(57)【要約】【課題】ＳＣＲ触媒をスリップしたアンモニアを回収することのできる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】マフラー６の下流にアンモニア吸蔵部７が設けられており、その上流と下流とにはそれぞれ、上流側排気バルブ８と下流側排気バルブ９とが設けられている。アンモニア吸蔵部７とアンモニア吸蔵タンク１２とは還元剤還流配管１５によって連通され、還元剤還流配管１５には還元剤還流バルブ１６が設けられている。排気管２とアンモニア吸蔵タンク１２とを連通する還元剤導入配管１３と、還元剤導入配管１３に設けられアンモニアの流量を調整する流量調整弁１４とが設けられている。アンモニア吸蔵部７には、アンモニア吸蔵部７を加熱するためにヒーター１０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出されて排気管を流通する排気ガス中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として還元するＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒を流通した排気ガス中のアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵部と、
前記アンモニア吸蔵部を加熱する加熱手段と、
前記アンモニア吸蔵部から放出されたアンモニアを回収する回収部と
を備える排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記回収部は、前記ＳＣＲ触媒に供給されるアンモニアを貯蔵するアンモニア吸蔵タンクである、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ＳＣＲ触媒に流入する前記排気ガスに、前記回収部からアンモニアを供給する供給手段を備える、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の停止時に前記加熱手段を稼動して前記アンモニア吸蔵部を加熱し、前記アンモニア吸蔵部から放出されたアンモニアを前記回収部に回収する請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記アンモニア吸蔵部をバイパスする少なくとも一つのバイパス流路と、該バイパス流路に設けられた第二アンモニア吸蔵部とを備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記アンモニア吸蔵部をバイパスする少なくとも一つの排気ガスの流路と、該バイパス流路に設けられたＡＳＣ触媒とを備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特に、還元剤を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するために尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムの基本構成は、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ、尿素水から生成したアンモニアとＮＯｘとの化学反応により、ＮＯｘを窒素及び水に還元するためのＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒に尿素水を添加するための尿素添加システムと、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられ、ＳＣＲ触媒における化学反応で消費されずに残ったアンモニアを酸化するためのＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）触媒とから構成される。このような尿素ＳＣＲシステムが例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４８９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の尿素ＳＣＲシステムでは、ＳＣＲ触媒における化学反応で消費されなかった（ＳＣＲ触媒をスリップした）アンモニアはＡＳＣ触媒によって酸化され除去されるだけであるため、その分のアンモニアが無駄になってしまうといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ＳＣＲ触媒をスリップしたアンモニアを回収することのできる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】
