JPH01130009A - 内燃機関用排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用の排ガス浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関は
窒素酸化物（ＮＯｘ＞、炭化水素化合物（）（Ｃ）およ
び−酸化炭素（ＣＯ）を含有する排ガスを排出し、特に
ディーゼルエンジンでは発ガン性物質であるジニトロプ
レンを含有する黒煙を排出する。

しかし、従来の排ガス対策はＨＣ，ＮＯｘ、ＣＯ等の除
去を主眼とした対策が主で黒煙の除去対策は二次的な要
素であった。

ところが、近年ディーゼルエンジンが非常用のピークカ
ットシステムのバックアップ用として駅、病院等で急速
に需要が伸び、これに伴ないディーゼルエンジンの大型
化が進み、公害対策としての黒煙の除去が大きな問題と
なっている。

従来、黒煙の除去は、第４図に示されるように排気管１
６中に捕集部材１７を設置し、排ガス中の黒煙の粒子を
捕集部材１７の連通孔中に捕捉することにより行なって
いた。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、従来の黒煙除去の装置では、排ガスの流速が大
きいため捕集部材１７における面圧が大となり排ガスの
圧力損失が大きく（通常、流速１０　ｍ　／　Ｓｅｃ程
度で１６０　ｍｍＨｇ程度の圧力損失がある）さらに黒
煙の粒子が捕集部材１７の連通孔中に堆積することによ
り圧力損失がさらに大きくなりエンジンの負担が大きな
ものとなる。

このため、黒煙の粒子が一定量堆積すると、捕集部材１
７を排気管１６から収り出しバーナーで黒煙の粒子を焼
却し再生する必要がありメインテナンスが非常に煩雑な
ものとなっていた。

本発明は、上記の問題点を解決し、黒煙除去率が大きく
、かつ連続運転が可能で、エンジンの負担が少ないとと
もにＨＣ，ＮＯｘ、Ｃｏ等の排ノノス中の他の有害成分
も有効に除去し、また消音効果も潰れた内燃機関用の排
ガス浄化装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した問題点を解決するなめ円筒部材と、こ
の円筒部材の上流側内に設けられた第１処理部と、前記
円筒部材の下流側内に設けられた第２処理部からなり、
前記第１処理部は筒状の連通多孔体と、この連通多孔体
内に配設された旋回流発生体とからなり、前記第２処理
部は筒状に形成した触媒層からなり、前記第１処理部内
の排気ガスの一部はその旋回流発生体によって連通多孔
体の内側から外側に通り抜けるように旋回され、前記第
１処理部を通過した排ガスは第２処理部の触媒層を通過
して外部に排出される構成とした。

〔作用〕

導入パイプを通って第１処理部の連通多孔体の筒内に入
った排ガスは旋回流発生体により旋回流となり、この旋
回流により排ガス中の黒煙の粒子は粒子間で結合しなが
ら周囲の連通多孔体に強制的に衝突させられる。この黒
煙の粒子は連通多孔体内で捕捉されその外周壁から円筒
部材と第１処理部との間の空間に排ガスが放出され、連
通多孔体のＷＪ丙を通過した排ガスと合流し、第二処理
部に到達する。この第二処理部では通常の触媒層を通過
する段階でＨＣ、Ｎ　Ｏｘ　、　ＣＯ等か除去され、こ
うして浄化された排ガスは外部に排出される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図を参照して説
明する。

第１図において本発明の排ガス浄化装置１は円筒部材２
、第１処理部４、第２処理部８、導入パイプ３および排
出パイプ１２を有している。前記円筒部材２は軸方向の
両開放端面を円形の閉塞部材１３．１４で閉塞され、排
ガス導入側（以下、上流側とする）の閉塞部材１３の中
央には円形の開口部１３ａが設けられ、この開口部１３
ａに導入パイプ３の先端部が嵌合されている。

