(57)【要約】【課題】排ガス中の特定物質を常時低減することができる排ガス処理装置を提供する。【解決手段】排ガスが流通する排気通路３と、第一の触媒体４と、第二の触媒体５と、吸着体６と、熱交換器７と、排気通路３と連通して第一の触媒体４を通過した排ガスを吸着体６及び熱交換器７に通さずに第二の触媒体５に送る迂回通路８と、第一の触媒体４の温度および第二の触媒体５の温度に応じて第一の触媒体４を通過した排ガスについての迂回通路８への流入を制御する制御手段９とを備える排ガス処理装置。【選択図】図１
2012066175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが流通する排気通路と、
前記排気通路に設けられ、前記排ガスに含まれる特定物質を低減する触媒反応を行う第一の触媒手段と、
前記排気通路において前記第一の触媒手段よりも下流側に設けられ、前記特定物質を低減する触媒反応を行う第二の触媒手段と、
前記排気通路において前記第一の触媒手段と前記第二の触媒手段との間に設けられ、温度の低い状態では前記特定物質を吸着し、温度上昇に伴って前記特定物質を脱離する吸着手段と、
前記排気通路において前記第一の触媒手段と前記第二の触媒手段との間に設けられ、前記排ガスとの熱の受け渡しが可能な熱交換手段と、
前記排気通路と連通し、前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスを前記吸着手段および前記熱交換手段を通さずに前記第二の触媒手段に送る迂回通路と、
前記第一の触媒手段の温度および前記第二の触媒手段の温度に応じて前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスについての前記迂回通路への流入を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が、
前記第一の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以下であり、かつ前記第二の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以下であるときには、前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスを前記迂回通路に送り込まずに前記吸着手段および前記熱交換手段に向けて流し、
前記第一の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以上であって前記第二の側触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以下のときには、前記第一の側触媒手段を通過した前記排ガスを前記迂回通路に送り込み、
前記第二の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以上のときには、前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスを前記吸着手段および前記熱交換手段に向けて流して前記排ガスの熱を前記吸着手段に与えることにより、前記吸着手段の温度を上昇させて前記吸着手段に対して前記特定物質の脱離を促す排ガス処理装置。
【請求項２】
前記熱交換手段は、前記排気通路において前記吸着手段よりも上流側に設けられ、前記吸着手段に流入する前記排ガスの温度が前記熱交換手段に流入する前記排ガスの温度より低くすることができる請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記吸着手段は、前記特定物質を吸着および脱離する吸着材と、前記吸着材を担持した隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、前記排ガスが流通する複数のセルを有するハニカムカム構造部とを有する請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記熱交換手段は、セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、前記排ガスが流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流通部と、前記ハニカム構造体を内部に含むケーシングによって形成され、前記ケーシングに流体の入口及び出口が形成されており、流体が前記ハニカム構造体の外周面上を流通することにより、前記排ガスから熱を受け取るための第二流通部と、を有する請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記吸着手段は、前記特定物質を吸着および脱離する吸着材が前記第一流通部の前記隔壁に担持されることにより前記熱交換手段と一体的に形成されている請求項４に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記吸着手段が前記熱交換手段と一体的に形成される場合において、前記吸着材が前記排ガスの流れの上流側よりも前記排ガスの流れの下流側に多く担持されている請求項５に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記吸着手段は、前記特定物質を吸着および脱離する吸着材と、前記吸着材を担持した隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、前記排ガスが流通する複数のセルを有するハニカム構造部とを有し、前記ハニカム構造部が前記ケーシングに含まれて前記第一流通部よりも前記排ガスの流れで下流側に設けられている請求項４に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関などから排出された排ガス中の特定の物質を低減する処理をすることができる排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスには、人体に有害な物質が含まれている。この人体に有害な物質を排ガスから除去するために、排ガス中の特定の物質を低減する処理を行う技術が開発されている。
