(57)【要約】【課題】限られたスペースに搭載可能で、温度応答性や浄化効率のよいガス浄化システムを提供する。【解決手段】ガス浄化システムは、ケーシング２１内に第一のハニカム構造体１と、第二のハニカム構造体１１とを備える。第一のハニカム構造体１は、空洞部９を含む。第一のハニカム構造体１は、所定のセルの第一の端面側の開口端部と、残余のセルの第二の端面側の開口端部とに、互い違いに目封止部が形成されている。また、および第二のハニカム構造体１１は、ＳＣＲ触媒が担持されている。ガス浄化システムは、第一のハニカム構造体１の第一の端面２ａ側からガスを流入させ、折り返し部２６にてガスを折り返させて、ＳＣＲ触媒が担持された第二のハニカム構造体１１にガスを流通させて、２つのハニカム構造体の間の流通部にて尿素噴射部３０によってガスに尿素を噴射してガスを浄化する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の端面から第二の端面まで貫通するガスの流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を備えたハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の内周側に、前記第一の端面から前記第二の端面まで貫通する前記セルよりも断面積が大きい空洞部とを含む第一のハニカム構造体と、
前記第一のハニカム構造体を収納し、前記第一のハニカム構造体の外周壁に嵌合して前記中心軸方向に延び、前記第一のハニカム構造体の前記第二の端面側が前記第二の端面との間に空間を有して閉じられている収納部と、前記中心軸方向に延び、前記ハニカム構造部と前記空洞部との間で前記ガスの流通を分離する分離部と、を含み、前記収納部と前記分離部とによって前記ガスの外周流通部が形成され、前記分離部の内周側が前記ガスの内周流通部とされ、前記第一のハニカム構造体の前記第一の端面側において、前記外周流通部と前記内周流通部のいずれか一方が前記ガスの入口、他方が出口とされ、前記第二の端面側において、前記外周流通部と前記内周流通部との間で前記ガスの流通を可能とし前記ガスが折り返すために前記分離部がない折り返し部が設けられたケーシングと、
前記第一のハニカム構造体の第一の端面と同じ側を第一の端面、前記第一のハニカム構造体の第二の端面と同じ側を第二の端面とするとき、前記第一の端面から前記第二の端面まで貫通するガスの流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を備え、前記第二の端面側が前記折り返し部となるように前記内周流通部に配置された第二のハニカム構造体と、
前記第一のハニカム構造体と前記第二のハニカム構造体の間の流通部に設けられ、前記ガスに尿素を噴射する尿素噴射部と、を備え、
前記第一のハニカム構造体は、所定のセルの第一の端面側の開口端部と、残余のセルの第二の端面側の開口端部とに、互い違いに目封止部が形成され、前記第二のハニカム構造体は、ＳＣＲ触媒が担持され、
前記目封止部が形成された前記第一のハニカム構造体の前記第一の端面側から前記ガスを流入させ前記第一のハニカム構造体を通過させ、前記折り返し部にて前記ガスを折り返させて、前記ＳＣＲ触媒が担持された前記第二のハニカム構造体の前記第二の端面側から前記ガスを流入させて前記第二のハニカム構造体を通過させ、２つの前記ハニカム構造体の間の前記流通部にて前記尿素噴射部によって前記ガスに尿素を噴射して前記ガスを浄化するガス浄化システム。
【請求項２】
前記第一のハニカム構造体の前記空洞部内に前記第二のハニカム構造体が備えられている請求項１に記載のガス浄化システム。
【請求項３】
前記尿素噴射部が前記折り返し部に設けられている請求項１または２に記載のガス浄化システム。
【請求項４】
前記第一のハニカム構造体の前記中心軸方向に垂直な断面積における、ハニカム構造体を収納する前記ケーシング内全体の断面積に対する前記空洞部の断面積を除いた前記第一のハニカム構造体の前記ハニカム構造部の断面積比は、０．４〜０．８である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスを浄化するガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスには、スス（ｓｏｏｔ）を主体とする粒子状物質（パティキュレートマター（ＰＭ））が、多量に含まれている。このＰＭがそのまま大気中に放出されると、環境汚染を引き起こすため、排出ガスの排気系には、ＰＭを捕集するためのフィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ））が搭載されている。
【０００３】
これまで、鉱山などで使用される大型ダンプトラックに代表されるようなオフロード車両にはＤＰＦを搭載しない場合が多かったが、年々厳しくなる排ガス規制に対応するため、オフロード車両にもＤＰＦを搭載させる動きが活発化してきた。限られたスペース中にＤＰＦを搭載させるためには、必要スペースをなるべく小さくするＤＰＦと配管レイアウトの工夫が必要となる。また、尿素から分解生成するアンモニアを用いて効率的にＮＯＸを還元させる尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；選択的触媒還元）システムが知られているが、尿素ＳＣＲシステムを搭載する場合、アンモニア噴射を行うため、ＤＰＦとＳＣＲの間に十分な距離を取り、かつコールドスタート時に素早くＳＣＲ触媒の温度を上昇させる（約２００℃以上）必要がある。
