JP6959945B2 - 発熱システム、排気ガス浄化装置、及びハニカム構造体の再生方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態の発熱システム1は、図1に示すように、貯液タンク2と、発熱体3と、液体注入機構部4と、排出機構部5とを主に具備して構成されている。本実施形態の発熱システム1により、化学的な発熱反応を利用して発熱体3を高温にすることができ、当該発熱体3を介して外部に熱を伝達することができる。その結果、種々の流体の加熱に本実施形態の発熱システム1を用いることができる。
(式) CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq)
本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置60は、図6に示すように、一方の端面61aから他方の端面61bまで延びる、流体Fの流路を形成する複数のセル(図示しない)を区画形成する隔壁(図示しない)を有するDPFとしてのハニカム構造体62と、ハニカム構造体62を内部に収容可能な構造体収容空間63を有する金属製の缶体64と、ハニカム構造体62の一方の端面61aに相対する、構造体収容空間63の上流位置に発熱体31が配置された発熱システム40(図4参照)とを具備し、粒子状物質を除去する再生機能を備えるものである。
(1)排気ガス浄化装置(図8参照)
ハニカム径144mm、ハニカム長さ152mmのSi/SiC系のハニカム構造体(DPF)を熱伝導性のスペーサ部材を介して、金属製の缶体内にキャニングした。更に、缶体の周囲に二重管構造の反応容器を有する発熱体を設置した。ここで、反応容器の内筒部及び外筒部の間隔(隙間間隔)は8.5mmにした。反応容器内の格納空間に、発熱反応用固体として酸化カルシウム(CaO)を担持したSi/SiC系多孔質体(以下、「CaO担持Si/SiC系多孔質体」と称す。)を格納した。ここで、多孔質体及び発熱反応用固体の体積比率は、1:1とし、全体の空隙率は20%とした。
厚さ8.5mm、長さ63mm、気孔率65%のドーナツ状のSi/SiC系多孔質体を、炭酸カルシウム(CaCO3)の粉末に水を加えたスラリー状の炭酸カルシウム水溶液に含浸させた後、1300℃の加熱温度で1hrの熱処理を行った。これにより、炭酸カルシウムが酸化カルシウムに変化し、CaO担持Si/SiC系多孔質体を得た。得られたCaO担持Si/SiC系多孔質体を2個直列に並べ、二重管構造の反応容器内に格納した。
上記構成の排気ガス浄化装置(図8参照)を2000ccのディーゼルエンジン排気系に装着し、回転数:2000rpm、駆動トルク:8Nmの条件で連続運転をすることで、ハニカム構造体(DPF)内にススの堆積を行った。
実施例1及び比較例1を対比すると、比較例1の再生効率が40%であったのに対し、発熱システムを稼働させた実施例1は、再生効率が70%となり、発熱システムの使用により再生効率が大幅に増加することが確認された。(1)排気ガス浄化装置、(2)CaO担持Si/SiC系多孔質体、(3)実験方法の条件、及び(4)実験結果をまとめたものを下記表1に示す。
(1)排気ガス浄化装置(図6参照)
ハニカム径144mm、ハニカム長さ152mmのSi/SiC系のハニカム構造体(DPF)を熱伝導性のスペーサ部材を介して、金属製の缶体内にキャニングした(実施例1及び比較例1と同様)。更に、ハニカム構造体の上流側に二重管構造の反応容器を有する発熱体を設置した。反応容器内の格納空間に、発熱用固体として酸化カルシウム(CaO)を担持したSi/SiC系多孔質体(以下、「CaO担持Si/SiC系多孔質体」と称す。)を格納した。ここで、多孔質体及び発熱反応用固体の体積比率は、1:1とし、全体の空隙率は20%とした。更に、反応容器の内周面に沿ってSiC製のハニカム構造体を熱交換部として装着した(図6参照)。
実施例1及び比較例1と同様のため説明を省略する。
実施例1及び比較例1と同様のため説明を省略する。なお、実施例1及び比較例1と同様にハニカム構造体の再生処理の開始の30s前に注入部の注入バルブを開状態とし、反応容器の格納空間に液体(水)を注入することを行っている。上記条件で発熱システムを稼働させた場合を実施例2、発熱システムを稼働させなかった場合を比較例2とする。
