JPH03210009A - ディーゼル排ガス浄化装置 - Google Patents

ディーゼル排ガス浄化装置

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JPH03210009A
JPH03210009A JP2002908A JP290890A JPH03210009A JP H03210009 A JPH03210009 A JP H03210009A JP 2002908 A JP2002908 A JP 2002908A JP 290890 A JP290890 A JP 290890A JP H03210009 A JPH03210009 A JP H03210009A
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JP
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exhaust gas
honeycomb
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Kunikatsu Yoshida
邦勝 吉田
Yasutsune Katsuta
康常 勝田
Hiroyuki Kako
宏行 加来
Naoyuki Sei
瀬井 直行
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Babcock Hitachi KK
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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〕 本発明はディーゼル機関排ガスの浄化装置に係り、特に
排ガス中の微粒子を低減するのに好適な微粒子浄化機能
を備えた装置に関する。
〔従来の技術〕
ディーゼル機関の排ガス中には環境汚染の原因となる炭
素を主成分とする微粒子が含まれている。
このような微粒子の大気への放出は、極力低減する必要
があるのは言うまでもない。特に、昭和63年からは大
気汚染防止法施行令及び同法施行規則が改正、施行され
ており、自家発電施設、コージェネレーション施設に用
いられるディーゼル機関についても、法の規則を受ける
ことになった。
微粒子を除去するための装置としては、自動車等に積載
される比較的小型の機関に付設されるものとして第6図
に示す装置が提案されているに(7)WiFでは排ガス
管の途中に設けたケーシングVに柱状あるいは板状の濾
過エレメント17 シール材1Bを配し、排ガス1o中
に含まれる微粒9を濾過し、浄化ガス11を得るように
なっている濾過エレメント17に用いられる素材として
は三次元網目微小流路を有するセラミックフオーム金属
フオーム、セラミック、金属等の焼結体、綿布、繊維成
形体等が知られている。濾過エレメント17上に捕捉さ
れた微粒子はそこに担持されている酸化触媒の作用によ
るか又は別個に設置されたバーナ等の焼却手段により焼
却される。
一方、排ガス中の微粒子は数ミクロン以下のものが多い
。したがって、このような微粒子を捕捉するためには目
の細かい素材でエレメントを構成する必要があるが、機
関効率を維持するためには流動抵抗をできるだけ小さく
することが肝要である。そのためには、排ガスの流速を
下げ、濾過部の通気面積を広くとることが必要となる。
しかし、第6図に示すような従来の装置では機関出力あ
たりの装置サイズが相対的に大きくなり好ましくない。
このような点に鑑み、ハニカム構造の濾過エレメントが
提案されている。
このハニカム構造の濾過エレメントの斜視図が第7図で
あり、第8図はその断面図である。多数の小流路、すな
わちセル20により構成されるハニカム構造体において
、その入口側端面21及び出口側端面22の隣接するセ
ルが交互に封止材23で封止されている。
この場合、入口側が封止されたセル20は出口側では開
口しており、出口側で封止したセル20は入口側が開口
している。排ガス10は入口側が開口したセル20から
セル壁を貫通して、隣接する出口側開口セル20に至り
、浄化ガス11となって排出される。微粒子は主として
セル壁14の表面で捕捉される。このような構造はハニ
カムの流動方向長さを長くすれば、濾過面積が比例的に
増加するので、排ガス管断面を必要以上に大きくするこ