【０００４】
一方、ガス浄化システムとして、特許文献１〜４が知られている。特許文献１〜３には、ハニカム構造体の断面中央部に中心軸方向に貫通した空洞部が形成されたハニカム構造体が開示されている。また、特許文献４には、ディーゼルエンジンから排出されるガスからＰＭを除去するためのガス浄化システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２３２０８４号公報
【特許文献２】特開２００２−３２１２１０号公報
【特許文献３】国際公開第０３／０８２４６７号
【特許文献４】国際公開第０１／０４４６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３は、ハニカム構造体に空洞部を設けることにより、ガスの浄化を改善したものであるが、ＤＰＦとＳＣＲとを搭載した場合の小型化については開示がない。特許文献４は、空洞部を設けたＳＣＲの内側にＤＰＦを搭載させることにより、ＳＣＲの反応熱をＤＰＦに供給するシステムであるが、ＳＣＲが外側に位置していることによってコールドスタート時のＳＣＲ温度上昇に時間を要してしまう。
【０００７】
本発明の課題は、限られたスペースに搭載可能で、温度応答性や浄化効率のよいガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、第一のハニカム構造体の断面中央部に中心軸方向に貫通した空洞部を形成し、第一のハニカム構造体を収納するケーシング内で、ガスが折り返して流通するように流通部を設けることにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のガス浄化システムが提供される。
【０００９】
［１］  第一の端面から第二の端面まで貫通するガスの流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を備えたハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の内周側に、前記第一の端面から前記第二の端面まで貫通する前記セルよりも断面積が大きい空洞部とを含む第一のハニカム構造体と、前記第一のハニカム構造体を収納し、前記第一のハニカム構造体の外周壁に嵌合して前記中心軸方向に延び、前記第一のハニカム構造体の前記第二の端面側が前記第二の端面との間に空間を有して閉じられている収納部と、前記中心軸方向に延び、前記ハニカム構造部と前記空洞部との間で前記ガスの流通を分離する分離部と、を含み、前記収納部と前記分離部とによって前記ガスの外周流通部が形成され、前記分離部の内周側が前記ガスの内周流通部とされ、前記第一のハニカム構造体の前記第一の端面側において、前記外周流通部と前記内周流通部のいずれか一方が前記ガスの入口、他方が出口とされ、前記第二の端面側において、前記外周流通部と前記内周流通部との間で前記ガスの流通を可能とし前記ガスが折り返すために前記分離部がない折り返し部が設けられたケーシングと、前記第一のハニカム構造体の第一の端面と同じ側を第一の端面、前記第一のハニカム構造体の第二の端面と同じ側を第二の端面とするとき、前記第一の端面から前記第二の端面まで貫通するガスの流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を備え、前記第二の端面側が前記折り返し部となるように前記内周流通部に配置された第二のハニカム構造体と、前記第一のハニカム構造体と前記第二のハニカム構造体の間の流通部に設けられ、前記ガスに尿素を噴射する尿素噴射部と、を備え、前記第一のハニカム構造体は、所定のセルの第一の端面側の開口端部と、残余のセルの第二の端面側の開口端部とに、互い違いに目封止部が形成され、前記第二のハニカム構造体は、ＳＣＲ触媒が担持され、前記目封止部が形成された前記第一のハニカム構造体の前記第一の端面側から前記ガスを流入させ前記第一のハニカム構造体を通過させ、前記折り返し部にて前記ガスを折り返させて、前記ＳＣＲ触媒が担持された前記第二のハニカム構造体の前記第二の端面側から前記ガスを流入させて前記第二のハニカム構造体を通過させ、２つの前記ハニカム構造体の間の前記流通部にて前記尿素噴射部によって前記ガスに尿素を噴射して前記ガスを浄化するガス浄化システム。
【００１０】
［２］  前記第一のハニカム構造体の前記空洞部内に前記第二のハニカム構造体が備えられている前記［１］に記載のガス浄化システム。
【００１１】
［３］  前記尿素噴射部が前記折り返し部に設けられている前記［１］または［２］に記載のガス浄化システム。
【００１２】
［４］  前記第一のハニカム構造体の前記中心軸方向に垂直な断面積における、ハニカム構造体を収納する前記ケーシング内全体の断面積に対する前記空洞部の断面積を除いた前記第一のハニカム構造体の前記ハニカム構造部の断面積比は、０．４〜０．８である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のガス浄化システム。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガス浄化システムは、第一のハニカム構造体の断面中央部に中心軸方向に貫通した空洞部を形成し、ケーシング内で、ガスが折り返すように流通部を設けることにより、高い熱効率と小型化を実現する。すなわち、限られたスペースに設置可能で、コールドスタート時に素早く触媒温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明のガス浄化システムの一実施形態の模式図である。
