JP6019913B2 - Catalytic reaction apparatus and vehicle - Google Patents
Catalytic reaction apparatus and vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP6019913B2 JP6019913B2 JP2012179633A JP2012179633A JP6019913B2 JP 6019913 B2 JP6019913 B2 JP 6019913B2 JP 2012179633 A JP2012179633 A JP 2012179633A JP 2012179633 A JP2012179633 A JP 2012179633A JP 6019913 B2 JP6019913 B2 JP 6019913B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- gas
- warm
- catalyst
- ammonia
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims description 45
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 274
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 204
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 99
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 94
- 239000011232 storage material Substances 0.000 claims description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 47
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 39
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 39
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910001617 alkaline earth metal chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021381 transition metal chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 170
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 18
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 17
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 17
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 7
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 5
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 4
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 4
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 101100496858 Mus musculus Colec12 gene Proteins 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000012461 cellulose resin Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 description 1
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Description
本発明は、化学蓄熱材を利用した触媒反応装置及び車両に関する。 The present invention relates to a catalytic reaction device and a vehicle using a chemical heat storage material.
近年、地球の環境保全の一環として二酸化炭素の排出削減が強く求められており、省エネルギー化や排熱利用を促進する技術に対する取り組みが盛んに行なわれている。その例の1つとして、高効率に蓄熱する技術が研究されており、例えば、単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が大きく長期間の蓄熱が可能な化学蓄熱技術が挙げられる。 In recent years, there has been a strong demand for reduction of carbon dioxide emissions as part of global environmental conservation, and efforts are being actively made on technologies that promote energy saving and use of waste heat. As one example, a technique for storing heat with high efficiency has been studied. For example, a chemical heat storage technique that has a large heat storage amount per unit volume or unit mass and that can store heat for a long period of time can be given.
化学蓄熱技術としては、金属塩にアンモニアを固定化する技術が挙げられ、例えば、アルカリ土類金属や遷移金属の塩化物がアンモニアを吸蔵又は放出する際、発熱又は吸熱することが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
具体的な一例として、加熱源の供給により内部に装入された金属塩化物のアンミン錯体から放出されるアンモニアガス圧力を保持する固相反応器と、該固相反応器に接続されアンモニアガスを冷却水の供給により凝縮する凝縮器を備えたケミカル蓄熱装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
The chemical heat storage technology includes a technology of immobilizing ammonia in a metal salt. For example, it is known that when alkaline earth metal or transition metal chloride absorbs or releases ammonia, it generates heat or absorbs heat. (For example, refer nonpatent literature 1).
As a specific example, a solid-phase reactor that maintains the pressure of ammonia gas released from an ammine complex of metal chloride charged therein by supplying a heating source, and ammonia gas that is connected to the solid-phase reactor A chemical heat storage device including a condenser that condenses by supplying cooling water is known (see, for example, Patent Document 1).
また、下記の可逆反応を利用し、低温環境下では酸化カルシウムに水を供給して発熱反応を行なわせることで、排ガスの浄化装置の浄化触媒を暖機する触媒暖機装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
CaO + H2O ⇔ Ca(OH)2+ Q (可逆反応)
Also disclosed is a catalyst warm-up device that warms the purification catalyst of the exhaust gas purification device by utilizing the following reversible reaction and supplying water to calcium oxide to cause an exothermic reaction in a low-temperature environment. (For example, refer to Patent Document 2).
CaO + H 2 O ⇔ Ca (OH) 2 + Q (reversible reaction)
しかしながら、上記従来の技術のうち、ケミカル蓄熱装置は、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を備えるため、気/液相変化を制御する機構が必要であり、装置が複雑化する傾向がある。 However, among the above conventional techniques, the chemical heat storage device includes a condenser that condenses ammonia gas, and thus a mechanism for controlling the gas / liquid phase change is necessary, and the device tends to be complicated.
また、酸化カルシウムに水を反応させて暖機する触媒暖機装置では、水を必要とするため、氷点下での作動は困難である。また、暖機後の再生反応(CaO+H2O←Ca(OH)2+Q)に400℃以上の熱が必要とされるため、エンジンからの排ガスからその熱を得ようとすると長時間を要し、運転状態によっては再生が完了せず、次の始動時に暖機が行なえない可能性がある。 In addition, a catalyst warming-up device that warms up by reacting water with calcium oxide requires water, so that it is difficult to operate below freezing. In addition, since the regeneration reaction after warming up (CaO + H 2 O ← Ca (OH) 2 + Q) requires heat of 400 ° C. or more, it takes a long time to obtain the heat from the exhaust gas from the engine. Depending on the operating state, regeneration may not be completed, and warm-up may not be possible at the next start.
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、低温(例えば氷点下)を含む広い温度範囲で作動し、且つ、従来よりも低い温度(例えば160℃程度)で安定的に再生できる暖機機能を備え、使用温度環境に依らず高い触媒活性を発現する触媒反応装置、及び使用温度環境に依らず安定的に排ガスの浄化が行なわれる車両を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and has a warm-up function that operates in a wide temperature range including a low temperature (for example, below freezing point) and can be stably regenerated at a lower temperature (for example, about 160 ° C.). It is an object of the present invention to provide a catalytic reaction apparatus that exhibits high catalytic activity regardless of the operating temperature environment, and a vehicle that can stably purify exhaust gas regardless of the operating temperature environment. Let it be an issue.
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
即ち、第1の発明である触媒反応装置は、アンモニアが固定化されるときに放熱しアンモニアが脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を含む暖機手段と、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記暖機手段との間で熱交換する触媒層A、及び、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記触媒層Aの前記暖機手段と対向しない側に配置された触媒層Bを有する触媒反応部と、を備えて構成される。
Specific means for solving the above-described problems are as follows.
That is, the catalytic reaction apparatus according to the first invention includes a warming-up means including a chemical heat storage material that releases heat when ammonia is fixed and stores heat when ammonia is desorbed, and a purification catalyst that purifies the gas. A catalyst reaction section having a catalyst layer A that exchanges heat with the warm-up means, and a catalyst layer B that includes a purification catalyst that purifies gas and is disposed on the side of the catalyst layer A that does not face the warm-up means. And comprising.
第1の発明では、暖機手段における熱輸送の媒体として水ではなくアンモニアを用いることで、特に低温環境下(氷点下を含む)で安定的な暖機機能が確保される。
具体的には、エンジン等の内燃機関から排出されるガス(排ガス)を浄化する浄化触媒を含む触媒層のうち、その一部である触媒層Aに対して、アンモニアの脱着により吸発熱する化学蓄熱材を用いた暖機手段を、この触媒層Aとの間で熱交換可能に(好ましくは前記触媒層Aに接触させて)配置したことにより、低温環境下(氷点下を含む)においても迅速に触媒層A中の浄化触媒を暖機できるので、低温を含む広い温度範囲に渡り、触媒反応装置全体として高い触媒活性を発現させることができる。
更に、第1の発明における暖機手段は、熱輸送の媒体として水ではなくアンモニアを用いるので、熱輸送の媒体として水を用いた暖機手段の再生温度(例えば400℃以上)と比較して、低い温度(例えば160℃程度)で安定的に再生できる。ここで、再生とは、化学蓄熱材に固定化されたアンモニアを脱離させることを指す。暖機手段の再生は、暖機手段との間で熱交換する触媒層Aに供給されたガスの熱を利用して行なうことができる。
In the first invention, by using ammonia instead of water as a heat transport medium in the warm-up means, a stable warm-up function is ensured particularly in a low temperature environment (including below freezing point).
Specifically, among the catalyst layers including a purification catalyst for purifying gas (exhaust gas) discharged from an internal combustion engine such as an engine, a chemical that absorbs and generates heat due to desorption of ammonia with respect to the catalyst layer A which is a part thereof. By arranging the warm-up means using the heat storage material so as to be able to exchange heat with the catalyst layer A (preferably in contact with the catalyst layer A), it is quick even in a low temperature environment (including below freezing point). In addition, since the purification catalyst in the catalyst layer A can be warmed up, high catalytic activity can be exhibited as a whole of the catalytic reaction apparatus over a wide temperature range including low temperatures.
Furthermore, since the warm-up means in the first invention uses ammonia as the heat transport medium instead of water, the warm-up means uses water as the heat transport medium, compared with the regeneration temperature of the warm-up means (for example, 400 ° C. or higher). And can be stably regenerated at a low temperature (for example, about 160 ° C.). Here, regeneration refers to desorption of ammonia immobilized on the chemical heat storage material. The regeneration of the warm-up means can be performed using the heat of the gas supplied to the catalyst layer A that exchanges heat with the warm-up means.
従って、第1の発明によれば、低温(例えば氷点下)を含む広い温度範囲で作動し、且つ、従来よりも低い温度(例えば160℃程度)で安定的に再生できる暖機機能を備え、使用温度環境に依らず高い触媒活性を発現する触媒反応装置が提供される。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, the warm-up function that operates in a wide temperature range including a low temperature (for example, below freezing point) and can be stably regenerated at a lower temperature (for example, about 160 ° C.) is used. Provided is a catalytic reaction apparatus that exhibits high catalytic activity regardless of temperature environment.
第1の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Aのガス供給側に設けられ該触媒層Aへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Aを備える。 In the catalytic reactor according to the first invention, further, Ru comprising a supply amount adjustment means A for adjusting the amount of gas supplied to the catalyst layer A is provided on the gas supply side of the catalyst layer A.
