(57)【要約】【課題】排気ガス中の有害成分を、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のからの排気ガスが通過する第１の排気ガス流路３１に熱交換器５が配置され、熱交換器５は高温側流路５ａと低温側流路５ｂとが隔壁５ｃにより隔てられ、高温側流路５ａと低温側流路５ｂとで熱交換し、高温側流路５ａを通過する流体は冷却され、低温側流路５ｂを通過する流体は再加熱される。また、第１の排気ガス流路３１に、第１の反応部としてプラズマ処理部４を設け、プラズマ処理部４の下流側に、第１の反応部での反応に基づきこれに続く次段の反応が生じる第２の反応部としてＮＯｘを浄化する触媒を含有する第１の触媒部６が配置され、プラズマ処理部４の上流側と熱交換器５の高温側流路５ａとが流通し、プラズマ処理部４の下流側と第１の触媒部６の上流側とが熱交換器５の低温側流路５ｂを介して流通するように接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガスが通過する第１の排気ガス流路に設けられ、上記排気ガスが反応する第１の反応部、上記第１の排気ガス流路における上記第１の反応部の上流側に設けられた高温側流路と上記第１の排気ガス流路における上記第１の反応部の下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、並びに上記第１の排気ガス流路における上記低温側流路の下流側に設けられ、上記第１の反応部における反応に基づく次段の反応が生じる第２の反応部を備え、上記第１の反応部の温度が上記第２の反応部の温度より低いことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
熱交換器の高温側流路の上流側で第１の排気ガス流路から分岐し、第１の反応部に直結された第２の排気ガス流路と、上記第１、第２の排気ガス流路の分岐部に設けられた流量切り替え装置とを備えた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】
第１の反応部がプラズマ処理部、第２の反応部がＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を含有する第１の触媒部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
第１の反応部が炭化水素を転化する炭化水素改質触媒を含有する第２の触媒部、第２の反応部がＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を含有する第１の触媒部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
第１の反応部の上流側に、炭化水素を供給する炭化水素供給手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか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】
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）が含まれている。エンジンの排気流路に、これらの有害ガスを触媒作用によって浄化する触媒式浄化装置を組み入れ、この触媒式浄化装置の上流側にプラズマ処理装置を接続した自動車用排ガス処理装置がある。この自動車用排ガス処理装置のプラズマ処理装置において、ＮＯｘの一部はＮ2とＯ2とに分離し、ＣＯ、炭化水素の一部は酸素と反応してＣＯ2、Ｈ2Ｏとなって無害化される。プラズマ処理装置において無害化されなかった有害成分は、プラズマ処理装置の下流側に接続された触媒式浄化装置に流れ込む。有害成分はプラズマから大きなエネルギーを与えられた励起状態で、触媒式浄化装置に流れ込み、そのエネルギーによって触媒が活性化され、酸化または還元が促進されて排ガスの浄化処理の効率が良くなる（例えば、特許文献１参照）。
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、熱交換器により再加熱されて触媒に導入され、触媒を効率良く昇温して早期に活性温度に到達させる。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する（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３５６２１号公報（第１頁）