【０００６】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出されて排気管を流通する排気ガス中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として還元するＳＣＲ触媒と、前記ＳＣＲ触媒を流通した排気ガス中のアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵部と、前記アンモニア吸蔵部を加熱する加熱手段と、前記アンモニア吸蔵部から放出されたアンモニアを回収するアンモニア回収部とを備える。
前記アンモニア回収部は、前記ＳＣＲ触媒に供給されるアンモニアを貯蔵するアンモニア吸蔵タンクであってもよい。
前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガスに、前記アンモニア回収部からアンモニアを供給する供給手段を備えていてもよい。
前記内燃機関停止時に前記加熱手段を稼動して前記アンモニア吸蔵部を加熱し、前記アンモニア吸蔵部から放出されたアンモニアを前記アンモニア回収部に回収できるものであってもよい。
前記アンモニア吸蔵部をバイパスする少なくとも一つのバイパス流路と、該バイパス流路に設けられた第二アンモニア吸蔵部とを備えていてもよい。
前期アンモニア吸蔵部をバイパスする少なくとも一つの排気ガスの流路と、該バイパス流路に設けられたＡＳＣ触媒とを備えていてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ＳＣＲ触媒を備えた排気ガス浄化装置において、内燃機関の運転中にＳＣＲ触媒をスリップしたアンモニアをアンモニア吸蔵部で吸蔵し、その後加熱手段を稼動させてアンモニア吸蔵部を加熱することでアンモニアを放出し、放出されたアンモニアを回収部に回収することにより、ＳＣＲ触媒をスリップしたアンモニアを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１には排気管２が接続されており、ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが、ディーゼルエンジン１側を上流側として矢印Ａで示される方向へ流通する。排気管２には、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化する酸化触媒３が設けられている。酸化触媒３の下流側には、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４が設けられている。また、ＤＰＦ４の下流側には、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するためのＳＣＲ触媒５が設けられている。
【００１０】
ＳＣＲ触媒５の下流にはマフラー６が設けられている。マフラー６の下流に、塩化マグネシウムや塩化カルシウム等の吸蔵材を充填したアンモニア吸蔵部７が設けられている。マフラー６とアンモニア吸蔵部７との間の排気管２に、排気ガスの流通を遮断する上流側排気バルブ８が設けられ、アンモニア吸蔵部７の下流の排気管２に、下流側排気バルブ９が設けられている。アンモニア吸蔵部７には、アンモニア吸蔵部７を加熱するための加熱手段であって図示しないバッテリに接続されたヒーター１０が設けられている。ヒーター１０には、バッテリからの電力供給のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのためリレー１８が設けられている。
【００１１】
ＤＰＦ４から流出しＳＣＲ触媒５へ流入する排気ガスに、還元剤であるアンモニアを供給するために、還元剤供給装置１１が設けられている。還元剤供給装置１１は、アンモニアを吸蔵した塩化マグネシウムや塩化カルシウム等の吸蔵材を充填したアンモニア吸蔵タンク１２と、ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５との間の排気管２とアンモニア吸蔵タンク１２とを連通する還元剤導入配管１３と、還元剤導入配管１３に設けられアンモニアの流量を調整する流量調整弁１４とを備えている。また、アンモニア吸蔵タンク１２には、一端がアンモニア吸蔵部７に接続する還元剤還流配管１５の他端が接続されている。還元剤還流配管１５には、アンモニア吸蔵部７とアンモニア吸蔵タンク１２との間の気体の流れを遮断する還元剤還流バルブ１６が設けられている。後述する動作によって、アンモニア吸蔵部７に吸蔵されたアンモニアはアンモニア吸蔵タンク１２に回収されるので、アンモニア吸蔵タンク１２は回収部を構成する。また、還元剤導入配管１３と流量調整弁１４とは、回収部からアンモニアを供給する供給手段を構成する。