前記触媒反応装置が前記供給量調整手段Aを備えることにより、ガスが高温(例えば600℃程度)である場合において、暖機手段との間で熱交換する触媒層Aへの高温のガスの供給量を減少させることができる。これにより、触媒層Aに供給されたガスの熱により暖機手段におけるアンモニアが熱分解する現象を抑制できる(即ち、高温のガスの熱から暖機手段を保護できる)。この場合、高温のガスの浄化は、主に、暖機手段との間に触媒層Aを介して設けられた触媒層Bによって行なうことができる。 When the catalyst reaction apparatus includes the supply amount adjusting means A, supply of the high-temperature gas to the catalyst layer A that exchanges heat with the warm-up means when the gas is at a high temperature (for example, about 600 ° C.). The amount can be reduced. Thereby, the phenomenon in which ammonia in the warm-up means is thermally decomposed by the heat of the gas supplied to the catalyst layer A can be suppressed (that is, the warm-up means can be protected from the heat of the high-temperature gas). In this case, purification of the high-temperature gas can be performed mainly by the catalyst layer B provided through the catalyst layer A between the warm-up means.
ここで、アンモニアの熱分解について詳述する。
アンモニアは、例えば600℃といった高温下に曝されると、水素と窒素とに熱分解し易い性質がある。従って、アンモニアを利用した暖機手段との間で熱交換する触媒層Aに高温(600℃程度)のガスが供給されると、このガスの熱によって暖機手段におけるアンモニアが熱分解し、該暖機手段による暖機機能が安定的に保たれない可能性がある。
例えばディーゼルエンジンを備えた車両などは、エンジンから排出される排ガス中に、一般に窒素酸化物(NOx)や一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)などに加え、煤、燃料やエンジンオイルの燃えかすである可溶有機成分(SOF:Soluble Organic Fraction)等の炭素質を主成分とする粒子状物質(Particulate Matter;以下、PMと略記することがある。)が含まれている。そのため、排ガス中の粒子状物質を減少させるためのフィルタ〔DPF(=Diesel particulate filter);以下、DPF〕を設け、排ガスの浄化が行なわれている。このDPFには、基材に貴金属を担持させたDPF触媒もある。そして、DPFに堆積したPMの燃焼処理により、DPFのPMを除去すること(以下、この動作を「DPF再生」ともいう)が行なわれるが、PM除去(DPF再生)は600℃以上に及ぶ高温度で行なわれる。したがって、DPFを備えた排気系においては、特にアンモニアの熱分解が起きやすい。
第1の発明に係る触媒反応装置が前記供給量調整手段Aを備えることにより、上述したアンモニアの熱分解が抑制され、暖機手段による暖機機能が安定的に保たれる。
Here, the thermal decomposition of ammonia will be described in detail.
Ammonia tends to thermally decompose into hydrogen and nitrogen when exposed to high temperatures such as 600 ° C. Therefore, when a high-temperature (about 600 ° C.) gas is supplied to the catalyst layer A that exchanges heat with the warm-up means using ammonia, the ammonia in the warm-up means is thermally decomposed by the heat of the gas, There is a possibility that the warm-up function by the warm-up means may not be stably maintained.
For example, a vehicle equipped with a diesel engine generally includes soot, fuel, and engine oil in addition to nitrogen oxide (NO x ), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), etc. in exhaust gas discharged from the engine. Particulate matter (hereinafter, sometimes abbreviated as PM) containing carbonaceous materials such as soluble organic components (SOF), which is a kind of burnout, is included. For this reason, a filter [DPF (= Diesel particulate filter); hereinafter referred to as DPF] for reducing particulate matter in the exhaust gas is provided to purify the exhaust gas. This DPF includes a DPF catalyst in which a noble metal is supported on a base material. Then, the PM of the DPF is removed by the combustion process of the PM deposited on the DPF (hereinafter, this operation is also referred to as “DPF regeneration”), but the PM removal (DPF regeneration) is a high temperature of 600 ° C. or more. Performed at temperature. Therefore, in an exhaust system equipped with a DPF, thermal decomposition of ammonia is particularly likely to occur.
By providing the first catalytic reactor the supply amount adjusting means A according to the invention, the thermal decomposition of ammonia mentioned above is suppressed, the warm-up function of the warm-up means is stably maintained.
前記供給量調整手段Aは、触媒層Aへのガス供給量を減少させるだけでなく、(例えば、触媒層Aへのガス供給量を減少させた後に、触媒反応部に供給されるガスの温度が低下した場合等において、)触媒層Aへのガス供給量を増大させることもできる。
前記供給量調整手段Aとしては、調整弁(例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ等)であることが好ましく、バタフライバルブであることがより好ましい。これにより、触媒層Aへのガス供給量の調整をより効果的に行なうことができる。
The supply amount adjusting means A not only decreases the gas supply amount to the catalyst layer A (for example, after reducing the gas supply amount to the catalyst layer A, the temperature of the gas supplied to the catalyst reaction section). For example, in the case where the gas pressure decreases, the gas supply amount to the catalyst layer A can be increased.
The supply amount adjusting means A is preferably an adjustment valve (for example, a gate valve, a butterfly valve, etc.), and more preferably a butterfly valve. Thereby, adjustment of the gas supply amount to the catalyst layer A can be performed more effectively.
第1の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Bのガス供給側に設けられ該触媒層Bへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Bを備えることが好ましい。 The catalyst reaction apparatus according to the first aspect of the invention preferably further includes supply amount adjusting means B provided on the gas supply side of the catalyst layer B for adjusting the amount of gas supplied to the catalyst layer B.
一般に、ガスを浄化する浄化触媒は、低温(例えば25℃)条件において触媒活性が不足する場合がある。この点に関し、前記触媒反応装置が前記供給量調整手段Bを備えることにより、ガスが低温である場合において、暖機手段との間に触媒層Aを介して設けられた触媒層Bへの低温のガスの供給量を減少させることができるので、触媒層Bの触媒活性の不足による浄化効率の低下をより効果的に抑制できる。これにより、ガスが低温である場合において、触媒反応装置(触媒反応部)全体としてガスの浄化を促進させることができる。この場合、低温のガスの浄化は、主に、暖機手段によって暖機される触媒層Aによって行なうことができる。 In general, a purifying catalyst that purifies gas may lack catalytic activity under low temperature (for example, 25 ° C.) conditions. In this regard, since the catalyst reaction apparatus includes the supply amount adjusting unit B, the low temperature to the catalyst layer B provided via the catalyst layer A between the warm-up unit and the gas when the gas is at a low temperature. Since the supply amount of the gas can be reduced, it is possible to more effectively suppress the reduction in the purification efficiency due to the lack of the catalyst activity of the catalyst layer B. Thereby, when gas is low temperature, purification | cleaning of gas can be promoted as a whole catalyst reaction apparatus (catalyst reaction part). In this case, purification of the low-temperature gas can be performed mainly by the catalyst layer A warmed up by the warm-up means.
前記供給量調整手段Bは、触媒層Bへのガス供給量を減少させるだけでなく、(例えば、触媒層Bへのガス供給量を減少させた後、触媒反応部に供給されるガスの温度が上昇した場合等において、)触媒層Bへのガス供給量を増大させることもできる。
前記供給量調整手段Bは、調整弁(例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ等)であることが好ましく、バタフライバルブであることがより好ましい。これにより、触媒層Bへのガス供給量の調整をより効果的に行なうことができる。
The supply amount adjusting means B not only decreases the gas supply amount to the catalyst layer B (for example, after reducing the gas supply amount to the catalyst layer B, the temperature of the gas supplied to the catalyst reaction section). The gas supply amount to the catalyst layer B can also be increased (for example, in the case where is increased).
The supply amount adjusting means B is preferably an adjusting valve (for example, a gate valve, a butterfly valve, etc.), and more preferably a butterfly valve. Thereby, adjustment of the gas supply amount to the catalyst layer B can be performed more effectively.
第1の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Aのガス供給側に設けられ該触媒層Aへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Aと、前記触媒反応部のガス供給側に設けられ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って検出された温度が閾値T1以上であるときに触媒層Aへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Aによるガスの供給を制御する制御手段と、を備えることが好ましい。 In the catalyst reaction apparatus according to the first aspect of the present invention, a supply amount adjusting means A provided on the gas supply side of the catalyst layer A for adjusting the supply amount of gas to the catalyst layer A, and the gas in the catalyst reaction section A temperature detection means provided on the supply side for detecting the temperature of the gas; and the supply amount so that the supply amount of the gas to the catalyst layer A decreases when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a threshold value T1. And control means for controlling the supply of gas by the adjusting means A.
前記触媒反応装置が供給量調整手段Aを備えることにより、前述のとおり、触媒層Aとの間で熱交換する暖機手段におけるアンモニアの熱分解をより効果的に抑制することができる。
このとき、更に、前記温度検出手段と前記制御手段とを備えることにより、触媒層Aへの供給前の排ガスの温度を温度検出手段によって検出し、検出された温度が高温(閾値T1以上)である場合に触媒層Aへのガスの供給量を減少させる動作を自動的に行なうことができるので、暖機手段におけるアンモニアの熱分解をより効果的に抑制することができる。
By providing the catalyst reaction apparatus with the supply amount adjusting means A, it is possible to more effectively suppress the thermal decomposition of ammonia in the warming-up means for exchanging heat with the catalyst layer A as described above.
At this time, by further comprising the temperature detection means and the control means, the temperature of the exhaust gas before being supplied to the catalyst layer A is detected by the temperature detection means, and the detected temperature is high (threshold value T1 or more). In some cases, the operation of reducing the amount of gas supplied to the catalyst layer A can be automatically performed, so that the thermal decomposition of ammonia in the warm-up means can be more effectively suppressed.