となく必要な濾過面積を確保することに関しては有利と
なる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記した濾過作用による微粒子の除去方法は、濾過エレ
メントで捕集される微粒子量が増えてくると流動抵抗が
増し、圧力損失が増加するため、機関効率の低下を招く
ばがりでなく、濾過エレメント上流の圧力が上昇するた
め、該当する排ガス管部分の強度を増しておく必要を生
じる。さらに捕集された微粒子は、焼却等によって除去
する試みがなされるが、安価な重油等を使用することが
多い自家発電施設、コージェネレーション施設において
は、灰分が残存するため、十分な再生が行われず、濾過
エレメントの寿命は著しく短いものになる。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、圧
力損失の上昇を招くことなく排ガス中の微粒子を焼却除
去し、しかもエネルギー効率の低下が少ないディーゼル
排ガス浄化装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記した目的は、排ガスの入口と浄化ガスの出口とを有
するケーシング内に燃焼触媒を担持すると共に排ガス中
に含まれる微粒子が通過可能な流路を多数備えた構造体
を配し、該構造体の上流部に燃料混入手段を設け、前記
構造体の下流部に熱交換部を設けることによって達成さ
れる。
〔作用〕
燃料混入手段から排ガス中に注入された燃料が燃焼触媒
を担持した構造体内のガス流路を通過する際に燃焼し、
排ガス温度を上昇させる。排ガス中に含まれる炭素質微
粒子は、通常400〜5゜O゛Cで着火する。燃焼反応
量は温度の指数関数及び滞留時間に比例する。一方、約
1400″C以上の高温になると、空気中に含まれる窒
素に起因する、窒素酸化物の生成量が急激に増加してく
る。
本発明は、窒素酸化物の発生が少ない温度範囲で、可能
な限り高温状態を維持し、可能な限り高温状態を維持し
ようとするものであり、このために、気相燃焼よりも低
温で安定な触媒燃焼反応が維持でき、燃焼触媒を担持し
た構造体は、微粒子が通過可能な流路を多数備えており
、圧力損失や目詰まりが回避される。
排ガス中に含まれる炭素質微粒子は、適正な温度領域を
通過する間に焼却される。一方、温度が上昇した排ガス
は、下流の熱交換器によって冷却され、熱回収が行われ
るため、エネルギ効率の低下を招かない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、第2図は
第1図のA部拡大詳細図である。
第1図において、ケーシング1内には貴金属あるいは金
属酸化物等に代表される燃焼触媒を担持したハニカム触
媒2が配設されている。ハニカム触媒2の上流部、すな
わちケーシング1aの人口8部分にはノズル5を有する
ヘッダ4が配置されている。ケーシング1aはノズル5
配置部分の排ガス10の平均的流動方向がハニカム触媒
2を通過するガス流13の平均的流動方向とほぼ直交す
るような構造となっている。
すなわち、ケーシング1aはヘッダ4設置部分からハニ
カム触媒2設置部分に至る間で屈曲した構造となってい
る。ハニカム触媒2の下流部、すなわちケーシング1a
の出口9部分には、熱交換器7が設置されている。熱交
換器7設置部分の浄化ガス11の平均的流動方向も、ハ
ニカム触媒2を通過するガス流13の平均的流動方向と
ほぼ直交するようにケーシング1aの構造が定められて
おり、ハニカム触媒2から熱交換器7に至る流路は屈曲
している。また、ハニカム触媒2と熱交換器7との間に
は、輻射熱遮蔽の機能を持つハニカム構造体3が配設さ
れ、ハニカム触媒2からの輻射熱の影響を受けるケーシ
ングlaの内面部分には、保温を兼ねた断熱材6a、6
bがそれぞれ配設されている。
また、ハニカム触媒2とハニカム構造体3は所定の間隔
で離間し、それぞれのガス流路は、互いに連通ずるよう
に配置されている。なお、ハニカム触媒2とハニカム構
造体3は接した状態で配置してもよい。
次に上記のように構成されるディーゼル排ガス浄化装置
の作用について説明する。
ケーシング1aの入口8に微粒子を含んだ排ガス10が
供給される。一方、ヘッダ4には、燃料12が供給され
、ノズル5から排ガス10中に混合される。この燃料を
含んだ排ガスは、ハニカム触媒2に至り、触媒の作用で
燃焼し、排ガスの温度を上昇させる。燃料12としては
、触媒燃焼可能なものであればよく、特に制約されない
