(57)【要約】      （修正有）【課題】少ないエネルギーで尿素溶液からアンモニアを発生、噴射させることができる還元剤噴射装置を提供する。【解決手段】ハニカム構造部１１、及びハニカム構造部１１の側面に配設された一対の電極部１２を有し、触媒が担持されていないハニカム構造体１と、尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置２とを備え、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液が、ハニカム構造部１１の第１端面１３からセル１６内に供給され、セル１６内に供給された尿素水溶液中の尿素が、通電加熱されたハニカム構造部１１内で加熱されて加水分解されて、アンモニアが生成し、アンモニアが第２端面１４からハニカム構造部１１の外側に排出され、アンモニアが外部に噴射される還元剤噴射装置１００。【選択図】図１
2018053897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面から流体の流出側の端面である第２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筒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た一対の電極部を有し、触媒が担持されていないハニカム構造体と、
尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置とを備え、
前記一対の電極部のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極部における一方の前記電極部が、前記一対の電極部における他方の前記電極部に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、
前記尿素噴霧装置から噴霧された前記尿素水溶液が、前記ハニカム構造部の前記第１端面から前記セル内に供給され、前記セル内に供給された前記尿素水溶液中の尿素が、通電加熱された前記ハニカム構造部内で加熱されて加水分解されて、アンモニアが生成し、前記アンモニアが前記第２端面から前記ハニカム構造部の外側に排出され、前記アンモニアが外部に噴射される還元剤噴射装置。
【請求項２】
前記ハニカム構造部の前記第１端面と前記尿素噴霧装置との間に、尿素噴霧空間が形成された請求項１に記載の還元剤噴射装置。
【請求項３】
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又は２に記載の還元剤噴射装置。
【請求項４】
前記ハニカム構造部が、珪素−炭化珪素複合材料又は炭化珪素を主成分とする請求項１〜３のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【請求項５】
前記尿素水溶液が、前記尿素噴霧装置から、前記ハニカム構造体の前記第１端面に向かって噴霧され、
前記尿素噴霧装置からの前記尿素水溶液の噴霧方向と、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に平行な方向であり且つ前記尿素噴霧装置から前記ハニカム構造体の前記第１端面に向かう方向との角度が、５〜６０°である請求項１〜４のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【請求項６】
前記ハニカム構造部の単位体積当たりの表面積が、５ｃｍ２／ｃｍ３以上である請求項１〜５のいずれか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一部の前記セルの、前記第１端面側の端部に、目封止部を有する請求項１〜６のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【請求項８】
前記尿素噴霧装置が、ソレノイド式、圧電アクチュエータ式、超音波式、又はアトマイザー式である請求項１〜７のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【請求項９】
ＮＯＸを含有する排ガスを流す排気管と、
前記排気管内にアンモニアを噴射する請求項１〜８のいずれかに記載の還元剤噴射装置と、
前記排気管の、前記アンモニアが噴射される位置より下流側に配置されたＳＣＲ触媒とを備えた排ガス処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の排ガス処理装置を用いて、前記排気管にＮＯＸを含有する排ガスを流し、前記排ガスにアンモニアを噴射し、前記アンモニアが混入した排ガスを前記ＳＣＲ触媒で還元処理する排ガス処理方法。
【請求項１１】
前記ハニカム構造体の温度が１６０℃以上である請求項１０に記載の排ガス処理方法。
【請求項１２】
前記ハニカム構造体の温度を３６０℃以上として前記還元剤噴射装置に付着した硫黄化合物を除去する還元剤噴射装置浄化操作を、断続的に行う請求項１０又は１１に記載の排ガス処理方法。
【請求項１３】
前記ハニカム構造体の抵抗値から温度を算出し、前記算出された温度が所望の温度になるように、前記ハニカム構造体の温度を制御する請求項１０〜１２のいずれかに記載の排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【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。更に詳しくは、少ないエネルギーで尿素溶液からアンモニアを発生、噴射させることができる還元剤噴射装置に関する。そして、当該還元剤噴射装置を備え、排ガスが低温であっても、少ないエネルギーで排ガス中のＮＯＸの処理を行うことができる排ガス処理装置に関する。そして、当該排ガス処理装置を用いて、排ガスが低温であっても、少ないエネルギーで排ガス中のＮＯＸの処理を行うことができる排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種エンジン等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）が用いられている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、エンジンの排気管に取り付けた触媒（ＳＣＲ触媒）と、エンジンと触媒の間の排気管内に尿素水を噴射する手段を有するものである。そして、尿素水と排ガスとを混合し、触媒によって排気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を複数個所に設けたものである。
【０００４】
特許文献２に記載の装置は、内燃機関の排ガス中の窒素酸化物を還元するための装置である。そして、固体尿素からアンモニアを生成するための熱分解反応器と、加熱装置と、ＳＣＲ触媒とを有し、ＳＣＲ触媒内に固体尿素から生成したアンモニアを流入させるものである。
【０００５】
特許文献３に記載の装置は、還元剤前駆体（尿素）溶液及び還元剤前駆体（尿素）の少なくとも１つを蒸発させるための装置である。そして、蒸発したもの（尿素）は、下流側に配置された加水分解触媒コンバーターによって加水分解されることになっている。そして、当該装置は、加熱ゾーン及び加熱ゾーンに配置された加熱素子を有し、加熱素子によって、還元剤前駆体溶液及び還元剤前駆体の少なくとも１つを蒸発させるものである。また、加水分解触媒コンバーターによって加水分解されたもの（アンモニア）は、ＳＣＲ触媒コンバーターにおける還元処理に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２７３７７号公報
【特許文献２】特表２００９−５２４７６５号公報
【特許文献３】特開２０１０−５０６０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、尿素水を排ガスの熱で分解するものであるため、エンジンの燃費向上等により排ガスの温度が低下したときには、尿素が反応し難くなるという問題があった。
【０００８】
特許文献２に記載の装置は、固体尿素を使用しているが、固体尿素を反応装置まで運搬することが困難であり、また保存については、水分を完全に遮断した状態でないと水分を吸着し、更に運搬が困難になるという問題がある。
【０００９】
特許文献３に記載の装置は、加熱素子の形状が、少ないエネルギーで還元剤前駆体溶液及び還元剤前駆体の少なくとも１つを蒸発させるのに適した形状になっておらず、熱分解を少ないエネルギーで行い難いという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。本発明は、少ないエネルギーで尿素溶液からアンモニア（還元剤）を発生、噴射させることができる還元剤噴射装置を提供することを特徴とする。そして、本発明は、当該還元剤噴射装置を備え、排ガスが低温であっても、少ないエネルギーで排ガス中のＮＯＸの処理を行うことができる排ガス処理装置を提供することを特徴とする。そして、本発明は、当該排ガス処理装置を用いて、排ガスが低温であっても、少ないエネルギーで排ガス中のＮＯＸの処理を行うことができる排ガス処理方法を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって以下の還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法が提供される。