【０００３】
排ガス中の特定の物質を低減する際には、触媒反応を利用することができる。例えば、内燃機関の排ガスには、一酸化炭素や炭化水素や一酸化窒素などの有害物質が含まれている。これらの有害物質は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属による触媒反応によって、二酸化炭素や水や窒素などに変わることができる。そこで、内燃機関の排ガスは、Ｐｔなどの貴金属を担持した触媒体により処理されている。これにより、排ガスは、有害物質を低減した状態で排出することができるようになる。
【０００４】
しかし、触媒は、所定の温度より高くならないと触媒反応が活性状態にならない。そのため、排ガスの流れの中で触媒体よりも上流側に、排ガス中の特定物質を吸着することが可能な吸着体を配置することがある（例えば、特許文献１）。触媒体の触媒反応が活性状態でない時に、吸着体が排ガス中の特定物質を吸着することにより、特定物が低減した状態で排ガスを排出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６３０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、吸着体による特定物質の吸着や脱離が吸着体の温度に依存しているため、吸着体は、特定物質の吸着を求められている時に必ずしも特定物質を吸着することが可能な状態にあるとは限らない。そして、触媒体の触媒反応が活性状態になくかつ吸着体が特定物質を吸着できない場合には、特定物質を低減しないまま外部の環境に排ガスを排出することになる。
【０００７】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、排ガス中の特定物質を常時低減することができる排ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明は、以下に示す排ガス処理装置である。
【０００９】
［１］  排ガスが流通する排気通路と、前記排気通路に設けられ、前記排ガスに含まれる特定物質を低減する触媒反応を行う第一の触媒手段と、前記排気通路において前記第一の触媒手段よりも下流側に設けられ、前記特定物質を低減する触媒反応を行う第二の触媒手段と、前記排気通路において前記第一の触媒手段と前記第二の触媒手段との間に設けられ、温度の低い状態では前記特定物質を吸着し、温度上昇に伴って前記特定物質を脱離する吸着手段と、前記排気通路において前記第一の触媒手段と前記第二の触媒手段との間に設けられ、前記排ガスとの熱の受け渡しが可能な熱交換手段と、前記排気通路と連通し、前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスを前記吸着手段および前記熱交換手段を通さずに前記第二の触媒手段に送る迂回通路と、前記第一の触媒手段の温度および前記第二の触媒手段の温度に応じて前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスについての前記迂回通路への流入を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、前記第一の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以下であり、かつ前記第二の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以下であるときには、前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスを前記迂回通路に送り込まずに前記吸着手段および前記熱交換手段に向けて流し、前記第一の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以上であって前記第二の側触媒手段の温度が前記触媒反応を活性とする温度以下のときには、前記第一の側触媒手段を通過した前記排ガスを前記迂回通路に送り込み、前記第二の触媒手段の温度が前記触媒反応を活性にする温度以上のときには、前記第一の触媒手段を通過した前記排ガスを前記吸着手段および前記熱交換手段に向けて流して前記排ガスの熱を前記吸着手段に与えることにより、前記吸着手段の温度を上昇させて前記吸着手段に対して前記特定物質の脱離を促す排ガス処理装置。
【００１０】
［２］  前記熱交換手段は、前記排気通路において前記吸着手段よりも上流側に設けられ、前記吸着手段に流入する前記排ガスの温度が前記熱交換手段に流入する前記排ガスの温度より低くすることができる前記［１］に記載の排ガス処理装置。
【００１１】
［３］  前記吸着手段は、前記特定物質を吸着および脱離する吸着材と、前記吸着材を担持した隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、前記排ガスが流通する複数のセルを有するハニカムカム構造部とを有する前記［１］または［２］に記載の排ガス処理装置。
