JP3549858B2 - 排気ガスの浄化装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの浄化装置に関する。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含有された有害物質を減少,除去すべく、排気管に介装される浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
《技術背景》
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中には、一酸化炭素CO,炭化水素HC,炭素粒子PM,窒素酸化物NOx等の有害物質が含有されている。
そこで、このような有害物質を含有した排気ガスを、そのまま外気へと排出すると、人体や環境に有害であり、公害防止のため有害物質の減少,除去が重要なテーマとなっている。
【0003】
《従来技術》
図5は、この種従来例に係る排気ガスの浄化装置の側断面説明図である。同図にも示したように、例えば自動車のディーゼルエンジンの排気系にあっては、排気ガス1の排気管2に、従来より図5に示したような浄化装置3が、コンバータとして介装されている。
そして、この浄化装置3は、排気管2より径大な外筒ケース4内に、第1浄化部5と第2浄化部6とを、順に備えた構成よりなっていた。
第1浄化部5は、ハニカムコア7の各セル壁8に酸化触媒を付着,被覆させてなり、もって、排気ガス1中の有害物質たる一酸化炭素COや炭化水素HCを、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめていた。第2浄化部6は、高密度多孔質のセラミックス製のフィルター9の各孔壁10に、酸化触媒を付着,被覆させてなり、もって、排気ガス1中の有害物質たる炭素粒子PMを、捕捉して,酸化,燃焼,そして減少,除去せしめていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
《第1の問題点について》
ところで、この種従来例の排気ガス1の浄化装置3にあっては、次の問題が指摘されていた。まず第1に、有害物質たる炭化水素HCの減少,除去が不十分である、という問題が指摘されていた。
すなわち、第1浄化部5における酸化触媒の温度上昇が不足し、その機能発揮には不十分であることが多く、酸化触媒が十分に機能せず、炭化水素HCの酸化,燃焼,そして減少,除去が不足する、という問題が指摘されていた。
【0005】
《第2の問題点について》
第2に、有害物質たる炭素粒子PMの減少,除去が不確実である、という問題も指摘されていた。
すなわち、排気管2中を流れる排気ガス1は、外周部に比し中央部側ほど、流速が高速で有害物質を多く含有している。そして、このような排気ガス1の流れが、浄化装置3の外筒ケース4内に、そのまま持ち込まれる結果、排気ガス1に含有された炭素粒子PMは、浄化装置3の第2浄化部6のフィルター9の中央部に、集中偏在すると共に高速で通過するようになる。そこで、酸化触媒が十分に機能せず、炭素粒子PMの捕捉,酸化,燃焼,そして減少,除去が確実ではない、という問題が指摘されていた。
更に、第2浄化部6のセラミックス製のフィルター9が炭素粒子PMの燃焼に伴う急激な温度上昇により、加熱破損,破壊が進行しやすく、この面からも、炭素粒子PMの捕捉,酸化,燃焼,そして減少,除去が不確実化する、という問題が指摘されていた。
【0006】
《第3の問題点について》
第3に、有害物質たる窒素酸化物NOxの減少,除去が行われない、という問題が指摘されていた。
すなわち、この種従来例で多用されている図5に示した浄化装置3では、排気ガス1中の窒素酸化物NOxが減少,除去されず、もって、窒素酸化物NOxを減少,除去させるために、別途専用の浄化装置を排気管2に介装することを要していた。
【0007】
《本発明について》
本発明の排気ガスの浄化装置は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。そして、排気ガスについて所定の第1浄化部,処理部,第2浄化部,加速部等を順に配設すると共に、処理部が、所定の整流部分,加速部分,排出部分を順に備えていること、を特徴とする。
もって本発明は、第1に、炭化水素を効果的に減少,除去せしめると共に、第2に、炭素粒子も確実に減少,除去せしめ、第3に、窒素酸化物の減少,除去も可能な、排気ガスの浄化装置を提案すること、を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項1の排気ガスの浄化装置は、排気ガス中に含有された有害物質を減少,除去すべく、排気管に介装され、該排気管より径大な外筒ケース内に、該排気ガスの処理部を有してなる。