【００１２】
上流側排気バルブ８と下流側排気バルブ９とリレー１８と流量調整弁１４と還元剤還流バルブ１６は、制御装置であるＥＣＵ１７に電気的に接続されている。
【００１３】
次に、実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１の運転開始時、ＥＣＵ１７は、上流側排気バルブ８と下流側排気バルブ９とを開放し、還元剤還流バルブ１６を閉鎖する。ディーゼルエンジン１の運転開始後、排気ガスは、排気管２を流通し、酸化触媒３と、ＤＰＦ４とを順次通過する。排気ガスに含まれるＨＣやＣＯ等は酸化触媒３を通過するときに酸化され、排気ガスに含まれるＰＭはＤＰＦ４を通過するときに捕捉される。続いて排気ガスはＳＣＲ触媒５を通過するが、その前にアンモニア吸蔵タンク１２から放出されたアンモニアが、流量調整弁１４を流通し還元剤導入配管１３から排気ガスに導入される。流量調整弁１４は、ＥＣＵ１７により排気ガスに対してアンモニアが適切な流量になるように制御される。ＳＣＲ触媒５において排気ガス中のＮＯｘがアンモニアを還元剤として還元される。このとき、導入されたアンモニアのうちの一部は、ＮＯｘの還元反応に使用されずに排気ガス中に残留し、ＳＣＲ触媒５をスリップする。アンモニアが残留した排気ガスはマフラー６を通過し、アンモニア吸蔵部７へ流入する。
【００１４】
排気ガスがアンモニア吸蔵部７に流入すると、排気ガス中に残留したアンモニアがアンモニア吸蔵部７に吸蔵される。これにより排気ガスに残留したアンモニアのほとんどが除去され、アンモニアを含まない排気ガスが下流側排気バルブ９を通過し、大気中に排気される。
【００１５】
ディーゼルエンジン１が停止すると、ＥＣＵ１７は、上流側排気バルブ８及び下流側排気バルブ９を閉鎖し、還元剤還流バルブ１６を開放する。ＥＣＵ１７によってリレー１８がＯＮの状態になり、図示しないバッテリから給電されたヒーター１０が稼動しアンモニア吸蔵部７を加熱すると、アンモニア吸蔵部７に吸蔵されていたアンモニアが放出され、還元剤還流配管１５を通過してアンモニア吸蔵タンク１２に流入し、アンモニア吸蔵タンク１２内の吸蔵材に吸蔵されて回収される。これにより、ＳＣＲ触媒５にて還元反応に使用されずにスリップしたアンモニアが回収される。アンモニア吸蔵タンク１２に回収されたアンモニアは、前記のように還元剤導入配管１３から排気ガスに導入され、還元剤としてＮＯｘの還元反応に使用される。
【００１６】
このように、ＳＣＲ触媒５を備えた排気ガス浄化装置において、ディーゼルエンジン１の運転中にＳＣＲ触媒５をスリップしたアンモニアをアンモニア吸蔵部７で吸蔵し、その後ヒーター１０を稼動させてアンモニア吸蔵部７を加熱することでアンモニアを放出し、放出されたアンモニアをアンモニア吸蔵タンク１２に回収することにより、ＳＣＲ触媒５をスリップしたアンモニアを回収することができる。
【００１７】
実施の形態１では、アンモニア吸蔵部７はマフラー６の下流に設けられていたが、この形態に限定するものではない。アンモニア吸蔵部７はできるだけ排気ガスの温度が低いところに設けられるのがよく、ディーゼルエンジン１からできるだけ離れていれば、マフラー６の上流でもよい。
【００１８】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同一な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、アンモニア吸蔵部を並列に二つ設けたものである。
【００１９】
図２に、この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。マフラー６の下流で、排気管２にはアンモニア吸蔵部７をバイパスするバイパス流路２ａが設けられている。バイパス流路２ａには、塩化マグネシウムや塩化カルシウム等の吸蔵材を充填した第二アンモニア吸蔵部２１と、第二アンモニア吸蔵部２１の上流に配置された上流側排気バルブ２２と、第二アンモニア吸蔵部２１の下流に配置された下流側排気バルブ２３とが設けられている。
