JP2005207281A - 排気ガス浄化装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 希薄燃焼を行う内燃機関及び燃焼機器等において、ＳＯｘ等の被毒を生じることなく、効率良くＮＯｘ及びすす等の粒子状物質を除去することを目的としている。
【解決手段】 内燃機関１等の排気通路２に設置される排気ガス浄化装置であり、空気過剰雰囲気でも窒素酸化物を一時的に吸着でき、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ＮＯｘ吸着材４と、前記ＮＯｘ吸着材４より排気上流側に配置され、排気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段３と、前記ＮＯｘ吸着材４より排気下流側に配置され、燃料ノズル６及び点火装置７から構成された燃焼装置５を、前記排気通路２内に備えている。通常運転時には、ＮＯｘ吸着材４により排気ガス中のＮＯｘを吸着し、ＮＯｘ吸着量が飽和状態になると、吸着物質脱離手段３及び燃焼装置５を作動させ、ＮＯｘを脱離させ、燃焼装置５の燃焼過濃燃焼領域Ｘ1で燃焼除去する。
【選択図】図１

Description

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、特に排気通路内に設置されて主として窒素酸化物とすす等の粒子状物質を除去する排気ガス浄化装置に関する。

排気ガス浄化の対象となる物質は、窒素酸化物、一酸化炭素、未燃炭化水素及びすす等粒子状物質であるが、これらの物質を浄化する装置については、従来各種開発されている。

窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための装置としてはアンモニアや尿素を還元剤として用いた還元触媒を排気通路中に設置し、窒素酸化物を選択的に還元する脱硝装置等が実用化されている。また、比較的小型のガス機関や自動車用ガソリン機関では、窒素酸化物、一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素（ＨＣ）の三者を同時に分解できる三元触媒が開発されており、排気ガスの効果的な浄化に寄与している。

しかし、前記三元触媒は、理論空燃比又はそれに近い範囲内で運転されている時には有効に浄化作用を発揮するが、それ以外の条件下、特に空気（酸素）過剰な排気ガス中では有効に作用しないことが判明している。これに対処するため、空気過剰状態で運転されるガス又はガソリン機関においては、前記空気（酸素）過剰条件での運転時に一時的に窒素酸化物を吸蔵材に吸蔵しておき、次に燃料過剰条件で運転することにより、前記吸蔵した窒素酸化物を放出・還元する窒素酸化物吸蔵触媒方式が実用化されている。

しかし、窒素酸化物吸蔵触媒方式は、燃料中の硫黄成分に由来する排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって触媒が被毒し、窒素酸化物の浄化能力が急激に減少することが判明しており、そのため低硫黄含有燃料を使用する機関においてのみ使用されているのが現状である。なお、窒素酸化物浄化塔内において吸蔵材により窒素酸化物を吸蔵し、同じ窒素酸化物浄化塔内において燃焼することにより、吸蔵材に吸着されている窒素酸化物を還元すると共に硫黄酸化物等を放出する構成の浄化装置（特許文献１）も開発されているが、吸蔵材を内蔵する浄化塔内で燃焼する構成のため、現実的に吸蔵材の耐久性が問題となる。

また、すす等の粒子状物質の除去には、電気集塵器やＤＰＦが実用化されている。該ＤＰＦは、フィルターにより粒子状物質を物理的に捕獲し、電気ヒータ等により、前記捕獲した粒子状物質を焼却除去するようになっているが、最近では、酸化作用のある触媒成分を微粒子フィルターに担持させ、粒子状物質を連続的に除去できるＤＰＦも開発されている。
特開２００３−２７９２７号公報

前記三元触媒では、既に説明しているように、空気過剰条件で運転される内燃機関や燃料機器では触媒機能を発揮させることができず、また、小型のガス機関や自動車用ガソリン機関で実用化されている前記窒素酸化物吸蔵触媒方式では、硫黄酸化物や粒子状物質が含まれる排気中では、その浄化能力を効果的に発揮させることは困難である。

産業用内燃機関や燃焼機器及び船舶用内燃機関では、空気過剰条件で運転されているものが殆どであり、また、硫黄成分が含まれる燃料を使用していることから、排気ガス中には硫黄酸化物や粒子状物質が多く含まれており、そのような排気ガス中でも、性能が十分に発揮できる排気ガス浄化装置が要望されている。

なお、アンモニアや尿素等を用いて窒素酸化物を選択的に還元する脱硝装置は、比較的大型の産業用内燃機関や燃焼機器に適用されているが、装置自体が大掛かりで非常に高価なものであり、また、還元剤のアンモニアや尿素の維持費も高くなる。さらに、消費されないアンモニアが大気中に放出される可能性も大きい。

（発明の目的）
本発明の目的は、主として空気過剰条件で運転する内燃機関又は燃焼機器において、排気ガス中の窒素酸化物、すす等の粒子状物質、一酸化炭素及び未燃炭化水素を除去でき、しかもその浄化能力を低下させることなく維持できる排気ガス浄化装置を提供することである。また、従来のように硫黄酸化物の被毒による触媒の劣化を少なくし、硫黄成分を多く含むような燃料でも性能が十分に発揮できるようにすることも目的としている。

前記課題を解決するために本願請求項１に記載した基本的な発明は、内燃機関又は燃焼機器の排気通路に設置される排気ガス浄化装置において、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還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、該窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、排気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、燃料供給手段及び着火手段から構成された燃焼装置とを、排気通路内に備えている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の排気ガス浄化装置において、前記燃焼装置は、前記燃料供給手段から供給される燃料と前記窒素酸化物吸着材からの排気ガスによって燃料過剰条件で燃焼する燃料過濃燃焼領域と、該燃料過濃燃焼領域の排気下流側に位置すると共に、前記燃料過濃燃焼領域からの排気ガスと空気供給手段からの空気により空気過剰条件で燃焼する燃料希薄燃焼領域とを有している。

請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置において、排気通路を２以上の分岐排気通路に分岐し、各分岐排気通路内に、前記単一の排気通路構造の場合と同様の吸着物質脱離手段、窒素酸化物吸着材及び燃焼装置を上流側から順に配置してある。

前記吸着物質脱離手段として各種構成のものを適用できるが、本願では、昇温手段と還元剤供給手段からなる吸着物質脱離手段、発熱抵抗体からなる吸着物質脱離手段、吸着物質脱離用燃料供給手段からなる吸着物質脱離手段、吸着物質脱離用燃料供給手段と該吸着物質脱離用燃料供給手段より排気下流側に配置される酸化作用を有する触媒からなる吸着物質脱離手段、又は吸着物質脱離用空気供給手段と吸着物質脱離用燃料供給手段と吸着物質脱離用着火手段からなる脱離用燃焼装置を適用している。

粒子状物質を捕獲するために、窒素酸化物吸着材の排気上流側に、粒子状物質捕獲用の微粒子フィルターを配置するか、あるいは窒素酸化物吸着材自身の形状を、粒子状物質捕獲可能な物理的形状に形成することができる。前記微粒子フィルターは、粒子状物質を捕獲するだけの機能を有する構造でも良いが、酸化作用を有する触媒を含み、連続的に粒子状物質を酸化できる構造のものを採用することもできる。また、窒素酸化物吸着材自身の具体的形状としては、たとえば担体のハニカムを１セルずつ排気流れ方向の交互にその端を塞いだ構造としたもの（目封じタイプ又はウォールフロータイプ）を採用でき、それにより効果的に粒子を除去できる。

排気ガス中に硫黄酸化物が含まれていても、窒素酸化物吸着材の性能を十分に発揮させるために、窒素酸化物吸着材の排気上流側に硫黄酸化物吸着材を配置することができる。

前記燃料希薄燃焼領域を形成するために用いる燃焼装置の空気供給手段は、過給機付内燃機関の場合には、過給機の圧縮機の出口部分に接続して、過給機からの圧縮空気を利用することもできる。