そして該処理部は、該外筒ケース内を途中空間を介し前後に区画する仕切板と、該排気管より径小で前後の該仕切板間を連通させるパイプと、該パイプに上流側から順に配設された整流部分,加速部分,排出部分と、を備えてなる。そして該排気ガスを、加速,温度上昇,均一排出せしめる。
【0009】
そして、該処理部の該整流部分は、ハニカムコアよりなり、流入した該排気ガスを整流する。
該加速部分は、口径が徐々に径小に絞られた筒体よりなり、該排気ガスを大きく加速,温度上昇,加熱せしめる。
該排出部分は、エルボよりなり、該排気ガスを該外筒ケース内に向け均一に分散排出すること、特徴とする。
【0010】
請求項2の排気ガスの浄化装置は、請求項1において、該加速部分は、途中に径小絞り部が形成されると共に、該径小絞り部より下流に複数の開口が形成されている。そして該排気ガスは、高速加速される中央主流と、該開口を通過した相対的低速の外周副流と、に分流された後、該排出部分付近において合流すること、特徴とする。
請求項3の排気ガスの浄化装置は、請求項1において、該処理部の上流の該外筒ケース内に、第1浄化部が配設されている。そして該第1浄化部は、ハニカムコアのセル壁に酸化触媒を付着,被覆させてなり、該排気ガス中の有害物質たる一酸化炭素および炭化水素を、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめること、を特徴とする。
【0011】
請求項4の排気ガスの浄化装置は、請求項1において、該処理部の下流の該外筒ケース内の気相中において、該排気ガス中の炭化水素や煤たる炭素粒子が、温度上昇,加熱に起因して還元剤として機能し、該排気ガス中の有害物質たる窒素酸化物を、還元により減少,除去せしめること、を特徴とする。
請求項5の排気ガスの浄化装置は、請求項1において、該処理部の下流の該外筒ケース内に、第2浄化部が配設されている。そして該第2浄化部は、金属製のワイヤが網目状に組み付けられたワイヤメッシュ構造のフィルターよりなり、該排気ガス中の有害物質たる煤つまり炭素粒子を捕捉して、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめること、を特徴とする。
請求項6の排気ガスの浄化装置は、請求項1において、該外筒ケースの出口に、加速部が配設されている。そして該加速部は、口径が徐々に径小に絞られた短筒よりなり、該排気ガスを加速せしめること、を特徴とする。
【0012】
《作用について》
本発明は、このようになっているので、次のようになる。
(1)この浄化装置は、排気管に介装され、外筒ケース内に、第1浄化部,処理部,第2浄化部,加速部等を、順に配設してなる。
(2)そして排気ガスは、次の各ステップを辿ることにより、含有されていた一酸化炭素,炭化水素,炭素粒子,窒素酸化物等の有害物質が、減少,除去される。これらについて更に詳述すると、次のとおり。
(3)まず排気ガスは、第1浄化部に供給される。第1浄化部は、ハニカムコアのセル壁に酸化触媒を付着,被覆させてなり、一酸化炭素および炭化水素が、酸化,燃焼されて減少,除去せしめられる。
【0013】
それから(4)、排気ガスは、処理部に供給される。処理部は、前後の仕切板間を連通させるパイプに、整流部分,加速部分,排出部分を順に配設してなる。もって排気ガスは、整流部分のハニカムコアにて整流されてから、加速部分の径小に絞られた筒体にて急激に加速され、もって大きく温度上昇,加熱されて、排出部分のエルボから均一に分散排出される。
なお(5)、加速部分には、径小絞り部と複数の開口が形成されており、排気ガスは、径小絞り部にて若干加速されてから、高速加速される中央主流と、開口を通過した相対的低速の外周副流とに、分流された後、排出部分にて合流する。そこで排気ガスは、効率的に温度上昇されると共に、流量との関係でバランス良く加速され、過度な加速,圧力損失,そしてエンジンの負担増が防止される。
【0014】
さて(6)、排気ガスは、大きく温度上昇,加熱されるので、炭化水素や炭素粒子が、還元剤として機能するようになり、下流側の気相中において窒素酸化物と反応し、無害な窒素,炭酸ガス,水等に、還元,減少,除去せしめる。
そして(7)、排気ガスは、第2浄化部に供給される。第2浄化部は、ワイヤメッシュ構造のフィルターよりなり、煤たる炭素粒子を捕捉して、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめる。その際、排気ガスが均一に分散されているので、炭素粒子はフィルターに全体的に捕捉され、又、排気ガスが大きく温度上昇,加熱されているので、酸化触媒が付着,被覆されている場合は酸化触媒が確実に機能するようになり、更に、ワイヤメッシュ構造よりなるので、加熱破損,破壊も防止される。
