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1. WO2020115965 - DISPOSITIF D'INJECTION D'AGENT RÉDUCTEUR, DISPOSITIF DE TRAITEMENT DES GAZ D’ÉCHAPPEMENT, ET PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DES GAZ D’ÉCHAPPEMENT

Document

明 細 書

発明の名称 還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085  

産業上の利用可能性

0086  

符号の説明

0087  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

発明の名称 : 還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法

技術分野

[0001]
 本発明は、還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。

背景技術

[0002]
 各種エンジンなどから排出される排ガス中の窒素酸化物(NOx)を浄化するために、選択触媒還元型NOx触媒(SCR触媒)を用いた排ガス処理装置が知られている(特許文献1)。
 特許文献1に記載の排ガス処理装置は、エンジンの排気筒に取り付けられた触媒(SCR触媒)、及びエンジンと触媒との間の排気筒内に尿素水を噴射する手段を有し、噴霧された尿素水を排ガスと混合し、触媒によって排ガス中の特定成分と反応させると共に尿素水を排ガスと混合する尿素水噴射手段が複数個所に設けられている。
 しかしながら、特許文献1に記載の排ガス処理装置は、尿素水中の尿素を排ガスの熱でアンモニアに分解させるため、排ガスの温度が200℃以上であることが必要とされる。そのため、排ガスの温度が低いときには、尿素の分解反応が起こり難くなり、NOxの処理に必要なアンモニアの量が不足するという問題があった。
[0003]
 そこで、筒状のハニカム構造部、及びハニカム構造部の側面に配設された一対の電極部を有するハニカム構造体(ハニカムヒーター)と、ハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧する尿素噴霧器とを備える還元剤噴射装置を用いた排ガス処理装置が提案されている(特許文献2)。この排ガス装置に用いられる還元剤噴射装置は、電極部に電圧を印加することで通電加熱されたハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧し、尿素水溶液中の尿素をハニカム構造部内で分解してアンモニアを効率良く生成させることができる。
 しかしながら、通電加熱されたハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧すると、尿素水溶液が噴霧された領域の温度が低下し、ハニカム構造部内に温度ムラが発生する。その結果、ハニカム構造部の低温領域に尿素デポジット(尿素に起因する結晶)が生成し易くなる。尿素デポジットが生成すると、ハニカム構造部内の流路が遮断されるため、尿素からアンモニアへの分解が阻害されてしまう。
[0004]
 そこで、尿素噴霧器とハニカム構造体との間にキャリアガス導入口を設けた還元剤噴射装置を用いた排ガス処理装置が提案されている(特許文献3及び4)。この排ガス処理装置に用いられる還元剤噴射装置によれば、キャリアガス導入口から導入されたキャリアガスが、ハニカム構造部内のガスの流れを促進させることができる。そのため、ハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧してもハニカム構造部内の温度差が小さくなり、尿素デポジットの生成を抑制することができる。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2007-327377号公報
特許文献2 : 国際公開第2014/148506号
特許文献3 : 特開2017-180298号公報
特許文献4 : 特開2017-180299号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 排ガス中のNOxの量は、車両の走行パターンなどによって変化するが、排ガス中のNOxの量が多い場合、NOxの浄化に必要なアンモニアの量が増えるため、尿素水溶液の噴霧量を増大させる必要がある。尿素水溶液の噴霧量が多くなると、ハニカム構造体の温度が低下するため、通電電力を高めることが要求される。
 しかしながら、特許文献2~4に記載された従来の還元剤噴射装置では、通電電力を高めると、ハニカム構造部内の温度分布が大きくなってしまい、ハニカム構造部が破損してしまう恐れがある。
 また、特許文献3及び4に記載された従来の還元剤噴射装置において、尿素デポジットは、キャリアガスの温度が高い方が生成し難い傾向にあるが、キャリアガスの温度を高めるためには加熱手段を別途設ける必要がある。
[0007]
 本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、尿素デポジットを抑制することができると共に、通電電力を高めてもハニカム構造部が破損し難い還元剤噴射装置を提供することを目的とする。
 また、本発明は、排ガス中のNOxの量が多くなっても還元剤噴射装置から必要量のアンモニアを噴射してNOxの浄化を行うことが可能な排ガス処理装置及び排ガス処理方法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

[0008]
 本発明者らは、ハニカム構造部の側面に少なくとも一対の電極部が配設されたハニカム構造体を備える還元剤噴射装置の構造について鋭意研究を行った結果、通電電力を高めた際のハニカム構造部内の温度が電極部の周辺(ハニカム構造部の外周領域)で局所的に高くなることに着目し、ハニカム構造体の外周にキャリアガスの流通経路を設け、ハニカム構造部の外周領域の熱をキャリアガスと熱交換させることにより、ハニカム構造部の外周領域の温度を低下させてハニカム構造部内の温度分布を小さくしつつ、キャリアガスの温度を高め得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
[0009]
 すなわち、本発明は、流体流入端面から流体流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設され、前記ハニカム構造部を通電加熱するための少なくとも一対の電極部を有し、通電加熱された前記ハニカム構造部内で尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニアを生成可能に構成されたハニカム構造体と、
 前記ハニカム構造体を収容し、前記ハニカム構造部の前記流体流入端面側にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口を有する内筒と、
 前記内筒の一端に配置され、前記ハニカム構造部の前記流体流入端面側に尿素水溶液を噴霧するための尿素噴霧器と、
 前記内筒の外周側に前記内筒と間隔をあけて配置され、前記ハニカム構造部の前記流体流出端面側から前記キャリアガスを流入させるためのキャリアガス流入口を有する外筒と
を備え、
 前記内筒と前記外筒との間に前記キャリアガスが流通する流通経路が形成され、前記流通経路を流通する前記キャリアガスが、通電加熱された前記ハニカム構造部と熱交換して加熱可能に構成されている、還元剤噴射装置である。
[0010]
 また、本発明は、排ガスが流通するための排気筒と、
 前記排気筒内にアンモニアを噴射するための前記還元剤噴射装置と、
 前記排気筒の、前記アンモニアが噴射される位置よりも下流側に配置されたSCR触媒と
を備える排ガス処理装置である。
[0011]
 さらに、本発明は、前記還元剤噴射装置で生成したアンモニアを排ガスに噴射し、前記アンモニアが混入した前記排ガスをSCR触媒で還元処理する排ガス処理方法である。