前記吸着物質脱離手段として吸着物質脱離用燃焼装置を設ける場合には、吸着物質脱離用燃焼装置及び/又は吸着材下流側に配置された燃焼装置に保炎機構を備えることができる。この保炎機構は、排気ガスの流れを部分的に遮断することにより、排気ガスの流速を遅くし、さらに逆流領域（渦領域）を形成し、火炎を保持する機構である。排気ガスを旋回羽根等で旋回させ、それにより排気ガスの循環領域を形成するようにすることもでき、また、少量の空気を供給して、燃料供給手段の近傍に高酸素濃度領域を形成させる手段も有効である。

排気通路が接続される内燃機関が圧縮着火式の場合には、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を制御することにより、吸着物質脱離手段として利用することができる。たとえば機関膨張行程もしくは排気行程において二次燃料を噴射させるか、又は、噴射時期を遅延させることにより、排気ガスの温度を上昇させ、さらにＣＯやＨＣを供給することで、窒素酸化物吸着材の窒素酸化物を脱離させる。また、空気過剰条件で運転されるガソリン機関及びガス機関においても、一時的に燃料過剰運転させることで排気温度を上昇させ、還元雰囲気を作ることで、ＮＯｘを脱離させることができる。

また、燃焼装置の燃料希薄燃焼領域の排気下流側に熱交換器を配置し、該熱交換器を前記吸着物質離脱手段の空気供給手段に接続し、前記熱交換器において燃料希薄燃焼領域からの排気ガスと熱交換されて昇温した高温空気を、前記吸着物質脱離手段の空気供給手段に利用することができる。

排気通路を複数の分岐排気通路に分岐する構成において、各分岐排気通路の前記燃料希薄燃焼領域の排気下流側にそれぞれ開閉弁を有する大気開放部を設け、各分岐排気通路の大気開放部よりも排気下流側部分を合流排気通路に合流すると共に、該合流部に、各分岐排気通路を選択的に下流側排気通路に接続する出口側切替弁を設け、通常運転時には、開閉弁を閉じて分岐排気通路の排気ガスを下流側排気通路に排出し、吸着物質脱離手段（昇温手段等）と燃焼装置が作動している時には、開閉弁を開いて分岐排気通路の排気ガスを大気に放出するように構成することもできる。

本発明は、前記各排気ガス浄化装置の制御方法も特徴としており、請求項２又は３に記載された排気ガス浄化装置の制御する方法において、前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に温度検知手段を配置し、前記窒素酸化物吸着材の排気下流側に窒素酸化物吸着材による吸着量を検出する吸着量検知手段を配置し、通常運転時の窒素酸化物吸着材による吸着量を前記吸着量検知手段により検知し、吸着量が所定量に達した時に前記吸着物質脱離手段を作動させると共にあるいは遅らせて燃焼装置を作動させ、燃料過濃燃焼領域では、窒素酸化物吸着材からの排気ガスと燃料供給手段から供給される燃料とで構成される混合気が燃料過剰となるように制御し、燃料希薄燃焼領域では、窒素酸化物吸着材からの排気ガスと燃焼装置の空気供給手段から供給される空気で構成される混合気が空気過剰となるように制御し、前記吸着量検知手段によって窒素酸化物吸着材の吸着物がすべて脱離した状態を検知すると、前記吸着物質脱離手段と燃焼装置の作動を停止し、通常運転状態に戻るようにしている。

前記制御方法において、通常運転時は排気ガスに含まれる窒素酸化物は窒素酸化物吸着材により吸着され、一酸化炭素や炭化水素等の未燃分は、窒素酸化物吸着材に含まれる酸化作用を有する触媒成分により酸化され、無害化される。粒子状物質が含まれる場合は、窒素酸化物吸着材の形状を粒子状物質の捕獲に適した形状とすることにより、捕獲浄化される。窒素酸化物吸着材の窒素酸化物吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達すると、昇温手段等の窒素酸化物脱離手段によって窒素酸化物吸着材を昇温させて窒素酸化物を脱離させ、排気下流の燃料過濃燃焼領域で還元除去し、また、内燃機関又は燃焼機器から排出される一酸化炭素や炭化水素又は粒子状物質等は、排気下流の燃料希薄燃焼領域で酸化除去する。さらに、前記捕獲した粒子状物質は、窒素酸化物吸着材を昇温する際に焼却除去することができる。さらに、硫黄酸化物が排気ガス中に含まれる場合には、窒素酸化物吸着材の材質を、硫黄酸化物を吸着しにくい材質とするか、または、吸着されても、硫黄酸化物脱離温度まで吸着材を昇温し、また、必要に応じて還元雰囲気とすることにより、硫黄酸化物を脱離させ、窒素酸化物吸着材を再生する。

複数の分岐排気通路を有する排気ガス浄化装置の制御方法においては、各分岐排気通路に、前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に温度検知手段を配置し、前記窒素酸化物吸着材の排気下流側に吸着量検知手段を配置し、少なくとも１つの分岐排気通路に内燃機関又は燃焼機器からの排気ガスを流入させ、通常運転時の窒素酸化物吸着材による吸着量を前記吸着量検知手段により検知し、吸着量が所定量に達した時に、前記分岐排気通路への排気ガス流入を排気ガス遮断手段により遮断し、前記吸着物質脱離手段を作動させると同時にあるいは早めるかもしくは遅らせて燃焼装置を作動させ、前記分岐排気通路内の燃料過濃燃焼領域では、内燃機関等からの排気ガスと燃焼装置の燃料供給手段から供給される燃料とで構成される混合気が燃料過剰となるように制御し、燃料希薄燃焼領域では、燃料過濃燃焼領域からの排気ガスと燃焼装置の空気供給手段から供給される空気で構成される混合気が空気過剰となるように制御し、前記吸着量検知手段によって窒素酸化物吸着材の吸着物がすべて脱離した状態を検知すると、前記吸着物質脱離手段と燃焼装置の作動を停止し、通常運転状態に戻るようにし、すべての分岐排気通路が同時に排気ガス遮断を行わないように、前記制御を分岐排気通路毎に行うようにすることができる。

前記分岐排気通路型排気ガス浄化装置の制御方法においては、通常運転と再生運転を各分岐排気通路に交互又は順に行う。たとえば、２つの分岐排気通路を有する場合は、内燃機関又は燃焼機器の排気ガスを、まず、一方の分岐排気通路に流入させ、窒素酸化物吸着材への窒素酸化物の吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達すると、一方の分岐排気通路を遮断すると共に他方の分岐排気通路を内燃機関に接続し、排気ガスを流入させる。すなわち、他方の分岐排気通路により通常運転状態を受け継ぎ、前記一方の分岐排気通路は再生運転を行う。

さらに、排気ガス浄化装置の制御方法において、前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に温度検知手段及び圧力検知手段を配置し、前記窒素酸化物吸着材の排気下流側に吸着量検知手段を配置し、通常運転時における窒素酸化物吸着材の排気上流側の排気ガス圧力を圧力検知手段により検知すると共に、窒素酸化物吸着材による吸着量を前記吸着量検知手段により検知し、捕獲した粒子状物質が多くなり、排気通路の排気ガス圧力が所定値に達した時又は吸着量が所定量に達した時のいずれか早い時に前記吸着物質脱離手段を作動させると同時にあるいは早めるかもしくは遅らせて燃焼装置を作動させるように制御する。なお、窒素酸化物吸着材の上流側に微粒子フィルターやＳＯｘ吸着材を配置する場合は、圧力検知手段は、微粒子フィルターやＳＯｘ吸着材の上流側に配置する。