【特許文献２】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の自動車用排ガス処理装置においては、プラズマ処理装置で無害化されなかった有害成分を、プラズマから大きなエネルギーを与えられた励起状態で触媒式浄化装置に流れ込ませるため、プラズマ処理装置を触媒式浄化装置の上流側に設ける必要がある。しかし、エンジンからの排気ガスの温度は外部への熱放出などの影響で排気ガスの流れる方向にしたがって低下し、下流側の触媒式浄化装置は上流側のプラズマ処理装置より温度が低くなる。そのため触媒式浄化装置を、効率良く浄化処理を行うことのできる高い温度で使用することが困難で高い浄化率が得られないという課題があった。
特許文献２の排気ガス浄化装置においては、吸着材は飽和するまでが使用可能な期間であり、また脱離温度以上になると吸着能力がなくなる。そのため、吸着材はエンジン始動後の一定時間だけしか作用せず、定常運転時には触媒だけで排気ガス中の有害成分を浄化するため有害成分の浄化が十分ではないという課題があった。
【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、排気ガス中の有害成分を、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、エンジンから排出される排気ガスが通過する第１の排気ガス流路に設けられ、上記排気ガスが反応する第１の反応部、上記第１の排気ガス流路における上記第１の反応部の上流側に設けられた高温側流路と、上記第１の排気ガス流路における上記第１の反応部の下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、並びに上記第１の排気ガス流路における上記低温側流路の下流側に設けられ、上記第１の反応部における反応に基づく次段の反応が生じる第２の反応部を備え、上記第１の反応部の温度が上記第２の反応部の温度より低いものである。
【発明の効果】
【０００７】
排気ガス流路において、エンジンから排出される排気ガスは、第１の反応部を通過した後で第２の反応部に導入され、第１の反応部において次段の第２の反応部の役割の一部を行うことができるため排気ガスの浄化機能が向上する。
また、熱交換器によりエンジンから排出される排気ガスが低温化されて第１の反応部に導入され、その後熱交換器により再加熱されて昇温されて第２の反応部に導入される。そのため、排気流路において上流側の第１の反応部より下流側の第２の反応部を流通する排気ガスを高温にすることができ、容易に第１の反応部および第２の反応部の反応性を効率良く発現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の排気ガス処理装置の概念図であり、エンジン１に接続された状態を示す。
図１に示すように、エンジン１の内部には、シリンダー（図示せず）が数本備えられており、シリンダー内部で燃焼した排気ガスは、複数本の排気マニホールド２から一本の排気管の第１の排気ガス流路３１に導入される。
第１の排気ガス流路３１に第１の反応部としてプラズマ処理部４が設けられ、プラズマ処理部４の下流側に、第１の反応部での反応に基づきこれに続く次段の反応が生じる第２の反応部としてＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を含有する第１の触媒部６が配置され、さらに熱交換器５が、その高温側流路５ａがプラズマ処理部４の上流側に、低温側流路５ｂがプラズマ処理部４の下流側でかつ第１の触媒部６の上流側になるように設けられている。本実施の形態の排気ガス処理装置において、エンジン１から排出された排気ガスが高温側流路５ａに流れ込み、プラズマ処理部４を通過した後低温側流路５ｂに流れ込み、熱交換器５において、高温側流路５ａと低温側流路５ｂとを隔てる隔壁５ｃを介して熱交換し、高温側流路５ａを通過する排気ガスは冷却されてプラズマ処理部４に導入され、プラズマ処理部４を通過した後低温側流路５ｂで再加熱されて第１の触媒部６へ導入される。
【０００９】
本実施の形態に係るプラズマ処理部４は放電電極を備え、この放電電極の間を排気ガスが通過する構造であり、プラズマ制御装置７と高電圧電源８とが接続されている。プラズマ制御装置７は、モニタしたプラズマの生成状況の情報、エンジン１の回転数や排気ガス温度などの情報に基づいて、高電圧電源８等を制御して、プラズマ処理部４の動作を制御することで最終的にはプラズマ生成量を制御する。
