(57)【要約】【課題】  排気中に含まれる粒子状物質の大気中への排出を最大限抑制し、以ってより一層厳格に環境汚染の拡大を抑制することができる排気処理装置を提供する。【解決手段】  排気処理装置１０の排気通路２に、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、ディーゼルパティキュレートフィルタ４０が、この順番で介装される。尿素ＳＣＲ触媒３０は排気中のＮＯｘを還元して浄化する。排気通路２の最下流に配設されるディーゼルパティキュレートフィルタ４０は、内燃機関１からの排気中のＰＭを捕集すると共に、尿素ＳＣＲ触媒３０からリークしてくるＮＨ４ＮＯ３（硝酸アンモニウム）、メラミンなどの粒子状物質を捕集する。これにより、内燃機関１から排出されるＰＭ、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる尿素由来の物質を含む、あらゆるＰＭ（粒子状物質）を捕集することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置から排気通路を介して排出される排気を処理する排気処理装置であって、
前記排気通路に尿素選択還元型ＮＯｘ触媒が配設される場合に、当該尿素選択還元型ＮＯｘ触媒の排気下流側にパティキュレートフィルタを配設し、前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒から排気下流側に流出する粒子状物質を捕集させるようにしたことを特徴とする排気処理装置。
【請求項２】
前記パティキュレートフィルタの排気上流側直近に酸化触媒が配設される、又は前記パティキュレートフィルタが酸化触媒付きパティキュレートフィルタ或いは酸化触媒化パティキュレートフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
【請求項３】
前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒の排気上流側に酸化触媒が配設されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項４】
前記パティキュレートフィルタの再生時に、燃焼装置は燃料ポスト噴射を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の排気処理装置。
【請求項５】
前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が１００°Ｃ程度の低温状態から、前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一つに記載の排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置から排出され種々の排出物質を含む気体（排気）を処理する排気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置からの排気を浄化して環境汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、例えば、ディーゼル燃焼機関に関しては、排気中のＰＭ（パティキュレートマター：粒子状物質＝主に黒煙（スス）、ＳＯＦと称される燃え残った燃料や潤滑油の成分、サルフェートと称される軽油燃料中の硫黄分から生成される成分、その他の固体物質を含む）の大気への排出を抑えるために、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）やＣＳＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｓｏｏｔ  Ｆｉｌｔｅｒ：触媒化フィルタ）を排気通路に介装し、排気をディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを通過させることで排気中のＰＭを捕集する一方、ディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを種々の方法により再生することが行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１などにおいては、排気中に含まれるＮＯｘとＰＭの同時低減を実現するために、ディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを排気通路に介装すると共に、その下流側に、ＮＯｘ低減に有効な尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を介装することが提案されている。なお、尿素ＳＣＲとは、酸素共存下においても選択的にＮＯｘを還元剤と反応させることができる特性を備えた選択還元型ＮＯｘ触媒であって、毒性のない尿素水を排気中に添加してアンモニアと炭酸ガスに熱分解し、この生成されたアンモニアを還元剤として用いて選択還元型ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘを還元して浄化しようとするものである。
【０００４】
より詳細には、特許文献１に記載されるような従来の排気処理装置においては、例えば、図５に示すように、ディーゼル燃焼機関１の排気通路２の最上流側の排気温度の比較的高い位置に再生効率等の観点より酸化触媒とディーゼルパティキュレートフィルタ（図５では、酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ３）を介装し、その下流側に尿素水添加装置４、尿素ＳＣＲ５を介装すると共に、尿素ＳＣＲ５からリークしてくる余剰のアンモニア（ＮＨ３）を酸化処理するためのアンモニア酸化触媒６を介装していた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここにおいて、燃焼機関の排気に含まれるＰＭの環境への影響等についてのより一層厳密な研究が行われて来ている。
【０００７】
例えば、従来、排気に含まれるＰＭの重量の軽減に重点が置かれて来たが、ここへ来て、燃焼機関の排気に含まれるＰＭが環境へ与える影響をより一層厳格に管理するために、排気に含まれるＰＭの個数の影響等にも着目され始めている。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、排気中に含まれる粒子状物質の個数の影響度合いを考慮して、排気中に含まれるすべての粒子状物質の大気中への排出を最大限抑制し、以ってより一層厳格に環境汚染の拡大を抑制することができる排気処理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】
