(57)【要約】【課題】  ガスエンジンの排ガスの触媒による浄化処理を高い処理効率で行う。【解決手段】  ガスエンジンの排ガス中に含まれる有害成分を触媒により処理するに際し、未処理排ガスの温度を加熱手段２０により触媒層３０内の触媒活性温度以上にまで昇温させた後、触媒を通過させる。熱交換器１０において触媒通過後の高温の処理済み排ガスと低温である未処理の排ガスとの間で熱交換を行い、燃費の改善を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンの排ガス中に含まれる有害成分を触媒により処理するに際し、排ガスの温度を加熱手段により触媒活性温度以上にまで昇温させた後、触媒を通過させることを特徴とするガスエンジン排ガス処理方法。
【請求項２】
触媒が、酸化触媒及び／又は脱硝触媒である請求項１記載のガスエンジン排ガス処理方法。
【請求項３】
加熱前の排ガスと触媒を通過した後の高温排ガスとの間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のガスエンジン排ガス処理方法。
【請求項４】
排ガス温度及び／又は触媒温度を温度センサにより測定し、その出力により加熱手段の発熱量を制御することを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載のガスエンジン排ガス処理方法。
【請求項５】
ガスエンジン排ガス処理装置であって、第１の流路と第２の流路とを備えた熱交換器と加熱部と触媒層を備え、被処理排ガスは熱交換器の第１の流路と加熱部を通過して触媒層に流入し、触媒層を通過した処理済みの高温の排ガスは熱交換器の第２の流路を通過して、そこで流入する被処理排ガスと熱交換した後、大気に放出されるようになっていることを特徴とするガスエンジン排ガス処理装置。
【請求項６】
触媒層は、酸化触媒及び／又は脱硝触媒を備えることを特徴とする請求項５記載のガスエンジン排ガス処理装置。
【請求項７】
熱交換器の第１の流路出口及び触媒層には温度センサが備えられ、さらに、該温度センサの出力に応じて加熱部での発熱量を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のガスエンジン排ガス処理装置。
【請求項８】
全体が一つのユニットとして組み立てられていることを特徴とする請求項６又は７記載のガスエンジン排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジン排ガス処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンは、ガソリンや重油を燃料とする内燃機関と比較して高い熱効率での運転が可能であり、コージェネレーションシステムの動力源などとして広く用いられている。また、ガスエンジンからの排ガスは通常の内燃機関からの排ガスと比較して、未燃炭化水素や窒素酸化物などの有害成分の排出量が少なく、環境に対する汚染度も少ない。しかし、比較して少ないとはいえ、未燃炭化水素や窒素酸化物が含まれているのは事実であり、その無害化処理が望まれる。そのために、触媒を用いて排ガス中の有害成分である未燃炭化水素及び窒素酸化物を処理することが行われる。
【０００３】
しかし、ガスエンジンは熱効率が高いことから排ガスの温度が低く、酸化触媒あるいは脱硝触媒などの触媒活性温度以下の温度で排出されるのが普通であり、そのまま排ガスと触媒とを接触させただけでは、十分な触媒による浄化処理が進行しない。そのために、特許文献１（特開２００２−２６６６３１号公報）には、触媒層を一対の蓄熱体で挟むようにし、そこにガスエンジンからの排ガスを流通方向を正逆交互に切り換えて通過させることにより排ガス浄化効率を上げるようにした、ガスエンジン排ガスの処理方法と装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２６６６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法及び装置は、蓄熱体の熱容量を有効に利用することにより、排ガス温度が低い場合でも少ない触媒量で効率的に排ガスを浄化できることが期待される。しかし、蓄熱体を常備することや排ガスの流通方向を正逆交互に切り換える手段を必要とするなど、構成的な複雑さを伴う。また、流通方向の切り換え時に未処理ガスが発生するというのような不都合もある。
