排気ガス浄化装置
【課題】製造コストの低い排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排気ガス浄化装置１において、機関側排気通路１００に接続される主排気通路２及び分岐排気通路３を備え、主排気通路２及び分岐排気通路３の排気入口２ａ、３ａに、排気ガスを遮断可能な遮断弁４Ａ、４Ｂを備え、主排気通路２内に、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材５と、窒素酸化物吸着材５より排気上流側に配置され、空気ノズル６１を有すると共に、空気ノズル６１から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段６と、窒素酸化物吸着材５より排気下流側に配置され、空気ノズル７１、燃料ノズル７２及び着火ノズル７３から構成される燃焼装置７と、を備え、分岐排気通路３の排気出口３ａからは、機関側排気通路１００からの排気ガスがそのまま排出される。
【解決手段】排気ガス浄化装置１において、機関側排気通路１００に接続される主排気通路２及び分岐排気通路３を備え、主排気通路２及び分岐排気通路３の排気入口２ａ、３ａに、排気ガスを遮断可能な遮断弁４Ａ、４Ｂを備え、主排気通路２内に、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材５と、窒素酸化物吸着材５より排気上流側に配置され、空気ノズル６１を有すると共に、空気ノズル６１から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段６と、窒素酸化物吸着材５より排気下流側に配置され、空気ノズル７１、燃料ノズル７２及び着火ノズル７３から構成される燃焼装置７と、を備え、分岐排気通路３の排気出口３ａからは、機関側排気通路１００からの排気ガスがそのまま排出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関あるいはガスタービン機関等の内燃機関、又は、焼却炉やボイラ等の燃焼機器、の排気ガスを浄化する装置に関し、特に空気過剰状態で通常運転を行う内燃機関等の排気通路に接続されて窒素酸化物を除去する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等から排出される排気ガスには、有害成分として、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素など、が含まれている。これらの物質を排気ガスより除去して、排気ガスを浄化する装置は、従来各種開発されている。
【０００３】
本件出願人は、排気ガス浄化装置を開発し、既に出願している（特許文献１）。図５には、特許文献１の図１に記載の排気ガス浄化装置が示されている。図５に示されるように、本件出願人による従前の排気ガス浄化装置には、内燃機関等に接続される複数の分岐排気通路２０２ａ、２０２ｂのそれぞれに、窒素酸化物吸着材２０４と、吸着物質脱離手段２０３と、燃焼装置２０５と、が設けられている。内燃機関等からの排気ガスは、一部の分岐排気通路２０２ａ（又は２０２ｂ）にのみ供給され、他の分岐排気通路２０２ｂ（又は２０２ａ）には供給されない。そして、排気ガスの供給された分岐排気通路２０２ａでは、窒素酸化物が窒素酸化物吸着材２０４に吸着されて除去されると共に、窒素酸化物吸着材２０４の有する酸化触媒により、一酸化炭素及び炭化水素が、二酸化炭素や水に酸化される。一方、排気ガスの供給が遮断された分岐排気通路２０２ｂでは、吸着物質脱離手段２０３により窒素酸化物吸着材２０４から窒素酸化物から脱離され、脱離された窒素酸化物が燃焼装置２０５により窒素に還元される。つまり、一部の分岐排気通路２０２ａでは、窒素酸化物を窒素酸化物吸着材２０４に吸着させる通常運転が行われ、同時に、他の分岐排気通路２０２ｂでは、窒素酸化物を吸着材２０４から脱離させる再生運転が行われ、窒素酸化物吸着材２０４の吸着能力の維持が図られている。
【０００４】
図５に示される排気ガス浄化装置は、三元触媒や、アンモニアや尿素などを用いることのない浄化装置である。三元触媒は、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に分解できる触媒であるが、空気過剰条件下では有効に作用しない。アンモニア等を用いた浄化装置は、装置自体が非常に複雑で高価であり、還元剤としてのアンモニア等の維持費やアンモニア等の供給体制の整備も必要で、問題点が多い。図５に示される排気ガス浄化装置は、上記問題点を解決している。図５に示される排気ガス浄化装置は、空気過剰条件下で運転される内燃機関等から排出される排気ガスより、有害成分（窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素）を除去して浄化し、しかも、その浄化能力を低下させることなく維持できる。
【特許文献１】特開２００６−２７２１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒素酸化物吸着材の吸着能力を維持するため、図５に示される排気ガス浄化装置では、複数の分岐排気通路のそれぞれに、有害成分の除去に関わる手段（吸着剤、脱離手段、燃焼装置）が配置されている。このため、排気ガス浄化装置の製造コストが高くなる不具合があった。
【０００６】
本発明は、製造コストの低い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】
【０００７】
本願の第１発明は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記機関側排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路及び前記分岐排気通路の排気入口で、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
を備え、
前記分岐排気通路は、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されている、
ことを特徴とする。
【０００８】
前記第１発明は、次の構成（ａ）、（ｂ）を採用することが好ましい。
【０００９】
（ａ）前記主排気通路内で前記燃焼装置の排気下流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材を、備えている。
【００１０】
（ｂ）前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材の排気上流側かつ前記吸着物質脱離手段の排気下流側に配置され、空気過剰雰囲気で硫黄酸化物を一時的に吸着し、該吸着した硫黄酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する硫黄酸化物吸着材を、備えている。
【００１１】
本願の第２発明は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路の排気出口及び前記分岐排気通路の排気入口で、それぞれ、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、前記窒素酸化物吸着材に対応して、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、硫黄酸化物を吸着可能な硫黄酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記硫黄酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
前記主排気通路内で前記燃焼装置より排気上流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材と、
通常運転と再生運転とを行う制御装置と、
を備え、
前記分岐排気通路が、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されており、
前記制御装置が、前記通常運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を開放かつ前記分岐排気通路の排気入口を閉鎖して、排気ガスを主排気通路に沿って流すようにし、
前記制御装置が、前記再生運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を閉鎖かつ前記分岐排気通路の排気入口を開放し、前記吸着物質脱離手段及び前記燃焼装置を作動させて、前記排気ガス遮断手段及び前記燃焼装置の空気供給手段が発生させた空気流を、前記主排気通路内での排気ガスの流れ方向とは逆方向に流すようにする、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願の第１発明によれば、排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路が設けられているので、主排気通路への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路内で窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段及び燃焼装置を、１つの排気通路（主排気通路）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００１３】
更に、構成（ａ）によれば、排気ガス浄化装置は、フィルター部材を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、フィルター部材の捕獲能力を維持できる。
【００１４】
更に、構成（ｂ）によれば、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物吸着材の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材を備えることより、窒素酸化物吸着材への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、硫黄酸化物吸着材の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。しかも、硫黄酸化物が脱離したときは、窒素酸化物吸着材も昇温又は還元雰囲気に置かれるため、窒素酸化物吸着材に硫黄酸化物が付着しない。つまり、窒素酸化物吸着材の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【００１５】
本願の第２発明によれば、排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路が設けられているので、主排気通路への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路内で窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段及び燃焼装置を、１つの排気通路（主排気通路）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００１６】
更に、排気ガス浄化装置は、フィルター部材を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、フィルター部材の捕獲能力を維持できる。
【００１７】
更に、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物吸着材の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材を備えることより、窒素酸化物吸着材への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、硫黄酸化物吸着材の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。特に、吸着物質脱離手段が作動するときに、排気上流側へ向けて空気流が形成され、窒素酸化物吸着材に硫黄酸化物が流入しない。つまり、窒素酸化物吸着材の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１実施形態］