発明の効果

[0012]
 本発明によれば、尿素デポジットを抑制することができると共に、通電電力を高めてもハニカム構造部が破損し難い還元剤噴射装置を提供することができる。
 また、本発明によれば、排ガス中のNOxの量が多くなっても還元剤噴射装置から必要量のアンモニアを噴射してNOxの浄化を行うことが可能な排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 本発明の実施形態1に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図である。
[図2] 本発明の実施形態1に係る還元剤噴射装置を構成するハニカム構造体の流体流入端面を示す模式平面図である。
[図3] 本発明の実施形態1に係る還元剤噴射装置を構成する内筒の尿素噴霧器側の状態を示す模式断面図である。
[図4] 本発明の実施形態2に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図である。
[図5] 本発明の実施形態3に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図である。
[図6] 本発明の実施形態4に係る排ガス処理装置を示す模式断面図である。
[図7] 本発明の実施形態4に係る別の排ガス処理装置を示す模式断面図である。

発明を実施するための形態

[0014]
 以下、本発明の還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法の好適な実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、改良などを行うことができる。各実施形態に開示されている複数の構成要素は、適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
[0015]
<実施形態1>
(1)還元剤噴射装置
 図1は、本発明の実施形態1に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図(ハニカム構造部のセルの延びる方向に平行な模式断面図)である。
 図1に示すように、本実施形態の還元剤噴射装置100は、ハニカム構造体1と、ハニカム構造体1を収容する内筒2と、内筒2の一端に配置された尿素噴霧器3と、内筒2の外周側に内筒2と間隔をあけて配置された外筒4とを備える。
[0016]
 ハニカム構造体1は、流体流入端面13aから流体流出端面13bまで延びる複数のセル14を区画形成する隔壁15を有する柱状のハニカム構造部11と、ハニカム構造部11の側面に配設され、ハニカム構造部11を通電加熱するための少なくとも一対の電極部12とを有する。ハニカム構造部11におけるセル14は、流体の流通経路となる。
 ここで、本明細書において「流体流入端面13a」とは、流体の流入口を有する端面のことを意味し、「流体流出端面13b」とは、流体の流出口を有する端面のことを意味する。また、本明細書において「一対の電極部12」とは、ハニカム構造部11のセル14が延びる方向に直交する断面において、一方の電極部12に対して、他方の電極部12がハニカム構造部11の中心を挟んで反対側に配設されていることを意味する。
 電極部12は、セル14が延びる方向に沿って帯状に形成されている。なお、電極部12は一対であってよいが、ハニカム構造部11の発熱効率を高める観点から、複数対としてもよい。
[0017]
 内筒2は、入口側端部及び出口側端部を有する。一端である入口側端部には尿素噴霧器3が配置され、他端である出口側端部にはアンモニアを噴射するための噴射口21が形成されている。また、内筒2は、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側、すなわち、ハニカム構造体1と尿素噴霧器3との間にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口22を有する。キャリアガスとしては、特に限定されず、排ガス、吸気ガス、その他のエアー供給装置(大型車両などに搭載されているコンプレッサーなど)からのエアーなどを用いることができる。
 内筒2に収容されるハニカム構造体1は、絶縁保持部23を介して内筒2内に固定(保持)されている。このような構成とすることにより、ハニカム構造体1と内筒2との間の絶縁が確保される。ハニカム構造体1と内筒2との間には、絶縁保持部23が配置されていない部分(空間)があってもよいが、内筒2の外周を流通するキャリアガスとの熱交換効率を高める観点から、ハニカム構造体1の外周全体が絶縁保持部23で覆われていることが好ましい。絶縁保持部23の材質は、絶縁性及び熱伝導率に優れたものであれば特に限定されないが、アルミナであることが好ましい。
[0018]
 尿素噴霧器3は、内筒2の一端(入口側端部)に配置され、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側に尿素水溶液を噴霧する。尿素水溶液は、本実施形態の還元剤噴射装置100で生成させるアンモニアの原料である。
[0019]
 外筒4は、ハニカム構造部11の流体流出端面13b側に入口側端部、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側に出口側端部を有する。入口側端部には、ハニカム構造部11の流体流出端面13b側からキャリアガスを流入させるためのキャリアガス流入口41が形成され、出口側端部には尿素噴霧器3が配置されている。また、外筒4は、内部に内筒2が挿入されており、内筒2の外周側に内筒2と間隔をあけて配置されている。内筒2と外筒4との間には、キャリアガスが流通する流通経路が形成されている。
[0020]
 上記のような構成を有する本実施形態の還元剤噴射装置100では、尿素噴霧器3から噴霧された尿素水溶液が、通電加熱されたハニカム構造部11内で尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニア(還元剤)を生成し、噴射口21から外部にアンモニアが噴射される。このとき、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側にキャリアガスを導入することにより、ハニカム構造部11内に、流体流入端面13a側から流体流出端面13b側へのガスの流れを作ることができる。そのため、ハニカム構造部11内に熱及び尿素水溶液が停滞し難くなり、尿素デポジットが抑制される。
 また、キャリアガスは、キャリアガス流入口41から供給され、内筒2と外筒4との間の流通経路を流通する間に、通電加熱されたハニカム構造部11と熱交換して加熱される。したがって、キャリアガスを予め熱交換により加熱してハニカム構造部11内に導入することができるため、尿素デポジットの抑制効果を安価且つ容易により一層高めることが可能になる。
 さらに、通電電力を高めた場合、ハニカム構造部11の外周領域の温度が局所的に高くなり易いが、キャリアガスとの熱交換によってハニカム構造部11の外周領域の温度を低下させることができる。したがって、ハニカム構造部11内の温度を高めつつ温度分布を小さくすることができるため、ハニカム構造部11の破損を抑制すると共に、アンモニアの噴射量を増大させることが可能となる。
[0021]
 以下、本実施形態の還元剤噴射装置100について、さらに、構成部材ごとに詳細に説明する。
[0022]
(1-1)ハニカム構造体1
 ハニカム構造体1は、ハニカム構造部11と電極部12とを有する。