しかる後(8)、排気ガスは、出口の加速部に供給される。加速部は、径小に絞られた短筒よりなり、排気ガスを加速せしめる。そこで排気ガスは、先の処理部における温度上昇,加熱に加え、この加速,圧力損失に基づき更に温度上昇されることもあり、除去されなかった未燃焼成分たる炭化水素や炭素粒子が、確実に燃焼,減少,除去せしめられる。
それから(9)、浄化された排気ガスが、下流側の排気管へと排出される。
【0015】
【発明の実施の形態】
《図面等について》
以下本発明を、図面に示す発明の実施の形態に基づいて、詳細に説明する。図1,図2,図4等は、本発明に係る排気ガスの浄化装置について、実施の形態の説明に供する。
そして図1は、側断面説明図である。図2の(1)図は、図1のI−I線に沿った矢視正断面図であり、(2)図は、図1のII−II線に沿った矢視正面図である。図4は、排気系全体の側面説明図である。
なお図3は、分散部のバッフルプレートの正面図であり、(1)図は、その1例を示し、(2)図は、他の例を示し、(3)図は、更に他の例を示す。
【0016】
《排気系について》
まず、図4を参照しつつ、排気系について説明する。ディーゼルエンジン11は、自動車を始め、発電,船舶,機関車,航空機,各種機械,その他に広く使用されている。
そして、ディーゼルエンジン11その他の内燃機関から排出される排気ガス1、更にはガスタービンから排出される排気ガス1中には、一酸化炭素CO,炭化水素HC,炭素粒子PM,窒素酸化物NOx、等の有害物質が含有されている。
そして、このような有害物質,汚染物質を含有した排気ガス1を、そのまま外気へと排出すると、人体や環境に有害であるので、公害防止のため有害物質を減少,除去すべく、排気ガス1の浄化装置12が、コンバータとして排気管2に介装されている。
すなわち、ディーゼルエンジン11には、燃料タンク13から燃料が供給され、ディーゼルエンジン11からは、排気管2にて排気ガス1が排出され、排気管2を経由して外気へと排出される。
排気系は、このようになっている。
【0017】
《排気ガス1の浄化装置12について》
次に、図4を参照しつつ、この排気ガス1の浄化装置12の概要について述べる。この浄化装置12は、排気ガス1の排気管2の途中に介装されており、排気管2より径大な外筒ケース14内に、上流側から下流側に向け、減速部15,分散部16,第1浄化部17,処理部18,第2浄化部19,加速部20等が、順に配設されている。各部は、金属製よりなると共に、相互に接することなく、距離間隔を取って配設されている。
外筒ケース14は、円筒形や角筒形をなし、入口側と出口側が、排気管2の径に対応して径小となっている。そして内部に上述した各部を、外部から着脱可能に配設してなる。なお排気ガス1は、ディーゼルエンジン11の通常運転時で、400℃〜450℃程度の温度域にある。
浄化装置12は、概略このようになっている。
【0018】
《減速部15について》
以下、この浄化装置12の各部について説明する。まず、図1および図2の(1)図を参照しつつ、浄化装置12の減速部15について述べる。
減速部15は、口径が徐々に径大が広がった短筒よりなり、外筒ケース14の入口に配設され、その外周面と外筒ケース14との間に間隙21が存すると共に、内部流路に拡散翼22が設けられており、排気ガス1を減速,拡散せしめる。
このような減速部15について、更に詳述する。減速部15は、外筒ケース14の径小入口部の直後に内装されており、上流側の排気管2に対応位置している。
そして、下流側ほど徐々に径大となった短筒形状をなし、ホルダー(図示せず)により、外筒ケース14の径小入口部付近に対し、間隙21を存しつつ同軸に取り付けられており、中央部が内部流路となっている。拡散翼22は細長板状をなし、図示例では、内部流路を十字にクロスするように4枚使用されており、減速部15の内周面間に架設され、各拡散翼22の配設角度が異なっている。
そこで排気ガス1は、このような減速部15を通過することにより、中央部側の流れが、断面積の拡大に伴い減速されると共に、拡散翼22の働らきもあり、外筒ケース14内に全体的に拡散される。これに対し、排気ガス1の外周部側の流れは、間隙21を通過して、外筒ケース14の外周部側へと導かれる。
減速部15は、このようになっている。
【0019】
《分散部16について》
次に、図1,図3を参照しつつ、浄化装置12の分散部16について述べる。分散部16は、多数の壁穴23が全体的に形成されたバッフルプレート24よりなり、排気ガス1を、均一に分散,整流,加速,温度上昇せしめる。分散部16の各壁穴23は、全体的に規則的な位置関係で穿設形成されると共に、それぞれ延出壁25を備えている。
このような分散部16について、更に詳述する。分散部16は、減速部15との間に間隔26を存しつつ、外筒ケース14の内面に取り付けられており、図示例では、円板状のバッフルプレート24よりなる。
