(57)【要約】【課題】高い浄化率を維持できる排ガスの浄化方法、及び該排ガスの浄化方法によって回収したエネルギーを効率的に利用できる車両のコージェネレーション方法を提供すること。【解決手段】触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行い、一酸化炭素を含む排ガスを前記触媒に接触させて酸化的に浄化する排ガスの浄化方法である。また、この排ガスの浄化方法において回収した触媒からの排熱を、空調、ライトの点灯又はバッテリーの充電に用いる車両のコージェネレーション方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行い、一酸化炭素を含む排ガスを前記触媒に接触させて酸化的に浄化する排ガスの浄化方法。
【請求項２】
前記触媒が、銅及びマンガンを含む触媒、少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともチタニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともセリアとジルコニアと銀とを含む触媒、少なくともセリアとジルコニアと鉄とを含む触媒、及び少なくともセリアとジルコニアと銀と鉄とを含む触媒からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項３】
前記触媒が、銅及びマンガンを含む触媒、又は少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒であることを特徴とする請求項１に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項４】
前記触媒の周囲に熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方を配置して、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項５】
前記触媒に接触するときの前記排ガスの温度を熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方により制御して、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項６】
前記熱吸収材料が、熱電素子、冷却水、ドライアイス及び液体窒素からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項７】
並列に設けた複数の前記排ガスの流路のうち少なくとも１つの流路に前記触媒を備え、該触媒を備えた流路における触媒の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、排ガスの流入を切り替える切替手段によって、他の流路に排ガスを流入させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項８】
前記他の流路に熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方を配置して、排ガスの温度が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御し、該熱吸収材料又は加熱手段よりも下流側に前記触媒を備えることを特徴とする請求項７に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項９】
前記他の流路に、吸着剤を備えることを特徴とする請求項７に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項１０】
前記他の流路に、前記触媒を備えることを特徴とする請求項７に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項１１】
前記他の流路に、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒を備えることを特徴とする請求項７に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項１２】
排ガスの流路における前記触媒よりも上流側で空気を混入させて、混入する空気量によって触媒に接触する排ガスの温度を調節することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法によって回収された触媒からの排熱を空調、ライトの点灯又はバッテリーの充電に用いる車両のコージェネレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスの浄化方法及び車両のコージェネレーション方法に関し、さらに詳しくは、高い浄化率を維持することができる排ガスの浄化方法及び車両のコージェネレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のガソリンエンジン、トラック、バス等のディーゼルエンジンなどから排出される燃焼排ガス中には、有害物質の１つである一酸化炭素が含まれており、環境保全の立場からその除去方法の開発は重大かつ緊急の社会的課題である。
排ガス中の一酸化炭素を除去するために、様々な触媒が開発されている。例えば、結晶性シリケートに活性金属（銅やマンガン等）を担持させた一酸化炭素浄化性能を有する排ガス浄化触媒が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第２７７２１１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、排ガスの排出状態は多様であり、一定で且つ高い浄化性能を呈することは極めて困難である。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高い浄化率を維持できる排ガスの浄化方法、及び該排ガスの浄化方法によって回収したエネルギーを効率的に利用できる車両のコージェネレーション方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
