(57)【要約】【課題】水蒸気を含む排気ガス中の有害成分を、触媒活性の低下を招くことなく効率良く浄化することができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  エンジン１の排気ガス流路２に、対向流型の熱交換器３が配置され、熱交換器３は高温側流路３ａと低温側流路３ｂとが隔壁３ｃにより隔てられ、高温側流路３ａと低温側流路３ｂとで熱交換し、高温側流路３ａを通過する流体は冷却され、低温側流路３ｂを通過する流体は再加熱される。また、エンジン１の排気ガス流路２に、凝縮水除去器４と、この凝縮水除去器４の下流側にＮＯｘ選択還元触媒である銀アルミナ触媒８とが配置され、凝縮水除去器４の上流側と熱交換器３の高温側流路３ａとが流通し、凝縮水除去器４の下流側と触媒８の上流側とが熱交換器３の低温側流路３ｂを介して流通する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガス流路に設けられた凝縮水除去器、上記排気ガス流路における上記凝縮水除去器の下流側に設けられた触媒、並びに上記排気ガス流路における上記凝縮水除去器の上流側に設けられた高温側流路と、上記排気ガス流路における上記凝縮水除去器の下流側でかつ上記触媒の上流側に設けられた低温側流路とが隔壁により隔てられた熱交換器を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
触媒が、ＮＯｘ選択還元触媒であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
ＮＯｘ選択還元触媒が銀アルミナ触媒またはゼオライト系触媒であることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
排気ガス流路におけるＮＯｘ選択還元触媒の下流側に酸化触媒を設けたことを特徴とする請求項２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】
本発明は、内燃機関等から排出される燃焼排気ガス中の有害成分を清浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガスには多くの酸素が含まれ、この排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元して浄化する選択還元触媒として例えば銅イオン交換ゼオライト触媒が用いられる。この触媒はわずかな水分によって還元浄化能力が低下するために、上流側に水分除去装置を備えた、エンジン排気ガス中のＮＯｘを低減させる装置があり、水分除去装置の水分除去剤として塩化カルシウムを用いている。このＮＯｘ低減装置において、排気ガスの水分を除去した後に触媒を通すので効率良く排気ガス中のＮＯｘをＮ２に転化することができる（例えば、特許文献１参照）。
また、燃焼機関からの排気ガス導入管に、排気ガス中の水蒸気を冷却・凝縮して水滴とする冷却手段と水滴を排気ガスから分離する分離手段とを備えた煤除去部を備えた煤、窒素酸化物、ＨＣ除去および騒音低減装置がある。煤除去部において、排気ガス導入管を外側から冷却して排気ガス導入管の中を通る排気ガスを冷却し、排気ガス中の水蒸気を凝縮して水滴とし、この水滴は煤とともに受水槽に集収され排気ガスから分離される（例えば、特許文献２参照）。
また、内燃機関の排気ガスが通過する排気流路に熱交換器と吸着材とが配置され、さらに吸着材の下流側に触媒が配置され、熱交換器が吸着材の上流側と、吸着材の下流側であってかつ触媒の上流側との間で熱交換できるようにした排気ガス浄化装置がある。この排気ガス浄化装置において、エンジンの始動直後には、エンジンから排出された有害成分を含有する排気ガスは熱交換器を通過して低温となって流出し、有害成分が吸着材により吸着されやすくなる。吸着材により有害成分が除去された排気ガスは、熱交換器により高温となって触媒に導入され、触媒を早期に活性温度まで昇温する。これによりエンジンの始動直後における排気ガスの温度上昇時に、触媒が排気ガス中の有害成分を浄化できる活性温度に達するまで、吸着材で有害成分を一旦吸着することができ、エンジンの始動時に有害成分が大気に放出することを防止できる（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１０２９５２号公報（第１頁）
【特許文献２】特開平８−０９３４４３号公報（第１頁）
【特許文献３】特開平２００１−２９５６４３号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のＮＯｘ低減装置においては、水分除去剤に水分を吸着する吸着材を用いているので、吸着した水分を放出させる再生動作が必要であり、連続的に水分を除去することができないという課題があった。