まず、本発明による基本的な作用を簡単に説明すると、通常運転中は吸着物質脱離手段及び燃焼装置は停止させており、内燃機関等から排出される排気ガス中の窒素酸化物は窒素酸化物吸着材に吸着される。排気ガス中の炭化水素や一酸化炭素等の未燃分は、窒素酸化物吸着材に含まれている酸化作用を有する触媒により酸化され、無害化される。窒素酸化物吸着材の吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達すると、吸着物質脱離手段及び燃焼装置を作動させ、窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させると共に、燃焼装置に送りこみ、たとえば燃焼装置の燃焼火炎内での局所燃料過濃燃焼領域で還元除去する。再生運転中、排気ガス中の炭化水素や一酸化炭素又は粒子状物質については、燃焼装置の過濃燃料領域外において酸化除去する。さらに、硫黄酸化物が排気ガス中に含まれる場合には、窒素酸化物吸着材の材料を硫黄酸化物が吸着しにくい構成とするか、あるいは吸着されても、吸着物質脱離手段を利用して硫黄酸化物脱離温度まで吸着材を昇温させ、あるいは還元雰囲気にさせることで吸着材から脱離させ、吸着材の被毒化を防止する。このような基本的な作用を有する本発明は、次のような効果を奏する。

（１）特に、空気過剰条件で運転が行われるような内燃機関又は燃焼機器において、通常運転中、排気ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸着材により効率良く吸着し、再生運転において燃焼装置により焼却除去して排出することができ、また、硫黄酸化物による窒素酸化物吸着材への被毒も防止でき、浄化能力を持続させることができる。

（２）前記燃焼装置内の排気上流側に燃料過濃燃焼領域を、排気下流側に燃料希薄燃焼領域を形成することにより、前記窒素酸化物吸着材から脱離された窒素酸化物は漏れなく前記燃料過濃燃焼領域を通過することになり、窒素酸化物の還元除去率が向上する。

（３）排気通路を２以上の分岐排気通路に分岐し、各分岐排気通路内に、前記単一の排気通路構造の場合と同様の吸着物質脱離手段、窒素酸化物吸着材及び燃焼装置を上流側から順に配置する構造としていると、少なくとも一本の分岐排気通路に内燃機関等からの排気ガスを流し、残りの分岐排気通路は排気ガスを遮断して、再生運転を行うことができる。これにより、再生運転状態の分岐排気通路への排気ガスは遮断された状態であるので、内燃機関又は燃焼機器の排気ガス量に関係なく、再生運転状態の分岐排気通路内への空気量を自由に設定できる。したがって、通常運転状態の分岐排気通路とは独立に、再生運転状態の分岐排気通路の空気量を少なく設定でき、窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させるために消費するエネルギー（燃料流量）と燃焼装置に供給する燃料流量を少なく設定でき、燃料コストの節約が達成できる。

（４）吸着物質脱離手段として、昇温手段と還元剤供給手段を備えていると、還元剤を投入することで、窒素酸化物及び硫黄酸化物の窒素酸化物吸着材からの脱離を効率よく行うことができる。

（５）吸着物質脱離手段として、たとえば電気ヒータ等の発熱抵抗体を備えていると、確実かつ迅速に昇温できる。

（６）吸着物質脱離手段として、吸着物質脱離用燃料供給手段を備えていると、供給される燃料が還元剤の役割を果たし、また、窒素酸化物吸着材に含まれる酸化作用を有する触媒上で酸化される時の発熱を利用することができる。

（７）吸着物質脱離手段として、吸着物質脱離用燃料供給手段と該吸着物質脱離用燃料供給手段より排気下流側に配置される酸化作用を有する触媒とを備えていると、窒素酸化物吸着材に含まれる酸化作用を有する触媒上で酸化される時に発熱し、この熱を脱離に利用することができる。

（８）吸着物質脱離手段として、吸着物質脱離用空気供給手段と吸着物質脱離用燃料供給手段と吸着物質脱離用着火手段からなる脱離用燃焼装置を備えていると、瞬時に、より高温に昇温することが可能となり、また、空気流量と燃料流量を調節することで、さまざまな条件に柔軟に対応できる。

（９）窒素酸化物吸着材の排気上流に微粒子フィルターを配置していると、窒素酸化物吸着材に流入する前に排気ガス中の粒子状物質が除去されるため、窒素酸化物吸着材による窒素酸化物吸着率が粒子状物質によって影響を受けることがなくなり、良好に窒素酸化物を吸着することができる。なお、微粒子フィルターへの粒子状物質の捕獲量が飽和状態になると背圧が上昇することになるが、窒素酸化物吸着材の窒素酸化物の吸着量が飽和状態となって再生運転を行う際に、吸着物質脱離手段の温度上昇によって粒子状物質を焼却除去することが可能であり、それにより微粒子フィルターを再生することができる。

（１０）窒素酸化物吸着材自身の形状を、粒子状物質捕獲可能な物理的形状に形成することにより、粒子状物質の除去を行えるように構成しながらも、浄化装置を小型に保つことができる。

（１１）窒素酸化物吸着材の排気上流側に硫黄酸化物吸着材を配置すると、硫黄酸化物及び窒素酸化物をそれぞれ硫黄酸化物吸着材と窒素酸化物吸着材に吸着し、効率よくそれぞれを吸着できる。なお、硫黄酸化物吸着材は、窒素酸化物吸着材の吸着量が飽和状態となって再生運転を行う際に、同時に昇温されることで硫黄酸化物を脱離し、再生すことができる。

（１２）前記燃料希薄燃焼領域を形成するために用いる空気供給手段として、過給機からの圧縮空気の一部を利用することにより、別置の空気供給手段が不要となり、装置の小型化が図れる。

（１３）前記燃料過濃燃焼領域の排気下流側に形成される燃料希薄燃焼領域の代わりに、空気を供給する空気供給手段と、酸化機能を有する触媒を順に配置してあると、比較的温度が低い状態でも、良好に未燃炭化水素や一酸化炭素を酸化除去でき、装置の小型化にも貢献する。

（１４）前記吸着物質脱離手段の排気上流側に、排気ガス冷却手段を配置すると共に温度センサーを設けてあると、窒素酸化物吸着材に流入する排気ガスの温度を、窒素酸化物吸着材の吸着能力が最も発揮できる温度に制御でき、内燃機関及び燃料機器のいかなる運転状態においても良好に除去できる。また、これにより、さまざまな活性温度帯を有する吸着材に対応可能になる。

（１５）前記吸着物質脱離手段として、保炎機構を有する窒素酸化物脱離用燃焼装置を備えていると、残存酸素濃度が低い排気ガスに対しても、安定的に燃焼させることができる。

（１６）圧縮着火式内燃機関において、機関膨張行程排気行程に二次燃料を噴射するように構成することにより、排気ガス温度を上昇させ、さらには、一酸化炭素や炭化水素等の還元成分も多量に含ませるようにすると、特別な吸着物質脱離手段を新たに設けることなく、窒素酸化物を脱離させることが可能となり、排気ガス浄化装置の簡素化を図ることができる。

（１７）圧縮着火式内燃機関において、燃料噴射時期を遅延させることにより、排気ガス温度を上昇させ、さらには、ＣＯやＨＣ等の還元成分も増加させることで、特別な吸着物質脱離手段を新たに設けることなく、窒素酸化物を脱離させることが可能となり、排気ガス浄化装置の簡素化を図ることができる。

（１８）前記燃料希薄燃焼領域の排気下流側に熱交換器を配置し、該熱交換器によって燃料希薄燃焼領域からの高温排気ガスの熱を吸収し、この熱を吸着物質脱離手段用に利用することにより、吸着材の排気上流に、特別に昇温手段等を設ける必要がなく、排気ガス浄化装置を小型化できる。さらに、燃料過濃燃焼領域の火炎温度も高くすることができ、窒素酸化物の還元率も向上する。