【００１２】
［１］  流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面から流体の流出側の端面である第２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筒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た一対の電極部を有し、触媒が担持されていないハニカム構造体と、尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置とを備え、前記一対の電極部のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極部における一方の前記電極部が、前記一対の電極部における他方の前記電極部に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、前記尿素噴霧装置から噴霧された前記尿素水溶液が、前記ハニカム構造部の前記第１端面から前記セル内に供給され、前記セル内に供給された前記尿素水溶液中の尿素が、通電加熱された前記ハニカム構造部内で加熱されて加水分解されて、アンモニアが生成し、前記アンモニアが前記第２端面から前記ハニカム構造部の外側に排出され、前記アンモニアが外部に噴射される還元剤噴射装置。
【００１３】
［２］  前記ハニカム構造部の前記第１端面と前記尿素噴霧装置との間に、尿素噴霧空間が形成された［１］に記載の還元剤噴射装置。
【００１４】
［３］  前記ハニカム構造部の電気抵抗率が０．０１〜５００Ωｃｍである［１］又は［２］に記載の還元剤噴射装置。
【００１５】
［４］  前記ハニカム構造部が、珪素−炭化珪素複合材料又は炭化珪素を主成分とする［１］〜［３］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【００１６】
［５］  前記尿素水溶液が、前記尿素噴霧装置から、前記ハニカム構造体の前記第１端面に向かって噴霧され、前記尿素噴霧装置からの前記尿素水溶液の噴霧方向と、前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に平行な方向であり且つ前記尿素噴霧装置から前記ハニカム構造体の前記第１端面に向かう方向との角度が、５〜６０°である［１］〜［４］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【００１７】
［６］  前記ハニカム構造部の単位体積当たりの表面積が、５ｃｍ２／ｃｍ３以上である［１］〜［５］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【００１８】
［７］  前記ハニカム構造部の一部の前記セルの、前記第１端面側の端部に、目封止部を有する［１］〜［６］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【００１９】
［８］  前記尿素噴霧装置が、ソレノイド式、圧電アクチュエータ式、超音波式、又はアトマイザー式である［１］〜［７］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
【００２０】
［９］  ＮＯＸを含有する排ガスを流す排気管と、前記排気管内にアンモニアを噴射する［１］〜［８］のいずれかに記載の還元剤噴射装置と、前記排気管の、前記アンモニアが噴射される位置より下流側に配置されたＳＣＲ触媒とを備えた排ガス処理装置。
【００２１】
［１０］  ［９］に記載の排ガス処理装置を用いて、前記排気管にＮＯＸを含有する排ガスを流し、前記排ガスにアンモニアを噴射し、前記アンモニアが混入した排ガスを前記ＳＣＲ触媒で還元処理する排ガス処理方法。
【００２２】
［１１］  前記ハニカム構造体の温度が１６０℃以上である［１０］に記載の排ガス処理方法。
【００２３】
［１２］  前記ハニカム構造体の温度を３６０℃以上として前記還元剤噴射装置に付着した硫黄化合物を除去する還元剤噴射装置浄化操作を、断続的に行う［１０］又は［１１］に記載の排ガス処理方法。
【００２４】
［１３］  前記ハニカム構造体の抵抗値から温度を算出し、前記算出された温度が所望の温度になるように、前記ハニカム構造体の温度を制御する［１０］〜［１２］のいずれかに記載の排ガス処理方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の還元剤噴射装置によれば、尿素噴霧装置によって噴霧された尿素水溶液が、ハニカム構造体のセル内に供給される。そして、尿素水溶液中の尿素が、通電加熱されたハニカム構造体内で加熱されて加水分解して、アンモニアが生成する。そして、生成したアンモニアが外部に噴出される。そして、「ハニカム構造体は、表面積が大きく、圧力損失が小さい」ため、少ないエネルギーで尿素溶液からアンモニアを発生させることができる。
【００２６】
本発明の排ガス処理装置によれば、上記本発明の還元剤噴射装置を備えるため、排ガスが低温であっても、少ないエネルギーで、尿素水溶液からアンモニアを発生することができる。そして、少ないエネルギーで排ガス中のＮＯＸの処理を行うことができる。
【００２７】
本発明の排ガス処理方法によれば、上記本発明の排ガス処理装置を用いて排ガス処理をおこなうため、排ガスが低温であっても、少ないエネルギーで排ガス中のＮＯＸの処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の還元剤噴射装置の一実施形態の断面を示す模式図である。
【図２】本発明の還元剤噴射装置の一実施形態を用いたアンモニア噴射システムの断面を示す模式図である。
【図３】本発明の還元剤噴射装置の一実施形態を構成するハニカム構造体の端面を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の還元剤噴射装置の他の実施形態を構成するハニカム構造体の端面を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の還元剤噴射装置の更に他の実施形態の断面を示す模式図である。
【図６】本発明の排ガス処理装置の一実施形態の断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００３０】
（１）還元剤噴射装置：
図１に示すように、本発明の還元剤噴射装置１００の一実施形態は、ハニカム構造体１と、尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置２とを備えるものである。ハニカム構造体１は、筒状のハニカム構造部１１及びハニカム構造部１１の側面に配設された一対の電極部１２，１２を有するものである。ハニカム構造部１１は、「「流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面１３から流体の流出側の端面である第２端面１４まで延びる複数のセル１６」を、区画形成する隔壁１５」を有するものである。一対の電極部１２，１２のそれぞれが、ハニカム構造部１１のセル１６の延びる方向に延びる帯状に形成されている。セル１６の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部１２，１２における一方の電極部１２が、一対の電極部１２，１２における他方の電極部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。本実施形態の還元剤噴射装置１００は、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａ２が、ハニカム構造部１１の第１端面１３からセル１６内に供給される。そして、セル１６内に供給された尿素水溶液中の尿素が、通電加熱されたハニカム構造部１１内で加熱されて加水分解されて、アンモニア（還元剤）が生成する。そして、アンモニアｂが、第２端面１４からハニカム構造部１１の外側に排出され、当該アンモニアｂが外部に噴射される。図１は、本発明の還元剤噴射装置１００の一実施形態の断面（ハニカム構造部１１のセル１６の延びる方向に平行な断面）を示す模式図である。なお、ハニカム構造部１１は、触媒が担持されていないものである。
【００３１】
