JP2790976B2 - 排ガス浄化用触媒の急速加熱装置 - Google Patents

排ガス浄化用触媒の急速加熱装置

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JP2790976B2 JP6042411A JP4241194A JP2790976B2 JP 2790976 B2 JP2790976 B2 JP 2790976B2 JP 6042411 A JP6042411 A JP 6042411A JP 4241194 A JP4241194 A JP 4241194A JP 2790976 B2 JP2790976 B2 JP 2790976B2
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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、排ガス浄化用触媒の
急速加熱装置に関し、特に、自動車エンジンの排気経路
に設けられている触媒を、エンジン始動時、とりわけそ
の初期段階において速やかに加熱し、活性化させて排気
経路から大気中へ排出される排ガス中の有害物を効率よ
く低減するのに有効な水素吸蔵合金を内蔵する装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の排気経路から大気中に排出され
る排ガス中のHCや CO などの有害物を低減するには、排
気経路に設けられた触媒を、エンジンの始動とともに所
定の温度 (約350 ℃程度) にまで加熱し、活性化させる
必要があって、そのため手段として従来は、ヒータや高
周波加熱手段が用いられていた。
【0003】ところで、これらの加熱手段は、触媒を短
時間で活性化させるために、多量の電気的なエネルギー
が必要となるため、バッテリーの容量を大きくしなけれ
ばならない等の不具合が発生し、実用化が非常に困難な
状況にあった。
【0004】この点に関する技術的な問題の解決を試み
たものとしては、エンジンの排気経路に設けられた触媒
の周りに水素吸蔵合金を配設し、この水素吸蔵合金への
水素の供給によって水素化反応を起こさせ、その際の反
応熱によって触媒を加熱、活性化するようにした、特開
平5-1250239 号公報に開示の技術が参照される。
【0005】かかる既知技術によれば、電力を全く使用
せずに触媒を活性化させることができ、バッテリーの容
量増しを伴うような不都合をなくすことができるため、
極めて有効な手段であるといえた。
【0006】しかしながら、この技術で使用される水素
吸蔵合金は、その反応速度が緩慢なために、触媒をエン
ジンの始動の極わずかな時間で活性化させるまでには至
っておらず、未だ多少の改善の余地が残されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、水
素吸蔵合金の反応熱を利用して排気経路に配置される触
媒をエンジンの始動直後の極わずかな時間で活性化させ
ることができる急速加熱装置を提案するところにある。
この発明の他の目的は、上記急速加熱装置に有効に用い
られる水素吸蔵合金の好ましい化学組成を提案するとこ
ろにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、エンジンの
排気経路に設けた排ガス浄化用触媒を加熱して活性化す
る水素吸蔵合金と、この水素吸蔵合金に水素ガスを供給
して該水素吸蔵合金の水素化反応により反応熱を発生さ
せる水素ガス供給手段とを備える装置であって、上記水
素吸蔵合金は、Zr系合金の水素吸蔵反応による発熱によ
ってMg系合金の加熱を導くことによって到達温度が350
℃を超えるように配合されたMg系合金粉末とZr系合金粉
末の混合物よりなる、ことを特徴とする排ガス用触媒の
急速加熱装置である。Zr系合金の水素吸蔵反応による発
熱によってMg系合金を加熱することで、短時間で到達温
度が350 ℃を超えるように配合するために、本発明にお
いては、上記混合物中におけるZr系合金粉末の体積割合
、10〜50%とする。なお、上記Zr系合金としては、Zr
Mn2 合金, Zr(Mn・Al)2合金の粉末を用いる。また、
記Mg系合金としては、Mg2Ni 合金, MgLa合金, Mg17Mn2
合金の粉末を用いる。
【0009】
【作用】水素吸蔵合金を使って排ガス浄化用の触媒を急
速加熱するには、加熱しようとする触媒の周りに粉・粒
状水素吸蔵合金(以下、単に「合金」という)を充てん
した容器を配置して、この容器内へ水素を所定の圧力で
もって供給して水素反応を起こさせ、その際の反応熱に
よって触媒を加熱昇温し、活性化させる方法が有効であ
る。この水素吸蔵合金としては、従来、Zr系の水素吸蔵
合金が使用されていた。表1は、ZrMn合金に水素を供給
した際の経過時間(分)における加熱装置の温度を示し
たものであるが、同表に示すように水素供給圧力10 kg/
cm2 の場合、エンジンの始動から30秒経過した時点にお
いてもその温度は高々220 ℃程度であって、触媒を早期
のうちに活性化 (触媒の活性化温度は約350 ℃程度) さ
せるには不十分なものであった。
【0010】
【表1】
【0011】この発明においては、水素吸蔵合金を、Mg