【００２０】
第二アンモニア吸蔵部２１には、第二アンモニア吸蔵部２１を加熱するために、図示しないバッテリに接続されたヒーター２４が設けられている。ヒーター２４のバッテリからの電力供給のＯＮ／ＯＦＦ切り換えのためリレー２６が設けられている。また、一端が第二アンモニア吸蔵部２１に接続する還元剤還流配管１５ａの他端が、アンモニア吸蔵タンク１２と還元剤還流バルブ１６との間で、還元剤還流配管１５に接続されている。還元剤還流配管１５ａには、第二アンモニア吸蔵部２１とアンモニア吸蔵タンク１２との間の気体の流れを遮断する還元剤還流バルブ２５が設けられている。上流側排気バルブ２２と、下流側排気バルブ２３と、還元剤還流バルブ２５と、リレー２６とは、ＥＣＵ１７と電気的に接続されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２１】
次に、実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１の運転時、ＥＣＵ１７は、上流側排気バルブ８と、下流側排気バルブ９とを開放し、還元剤還流バルブ１６を閉鎖する。また、上流側排気バルブ２２と、下流側排気バルブ２３と、還元剤還流バルブ２５とを閉鎖する。この状態では、排気管２に設けられているアンモニア吸蔵部７を、ＳＣＲ触媒５をスリップしたアンモニアを含む排気ガスが通過するため、実施の形態１と同じように、アンモニア吸蔵部７で排気ガス中のアンモニアの吸蔵が行われる。アンモニア吸蔵部７に吸蔵されたアンモニアの量が飽和状態になったら、ＥＣＵ１７は、バイパス流路２ａの上流側排気バルブ２２及び下流側排気バルブ２３を開放する。ただし、飽和状態になったことを正確に検知することは難しいため、実施の形態２においてはディーゼルエンジン１の稼働時間が、予め設定された時間に達したことでアンモニア吸蔵部７が飽和状態になったと判断する。その他の方法でアンモニア吸蔵部７が飽和状態になったことを判断してもよい。さらにＥＣＵ１７は、上流側排気バルブ８及び下流側排気バルブ９を閉鎖し、還元剤還流バルブ１６を開放する。この状態では、バイパス流路２ａに設けられている第二アンモニア吸蔵部２１を、ＳＣＲ触媒５をスリップしたアンモニアを含む排気ガスが通過するため、第二アンモニア吸蔵部２１で排気ガス中のアンモニアの吸蔵が行われる。
【００２２】
ＥＣＵ１７によりリレー１８がＯＮの状態になり、ヒーター１０が稼動してアンモニア吸蔵部７を加熱すると、実施の形態１と同じように、アンモニア吸蔵部７に吸蔵されていたアンモニアが放出され、還元剤還流配管１５を通過してアンモニア吸蔵タンク１２に流入しアンモニア吸蔵タンク１２内の吸蔵材に吸蔵されて回収される。第二アンモニア吸蔵部２１に吸蔵されたアンモニアの量が飽和状態になったら、ＥＣＵ１７は、上流側排気バルブ８と、下流側排気バルブ９とを開放し、還元剤還流バルブ１６を閉鎖し、リレー１８をＯＦＦの状態にしてヒーター１０が停止することにより、アンモニア吸蔵部７では排気ガス中のアンモニアの吸蔵が行われる。ただし、第二アンモニア吸蔵部２１が飽和状態になったか否かの判断は、アンモニア吸蔵部７の場合と同様ディーゼルエンジン１の稼働時間で判断する。また、ＥＣＵ１７は、上流側排気バルブ２２と、下流側排気バルブ２３とを閉鎖し、還元剤還流バルブ２５を開放し、リレー２６をＯＮの状態にしてヒーター２４が稼動し第二アンモニア吸蔵部２１を加熱することにより、第二アンモニア吸蔵部２１からはアンモニアの回収が行われる。以上の動作を繰り返す。
【００２３】
このように、ディーゼルエンジン１の運転中にアンモニア吸蔵部７と第二アンモニア吸蔵部２１とに交互に排気ガスを流通させてアンモニア吸蔵を行い、第二アンモニア吸蔵部２１とアンモニア吸蔵部７とを交互にヒーター２４とヒーター１０とで加熱してアンモニアを回収することで、ディーゼルエンジン１の運転中にアンモニアを回収することが可能になる。
【００２４】
実施の形態２ではアンモニア吸蔵部を並列に二つ設けているが、並列に三つ以上のアンモニア吸蔵部を設けてもよい。また、アンモニア吸蔵部を並列に二つ設けるのではなく、バイパス流路２ａにＡＳＣ触媒を設け、アンモニアの回収中のみＡＳＣ触媒でアンモニアを酸化除去するようにしてもよい。
【００２５】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。