【０００９】
このため、本発明に係る排気処理装置は、
燃焼装置から排気通路を介して排出される排気を処理する排気処理装置であって、
前記排気通路に尿素選択還元型ＮＯｘ触媒が配設される場合に、当該尿素選択還元型ＮＯｘ触媒の排気下流側にパティキュレートフィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ）を配設し、前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒から排気下流側に流出する粒子状物質を捕集させるようにした。
【００１０】
本発明においては、前記パティキュレートフィルタの排気上流側直近に酸化触媒が配設されることができる、又は前記パティキュレートフィルタが酸化触媒付きパティキュレートフィルタ或いは酸化触媒化パティキュレートフィルタであることを特徴とすることができる。
【００１１】
本発明において、前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒の排気上流側に酸化触媒が配設されることを特徴とすることができる。
【００１２】
本発明において、前記パティキュレートフィルタの再生時に、燃焼装置は燃料ポスト噴射を行うことを特徴とすることができる。
また、本発明においては、前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が１００°Ｃ程度の低温状態から、前記尿素選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤（尿素若しくはアンモニア）を供給する構成とすることができる。当該構成によれば、排気温度が低い状態においても、粒子状物質の大気中への排出を最大限抑制しながら、硝酸アンモニウムを積極的に生成して、排気中のＮＯｘを効果的に低減できることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気中に含まれる粒子状物質の個数の影響度合いを考慮して、排気中に含まれるすべての粒子状物質の大気中への排出を最大限抑制し、以ってより一層厳格に環境汚染の拡大を抑制することができる排気処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態を、図１に基づいて説明する。
図１の（Ａ）に示すように、本実施の形態の排気処理装置１０においては、例えばディーゼル機関のような内燃機関１から排出される排気が流れる排気通路２に、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒を担持して成る触媒再生型のディーゼルパティキュレートフィルタ４０が、この順番で介装されている。
【００１６】
なお、尿素水添加装置２０は、毒性のない尿素水を排気中に添加して熱分解することでアンモニアと炭酸ガスを生成し、アンモニアを下流側の尿素ＳＣＲ触媒に供給するための装置である。
【００１７】
また、尿素ＳＣＲ触媒３０は、前記尿素水添加装置２０を介して供給されるアンモニアを還元剤として用いて選択還元型ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘを還元して浄化するための触媒装置である。
【００１８】
ここで、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０は、排気中のＰＭを捕集するためのフィルタで、本実施形態では、当該ディーゼルパティキュレートフィルタ４０には、排気上流側に配設される尿素ＳＣＲ触媒３０からリークしてくる余剰のアンモニア（ＮＨ３）が大気中へそのまま放出されるのを防止すべく、当該アンモニア（ＮＨ３）を酸化処理してＮ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏに変換するためのアンモニア酸化触媒が担持されている。
【００１９】
本実施形態に係る排気処理装置１０によれば、図１の（Ｂ）に示すように、内燃機関１から排出されるＰＭは、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０により捕集される。
【００２０】
また、内燃機関１から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）は尿素ＳＣＲ触媒３０により所定に還元されて、Ｎ２、Ｈ２Ｏに変換され浄化される。
【００２１】
しかしながら、尿素ＳＣＲ触媒３０におけるＮＯｘの還元作用において尿素に由来する生成物、例えば、ＮＨ４ＮＯ３（硝酸アンモニウム）、メラミンなどが副生成されると共に、余剰となった未反応の尿素が、尿素ＳＣＲ触媒３０から粒子状物質として流出してくる惧れがある。
【００２２】
このため、本実施形態では、図１の（Ａ）に示したように、排気通路２に、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０を、この順番で配設することで、排気中に含まれるＮＯｘを効果的に還元して浄化することができると共に、内燃機関１から排出されるＰＭ、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素などを含むあらゆる粒子状物質を捕集して大気中への排出を防止することができるようにしている。
【００２３】
なお、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０の再生については、内燃機関１側を制御して、いわゆる燃料ポスト噴射（１回の燃焼のうち、メイン噴射後に行う噴射で、筒内で燃焼させずに排気と共に未燃の炭化水素ＨＣをディーゼルパティキュレートフィルタに供給することを狙った燃料噴射）を行わせることで、未燃の炭化水素を排気と共にディーゼルパティキュレートフィルタに供給してディーゼルパティキュレートフィルタに担持されている触媒上で反応させ、その反応熱を利用してＰＭを燃焼（酸化）させて再生することができる。
【００２４】