系合金粉末とZr系合金粉末の混合物よりなるものとした
ので、かかる合金への水素の供給開始からわずか30秒程
度で350 ℃を超える温度まで昇温でき、従って、エンジ
ンの排気経路に設けた触媒の活性化を短時間で行えるこ
とになる。
【0012】この発明において、水素吸蔵合金を、Mg系
合金粉末とZr系合金粉末の混合物よりなるものとしたの
は、次の理由からである。すなわち、Zr系水素吸蔵合金
のみの一種とした場合においては、触媒を短時間である
程度の温度までは加熱できるものの、触媒を活性化させ
る温度に到達させるまでには至らず、また、Mg系水素吸
蔵合金のみの場合には、水素の供給による反応熱で到達
温度は400 ℃程度となるが、それのみでは、水素を供給
しても反応は起こりにくい。
【0013】そこで、この発明においては、270 ℃程度
に至るまではZr系の水素吸蔵合金によって昇温するよう
にし、その際の反応熱でMg系水素吸蔵合金を加熱し、該
Mg系水素吸蔵合金によってそれ以降の昇温を行うように
して、Mg系合金粉末とZr系合金粉末とで高温域と低温域
との作用をそれぞれ分担させたことが特徴である。
【0014】この発明に適合するMg系水素吸蔵合金の例
としては、Mg2Ni 合金、MgLa合金あるいはMg17Mn2 合金
などが適用できる (これらのうちのいずれか1種又は2
種以上を同時に使用することもできる) 。特に、Mg2Ni
合金は、10kgf/cm2 以下での発熱温度が最も高く好まし
い。
【0015】また、Zr系水素吸蔵合金としては、ZrMn2
合金の他、Zr( Mn・Al)2合金 (ZrxMny Alz とした場
合、x=1、y+z=2)、あるいはZrVAl 合金等が適
用できる (これらのうちのいずれか1種又は2種以上を
同時に使用することもできる)。特に、ZrMnAl合金は、
反応速度が速く、かつ10kgf/cm2 以下での発熱温度が高
いので好ましい。
【0016】これらの合金の混合物において、Zr系合金
粉末の配合割合は、より効率的な昇温を行うため10〜50
%の範囲とするのがよい。とくに、Zr系合金粉末とMg系
合金粉末とをZr:Mgが5:5、3:7、あるいは2:8
の体積割合で混合したものとするのが好ましい。
【0017】水素ガスの供給圧力は、1〜10kgf/cm2
程度とするのがよい。例えば、1.8 Kgの水素吸蔵合金を
充てんできる容器にこの発明に従う混合物 (Mg2Ni 合金
粉末とZrMn1.95Al0.05合金)を充てんする場合、Mg2Ni
を1167g 使用する場合には、Zr(Mn・Al)2合金として Z
rMn1.95Al0.05 を633 g 、また、Mg2Ni を933 g 使用す
る場合には、上記ZrMn1.95Al0.05を867 g 、また、Mg2N
i を570 g 使用する場合には、上記ZrMn1.95Al0.05を12
30g 使用するようにし、10Kgf/cm2 以下の圧力のもとで
混合物に水素ガスを供給するようにすればよい。
【0018】
【実施例】図1に、この発明に従う排ガス浄化用急速加
熱装置の一例を示す。図における番号1は自動車のガソ
リンエンジン、2はエンジン1から排出される排気ガス
の排気経路を形成する排気管であって、この排気管2の
途中にはケース3が配設されていて、このケース3内に
排ガス浄化用の3元触媒4が充てんされる。
【0019】また、5はケース3の周りを取り囲むよう
に配置されるケースであって、このケース5にはMg系合
金粉末とZr系合金粉末の混合物よりなり、ケース3内の
触媒4を加熱する水素吸蔵合金が充てんされる。
【0020】6はケース5内の水素吸蔵合金へ水素ガス
を供給するための水素ガス供給手段であり、この水素ガ
ス供給手段6は水素ボンベ6aと、水素ボンベ6aとケ
ース5とを接続する配管6bと、この配管6bにの途中
に配置して水素ガスの供給、停止を行う電磁開閉弁6c
からなり、この電磁開閉弁6cは自動車エンジンの始動
スイッチ7 ( OFF端子7a,ACC端子7b, ON端子7c,IGN端子
7d) を介してバッテリー8に接続されていて、エンジン
の始動に先立つ電気的な信号の入力により開弁して水素
ガスを水素吸蔵合金を充てんしたケース5内へ供給し
て、触媒の活性化を行わせるべく水素吸蔵合金を発熱さ
せる。
【0021】ケース3内の触媒4を活性化させ、エンジ
ン1の暖気が完了して定常運転が可能になると、図2に
示すように、水素吸蔵合金H内に貯蔵された水素ガスは
ケース5から所定の圧力になるまで配管6bを通して水
素ボンベ6aに戻され、電磁開閉弁6cが閉弁すること
となる。そして閉弁後の水素ボンベ6a内には次に水素
吸蔵合金の反応を行わせるのに必要な圧力を有する水素
ガスが貯蔵される。
【0022】図3および図4に触媒4を充てんするケー
ス3と水素貯蔵合金Hを充てんするケース5の要部の構
成を示す。なお、図中Hは、充てんした水素吸蔵合金の
粉末である。
【0023】ケース3内の触媒4は下半分が金網9によ
って包囲され、上半分が銅材からなる伝熱アダプター10
によって包囲された構造になっている。そして、このケ
ース3の上半分の外周には水素吸蔵合金Hを充てんする
ケース5が配置され溶接等によって両者は強固に固定さ
れている。
【0024】ケース5には、その内部で複数の区画領域