なお、本実施の形態において、プラズマ処理部４は排気ガス中の有害成分が浄化されるための前段反応を担う第１の反応部として設けられており、プラズマ処理部４においてなされる反応である転化処理とは、排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部を、アルデヒド類、アルコール類もしくは不飽和炭化水素などの反応性の高い炭化水素に、またはＮＯをＮＯ２へ転化させることを意味する。
つまり、排気ガスが放電電極の間を通過すると放電プラズマが生じ、まず排気ガス中の酸素分子や水分子に次式に示すように解離が生じる。なお、式中＊は原子または分子が励起状態であることを示す。
Ｏ２→２Ｏ＊
Ｈ２Ｏ→Ｈ＊＋ＯＨ＊
Ｏ＊とＯＨ＊は下記反応式に示すように、有害ガスであるＨＣやＮＯと反応して、最終的にホルムアルデヒド、アセトアルデヒドまたはＮＯ２などを生じる。
ＨＣ＋Ｏ＊（またはＯＨ＊）→アルデヒドなど
ＮＯ＋Ｏ＊→ＮＯ２
【００１０】
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。
それに対して、本実施の形態に係るプラズマ処理部４において、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理することにより、上式に示す放電化学反応によりアルデヒドやＮＯ２を生成することで、排気ガス中の有害ガスを反応性の高い還元性ガスや酸化性ガスにすることができ、排気ガスの浄化機能が向上し、特にガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジン等、排気ガス中に酸素が多く含まれるエンジンの排気ガスの浄化に効果的である。
【００１１】
図２は、本実施の形態の排気ガス浄化装置に係るプラズマ処理部４のプラズマ電極温度によるＮＯ２への転化率の変化を示す特性図で、ＮＯ２への転化率は下式で表される値である。
ＮＯ２転化率＝プラズマ処理部出口ＮＯ２濃度／プラズマ処理部入口ＮＯｘ濃度
図２に示すように、プラズマ処理部４のプラズマ電極温度が３５０℃程度であると、プラズマ処理によりＮＯ２への転化が最も効率よく施され、プラズマ処理に最適温度が存在することがわかる。
【００１２】
本実施の形態に係る第１の触媒部６に用いるＮＯｘ浄化触媒としては、蜂の巣状のハニカムセラミック基材に触媒が担持されたもので、例えばセラミック基材にアルデヒドとＮＯ２の清浄化反応に有効とされているアルミナに担持した銀触媒やゼオライト系触媒等がある。
本実施の形態に係る第１の触媒部６に、プラズマ処理部４での放電化学反応により得られたアルデヒド類またはＮＯ２含む排気ガスが導入され、さらに清浄化処理が施される。なお、第１の触媒部６における清浄化処理とは、プラズマ処理部４における反応に基づく次段の反応であり、排気ガスに含まれるアルデヒド類やＮＯ２をＮ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏへ転化することである。
図３は、本実施の形態の排気ガス浄化装置に係る第１の触媒部６における触媒温度とＮＯｘの浄化率との関係を示す特性図で、ＮＯｘ浄化率は下式で表される値である。
ＮＯｘ浄化率=(触媒部入口ＮＯｘ濃度−触媒部出口ＮＯｘ濃度)/触媒部入口ＮＯｘ濃度
図３に示すように、第１の触媒部６の触媒温度が４２０℃程度であると、触媒によるＮＯｘの浄化率が最も高く、ＮＯｘの浄化に最適温度が存在することがわかる。
【００１３】
上記のように、本実施の形態の排気ガス流路において、プラズマ処理部４を第１の触媒部６の上流側に設けることにより浄化率が上昇することを見出した。さらに、上流側のプラズマ処理部４の最適温度（３５０℃）より、下流側の第１の触媒部６の最適温度（４２０℃）の方が高いことを見出した。
そこで、本実施の形態においては、熱交換器５によりエンジン１から排出される排気ガスを低温化してプラズマ処理部４に導入し、その後熱交換器５により再加熱して第１の触媒部６に導入することにより、プラズマ処理部４と第１の触媒部６の温度を最適化することができ排気ガスの高い浄化率を実現した。
【００１４】
