(57)【要約】【課題】アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることのできる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２に、酸化触媒３と、ＤＰＦ４と、ＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒５と、ＳＣＲ触媒５を通過してきた還元剤であるアンモニアを酸化するＡＳＣ触媒６とが設けられている。排気管２には、ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５との間に、アンモニアガスを排気ガスに供給する供給手段である噴射ノズル１０が設けられている。排気管２の内部には、噴射ノズル１０とＳＣＲ触媒５との間に、吸水性材料である石英ウールからなる多孔体１１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た排気ガスが流通する排気管に設けられたＳＣＲ触媒と、
該ＳＣＲ触媒の上流側で前記排気管内にアンモニアを供給する供給手段と、
前記ＳＣＲ触媒と前記噴射手段との間に設けられた吸水性能を有する多孔体と
を備える排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記多孔体はアンモニア吸着特性を有する、請求項１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、アンモニアを還元剤として用いて窒素酸化物（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。従来の尿素ＳＣＲシステムでは、排気管中に噴射された尿素水を加水分解することでアンモニアを生成し、ＳＣＲ触媒内において、アンモニアとＮＯｘとを反応させ、ＮＯｘを窒素と水とに還元している。しかしながら、排気管中に噴射された尿素水は、排気管を流通する排気ガスの熱によってアンモニアに加水分解されるため、排気ガスの温度が高くならないと十分な浄化性能が得られないという問題点があった。これに対して、還元剤であるアンモニアをアンモニアガスの形態で直接排気管中に噴射する排気ガス浄化装置が例えば、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２０１１−２２６４０２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、アンモニアをアンモニアガスの状態で直接排気管中に供給する場合、供給されるアンモニアの量が排気ガスの流量に比べて極めて少量なため、供給されたアンモニアを排気ガス中に均一に分散させることは難しく、供給されたアンモニアを排気ガス中に均一に分散させるためには、アンモニアが供給される地点からＳＣＲ触媒までの距離を長くしなければならなくなる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、アンモニアを排気ガス中に均一に分散させ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た排気ガスが流通する排気管に設けられたＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の上流側で排気管内にアンモニアを供給する供給手段と、ＳＣＲ触媒と供給手段との間に設けられた吸水性能を有する多孔体とを備える。吸水性能を有する多孔体を排気ガスが通過すると、排気ガス中に含まれる水が多孔体に吸収されて、多孔体全体が水で湿潤する。供給手段から供給されたアンモニアは、多孔体に流入すると、多孔体に吸収された水に溶解する。水がアンモニアで飽和すると、供給手段から供給されたアンモニアが多孔体に流入して水に溶解する一方で、多孔体に吸収された水からアンモニアが放出されるので、多孔体全体からアンモニアが放出されるようになる。
多孔体はアンモニア吸着特性を有してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、吸水性能を有する多孔体を排気ガスが通過すると、排気ガス中に含まれる水が多孔体に吸収されて、多孔体全体が水で湿潤する。供給手段から供給されたアンモニアは、多孔体に流入すると、多孔体に吸収された水に溶解する。水がアンモニアで飽和すると、供給手段から供給されたアンモニアが多孔体に流入して水に溶解する一方で、多孔体に吸収された水からアンモニアが放出されることにより、多孔体全体からアンモニアが放出されるようになるので、アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置において、多孔体が設けられた部分の排気管の部分拡大断面図である。
【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。
図１に示されるように、内燃機関であるディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２に、酸化触媒３と、ディーデルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４と、ＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒５と、ＳＣＲ触媒５を通過してきた還元剤であるアンモニアを酸化するＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）触媒６とが設けられている。排気管２には、ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５との間に、アンモニアガスを排気ガスに供給噴射する供給手段である噴射ノズル１０が設けられている。
【００１０】
噴射ノズル１０には、アンモニア供給管７の一端が接続されている。アンモニア供給管７の他端は、アンモニア供給源８に接続されている。アンモニア供給源８には、例えば、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を充填したボンベを使用することができる。また、アンモニアガス若しくは液化アンモニアを充填したボンベ等を使用してもよい。
【００１１】