前記閾値T1には特に制限はないが、例えば300℃〜500℃(好ましくは350℃〜450℃)の範囲で設定することができる。 Although there is no restriction | limiting in particular in the said threshold value T1, For example, it can set in the range of 300 to 500 degreeC (preferably 350 to 450 degreeC).
第1の発明に係る触媒反応装置では、前記供給量調整手段A、前記温度検出手段、及び前記制御手段を備える場合において、更に、前記触媒層Bのガス供給側に設けられ該触媒層Bへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Bを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値T2以下(但し、T1>T2の関係を満たす)であるときに触媒層Bへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Bによるガスの供給を制御する形態が好ましい。 In the catalyst reaction apparatus according to the first invention, when the supply amount adjusting means A, the temperature detecting means, and the control means are provided, the catalyst reaction apparatus is further provided on the gas supply side of the catalyst layer B to the catalyst layer B. Supply amount adjusting means B for adjusting the supply amount of the gas, and the control means is a catalyst when the temperature detected by the temperature detecting means is equal to or lower than a threshold value T2 (provided that the relationship of T1> T2 is satisfied). A mode in which the supply of gas by the supply amount adjusting means B is controlled so that the supply amount of gas to the layer B is reduced is preferable.
前記触媒反応装置が供給量調整手段Bを備えることにより、前述のとおり、排ガスが低温である場合において、触媒層Bの触媒活性の不足による浄化効率の低下をより効果的に抑制できる。
このとき、更に、前記供給量調整手段A、前記温度検出手段、及び前記制御手段を備え、かつ、前記温度検出手段及び前記制御手段を上記の形態とすることにより、触媒層Bへの供給前の排ガスの温度を温度検出手段によって検出し、検出された温度が低温(閾値T2以下;但し、T1>T2)である場合に触媒層Bへのガスの供給量を減少させる動作を自動的に行なうことができるので、触媒層Bの触媒活性の不足によるガス浄化効率の低下をより効果的に抑制できる。
詳細には、上記形態では、触媒層A及び触媒層Bへの供給前のガスの温度を温度検出手段によって検出し、検出された温度が高温(閾値T1以上)である場合には触媒層Aへのガスの供給量を減少させ、かつ、検出された温度が低温(閾値T2以下;但し、T1>T2)である場合には触媒層Bへのガスの供給量を減少させる動作が自動的に行なわれる。
従って、上記形態によれば、ガスが高温(閾値T1以上)である場合におけるアンモニアの熱分解の抑制と、ガスが低温(閾値T2以下)である場合における浄化効率の低下の抑制と、が効果的に両立される。
By providing the catalyst reaction apparatus with the supply amount adjusting means B, as described above, when the exhaust gas is at a low temperature, it is possible to more effectively suppress the reduction in purification efficiency due to the lack of catalyst activity of the catalyst layer B.
At this time, it is further provided with the supply amount adjusting means A, the temperature detecting means, and the control means, and the temperature detecting means and the control means are configured as described above, so that the supply to the catalyst layer B can be performed. The temperature of the exhaust gas is detected by the temperature detection means, and when the detected temperature is low (threshold value T2 or less; T1> T2), the operation of automatically reducing the gas supply amount to the catalyst layer B is automatically performed. Since it can be performed, a reduction in gas purification efficiency due to a lack of catalytic activity of the catalyst layer B can be more effectively suppressed.
Specifically, in the above embodiment, the temperature of the gas before being supplied to the catalyst layer A and the catalyst layer B is detected by the temperature detection means, and when the detected temperature is high (threshold value T1 or more), the catalyst layer A is detected. When the detected gas temperature is low (threshold value T2 or lower; T1> T2), the gas supply amount to the catalyst layer B is automatically reduced. To be done.
Therefore, according to the said form, suppression of the thermal decomposition of ammonia when gas is high temperature (threshold value T1 or more), and suppression of the reduction | decrease in purification efficiency when gas is low temperature (threshold value T2 or less) are effective. Are compatible.
前記閾値T2は、例えば50℃〜250℃(好ましくは100℃〜250℃、より好ましくは150℃〜250℃)の範囲で設定することができる。 The threshold value T2 can be set in the range of, for example, 50 ° C. to 250 ° C. (preferably 100 ° C. to 250 ° C., more preferably 150 ° C. to 250 ° C.).
第1の発明に係る触媒反応装置では、前記触媒層A及び前記触媒層Bに供給されるガスの供給方向と直交する平面において、前記暖機手段、前記触媒層A、及び前記触媒層Bがこの順に配置されていることが好ましい。
これにより、触媒層Aと暖機手段とが熱交換する面積(好ましくは触媒層Aと暖機手段との接触面積)をより広く確保できるので、暖機手段による触媒層Aの暖機効果をより向上させることができる。
In the catalyst reaction apparatus according to the first aspect of the present invention, the warm-up means, the catalyst layer A, and the catalyst layer B are arranged in a plane perpendicular to the supply direction of the gas supplied to the catalyst layer A and the catalyst layer B. It is preferable to arrange in this order.
Thereby, since the area (preferably the contact area between the catalyst layer A and the warming-up means) between the catalyst layer A and the warming-up means can be secured more widely, the warming-up effect of the catalyst layer A by the warming-up means can be secured. It can be improved further.
第1の発明に係る触媒反応装置では、前記触媒層A及び前記触媒層Bに供給されるガスの供給方向と直交する平面において、前記触媒層Bの周囲に前記触媒層Aが配置され、前記触媒層Aの周囲に前記暖機手段が配置されていることが好ましい。
これにより、触媒層Aと暖機手段とが熱交換する面積(好ましくは触媒層Aと暖機手段との接触面積)をより広く確保できるので、暖機手段による触媒層Aの暖機効果をより向上させることができる。
一方、前記平面において、触媒層Bの断面積は触媒反応部全体の断面積より小さくなるが、触媒層Bのみで浄化を行なう際のガスの温度は高温(例えば、閾値T2以上)であることが多いため、断面積が小さい触媒層Bによっても触媒活性(浄化効率)がある程度確保される。
In the catalyst reaction apparatus according to the first aspect of the invention, the catalyst layer A is disposed around the catalyst layer B in a plane orthogonal to the supply direction of the gas supplied to the catalyst layer A and the catalyst layer B, and It is preferable that the warm-up means is disposed around the catalyst layer A.
Thereby, since the area (preferably the contact area between the catalyst layer A and the warming-up means) between the catalyst layer A and the warming-up means can be secured more widely, the warming-up effect of the catalyst layer A by the warming-up means can be secured. It can be improved further.
On the other hand, in the plane, the cross-sectional area of the catalyst layer B is smaller than the cross-sectional area of the entire catalyst reaction part, but the gas temperature when purifying only with the catalyst layer B is high (for example, threshold value T2 or more). Therefore, catalytic activity (purification efficiency) is ensured to some extent even by the catalyst layer B having a small cross-sectional area.
第1の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Aと前記触媒層Bとの間に断熱層を備えることが好ましい。
これにより、触媒層Aと触媒層Bとの断熱性が向上され、触媒層Bに供給された高温のガスの熱が触媒層Aに伝わりにくくなるので、触媒層Aとの間で熱交換する暖機手段におけるアンモニアの分解を抑制できる。
例えば、触媒反応装置が供給量調整手段Aを備える場合には、供給量調整手段Aによって触媒層Aへのガスの供給量を低下させたことによる効果がより効果的に奏される。
In the catalyst reaction apparatus according to the first invention, it is preferable that a heat insulating layer is further provided between the catalyst layer A and the catalyst layer B.
Thereby, the heat insulation between the catalyst layer A and the catalyst layer B is improved, and the heat of the high-temperature gas supplied to the catalyst layer B is not easily transmitted to the catalyst layer A, so heat exchange with the catalyst layer A is performed. Ammonia decomposition in the warming-up means can be suppressed.
For example, when the catalyst reaction apparatus includes the supply amount adjusting means A, the effect of reducing the gas supply amount to the catalyst layer A by the supply amount adjusting means A is more effectively exhibited.
第1の発明に係る触媒反応装置では、前記暖機手段は、化学蓄熱材の少なくとも一種として金属塩化物を用いて構成された態様が好ましく、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される金属塩化物を有している態様がより好ましい。 In the catalytic reaction apparatus according to the first invention, the warm-up means is preferably configured using metal chloride as at least one kind of chemical heat storage material, and alkali metal chloride and alkaline earth metal chloride. And an embodiment having a metal chloride selected from the group consisting of chlorides of transition metals.
金属塩化物は、高い蓄熱密度(kJ/kg)が得られる点で好適であり、浄化触媒の暖機機能を高めることができる。アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物は、暖機機能をより高める点で有用である。
なお、蓄熱密度は、アンモニアの脱離により金属塩化物1kgあたりに蓄熱される熱量(kJ)を示す。
前記金属塩化物としては、LiCl、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2、MnCl2、CoCl2、及びNiCl2の少なくとも一種であることがより好ましい。
Metal chloride is suitable in that a high heat storage density (kJ / kg) can be obtained, and the warming-up function of the purification catalyst can be enhanced. Alkali metal chlorides, alkaline earth metal chlorides, and transition metal chlorides are useful for further enhancing the warm-up function.
The heat storage density indicates the amount of heat (kJ) stored per kg of metal chloride due to desorption of ammonia.
The metal chloride is more preferably at least one of LiCl, MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , MnCl 2 , CoCl 2 , and NiCl 2 .
