JPH06210135A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの排ガス等に含まれるNO
x を効果的に除去することができる排ガス浄化装置を提
供する。 【構成】 (a) 排ガスの流路２の途中に配置され、NOx
還元用触媒を担持した耐熱性の排ガス浄化材３と、(b)
排ガス浄化材３の上流側に炭化水素を添加する装置４
と、(c) 炭化水素を添加する装置４と排ガス浄化材３と
の間に配置されたディストリビュータ５とを有し、ディ
ストリビュータ５により、炭化水素を含有する排ガス
を、排ガス浄化材３全体にほぼ均一に接触させることを
特徴とする排ガス浄化装置１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジン等の内燃
機関より排出される排ガスを浄化するための装置に関
し、特に、ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる
窒素酸化物を効果的に還元除去する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
地球規模の環境汚染が問題となってきているが、中でも
大気汚染は深刻であり、大気中の窒素酸化物（以下NOx
と呼ぶ）による光化学スモッグや酸性雨等の問題が未解
決のまま残っている。特に大都市圏におけるNOx による
大気汚染は深刻であり、対策が急務となっている。NOx
の発生源としては、自動車のエンジン、とりわけディー
ゼルエンジンや、大型の燃焼装置（たとえばコジェネレ
ーション用内燃機関等）が挙げられる。

【０００３】排ガス中のNOx を除去する方法には、たと
えばガソリンエンジンの排ガスに対しては、いわゆる３
元触媒を用いる方法がある。また、大規模な固定燃焼装
置（工場等の大型燃焼機等）に対しては、排ガスにアン
モニアを混入し、これにより排ガス中のNOx を還元する
選択的接触還元法がある。

【０００４】しかしながら、ディーゼルエンジンから排
出される排ガスのように、酸素濃度が比較的高い排ガス
に対しては、ガソリンエンジンの排ガス浄化に用いられ
る３元触媒方式では効率のよいNOx の除去は行えない。
また、排ガスにアンモニアを混入してNOx を還元除去す
る方法は、アンモニアが高価であること、またアンモニ
アは毒性を有すること、一般に装置が大型になること等
の問題点があり、自動車等の移動する排ガス発生源には
適用できない。

【０００５】このような状況下で、ディーゼルエンジン
の排ガスにみられるような酸素濃度が比較的高い排ガス
中のNOx を除去（低減）する新規な方法及び装置の確立
が望まれており、これまでに様々な試みがなされてきた
が、最近では、NOx の還元剤として炭化水素を排ガス中
に添加して特定の触媒に接触させ、NOx を還元除去する
方法が注目されてきた。たとえば、銅成分を有する複合
酸化物からなる触媒を排ガス流路中に設置するととも
に、この触媒の上流側に、軽油や灯油等の液状炭化水素
又はプロパンやアセチレン等のガス状の炭化水素を添加
し、排ガス中のNOx を還元除去する方法（自動車技術会
春期講演会論文第921056号（1992年）、第10回内燃機関
合同シンポジウム講演論文集第253 頁〜第258 頁（1992
年））等が知られている。しかしながら、実際にディー
ゼルエンジンの排ガスに対して上記の方法を実施して良
好なNOx の除去を行う装置はいまだ開発されていない。

【０００６】したがって本発明の目的は、ディーゼルエ
ンジンの排ガス等に含まれるNOx を効果的に除去するこ
とができる排ガス浄化装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、NOx 還元用触媒を担持した排ガ
ス浄化材の上流側に、NOx の還元剤となる炭化水素を添
加する装置を有する排ガス浄化装置において、炭化水素
の添加装置と排ガス浄化材との間に、排ガスを排ガス浄
化材全体に一様に接触させるような排ガス流を生じさせ
るディストリビュータを設置すれば、NOx の還元除去率
を向上させることができることを発見し、本発明を完成
した。

【０００８】すなわち、本発明の排ガス浄化装置は、
(a) 排ガスの流路の途中に配置され、NOx 還元用触媒を
担持した耐熱性の排ガス浄化材と、(b) 前記排ガス浄化
材の上流側に炭化水素を添加する装置と、(c) 前記炭化
水素を添加する装置と前記排ガス浄化材との間に配置さ
れたディストリビュータとを有し、前記ディストリビュ
ータにより前記炭化水素を含有する前記排ガスを、前記
排ガス浄化材全体にほぼ均一に接触させることを特徴と
する。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説
明する。図１は本発明の一実施例による排ガス浄化装置
を示す。排ガス浄化装置１は、排ガス導管２の途中に取
り付けられた排ガス浄化材３と、排ガス浄化材３の上流
側に設置された炭化水素供給装置４と、炭化水素供給装
置４と排ガス浄化材３との間に設置されたディストリビ
ュータ５とを有する。