また、上記再生方法に加えて或いは上記再生方法に代えて、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０の排気上流側に、電気ヒータを配設し電気ヒータの熱を利用して再生する構成や、燃料添加装置を配設し排気中に燃料を添加して燃焼させることで昇温させて再生を行わせる構成を採用することも可能である。
【００２５】
ところで、代表的な尿素由来の生成物の燃焼温度は、硝酸アンモニウムは２１０°Ｃで分解が始まり、尿素は融点１３５°Ｃで昇華が始まり、メラミンは融点３４７°Ｃで分解が始まるため、ディーゼルパティキュレートフィルタ４０の強制再生時の床温度（例えば、約５５０°Ｃ）より低温であることから、ディーゼルパティキュレートフィルタ４０の強制再生時に尿素由来の生成物を燃焼させることが可能である。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、排気通路２に、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０を、この順番で配設する構成としたので、排気中に含まれるＮＯｘを効果的に還元して浄化することができると共に、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０の再生を可能にしながら、内燃機関１から排出されるＰＭ、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる尿素由来の物質（例えば、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素など）を含む、あらゆるＰＭ（粒子状物質）を捕集して大気中への排出を防止することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図２に基づいて説明する。
図２の（Ａ）に示すように、本実施の形態の排気処理装置１００においては、内燃機関１から排出される排気が流れる排気通路２に、酸化触媒５０、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０が、この順番で介装されている。
【００２８】
本実施形態に係る排気処理装置１００によれば、図２の（Ｂ）に示すように、内燃機関１から排出されるＰＭは、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０により捕集される。
【００２９】
また、内燃機関１から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）は尿素ＳＣＲ触媒３０により所定に還元されて、Ｎ２、Ｈ２Ｏに浄化される。
【００３０】
更に、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる尿素由来の物質（例えば、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素など）は、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０により捕集することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、酸化触媒５０を上流に介装したので、ＮＯ、ＮＯ２の酸化を促進できると共に、尿素ＳＣＲ触媒３０へ流入する排気温度を上昇させることができるため、尿素ＳＣＲ触媒３０における還元反応を効率良く行わせることができる。更に、第１の実施の形態と同様の再生方法で再生されるアンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０の再生時において当該アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０に流入する排気の温度を上昇させることにも寄与するため、再生効率を高めることができる。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、排気通路２に、酸化触媒５０、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０を、この順番で配設する構成としたので、一層効率良く、排気中に含まれるＮＯｘを効果的に還元して浄化することができると共に、内燃機関１から排出されるＰＭ、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素などを含む、あらゆるＰＭ（粒子状物質）を捕集して大気中への排出を防止することができる。
【００３３】
続けて、本発明の第３の実施の形態を、図３に基づいて説明する。
図３の（Ａ）に示すように、本実施の形態の排気処理装置１１０においては、内燃機関１から排出される排気が流れる排気通路２に、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、酸化触媒５０、ＣＳＦ（酸化触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ：セラミックスのウォールスルー・フィルターに直接触媒加工したもの）６０が、この順番で介装されている。
【００３４】
本実施形態に係る排気処理装置１１０によれば、図３の（Ｂ）に示すように、内燃機関１から排出されるＰＭは、ＣＳＦ６０により捕集される。
【００３５】
また、内燃機関１から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）は尿素ＳＣＲ触媒３０により所定に還元されて、Ｎ２、Ｈ２Ｏに浄化される。
【００３６】
更に、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる尿素由来の物質（例えば、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素など）は、ＣＳＦ６０により捕集することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、酸化触媒５０をＣＳＦ６０の上流に介装したので、第１の実施の形態と同様の再生方法で再生されるＣＳＦ６０の再生時において当該ＣＳＦ６０に流入する排気の温度を上昇させることができるため、再生効率を高めることができる。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、排気通路２に、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、酸化触媒５０、ＣＳＦ６０を、この順番で配設する構成としたので、排気中に含まれるＮＯｘを効果的に還元して浄化することができると共に、ＣＳＦ６０の再生効率を高めながら、内燃機関１から排出されるＰＭ、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素などを含む、あらゆるＰＭ（粒子状物質）を捕集して大気への排出を防止することができる。