【図１Ｂ】第一の端面側から見た第一のハニカム構造体と第二のハニカム構造体の一実施形態の模式図である。
【図２】中心軸方向に平行な断面で切断した、ガス浄化システムの第一の実施形態を示す断面図である。
【図３】第二の実施形態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１６】
［１］ガス浄化システム：
［１−１］概要：
図１Ａに本発明のガス浄化システムの模式図を示す。また、図１Ｂに第一の端面側から見た第一のハニカム構造体と第二のハニカム構造体の模式図、図２に、中心軸方向に平行な断面で切断したガス浄化システムの断面図を示す。ガス浄化システムは、ケーシング２１内に第一のハニカム構造体１と、第二のハニカム構造体１１とを備える。
【００１７】
第一のハニカム構造体１は、第一の端面２ａから第二の端面２ｂまで貫通するガスの流路となる複数のセル３を区画形成する隔壁４を備えたハニカム構造部６と、ハニカム構造部６の内周側（断面中央部）に、第一の端面２ａから第二の端面２ｂまで貫通するセル３よりも断面積が大きい空洞部９とを含む。
【００１８】
ケーシング２１は、第一のハニカム構造体１を収納し、第一のハニカム構造体１の外周壁７に嵌合して中心軸方向２０（セル３の延びる方向）に延び、第一のハニカム構造体１の第二の端面２ｂ側が第二の端面２ｂとの間に空間を有して閉じられている収納部２２を含む。また、中心軸方向２０に延び、ハニカム構造部６と空洞部９との間でガスの流通を分離する分離部２３、を含む。
【００１９】
ケーシング２１には、収納部２２と分離部２３とによってガスの外周流通部２４が形成され、分離部２３の内周側がガスの内周流通部２５とされている。ケーシング２１は、第一のハニカム構造体１の第一の端面２ａ側において、外周流通部２４と内周流通部２５のいずれか一方がガスの入口、他方が出口とされる。ケーシング２１は、第一のハニカム構造体１の第二の端面２ｂ側において、外周流通部２４と内周流通部２５との間でガスの流通を可能としガスが折り返すために分離部２３がない折り返し部２６が設けられている。つまり、図１Ａおよび図２の左側が第一の端面２ａ、右側が第二の端面２ｂである（後述するように、第二のハニカム構造体１１も、図の左側を第一の端面１２ａ、右側を第二の端面１２ｂと呼ぶ。）。
【００２０】
ガス浄化システムは、内周流通部２５に、第一の端面１２ａから第二の端面１２ｂまで貫通するガスの流路となる複数のセル１３を区画形成する隔壁１４を備えた第二のハニカム構造体１１を備える。第二のハニカム構造体１１は、セル１３と隔壁１４によってハニカム構造部１６が形成され、その外周に外周壁１７が設けられている。また、第一のハニカム構造体１と異なり、空洞部９は設けられていない。第一のハニカム構造体１の第一の端面２ａと同じ側を第一の端面１２ａ、第一のハニカム構造体１の第二の端面２ｂと同じ側を第二の端面１２ｂとするとき、第二のハニカム構造体１１は、第二の端面１２ｂ側が折り返し部２６となるように内周流通部２５に配置されている。
【００２１】
ガス浄化システムは、さらに、第一のハニカム構造体１と第二のハニカム構造体１１の間の流通部に設けられ、ガスに尿素を噴射する尿素噴射部３０を備える。
【００２２】
第一のハニカム構造体１は、所定のセルの第一の端面側の開口端部と、残余のセルの第二の端面側の開口端部とに、互い違いに目封止部が形成されている。また、第二のハニカム構造体１１は、ＳＣＲ触媒が担持されている。
【００２３】
ガス浄化システムは、目封止部８が形成されたハニカム構造体の第一の端面側からガスを流入させハニカム構造体を通過させ、折り返し部２６にてガスを折り返させて、ＳＣＲ触媒が担持されたハニカム構造体の第二の端面側からガスを流入させてハニカム構造体を通過させ、２つのハニカム構造体の間の流通部にて尿素噴射部３０によってガスに尿素を噴射してガスを浄化する。ガス浄化システムは、第一のハニカム構造体１の断面中央部に中心軸方向２０に貫通した空洞部９を形成し、第一のハニカム構造体１を収納するケーシング２１内で、ガスが折り返して流通するように流通部を設けることにより、小型化できる。
【００２４】
［１−２］第一の実施形態：
図２に示すように、第一の実施形態は、空洞部９を含む第一のハニカム構造体１に、目封止部８が形成され、内周流通部２５に備えられた第二のハニカム構造体１１に、ＳＣＲ触媒が担持されている。第一の実施形態は、第二のハニカム構造体１１の一部が第一のハニカム構造体１内にあり、残余の部分が外にあるように配置されている。
【００２５】
そして、ガス浄化システムは、目封止部８が形成された第一のハニカム構造体１の第一の端面２ａ側からガスを流入させ第一のハニカム構造体１を通過させ、折り返し部２６にてガスを折り返させて、ＳＣＲ触媒が担持された第二のハニカム構造体１１の第二の端面１２ｂ側からガスを流入させて第二のハニカム構造体１１を通過させる。また、２つのハニカム構造体の間の流通部にて尿素噴射部３０によってガスに尿素を噴射してガスを浄化する。
