かれたコイルと、コイルに電圧を印加する電源とを有する。この場合には、電源をONにすると、コイルに電流が流れるため、反応器に電磁力が発生し、その電磁力により反応器が排気管の外周面に吸着(接触)する。その状態で、電源をOFFにすると、コイルに電流が流れないため、反応器に発生した電磁力が無くなり、反応器が排気管の外周面から離れる。従って、移動手段を簡単の構成で実現することができる。   Preferably, the outer peripheral surface of the exhaust pipe and the outer surface of the reactor are both made of a magnetic material, and the moving means has a coil wound around the outer surface of the reactor and a power source for applying a voltage to the coil. . In this case, when the power is turned on, a current flows through the coil, so that an electromagnetic force is generated in the reactor, and the reactor is adsorbed (contacted) to the outer peripheral surface of the exhaust pipe by the electromagnetic force. In this state, when the power is turned off, no current flows through the coil, so the electromagnetic force generated in the reactor is lost, and the reactor is separated from the outer peripheral surface of the exhaust pipe. Therefore, the moving means can be realized with a simple configuration.

このとき、好ましくは、排気ガスの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された排気ガスの温度に基づいて移動手段を制御する制御手段とを更に備え、制御手段は、排気ガスの温度が所定温度よりも低いときは、反応器を排気管の外周面に対して接触させるように電源をON制御し、排気ガスの温度が所定温度よりも高いときは、反応器を排気管の外周面に対して離間させるように電源をOFF制御する。この場合には、反応器が排気管の外周面に接触している状態で、排気ガスの温度が所定温度よりも高くなると、自動的に電源がOFFとなり、反応器が排気管の外周面から離れる。   At this time, preferably, the apparatus further comprises temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas, and control means for controlling the moving means based on the temperature of the exhaust gas detected by the temperature detecting means. When the temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined temperature, the power is turned on so that the reactor contacts the outer peripheral surface of the exhaust pipe. When the temperature of the exhaust gas is higher than the predetermined temperature, the reactor is connected to the exhaust pipe. The power is turned off so as to be separated from the outer peripheral surface of the power source. In this case, when the temperature of the exhaust gas is higher than a predetermined temperature while the reactor is in contact with the outer peripheral surface of the exhaust pipe, the power is automatically turned off, and the reactor is disconnected from the outer peripheral surface of the exhaust pipe. Leave.

また、好ましくは、エンジンはディーゼルエンジンであり、被加熱部材は、排気ガス中に含まれる有害物質を酸化して浄化する酸化触媒であり、排気管における酸化触媒の下流側には、排気ガス中に含まれる有害物質を捕集して取り除くディーゼル排気微粒子除去フィルタが配置されており、反応器は、排気管の周囲に排気管の周方向に沿って複数配置されている。ディーゼル排気微粒子除去フィルタ(DPF)の再生時、つまりDPFに堆積したPM(煤)を燃焼させる際に、酸化触媒を通る排気ガスは600℃以上の高温状態となる。従って、ディーゼルエンジンの排気系に設けられた酸化触媒に、本発明の排気浄化装置を適用することが特に効果的である。   Preferably, the engine is a diesel engine, and the member to be heated is an oxidation catalyst that oxidizes and purifies harmful substances contained in the exhaust gas, and the exhaust pipe is disposed downstream of the oxidation catalyst in the exhaust gas. A diesel exhaust particulate removal filter that collects and removes harmful substances contained in the exhaust pipe is disposed, and a plurality of reactors are disposed around the exhaust pipe along the circumferential direction of the exhaust pipe. When the diesel exhaust particulate filter (DPF) is regenerated, that is, when PM (soot) deposited on the DPF is burned, the exhaust gas passing through the oxidation catalyst is in a high temperature state of 600 ° C. or higher. Therefore, it is particularly effective to apply the exhaust emission control device of the present invention to the oxidation catalyst provided in the exhaust system of the diesel engine.