つまり、本実施の形態においては、プラズマ放電処理部４においてアルデヒドやＮＯ２を生成することで、次段の第１の触媒部６の役割の一部を行うため、排気ガスの浄化機能が向上する。このように、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理して、排気ガス中の有害ガスを反応性の高い還元性ガス及び酸化性ガスに改質し、その後第１の触媒部６を通過させることで、排気ガスを効率的に清浄化する。
また、エンジン１から排出された排気ガスは熱交換器５の高温側流路５ａへ導入され、この高温の排気ガスにより、プラズマ処理部４を通過し熱交換器５の低温側流路５ｂへ導入された排気ガスは、隔壁５ｃを介して昇温され、第１の触媒部６に最適な温度となって第１の触媒部６へ導入される。一方、エンジン１から排出され、熱交換器５の高温側流路５ａへ導入された排気ガスは、熱交換器５の低温側流路５ｂを通過する排気ガスとの熱交換により温度が下げられ、プラズマ処理部４に最適な温度となってプラズマ処理部４へ導入される。このようにして、プラズマ処理部４と第１の触媒部６の各々にとっての最適温度を実現できるので、プラズマ処理部４と第１の触媒部６の機能を効率的に発現させることができ排気ガスの浄化率が向上する。
以下、具体的に説明する。
【００１５】
図４は、本実施の形態に係るプラズマ処理部４の一部破断斜視図である。
プラズマ処理部４は、図４において内部を左から右へ排気ガスを通過させることができる外管４１を備えている。この外管４１の両端部にはフランジ４８が設けられ、フランジ４８により排気ガス流路に接続して排気ガス浄化装置に組み込むことができる。この外管４１の材質は、絶縁物であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。
外管４１の内部には、メッシュ４３で固定された高電圧電極４２が外管４１と同軸上に設けられている。高電圧電極４２には、電圧を供給するために、高電圧電極端子４２ａと給電端子４２ｂとが高電圧ケーブル４６によって接続されている。この給電端子４２ｂは、プラズマ制御装置７とケーブル（図示せず）で接続されている。外管４１には、固定ネジ４７を締め付けることで、接地電極４４が外管４１と面接触して取り付けられている。また、この固定ネジ４７を締め付けることで、プラズマ制御装置７と接続するためのケーブル（図示せず）も取り付けられている。
なお、メッシュ４３の材質は絶縁体であればよく、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。また、高電圧電極４２及び接地電極４４の材質は導電体であればよく、例えばステンレスを用いることができる。
【００１６】
このように構成されたプラズマ処理部４では、高電圧電極４２と接地電極４４との間に交流高電圧またはパルス状高電圧を印加することで、高電圧電極４２と外管４１との間の空間に無声放電が発生する。無声放電が生じる空間のガス流方向の長さは、接地電極４４の排気ガス流方向の長さと同じである。つまり、接地電極４４で囲まれた空間内に無声放電が生じる。このプラズマ処理部４に導入された排気ガスは、メッシュ４３を通り無声放電空間内を通過する。排気ガスは、この通過過程で放電プラズマによって上記のように化学反応する。
【００１７】
図５は、本実施の形態に係る熱交換器５の構成図である。第１の配管５１の外壁の一部を熱交換容器５３で包囲し、熱交換容器５３の壁面に２つの孔を設け、各孔に第２の配管５２が嵌設され、一方の第２の配管５２により熱交換容器５３に排気ガスを導入し、他方の第２の配管５２により熱交換容器５３から排気ガスを排出する。第１、第２の配管の両端には、熱交換器５を本実施の形態における排気ガス浄化装置の排気ガス流路に組み込むためのフランジ５４が設けられている。
なお、本実施の形態においては、熱交換器５を第１の排気ガス流路３１に、第２の配管５２の上流側をエンジン１側に下流側をプラズマ処理部４側に、第１の配管５１の上流側をプラズマ処理部４側に下流側を第１の触媒部６側になるように組み込んでいる。このように組み込まれた場合、熱交換器５において、プラズマ処理部４から出た排気ガスが流れる熱交換器５３内の第１の配管５１の内部が低温側流路５ｂとなり、エンジン１からの排気ガスが流れる、熱交換容器５３内の第１の配管５１以外の領域が高温側流路５ａとなり、第１の配管５１の管壁が隔壁５ｃとなって、高温側流路５ａと低温側流路５ｂとで熱交換し、高温側流路５ａを通過する流体は冷却され、低温側流路５ｂを通過する流体は再加熱される。