図１を用いて、第１実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。排気ガス浄化装置１は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路１００に接続される装置である。
【００１９】
内燃機関又は燃焼機器は、空気及び燃料の混合気体を燃焼させて、排気ガスを生成する。排気ガスには、窒素酸化物（Ｎ０ｘ）や、未燃物としての一酸化炭素（Ｃ０）や炭化水素（ＨＣ）、などが含まれている。機関側排気通路１００は、内燃機関又は燃焼機器が備える排気通路である。内燃機関又は燃焼機器で生成された排気ガスは、機関側排気通路１００より排出される。
【００２０】
図１には、排気ガスの通路として、機関側排気通路１００と、主排気通路２及び分岐排気通路３と、合流排気通路１１０と、が示されている。主排気通路２及び分岐排気通路３は、排気ガス浄化装置１が備える排気通路である。機関側排気通路１００の排気出口１００ｂは、主排気通路２の排気入口２ａ及び分岐排気通路３の排気入口３ａに接続されている。主排気通路２の排気出口２ｂ及び分岐排気通路３の排気出口３ｂは、合流排気通路１１０ａに接続されている。これらの排気通路１００、２、３及び１１０は、外気から遮断された通路であり、例えば、パイプで構成される。なお、合流排気通路１１０は、排気ガス浄化装置１が備える排気通路であっても、内燃機関又は燃焼機器の排気通路であってもよい。
【００２１】
機関側排気通路１００からの排気ガスは、主排気通路２内では、排気入口２ａから排気出口２ｂへと流れ、分岐排気通路３内では、排気入口３ａから排気出口３ｂへと流れる。したがって、以下では、主排気通路２について、排気入口２ａから排気出口２ｂへと向かう方向が、排気方向Ｆ２である。同じく、分岐排気通路３について、排気入口３ａから排気出口３ｂへと向かう方向が、排気方向Ｆ３である。
【００２２】
排気ガス浄化装置１は、制御装置（電子コントロールユニット）１０を備えている。制御装置１０は、排気ガス浄化装置１に備える各装置（後述）を制御する。
【００２３】
排気ガス浄化装置１は、主排気通路２及び分岐排気通路３の排気入口２ａ、３ａに、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段を備えている。
【００２４】
排気ガス遮断手段として、具体的には、排気入口２ａ、３ａのそれぞれに、ガスの遮断弁４Ａ、４Ｂが設けられている。遮断弁４Ａは、機関側排気通路１００から主排気通路２への排気ガスの流入を、遮断又は許容する。同じく、遮断弁４Ｂは、機関側排気通路１００から分岐排気通路３への排気ガスの流入を、遮断又は許容する。遮断弁４Ａ、４Ｂにおける遮断及び許容の切替えは、制御装置１０の制御により行われる。なお、排気ガス遮断手段は、機関側排気通路１００に連通する排気ガスの流路を、主排気通路２及び分岐排気通路３の間で択一的に切替える単一の切替弁でもよい。この切替弁は、主排気通路２及び分岐排気通路３の排気入口２ａ、３ａに配置される。
【００２５】
排気ガス浄化装置１は、主排気通路２内に、窒素酸化物吸着材５と、吸着物質脱離手段６と、燃焼装置７と、を備えている。排気方向Ｆ２の上流側から下流側に向けて、吸着物質脱離手段６、窒素酸化物吸着材５、燃焼装置７が、順に配置されている。
【００２６】
窒素酸化物吸着材５は、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する材料である。
【００２７】
ここで、空気過剰とは、空気（酸素）及び燃料の混合気体において、空気過剰率（供給された混合気体の空燃比を理想空燃比で割った値）が、１より大きい状態を指す。また、空気過剰率が１より小さい状態は、燃料過剰の状態である。還元雰囲気とは、燃焼（酸化及び還元反応）が発生した際に、還元剤が過剰で酸素が不足する状態にあるガスを指す。
【００２８】
また、窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物が脱離する場合には、次の３つの場合がある。脱離の第１の場合は、窒素酸化物吸着材５が、昇温雰囲気に置かれた場合である。脱離の第２の場合は、窒素酸化物吸着材５が、還元雰囲気に置かれた場合である。脱離の第３の場合は、窒素酸化物吸着材５が、昇温雰囲気かつ還元雰囲気に置かれた場合、である。
【００２９】
窒素酸化物吸着材５は、酸化作用を有する触媒成分も有している。
【００３０】
吸着物質脱離手段６は、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする脱離手段である。
【００３１】
吸着物質脱離手段６は、本実施形態では、燃焼装置である。燃焼装置は、空気供給手段と、燃料供給手段と、着火手段と、で構成される。そして、吸着物質脱離手段６は、燃料過剰条件下で燃焼反応を発生させることで、還元剤としての未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）を発生させると共に、燃焼反応の熱により昇温を実現する。
【００３２】
吸着物質脱離手段６の空気供給手段は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル６１と、を備えている。空気供給装置１１は、外気を取り込んで、空気調量装置１２に供給する。空気調量装置１２は、供給された空気（外気）を、空気量を調整した後、空気ノズル６１に供給する。空気ノズル６１は、主排気通路２内の領域Ａ６に開口したノズルである。空気ノズル６１に供給された空気は、主排気通路２内に噴射される。ここで、制御装置１０が、空気調量装置１２を制御して、空気ノズル６１に供給される空気量を調整する。
【００３３】
吸着物質脱離手段６の燃料供給手段は、制御装置１０と、燃料タンク１３と、燃料調量装置１４と、燃料ノズル６２と、を備えている。燃料タンク１３には、燃料が蓄えられている。燃料調量装置１４は、燃料タンク１３から供給される燃料を、燃料の量を調整した後、燃料ノズル６２に供給する。燃料ノズル６２は、主排気通路２内の領域Ａ６に開口したノズルである。領域Ａ６は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に位置している。燃料ノズル６２に供給された燃料は、主排気通路２内に噴射される。また、制御装置１０は、燃料調量装置１４を制御して、燃料ノズル６２に供給される燃料の量を調整する。
【００３４】
吸着物質脱離手段６の着火手段は、点火プラグ６３である。点火プラグ６３は、主排気通路２内で、着火を行う装置である。ここで、空気ノズル６１から噴射された空気と、燃料ノズル６２から噴射された燃料とにより、主排気通路２内の領域Ａ６に、混合ガスが生成されている。点火プラグ６３は、この混合ガスを着火して、燃焼させる。
【００３５】
吸着物質脱離手段６は、燃焼装置であるので、吸着物質脱離手段６の排気下流側に、昇温及び還元雰囲気を発生させる。昇温雰囲気は、混合ガスの燃焼の熱により発生する。還元雰囲気は、混合ガスの燃焼により未燃物（一酸化炭素、炭化水素）が生成されることにより、発生する。したがって、吸着物質脱離手段６は、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする手段である。
【００３６】
なお、主排気通路２における吸着物質脱離手段６の位置は、正確には、空気ノズル６１、燃焼ノズル６２及び点火プラグ６３の位置を指している。空気ノズル６１、燃焼ノズル６２及び点火プラグ６３が、吸着物質脱離手段６において、主排気通路２に直接係りのある要素である。
【００３７】
なお、吸着物質脱離手段６は、上述したような燃焼装置に限定されない。吸着物質脱離手段６は、空気供給手段を備え、昇温又は還元雰囲気のいずれか一方を提供できれば良い。空気供給手段は、排気入口２ａが閉鎖された際に主排気通路２内で送風するために必要である。
【００３８】
燃焼装置７は、空気供給手段と、燃料供給手段と、点火プラグ６３と、で構成される。燃焼装置７は、空気過剰条件で運転され、未反応のまま窒素酸化物吸着材５を通過した還元剤（未燃物）を酸化して除去する。なお、燃焼装置７が発生させる燃焼火炎内には局所的に燃料過剰の燃焼領域が存在するので、この燃料過剰の燃焼領域で窒素酸化物が還元されて除去される。特に、燃焼装置７が発生させる燃焼領域が、燃焼過剰燃焼領域と空気過剰燃焼領域とに明確に分離された所謂２段燃焼形態である場合、窒素酸化物及び未燃物の除去作用が効果的に実現される。更に、窒素酸化物吸着材５に含まれる酸化触媒成分が、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどの貴金属である場合、窒素酸化物吸着材５は、還元雰囲気で窒素酸化物を還元する還元触媒成分をも有することになる。この場合、窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５から脱離すると大部分が還元されて除去されるため、窒素酸化物の除去作用がより一層効果的に実現される。
【００３９】
燃焼装置７の空気供給手段も、吸着物質脱離手段６の空気供給手段と同様である。燃焼装置７の空気供給手段は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル７１と、を備えている。つまり、吸着物質脱離手段６の空気供給手段の空気ノズル６１が、燃焼装置７の空気供給手段では、空気ノズル７１に置換されている。なお、空気ノズル６１は、主排気通路２内の領域Ａ７に開口している。領域Ａ７は、窒素酸化物吸着材５の排気下流側に位置している。
【００４０】
燃焼装置７の燃料供給手段も、吸着物質脱離手段６の燃料供給手段と同様である。燃焼装置７の燃料供給手段は、燃料タンク１３と、燃料調量装置１４と、燃料ノズル７２と、を備えている。つまり、吸着物質脱離手段６の空気供給手段の燃料ノズル６２が、燃焼装置７の燃料供給手段では、燃料ノズル７２に置換されている。なお、燃料ノズル６２は、主排気通路２内の領域Ａ７に開口している。
【００４１】
燃焼装置７の着火手段も、吸着物質脱離手段６の着火手段と同様である。燃焼装置７の着火手段は、点火プラグ７３であり、主排気通路２内の領域Ａ７で着火を行う装置である。
【００４２】
一方、排気ガス浄化装置１は、分岐排気通路３内には、排気ガスの処理に係る装置を、備えていない。このため、機関側排気通路１００から分岐排気通路３に供給された排気ガスは、分岐排気通路３の排気出口３ｂから、そのまま排出される。
【００４３】
［第１実施形態の作動］
次に、排気ガス浄化装置１の作動が説明される。ここで、制御装置１０が、排気ガス浄化装置１を作動させる。制御装置１０が排気ガス浄化装置１を作動させる運転には、通常運転と、再生運転と、がある。
【００４４】
通常運転は、内燃機関等の機関側排気通路１００から排出される排気ガスを主排気通路２に通し、該排気ガスに含まれる窒素酸化物を窒素酸化物吸着材５に吸着させる運転を意味する。通常運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを開放すると共に、遮断弁４Ｂを閉鎖する。このとき、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を作動させない。
【００４５】
再生運転は、通常運転により窒素酸化物吸着材５に吸着した窒素酸化物を、窒素酸化物吸着材５から脱離させた後、窒素に還元して無害化する運転を意味する。再生運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを閉鎖すると共に、遮断弁４Ｂを開放する。また、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を作動させる。