【００２６】
第一の実施形態は、目封止部８が形成された第一のハニカム構造体１にガスを流入させてから尿素噴射部３０によってガスに尿素を噴射する。ガスに含まれるＰＭ等が除去した後に尿素を噴射することになるため、ガスと尿素とを効果的に混合することができる。これにより、浄化効率が向上すとともに、ガス浄化システムの耐久性を向上させることができる。
【００２７】
ガス浄化システムは、尿素噴射部３０が折り返し部２６に設けられていることが好ましい。折り返し部２６では、ガスの流通方向が転換するため、乱流が発生しやすい。このため、折り返し部２６に尿素噴射部３０を設けると、尿素を効率的にガスと混合することができる。そして、浄化効率を向上させるとともに、尿素の堆積を防ぎ、システムの耐久性を向上させることができる。
【００２８】
［１−２−１］第一のハニカム構造体：
ハニカム構造体１は、多孔質の隔壁４を有するハニカム構造部６を備えている。隔壁４は、一方の端面２から他方の端面３まで貫通しガスの流路となる複数のセル３を区画形成している。ハニカム構造体１は、外周に配設された外周壁７を更に有している。
【００２９】
第一の端面２ａから第二の端面２ｂまで貫通するガスの流路となる複数のセル３を区画形成する隔壁４を備えたハニカム構造部６と、ハニカム構造部６の内周側（断面中央部）に、第一の端面２ａから第二の端面２ｂまで貫通するセル３よりも断面積が大きい空洞部９とを含む。
【００３０】
第一のハニカム構造体１の中心軸方向２０（セル３の延びる方向）に垂直な断面積における、ハニカム構造体を収納するケーシング２１内全体の断面積に対する空洞部９の断面積を除いた第一のハニカム構造体１のハニカム構造部６の断面積比は、０．４〜０．８であることが好ましい。この断面積比が０．８以下であると、空洞部９の大きさが確保されているため、第二のハニカム構造体１１を十分な大きさとすることができ、浄化効率が向上する。また、断面積比が０．４以上であると、第一のハニカム構造体１のハニカム構造部６の大きさが確保されているため、十分なアイソスタティック強度を確保することができる。
【００３１】
第一のハニカム構造体１のセル形状は、正方形、長方形、菱形及び六角形のいずれかであることが好ましい。
【００３２】
ハニカム構造部６の形状は、特に限定されない。ハニカム構造部６の形状は、円筒形状、底面が楕円形の筒形状、底面が四角形、五角形、六角形等の多角形の筒形状等が好ましく、円筒形状であることが更に好ましい。また、ハニカム構造部６（ハニカム構造体１）の大きさ（長さなど）は、特に限定されない。ハニカム構造部６は、中心軸方向２０における長さが５０〜５００ｍｍであることが好ましい。例えば、ハニカム構造部６（ハニカム構造体１）の外形が円筒形の場合、その底面の直径は、５０〜８００ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
隔壁４及び外周壁７は、セラミックを主成分とするものであることが好ましい。隔壁４及び外周壁７の材質としては、例えば、以下の群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。即ち、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、及び炭化珪素からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。これらの中でも、コージェライトが好ましい。コージェライトであると、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体１を得ることができるためである。隔壁４と外周壁７の材質は、同じであることが好ましい。なお、隔壁４と外周壁７の材質は異なっていてもよい。「セラミックを主成分とする」というときは、セラミックを全体の９０質量％以上含有することをいう。
【００３４】
隔壁４の気孔率は、３５〜７０％であることが好ましく、４５〜７０％であることが更に好ましく、４５〜６８％であることが特に好ましい。隔壁４の気孔率が上記範囲であると、圧力損失を低減した上で構造体としての機械強度を保持できる。隔壁４の気孔率が３５％より小さいと、ハニカム構造体１の初期の圧力損失が高くなることがある。隔壁４の気孔率が７０％より大きいと、ハニカム構造体１の強度が低くなることがある。隔壁４の気孔率は、水銀ポロシメータによって測定した値である。
【００３５】
隔壁４の厚さは、０．０５〜１．２５ｍｍであることが好ましく、０．０７５〜１．００ｍｍであることが更に好ましく、０．１０〜０．７５ｍｍであることが特に好ましい。隔壁４の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、構造体としての機械強度が不足してしまうおそれがある。１．２５ｍｍ超であると、圧力損失が上昇する傾向にある。隔壁４の厚さは、中心軸２０に平行な断面を顕微鏡観察する方法で測定した値である。
【００３６】
隔壁４の平均細孔径は、３〜５０μｍであることが好ましく、５〜４０μｍであることが更に好ましく、７〜３０μｍであることが特に好ましい。隔壁４の平均細孔径が３μｍ未満であると、圧力損失が上昇する傾向にある。５０μｍ超であると、捕集効率が低下する傾向にある。隔壁４の平均細孔径は、水銀ポロシメータで測定した値である。