実施例2及び比較例2を対比すると、比較例1の再生効率が40%であったのに対し、発熱システムを稼働させた実施例1は、再生効率が60%となり、発熱システムの使用により再生効率が大幅に増加することが確認された。(1)排気ガス浄化装置、(2)CaO担持Si/SiC系多孔質体、(3)実験方法の条件、及び(4)実験結果をまとめたものを上記表1に示す。
(1)排気ガス浄化装置(図10参照)
ハニカム径110mm、ハニカム長さ100mmのコージェライト製(Cd製)のハニカム構造体に、三元触媒を担持した触媒担持ハニカム構造体を熱伝導性のスペーサ部材を介して、金属製の缶体内にキャニングした。このとき、スペーサ部材の全長に対し、50%の長さ部分を金属メッシュとし、触媒担持ハニカム構造体と缶体との間の熱伝導性を良好にする構造とした(被覆率:50%)。更に、缶体の周囲に二重管構造の反応容器を有する発熱体を設置した。反応容器内の格納空間に、発熱用固体として酸化カルシウム(CaO)を担持したSi/SiC系多孔質体(以下、「CaO担持Si/SiC系多孔質体」と称す。)を格納した。ここで、多孔質体及び発熱反応用固体の体積比率は、1:1とし、全体の空隙率は20%とした。
厚さ8.5mm、長さ90mm、気孔率65%のドーナツ状のSi/SiC系多孔質体を、炭酸カルシウム(CaCO3)の粉末に水を加えたスラリー状の炭酸カルシウム水溶液に含浸させた後、1300℃の加熱温度で1hrの熱処理を行った。これにより、炭酸カルシウムが酸化カルシウムに変化し、CaO担持Si/SiC系多孔質体を得た。
上記構成の排気ガス浄化装置(図10参照)を2000ccのガソリンエンジン排気系に装着し、回転数:2000rpm、駆動トルク:5Nmの条件で暖気運転を行った。
実施例3及び比較例3を対比すると、比較例3の180℃到達時間が20sであったのに対し、発熱システムを稼働させた実施例3の180℃到達時間が15sとなり、発熱システムの稼働により、180℃到達時間が短くなることが確認された。すなわち、触媒担持ハニカム構造体がエンジン始動前から暖められることにより、担持された触媒の活性化する温度まで速やかに到達することができる。これにより、エンジン始動直後から高い触媒活性を維持した浄化処理を行うことができる。(1)排気ガス浄化装置、(2)CaO担持Si/SiC系多孔質体、(3)実験方法の条件、及び(4)実験結果をまとめたものを上記表1に示す。
(1)排気ガス浄化装置(図10参照)
ハニカム径110mm、ハニカム長さ100mmのコージェライト製(Cd製)のハニカム構造体に、三元触媒を担持した触媒担持ハニカム構造体を熱伝導性のスペーサ部材を介して、金属製の缶体内にキャニングした。このとき、スペーサ部材の全長に対し、50%の長さ部分を金属メッシュとし、触媒担持ハニカム構造体と缶体との間の熱伝導性を良好にする構造とした(被覆率:50%)。更に、缶体の周囲に二重管構造の反応容器を有する発熱体を設置した。反応容器内の格納空間に、発熱用固体として酸化ストロンチウム(SrO)を担持したSi/SiC系多孔質体(以下、「SrO担持Si/SiC系多孔質体」と称す。)を格納した。ここで、多孔質体及び発熱反応用固体の体積比率は、1:1とし、全体の空隙率は20%とした。
厚さ8.5mm、長さ90mm、気孔率65%のドーナツ状のSi/SiC系多孔質体を、炭酸ストロンチウム(SrCO3)の粉末に水を加えたスラリー状の炭酸ストロンチウム水溶液に含浸させた後、1300℃の加熱温度で1hrの熱処理を行った。これにより、炭酸ストロンチウムが酸化ストロンチウムに変化し、SrO担持Si/SiC系多孔質体を得た。
上記構成の排気ガス浄化装置(図10参照)を2000ccのガソリンエンジン排気系に装着し、回転数:2000rpm、駆動トルク:5Nmの条件で暖気運転を行った。
実施例4及び比較例4を対比すると、比較例4の180℃到達時間が20sであったのに対し、発熱システムを稼働させた実施例4の180℃到達時間が13sとなり、発熱システムの稼働により、180℃到達時間が短くなることが確認された。すなわち、発熱反応用固体を酸化カルシウム(CaO)から酸化ストロンチウム(SrO)に変更した場合であっても、同様の効果を奏することが確認された。(1)排気ガス浄化装置、(2)CaO担持Si/SiC系多孔質体、(3)実験方法の条件、及び(4)実験結果をまとめたものを上記表1に示す。