【００１２】
［４］  前記熱交換手段は、セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、前記排ガスが流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流通部と、前記ハニカム構造体を内部に含むケーシングによって形成され、前記ケーシングに流体の入口及び出口が形成されており、流体が前記ハニカム構造体の外周面上を流通することにより、前記排ガスから熱を受け取るための第二流通部と、を有する前記［１］に記載の排ガス処理装置。
【００１３】
［５］  前記吸着手段は、前記特定物質を吸着および脱離する吸着材が前記第一流通部の前記隔壁に担持されることにより前記熱交換手段と一体的に形成されている前記［４］に記載の排ガス処理装置。
【００１４】
［６］  前記吸着手段が前記熱交換手段と一体的に形成される場合において、前記吸着材が前記排ガスの流れの上流側よりも前記排ガスの流れの下流側に多く担持されている前記［５］に記載の排ガス処理装置。
【００１５】
［７］  前記吸着手段は、前記特定物質を吸着および脱離する吸着材と、前記吸着材を担持した隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、前記排ガスが流通する複数のセルを有するハニカム構造部とを有し、前記ハニカム構造部が前記ケーシングに含まれて前記第一流通部よりも前記排ガスの流れで下流側に設けられている前記［４］に記載の排ガス処理装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の排ガス処理装置は、排ガス中の特定物質を常時低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の排ガス処理装置の第一の実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の排ガス処理装置の第二の実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の排ガス処理装置の第三の実施形態を説明するための図である。
【図４】熱交換型吸着器の模式図である。
【図５】図４中のＡ−Ａ’断面の図である。
【図６】図５中のＢ−Ｂ’断面の図である。
【図７】別の熱交換型吸着器の模式図である。
【図８】図７中のＣ−Ｃ’断面の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１９】
１．本発明の排ガス処理装置の概要：
本発明の排ガス処理装置は、排ガスが流通する排気通路と、排気通路に設けられて排ガスに含まれる特定物質を低減する触媒反応を行う第一の触媒手段と、排気通路において第一の触媒手段よりも下流側に設けられて特定物質を低減する触媒反応を行う第二の触媒手段と、排気通路において第一の触媒手段と第二の触媒手段との間に設けられて温度の低い状態では特定物質を吸着し、温度上昇に伴って特定物質を脱離する吸着手段と、排気通路において第一の触媒手段と第二の触媒手段との間に設けられて排ガスとの熱の受け渡しが可能な熱交換手段と、排気通路と連通して第一の触媒手段を通過した排ガスを吸着手段および熱交換手段を通さずに第二の触媒手段に送る迂回通路と、第一の触媒手段の温度および第二の触媒手段の温度に応じて第一の触媒手段を通過した排ガスについての迂回通路への流入を制御する制御手段とを備えている。
【００２０】
第二の触媒手段が排気通路において吸着手段の下流側に配置されていることにより、吸着手段から脱離した特定物質を第二の触媒手段によって低減することを可能にしている。ここで特定物質を低減する触媒反応とは、触媒の作用によって特定物質から別の物質を生成する化学反応を促進する反応のことをいう。
【００２１】
このような触媒反応としては、特定物質が一酸化炭素である場合には一酸化炭素から二酸化炭素を生成する反応（２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２）がある。他にも、特定物質が炭化水素である場合には炭化水素から二酸化炭素と水を生成する反応（ＨＣ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）がある。また、特定物質が一酸化炭素および一酸化窒素の場合には、一酸化炭素と一酸化窒素から二酸化炭素と窒素を生成する反応（２ＣＯ＋２ＮＯ→２ＣＯ２＋Ｎ２）、特定物質が炭化水素および一酸化窒素の場合には、炭化水素と一酸化窒素から二酸化炭素と水と窒素を生成する反応（ＨＣ＋ＮＯ→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋Ｎ２）などがある。
【００２２】
内燃機関の排ガスは、一酸化炭素や炭化水素や一酸化窒素を含んでいる。上記した触媒反応は、排ガス中の一酸化炭素の濃度、炭化水素の濃度、一酸化窒素の濃度を低下させることができる。
【００２３】
吸着手段は、特定物質を吸着することにより、排ガス中の特定物質の濃度を低減することができる。また、吸着手段は温度に依存して特定物質を吸着したり、離脱したりすることができる。吸着手段は、低温の時には特定物質を吸着する傾向があり、一方で高温時には吸着していた特定物質を脱離する傾向がある。
【００２４】