即ち、本発明は、
＜１＞  触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行い、一酸化炭素を含む排ガスを前記触媒に接触させて酸化的に浄化する排ガスの浄化方法である。
【０００５】
酸化触媒を用いて一酸化炭素を酸化させる場合、触媒上に一酸化炭素と酸素とが吸着し、これらの酸化反応が起こって二酸化炭素となっている。しかし、一酸化炭素は２５０℃〜３００℃の温度域において触媒に対し強い吸着性を示し、且つ触媒から脱離し難くなるために、触媒表面が一酸化炭素で覆われてしまうというＣＯ被毒が起こる。その結果、触媒上に酸素が吸着できず、酸化反応しにくくなることが明らかとなった。
そこで、上記＜１＞の発明では、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行うことで、触媒のＣＯ被毒を防ぎ、一酸化炭素の酸化反応が阻害されない。
したがって、上記＜１＞の発明によれば、触媒のＣＯ被毒を防ぎ、一酸化炭素の高い浄化率を維持することができる。
【０００６】
＜２＞  前記触媒が、銅及びマンガンを含む触媒、少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともチタニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともセリアとジルコニアと銀とを含む触媒、少なくともセリアとジルコニアと鉄とを含む触媒、及び少なくともセリアとジルコニアと銀と鉄とを含む触媒からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする前記＜１＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【０００７】
上記＜２＞の発明では、白金、パラジウム又はロジウムを主成分としない触媒を用いるが、この場合であっても、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行うことで、触媒のＣＯ被毒を防ぎ、結果、高い浄化率を維持することができる。
【０００８】
＜３＞  前記触媒が、銅及びマンガンを含む触媒、又は少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒であることを特徴とする前記＜１＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【０００９】
上記＜３＞の発明によれば、活性の高い触媒を用いることになるので、特に高い浄化率を維持することができる。
【００１０】
＜４＞  前記触媒の周囲に熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方を配置して、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御することを特徴とする前記＜１＞乃至＜３＞のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法である。
【００１１】
上記＜４＞の発明によれば、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように、触媒の周囲に熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方を配置することで、触媒のＣＯ被毒を防止することができ、一酸化炭素の高い浄化率を維持することができる。
【００１２】
＜５＞  前記触媒に接触するときの前記排ガスの温度を熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方により制御して、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御することを特徴とする前記＜１＞乃至＜４＞のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法である。
【００１３】
上記＜５＞の発明によれば、排ガスの温度を熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方によって制御することで、温度制御された排ガスが触媒に接触するため、触媒の床温を２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、一酸化炭素の高い浄化率を維持することができる。
なお、排ガスの温度と触媒の床温とは必ずしも同じにはならないが、排ガスが触媒に接触し続けるにつれて、触媒の温度と排ガスの温度とが略同じとなる。したがって、触媒の床温は、排ガスの温度を制御することで達成できる。
【００１４】
＜６＞  前記熱吸収材料が、熱電素子、冷却水、ドライアイス及び液体窒素からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする前記＜４＞又は＜５＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【００１５】
上記＜６＞の発明によれば、触媒又は排ガスの温度を、熱電素子、冷却水、ドライアイス及び液体窒素からなる群より選択される少なくとも１種で冷却することで、触媒の床温を２５０℃よりも低い温度にすることができ、触媒のＣＯ被毒を防ぐことができる。
【００１６】
＜７＞  並列に設けた複数の前記排ガスの流路のうち少なくとも１つの流路に前記触媒を備え、該触媒を備えた流路における触媒の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、排ガスの流入を切り替える切替手段によって、他の流路に排ガスを流入させることを特徴とする前記＜１＞乃至＜６＞のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法である。
【００１７】
