JPS6037310B2 - 機関の排気ガス改質装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機関から排出される排気ガスの一部を取出し
て燃料と混合し、この混合気を、排気ガスの熱を利用し
て改費触媒下で発熱量の増した改質燃料に改質し、この
改質燃料を機関の吸気通路に供給して燃費の改善を図る
装置に関し、特に、機関の排気熱と、排気ガス中の未燃
焼成分の触媒酸化反応による発熱とを効率的に故買触媒
に伝達させて改質効率を向上させることができる装置に
関する。

排気ガス改質装置は、機関の排気通路途中に熱交換器を
設け、該熱交換器内に、前記排気通路内の排気ガスを通
過させる排気ガス通過路と、該排気ガス通過路から遮断
され熱交換壁を介して前記排気ガス通過略との熱交換が
行なわれる改質反応室とを設け、排気ガス通過路を通過
した排気ガスの一部に燃料を加えて改質反応室に導き、
該改質反応室内で改質反応則ち触媒吸熱反応させて一酸
化炭素及び水素を含む改質燃料を生成し、これを機関の
吸気通路に供給するものである。

ところで、こうした装置にあっては、上記改質反応を円
滑に行なわせるためには、改質触媒に反応に必要な熱を
供給する必要があるが、単に排気通路内の排気熱を改質
反応室内に伝えるだけでは十分な熱量を得にくく、また
、改質触媒を粒子状にして改質反応室内に充填する場合
には、大部分の熱が熱交換壁から敬質反応室内のガスを
介して改質触媒に伝わるため、熱損失が増大し、改質触
媒への熱供給量が不足して敦質反応が円滑に行なわれな
くなるという問題が生じてくる。

本発明は上記問題を解消した装置を提供することを目的
とするもので、排気ガス中の未燃焼成分の触媒酸化反応
によって発成する反応熱を排気熱と共に改質触媒に熱伝
導によって効率的に伝えることができるようにし、改質
反応を十分な供給熱の下で円滑に行なわせることができ
るようにしたことを特徴とするものである。

以下に図示の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、図において
１は内燃機関、２は吸気通路、３は排気通路、４は排気
通路３の途中に設けられた熱交換器である。

熱交換器４内には、第２図及び第３図に示すように、排
気通路３内の上流側の排気ガスを下流側に通過させる排
気ガス通過路５と、該排気ガス通過路５から遮断され、
熱交換壁６を介して排気ガス通過路５との熱交換が行な
われる改質反応室７とが設けられ、第１図に示すように
、排気ガス通過路５より下流側の排気通路３と故質反応
室７とは排気ガス導管８で連結され、改質反応室７と吸
気通路２とは改質燃料導管９で連結されている。

排気ガス導管８の途中にはＣｍＨｎ燃料を供給する燃料
供給手段１０が設けられている。ＣｍＨｎ燃料としては
ガソリン、軽油、アルコール等が使用でき、燃料供給手
段１０としては燃料噴射弁等が使用できる。改質燃料導
管９の途中には改質燃料の流量を調整する流量調整弁１
１が設けられ、該弁１１の流入側にはフィル夕１２が設
けられている。改質燃料導管９の途中には上記の他必要
に応じて改質燃料冷却器（図示せず）を設けてもよい。
熱交換壁６は、ここでは第６図に示すように横断面略櫛
歯状の素材よりなっており、各熱交換壁６を、その向き
を交互に直交させて多重に積み重ねることにより熱交換
器４が大略構成されている。

第３図ないし第５図において、改質反応室７側の熱交換
壁６の壁面は改質触媒１３で構成され、排気ガス通過路
５側の熱交換壁６の壁面は排気ガス浄化触媒１４で構成
されている。

ここでは熱交換壁６をァルミナ等の多孔性物質で構成し
、その各々の壁面にそれぞれ改質触媒１３及び排気ガス
浄化触媒１４を溶射等の手段によって付着させることに
より、各々の壁面を触媒１３，１４で構成したものとな
っている。改質触媒１３としては少なくともコバルト、
ニッケル、ロジウムのいずれか１つを含むものを用いる
ことができ、排気ガス浄化触媒１４としては少なくとも
白金、白金．ロジウム、ニッケルのいずれか１つを含む
酸化触媒又は三元触媒を用いることができる。

上記構成の排気ガス改質装置において、内燃機関１の燃
焼室から排出された排気ガスは排気通路３の途中にある
熱交換器４の排気ガス通過路５を通り、排気通路３の下
流側に排出される。