本発明によれば、アンモニアを用いた化学蓄熱によって、エンジンの排気系に設けられた被加熱部材を加熱する場合に、アンモニアの熱分解を抑制することができる。これにより、反応器から十分な反応熱を発生させることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when heating the to-be-heated member provided in the exhaust system of the engine by chemical heat storage using ammonia, thermal decomposition of ammonia can be suppressed. This makes it possible to generate sufficient reaction heat from the reactor.

本発明に係る排気浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an exhaust emission control device according to the present invention. 図1に示した排気浄化装置の要部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the principal part of the exhaust gas purification apparatus shown in FIG. 図1に示した排気浄化装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the exhaust gas purification apparatus shown in FIG. 図2に示したコントローラによる電源制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the power supply control process by the controller shown in FIG. 図3に示した各反応器が排気管の外周面に接触した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which each reactor shown in FIG. 3 contacted the outer peripheral surface of the exhaust pipe.

以下、本発明に係る排気浄化装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of an exhaust emission control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る排気浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の排気浄化装置1は、ディーゼルエンジン(単にエンジンということがある)2の排気系に設けられ、エンジン2から排出される排気ガス中に含まれる有害物質(環境汚染物質)を浄化する装置である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an exhaust emission control device according to the present invention. In the figure, an exhaust emission control device 1 according to the present embodiment is provided in an exhaust system of a diesel engine (sometimes referred to simply as an engine) 2 and contains harmful substances (environmental pollutants) contained in exhaust gas discharged from the engine 2. ).

排気浄化装置1は、エンジン2と接続された排気管3の上流側から下流側に向けて順に配置された酸化触媒(DOC)4、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ(DPF)5及び選択還元触媒(SCR)6を備えている。エンジン2と酸化触媒4との間には、排気管3内に燃料を添加する燃料添加弁7が設けられている。酸化触媒4は、排気ガス中に含まれるHCやCO等を酸化して浄化する触媒である。DPF5は、排気ガス中に含まれるPM(煤)を捕集して取り除くフィルタである。SCR6は、尿素水等を供給して、排気ガス中に含まれるNOxを還元して浄化する触媒である。   The exhaust purification device 1 includes an oxidation catalyst (DOC) 4, a diesel exhaust particulate removal filter (DPF) 5, and a selective reduction catalyst (SCR) arranged in order from the upstream side to the downstream side of the exhaust pipe 3 connected to the engine 2. ) 6. A fuel addition valve 7 for adding fuel into the exhaust pipe 3 is provided between the engine 2 and the oxidation catalyst 4. The oxidation catalyst 4 is a catalyst that oxidizes and purifies HC, CO, etc. contained in the exhaust gas. The DPF 5 is a filter that collects and removes PM (soot) contained in the exhaust gas. The SCR 6 is a catalyst that supplies urea water or the like to reduce and purify NOx contained in the exhaust gas.

また、排気浄化装置1は、化学蓄熱を利用して酸化触媒4を加熱する反応器8を更に備えている。反応器8には、アンモニア(NH)を貯蔵する貯蔵器9がNH供給管10を介して接続されている。なお、NH供給管10には、開閉弁11が設けられている。 Further, the exhaust purification apparatus 1 further includes a reactor 8 that heats the oxidation catalyst 4 using chemical heat storage. A reservoir 9 for storing ammonia (NH 3 ) is connected to the reactor 8 via an NH 3 supply pipe 10. The NH 3 supply pipe 10 is provided with an on-off valve 11.

