(57)【要約】【課題】本発明は、触媒温度を迅速に高めて浄化率を向上させることができる排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、排気ガス流路の触媒の上流側に設けられる熱交換部材、又は排気ガス流路に設けられる触媒の担体としての熱交換部材を備える排気ガス浄化装置であって、前記熱交換部材を加熱する加熱手段が前記熱交換部材の周囲に設けられており、且つ前記熱交換部材が、高熱伝導性金属のめっき層を有する基材であることを特徴とする排気ガス浄化装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流路の触媒の上流側に設けられる熱交換部材、又は排気ガス流路に設けられる触媒の担体としての熱交換部材を備える排気ガス浄化装置であって、
前記熱交換部材を加熱する加熱手段が前記熱交換部材の周囲に設けられており、且つ前記熱交換部材が、高熱伝導性金属のめっき層を有する基材であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記基材が多孔質基材であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記高熱伝導性金属のめっき層がＣｕめっき層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記Ｃｕめっき層の表面にＮｉめっき層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記基材と前記Ｃｕめっき層との間にＮｉめっき層が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記熱交換部材は、最表層のめっき層に触媒が担持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記熱交換部材は、最表層のめっき層に無機微粒子が担持されており、且つ前記最表層のめっき層の表面に触媒層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５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】
本発明は、排ガス浄化装置に関し、特に、尿素水の加水分解によって生成するアンモニアを還元剤として用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化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）システムを用いた排気ガス浄化装置が開発されている。この排気ガス浄化装置は、一般に、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスが流通する排気ガス流路に、酸化触媒と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒を通過したアンモニアを酸化するアンモニアスリップ触媒とが順次設けられている。
【０００３】
この排気ガス浄化触媒に用いられる各種触媒は、一般に、担体に担持して使用される。担体としては、セラミック担体やメタル担体等が知られており、めっき層を表面に形成した担体も知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１６４４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、排気ガス浄化装置に用いられる触媒は、高温になると活性化して浄化率が向上するという性質がある。触媒は、排気ガスとの接触によって温度が高められるため、例えば、スタート時においては、排気ガスの温度が低く、それに伴って触媒温度も低くなる。その結果、触媒温度が十分に高められるまでの間の浄化率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、触媒温度を迅速に高めて浄化率を向上させることが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】
【０００７】
本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、高熱伝導性金属のめっき層を有する基材を熱交換部材として用いると共に、熱交換部材の周囲に加熱手段を設けることにより、排気ガスや触媒の温度を迅速に高め得ることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の第（１）項〜第（７）項である。
（１）  排気ガス流路の触媒の上流側に設けられる熱交換部材、又は排気ガス流路に設けられる触媒の担体としての熱交換部材を備える排気ガス浄化装置であって、
前記熱交換部材を加熱する加熱手段が前記熱交換部材の周囲に設けられており、且つ前記熱交換部材が、高熱伝導性金属のめっき層を有する基材であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
