(57)【要約】【課題】簡素な構造で、還元性ガスの発生を精度良く制御できる還元性ガス発生装置ならびにそれを用いたＳＣＲシステムを提供することを目的とする。【解決手段】密閉コンテナ１００と、断面一定形状の固体還元剤２０を収納する固体還元剤収納部１３０と、固体還元剤押圧手段１２０によって押圧される固体還元剤２０の下面の全領域に接しつつ電子制御装置３０によって発熱制御される発熱面１４１を有し、固体還元剤２０の下面を均一に加熱し還元性ガスを安定的に発生する還元性ガス発生装置１０と、燃焼排気流路４００に配設されたＳＣＲ触媒４０と、還元性ガス導出量を補正するＳＣＲ触媒４０の上流側と下流側とに設けたガス濃度センサ４０１、４０２と、還元性ガス導出孔１１２を開閉する制御弁１６１と、還元性ガスの導出圧力を増幅する圧縮ポンプ１６０と、で固体還元剤ＳＣＲシステム１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体還元剤を加熱分解し、アンモニアを含む還元性ガスを発生する還元性ガス発生装置において、
上記固体還元剤は、中心軸に対して直交する断面が一定形状をなす柱状に形成された固体還元剤であり、
上記固体還元剤の下面に対向してその全領域に接する発熱面と、通電によって該発熱面を加熱する発熱体と、を含む発熱部を具備することを特徴とする還元性ガス発生装置。
【請求項２】
上記固体還元剤の軸方向と上記発熱面とを直交せしめると共に、上記固体還元剤と上記発熱面との接触する位置を保持して、上記固体還元剤を収納する固体還元剤収納部を備えることを特徴とする請求項１に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項３】
有底筒状とした上記固体還元剤収納部を内部に配し、上記固体還元剤が上記発熱部により加熱されて発生した還元性ガスをその内部に貯留する密閉圧力容器状のコンテナと、
上記還元性ガスを上記コンテナ外に導出する還元性ガス導出孔と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項４】
上記固体還元剤収納部と上記コンテナの内壁との間に設けられ、上記還元性ガスを上記導出孔に導く通気路と、
上記固体還元剤と上記発熱面との接触する面部位にて発生した還元性ガスを上記通気路に通記する通気手段と、を設けたことを特徴とする請求項３に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項５】
上記通気手段は、上記還元性ガスが透過可能な多孔質体にて形成された上記固体還元剤収納部壁面であることを特徴とする請求項４に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項６】
上記通気手段は、上記固体還元剤収納部底壁内側表面に中心から径方向外側に向かって穿設された少なくとも１条以上からなる固体還元剤収納部底壁溝部と、
上記固体還元剤収納部底壁溝部に連通し、上記固体還元剤収納部側壁内側表面に下端から上端に向かって穿設された、少なくとも１条以上からなる固体還元剤収納部側壁溝部と、
上記固体還元剤収納部の上部に形成され、上記固体還元剤収納部溝部と接続し、上記固体還元剤収納部の内外を連通する固体還元剤収納部側面開口部と、で構成されることを特徴とする請求項４に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項７】
上記固体還元剤の分解に伴う体積減少に応じて、上記固体還元剤下面を上記発熱面に押圧する固体還元剤押圧手段を具備することを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項８】
上記固体還元剤押圧手段は、上記コンテナの内側に設けたバネ装置または油圧装置であることを特徴とする請求項７に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項９】
上記固体還元剤押圧手段は、上記コンテナ内壁と上記固体還元剤収納部内壁と上記固体還元剤上面とで形成された空間で固体還元剤背圧空間を構成し、上記固体還元剤背圧空間内に導入された上記還元性ガスを含む上記空間内のガス圧力を上記固体還元剤の押圧に利用することを特徴とする請求項７または８に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項１０】
上記還元性ガス発生装置内の上記還元性ガスの圧力を検出する圧力計と、還元性ガスの特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度計と、を具備し、
検出された圧力と特定ガス成分濃度とから上記固体還元剤の加熱量を算出し、上記加熱部に設けられた上記発熱体への通電を制御する制御手段とを具備することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項１１】
上記固体還元剤の消費量を監視する固体還元剤消費量監視装置を具備することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項１２】
上記固体還元剤消費量監視装置は、上記固体還元剤の上面に接する上部電極と上記固体還元剤収納部の下面に接する下部電極とからなる一対の電極を具備し、上記固体還元剤の消費に伴い変化する上記電極間の、抵抗値または静電容量を測定し、その測定値が閾値以下となった時に、警報を出力または上記発熱部への電力供給を停止することを特徴とする請求項１１に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項１３】
上記固体還元剤収納部底壁が、上記下部電極をなすことを特徴とする請求項１２に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項１４】
上記固体還元剤は、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウム、カルバミン酸エチル、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、ステアリン酸アンモニウム、ギ酸アンモニウムの内、少なくともいずれか１種類を含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の還元性ガス発生装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の還元性ガス発生装置と、内燃機関の燃焼排気流路に設置されたＳＣＲ触媒と、上記還元性ガス発生装置から上記ＳＣＲ触媒の上流側に導入される還元性ガスの流量を制御する還元性ガス導入流量制御手段と、を具備し、上記還元性ガスを用いて内燃機関の燃焼排気中の窒素酸化物を還元除去する固体還元剤ＳＣＲシステム。