【００４６】
排気ガス浄化装置１に接続される内燃機関等の作動が開始されると、それに応じて、制御装置１０は、排気ガス浄化装置１の作動を開始させる。このとき、制御装置１０は、通常運転を開始する。遮断弁４Ａが開放されることにより、排気ガスは、主排気通路２に供給され、排出方向Ｆ２に沿って主排気通路２内を流れる。一方、遮断弁４Ｂが閉鎖されることにより、排気ガスは、分岐排気通路３内には流入しない。
【００４７】
通常運転において、排気ガスに含まれる窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５に吸着される。そして、排気ガスより窒素酸化物が除去される。また、窒素酸化物吸着材５が酸化触媒成分を有していることにより、排気ガスに含まれる一酸化炭素及び炭化水素が酸化される。一酸化炭素及び炭化水素は、二酸化炭素及び水に酸化されて、無害化される。そして、排気ガスより、一酸化炭素及び炭化水素が除去される。
【００４８】
窒素酸化物吸着材５に窒素酸化物が吸着されるにつれて、窒素酸化物吸着材５の吸着能力が低下する。窒素酸化物吸着材５の吸着能力を維持するには、窒素酸化物吸着材５より窒素酸化物を脱離させる必要がある。
【００４９】
制御装置１０は、窒素酸化物吸着材５への窒素酸化物の吸着量が所定量に達するまで、もしくは、所定の一定時間の間、通常運転を行う。通常運転の実行される時間を、通常運転時間とする。
【００５０】
制御装置１０は、通常運転の開始時から通常運転時間が経過すると、通常運転を中断して、再生運転を開始する。遮断弁４Ａが閉鎖されることにより、排気ガスは、主排気通路２内には流入しない。一方、遮断弁４Ｂが開放されることにより、排気ガスは、分岐排気通路３に供給され、排出方向Ｆ３に沿って分岐排気通路３内を流れる。
【００５１】
再生運転において、制御装置１０は、燃料過剰条件で吸着物質脱離手段６を作動させる。吸着物質脱離手段６の作動により、領域Ａ６で、燃料、空気の混合ガスが生成された後、この混合ガスが燃焼される。混合ガスが燃焼されて生成される燃焼後ガスには、未燃物として、一酸化炭素及び炭化水素が含まれている。一酸化炭素及び炭化水素は、窒素酸化物の還元剤として働く。また、燃焼後ガスは、燃焼の熱のため、昇温されている。この燃焼後ガスは、空気ノズル６１で空気が噴射されることにより、排気下流側へと送られる。そして、この燃焼後ガスにより、窒素酸化物吸着材５の周囲に、還元雰囲気及び昇温雰囲気が発生する。
【００５２】
窒素酸化物吸着材５が還元雰囲気及び昇温雰囲気に置かれるので、窒素酸化物吸着材５に吸着した窒素酸化物が、窒素酸化物吸着材５より脱離する。ここで、窒素酸化物吸着材５の材料が貴金属であるＰｔ等の場合、脱離した窒素酸化物は、直ちに、窒素に還元される。
【００５３】
制御装置１０は、吸着物質脱離手段６の作動と同時もしくは作動後に、燃料過剰条件で燃焼装置７を作動させる。燃焼装置７の作動により、領域Ａ７で、燃料、空気の混合ガスが生成された後、この混合ガスが燃焼される。
【００５４】
ここで、窒素酸化物等の含まれた燃焼後ガスが、領域Ａ７を通過する。窒素酸化物等の含まれた燃焼後ガスも、領域Ａ７で燃焼される。領域Ａ７の燃料過剰燃焼領域で、燃焼後ガスに含まれる窒素酸化物等が、燃料及び未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）を還元剤として還元され、窒素に変化する。また、領域Ａ７の空気過剰燃焼領域で、未燃物は、燃焼反応により酸化されて、二酸化炭素及び水に変化する。
【００５５】
主排気通路２の排気出口２ｂからは、２度の燃焼を経たガスが排出されるが、このガス中からは、窒素酸化物が除去されていると共に、未燃物である一酸化炭素及び炭化水素も除去されている。つまり、有害物質の除去されたガスが、主排気通路２より排出される。
【００５６】
制御装置１０は、窒素酸化物吸着材５への窒素酸化物の吸着量が０（もしくは微小な一定値）になるまで、もしくは、所定の一定時間の間、再生運転を行う。再生運転の実行される時間を、再生運転時間とする。再生運転の間は、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７の作動を継続する。この再生運転により、窒素酸化物吸着材５より窒素酸化物が除去されて、窒素酸化物吸着材５の吸着性能が再生される。制御装置１０は、通常運転の開始時から再生運転時間が経過すると、再生運転を中断して、再び、通常運転を開始する。以後、制御装置１０は、通常運転と、再生運転とを、交互に繰り返す。
【００５７】
ここで、再生運転の間は、排気ガスは、分岐排気通路３を通じて排出される。再生運転の間は、排気ガスに含まれる窒素酸化物が除去されない状態で、排気ガスが、排気ガス浄化装置１より排出される。
【００５８】
そこで、通常運転時間に対する再生運転時間の比が、小さくなるように設定されている。通常運転時間は、窒素酸化物吸着材５が一定以上の吸着性能を発揮できる時間として設定されている。このため、排気ガス浄化装置１の作動条件を変更しても、通常運転時間の占める割合（通常運転時間／（通常運転時間＋再生運転時間））を短縮することはできない。一方、再生運転時間は、窒素酸化物吸着材５が再生されるのに要する時間として設定されている。窒素酸化物吸着材５の再生の速度は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７の作動条件（単位時間当たりの燃料及び空気の噴射量の設定など）の変更によって、短縮させることが可能である。そして、通常運転時間に対する再生運転時間の比を小さくすることで、排気ガスに含まれる窒素酸化物の低減率が、高く維持される。
【００５９】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態の排気ガス浄化装置１は、次のような効果を発揮する。
【００６０】
排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路３が設けられているので、主排気通路２への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路２内で窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を、１つの排気通路（主排気通路２）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００６１】
［第２実施形態］
図２を用いて、第２実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。第２実施形態の排気ガス浄化装置１には、第１実施形態の排気ガス浄化装置１に、更に、フィルター部材８が備えられている。
【００６２】
フィルター部材８は、主排気通路２内で、燃焼装置７の排気下流側に配置されている。
【００６３】
フィルター部材８は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能な部材である。粒子状物質は、燃料の不完全燃焼によって発生する、炭素、炭化水素、硝酸塩類の微粒子などである。
【００６４】
［第２実施形態の作動］
次に、排気ガス浄化装置１の作動において、フィルター部材８に係る点が説明される。
【００６５】
第２実施形態では、制御装置１０が排気ガス浄化装置１を作動させる運転に、通常運転及び再生運転に加えて、フィルター再生運転及びフィルター通常運転がある。
【００６６】
フィルター再生運転は、フィルター部材８に捕獲された粒子状物質を酸化して除去する運転を意味する。フィルター再生運転では、制御装置１０は、燃焼装置７を作動させる。燃焼装置７が作動すると、領域Ａ７及び領域Ａ７の排気下流側で燃焼反応が発生する。この燃焼反応により、フィルター部材８に捕獲された粒子状物質（炭素）が、酸化されて、除去される。粒子状物質を酸化させるため、フィルター再生運転においても、燃焼装置７は、空気過剰の混合ガスを生成して、燃焼させる。
【００６７】
フィルター通常運転は、フィルター再生運転の実行されないときの運転を指している。つまり、フィルター通常運転では、制御装置１０は、燃焼装置７を作動させない。
【００６８】
制御装置１０は、フィルター部材８による粒子状物質の捕獲量が所定量に達するまで、もしくは、所定の一定時間の間、フィルター通常運転を行う。フィルター通常運転の実行される時間を、フィルター通常運転時間とする。
【００６９】
捕獲量の検出は、フィルター部材８の捕獲量の検出手段を設けることで可能である。例えば、フィルター部材８の排気上流側及び排気下流側に、主排気通路２内の圧力を検出する圧力センサが、捕獲量の検出手段として設けられる。捕獲量に応じて、フィルター部材８の目詰まりの程度が変化し、フィルター部材８の排気上流側と排気下流側との間の圧力差の大きさが変化する。このため、この圧力差の大きさより、捕獲量を特定することが可能である。
【００７０】
フィルター再生運転及びフィルター通常運転は、通常運転及び再生運転とは、異なるタイミングに実施される。なお、フィルター再生運転及び再生運転は共に空気過剰条件での運転であるので、通常運転及び再生運転が同一のタイミングで実施されても良い。
【００７１】
［第２実施形態の効果］
第２実施形態の排気ガス浄化装置１は、更に、次のような効果を発揮する。
【００７２】
排気ガス浄化装置１は、フィルター部材８を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、吸着物質脱離手段６の作動により、フィルター部材８の捕獲能力を維持できる。
【００７３】
［第３実施形態］
図３を用いて、第３実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。第３実施形態の排気ガス浄化装置１には、第２実施形態の排気ガス浄化装置１に、更に、硫黄酸化物吸着材９が備えられている。
【００７４】
燃料に硫黄が含まれている場合、排気ガスに硫黄酸化物が含まれる。硫黄酸化物吸着材９は、排気ガスに含まれる硫黄酸化物の除去に係る。
【００７５】
硫黄酸化物吸着材９は、主排気通路２内で、窒素酸化物吸着材５の排気上流側かつ吸着物質脱離手段６の排気下流側に配置されている。
【００７６】
硫黄酸化物吸着材９は、空気過剰雰囲気で硫黄酸化物を一時的に吸着し、該吸着した硫黄酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する材料である。硫黄酸化物吸着材９における吸着及び脱離の作用は、窒素酸化物吸着材５における吸着及び脱離の作用と同様である。
【００７７】
［第３実施形態の作動］
次に、排気ガス浄化装置１の作動において、硫黄酸化物吸着材９に係る点が説明される。
【００７８】
通常運転において、排気ガスに含まれる窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５に吸着される。また、排気ガスに含まれる硫黄酸化物は、硫黄酸化物吸着材９に吸着される。そして、排気ガスより硫黄酸化物が除去される。
【００７９】
再生運転において、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６を作動させる。吸着物質脱離手段６の作動により、燃焼後ガスが、領域Ａ６の排気下流側へと送られる。この燃焼後ガスにより、窒素酸化物吸着材５の周囲に、還元雰囲気及び昇温雰囲気が発生すると共に、硫黄酸化物吸着材９の周囲に、還元雰囲気及び昇温雰囲気が発生する。
【００８０】
硫黄酸化物吸着材９が還元雰囲気又は昇温雰囲気に置かれると、硫黄酸化物吸着材９に吸着した硫黄酸化物が、硫黄酸化物吸着材９より脱離する。このため、窒素酸化物吸着材５の再生運転において、硫黄酸化物吸着材９の吸着能力も、再生される。ここで、窒素酸化物吸着材５も昇温又は還元雰囲気に置かれているため、窒素酸化物吸着材５への硫黄酸化物の吸着が防止されている。