このように、本実施形態の還元剤噴射装置１００によれば、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａ２が、ハニカム構造体１のセル１６内に供給される。そして、尿素水溶液中の尿素が、通電加熱されたハニカム構造体１内で加熱されて加水分解して、アンモニアが生成する。そして、生成したアンモニアｂが外部に噴射される。そして、ハニカム構造体１は、表面積が大きく、圧力損失が小さいため、少ないエネルギーで尿素溶液からアンモニアを発生させることができる。本実施形態の還元剤噴射装置１００は、アンモニア発生のための原料が、尿素水溶液である。そのため、市場に流通している尿素水溶液（例えば、ＡｄＢｌｕｅ（アドブルー）（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）を使用することができる。そのため、アンモニア発生のための原料である尿素水溶液の調達という点での利便性も高い。
【００３２】
ここで、尿素水溶液を、ハニカム構造体によって加熱する場合と、ニクロム線によって加熱する場合とを対比する。例えば、隔壁厚さ０．１５２４ｍｍ、セル密度６２セル／ｃｍ２のハニカム構造体を用いた場合には、１ｃｍ３当たりの表面積は、約２７．７３ｃｍ２となる。例えば、直径０．５ｍｍのニクロム線を用いて、表面積を２７．７３ｃｍ２にしようとすると、１．７６ｍの長さが必要になる。この長さのニクロム線を、「ハニカム構造体のセルのような、尿素水溶液が流れる通路」を確保した状態で、１ｃｍ３の中に納めることは、困難である。尿素水溶液を加熱する際には、加熱用部材（ハニカム構造体、ニクロム線等）の、熱伝達面積と温度とが支配要因となる。そのため、一定量の尿素水溶液を加熱する際に、当該加熱用部材の面積が小さい場合には、温度を高くする必要があり、大きなエネルギーが必要となる。以上より、ハニカム構造体を用いて通電加熱する方法は、ニクロム線等の線状の加熱用部材を用いた場合と比較して、少ないエネルギーで尿素水溶液を加熱することができ、少ないエネルギーでアンモニアを発生させることができる。
【００３３】
本実施形態の還元剤噴射装置１００においては、ハニカム構造体１及び尿素噴霧装置２は、筒状の外筒４内に収納されている。ハニカム構造体１は、絶縁保持部５によって外筒４内に固定されている。図３に示されるように、ハニカム構造体１において、ハニカム構造部１１の第１端面１３は、正方形であることが好ましい。第１端面１３の形状は、正方形に限定されず、長方形、その他の多角形、円形、楕円形等の形状でもよい。尚、第１端面１３の形状は、第２端面１４の形状と同じであり、更に、ハニカム構造部１１の、セル１６の延びる方向に直交する断面の形状とも同じであることが好ましい。また、外筒４の、「入口側端部２１から出口側端部２２に向かう方向に直交する断面」の形状（外筒の形状）は、ハニカム構造部１１の「セル１６の延びる方向に直交する断面の形状」（ハニカム構造部の形状）と同種の形状であることが好ましい。ここで、「同種の形状」とは、「外筒の形状」が正方形であるときには「ハニカム構造部の形状」も正方形であり、「外筒の形状」が長方形であるときには「ハニカム構造部の形状」も長方形であることを意味する。ここで、例えば、「外筒の形状」及び「ハニカム構造部の形状」が、「同種の形状」であり、その形状が長方形である場合、縦と横の長さの比までが同じである必要はない。尚、ハニカム構造部１１の「セル１６の延びる方向に直交する断面」の大きさは、外筒４の「中心軸に直交する断面」の大きさよりも小さい。
【００３４】
また、ハニカム構造部１１の第１端面１３と尿素噴霧装置２との間に、尿素噴霧空間３が形成されていることが好ましい。そして、「ハニカム構造体１の第１端面１３と尿素噴霧装置２との間の尿素噴霧空間３」が、外筒４内に形成されていることが好ましい。尿素噴霧空間３は、ハニカム構造体１の第１端面１３と、尿素噴霧装置２と、外筒４によって形成された空間である。尿素噴霧空間３内の物質（霧状の液滴、ガス等）は、「ハニカム構造体１の第１端面１３からハニカム構造体１内に流入して外部に排出される」場合を除いて、外部に移動することができない。そして、尿素噴霧空間３を形成する、ハニカム構造体１の第１端面１３、尿素噴霧装置２、及び外筒４のそれぞれの壁は、加熱（尿素の加水分解）によりアンモニアが発生した際の加圧状態に耐え得る耐圧性を有している。本実施形態の還元剤噴射装置１００は、尿素噴霧空間３が形成されている場合、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａ２が、尿素噴霧空間３を通って、ハニカム構造部１１の第１端面１３からセル１６内に供給される。
【００３５】
尿素噴霧空間３においては、尿素噴霧装置２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の「第１端面１３及びその近傍」に接触することにより、気化して、圧力が上昇する。この圧力上昇は、尿素水溶液中の尿素がハニカム構造体１内で加水分解されてアンモニアが生成したときに、生成したアンモニアを噴射口２３から外部に噴射させる推進力になる。
【００３６】
入口側端部２１と尿素噴霧装置２との間の距離は５ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。５ｍｍよりも近い場合は、尿素噴霧装置の温度が高温となり動作不良を引き起こす可能性がある。５０ｍｍよりも長い場合は、尿素が噴射されてからアンモニアが排気管に導入されるまでの作動時間が長くなることがある。
【００３７】
外筒４は、一方の端部である入口側端部２１と、他方の端部である出口側端部２２とを有する筒状である。出口側端部２２の先端には、アンモニアガスを噴射するための開口部である噴射口２３が形成されている。外筒４の入口側端部２１内には、尿素噴霧装置２が装着されている。外筒４の入口側端部２１には、尿素噴霧装置２が挿入された部分以外は、開口部が形成されていない。外筒４の材質は、ステンレス鋼等が好ましい。
【００３８】
ハニカム構造体１は、外筒４内に、絶縁保持部５によって固定（保持）されている。これにより、ハニカム構造体１と外筒４との絶縁が確保されている。絶縁保持部５の材質は、アルミナが好ましい。また、ハニカム構造体１と外筒４との間に、絶縁保持部５が配置されていない部分（空間）があっても良い。また、ハニカム構造体１の外周全体が絶縁保持部５で覆われていてもよい（この場合、絶縁部材は配設されていない。）。
【００３９】
本実施形態の還元剤噴射装置１００においては、ハニカム構造体１の第２端面１４から排出されたアンモニアは、外筒４の出口側端部２２内を通って噴射口２３から噴射されるように構成されている。本発明の還元剤噴射装置は、ハニカム構造体１の第２端面１４が、外筒４の噴射口２３の開口部分と同一面上に配置されていてもよい。この場合、ハニカム構造体１の第２端面１４から排出されたアンモニアは、第２端面１４からの排出と同時に、外筒４の噴射口２３から噴射されたことになる。
【００４０】
図２に示されるように、本実施形態の還元剤噴射装置１００は、電子制御装置３１により、ハニカム構造体１の通電加熱の制御、及び尿素水溶液の噴霧の制御を行うことが好ましい。また、電子制御装置３１には、電源（図示せず。）が接続されていることが好ましい。電源の電圧は、１２〜２００Ｖが好ましい。また、還元剤噴射装置１００には、尿素水溶液貯留槽３２から尿素水溶液が供給されることが好ましい。尿素水溶液貯留槽３２と、還元剤噴射装置１００の尿素水溶液導入口８とが、尿素水溶液が通る配管３３で繋がれていることが好ましい。そして、配管３３は、尿素水溶液を加熱できるように、加熱機能（図示せず。）を有していることが好ましい。配管３３の加熱機能としては、ジャケットに熱媒が循環する構造、電気加熱装置等を挙げることができる。また、外筒４には、電子制御装置３１（電源）からの配線を接続するためのコネクター６が２つ配設されていることが好ましい。
【００４１】
以下、本実施形態の還元剤噴射装置１００について、更に、構成要素毎に説明する。
【００４２】
（１−１）ハニカム構造体；
本実施形態の還元剤噴射装置１００において、ハニカム構造体１は、上記のように、ハニカム構造部１１及び一対の電極部１２，１２を備えるものである。
【００４３】
ハニカム構造部１１は、隔壁１５の外側に外周壁１７が配設されている。ハニカム構造部１１においては、隔壁１５及び外周壁１７の材質が、セラミックであることが好ましい。特に、隔壁１５及び外周壁１７の材質は、「珪素−炭化珪素複合材料」、「炭化珪素」等を主成分とするものであることが好ましい。これらの中でも、「珪素−炭化珪素複合材料」を主成分とするものであることが更に好ましい。このような材質を用いることにより、ハニカム構造部の電気抵抗率を、炭化珪素と珪素の比率を変更することで任意の値に調整しやすくなる。ここで、珪素−炭化珪素複合材料は、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である。そして、珪素−炭化珪素複合材料は、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「炭化珪素」は、炭化珪素粒子同士が焼結して形成されたものである。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を意味する。