この発明の実施の形態３に係る排気ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、尿素水を供給する供給用の尿素水タンクを、アンモニアを回収する容器とは別に設け、ＳＣＲ触媒５には尿素水を供給する形態としたものである。
【００２６】
図３に、この発明の実施の形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。ＤＰＦ４から流出しＳＣＲ触媒５へ流入する排気ガスに尿素水を供給するために、尿素水供給装置３１が設けられている。尿素水供給装置３１は、尿素水タンク３２と、ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５との間の排気管２と尿素水タンク３２とを連通する尿素水導入配管３３と、尿素水導入配管３３に設けられ尿素水の流量を調整する尿素水流量調整弁３４とを備えている。排気管２には、尿素水導入配管３３の開口部の近くに温度センサ３５が設けられている。尿素水流量調整弁３４と温度センサ３５とは、ＥＣＵ１７と電気的に接続されている。ＥＣＵ１７には、温度センサ３５の排気ガス温度の下限値Ｔが記憶されている。アンモニア吸蔵部７に吸蔵したアンモニアを回収するために、塩化マグネシウムや塩化カルシウム等の吸蔵材を充填したアンモニア回収タンク３６が、還元剤導入配管１３の一端と、還元剤還流配管１５の一端とにそれぞれ接続されるように設けられている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２７】
次に、実施の形態３に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。ディーゼルエンジン１の始動後、排気管２を流通する排気ガスに、尿素水タンク３２内の尿素水が尿素水導入配管３３を介して供給される。尿素水流量調整弁３４は、ＥＣＵ１７により排気ガスに対して尿素水が適切な流量になるように制御される。尿素水に含まれる尿素が排気ガスの熱によって加水分解され、アンモニアが生成する。ＳＣＲ触媒５にて排気ガス中のＮＯｘが、アンモニアを還元剤として還元される。その後、実施の形態１と同様にして、ＳＣＲ触媒５をスリップしたアンモニアがアンモニア吸蔵部７に吸蔵され、ディーゼルエンジン１の停止後、アンモニア吸蔵部７に吸蔵されたアンモニアがアンモニア回収タンク３６に回収される。
【００２８】
再びディーゼルエンジン１を始動するとき、温度センサ３５にて排気ガス温度を検知し、ＥＣＵ１７は電気的にその情報を受け取る。ディーゼルエンジン１の始動直後のように、排気ガス温度が低い状態のときには、尿素の加水分解が生じにくいため、ＥＣＵ１７は尿素水流量調整弁３４を閉鎖し、排気ガスに対してアンモニアが適切な流量になるように流量調整弁１４を制御して、尿素水の代わりにアンモニア回収タンク３６中の回収されたアンモニアを排気ガスに供給する。ディーゼルエンジン１がある程度の時間稼動し、排気ガス温度が下限値Ｔ以上の温度に上昇したことを温度センサ３５で検知したら、ＥＣＵ１７は流量調整弁１４を閉鎖し排気ガスに対して尿素水が適切な流量になるように尿素水流量調整弁３４を制御し、排気ガスへの供給をアンモニアから尿素水に切り替える。以上のようにして、排気ガス温度が低く尿素の加水分解が起こりづらい場合には、ＳＣＲ触媒５には回収されたアンモニアを供給することにより、ＮＯｘの浄化効率の低下を阻止することができる。
【００２９】
このように、ＳＣＲ触媒５を備える排気ガス浄化装置で尿素水を用いる場合において、ＳＣＲ触媒５をスリップしたアンモニアを回収し、排気ガスの温度が低いことを温度センサ３５で検知した場合には、回収されたアンモニアを使用することで還元剤を効率的に使用することが可能になる。
【００３０】
実施の形態３ではＳＣＲ触媒５に尿素水を供給しているが、尿素水を供給するのではなく、アンモニアガスを充填したタンクからアンモニアを供給する形態でもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ディーゼルエンジン(内燃機関)、２  排気管、２ａ  バイパス流路、５  ＳＣＲ触媒、７  アンモニア吸蔵部、１０、２４  ヒーター（加熱手段）、１２  アンモニア吸蔵タンク（回収部）、１３  還元剤導入配管（供給手段）、１４  流量調整弁（供給手段）、２１  第二アンモニア吸蔵部、３６  アンモニア回収タンク（回収部）。
【図１】
2014047721.tif 000003
【図２】
2014047721.tif 000004
【図３】
2014047721.tif 000005