（１９）複数に分岐された各分岐排気通路内に配置される排気ガス浄化装置において、各分岐排気通路を選択的に大気に開放可能な構成とすると、再生運転中においては、たとえば窒素酸化物吸着材に窒素酸化物と共に吸着された硫黄酸化物は脱離するが、大気に開放することにより放出し、一方、通常運転時にはたとえば窒素酸化物吸着材で硫黄酸化物が吸着除去されるため、硫黄酸化物は排出されない。したがって、排気ガスを排ガスボイラなどで排熱回収する場合、通常運転時における排気ガスを利用することにより、酸による排ガスボイラの腐食を考慮することなく、低温度まで熱回収することができ、熱回収率が大幅に向上する。ちなみに、硫黄酸化物が含まれる排気ガスを排熱ボイラなどに使用すると、温度が所定以下まで下がると腐食するので、低温度まで熱回収できず、熱回収効率が悪くなる。

（２０）窒素酸化物吸着材により窒素酸化物を吸着し、かつ、粒子状物質を捕獲する構成において、窒素酸化物の吸着量より粒子状物質の捕獲量が多い場合には、窒素酸化物の吸着量を基準として再生運転を行っていると、効率よく有害成分を除去できなくなる可能性があるが、窒素酸化物吸着材の排気上流に圧力検知手段を備えると共に排気下流側に吸着量検知手段を配置して、圧力検知手段による圧力が所定以上になるかあるいは吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達するか、いずれか早く達した時に、再生運転を行うようにすることにより、有害物質を効果的に除去でき、吸着材の性能劣化も未然に防ぐことができる。

[発明の第１の実施の形態]
図１は本発明の第１の実施の形態であり、単一の排気通路に備えられる排気ガス浄化装置の基本構成を示しており、内燃機関１又は燃焼機器の単一の排気通路２に、本発明に係る排気ガス浄化装置が配設されている。内燃機関１としては、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関又はガスタービン機関などがあり、燃焼機器としては産業用ボイラ等がある。排気通路２内には、排気上流側から順に、吸着物質脱離手段３、窒素酸化物吸着材（以下「ＮＯｘ吸着材」と称する）４及び燃焼装置５が排気流れ方向に間隔を置いて配置されている。

燃焼装置５は、燃料供給手段として燃料ノズル６を備え、着火手段として点火装置７を備えており、燃料ノズル６は燃焼調量装置１０を介して燃料タンク１１に接続し、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）１２により、燃料の供給量及び供給時期が制御されるようになっている。燃焼装置５は、燃料ノズル６と着火手段７以外に、必要ならば空気供給装置も備えても良い。燃焼装置５による拡散火炎は、全体の空燃比が空気過剰状態であっても、局所的に燃料過濃燃焼領域Ｘ1が形成される。すなわち、点火装置７及び燃料ノズル６の噴口近くには局所燃料過濃燃焼領域Ｘ1が形成され、その周りには燃料希薄燃焼領域Ｘ2が形成される。

ＮＯｘ吸着材４は、特に空気過剰雰囲気においても効率良く窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と称する）を吸着することができ、かつ、所定温度に昇温した時あるいは還元雰囲気においては前記吸着したＮＯｘを脱離する性質を有している。該実施の形態では、ＮＯｘ吸着材４は酸化作用を有する触媒を含み、一酸化炭素（以下「ＣＯ」と称する）や炭化水素（以下「ＨＣ」と称する）等の未燃成分を酸化すると共に、窒素酸化物吸着材４自体の形状が、粒子状物質を捕獲するのに適した形状となっている。

吸着物質脱離手段３としては、たとえば排気ガスを所定温度以上に昇温する昇温手段を用いるが、排気ガスを還元雰囲気にする手段を用いることもできる。また、昇温手段に還元剤供給手段を加えた構成とし、それにより、ＮＯｘとＳＯｘの吸着と脱離を効率よく行えるようにすることもできる。前記昇温手段として、たとえば電気ヒータのような発熱抵抗体を用いることができ、それにより迅速かつ確実に昇温させることができる。また、吸着物質脱離手段３の別の例として、燃料供給手段を備えることも可能であり、この場合は、供給される燃焼が還元剤としての役目を果たし、ＮＯｘ吸着材４に含まれる酸化作用を有する触媒上で酸化される時の発熱を利用して、ＮＯｘを脱離する。

図１に示す構造において、内燃機関１の通常運転時には、吸着物質脱離手段（昇温手段）３及び燃焼装置５は停止しており、したがって、内燃機関１から排気通路２内に排出される排気ガスは、そのままＮＯｘ吸着材４に至り、ＮＯｘが吸着される。同時に、ＮＯｘ吸着材４に含まれる酸化触媒によりＣＯやＨＣ等の未燃成分を酸化し、無害化することができる。さらに、窒素酸化物吸着材４の形状を、粒子状物質の捕獲に適した形状としていると、粒子状物質もＮＯｘ吸着材４に物理的に捕獲することができる。

ＮＯｘ吸着材４の吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達した場合には、吸着物質脱離手段３を作動させて、窒素酸化物吸着材４の上流側で排気ガスの温度を所定温度以上に昇温すると共に、燃焼装置５を作動させ、再生運転を行う。この再生運転時において、吸着物質脱離手段３で昇温された排気ガスによってＮＯｘ吸着材４は所定温度以上に昇温し、それによりＮＯｘ吸着材４に吸着されていたＮＯｘは脱離し、排気下流側の燃焼装置５に至り、燃焼火炎内の局所燃料過濃燃焼領域Ｘ1において、還元除去される。また、ＮＯｘ吸着材４に捕獲されている粒子状物質は、ＮＯｘ吸着材４の昇温により焼却除去される。さらに、再生運転時に内燃機関１及び燃料過濃燃焼領域から排出されるＣＯやＨＣ及び粒子状物質は、燃焼装置５の燃料希薄燃焼領域Ｘ2において燃焼除去される。さらに、排気ガス中にＳＯｘが含まれている場合には、ＮＯｘ吸着材４の材質を、ＳＯｘを吸着しにくい材質とするか、あるいは、吸着した場合でも、ＳＯｘ脱離温度までＮＯｘ吸着材４を昇温し、必要ならば還元雰囲気にすることにより、ＮＯｘ吸着材４から脱離させる。これにより、ＮＯｘ吸着材４の被毒を防ぐ。

[発明の第２の実施の形態]
図２は本発明の第２の実施の形態であり、前記図１に示す単一型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、燃焼装置５として、前記図１と同様に燃料ノズル６と点火装置７を備えると共に、これらに加え、燃料ノズル６の排気下流側に空気供給手段１５を備え、これにより、空気供給手段１５の排気上流側に燃料過濃燃焼領域Ｘ1を形成し、空気供給手段１５の排気下流側に燃料希薄燃焼領域Ｘ2を形成している。前記両領域Ｘ1及びＸ2は、それぞれ排気通路２の流通断面全体に亘るように形成され、したがって燃焼装置５内を通過する排気ガスは、必ず燃料過濃燃焼領域Ｘ1と燃料希薄燃焼領域Ｘ2を順に通過するようになっている。

空気供給手段１５は空気調量装置１６を介して空気供給源１７に接続し、空気調量装置１６はＥＣＵ１２により空気の供給及び停止並びにその供給量が制御されるようになっている。その他の構造は図１と同様であり、図１と同じ部品及び部分には、同じ符号を付してある。

基本的な作用は図１の場合と同様であるが、燃焼装置５における作用が異なる。すなわち、再生運転中、ＮＯｘ吸着材４から脱離されて燃焼装置５に至る排気ガスは、まず、燃料過濃燃料領域Ｘ1を通過することにより、ＮＯｘが還元除去され、次に燃料希薄燃料領域Ｘ2を通過することにより、内燃機関１及び燃料過濃燃焼領域から排出されるＣＯやＨＣ及び粒子状物質が燃焼除去される。前記図１の構成では、局所的に形成された燃料過濃燃焼領域Ｘ1においてＮＯｘを還元するようにしているが、図２に示す実施の形態では、排気通路断面の全体に亘って燃料過濃燃焼領域Ｘ1x形成してあるので、ＮＯｘは漏れなく燃料過濃燃焼領域Ｘ1を通過して還元され、還元除去率が向上する。