【００８１】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態の排気ガス浄化装置１は、更に、次のような効果を発揮する。
【００８２】
排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材９を備えることより、窒素酸化物吸着材５への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段５の作動により、硫黄酸化物吸着材９の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。しかも、硫黄酸化物が脱離したときは、窒素酸化物吸着材５も昇温又は還元雰囲気に置かれるため、窒素酸化物吸着材５に硫黄酸化物が付着しない。つまり、窒素酸化物吸着材５の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【００８３】
［第４実施形態］
図４を用いて、第４実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。第４実施形態の排気ガス浄化装置１は、第３実施形態の排気ガス浄化装置１と比べて、装置構成の点では同一であるが、配置構成の点で相違している。第１の相違点は、排気ガス遮断手段の配置構成である。第２の相違点は、主排気通路２内における、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６、燃焼装置７、フィルター部材８及び硫黄酸化物吸着材９の配置構成である。また、配置構成の変更により、制御装置１０の制御内容が変更される。したがって、第３の相違点は、制御装置１０の制御内容である。
【００８４】
第４実施形態では、排気ガス遮断手段である遮断弁４Ａ、４Ｂが、主排気通路２の排気出口２ｂ、分岐排気通路３の排気入口３ａのそれぞれに、設けられている。
【００８５】
第４実施形態では、主排気通路２内に、排気方向Ｆ２に沿って（排気上流側から下流側に向けて）、フィルター部材８、燃焼装置７、硫黄酸化物吸着材９、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６及び遮断弁４Ａが、順に配置されている。
【００８６】
［第４実施形態の作動］
次に、第４実施形態の排気ガス浄化装置１の作動が説明される。ここで、第４実施形態の排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物吸着材５、硫黄酸化物吸着材９及びフィルター部材８を備えている。このため、第４実施形態の制御装置１０は、通常運転及び再生運転を繰り返し行うと共に、フィルター通常運転及びフィルター再生運転を繰り返し行う。
【００８７】
特に、第４実施形態では、通常運転と再生運転とで、主排気通路２内において、窒素酸化物吸着材５及び硫黄酸化物吸着材９を通過する空気流の方向が、逆方向に変化する。これに対して、第１〜第３実施形態では、窒素酸化物吸着材５及び硫黄酸化物吸着材９を通過する空気流の方向は、常に同じである。
【００８８】
第４実施形態の通常運転では、ガスの流れる経路は、第１〜第３実施形態と同様である。通常運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを開放すると共に、遮断弁４Ｂを閉鎖する。遮断弁４Ａが開放されることにより、機関側排気通路１００からの排気ガスは、主排気通路２内を排出方向Ｆ２に沿って流れた後、合流排気通路１１０へと排出される。一方、遮断弁４Ｂが閉鎖されることにより、排気ガスは、分岐排気通路３内には流入しない。
【００８９】
通常運転において、排気ガスは、主排気通路２内で、フィルター部材８、硫黄酸化物吸着材９及び窒素酸化物吸着材５を、順に通過する。このため、排気ガス中の硫黄酸化物が硫黄酸化物吸着材９により除去される。排気ガス中の粒子状物質がフィルター部材８により除去される。排気ガス中の窒素酸化物が窒素酸化物吸着材５により除去される。
【００９０】
第４実施形態の再生運転では、ガスの流れる経路が、第１〜第３実施形態とは相違する。再生運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを閉鎖すると共に、遮断弁４Ｂを開放する。このとき、遮断弁４Ｂが開放されることにより、機関側排気通路１００からの排気ガスは、主排気通路２内を排出方向Ｆ３に沿って流れた後、合流排気通路１１０へと排出される。一方、遮断弁４Ａが遮断されているが、遮断弁４Ｂは主排気通路２の排気出口２ｂを開閉するものである。主排気通路２の排気入口２ａは開放されている。したがって、吸着物質脱離手段６又は燃焼装置７が作動すると、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７は空気供給手段を備えているため、主排気通路２内に、排気方向Ｆ２（排気ガスの流れ方向）とは逆方向ＦＲの空気流が発生する。そして、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７で生成されたガスが、主排気通路２内を逆方向ＦＲに沿って流され、排気出口１００ｂで排気ガスと合流し、分岐排気通路３内を排気方向Ｆ３に沿って流された後、合流排気通路１１０へと排出される。
【００９１】
再生運転において、吸着物質脱離手段６により領域Ａ６で生成された燃焼後ガスは、主排気通路２内で、逆方向ＦＲに沿って、窒素酸化物吸着材５、硫黄酸化物吸着材９、燃焼装置７及びフィルター部材８を、順に通過する。このため、窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５から脱離した後、燃焼装置７により窒素に還元されて、無害化される。硫黄酸化物は、硫黄酸化物吸着材９から脱離する。このようにして、窒素酸化物吸着材５及び硫黄酸化物吸着材９が、再生される。
【００９２】
フィルター再生運転において、燃焼装置７により領域Ａ７で生成された空気過剰の燃焼後ガスは、主排気通路２内で、逆方向ＦＲに沿って流されて、フィルター部材８を通過する。そして、フィルター部材８に捕獲された粒子状物質が、燃焼されて、無害化される。このようにして、フィルター部材８が、再生される。
【００９３】
第４実施形態においても、第１〜第３実施形態と同様に、通常運転時間に対する再生運転時間の比は、小さくなるように設定されている。
【００９４】
［第４実施形態の効果］
第４実施形態の排気ガス浄化装置１は、次のような効果を発揮する。
【００９５】
排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路３が設けられているので、主排気通路２への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路２内で窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を、１つの排気通路（主排気通路２）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００９６】
更に、排気ガス浄化装置１は、フィルター部材８を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、燃焼装置７の作動により、フィルター部材８の捕獲能力を維持できる。
【００９７】
更に、排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材９を備えることより、窒素酸化物吸着材５への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段６の作動により、硫黄酸化物吸着材９の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。特に、吸着物質脱離手段６が作動するときに、排気上流側へ向けて空気流（逆方向ＦＲへの燃焼後ガスの流れ）が形成され、窒素酸化物吸着材５に硫黄酸化物が流入しない。つまり、窒素酸化物吸着材５の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関あるいはガスタービン機関等の内燃機関、又は、焼却炉やボイラ等の燃焼機器、の排気ガスを浄化する装置に、適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】排気ガス浄化装置の概略図である（第１実施形態）。
【図２】排気ガス浄化装置の概略図である（第２実施形態）。
【図３】排気ガス浄化装置の概略図である（第３実施形態）。
【図４】排気ガス浄化装置の概略図である（第４実施形態）。
【図５】従来の排気ガス浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 排気ガス浄化装置
２ 主排気通路
２ａ 排気入口
２ｂ 排気出口
３ 分岐排気通路
３ａ 排気入口
３ｂ 排気出口
４Ａ、４Ｂ 遮断弁
５ 窒素酸化物吸着材
６ 吸着物質脱離手段
７ 燃焼装置
８ フィルター部材
９ 硫黄酸化物吸着材
１０ 制御装置
６１、７１ 空気ノズル（空気供給手段の一部）
６２、７２ 燃料ノズル（燃料供給手段の一部）
６３、７３ 点火プラグ（着火装置）
１００ 機関側排気通路
１００ｂ 排気出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関あるいはガスタービン機関等の内燃機関、又は、焼却炉やボイラ等の燃焼機器、の排気ガスを浄化する装置に関し、特に空気過剰状態で通常運転を行う内燃機関等の排気通路に接続されて窒素酸化物を除去する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等から排出される排気ガスには、有害成分として、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素など、が含まれている。これらの物質を排気ガスより除去して、排気ガスを浄化する装置は、従来各種開発されている。
【０００３】
本件出願人は、排気ガス浄化装置を開発し、既に出願している（特許文献１）。図５には、特許文献１の図１に記載の排気ガス浄化装置が示されている。図５に示されるように、本件出願人による従前の排気ガス浄化装置には、内燃機関等に接続される複数の分岐排気通路２０２ａ、２０２ｂのそれぞれに、窒素酸化物吸着材２０４と、吸着物質脱離手段２０３と、燃焼装置２０５と、が設けられている。内燃機関等からの排気ガスは、一部の分岐排気通路２０２ａ（又は２０２ｂ）にのみ供給され、他の分岐排気通路２０２ｂ（又は２０２ａ）には供給されない。そして、排気ガスの供給された分岐排気通路２０２ａでは、窒素酸化物が窒素酸化物吸着材２０４に吸着されて除去されると共に、窒素酸化物吸着材２０４の有する酸化触媒により、一酸化炭素及び炭化水素が、二酸化炭素や水に酸化される。一方、排気ガスの供給が遮断された分岐排気通路２０２ｂでは、吸着物質脱離手段２０３により窒素酸化物吸着材２０４から窒素酸化物から脱離され、脱離された窒素酸化物が燃焼装置２０５により窒素に還元される。つまり、一部の分岐排気通路２０２ａでは、窒素酸化物を窒素酸化物吸着材２０４に吸着させる通常運転が行われ、同時に、他の分岐排気通路２０２ｂでは、窒素酸化物を吸着材２０４から脱離させる再生運転が行われ、窒素酸化物吸着材２０４の吸着能力の維持が図られている。
【０００４】
