(57)【要約】【課題】高分子電解質膜を有する電気化学リアクタによって内燃機関の排気ガスを浄化可能な排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン１は、ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２を有している。排気管２には、電気化学リアクタ３が設けられ、さらに、電気化学リアクタ３よりも上流側に、排気管２を流通する排気ガスを冷却するための冷却装置４が設けられている。電気化学リアクタ３は、カソードと、アノードと、カソード及びアノードの間に配置された高分子電解質膜とを有する電気化学的セルから構成されている。【選択図】図１
2010180799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管と、
該排気管に設けられた、高分子電解質膜を有する電気化学リアクタと、
該電気化学リアクタよりも上流側で前記排気管に設けられ、該排気管を流通する排気ガスを冷却する冷却装置と
を備える排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記電気化学リアクタよりも上流側で前記排気管に設けられたバイパス管と、
前記バイパス管及び前記排気管のいずれか一方のみに前記排気ガスが流通するように切り替える切替手段と
を備え、
前記冷却装置は、
前記バイパス管と、
前記排気管のうち、該排気管と接続する前記バイパス管の上流端及び下流端の間と
のいずれか一方に設けられ、
前記切替手段は、前記排気ガスの温度に基づいて、該排気ガスの流通を切り替える、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記排気ガスの温度を測定する温度センサが前記排気管に設けられている、請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転条件と前記排気ガスの温度との関係を表すマップを備え、
前記排気ガスの温度は、前記マップに基づいて前記運転条件から推定される、請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、前記排気管のうち前記電気化学リアクタよりも上流部分の外周に設けられた凹凸状の凹凸部である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特に、高分子タイプの電気化学リアクタを用いた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、カソードと、アノードと、カソード及びアノードの間に配置された高分子電解質膜とを有する電気化学的セルから構成された流体精製装置が記載されている。電気化学的セルには、ヒドロキシラジカルを生成する反応を促進する触媒をカソード内に設けることにより、汚水等の流体は、カソードに接触する際に、酸化反応によって精製される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された流体精製装置を、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する目的で、ディーゼルエンジンの排気管に設けようとすると、排気ガスは数百度といった高温になり得る反面、高分子電解質膜の動作温度の上限はせいぜい１００度程度であるため、耐熱性に問題があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高分子電解質膜を有する電気化学リアクタによって内燃機関の排気ガスを浄化可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管と、該排気管に設けられた、高分子電解質膜を有する電気化学リアクタと、該電気化学リアクタよりも上流側で前記排気管に設けられ、該排気管を流通する排気ガスを冷却する冷却装置とを備える。冷却装置によって冷却された排気ガスが電気化学リアクタに流入し浄化される。
前記電気化学リアクタよりも上流側で前記排気管に設けられたバイパス管と、前記バイパス管及び前記排気管のいずれか一方のみに前記排気ガスが流通するように切り替える切替手段とを備え、前記冷却装置は、前記バイパス管と、前記排気管のうち、該排気管と接続する前記バイパス管の上流端及び下流端の間とのいずれか一方に設けられ、前記切替手段は、前記排気ガスの温度に基づいて、該排気ガスの流通を切り替えてもよい。
前記排気ガスの温度を測定する温度センサが前記排気管に設けられていてもよい。
前記内燃機関の運転条件と前記排気ガスの温度との関係を表すマップを備え、前記排気ガスの温度は、前記マップに基づいて前記運転条件から推定してもよい。
前記冷却装置は、前記排気管のうち前記電気化学リアクタよりも上流部分の外周に設けられた凹凸状の凹凸部であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、高分子電解質膜を有する電気化学リアクタの上流側に冷却装置が設けられていることにより、冷却装置によって冷却された排気ガスが電気化学リアクタに流入し浄化されるので、内燃機関の排気ガスを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る排気ガス処理装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態２に係る排気ガス処理装置の構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態１または２に係る排気ガス処理装置に用いられる冷却装置の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る排気ガス処理装置の構成を図１に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１は、ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２を有している。排気管２には、電気化学リアクタ３が設けられ、さらに、電気化学リアクタ３よりも上流側に、排気管２を流通する排気ガスを冷却するための冷却装置４が設けられている。
【００１０】
電気化学リアクタ３は、カソードと、アノードと、カソード及びアノードの間に配置された高分子電解質膜とを有する電気化学的セルから構成されている。高分子電解質膜には、例えば、ナフィオン（登録商標，デュポン社）を使用することができる。また、冷却装置４は、例えば、水冷式クーラーを使用することができる。