壁穴23は、このようなバッフルプレート24に穿設形成されており、その機能を全うすべく、各種パターンの位置,大きさ,数のものが考えられる。図3の(1)図の例では、中央部に1個の大径のものが、外周部に8個の小径のものが、同心円上に等ピッチで形成されている。図3の(2)図の例では、中央部に3個の小径のものが、外周部に9個の小径のものが、それぞれ同心円上に等ピッチで形成されている。図3の(3)図の例では、中央部に9個の小径のものが、外周部に9個の小径のものが、それぞれ等ピッチで形成されている。
又、各壁穴23には、その下流側に延出壁25が付設されており、その機能発揮を効果的ならしめている。
【0020】
ところでバッフルプレート24は、図1の例では1枚用いられているが、複数枚のバッフルプレート24を用い、バッフルプレート24相互間の各壁穴23の位置をずらす構成も、その機能発揮に効果的である。例えば、図3の(2)図に示したバッフルプレート24と、図3の(3)図に示したバッフルプレート24とを、僅かな間隔で並設することが考えられる。
さて排気ガス1は、前述した減速部15で減速,拡散された後、このような分散部16のバッフルプレート24に衝突すると共に、各壁穴23を通過することにより、まず外筒ケース14内において、均一に分散され、上流側から下流側へと平行に直進する規則的な流れに整流される。
これと共に排気ガス1は、各壁穴23を通過することにより、断面積が小となって加速され、もって圧力損失が増大し、その分、運動エネルギーが熱エネルギーに転換されて、温度上昇する。更に、バッフルプレート24への衝突損失の面からも、運動エネルギーが熱エネルギーに転換されて、温度上昇する。
分散部16は、このようになっている。
【0021】
《第1浄化部17について》
次に、図1を参照しつつ、浄化装置12の第1浄化部17について述べる。第1浄化部17は、ハニカムコア27のセル壁28に酸化触媒を付着,被覆させてなり、排気ガス1中の一酸化炭素COおよび炭化水素HCを酸化,燃焼,そして減少,除去せしめる。
すなわち、第1浄化部17のハニカムコア27は、分散部16との間に間隔26を存しつつ、外筒ケース14の内面に取り付けられている。そして、各セル壁28には、白金Pt,バナジウムV,銅Cu,マンガンMn,その他の酸化触媒が、含浸,塗布等により付着,被覆せしめられている。
そこで排気ガス1は、このようなハニカムコア27の各セル壁28にて形成された中空柱状の各セルを通過することにより、含有していた一酸化炭素COおよび炭化水素HCのかなりの部分が、酸化,燃焼せしめられ、もって減少,除去される。
第1浄化部17は、このようになっている。
【0022】
《処理部18について》
次に、図1を参照しつつ、浄化装置12の処理部18について述べる。処理部8は、外筒ケース14内を途中空間29を介し前後に区画する仕切板30と、排気管2より径小で前後の仕切板30間を連通させるパイプ31と、パイプ31内に上流側から順に配設された整流部分32,加速部分33,排出部分34と、を備えてなる。
このような処理部18について、更に詳述する。処理部8の前後2枚の仕切板30は、相互間に途中空間29を介しつつ、外筒ケース14の内面に取り付けられ、もって外筒ケース14内を前後に区画している。
パイプ31は、このような前後の仕切板30間に取付けられており、前側の仕切板30と第1浄化部17間に形成された間隔26と、後側の仕切板30と第2浄化部19間に形成された間隔26との間を、連通している。パイプ31の径は、外筒ケース14そして排気管2よりも小、例えば排気管2の径の半分程度に設定されている。
【0023】
処理部18の整流部分32は、ハニカムコアよりなり、パイプ31に内装されると共に、前側の仕切板30の上流側の間隔26に開口しており、間隔26から流入した排気ガス1を、上流側から下流側へと平行に直進する規則的な流れに整流する。
処理部18の加速部分33は、口径が徐々に径小に絞られた長目の筒体よりなり、排気ガス1は、この加速部分33を通過することにより、その断面積が絞られて大きく加速される。
つまり排気ガス1は、まず、径小のパイプ31内に流入することにより、加速されると共に、次に、加速部分33にて更に大きく加速される。もって排気ガス1は、圧力損失が増大し、その分、運動エネルギーが熱エネルギーに転換されて、大きく温度上昇,加熱される。
【0024】
なお、図示例の加速部分33は、途中に径小絞り部35が形成されると共に、径小絞り部35より下流において、例えば4個等複数個の開口36が等ピッチで周設されており、排気ガス1は、高速加速される65%程度の中央主流と、開口36を通過した相対的低速の35%程度の外周副流と、に分流された後、排出部分34付近において合流する。
すなわち、加速部分33の上流端部に形成された径小絞り部35は、一旦径小となって、→再び径大となり、→それから徐々に最径小へと向かう形状よりなり、排気ガス1は、この径小絞り部35の径小テーパーにて、まず、全体的に加速される。