図５に示される排気ガス浄化装置は、三元触媒や、アンモニアや尿素などを用いることのない浄化装置である。三元触媒は、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に分解できる触媒であるが、空気過剰条件下では有効に作用しない。アンモニア等を用いた浄化装置は、装置自体が非常に複雑で高価であり、還元剤としてのアンモニア等の維持費やアンモニア等の供給体制の整備も必要で、問題点が多い。図５に示される排気ガス浄化装置は、上記問題点を解決している。図５に示される排気ガス浄化装置は、空気過剰条件下で運転される内燃機関等から排出される排気ガスより、有害成分（窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素）を除去して浄化し、しかも、その浄化能力を低下させることなく維持できる。
【特許文献１】特開２００６−２７２１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒素酸化物吸着材の吸着能力を維持するため、図５に示される排気ガス浄化装置では、複数の分岐排気通路のそれぞれに、有害成分の除去に関わる手段（吸着剤、脱離手段、燃焼装置）が配置されている。このため、排気ガス浄化装置の製造コストが高くなる不具合があった。
【０００６】
本発明は、製造コストの低い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】
【０００７】
本願の第１発明は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記機関側排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路及び前記分岐排気通路の排気入口で、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
を備え、
前記分岐排気通路は、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されている、
ことを特徴とする。
【０００８】
前記第１発明は、次の構成（ａ）、（ｂ）を採用することが好ましい。
【０００９】
（ａ）前記主排気通路内で前記燃焼装置の排気下流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材を、備えている。
【００１０】
（ｂ）前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材の排気上流側かつ前記吸着物質脱離手段の排気下流側に配置され、空気過剰雰囲気で硫黄酸化物を一時的に吸着し、該吸着した硫黄酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する硫黄酸化物吸着材を、備えている。
【００１１】
本願の第２発明は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路の排気出口及び前記分岐排気通路の排気入口で、それぞれ、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、前記窒素酸化物吸着材に対応して、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、硫黄酸化物を吸着可能な硫黄酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記硫黄酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
前記主排気通路内で前記燃焼装置より排気上流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材と、
通常運転と再生運転とを行う制御装置と、
を備え、
前記分岐排気通路が、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されており、
前記制御装置が、前記通常運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を開放かつ前記分岐排気通路の排気入口を閉鎖して、排気ガスを主排気通路に沿って流すようにし、
前記制御装置が、前記再生運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を閉鎖かつ前記分岐排気通路の排気入口を開放し、前記吸着物質脱離手段及び前記燃焼装置を作動させて、前記排気ガス遮断手段及び前記燃焼装置の空気供給手段が発生させた空気流を、前記主排気通路内での排気ガスの流れ方向とは逆方向に流すようにする、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願の第１発明によれば、排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路が設けられているので、主排気通路への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路内で窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段及び燃焼装置を、１つの排気通路（主排気通路）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００１３】
更に、構成（ａ）によれば、排気ガス浄化装置は、フィルター部材を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、フィルター部材の捕獲能力を維持できる。
【００１４】
更に、構成（ｂ）によれば、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物吸着材の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材を備えることより、窒素酸化物吸着材への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、硫黄酸化物吸着材の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。しかも、硫黄酸化物が脱離したときは、窒素酸化物吸着材も昇温又は還元雰囲気に置かれるため、窒素酸化物吸着材に硫黄酸化物が付着しない。つまり、窒素酸化物吸着材の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【００１５】
本願の第２発明によれば、排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路が設けられているので、主排気通路への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路内で窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段及び燃焼装置を、１つの排気通路（主排気通路）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００１６】
更に、排気ガス浄化装置は、フィルター部材を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、フィルター部材の捕獲能力を維持できる。
【００１７】
更に、排気ガス浄化装置は、窒素酸化物吸着材の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材を備えることより、窒素酸化物吸着材への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段の作動により、硫黄酸化物吸着材の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。特に、吸着物質脱離手段が作動するときに、排気上流側へ向けて空気流が形成され、窒素酸化物吸着材に硫黄酸化物が流入しない。つまり、窒素酸化物吸着材の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１実施形態］
図１を用いて、第１実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。排気ガス浄化装置１は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路１００に接続される装置である。
【００１９】
内燃機関又は燃焼機器は、空気及び燃料の混合気体を燃焼させて、排気ガスを生成する。排気ガスには、窒素酸化物（Ｎ０ｘ）や、未燃物としての一酸化炭素（Ｃ０）や炭化水素（ＨＣ）、などが含まれている。機関側排気通路１００は、内燃機関又は燃焼機器が備える排気通路である。内燃機関又は燃焼機器で生成された排気ガスは、機関側排気通路１００より排出される。
【００２０】
図１には、排気ガスの通路として、機関側排気通路１００と、主排気通路２及び分岐排気通路３と、合流排気通路１１０と、が示されている。主排気通路２及び分岐排気通路３は、排気ガス浄化装置１が備える排気通路である。機関側排気通路１００の排気出口１００ｂは、主排気通路２の排気入口２ａ及び分岐排気通路３の排気入口３ａに接続されている。主排気通路２の排気出口２ｂ及び分岐排気通路３の排気出口３ｂは、合流排気通路１１０ａに接続されている。これらの排気通路１００、２、３及び１１０は、外気から遮断された通路であり、例えば、パイプで構成される。なお、合流排気通路１１０は、排気ガス浄化装置１が備える排気通路であっても、内燃機関又は燃焼機器の排気通路であってもよい。
【００２１】
機関側排気通路１００からの排気ガスは、主排気通路２内では、排気入口２ａから排気出口２ｂへと流れ、分岐排気通路３内では、排気入口３ａから排気出口３ｂへと流れる。したがって、以下では、主排気通路２について、排気入口２ａから排気出口２ｂへと向かう方向が、排気方向Ｆ２である。同じく、分岐排気通路３について、排気入口３ａから排気出口３ｂへと向かう方向が、排気方向Ｆ３である。
【００２２】
排気ガス浄化装置１は、制御装置（電子コントロールユニット）１０を備えている。制御装置１０は、排気ガス浄化装置１に備える各装置（後述）を制御する。
【００２３】
排気ガス浄化装置１は、主排気通路２及び分岐排気通路３の排気入口２ａ、３ａに、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段を備えている。
【００２４】
排気ガス遮断手段として、具体的には、排気入口２ａ、３ａのそれぞれに、ガスの遮断弁４Ａ、４Ｂが設けられている。遮断弁４Ａは、機関側排気通路１００から主排気通路２への排気ガスの流入を、遮断又は許容する。同じく、遮断弁４Ｂは、機関側排気通路１００から分岐排気通路３への排気ガスの流入を、遮断又は許容する。遮断弁４Ａ、４Ｂにおける遮断及び許容の切替えは、制御装置１０の制御により行われる。なお、排気ガス遮断手段は、機関側排気通路１００に連通する排気ガスの流路を、主排気通路２及び分岐排気通路３の間で択一的に切替える単一の切替弁でもよい。この切替弁は、主排気通路２及び分岐排気通路３の排気入口２ａ、３ａに配置される。
【００２５】
排気ガス浄化装置１は、主排気通路２内に、窒素酸化物吸着材５と、吸着物質脱離手段６と、燃焼装置７と、を備えている。排気方向Ｆ２の上流側から下流側に向けて、吸着物質脱離手段６、窒素酸化物吸着材５、燃焼装置７が、順に配置されている。
【００２６】
窒素酸化物吸着材５は、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する材料である。
【００２７】
ここで、空気過剰とは、空気（酸素）及び燃料の混合気体において、空気過剰率（供給された混合気体の空燃比を理想空燃比で割った値）が、１より大きい状態を指す。また、空気過剰率が１より小さい状態は、燃料過剰の状態である。還元雰囲気とは、燃焼（酸化及び還元反応）が発生した際に、還元剤が過剰で酸素が不足する状態にあるガスを指す。
【００２８】