上記＜７＞の発明によれば、並列に設けた複数の排ガスの流路と、排ガスの流入を切り替える切替手段とを備えることで、排ガスを流入した流路に備えた触媒の床温が２５０℃〜３００℃となったときには、他の流路に切り替えることができるため、触媒の床温を２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒の高い浄化率を維持することができる。
【００１８】
＜８＞  前記他の流路に熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方を配置して、排ガスの温度が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御し、該熱吸収材料又は加熱手段よりも下流側に前記触媒を備えることを特徴とする前記＜７＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【００１９】
上記＜８＞の発明では、並列に設けた複数の排ガスの流路において、１の流路には前記触媒を備え、他の１の流路には熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方を備える。触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外の場合には、１の流路に排ガスを流入し、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内の場合には、他の１の流路に排ガスを流入する。
したがって、上記＜８＞の発明によれば、排ガスの温度が２５０℃〜３００℃の温度域内の場合には、他の流路に切り替えるので、触媒の床温を２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒の高い浄化率を維持することができる。
【００２０】
また、他の１の流路には、熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方が設けられているため、排ガスの温度を２５０℃〜３００℃の温度域外に制御することができる。２５０℃〜３００℃の温度域外に制御された排ガスは、その下流に備えられた触媒によって、浄化される。
したがって、上記＜８＞の発明によれば、触媒の床温が２５０℃〜３００℃となったときには、熱吸収材料及び加熱手段の少なくとも一方によって排ガスの温度を２５０℃〜３００℃の温度域外に制御した後、排ガスを触媒に接触させて一酸化炭素を酸化させるので、処理する排ガスの温度に因ることなく、処理後に排出される排ガス中の一酸化炭素の含有率を低くすることができる。
【００２１】
＜９＞  前記他の流路に、吸着剤を備えることを特徴とする前記＜７＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【００２２】
上記＜９＞の発明では、並列に設けた複数の排ガスの流路において、１の流路には前記触媒を備え、他の１の流路には吸着剤を備える。触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外の場合には、１の流路に排ガスを流入し、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内の場合には、他の１の流路に排ガスを流入する。
したがって、上記＜９＞の発明によれば、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内の場合には、他の流路に切り替えるので、触媒の床温を２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒の高い浄化率を維持することができる。
【００２３】
また、他の１の流路には、吸着剤が備えられているため、排ガスを吸着することができる。なお、吸着剤は、排ガスの温度が２５０℃〜３００℃の温度域内であっても、一酸化炭素を吸着することができる。
したがって、上記＜９＞の発明によれば、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外の場合には、触媒によって一酸化炭素を酸化して二酸化炭素として排出し、一方、触媒の床温が２５０℃〜３００℃となったときには、吸着剤によって排ガス中の一酸化炭素を吸着させるので、処理後の排ガス中の一酸化炭素の含有率を低くすることができる。
【００２４】
＜１０＞  前記他の流路に、前記触媒を備えることを特徴とする前記＜７＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【００２５】
上記＜１０＞の発明では、並列に設けた複数の排ガスの流路において、複数の排ガスの流路に前記触媒を備える。まず、１の流路に排ガスを流入して流路中の触媒に排ガスを接触させることで排ガス中の一酸化炭素を酸化する。酸化反応の反応熱によって触媒の床温は上昇し、触媒の床温は２５０℃〜３００℃の温度域内となる。
ここで、他の１の流路にも前記触媒を備えているが、この流路には排ガスを流入していなかったので、該流路に備えた触媒の床温は室温程度である。切替手段によって排ガスの流入を切り替えて、室温程度の触媒を備える流路に排ガスを流入する。排ガスがこの触媒に接触することで、排ガス中の一酸化炭素が反応して二酸化炭素に浄化される一方で、触媒の床温は上昇し、この触媒の床温も２５０℃〜３００℃の温度域内となる。
このとき、先に排ガスを流入させていた流路の触媒は、酸化反応が起こらないために反応熱の発生が無いので、自然冷却によって触媒の床温は２５０℃〜３００℃の温度域外となる。そこで、排ガスの流入を元に戻し、先に排ガスを流入させていた流路に排ガスの流入を切り替える。この操作を繰り返すことで、触媒の床温を常に２５０℃〜３００℃の温度域外とすることができるので、触媒の高い浄化率を維持することができる。
なお、３以上の流路を備える場合には、更に他の流路に排ガスを流入させるように切り替えてもよい。
【００２６】
＜１１＞  前記他の流路に、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒を備えることを特徴とする前記＜７＞に記載の排ガスの浄化方法である。