 ハニカム構造部11を構成する隔壁15の材質は、特に限定されないが、セラミックスであることが好ましい。特に、隔壁15の材質は、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分としていることが好ましく、珪素-炭化珪素複合材を主成分としていることがより好ましい。このような材質を用いることにより、ハニカム構造部11の電気抵抗率を、炭化珪素と珪素との比率を変更することで任意の値に調整し易くなる。
 ここで、上記の主成分となる「珪素-炭化珪素複合材」とは、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての金属珪素を含有するものを意味する。珪素-炭化珪素複合材は、複数の炭化珪素粒子が、金属珪素によって結合されていることが好ましい。また、上記の主成分となる「炭化珪素」とは、炭化珪素粒子同士が焼結して形成されたものを意味する。また、本明細書において「主成分」とは、90質量%以上含有される成分のことを意味する。
[0023]
 ハニカム構造部11の電気抵抗率は、特に限定されないが、0.01~500Ωcmであることが好ましく、0.1~200Ωcmであることがより好ましい。このような電気抵抗率に制御することにより、少なくとも一対の電極部12に電圧を印加することにより、ハニカム構造部11を効果的に発熱させることができる。特に、電圧12~200Vの電源を用いて、ハニカム構造部11を160~600℃に発熱させるためには、電気抵抗率を上記の範囲とすることが好ましい。
 なお、ハニカム構造部11の電気抵抗率は、25℃における値である。また、ハニカム構造部11の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
[0024]
 ハニカム構造部11の単位体積当たりの表面積は、特に限定されないが、5cm 2/cm 3以上であることが好ましく、8~45cm 2/cm 3であることがより好ましく、20~40cm 2/cm 3であることが特に好ましい。この表面積が5cm 2/cm 3以上であると、尿素水溶液との接触面積が十分に確保され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量(発生速度)が適切に制御される。
 なお、ハニカム構造部11の表面積は、ハニカム構造部11の隔壁15の表面の面積である。
[0025]
 ハニカム構造部11の隔壁15の厚さは、0.06~1.5mmが好ましく、0.10~0.80mmがより好ましい。隔壁15の厚さが1.5mm以下であると、圧力損失が低減され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量(発生速度)が適切に制御される。隔壁15の厚さが0.06mm以上であると、通電加熱による熱衝撃でハニカム構造部11が破壊してしまうことが抑制される。
 セル14の形状(セル14の延びる方向に直交する断面の形状)が、図2に示すような円形の場合、隔壁15の厚さは、「セル14同士の間の距離が最も短くなっている部分(隔壁15の厚さが小さい部分)」における隔壁15の厚さを意味する。
 セル14の密度は、7~140セル/cm 2が好ましく、15~120セル/cm 2が更に好ましい。セル14の密度が7セル/cm 2以上であると、尿素水溶液との接触面積が十分に確保され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量(発生速度)が適切に制御される。セル14の密度が140セル/cm 2以下であると、圧力損失が低減され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量(発生速度)が適切に制御される。
[0026]
 ハニカム構造部11は、一部のセル14に対し、流体流入端面13a側の端部に目封止部を設けてもよい。目封止部の材質は、隔壁15の材質と同じであることが好ましいが、他の材質であってもよい。
[0027]
 流体流入端面13aの形状は、図2に示すような正方形の他、長方形、その他の多角形、円形、楕円形などの各種形状であってもよい。また、流体流入端面13aの形状は、流体流出端面13bの形状と同じであり、セル14の延びる方向に直交する断面の形状と同じであることが好ましい。
[0028]
 ハニカム構造部11の大きさは、流体流入端面13a及び流体流出端面13bの面積がそれぞれ50~10000mm 2であることが好ましく、100~8000mm 2であることがより好ましい。
[0029]
 セル14の延びる方向に直交する断面におけるセル14の形状は、図2に示すような円形の他、楕円形、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。このような形状にすることにより、ハニカム構造部11に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、尿素水溶液中の尿素を効率的に分解することが可能となる。
[0030]
 電極部12は、セル14が延びる方向に沿って帯状に形成されているが、ハニカム構造部11の周方向にも広がる幅広に形成されていてもよい。また、セル14の延びる方向に直交する断面において、一方の電極部12は、他方の電極部12に対して、ハニカム構造部11の中心を挟んで反対側に配設されている。このような構成とすることにより、一対の電極部12の間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部11内を流れる電流の偏りを抑制することができるため、ハニカム構造部11内の発熱の偏りを抑制することが可能になる。
 また、電極部12に対する電圧の印加は、流体流入端面13aにおける温度が900℃以下となるようにハニカム構造部11を発熱させることが好ましい。ハニカム構造部11の温度の制御はハニカム構造部11に温度測定手段を直接設けることにより制御することができる。あるいは、キャリアガス温度、キャリアガス流量及び尿素水溶液噴霧量からハニカム構造部11の温度を推定して制御することも可能である。また、エンジンの運転条件をマッピングすれば、キャリアガス温度及びキャリアガス流量の測定に代えることもできる。
[0031]
 電極部12の材質は、特に限定されないが、ハニカム構造部11の隔壁15の主成分と同じであることが好ましい。
 電極部12の電気抵抗率は、0.0001~100Ωcmであることが好ましく、0.001~50Ωcmであることがより好ましい。電極部12の電気抵抗率をこのような範囲にすることにより、一対の電極部12が、高温の排ガスが流れる排気筒内において、電極の役割を効果的に果たす。電極部12の電気抵抗率は、ハニカム構造部11の電気抵抗率より低いものであることが好ましい。
 なお、電極部12の電気抵抗率は、400℃における値である。また、電極部12の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
[0032]
 一対の電極部12には、外部からの電気配線18を繋ぐための電極端子突起部16が配設されていてもよい。電極端子突起部16の材質は、導電性セラミックスであってもよいし、金属であってもよい。また、電極端子突起部16の材質は、電極部12と同じであることが好ましい。また、電極端子突起部16と内筒2のコネクター17とが、電気配線18によって繋がれていることが好ましい。
[0033]
 ハニカム構造部11には、尿素加水分解触媒が備えられていてもよい。尿素加水分解触媒を用いることにより、尿素からアンモニアを効率的に生成させることができる。尿素加水分解触媒としては、酸化チタンなどを挙げることができる。