また、窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物が脱離する場合には、次の３つの場合がある。脱離の第１の場合は、窒素酸化物吸着材５が、昇温雰囲気に置かれた場合である。脱離の第２の場合は、窒素酸化物吸着材５が、還元雰囲気に置かれた場合である。脱離の第３の場合は、窒素酸化物吸着材５が、昇温雰囲気かつ還元雰囲気に置かれた場合、である。
【００２９】
窒素酸化物吸着材５は、酸化作用を有する触媒成分も有している。
【００３０】
吸着物質脱離手段６は、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする脱離手段である。
【００３１】
吸着物質脱離手段６は、本実施形態では、燃焼装置である。燃焼装置は、空気供給手段と、燃料供給手段と、着火手段と、で構成される。そして、吸着物質脱離手段６は、燃料過剰条件下で燃焼反応を発生させることで、還元剤としての未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）を発生させると共に、燃焼反応の熱により昇温を実現する。
【００３２】
吸着物質脱離手段６の空気供給手段は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル６１と、を備えている。空気供給装置１１は、外気を取り込んで、空気調量装置１２に供給する。空気調量装置１２は、供給された空気（外気）を、空気量を調整した後、空気ノズル６１に供給する。空気ノズル６１は、主排気通路２内の領域Ａ６に開口したノズルである。空気ノズル６１に供給された空気は、主排気通路２内に噴射される。ここで、制御装置１０が、空気調量装置１２を制御して、空気ノズル６１に供給される空気量を調整する。
【００３３】
吸着物質脱離手段６の燃料供給手段は、制御装置１０と、燃料タンク１３と、燃料調量装置１４と、燃料ノズル６２と、を備えている。燃料タンク１３には、燃料が蓄えられている。燃料調量装置１４は、燃料タンク１３から供給される燃料を、燃料の量を調整した後、燃料ノズル６２に供給する。燃料ノズル６２は、主排気通路２内の領域Ａ６に開口したノズルである。領域Ａ６は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に位置している。燃料ノズル６２に供給された燃料は、主排気通路２内に噴射される。また、制御装置１０は、燃料調量装置１４を制御して、燃料ノズル６２に供給される燃料の量を調整する。
【００３４】
吸着物質脱離手段６の着火手段は、点火プラグ６３である。点火プラグ６３は、主排気通路２内で、着火を行う装置である。ここで、空気ノズル６１から噴射された空気と、燃料ノズル６２から噴射された燃料とにより、主排気通路２内の領域Ａ６に、混合ガスが生成されている。点火プラグ６３は、この混合ガスを着火して、燃焼させる。
【００３５】
吸着物質脱離手段６は、燃焼装置であるので、吸着物質脱離手段６の排気下流側に、昇温及び還元雰囲気を発生させる。昇温雰囲気は、混合ガスの燃焼の熱により発生する。還元雰囲気は、混合ガスの燃焼により未燃物（一酸化炭素、炭化水素）が生成されることにより、発生する。したがって、吸着物質脱離手段６は、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする手段である。
【００３６】
なお、主排気通路２における吸着物質脱離手段６の位置は、正確には、空気ノズル６１、燃焼ノズル６２及び点火プラグ６３の位置を指している。空気ノズル６１、燃焼ノズル６２及び点火プラグ６３が、吸着物質脱離手段６において、主排気通路２に直接係りのある要素である。
【００３７】
なお、吸着物質脱離手段６は、上述したような燃焼装置に限定されない。吸着物質脱離手段６は、空気供給手段を備え、昇温又は還元雰囲気のいずれか一方を提供できれば良い。空気供給手段は、排気入口２ａが閉鎖された際に主排気通路２内で送風するために必要である。
【００３８】
燃焼装置７は、空気供給手段と、燃料供給手段と、点火プラグ６３と、で構成される。燃焼装置７は、空気過剰条件で運転され、未反応のまま窒素酸化物吸着材５を通過した還元剤（未燃物）を酸化して除去する。なお、燃焼装置７が発生させる燃焼火炎内には局所的に燃料過剰の燃焼領域が存在するので、この燃料過剰の燃焼領域で窒素酸化物が還元されて除去される。特に、燃焼装置７が発生させる燃焼領域が、燃焼過剰燃焼領域と空気過剰燃焼領域とに明確に分離された所謂２段燃焼形態である場合、窒素酸化物及び未燃物の除去作用が効果的に実現される。更に、窒素酸化物吸着材５に含まれる酸化触媒成分が、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどの貴金属である場合、窒素酸化物吸着材５は、還元雰囲気で窒素酸化物を還元する還元触媒成分をも有することになる。この場合、窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５から脱離すると大部分が還元されて除去されるため、窒素酸化物の除去作用がより一層効果的に実現される。
【００３９】
燃焼装置７の空気供給手段も、吸着物質脱離手段６の空気供給手段と同様である。燃焼装置７の空気供給手段は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル７１と、を備えている。つまり、吸着物質脱離手段６の空気供給手段の空気ノズル６１が、燃焼装置７の空気供給手段では、空気ノズル７１に置換されている。なお、空気ノズル６１は、主排気通路２内の領域Ａ７に開口している。領域Ａ７は、窒素酸化物吸着材５の排気下流側に位置している。
【００４０】
燃焼装置７の燃料供給手段も、吸着物質脱離手段６の燃料供給手段と同様である。燃焼装置７の燃料供給手段は、燃料タンク１３と、燃料調量装置１４と、燃料ノズル７２と、を備えている。つまり、吸着物質脱離手段６の空気供給手段の燃料ノズル６２が、燃焼装置７の燃料供給手段では、燃料ノズル７２に置換されている。なお、燃料ノズル６２は、主排気通路２内の領域Ａ７に開口している。
【００４１】
燃焼装置７の着火手段も、吸着物質脱離手段６の着火手段と同様である。燃焼装置７の着火手段は、点火プラグ７３であり、主排気通路２内の領域Ａ７で着火を行う装置である。
【００４２】
一方、排気ガス浄化装置１は、分岐排気通路３内には、排気ガスの処理に係る装置を、備えていない。このため、機関側排気通路１００から分岐排気通路３に供給された排気ガスは、分岐排気通路３の排気出口３ｂから、そのまま排出される。
【００４３】
［第１実施形態の作動］
次に、排気ガス浄化装置１の作動が説明される。ここで、制御装置１０が、排気ガス浄化装置１を作動させる。制御装置１０が排気ガス浄化装置１を作動させる運転には、通常運転と、再生運転と、がある。
【００４４】
通常運転は、内燃機関等の機関側排気通路１００から排出される排気ガスを主排気通路２に通し、該排気ガスに含まれる窒素酸化物を窒素酸化物吸着材５に吸着させる運転を意味する。通常運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを開放すると共に、遮断弁４Ｂを閉鎖する。このとき、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を作動させない。
【００４５】
再生運転は、通常運転により窒素酸化物吸着材５に吸着した窒素酸化物を、窒素酸化物吸着材５から脱離させた後、窒素に還元して無害化する運転を意味する。再生運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを閉鎖すると共に、遮断弁４Ｂを開放する。また、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を作動させる。
【００４６】
排気ガス浄化装置１に接続される内燃機関等の作動が開始されると、それに応じて、制御装置１０は、排気ガス浄化装置１の作動を開始させる。このとき、制御装置１０は、通常運転を開始する。遮断弁４Ａが開放されることにより、排気ガスは、主排気通路２に供給され、排出方向Ｆ２に沿って主排気通路２内を流れる。一方、遮断弁４Ｂが閉鎖されることにより、排気ガスは、分岐排気通路３内には流入しない。
【００４７】
通常運転において、排気ガスに含まれる窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５に吸着される。そして、排気ガスより窒素酸化物が除去される。また、窒素酸化物吸着材５が酸化触媒成分を有していることにより、排気ガスに含まれる一酸化炭素及び炭化水素が酸化される。一酸化炭素及び炭化水素は、二酸化炭素及び水に酸化されて、無害化される。そして、排気ガスより、一酸化炭素及び炭化水素が除去される。
【００４８】
窒素酸化物吸着材５に窒素酸化物が吸着されるにつれて、窒素酸化物吸着材５の吸着能力が低下する。窒素酸化物吸着材５の吸着能力を維持するには、窒素酸化物吸着材５より窒素酸化物を脱離させる必要がある。
【００４９】
制御装置１０は、窒素酸化物吸着材５への窒素酸化物の吸着量が所定量に達するまで、もしくは、所定の一定時間の間、通常運転を行う。通常運転の実行される時間を、通常運転時間とする。
【００５０】
制御装置１０は、通常運転の開始時から通常運転時間が経過すると、通常運転を中断して、再生運転を開始する。遮断弁４Ａが閉鎖されることにより、排気ガスは、主排気通路２内には流入しない。一方、遮断弁４Ｂが開放されることにより、排気ガスは、分岐排気通路３に供給され、排出方向Ｆ３に沿って分岐排気通路３内を流れる。
【００５１】
再生運転において、制御装置１０は、燃料過剰条件で吸着物質脱離手段６を作動させる。吸着物質脱離手段６の作動により、領域Ａ６で、燃料、空気の混合ガスが生成された後、この混合ガスが燃焼される。混合ガスが燃焼されて生成される燃焼後ガスには、未燃物として、一酸化炭素及び炭化水素が含まれている。一酸化炭素及び炭化水素は、窒素酸化物の還元剤として働く。また、燃焼後ガスは、燃焼の熱のため、昇温されている。この燃焼後ガスは、空気ノズル６１で空気が噴射されることにより、排気下流側へと送られる。そして、この燃焼後ガスにより、窒素酸化物吸着材５の周囲に、還元雰囲気及び昇温雰囲気が発生する。
【００５２】
窒素酸化物吸着材５が還元雰囲気及び昇温雰囲気に置かれるので、窒素酸化物吸着材５に吸着した窒素酸化物が、窒素酸化物吸着材５より脱離する。ここで、窒素酸化物吸着材５の材料が貴金属であるＰｔ等の場合、脱離した窒素酸化物は、直ちに、窒素に還元される。
【００５３】
制御装置１０は、吸着物質脱離手段６の作動と同時もしくは作動後に、燃料過剰条件で燃焼装置７を作動させる。燃焼装置７の作動により、領域Ａ７で、燃料、空気の混合ガスが生成された後、この混合ガスが燃焼される。
【００５４】
ここで、窒素酸化物等の含まれた燃焼後ガスが、領域Ａ７を通過する。窒素酸化物等の含まれた燃焼後ガスも、領域Ａ７で燃焼される。領域Ａ７の燃料過剰燃焼領域で、燃焼後ガスに含まれる窒素酸化物等が、燃料及び未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）を還元剤として還元され、窒素に変化する。また、領域Ａ７の空気過剰燃焼領域で、未燃物は、燃焼反応により酸化されて、二酸化炭素及び水に変化する。
【００５５】
主排気通路２の排気出口２ｂからは、２度の燃焼を経たガスが排出されるが、このガス中からは、窒素酸化物が除去されていると共に、未燃物である一酸化炭素及び炭化水素も除去されている。つまり、有害物質の除去されたガスが、主排気通路２より排出される。
【００５６】
制御装置１０は、窒素酸化物吸着材５への窒素酸化物の吸着量が０（もしくは微小な一定値）になるまで、もしくは、所定の一定時間の間、再生運転を行う。再生運転の実行される時間を、再生運転時間とする。再生運転の間は、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７の作動を継続する。この再生運転により、窒素酸化物吸着材５より窒素酸化物が除去されて、窒素酸化物吸着材５の吸着性能が再生される。制御装置１０は、通常運転の開始時から再生運転時間が経過すると、再生運転を中断して、再び、通常運転を開始する。以後、制御装置１０は、通常運転と、再生運転とを、交互に繰り返す。