図2は、排気浄化装置1の要部を示す構成図であり、図3は、排気浄化装置1の要部を示す断面図である。各図において、酸化触媒4は、磁性体(例えばSUS)で形成された円筒状の排気管3内に配置されている。酸化触媒4は、触媒物質を担持するハニカム基材12で形成されている。ハニカム基材12は、例えばコージェライト等のセラミックスやステンレス等のメタルで形成されている。ハニカム基材12に担持される触媒物質としては、白金やパラジウム等の貴金属が用いられる。   FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of the exhaust purification apparatus 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of the exhaust purification apparatus 1. In each figure, the oxidation catalyst 4 is disposed in a cylindrical exhaust pipe 3 formed of a magnetic material (for example, SUS). The oxidation catalyst 4 is formed of a honeycomb substrate 12 that supports a catalyst material. The honeycomb substrate 12 is made of ceramics such as cordierite or metal such as stainless steel. As the catalyst material supported on the honeycomb substrate 12, a noble metal such as platinum or palladium is used.

反応器8は、複数(ここでは4つ)に分割されている。各反応器8は、断面湾曲状をなしており、排気管3の周囲における酸化触媒4に対応する位置に所定の間隔をもって配置されている。反応器8は、磁性体(例えばSUS)で形成された筐体13を有している。つまり、反応器8の外面は、磁性体で形成されている。筐体13内には、NHと化学反応して熱を発生させる固体状または粉末状の反応材料(図示せず)が収容されている。反応材料としては、塩化金属、臭化金属、ヨウ化金属化合物であり、例えばMgCl、CaCl、NiCl、ZnCl、SrCl等が挙げられる。 The reactor 8 is divided into a plurality (four in this case). Each reactor 8 has a curved cross section, and is disposed at a position corresponding to the oxidation catalyst 4 around the exhaust pipe 3 with a predetermined interval. The reactor 8 has a housing 13 made of a magnetic material (for example, SUS). That is, the outer surface of the reactor 8 is made of a magnetic material. A solid or powdery reaction material (not shown) that generates heat by chemically reacting with NH 3 is accommodated in the housing 13. Examples of the reaction material include metal chloride, metal bromide, and metal iodide compounds such as MgCl 2 , CaCl 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , and SrCl 2 .

排気管3と各反応器8との間には、各反応器8を排気管3の外周面に対して離間する方向に付勢するバネ等の弾性体14がそれぞれ設けられている。また、各反応器8は、支持部材(図示せず)に排気管3の径方向に移動可能に支持されている。   Between the exhaust pipe 3 and each reactor 8, an elastic body 14 such as a spring that urges each reactor 8 in a direction away from the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 is provided. Each reactor 8 is supported by a support member (not shown) so as to be movable in the radial direction of the exhaust pipe 3.

各反応器8の筐体13の外面には、コイル15がそれぞれ巻かれている。各コイル15には、当該コイル15に電圧を印加するための外部電源16がそれぞれ接続されている。各コイル15及び各外部電源16は、各反応器8を排気管3の外周面に対して排気管3の径方向に接触及び離間させる移動手段を構成している。なお、通常は、弾性体14の付勢力によって各反応器8は排気管3の外周面に対して離間した状態となっている(図3参照)。   Coils 15 are wound around the outer surface of the casing 13 of each reactor 8. Each coil 15 is connected to an external power supply 16 for applying a voltage to the coil 15. Each coil 15 and each external power source 16 constitute moving means for bringing the reactor 8 into contact with and away from the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 in the radial direction of the exhaust pipe 3. Normally, each reactor 8 is separated from the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 by the urging force of the elastic body 14 (see FIG. 3).

さらに、排気浄化装置1は、エンジン2の始動及び停止を指示操作するためのイグニッションスイッチ(IGスイッチ)17と、酸化触媒4を通る排気ガスの温度を検出する温度センサ18と、IGスイッチ17の操作信号及び温度センサ18の検出信号に基づいて、各外部電源16をON/OFF制御するコントローラ19とを備えている。   Further, the exhaust emission control device 1 includes an ignition switch (IG switch) 17 for instructing start and stop of the engine 2, a temperature sensor 18 for detecting the temperature of exhaust gas passing through the oxidation catalyst 4, A controller 19 that controls ON / OFF of each external power supply 16 based on the operation signal and the detection signal of the temperature sensor 18 is provided.