それから、特に高速化された(外周副流に比し2%〜5%程度、より高速化される)中央主流は、そのままストレートに排出部分34へと導かれるのに対し、相対的低速の外周副流は、形成された開口36を経由して、パイプ31内面と加速部分33外面との間に導かれる。
【0025】
そして、中央主流と外周副流とに分流された排気ガス1は、排出部分34付近で合流するが、中央主流は、極めて高速化されたことに伴い圧力損失が増大するのに対し、外周副流は、パイプ31,加速部分33,排出部分34との接触に伴い圧力損失が増大し、それぞれその分、運動エネルギーが熱エネルギーに転換され、もって排気ガス1は、全体的に大きく温度上昇,加熱せしめられる。
処理部18の排出部分34は、エルボよりなり、パイプ31と同径で一体設されており、処理部18と第2浄化部19間に形成された間隔26に対し、排気ガス1を均一に分散排出する角度,長さ,位置に設定されている。例えば、この排出部分34のエルボは、スパイラルに軸が曲がった形状よりなる。
処理部18は、このようになっている。
【0026】
《第2浄化部19について》
次に、図1を参照しつつ、浄化装置12の第2浄化部19について述べる。第2浄化部19は、金属製のワイヤが網目状に組み付けられらワイヤメッシュ構造のフィルター37よりなり、排気ガス1中の煤たる炭素粒子PMを捕捉して、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめる。
すなわち、第2浄化部19のフィルター37は、ステンレス製その他の金属製の極細メタルワイヤが、細かく密な縦横の網目状・繊維状に組み付けられた、ワイヤメッシュ構造よりなる。そして、そのワイヤには、白金Pt,バナジウムV,銅Cu,マンガンMn,その他の酸化触媒が、含浸,塗布等により付着,被覆せしめられている場合もある。勿論、このような酸化触媒を付着,被覆させることなく、使用される場合も多い。
排気ガス1は、このような第2浄化部19を通過することにより、煤たる炭素粒子PM、つまり燃料の不完全燃焼によって生成された不純な炭素の微粒子物質が、捕捉,蓄積されて、酸化,燃焼され、もって減少,除去せしめられる。
第2浄化部19は、このようになっている。
【0027】
《加速部20について》
次に、図1,図2の(2)図を参照しつつ、浄化装置12の加速部20について述べる。加速部20は、外筒ケース14の出口に配設されており、口径が徐々に径小に絞られた短筒よりなり、排気ガス1を加速せしめる。
すなわち加速部20は、外筒ケース14の径小出口部の直前に、内装されており、下流側の排気管2に対応位置している。そして、下流側ほど徐々に径小となった短筒形状をなし、ホルダー(図示せず)により、外筒ケース14の径小出口部付近に対し、同軸に取り付けられており、中央部が内部流路となっている。
そこで排気ガス1は、このような加速部20を通過することにより、断面積の縮小に伴い加速されて、下流側の排気管2そして外気へと排出される。その際、大気圧との絡みで、外筒ケース14内に対し吸引力が発生,作用する。
加速部20は、このようになっている。
【0028】
《作用等について》
本発明は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
図4に示したように、この排気ガス1の浄化装置12は、排気ガス1の排気管2の途中に介装され、外筒ケース14内に、減速部15,分散部16,第1浄化部17,処理部18,第2浄化部19,加速部20等を、上流側から順に配設してなる。
そして、この排気ガス1の浄化装置12は、図1に示したように、次のステップ(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9)を辿ることにより、排気ガス1中に含有されていた一酸化炭素CO,炭化水素HC,炭素粒子PM,窒素酸化物NOx等の有害物質を、減少,除去させる。
【0029】
まず(1)、排気ガス1は排気管2中を、外周部に比し中央部側ほど流速が高速で、有害物質を集中的に多く含有しつつ流れて、浄化装置12に至り、その外筒ケース14入口の減速部15に、供給される。
そして減速部15は、排気管2から流入した排気ガス1を、拡散しつつ減速せしめる。すなわち減速部15は、徐々に径大に広がった短筒よりなり、その外周面と外筒ケース14との間に間隙21が存すると共に、内部流路に拡散翼22が設けられている。
もって、中央部側ほど高速で有害物質が集中していた排気ガス1は、この減速部15を通過することにより、乱流化し外筒ケース14内に一様に拡散しつつ、全体的に均等に減速せしめられる。
【0030】
それから(2)、このように減速部15を通過することにより、外筒ケース14内に拡散,減速せしめられた排気ガス1は、分散部16に供給される。つまり排気ガス1は、分散部16での処理に備え、予め予備処理的に減速部15にて拡散,減速せしめられてから、分散部16へと供給される。