。ハニカム触媒2の温度は、燃料注入前に、排ガス又は
その他の手段により燃料の触媒燃焼開始温度以上に高め
られる。触媒燃焼により微粒子が燃焼除去されて浄化さ
れ、昇温された排ガスはハニカム構造体3で更に微粒子
が燃焼された後、熱交換器7に至り、熱回収され冷却さ
れた後、浄化ガス11となり、出口9から排出される。
本実施例では、ハニカム触媒2で発生した熱は、対流及
び輻射によってハニカム構造体3に伝えられる。ハニカ
ム構造体3は、ハニカム触媒2からケーシング等へ、輻
射によって熱が放散されるのを防ぐものであり、輻射遮
蔽体として機能する。
すなわち、第2図に示すように、ハニカム触媒2におけ
るセル壁14の任意の点P、からの固体輻射15a、1
5b、15cは、同じハニカム触媒2のセル壁14の他
の点P2、ハニカム構造体3の点P1、ケーシング内面
の断熱材6b上の点P4に作用する。この内、熱損失と
なってハニカム触媒2の温度を下げるのはケーシング内
面への輻射である。
本実施例では、ハニカム触媒2からケーシング1aの内
面に至るには、ハニカム構造体3のセルを通過する必要
があるが、ハニカム触媒2からの輻射熱がハニカム構造
体3に遮られるために、熱損失が低減される。したがっ
て、ハニカム構造体3の温度上昇は、高温領域を広げる
点で好都合である。排ガスに含まれる微粒子中の炭素質
は主として、ハニカム触媒2及びハニカム構造体3の高
温領域で燃焼する。
本実施例では、ハニカム触媒2を通過する排ガスの流動
方向、すなわちセルの方向と、ヘッダ4部の流動方向と
ほぼ直交しており、ハニカム触媒2から輻射熱が直接ヘ
ッダ4に伝わらない構造としである。このため、ノズル
5がら噴出された直後の高濃度の燃料が着火して、気相
燃焼を起こすこともなく、ハニカム触媒2に至り、ここ
で触媒作用により燃焼し、高温領域を効率的に形成する
また、熱交換器7もハニカム触媒2及びハニカム構造体
3のセル壁14の方向とほぼ直交する流路位置に配して
あり、熱交換器7の低温表面がらの輻射伝熱によりハニ
カム触媒2部分の温度が低下するのを防止している。
ハニカム触媒2及びハニカム構造体3は、濾過エレメン
トと異なり、セル構造からなり、かつ確実にガス中の微
粒子が燃焼除去されるから目詰まりの心配はない、また
、燃料を注入することにより、−時的に高められたエネ
ルギーポテンシャルは熱交換器7により大部分回収され
るため、エネルギーの損失は少なくてすむ。
第3図は本発明の第2の実施例を示す断面図である。ハ
ニカム触媒2内のガス流動方向と、ヘッダ4及び熱交換
器7設置部分のガス流動方向とを約180°Cずらすよ
うにケーシング1bが構成されている。この場合、ハニ
カム触媒2部分からのヘッダ4及び熱交換器7への輻射
熱をより完全に遮蔽することができる。
第4図は本発明の第3の実施例を示す要部断面図である
。本実施例では一体のハニカム構造体において、ガス流
13から見て上流の領域に触媒を担持した触媒担持部2
4を形成し、下流部は触媒を担持していない触媒未担持
部25を形成し、同しハニカム構造体上で触媒燃焼部と
輻射熱遮蔽部とを形成したものである。この場合、ハニ
カム部の構造の簡略化が可能となる。
第5図は本発明の第4の実施例を示す断面図である。本
実施例はケーシングIC内の輻射遮蔽体として、多孔体
16を用いたものであり、より完全な輻射遮蔽の機能を
存する。また、ハニカム触媒2の温度が低い場合に、多
孔体16に微粒子を一時的に捕捉し、温度上昇時にハニ
カム触媒2からの輻射熱により多孔体16に捕捉された
微粒子を焼却することができる。
なお、ノズル5配置部分の排ガスの平均的流動方向及び
熱交換器7設置部分の浄化ガスの平均的流動方向は、そ
れぞれハニカム触媒2を通過するガス流13の平均的流
動方向に対して任意の角度となるようにケーシングの形
状を設定することができる。
前記した実施例はいずれも触媒担持部をハニカム構造と
しているが、触媒を担持するための構造体としては、多
孔板、ラス板あるいは目の粗いセラミック素材単体等の
微粒子が通過可能で、ガス流との接触面積を広く形成で
きるものなら、ハニカム構造に限定されない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ディーゼル機関排ガス中に含まれる微
粒子は、燃焼触媒を担持し、かつ微粒子が通過可能な流
路を多数備えた構造体に燃料を供給して得られる高温領