【００２７】
白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒は、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内であっても、浄化率が低下しないので、他の触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内となったときには、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒を備えた流路に排ガスの流入を切り替える。
その結果、上記＜１１＞の発明によれば、処理する排ガスの温度に因ることなく、処理後に排出される排ガス中の一酸化炭素の含有率を低くすることができる。
なお、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内となったときにのみ、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒によって排ガスの浄化を行うため、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒の寿命を長くすることができ、貴重な白金、パラジウム又はロジウムの使用量を抑えることができる。
【００２８】
＜１２＞  排ガスの流路における前記触媒よりも上流側で空気を混入させて、混入する空気量によって触媒に接触する排ガスの温度を調節することを特徴とする前記＜１＞乃至＜１１＞のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法である。
【００２９】
排ガスよりも低い温度の空気を排ガスに混入することで、排ガスの温度を下げることができる。また、排ガスを空気で希釈することで、含有する一酸化炭素濃度が低くなり、触媒上での発熱量を抑えることができる。そこで、上記＜１２＞の発明では、排ガスに混入する空気量を調節して、排ガスの温度又は触媒の床温を２５０℃よりも低くなるように温度制御する。
したがって、上記＜１２＞の発明によれば、排ガスに混入する空気量の調節によって、触媒の床温を２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒の高い浄化率を維持することができる。
【００３０】
＜１３＞  前記＜１＞〜＜１２＞のいずれか１項に記載の排ガスの浄化方法によって回収された触媒からの排熱を空調、ライトの点灯又はバッテリーの充電に用いる車両のコージェネレーション方法である。
【００３１】
上記＜１３＞の発明によれば、触媒の床温を制御するために回収した廃熱を、空調、ライトの点灯又はバッテリーの充電などに用いることで、エネルギーを効率的に利用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、高い浄化率を維持できる排ガスの浄化方法、及び該排ガスの浄化方法によって回収したエネルギーを効率的に利用できる車両のコージェネレーション方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の排ガスの浄化方法及び車両のコージェネレーション方法を、詳細に説明する。
【００３４】
本発明の排ガスの浄化方法は、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行い、一酸化炭素を含む排ガスを前記触媒に接触させて酸化的に浄化する方法である。
【００３５】
触媒における一酸化炭素の酸化反応の様子を図１に示す。
図１（Ａ）に示すように、一酸化炭素の酸化反応は、まず触媒の活性サイトに一酸化炭素と酸素とが吸着し、吸着した一酸化炭素と酸素とが反応して、二酸化炭素となる。
しかし、一酸化炭素ガスは、２５０℃〜３００℃の温度域において触媒に対し強い吸着性を示し、且つ触媒から脱離し難くなるという性質を有する。そのため、図１（Ｂ）に示すように２５０℃〜３００℃の温度域においては、触媒表面が一酸化炭素で覆われてしまいＣＯ被毒が起こる。その結果、触媒上に酸素が吸着できず、一酸化炭素が酸化されにくくなってしまうという現象が起こる。なお、３００℃を超えると、一酸化炭素が触媒に吸着しても、一酸化炭素ガスの分子運動によって触媒から脱離しやすくなる。
【００３６】
ＣＯ被毒の状態が続くと、触媒上での酸化反応が起こり難くなり、反応熱の発生が少なくなる。その結果、触媒の床温が低下し、いずれ２５０℃〜３００℃の温度域から脱する。すると、図１（Ｃ）に示すようにＣＯ被毒が解除して、酸素が触媒上に吸着するようになり、再び一酸化炭素が触媒によって酸化し始める。
【００３７】
しかし、再度酸化反応が続くと、その反応熱によって触媒の床温は上昇し始め、２５０℃〜３００℃の温度域に達する。この温度領域では触媒のＣＯ被毒が起こり、触媒上に酸素が吸着できず、一酸化炭素が酸化されにくくなってしまう。
【００３８】
このように、触媒の床温の上昇と降下によって、ＣＯ被毒とその解除とが繰り返されるため、排ガスの浄化率を一定に保つことができず、浄化率も低下する。
【００３９】
そこで、本発明では、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御を行い、一酸化炭素の浄化率を一定に且つ高く維持させる。
【００４０】
図２に、触媒の床温と浄化率との関係を示す。図２のグラフ中、ＡはＣｅＯ2−ＺｒＯ2固溶体に金を担持した触媒を用いた場合であり、ＢはＣｕＯ−２．７ＭｎＯ2を触媒として用いた場合である。いずれの触媒の場合も触媒の床温が２５０℃〜３００℃のときには、浄化率が低下していることが分かる。
【００４１】
浄化率の低下を回避するための触媒の床温は、２５０℃〜３００℃の温度域外の場合であり、１５０℃以上２５０℃未満又は３００℃を超えて６００℃以下とすることが実用上好ましく、２００℃以上２４０℃以下又は３５０℃以上５００℃以下とすることが高い浄化率を達成する観点から更に好ましい。