【００４４】
ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、０．０１〜５００Ωｃｍであることが好ましく、０．１〜２００Ωｃｍであることが更に好ましい。これにより、一対の電極部１２，１２に電圧を印加することにより、効果的にハニカム構造体（ハニカム構造部）を発熱させることができる。特に、電圧１２〜２００Ｖの電源を用いて、ハニカム構造体１（ハニカム構造部１１）を１６０〜６００℃に発熱させるためには、上記電気抵抗率が好ましい。尚、ハニカム構造部の電気抵抗率は、２５℃における値である。また、ハニカム構造部の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
【００４５】
ハニカム構造部１１は、単位体積当たりの表面積が、５ｃｍ２／ｃｍ３以上であることが好ましく、８〜４５ｃｍ２／ｃｍ３が更に好ましく、２０〜４０ｃｍ２／ｃｍ３が特に好ましい。５ｃｍ２／ｃｍ３より小さいと、尿素水との接触面積が小さくなるため、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）が低下することがある。ハニカム構造部の表面積は、ハニカム構造部の隔壁の表面の面積である。
【００４６】
ハニカム構造体１（ハニカム構造部１１）において、隔壁１５の厚さは、０．０６〜１．５ｍｍが好ましく、０．１０〜０．８０ｍｍが更に好ましい。１．５ｍｍより厚いと、圧力損失が大きくなり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）が低下することがある。０．０６ｍｍより薄いと、通電による熱衝撃で破壊される恐れがある。セル１６の形状（セルの延びる方向に直交する形状）が円形の場合、隔壁の厚さは、「セル同士の間の距離が最も短くなっている部分（隔壁が最も薄くなっている部分）」における隔壁の厚さを意味する。セル密度は、７〜１４０セル／ｃｍ２が好ましく、１５〜１２０セル／ｃｍ２が更に好ましい。７セル／ｃｍ２より小さいと、尿素水との接触面積が小さくなるため、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）が低下することがある。１４０セル／ｃｍ２より大きいと、圧力損失が大きくなり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）が低下することがある。
【００４７】
図４に示されるように、本発明の還元剤噴射装置は、「ハニカム構造部４２の一部のセル１６の、第１端面１３側の端部」に、目封止部４３を有することが好ましい。図４は、本発明の還元剤噴射装置の他の実施形態を構成するハニカム構造体４１の端面（第１端面１３）を模式的に示す平面図である。目封止部４３の材質は、隔壁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。
【００４８】
ハニカム構造体１の大きさは、第１端面１３（第２端面１４）の面積が５０〜１００００ｍｍ２であることが好ましく、１００〜８０００ｍｍ２であることが更に好ましい。
【００４９】
ハニカム構造体１は、セル１６の延びる方向に直交する断面におけるセル１６の形状が、円形、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。セル形状をこのようにすることにより、ハニカム構造体に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、効率的に尿素を加水分解することが可能となる。図３に示されるハニカム構造体１は、セル１６の延びる方向に直交する断面（第１端面）におけるセル１６の形状が、円形である。
【００５０】
一対の電極部１２，１２のそれぞれは、ハニカム構造部１１のセル１６の延びる方向に延びる帯状に形成されている。更に、電極部１２は、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ることが好ましい。また、セル１６の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部１２，１２における一方の電極部１２が、一対の電極部１２，１２における他方の電極部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。これにより、一対の電極部１２，１２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。そして、これによりハニカム構造部１１内の発熱の偏りを抑制することができる。
【００５１】
ハニカム構造体１においては、電極部１２は、主成分が、隔壁１５及び外周壁１７の主成分と同じであることが好ましい。また、電極部１２の材質は、電気抵抗率が所望の値に調整されたものであることが更に好ましい。
【００５２】
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であることが更に好ましい。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１２，１２が、高温の排ガスが流れる配管内において、効果的に電極の役割を果たす。ハニカム構造体１においては、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。尚、電極部の電気抵抗率は、４００℃における値である。また、電極部の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
【００５３】
電極部１２の気孔率及び平均細孔径は、用途に合わせて、また、所望の電気抵抗率が得られるように適宜決定することができる。
【００５４】
各電極部１２，１２のそれぞれに、外部からの電気配線を繋ぐための電極端子突起部１８が配設されていてもよい。電極端子突起部１８の材質は、導電性セラミックであってもよいし、金属であってもよい。電極端子突起部１８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１８と外筒４のコネクター６とが、電気配線７によって繋がれていることが好ましい。
【００５５】
（１−２）尿素噴霧装置；
尿素噴霧装置２は、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く、ソレノイド式、超音波式、又は圧電アクチュエータ式であることが更に好ましい。これらを用いることにより、尿素水溶液を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、ハニカム構造体では尿素噴射に用いる空気まで加熱する必要が無くなり加熱するエネルギー量を少なくすることができる。更に、噴射空気が無いことで、噴射体積が減少しハニカム構造体を「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であるため、加水分解に必要な反応時間を長く取ることが可能となる。尿素噴霧装置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。０．３ｍｍより大きいと、ハニカム構造体１から熱を受けた時に、気化し難くなることがある。
【００５６】
尿素噴霧装置２には、尿素水溶液を内部に導入するための尿素水溶液導入口８が形成されていることが好ましい。
【００５７】
ソレノイド式の尿素噴霧装置は、「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。
【００５８】
超音波式の尿素噴霧装置は、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。
【００５９】
圧電アクチュエータ式の尿素噴霧装置は、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。
【００６０】
アトマイザー式の尿素噴霧装置は、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。また、アトマイザー式の尿素噴霧装置は、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。
【００６１】