域を通過することによって、着火、燃焼するので、濾過
エレメントを用いた場合と異なり、目詰まりによる圧力
損失の増加、機関効率の低下を招(ことなく、ディーゼ
ル機関排ガス中の微粒子を除去、低減することが可能と
なる。また、燃料として添加したエネルギーは熱交換器
によって回収を図るので、エネルギーの損失も少なくて
すみ、後続のプロセスへ与える影響も少ない。熱交換器
では蒸気又は温水を得ることが可能であり、コージェネ
レーションディーゼル機関にするには最適である。高温
を保持する必要がある触媒燃焼部と熱回収部との間に輻
射熱遮蔽板を配設すれば、触媒燃焼部の高温領域を効率
良(保持できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、第2図は
第1図のA部拡大詳細図、第3図は本発明の第2の実施
例を示す断面図、第4図は本発明の第3の実施例を示す
要部断面図、第5図は本発明の第4の実施例を示す断面
図、第6図は従来のディーゼル排ガス浄化装置の一例を
示す断面図、第7図は従来のディーゼル排ガス浄化装置
の他の例を示す断面図、第8図は第7図の断面図である
。 1a・・・・・・ケーシング、2・・・・・・ハニカム
触媒、3・・・・・・ハニカム構造体、4・・・・・・
ヘッダ、5・・・・・・ノズル、6a、6b・・・・・
・断熱材、7・・・・・・熱交換器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ディーゼル機関排ガス通路に設置されるディーゼ
    ル排ガス浄化装置において、排ガスの入口と浄化ガスの
    出口とを有するケーシング内に燃焼触媒を担持すると共
    に排ガス中に含まれる微粒子が通過可能な流路を多数備
    えた構造体を配し、該構造体の上流部に燃料混入手段を
    設け、前記構造体の下流部に熱交換器を設けたことを特
    徴とするディーゼル排ガス浄化装置。
  2. (2)前記構造体が、ハニカム状構造体であることを特
    徴とする請求項(1)記載のディーゼル排ガス浄化装置
  3. (3)前記燃料混入手段の配設部から前記構造体に至る
    ガス流路を屈曲させたことを特徴とする請求項(1)記
    載のディーゼル排ガス浄化装置。
  4. (4)前記構造体から前記熱交換器に至るガス流路を屈
    曲させたことを特徴とする請求項(1)記載のディーゼ
    ル排ガス浄化装置。
  5. (5)前記構造体から前記熱交換器に至るガス流路に輻
    射熱遮蔽体を配設したことを特徴とする請求項(1)記
    載のディーゼル排ガス浄化装置。
JP2002908A 1990-01-10 1990-01-10 ディーゼル排ガス浄化装置 Pending JPH03210009A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6391077B1 (en) 1998-04-06 2002-05-21 Lead Industry Company, Ltd. Apparatus for removing fine particles in exhaust gas and apparatus for cleaning exhaust gas
JP2002161730A (ja) * 2000-11-29 2002-06-07 Ibiden Co Ltd 排気ガス浄化装置
FR2908818A1 (fr) * 2006-11-20 2008-05-23 Renault Sas Ligne d'echappement de moteur adaptee a homogeneiser la richesse en carburant dans les gaz d'echappement a l'entree des moyens de depollution et de filtrage
FR2921971A1 (fr) * 2007-10-05 2009-04-10 Peugeot Citroen Automobiles Sa Ligne d'echappement de moteur de vehicule automobile comportant un dispositif empechant un echauffement critique

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