【００３７】
ハニカム構造部６のセル密度は、７．７５〜９３．００個／ｃｍ２であることが好ましく、１５．５０〜７７．５０個／ｃｍ２であることが更に好ましく、２３．２５〜６２．００個／ｃｍ２であることが特に好ましい。ハニカム構造部６のセル密度が７．７５個／ｃｍ２未満であると、排ガスとハニカム構造部６との接触面積が十分に得られない傾向にある。９３．００個／ｃｍ２超であると、圧力損失が上昇する傾向にある。セル密度は、中心軸方向２０に直交する断面における、単位面積当たりのセル３の個数のことである。
【００３８】
セル３の開口率は、３０〜９０％であることが好ましく、４０〜９０％であることが更に好ましく、５０〜９０％であることが特に好ましい。セル３の開口率が３０％未満であると、圧力損失が上昇する傾向にある。９０％超であると、ハニカム構造部６の強度が十分に得られない傾向にある。セル３の開口率は、ハニカム構造部６の一方の端面２及び他方の端面２のそれぞれにおけるセル３の開口率のことである。なお、一方の端面２におけるセル３の開口率と一方の端面２におけるセル３の開口率とは、同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００３９】
外周壁７の厚さは、特に限定されない。外周壁７の厚さは、０．０２５〜０．５００ｍｍであることが好ましく、０．０５０〜０．４７５ｍｍであることが更に好ましく、０．０７５〜０．４５０ｍｍであることが特に好ましい。外周壁７の厚さが０．０２５ｍｍ以上であることにより、外周壁７の機械的強度が保持できる。なお、０．５００ｍｍ超であると、圧力損失が大きくなる傾向にある。なお、ハニカム構造体１は、必ずしも外周壁７を有する必要はない。
【００４０】
第一の実施形態は、図１Ａ、および図２に示すように、第一のハニカム構造体１に目封止部８が形成されている。目封止部８は、ハニカム構造部６の所定のセル３ａの第一の端面２ａと、残余のセル３ｂの第二の端面２ｂとに配設されている。所定のセル３ａと残余のセル３ｂは、交互に形成されているため、図１Ｂに示すように、第一の端面２ａにおいて、所定のセル３ａには目封止部８が市松模様に形成されている。また、図示しないが第二の端面２ｂにおいて、残余のセル３ｂには目封止部８が市松模様に形成されている。
【００４１】
目封止部８の材料としては、隔壁４の材料と同じものを挙げることができ、隔壁４の材料と同じものを用いることが好ましい。
【００４２】
［１−２−２］第二のハニカム構造体：
第一の実施形態において、ガス浄化システムは、内周流通部２５に、第一の端面１２ａから第二の端面１２ｂまで貫通するガスの流路となる複数のセル１３を区画形成する隔壁１４を備えた第二のハニカム構造体１１を備える。第二のハニカム構造体１１は、第一のハニカム構造体１とは異なり、空洞部９、目封止部８を有しない。また、隔壁１４にＳＣＲ触媒が担持されている。第二のハニカム構造体１１の外周壁１７が分離部２３の内周面に嵌合している。その他は、第一のハニカム構造体１と同じである。
【００４３】
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。
【００４４】
［１−２−３］尿素噴射装部：
尿素噴射装部３０は、アンモニアを噴射させることができるものである。尿素噴射装部３０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。
【００４５】
［１−３］第二の実施形態：
図３に示すように、第一のハニカム構造体１の空洞部９内に第二のハニカム構造体１１が備えられていることも好ましい態様である。第二の実施形態は、第二のハニカム構造体１１が、完全に第一のハニカム構造体１内にある実施形態である。第二のハニカム構造体１１は、第一のハニカム構造体１から離れて配置されていてもよいが、第一のハニカム構造体１の空洞部９内に配置されると、熱をより有効に利用することができる。また、省スペース化も可能である。なお、第二の実施形態は、第一の実施形態と同様に、空洞部９を有する第一のハニカム構造体１に目封止部８が形成され、内周流通部２５に備えられた第二のハニカム構造体１１に、ＳＣＲ触媒が担持されている。
【００４６】
［２］ガス浄化システムの製造方法：
ガス浄化システムの製造方法について説明する。
【００４７】
［２−１］第一のハニカム構造体：
まず、第一のハニカム構造体１を作製するための坏土を調製し、この坏土を成形して、ハニカム成形体を作製する（成形工程）。第一のハニカム構造体１を製造するためのハニカム成形体には、空洞部９を形成する。得られたハニカム成形体を、乾燥して、ハニカム乾燥体を得ることが好ましい。
【００４８】
次に、得られたハニカム成形体（或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカム乾燥体）を焼成してハニカム構造体１を作製する（ハニカム構造体作製工程）。
【００４９】
次に、得られたハニカム構造体１の所定のセル３ａの第一の端面２ａと、残余のセル３ｂの第二の端面２ｂとに目封じを施して、目封止部８を形成する（目封じ工程）。
【００５０】
このようにして第一のハニカム構造体１を製造することができる。以下、各製造工程について更に詳細に説明する。
【００５１】
［２−１−１］成形工程：