【００１１】
次に、実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスは、ディーゼルエンジン１の運転条件により、最高６００℃の温度で排気管２を流通する。一般に、排気ガスの温度が高いほど、電気化学リアクタ３における浄化作用の効率は高くなるが、電気化学リアクタ３の高分子電解質膜の動作温度はせいぜい１００℃程度であるので、排気ガスを直接電気化学リアクタ３に流入させると、高分子電解質膜を損傷させてしまうおそれがある。そのため、実施の形態１では、電気化学リアクタ３よりも上流側に冷却装置４が設けられているので、排気ガスが冷却装置４に流入すると、冷却装置４に流入する冷却水と排気ガスとが熱交換することにより、排気ガスの温度を１００℃以下に冷却することができる。冷却装置４から流出して１００℃以下になった排気ガスが電気化学リアクタ３に流入すると、電気化学反応により、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）成分が窒素及び水等に還元されて浄化され、大気中へ排出される。
【００１２】
ここで、高分子電解質膜の損傷の防止という観点からは、排気ガスの温度は低い方がいいが、浄化効率という観点からは、排気ガスの温度は高い方がいい。そのため、冷却装置４における排気ガスの冷却は、高分子電解質膜の動作温度の上限付近に調整することが好ましい。このように、電気化学リアクタ３の上流側に冷却装置４が設けられていることにより、高分子電解質膜の動作温度範囲に冷却された排気ガスが電気化学リアクタ３に流入し浄化されるので、高分子電解質膜を損傷させずに、ディーゼルエンジン１の排気ガスを浄化することができる。
【００１３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置について説明する。尚、実施の形態２において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、排気管２にバイパス管を設け、このバイパス管に冷却装置４を設けたものである。
【００１４】
図２に示されるように、排気管２には、電気化学リアクタ３よりも上流側に、バイパス管１０が設けられている。バイパス管１０は、上流端１０ａ及び下流端１０ｂにおいて、排気管２に接続されており、上流端１０ａと排気管２との接続部分に、切替手段である三方弁１１が設けられている。また、排気管２には、三方弁１１よりも上流側に、排気管２を流通する排気ガスの温度を測定するための温度センサ１２が設けられている。三方弁１１及び温度センサ１２はそれぞれ、ＥＣＵ１３に電気的に接続されている。
【００１５】
次に、実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが排気管２を流通する際、温度センサ１２により温度が測定され、排気ガスの温度に関する電気信号がＥＣＵ１３に送られる。一般に、ディーゼルエンジン１が起動したばかりや、負荷が小さい場合には、排気ガス温度は低く、場合によっては１００℃以下となることもある。このような場合には、排気ガスが直接電気化学リアクタ３に流入しても、電気化学リアクタ３の高分子電解質膜を熱で損傷することはないので、ＥＣＵ１３は、三方弁１１を作動させて、排気ガスを冷却装置４で冷却させることなく、電気化学リアクタ３に直接流入させるようにする。このようにすることで、冷却装置４によって必要以上に排気ガス温度を低下させることがないので、電気化学リアクタ３における浄化効率の低下が防止される。
【００１６】
一方、温度センサ１２によって測定された排気ガスの温度が１００℃よりも高くなった場合には、ＥＣＵ１３は、三方弁１１を作動させて、排気ガスがバイパス管１０を流通するようにさせ、冷却装置４において排気ガスを冷却し、排気ガスの温度を１００℃以下にする。この場合、冷却装置４によって排気ガスの温度が１００℃以下に冷却され、冷却された排気ガスが電気化学リアクタ３に流入するので、電気化学リアクタ３の高分子電解質膜を熱で損傷することなく、電気化学反応により、排気ガス中のＮＯｘ成分が窒素及び水等に還元されて浄化され、大気中へ排出される。尚、冷却装置４における排気ガスの冷却は、実施の形態１と同様に、電気化学リアクタ３における浄化効率の観点についても考慮する必要がある。
【００１７】
このように、電気化学リアクタ３よりも上流側で、排気管２に、冷却装置４を備えたバイパス管１０を設けると共に、バイパス管１０及び排気管２のいずれか一方のみに排気ガスが流通するように切り替える三方弁１１を設け、三方弁１１が、排気ガスの温度に基づいて、排気ガスが冷却装置４によって冷却されるか又はされないかを切り替えることにより、必要以上に排気ガスの温度を低下させることがないので、電気化学リアクタにおける浄化効率の低下を防止しつつ、高分子電解質膜を損傷させずに、ディーゼルエンジン１の排気ガスを浄化することができる。
【００１８】
実施の形態２では、バイパス管１０に冷却装置４を設けていたが、この形態に限定するものではない。排気管２のうち、排気管２と接続するバイパス管１０の上流端１０ａ及び下流端１０ｂの間に冷却装置４を設けてもよい。
【００１９】
実施の形態２では、排気ガスの温度を温度センサ１２によって直接測定したが、この形態に限定するものではない。ＥＣＵ１３に、ディーゼルエンジン１の運転条件（回転数や燃料噴射量等）と排気ガス温度とのマップを組み込んでおき、このマップに基づいてディーゼルエンジン１の運転条件から排気ガスの温度を推定するようにしてもよい。
【００２０】
実施の形態１及び２では、冷却装置４として水冷式クーラーを想定していたが、これに限定するものではない。図３に示されるように、電気化学リアクタ３よりも上流側の排気管２の外周に、凹凸部２０を設け、排気管２の外周の表面積を大きくする構造にしてもよい。凹凸部２０は、水冷式クーラーとは異なり、積極的には排気ガスを冷却することはないが、排気管２の外周の表面積を大きくすることにより放熱面積が増加するので、排気管２を流通する排気ガスの冷却効果を高めることができ、本発明の冷却装置として代替することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、３  電気化学リアクタ、４  冷却装置、１０  バイパス管、１０ａ  （バイパス管の）上流端、１０ｂ  （バイパス管の）下流端、１１  三方弁（切替手段）、１２  温度センサ、２０  凹凸部（冷却装置）。
【図１】
2010180799.tif 000003
【図２】
2010180799.tif 000004
【図３】
2010180799.tif 000005