（２）前前記基材が多孔質基材であることを特徴とする第（１）項に記載の排気ガス浄化装置。
（３）前記高熱伝導性金属のめっき層がＣｕめっき層であることを特徴とする第（１）項又は第（２）項に記載の排気ガス浄化装置。
【０００９】
（４）前記Ｃｕめっき層の表面にＮｉめっき層が形成されていることを特徴とする第（３）項に記載の排気ガス浄化装置。
（５）前記基材と前記Ｃｕめっき層との間にＮｉめっき層が形成されていることを特徴とする第（３）項又は第（４）項に記載の排気ガス浄化装置。
（６）前記熱交換部材は、最表層のめっき層に触媒が担持されていることを特徴とする第（１）項〜第（５）項のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
（７）前記熱交換部材は、最表層のめっき層に無機微粒子が担持されており、且つ前記最表層のめっき層の表面に触媒層が形成されていることを特徴とする第（１）項〜第（５）項のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、触媒温度を迅速に高めて浄化率を向上させることができる排気ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図である。
【図２】図１のａ−ａ’線の横断面図である。
【図３】ハニカム基材を用いた熱交換部材の拡大縦断面図である。
【図４】ハニカム基材を用いた熱交換部材の拡大横断面図である。
【図５】ハニカム基材を用いた熱交換部材における外周部及び中心部の温度の違いを示すグラフである。
【図６】高熱伝導性金属のめっき層（Ｃｕめっき層）の表面にＮｉめっき層が形成された熱交換部材の断面図である。
【図７】基材と高熱伝導性金属のめっき層（Ｃｕめっき層）との間にＮｉめっき層が形成された熱交換部材の断面図である。
【図８】一般的な排気ガス浄化装置の構成模式図である。
【図９】最表層のめっき層（Ｎｉめっき層）の表面に触媒層が形成された熱交換部材の断面図である。
【図１０】最表層のめっき層（Ｎｉめっき層）に触媒が担持された熱交換部材の断面図である。
【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図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図を図１、図１のａ−ａ’線の横断面図を図２にそれぞれ示す。
図１及び図２において、熱交換部材１は排気ガス流路２内に設けられている。また、熱交換部材１の周囲には、熱交換部材１を加熱する加熱手段３が設けられている。熱交換部材１は、高熱伝導性金属のめっき層を有する基材であるため、熱伝導率が高く、加熱手段３からの加熱によって熱交換部材１全体の温度を迅速に高めることができる。その結果、熱交換部材１と接触する排気ガスの温度を迅速に高めることができる。そのため、熱交換部材１を触媒の上流側に配置すると、排気ガスを介して触媒温度を迅速に高めて浄化率の向上を図ることが可能となる。また、熱交換部材１を触媒の担体として利用することで、加熱手段３からの加熱によって触媒全体の温度を迅速に高めて浄化率の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
熱交換部材１に用いられる基材としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。基材の例としては、フィルター基材、ハニカム基材（例えば、ストレートフロー型のハニカム基材又はウォールフロー型のハニカム基材）等が挙げられるが、めっき処理のし易さ及び排気ガスとの接触面積等の観点から、ハニカム基材であることが好ましい。
【００１４】
ここで、ハニカム基材を用いた熱交換部材１の拡大縦断面図を図３、拡大横断面図を図４にそれぞれ示す。
図３及び図４において、熱交換部材１は、隔壁４と、隔壁４により区画形成されて排気ガスの流路となる複数のセル６と、めっき処理によって隔壁４の表面（及び隔壁４が多孔質である場合は、その細孔の表面（図示していない））に形成された高熱伝導性金属のめっき層５とを有する。この熱交換部材１では、排気ガスが複数のセル６内を流れるため、排気ガスとの接触面積が大きくなる。その結果、熱交換部材１から排気ガスへの伝熱量が多くなり、排気ガスの温度を迅速に高めることが可能となる。
【００１５】
次に、ハニカム基材を用いた熱交換部材１において、高熱伝導性金属のめっき層５の有無による外周部（外周から１ｍｍの位置）及び中心部の温度の違いを図５のグラフに示す。なお、この実験結果は、図１及び２に示すような熱交換部材１の外周に設けられた加熱手段３（ヒータ）から加熱を行い、ハニカム基材としてコージェライト製のハニカム基材（直径１００ｍｍ）、高熱伝導性金属のめっき層５としてＣｕめっき層を用いた場合の結果である。