そして分散部16は、排気ガス1を均一に分散,整流,そして加速,温度上昇せしめる。すなわち分散部16は、多数の延出壁25付の壁穴23が全体的に形成されたバッフルプレート24よりなる。
そこで、予め減速部15にて拡散,減速せしめられていた排気ガス1は、このような分散部16のバッフルプレート24の各壁穴23を通過することにより、外筒ケース14内において、中央部に有害物質等が集中偏在することなく、均一に分散され規則的な流れに整流されると共に、均一に加速され、加速に伴う圧力損失の増大に基づき温度上昇せしめられる。
【0031】
しかる後(3)、分散部16を通過することにより、このように分散,整流,加速,温度上昇せしめられた排気ガス1は、第1浄化部17に供給される。つまり排気ガス1は、第1浄化部17での処理に備え、予め予備処理的に分散部16にて整流,温度上昇せしめられてから、第1浄化部17に供給される。
第1浄化部17は、ハニカムコア27のセル壁28に酸化触媒を付着,被覆させてなり、排気ガス1中の一酸化炭素COおよび炭化水素HCを、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめるが、排気ガス1が、分散部16にて予め均一に分散,整流かつ温度上昇せしめられているので、酸化触媒が、全体的かつ確実に機能するようになる。
【0032】
それから(4)、このように第1浄化部17を通過することにより、一酸化炭素COや炭化水素HCが減少,除去せしめられた排気ガス1は、処理部18に供給される。処理部18は、前後の仕切板30間を連通させるパイプ31内に、上流側から順に整流部分32,加速部分33,排出部分34、を備えてなる。
もって、流入した排気ガス1は、まず、整流部分32により規則的な流れに整流されてから、次に、徐々に径小に絞られた筒体よりなる加速部分33により、急激に加速され、もって大きく温度上昇,加熱せしめられて、排出部分34から、外筒ケース14内に向け均一に分散排出される。
このように排気ガス1は、処理部18を通過することにより、局部的な高速加速に伴う圧力損失の増大に基づき、大きく温度上昇,加熱せしめられると共に、上流から下流へと直進することなく乱流化し、均一に分散排出されて、外筒ケース14内を下流側へと供給される。
【0033】
なお(5)、図示例の処理部18の加速部分33は、途中に径小絞り部35と複数の開口36が形成されている。
そこで排気ガス1は、径小絞り部35を通過後、高速加速される中央主流と、開口36を通過した相対的低速の外周副流とに、一旦分流されてから、排出部分34付近において合流し、もって下流側へと排出される。このように排気ガス1は、まず、径小絞り部35にて全体的に若干加速されてから、次に、中央主流のみが急激に高速加速された後、最後に、再び全体的に合流する。
排気ガス1は、このような径小絞り部35と開口36により、まず、効率的な加速,圧力損失,温度上昇が得られる。これと共に、流量との関係でバランスを取りつつ、流速が所定範囲で加速されるようになり、流速が過度に高速加速されることは回避され、もって、過大な圧力損失の発生も防止され、排気管2上流のディーゼルエンジン11(図4を参照)の過度の負担増加が防止される。
【0034】
さて(6)、処理部18を通過することにより、排気ガス1は、このように大きく温度上昇,加熱せしめられて、外筒ケース14内を下流側へと供給される。
そして、その著しい温度上昇,加熱に基づき、排気ガス1中の炭化水素HCや炭素粒子PM(第1浄化部17や第2浄化部19で除去されない分)が、還元剤として機能するようになり、もって、排気ガス1中の窒素酸化物NOxを、減少,除去せしめる。
すなわち、処理部18を通過することにより大きく温度上昇,加熱された排気ガス1中の炭化水素HCや炭素粒子PMは、還元剤として機能し、下流側の第2浄化部19付近や加速部20付近(含、それら間の間隔26)の気相つまり空間中において、排気ガス1中の酸化窒素NOや二酸化窒素NOと反応して、これらを無害な窒素N,炭酸ガスCO,水HO等に、還元,変換,減少,除去せしめる。
このように、この浄化装置12によると、排気ガス1中の窒素酸化物NOxが、還元,減少,除去せしめられる。因にこの点は、前述した図5のこの種従来例の浄化装置3では、実現不可能とされていた。
【0035】
そして(7)、処理部18を通過することにより、大きく温度上昇,加熱せしめられると共に、均一に分散排出された排気ガス1は、第2浄化部19に供給される。第2浄化部19は、酸化触媒を付着,被覆させたワイヤメッシュ構造のフィルター37よりなり、排気ガス1中の煤たる炭素粒子PMを捕捉して、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめる。