[0034]
(1-2)内筒2
 内筒2の材質は、特に限定されないが、ステンレス鋼などが好ましい。
 内筒2の形状は、ハニカム構造体1と嵌合させるため、セル14の延びる方向に直交する断面において、ハニカム構造部11の形状と同種であることが好ましい。ここで、本明細書において「同種の形状」とは、内筒2の形状が正方形であるときには、ハニカム構造部11の形状も正方形であり、内筒2の形状が長方形であるときには、ハニカム構造部11の形状も長方形であることを意味する。なお、例えば、内筒2の形状及びハニカム構造部11の形状が、同種の形状であり、その形状が長方形である場合、縦と横との長さの比までが同じである必要はない。
[0035]
 尿素噴霧器3が配置された内筒2の一端(入口側端部)は、ハニカム構造部11の流体流入端面13aと対向する閉塞面24を有し、キャリアガス導入口22が閉塞面24側に形成されていることが好ましい。キャリアガス導入口22を閉塞面24側に設けることにより、キャリアガスが流体流入端面13a側から流体流出端面13b側にスムーズに流れ易くなると共に、尿素噴霧器3から噴霧される尿素水溶液の噴霧方向を阻害し難くなる。そのため、尿素デポジットの抑制効果を高めつつ尿素水溶液の噴霧量を増大させることが可能となる。
[0036]
 また、図3に示すように、内筒2の長さ方向に直交する、ハニカム構造部11と尿素噴霧器3と間の断面において、尿素噴霧器3側から内筒2を見た投影面は、尿素噴霧器3を中心として、複数のキャリアガス導入口22が同心円状に形成されていることが好ましい。このように複数のキャリアガス導入口22を形成することにより、流体流入端面13a側にキャリアガスをバランス良く導入することができるため、ハニカム構造部11内に尿素水溶液をより一層スムーズに供給することができる。
 キャリアガス導入口22の形状は、図3に示すように円形状とすることが好ましいが、正方形、長方形、その他の多角形、楕円形などの各種形状であってもよい。
[0037]
(1-3)尿素噴霧器3
 尿素噴霧器3の種類は、尿素水溶液を噴霧可能であれば特に限定されないが、ソレノイド式、超音波式、圧電アクチュエータ式、又はアトマイザー式であることが好ましい。これらを用いることにより、尿素水溶液を容易に霧状に噴霧することができる。また、これらの中でも、ソレノイド式、超音波式、又は圧電アクチュエータ式を用いると、空気を使用せずに尿素水溶液を霧状に噴霧することができる。そのため、尿素水溶液の噴霧に用いる空気を加熱する必要がなくなり、加熱するエネルギー量を低減することができる。また、噴霧に用いる空気を使用しないことにより、噴射体積が減少するため、ハニカム構造部11内を霧状の尿素水溶液が通過する速度を低下させることが可能となり、分解に必要な反応時間を長く取ることができる。尿素噴霧器3から噴霧される尿素水溶液の液滴の大きさ(直径)は、0.3mm以下であることが好ましい。液滴の大きさが0.3mmより大きいと、ハニカム構造部11内で加熱された際に、気化し難くなることがある。
[0038]
 ここで、ソレノイド式の尿素噴霧器3は、ソレノイドの振動又はソレノイドを用いた電界によるピストンの前後動作により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。また、超音波式の尿素噴霧器3は、超音波振動により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。また、圧電アクチュエータ式の尿素噴霧器3は、圧電素子の振動により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。また、アトマイザー式の尿素噴霧器3は、例えば、管で液体を吸い上げながら、当該管の先端の開口部に吸い上げられた液体を空気で霧状に吹き飛ばして、当該液体を噴霧する装置である。なお、アトマイザー式の尿素噴霧器3は、ノズルの先端に小さな開口部を複数個形成し、当該開口部より液体を霧状に噴霧する装置であってもよい。
[0039]
 尿素噴霧器3は、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側に尿素水溶液を噴霧し易くするために、尿素水溶液の噴霧方向(液滴が飛び出す方向)が、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側を向いていることが好ましい。
[0040]
(1-4)外筒4
 外筒4の材質は、特に限定されないが、ステンレス鋼などが好ましい。
 外筒4の形状は、内筒2と外筒4との間にキャリアガスが流通する流通経路を形成し得る形状であれば特に限定されないが、セル14の延びる方向に直交する断面において、内筒2の形状と同種であることが好ましい。
 外筒4の長さは、特に限定されないが、ハニカム構造部11との熱交換を行う流通流路を十分に確保する観点から、ハニカム構造部11の長さよりも大きいことが好ましい。
[0041]
 次に、本実施形態の還元剤噴射装置100の製造方法について詳細に説明する。
(2)還元剤噴射装置100の製造方法
(2-1)ハニカム構造体1の製造
 ハニカム構造体1がセラミックス製の場合、ハニカム構造体1の製造方法は、以下のような製造方法であることが好ましい。
 ハニカム構造体1の製造方法は、ハニカム成形体作製工程と、ハニカム乾燥体作製工程と、未焼成電極付きハニカム体作製工程と、ハニカム構造体作製工程とを含む。
[0042]
(ハニカム成形体作製工程)
 ハニカム成形体作製工程では、成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製する。成形原料は、セラミックス原料及び有機バインダを含むことが好ましい。成形原料には、セラミックス原料及び有機バインダ以外に、界面活性剤、焼結助剤、造孔材、水などをさらに配合してもよい。成形原料は、これらの原料を混合することによって得ることができる。
[0043]
 成形原料中のセラミックス原料は、「セラミックス」又は「焼成によりセラミックスとなる原料」である。セラミックス原料は、いずれの場合も、焼成後にセラミックスとなる。成形原料中のセラミックス原料は、金属珪素及び炭化珪素粒子(炭化珪素粉末)を主成分とするか、又は炭化珪素粒子(炭化珪素粉末)を主成分とすることが好ましい。これにより、得られるハニカム構造体1が導電性になる。金属珪素も金属珪素粒子(金属珪素粉末)であることが好ましい。なお、「金属珪素及び炭化珪素粒子を主成分とする」とは、金属珪素及び炭化珪素粒子の合計質量が、全体(セラミックス原料)の90質量%以上であることを意味する。また、セラミックス原料に含まれる、主成分以外の成分としては、SiO 2、SrCO 3、Al 23、MgCO 3、コージェライトなどを挙げることができる。
[0044]
 セラミックス原料の主成分として炭化珪素を用いた場合には、焼成によって炭化珪素が焼結される。また、セラミックス原料の主成分として金属珪素及び炭化珪素粒子を用いた場合には、焼成により、金属珪素を結合材として、骨材である炭化珪素同士が結合される。
[0045]
 セラミックス原料として、炭化珪素粒子(炭化珪素粉末)及び金属珪素粒子(金属珪素粉末)を用いた場合、炭化珪素粒子の質量と金属珪素粒子の質量との合計に対して、金属珪素粒子の質量が10~40質量%であることが好ましい。炭化珪素粒子の平均粒子径は、10~50μmが好ましく、15~35μmがより好ましい。金属珪素粒子の平均粒子径は、0.1~20μmが好ましく、1~10μmがより好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素粒子の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。