排気ガスが通過路５内を通るとき、排気ガス中の未燃焼
成分例えば一酸化炭素、ハイドロカーボン等が排気ガス
浄化触媒１４の表面で酸化発熱反応をし、この反応熱と
排気ガスの有する排気燃とが排気ガス浄化触媒１４の表
面から熱交換壁６の内部に熱伝導によって伝達され、更
に、熱交換壁６の改質反応室７側壁面を構成する改質嬢
１３に熱伝導によって伝達される。こうして改質触媒１
３は活性化温度に加算されるが、改質触媒１３には上記
反応熱と排気熱とが供給されるから、熱量の絶対量が増
え、また、これら反応熱及び排気熱の熱伝達経路途中に
ガス等を介さないから、熱損失はほとんどなく、効率的
に熱の供給が行なわれる。熱交換器４から出た排気ガス
の一部は、吸気通路２内の負圧作用によって排気ガス導
管８内に吸引導入され、燃料供給手段１０から噴出した
ＣｍＨｎ燃料と混合して混合気とな、改質反応質７内に
入る。改質反応室７内に入った混合気は活性化した改質
触媒１３の表面で改質吸熱反応をし、一酸化炭素及び水
素を多量に含む改質燃料となる。

今、ＣｍＨｎ燃料としてＣ７．６Ｈ，３．６を用いた場
合の改質反応は次式に示す通り行なわれ。ｉ．５Ｋ７．
的０２十６．細２０十４４Ｎ２）十＊７．６日．３．６
十３８がｃａｌ′ｍｏｌ（排気ガス）
（燃料）３１日２十３４‐７Ｃ〇十６８‐母Ｎ２ Ｇ次質燃料） 上式から判るように、この反応には３８松Ｃａｌ／ｍｏ
ｌの熱量の供給が必用であるが、上述したように、改質
触媒１３には排気ガスの反応熱と排気熱とが効率よく多
量に供給されるため、上式の反応は円滑に行なわれる。

生成された改質燃料は改質燃料導管９内を通り、フィル
ター２で浄化された後、流量調整弁１１で流量調整され
て吸気通路２内に吸引導入される。こうして、内燃機関
１の吸気通路２には排気ガスの有するエネルギーを回収
して発熱量の増した政質燃料が供給されるため、燃費が
向上する。第７図及び第８図は本発明の第２実施例を示
すもので、本例は熱交換壁６を、金属製の横断面略櫛歯
状の素材１５と、該素材１５の表面に溶射等により付着
させたアルミナ等の多孔性物質層１６とから構成し、該
多孔性物質層１６の改質反応室７側の表面に改質触媒１
３を付着させることにより、故質反応室７側の熱交換壁
６の壁面を改質触媒１３で構成し、多孔性物質層１６の
排気ガス通過路５側の表面に排気ガス浄化触媒１４を付
着させることにより、排気ガス通過路５側の熱交換壁６
の壁面を排気ガス浄化触媒１４で構成したことを特徴と
するものであり、他の構成は第１実施例と同機であるた
め、その説明は省略する。本例装置においても第１実施
例と同様の作用効果が得られる。第８図は本発明の第３
実施例を示すもので、本例は熱交換壁６を、改質触媒１
３及び排気ガス浄化触媒１４として両方の働きをするニ
ッケルを多く含有した金属材料で構成することにより、
改質反応室７側の熱交換壁６の壁面を改質触媒１３で構
成し、排気ガス通過路５側の熱交換壁６の壁面を排気ガ
ス浄化触媒１４で構成したことを特徴とするもので、多
の構成は第１実施例と同様とあるため、その説明は省略
する。

本例装置においては、第１実施例と同機の作用効果が得
られるのみならず、熱交換壁構造を簡略化して製造を容
易ならしめることができる。第９図は第３実施例に更に
変形を加えた第４実施例を示すもので、ニッケルを多く
含有した金属材料製の熱交換壁６の壁面に、腐食等の手
段によって無数のグルーブプを形成したことを特徴とす
るもので、本例の場合、第３実施例に比べて政質触媒１
３及び排気ガス浄化触媒１４の触媒表面を増加させるこ
とができ、改質効率を一層高めることができる。

第１０図及び第１１図は本発明の第５実施例で、熱交換
器４の変形列を示すものである。

ここで、各平板１７，１７……の間に波状板１８，１９
が互いに直交する向きに交互に介装され、波状板１８を
挟む改質反応室７と波状板１９を挟む排気ガス通過路５
とが交互に多層に形成され、以上平板１７，波状板１８
，１９により熱交換壁６が構成されている。そし、ここ
では波状板１８の表面に改質触媒１３を付着させること
により、改質反応室７側の熱交換壁６の壁面を改質触媒
１３で構成し、波状板１９の表面に排気ガス浄化触媒１
４を付着させることにより、排気ガス通過路５側の熱交
換壁６の壁を排気ガス浄化触媒１４で構成したものであ
る。他の構成部分は第１実施例と同様であるため、その
説明は省略する。本例の場合第１実施例と同様の作用効
果が得られる。第１２図及び第１３図は本発明の第６実
施例を示すもので、熱交換器４を多管式熱交換器機造と
したものである。