を形成するために縦、横方向に延びる仕切板5a,5b
が設けられていて、その区画領域のそれぞれに水素吸蔵
合金Hが充てんされる。
【0025】配管6bからの水素ガスの供給は、ケース
5のそれぞれの区画領域内で開口するパイプ11を通して
行う。
【0026】上記の構成になる装置において、排ガス浄
化用の3元触媒4は以下のような経路を経て活性化され
る。まず、エンジン1の始動に際して可動接点Pが始動
スイッチ7のON端子7cに接触する (図1, 図2参照)
と電磁開閉弁6cが開弁し配管6bおよびパイプ11を通
して所定圧になる水素ガスが水素吸蔵合金Hの充てんさ
れたケース5内へ供給される。
【0027】水素ガスが供給されると水素吸蔵合金Hは
化学変化して反応熱を発生する。そして、この反応熱は
ケース3および伝熱用アダプター10を介して3元触媒4
を加熱し該触媒4はエンジン始動の初期段階で急速に加
熱、活性化されることとなる。
【0028】1.8 Kgの水素吸蔵合金を充てんできるケー
スにMg2Ni :1167g とZrMn1.95Al0. 05:633 g の混合物
を充てんして、ここに圧力が10Kgf/cm2 になる水素ガス
を供給した場合における発熱状況を図5に、また、Mg2N
i :933 g とZrMn1.95Al0.05:867 g との混合物を充て
んして、同じく圧力が10Kgf/cm2 になる水素ガスを供給
した場合における発熱状況を図6に、さらに、Mg2Ni :
570 g とZrMn1.95Al0. 05:1230g との混合物を充てんし
て圧力が10Kgf/cm2 になる水素ガスを供給した場合にお
ける発熱状況を図7にそれぞれ示す。図5〜図7より明
らかなように、この発明に従う加熱装置によれば触媒を
短時間で活性化できることが明らかである。
【0029】これに対して、ZrMn1.95Al0.05を単味で18
00g 充てんしたものにおいては、図8に示すように、30
秒経過した時点であってもその温度は200 ℃前後であっ
て、触媒を活性化させることができる温度にまでは達し
ていない。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電気的なエネルギーを使用することなしに速やかに
触媒を活性化することができるので、大気中へのHCや
COの放出を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明に従う装置の構成説明図であ
る。
【図2】図2はこの発明に従う装置の構成説明図であ
る。
【図3】図3はこの発明に従う装置の要部の構成を示し
た図である。
【図4】図4はこの発明に従う装置の要部の構成を示し
た図である。
【図5】図5はこの発明に従う装置に配置した水素吸蔵
合金の発熱状況を示した図である。
【図6】図6はこの発明に従う装置に配置した水素吸蔵
合金の発熱状況を示した図である。
【図7】図7はこの発明に従う装置に配置した水素吸蔵
合金の発熱状況を示した図である。
【図8】図8は従来の装置に配置されている水素吸蔵合
金の発熱状況を示した図である。
【符号の説明】
1 ガソリンエンジン 2 排気管 3 ケース 4 3元触媒 5 ケース 6 水素ガス供給手段 7 始動スイッチ 8 バッテリー 9 金網 10 伝熱アダプター 11 パイプ H 水素吸蔵合金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−301531(JP,A) 特開 昭62−27534(JP,A) 特開 平1−108341(JP,A) 実開 平5−38314(JP,U) 特公 平2−47535(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/20 F01N 3/24 B01D 53/87 B01J 35/02 C01B 3/00 - 3/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気経路に設けた排ガス浄化
    用触媒を加熱して活性化するための水素吸蔵合金と、こ
    の水素吸蔵合金に水素ガスを供給して該水素吸蔵合金の
    水素化反応により反応熱を発生させる水素ガス供給手段
    とを備える装置であって、 上記水素吸蔵合金は、Zr系合金の水素吸蔵反応による発
    熱によってMg系合金の加熱を導くことによって到達温度
    が350 ℃を超えるように配合されたMg系合金粉末とZr系
    合金粉末の混合物を用いることを特徴とする排ガス浄化
    用触媒の急速加熱装置。
  2. 【請求項2】 混合物中におけるZr系合金粉末の体積割
    合が、10〜50%である請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 上記Zr系合金が、ZrMn2 合金, Zr(Mn・
    Al)2合金の粉末である請求項1または2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 上記Mg系合金が、Mg2Ni 合金, MgLa合
    金, Mg17Mn2 合金の粉末である請求項1に記載の装置。
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