【００５７】
ここで、再生運転の間は、排気ガスは、分岐排気通路３を通じて排出される。再生運転の間は、排気ガスに含まれる窒素酸化物が除去されない状態で、排気ガスが、排気ガス浄化装置１より排出される。
【００５８】
そこで、通常運転時間に対する再生運転時間の比が、小さくなるように設定されている。通常運転時間は、窒素酸化物吸着材５が一定以上の吸着性能を発揮できる時間として設定されている。このため、排気ガス浄化装置１の作動条件を変更しても、通常運転時間の占める割合（通常運転時間／（通常運転時間＋再生運転時間））を短縮することはできない。一方、再生運転時間は、窒素酸化物吸着材５が再生されるのに要する時間として設定されている。窒素酸化物吸着材５の再生の速度は、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７の作動条件（単位時間当たりの燃料及び空気の噴射量の設定など）の変更によって、短縮させることが可能である。そして、通常運転時間に対する再生運転時間の比を小さくすることで、排気ガスに含まれる窒素酸化物の低減率が、高く維持される。
【００５９】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態の排気ガス浄化装置１は、次のような効果を発揮する。
【００６０】
排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路３が設けられているので、主排気通路２への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路２内で窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を、１つの排気通路（主排気通路２）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００６１】
［第２実施形態］
図２を用いて、第２実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。第２実施形態の排気ガス浄化装置１には、第１実施形態の排気ガス浄化装置１に、更に、フィルター部材８が備えられている。
【００６２】
フィルター部材８は、主排気通路２内で、燃焼装置７の排気下流側に配置されている。
【００６３】
フィルター部材８は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能な部材である。粒子状物質は、燃料の不完全燃焼によって発生する、炭素、炭化水素、硝酸塩類の微粒子などである。
【００６４】
［第２実施形態の作動］
次に、排気ガス浄化装置１の作動において、フィルター部材８に係る点が説明される。
【００６５】
第２実施形態では、制御装置１０が排気ガス浄化装置１を作動させる運転に、通常運転及び再生運転に加えて、フィルター再生運転及びフィルター通常運転がある。
【００６６】
フィルター再生運転は、フィルター部材８に捕獲された粒子状物質を酸化して除去する運転を意味する。フィルター再生運転では、制御装置１０は、燃焼装置７を作動させる。燃焼装置７が作動すると、領域Ａ７及び領域Ａ７の排気下流側で燃焼反応が発生する。この燃焼反応により、フィルター部材８に捕獲された粒子状物質（炭素）が、酸化されて、除去される。粒子状物質を酸化させるため、フィルター再生運転においても、燃焼装置７は、空気過剰の混合ガスを生成して、燃焼させる。
【００６７】
フィルター通常運転は、フィルター再生運転の実行されないときの運転を指している。つまり、フィルター通常運転では、制御装置１０は、燃焼装置７を作動させない。
【００６８】
制御装置１０は、フィルター部材８による粒子状物質の捕獲量が所定量に達するまで、もしくは、所定の一定時間の間、フィルター通常運転を行う。フィルター通常運転の実行される時間を、フィルター通常運転時間とする。
【００６９】
捕獲量の検出は、フィルター部材８の捕獲量の検出手段を設けることで可能である。例えば、フィルター部材８の排気上流側及び排気下流側に、主排気通路２内の圧力を検出する圧力センサが、捕獲量の検出手段として設けられる。捕獲量に応じて、フィルター部材８の目詰まりの程度が変化し、フィルター部材８の排気上流側と排気下流側との間の圧力差の大きさが変化する。このため、この圧力差の大きさより、捕獲量を特定することが可能である。
【００７０】
フィルター再生運転及びフィルター通常運転は、通常運転及び再生運転とは、異なるタイミングに実施される。なお、フィルター再生運転及び再生運転は共に空気過剰条件での運転であるので、通常運転及び再生運転が同一のタイミングで実施されても良い。
【００７１】
［第２実施形態の効果］
第２実施形態の排気ガス浄化装置１は、更に、次のような効果を発揮する。
【００７２】
排気ガス浄化装置１は、フィルター部材８を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、吸着物質脱離手段６の作動により、フィルター部材８の捕獲能力を維持できる。
【００７３】
［第３実施形態］
図３を用いて、第３実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。第３実施形態の排気ガス浄化装置１には、第２実施形態の排気ガス浄化装置１に、更に、硫黄酸化物吸着材９が備えられている。
【００７４】
燃料に硫黄が含まれている場合、排気ガスに硫黄酸化物が含まれる。硫黄酸化物吸着材９は、排気ガスに含まれる硫黄酸化物の除去に係る。
【００７５】
硫黄酸化物吸着材９は、主排気通路２内で、窒素酸化物吸着材５の排気上流側かつ吸着物質脱離手段６の排気下流側に配置されている。
【００７６】
硫黄酸化物吸着材９は、空気過剰雰囲気で硫黄酸化物を一時的に吸着し、該吸着した硫黄酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する材料である。硫黄酸化物吸着材９における吸着及び脱離の作用は、窒素酸化物吸着材５における吸着及び脱離の作用と同様である。
【００７７】
［第３実施形態の作動］
次に、排気ガス浄化装置１の作動において、硫黄酸化物吸着材９に係る点が説明される。
【００７８】
通常運転において、排気ガスに含まれる窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５に吸着される。また、排気ガスに含まれる硫黄酸化物は、硫黄酸化物吸着材９に吸着される。そして、排気ガスより硫黄酸化物が除去される。
【００７９】
再生運転において、制御装置１０は、吸着物質脱離手段６を作動させる。吸着物質脱離手段６の作動により、燃焼後ガスが、領域Ａ６の排気下流側へと送られる。この燃焼後ガスにより、窒素酸化物吸着材５の周囲に、還元雰囲気及び昇温雰囲気が発生すると共に、硫黄酸化物吸着材９の周囲に、還元雰囲気及び昇温雰囲気が発生する。
【００８０】
硫黄酸化物吸着材９が還元雰囲気又は昇温雰囲気に置かれると、硫黄酸化物吸着材９に吸着した硫黄酸化物が、硫黄酸化物吸着材９より脱離する。このため、窒素酸化物吸着材５の再生運転において、硫黄酸化物吸着材９の吸着能力も、再生される。ここで、窒素酸化物吸着材５も昇温又は還元雰囲気に置かれているため、窒素酸化物吸着材５への硫黄酸化物の吸着が防止されている。
【００８１】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態の排気ガス浄化装置１は、更に、次のような効果を発揮する。
【００８２】
排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材９を備えることより、窒素酸化物吸着材５への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段５の作動により、硫黄酸化物吸着材９の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。しかも、硫黄酸化物が脱離したときは、窒素酸化物吸着材５も昇温又は還元雰囲気に置かれるため、窒素酸化物吸着材５に硫黄酸化物が付着しない。つまり、窒素酸化物吸着材５の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【００８３】
［第４実施形態］
図４を用いて、第４実施形態の排気ガス浄化装置１が説明される。第４実施形態の排気ガス浄化装置１は、第３実施形態の排気ガス浄化装置１と比べて、装置構成の点では同一であるが、配置構成の点で相違している。第１の相違点は、排気ガス遮断手段の配置構成である。第２の相違点は、主排気通路２内における、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６、燃焼装置７、フィルター部材８及び硫黄酸化物吸着材９の配置構成である。また、配置構成の変更により、制御装置１０の制御内容が変更される。したがって、第３の相違点は、制御装置１０の制御内容である。
【００８４】
第４実施形態では、排気ガス遮断手段である遮断弁４Ａ、４Ｂが、主排気通路２の排気出口２ｂ、分岐排気通路３の排気入口３ａのそれぞれに、設けられている。
【００８５】
第４実施形態では、主排気通路２内に、排気方向Ｆ２に沿って（排気上流側から下流側に向けて）、フィルター部材８、燃焼装置７、硫黄酸化物吸着材９、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６及び遮断弁４Ａが、順に配置されている。
【００８６】
［第４実施形態の作動］
次に、第４実施形態の排気ガス浄化装置１の作動が説明される。ここで、第４実施形態の排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物吸着材５、硫黄酸化物吸着材９及びフィルター部材８を備えている。このため、第４実施形態の制御装置１０は、通常運転及び再生運転を繰り返し行うと共に、フィルター通常運転及びフィルター再生運転を繰り返し行う。
【００８７】
特に、第４実施形態では、通常運転と再生運転とで、主排気通路２内において、窒素酸化物吸着材５及び硫黄酸化物吸着材９を通過する空気流の方向が、逆方向に変化する。これに対して、第１〜第３実施形態では、窒素酸化物吸着材５及び硫黄酸化物吸着材９を通過する空気流の方向は、常に同じである。
【００８８】
第４実施形態の通常運転では、ガスの流れる経路は、第１〜第３実施形態と同様である。通常運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを開放すると共に、遮断弁４Ｂを閉鎖する。遮断弁４Ａが開放されることにより、機関側排気通路１００からの排気ガスは、主排気通路２内を排出方向Ｆ２に沿って流れた後、合流排気通路１１０へと排出される。一方、遮断弁４Ｂが閉鎖されることにより、排気ガスは、分岐排気通路３内には流入しない。
【００８９】
通常運転において、排気ガスは、主排気通路２内で、フィルター部材８、硫黄酸化物吸着材９及び窒素酸化物吸着材５を、順に通過する。このため、排気ガス中の硫黄酸化物が硫黄酸化物吸着材９により除去される。排気ガス中の粒子状物質がフィルター部材８により除去される。排気ガス中の窒素酸化物が窒素酸化物吸着材５により除去される。
【００９０】