また、排ガス排出側（以下、下流側とする）の閉塞部材
１４の中央には円形の開口部１４ａが設けられ、この開
口部１４ａに排出パイプ１２の後端部が嵌合されている
。

前記第１処理部４は導入パイプ３に連通した筒状の連通
多孔体５、この連通多孔体５内に設けた旋回流発生体６
および連通多孔体５の下流側端面を支持する支持部材７
を有している。前記支持部材７は複数の支持棒（第１図
では支持棒７ａ。

７ｃ、第２［２１では支持棒７ａ、７ｂ、７ｃが示され
ている）を介して円筒部材２に固定されている。

前記連通多孔体５は通常セラミックスフオームおよび金
属製多孔体のいずれか１種の表面に発熱触媒をコーティ
ングしたものである。セラミックスフオームの材質は特
に制限はなくいずれの材質であってもよい。また、金属
製多孔体の材質はニッケルークロム合金等熱膨張係数が
小さく、耐食性のある材質であれば特に制限はない。

ｍ記連通多孔体５は筒壁内を内側から外側へ連通する多
数の細孔を有し、この細孔の平均直径は黒煙の粒子が目
詰りを起こしにくく、しかもそれが完全に燃焼する前に
連通多孔体５の筒壁内を通過しないような範囲に設定さ
れる。

前記連通多孔体５の表面にコーティングされる発熱触媒
は、排ガスの温度により発熱し、黒煙の粒子か燃焼する
に充分な高温度雰囲気（約３８０°Ｃ以上）を連通多孔
体５の筒壁内に形成させる作用を有する。このような発
熱触媒としては鋼−亜１）１触媒等が好ましい。前記発
熱触媒を連通多孔体５の表面にコーティングする場合、
各細孔内の壁面に薄くかつ均一にコーティングすること
が好ましい。局部的にコーティングした場合は、充分な
高温度雰囲気か得られず、また厚くコーティングした場
合は、黒煙の粒子の目詰りの発生あるいは発熱触媒の脱
離が生じる。

また、連通多孔体５は導電性カーボンを含有する導電性
セラミックスフオームであってもよい。

この場合、連通多孔体５は外部電源からの通電機構（図
示せず）を有し、また筒壁内を内側から外（Ｉ」１へ連
通ずる多数のｍｌ孔を有する。この場合、連通多孔体５
に通電することにより、黒煙の粒子が燃焼するに充分な
温度雰囲気を連通多孔体５の筒壁内に形成することかで
きる。

尚本発明の排ガス浄化装置を発電機に使用する場合は、
外部電源として発電機からのバイパス回路を利用するこ
とができる。上述の連通多孔体５は軸方向に複数のリン
グ状部材を連結したものでよく、あるいは単一の部材か
らなるものでもよい。

前記旋回流発生体６は上述の連通多孔体５の中心孔内に
設置され第３図に旋回流発生体６の１実施例を示す。第
３図では旋回流発生＃−６は４個の単位部材６ａ、６ｂ
、６ｃおよび６ｄを連結して構成されている。個々の単
位部材は１８０°の旋回角度を生じるようになっており
、相隣接する単位部材は逆方向の旋回流を生じるように
設置されている。尚、単位部材の個数、旋回流発生方向
および旋回角度は任意に決定することができ、又、旋回
流発生体６が単一の部材から構成されているものでもよ
い。

このような旋回流発生体６が連通多孔体５の筒内に設置
されていることにより、導入バイブ３を通って連通多孔
体５の筒内に送られた排ガスは旋回流を生じ、黒煙の粒
子は質量が大きいため遠心力により連通結多孔体５の筒
部の内壁面に強制的に衝突させられる。また、黒煙の粒
子が旋回中に相互に衝突して粒子間で結合することによ
り、粒子か大となり黒煙の粒子が連通多孔体５中を完全
に燃焼する前に通過することを有効に防止できる。

尚第３図に示されるように、逆方向の旋回流を生じるよ
うに単位部材６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄを組み合せる
ことにより、上述の黒煙の粒子間の結合はより促進され
る。