[発明の第３の実施の形態]
図３は本発明の第３の実施の形態であり、排気通路２を複数本に分岐した分岐型排気通に備えられた排気ガス浄化装置の基本構成を示しており、内燃機関１又は燃焼機器の排気通路２を、たとえば第１と第２の２本の分岐排気通路２ａ、２ｂに分岐し、上流側の分岐部に切替弁２０を配置し、下流側端部で再度合流し、下流側排気通路２ｃに接続している。前記切替弁２０を切り替えることにより、内燃機関１からの排気ガスを、分岐排気通路２ａ、２ｂの一方に選択的に排出できるようになっている。

各分岐排気通路２ａ、２ｂ内には、それぞれ図１の場合と同様なＮＯｘ吸着材４が配置され、各ＮＯｘ吸着材４の排気下流には図２と同様に、燃料ノズル６、点火装置７及び空気供給手段１５からなる燃焼装置５が配置され、燃焼装置５の作動状態において、空気供給手段１５の排気上流側と下流側には燃料過濃燃焼領域Ｘ1と燃料希薄燃焼領域Ｘ2が形成されるようになっている。

吸着物質脱離手段３は、吸着物質脱離用燃料ノズル（バーナー）３１、吸着物質脱離用点火装置３２及び吸着物質脱離用空気供給手段３３から構成されている。吸着物質脱離用燃料ノズル３１は前記燃焼調量装置１０に接続し、吸着物質脱離用空気供給手段３３は前記空気調量装置１６に接続している。その他の構造は図２の構成と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

内燃機関１を運転する場合には、切替弁２０によって排気ガス流路を切り替えることにより、両分岐排気通路２ａ、２ｂの一方を内燃機関１の排気ガスの排出流路として利用する。図３の状態は、切替弁２０を第２の分岐排気通路２ｂに切り替え、第２の分岐排気通路２ｂを排気ガスの流路として利用し、第１の分岐排気通路２ａを再生運転に利用している。

図３の状態において、通常運転状態の第２の分岐排気通路２ｂでは、燃焼装置５及び吸着物質脱離手段３は停止しており、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸着材４に吸着される。一方、再生運転状態の第１の分岐排気通路２ａでは、燃焼装置５及び吸着物質脱離手段３を作動させており、吸着物質脱離手段３で燃料ノズル３１からの燃料を空気供給手段３３からの空気で燃焼させることにより、ＮＯｘ吸着材４へ高温の排気ガスを供給し、ＮＯｘ吸着材４から吸着ＮＯｘを脱離し、燃焼装置５の燃料過濃燃焼領域Ｘ1において還元除去している。

図３のように、再生運転状態の第１の分岐排気通路２ａは、内燃機関１からの排気ガスが遮断され、通常運転状態の第２の分岐排気通路２ｂから独立に作動する状態となっており、吸着物質脱離手段３からの燃料供給及び空気供給によって再生運転されているので、内燃機関１からの排気ガス量に関係なく、吸着物質脱離用及び燃焼装置用の空気量を設定でき、前記吸着物質脱離手段３からの燃料供給量及び燃料装置５における燃料供給量を節約できる。

第２の分岐排気通路２ｂのＮＯｘ吸着材４のＮＯｘ吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達すると、切替弁２０を第１の分岐排気通路２ａ側に切り替え、第１の分岐排気通路２ａ内の燃料装置５及び吸着物質脱離手段３を停止する一方、第２の分岐排気通路２ｂの燃焼装置５及び吸着物質脱離手段３を作動状態とする。すなわち、第１の分岐排気通路２ａで通常運転を行い、同時に第２の分岐排気通路２ｂで再生運転を行うことになる。

このように分岐型排気通路の排気ガス浄化装置では、１本の分岐排気通路を利用して内燃機関１の通常運転を行いつつ、残りの分岐排気通路の再生運転を行うことができ、特別に再生運転に時間を確保する必要がなくなる。

[発明の第４の実施の形態]
図４は本発明の第４の実施の形態であり、図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、吸着物質脱離手段３として、燃料ノズル３１と、空気供給手段３３と、酸化触媒３５を備えている。その他の構造は図３と同様であり、同じ部品及び部分には、同じ符号を付してある。

作用も前記図３の場合と基本的に同様であるが、吸着物質脱離手段３の燃料ノズル３１から供給される燃料が、酸化触媒３５上で酸化されることにより発熱し、その熱によりＮＯｘ吸着材４のＮＯｘを脱離する。

[発明の第５の実施の形態]
図５は、本発明の第５の実施の形態であり、前記図１に示す単一型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としているが、燃焼装置５としては、前記図２と同様に燃料ノズル６と点火装置７と空気供給手段１５を備え、空気供給手段１５の排気上流側に燃料過濃燃焼領域Ｘ1を形成し、空気供給手段１５の排気下流側に燃料希薄燃焼領域Ｘ2を形成してある。また、吸着物質脱離手段３として、燃料ノズル３１及び点火装置３２を備えている。その他の構造は図１及び図２の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

作用も図１及び図２と基本的に同様であるが、吸着物質脱離手段３として燃焼を利用することになるので、瞬時に排気ガスを高温にすることが可能になり、また、吸着物質脱離手段３の燃料供給量と空気供給量を調節することで、さまざまな条件に柔軟に対応することが可能となる。

[発明の第６の実施の形態]
図６は本発明の第６の実施の形態であり、前記図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この基本構成に加え、各分岐排気通路２ａ．２ｂには、吸着物質脱離手段（燃焼装置）３と吸着材４の間にそれぞれ微粒子フィルター４０を配置してある。その他の構造は図３の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

作用は前記図３の場合と基本的に同様であるが、ＮＯｘ吸着材４の上流側に微粒子フィルター４０を配置してあることにより、通常運転時（排ガス流路としての利用時）、微粒子フィルター４０で粒子状物質を除去した排気ガスをＮＯｘ吸着材４に流入させることができ、ＮＯｘ吸着材４によるＮＯｘの吸着率の低下を防ぐことができる。

通常運転において、粒子状物質の吸着量が飽和状態になり背圧が上昇するか、または、ＮＯｘ吸着量が所定量（たとえば飽和量）に達すると、再生運転に切り替え、吸着物質脱離手段３の燃焼により粒子状物質を焼却除去して、微粒子フィルター４０を再生すると同時に、ＮＯｘ吸着材４のＮＯｘを脱離し、ＮＯｘ吸着材４を再生する。

なお、微粒子フィルター４０としては粒子状物質を捕獲するだけの機能を有するもので良いが、酸化作用を有する触媒を含み、連続的に粒子状物質を酸化できる機能を有するものでも良い。

[発明の第７の実施の形態]
図７は本発明の第７の実施の形態であり、前記図６に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置に、さらにＳＯｘ吸着材４２を追加した構造となっている。ＳＯｘ吸着材４２は、各分岐排気通路２ａ、２ｂ内において、微粒子フィルター４０とＮＯｘ吸着材４の間にそれぞれ配置されている。その他の構造は図６（及び図３）の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。ＳＯｘ吸着材４２を微粒子フィルター４０の上流側に配置しても問題なく作動する。

作用は前記図６の場合と基本的に同様であり、通常運転時には、ＮＯｘとＳＯｘがそれぞれ効率よく吸着され、ＮＯｘ吸着材４によるＮＯｘの吸着率の低下を防ぐことができる。

通常運転時にＳＯｘ吸着材４２に吸着されたＳＯｘは、再生運転時に、吸着物質脱離手段３の燃焼熱により脱離し、それにより、ＳＯｘ吸着材４２を再生する。

[発明の第８の実施の形態]
図８は本発明の第８の実施の形態であり、前記図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この基本構成において、燃焼装置５の空気供給手段１５の下流側に、燃料希薄燃焼領域を形成する代わりに、酸化触媒４７を配置した構成となっている。その他の構造は図３の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