【０００５】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、触媒の活性温度よりも低温であることが多いガスエンジンからの排ガスを効率的に浄化するための、より改良された排ガス処理方法及び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】
本発明によるガスエンジン排ガス処理方法は、ガスエンジンの排ガス中に含まれる有害成分を触媒により処理するに際し、排ガスの温度を加熱手段により触媒活性温度以上にまで昇温させた後、触媒を通過させることを特徴とする。
【０００７】
通常、ハニカム基材にＰｔとＰｄとを混在させて担持させてなるような酸化触媒は活性温度が４００℃〜５００℃であり、また、アルミナ、銀のような脱硝触媒は活性温度が５００℃〜６００℃である。一方、前記したように、高効率型のガスエンジンの排ガスは定常運転において４００℃前後か４００℃以下の温度で排出される。本発明では、ガスエンジンから排出されるそのような低温の排ガスを、電気ヒーターやガスバーナーのような適宜の加熱手段により触媒の活性温度である例えば４００℃〜６００℃以上に昇温させた後、触媒を通過させるようにする。それにより、常時、排ガスの高い浄化率を確実に達成することが可能となる。
【０００８】
好ましくは、加熱前の未処理の排ガスと触媒を通過した後の高温排ガスとの間で熱交換を行う。それにより、加熱手段が投入した熱量を有効に回収することができ、燃費の節減が可能となる。また、好ましくは、排ガス温度及び／又は触媒温度を温度センサにより測定し、その出力により加熱手段の発熱量を制御する。この場合には、運転条件などによりガスエンジンからの排ガス温度が変動する場合に、温度センサの出力に応じて加熱手段の投入熱量を制御することで、常に触媒活性上の最低温度を創出することができ、高い処理効率のもとで、高い浄化率を安定して達成可能となる。
【０００９】
好ましくは、本発明によるガスエンジン排ガス処理装置は、全体が一つのユニットとして組み立てられる。ユニット化することにより可搬性となり、既設のガスエンジンに対して後付けすることも可能となる。そのために、既に稼働しているコージェネレーションシステムなどで使用されているガスエンジンの排ガス浄化に大きく貢献することができる。
【００１０】
さらに、本発明のガスエンジン排ガス処理装置は、基本的に電気ヒーターやガスバーナーのような単純な加熱部と熱交換器と触媒層を備えればよく、また排ガスの流れ方向も一方向ですむので、蓄熱層や流路切り替え手段を設ける必要はなく、構成が簡素化される利点もある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるガスエンジン排ガス処理方法及び装置によれば、簡単な構成でありながら、触媒活性化温度よりも低い温度で通常排出されるガスエンジンの排ガスに対して、触媒による浄化処理を、高い処理効率で、かつ、低燃費で行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１に本発明によるガスエンジンの排ガス処理方法及び装置の概念図を示す。図１において、１０は熱交換器であり、気体間での熱交換を行うことのできるタイプのものであれば従来知られた任意のものであってよい。２０は加熱部であり、バーナ、電気ヒータなど任意の加熱手段を備える。３０は触媒層であり、従来知られた酸化触媒及び脱硝触媒が少なくとも配置される。４０、４１は熱交換器１０及び触媒層３０に備えられる熱電対のような温度センサであり、５０は該温度センサ４０、４１からの出力に応じて加熱部２０での加熱手段による投入熱量を制御するための制御装置である。
【００１３】
図示しないガスエンジンからの４００℃前後あるいは４００℃以下である排ガスは、熱交換器１０の第１の流路に送られ、そこを通過して加熱部２０に流入する。加熱部２０ではガスバーナーのような適宜の加熱手段から熱が投入されており、排ガスの温度を例えば６００℃〜７００℃程度にまで上昇させる。昇温した排ガスは、次いで触媒層３０に流入する。