まず、成形工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、ガスの流路となる複数のセル３、空洞部９が形成されたハニカム成形体を形成する。
【００５２】
セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。そして、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、チタニア、炭化珪素、及びチタン酸アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。
【００５３】
また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造部６の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。
【００５４】
セラミック成形原料を成形する際には、まず成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形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。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。
【００５５】
例えば、隔壁４の凹部の形状と相補的なかたちで、口金のスリットに凸部を形成しておくことにより、凹部を有する隔壁４を押出成形することが可能になる。
【００５６】
また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができ、なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。
【００５７】
［２−１−２］ハニカム構造体作製工程：
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカム構造体１を得る。
【００５８】
また、ハニカム成形体を焼成（本焼成）する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、中の有機物（有機バインダ、分散剤、造孔材等）を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度、造孔材の燃焼温度は２００〜８００℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、３〜１００時間程度加熱することが好ましい。
【００５９】
ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気）は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜６時間が好ましい。
【００６０】
［２−１−３］目封じ工程：
第一のハニカム構造体１には目封止部８を形成する。得られたハニカム構造体１の所定のセル３ａの第一の端面２ａと、残余のセル３ｂの第二の端面２ｂとに目封じを施して、目封止部８を形成する（目封じ工程）。
【００６１】
ハニカム構造体１に目封じ材料を充填する際には、例えば、まず、第一の端面２ａ側の端部に目封じ材料を充填し、その後、第二の端面２ｂ側の端部に目封じ材料を充填する。端部に目封じ材料を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカム構造体１の一方の端面（例えば、第一の端面２ａ）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造部の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封じ材料が貯留された容器内に圧入して、目封じ材料をハニカム構造体１のセル３内に圧入する工程である。目封じ材料をハニカム構造体１のセル３内に圧入する際には、目封じ材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。
【００６２】
次に、ハニカム構造体１に充填された目封じ材料を乾燥させて、目封止部８を形成する。なお、ハニカム構造体１の両端部に目封じ材料を充填した後に、目封じ材料を乾燥させてもよいし、ハニカム構造体１の一方の端部に充填した目封じ材料を乾燥させた後に、他方の端部に目封じ材料を充填し、その後、他方の端部に充填した目封じ材料を乾燥させてもよい。更に、目封じ材料を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体（ハニカム乾燥体）に目封じ材料を充填し、乾燥前のハニカム成形体又はハニカム乾燥体と共に、目封じ材料を焼成してもよい。
【００６３】
［２−２］第二のハニカム構造体：
第二のハニカム構造体１１も第一のハニカム構造体１と同様に形成することができる。ただし、第二のハニカム構造体１１には、空洞部９や目封止部８を形成せず、ＳＣＲ触媒を担持する。
【００６４】
［２−３］組み立て：
第一のハニカム構造体１と第二のハニカム構造体１１をケーシング２１に組み入れる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明を実施例に基づいて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。