本実施形態の還元剤噴射装置は、尿素水溶液が、尿素噴霧装置２から、ハニカム構造体１の第１端面１３に向かって噴霧されることが好ましい。つまり、尿素噴霧装置２は、尿素水溶液の噴霧方向（液滴が飛び出す方向）が、ハニカム構造体１の第１端面１３を向いていることが好ましい。ここで、「尿素噴霧装置からの尿素水溶液の噴霧方向」を「噴霧方向α」（図５を参照）とし、「ハニカム構造部のセル内をアンモニアが通過していく方向」を「セル方向β」（図５を参照）とする。このとき、「噴霧方向α」と「セル方向β」との角度θ（図５を参照）は、６０°以下が好ましく、５〜６０°が更に好ましく、３０〜５０°が特に好ましい。上記角度θを６０°以下とすることにより、尿素水溶液を、効率的に、ハニカム構造体１の第１端面１３からセル１６内に導入することができる。さらに、上記角度θを５〜６０°とすることにより、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液が、ハニカム構造体１の第１端面１３からセル１６内に入り、隔壁１５の表面に衝突し易くなる。これにより、尿素水溶液を、隔壁１５に接触させやすくなるため、尿素水溶液を隔壁１５によって効率的に加熱することが可能となる。図５は、本発明の還元剤噴射装置の更に他の実施形態（還元剤噴射装置２００）の断面を示す模式図である。
【００６２】
図５に示される還元剤噴射装置２００は、ハニカム構造体１の第１端面１３が、噴霧方向αと直交するように、セル方向βに対して斜めになるように形成されている。これにより、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液が、セル内の隔壁に、より接触し易くなる。
【００６３】
（２）還元剤噴射装置の製造方法：
（２−１）ハニカム構造体の製造；
ハニカム構造体がセラミック製の場合、ハニカム構造体の製造方法は、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有するものであることが好ましい。ハニカム成形体作製工程は、成形原料を押出成形して、「流体の流路となる一方の端面から他方の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ハニカム成形体を作製する工程であることが好ましい。成形原料は、セラミック原料及び有機バインダを含有するものであることが好ましい。ハニカム乾燥体作製工程は、ハニカム成形体を乾燥してハニカム乾燥体を作製する工程であることが好ましい。未焼成電極付きハニカム体作製工程は、ハニカム乾燥体の側面に、セラミック原料と水とを含有する電極形成用スラリーを塗布し、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工程であることが好ましい。ハニカム構造体作製工程は、未焼成電極付きハニカム体を焼成してハニカム構造体を作製する工程であることが好ましい。
【００６４】
（２−１−１）ハニカム成形体作製工程：
ハニカム成形体作製工程においては、成形原料を押出成形して、ハニカム成形体を作製することが好ましい。成形原料は、セラミック原料及び有機バインダを含有するものであることが好ましい。成形原料には、セラミック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、水等が含有されることが好ましい。成形原料は、これらの原料を混合して作製することができる。
【００６５】
成形原料中のセラミック原料は、「セラミック」又は「焼成によりセラミックとなる原料」である。セラミック原料は、いずれの場合も、焼成後には、セラミックとなるものである。成形原料中のセラミック原料は、金属珪素及び炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）を主成分とするものであるか、又は炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）を主成分とするものであることが好ましい。これにより、得られるハニカム構造体が導電性になる。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。また、「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、セラミック原料に含まれる、主成分以外の成分としては、ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＣＯ３、コージェライト等を挙げることができる。
【００６６】
セラミック原料の主成分として炭化珪素を用いた場合には、焼成により炭化珪素が焼結される。また、セラミック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を結合させることができる。
【００６７】
セラミック原料として、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が更に好ましい。金属珪素粒子の平均粒子径は、０．１〜２０μｍが好ましく、１〜１０μｍが更に好ましい。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。
【００６８】
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等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。有機バインダの含有量は、セラミック原料の合計質量を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。
【００６９】
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン等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。界面活性剤の含有量は、セラミック原料の合計質量を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。
【００７０】
焼結助剤としては、ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＣＯ３、コージェライト等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。焼結助剤の含有量は、セラミック原料の合計質量を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。
【００７１】
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るものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等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。造孔材の含有量は、セラミック原料の合計質量を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。
【００７２】
水の含有量は、セラミック原料の合計質量を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。
【００７３】
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ことが好ましい。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。ここで、坏土も、成形原料の一態様である。
【００７４】
次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成することが好ましい。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。ハニカム成形体は、「流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面から流体の流出側の端面である第２端面まで延びる複数のセル」を、区画形成する多孔質の隔壁を有するものである。また、ハニカム成形体は、最外周に位置する外周壁を有するように形成することも好ましい態様である。ハニカム成形体の隔壁は、未乾燥、未焼成の隔壁である。
【００７５】
（２−１−２）ハニカム乾燥体作製工程：
ハニカム乾燥体作製工程は、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工程であることが好ましい。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。ハニカム成形体の乾燥は、電気炉、ガス炉、マイクロ波加熱炉、高周波誘電加熱炉等を用いて行うことができる。
【００７６】
（２−１−３）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は、まず、ハニカム乾燥体の側面に、セラミック原料と水とを含有する電極形成用スラリーを塗布することが好ましい。そして、その後、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ことが好ましい。
【００７７】
未焼成電極付きハニカム体は、ハニカム乾燥体に、セルの延びる方向に帯状に延びるととも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たものであることが好ましい。周方向とは、セル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。