図4は、コントローラ19による電源制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、本フローチャートは、エンジン2の始動により排気ガスの温度が低い状態から十分高い状態となるまでの処理手順を示したものである。   FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of power supply control processing by the controller 19. This flowchart shows a processing procedure until the temperature of the exhaust gas is changed from a low state to a sufficiently high state by starting the engine 2.

図4において、まずIGスイッチ17の操作信号に基づいて、IGスイッチ17がONされたかどうか判断する(手順S101)。IGスイッチ17がONされたときは、各外部電源16をONにするように制御することで、各外部電源16により各コイル15に電圧を印加する(手順S102)。すると、各コイル15に電流が流れるため、各反応器8に電磁力が発生する。このため、図5に示すように、弾性体14の付勢力に抗して、各反応器8が磁性体製の排気管3の外周面に吸着(接触)するようになる。なお、各反応器8が排気管3の外周面に吸着した状態では、弾性体14は、各反応器8に形成された凹部(図2及び図3では不図示)に収容される。   In FIG. 4, first, based on the operation signal of the IG switch 17, it is determined whether or not the IG switch 17 is turned on (step S101). When the IG switch 17 is turned on, a voltage is applied to each coil 15 by each external power supply 16 by controlling each external power supply 16 to be turned on (step S102). Then, since an electric current flows through each coil 15, an electromagnetic force is generated in each reactor 8. Therefore, as shown in FIG. 5, each reactor 8 is adsorbed (contacted) to the outer peripheral surface of the magnetic exhaust pipe 3 against the urging force of the elastic body 14. In the state where each reactor 8 is adsorbed on the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3, the elastic body 14 is accommodated in a recess (not shown in FIGS. 2 and 3) formed in each reactor 8.

次いで、温度センサ18の検出信号を取得し(手順S103)、温度センサ18により検出された排気ガスの温度が閾値よりも高いかどうかを判断する(手順S104)。ここで、閾値は、NHが熱分解する温度(例えば400℃程度)よりも僅かに低い温度に設定されている。 Next, a detection signal of the temperature sensor 18 is acquired (procedure S103), and it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 18 is higher than a threshold value (procedure S104). Here, the threshold value is set to a temperature slightly lower than the temperature at which NH 3 is thermally decomposed (for example, about 400 ° C.).

排気ガスの温度が閾値よりも高いときは、各外部電源16をOFFにするように制御することで、各外部電源16による各コイル15への電圧の印加を停止する(手順S105)。すると、各コイル15に電流が流れなくなるため、各反応器8に生じた電磁力が解除され、弾性体14の付勢力により各反応器8が排気管3の外周面から離れるようになる(図2及び図3参照)。つまり、各反応器8が元の通常位置に戻る。   When the temperature of the exhaust gas is higher than the threshold, application of voltage to each coil 15 by each external power supply 16 is stopped by controlling each external power supply 16 to be turned off (step S105). Then, since no current flows through each coil 15, the electromagnetic force generated in each reactor 8 is released, and each reactor 8 comes away from the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 by the biasing force of the elastic body 14 (FIG. 2 and FIG. 3). That is, each reactor 8 returns to the original normal position.

このような排気浄化装置1において、IGスイッチ17によりエンジン2が始動されると、各外部電源16がON状態とされ、各コイル15に電流が流れるため、上述したように各反応器8が排気管3の外周面に接触する(図5参照)。エンジン2の始動直後は、排気ガスの温度が低いため、各反応器8により酸化触媒4が加熱される。   In such an exhaust purification device 1, when the engine 2 is started by the IG switch 17, each external power source 16 is turned on, and a current flows through each coil 15, so that each reactor 8 is exhausted as described above. It contacts the outer peripheral surface of the tube 3 (see FIG. 5). Immediately after the engine 2 is started, the temperature of the exhaust gas is low, so that the oxidation catalyst 4 is heated by each reactor 8.