熱交換手段は、排ガスと他の流体との間で熱を受け渡しさせることにより、排ガスの温度を高めたり低めたりすることができる。そのため、熱交換手段は、排ガスの温度を高めたり低めたりすることにより、所望の温度の排ガスを吸着手段または第二の触媒手段に送り込むことを可能にしている。
【００２５】
迂回通路は、排ガスを吸着手段および熱交換手段に通さずに第二の触媒手段へ送ることを可能にする。排ガスに吸着手段および熱交換手段を迂回させることにより、排ガスを速やかに第二の触媒手段に送ることができ、また、排ガスの熱が吸着手段や熱交換手段に奪われてしまうことが無くなる。そのため、排ガスの熱を直接第二の触媒手段に伝えやすくなり、迅速に第二の触媒手段の温度を高めることができるようになる。このように第二の触媒手段の温度を速やかに高めることにより、第二の触媒手段の触媒反応を早く活性状態にすることができるようになる。
【００２６】
さらに、本発明の排ガス処理装置は、第一の触媒手段の触媒反応の活性状態および第二の触媒手段の活性状態に応じて第一の触媒手段を通過した排ガスについての迂回通路への流入を制御する制御手段を備えており、この制御手段が次に述べる動作をすることができる。
【００２７】
制御手段は、第一の触媒手段の触媒反応と第二の触媒手段の触媒反応が共に活性状態にないとき（第一の触媒手段の温度と第二の触媒手段の温度がとも触媒反応を活性にする温度以下にあるとき）、第一の触媒手段を通過した排ガスを迂回通路に送り込まずに吸着手段および熱交換手段に向けて流す。そして、排ガスが吸着手段を通過する際に排ガス中の特定物質が吸着手段に吸着されることにより、特定物質の濃度が低減した状態で排ガスを排ガス処理装置から排出することができる。すなわち、本発明の排ガス処理装置は、第一の触媒手段の触媒反応と第二の触媒手段の触媒反応とが共に活性状態にない時でも、特定物質の濃度を低減した状態で排ガスを排出することができる。
【００２８】
制御手段は、第一の触媒手段の触媒反応が活性状態にあって第二の触媒手段の触媒反応が活性状態にないとき（第一の触媒手段の温度が触媒反応を活性にする温度以上であり、第二の触媒手段の温度が触媒反応を活性にする温度以下であるとき）、第一の触媒手段を通過した排ガスを迂回通路に送り込む。第一の触媒手段の触媒反応が活性状態のとき、排ガスが第一の触媒手段を通過すれば、排ガス中の特定物質の濃度が低減する。そのため、本発明の排ガス処理装置は、特定物質の濃度を低減した状態で排ガスを排出することができる。
【００２９】
また、排ガスが迂回流路によって第二の触媒手段に速やかに送られることにより、排ガスの熱が第二の触媒手段に到達する前に失われにくくなる。その結果、排ガスの熱により、第二の触媒手段の温度が高まりやすくなり、第二の触媒手段の触媒反応が活性状態になりやすくなる。一方で、排ガスを迂回通路に送り込むことにより、排ガスが吸着手段に送られなくなり、排ガスの熱によって吸着手段の温度が高まることがなくなる。その結果、第二の触媒手段の触媒反応が活性状態にないときに、吸着手段が特定物質を脱離しにくくなる。
【００３０】
制御手段は、第二の触媒手段の触媒反応が活性状態にあるとき（第二の触媒手段の温度が触媒反応を活性にする温度以上であるとき）、第一の触媒手段を通過した排ガスを吸着手段に向けて流して排ガスの熱を吸着手段に与えて吸着手段の温度を上昇させる。そして吸着手段の温度が高まることにより、吸着手段が特定物質を脱離するようになる。この吸着手段から離脱した特定物質は第二の触媒手段の触媒反応によって低減される。その結果、本発明の排ガス処理装置は、特定物質の濃度を低減した状態で排ガスを排出することができる。
【００３１】
以上のように、本発明の排ガス処理装置によれば、第一の触媒手段の触媒反応および第二の触媒手段の触媒反応がどのような状態にあっても、特定物質の濃度を低減した状態で排ガスを排出することができる。
【００３２】
また、熱交換手段は、特定物質を吸着手段に吸着させやすくすることができる観点から、排気通路において前記吸着手段よりも上流側に設けられ、吸着手段に流入する排ガスの温度が熱交換手段に流入する排ガスの温度より低くすることができることが好ましい。また、吸着手段からの特定物質の脱離を促すときには、熱交換手段の熱交換量を低下させることにより、熱交換手段による排ガスの温度の低下を抑えてもよい。熱交換量を低下させる際には、排ガスと熱交換を行う相手側の流体の流量を低下させる等の措置を行うとよい。
【００３３】
また、吸着手段は、特定物質を吸着する能力を高めることができるため、特定物質を吸着および脱離する吸着材と、吸着材を担持した隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通して排ガスが流通する複数のセルを有するハニカムカム構造部とを有することが好ましい。
【００３４】
熱交換手段は、セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通して排ガスが流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流通部と、ハニカム構造体を内部に含むケーシングによって形成されてケーシングに流体の入口及び出口が形成されており、流体がハニカム構造体の外周面上を流通することにより、前記排ガスから熱を受け取るための第二流通部と、を有することが好ましい。
【００３５】
吸着手段は、特定物質を吸着および脱離する吸着材が第一流通部の隔壁に担持されることにより熱交換手段と一体的に形成されていることが好ましい。このように吸着手段と熱交換手段とが一体的になっていることにより、適切な温度となった排ガスを直ちに吸着材に送ることが可能となり、吸着材に対して特定物質の吸着や脱離を確実に促すことが可能になる。