【００１０】排ガス浄化材３としては、耐熱性、耐熱衝
撃性等に優れた多孔質の基材に、NOx 還元用の触媒を担
持したものを用いる。基材としては、これまでに排ガス
浄化材（排ガスコンバータ）として提案されているセラ
ミックス製や金属製の成形体を用いることができる。ま
た、多孔質のペレット状物又は粒状物をケーシングに充
填したものを基材とすることもできる。耐久性、コスト
を考えるとセラミック製の成形体を用いるのが好まし
く、特に、セラミック製のフォーム型又はハニカム型の
成形体が好適である。

【００１１】上記基材に担持するNOx 還元用の触媒とし
ては種々挙げられるが、代表的には、銀系触媒、銅系触
媒が挙げられる。銀系触媒としては、銀又は銀酸化
物、銀又は銀酸化物に、アルカリ金属及び／又はアル
カリ土類金属の酸化物を添加したもの、銀又は銀酸化
物に白金族元素を添加したもの、銀又は銀酸化物に遷
移金属元素の酸化物等を添加したものなどが挙げられ
る。また、銅系触媒としては、銅酸化物、銅酸化物
にアルカリ金属の酸化物を添加したもの、銅酸化物に
アルカリ金属及び希土類元素の酸化物を添加したもの等
が挙げられる。なお、本発明においては、上記触媒に限
定されず、これまでNOx 還元用触媒として提案されてき
た種々の触媒を用いることができる。

【００１２】触媒の担持量は、用いる触媒の種類によっ
て多少変更するが、銀系触媒の場合、基材１００重量部
に対して、触媒成分（元素換算値）を０．０５〜１５重
量部とするのが好ましい。また、銅系触媒の場合、基材
１００重量部に対して、触媒成分（元素換算値）を０．
５〜２０重量部とするのが好ましい。

【００１３】上記各触媒は、公知の含浸法や沈殿法等に
より、直接多孔質の基材に担持することができる。ま
た、基材の表面に多孔質のセラミック層を設け、これに
触媒を担持してもよい。なお、基材の表面に多孔質セラ
ミック層を形成する方法にはいくつかあるが、公知のウ
ォッシュコート法やゾル−ゲル法を採用するのが好まし
い。

【００１４】炭化水素供給装置４は、炭化水素の噴射装
置４１と、炭化水素の供給制御装置４２と、炭化水素貯
留タンク４３とからなる。噴射装置４１としては通常の
液体又は気体の噴射ノズルを用いることができる。供給
制御装置４２は、炭化水素の噴射装置４１と炭化水素貯
留タンク４３との間に設置され、排ガス中に添加する炭
化水素量を調節するものである。具体的には、電磁式ポ
ンプ、エアレギュレータ、電磁弁やプログラマブルコン
トローラ等を用いることができる。

【００１５】本実施例におけるディストリビュータ５
は、図２に示すように、複数の穴部を有する円筒状部材
５１の一方の端部に、複数の穴部を有する底板５２が取
り付けられた構造を有する。ここで、円筒状部材５１に
おける底板５２と反対側の端部は開口しており、この開
口端部５３が上流側の排ガス導管２にぴったりと接続す
る。

【００１６】ディストリビュータ５の複数の穴部は、同
一の大きさに形成されていてもよいし、その形成部位に
よって大きさが変化していてもよい。また、穴部の数に
ついても特に限定はない。重要なことは、ディストリビ
ュータ５を通過した排ガスが、排ガス浄化材３全体にほ
ぼ均一に接触する（すなわち、排ガス浄化材３の上流側
の端面３１の各部分に、排ガスがほぼ同一の流速で当た
る）ことであり、この条件が満たされるようにディスト
リビュータ５の形状を設定する。ディストリビュータ５
が無い場合、排ガス浄化材３の端面３１の中央部分にの
み高速の排ガス流が当たり、実質的に排ガス浄化材３の
軸線に沿った中央部のみを排ガスが通過することにな
る。そこで、ディストリビュータ５の設計においては、
一般に底板５２の穴部の数を少なめにするか、穴部の開
口面積を小さめにしておき、排ガス浄化材３の周縁部に
も適度な速度の排ガス流が到達するように留意する。

【００１７】なお、ディストリビュータ５としては、図
２に示すような円筒状のものに限らない。たとえば、所
望の曲面状又は円板状に形成された部材に多数の穴部を
形成したものであってもよい。