つまり、エンジン１からの排気ガスは高温側流路５ａに導入され、高温側流路５ａを流れる間に熱交換をするため、高温側流路５ａの出口温度は熱交換を行った熱量の分だけ低下し、プラズマ処理装置４へ最適温度で供給され、プラズマ処理部４から出た排気ガスは、熱交換容器５３内の第１の配管５１内を流れる間に第１の配管５１の管壁が隔壁５ｃに接触して熱交換して温度が上昇し、第１の触媒部６へ最適温度で供給されることが可能となる。
【００１８】
なお、本実施の形態の排気ガス浄化装置は実用的には以下のように適宜設計することにより用いられる。
つまり、排気マニホールド２によってまとめられた排気ガスは、第１の排気ガス流路３１を介して熱交換器５に導入され、排気ガスが流れる際に外部への放熱で温度が低下する。第１の排気ガス流路３１の長さで外部への放熱量が異なるため、第１の排気ガス流路３１の長さを、熱交換器５の入口の温度が予め決められた温度になるように設定する。
また、熱交換器５を出た排気ガスの温度をプラズマ処理部４の最適温度となっているのが好ましいが、最適温度に比較して高温となっている場合は熱交換器５とプラズマ処理部４の間隔を長くして排気ガスを外部への放熱により冷却して最適温度としてプラズマ処理部４へ供給する。
また、熱交換器５から出た排気ガスの温度はプラズマ処理部４の最適温度を下回らないように熱交換器５の熱交換量を設計し、プラズマ処理部４から出たガスの温度が下がることを防止するために、熱交換器５までの流路を短くしたり、断熱材を設置する。
【００１９】
図６は、本実施の形態に係る別の熱交換器の構成図で、熱交換フィン５５を第１の配管５１の外壁に溶接し、排気ガスとの接触面積を増加させる構造としたもので、熱交換容器５３の内部での熱交換効率を上げることができ、熱交換量も図５の構造より増加する。
【００２０】
図７は、本実施の形態に係る別の熱交換器である二重管型熱交換器の構成図で、エンジン１からの排気ガスが流れる外側の外部流路６１の内部にプラズマ処理部４から出た排気ガスが流れる内部流路６２が設置されている。
図７に示すように、エンジン１からの排気ガスをまず入口６３から高温側流路である外部流路である内部流路６１に導入して出口６４から取り出す。プラズマ処理部４から出た排気ガスは入口６５から内部流路６２を通って出口６６から出てくる。排気ガスは外部流路６１と内部流路６２を流れる間に熱交換をするため、出口６４から出た排気ガスは温度が下がり、プラズマ処理部４の最適温度となり、出口６６から出たガスは熱交換を行うことで温度が上昇しているため、第１の触媒部６の最適温度となることが可能となる。
【００２１】
図８は、本実施の形態に係る別の熱交換器である多管型熱交換器の構成図で、エンジン１からの排気ガスが流れる高温側流路である外部流路７１の内をプラズマ処理部４から出た排気ガスが流れる低温側流路である内部流路７２が多数設置されている。
図８に示すように、エンジン１からの排気ガスをまず入口７３から外部流路７１に導入して出口７４から取り出す。プラズマ処理部４から出た排気ガスは入口７５から多数設置された内部流路７２を通って出口７６から出てくる。排気ガスは外部流路７１と内部流路７２を流れる間に熱交換をする。この場合には、低温側流路である内部流路７２を多数設置して排気ガスの接触する表面積を図７に示した熱交換器より大きくしているため、熱交換量も図７に示した熱交換器より増加する。
【００２２】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン１に接続された状態を示す。
図９に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置は、実施の形態１の排気ガス処理装置において、エンジン１からの排気ガスが主に流れる主流路である第１の排気ガス流路３１から第２の排気ガス流路３２が、熱交換器５の高温側流路５ａの上流側で分岐してプラズマ処理部４に直結され、第１、第２の排気ガス流路の分岐部に流量切り替え装置３０が設けられているものである。
第１の排気ガス流路３１は排気ガスを、熱交換器５を経由してプラズマ処理部４へ導入する流路であり、第２の排気ガス流路３２は熱交換器５を通過させないで排気ガスを直接プラズマ処理部４に導入する流路である。流量切り替え装置３０は第１の排気ガス流路３１から熱交換器５の高温側流路５ａに流す排気ガスと、熱交換器５を通過させないで直接プラズマ処理装置４に流す排気ガスの流量割合を調整するもので、流量割合は、流量切り替え装置３０に接続された流量制御装置３３により制御される。
【００２３】