なお、触媒の床温が１５０℃〜１８０℃の場合は、浄化率が約６０％〜８０％であり、２５０℃〜３００℃場合の浄化率の約８０％と同程度或いはそれよりも低くなっているが、低温のため触媒の劣化が抑制される結果、触媒寿命が長くなる観点から、１５０℃〜１８０℃の場合の方が２５０℃〜３００℃の場合よりも好適である。
【００４２】
本発明に適用できる触媒としては、排ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化できる酸化触媒であれば特に制限されること無く適用することができる。具体的には、銅及びマンガンを含む触媒、少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともチタニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともセリアとジルコニアと銀とを含む触媒、少なくともセリアとジルコニアと鉄とを含む触媒、少なくともセリアとジルコニアと銀と鉄とを含む触媒などを適用することができ、この中でも、銅及びマンガンを含む触媒、少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともチタニアを含む担体に金を担持した触媒、少なくともセリアとジルコニアと銀とを含む触媒、少なくともセリアとジルコニアと鉄とを含む触媒、又は少なくともセリアとジルコニアと銀と鉄とを含む触媒からなる群より選択される少なくとも１種であることが、ＣＯ酸化活性が高い観点から好ましく、特に触媒活性の観点から、銅及びマンガンを含む触媒、少なくともセリア及びジルコニアを含む担体に金を担持した触媒であることが好適である。
【００４３】
なお、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒を用いると、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内となってもＣＯ被毒を起こしにくいので、この温度領域においても利用することが可能であるが、資源的な問題から白金、パラジウム又はロジウムを極力使用しないことが望まれている。
【００４４】
本発明において、触媒の形状は特に限定は無く、粒子状やペレット状のものをガス流路の一部をカラムとして充填してもよいし、ハニカム構造としてもよい。ハニカム構造の触媒は、市販のハニカム担体表面に触媒粉末をコーティングした後、焼成を行うことで得ることができる。
【００４５】
次に、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外とする温度制御の方法について、図を参照しながら第一の態様から第七の態様について説明するが、本発明は、これらの温度制御方法に制限されない。下記の第一の態様から第七の態様では、触媒の床温の制御方法としては、大きく分けて、触媒自体の温度を制御するか、触媒に接触する排ガスの温度を制御するかである。
【００４６】
＜第一の態様＞
図３に触媒の床温の温度制御方法の第一の態様を示す。
図３に示すように、第一の態様では、触媒１０の周囲に熱吸収材料１２及び加熱手段１４の少なくとも一方を配置する。触媒自体の温度を制御することで、触媒の床温を制御する方法である。なお、触媒の床温とは、充填した触媒において充填内部の温度を測定したものをいう。このような温度は、熱電対等の温度計測器によって測定することができる。
【００４７】
前記熱吸収材料１２としては、熱電素子、冷却水、ドライアイス、液体窒素又はこれらの組み合わせ等を適用することができる。この中でも、温度制御のし易さから、熱電素子又は冷却水を適用することが好ましい。
熱電素子によって触媒の床温の温度制御を行う場合には、熱電対等の温度計測器１６によって触媒の床温を検知し、この温度によって熱電素子の電源をオン／オフすることで制御することができる。
冷却水によって触媒の床温の温度制御を行う場合には、熱電対１６等によって触媒の床温を検知し、この温度によって冷却水のバルブを開閉することで制御することができる。
熱電素子の電源のオン／オフや冷却水のバルブの開閉は手動によって行ってもよいが、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８などを用いて自動制御してもよい。
【００４８】
加熱手段１４としては、ヒーターなどを適用することができるが、これに限定されない。
以下、第二の態様以降においても、熱吸収材料又は加熱手段を備える場合には、第一の態様の場合と同様の方法によって温度を制御することができる。
【００４９】
＜第二の態様＞
図４に触媒の床温の温度制御方法の第二の態様を示す。
第二の態様では触媒に接触する排ガスの温度を制御する。図４に示すように、第二の態様では、排ガスの流れにおいて、触媒２０よりも上流側の排ガスの流路２２に熱吸収材料２４及び加熱手段２６の少なくとも一方を配置する。配置した熱吸収材料２４や加熱手段２６によって排ガスの温度を制御して、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように温度制御する。
【００５０】
第二の態様では、触媒２０に接触する排ガスの温度を制御することで、触媒２０の床温を制御する。排ガスの温度と触媒の床温とは必ずしも同じとはならないが、排ガスが触媒２０に接触し続けるにつれて、触媒２０の温度と排ガスの温度とが略同じとなる。したがって、触媒の床温は、排ガスの温度を制御することも制御可能である。
【００５１】
＜第三の態様＞
図５に触媒の床温の温度制御方法の第三の態様を示す。
第三の態様では触媒に接触する排ガスの温度を制御する。第三の態様では、並列に設けた複数の排ガスの流路を備える。なお、図５（Ａ）（Ｂ）では、２つの並列する排ガスの流路３０,３１を備える場合を示すが、３以上の並列する排ガスの流路を備えていてもよい。
図５（Ａ）（Ｂ）では、流路３０に前記触媒３２を備える。流路３０における触媒３２の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、排ガスの流入を切り替えるバルブなどの切替手段３４によって、流路３１に排ガスが流入するよう切り替える。この切り替えによって、触媒３２の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒３２の高い浄化率を維持することができる。