【００７８】
未焼成電極付きハニカム体作製工程において用いられる電極形成用スラリーは、セラミック原料と水とを含有するものあり、それ以外には、界面活性剤、造孔材、水等を含有することが好ましい。
【００７９】
セラミック原料としては、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原料としても炭化珪素粒子及び金属珪素を用いることが好ましい。
【００８０】
セラミック原料の主成分として、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２０〜５０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、１０〜１００μｍが好ましく、１５〜７５μｍが更に好ましい。金属珪素粒子の平均粒子径は、０．１〜２０μｍが好ましく、１〜１０μｍが更に好ましい。
【００８１】
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等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。有機バインダの含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜２質量部であることが好ましい。
【００８２】
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン等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。界面活性剤の含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、５〜１５質量部であることが好ましい。
【００８３】
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るものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等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。造孔材の含有量は、セラミック原料の合計質量を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。
【００８４】
水の含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、２５〜６５質量部であることが好ましい。
【００８５】
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るものではない。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。
【００８６】
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であることが更に好ましい。５００Ｐａ・ｓを超えると、電極形成用スラリーをハニカム乾燥体の側面に塗布し難くなることがある。
【００８７】
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）を形成することが好ましい。乾燥温度は、８０〜１２０℃が好ましい。乾燥時間は、０．１〜５時間が好ましい。
【００８８】
（２−１−４）ハニカム構造体作製工程：
ハニカム構造体作製工程は、未焼成電極付きハニカム体を焼成してハニカム構造体を作製する工程である。
【００８９】
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原料、及び電極形成用スラリーに用いられたセラミック原料の種類によって適宜決定することができる。ハニカム成形体の製造に用いられたセラミック原料の主成分、及び電極形成用スラリーに用いられたセラミック原料の主成分として、炭化珪素を使用した場合には、焼成条件を以下のようにすることが好ましい。すなわち、アルゴン等の不活性雰囲気において、２３００〜２７００℃で、０．５〜５時間加熱することが好ましい。また、ハニカム成形体の製造に用いられたセラミック原料の主成分、及び電極形成用スラリーに用いられたセラミック原料の主成分として、炭化珪素及び金属珪素を使用した場合には、焼成条件を以下のようにすることが好ましい。すなわち、アルゴン等の不活性雰囲気において、１４２５〜１５００℃で、０．５〜５時間加熱することが好ましい。焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。
【００９０】
焼成後、耐久性向上のために、空気雰囲気下、１２００〜１３５０℃で、１〜１０時間放置し、酸化処理を行うことが好ましい。
【００９１】
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、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。
【００９２】
仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて仮焼成及び焼成を行うことができる。
【００９３】
（２−２）還元剤噴射装置の製造；
外筒に、外部からの電気配線を繋ぐコネクターを取り付け、ハニカム構造体及び尿素噴霧装置を外筒に収納し、固定して還元剤噴射装置を作製することが好ましい。
【００９４】
外筒は、ステンレス鋼等の材料を筒状に形成して作製することが好ましい。ハニカム構造体は、外筒内に、絶縁保持部によって固定することが好ましい。また、ハニカム構造体と外筒との間の絶縁保持部が配設されていない部分（空間）がある場合には、絶縁部材を充填することが好ましい。
【００９５】
尿素噴霧装置としては、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のものを用いることが好ましい。尚、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の尿素噴霧装置は、公知のものを用いることができる。
【００９６】
（３）還元剤噴射装置の使用方法：
本実施形態の還元剤噴射装置１００（図１を参照）の使用方法は、以下の通りである。
【００９７】
還元剤噴射装置１００は、尿素水溶液ａ１を供給することにより、供給された尿素水溶液中の尿素を加水分解して、アンモニアを噴射させることができるものである。尿素水溶液は、アンモニア発生のための原料である。更に、具体的には、ハニカム構造体１に通電して、ハニカム構造体１を昇温（加熱）し、尿素噴霧装置２に尿素水溶液ａ１を供給し、尿素噴霧装置２から尿素噴霧空間３内に霧状の尿素水溶液を噴霧することが好ましい。尿素噴霧装置２から尿素水溶液を噴霧する際には、ハニカム構造体１の第１端面１３に向けて噴霧することが好ましい。そして、尿素噴霧空間３内に噴霧された霧状の尿素水溶液（尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａ２）は、ハニカム構造体１で加熱されて蒸発する。そして、尿素水溶液の蒸発により、尿素噴霧空間３内の圧力が上昇するため、尿素及び水は、第１端面１３からハニカム構造体１のセル１６内に入る。そして、セル１６内に供給された尿素が、加熱されたハニカム構造体１の温度により加水分解され、アンモニアｂが生成する。そして、生成したアンモニアｂを、外筒４の噴射口２３から噴射することにより、還元剤噴射装置１００のアンモニアｂの噴射となる。尿素噴霧空間３内の圧力が上昇しているため、アンモニアの噴射口からの噴射が、促進される。
【００９８】
尿素水溶液の供給量は、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。当量比で１．０以下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。当量比で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。
【００９９】
尿素水溶液は、１０〜４０質量％の尿素水溶液が好ましい。１０質量％よりも低いと、ＮＯＸ還元のために多量の尿素水を噴霧する必要があり、ハニカムヒーターで使用する電力量が多くなることがある。４０質量％よりも高いと、寒冷地で尿素が凝固する懸念がある。最も好適な例は、市場で広く流通しているＡｄＢｌｕｅ（３２．５質量％尿素水溶液）を使用することである。
【０１００】
ハニカム構造体１の温度は、１６０℃以上とすることが好ましく、１６０〜６００℃とすることが更に好ましく、１６０〜４００℃とすることが特に好ましい。１６０℃より低いと、尿素を加水分解し難くなることがある。６００℃より高いと、アンモニアが燃焼され、排気管にアンモニアが供給されないことがある。また、ハニカム構造体１の温度は、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、硫酸アンモニウム等の硫黄化合物を除去することができる点で好ましい。