第1の発明に係る触媒反応装置では、前記供給量調整手段A及び前記供給量調整手段Bの少なくとも一方が、バタフライバルブであることが好ましい。
これにより、触媒層A及び触媒層Bへのガス供給量の調整をより効果的に行なうことができる。
In the catalytic reaction apparatus according to the first invention, it is preferable that at least one of the supply amount adjusting means A and the supply amount adjusting means B is a butterfly valve.
Thereby, adjustment of the gas supply amount to the catalyst layer A and the catalyst layer B can be performed more effectively.
また、第1の発明に係る触媒反応装置では、暖機手段が、少なくとも1つのアンモニア供給口と、化学蓄熱材及びアンモニア供給口の間に配置され、供給されたアンモニアを拡散すると共に化学蓄熱材と接触させる多孔体とを有している態様に構成されるのが好ましい。 In the catalytic reaction apparatus according to the first invention, the warming-up means is disposed between at least one ammonia supply port, the chemical heat storage material and the ammonia supply port, and diffuses the supplied ammonia and the chemical heat storage material. It is preferable to be comprised in the aspect which has a porous body made to contact with.
アンモニアを供給するためのアンモニア供給口を1つ又は複数設け、暖機手段内に配置された化学蓄熱材にアンモニアが供給されると、アンモニアの化学蓄熱材への化学吸着に伴なう発熱反応で触媒の暖機が開始される。このとき、アンモニア供給口と化学蓄熱材との間に気体が流通可能な孔を多数有する多孔体が設けられていると、アンモニアが多孔体内を流通して拡散しながら化学蓄熱材に供給されるので、化学蓄熱材での発熱反応を広範な範囲にわたって均一に生じさせることができる。 When one or more ammonia supply ports for supplying ammonia are provided, and ammonia is supplied to the chemical heat storage material arranged in the warm-up means, an exothermic reaction accompanying the chemical adsorption of ammonia to the chemical heat storage material The catalyst warm-up is started. At this time, when a porous body having a large number of holes through which gas can flow is provided between the ammonia supply port and the chemical heat storage material, ammonia is supplied to the chemical heat storage material while flowing and diffusing through the porous body. Therefore, the exothermic reaction in the chemical heat storage material can be uniformly generated over a wide range.
次に、第2の発明である車両は、内燃機関と、内燃機関から排出された排ガスが流入する第1の発明である触媒反応装置とを設けて構成される。 Next, a vehicle according to the second invention is configured by providing an internal combustion engine and a catalytic reaction device according to the first invention into which exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows.
第2の発明である車両では、内燃機関から排出された排ガスが本発明の触媒反応装置に送られ、浄化されるので、使用環境が低温域(氷点下を含む)である場合でも、安定的に浄化機能を発現させることができる。これにより、車両から排出される排ガスの有害成分の除去が高効率に行なわれる。 In the vehicle according to the second aspect of the invention, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is sent to the catalytic reaction device of the present invention and purified. A purification function can be expressed. As a result, harmful components of the exhaust gas discharged from the vehicle are removed with high efficiency.
第2の発明は、内燃機関としてディーゼルエンジンを備えており、更に、該ディーゼルエンジンから排出された排ガスの流通方向における触媒反応装置の下流に、排ガス中の粒子状物質(PM)を減少させる炭素質浄化手段(例えばDPF)を設けて構成されていることが好ましい。 The second invention includes a diesel engine as an internal combustion engine, and further carbon that reduces particulate matter (PM) in the exhaust gas downstream of the catalytic reactor in the flow direction of the exhaust gas discharged from the diesel engine. It is preferable to provide a quality purification means (for example, DPF).
炭素質浄化手段では、PMが堆積し、そのフィルタ壁面に堆積したり壁内部に流れ込んで蓄積されたPMがフィルタの細孔を詰まらせる一因となるため、例えば600℃以上の高温の排ガスを流通し、PMを除去処理するDPF再生モードが実行される場合がある。このような場合に、暖機時に使用されたアンモニアが600℃以上の高温下に曝されるのを防ぎ、アンモニアが水素と窒素に熱分解するのを防ぐので、暖機機能を長期に亘り安定的に維持することができる。 In the carbon purification means, PM accumulates and the PM accumulated on the filter wall surface or flowing into the wall clogs the pores of the filter. There is a case where the DPF regeneration mode for distributing and removing the PM is executed. In such cases, the ammonia used during warm-up is prevented from being exposed to high temperatures of 600 ° C or higher, and ammonia is not thermally decomposed into hydrogen and nitrogen, so the warm-up function is stable over a long period of time. Can be maintained.
本発明によれば、低温(例えば氷点下)を含む広い温度範囲で作動し、且つ、従来よりも低い温度(例えば160℃程度)で安定的に再生できる暖機機能を備え、使用温度環境に依らず高い触媒活性を発現する触媒反応装置が提供される。
また、本発明によれば、使用温度環境に依らず安定的に排ガスの浄化が行なわれる車両が提供される。
According to the present invention, it has a warm-up function that operates in a wide temperature range including a low temperature (for example, below freezing point) and can be stably regenerated at a lower temperature (for example, about 160 ° C.) than the conventional one. There is provided a catalytic reaction apparatus that exhibits high catalytic activity.
Further, according to the present invention, there is provided a vehicle in which exhaust gas is stably purified regardless of the operating temperature environment.
以下、図1〜図11を参照して、本発明の触媒反応装置及びこれを備えた車両の実施形態について具体的に説明する。但し、本発明においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1-11, the catalyst reaction apparatus of this invention and embodiment of a vehicle provided with the same are described concretely. However, the present invention is not limited to the embodiments shown below.
本実施形態では、まず初めに暖機機能を有する触媒反応装置100が適用された車両としての自動車の熱系統について簡単に説明し、続いて自動車に搭載された触媒反応装置100について詳細に説明する。
In the present embodiment, first, a thermal system of an automobile as a vehicle to which the
図1に示されるように、本実施形態の自動車は、内燃機関の一例であるディーゼルエンジン120と、ディーゼルエンジンから排出された排ガスを浄化する触媒反応装置100と、排ガス中に含まれる炭素質の粒子状物質(PM)を除去する炭素質除去手段であるPM除去用フィルタ(DPF:Diesel particulate filter)130と、を排ガスの排出方向に順次設けて構成されている。
As shown in FIG. 1, the automobile of this embodiment includes a
触媒反応装置100は、アンモニア(NH3)が固定化されるときに放熱しアンモニア(NH3)が脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を含む暖機手段と、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記暖機手段との間で熱交換する(好ましくは前記暖機手段に接触する)触媒層A、及び、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記触媒層Aの前記暖機手段と対向しない側に配置された触媒層Bを有する触媒反応部と、を備えている。
本実施形態では、触媒反応装置100における暖機手段の熱輸送媒体として、水ではなくアンモニアを用いているため、低温環境下(氷点下を含む)においても触媒層A中の浄化触媒を迅速に暖機して該浄化触媒の触媒活性を発現させることができるので、低温を含む広い温度範囲に渡り、触媒反応装置全体として高い触媒活性(高い排ガス浄化効率)を発現させることができる。更に、この暖機手段は、アンモニアを用いているため、低い温度(例えば160℃)で安定的に再生できる。
The
In the present embodiment, ammonia is used instead of water as the heat transport medium of the warm-up means in the
図1に示すように、触媒反応装置100は、バルブ110を備えたアンモニア配管112により、アンモニア貯留器としてのアンモニアタンク140と接続されている。アンモニア配管112は、アンモニア導入口48(アンモニア供給口)を介して触媒反応装置100の暖機手段(例えば後述の暖機用蓄熱反応器40)に連通されている。かかる構成により、本実施形態では、アンモニアタンク140から触媒反応装置100の暖機手段にアンモニア(NH3)を供給したり、触媒反応装置100の暖機手段内のアンモニア(NH3)をアンモニアタンク140に回収できるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態において、アンモニアタンク140は、公知のアンモニア蒸発凝縮器の構成となっている。これにより、暖機手段による暖機を行なわないとき(暖機手段の再生時など)には、アンモニアを液体状態で貯留しておき、暖機手段による暖機を行なうときには、アンモニアをガス状態として触媒反応装置100に供給できるようになっている。
但し、本発明では、アンモニア蒸発凝縮器であるアンモニアタンク140に代えて、アンモニアを吸脱着可能な物理吸着材を備えた吸着器や、アンモニアを固定化及び脱離できる化学蓄熱材を備えた蓄熱器を用いてもよい。前記物理吸着材の例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物(セピオライト等)等が挙げられる。前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物(架橋粘土鉱物)であってもよい。前記化学蓄熱材の例としては、後述する暖機用蓄熱反応器40に備えられる化学蓄熱材の例と同様である。
In the present embodiment, the
However, in the present invention, instead of the
また、本実施形態は、ディーゼルエンジン120を備えており、その排ガス中のPMが堆積したDPFのPM除去時(DPF再生時)には、600℃以上に及ぶ高温の排ガスが流通することになり、触媒反応装置100は600℃以上の高温環境に曝されることになる。この構成において、触媒反応装置100がアンモニアを使用した暖機機能を備えている場合、アンモニアが高温下に曝されて熱分解する懸念がある。本実施形態の触媒反応装置100は、後述するように、暖機手段と熱交換する触媒層Aへのアンモニアの供給量を減少させ、主として触媒層Bにアンモニアを供給することにより、高温環境にアンモニアが曝されにくくなるので、アンモニアの熱分解が抑制される。これにより、長期にわたり装置中のアンモニア分圧、すなわち暖機機能を保持することが可能である。
In addition, the present embodiment includes a
なお、PM除去用フィルタ(DPF)130には、一般にDPF用基材又はこれに触媒金属を担持したDPF触媒が使用される。DPFの例としては、コージェライトや炭化珪素、金属などのハニカム基材等の多孔質状の壁材の内部もしくは表面に、白金(Pt)やパラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属を担体に担持した触媒粒子が担持された触媒を使用することができる。 The PM removal filter (DPF) 130 generally uses a DPF base material or a DPF catalyst carrying a catalyst metal thereon. Examples of DPF include noble metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) inside or on the surface of porous wall materials such as cordierite, silicon carbide, and metal honeycomb substrates. A catalyst in which catalyst particles supported on a carrier are supported can be used.