具体的には、開閉弁11が開弁され、貯蔵器9に貯蔵されたNHがNH供給管10を介して各反応器8に導入される。すると、各反応器8に充填された反応材料(ここではMgCl)とNHとが化学(配位)反応してNHを吸蔵し、各反応器8から熱(反応熱)が発生する。つまり、下記の反応式における左辺から右辺への反応(発熱反応)が起こる。このとき、各反応器8と排気管3とは接触しているため、熱伝導性が良い状態となっている。このため、反応器8から発生した反応熱が十分に酸化触媒4に伝えられ、その反応熱によって酸化触媒4が汚染物質の浄化に適した活性化温度まで効果的に加熱されるようになる。
MgCl+6NH ⇔ MgCl−6NH+熱(ΔH)
(ΔH=67kJ/mol(NH))
Specifically, the on-off valve 11 is opened, and NH 3 stored in the reservoir 9 is introduced into each reactor 8 via the NH 3 supply pipe 10. Then, the reaction material (MgCl 2 ) and NH 3 filled in each reactor 8 reacts chemically (coordination) to occlude NH 3, and heat (reaction heat) is generated from each reactor 8. . That is, a reaction from the left side to the right side (exothermic reaction) occurs in the following reaction formula. At this time, since each reactor 8 and the exhaust pipe 3 are in contact with each other, the thermal conductivity is good. For this reason, the reaction heat generated from the reactor 8 is sufficiently transmitted to the oxidation catalyst 4, and the oxidation catalyst 4 is effectively heated to the activation temperature suitable for the purification of pollutants by the reaction heat.
MgCl 2 + 6NH 3 MgMgCl 2 -6NH 3 + heat (ΔH)
(ΔH = 67 kJ / mol (NH 3 ))

その後、排気ガスの温度が高くなって例えば200℃程度になると、排気ガスの熱(排熱)が各反応器8に与えられることでMgClとNHとが分離する。つまり、上記の反応式における右辺から左辺への反応(再生反応)が起こる。そして、開閉弁11が開弁された状態で、分離したNHが各反応器8からNH供給管10を介して貯蔵器9に戻る。 Thereafter, when the temperature of the exhaust gas is increased to, for example, about 200 ° C., the heat (exhaust heat) of the exhaust gas is applied to each reactor 8 to separate MgCl 2 and NH 3 . That is, a reaction (regeneration reaction) from the right side to the left side in the above reaction formula occurs. Then, with the on-off valve 11 being opened, the separated NH 3 returns from each reactor 8 to the reservoir 9 via the NH 3 supply pipe 10.

排気ガスの温度が更に高くなって上記閾値(例えば400℃程度よりも僅かに低い温度)に達すると、各外部電源16がOFF状態とされ、各コイル15に電流が流れなくなるため、上述したように各反応器8が排気管3の外周面にから離れる(図2及び図3参照)。このため、各反応器8と排気管3との間に空気層が形成され、断熱性が確保されるようになる。従って、DPF5に堆積した煤(PM)を燃焼するために、燃料添加弁7から添加された燃料により酸化触媒4が600℃以上の高温状態となっても、その高温の熱が各反応器8に伝わりにくいため、各反応器8内に存在するNHの熱分解が抑制される。 When the temperature of the exhaust gas further increases and reaches the above threshold value (for example, a temperature slightly lower than about 400 ° C.), each external power supply 16 is turned off, and no current flows through each coil 15. Then, each reactor 8 moves away from the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 (see FIGS. 2 and 3). For this reason, an air layer is formed between each reactor 8 and the exhaust pipe 3, and heat insulation is ensured. Therefore, in order to burn the soot (PM) accumulated in the DPF 5, even if the oxidation catalyst 4 is brought to a high temperature state of 600 ° C. or higher by the fuel added from the fuel addition valve 7, the high temperature heat is still generated in each reactor 8. Therefore, the thermal decomposition of NH 3 present in each reactor 8 is suppressed.