燃料希薄燃焼領域の代わりに酸化触媒４７を配置していることにより、比較的温度が低い場合でも、ＨＣやＣＯ等の未燃分を酸化除去することができる。

[発明の第９の実施の形態]
図９は本発明の第９の実施の形態であり、前記図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この基本構成に加え、切替弁２０の上流側に、排気ガス冷却手段５０と温度センサー５０ａを配置してある。温度センサー５０ａはＥＣＵ１２に接続し、検知した温度を入力するようになっている。その他の構造は図３の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

通常運転中、ＮＯｘ吸着材４に流入する排気ガス温度を測定し、ＮＯｘ吸着材４に流入する排気ガス温度が、ＮＯｘ吸着材４による吸着能力が効率良く発揮できる範囲内に保たれるように、排気ガス冷却手段５０を制御する。

排気ガスの制御温度は、さまざまな活性温度帯を有するＮＯｘ吸着材４にそれぞれ対応するように制御される。

[発明の第１０の実施の形態]
図１０は本発明の第１０の実施の形態であり、前記図１に示す単一型排気通路を備えた排気ガス浄化装置を基本としているが、燃焼装置５として、前記図１と同様に燃料ノズル６と点火装置７を備えると共に、これに加え、図２と同様に、燃料ノズル６の排気下流側に空気供給手段１５を備え、これにより、空気供給手段１５の排気上流側に燃料過濃燃焼領域Ｘ1を形成し、空気供給手段１５の排気下流側に燃料希薄燃焼領域Ｘ1を形成している。さらに、吸着物質脱離手段３として、前記図５と同様に、燃料ノズル３１及び点火装置３２を備えると共に、空気供給手段５１及び保炎機構５２を備えている。その他の構造は図１、図２及び図５の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

再生運転中、前記保炎機構５２により、排気上流側からの排気ガスの流れを部分的に遮蔽し、流速を遅らせ、あるいは逆流する領域（渦）を形成し、燃料ノズル３１からの火炎を保持する。

前記のように火炎を保持することにより、たとえば内燃機関の排気ガスの残存酸素濃度が低いような条件下でも、排気ガスを安定的に燃焼させ、ＮＯｘの脱離効果を保つことができる。

なお、保炎機構５２として、旋回羽根を配置して、排気ガスを旋回させて、排気ガスの循環領域を形成するように構成することも可能である。また、図１０の空気供給手段５１により、燃料ノズル３１の先端部近傍に小量の空気を供給して、燃料ノズル３１の先端部に高酸素濃度領域を形成する構成とすることもできる。

[発明の第１１の実施の形態]
図１１は本発明の第１１の実施の形態であり、前記図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この基本構成において、吸着物質脱離手段３として、空気供給手段３３のみを備え、一方、燃焼装置５の希薄燃焼領域Ｘ2の下流側にそれぞれ熱交換器５５を配置し、該熱交換器５５を前記吸着物質脱離手段３の空気供給手段３３に接続している。その他の構造は図３の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。

すなわち、燃焼装置５の希薄燃焼領域Ｘ2で昇温した排気ガスと、空気調量装置１６からの空気とを熱交換器５５で熱交換し、高温となった空気を吸着物質脱離手段３の空気供給手段３３を介して、分岐排気通路２ａ（又は２ｂ）の排気上流端部に供給し、それにより、再生運転時において、ＮＯｘ吸着材４のＮＯｘを脱離する。

この構造によると、吸着物質脱離手段３として、点火装置及び燃料ノズルが不要になり、小型化が可能となる。また、燃料過濃燃焼領域Ｘ1における火炎温度が高くなり、ＮＯｘ還元率が向上する。

[発明の第１２の実施の形態]
図１２は本発明の第１２の実施の形態であり、前記図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この基本構成に加え、分岐排気通路２ａ、２ｂの排気下流側集合部に出口側切替弁５８を配置し、各燃焼装置５の下流側にそれぞれ大気開放通路（大気開放部）６０を分岐形成し、各大気通路６０に開閉弁６１をそれぞれ設けてある。出口側切替弁５８よりも下流の排気通路２ｃはたとえば排ガスボイラ６３に接続し、排気ガスの廃熱を利用するようになっている。その他の構造は図３の構造と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。なお、ＮＯｘ吸着材４としては、ＳＯｘも十分に吸着できる材質のものを利用してある。

図１２に示す状態は、両切替弁２０、５８を第２の分岐排気通路２ｂ側に切り替え、第１の分岐排気通路２ａの大気開放通路６０を開放し、第２の分岐排気通路２ｂの大気開放通路６０を閉じた状態であり、第１の分岐排気通路２ａの燃焼装置５及び吸着物質脱離手段３は再生運転のために作動状態となっており、第２の分岐排気通路２ｂの燃焼装置５及び吸着物質脱離手段３は、内燃機関１からの排気ガス流路として非作動状態となっている。

図１２の状態で硫黄成分含有燃料を用いて内燃機関を運転した場合、再生運転状態の第１の分岐排気通路２ａでは、前回運転時にＮＯｘ吸着材４に吸着されたＮＯｘと共にＳＯｘも脱離するため、そのまま排ガスボイラ６３に利用すると、被毒される可能性があり、したがって、大気開放通路６０から大気に排出することにより、排ガスボイラ６３には利用していない。一方、通常運転状態の第２の分岐排気通路２ｂでは、ＮＯｘ吸着材４にＳＯｘも吸着されるため、ＮＯｘ吸着材４より下流の排気ガスにＳＯｘはほとんど含まれず、この排気ガスを、排ガスボイラ６３に利用している。したがって、排ガスボイラ６３がＳＯｘに起因する酸等により腐食する心配はなく、低温度まで排気ガスからの熱回収が可能となり、熱回収率が大幅に向上する。

[発明の第１３の実施の形態]
図１３は本発明の第１３の実施の形態であり、前記図１２に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置の変形例であり、図１２のように各分岐排気通路２ａ、２ｂにそれぞれ大気開放通路６０を形成する代わりに、排気下流側集合部の出口側切替弁５８に、前記排ガスボイラ６３に接続する排気通路２ｃと大気に連通する大気通路７０を切替可能に設けた構造となっている。すなわち、第１、第２の分岐排気通路２ａ、２ｂのうち、内燃機関１に連通する通常運転側の分岐排気通路（図１３では第２の分岐排気通路２ｂ）が排ガスボイラ６３に接続し、再生運転側の分岐排気通路（図１３では第１の分岐排気通路２ａ）が大気通路７０に連通している。この構造によると、図１２のように各分岐排気通路２ａ，２ｂにそれぞれ大気開放通路６０と開閉弁６１を備える構造に比べ、構造が簡素化できる。作用は前記図１２の場合と同様である。

[発明の第１４の実施の形態]
図１４は本発明の第１４の実施の形態であり、前記図１の単一型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この単一排気通路型の基本構成に各種センサーを配置し、適切な制御をできるようにした構成を示してある。したがって、図１と同じ部品及び部分には同じ符号を付してある。この図１４において、ＮＯｘ吸着材４の下流側に吸着量検知（推定）センサー８０を配置し、ＮＯｘ吸着材４の上流側に温度センサー８２を配置してあり、各センサー８０，８２はＥＣＵ１２に接続し、測定した各値をＥＣＵ１２に入力し、その入力値により次のように制御するようになっている。