特許文献２の、煤、ＮＯｘ、ＨＣ除去および騒音低減装置における煤除去部においては、排気ガスを冷却し、水蒸気を凝縮させて水分除去するので、排気ガスが１００℃以下に低下し、触媒の活性温度に到達することができず、ヒータなどによるエネルギーを付与することなしには、触媒でＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを浄化処理できないという課題があった。
特許文献３の排気ガス浄化装置においては、エンジン始動時には、熱交換器で冷却されて出てきた排気ガス中の水蒸気も吸着材により一時的に吸着除去することが可能である。しかし、排気ガス浄化装置の吸着材は、エンジンの始動直後における排気ガスの温度上昇時に、触媒が排気ガス中の有害成分を浄化できる活性温度に達するまで、有害成分を一旦吸着するためのもので、エンジン始動後時間経過に伴い吸着材は熱交換器とほぼ同じ温度となり、水分も吸着しなくなるという課題があった。また、特許文献３の排気ガス浄化装置においては、触媒が排気ガス中の有害成分を浄化できる活性温度に到達すれば、吸着材は不要となるものであるので、熱交換器と触媒の間に、排気ガスを冷却する機能を持たせる必然性はない。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、水蒸気を含む排気ガス中の有害成分を、触媒活性の低下を招くことなく効率良く浄化することができる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】
本発明に係る排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ガス流路に設けられた凝縮水除去器、上記排気ガス流路における上記凝縮水除去器の下流側に設けられた触媒、並びに上記排気ガス流路における上記凝縮水除去器の上流側に設けられた高温側流路と、上記排気ガス流路における上記凝縮水除去器の下流側でかつ上記触媒の上流側に設けられ低温側流路とが隔壁により隔てられた熱交換器を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
熱交換器によりエンジンの排気ガスが低温化され、低温化された排気ガス中の水蒸気は凝縮水除去器により冷却され凝縮されて除去される。その後、水分が除去された排気ガスが、熱交換器により再加熱されて昇温し触媒の活性温度にまで到達して触媒に導かれる。これにより、長期間、安定して排気ガス中の有害成分を浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
自動車エンジンから排出される排気ガス中には、有害成分として窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）が含まれ、ガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガス中には酸素が多く含まれ、ＮＯｘの浄化が特に問題となる。ガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元し浄化する触媒（ＮＯｘ選択還元触媒）は、触媒上で、排気ガス中に存在する一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を還元剤としてＮＯｘを還元し浄化する際、わずかな水分の存在により結晶構造の変化をきたし窒素酸化物の除去性能が低下する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置の構成図である。図２は図１において、排気ガス浄化装置内の各地点における排気ガスの温度を示す、排気ガス浄化装置内における排気ガスの温度履歴を示す模式図であり、縦軸は温度、横軸は排気ガス浄化装置内の各地点を示す。
図１に示すように、本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置は、エンジン１の排気ガス流路２に、対向流型の熱交換器３が配置され、熱交換器３は高温側流路３ａと低温側流路３ｂとが隔壁３ｃにより隔てられ、高温側流路３ａと低温側流路３ｂとで熱交換し、高温側流路３ａを通過する流体は冷却され、低温側流路３ｂを通過する流体は再加熱される。
さらに、エンジン１の排気ガス流路２に、凝縮水除去器４と、この凝縮水除去器４の下流側に触媒８とが配置され、凝縮水除去器４の上流側と熱交換器３の高温側流路３ａとが流通し、凝縮水除去器４の下流側と触媒８の上流側とが熱交換器３の低温側流路３ｂを介して流通する。なお、本実施の形態においては、触媒８として、ＮＯｘ選択還元触媒である銀アルミナ触媒を用いる。