【００６６】
（実施例１）
（第一のハニカム構造体）
コージェライト化原料として、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。このコージェライト化原料１００質量部に、造孔材を１０質量部、分散媒を２０質量部、有機バインダを１質量部、分散剤を０．５質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。分散媒として水を使用し、造孔材としては平均粒子径１５μｍのコークスを使用した。有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。
【００６７】
次に、所定の金型を用いて坏土を押出成形して、一方の端面から他方の端面まで貫通する複数のセル３を区画形成する隔壁４を有するハニカム成形体を作製した。ハニカム成形体は、中心軸方向２０に直交する断面におけるセル３の形状が四角形で、全体形状が円柱形であった。次に、作製したハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させて乾燥したハニカム成形体（ハニカム乾燥体）を得た。その後、ハニカム乾燥体の両端部を切断して所定の寸法に整えた。
【００６８】
乾燥後のハニカム成形体に、目封止部８を形成した。まず、ハニカム成形体の第一の端面２ａ側のセル３の開口部に、マスクを施した。このとき、マスクを施したセル３と、マスクを施さないセル３とが交互に並ぶようにした。そして、ハニカム成形体のマスクを施した側の端部を目封じスラリーに浸漬して、マスクが施されていないセル３の開口部に目封じスラリーを充填した。そして、乾燥後のハニカム成形体の第二の端面２ｂにおける残りのセル３（即ち、第一の端面２ａにおいて目封止部を形成していないセル３）についても、同様にして、目封止部８を形成した。
【００６９】
そして、目封止部８を形成したハニカム成形体を乾燥させた後、約５５０℃で３時間仮焼し、約１４２０℃で２時間焼成（本焼成）して、目封止部８がセル３の開口部に配設されたハニカム焼成体を得た。
【００７０】
次に、ハニカム焼成体に、穴あけ加工機を用いて空洞部９を形成し、空洞部外周面をハニカム成形体と同等の材料からなるコート用スラリーで被覆した。またハニカム焼成体の最外周部も同様に研削・コートし、ハニカム構造体１を得た。
【００７１】
得られたハニカム構造体１は、直径（外径）が３５５．６ｍｍ、空洞部９の直径が２５１．４ｍｍであり、中心軸方向２０の長さが１７７．８ｍｍであった。中心軸方向２０に垂直な断面積における、ハニカム構造体１を収納するケーシング内全体の断面積に対する空洞部９の断面積を除いたハニカム構造体１のハニカム構造部６の断面積比は、０．５であった。ハニカム構造体１のセル密度は２７．９０個／ｃｍ２であった。隔壁４の厚さは０．３２ｍｍであった。隔壁４の気孔率は５０％であった。隔壁４の平均細孔径は１３μｍであった。
【００７２】
このようにして得られたハニカム構造体１の隔壁４に、プラチナ系酸化触媒を２０ｇ／Ｌ担持した。
【００７３】
具体的には、上記のプラチナ系酸化触媒のスラリーが貯蔵された容器に、ハニカム構造体１を流入側端面から侵漬させ、流出側端面からスラリーを吸引することによって、隔壁４に酸化触媒を担持させた。
【００７４】
（第二のハニカム構造体）
第二のハニカム構造体１１についても同様にして作製した。ただし、空洞部９は形成せず、目封止部８も形成しなかった。得られた第二のハニカム構造体１１は、直径が２００．６ｍｍであり、中心軸方向２０の長さが１７７．８ｍｍであった。第二のハニカム構造体１１の隔壁１４には、バナジウム系のＳＣＲ触媒を８０ｇ／Ｌ担持した。
【００７５】
第一の実施形態（図２）のようにガス浄化システムを組み立てた。具体的な組み立て方法としては、まず第二のハニカム構造体１１を筒状の第一金属容器（分離部２３）にキャニングし、第一金属容器（分離部２３）を第一のハニカム構造体１の空洞部９に挿入した。さらに、第一金属容器（分離部２３）を挿入した第一のハニカム構造体１の外周側に、第二金属容器（収納部２２）をキャニングし、最後に尿素噴射部３０を取り付け、ガス浄化システムを作製した。
【００７６】
（実施例２〜８）
実施例２〜８は、表１に示すように、第一のハニカム構造体１の空洞部９の直径や第二のハニカム構造体１１の直径（外径）を変えることにより、ハニカム構造体を収納するケーシング内全体の断面積に対する空洞部の断面積を除いたハニカム構造部６の断面積比を０．１〜０．８まで０．１刻みで変えた。それ以外は、実施例１と同様にして２つのハニカム構造体を作製した。そして、実施例１と同様に第一の実施形態（図２）のようにガス浄化システムを組み立てた。
【００７７】
（比較例１）
実施例１と同様にして、２つのハニカム構造体を、それぞれ実施例１と同じ容積となるように作製した。どちらのハニカム構造体にも空洞部９を設けなかった。得られたハニカム構造体は、一方は直径が２００．６ｍｍであり、中心軸方向２０の長さが２７９．４ｍｍであり、他方は直径が２００．６ｍｍであり、中心軸方向２０の長さが１７７．８ｍｍであった。長さが２７９．４ｍｍのハニカム構造体には、目封止部を作製してプラチナ系酸化触媒を担持し、長さが１７７．８ｍｍのハニカム構造体には、バナジウム系ＳＣＲ触媒を担持した。その後、ＤＰＦ（目封止部を配設したハニカム構造体）、ＳＣＲ（ＳＣＲ触媒を担持したハニカム構造体）の順番で直列に配置してキャニングし、ＳＣＲの前段部に尿素噴射部を取り付けた。