通常運転時は、前述のようにＮＯｘ吸着材４により排気ガス中のＮＯｘを吸着し、ＣＯやＨＣ等の未燃成分は、たとえばＮＯｘ吸着材４に含まれる酸化作用を有する触媒成分により酸化し、無害化することができる。ＮＯｘ吸着量を吸着量検知センサー８０によって測定し、所定（たとえば飽和）の吸着量まで達すると、ＥＣＵ１２からの指令により、吸着物質脱離手段３を作動させ、たとえばＮＯｘ吸着材４を昇温させ、ＮＯｘを脱離させ、下流の燃料装置５の燃料過濃燃焼領域Ｘ1で還元除去する。

また、内燃機関１又は燃料機器から排出されるＣＯやＨＣあるいは燃料過濃燃焼領域Ｘ1で生成されるＣＯやＨＣまたは粒子状物質は、燃料装置５の燃料過濃燃焼領域Ｘ1の外側に形成される燃料希薄燃焼領域Ｘ2において酸化除去される。

また、ＮＯｘ吸着材４の形状を、粒子状物質の捕獲に適した形状としている場合には、通常運転中に粒子状物質がＮＯｘ吸着材４に捕獲されるが、再生運転において、前記のようにＮＯｘ吸着材４を昇温させることにより、焼却除去することができる。

さらに排気ガス中にＳＯｘが含まれる場合には、ＳＯｘの一部がＮＯｘ吸着材４に吸着されるが、再生運転時において、ＳＯｘ脱離温度までＮＯｘ吸着材４を昇温し、あるいは還元雰囲気として、ＳＯｘを脱離させ、ＮＯｘ吸着材４を再生させる。なお、ＮＯｘ吸着材４自体を、ＳＯｘが吸着しにくい材料で作り、これによりＮＯｘ吸着材４の被毒を防ぐこともできる。

[発明の第１５の実施の形態]
図１５は本発明の第１５実施の形態であり、前記図３に示す分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置を基本としており、この基本構成に、各所の温度や圧力を測定するセンサーを配置し、適切な制御をできるようにした構成である。ＮＯｘ吸着材４の下流側に吸着量推定センサー８０を配置し、ＮＯｘ吸着材４の上流側に圧力センサー８１及び温度センサー８２を配置した例である。各センサー８０，８１，８２はＥＣＵ１２に接続し、測定した各値をＥＣＵ１２に入力するようになっている。

２つの分岐排気通路２ａ、２ｂのうち、一方を内燃機関１からの排気ガスの流路として通常運転に利用し、その間に、他方を再生運転する。たとえば、図１５のように切替弁２０を第２の分岐排気通路２ｂ側に切り替えて、内燃機関１の排気ガスを第２の分岐排気通路２ｂに流し、その間、第１の分岐排気通路２ａにおいては、吸着物質脱離手段３並びに燃焼装置５を作動させる。

通常運転状態の第２の分岐排気通路２ｂでは、吸着物質脱離手段３並びに燃焼装置５は停止しており、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸着材４により吸着される。また、ＣＯやＨＣ等の未燃成分は、たとえばＮＯｘ吸着材４に含まれる酸化作用を有する触媒成分により酸化し、無害化することができる。一方、第１の分岐排気通路２ａでは、吸着物質脱離手段３を作動させることにより、たとえばＮＯｘ吸着材４を昇温させ、ＮＯｘ吸着材４からＮＯｘを脱離させ、排気下流の燃料装置５の燃料過濃燃焼領域Ｘ1で還元除去する。

前記第２の分岐排気通路２ｂを利用した通常運転中、該第２の分岐排気通路２ｂにおけるＮＯｘ吸着量を吸着量検知センサー８０によって測定し、所定（たとえば飽和）の吸着量まで達すると、ＥＣＵ１２からの指令により、切替弁２０を第１の分岐排気通路２ａ側に切り替えると共に、第２の分岐排気通路２ｂの吸着物質脱離手段３及び燃焼装置５を作動させ、第２の分岐排気通路２ｂを再生運転状態とする。これと並行して、第１の分岐排気通路２ａには内燃機関１からの排気ガスが流入し、通常運転状態となる。なお、前記通常運転中、ＮＯｘ吸着材４への粒子状物質の捕獲量がＮＯｘの吸着量よりも先に飽和状態となった場合には、圧力検知センサー８１により粒子状物質の飽和を検知し、切替弁２０を第１の分岐排気通路２ａ側に切り替える。これにより、圧力低下によるＮＯｘ吸着性能の低下を防ぐことができる。

図１６は図１５の排気ガス浄化装置の制御の時間的経過を示しており、第１の分岐排気通路２ａと第２の分岐排気通路２ｂの一方が通常運転に利用されてＮＯｘを吸着している間に、他方は再生運転を行っていることを示してある。なお、図１６で示す関係は、図３等の分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置すべてに適用される。

[発明の他の実施の形態]
（１）内燃機関自体が希薄燃焼用内燃機関であって、たとえば過給機を備えている場合には、過給機の圧縮機の空気を、図２〜図１５の各空気供給手段に利用することができる。

（２）ＮＯｘ吸着材としては、微粒子フィルターの壁にＮＯｘ吸着材を使用したものを利用することも可能である。

（３）単一型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置において、図１及び図２のように排気通路２内に特別に吸着物質脱離手段３を配置する代わりに、内燃機関の直噴用燃焼噴射弁の制御により、排気ガス温度を昇温し、これによりＮＯｘ吸着材を昇温し、ＮＯｘを脱離させる構成とすることも可能である。たとえば、機関膨張行程または排気行程において二次燃料を噴射するか、あるいは燃料噴射時期を遅らせることにより、排気ガスの温度を上げ、それによりＮＯｘ吸着材を昇温させるのである。

（４）図３等のように分岐型排気通路に本発明を適用する場合に、３つ以上の分岐排気通路に分岐した排気通路に適用することも可能である。この場合は、１つの分岐排気通路を通常運転用に利用している間に、残りの分岐排気通路を再生することも可能であり、また、１本の排気通路を再生運転している間に、残り全部の分岐排気通路を内燃機関等に接続することも可能である。

本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関又はガスタービン機関等の各種内燃機関又は産業用ボイラ等の燃料機器の排気ガス浄化装置として利用されるが、特に、希薄燃焼で運転される内燃機関等のように、排気ガス中にＮＯｘが多く含有される内燃機関に適している。また、ＳＯｘが含まれる産業用ディーゼル機関等にも適用可能であり、さらには排気ガスの熱を再利用する場合にも適しており、ＳＯｘによる被毒少なくし、排熱を効率よく回収できる。

本発明の第１の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第４の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第５の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第６の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第７の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第８の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第９の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第１０の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第１１の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第１２の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第１３の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第１４の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第１５の実施の形態を示す概略図である。 分岐型排気通路に備えられる排気ガス浄化装置における各分岐排気通路相互の運転状態の時間的関係を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
２ａ，２ｂ 分岐排気通路
２ｃ 下流側排気通路
３ 吸着物質脱離手段
４ ＮＯｘ吸着材
５ 燃焼装置
６ 燃料ノズル（燃料供給手段）
７ 点火装置（着火手段）
１０ 燃料調量装置
１１ 燃料タンク
１２ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１５ 空気供給手段
１６ 空気調量装置
１７ 給気供給装置
２０ 切替弁
３１ 燃料ノズル（燃料供給手段）
３２ 点火装置
３３ 空気供給手段
３５ 酸化触媒
４０ 微粒子フィルター
４２ ＳＯｘ吸着材
４７ 酸化触媒
５０ 熱交換器
５１ 空気供給手段
５２ 保炎機構
５５ 熱交換器
５８ 出口側切替バルブ
６０ 大気開放通路
６１ 大気開放用の開閉弁
８０ 吸着量検知センサー（吸着量検知手段）
８１ 圧力センサー（圧力検知手段）
８２ 温度センサー（温度検知手段）
Ｘ1 燃料過濃燃焼領域
Ｘ2 燃料希薄燃焼領域

Claims (22)