【００３９】
次に、本発明の第４の実施の形態を、図４に基づいて説明する。
図４の（Ａ）に示すように、本実施の形態の排気処理装置１２０においては、内燃機関１から排出される排気が流れる排気通路２に、ＣＳＦ６０、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０が、この順番で介装されている。
【００４０】
本実施形態に係る排気処理装置１２０によれば、図４の（Ｂ）に示すように、内燃機関１から排出されるＰＭは、ＣＳＦ６０及びアンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０により捕集される。
【００４１】
また、内燃機関１から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）は尿素ＳＣＲ触媒３０により所定に還元されて、Ｎ２、Ｈ２Ｏに浄化される。
【００４２】
更に、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる尿素由来の物質（例えば、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素など）は、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０により捕集することができる。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、排気通路２に、ＣＳＦ６０、尿素水添加装置２０、尿素ＳＣＲ触媒３０、アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０を、この順番で配設する構成としたので、排気中に含まれるＮＯｘを効果的に還元して浄化することができると共に、内燃機関１から排出されるＰＭをＣＳＦ６０により捕集し、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素などを含む、あらゆるＰＭ（粒子状物質）をアンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０により捕集することができる構成としたので、より一層確実に粒子状物質の大気への拡散を防止することができる。更に、パティキュレートフィルタを２つに分けたので、各フィルタを小容量化することができるため、例えば再生効率等の促進を図ることができる。
【００４４】
ところで、上述した各実施の形態では、尿素ＳＣＲ触媒３０で副生成されたり余剰となって流出してくる硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、メラミン、尿素などを含む、あらゆるＰＭ（粒子状物質）をアンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４０或いはＣＳＦ６０によりに捕集することができる構成としたので、比較的排気温度が低い状態（硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）の分解開始温度や尿素の昇華温度より低い温度、例えば１００°Ｃ程度）からでも、尿素ＳＣＲ触媒３０に還元剤（尿素若しくはアンモニア）を供給し排気中のＮＯｘの還元を行っても、副生成される硝酸アンモニウムを確実に捕集することができる。
【００４５】
従って、上述した各実施の形態においては、排気温度が比較的低い状態（例えば、１００°Ｃ程度）から、還元剤（尿素若しくはアンモニア）を供給する構成とすることができ、これにより、低温時においても、副生成される硝酸アンモニウムを確実に捕集しながら、排気中のＮＯｘを効果的に低減することが可能となる。
【００４６】
ところで、上記各実施の形態において、内燃機関１は、例えばディーゼル燃焼を行うディーゼルエンジンとすることができるが、これに限定されるものではなく、排気を伴う燃焼装置であれば、ガソリンエンジンその他の内燃機関の他、外燃機関とすることもでき、燃焼方式に拘わらず、あらゆる移動式・定置式の燃焼装置とすることができる。
【００４７】
以上で説明した各実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図であり、（Ｂ）は同排気処理装置における排気処理のフローを概略的に説明するフロー説明図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図であり、（Ｂ）は同排気処理装置における排気処理のフローを概略的に説明するフロー説明図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図であり、（Ｂ）は同排気処理装置における排気処理のフローを概略的に説明するフロー説明図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図であり、（Ｂ）は同排気処理装置における排気処理のフローを概略的に説明するフロー説明図である。
【図５】（Ａ）は、従来の排気処理装置の構成例を示す図であり、（Ｂ）は同排気処理装置における排気処理のフローを概略的に説明するフロー説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    内燃機関
２    排気通路
２０  尿素水添加装置
３０  尿素選択還元型ＮＯｘ触媒
４０  アンモニア酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ
５０  酸化触媒
６０  ＣＳＦ
【図１】
2008286059.tif 000003
【図２】
2008286059.tif 000004
【図３】
2008286059.tif 000005
【図４】
2008286059.tif 000006
【図５】
2008286059.tif 000007