ここでは熱交換壁６は伝熱管であり、各伝熱賛６の故買
反応室７側の壁面則ち外周面を改質触媒１３で構成し、
排気ガス通過路５側の壁面則ち内周面を排気ガス浄化触
媒１４で構成している。他の構成部分は第１実施例と同
様のため、その説明を省略する。本例の場合第１実施例
と同様の作用効果が得られる。第１４図及び第１５図は
本発明の第７実施例を示すもので、第６実施例に更に変
更を加えたものである。

即ち、ここで熱交換壁６は外周に多数のフィンを備えた
伝熱管であり、各伝熱管６の排気ガス通過路５側の壁面
則ち内周面を排気ガス浄化触媒１４で構成し、改質反応
室７側の壁面則ち、伝熱管６の外周面とフィンの表面と
を改質触媒１３で構成したものである。他の構成部分は
第１実施例と同様であるため、その説明は省略する。本
例の場合第６実施例に比べて伝熱面積及び改質触媒表面
を増加させることができ、改質効率を向上させることが
できる。なお、第５〜第７実施例において熱交換壁の各
壁面を改質触媒１３又は排気ガス浄化触媒１４で構成す
る態様としては、第１〜第４実施例で説明した態様のい
ずれか１つを適用できるのはいうまでもない。

以上本発明を内燃機関に適用した例につき説明したが、
本発明は外燃機関でも上記と同様にして適用できるもの
である。

本発明は以上説明したように、敦質反応室側の前記熱交
換壁の壁面を改質触媒で構成し、前記排気ガス通過路側
の前記熱交換壁の壁面を排気ガス浄化触媒で構成したか
ら、排気ガス中の未燃焼成分の触媒酸化反応によって発
生する反応熱を排気ガスが有する排気熱と共に改質触媒
に伝達させることができ、熱量の絶対量を増大させるこ
とができると共に、これら熱の伝達を熱伝導によって効
率的に改質触媒に伝達させることができるようになる。

この結果、改質触媒への熱の供給量が増大し、吸熱改質
反応は円滑に行なわれ、改質燃料の生成率が高まる。ま
た、排気ガス通過路内の排気ガス中の未燃焼成分を酸化
反応させるから、排気ガスの浄化も同時に行ない得るこ
ととなり、製品価値が高まる。

更に、熱交換壁の両壁面で発熱反応と吸熱反応とを同時
に行なわせるから、発熱側の触媒則ち排気ガス浄化触媒
の過熱を防止できることとなり、その寿命を廷ばすこと
ができることとなる。図面の簡単な説明第１図は本発明
の第１実施例を示す内燃機関の一部及び排気ガス改質装
置全体の部分破断正面図。

第２図は第１図における熱交換器の拡大斜視図。第３図
は第２図における切断面Ａを矢印方向に見た断面図。第
４図は第２図における切断面Ｂを矢印方向に見た断面図
。第５図は第４図の一部を拡大した断面図。第６図は第
１実施例の熱交換壁の１つを示す部分斜視図。第７図は
本発明の第２実施例を示す第５図に対応する位置の断面
図。第８図は本発明の第３実施例を示す第５図に対応す
る位置の断面図。第９図は本発明の第４実施例を示す第
５図に対応する位置の断面図。第１０図は本発明の第５
実施例を示す熱交換器の斜視図。第ｌｉ図は第１０図に
おける一部分の拡大斜視図。第１２図は本発明の第６実
施例を示す熱交換器の縦断面図。第１３図は第１２図に
おける切断線Ｄの部分を矢印方向に見た拡大断面図。第
１４図は本発明の第７実施例を示す熱交換器の縦断面図
。第１５図は第１４図の一部を拡大した断面図。１・・
・…内燃機関、２・・・・・・吸気通路、３・・・・・
・排気通路、４・・・・・・熱交換器、５……排気ガス
通過路、６・・・…熱交換壁、７…・・・改質反応室、
８・…・・排気ガス導管、９・・・・・・改質燃料導管
、１０・・・・・・燃料供給手段、１３・・・・・・故
買触媒、１４・・・・・・排気ガス浄化触媒。

第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第５図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関の排気通路途中に熱交換器を設け、該熱交換器
   内に前記排気通路内の排気ガスを通過させる排気ガス通
   過路と、該排気ガス通過路から遮断され熱交換壁を介し
   て前記排気ガス通過路との熱交換が行なわれる改質反応
   室とを設け、前記排気通路と前記改質反応室とを途中に
   燃料供給手段を備えた排気ガス導管で連絡し、前記改質
   反応室と前記機関の吸気通路とを改質燃料導管で連絡し
   、前記改質反応室側の前記熱交換壁の壁面を改質触媒で
   構成し、前記排気ガス通過路側の前記熱交換壁の壁面を
   排気ガス浄化触媒で構成したことを特徴とする機関の排
   気ガス改質装置。