[0046]
 有機バインダとしては、メチルセルロース、グリセリン、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどを挙げることができる。有機バインダとしては、1種類の有機バインダを用いてもよいし、複数種類の有機バインダを用いてもよい。有機バインダの配合量は、セラミックス原料の合計質量を100質量部としたときに、5~10質量部であることが好ましい。
[0047]
 界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリンなどを用いることができる。界面活性剤としては、1種類の界面活性剤を用いてもよいし、複数種類の界面活性剤を用いてもよい。界面活性剤の配合量は、セラミックス原料の合計質量を100質量部としたときに、0.1~2.0質量部であることが好ましい。
[0048]
 焼結助剤としては、SiO 2、SrCO 3、Al 23、MgCO 3、コージェライトなどを用いることができる。焼結助剤としては、1種類の焼結助剤を用いてもよいし、複数種類の焼結助剤を用いてもよい。焼結助剤の配合量は、セラミックス原料の合計質量を100質量部としたときに、0.1~3質量部であることが好ましい。
[0049]
 造孔材としては、焼成後に気孔を形成するものであれば特に限定されず、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲルなどを挙げることができる。造孔材としては、1種類の造孔材を用いてもよいし、複数種類の造孔材を用いてもよい。造孔材の配合量は、セラミックス原料の合計質量を100質量部としたときに、0.5~10質量部であることが好ましい。
[0050]
 水の配合量は、セラミックス原料の合計質量を100質量部としたときに、20~60質量部であることが好ましい。
[0051]
 成形原料を押出成形する際には、まず、成形原料を混練して坏土を形成する。次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を得る。ハニカム成形体は、流体流入端面13aから流体流出端面13bまで延びる複数のセル14を区画形成する多孔質の隔壁15を有する。ハニカム成形体の隔壁15は、未乾燥、未焼成の隔壁15である。
[0052]
(ハニカム乾燥体作製工程)
 ハニカム乾燥体作製工程では、得られたハニカム成形体を乾燥させてハニカム乾燥体を作製する。乾燥条件は、特に限定されず、公知の条件を用いることができる。例えば、80~120℃で、0.5~5時間乾燥させることが好ましい。
[0053]
(未焼成電極付きハニカム体作製工程)
 未焼成電極付きハニカム体作製工程では、まず、ハニカム乾燥体の側面に、セラミックス原料と水とを含有する電極形成用スラリーを塗布する。次に、電極形成用スラリーを乾燥させて未焼成電極を形成して、未焼成電極付きハニカム体を作製する。
[0054]
 未焼成電極付きハニカム体は、ハニカム乾燥体に、セル14の延びる方向に帯状に延びると共に周方向にも広がる、幅広の長方形の未焼成電極が形成されていることが好ましい。周方向とは、セル14の延びる方向に直交する断面において、ハニカム乾燥体の側面に沿った方向のことである。
[0055]
 未焼成電極付きハニカム体作製工程で用いられる電極形成用スラリーは、セラミックス原料と水とを含有する。電極形成用スラリーには、界面活性剤、造孔材、水などを配合してもよい。
 セラミックス原料としては、ハニカム成形体を作製する際に用いられるセラミックス原料を用いることが好ましい。例えば、ハニカム成形体を作製する際に用いられるセラミックス原料の主成分を炭化珪素粒子及び金属珪素とした場合には、電極形成用スラリーのセラミックス原料としても炭化珪素粒子及び金属珪素を用いればよい。
[0056]
 ハニカム乾燥体の側面に、電極形成用スラリーを塗布する方法は特に限定されない。電極形成用スラリーは、例えば、刷毛を用いて塗布したり、印刷の手法を用いて塗布したりすることができる。
[0057]
 電極形成用スラリーの粘度は、20℃において、500Pa・s以下であることが好ましく、10~200Pa・sであることがより好ましい。電極形成用スラリーの粘度が500Pa・s以下であると、電極形成用スラリーをハニカム乾燥体の側面に塗布し易くなる。
[0058]
 ハニカム乾燥体に電極形成用スラリーを塗布した後に、電極形成用スラリーを乾燥させて、未焼成電極(未焼成電極付きハニカム体)を得ることができる。乾燥温度は、80~120℃であることが好ましい。また、乾燥時間は、0.1~5時間であることが好ましい。
[0059]
(ハニカム構造体作製工程)
 ハニカム構造体作製工程では、未焼成電極付きハニカム体を焼成してハニカム構造体1を作製する。
 焼成条件は、ハニカム成形体の製造に用いられたセラミックス原料、及び電極形成用スラリーに用いられたセラミックス原料の種類に応じて適宜決定すればよい。
 また、未焼成電極付きハニカム成形体を乾燥させた後、焼成前に、バインダなどを除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は、大気雰囲気下、400~500℃で0.5~20時間行うことが好ましい。
[0060]
 尿素加水分解触媒40をハニカム構造体1に担持させる場合、その方法としては、例えば、尿素加水分解触媒40のスラリーが貯留された容器に、ハニカム構造体1を浸漬させればよい。なお、尿素加水分解触媒40のスラリーの粘度、含有される尿素加水分解触媒40の粒径などを調整することによって、隔壁15の表面だけでなく隔壁15の細孔の内部にまで触媒を担持させることができると共に、担持する触媒の量を調節することもできる。また、スラリーの吸引を複数回行うことによっても、担持する触媒の量を調節することができる。
[0061]
(2-2)還元剤噴射装置100の製造
 内筒2内にハニカム構造体1を挿入し、絶縁保持部23を介してハニカム構造体1を内筒2内に固定すると共に、内筒2の一端(入口側端部)に尿素噴霧器3を配置する。そして、内筒2のコネクター17と一対の電極部12に配設した電極端子突起部16との間を電気配線18によって接続する。次に、外筒4の出口側端部に尿素噴霧器3が位置するように外筒4内に内筒2を挿入して固定することにより、還元剤噴射装置100を製造することができる。
[0062]
 次に、本実施形態の還元剤噴射装置100の使用方法について詳細に説明する。
(3)還元剤噴射装置100の使用方法
 本実施形態の還元剤噴射装置100は、尿素水溶液を原料として供給することにより、尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニアを生成させ、生成したアンモニアを外部に噴射する。具体的には、ハニカム構造部11を通電して昇温(加熱)し、尿素噴霧器3に尿素水溶液を供給し、尿素噴霧器3からハニカム構造部11の流体流入端面13a側に尿素水溶液を噴霧する。このとき、通電加熱されたハニカム構造部11と熱交換することで予め加熱されたキャリアガスを、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側に導入することにより、尿素水溶液の流れを促進させてハニカム構造部11内に尿素水溶液が停滞し難くする。尿素噴霧器3から噴霧された尿素水溶液は、ハニカム構造部11で加熱されて蒸発する。尿素水溶液の蒸発によるハニカム構造部11と尿素噴霧器3との間の領域内の圧力上昇、及びキャリアガスの流れにより、尿素水溶液は、流体流入端面13aからハニカム構造部11のセル14内に入る。セル14内に供給された尿素水溶液中の尿素は、加熱されたハニカム構造部11の温度により分解されてアンモニアが生成する。
