(57)【要約】【課題】余剰のアンモニアを再利用する事が出来ると共に尿素選択触媒還元装置に於ける制御の自由度を大きくする事が出来る、アンモニアスリップ触媒に代わるアンモニアスリップ防止装置を提供する。【解決手段】尿素水を触媒１０１の排気上流側に於いて噴射しアンモニアを生成すると共に排気中に含有されている窒素酸化物を触媒１０１上に於いてアンモニアと化学反応させる事によって窒素と水とに還元し結果的に大気中に排出される窒素酸化物の量を低減する尿素選択触媒還元装置１０２に於けるアンモニアスリップを防止するアンモニアスリップ防止装置１００であって、触媒１０１の排気下流側に設置されると共に触媒１０１上に於いて窒素酸化物と化学反応させる事が出来なかった余剰のアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵材１０９と、アンモニア吸蔵材に吸蔵されているアンモニアを燃料とし駆動される燃料電池１１０と、を備えている事を特徴とする。【選択図】図１
2018131938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素水を触媒の排気上流側に於いて噴射しアンモニアを生成すると共に排気中に含有されている窒素酸化物を前記触媒上に於いてアンモニアと化学反応させる事によって窒素と水とに還元し結果的に大気中に排出される窒素酸化物の量を低減する尿素選択触媒還元装置に於けるアンモニアスリップを防止するアンモニアスリップ防止装置であって、
前記触媒の排気下流側に設置されると共に前記触媒上に於いて窒素酸化物と化学反応させる事が出来なかった余剰のアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵材と、
前記アンモニア吸蔵材に吸蔵されているアンモニアを燃料とし駆動される燃料電池と、
を備えている
事を特徴とするアンモニアスリップ防止装置。
【請求項２】
前記燃料電池は、前記アンモニア吸蔵材の排気下流側に設置されている
請求項１に記載のアンモニアスリップ防止装置。
【請求項３】
前記アンモニア吸蔵材は、塩化カルシウム吸蔵材料、臭化カルシウム吸蔵材料、又は塩化カルシウム−臭化カルシウム系吸蔵材料によって形成されている
請求項１又は２に記載のアンモニアスリップ防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に内燃機関の駆動に応じ大気中に排出される排気を浄化する排気浄化装置に係り、特に尿素水［CO(NH2)2+H2O］を触媒の排気上流側に於いて噴射しアンモニア［NH3］を生成すると共に排気中に含有されている窒素酸化物［NOX］を触媒上に於いてアンモニアと化学反応させる事によって窒素と水とに還元し結果的に大気中に排出される窒素酸化物の量を低減する尿素選択触媒還元装置と一緒に自動車に搭載する事が出来るアンモニアスリップ防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大半のディーゼル自動車は、尿素選択触媒還元（Selective Catalytic Reduction;SCR）装置を搭載している。尿素選択触媒還元装置に於いては、ディーゼルエンジンの運転状態に応じ尿素水を触媒の排気上流側に於いて噴射し加水分解する事によってアンモニアを生成する事が出来る。然し乍ら、ディーゼルエンジンの運転状態によっては、生成されるアンモニアの量が過剰と成る事が有る為、少なからずアンモニアスリップ（触媒上に於いて窒素酸化物と化学反応させる事が出来なかった余剰のアンモニアが大気中に排出される現象）が発生する虞が有る。従って、従来は、触媒の排気下流側にアンモニアスリップ触媒（Ammonia Slip Catalyst;ASC）を設置する事によってアンモニアスリップを防止している（例えば、特許文献１乃至４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１９９８７号公報
【特許文献２】特開２００８−０７５６４６号公報
【特許文献３】特開平０５−０７１３３１号公報
【特許文献４】特表２００８−５１２２４３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】国立大学法人京都大学等、″アンモニアを直接燃料とした燃料電池による発電″、［online］、平成28年7月22日、［平成29年2月2日検索］、インターネット〈URL：http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research_results/2015/150722_2.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然し乍ら、アンモニアスリップ触媒は、単に触媒上に於いて窒素酸化物と化学反応させる事が出来なかった余剰のアンモニアを捕集し酸化させる事によって最終的に窒素［N2］と水［H2O］とに分解する事が出来るのみであって、余剰のアンモニアを再利用する事迄は出来ない為、余剰のアンモニアを無駄にする事に成る。