切替手段３４による流路３０,３１の切り替えは、熱電対等の温度計測器３３によって触媒３２の床温を検知し、この温度のデータを基に手動又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）３５などによる自動制御によって行う。
【００５２】
更に、第三の態様では、流路３１に熱吸収材料３６及び加熱手段３７の少なくとも一方を配置し、この熱吸収材料３６や加熱手段３７よりも排ガス流路の下流側に、触媒３９を備える。流路３１には、熱吸収材料３６及び加熱手段３７の少なくとも一方が設けられているため、触媒３９に接触する排ガスの温度は２５０℃〜３００℃の温度域外に制御することができ、触媒３９の高い浄化率を維持することができる。
したがって、第三の態様では、触媒３２及び触媒３９の両方の触媒について、高い浄化率を維持することができる。
なお、図５（Ａ）では、触媒３９を流路３１に設けており、図５（Ｂ）では、流路３０と流路３１とを合流させた後に触媒３９を設けている。いずれの場合も触媒３９に接する排ガス温度は２５０℃〜３００℃の温度域外となっているため、触媒３９のＣＯ被毒を防ぐことができる。
【００５３】
＜第四の態様＞
図６に触媒の床温の温度制御方法の第四の態様を示す。
第四の態様では触媒に接触する排ガスの温度を制御する。第四の態様では、並列に設けた複数の排ガスの流路を備える。なお図６では、２つの並列する排ガスの流路４０,４１を備える場合を示すが、３以上の並列する排ガスの流路を備えていてもよい。
流路４０に前記触媒４２を備える。流路４０における触媒４２の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、排ガスの流入を切り替えるバルブなどの切替手段４４によって、流路４１に排ガスが流入するよう切り替える。この切り替えによって、触媒４２の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒４２の高い浄化率を維持することができる。切替手段４４による流路４０,４１の切り替えは、熱電対等の温度計測器４５によって触媒４２の床温を検知し、この温度のデータを基に手動又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）４６などによる自動制御によって行う。
【００５４】
更に、第四の態様では、流路４１に吸着剤４８を備える。吸着剤４８は、排ガス温度が２５０℃〜３００℃の場合でも一酸化炭素を吸着することができる。
したがって、第四の態様では、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外の場合には、触媒４２によって一酸化炭素を酸化して二酸化炭素として排出し、一方、触媒４２の床温が２５０℃〜３００℃となったときには、吸着剤４８によって排ガス中の一酸化炭素を吸着させるので、処理後の排ガス中の一酸化炭素の含有率を低くすることができる。
【００５５】
吸着剤４８としては、例えば、ゼオライト、活性炭、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｂａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｎｅなど公知のものを適宜適用することができる。
【００５６】
＜第五の態様＞
図７に触媒の床温の温度制御方法の第五の態様を示す。
第五の態様では触媒に接触する排ガスの温度を制御する。第五の態様では、並列に設けた複数の排ガスの流路を備える。なお図７では、２つの並列する排ガスの流路５０,５１を備える場合を示すが、３以上の並列する排ガスの流路を備えていてもよい。
流路５０に前記触媒５２を備える。流路５０における触媒５２の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、排ガスの流入を切り替えるバルブなどの切替手段５４によって、流路５１に排ガスが流入するように切り替える。この切り替えによって、触媒５２の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒５２の高い浄化率を維持することができる。切替手段５４による流路５０,５１の切り替えは、熱電対等の温度計測器５５によって触媒５２の床温を検知し、この温度のデータを基に手動又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）５６などによる自動制御によって行う。
【００５７】
更に、第五の態様では、流路５１に触媒５８を備える。流路５１にはそれまでに排ガスを流入していなかったので、流路５１に備えた触媒５８の床温は室温程度であり、触媒５８はＣＯ被毒が起こっていない。したがって、排ガスがこの触媒５８に接触することで、排ガス中の一酸化炭素が反応して二酸化炭素に浄化される。
しかし、この触媒５８も反応が進むにつれて触媒の床温は上昇し、いずれ２５０℃〜３００℃にまで達する。
【００５８】
このとき、先に排ガスを流入させていた流路５０の触媒５２は、排ガスの流路を切り替えたために酸化反応しておらず反応熱の発生が無いので、自然冷却によって触媒５２の床温は２５０℃〜３００℃の温度域外となる。
そこで、排ガスの流入を切替手段５４によって元に戻し、先に排ガスを流入させていた流路５０に排ガスの流入を切り替える。切替手段５４による流路５０,５１の切り替えは、熱電対等の温度計測器５９によって触媒５８の床温を検知し、この温度のデータを基に手動又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）５６などによる自動制御によって行う。
この操作を繰り返すことで、触媒５２,５８の床温を常に２５０℃〜３００℃の温度域外とすることができるので、触媒の高い浄化率を維持することができる。
【００５９】
なお、第五の態様において３以上の流路を備える場合には、切替手段５４によって排ガスの流入を元に戻さず、更に他の流路に排ガスを流入させるように切り替えてもよい。
【００６０】