[0063]
 尿素水溶液の供給量は、特に限定されないが、排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)量に対して、当量比で1.0~2.0であることが好ましい。当量比が1.0未満の場合、浄化されずに排出される窒素酸化物量が増加することがある。ただし、SCR触媒にNOx吸蔵機能を付与すれば、当量比が1.0未満の期間があってもよい。当量比が2.0を超えると、排ガス中にアンモニアが混入した状態で排ガスが排出される可能性が高くなる恐れがある。
[0064]
 尿素水溶液としては、特に限定されないが、10~40質量%の尿素を含む水溶液であることが好ましい。尿素含有量が10質量%未満であると、NOx還元のために多量の尿素水溶液を噴霧する必要があり、ハニカム構造部11の通電加熱に要求される電力量が多くなることがある。尿素含有量が40質量%を超えると、寒冷地で尿素が凝固する懸念がある。尿素水溶液の好適な例としては、市場で広く流通しているAdBlue(32.5質量%の尿素水溶液、ドイツ自動車工業会(VDA)の登録商標)が挙げられる。
[0065]
 ハニカム構造部11の加熱温度は、160℃以上とすることが好ましく、160~600℃とすることがより好ましく、250~400℃とすることが更に好ましい。加熱温度が160℃以上であると、尿素が効率良く分解され易くなる。加熱温度が600℃以下であると、アンモニアが燃焼され、排気筒にアンモニアが供給されないことが抑制される。また、ハニカム構造部11の加熱温度は、360℃以上とすることが、還元剤噴射装置100に析出する硫酸水素アンモニウム、硫酸アンモニウムなどの硫黄化合物を除去することができる点で好ましい。
[0066]
 ハニカム構造部11に印加する最大電圧は、12~200Vとすることが好ましく、12~100Vとすることがより好ましく、12~48Vとすることがさらに好ましい。最大電圧が12V以上であると、ハニカム構造部11を昇温し易くなる。最大電圧が200V以下であると、電圧を昇圧させる装置が高価になることが抑制される。
[0067]
<実施形態2>
 図4は、本発明の実施形態2に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図(ハニカム構造部のセルの延びる方向に平行な模式断面図)である。
 図4に示すように、本実施形態の還元剤噴射装置200は、実施形態1の還元剤噴射装置100に対して、内筒2に縮径部25が形成されている点で構成が相違する。なお、本実施形態の還元剤噴射装置200の他の構成については、実施形態1の還元剤噴射装置100と同じであるため説明を省略し、相違点のみ詳細に説明する。
[0068]
 本実施形態の還元剤噴射装置200において、内筒2の縮径部25はハニカム構造部11と尿素噴霧器3との間の位置にしており、キャリアガス導入口22が縮径部25に形成されている。このような構成とすることにより、キャリアガス導入口22の形成位置の自由度が大きくなるため、尿素噴霧器3の形状や大きさなどに関係なく、キャリアガス導入口22を形成することが容易になる。また、縮径部25にキャリアガス導入口22を設けることにより、キャリアガスが流体流入端面13a側から流体流出端面13b側にスムーズに流れ易くなると共に、尿素噴霧器3から噴霧される尿素水溶液の噴霧方向を阻害し難くなる。そのため、尿素デポジットの抑制効果を高めつつ尿素水溶液の噴霧量を増大させることが可能となる。
 ここで、本明細書において「縮径部25」とは、径が小さくなっている部分のことを意味し、その形状は段差状であってもテーパー状であってもよい。
[0069]
 縮径部25に形成されるキャリアガス導入口22は、内筒2の長さ方向に直交する断面において、尿素噴霧器3を中心として、複数のキャリアガス導入口22が同心円状に形成されていることが好ましい。このように複数のキャリアガス導入口22を形成することにより、流体流入端面13a側にキャリアガスをバランス良く導入することができるため、ハニカム構造部11内に尿素水溶液をより一層スムーズに供給することができる。
[0070]
<実施形態3>
 図5は、本発明の実施形態3に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図(ハニカム構造部のセルの延びる方向に平行な模式断面図)である。
 図5に示すように、本実施形態の還元剤噴射装置300は、実施形態1の還元剤噴射装置100に対して、ハニカム構造部11の流体流出端面13b側に、流体流出端面13bと間隔をあけて配置された尿素加水分解触媒体51をさらに備える点で構成が相違する。なお、本実施形態の還元剤噴射装置300の他の構成については、実施形態1の還元剤噴射装置100と同じであるため説明を省略し、相違点のみ詳細に説明する。
[0071]
 本実施形態の還元剤噴射装置300では、ハニカム構造部11の流体流出端面13b側に、流体流出端面13bと間隔をあけて配置された尿素加水分解触媒体51が設けられている。このような構成とすることにより、ハニカム構造部11で未反応の尿素を尿素加水分解触媒体51でアンモニアに分解することができるため、アンモニアの生成効率が向上する。
 尿素加水分解触媒体51は、尿素加水分解触媒が担持されたハニカム構造体であることが好ましい。尿素加水分解触媒体51に用いられる担体(ハニカム構造体)は、上流に設けられるハニカム構造体1と同様の構造及び材質であってよい。なお、尿素加水分解触媒体51に用いられるハニカム構造体は、一対の電極部12を有していなくてよいが、上流に設けられるハニカム構造体1と同様に通電加熱可能なようにしてもよい。
[0072]
 尿素加水分解触媒体51は、上流に設けられるハニカム構造体1と同様にしてハニカム構造体(担体)を製造した後、尿素加水分解触媒をハニカム構造体に担持させればよい。尿素加水分解触媒をハニカム構造体に担持させる方法は、先で説明した通りである。
 なお、図5では、尿素加水分解触媒体51は、実施形態1の還元剤噴射装置100に追加されているが、実施形態2の還元剤噴射装置200に追加することも可能である。
[0073]
<実施形態4>
 図6及び7は、本発明の実施形態4に係る排ガス処理装置を示す模式断面図である。
 図6及び7に示すように、本実施形態の排ガス処理装置400,500は、排ガスが流通する排気筒61と、排気筒61内にアンモニアを噴射する還元剤噴射装置100と、排気筒61の、アンモニアが噴射される位置よりも下流側に配置されたSCR触媒62とを備える。
[0074]
 排気筒61は、各種エンジンなどから排出される排ガス(NOxを含有する排ガス)を通す配管であり、この中で、排ガスとアンモニアとが混合される。排気筒61の大きさは、特に限定されず、本実施形態の排ガス処理装置400,500を取り付けるエンジンなどの排気系に合わせて、適宜決定することができる。また、排気筒61の、ガスの流れる方向における長さは、特に限定されないが、還元剤噴射装置100とSCR触媒62との間の距離を適切な距離とすることが可能な長さであることが好ましい。
[0075]
 排気筒61の材質は、特に限定されないが、排ガスによる腐食が発生し難いものであることが好ましい。排気筒61の材質としては、例えば、ステンレス鋼などが挙げられる。
