JPH0513937Y2 - - Google Patents

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JPH0513937Y2
JPH0513937Y2 JP1972487U JP1972487U JPH0513937Y2 JP H0513937 Y2 JPH0513937 Y2 JP H0513937Y2 JP 1972487 U JP1972487 U JP 1972487U JP 1972487 U JP1972487 U JP 1972487U JP H0513937 Y2 JPH0513937 Y2 JP H0513937Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は水素エンジンの窒素酸化物除去機構、
さらに詳細には、水素エンジンからの排気ガスに
含まれる窒素酸化物(NOx)を有効に除去しえ
る水素の窒素酸化物除去機構に関する。
〔考案の技術的背景〕
水素エンジンは、空気より冷却して分離した酸
素を圧縮し、前記圧縮酸素に、液体水素貯蔵手段
(液体水素タンク)中の水素を噴射するとともに
点火プラグなどによつて点火し、前記水素を燃焼
させる内燃機関である。このような水素エンジン
は、燃焼生成物が水であることから、公害のない
エンジンとして開発されている。
しかしながら、前記水素の燃焼に使用する酸素
は、空気を冷却して分離して製造するものである
ために、空気の主成分である窒素が混入すること
が避けられない。このように酸素に窒素が混在し
ていると、前記水素を燃焼させる際に窒素酸化物
(NOx)を生じることが知られている。
上述のようなNOxの除去には、ガソリンエン
ジンのように触媒によつて一度発生したNOxを
還元除去する方法が考えられる。しかし前記水素
エンジンは圧縮酸素中に水素を噴射して燃焼せし
めるものであるため、排気ガス中には未反応の酸
素が多く含まれることになる。すなわち、ガソリ
ンエンジンに比較して、排気ガス中の残存酸素が
多いという特徴がある。このため、ガソリンエン
ジンに使用する還元剤、たとえば水素、一酸化炭
素を利用し、触媒反応によりNOxを還元するこ
とはできないという欠点があつた。すなわち、ガ
ソリンエンジンにおいては、空気−燃料を理論混
合比として燃焼可能であり、排気ガス中の酸素は
殆ど零になり、一酸化炭素、水素などによつて
NOxは還元除去可能であるが、酸素リツチの条
件の水素エンジンにおいては、たとえば水素、一
酸化炭素などの還元剤を触媒存在下に排気ガス中
に添加しても、前記還元剤が先に酸素と反応して
しまい、NOxを還元することができないのであ
る。
最近になつて、火力発電の燃焼ガス中のNOx
を除去する方法として、還元剤としてNH3を使
用して触媒存在下に酸素リツチな燃焼ガス中の
NOxを還元する方法が開発されている。
しかしながら、自動車などの排気ガス中の
NOxを還元するためのNH3は、前記NH3タンク
などに貯蔵して運搬する必要があり、前記NH3
が不足またはなくなつたときには補充しなければ
ならないという欠点があつた。
〔考案の目的〕
本考案は上述の点に鑑みなされたものであり、
NH3を還元剤として使用し、かつ触媒を利用し
て水素エンジンの排気ガス中のNOxを還元除去
する窒素酸化物除去機構であつて、前記還元剤で
あるNH3を、燃料である水素と空気より分離し
た窒素より合成し、前記NH3を貯蔵しておく必
要をなくした窒素酸化物除去機構を提供すること
を目的とする。
〔考案の構成〕
前記目的を達成するため、本考案による水素エ
ンジンの窒素酸化物除去機構は、液体水素を貯蔵
しておくための液体水素貯蔵手段と、この液体水
素によつて冷却され、空気より液体酸素として酸
素を分離する酸素分離手段と、前記酸素分離手段
によつて空気より分離された気体窒素と前記液体
水素貯蔵手段よりの水素からNH3を合成する触
媒を含むNH3合成触媒用コンバータと、水素エ
ンジンよりの排気ガス中のNOxをNH3により還
元するTiO2系触媒を含むNOx還元触媒用コンバ
ータと、前記NOx還元触媒用コンバータの上流
において、NH3合成触媒コンバータで合成され
たNH3を前記排気ガスに添加する手段を備えた
ことを特徴としている。
〔実施例〕
第1図は本考案の水素エンジンのNOx除去機
構の一実施例を示すブロツク図であるが、この第
1図より明らかなように、本考案によるNOx除
去機構によれば、水素エンジン1は吸気管11と
排気管12を有しており、前記排気管12は
NOx還元触媒用コンバータ2に接続している。
そして、この触媒コンバータ2の上流にはNH3
タンク3より所定量のNH3が添加されるように
なつている。
一方、水素エンジン1の燃料となる水素は、液
体水素の形態で液体水素タンク4に貯蔵されてお
り、この液体水素タンク4の水素は燃料供給管4
1より水素エンジン1に送られ、前記水素を噴射
するようになつている。
この水素を燃焼させるための酸素は、前記液体
水素貯蔵タンク4の液体水素によつて冷却される
酸素分離手段5によつて分離形成される。すなわ
ち前記酸素分離手段5中に入つた空気は、前記液
体水素によつて、約−200℃程度に冷却される。
したがつて、空気中の酸素は液化して前記酸素分
離手段5の底部に液体として滞留し、一方液化温
度の低い窒素は気体のまま、窒素排出管51より
前記酸素分離手段5より排出される。
上記空気から分離された液体酸素は水素エンジ
ン1の吸気管11に送られ、圧縮される。この圧