図2は、図1中の触媒反応装置100のA−A線断面を示す概略断面図であり、図3は、図1中の触媒反応装置100のB−B線断面を示す概略断面図である。
図2及び図3に示すように、触媒反応装置100は断面円形の筒形状となっており、ガスの供給方向と直交する平面(図3)において、中心から外側に向かって、触媒層Bとしての触媒層10Bと、断熱層12と、触媒層Aとしての触媒層10Aと、暖機手段としての暖機用蓄熱反応器40と、が順次配置されて構成されている。ここで、触媒層10B、断熱層12、触媒層10A、及び暖機用蓄熱反応器40は、同心円状に配置されており、触媒層10B、断熱層12、及び触媒層10Aによって触媒反応部20が構成されている。
2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
触媒層10A及び触媒層10Bは、それぞれ、ガスを浄化する浄化触媒を含んでいる。
これにより、触媒層10A及び触媒層10Bに供給されたガス中のHC、CO等の成分が浄化触媒により分解、除去され、ガスの浄化が行なわれる。浄化されたガスは、触媒層10A及び触媒層10BからPM除去用フィルタ(DPF)130側に排出される。
ここで、触媒層10Aは、主として低温域〜中温域の(例えば、後述する閾値T1未満の温度域の)ガスの浄化を行い、触媒層10Bは、主として中温域〜高温域の(例えば、後述する閾値T2を超える温度域の)ガスの浄化を行なう。
Each of the
Thereby, components such as HC and CO in the gas supplied to the
Here, the
触媒層10A及び触媒層10Bの具体的な構成としては、例えば、ハニカム構造を有するハニカムモノリス基材(支持基材)に、触媒粒子(浄化触媒)が担体に担持されてなる触媒構造体が設けられた構成が挙げられる。
支持基材の具体的な例としては、SiC製ハニカム基材、コージェライト製ハニカム基材、メタルハニカム基材などが挙げられる。また、触媒粒子としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属の粒子が挙げられ、該粒子を担持する担体としては、二酸化ジルコニウム(ZrO2)や酸化アルミニウム(Al2O3)、シリカ、シリカ−アルミナ、セリア(CeO2)、ゼオライトなどの酸化物の粒子が挙げられる。
本発明において、触媒層10A及び触媒層10Bの構成は、同一であっても異なっていてもよい。例えば、触媒層10Aにおける浄化触媒と、触媒層10Bにおける浄化触媒とは、同一種であっても異種であってもよい。
As a specific configuration of the
Specific examples of the supporting substrate include a SiC honeycomb substrate, a cordierite honeycomb substrate, a metal honeycomb substrate, and the like. Examples of the catalyst particles include particles of noble metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and examples of the carrier for supporting the particles include zirconium dioxide (ZrO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silica, silica-alumina, ceria (CeO 2 ), zeolite and other oxide particles.
In the present invention, the configurations of the
また、触媒層10Aと触媒層10Bとの間には断熱層12が設けられており、これにより、特に触媒層10A及び触媒層10Bの少なくとも一方(特に触媒層10A)の熱伝導性が高い場合において、触媒層10Aと触媒層10Bとの間での熱の授受を抑制できるようになっている。
断熱層12は、例えば、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバー等によって構成される。
但し、本発明において断熱層12は必須ではなく省略することもできる。
Further, the
The
However, in the present invention, the
また、図2及び図3に示すように、触媒層10Aには、暖機手段としての暖機用蓄熱反応器40が接触している。この暖機用蓄熱反応器40は、アンモニアが固定化されるときに放熱(発熱)しアンモニアが脱離するときに蓄熱(吸熱)する化学蓄熱材を含んでいる。
これにより、始動時など排ガスの温度が低い(例えば25℃以下)ときに、暖機用蓄熱反応器40の化学蓄熱材にアンモニアを固定化することで放熱(発熱)し、この熱で触媒層10Aを暖機できるようになっている。更に、排ガスの温度がある程度高く(例えば160℃)なったときには、吸熱反応によって化学蓄熱材からアンモニアを脱離させて暖機用蓄熱反応器40を再生できるようになっている。
なお、本実施形態では触媒層10A(触媒層A)と暖機用蓄熱反応器40(暖機手段)とが接触している例を示しているが、本発明では、触媒層Aと暖機手段とが熱交換可能な配置であれば両者が接触している形態には限定されない。例えば、両者の間に他の層が存在していてもよい。
2 and 3, the
As a result, when the temperature of the exhaust gas is low (for example, 25 ° C. or less) such as at the time of starting, heat is dissipated (heat generation) by fixing ammonia to the chemical heat storage material of the warm-up
In this embodiment, the
図4に、暖機用蓄熱反応器40の具体的な構造を示す。
図4に示すように、暖機用蓄熱反応器40には、触媒層10Aの外周面に沿って配設された複数の板状の蓄熱材42と、複数の蓄熱材上及び複数の蓄熱材間(すなわち担体の外周面)を被覆する多孔質体44とが設けられている。つまり、多孔質体44は、化学蓄熱材とアンモニア供給口との間に配置されている。多孔質体44の周囲には、多孔質体の全面を覆って外装材46が配置され、多孔質体44の孔を通ってNH3が流通するための流路が形成されている。
FIG. 4 shows a specific structure of the warm-up
As shown in FIG. 4, the warm-up
外装材46には、アンモニアガス(NH3)を導入するためのアンモニア導入口48(アンモニア供給口)が取り付けられている。アンモニア導入口48からNH3が導入されると、導入されたNH3が多孔質体44中を流通して複数の蓄熱材42の位置まで達することで、複数の蓄熱材42はNH3と接触する。このとき、NH3は各蓄熱材と反応するが、この反応は発熱反応であり、発生した熱が触媒層Aの暖機に利用される。
暖機用蓄熱反応器40の再生時には、触媒層10Aに供給された排ガスの熱を利用した吸熱反応によって各蓄熱材からNH3が脱離し、脱離したNH3がアンモニア導入口48から排出される。
The
During regeneration of the warm-up
板状の蓄熱材42は、化学蓄熱材である塩化マグネシウム(MgCl2)の粉末をバインダーとしてのポリビニルアルコール(PVA)と混合した混合物を熱プレスすることで、板状に成形されたものである。本実施形態では、図4のように、板状の成形体である蓄熱材を複数配置して構成した例を示している。しかしながら、蓄熱材は、必ずしも板状の成形体を並べて構成されている必要はなく、触媒層10Aの外周面に沿ってその全面に単一の連続層として蓄熱材が配置されてもよい。
The plate-shaped
本実施形態の暖機用蓄熱反応器40においては、化学蓄熱材としてMgCl2(塩化マグネシウム)が設けられており、下記の可逆反応により、浄化触媒の暖機を要求に応じて繰り返し行なえるようになっている。すなわち、アンモニアが蓄熱材に固定化されるとき(下記の可逆反応(1)において右方向に進む反応時)に放熱し、アンモニアが蓄熱材から脱離するとき(下記の可逆反応(1)において左方向に進む反応時)に蓄熱する。
MgCl2・2NH3+ 4NH3 ⇔ MgCl2・6NH3 + Q[kJ] …(1)
In the warm-up
MgCl 2 · 2NH 3 + 4NH 3 MgMgCl 2 · 6NH 3 + Q [kJ] (1)
化学蓄熱材は、MgCl2に限られるものではなく、アンモニアの吸着時に発熱反応を生じる化合物を適用することができる。化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高める観点から、金属塩化物が好ましく、例えば、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、又は遷移金属の塩化物がより好ましく、LiCl、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2、MnCl2、CoCl2、又はNiCl2が特に好ましい。
例えば、LiCl、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2、MnCl2、CoCl2、及びNiCl2は、約800kJ/kg〜1400kJ/kgの高い蓄熱密度を示す。また、蓄熱温度は、金属塩化物の種類によって異なり、約30℃〜220℃の範囲である。
The chemical heat storage material is not limited to MgCl 2 , and a compound that generates an exothermic reaction upon adsorption of ammonia can be applied. The chemical heat storage material is preferably a metal chloride from the viewpoint of further increasing the heat storage density in the reactor, for example, an alkali metal chloride, an alkaline earth metal chloride, or a transition metal chloride is more preferable. MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , MnCl 2 , CoCl 2 or NiCl 2 are particularly preferred.
For example, LiCl, MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , MnCl 2 , CoCl 2 , and NiCl 2 exhibit a high heat storage density of about 800 kJ / kg to 1400 kJ / kg. Further, the heat storage temperature varies depending on the type of metal chloride and is in the range of about 30 ° C to 220 ° C.