[0076]
 還元剤噴射装置100は、排気筒61に装着されており、排気筒61内にアンモニアを噴射する。還元剤噴射装置100から排気筒61内にアンモニアを噴射することにより、排気筒61内でアンモニアと排ガスとの混合ガスが生成する。
 還元剤噴射装置100は、図6に示すように排気筒61に1つ装着すればよい。また、図7に示すように排気筒61に還元剤噴射装置を2つ装着してもよい。この場合、下流側の還元剤噴射装置は、還元剤噴射装置100であっても、還元剤(尿素水)を加熱せずに噴霧する従来の還元剤噴射装置600(例えば、尿素噴霧器3)であってもよい。好ましい実施形態では、下流側の還元剤噴射装置は、還元剤(尿素水)を加熱せずに噴霧する従来の還元剤噴射装置600である。これは、排ガス中のNOxの量が少ない場合(排ガスの温度が低い場合)、上流側の還元剤噴射装置100及びSCR触媒62によってNOxのほとんどが浄化され、また、排ガス中のNOxの量が多い場合(排ガスの温度が高い場合)、従来の還元剤噴射装置600から噴霧された尿素水が排ガスの温度によってアンモニアに分解されるためである。また、図示していないが、還元剤噴射装置100は、必要に応じて排気筒61に3つ以上装着してもよい。
 還元剤噴射装置100に導入するキャリアガスとして排ガスを用いる場合、図6及び7に示すように、排気筒61が還元剤噴射装置100の上流で分岐され、分岐流路63がキャリアガス流入口41に接続される。一方、排ガス以外のキャリアガス(例えば、吸気ガスなど)を用いる場合には、当該キャリアガスの供給源に接続筒などを介してキャリアガス流入口41が接続される。
[0077]
 SCR触媒62は、触媒体(SCR触媒62が担持されたハニカム構造体)の状態で、排気筒61の、アンモニアが噴射される位置よりも下流側に配置される。したがって、図6に示すように、還元剤噴射装置100が排気筒61に1つ装着される場合、この還元剤噴射装置100が装着された位置よりも下流側の排気筒61にSCR触媒62が配置される。また、図7に示すように、還元剤噴射装置が排気筒61に2つ装着される場合、還元剤噴射装置100及び従来の還元剤噴射装置600が装着された位置よりも下流側の排気筒61にSCR触媒62がそれぞれ配置される。
 SCR触媒62の例としては、バナジウム系触媒やゼオライト系触媒などを挙げることができる。
 SCR触媒62を、ハニカム構造体に担持された触媒体として使用する場合には、当該触媒体を容器内に収納し、当該容器を排気筒61の下流側に装着することが好ましい。
 SCR触媒62を担持するハニカム構造体は、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
[0078]
 排気筒61の上流側には、排ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタが配置されていることが好ましい。粒子状物質を捕集するためのフィルタとしては、例えば、ハニカム形状のセラミックス製のDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)64を挙げることができる。また、排気筒61の上流側には、排ガス中の炭化水素や一酸化炭素を除去するための酸化触媒65が配置されていることが好ましい。酸化触媒65は、セラミックス製のハニカム構造体に担持された状態(酸化触媒体)であることが好ましい。酸化触媒65としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの貴金属が好適に用いられる。
 還元剤噴射装置100が排気筒61に1つ装着される場合、DPF64及び酸化触媒65は、図6に示すように、還元剤噴射装置100によるアンモニアの噴射位置よりも上流側の排気筒61に配置される。また、還元剤噴射装置が排気筒61に2つ装着される場合、DPF64及び酸化触媒65は、図7に示すように、従来の還元剤噴射装置600によるアンモニアの噴射位置よりも上流側であり、且つ還元剤噴射装置100が装着された位置よりも下流側にあるSCR触媒62よりも下流側の排気筒61に配置されることが好ましい。
[0079]
 SCR触媒62の下流側には、アンモニアを除去するためのアンモニア除去触媒(酸化触媒)を配置することが好ましい。このような構成とすることにより、排ガス中のNOxの除去に使用されなかった余分なアンモニアが下流側に流れた際に、そのアンモニアが外部に排出されることを防止することができる。SCR触媒62の下流側に配置される酸化触媒としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの貴金属が好適に用いられる。
[0080]
 なお、上記の説明では、実施形態1の還元剤噴射装置100を用いた場合を説明したが、実施形態2及び3の還元剤噴射装置200、300を用いてもよい。
[0081]
<実施形態5>
 本発明の実施形態5に係る排ガス処理方法は、実施形態1~3の還元剤噴射装置100,200,300で生成したアンモニアを排ガスに噴射し、アンモニアが混入した排ガスをSCR触媒で還元処理する。これにより、排ガス中のNOxを除去することができる。この排ガス処理方法は、実施形態4の排ガス処理装置400,500を用いることによって容易に実施することができる。
[0082]
 還元剤噴射装置100,200,300は、通電加熱されたハニカム構造部11と熱交換して予め加熱されたキャリアガスを、尿素噴霧器3から噴霧された尿素水溶液と共に、ハニカム構造部11の流体流入端面13a側に供給することができる。特に、ハニカム構造部11にキャリアガスを供給すると共に、外周部が局所的に高温になり易いハニカム構造部11をキャリアガスと熱交換させることにより、ハニカム構造部11内の温度分布を小さくすることができる。そのため、ハニカム構造部11が破損し難くなり、ハニカム構造体1により高い電力を供給することが可能になる。また、ハニカム構造部11にキャリアガスを流すことで、ハニカム構造部11内に尿素が残留することを抑制できるため、尿素デポジットの生成限界を上げることができる。さらに、加熱分解されたアンモニアをキャリアガスによって外部に排出することができるため、応答性が向上する。加えて、ハニカム構造部11との熱交換によってキャリアガスを予め加熱することができるため、ハニカム構造体1に供給する電力を低く設定することができる。なお、尿素噴射量が少ないときは、電力が0wの場合もあり得る。
[0083]
 ハニカム構造部11の流体流入端面13aの温度は、150℃以上、好ましくは250℃以上となるように、キャリアガスの温度及び流量、並びにハニカム構造体1への供給電力を調整することが好ましい。このような温度制御を行うために、例えば、キャリアガスの温度は100℃以上、流量は10L/分以上とすることが好ましい。また、ハニカム構造体1への供給電力は、150~500Wとすることが好ましい。
[0084]
 還元剤噴射装置100,200,300から噴射されるアンモニアの噴射量は、排ガスに含まれる窒素酸化物量に対して、当量比で1.0~2.0であることが好ましい。当量比が1.0未満の場合は、浄化されずに排出される窒素酸化物量が増加することがある。当量比が2.0を超えると、排ガス中にアンモニアが混入した状態で排ガスが排出される可能性が高くなる恐れがある。
[0085]
 尿素水溶液の噴霧量及びハニカム構造部11の温度(供給電力)は、電子制御装置によって、制御することが好ましい。また、ハニカム構造部11の抵抗値から温度を算出し、算出された温度が所望の温度になるように、ハニカム構造部11の温度を制御してもよい。