【００３６】
吸着手段が熱交換手段と一体的に形成される場合において、吸着材が排ガスの流れの上流側よりも排ガスの流れの下流側に多く担持されていることが好ましい。熱交換によって排ガス温度が排ガス流れの下流側ほど低下する。そのため、排ガス流れの下流側にある吸着材ほど高い吸着性能を発揮しやすくなる。吸着材が排ガスの流れの下流に多く担持されていることにより、高い吸着性能を発揮しうる状態の吸着材の量を確実に確保できる。
【００３７】
吸着手段は、特定物質を吸着および脱離する吸着材と、吸着材を担持した隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、排ガスが流通する複数のセルを有するハニカム構造部とを有し、ハニカム構造部がケーシングに含まれて第一流通部よりも排ガスの流れで下流側に設けられていることが好ましい。これにより、吸着手段の有するハニカム構造部が特定物質を吸着および脱離するために特化した形態になることが可能になり、一方で第一流通部のハニカム構造体も熱交換するために特化した形態になることが可能になる。また、吸着手段の有するハニカム構造部がケーシングに含まれていることにより、適切な温度となった排ガスを直ちに吸着材に送ることが可能となり、吸着材が特定物質の吸着や脱離を確実に行えるようになる。
【００３８】
２．第一の実施形態：
図１は、本発明の排ガス処理装置の第一の実施形態を説明するための図である。図示されるように、本実施形態の排ガス処理装置１は、エンジン２に接続し、エンジン２から排出した排ガスを流すための排気通路３を備えている。この排気通路３には、排ガスの流れの上流側から下流側に向かって、触媒体４、制御バルブ９、吸着体６、熱交換器７、および触媒体５が配置されている。そして、排気通路３は、迂回通路８が制御バルブ９から枝分かれしている。この迂回通路８は、熱交換器７と触媒体５との中間で再び排気通路３に合流する。
【００３９】
エンジン２は、排出される炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（ＮＯ）などの有害な物質を排出する。そこで、本実施形態の排ガス処理装置１は、エンジン２によって排出されたＨＣなどの有害物質を低減するために用いることができる。
【００４０】
触媒体４および触媒体５には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属が担持されている。これらの貴金属は、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯなどから二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）や窒素（Ｎ２）を生成する酸化反応または還元反応を触媒することができる。したがって、Ｐｔなどの貴金属による触媒反応が活性状態にあるときに、排ガスが触媒体４または触媒体５を通過すると、排ガスに含まれるＨＣなどの有害物質が触媒反応で二酸化炭素などに変わる。その結果として、排ガス中のＨＣなどの有害物質が低減することになる。
【００４１】
Ｐｔなどの貴金属は、高温になると触媒反応が活性状態になる性質を持つ。そのため、触媒４および触媒体５の温度を測定することにより、触媒体４および触媒体５による触媒反応が活性状態にあるのか否かを判断することができる。
【００４２】
吸着体６には、ゼオライトが吸着材として担持されている。ゼオライトは、約８０℃より低温の時にはＨＣを吸着する傾向があり、約８０℃より高温では吸着していたＨＣを脱離しはじめる傾向がある。
【００４３】
熱交換器７は、排ガスと他の流体とを壁を隔てて流すことにより、排ガスと流体との間で熱の受け渡しをさせることができる。排ガスと熱交換を行う相手側の流体をエンジンの冷却水にした場合には、エンジンを早く暖機させて燃費を向上さることができる。ＨＣは暖機前のエンジンから多量に排出される。ここで排ガスと熱交換を行う相手側の流体をエンジンの冷却水にしてエンジンの暖機を早めることにより、ＨＣの発生を抑制することができる（エンジン２から排出されるＨＣ量を少なくすることができる）。そしてエンジン２から排出するＨＣ量を少なくすることにより、吸着材の使用量を少なくできる。また、吸着材を少なくできるため、吸着体６を小型化することも可能になる。
【００４４】
本実施形態では、制御バルブ９は、排ガスの迂回通路への流入を制御する。制御バルブ９に到達した排ガスをそのまま排気通路に流れるようにするか、あるいは、排気通路に流さずに迂回通路に流れるようにするかを切り替える。前者の場合には、排ガスが吸着体６および熱交換器７を通過することになり、後者の場合には、排ガスが吸着体６および熱交換器７を通過しないことになる。
【００４５】
次に、本実施形態における排ガスの流れをエンジン２の運転状況に合わせて説明する。
【００４６】
まず、エンジン２の運転始動前は、触媒体４および触媒体５が低温になっているため、触媒体４や触媒体５の触媒反応が活性状態にない。また、吸着体６は、低温になっており、吸着体６に担持されたゼオライトがＨＣを吸着可能な状態になっている。エンジン２の運転始動前、制御バルブ９は、排ガスが排気通路をそのまま流れるように排ガスの流れを規制する。そして、エンジン２の運転を始動すると排ガスの排出が始まり、エンジン２から排出された排ガスは、触媒体４、制御バルブ９、吸着体６を通過する。排ガスが吸着体６を通過するとき、排ガス中のＨＣがゼオライトに吸着されていく。したがって、排ガスは、吸着体６を通過後、ＨＣ濃度が低くなっている。