本実施形態においては、アンモニア圧や温度に合わせて、金属塩化物の種類を適宜選定することができる。したがって、熱利用の対象に合わせ、アンモニア圧や温度を選定できる幅が広がる。
本実施形態において、化学蓄熱材(例えば金属塩化物)は、一種単独で用いるほか、二種以上を併用してもよい。
In the present embodiment, the type of metal chloride can be appropriately selected according to the ammonia pressure and temperature. Therefore, the range in which the ammonia pressure and temperature can be selected in accordance with the heat utilization target is expanded.
In this embodiment, a chemical heat storage material (for example, metal chloride) may be used alone or in combination of two or more.
化学蓄熱材を成形する際には、その成形性を高めるため、バインダーを混合してもよい。バインダーとしては、例えば、変性又は未変性の各種ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系樹脂、水性ウレタン等のウレタン樹脂、デンプンなどの樹脂成分や、ジエチレングリコール(DEG)、エタノールなどの溶剤成分、等を好適に用いることができる。 When molding a chemical heat storage material, a binder may be mixed in order to improve the moldability. Examples of the binder include various modified or unmodified polyvinyl alcohols (PVA), cellulose resins such as carboxymethyl cellulose, urethane resins such as aqueous urethane, resin components such as starch, and solvent components such as diethylene glycol (DEG) and ethanol. , Etc. can be suitably used.
成形方法については、特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材及び必要に応じてバインダー等の他の成分を含む蓄熱材(又は蓄熱材を含むスラリー)を、加圧成形、押出成形等により成形する公知の成形方法を適用することができる。成形時の圧力は、例えば20〜100MPaとすることができ、20〜40MPaが好ましい。 The molding method is not particularly limited. For example, a heat storage material (or slurry containing a heat storage material) containing a chemical heat storage material and other components such as a binder as necessary is formed by pressure molding, extrusion molding, or the like. A known molding method can be applied. The pressure at the time of shaping | molding can be 20-100 Mpa, for example, and 20-40 Mpa is preferable.
図2に戻り、触媒反応装置100では、触媒層10Aのガス供給側(ディーゼルエンジン120側)に、供給量調整手段Aとしてのバルブ30Aが設けられており、これにより、触媒層Aへのガスの供給量を調整できるようになっている。
同様に、触媒層10Bのガス供給側(ディーゼルエンジン120側)には、供給量調整手段Bとしてのバルブ30Bが設けられており、これにより、触媒層Bへのガスの供給量を調整できるようになっている。
バルブ30A及びバルブ30Bの具体的な形態については後述する(図8〜図10)。
Returning to FIG. 2, in the
Similarly, a
Specific forms of the
バルブ30A及びバルブ30Bのガス供給側(ディーゼルエンジン120側)には温度検出手段としての温度検出センサ34が設けられており、これにより、ディーゼルエンジン120から排出された排ガスの温度を検出できるようになっている。
A
更に、触媒反応装置100は、温度検出センサ34、バルブ30A、及びバルブ30Bに電気的に接続された制御装置50(制御手段)を備えている。
この制御装置50は、温度検出センサ34によって検出された排ガス温度に応じ、バルブ30Aによる触媒層Aへのガス供給、及び、バルブ30Bによる触媒層Bへのガス供給の少なくとも一方を制御する。
具体的には、制御装置50は、検出された排ガス温度が閾値T1以上である場合には、触媒層10Aへのガスの供給量が減少するようにバルブ30Aの動作を制御し、検出された排ガス温度が閾値T2以下(但し、T1>T2の関係を満たす)である場合には、触媒層10Bへのガスの供給量が減少するようにバルブ30Bの動作を制御する。
但し、本実施形態では、上述した制御装置50による自動制御に代え、バルブ30A及びバルブ30Bの上述した動作を、排ガス温度に応じて手動により行なうこともできる。
Furthermore, the
The
Specifically, when the detected exhaust gas temperature is equal to or higher than the threshold value T1, the
However, in this embodiment, it replaces with the automatic control by the
前記閾値T1及び前記閾値T2は、T1>T2の関係を満たす限り任意に設定できるが、それぞれ、以下の範囲で設定される値であることが好ましい。 The threshold value T1 and the threshold value T2 can be arbitrarily set as long as the relationship of T1> T2 is satisfied. However, the threshold value T1 and the threshold value T2 are preferably values set in the following ranges, respectively.
前記閾値T1は、好ましくは300℃〜500℃、より好ましくは350℃〜450℃である。
閾値T1が500℃以下であると、エンジンから高温の排ガスが排出されたとき(例えばDPF再生時)の、アンモニアの熱分解をより効果的に抑制できる。
閾値T1が300℃以上であると、触媒層10A及び触媒層10Bの両方にガスが供給される時間(後述の図6参照)が増えるため、触媒反応部20全体としての排ガス浄化効率の面や、暖機用蓄熱反応器40の再生(化学蓄熱材からのアンモニアの脱離)の面で有利である。
The threshold value T1 is preferably 300 ° C to 500 ° C, more preferably 350 ° C to 450 ° C.
When the threshold value T1 is 500 ° C. or less, the thermal decomposition of ammonia when high-temperature exhaust gas is discharged from the engine (for example, during DPF regeneration) can be more effectively suppressed.
When the threshold value T1 is 300 ° C. or higher, the time during which gas is supplied to both the
前記閾値T2は、好ましくは50℃〜250℃、より好ましくは100℃〜250℃、特に好ましくは150℃〜250℃である。
閾値T2が50℃以上であると、エンジンから低温の排ガスが排出されたとき(例えば始動時)に、暖機用蓄熱反応器40に接触しない触媒層10Bへのガスの供給を抑制でき、かつ、暖機用蓄熱反応器40に接触し暖機用蓄熱反応器40によって暖機される触媒層10Aを主体として排ガスを浄化できる。これにより、触媒反応部20全体としての排ガス浄化効率を向上させることができる。具体的には、一般的な浄化触媒は常温(25℃)で触媒活性が低いため、閾値T2は50℃以上が好ましい。
一方、閾値T2が250℃以下であると、触媒層10A及び触媒層10Bの両方にガスが供給される時間(後述の図6参照)が増えるため、触媒反応部20全体としての排ガス浄化効率の面で有利である。
The threshold T2 is preferably 50 ° C to 250 ° C, more preferably 100 ° C to 250 ° C, and particularly preferably 150 ° C to 250 ° C.
When the threshold T2 is 50 ° C. or more, when low-temperature exhaust gas is discharged from the engine (for example, at the start), supply of gas to the
On the other hand, when the threshold value T2 is 250 ° C. or less, the time during which gas is supplied to both the
本実施形態において、触媒反応装置100が作動する温度域としては、−30℃以上250℃以下の範囲とすることができる。また、触媒反応装置100内のアンモニア圧(作動圧)は、例えば、0.1atm以上10atm以下の範囲とすることができる。
In the present embodiment, the temperature range in which the
次に、触媒反応装置100による排ガス浄化の一連の動作の一例を、図5〜図7を参照して説明する。
図5は、排ガス温度T及び閾値T2がT2≧Tの関係を満たす場合(以下、単に「T2≧Tの場合」ともいう)の動作であり、図6は、排ガス温度T、閾値T1、及び閾値T2が、T1>T>T2の関係を満たす場合(以下、単に「T1>T>T2の場合」ともいう)の動作であり、図7は、排ガス温度T及び閾値T1がT≧T1の関係を満たす場合(以下、単に「T≧T1の場合」ともいう)の動作である。
図5〜図7では、バルブ30A及びバルブ30Bについて、開いている状態を白抜きで表し、閉じている状態をハッチング(右肩上がりの斜線)で表している。
また、以下の一例では、閾値T1を400℃とし、閾値T2を200℃として説明する。
Next, an example of a series of operations for exhaust gas purification by the
FIG. 5 shows the operation when the exhaust gas temperature T and the threshold value T2 satisfy the relationship of T2 ≧ T (hereinafter, also simply referred to as “when T2 ≧ T”), and FIG. 6 shows the exhaust gas temperature T, the threshold value T1, and FIG. 7 shows the operation when the threshold value T2 satisfies the relationship of T1>T> T2 (hereinafter also simply referred to as “T1>T> T2”). FIG. 7 shows that the exhaust gas temperature T and the threshold value T1 are T ≧ T1. This is an operation when the relationship is satisfied (hereinafter, also simply referred to as “when T ≧ T1”).
In FIGS. 5 to 7, with respect to the valve 30 </ b> A and the valve 30 </ b> B, the open state is indicated by white, and the closed state is indicated by hatching (a diagonal line rising to the right shoulder).
In the following example, the threshold value T1 is 400 ° C. and the threshold value T2 is 200 ° C.