以上のように本実施形態によれば、排気管3における酸化触媒4に対応する部位の周囲に複数の反応器8を配置し、電磁力を利用して各反応器8を排気管3の外周面に対して接離可能な構成としたので、酸化触媒4を効果的に加熱しつつ、反応器8内のNHの熱分解を抑制することができる。これにより、NHの総量が確保されるため、上記の発熱反応を促進させて十分な反応熱を発生させることができる。その結果、酸化触媒4の加熱性能を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, a plurality of reactors 8 are arranged around a portion corresponding to the oxidation catalyst 4 in the exhaust pipe 3, and each reactor 8 is connected to the outer periphery of the exhaust pipe 3 using electromagnetic force. Since it is configured to be able to contact and separate from the surface, it is possible to suppress the thermal decomposition of NH 3 in the reactor 8 while effectively heating the oxidation catalyst 4. Thereby, since the total amount of NH 3 is secured, the above exothermic reaction can be promoted to generate sufficient reaction heat. As a result, the heating performance of the oxidation catalyst 4 can be improved.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、反応器8の外面に巻回されたコイル15と、このコイル15に電圧を印加する外部電源16とを有し、反応器8に電磁力を発生させて、反応器8を排気管3の外周面に接触させるようにしたが、磁力を利用して反応器8を排気管3の外周面に接触及び離間させるものであれば、特に上記の構成には限られない。例えば、反応器8に磁石を取り付け、その磁石付きの反応器8を排気管3の径方向に移動させる手段を設けても良い。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the said embodiment, it has the coil 15 wound around the outer surface of the reactor 8, and the external power supply 16 which applies a voltage to this coil 15, and generate | occur | produces electromagnetic force in the reactor 8, and the reactor 8 However, the present invention is not limited to the above configuration as long as the reactor 8 is brought into contact with and separated from the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 by using magnetic force. For example, a magnet may be attached to the reactor 8 and means for moving the reactor 8 with the magnet in the radial direction of the exhaust pipe 3 may be provided.

また、上記実施形態では、排気管3自体が磁性体からなっているが、特にそれには限られず、非磁性体からなる排気管3の外周面に磁性体層を形成しても良い。   In the above embodiment, the exhaust pipe 3 itself is made of a magnetic material. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic material layer may be formed on the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3 made of a non-magnetic material.

また、上記実施形態は、DPF5の上流側に設けられた酸化触媒4を複数の反応器8により加熱するものであるが、複数の反応器8により加熱される被加熱部材としては、特に酸化触媒4には限られず、例えばDPF5の下流側に設けられたSCR6や、SCR6の下流側に設けられた図示しないアンモニアスリップ触媒(ASC)でも良い。また、被加熱部材としては、そのような触媒以外でも、排気管3に設けられ加熱を必要とするものであれば良い。   In the above-described embodiment, the oxidation catalyst 4 provided on the upstream side of the DPF 5 is heated by the plurality of reactors 8, but the member to be heated heated by the plurality of reactors 8 is particularly an oxidation catalyst. For example, the SCR 6 provided on the downstream side of the DPF 5 or an ammonia slip catalyst (ASC) (not shown) provided on the downstream side of the SCR 6 may be used. The member to be heated may be any member other than such a catalyst provided in the exhaust pipe 3 and requiring heating.

さらに、本発明は、ディーゼルエンジン2の排気系に限られず、ガソリンエンジンの排気系に設けられたものにも適用可能である。   Furthermore, the present invention is not limited to the exhaust system of the diesel engine 2 but can also be applied to those provided in the exhaust system of a gasoline engine.