上述の旋回流発生体６の材質はセラミックス、金属等い
ずれであってもよく特に制限はない。

前記第２処理部８は触媒を筒状に支持する筒体の外１１
と内側の触媒担持部材１０ａ、１０ｂおよび両部材間の
触ａ層１１を有している。

この触媒担持部材１０ａおよび１０ｂの上流側端面は、
遮蔽部材９に支持され、この遮蔽部材９は複数の支持棒
（第１図では支持棒９ａ、９ｃ、第２図では支持棒９ａ
、９ｂ、９ｃが示されている）を介して円筒部材２に固
定されている。尚、遮蔽部材９の形状は円盤形状でもよ
く、また、図示例のように上流側の面に整流用突部１５
を有していてもよい、このような整流用突部１５を設け
ることにより、後述する排ガスの流れかより円滑なもの
となる。

前記触媒担持部材１０ａ、１０ｂの材質は通気性を有す
るものであり、例えば金属薄板に細かい切目を交互に入
れたものを引っ張り金網状に広げたエキスバンドメタル
等であってよい。また、触媒ｌ−１１に使用する触媒は
排ガス中のＨＣ。

ＮＯｘ、Ｃｏを共に減少する白金、パラジウム等の三元
触媒等公知のいずれの触媒であってもよい。

尚、白金触媒は蓄熱作用を有するため第１処理部で未燃
焼の黒煙の粒子があった場合でも、第２処理部で燃焼除
去することができるという利点がある。

次に、本発明の排ガス浄化装置における排ガスの流れに
ついて第１図および第２図を参照して説明する。

内燃機関から排出された排ガスは導入パイプ３を通って
第１処理部４の連通多孔体５の筒内に送られる（矢印Ａ
）。

第１処理部４内では旋回流発生体６により旋回流か生じ
、排ガス中の黒煙の粒子は連通多孔体５の筒内の壁面に
強制的に衝突させられる。この黒煙の粒子は連通多孔体
５の連通孔の中を通過する間に連通多孔体５中に形成さ
れている高温度雰囲気によって燃焼してＣｏ、ＮＯｘ等
を含むガスとなり連通多孔体５の外周壁から円筒部材２
と第１処理部４との間の空間に排出され第２処理部８の
方向へ流れる（矢印Ｂ）。

一方、旋回流となった排ガスは連通多孔体５の筒内を通
過し第２処理部８の遮蔽部材９に当った後遮蔽部材９の
上流側に設けた整流用突部１５により四方に広がり円筒
部材２の内壁面方向に拡散しく矢印ＣＬ前記の第１処理
部４の外周壁から放出された気流（矢印Ｂ）と合流して
第２処理部８の外側の触媒担持部材１０ａの外周壁に送
られる（矢印Ｄ）。

本発明では、このように黒煙の粒子のみを連通多孔体５
の中に通し、他の排ガス成分はそのまま第１処理部４を
通過するため、従来に比べ面圧が小さく圧力損失がきわ
めて少なく、内燃機関の燃焼条件を良好に保つことかで
きる。

前記第２処理部８では、排ガスが触媒層１１を通過中に
ＨＣ、Ｎ　Ｏｘ　、　ＣＯ等の含有量が減少し、最終的
に黒煙、ＨＣ，ＮＯｘ、Ｃｏ等が除去された浄化後の排
ガスか排出パイプ１２を送って排出される（矢印Ｅ）。

また、本発明の排ガス浄化装置１では上記のように第１
処理部４内で排ガスが旋回流を生ずることにより消音効
果も同時に得られ、その効果もきわめて優れたものであ
る。

（実験例） 次に本発明の実験例について説明する。

第１図ないし第３図に示される本発明の排ガス浄化装置
と、第４図に示される黒煙の粒子の捕集部材と触媒層（
図示せず）とを有する従来の排ガス浄化装置とを用いて
下記の実験を行なった。