凝縮水除去器４は排気ガス流路２を外側からファン５等により空冷して１００℃以下に冷却して排気ガス中の水蒸気を凝縮して分離し、凝縮水７をドレイン管６から排出して除去する。
【００１０】
図１、図２に示されるように、エンジン１から排出された約５００℃の排気ガスは、排気ガス流路２を通って熱交換器３の高温側流路３ａに導かれ、熱交換器３の高温側流路３ａの入口３ｄから出口３ｅまでの間に、凝縮水除去器４により低温になった排気ガスと隔壁３ｃを介して熱交換して１５０℃程度まで冷却される。この冷却された排気ガスは凝縮水除去器４に導かれ、冷却されて排気ガス中の水蒸気は凝縮され除去される。水分が除去された排気ガスは、熱交換器３の低温側流路３ｂに導かれ、低温側流路３ｂの入口３ｆから出口３ｇまでの間に、熱交換器３の高温側流路３ａの排気ガスと熱交換し、約４００℃まで再加熱される。水分が除去され、かつ再加熱された排気ガスは、ＮＯｘ選択還元触媒８に導入され、排気ガス中のＮＯｘは選択的に還元され浄化される。
【００１１】
表１は、本実施の形態において、ＮＯｘ選択還元触媒８として銀アルミナ触媒を用いた場合に、排気ガス中の水蒸気濃度とＮＯｘ還元浄化効率の関係を示す。一般的にエンジン排気ガスには１０数％以上の水蒸気が含まれる。表１に示すように、本実施の形態において、水蒸気濃度は１４％から４％に低下し、これによりＮＯｘ還元浄化効率は２０％も高く、７０％の高効率でＮＯｘを浄化できる。なお、ＮＯｘ還元浄化効率は下式で表される値である。
ＮＯｘ還元浄化効率＝(触媒入口ＮＯｘ濃度−触媒出口ＮＯｘ濃度)／触媒入口ＮＯｘ濃度
【００１２】
【表１】
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【００１３】
図３は、本実施の形態に係る銀アルミナ触媒８の温度とＮＯｘ還元浄化効率との関係を示す特性図である。
図３に示すように、銀アルミナ触媒８の温度とＮＯｘ還元浄化効率との関係においては、ＮＯｘ還元浄化効率が最も高くなる触媒温度が存在し、銀アルミナ触媒では約４００℃で最も高いＮＯｘ還元浄化効率が得られる。
【００１４】
以上のことから、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、多量の水分を含んだエンジン排気ガスから水分を除去し、さらに、最も高いＮＯｘ還元浄化率が得られる温度にＮＯｘ選択還元触媒である銀アルミナ触媒を保つことができるため、効率よく排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元して浄化することができるので、ガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガスの浄化にも好適に用いられる。
【００１５】
また、本実施の形態では、ＮＯｘ選択還元触媒８に銀アルミナ触媒を用いた場合を示したが、ＮＯｘ選択還元触媒としてゼオライト系触媒を使用しても同様の効果を得ることができる。さらに、触媒８として、ＮＯｘ選択還元触媒だけでなく、水分の存在により触媒能力が低下する他の触媒に適用しても、触媒能力の低下が防止される。
また、本実施の形態では、凝縮水除去器４は冷却を空冷により行ったが、水冷によっても行うことができる。
また、本実施の形態では熱交換器３として対向流型の熱交換器を用いた場合を示したが、デシカント空調や除湿などで用いられるような回転式のユングストローム型の熱交換器を用いても同様の効果を得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明の実施の形態１において、ＮＯｘ選択還元触媒８の下流側にＣＯとＨＣを浄化する酸化触媒を設置しても良い。この場合、ＮＯｘ選択還元触媒８からの排気ガスの温度は約４００℃と高温であるため、一般的な酸化触媒を高活性な状態で使用でき、十分な浄化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置内における排気ガスの温度履歴を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るＮＯｘ選択還元触媒の温度とＮＯｘ還元浄化効率との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  エンジン、２  排気ガス流路、３  熱交換器、３ａ  高温側流路、３ｂ  低温側流路、３ｃ  隔壁、４  凝縮水除去器、８  触媒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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