【００４７】
排ガスは、吸着体６を通過すると、熱交換器７に到達する。熱交換器７は、排ガスと他の流体とを壁を隔てて流すことにより、排ガスと流体との間で熱の受け渡しをさせることができる。排ガスと熱交換を行う相手側の流体をエンジンの冷却水にした場合には、エンジンを早く暖機させて燃費を向上さることができる。また、ＨＣは暖機前のエンジンから多量に排出されるため、排ガスと熱交換を行う相手側の流体をエンジンの冷却水にしてエンジンの暖機を早めることにより、ＨＣの発生を抑制することができる（エンジン２から排出されるＨＣ量を少なくすることができる）。
【００４８】
続いて、エンジン２の運転を継続すると、まず、触媒体４が排ガスから熱を受けて高温になる。その結果として、触媒体４に担持された貴金属による触媒反応が活性状態になる。この触媒体４の触媒反応により、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯなどはＣＯ２やＨ２ＯやＮ２に変わる。したがって、排ガスは、触媒体４を通過後、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯなどの濃度が低くなっている。
【００４９】
このとき、制御バルブ９は、排ガスが迂回通路８に流れるようにしてそのまま排気通路３には流れないように排ガスの流れを規制する。これにより、排ガスを触媒体５に速やかに送ることが可能になる。そして、排ガスが触媒体５に速やかに送られることにより、排ガスが触媒体５に到達するまでに熱を失いににくくなり、排ガスの熱によって触媒体５の温度を速やかに高めることができる。その結果、触媒体５に担持された貴金属による触媒反応が活性状態になるのを早めることができる。
【００５０】
さらにエンジン２の運転を継続すると、触媒体４および触媒体５の触媒反応が共に活性状態になる。このとき、このとき、制御バルブ９は、排ガスがそのまま排気通路３には流れるようにかつ迂回通路８には流れないように、排ガスの流れを規制する。すると、吸着体６に担持されたゼオライトは、排ガスの熱を受けて温度が高まる。その結果、ゼオライトが吸着していたＨＣを脱離し始める。そして、ゼオライトから脱離したＨＣは、触媒体５を通過する際に触媒反応によりＣＯ２やＨ２Ｏに変わる。そのため、排ガス中のＨＣ濃度は、触媒体５を通過する直前に比べ、触媒体５を通過した後の方が低くなる。したがって、排ガス処理装置１は、ゼオライトから脱離したＨＣを低減させてから外部に排出することになる。
【００５１】
以上からわかるように、本実施形態の排ガス処理装置１は、エンジン２の運転状況にかかわらず、排ガスに含まれるＨＣなどの有害物質の濃度を低めてから排出することができる。
【００５２】
３．第二の実施形態：
図２は、本発明の排ガス処理装置の第二の実施形態を説明するための図である。図示されるように、本実施形態の排ガス処理装置１は、エンジン２に接続し、エンジン２から排出した排ガスを流すための排気通路３を備えている。この排気通路３には、排ガスの流れの上流側から下流側に向かって、触媒体４、制御バルブ９、熱交換器７、吸着体６、および触媒体５が配置されている。そして、排気通路３は、制御バルブ９から迂回通路８を枝分かれしている。この迂回通路８は、吸着体６と触媒体５との中間で再び排気通路３に合流する。
【００５３】
また、本実施形態では、触媒体４、触媒５、吸着体６、熱交換器７、および制御バルブ９については、上述の第一の実施形態と同じものを用いている。
【００５４】
次に、本実施形態における排ガスの流れをエンジン２の運転状況に合わせて説明する。
【００５５】
まず、エンジン２の運転始動前は、触媒体４および触媒体５が低温になっているため、触媒体４や触媒体５の触媒反応が活性状態にない。また、吸着体６は、低温になっており、吸着体６に担持されたゼオライトがＨＣを吸着可能な状態になっている。エンジン２の運転始動前、制御バルブ９は、排ガスが排気通路をそのまま流れるように排ガスの流れを規制した状態になっている。そして、エンジン２の運転を始動すると、排ガスは、エンジン２から排出され、続いて触媒体４、制御バルブ９を通過し、熱交換器７に到達する。
【００５６】
このとき、熱交換器７は、排ガスの温度を低めるように設定されている。そのため排ガスは、熱交換器７を通過後に温度が低くなる。すなわち、排ガスは温度を低められた状態で次の吸着体６に送られていく。
【００５７】
続いて、排ガスが吸着体６を通過するとき、排ガス中のＨＣがゼオライトに吸着する。特に熱交換器７によって排ガスの温度が低められていることにより、排ガス中のＨＣがゼオライトにより吸着しやすくなっている。そして、排ガスは、吸着体６を通過後にＨＣ濃度が非常に低くなっており、このまま排ガス処理装置１の外部に排出される。
【００５８】
なお、エンジン２の運転を継続し、触媒体４が高温となった時以降の制御バルブ動作や、触媒体４および触媒体５による触媒反応や、ゼオライトに吸着したＨＣの脱離については、上述した第一の実施形態と同様である。
【００５９】
４．第三の実施形態：
図３は、本発明の排ガス処理装置の第三の実施形態を説明するための図である。図示されるように、本実施形態の排ガス処理装置１は、エンジン２に接続し、エンジン２から排出した排ガスを流すための排気通路３を備えている。この排気通路３には、排ガスの流れの上流側から下流側に向かって、触媒体４、制御バルブ９、熱交換型吸着器１０、および触媒体５が配置されている。
【００６０】
本実施形態では、制御バルブ９が、上記した第二の実施形態と同様に、触媒体４および触媒５の触媒反応の活性状態に応じて動作する。