産業上の利用可能性

[0086]
 本発明の還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法は、各種エンジンなどから排出される排ガス中のNOxを浄化するのに好適に利用することができる。

符号の説明

[0087]
 1 ハニカム構造体
 2 内筒
 3 尿素噴霧器
 4 外筒
 11 ハニカム構造部
 12 電極部
 13a 流体流入端面
 13b 流体流出端面
 14 セル
 15 隔壁
 16 電極端子突起部
 17 コネクター
 18 電気配線
 21 噴射口
 22 キャリアガス導入口
 23 絶縁保持部
 24 閉塞面
 25 縮径部
 41 キャリアガス流入口
 51 尿素加水分解触媒体
 61 排気筒
 62 SCR触媒
 63 分岐流路
 64 DPF
 65 酸化触媒
 100、200、300 還元剤噴射装置
 400、500 排ガス処理装置
 600 従来の還元剤噴射装置

請求の範囲

[請求項1]
 流体流入端面から流体流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設され、前記ハニカム構造部を通電加熱するための少なくとも一対の電極部を有し、通電加熱された前記ハニカム構造部内で尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニアを生成可能に構成されたハニカム構造体と、
 前記ハニカム構造体を収容し、前記ハニカム構造部の前記流体流入端面側にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口を有する内筒と、
 前記内筒の一端に配置され、前記ハニカム構造部の前記流体流入端面側に尿素水溶液を噴霧するための尿素噴霧器と、
 前記内筒の外周側に前記内筒と間隔をあけて配置され、前記ハニカム構造部の前記流体流出端面側から前記キャリアガスを流入させるためのキャリアガス流入口を有する外筒と
を備え、
 前記内筒と前記外筒との間に前記キャリアガスが流通する流通経路が形成され、前記流通経路を流通する前記キャリアガスが、通電加熱された前記ハニカム構造部と熱交換して加熱可能に構成されている、還元剤噴射装置。
[請求項2]
 前記尿素噴霧器が配置された前記内筒の一端は、前記ハニカム構造部の前記流体流入端面と対向する閉塞面を有し、前記キャリアガス導入口が前記閉塞面側に形成されている、請求項1に記載の還元剤噴射装置。
[請求項3]
 前記内筒は、前記ハニカム構造部と前記尿素噴霧器との間の位置に縮径部を有し、前記キャリアガス導入口が前記縮径部に形成されている、請求項1に記載の還元剤噴射装置。
[請求項4]
 前記内筒の長さ方向に直交する断面において、前記尿素噴霧器を中心として、複数の前記キャリアガス導入口が同心円状に形成されている、請求項2又は3に記載の還元剤噴射装置。
[請求項5]
 前記キャリアガス導入口が円形状である、請求項1~4のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
[請求項6]
 前記キャリアガスは排ガスである、請求項1~5のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
[請求項7]
 前記ハニカム構造部の前記流体流出端面側に、前記流体流出端面と間隔をあけて配置された尿素加水分解触媒体をさらに備える、請求項1~6のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
[請求項8]
 前記ハニカム構造部の電気抵抗率が0.01~500Ωcmである、請求項1~7のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
[請求項9]
 前記ハニカム構造部は、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分とする、請求項1~8のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
[請求項10]
 前記ハニカム構造部の単位体積当たりの表面積が5cm 2/cm 3以上である、請求項1~9のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
[請求項11]
 排ガスが流通するための排気筒と、
 前記排気筒内にアンモニアを噴射するための、請求項1~10のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置と、
 前記排気筒の、前記アンモニアが噴射される位置よりも下流側に配置されたSCR触媒と
を備える排ガス処理装置。
[請求項12]
 請求項1~10のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置で生成したアンモニアを排ガスに噴射し、前記アンモニアが混入した前記排ガスをSCR触媒で還元処理する排ガス処理方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]