図5に示すように、ディーゼルエンジンの始動時など、T2(=200℃)≧Tの場合(排ガスが低温である場合)には、暖機用蓄熱反応器40にアンモニアを供給し、バルブ30Aを開きバルブ30Bを閉じる。
暖機用蓄熱反応器40へのアンモニアの供給は、図1に示した熱系統におけるバルブ110を開け、アンモニアタンク140から生じたアンモニアガスを暖機用蓄熱反応器40へ輸送することにより行なう。この際、前もって、暖機用蓄熱反応器40内の化学蓄熱材からアンモニアが脱離した状態とし(即ち、暖機用蓄熱反応器40が再生された状態とし)、且つ、バルブ110が閉じた状態にして準備しておけば、アンモニアの供給をより効果的に行なうことができる。
一方、バルブ30Aを開きバルブ30Bを閉じることにより、ディーゼルエンジンから排出された低温の排ガスは、触媒層10Bには供給されず触媒層10Aにのみ供給される。
このとき、暖機用蓄熱反応器40内では、化学蓄熱材にアンモニアが固定化され、発熱反応により化学蓄熱材から熱Q1が放出される。この熱Q1によって触媒層10Aが暖機され、暖機されて触媒活性が高められた触媒層10Aにより、排ガスの浄化が行なわれる。ここで、暖機用蓄熱反応器40は、触媒反応部20全体ではなく、その一部である触媒層10Aのみを暖機するので、暖機を効率よく迅速に行なうことができる。
一方、暖機用蓄熱反応器40に接触しない触媒層10Bには排ガスが供給されないので、暖機されない触媒層10Bでは排ガスの浄化は行なわれない。これにより、触媒反応部20全体として、排ガスが低温であることによる低い触媒活性が補われる。
As shown in FIG. 5, when T2 (= 200 ° C.) ≧ T (when the exhaust gas is at a low temperature), such as when starting a diesel engine, ammonia is supplied to the warm-up
Supply of ammonia to the warm-up
On the other hand, by opening the
In this case, the warm-up heat-
On the other hand, since the exhaust gas is not supplied to the
次に、図6に示すように、ディーゼルエンジンの始動からある程度時間が経過した時(いわゆる通常運転時)など、T1(=400℃)>T>T2(=200℃)の場合には、バルブ30A及びバルブ30Bを開く。このとき、ディーゼルエンジンからの排ガスは、触媒層10A及び触媒層10Bに供給され、触媒層10A及び触媒層10Bによって排ガスの浄化が行なわれる。
このときの排ガスの温度はある程度高い(T>T2(=200℃))ため、触媒層10A及び触媒層10Bは十分な触媒活性を発現し、排ガスを効果的に浄化する。また、触媒層10Aに供給される排ガスの温度はある程度低い(T1(=400℃)>T)ため、暖機用蓄熱反応器40でのアンモニアの熱分解が抑制される。
更に、バルブ30A及びバルブ30Bを開き、バルブ110を開いた状態としておくことにより、触媒層Aに供給される排ガスの熱Q2を利用して、暖機用蓄熱反応器40の再生(化学蓄熱材からのアンモニアの脱離)が行なわれる。この再生がある程度進んだら(好ましくは終了したら)、次の暖機に備え、バルブ110を閉じる。但し、このバルブ110を閉じる動作は、以下のT≧T1(=400℃)の場合に行なってもよい。
Next, as shown in FIG. 6, when T1 (= 400 ° C.)>T> T2 (= 200 ° C.), such as when a certain amount of time has elapsed since the start of the diesel engine (so-called normal operation), the
Since the temperature of the exhaust gas at this time is somewhat high (T> T2 (= 200 ° C.)), the
Further, opening the
次に、図7に示すように、DPF再生時など、T≧T1(=400℃)の場合には、バルブ30Bを開きバルブ30Aを閉じる。これにより、ディーゼルエンジンからの高温の排ガスは、触媒層10Aには供給されず触媒層10Bに供給され、触媒層10Bによって排ガスの浄化が行なわれる。
このとき、高温の排ガスが触媒層10Aに供給されないことから、触媒層10Aに接触する暖機用蓄熱反応器40が高温の排ガスの熱から保護され、この暖機用蓄熱反応器40でのアンモニアの熱分解が抑制される。
更に、この実施形態では、触媒層10Aと触媒層10Bとの間に断熱層12が設けられているので、触媒層10Bに供給された高温の排ガスの熱が、触媒層10Aを経由して暖機用蓄熱反応器40に伝わる現象をより抑制できる。これにより、暖機用蓄熱反応器40でのアンモニアの熱分解がより抑制される。
一方、この実施形態では、触媒層10Bの体積が触媒層10Aの体積と比較して小さいが、排ガスの温度が高いために触媒層10Bの触媒活性が高いことから、体積が小さい触媒層Bによっても十分に排ガスを浄化できる。
なお、前述のとおり、T≧T1(=400℃)の場合において、バルブ30Bを開きバルブ30Aを閉じるとともに、次の暖機に備え、バルブ110を閉じる動作を行なってもよい。
Next, as shown in FIG. 7, when T ≧ T1 (= 400 ° C.), such as during DPF regeneration, the
At this time, since the high-temperature exhaust gas is not supplied to the
Furthermore, in this embodiment, since the
On the other hand, in this embodiment, the volume of the
As described above, when T ≧ T1 (= 400 ° C.), the
以上により、本実施形態に係る触媒反応装置100によれば、排ガスの温度が高い場合(600℃程度)におけるアンモニアの熱分解を抑制でき、かつ、排ガスの温度が低い場合(例えば25℃以下)における触媒活性の低下(即ち、排ガス浄化効率の低下)を抑制できる。更に、触媒反応装置100における暖機用蓄熱反応器40は、熱輸送媒体としてアンモニアを用いているため、熱輸送媒体として水を用いた従来の暖機手段と比較して、低い温度(例えば160℃)での再生が可能である。
As described above, according to the
次に、本実施形態におけるバルブ30A及びバルブ30Bの具体的な形態について、上述した一連の動作と合わせ、図8〜図10を参照しながら説明する。
図8は、T2≧Tの場合におけるバルブ30A及びバルブ30Bを示す概略斜視図であり、図9は、T1>T>T2の場合におけるバルブ30A及びバルブ30Bを示す概略斜視図を示す概略斜視図であり、図10は、T≧T1の場合におけるバルブ30A及びバルブ30Bを示す概略斜視図である。
Next, specific forms of the
FIG. 8 is a schematic perspective view showing the
図8〜図10に示すように、バルブ30Aはドーナツ盤状のバタフライバルブであり、バルブ30Bは円盤状のバタフライバルブである。
ここで、バルブ30Aの外径は、触媒層10Aの断面(ガスの供給方向と直交する方向についての断面(図3);以下同じ)の外径に対応する寸法となっており、バルブ30Aの内径は、触媒層10Aの断面の内径に対応する寸法となっている。更に、バルブ30Bの直径は、触媒層10Bの断面の直径に対応する寸法となっている。
As shown in FIGS. 8 to 10, the valve 30 </ b> A is a donut-shaped butterfly valve, and the valve 30 </ b> B is a disk-shaped butterfly valve.
Here, the outer diameter of the
バルブ30Aは、その外径方向を軸としてガス供給側に向かって曲げ変形自在に構成されている。図8及び図9に示すように、バルブ30Aが曲げ変形した状態は、バルブ30Aが開いた状態(触媒層10Aにガスが供給される状態)である。図10に示すように、バルブ30Aが曲げ変形していない状態(ドーナツ盤状の状態)は、バルブ30Aが閉じた状態(触媒層10Aにガスが供給されない状態)である。
但し、バルブ30Aが曲げ変形される構成は必須ではなく、バルブ30Aは、曲げ変形せずに外径方向を軸として回転する、ドーナツ盤状のバタフライバルブに置き換えてもよい。
バルブ30Bは、公知のバタフライバルブの構成であり、その直径方向を軸に回転自在に構成されている。図9及び図10に示すように、バルブ30Bの面がガス供給方向に対し平行な状態は、バルブ30Bが開いた状態(触媒層10Bにガスが供給される状態)である。図8に示すように、バルブ30Bの面がガス供給方向に対し垂直な状態は、バルブ30Bが閉じた状態(触媒層10Bにガスが供給されない状態)である。
The
However, the configuration in which the
The
以上、本実施形態におけるバルブ30A及びバルブ30Bの具体的な形態について説明したが、本発明における供給量調整手段A及び供給量調整手段Bは上記の具体的な形態には限定されず、触媒層Aへのガス供給量と触媒層Bへのガス供給量とを独立して調整できる手段を任意に選択できる。
例えば、上記形態以外の前記供給量調整手段A及び前記供給量調整手段Bとしては、ゲートバルブや上記形態以外のバタフライバルブ等、一般的な調整弁を挙げることができる。
The specific forms of the
For example, as the supply amount adjusting means A and the supply amount adjusting means B other than the above forms, general adjustment valves such as gate valves and butterfly valves other than the above forms can be exemplified.