【００７８】
（比較例２）
実施例１と同様にして、２つのハニカム構造体を、それぞれ実施例１と同様の寸法となるように作製し、一方のハニカム構造体１に空洞部９を形成し、バナジウム系ＳＣＲ触媒を担持した。空洞部９を形成しなかったハニカム構造体１１には、目封止部８を作製してプラチナ系酸化触媒を担持した。その後、実施例と同様に組み立てた。なお、この場合、ＤＰＦが内側、ＳＣＲが外側に位置しており、エンジンからの排ガスがまず目封止部８を有するハニカム構造体１１を通過した後、ＳＣＲ触媒を担持したハニカム構造体１を通過するガス流れ方向とした。
【００７９】
［ＮＯｘ浄化性能］
ガス浄化システムに、７Ｌディーゼルエンジンを用いて、コールドスタートでＮＲＴＣモードで運転した時の、ガス浄化システムの入口側のＮＯｘ濃度と出口側のＮＯｘ濃度とをガス分析計を用いて測定した。測定結果から、ガス浄化システムのＮＯｘ浄化効率（１００−出口側のＮＯｘ濃度／入口側のＮＯｘ濃度×１００）を求めた。ガス浄化システムによるガス浄化時には、ＤＰＦとＳＣＲ触媒の間で尿素水を排ガスに添加し、ＳＣＲ触媒による浄化を行った。また、同時にＳＣＲ触媒の入口側の温度も測定した。なお、ＮＯｘ浄化効率の評価としては、ＮＯｘ浄化効率が９０％以上であった場合を「○（良好）」、ＮＯｘ浄化効率が７５％以上９０％未満であった場合を「△（可）」、ＮＯｘ浄化効率が７５％未満であった場合を「×（不可）」とした。
【００８０】
［アイソスタティック強度］
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）のＭ５０５−８７で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカム構造体１を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、ハニカム構造部が空洞内に落ち込むように破壊してしまう水圧の大きさを測定することによって行った。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム構造体１が破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。なお、アイソスタティック破壊強度の評価としては、アイソスタティック破壊強度が２．０ＭＰａ以上であった場合を「◎（優）」、アイソスタティック強度が１．０ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満であった場合を「○（良）」、アイソスタティック強度が０．５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ未満であった場合を「△（可）」、アイソスタティック強度が０．５ＭＰａ未満であった場合を「×（不可）」とした。なお、本願実施例においては、「×（不可）」はひとつもなかった。
【００８１】
表１に、実施例１〜８のガス浄化システムにおける、排ガスを通気し始めてから４分後に測定したＮＯｘ浄化効率およびハニカム構造体１のアイソスタティック強度を示す。表２に、実施例１と、比較例１，２のガス浄化システムにおける、排ガスを通気し始めてから１０分後まで２分刻みで測定したＮＯｘ浄化効率とＳＣＲ触媒の入口側のガス温度を示す。
【００８２】
【表１】
2015183633.tif 000003
【００８３】
【表２】
2015183633.tif 000004
【００８４】
実施例１〜８のガス浄化システムは、第一のハニカム構造体１の断面中央部に中心軸方向に貫通した空洞部９を形成し、ケーシング２１内で、ガスが折り返すように流通部を設けて内側にＳＣＲを配置させることにより、省スペース化と良好なＮＯｘ浄化性能を実現した。空洞部９を設けず、ＤＰＦ、ＳＣＲを直列に配置した比較例１は、特にアンモニア噴射のために大きなスペースが必要となり、コールドスタート時のＮＯｘ浄化性能も良くなかった。ＳＣＲが外側に配置された比較例２は、コールドスタート時のＮＯｘ浄化性能が良くなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、省スペース化と高い温度応答性を実現することにより、オフロード車両等のガス浄化システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１：ハニカム構造体、２：端面、２ａ：第一の端面、２ｂ：第二の端面、３：セル、３ａ：所定のセル、３ｂ：残余のセル、４：隔壁、６：ハニカム構造部、７：外周壁、８：目封止部、９：空洞部、１１：第二のハニカム構造体、１２：端面、１２ａ：第一の端面、１２ｂ：第二の端面、１３：セル、１３ａ：所定のセル、１３ｂ：残余のセル、１４：隔壁、１６：ハニカム構造部、１７：外周壁、２１：ケーシング、２２：収納部、２３：分離部、２４：外周流通部、２５：内周流通部、２６：折り返し部、３０：尿素噴射部。
【図１Ａ】
2015183633.tif 000005
【図１Ｂ】
2015183633.tif 000006
【図２】
2015183633.tif 000007
【図３】
2015183633.tif 000008