実施の形態１で説明したように、プラズマ処理部４は３５０℃程度が最適温度であり、第１の触媒部６におけるＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒は４２０℃程度が最適温度である。例えばエンジン１の高回転数条件でプラズマ処理部４が３５０℃、第１の触媒部６が４２０℃になるように熱交換器５の大きさや排気ガス流路の長さ等を設定した場合、エンジン１の回転数が低下すると排気ガスの流量が減少し、排気ガス温度も低くなる。そのため、エンジン１の高回転数条件を基に設定された状態の排気ガス浄化装置では、プラズマ処理部４と第１の触媒部６の温度は当初意図した温度より低くなる。
【００２４】
それに対して、本実施の形態の排気ガス浄化装置は、流量制御装置３３を備えているので、エンジン１の条件に応じて、流量制御装置３３により流量切り替え装置３０を制御して、第１の排気ガス流路３１により熱交換器５に流す排気ガスと、第２の排気ガス流路３２により熱交換器５を通過させないで低温化されていない排気ガスの流量割合を変更することができる。それにより、エンジン１の回転数が低下した場合には、排気ガスの一部を、熱交換器５を通過せずに第２の排気ガス流路３２を経由してプラズマ処理部４へ直接導入し、熱交換器５を通過した排気ガスと混合させることで、プラズマ処理部４へ流入する排気ガスの温度を高くして最適温度になるように調節することができる。
【００２５】
流量切り替え装置３０は、第１の排気ガス流路３１と第２の排気ガス流路３２にバルブを設置し、各々の開口面積を変える装置で実現できる。また、第２の排気ガス流路３２のみに開閉バルブを設置し、このバルブの開度を可変することでも、第１の排気ガス流路３１と第２の排気ガス流路３２の開口面積の比率が変わるため、両者の排気ガス流量を変えることができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、流量切り替え装置３０と流量制御装置３３とを設置し、熱交換器５に流す排気ガスと熱交換器５を通過させない排気ガスの流量割合とをエンジン１の条件に応じて変更することができるため、プラズマ処理部４と第１の触媒部６の温度を最適温度に保つことができ、排気ガスの浄化率を容易に向上することができる。
【００２７】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン１に接続された状態を示す。
本実施の形態では、実施の形態１において、第１の反応部として用いたプラズマ処理部４の代わりに、触媒の作用により排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部をアルデヒド類等に転化する炭化水素改質触媒を含有する第２の触媒部９を備えている。
本実施の形態に係る炭化水素改質触媒は、蜂の巣状のハニカムセラミック基材に炭化水素の改質に有効である種々の触媒が、アルミナやシリカやゼオライトなどの担体に担持されたものが用いられる。アルミナに担持した銀触媒を用いた場合は、アルコールからアルデヒドが生成することを確認した。
【００２８】
本実施の形態に係る第２の触媒部９の炭化水素改質触媒として、ハニカムセラミック基材にアルミナを塗布し、銀触媒をハニカムの体積１リットル当たり２ｇの量を担持したものを用い、窒素酸化物（ＮＯｘ）１５０ｐｐｍ、エタノール３００ｐｐｍ、酸素１０％（但し、いずれの濃度も体積割合である。）、残部窒素である流体を本実施の形態の排気ガス浄化装置に導入し、エタノールから生成されるアセトアルデヒドの量を測定した。
図１１は、本実施の形態に係る第２の触媒部９の炭化水素改質触媒の触媒温度によるアセトアルデヒドの生成量の変化を示す特性図である。図１１に示すように、アセトアルデヒドは３００〜３５０℃程度の温度で生成量が多くなることがわかる。
【００２９】
本実施の形態の排気ガス浄化装置において、第２の触媒部９の下流側に設けられたＮＯｘ浄化触媒を含有する第１の触媒部６は実施の形態１で説明したように４２０℃程度が最適温度である。このため、第２の触媒部９を３００〜３５０℃にして、第１の触媒部６を４２０℃にするために、実施の形態１と同様に熱交換器５を組み込むことにより実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
炭化水素改質触媒の他の例としては、ハニカムセラミック基材にアルミナを塗布し、ルテニウムを担持した触媒があり、メタンからホルムアルデヒドが生成するのを確認した。なお、ルテニウム触媒の担持量はハニカムの体積１リットル当たり０．５ｇの量である。