【００６１】
図４は、熱交換型吸着器１０の斜視図である。図示されるように、熱交換型吸着器１０は、ケーシング１１の内部にハニカム構造体２１が装着されている。
【００６２】
図５は、図４中のＡ−Ａ’断面図である。図６は、図５中のＢ−Ｂ’断面図である。また、図６は、図４中のＡ−Ａ’断面に直交する断面を示した図になる。図５，６を参照し述べると、ハニカム構造体２１では、円筒形状の外周壁２３の内部が隔壁３７によって格子状に区画されている。隔壁３７による格子状の区画によって、複数のセル２５が外周壁２３の内部に形成されている。これらのセル２５は、一方の端部２９ａから他方の端部２９ｂまで貫通している。一方の端部２９ａと他方の端部２９ｂとを結ぶ方向と交わる断面（例えば、図５に示す断面図）でハニカム構造体２１をみると、隔壁３７の両端は外周壁２３と接触している。そのため、熱は隔壁３７と外周壁２３との間を伝導することができる。そして外周壁２３および隔壁３７は、熱伝導を高めるためにＳｉＣを主成分とするセラミックスによって形成されている。
【００６３】
次に、図４を参照しつつ、排ガスの流れについて説明する。ハニカム構造体２１は、端部２９ａおよび端部２９ｂがケーシング１１の壁１９に開けた穴にはめ込まれた状態になっている。そして、ハニカム構造体２１の端部２９ａが管２０ａに接続し、端部２９ｂが管２０ｂに接続している。この結果、排ガスは、管２０ａを流れてくと、熱交換型吸着器１０の内部（詳しくはハニカム構造体２１のセル２５内）を通過し、管２０ｂ内へと流れていく。
【００６４】
隔壁３７の表面には、ゼオライト膜が設けられている。ゼオライト膜は、低温時にはセル２５内を流れる排ガス中のＨＣを吸着する傾向があり、高温時には吸着したＨＣを脱離してセル２５中に放出する傾向がある。
【００６５】
図４に示されるように、ケーシング１１には、排ガスとの熱の受け渡しを行うための流体をケーシング内に流入させる入口１３、および流体をケーシング１１内から排出する出口１５が設けられている。図５（図４中のＡ−Ａ’断面図）に示されるように、流体は、入口１３からケーシング１１内に流入すると、ハニカム構造体２１の外周壁２３の外周面２４と接触しながら流れ、出口１５からケーシング１１の外に排出される。
【００６６】
ここで、ゼオライト膜にＨＣを吸着させる場合には、低温の流体をケーシング１１内に流すとよい。流体の温度が低い場合、排ガスは、熱を流体に渡すことにより、温度が低くなる。
【００６７】
詳しく述べると、まず、外周壁２３の内側面と接触して流れる排ガス（例えばセル２５ａを流れる排ガス）は、熱を直接外周壁２３に伝える。また、外周壁２３と接触せずに流れる排ガス（例えばセル２５ｂを流れる排ガス）の熱は隔壁３７を介して外周壁２３に伝わる。次に、排ガスから外周壁２３に集められた熱は、外周壁２３の外周面２４と接触しながらケーシング１１内を流れる流体に渡される。こうして、排ガスの熱は、隔壁３７や外周壁２３を介在させることにより、流体へと渡されていく。その結果として、排ガスの温度は、セル２５内を流れるうちに低くなっていく。セル２５内を流れる排ガスの温度が低くなることにより、この排ガスと接触するゼオライト膜の温度も低くなる。そして、ゼオライト膜の温度が低くなることにより、ゼオライト膜は排ガス中のＨＣを吸着しやすくなる。また、熱交換型吸着器１０は、温度を低めた排ガスをそのまま直ちにゼオライト膜に接触させることにより、排ガス中のＨＣをゼオライト膜に吸着しやすくしている。これらの一連の現象の結果、排ガスは、ハニカム構造体２１のセル２５内から外部に排出されるとき、ＨＣ濃度が非常に低くなった状態になっている。
【００６８】
図７は、別の態様の熱交換型吸着器３０の斜視図である。排ガスは、管２０ａから熱交換型吸着器３０内を通り抜け、管２０ｂへと流れていく。そして、図示されるように、この熱交換型吸着器３０は、ケーシング１１の内部にハニカム構造体２１とハニカム構造体３１とが装着されている。ハニカム構造体２１，３１の内部は、図４に示した熱交換型吸着器１０に装着されているハニカム構造体２１と基本的に同じである。そして、ケーシング１１内においてハニカム構造体２１およびハニカム構造体３１は、互いの端面（端面２９ｂと端面３９ａ）を向き合わせた状態で並べられている。これにより、熱交換型吸着材３０の内部では、排ガスが、まずハニカム構造体２１の内部（外周壁２３に囲まれた筒の中）を通過し、続いてハニカム構造体３１の内部（外周壁３３の筒の中）を通過する。
【００６９】
図８は、図７中のＣ−Ｃ’断面図であり、排ガスが流れる方向に沿った断面によって熱交換型吸着器３０の内部構造を表している。熱交換型吸着器３０では、ハニカム構造体２１の外周壁２３の周りには流体が流れることが可能な空間がある。一方で、ハニカム構造体３１の外周壁３３の外周面３４はケーシング１１の壁１９に直接覆われている。そのため、流体がハニカム構造体３１の外周壁３３の周りを流れることができないようになっている。したがって、熱交換型吸着器３０では、排ガスがハニカム構造体２１のセル２５内を通過する時に限り、排ガスと流体との間で熱の受け渡しがなされる。すなわち、ハニカム構造体２１が排ガスの熱交換を担っており、排ガスはハニカム構造体２１のセル２５内を通過する時に冷却される。
【００７０】
また、熱交換型吸着器３０では、ゼオライト膜がハニカム構造体３１の隔壁３７にのみ設けられている。すわわち、ハニカム構造体３１が排ガスに含まれるＨＣの吸着を担っており、排ガスがハニカム構造体３１のセル３５内を通過する時に、排ガス中のＨＣがゼオライト膜に吸着することになる。