(1)排気ガス浄化装置(図10参照)
ハニカム径110mm、ハニカム長さ100mmのコージェライト製(Cd製)のハニカム構造体に、三元触媒を担持した触媒担持ハニカム構造体を熱伝導性のスペーサ部材を介して、金属製の缶体内にキャニングした。このとき、スペーサ部材の全長に対し、50%の長さ部分を金属メッシュとし、触媒担持ハニカム構造体と缶体との間の熱伝導性を良好にする構造とした(被覆率:50%)。更に、缶体の周囲に二重管構造の反応容器を有する発熱体を設置した。反応容器内の格納空間に、発熱用固体として酸化マグネシウム(MgO)を担持したSi/SiC系多孔質体(以下、「MgO担持Si/SiC系多孔質体」と称す。)を格納した。ここで、多孔質体及び発熱反応用固体の体積比率は、1:1とし、全体の空隙率は20%とした。
厚さ8.5mm、長さ90mm、気孔率65%のドーナツ状のSi/SiC系多孔質体を、炭酸マグネシウム(MgCO3)の粉末に水を加えたスラリー状の炭酸マグネシウム水溶液に含浸させた後、1300℃の加熱温度で1hrの熱処理を行った。これにより、炭酸マグネシウムが酸化マグネシウムに変化し、MgO担持Si/SiC系多孔質体を得た。
上記構成の排気ガス浄化装置(図8参照)を2000ccのガソリンエンジン排気系に装着し、回転数:2000rpm、駆動トルク:5Nmの条件で暖気運転を行った。
実施例5及び比較例5を対比すると、比較例5の180℃到達時間が20sであったのに対し、発熱システムを稼働させた実施例5の180℃到達時間が16sとなり、発熱システムの稼働により、180℃到達時間が短くなることが確認された。すなわち、発熱反応用固体を実施例3の酸化カルシウム(CaO)や実施例4の酸化ストロンチウム(SrO)から、酸化マグネシウム(MgO)に変更した場合であっても、同様の効果を奏することが確認された。(1)排気ガス浄化装置、(2)CaO担持Si/SiC系多孔質体、(3)実験方法の条件、及び(4)実験結果をまとめたものを上記表1に示す。
Claims (15)
- 液体を貯留する貯液タンクと、
容器内部に格納空間を有する反応容器、及び、前記格納空間に格納され、前記液体と接触すると発熱反応を生じる発熱反応用固体を担持した多孔質体を備える発熱体と、
前記貯液タンク及び前記反応容器の前記格納空間の間を連通し、前記液体の流通する液体流通管、及び、前記貯液タンク内の前記液体を前記格納空間に注入する注入部を備える液体注入機構部と、
前記反応容器の前記格納空間と連通する排出管、及び、前記液体及び前記発熱反応用固体の接触によって前記発熱反応に伴って生成される液体生成物及び前記液体が気化した気化物を前記格納空間から強制的に吸引し、前記排出管を通じて排出する排出部を備える排出機構部と
を具備し、
前記反応容器は、
内筒部、及び前記内筒部の外側に離隔して設けられた外筒部を有する二重管構造を呈して構成され、
前記格納空間は、
前記内筒部及び前記外筒部の間に設けられる発熱システム。 - 排出された前記気化物を冷却し、前記液体に相転移させる液化部と、
液化した前記液体を前記貯液タンクに回収する液体回収部と
を更に具備する請求項1に記載の発熱システム。 - 前記発熱反応用固体は、
アルカリ土類金属元素酸化物、または、複数の前記アルカリ土類金属元素酸化物の混合物である請求項1または2に記載の発熱システム。 - 前記アルカリ土類金属元素酸化物は、
酸化カルシウムであり、
前記液体は、
水である請求項3に記載の発熱システム。 - 前記多孔質体は、
珪素及び炭化珪素を主成分とするセラミックス材料で構成される請求項1〜4のいずれか一項に記載の発熱システム。 - 二重管構造を呈する前記反応容器の前記内筒部の内周面と少なくとも一部が当接し、前記発熱反応によって生じた反応熱を、前記発熱体の外部に伝達する熱交換部を更に具備する請求項1〜5のいずれか一項に記載の発熱システム。
- 前記熱交換部は、
一方の端面から他方の端面まで延びる、流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム形状を呈するハニカム熱交換部である請求項6に記載の発熱システム。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の発熱システムを用いた排気ガス浄化装置であって、