この場合、ルテニウム触媒では２５０℃程度でホルムアルデヒドの生成量が最大となり、上記銀触媒に比較して更に低温で動作させることになる。そこで、第２の触媒部９を２５０℃にして第１の触媒部６を４２０℃にするために、熱交換器５として、銀触媒を用いた場合よりも熱交換量を増加させた仕様とすることにより実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
なお、炭化水素改質触媒としては、銀触媒やルテニウム触媒に限ることはなく、排気ガス中に含まれる炭化水素の少なくとも一部をアルデヒド類やアルコール類や不飽和炭化水素などの反応性の高い炭化水素に、ＮＯｘ浄化触媒部６より低い温度で転化できる触媒であれば適用可能である。
以上のように、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、第１の反応部として炭化水素改質触媒を有する第２の触媒部９を設置し、熱交換器５で第２の触媒部９と第１の触媒部６の温度を最適化することができるため、炭化水素改質触媒とＮＯｘ浄化触媒の機能を効率よく発現することができ排気ガスの浄化率が向上する。
【００３２】
実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン１に接続された状態である。
本実施の形態の排気ガス処理装置は、実施の形態１の排気ガス処理装置において、エンジン１からの排気ガスがプラズマ処理部４に流入する前に燃料タンク１０から燃料を供給する炭化水素供給手段１１が接続されている。
エンジン１の動作条件においては排気ガス中の炭化水素濃度が少ない場合がある。この場合に本実施の形態の排気ガス浄化装置においては、外部の燃料タンク１０から炭化水素を添加することができる。供給する炭化水素の量は排気ガス中のＮＯｘを浄化するために必要な量でありエンジン１の動作条件が決まっていれば一定量を供給すればよく、エンジン１の動作条件が変更される場合はそれに見合った炭化水素量を供給すればよい。液体燃料を供給する場合には、炭化水素供給手段１１にはインジェクタなどの噴霧装置を使用すると、排気ガス中への混合が促進される。
供給する燃料は、ガソリンエンジンの場合はエンジン１に使用されるガソリンを使用することができる。更に、エンジン１の燃料とは異なる炭化水素を燃料タンク１０から供給してもよい。
【００３３】
本実施の形態において、まず排気ガスに含まれる炭化水素が少なくなるようにエンジン１を調整する。そして、排気ガス中に含まれる炭化水素で所定のＮＯｘ浄化率が示される条件において、本実施の形態に係る炭化水素供給手段１１により更に酢酸またはプロピレンを添加し、これにより向上したＮＯｘ浄化率を測定した。
図１３は、排気ガス中に含まれる炭化水素で一定のＮＯｘ浄化率が示された上に、更に本実施の形態に係る炭化水素供給手段により添加した酢酸やプロピレンの添加量に対するＮＯｘ浄化率向上率を示す特性図で、横軸は本実施の形態に係る炭化水素供給手段１１により添加した炭化水素のモル量と添加時のＮＯｘのモル量との比、縦軸は炭化水素の添加により向上したＮＯｘ浄化率の割合を示し、図中ａは酢酸を添加した場合、ｂはプロピレンを添加した場合の特性である。
図１３に示されるように、炭化水素の添加量の増加に従ってＮＯｘ浄化率がより上昇することから、炭化水素の添加による効果が確認された。炭化水素を添加すればするほど効果が大きいが、燃料費用の観点からエンジン１の各条件で必要とされる最低限の量を添加することが好ましい。
【００３４】
また、酢酸を添加した場合には第１の触媒部６の温度は４２０℃程度が、プロピレンを添加した場合には４５０℃程度が良好なＮＯｘ浄化率を示した。このように添加する炭化水素の種類により第１の触媒部６の最適温度が異なるため、添加する炭化水素に応じて、熱交換器５の熱交換量を最適に設定することにより、第１の触媒部６のＮＯｘ浄化触媒の特性を最大限活用することができる。
第１の触媒部６の最適温度の設定は、熱交換器５の仕様を炭化水素の種類により変更することにより可能であるが、実施の形態２の排気ガス浄化装置において本実施の形態と同様に炭化水素供給手段１１を設けると容易に温度を調節することができる。