【００７１】
ＨＣをゼオライトに吸着させたい場合であれば、低温の流体をケーシング１１内に流すことにより、ハニカム構造体２１のセル２５内を通過する排ガスの温度を下げ、続くハニカム構造体３１のセル３５内に低温の排ガスが流れるようにするとよい。セル３５内を排ガスが低温の状態で流れることにより、排ガス中のＨＣがゼオライト膜に吸着しやすくなる。
【００７２】
ハニカム構造体２１とハニカム構造体３１とがそれぞれ別個のものであるため、ハニカム構造体２１とハニカム構造体３１との間ではセル密度や隔壁の厚さが異なっていてもよい。したがって、ハニカム構造体２１については、熱交換をするのに適したセル密度や隔壁厚さを採用すればよく、一方で、ハニカム構造体３１については、ＨＣを吸着するのに適したセル密度や隔壁厚さを採用すればよい。すなわち、熱交換に適した形態を採用したためにＨＣを吸着する性能が劣ってしまうことや、逆に、ＨＣを吸着するのに適した形態を採用したために熱交換をする性能が劣ってしまうことが生じにくくなる点において優れている。
【００７３】
熱交換型吸着器３０では、ハニカム構造体３１の隔壁３７の数が、ハニカム構造体２１の隔壁２７の数よりも多い。すなわち、隔壁３７の総面積が、隔壁２７の総面積と比べて大きくなっている。ゼオライト膜は隔壁３７の表面上に設けられているため、隔壁３７の面積を拡げることに伴って、ゼオライト膜の面積を拡げることが可能になる。そして、ゼオライト膜の面積を増やすことにより、排ガス中のＨＣがゼオライト膜に接触する頻度を増やすことがきる。その結果、ＨＣがゼオライト膜により吸着しやすい状態になる。図示しないが、逆に、ハニカム構造体３１の隔壁３７の数をハニカム構造体２１の隔壁２７の数より少なくすれば、吸着体による圧損が熱交換器に比較して小さくなり、全体の圧損を下げることができる。以上のように、熱交換型吸着器３０では、ハニカム構造体３１のみをＨＣの吸着に特化した形状にすることが可能になっている。
【００７４】
また、熱交換型吸着器３０では、熱交換と吸着の機能を発現する場所が分離されているため、熱交換体の隔壁の表面に吸着材を担持する構造（例えば図６に示す熱交換型吸着器１０の構造）に比べ、熱交換の性能が吸着材によって影響を受けないメリットがある。
【００７５】
熱交換型吸着器３０では、ハニカム構造体２１では伝熱性が要求されるのに対し、ハニカム構造体３１では吸着材を担持することが要求される。そこで使用する材料としては、ハニカム構造体２１にはＳｉＣ等の熱伝導率の高い材料を使用し、ハニカム構造体３１には吸着材を多く担持できるポーラスな材料（従って必然的に熱伝導率が低い材料）を使用することができる。
【００７６】
熱交換型吸着器３０によれば、ゼオライトのＨＣの吸着性能が劣化してきた場合には、ハニカム構造体３１のみを新しいものと交換するだけで、熱交換型吸着器３０の使用を継続すること可能になる。これにより、熱交換型吸着器３０を長期間使用することが可能になる。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７８】
本実施例の設計のため、吸着材に低温でＨＣを吸着させ、その後、吸着材を加熱してハイドロカーボンを脱着させる試験を行った。使用した吸着材は、ゼオライトをコージェレイト製ハニカムに担持した吸着材で、３０℃においてＨＣ濃度約２０００ｐｐｍ−Ｃ１の模擬排ガスを吸着させた。その後、ハニカムを２００℃で５分間加熱したところ、吸着していたハイドロカーボンのほぼ全量（９５％以上）を放出した。
【００７９】
上記の試験から、先ず第二の触媒手段が活性化する３００℃までは、熱交換手段によって第二の触媒手段を３０℃以下にすることにより、ＨＣが吸着手段に吸着することが判明した。次に第二の触媒手段が活性化した後は、熱交換手段の熱交換媒体の流量を絞るなどの操作を行うことにより、吸着手段の温度を２００℃以上にすることができることが判明した。そして吸着手段の温度を２００℃以上にすることにより、吸着手段に吸着していたＨＣを脱着して吸着手段を再生できることが判明した。また吸着手段が脱離したＨＣを第二の熱交換手段で浄化する設計とすればよいことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、内燃機関などから排出された排ガス中の特定の物質を低減する処理をすることができる排ガス処理装置として利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１：排ガス処理装置、２：エンジン、３：排気通路、４：触媒体、５：触媒体、６：吸着体、７：熱交換器、８：迂回通路、９：制御バルブ、１０：熱交換型吸着器、１１：ケーシング、１３：（流体の）入口、１５：（流体の）出口、１７：（流体の）流路、１９：壁、２０ａ，２０ｂ：管、２１：ハニカム構造体、２３：外周壁、２４：外周面、２５，２５ａ，２５ｂ：セル、２７：隔壁、２９ａ，２９ｂ：端部、３０：熱交換型吸着器、３１：ハニカム構造体、３３：外周壁、３５：セル、３７：（吸着材を担持した）隔壁、３９ａ，３９ｂ：端部。
【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】
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【図７】
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【図８】
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