排気管２の内部には、噴射ノズル１０とＳＣＲ触媒５との間に、吸水性材料である石英ウールからなる多孔体１１が設けられている。図２に示されるように、多孔体１１を構成する石英ウールは、排気管２の内部に固定されたメッシュ状の支持部材１２に絡ませるようにして設けられている。尚、吸収性材料は、石英ウールに限定するものではなく、ガラスろ紙や、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、チタニア、ゼオライト等であってもよい。
【００１２】
次に、この実施の形態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の始動後、排出された排気ガスは、排気管２を流通する。排気ガスが酸化触媒３を流通することにより、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の一部が二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化され、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）も酸化される。続いて排気ガスがＤＰＦ４を流通することにより、排気ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）がＤＰＦ４に捕捉される。ＤＰＦ４から流出した排気ガスは、ＳＣＲ触媒５に流入する。噴射ノズル１０からアンモニアガスが噴射され、アンモニアが多孔体１１に流入すると、後述する動作によって多孔体１１全体からアンモニアが放出され、排気ガス中に均一にアンモニアが分散される。アンモニアが均一に分散した排気ガスがＳＣＲ触媒５に流入すると、アンモニアと排気ガス中のＮＯｘとが反応して、窒素及び水となる。ＳＣＲ触媒５において消費されずに残ったアンモニアは、ＡＳＣ触媒６において酸化される。このようにしてＮＯｘが浄化された排気ガスは、排気管２を流通して大気中へ排気される。
【００１３】
次に、多孔体１１に流入したアンモニアの動作について説明する。
排気管２を流通する排気ガスが多孔体１１を通過すると、排気ガスには水が含まれているので、吸水性材料である石英ウールからなる多孔体１１が水を吸収して、多孔体１１全体が水で湿潤する。この状態で噴射ノズル１０からアンモニアガスが噴射されると、排気ガスとともにアンモニアガスが多孔体１１に流入する。多孔体１１は水で湿潤しており、アンモニアは容易に水に溶解するので、多孔体１１に吸収されている水にアンモニアが溶解していく。アンモニアガスは、噴射ノズル１０から噴射されても排気ガス中に容易には分散しないので、多孔体１１の上流側端面のうちの偏った一部分から多孔体１１の内部に流入する。しかし、多孔体１１の内部に流入して、水に溶解したアンモニアは、多孔体１１全体に分布している水を拡散していき、やがて、多孔体１１全体に分布している水全体がアンモニアで飽和するようになる。
【００１４】
多孔体１１に吸収されている水がアンモニアで飽和するまでは、多孔体１１の内部の水で占められていない空間を通り抜けたアンモニアガス以外は、多孔体１１からアンモニアはほとんど放出されない。しかし、多孔体１１に吸収されている水がアンモニアで飽和した後は、多孔体１１に流入したアンモニアの一部が水に溶解しようとすると、既に水に溶解しているアンモニアがアンモニアガスとして放出される。アンモニアは、多孔体１１全体に分布している水全体のどこからも放出され得るので、多孔体１１の下流側端面のどこからも放出され得る。すなわち、多孔体１１の下流側端面から比較的均一にアンモニアガスが放出されるようになる。その結果、多孔体１１から流出した排気ガス中にはアンモニアが均一に分散されるようになり、アンモニアが均一に分散した排気ガスがＳＣＲ触媒５に流入するようになる。このため、ＳＣＲ触媒５全体で均一にＮＯｘの還元反応が生じるようになる。
【００１５】
また、多孔体１１を構成する石英ウールはアンモニアを吸着するので、多孔体１１に流入したものの水に溶解しないアンモニアの一部は多孔体１１の内部で吸着される。多孔体１１に流入したものの水に溶解しないアンモニアは、多孔体１１内を拡散し得るので、ある程度時間が経過すると、多孔体１１の内部全体に均一にアンモニアが吸着されることになる。吸着されたアンモニアは容易には脱着はしないが、稀に脱着する。多孔体１１の内部全体に均一にアンモニアが吸着されていれば、多孔体１１のどこからもアンモニアの脱着が起き得るので、アンモニアが均一に分散する効果にわずかながらにも寄与することとなる。
【００１６】
このように、吸水性材料からなる多孔体１１を排気ガスが通過すると、排気ガス中に含まれる水が多孔体１１に吸収されて、多孔体１１全体が水で湿潤する。噴射ノズル１０から噴射されたアンモニアは、多孔体１１に流入すると、多孔体１１に吸収された水に溶解する。水がアンモニアで飽和すると、噴射ノズル１０から噴射されたアンモニアが多孔体１１に流入して水に溶解する一方で、多孔体１１に吸収された水からアンモニアが放出されることにより、多孔体１１全体からアンモニアが放出されるようになるので、アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることができる。
【００１７】
この実施の形態では、多孔体１１はアンモニアを吸着可能な材料から形成されていたが、この形態に限定するものではない。多数の小さな孔が形成されたステンレス材のように、吸水性能を有するもののアンモニアを吸着する能力のないものであってもよい。すなわち、多孔体１１は、少なくとも吸水性能があればどのような材料から形成されてもよい。
【００１８】
この実施の形態では、噴射ノズル１０によって排気管２中にアンモニアガスが噴射されていたが、この形態に限定するものではない。排気管２中の排気ガスの流れ（負圧）で吸引することによって、排気ガス中にアンモニアガスを供給する供給手段を用いてもよい。すなわち、供給手段がいかなる形態でも、排気管２中にアンモニアガスが供給されればよい。
【符号の説明】
【００１９】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、５  ＳＣＲ触媒、１０  噴射ノズル（供給手段）、１１  多孔体。
【図１】
2014062521.tif 000003
【図２】
2014062521.tif 000004