【００１８】また、２種類以上のディストリビュータを
組み合わせることもできる。図３に示す装置１ａにおい
ては、図２に示した形状の円筒状の第一のディストリビ
ュータ５の下流側に、円板部材に複数の穴部を設けてな
る第二のディストリビュータ５５を設置している。この
ように円筒状の第一のディストリビュータ５と円板状の
第二のディストリビュータ５５とを組み合わせると、図
４に模式的に示すように、第一のディストリビュータ５
から下流に向けて広がるように流出した排ガスは、第二
のディストリビュータ５５によってその流れが制御さ
れ、第二のディストリビュータ５５の中央部の穴部を通
過する排ガスの速度と、周縁部の穴部を通過する排ガス
の速度とが実質的に等しくなる。すなわち、排ガス浄化
材３の直前の空間部（図３の領域Ａ）において、径方向
に沿って速度分布のほとんど無い一様な排ガス流が生
じ、排ガス浄化材３全体に均等に排ガスが接触する。こ
のような排ガス流が得られると、排ガス浄化材３に担持
した触媒を最大限に利用でき、NOx の還元浄化率が大き
く向上する。

【００１９】さらに、本発明の好ましい態様において
は、図５に示すように、炭化水素供給装置４（噴射装置
４１）とディストリビュータ５との間に、排ガスと添加
した炭化水素とをできるだけ均一に混合するためのチャ
ンバー６を設ける。図６は図５に示す排ガス浄化装置１
ｂに組み込んだチャンバー６の内部構造を概略的に示す
が、チャンバー６はハウジング６０の内側に、複数の円
板６１と複数のリング板６２とが交互に、かつ排ガス流
方向に実質的に垂直になるように配置されてなる。ここ
で、リング板６２の外縁はハウジング６０の内壁にぴっ
たりと接しており、炭化水素を含有する排ガスは、図６
に矢印で示すように蛇行しながらチャンバー６内を通過
することになる。このように排ガス流を蛇行させること
により、添加した炭化水素を良好に排ガスに混合するこ
とができる。排ガスと炭化水素との混合度合いが高まる
と、NOx の還元除去率はさらに大きくなる。

【００２０】チャンバー６としては、図６に示す構造の
ものに限らず、排ガス流を蛇行させるような内部構造を
有するものであればよい。

【００２１】なお、図５に示す装置１ｂは、チャンバー
６を噴射装置４１とディストリビュータ５との間に設け
た以外は、図１に示す装置１と同一である。

【００２２】上記の各装置を用いたNOx の還元除去法に
おいて、排ガス中に添加する炭化水素としては、液状又
はガス状のものを用いることができる。液状炭化水素と
しては、軽油、灯油、ガソリン、セタン、ヘプタン等を
用いることができる。また、ガス状炭化水素としては、
プロピレン、エチレン、アセチレン、プロパン、ブタン
等を用いることができる。なお、エタノール等の含酸素
有機化合物等も用いることができる。

【００２３】炭化水素の添加量は、用いる炭化水素の種
類等によって多少変化するが、一般に、排ガス中に含ま
れているNOx の重量の５倍以下とするのが好ましい。

【００２４】また、排ガス浄化材を通過する排ガスの温
度は、排ガス浄化材に担持した触媒の種類及び添加した
炭化水素の種類によって多少異なるが、２５０〜６００
℃であるのが好ましい。

【００２５】以上、本発明を添付図面を参照して詳細に
説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の思想
を逸脱しない限り種々の変更を施しすことができる。

【００２６】本発明を以下の具体的実施例によりさらに
詳細に説明する。実施例１ コーディエライト材からなり、直径が7.5 インチで長さ
が７インチ、セル数が４００／平方インチのハニカム構
造の排ガス浄化材の基材に、公知のスラリー法により
銅、ランタン、セシウムからなる触媒を担持して排ガス
浄化材３とした。触媒の担持量は、基材１００重量部に
対して、金属元素換算値で８重量部であった。

【００２７】ディストリビュータ５としては、図２に示
す形状のステンレス製のものを用いた。ここで、ディス
トリビュータ５は排ガス導管２にぴったりと装着できる
径（内径５６mm）を有しており、円筒状部材５１には８
mmの径を有する６０個の穴部が一様に形成されている。
また、底板５２には６mmの径を有する穴部が５個形成さ
れている。

【００２８】炭化水素の噴射装置４１としてステンレス
製のノズルを有する炭化水素供給装置４、ディストリビ
ュータ５及び排ガス浄化材３を図１に示すように排ガス
導管２の途中で組み合わせて排ガス浄化装置１を作製し
た。排ガス発生源としては、排気量が４リットルで６気
筒の直噴ディーゼルエンジンを用いた。また、添加する
炭化水素として軽油（JIS ２号）を用いた。

【００２９】エンジンを始動させ、軽油を２ｇ／分の割
合で排ガス中に噴霧し、排ガス浄化材３の端面３１近傍
における排ガスの流速を高温用熱式風速計により測定し
た。結果を図７に示す。図７において、横軸は、排ガス
浄化材３の端面３１の中心から流速測定部位までの距離
（mm）を示している。