縮空気に燃料供給管41から供給された水素が噴
射ノズルを介して噴射され、たとえば点火プラグ
などのアシストによつて燃焼せしめられる。
前述の酸素分離手段5を冷却した液体水素は、
液体水素供給管52より熱交換器6に搬送され
る。この熱交換器6は前記NOx還元用触媒コン
バータ2を経て排出される排気ガスによつて前記
液体水素と熱交換可能になつており、このため液
体水素はこの熱交換器6により気体にされ、
NH3触媒用コンバータ7に搬送される。
一方前記酸素分離手段5から、空気より分離さ
れて排出された窒素は、窒素排出管51より
NH3触媒用コンバータ7に搬送される。
すなわち、前記NH3用触媒コンバータ7内で、
前記水素および窒素は、触媒の存在下に下記のよ
うな反応を生じてNH3を形成する。
H2+N2→ ……(1) 前述のようなNH3用触媒コンバータ7に充填
される触媒は、比較的低温低圧において前記(1)の
反応を生じるものが好ましい。
このように生じたNH3はタンク3に貯蔵され
る。NH3タンク3に貯蔵されたNH3は、水素エ
ンジン1の排気管12に、NOx還元用触媒コン
バータ2の上流において添加される。
このようにNH3ガスを排気ガスに、前記触媒
コンバータ2の上流で添加するものであるが、前
記NH3ガスは、前記NOx量に対応して添加され
るのが好ましい。このNH3ガスの添加量は、
NOx1モルに対し0.3〜0.9モルであるのがよい。
未反応のNH3を排出するのを防ぐため、下記の
式(2)および(3)のような反応における理論当量の
NH3を添加する必要はない。むしろNH3の添加
量が多すぎると、未反応NH3が増加して大気中
に放出されることになり好ましくない。すなわ
ち、NH3の添加量が0.3モルより少ないと、充分
にNOxが還元されず、一方0.9モルより多いと、
未反応NH3ガスが多くなりすぎて、大気中に
NH3が多く放出されることになるという欠点が
生じる。
4NO+4NH3+O2→ 4N2+6H2O ……(2) 6NO2+8NH3→ 7N2+12H2O ……(3) 前述のようにNH3ガスの添加された排気ガス
は、次いで触媒コンバータ5内に導入される。こ
の触媒コンバータ5内には、排気ガス中のNOx
をNH3によつて還元するための還元触媒である
TiO2が充填されている。
このような反応を生じさせる触媒として、本考
案においては、前述のようにTiO2系触媒を使用
している。たとえば貴金属触媒であるPt,Pdな
どの触媒も、上記反応を生じるのであるが、この
ような触媒は200〜300℃という比較的低温で良好
な活性を有しているという欠点がある。すなわ
ち、このような低温においては排気ガス中の
NOxの量は限定されており(燃料が比較的低温
で燃焼する場合、NOxの発生量が少ない)、
NOxを還元除去する必要は薄いとともに、黒煙
が発生しやすく、この黒煙によつて触媒が活性が
低下する虞がある。
したがつて、本考案においては安価で、かつ比
較的高温(200〜500℃)で活性を有するTiO2
触媒を使用するものである。
このように触媒コンバータ2によつてNOxが
除去された排気ガスは大気中に放出される。
〔考案の効果〕
以上説明したように、本考案による水素エンジ
ンの窒素酸化物除去機構によれば、NH3を還元
剤として使用し、かつ触媒として比較的高温で活
性を有するTiO2を用いて、水素エンジンの排気
ガスのように酸素リツチな条件下においても
NOxを還元除去可能にするとともに、前記NH3
を燃料である水素と空気よりの酸素より合成する
ために、前記還元剤であるNH3を補充すること
がなく必要なくなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案による水素エンジンの窒素酸化
物除去機構の一実施例のブロツク図である。 1……水素エンジン、12……排気管、2……
NOx還元触媒用コンバータ、3……NH3タンク、
4……液体水素貯蔵手段、5……酸素分離手段、
6……熱交換器、7……NH3合成触媒用コンバ
ータ。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 液体水素を貯蔵したおくための液体水素貯蔵手
    段と、この液体水素によつて冷却され、空気より
    液体酸素として酸素を分離する酸素分離手段と、
    前期酸素分離手段によつて空気より分離された気
    体窒素と前記液体水素貯蔵手段よりの水素から
    NH3を合成する触媒を含むNH3合成触媒用コン
    バータと、水素エンジンよりの排気ガス中の
    NOxをNH3により還元するTiO2系触媒を含む
    NOx還元用触媒コンバータと、前記NOx用還元
    触媒コンバータの上流において、NH3合成触媒
    コンバータで合成されたNH3を前記排気ガスに
    添加する手段を備えたことを特徴とする水素エン
    ジンの窒素酸化物除去機構。
JP1972487U 1987-02-13 1987-02-13 Expired - Lifetime JPH0513937Y2 (ja)

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JP7418143B2 (ja) * 2020-04-24 2024-01-19 株式会社Soken 水素燃料エンジンの排気浄化システム

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