今迄の排気浄化技術の研究に於いては、余剰のアンモニアを如何に無害化するのかという点に焦点が当てられていた為、余剰のアンモニアを如何に再利用するのかという点に焦点が当てられる事は余り無かった。更に、アンモニアスリップ触媒を通じて酸化させる事が出来るアンモニアの量にも限度が有る為、尿素選択触媒還元装置に於いては、生成されるアンモニアの量が適量と成る様に、噴射する尿素水の量を精密に制御する必要が有り、制御の自由度が少なかった。具体的に言えば、触媒の温度が活性化温度を超えた時又は触媒の温度が活性化温度を超えると予測された時に尿素水を過剰に噴射し触媒の温度を低下させる事によって触媒の温度を活性化温度に維持する触媒温度維持制御を実現する事は困難であった。
【０００６】
従って、本発明は、余剰のアンモニアを再利用する事が出来ると共に尿素選択触媒還元装置に於ける制御の自由度を大きくする事が出来る、アンモニアスリップ触媒に代わるアンモニアスリップ防止装置を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、尿素水を触媒の排気上流側に於いて噴射しアンモニアを生成すると共に排気中に含有されている窒素酸化物を前記触媒上に於いてアンモニアと化学反応させる事によって窒素と水とに還元し結果的に大気中に排出される窒素酸化物の量を低減する尿素選択触媒還元装置に於けるアンモニアスリップを防止するアンモニアスリップ防止装置であって、前記触媒の排気下流側に設置されると共に前記触媒上に於いて窒素酸化物と化学反応させる事が出来なかった余剰のアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵材と、前記アンモニア吸蔵材に吸蔵されているアンモニアを燃料とし駆動される燃料電池と、を備えているアンモニアスリップ防止装置を提供する。
【０００８】
前記燃料電池は、前記アンモニア吸蔵材の排気下流側に設置されている事が望ましい。
【０００９】
前記アンモニア吸蔵材は、塩化カルシウム吸蔵材料、臭化カルシウム吸蔵材料、又は塩化カルシウム−臭化カルシウム系吸蔵材料によって形成されている事が望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、余剰のアンモニアを再利用する事が出来ると共に尿素選択触媒還元装置に於ける制御の自由度を大きくする事が出来る、アンモニアスリップ触媒に代わるアンモニアスリップ防止装置を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】アンモニアスリップ防止装置の構造を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１３】
図１に示す様に、本発明の実施の形態に係るアンモニアスリップ防止装置１００は、尿素水を触媒１０１の排気上流側に於いて噴射しアンモニアを生成すると共に排気中に含有されている窒素酸化物を触媒１０１上に於いてアンモニアと化学反応させる事によって窒素と水とに還元し結果的に大気中に排出される窒素酸化物の量を低減する尿素選択触媒還元装置１０２に於けるアンモニアスリップを防止する。尚、アンモニアスリップ防止装置１００は、ディーゼル自動車に好適に搭載する事が出来るものの、勿論、ガソリン自動車に搭載する事も出来る。
【００１４】
触媒１０１は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン）の排気管１０３の途中に設置されている。触媒１０１の排気上流側に尿素水噴射器１０４が設置されている。尿素水噴射器１０４は、尿素水噴射制御装置（Dosing Control Unit;DCU）１０５によって制御されている。尿素選択触媒還元装置１０２に於いては、内燃機関の運転状態に応じ尿素水を触媒１０１の排気上流側に於いて噴射し加水分解する事によってアンモニアを生成する事が出来る。触媒１０１の排気上流側に排気温度検出器１０６と第一窒素酸化物濃度検出器１０７とが設置されている。排気温度検出器１０６に於いては、触媒１０１の入口側に於ける排気温度を検出する事が出来る。第一窒素酸化物濃度検出器１０７に於いては、触媒１０１の入口側に於ける窒素酸化物濃度を検出する事が出来る。触媒１０１の排気下流側に第二窒素酸化物濃度検出器１０８が設置されている。第二窒素酸化物濃度検出器１０８に於いては、触媒１０１の出口側に於ける窒素酸化物濃度を検出する事が出来る。尿素水噴射制御装置１０５は、排気温度検出器１０６によって検出した排気温度と第一窒素酸化物濃度検出器１０７及び第二窒素酸化物濃度検出器１０８によって検出した窒素酸化物濃度に基づいて、尿素水噴射器１０４を通じて噴射する尿素水の量を適量に制御している。
【００１５】