【００１４】
触媒層３０に収容されている酸化触媒（例えば、Ｐｔ，Ｐｄなど）及び脱硝触媒（例えば、アルミナ、銀など）の触媒活性温度はそれぞれ４００℃〜５００℃及び５００℃〜６００℃程度であるが、流入する排ガスの持つ熱により、いずれの触媒も容易にその活性温度まで昇温する。それにより、排ガス中含まれる未燃炭化水素類の酸化処理及び及び窒素酸化物の脱硝処理が迅速かつ完全に進行し、触媒による高い浄化率が得られる。
【００１５】
触媒層３０を通過した排ガスは熱交換器１０の第２の流路を通過して大気に放出される。触媒層３０を通過した排ガスは依然として高温状態であり、熱交換器１０の第１の流路を通過する低温の未処理排ガスと熱交換して未処理排ガスを予熱する。それにより、加熱部２０で投入された熱の回収が行われ、燃費の削減が図られる。
【００１６】
熱交換器１０で昇温した後の排ガス温度は温度センサ４０により検知され、信号が制御装置５０に出力される。また、触媒層３０に取り付けた温度センサ４１からの触媒温度信号も制御装置５０に出力される。制御装置５０は、２つの信号を比較して、触媒層３０内の触媒を常時触媒活性上の最低温度を創出できるだけの熱量を排ガスに投入できるよう、加熱部２０に信号を出力する。このように、加熱部２０での投入熱量をガスエンジンの排ガス温度に応じて制御することで、常に触媒温度を最低温度に保つことができため、運転条件により処理効率が変動することはない。
【００１７】
図２は本発明によるガスエンジン排ガス装置の一例であり、一つのユニットとして組み付けられている。熱交換器１０としてクロスフロー型（交差流型）の熱交換器が用いられており、図で手前から奥方向である第１の流路１１と、それと直交する右から左方向である第２の流路１２とを備える。第１の流路１１は未処理排ガスの流入路であり、該第１の流路１１の出口側には熱電対である温度センサ４０が取り付けてある。
【００１８】
図２において、熱交換器１０の右側方には触媒層３０が組み付けられている。触媒層３０には、例えばハニカム基材に適宜の酸化触媒及び脱硝触媒を担持させた触媒が配置されると共に、熱電対である温度センサ４１がやはり取り付けてある。触媒層３０の右側方には加熱室２０が組み付けてあり、加熱室２０には、この例では電気ヒーター２１が加熱源として取り付けてある。
【００１９】
熱交換器１０の第１の流路１１から流出した未処理の排ガスは排ガス流路６０を通過して加熱室２０内に入る。未処理排ガスは加熱室２０内で電気ヒーター２１により所要温度に加熱された後、触媒層３０に流入する。そこで、触媒活性温度までの触媒加熱と触媒による浄化処理が行われ、依然として高温状態である処理済み排ガスは、熱交換器１０の第２の流路１２を通って大気に放出される。そのときに、第１の流路１１を流れる未処理排ガスと熱交換が行われる。第１の流路１１を通過した未処理排ガスの温度は温度センサ４０で測定され、また、触媒の温度は温度センサ４１で測定される。その信号は、図示しない電力負荷制御装置に送られ、加熱用電気ヒーター２１への入力電力量が制御される。
【００２０】
図２に示すように、ガスエンジン排ガス処理装置はユニット化されており、そのまま既存のガスエンジン施設に搬入し、その熱交換器１０の第１の流路１１の流入側をガスエンジンの排気ポート（図示しない）に接続することにより、該ガスガスエンジンからの排ガスの触媒による浄化処理を容易かつ確実に行うことができる。なお、熱交換器１０はクロスフロー型（交差流型）でなく並行流式や対向流式であってもよく、加熱手段は電気ヒーター２１に変えてガスバーナーであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるガスエンジンの排ガス処理方法及び装置の概念図。
【図２】本発明によるガスエンジン排ガス処理装置の一実施の形態を説明する図であり、図２ａは各部材を分解して示しており、図２ｂは一つのユニットとして組み付けた状態を示している。
【符号の説明】
【００２２】
１０…熱交換器、２０…加熱部、３０…触媒層、４０…温度センサ、５０…制御装置
【図１】
2005193175.tif 000003
【図２】
2005193175.tif 000004