次に、本実施形態の制御装置50による制御ルーチンの一例を図11を参照して説明する。
Next, an example of a control routine by the
まず、イグニッションスイッチ(IGスイッチ)のオンにより、制御装置50の電源がオンされると、システムが起動される。なお、システムの起動は、自動で行なう以外に手動で行なうようにしてもよい。
システム起動時は、バルブ30A及びバルブ30Bが開いた状態となっている。
First, when the power of the
When the system is started, the
本ルーチンが実行されると、まず、ステップ200において、温度検出センサ34により排ガス温度Tを検出し、検出された排ガス温度Tと予め定めた閾値T2とがT≦T2を満たすか否かが判定される。
When this routine is executed, first, in
ステップ200においてT≦T2を満たすと判定された場合(ディーゼルエンジンの始動時など)には、触媒温度が低く暖機が必要であるため、ステップ220に移行しバルブ30Bを閉じ、再びステップ200に戻る。
これにより、図5に示すように、触媒層10Aによって排ガスの浄化が行なわれる。このとき、触媒層Aにのみ排ガスが供給されるため、暖機を迅速に行なうことができる。
この際、前述のとおり、図1に示した熱系統におけるバルブ110を開け、アンモニアタンク140から暖機用蓄熱反応器40へアンモニアガスが供給され、暖機用蓄熱反応器40によって触媒層10Aの暖機が行なわれる。本実施形態では、バルブ110が制御装置50と電気的に接続され、ステップ220において、バルブ30Bを閉じる操作とともにバルブ110を開く操作が行なわれてもよい。
If it is determined in
Thereby, as shown in FIG. 5, the exhaust gas is purified by the
At this time, as described above, the
ステップ200においてT≦T2を満たさないと判定された場合(ディーゼルエンジンの始動からある程度時間が経過した後など)には、暖機の必要がないため、ステップ230に移行しバルブ30Bを開き、次のステップ240に移行する。
If it is determined in
ステップ240では、温度センサ34により検出された排ガス温度Tと、予め定めた閾値T1と、がT≧T1を満たすか否かが判定される。
ステップ240において、T≧T1を満たさないと判定された場合(いわゆる通常運転時など)には、暖機手段のアンモニアが熱分解される可能性が低いため、再びステップ230に戻って通常運転が継続される。
このとき、図6に示されるように、触媒層10A及び触媒層10Bによって排ガスの浄化が行なわれるとともに、暖機用蓄熱反応器40の再生が行なわれる。
In
If it is determined in
At this time, as shown in FIG. 6, the exhaust gas is purified by the
ステップ240において、T≧T1を満たすと判定された場合(DPF再生時など)には、排ガス温度が高温であるため、ステップ250に移行し、バルブ30Aを閉じる。
すると、図7に示されるように、触媒層10Aへの排ガスの供給が遮断され、触媒層10Bのみによって排ガスの処理が行なわれる。これにより、触媒層10Aに接触する暖機用蓄熱反応器40でのアンモニアの熱分解が抑制される。本実施形態では、バルブ110が制御装置50と電気的に接続され、ステップ250において、バルブ30Aを閉じる操作とともにバルブ110を閉じる操作が行なわれてもよい。
この状態で、次のステップ260に移行する。
In
Then, as shown in FIG. 7, the supply of the exhaust gas to the
In this state, the process proceeds to the
ステップ260では、ステップ240と同様に、T≧T1を満たすか否かが判定される。
ステップ260において、T≧T1を満たすと判定された場合(DPF再生時など)には、上記ステップ250における状態を維持したままステップ280に移行し、運転を継続するか否かが判定される。
In
If it is determined in
ステップ260において、T≧T1を満たさないと判定された場合(DPF再生の終了から一定時間経過後など)には、暖機手段のアンモニアが熱分解する可能性が低いため、ステップ270に移行してバルブ30Aを開き、再び、触媒層10A及び触媒層10Bによって排ガスの浄化を行なう。
この状態で、次のステップ280に移行し、運転を継続するか否かが判定される。
If it is determined in
In this state, the process proceeds to the
ステップ280において、運転を継続すると判定された場合には、再びステップ200に戻り、上述したルーチンが繰り返される。
一方、ステップ280において、運転を継続しないと判定された場合には、本ルーチンを終了する。
If it is determined in
On the other hand, if it is determined in
以上、本実施形態における一連の動作、及び、制御装置50における制御ルーチンについて説明したが、上述した一連の動作及び制御ルーチンにおいて、バルブ30A(又はバルブ30B)を開く動作は、触媒層10A(又は触媒層10B)への排ガス供給量が増大するようにバルブ30A(又はバルブ30B)を調整する動作に置き換えてもよい。また、バルブ30A(又はバルブ30B)を閉じる動作は、触媒層10A(又は触媒層10B)への排ガス供給量が減少するようにバルブ30A(又はバルブ30B)を調整する動作に置き換えてもよい。
The series of operations in the present embodiment and the control routine in the
10A 触媒層(触媒層A)
10B 触媒層(触媒層B)
12 断熱層
20 触媒反応部
30A バルブ(供給量調整手段A)
30B バルブ(供給量調整手段B)
34 温度検出センサ(温度検出手段)
40 暖機用蓄熱反応器(暖機手段)
42 蓄熱材
44 多孔質体
46 外装材
48 アンモニア導入口(アンモニア供給口)
50 制御装置
100 触媒反応装置
110 バルブ
112 アンモニア配管
120 ディーゼルエンジン
140 アンモニアタンク
10A catalyst layer (catalyst layer A)
10B Catalyst layer (Catalyst layer B)
12
30B Valve (Supply amount adjusting means B)
34 Temperature detection sensor (temperature detection means)
40 Warm-up thermal storage reactor (warm-up means)
42
50
Claims (13)
ガスを浄化する浄化触媒を含み前記暖機手段との間で熱交換する触媒層A、及び、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記触媒層Aの前記暖機手段と対向しない側に配置された触媒層Bを有する触媒反応部と、
前記触媒層Aのガス供給側に設けられ該触媒層Aへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Aと、
を備えた触媒反応装置。 A warming-up means including a chemical heat storage material that radiates heat when ammonia is fixed and stores heat when ammonia is desorbed;
A catalyst layer A including a purification catalyst for purifying gas and exchanging heat with the warm-up means, and a catalyst layer A including a purification catalyst for purifying gas and disposed on the side not facing the warm-up means. A catalytic reaction section having a catalyst layer B;
A supply amount adjusting means A that is provided on the gas supply side of the catalyst layer A and adjusts the supply amount of gas to the catalyst layer A;
A catalytic reaction apparatus comprising:
前記触媒反応部のガス供給側に設けられ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って検出された温度が閾値T1以上であるときに前記触媒層Aへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Aによるガスの供給を制御する制御手段と、
を備えた請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の触媒反応装置。 Furthermore ,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the gas provided in the gas supply side of the front Symbol catalysis unit,
And control means for controlling the supply of gas by the supply amount adjusting means A as the supply amount of gas to the catalyst layer A when the temperature temperature detected by the detection means is the threshold value T1 or more is reduced,
Catalytic reactor according to any one of claims 1 to 4 comprising a.
前記触媒層Bのガス供給側に設けられ該触媒層Bへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Bを備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値T2以下(但し、T1>T2の関係を満たす)であるときに前記触媒層Bへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Bによるガスの供給を制御する請求項5に記載の触媒反応装置。 Furthermore,
A supply amount adjusting means B provided on the gas supply side of the catalyst layer B for adjusting the supply amount of gas to the catalyst layer B;
The control means, the temperature detected by said temperature detecting means threshold T2 or less (satisfy the relationship of T1> T2) the supply so that the supply amount of the gas to the catalyst layer B is reduced when it is The catalytic reaction apparatus according to claim 5 , wherein the gas supply by the amount adjusting means B is controlled.
更に、排ガス流通方向における前記触媒反応装置の下流に炭素質浄化手段を備えた請求項12に記載の車両。 A diesel engine is provided as the internal combustion engine,
The vehicle according to claim 12, further comprising a carbonaceous purification means downstream of the catalytic reaction device in the exhaust gas flow direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012179633A JP6019913B2 (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Catalytic reaction apparatus and vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012179633A JP6019913B2 (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Catalytic reaction apparatus and vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014037791A JP2014037791A (en) | 2014-02-27 |
JP6019913B2 true JP6019913B2 (en) | 2016-11-02 |
Family
ID=50286103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012179633A Expired - Fee Related JP6019913B2 (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Catalytic reaction apparatus and vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6019913B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6256224B2 (en) * | 2014-06-20 | 2018-01-10 | 株式会社豊田自動織機 | Chemical heat storage device |
JP2016044940A (en) * | 2014-08-26 | 2016-04-04 | 株式会社豊田自動織機 | Chemical heat storage device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05263632A (en) * | 1992-03-19 | 1993-10-12 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
JP5347372B2 (en) * | 2008-08-19 | 2013-11-20 | いすゞ自動車株式会社 | Exhaust gas purification system and exhaust gas purification method |
JP5338699B2 (en) * | 2009-02-24 | 2013-11-13 | 株式会社デンソー | Heat storage device |
JP2010265862A (en) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Toyota Industries Corp | Exhaust emission control device |
JP2011058678A (en) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Ngk Insulators Ltd | Heat storage structure |
-
2012
- 2012-08-13 JP JP2012179633A patent/JP6019913B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014037791A (en) | 2014-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5860852B2 (en) | Catalytic reaction apparatus and vehicle | |
JP5949318B2 (en) | Catalytic reaction apparatus and vehicle | |
CN102076935B (en) | Exhaust gas purification apparatus | |
JP5494722B2 (en) | Heat storage device | |
JP2012026447A (en) | Exhaust gas system including reactive heating system | |
JP2011058678A (en) | Heat storage structure | |
JP5954123B2 (en) | Exhaust gas purification system | |
JP6019913B2 (en) | Catalytic reaction apparatus and vehicle | |
JP2013234625A (en) | Exhaust emission control device | |
JP6959945B2 (en) | Heat generation system, exhaust gas purification device, and honeycomb structure regeneration method | |
WO2016017428A1 (en) | Chemical heat storage apparatus | |
JP2015121382A (en) | Chemical heat storage device | |
WO2014203754A1 (en) | Chemical heat storage device | |
JP2015059717A (en) | Chemical heat storage device | |
JP2016053439A (en) | Chemical heat storage device | |
JP2016102433A (en) | Exhaust emission control method for engine | |
JP2016148482A (en) | Chemical heat storage device | |
WO2017013907A1 (en) | Chemical heat storage device | |
JP3567507B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst for internal combustion engines | |
JP2015108471A (en) | Chemical heat storage device | |
JP2014152997A (en) | Chemical heat storage device | |
JP5527024B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2012066175A (en) | Exhaust gas treatment device | |
JP2014214650A (en) | Chemical heat storage device | |
WO2015098318A1 (en) | Chemical-heat-storage device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20141105 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20141105 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150608 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160223 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160407 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6019913 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |