JP5952533B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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一方、ポンプ27が駆動され、流体圧力調整弁29が所定の開度で開かれ、流体用開閉弁30が開閉されると、尿素系流体21が流体供給管24を通って排気管16に間欠的に噴射(供給)される。ここで、排気管16に尿素系流体21を供給するのは、排ガス中のNOx(NO及びNO2)をN2に還元する還元剤として機能させるためである。エンジン11から排出された排ガス中に既に含まれているNO及びNO2と、この排ガス中のNOの一部がオゾンにより酸化されたNO2と、尿素系流体21とが選択還元型触媒19に導入されると、排ガス温度が180℃未満と低いときであっても、反応性の高いNO2が選択還元型触媒19で尿素系流体21と選択還元反応が進行してN2に還元される。この結果、排ガス温度が低いときであってもNOxを効率良く低減できる。なお、酸化触媒62は、排ガス温度が180℃未満と低いときには活性化せず、NOをNO2に酸化する機能を発揮しない。
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O ……(3)
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O ……(4)
上記式(2)は、排ガス温度が180℃未満と比較的低いため、比較的少ない量であるけれども、尿素水(尿素系流体21)のアンモニアガスへの加水分解が進む化学反応式を示す。また、上記式(3)は、排ガス中のNO及びNO2が選択還元型触媒19で上記尿素水から加水分解したアンモニアガスと反応して、NO及びNO2がN2に還元される化学反応式を示す。更に、上記式(4)は排ガス中のNO及びNO2が選択還元型触媒19でアンモニアガス(尿素系流体21)と反応して、NO及びNO2がN2に還元される化学反応式を示す。ここで、尿素系流体21として尿素水を用いるよりアンモニアガスを用いた方がNO及びNO2のN2への還元反応が速やかに進むので、尿素系流体21としてアンモニアガスを用いた方が好ましい。
図1に示すように、排気量が8000ccである直列6気筒のターボ過給機17付ディーゼルエンジン11の排気管16に選択還元型触媒19を設けた。また選択還元型触媒19より排ガス上流側の排気管16に、尿素水を供給する流体噴射ノズル23を設けた。ここで、選択還元型触媒19は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また流体噴射ノズル23より排ガス上流側の排気管16に、オゾンガスを供給するオゾン噴射ノズル33を設けた。またオゾン噴射ノズル33にオゾン供給管33の先端を接続し、オゾン供給管33の基端をオゾン発生装置40の第4供給管54に接続した。このオゾン発生装置40は、図2〜図4に示すように、コンプレッサ41、エアタンク48、ドライヤ42、空気分離器44、オゾン発生器43、流量調整弁49、逆止弁56、高電圧電源装置57を有する。コンプレッサ11は直流電圧24Vのバッテリで駆動した。ドライヤ12としては、宇部興産社製の『UBE メンブレンドライヤー』を用い、空気分離器14としては、宇部興産社製の『UBE N2セパレータ』を用いた。ここで、流体噴射ノズル23から霧状に噴射した尿素水をアンモニア換算(尿素水の上記式(2)の反応に基づくアンモニアガスへの加水分解量)で200ppm供給するのに相当する量だけ噴射(供給)し、オゾン噴射ノズル33から噴射したオゾンガスの噴射量(供給量)を30ppmとした。更に流体噴射ノズル23及びオゾン噴射ノズル33より排ガス上流側の排気管16に、排ガス上流側から順に酸化触媒62及びパティキュレートフィルタ63を設けた。ここで、酸化触媒62は、白金をイオン交換したアルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した白金系の触媒を用いた。この排ガス浄化装置を実施例1とした。
オゾン噴射ノズルから噴射したオゾンの噴射量(供給量)を55ppmとしたこと以外は、実施例1と同一に排ガス浄化装置を構成した。この排ガス浄化装置を実施例2とした。
流体噴射ノズルからアンモニアガスを噴射するように構成し、この流体噴射ノズルから噴射したアンモニアガスの噴射量(供給量)を200ppmとしたこと以外は、実施例1と同一に排ガス浄化装置を構成した。この排ガス浄化装置を実施例3とした。
オゾン噴射ノズルから噴射したオゾンの噴射量(供給量)を55ppmとしたこと以外は、実施例3と同一に排ガス浄化装置を構成した。この排ガス浄化装置を実施例4とした。
オゾン噴射ノズルからオゾンを噴射しなかったこと以外は、実施例1と同一に排ガス浄化装置を構成した。この排ガス浄化装置を比較例1とした。
オゾン噴射ノズルからオゾンを噴射しなかったこと以外は、実施例3と同一に排ガス浄化装置を構成した。この排ガス浄化装置を比較例2とした。
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例1〜4と比較例1及び2のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を150℃から200℃まで徐々に上昇させたときのNOx低減率をそれぞれ測定した。その結果を図7及び図8に示す。
16 排気管
19 選択還元型触媒
21 尿素系流体
22 流体供給手段
23 流体噴射ノズル
32 オゾン供給手段
33 オゾン噴射ノズル
40 オゾン発生装置
41 コンプレッサ
42 ドライヤ
43 オゾン発生器
44 空気分離器
44a 酸素富化膜
46 パージ管
48 エアタンク
49 流量調整弁
62 酸化触媒
63 パティキュレートフィルタ
Claims (8)
- エンジン(11)の排気管(16)に設けられ排ガス中のNOxをN2に還元可能な選択還元型触媒(19)と、
前記選択還元型触媒(19)より排ガス上流側の排気管(16)に臨む流体噴射ノズル(23)を有しこの流体噴射ノズル(23)から前記選択還元型触媒(19)で還元剤として機能する尿素系流体(21)を前記排気管(16)に供給する流体供給手段(22)と、
空気中の酸素を用いてオゾンを発生するオゾン発生装置(40)と、