図５のグラフに示されるように、Ｃｕめっき層を形成していないハニカム基材では、ハニカム基材の熱伝導率が低いため、ヒータ温度を３００℃まで高めても中心部の温度が低いままである。これに対して、Ｃｕめっき層を形成したハニカム基材では、ハニカム基材の熱伝導率が高くなるため、中心部の温度を高めることが可能になる。特に、Ｃｕめっき層の厚さを大きくするほど、中心部と外周部との温度差が小さくなり、熱交換部材１を流通する排気ガスを均一且つ迅速に加熱することが可能になる。
【００１６】
熱交換部材１に用いられる基材の材質としては、特に限定されず、コージェライト、ＳｉＣ、チタン酸アルミニウム等のようなセラミック材料であっても、ステンレス鋼や鉄等のような金属材料であってもよい。その中でも、セラミック材料は、多孔質基材を形成することができ、細孔の表面にもめっき処理されることによって多様な伝熱パスが形成される結果、熱伝導性が向上するため好ましい。
【００１７】
基材の形状としては、特に限定されず、熱交換部材１の使用箇所に応じて適宜設定することができる。したがって、図１及び２では、基材の断面形状が円である場合を例示したが、円以外にも楕円、四角、多角形等を選択してもよい。
【００１８】
高熱伝導性金属としては、熱伝導性が高い金属であれば特に限定されない。高熱伝導性金属の例としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ｆｅ）等が挙げられる。高熱伝導性金属は、単一成分を用いても、２種以上の成分を組み合わせて用いてもよい。その中でも、高熱伝導性金属は、熱伝導性の観点から、銅であることが好ましい。
【００１９】
このような構造を有する熱交換部材１は、基材を高熱伝導性金属でめっき処理することによって製造することができる。
めっき処理の方法としては、特に限定されず、基材の種類に応じて無電解めっき又は電解めっきを選択すればよい。具体的には、所定の構造を有する基材（例えば、ハニカム基材）を高熱伝導性金属のめっき処理液に浸漬することによって、高熱伝導性金属のめっき層５を基材の表面に形成することができる。
なお、めっき処理を行った基板を用いて所定の構造を有する基材を作製することも可能であるが、めっき層の剥離を防止する観点から、所定の構造を有する基材を作製した後に、めっき処理を施すことが好ましい。
【００２０】
めっき処理によって形成される高熱伝導性金属のめっき層５の厚さは、作製する熱交換部材１の大きさ等に応じて調整すればよく、特に限定されないが、一般に１μｍ〜１００μｍである。
【００２１】
また、熱交換部材１が配置される部分によっては、高伝導金属めっき層（特に、Ｃｕめっき層）が酸によって腐食する場合がある。そのため、高伝導金属めっき層の腐食を防止する観点から、図６に示すように、基材７の表面に形成された高熱伝導性金属のめっき層５（特に、Ｃｕめっき層）の表面に、Ｎｉめっき層８をさらに形成してもよい。
高熱伝導性金属のめっき層５の表面に形成されるＮｉめっき層８の厚さは、熱交換部材１の用途に応じて適宜調整すればよく、特に限定されないが、一般に１μｍ〜５０μｍである。
【００２２】
また、基材７の種類によっては、高熱伝導性金属のめっきに時間がかったり、高熱伝導性金属のめっき層５の付着性が十分でない場合がある。そのため、高熱伝導性金属のめっき処理の時間を短縮すると共に、高熱伝導性金属のめっき層５の付着性を高める観点から、図７に示すように、基材７と高熱伝導性金属のめっき層５（特に、Ｃｕめっき層）との間にＮｉめっき層８をさらに形成してもよい。Ｎｉめっき層８を基材７上に予め形成することにより、導電体でない基材７を用いた場合であっても、電解めっきを行うことが可能となる。
基材７と高熱伝導性金属のめっき層５との間に形成されるＮｉめっき層８の厚さは、熱伝導性を阻害しない程度であれば限定されず、一般に１μｍ〜１０μｍである。
【００２３】
熱交換部材１を加熱する加熱手段３は、熱交換部材１の局所的な加熱を防止する観点から、熱交換部材１の周囲に設けられる。加熱手段３としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の装置を用いることができる。加熱手段３の例としては、各種ヒータ（例えば、電熱式のヒータ）が挙げられる。
【００２４】
排気ガス浄化装置における熱交換部材１の設置位置は、各種触媒の上流側であれば特に限定されない。
ここで、一般的な排気ガス浄化装置の構成模式図を図８に示す。この排気ガス浄化装置では、内燃機関であるディーゼルエンジン１０から排出された排気ガスが流通する排気ガス流路１１に、酸化触媒１２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３と、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒１４と、ＳＣＲ触媒１４を通過したアンモニアを酸化するアンモニアスリップ触媒１５とが設けられている。
【００２５】