第五の態様の触媒の床温の温度制御方法は、自然冷却の原理を利用しているため、排ガスの温度が２５０℃よりも低い場合に適用できる。
【００６１】
＜第六の態様＞
図８に触媒の床温の温度制御方法の第六の態様を示す。
第六の態様では触媒に接触する排ガスの温度を制御する。第六の態様では、並列に設けた複数の排ガスの流路を備える。なお図８では、２つの並列する排ガスの流路６０,６１を備える場合を示すが、３以上の並列する排ガスの流路を備えていてもよい。
流路６０に前記触媒６２を備える。流路６０における触媒６２の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、排ガスの流入を切り替えるバルブなどの切替手段６４によって、流路６１に排ガスが流入するよう切り替える。この切り替えによって、触媒６２の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒６２の高い浄化率を維持することができる。切替手段６４による流路６０,６１の切り替えは、熱電対等の温度計測器６５によって触媒６２の床温を検知し、この温度のデータを基に手動又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）６６などによる自動制御によって行う。
【００６２】
更に、第六の態様では、流路６１に白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒６８を備える。白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒６８は、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内であっても、浄化率が低下しないので、触媒６２の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内となったときには、白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒６８を備えた流路６１に排ガスの流入を切り替える。
白金、パラジウム又はロジウムを主成分とする触媒６８は、触媒６２の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内となった場合に使用し、この温度領域以外では触媒６２を使用するため、触媒６８の寿命を長くすることができる。その結果、白金など資源的に貴重な金属の使用量を減らすことができる。
【００６３】
＜第七の態様＞
図９に触媒の床温の温度制御方法の第七の態様を示す。
第七の態様では触媒に接触する排ガスの温度を制御する。第七の態様では、排ガスの流路において触媒７０よりも上流側に、空気を混入させて混入する空気量を調節する混入空気量調節手段７２を備える。排ガスの温度よりも低い温度の空気を排ガスに混入することで、排ガスの温度を下げることができる。また、排ガスに空気を混合することで、一酸化炭素の濃度が下がるので、触媒上の発熱量を抑えることができる。
【００６４】
触媒７０の床温が２５０℃〜３００℃となったときに、混入空気量調節手段７２によって、排ガスに空気を導入する。この空気の導入量によって、触媒７０の床温が２５０℃〜３００℃の温度域外となるように制御でき、触媒７０の高い浄化率を維持することができる。混入空気量調節手段７２による空気の導入は、熱電対等の温度計測器７４によって触媒７０の床温を検知し、この温度のデータを基に手動又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）７６などによる自動制御によって行う。
【００６５】
上記第一の態様から第七の態様の触媒の床温の制御方法は、それぞれを適宜組み合わせて適用することができる。
また、第一の態様から第七の態様では、触媒の床温を熱電対などの温度計測器によって測定し、このデータを基に触媒の床温を温度制御しているが、上述のように、排ガスが触媒に接触し続けると、排ガス温度と触媒床温とが略一致するようになるので、排ガスの温度を温度計測器によって測定し、そのデータを基に温度制御することも可能である。
【００６６】
上記本発明の排ガスの浄化方法によって、触媒から廃熱が回収される。この廃熱を利用して、空調、ライトの点灯又はバッテリーの充電に用いることで、エネルギーを効率的に利用することができる。特に、車両の排ガスの浄化方法においては車両のコージェネレーション方法となる。
【実施例】
【００６７】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、原材料、使用量、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って本発明の範囲は以下の実施例に制限されるものではない。
【００６８】
［実施例１］
＜触媒１の調製＞
水３００ｍｌにＣｅＯ2−ＺｒＯ2固溶体を１９.０ｇ加え、その後、１質量％のＨＡｕＣｌ4・４Ｈ2Ｏ水溶液を５．０８×１０-3ｍｏｌ加えて、準備液−１を調製した。
この準備液−１に、０．５ｍｏｌ／ＬのＮａ2ＣＯ3水溶液の１．２３×１０-2ｍｏｌを、４．００×１０-5ｍｏｌ／秒の滴下速度でｐＨ＝７になるまで滴下した。その後、遠心分離して、８０℃の水で５回洗浄した後、乾燥した。これを４００℃で４時間、空気雰囲気下で焼成し、Ａｕを５質量％担持したＣｅＯ2−ＺｒＯ2を調製した。
【００６９】
なお、Ａｕを５質量％担持したＣｅＯ2−ＺｒＯ2の触媒の調製は、各原料を下記の量に変更しても同様に得ることができる。
・水：３００ｍｌ
・ＣｅＯ2−ＺｒＯ2固溶体：２８．５ｇ
・１質量％ＨＡｕＣｌ4・４Ｈ2Ｏ水溶液：７．６２×１０-3ｍｏｌ
・０．５ｍｏｌ／ＬのＮａ2ＣＯ3水溶液：１．９３×１０-2ｍｏｌ
【００７０】
＜触媒２の調製＞
水３００ｍｌに０．１００ｍｏｌのＣｕ（ＮＯ3）2・Ｈ2Ｏと、０．２７０ｍｏｌのＭｎ（ＮＯ3）・３Ｈ2Ｏ１９.０ｇを加えて、準備液−２を調製した。