【００３０】図７からわかるように、排ガス浄化材３の
端面３１の中心部付近と周縁部付近とでは排ガスの流速
にそれほど大きな違いはない。したがって、排ガス浄化
材３全体にわたってほぼ均一に排ガスが接触しているこ
とがわかる。

【００３１】また、排ガスの温度を、エンジン負荷を変
化させることにより３５０〜４５０℃に変化させ、排ガ
ス浄化材３の前後での排ガス中のNOx の量を化学発光式
NOx計により測定して窒素酸化物の還元率を求めた。結
果を図８に示す。

【００３２】比較例１ 実施例１の装置において、ディストリビュータ５を取り
外し、他は実施例１と同様にして排ガス浄化材の端面３
１近傍における排ガスの流速を測定した。結果を図９に
示す。

【００３３】図９からわかるように、ディストリビュー
タ５を有しない装置では、端面３１の周縁部に当たる排
ガスの流速は、中心部付近に当たる排ガスの流速よりは
るかに小さい。

【００３４】また、実施例１と同様にして、この装置に
おけるNOx の還元率を求めた。結果を図１０に示す。

【００３５】図８と図１０とを比較してわかるように、
ディストリビュータ５を設置した排ガス浄化装置（実施
例１の装置）のほうが、３５０〜４５０℃の温度範囲で
大きなNOx 還元率を与える。

【００３６】実施例２ 図５に示す構成の装置を作製した。ここでチャンバー６
としては、図６に示す構造のものを用いた。チャンバー
６のハウジング６０の内径を１１６mm、円板６１の径を
６５mm、リング板６２の穴径を５５mmとし、円板６１と
リング板６２との間隔を３５mmとした。装置の他の部分
は、実施例１の装置と同様とした。

【００３７】実施例１と同様にして排ガス浄化材３の端
面３１近傍における排ガスの流速を測定したところ、実
施例１の場合と同様に排ガスの流速が均一化していた。
また、炭化水素分析計を用いて、排ガス浄化材３の端面
３１近傍の径方向に沿った複数の点で排ガス中の軽油濃
度を調べたところ、軽油濃度は各計測点でほぼ一定の値
であった。このことから、軽油が排ガス中に均一に混合
していることがわかる。

【００３８】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明の排ガス
浄化装置は、炭化水素を添加した排ガスを、排ガス浄化
材全体にほぼ均等に接触させることができるので、NOx
を良好に還元除去することができる。また、好ましい態
様では、排ガスと添加した炭化水素とを十分に混合する
ためのチャンバーを有しているので、NOx の還元除去率
はさらに向上する。

【００３９】本発明の排ガス浄化装置は、ディーゼルエ
ンジンの排ガス中のNOx を取り除く装置として好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による排ガス浄化装置を示す
模式図である。

【図２】図１の装置に組み込まれるディストリビュータ
の一例を示す斜視図である。

【図３】本発明の別な実施例による排ガス浄化装置を示
す模式図である。

【図４】図２の装置に組み込まれる２種類のディストリ
ビュータの例を示す斜視図である。

【図５】本発明のさらに別な実施例による排ガス浄化装
置を示す模式図である。

【図６】図５の装置に組み込まれる流体混合用のチャン
バーの一例を概略的に示す一部破断斜視図である。

【図７】実施例１の装置における排ガス浄化材の上流側
端面の近傍での排ガスの流速を示すグラフである。

【図８】実施例１の装置によるNOx の還元率を示すグラ
フである。

【図９】比較例１の装置における排ガス浄化材の上流側
端面の近傍での排ガスの流速を示すグラフである。

【図１０】比較例１の装置によるNOx の還元率を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１、1a、1b 排ガス浄化装置 ２ 排ガス導管 ３ 排ガス浄化材 ４ 炭化水素添加装置 41 炭化水素の噴射装置 42 炭化水素供給制御装置 43 炭化水素貯留タンク ５、55 ディストリビュータ ６ チャンバー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) 排ガスの流路の途中に配置され、NOx
   還元用触媒を担持した耐熱性の排ガス浄化材と、(b) 前
   記排ガス浄化材の上流側に炭化水素を添加する装置と、
   (c) 前記炭化水素を添加する装置と前記排ガス浄化材と
   の間に配置されたディストリビュータとを有し、前記デ
   ィストリビュータにより前記炭化水素を含有する前記排
   ガスを、前記排ガス浄化材全体にほぼ均一に接触させる
   ことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の排ガス浄化装置におい
   て、前記炭化水素を添加する装置と前記ディストリビュ
   ータとの間に、前記排ガスと前記炭化水素との混合度合
   いを高めるためのチャンバーを有することを特徴とする
   排ガス浄化装置。