その際、排気ガス1が、処理部18の排出部分34にて均一に分散せしめられているので、炭素粒子PMは、集中偏在することなく平均的・全体的にフィルター37に捕捉されるようになる。又、排気ガス1が、処理部18の加速部分33にて大きく温度上昇,加熱せしめられているので、フィルター37のワイヤに酸化触媒が付着,被覆されている場合は、このような酸化触媒が、全体的かつ確実に機能するようになる。更に、ワイヤメッシュ構造のフィルター37を採用してなるので、その加熱破損,破壊も防止される。
このように、この浄化装置12の第2浄化部19によると、排気ガス1中の炭素粒子PMが、前述した図5のこの種従来例の浄化装置3の第2浄化部6に比べ、より確実に燃焼,減少,除去せしめられる。
【0036】
それから(8)、このように第2浄化部19を通過することにより、炭素粒子PMが減少,除去せしめられた排気ガス1は、外筒ケース14出口の加速部20に、供給される。加速部20は、口径が徐々に径小に絞られた短筒よりなり、排気ガス1を加速せしめる。
そこで排気ガス1は、先の処理部18における温度上昇,加熱に加え、このような加速部20での加速に伴う圧力損失の増大に基づき、更に温度上昇せしめられることも相俟って、第1浄化部17や第2浄化部19で除去されなかった未燃焼成分たる炭化水素HCや炭素粒子PMが、この加速部15付近(含、その前の間隔26)において、燃焼,減少,除去せしめられる。
このように、この浄化装置12によると、排気ガス1中の炭化水素HCや炭素粒子PMは、前述した図5のこの種従来例の浄化装置3に比べ、更に一段と確実に燃焼,減少,除去せしめられる。
【0037】
それから(9)、排気ガス1は、浄化装置12の外筒ケース14出口の加速部20から、下流側の排気管2へと排出される。
排気ガス1は、このような浄化装置12によるステップ(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9)を、辿ることにより、含有されていた一酸化炭素CO,炭化水素HC,炭素粒子PM,窒素酸化物NOx等の有害物質が、減少,除去せしめられて、排出される。
【0038】
なお第1に、排気ガス1は、出口の加速部20にて加速され吸引されるので、排気ガス1中に含有されていた燃焼した燃料の灰等も、浄化装置12の外筒ケース14内に付着,残留することなく、排出されるようになる。これに対し、前述した図5のこの種従来例の浄化装置3では、その外筒ケース4内への灰等の付着,残留が指摘されていた。
又、出口の加速部20による加速,吸引により、第2浄化部19に捕捉・蓄積される炭素粒子PMも、過度に捕捉・蓄積され過ぎて目詰まりを起こすことなく、適宜排出されるようになり、第2浄化部19が常に正常に機能・作動するようになる。
なお第2に、ディーゼルエンジン11のシフトアップ加速時においては、排気管2にて供給される排気ガス1中の流速が加速されると共に、排気ガス1中の有害物質の量も増加するが、この場合は比例して、処理部18における加速,温度上昇,加熱が一段とアップするので、前述した各有害物質の減少,除去も一層促進され、各有害物質は確実に浄化される。
【0039】
【発明の効果】
《本発明の特徴》
本発明に係る排気ガスの浄化装置は、以上説明したように、排気ガスについて所定の第1浄化部,処理部,第2浄化部,加速部等を、順に配設すると共に、処理部が、所定の整流部分,加速部分,排出部分を順に備えていること、を特徴とする。
そこで本発明は、次の効果を発揮する。
【0040】
《第1の効果について》
第1に、有害物質たる炭化水素を、効果的に減少,除去せしめることができる。
すなわち、この発明の浄化装置において、排気ガスは、処理部を通過することにより、高速に加速され大きく温度上昇,加熱されて、外筒ケース内を下流側へと供給される。
そこで、第1浄化部で除去されなかった炭化水素は、下流側の例えば加速部付近において、燃焼して減少,除去せしめられる。このように、排気ガス中の炭化水素は、前述したこの種従来例に比し、一段と効果的に減少,除去せしめられるようになる。
【0041】
《第2の効果について》
第2に、有害物質たる煤つまり炭素粒子も、確実に減少,除去せしめられる。すなわち、この発明の浄化装置において、排気ガスは、処理部を通過することにより、高速に加速され大きく温度上昇,加熱されると共に均一に分散して、下流側へと供給される。そこで第2浄化部では、炭素粒子が全体的に捕捉されると共に、酸化触媒が付着,被覆されている場合は、酸化触媒が全体的かつ確実に機能するようになる。更に、この第2浄化部はワイヤメッシュ構造よりなるので、加熱破損,破壊することはない。
このようにして、排気ガス中の炭素粒子は、下流側の第2浄化部や更には加速部付近において、前述したこの種従来例に比し、より確実に燃焼により減少,除去せしめられるようになる。
【0042】
《第3の効果について》