この準備液−２に、０．５ｍｏｌ／ＬのＮａ2ＣＯ3水溶液の０．５９４ｍｏｌを、４．００×１０-5ｍｏｌ／秒の滴下速度でｐＨ＝７になるまで滴下した。その後、遠心分離して、８０℃の水で５回洗浄した後、乾燥した。これを５００℃で４時間、空気雰囲気下で焼成して、ＣｕＯ−２.７ＭｎＯ2を調製した。
【００７１】
＜評価方法＞
熱電素子を備えた図３の装置において、上記調製したペレット状の触媒１又は触媒２を３ｇ用いて、評価を行った。また、図３において触媒中心から端部まで熱伝導が均一となるように、金属粉を表面に撒いた。図３の装置の大きさは、幅は約３ｃｍで、高さは約４ｃｍである。
流入したガスの組成は以下の通りである。
（Ｒｉｃｈ）
Ｃ3Ｈ6：２５００ｐｐｍＣ、ＮＯ：２２００ｐｐｍ、ＣＯ2：１０ｖｏｌ％、Ｈ2Ｏ：１０ｖｏｌ％、ＣＯ：２．８ｖｏｌ％、Ｏ2：０．７７ｖｏｌ％、Ｈ2：２７００ｐｐｍ、Ｎ2：残分
（Ｌｅａｎ）
Ｃ3Ｈ6：２５００ｐｐｍＣ、ＮＯ：２２００ｐｐｍ、ＣＯ2：１０ｖｏｌ％、Ｈ2Ｏ：１０ｖｏｌ％、ＣＯ：０．８１ｖｏｌ％、Ｏ2：１．７ｖｏｌ％、Ｈ2：０ｐｐｍ、Ｎ2：残部
【００７２】
流入させるガス温度は、２００℃、２６０℃、２９０℃、３５０℃で、ガスの流入速度を２０Ｌ／分として、ＲｉｃｈガスとＬｅａｎガスを各１秒ずつ流入した。
流入させるガス温度が２００℃及び３５０℃の場合には、熱電素子によって触媒の床温を制御せず、そのままガスを流した。
流入させるガス温度が２６０℃の場合には、熱電素子によって触媒の床温が２２０℃の一定温度となるように制御し、流入させるガス温度が２９０℃の場合には、熱電素子によって触媒の床温が２４０℃の一定温度となるように制御した。
【００７３】
触媒を通過した後のガスの組成を測定し、ＣＯの含有率からＣＯ浄化率（％）［（１−触媒通過後のＣＯ含有率／流入ガスのＣＯ含有率）×１００］を求めた。
【００７４】
＜評価結果＞
流入させるガス温度が２００℃の場合は、触媒の床温が２００℃で一定であることがわかった。また、ＣＯ浄化率（％）は、触媒１で８５％、触媒２で９０％であり、いずれの触媒も流入時間に対して一定の浄化率を示した。
流入させるガス温度が２６０℃の場合に、触媒の床温が２２０℃で一定となるように温度制御したとき、ＣＯ浄化率（％）は、触媒１で８７％、触媒２で９１％であり、いずれの触媒も流入時間に対して一定の浄化率を示した。
流入させるガス温度が２９０℃の場合に、触媒の床温が２４０℃で一定となるように温度制御したとき、ＣＯ浄化率（％）は、触媒１で９０％、触媒２で９２％であり、いずれの触媒も流入時間に対して一定の浄化率を示した。
流入させるガス温度が３５０℃の場合は、温度制御しなくとも触媒の床温が３５０℃で一定であった。また、ＣＯ浄化率（％）は、触媒１で９０％、触媒２で９５％であり、いずれの触媒も流入時間に対して一定の浄化率を示した。
【００７５】
また、ＣｕＯ−２．７ＭｎＯ2の触媒を用いた場合、ＣＯ浄化率が９０％のときには酸化反応による発熱量は１０４Ｗであり、ＣＯ浄化率が９１％の場合には発熱量は１０５Ｗであり、ＣＯ浄化率が９２％の場合には発熱量は１０７Ｗであり、ＣＯ浄化率が９５％の場合には発熱量は１１０Ｗであった。したがって、熱吸収材料から回収し得る熱量は、１００Ｗ〜１５０Ｗ程度であると思われる。
【００７６】
［実施例２］
実施例１において調製した触媒１及び触媒２を用いて、触媒の床温を１００℃〜５００℃まで変更したときの浄化率について測定を行った。使用したガス組成及びガス流入条件については、実施例１の場合と同様である。
その結果を図２に示す。図２のグラフ中、Ａは触媒１を用いた結果であり、Ｂは触媒２を用いた場合の結果である。いずれの触媒でも、触媒の床温が２５０℃〜３００℃の温度域内にある場合には、浄化率が低下していることが分かる。
【００７７】
［比較例１］
実施例１において調製した触媒１及び触媒２を用いて、ＣＯ浄化率を測定した。実施例１と異なる条件は、流入させるガス温度が２６０℃及び２９０℃の場合にも、温度制御をせずにそのままガスを通過させた点であり、それ以外は実施例１と同様の方法で評価を行った。
【００７８】
得られた結果を図１０に示す。図１０では流入経過時間に対するＣＯ浄化率（％）を示す。流入させるガス温度が２６０℃及び２９０℃の場合には、ＣＯ浄化率が時間に対して一定でなかった。これは、触媒のＣＯ被毒の影響と思われる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】触媒における一酸化炭素の酸化反応の様子を示す図である。図１（Ａ）は、触媒に一酸化炭素と酸素とが吸着する様子を示し、図１（Ｂ）は触媒のＣＯ被毒の様子を示し、図１（Ｃ）はＣＯ被毒が解除した様子を示す。
【図２】触媒の床温と浄化率との関係を示すグラフである。
【図３】触媒の床温の温度制御方法の第一の態様を示す図である。
【図４】触媒の床温の温度制御方法の第二の態様を示す図である。
【図５】触媒の床温の温度制御方法の第三の態様を示す図である。
【図６】触媒の床温の温度制御方法の第四の態様を示す図である。
【図７】触媒の床温の温度制御方法の第五の態様を示す図である。
【図８】触媒の床温の温度制御方法の第六の態様を示す図である。
【図９】触媒の床温の温度制御方法の第七の態様を示す図である。
【図１０】比較例１における流入経過時間に対するＣＯ浄化率（％）を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１０,２０,３２,３９,４２,５２,５８,６２,６８,７０    触媒
１６，３３，４５，５５，５９，６５，７４    温度計測器
１８，３５，４６，５６，６６，７６    ＣＰＵ
１２,２４,３６    熱吸収材料
１４,２６,３７    加熱手段
３４，４４,５４,６４    切替手段
４８    吸着剤
７２    混入空気量調節手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007278099.tif 000008
【図７】
2007278099.tif 000009
【図８】
2007278099.tif 000010
【図９】
2007278099.tif 000011
【図１０】
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