【０１０１】
ハニカム構造体１に印加する最大電圧は、１２〜２００Ｖとすることが好ましく、１２〜１００Ｖとすることが更に好ましく、１２〜４８Ｖとすることが特に好ましい。１２Ｖより低いと、ハニカム構造体１を昇温し難くなることがある。２００Ｖより高いと、電圧を昇圧させる装置が高価となり好ましく無い。
【０１０２】
尿素水溶液の噴霧量及びハニカム構造体１の温度（印加する電圧）は、電子制御装置３１（図２を参照）によって、制御する（適正値とする）ことが好ましい。また、ハニカム構造体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、ハニカム構造体の温度を制御することが好ましい。
【０１０３】
（４）排ガス処理装置：
本発明の排ガス処理装置の一実施形態（排ガス処理装置３００）は、排気管５１と、還元剤噴射装置１００と、「排気管５１の、アンモニアが噴射される位置より下流側」に配置されたＳＣＲ触媒５２とを備えるものである。還元剤噴射装置１００は、排気管５１内にアンモニアを噴射するものである。排気管５１は、「ＮＯＸを含有する排ガスｃ」を流す配管である。
【０１０４】
排気管５１は、各種エンジン等から排出される排ガス（ＮＯＸを含有する排ガスｃ）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。排気管５１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３００を取り付けるエンジン等の排気系に合わせて、適宜決定することができる。また、排気管５１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５２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。また、排気管５１の、ガスの流れる方向における長さは、自動車等の狭い空間に搭載することができる長さであることが好ましい。還元剤噴射装置１００とＳＣＲ触媒５２との間の距離については、ガス状のアンモニアが供給されることにより排ガスとの混合状態が良くなるため、「尿素液滴を直接排気管に添加する従来のインジェクター（尿素噴射装置）」よりも短くすることができる。
【０１０５】
排気管５１の材質は、特に限定されるものではないが、排ガスによる腐食が発生し難いものが好ましい。排気管５１の材質としては、例えば、ステンレス鋼等が好ましい。
【０１０６】
還元剤噴射装置１００は、本発明の還元剤噴射装置である。還元剤噴射装置１００は、排気管５１に装着されて、排気管５１内にアンモニアを噴射するものである。還元剤噴射装置１００から排気管５１内にアンモニアを噴射することにより、排気管５１内でアンモニアと排ガスとの混合ガスｄが生成する。
【０１０７】
本実施形態の排ガス処理装置３００は、「排気管５１の、アンモニアが噴射される位置より下流側」に配置されたＳＣＲ触媒５２を備えるものである。ＳＣＲ触媒は、触媒体（ＳＣＲ触媒が、セラミックハニカム構造体に担持されたもの）の状態で、排気管５１の下流側に配置されることが好ましい。
【０１０８】
ＳＣＲ触媒としては、具体的には、バナジウム系触媒やゼオライト系触媒等を挙げることができる。
【０１０９】
ＳＣＲ触媒５２を、ハニカム構造体に担持された触媒体５３として、使用する場合には、当該触媒体５３を収納容器５４内に収納し、当該収納容器５４を排気管５１の下流側に装着することが好ましい。
【０１１０】
ＳＣＲ触媒を担持するハニカム構造体は、特に限定されず、「ＳＣＲ触媒を担持するセラミックハニカム構造体」として公知のものを用いることができる。
【０１１１】
排気管５１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製のディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）を挙げることができる。また、排気管５１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が配置されていることが好ましい。酸化触媒は、セラミック製のハニカム構造体に担持された状態であることが好ましい。酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属が好適に用いられる。
【０１１２】
ＳＣＲ触媒の下流側には、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。これにより、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て行ったときに、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。酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属が好適に用いられる。
【０１１３】
（５）排ガス処理方法：
本発明の排ガス処理方法の一実施形態は、図６に示される本発明の排ガス処理装置の一実施形態（排ガス処理装置３００）を用いて、排気管５１に排ガスｃを流し、排ガスｃにアンモニアｂを噴射し、混合ガスをＳＣＲ触媒で還元処理する方法である。これにより、ＮＯＸ除去後の排ガスｅが得られる。上記排ガスｃは、ＮＯＸを含有するものである。上記混合ガスは、「アンモニアが混入した排ガス」であり、アンモニアと排ガスとの混合ガスｄである。アンモニアｂの噴射は、還元剤噴射装置１００によって行う。
【０１１４】
還元剤噴射装置１００を構成するハニカム構造体の温度は、１６０℃以上とすることが好ましく、１６０〜６００℃とすることが更に好ましく、１６０〜４００℃とすることが特に好ましい。１６０℃より低いと、尿素を加水分解し難くなることがある。６００℃より高いと、アンモニアが燃焼され、排気管にアンモニアが供給されないことがある。また、ハニカム構造体の温度を３６０℃以上として還元剤噴射装置に付着した硫黄化合物を除去する還元剤噴射装置浄化操作を、断続的に行うことが好ましい。
【０１１５】
ハニカム構造体１に印加する電圧は、１２〜２００Ｖとすることが好ましく、１２〜１００Ｖとすることが更に好ましく、１２〜４８Ｖとすることが特に好ましい。１２Ｖより低いと、ハニカム構造体１を昇温し難くなることがある。２００Ｖより高いと、電圧を昇圧させる装置が高価となり好ましく無い。
【０１１６】
尿素水溶液の噴霧量及びハニカム構造体１の温度（印加する電圧）は、電子制御装置３１（図２を参照）によって、制御することが好ましい。また、ハニカム構造体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、ハニカム構造体の温度を制御することが好ましい。
【０１１７】
還元剤噴射装置１００から噴射す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。当量比で１．０以下の場合は、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。当量比で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。
【実施例】
【０１１８】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１１９】
（実施例１）
図１に示されるような、還元剤噴射装置を作製した。具体的には、以下の通りである。
【０１２０】
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを７０：３０の質量割合で混合し、セラミック原料を調製した。そして、セラミック原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。そして、成形原料を真空土練機により混練し、円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量はセラミック原料を１００質量部としたときに７質量部であった。造孔材の含有量はセラミック原料を１００質量部としたときに３質量部であった。水の含有量はセラミック原料を１００質量部としたときに４２質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は２０μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。また、造孔材の平均粒子径は、２０μｍであった。炭化珪素、金属珪素及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
【０１２１】