夫阪え庄及嵐去韮 ・使　用　内　燃　機　関：ディーゼルエンジン・排ガ
ス排出流速：１０ｍ／Ｓｅｃ ・内燃機関から排出され た直後の排ガスの圧カニ　２７０　ｍ＋ｎｔｌ（１・連
通多孔体５の材質：セラミックスフオームに銅−亜鉛触
媒をコーティ ングしたもの ・測定項目：　２０００時間運転前後の黒煙の除去率、
排ガス浄化装置通過後の排ガス の圧力および°排ガスの騒音 実験結果を表２に示す。

表１の結果より、本発明の排ガス浄化装置は長時間運転
においてもきわめて良好な黒煙除去率を維持し、かつ排
ガスの圧力損失も低い値を示すことが明らかである。ま
た、排ガスの消音効果らきわめて良好である。

尚、黒煙以外のＨＣ、Ｎ　Ｏｘ　、　ＣＯ等も良好に除
去することができた。

〔発明の効果〕

本発明の排ガス浄化装置は第１処理部で排ガスに旋回流
を発生させ黒煙の粒子のみを連通多孔体中を通過させて
捕捉し、第２処理部でＨＣ。

ＮＯｘ、Ｃ○等を除去するものであり、このため排ガス
の圧力損失かきわめて少なく内燃機関の燃焼条件を良好
に維持できるとともに、長時間にわたって良好な黒煙除
去率を保つことができる。

また、排ガスか旋回流を生じることにより消音効果も同
時りこ得られる。

尚、連通多孔体に発熱触媒をコーティングした場合、あ
るいは導電性セラミックスフオームを使用した場合、黒
煙の粒子は連通多孔体を通過する際に燃焼し堆積するこ
とがほとんどなく、また排ガスか旋回流を生じることに
より黒煙の粒子間に結合が生じて、粒子か燃焼する前に
連通多孔体をすり抜けることを防止でき、より効率よく
黒煙を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排ガス浄化装置の１実施例の縦断面図
、第２図は第１図に示される排ガス浄化装置の第１処理
部および第２処理部の斜視図、第３図は本発明の排ガス
浄化装置に用いられる旋回流発生体の１実施例を示す斜
視図、第４図は従来の排ガス浄化装置の１例を示す縦断
面図である。 １・・・排ガス浄化装置、２・・・円筒部材、４・・・
第１処理部、５・・・連通多孔体、６・・・旋回流発生
体、７・・・支持部材、８・・・第２処理部、１１・・
・触媒層、１２・・・排出パイプ。 出願人代理人　　石　　川　　泰　　男６　　　　　　
　　　　６ｄ 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排ガス排出経路中に設ける排ガス浄化装
   置において、前記排ガス浄化装置は、円筒部材と、この
   円筒部材の上流側内に設けられた第１処理部と、前記円
   筒部材の下流側内に設けられた第２処理部からなり、前
   記第１処理部は筒状の連通多孔体と、この連通多孔体内
   に配設された旋回流発生体とからなり、前記第２処理部
   は筒状に形成した触媒層からなり、前記第１処理部内の
   排気ガスの一部はその旋回流発生体によつて連通多孔体
   の内側から外側に通り抜けるように旋回され、前記第１
   処理部を通過した排ガスは第２処理部の触媒層を通過し
   て外部に排出されることを特徴とする内燃機関用排ガス
   浄化装置。 ２、前記連通多孔体がセラミックスフォームおよび金属
   製多孔体のいずれか１種の表面に発熱触媒をコーティン
   グしたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の内燃機関用排ガス浄化装置。 ３、前記連通多孔体が導電性カーボンを含有する導電性
   セラミックスフォームであって通電機構を有するもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃
   機関用排ガス浄化装置。 ４、発熱触媒が銅−亜鉛触媒であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の内燃機関用排ガス浄化装置。 ５、旋回流発生体が軸方向に設けた複数の単位部材から
   なり相隣接する単位部材は互いに逆方向の旋回流を発生
   するように構成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の内燃機関
   用排ガス浄化装置。