1. 内燃機関又は燃焼機器の排気通路に設置される排気ガス浄化装置において、
   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、
   前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、排気を昇温又は還元雰囲気にする吸着物質脱離手段と、
   前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、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、
   前記排気通路に備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
   前記燃焼装置は、
   前記燃料供給手段から供給される燃料と前記窒素酸化物吸着材からの排気ガスによって燃料過剰条件で燃焼する燃料過濃燃焼領域と、
   該燃料過濃燃焼領域の排気下流側に位置すると共に、前記燃料過濃燃焼領域からの排気ガスと空気供給手段からの空気により空気過剰条件で燃焼する希薄燃焼領域とを、
   有していることを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置において、
   前記排気通路は複数の分岐排気通路に分岐しており、
   各分岐排気通路の排気入口には排気ガスを遮断可能な排気ガス遮断手段を設け、
   各分岐排気通路内に、前記窒素酸化物吸着材、吸着物質脱離手段及び燃焼装置をそれぞれ配置してあることを特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記吸着物質脱離手段は、昇温手段と還元剤供給手段を有していることを特徴とする排気ガス浄化装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記吸着物質脱離手段は、発熱抵抗体であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記吸着物質脱離手段は、吸着物質脱離用燃料供給手段であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
7. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記吸着物質脱離手段は、吸着物質脱離用燃料供給手段と該吸着物質脱離用燃料供給手段より排気下流側に配置された酸化用の触媒を有していることを特徴とする排気ガス浄化装置。
8. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記吸着物質脱離手段は、空気供給手段と燃料供給手段と着火手段から構成される吸着物質脱離用燃焼装置であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
9. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に、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を配置してあることを特徴とする排気ガス浄化装置。
10. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
    前記窒素酸化物吸着材は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕獲可能な形状に形成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
11. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
    前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に、硫黄酸化物を一時的に吸着する硫黄酸化物吸着材を配置してあることを特徴とする排気ガス浄化装置。
12. 請求項２，３又は８のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
    前記各空気供給手段は、排気通路が接続する内燃機関の過給機の圧縮機の出口部分に接続し、該圧縮機から吐出される圧縮空気を利用するようにしてあることを特徴とする排気ガス浄化装置。
13. 請求項２又は３に記載の排気ガス浄化装置において、
    前記燃料過濃燃焼領域の排気下流側に形成される燃料希薄燃焼領域の代わりに、空気を供給する空気供給手段と、酸化機能を有する触媒を順に配置してあることを特徴とする排気ガス浄化装置。
14. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
    前記吸着物質脱離手段の排気上流側に、排気ガス冷却手段を配置すると共に、該排気ガス冷却手段から出てくる排気ガスの温度を測定する温度センサーを設けてあることを特徴とする排気ガス浄化装置。
15. 請求項１、２、３又は８のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
    前記吸着物質脱離手段としての吸着物質脱離用燃焼装置及び吸着材下流側に配置された燃焼装置の少なくとも１つが保炎機構を備えていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
16. 請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置において、
    前記排気通路は圧縮着火式内燃機関の排気通路であり、
    前記吸着物質脱離手段は、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、機関膨張行程又は排気行程において前記燃料噴射弁により二次燃料を噴射するように構成したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
17. 請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置であって、
    前記排気通路は圧縮着火式内燃機関の排気通路であり、
    前記吸着物質脱離手段は、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁による燃料噴射時期を遅延させるように構成したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
18. 請求項３に記載の排気ガス浄化装置において、
    前記希薄燃焼領域の下流側に熱交換器を配置し、前記希薄燃焼領域からの排気ガスと熱交換されて昇温した空気を、前記吸着物質脱離手段の空気供給手段に用いるように構成したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
19. 請求項３記載の排気ガス浄化装置において、
    前記各分岐排気通路の前記燃料希薄燃焼領域の排気下流側にそれぞれ開閉弁を有する大気開放部を設け、
    各分岐排気通路は大気開放部よりも排気下流側部分で下流側排気通路に合流し、該合流部分に、各分岐排気通路を選択的に下流側排気通路に接続する出口側切替弁を設け、
    運転時、少なくとも１つの分岐排気通路は開閉弁を閉じて排気ガスを下流側排気通路に流すように切替弁を切り替え、残りの分岐排気通路では、吸着物質脱離手段と燃焼装置を作動させると共に大気開放用開閉弁を開き、再生運転を行いかつ排気ガスを大気に放出するように構成したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
20. 請求項１又は２に記載された排気ガス浄化装置を制御する方法において、
    前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に温度検知手段を配置し、窒素酸化物吸着材の排気下流側に該窒素酸化物吸着材による吸着量を検出する吸着量検知手段を配置し、
    通常運転時の窒素酸化物吸着材による吸着量を前記吸着量検知手段により検知し、吸着量が所定量に達した時に前記吸着物質脱離手段を作動させ、同時にあるいは早めるかもしくは遅らせて燃焼装置を作動させ、
    燃料過濃燃焼領域では、窒素酸化物吸着材からの排気ガスと燃焼装置の燃料供給手段から供給される燃料とで構成される混合気が燃料過剰となるように制御し、
    燃料希薄燃焼領域では、燃料過濃燃焼領域からの排気ガスと燃焼装置の空気供給手段から供給される空気で構成される混合気が空気過剰となるように制御し、
    前記吸着量検知手段によって窒素酸化物吸着材の吸着物がすべて脱離した状態を検知すると、前記吸着物質脱離手段と燃焼装置の作動を停止し、通常運転状態に戻るようししていることを特徴とする排気ガス浄化装置の制御方法。
21. 請求項３に記載された排気ガス浄化装置を制御する方法において、
    各分岐排気通路には、前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に温度検知手段を配置し、前記窒素酸化物吸着材の排気下流側に吸着材による吸着量を検出する吸着量検知手段を配置し、
    少なくとも１つの分岐排気通路に内燃機関又は燃焼機器からの排気ガスを流入させ、通常運転時の窒素酸化物吸着材による吸着量を前記吸着量検知手段により検知し、
    前記吸着量が所定量に達した時に、前記分岐排気通路への排気ガス流入を排気ガス遮断手段により遮断し、前記吸着物質脱離手段を作動させると共に同時にあるいは早めるかもしくは遅らせて燃焼装置を作動させ、
    前記分岐排気通路内の燃料過濃燃焼領域では、内燃機関または燃焼機器からの排気ガスと燃焼装置の燃焼供給手段から供給される燃料とで構成される混合気が燃料過剰となるように制御し、
    前記燃料希薄燃焼領域では、燃料過濃燃焼領域からの排気ガスと燃焼装置の空気供給手段から供給される空気で構成される混合気が空気過剰となるように制御し、
    前記吸着量検知手段によって窒素酸化物吸着材の吸着物質がすべて脱離した状態を検知すると、前記吸着物質脱離手段と燃焼装置の作動を停止し、通常運転状態に戻るようにし、
    すべての分岐排気通路が同時に排気ガス遮断を行わないように、前記制御を分岐排気通路毎に行うようにしていることを特徴とする排気ガス浄化装置の制御方法。
22. 請求項１，２又は３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置の制御方法において、
    前記窒素酸化物吸着材の排気上流側に温度検知手段及び圧力検知手段を配置し、前記窒素酸化物吸着材の排気下流側に窒素酸化物吸着材による吸着量を検出する吸着量検知手段を配置し、
    通常運転時における前記窒素酸化物吸着材の排気上流側の排気ガス圧力を圧力検知手段により検知すると共に、前記窒素酸化物吸着材による吸着量を前記吸着量検知手段により検知し、
    排気通路の排気ガス圧力が所定値以上に達した時又は吸着量が所定量に達した時のいずれか早い時に前記吸着物質脱離手段を作動させ、同時にあるいは早めるかもしくは遅らせて燃焼装置を作動させるように制御することを特徴とする排気ガス浄化装置の制御方法。
    

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