アンモニアスリップ防止装置１００は、触媒１０１の排気下流側に設置されると共に触媒１０１上に於いて窒素酸化物と化学反応させる事が出来なかった余剰のアンモニアを吸蔵するアンモニア吸蔵材１０９と、アンモニア吸蔵材１０９に吸蔵されているアンモニアを燃料とし駆動される燃料電池１１０と、を備えている。アンモニア吸蔵材１０９は、塩化カルシウム吸蔵材料、臭化カルシウム吸蔵材料、又は塩化カルシウム−臭化カルシウム系吸蔵材料によって形成されている。勿論、アンモニア吸蔵材１０９は、他の吸蔵材料によって形成されていても構わない。アンモニアスリップ防止装置１００に於いては、アンモニア吸蔵材１０９の温度又は圧力を変化させる事によってアンモニアの吸蔵と放出とを制御する事も出来る。アンモニア吸蔵材１０９の温度は、例えば、内燃機関制御装置（Engine Control Unit;ECU）を通じて内燃機関の運転状態を制御すると共に排気温度を調整する事によって変化させる事が出来る。更に、アンモニア吸蔵材１０９の圧力は、アンモニア吸蔵材１０９を加圧又は減圧させる圧力調整機構を別途設置すると共に内燃機関制御装置を通じて圧力調整機構を制御する事によって変化させる事が出来る。従って、電力を必要とする時のみアンモニア吸蔵材１０９に吸蔵されているアンモニアを放出する事によって燃料電池１１０を効率的に駆動させる事が出来る。換言すれば、余剰のアンモニアを無駄にする事無く効率的に利用する事が出来る。尚、燃料電池１１０を通じて生成される電力は、自動車に搭載されている各種電装品の駆動に利用する事が出来る為、各種電装品に電力を供給する為にオルタネータを駆動する頻度を減少させる事が出来る。結果的に燃料の消費を抑制する事が出来る為、燃費を改善する事が出来る。燃料電池１１０は、アンモニア吸蔵材１０９の排気下流側に設置されている事が望ましい。燃料電池１１０をアンモニア吸蔵材１０９の排気下流側に設置する事によって、アンモニア吸蔵材１０９に吸蔵されているアンモニアを放出した時にアンモニアを排気に乗せ燃料電池１１０に自然と供給する事が出来る。従って、アンモニアを燃料電池１１０に供給する為に何等かの機構を追加する必要が無い為、自動車の設計を大幅に変更する事無くアンモニアスリップ防止装置１００を搭載する事が出来る。尚、燃料電池１１０は、例えば、非特許文献１に記載された燃料電池によって構成する事が出来る。
【００１６】
以上に説明した様に、アンモニアスリップ防止装置１００に於いては、余剰のアンモニアをアンモニア吸蔵材１０９に於いて吸蔵する事によってアンモニアスリップを防止する事が出来る。更に、余剰のアンモニアの量がアンモニア吸蔵材１０９に於いて吸蔵する事が出来るアンモニアの量を超える場合であっても、その超えた分のアンモニアを燃料電池１１０に於いて消費する事が出来る為、アンモニア吸蔵材１０９の容量を大きくしなくても、想定し得る範囲の余剰のアンモニアを全て処理し大気中に排出される排気を十分に浄化する事が出来る。更に、アンモニア吸蔵材１０９に於けるアンモニアの吸蔵と放出とを制御する事によって、例えば電力が必要な時に、アンモニア吸蔵材１０９からアンモニアを放出させ、このアンモニアにより燃料電池１１０を駆動させる事も出来る。従って、アンモニアスリップ防止装置１００は、アンモニアスリップを防止しながら、余剰のアンモニアを燃料電池１１０の燃料に再利用する事が出来る。更に、噴射する尿素水の量に実質的に限度が無くなる為、尿素選択触媒還元装置１０２に於ける制御の自由度を大きくする事が出来る。即ち、触媒１０１の温度が活性化温度を超えた時又は触媒１０１の温度が活性化温度を超えると予測された時に尿素水を過剰に噴射し触媒１０１の温度を低下させる事によって触媒１０１の温度を活性化温度に維持する触媒温度維持制御をも実現する事が出来る。触媒１０１の温度は、排気温度検出器１０６の検出値や内燃機関の運転状態に基づいて推定又は予測する事が出来る。触媒温度維持制御は、例えば、尿素水噴射制御装置１０５によって実施する事が出来る。尚、燃料電池１１０を通じて生成される電力を、触媒１０１を加熱するヒータ１１１の駆動に使用する事によって、排気温度が触媒１０１の活性化温度に満たない運転状態に於いても、オルタネータを駆動させる事無く、触媒１０１を加熱する事が出来る為、触媒１０１の温度を更に効果的に活性化温度に維持する事が出来る。よって、触媒１０１の性能を最大限に発揮させる事が出来る為、大気中に排出される窒素酸化物の量を今迄以上に低減する事が出来る。尚、燃料電池１１０を通じて生成される電力に余剰が有る場合は、バッテリに充電し後々の為に電力を蓄えておく事も出来る。
【符号の説明】
【００１７】
１００  アンモニアスリップ防止装置
１０１  触媒
１０２  尿素選択触媒還元装置
１０３  排気管
１０４  尿素水噴射器
１０５  尿素水噴射制御装置
１０６  排気温度検出器
１０７  第一窒素酸化物濃度検出器
１０８  第二窒素酸化物濃度検出器
１０９  アンモニア吸蔵材
１１０  燃料電池
１１１  ヒータ
【図１】
2018131938.tif 000003