以上のように、本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、エンジン１からの排気ガス中の炭化水素が少ない場合に、炭化水素供給手段１１から適量の炭化水素を含む燃料を供給し、熱交換器５で第１の触媒部６の温度を最適化することができるため、プラズマ処理部４と第１の触媒部６のＮＯｘ浄化触媒の触媒機能が向上し、ＮＯＸ浄化率が向上する。
【００３５】
実施の形態５．
図１４は本発明の実施の形態５の排気ガス処理装置の概念図で、エンジン１に接続された状態である。
本実施の形態の排気ガス処理装置は、実施の形態４の排気ガス処理装置において、プラズマ処理装置４の代わりに第１の反応部として実施の形態３で用いた炭化水素改質触媒を含有する第２の触媒部９を用い、エンジン１からの排気ガスが第２の触媒部９に流入する前に燃料タンク１０から燃料を供給する炭化水素供給手段１１が接続されている。
このように構成された排気ガス処理装置により、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、実施の形態１〜５の排気ガス浄化装置は、ガソリン用リーンバーンエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものに限定されるものではなく、またディーゼルエンジンにも適用できる。
また、第２の反応部である第１の触媒部６として、ＮＯｘ浄化触媒を用いた場合について説明したが、それに限定されず反応が温度に影響され、第１の反応部の温度より高温で反応が活性化されるものであれば同様の効果を得ることができる。
また、自動車用以外にも、例えば船舶のエンジンから排気される排気ガスの有害成分を清浄化するものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１の排気ガス処理装置の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係るプラズマ処理部のプラズマ電極温度によるＮＯ２への転化率の変化を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係るＮＯｘ浄化触媒部における触媒温度とＮＯｘの浄化率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係るプラズマ処理部の一部破断斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係る熱交換器の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係る別の熱交換器の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係る別の熱交換器の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１の排気ガス浄化装置に係る別の熱交換器の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２の排気ガス処理装置の概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態３の排気ガス処理装置の概念図である。
【図１１】本発明の実施の形態３の排気ガス処理装置に係る第２の触媒部の触媒温度によるアセトアルデヒドの生成量の変化を示す特性図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の排気ガス処理装置の概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態４の排気ガス処理装置に係る炭化水素供給手段による酢酸やプロピレンの添加量に対するＮＯｘ浄化率向上率を示す特性図である。
【図１４】本発明の実施の形態５の排気ガス処理装置の概念図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン、３１  第１の排気ガス流路、４  プラズマ処理部（第１の反応部）、５  熱交換器、５ａ：高温側流路、５ｂ  低温側流路、５ｃ  隔壁、６  第１の触媒部（第の反応部）、３０  流量切り替え装置、３２  第２の排気ガス流路、９  第２の触媒部（第１の反応部）。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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