得られた円柱状の坏土を押出成形機を用いて成形し、四角筒状（セルの延びる方向に直交する断面が正方形の筒状）のハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥し、両端面を所定量切断した。
【０１２２】
次に、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを６０：４０の質量割合で混合し、電極部用セラミック原料を作製した。そして、電極部用セラミック原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、保湿剤としてグリセリン、分散剤として界面活性剤を添加すると共に、水を添加して、混合した。混合物を混練して電極部形成原料とした。バインダの含有量は電極部用セラミック原料を１００質量部としたときに０．５質量部であった。グリセリンの含有量は電極部用セラミック原料を１００質量部としたときに１０質量部であった。界面活性剤の含有量は電極部用セラミック原料を１００質量部としたときに０．３質量部であった。水の含有量は電極部用セラミック原料を１００質量部としたときに４２質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は５２μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。炭化珪素及び金属珪素の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。混練は、縦型の撹拌機で行った。
【０１２３】
次に、電極部形成原料を、乾燥させたハニカム成形体の側面における平行な２面に、帯状に塗布した。電極部形成原料は、乾燥させたハニカム成形体の「４つの平面を有する側面（４つの側面）」の中の、１つの側面に帯状に塗布するとともに、当該「塗布された側面」に対して平行な１つの側面に帯状に塗布した。ハニカム成形体の側面に塗布された電極部形成原料の形状（外周形状）は、長方形とした。
【０１２４】
次に、ハニカム成形体に塗布した電極部形成原料を乾燥させた。乾燥条件は、７０℃とした。
【０１２５】
次に、電極形成材料と同一部材を使用し電極端子突起部形成用部材を得た。電極端子突起部形成用部材の形状は、「８ｍｍ（φ：直径）×１０ｍｍ（長さ）」の円柱体とした。電極端子突起部形成用部材は、２つ作製した。
【０１２６】
次に、２つの電極端子突起部形成用部材のそれぞれを、ハニカム成形体の２箇所の電極部形成原料を塗布した部分のそれぞれに貼り付けた。電極端子突起部形成用部材は、電極部形成原料を用いて、ハニカム成形体の電極部形成原料を塗布した部分に貼り付けた。その後、「電極部形成原料が塗布され、電極端子突起部形成用部材が貼り付けられたハニカム成形体」を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。酸化処理の条件は、１３００℃で１時間とした。
【０１２７】
得られたハニカム構造体の隔壁の厚さは０．１５２ｍｍであり、セルピッチは１．１１ｍｍであった。また、ハニカム構造部の単位体積当たりの表面積は、３１．１ｃｍ２／ｃｍ３であった。また、ハニカム構造体の形状は、底面が正方形の筒状であった。ハニカム構造体の底面の一辺は、３０ｍｍであった。また、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さは４５ｍｍであった。また、電極部の電気抵抗率は、０．１Ωｃｍであり、ハニカム構造部の電気抵抗率は、１．４Ωｃｍであった。
【０１２８】
外筒をステンレス鋼により作製した。外筒は、一方の端部である入口側端部と、他方の端部である出口側端部とを有する筒状とした。外筒の出口側端部の先端には、アンモニアガスを噴射するための開口部である噴射口を形成した。また、外筒の入口側端部には、尿素水溶液を導入する配管を通すための孔を形成した。
【０１２９】
外筒の外周に、電気配線用のコネクターを２個装着した。
【０１３０】
外筒内に、ハニカム構造体を挿入し、絶縁保持部で固定した。そして、ハニカム構造体の電極端子突起部と、外筒のコネクターとを電気配線でつないだ。また、外筒の入口側端部内にソレノイド式の尿素噴霧装置を装着し、還元剤噴射装置を得た。絶縁保持部の材質は、アルミナであった。尿素噴霧装置の噴霧方向と、ハニカム構造体のセル方向との角度は、０°とした。
【０１３１】
コージェライトを主成分とするハニカム構造体にＳＣＲ触媒を担持して触媒体を作製した。ＳＣＲ触媒としては、ゼオライトに貴金属を担持したものを用いた。触媒体の体積は４．０リットルであった。また、触媒体の隔壁厚さは０．１５ｍｍであり、触媒体のセルピッチは１．２７ｍｍであった。
【０１３２】
得られた還元剤噴射装置を排気管に装着し、触媒体を収納容器に挿入し、排気管と収納容器とを接続して、図６に示されるような、排ガス処理装置を得た。
【０１３３】
得られた排ガス処理装置を用いて、以下の方法で、「排ガス処理試験」を行い、ＮＯＸの浄化効率を測定した。結果を表１に示す。「排ガス処理試験」を行う際には、還元剤噴射装置の尿素水溶液導入口と尿素水溶液貯留槽とを配管でつないで、尿素水溶液を還元剤噴射装置に供給できるようにした。また、電子制御装置からの配線を、還元剤噴射装置のコネクター、及び尿素噴霧装置に接続した。
【０１３４】
（排ガス処理試験）
排気量３．０リットルのディーゼルエンジンの排ガスを、排ガス処理装置の排気管に導入し、排ガス処理装置によって排ガスの処理を行う。そして、ＳＣＲ触媒が担持された触媒体から排出されたガス中のＮＯＸ濃度を測定する。排ガス処理装置の排気管に導入される排ガスのＮＯＸ濃度は、４００ｐｐｍとする。還元剤噴射装置に供給する尿素水溶液の量は、排ガス中のＮＯＸ量（モル）と噴射されるアンモニアの量（モル）とが同じ量となるように、調整する。試験の際には、排ガス温度を表１に示されるように変化させながら、各温度において触媒体から排出されるガス中のＮＯＸ濃度を測定する。排出されるガス中のＮＯＸ濃度は、当該ＮＯＸ濃度が一定になったときの濃度とする。そして、排ガス処理装置の排気管に導入される排ガスのＮＯＸ濃度と、触媒体から排出されるガス中のＮＯＸ濃度とから、ＮＯＸ浄化効率を求める。測定時には、ハニカム構造体に最大４８Ｖの電圧を印加し、３６０℃の温度を維持する。
【０１３５】
【表１】
2018053897.tif 000003
【０１３６】
（比較例１）
還元剤噴射装置にハニカム構造体を備えなかった以外は、実施例１と同様にして、排ガス処理装置を作製した。実施例１の場合と同様にして、「排ガス処理試験」を行った。結果を表１に示す。
【０１３７】
表１より、実施例１の排ガス浄化装置は、比較例１の排ガス浄化装置と比較してＮＯＸ浄化効率が高いことがわかる。特に排ガス温度が低い領域において、差異が大きくなっている。浄化効率が高くなるためには、ＳＣＲ触媒の活性が確保されていることに加え、尿素からアンモニアへの加水分解が促進されアンモニアが還元剤として導入されることが必要となる。しかし、比較例１の排ガス浄化装置では、低温でのアンモニアへの加水分解が促進されず、還元剤が少ない状態になるため、ＮＯＸ浄化効率が低くなる。これに対し、実施例１の排ガス浄化装置では、還元剤噴射装置において、尿素水溶液が噴射された尿素噴霧空間がハニカム構造体で加熱されるため尿素の加水分解が促進され、アンモニアが排気管に導入されるため、ＮＯＸ浄化効率が向上する。また、実施例１の排ガス浄化装置においては、少ないエネルギーで尿素溶液からアンモニアを発生、噴射させることができていた。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明の還元剤噴射装置は、各種エンジン等から排出される排ガス中の窒素酸化物（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】
【０１３９】
１：ハニカム構造体、２：尿素噴霧装置、３：尿素噴霧空間、４：外筒、５：絶縁保持部、６：コネクター、７：電気配線、８：尿素水溶液導入口、１１：ハニカム構造部、１２：電極部、１３：第１端面、１４：第２端面、１５：隔壁、１６：セル、１７：外周壁、１８：電極端子突起部、２１：（外筒の）入口側端部、２２：（外筒の）出口側端部、２３：噴射口、３１：電子制御装置、３２：尿素水溶液貯留槽、３３：配管、４１：ハニカム構造体、４２：ハニカム構造部、４３：目封止部、５１：排気管、５２：ＳＣＲ触媒、５３：触媒体、５４：収納容器、１００，２００：還元剤噴射装置、３００：排ガス処理装置、ａ１：尿素水溶液、ａ２：尿素噴霧装置から噴霧された尿素水溶液、ｂ：アンモニア、ｃ：排ガス、ｄ：アンモニアと排ガスとの混合ガス、ｅ：ＮＯＸ除去後の排ガス、θ：角度、α：噴霧方向、β：セル方向。
【図１】
2018053897.tif 000004
【図２】
2018053897.tif 000005
【図３】
2018053897.tif 000006
【図４】
2018053897.tif 000007
【図５】
2018053897.tif 000008
【図６】
2018053897.tif 000009