第４実施形態の再生運転では、ガスの流れる経路が、第１〜第３実施形態とは相違する。再生運転では、制御装置１０は、遮断弁４Ａを閉鎖すると共に、遮断弁４Ｂを開放する。このとき、遮断弁４Ｂが開放されることにより、機関側排気通路１００からの排気ガスは、主排気通路２内を排出方向Ｆ３に沿って流れた後、合流排気通路１１０へと排出される。一方、遮断弁４Ａが遮断されているが、遮断弁４Ｂは主排気通路２の排気出口２ｂを開閉するものである。主排気通路２の排気入口２ａは開放されている。したがって、吸着物質脱離手段６又は燃焼装置７が作動すると、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７は空気供給手段を備えているため、主排気通路２内に、排気方向Ｆ２（排気ガスの流れ方向）とは逆方向ＦＲの空気流が発生する。そして、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７で生成されたガスが、主排気通路２内を逆方向ＦＲに沿って流され、排気出口１００ｂで排気ガスと合流し、分岐排気通路３内を排気方向Ｆ３に沿って流された後、合流排気通路１１０へと排出される。
【００９１】
再生運転において、吸着物質脱離手段６により領域Ａ６で生成された燃焼後ガスは、主排気通路２内で、逆方向ＦＲに沿って、窒素酸化物吸着材５、硫黄酸化物吸着材９、燃焼装置７及びフィルター部材８を、順に通過する。このため、窒素酸化物は、窒素酸化物吸着材５から脱離した後、燃焼装置７により窒素に還元されて、無害化される。硫黄酸化物は、硫黄酸化物吸着材９から脱離する。このようにして、窒素酸化物吸着材５及び硫黄酸化物吸着材９が、再生される。
【００９２】
フィルター再生運転において、燃焼装置７により領域Ａ７で生成された空気過剰の燃焼後ガスは、主排気通路２内で、逆方向ＦＲに沿って流されて、フィルター部材８を通過する。そして、フィルター部材８に捕獲された粒子状物質が、燃焼されて、無害化される。このようにして、フィルター部材８が、再生される。
【００９３】
第４実施形態においても、第１〜第３実施形態と同様に、通常運転時間に対する再生運転時間の比は、小さくなるように設定されている。
【００９４】
［第４実施形態の効果］
第４実施形態の排気ガス浄化装置１は、次のような効果を発揮する。
【００９５】
排気ガスをそのまま流すための分岐排気通路３が設けられているので、主排気通路２への排気ガスの流入を遮断して、主排気通路２内で窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物を脱離させることができる。このため、排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物の吸着、脱離及び還元に係る、窒素酸化物吸着材５、吸着物質脱離手段６及び燃焼装置７を、１つの排気通路（主排気通路２）にのみ配置しながら、窒素酸化物の吸着能力を維持できる。したがって、製造コストの低い排気ガス浄化装置が提供される。
【００９６】
更に、排気ガス浄化装置１は、フィルター部材８を備えることより、粒子状物質を排気ガスより除去できる。また、燃焼装置７の作動により、フィルター部材８の捕獲能力を維持できる。
【００９７】
更に、排気ガス浄化装置１は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に、硫黄酸化物吸着材９を備えることより、窒素酸化物吸着材５への硫黄酸化物の流入を防止できる。また、吸着物質脱離手段６の作動により、硫黄酸化物吸着材９の硫黄酸化物の吸着能力を維持できる。特に、吸着物質脱離手段６が作動するときに、排気上流側へ向けて空気流（逆方向ＦＲへの燃焼後ガスの流れ）が形成され、窒素酸化物吸着材５に硫黄酸化物が流入しない。つまり、窒素酸化物吸着材５の硫黄酸化物の被毒による性能劣化が防止される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関あるいはガスタービン機関等の内燃機関、又は、焼却炉やボイラ等の燃焼機器、の排気ガスを浄化する装置に、適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】排気ガス浄化装置の概略図である（第１実施形態）。
【図２】排気ガス浄化装置の概略図である（第２実施形態）。
【図３】排気ガス浄化装置の概略図である（第３実施形態）。
【図４】排気ガス浄化装置の概略図である（第４実施形態）。
【図５】従来の排気ガス浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 排気ガス浄化装置
２ 主排気通路
２ａ 排気入口
２ｂ 排気出口
３ 分岐排気通路
３ａ 排気入口
３ｂ 排気出口
４Ａ、４Ｂ 遮断弁
５ 窒素酸化物吸着材
６ 吸着物質脱離手段
７ 燃焼装置
８ フィルター部材
９ 硫黄酸化物吸着材
１０ 制御装置
６１、７１ 空気ノズル（空気供給手段の一部）
６２、７２ 燃料ノズル（燃料供給手段の一部）
６３、７３ 点火プラグ（着火装置）
１００ 機関側排気通路
１００ｂ 排気出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記機関側排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路及び前記分岐排気通路の排気入口で、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
を備え、
前記分岐排気通路は、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記主排気通路内で前記燃焼装置の排気下流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材を、備えている、
排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置において、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材の排気上流側かつ前記吸着物質脱離手段の排気下流側に配置され、空気過剰雰囲気で硫黄酸化物を一時的に吸着し、該吸着した硫黄酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する硫黄酸化物吸着材を、備えている、
排気ガス浄化装置。
【請求項４】
内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路の排気出口及び前記分岐排気通路の排気入口で、それぞれ、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、前記窒素酸化物吸着材に対応して、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、硫黄酸化物を吸着可能な硫黄酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記硫黄酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
前記主排気通路内で前記燃焼装置より排気上流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材と、
通常運転と再生運転とを行う制御装置と、
を備え、
前記分岐排気通路が、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されており、
前記制御装置が、前記通常運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を開放かつ前記分岐排気通路の排気入口を閉鎖して、排気ガスを主排気通路に沿って流すようにし、
前記制御装置が、前記再生運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を閉鎖かつ前記分岐排気通路の排気入口を開放し、前記吸着物質脱離手段及び前記燃焼装置を作動させて、前記排気ガス遮断手段及び前記燃焼装置の空気供給手段が発生させた空気流を、前記主排気通路内での排気ガスの流れ方向とは逆方向に流すようにする、
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記機関側排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路及び前記分岐排気通路の排気入口で、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
を備え、
前記分岐排気通路は、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されている、
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記主排気通路内で前記燃焼装置の排気下流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材を、備えている、
排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置において、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材の排気上流側かつ前記吸着物質脱離手段の排気下流側に配置され、空気過剰雰囲気で硫黄酸化物を一時的に吸着し、該吸着した硫黄酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する硫黄酸化物吸着材を、備えている、
排気ガス浄化装置。
【請求項４】
内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される排気ガス浄化装置において、
前記排気通路に接続される主排気通路及び分岐排気通路と、
前記主排気通路の排気出口及び前記分岐排気通路の排気入口で、それぞれ、排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段と、
前記主排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段を有すると共に、前記窒素酸化物吸着材に対応して、該空気供給手段から供給される空気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
前記主排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、硫黄酸化物を吸着可能な硫黄酸化物吸着材と、
前記主排気通路内で前記硫黄酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される燃焼装置と、
前記主排気通路内で前記燃焼装置より排気上流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能なフィルター部材と、
通常運転と再生運転とを行う制御装置と、
を備え、
前記分岐排気通路が、前記機関側排気通路からの排気ガスが処理されずにそのまま排出されるように構成されており、
前記制御装置が、前記通常運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を開放かつ前記分岐排気通路の排気入口を閉鎖して、排気ガスを主排気通路に沿って流すようにし、
前記制御装置が、前記再生運転において、前記排気ガス遮断手段により前記主排気通路の排気出口を閉鎖かつ前記分岐排気通路の排気入口を開放し、前記吸着物質脱離手段及び前記燃焼装置を作動させて、前記排気ガス遮断手段及び前記燃焼装置の空気供給手段が発生させた空気流を、前記主排気通路内での排気ガスの流れ方向とは逆方向に流すようにする、
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８５７６３（Ｐ２００９−１８５７６３Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８８４５（Ｐ２００８−２８８４５）
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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