また、排気ガス流路１１には、ＤＰＦ１３とＳＣＲ触媒１４との間に、尿素水を排気ガス流路１１内に供給する尿素水供給手段である噴射ノズル１６が設けられている。噴射ノズル１６は、尿素水供給管１７を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク１８に接続されている。尿素水供給管１７には、尿素水タンク１８内の尿素水を噴射ノズル１６に供給するための尿素水供給システム１９が設けられている。尿素水供給システム１９は、所定量の尿素水を噴射ノズル１６に供給するためにポンプ及び流量制御弁を有しており（図示していない）、制御装置であるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に電気的に接続されている。
【００２６】
上記のような構成を有する排気ガス浄化装置において、内燃機関であるディーゼルエンジン１０から排出された排気ガスは、酸化触媒１２によって未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が酸化された後、パティキュレートマター（ＰＭ）がＤＰＦ１３で捕集される。次に、噴射ノズル１６から供給された尿素水は、排気ガスの熱及び排気ガス中の水蒸気によって加水分解され、還元剤として機能するアンモニアへと転化される。そして、このアンモニアは、ＳＣＲ触媒１４において排気ガス中のＮＯｘと選択的に還元反応し、水及び窒素（Ｎ２）へと浄化された後、アンモニアスリップ触媒１５によってＳＣＲ触媒１４を通過したアンモニアが酸化される。
【００２７】
熱交換部材１は、上記のような構成及び機能を有する排気ガス浄化装置において、酸化触媒１２、ＳＣＲ触媒１４、アンモニアスリップ触媒１５の上流側に配置することができる。その中でも、排気ガスの加熱効率等の観点から、酸化触媒１２の上流側に配置することが好ましい。
【００２８】
また、熱交換部材１は、各種触媒の担体、例えば、酸化触媒１２、ＳＣＲ触媒１４、及びアンモニアスリップ触媒１５の担体としても用いることができる。熱交換部材１を各種触媒の担体として用いることにより、排気ガスを加熱する部分を省略することができるため、排気ガス浄化装置のサイズを小さくすることができる。さらに、担持された触媒を直接加熱することができるため、排気ガスによって間接的に触媒を加熱する場合と比べて触媒温度を効率良く高めることができる。
【００２９】
熱交換部材１を各種触媒の担体として用いる場合、触媒層を最表層のめっき層の表面に形成すればよい。このとき、図９に示すように、最表層のめっき層（Ｎｉめっき層８）と、その上に形成される触媒層３０との密着性を高める観点から、最表層のめっき層（Ｎｉめっき層８）に無機微粒子３１を担持させてもよい。最表層のめっき層に無機微粒子３１を担持させることにより、最表層のめっき層の表面に凹凸が形成され、その上に形成される触媒層３０との密着性が向上する。
最表層のめっき層に無機微粒子３１を担持させる方法としては、特に限定されないが、最表層のめっき層の形成に用いるめっき処理液に無機微粒子を配合して、めっき処理を行えばよい。無機微粒子３１としては、めっき処理液に配合可能なものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
触媒層３０を形成する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。
【００３０】
或いは、熱交換部材１を各種触媒の担体として用いる場合、図１０に示すように、触媒３２を最表層のめっき層（Ｎｉめっき層８）に担持させてもよい。最表層のめっき層に触媒３２を担持させることにより、触媒層３０を形成する工程が不要となり、製造工程の簡略化及びコスト低減につながる。
最表層のめっき層に触媒を担持させる方法としては、特に限定されないが、最表層のめっき層の形成に用いるめっき処理液に触媒を配合して、めっき処理を行えばよい。
【００３１】
上記のような構成を有する本実施の形態の排気ガス浄化装置によれば、熱交換部材１によって触媒温度を迅速に高めて浄化率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  熱交換部材、２  排気ガス流路、３  加熱手段、４  隔壁、５  高熱伝導性金属のめっき層、６  セル、１０  ディーゼルエンジン、１１  排気ガス流路、１２  酸化触媒、１３  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、１４  ＳＣＲ触媒、１５  アンモニアスリップ触媒、１６  噴射ノズル、１７  尿素水供給管、１８  尿素水タンク、１９  尿素水供給システム、２０  エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、３０  触媒層、３１  無機微粒子、３２  触媒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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