1…排気浄化装置、2…ディーゼルエンジン、3…排気管(排気系)、4…酸化触媒(被加熱部材)、5…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ(DPF)、8…反応器、9…貯蔵器(アンモニア供給手段)、10…NH供給管(アンモニア供給手段)、15…コイル(移動手段)、16…外部電源(移動手段)、18…温度センサ(温度検出手段)、19…コントローラ(制御手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exhaust purification device, 2 ... Diesel engine, 3 ... Exhaust pipe (exhaust system), 4 ... Oxidation catalyst (heated member), 5 ... Diesel exhaust particulate filter (DPF), 8 ... Reactor, 9 ... Reservoir (Ammonia supply means), 10 ... NH 3 supply pipe (ammonia supply means), 15 ... coil (moving means), 16 ... external power supply (moving means), 18 ... temperature sensor (temperature detecting means), 19 ... controller (control) means).

Claims (4)

エンジンからの排気ガスを浄化する排気浄化装置において、
前記エンジンと接続された排気管の内部に設けられた被加熱部材と、
前記排気管の周囲に配置されていると共に、アンモニアと化学反応して熱を発生させる反応材料を含み、前記被加熱部材を加熱する反応器と、
前記反応器に前記アンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記反応器を磁力によって前記排気管の外周面に対して接触及び離間させる移動手段とを備えることを特徴とする排気浄化装置。
In an exhaust purification device that purifies exhaust gas from an engine,
A heated member provided in an exhaust pipe connected to the engine;
A reactor that is disposed around the exhaust pipe and includes a reaction material that chemically reacts with ammonia to generate heat, and heats the heated member;
Ammonia supply means for supplying the ammonia to the reactor;
An exhaust purification apparatus comprising: moving means for bringing the reactor into contact with and away from the outer peripheral surface of the exhaust pipe by magnetic force.
前記排気管の外周面及び前記反応器の外面は、何れも磁性体で形成されており、
前記移動手段は、前記反応器の外面に巻かれたコイルと、前記コイルに電圧を印加する電源とを有することを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。
Both the outer peripheral surface of the exhaust pipe and the outer surface of the reactor are made of a magnetic material,
The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the moving means includes a coil wound around an outer surface of the reactor and a power source for applying a voltage to the coil.
前記排気ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記排気ガスの温度に基づいて前記移動手段を制御する制御手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記排気ガスの温度が所定温度よりも低いときは、前記反応器を前記排気管の外周面に対して接触させるように前記電源をON制御し、前記排気ガスの温度が前記所定温度よりも高いときは、前記反応器を前記排気管の外周面に対して離間させるように前記電源をOFF制御することを特徴とする請求項2記載の排気浄化装置。
Temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas;
Control means for controlling the moving means based on the temperature of the exhaust gas detected by the temperature detecting means,
When the temperature of the exhaust gas is lower than a predetermined temperature, the control means performs ON control of the power source so that the reactor contacts the outer peripheral surface of the exhaust pipe, and the temperature of the exhaust gas is 3. The exhaust gas purification apparatus according to claim 2, wherein when the temperature is higher than a predetermined temperature, the power source is turned off so that the reactor is separated from the outer peripheral surface of the exhaust pipe.
前記エンジンはディーゼルエンジンであり、
前記被加熱部材は、前記排気ガス中に含まれる有害物質を酸化して浄化する酸化触媒であり、
前記排気管における前記酸化触媒の下流側には、前記排気ガス中に含まれる有害物質を捕集して取り除くディーゼル排気微粒子除去フィルタが配置されており、
前記反応器は、前記排気管の周囲に前記排気管の周方向に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の排気浄化装置。
The engine is a diesel engine;
The member to be heated is an oxidation catalyst that oxidizes and purifies harmful substances contained in the exhaust gas,
A diesel exhaust particulate removal filter that collects and removes harmful substances contained in the exhaust gas is disposed downstream of the oxidation catalyst in the exhaust pipe,
The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the reactors are arranged around the exhaust pipe along a circumferential direction of the exhaust pipe.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017166327A (en) * 2016-03-14 2017-09-21 日本碍子株式会社 Honeycomb type heating apparatus, and usage and manufacturing method thereof

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