前記選択還元型触媒(19)より排ガス上流側であって前記流体噴射ノズル(23)より排ガス上流側又は排ガス下流側の排気管(16)に臨み前記オゾン発生装置(40)で発生したオゾンを前記排気管(16)に噴射するオゾン噴射ノズル(33)を有しこのオゾン噴射ノズル(33)から前記排ガス中のNOをNO2に酸化可能なオゾンを前記排気管(16)に供給するオゾン供給手段(32)と、
前記流体噴射ノズル(23)及び前記オゾン噴射ノズル(33)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記排ガス中のNOを所定の排ガス温度以上でNO2に酸化可能な酸化触媒(62)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記流体供給手段(22)が、前記選択還元型触媒(19)より排ガス上流側の排気管(16)に臨む流体噴射ノズル(23)と、前記尿素系流体(21)が貯留された流体タンク(26)と、この流体タンク(26)内の前記尿素系流体(21)を前記流体噴射ノズル(23)に圧送するポンプ(27)と、前記流体噴射ノズル(23)から噴射される前記尿素系流体(21)の供給量を調整する流体供給量調整弁(28)とを有し、
前記流体供給量調整弁(28)が、前記流体噴射ノズル(23)への前記尿素系流体(21)の供給圧力を調整する流体圧力調整弁(29)と、前記流体噴射ノズル(23)の基端を開閉する流体用開閉弁(30)とからなり、
前記オゾン発生装置(40)が、空気を圧縮するコンプレッサ(41)と、このコンプレッサ(41)により圧縮された圧縮空気を乾燥させるドライヤ(42)と、このドライヤ(42)により乾燥された圧縮空気中の酸素の一部をオゾンに変換するオゾン発生器(43)と、前記ドライヤ(42)と前記オゾン発生器(43)との間に設けられ前記ドライヤ(42)により乾燥された圧縮空気を酸素濃度の高い酸素富化ガスと窒素濃度の高い窒素富化ガスとに分離する空気分離器(44)とを有し、
前記選択還元型触媒(19)より排ガス上流側に設けられこの選択還元型触媒(19)に流入する直前の排ガスの温度を検出する温度センサ(64)と、前記エンジン(11)の回転速度を検出する回転センサ(66)と、前記エンジン(11)の負荷を検出する負荷センサ(67)と、前記温度センサ(64)、前記回転センサ(66)及び前記負荷センサ(67)の各検出出力に基づいて前記ポンプ(27)、前記流体圧力調整弁(29)、前記流体用開閉弁(30)、前記コンプレッサ(41)及び前記オゾン発生器(43)をそれぞれ制御するコントローラ(68)とを更に備え、
前記エンジン(11)の始動直後又は前記エンジン(11)の軽負荷運転時の前記選択還元型触媒(19)に流入する直前の排ガス温度が160〜200℃の範囲内の所定の温度未満と低いとき、前記コントローラ(68)は、前記コンプレッサ(41)を駆動し、前記オゾン発生器(43)を作動させることにより、前記オゾンガスを前記オゾン噴射ノズル(33)から前記排気管(16)に噴射するとともに、前記ポンプ(27)を駆動し、前記流体圧力調整弁(29)を開き、前記流体用開閉弁(30)を開閉させることにより、前記尿素系流体(21)を前記流体噴射ノズル(23)から前記排気管(16)に間欠的に噴射し、
前記選択還元型触媒(19)に流入する直前の排ガス温度が160〜200℃の範囲内の所定の温度以上に高くなると、コントローラ(68)は、前記コンプレッサ(41)及び前記オゾン発生器(43)を停止させることにより、前記オゾンガスの前記オゾン噴射ノズル(33)からの噴射を停止するとともに、前記ポンプ(27)を駆動し、前記流体圧力調整弁(29)を開き、前記流体用開閉弁(30)を開閉させることにより、前記尿素系流体(21)を前記流体噴射ノズル(23)から前記排気管(16)に間欠的に噴射するように構成された
ことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 前記空気分離器(44)で分離された酸素富化ガス中の酸素の一部を前記オゾン発生器(43)に導入して前記オゾン発生器(43)によりオゾンに変換し、前記空気分離器(44)で分離された窒素富化ガスにより前記ドライヤ(42)内の水分を除去して前記ドライヤ(42)を再生するように構成された請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記空気分離器(44)が酸素富化膜(44a)により構成され、前記酸素富化ガスは前記ドライヤ(42)により乾燥された圧縮空気が前記酸素富化膜(44a)を通過することにより生成され、前記窒素富化ガスは前記ドライヤ(42)により乾燥された圧縮空気が前記酸素富化膜(44a)を通過せずに素通りすることにより生成される請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記空気分離器(44)で分離された窒素富化ガスがパージ管(46)を通って前記ドライヤ(42)に供給されるように構成され、前記パージ管(46)にこのパージ管(46)を通過する前記窒素富化ガスの流量を調整する流量調整弁(49)が設けられた請求項2又は3記載の排ガス浄化装置。
- 前記コンプレッサ(41)と前記ドライヤ(42)との間に前記コンプレッサ(41)で圧縮された圧縮空気を貯留するエアタンク(48)が設けられた請求項1ないし4いずれか1項に記載の排ガス浄化装置。
- 前記尿素系流体(21)がアンモニアガス又は尿素水のいずれかである請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記選択還元型触媒(19)がハニカム担体にゼオライト又はジルコニアをコーティングして構成された請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記流体噴射ノズル(23)及び前記オゾン噴射ノズル(33)より排ガス上流側であって前記酸化触媒(62)より排ガス下流側の排気管(16)に前記排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(63)が設けられた請求項1記載の排ガス浄化装置。
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