一方の端面から他方の端面まで延びる、流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体を内部に収容可能な構造体収容空間を有する金属製の缶体と、
前記一方の端面に相対し、前記構造体収容空間の上流位置に発熱体が配置された前記発熱システムと
を具備し、
前記一方の端面から前記ハニカム構造体の構造体内部に、前記発熱体によって加熱された前記流体を導入し、前記構造体内部に堆積した粒子状物質を前記流体によって除去する再生機能を備える排気ガス浄化装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の発熱システムを用いた排気ガス浄化装置であって、
一方の端面から他方の端面まで延びる、流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体を内部に収容可能な構造体収容空間を有する金属製の缶体と、
前記缶体の缶体外殻部の外殻部外面に少なくとも一部が当接し、若しくは、前記缶体外殻部に一部が埋設して発熱体が配置された前記発熱システムと
を具備し、
前記発熱体によって前記缶体を介して加熱された前記ハニカム構造体の前記一方の端面から前記ハニカム構造体の構造体内部に前記流体を導入し、前記構造体内部に堆積した粒子状物質を前記流体によって除去する再生機能を備える排気ガス浄化装置。 - 前記ハニカム構造体は、
前記一方の端面及び/または前記他方の端面における前記セルの開口部を、予め規定された配設基準に従って目封止した複数の目封止部を備える目封止ハニカム構造体である請求項8または9に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記ハニカム構造体は、
前記隔壁の隔壁表面及び/または隔壁内部に、選択的還元触媒、三元触媒、及びNO x 吸蔵型三元触媒の少なくとも一種類の触媒を担持している請求項8〜10のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記ハニカム構造体及び前記缶体の間に介設され、前記缶体外殻部に設けられた前記発熱体によって発生した反応熱を、前記ハニカム構造体に伝達する熱伝導性素材で形成された熱伝導部を更に具備する請求項9に記載の排気ガス浄化装置。
- 請求項8〜12のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置を用いたハニカム構造体の再生方法であって、
一方の端面から他方の端面まで延びる、流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム構造体の構造体内部に、前記一方の端面から前記流体を導入する流体導入工程と、
前記排気ガス浄化装置の発熱システムを用い、前記ハニカム構造体に導入される前の前記流体を加熱する流体加熱工程と、
加熱された前記流体によって、前記構造体内部に堆積した粒子状物質を除去し、前記ハニカム構造体を再生する再生処理工程と
を具備するハニカム構造体の再生方法。 - 請求項8〜12のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置を用いたハニカム構造体の再生方法であって、
一方の端面から他方の端面まで延びる、流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有し、金属製の缶体に収容されたハニカム構造体の構造体内部に、前記一方の端面から前記流体を導入する流体導入工程と、
前記排気ガス浄化装置の発熱システムを用い、前記缶体を通じて前記ハニカム構造体を加熱するハニカム構造体加熱工程と、
加熱された前記ハニカム構造体及び前記流体によって、前記構造体内部に堆積した粒子状物質を除去し、前記ハニカム構造体を再生する再生処理工程と
を具備するハニカム構造体の再生方法。 - 前記構造体内部への前記流体の導入開始と同時、若しくは導入開始前に、前記発熱システムによる前記流体または前記ハニカム構造体の加熱を開始する請求項13または14に記載のハニカム構造体の再生方法。
Applications Claiming Priority (3)
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