第3に、有害物質たる窒素酸化物の減少,除去も可能となる。すなわち、この発明の浄化装置において、排気ガスは、処理部を通過することにより、高速に加速され大きく温度上昇,加熱されて、下流側へと供給される。
そこで、このような著しい温度上昇,加熱に基づき、排気ガス中の炭化水素や炭素粒子が還元剤として機能し、もって、排気ガス中の窒素酸化物を減少,除去せしめるようになる。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排気ガスの浄化装置について、発明の実施の形態の説明に供する、側断面説明図である。
【図2】同発明の実施の形態の説明に供し、(1)図は、図1のI−I線に沿った矢視正断面図であり、(2)図は、図1のII−II線に沿った矢視正面図である。
【図3】分散部のバッフルプレートの正面図であり、(1)図は、その1例を示し、(2)図は、他の例を示し、(3)図は、更に他の例を示す。
【図4】同発明の実施の形態の説明に供し、排気系全体の側面説明図である。
【図5】この種従来例に係る排気ガスの浄化装置の説明に供し、側断面説明図である。
【符号の説明】
1 排気ガス
2 排気管
3 浄化装置(この種従来例のもの)
4 外筒ケース(この種従来例のもの)
5 第1浄化部(この種従来例のもの)
6 第2浄化部(この種従来例のもの)
7 ハニカムコア(この種従来例のもの)
8 セル壁
9 フィルター(この種従来例のもの)
10 孔壁
11 ディーゼルエンジン
12 浄化装置(本発明のもの)
13 燃料タンク
14 外筒ケース(本発明のもの)
15 減速部
16 分散部
17 第1浄化部(本発明のもの)
18 処理部
19 第2浄化部(本発明のもの)
20 加速部
21 間隙
22 拡散翼
23 壁穴
24 バッフルプレート
25 延出壁
26 間隔
27 ハニカムコア(本発明のもの)
28 セル壁
30 仕切板
29 途中空間
31 パイプ
32 整流部分
33 加速部分
34 排出部分
35 径小絞り部
36 開口
37 フィルター(本発明のもの)

Claims (6)

  1. 排気ガス中に含有された有害物質を減少,除去すべく、排気管に介装される浄化装置であって、
    該排気管より径大な外筒ケース内に、該排気ガスの処理部を有してなり、該処理部は、該外筒ケース内を途中空間を介し前後に区画する仕切板と、該排気管より径小で前後の該仕切板間を連通させるパイプと、該パイプに上流側から順に配設された整流部分,加速部分,排出部分と、を備えてなり、該排気ガスを加速,温度上昇,均一排出せしめ、
    該整流部分はハニカムコアよりなり、流入した該排気ガスを整流し、
    該加速部分は口径が徐々に径小に絞られた筒体よりなり、該排気ガスを大きく加速,温度上昇,加熱せしめ、
    該排出部分はエルボよりなり、該排気ガスを該外筒ケース内に向け均一に分散排出すること、特徴とする排気ガスの浄化装置。
  2. 請求項1に記載した排気ガスの浄化装置であって、該加速部分は、途中に径小絞り部が形成されると共に、該径小絞り部より下流に複数の開口が形成されており、
    該排気ガスは、高速加速される中央主流と、該開口を通過した相対的低速の外周副流と、に分流された後、該排出部分付近において合流すること、特徴とする排気ガスの浄化装置。
  3. 請求項1に記載した排気ガスの浄化装置であって、該処理部の上流の該外筒ケース内に、第1浄化部が配設されており、
    該第1浄化部は、ハニカムコアのセル壁に酸化触媒を付着,被覆させてなり、該排気ガス中の有害物質たる一酸化炭素および炭化水素を、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめること、を特徴とする排気ガスの浄化装置。
  4. 請求項1に記載した排気ガスの浄化装置であって、該処理部の下流の該外筒ケース内の気相中において、該排気ガス中の炭化水素や煤たる炭素粒子が、温度上昇,加熱に起因して還元剤として機能し、該排気ガス中の有害物質たる窒素酸化物を還元により減少,除去せしめること、を特徴とする排気ガスの浄化装置。
  5. 請求項1に記載した排気ガスの浄化装置であって、該処理部の下流の該外筒ケース内に、第2浄化部が配設されており、
    該第2浄化部は、金属製のワイヤが網目状に組み付けられたワイヤメッシュ構造のフィルターよりなり、該排気ガス中の有害物質たる煤つまり炭素粒子を捕捉して、酸化,燃焼,そして減少,除去せしめること、を特徴とする排気ガスの浄化装置。
  6. 請求項1に記載した排気ガスの浄化装置であって、該外筒ケースの出口に、加速部が配設されており、
    該加速部は、口径が徐々に径小に絞られた短筒よりなり、該排気ガスを加速せしめること、を特徴とする排気ガスの浄化装置。
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