【請求項１６】
上記還元性ガス導入流量制御手段は、上記還元性ガス導出孔を開閉する制御弁と、
上記還元性ガス導出孔と上記制御弁との間に設けられ、上記還元性ガスの導出圧力を増幅する圧縮ポンプと、を具備する請求項１５に記載の固体還元剤ＳＣＲシステム。
【請求項１７】
燃焼排気流路に設けられたＳＣＲ触媒の上流側と下流側とに排気中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度センサを設け、得られたガス濃度によって上記還元性ガス導出量を補正する請求項１５または１６に記載の固体還元剤ＳＣＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排気中の窒素酸化物を還元するアンモニア等の還元性ガスの発生源として固体還元剤を用いた還元性ガス発生装置、ならびにそれを用いた固体還元剤ＳＣＲシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼排気中の窒素酸化物を触媒上で選択的にアンモニア等の還元性ガスと反応させ無害の窒素に還元するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction  選択的触媒還元）システムが、燃焼排気中の窒素酸化物を除去する手段として様々な分野で利用されている。
火力発電など大型プラントからの燃焼排気中の窒素酸化物を処理する場合、ＳＣＲシステムには、高圧タンクに貯蔵されたアンモニアを直接導入することが可能であるが、自動車エンジン等の小規模内燃機関からの燃焼排気中の窒素酸化物の処理を行う場合には、車両に搭載可能で、取り扱い上の安全性の高いアンモニア発生源として、アンモニア水溶液や尿素水溶液の利用が知られている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、これらの水溶液を用いた場合、アンモニアまたは尿素の溶解度に限界があるので、排気処理に有効に利用できるアンモニアは、水溶液容量の３割程度に限られ容積効率が低い。
従って、限られた車両空間に多量の水溶液を搭載するのは困難であるため、自動車エンジン等の小規模燃焼排気を処理するＳＣＲシステムの実用化が阻まれている。
また、低温環境下における水溶液の凍結や、水溶液から析出した結晶による配管の詰まりや、腐食性水溶液による配管の腐食等の問題も懸念されている。
【０００４】
そこで、アンモニア水溶液や尿素水溶液に代わるアンモニア発生源として、カルバミン酸アンモニウム等の固体尿素を加熱分解してアンモニアガスを発生させ、これを排気流路に設けられたＳＣＲ触媒の上流側に導入して燃焼排気中の窒素酸化物を還元する固体尿素ＳＣＲシステムが提案されている（非特許文献１）。
【０００５】
従来の固体尿素ＳＣＲシステムでは、図６に示すように、固体尿素の下面に配設された噴射ノズルから、熱交換器によって加熱されたオイル等の液状加熱媒体を噴射し、固体尿素表面の一部を瞬間的に昇華温度以上に加熱し、熱分解によって二酸化炭素とアンモニアとの混合気からなる還元性ガスを発生させている。
その結果、コンテナ内の固体尿素下方に位置する空間内の圧力が上昇し、この圧力を圧力センサ等により検知することにより、排気中の窒素酸化物量に適した還元性ガスの供給量を制御してＳＣＲ触媒の上流側に供給できる。
【特許文献１】特開２００５−２８２４１３号公報
【非特許文献１】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｋｒｕｇｅｒ、ｅｔ．ａｌ，”Ａ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｓｏｌｉｄ  ＳＣＲ  Ｓｙｓｔｅｍ”，  ＭＴＺ  ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  ６／２００３  ｖｏｌ．６４  ｐ．１４−ｐ．１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の固体ＳＣＲシステムでは、固体尿素を加熱分解するのに液体からなる加熱媒体を用いるため、加熱のための熱交換器のみならず、固体尿素に加熱媒体を噴射しさらにそれを回収・循環させるための噴射ノズルとオイルタンクとオイルポンプ等とからなる循環装置が必要である。
更に、還元性ガス中に加熱媒体ミストが混入し、ＳＣＲ触媒を汚染する虞もある。
このため、還元性ガス供給流路に加熱媒体ミストを分離するフィルター等を設ける等の対策が必要となる。
加えて、固体尿素の下面は加熱媒体の噴射によって局所的に分解されるので、固体尿素下面に分解される領域と分解されない領域とが混在し、還元性ガスの発生量の制御が困難となる虞もある。
更に、加熱媒体中に固体尿素が溶解し、これが加熱媒体の循環経路内で析出して、循環経路を詰まらせる虞もある。
従って、従来の固体還元剤を用いたＳＣＲシステムにおける還元性ガス発生装置は、構造が複雑な上に、還元性ガス発生量の安定化が困難である。
【０００７】
本願発明は、かかる実情に鑑み、容積効率の高い固体還元剤を用いた還元性ガス発生装置において、簡素な構造で、還元性ガスの発生を精度良く制御できる還元性ガス発生装置ならびにそれを用いたＳＣＲシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明では、固体還元剤を加熱分解し、アンモニアを含む還元性ガスを発生する還元性ガス発生装置において、
上記固体還元剤は、中心軸に対して直交する断面が一定形状をなす柱状に形成された固体還元剤であり、
上記固体還元剤の下面に対向してその全領域に接する発熱面と、通電によって該発熱面を加熱する発熱体と、を含む発熱部を具備する。
【０００９】
請求項１の発明によれば、固体還元剤の熱分解により発生する還元性ガスの発生量は、発熱体の発熱量に対して一定の割合となる。
従って、還元性ガスの発生量の制御が極めて容易であり、簡単な構造で還元性ガス発生装置を実現できる。
【００１０】
請求項２の発明では、上記固体還元剤の軸方向と上記発熱面とを直交せしめると共に、上記固体還元剤と上記発熱面との接触する位置を保持して、上記固体還元剤を収納する固体還元剤収納部を備える。
【００１１】
請求項２の発明によれば、固体還元剤の下面と発熱面との接触面積が常に一定となり、更に還元性ガスの発生量の制御が更に容易となる。
【００１２】
請求項３の発明では、有底筒状とした上記固体還元剤収納部を内部に配し、上記固体還元剤が上記発熱部により加熱されて発生した還元性ガスをその内部に貯留する密閉圧力容器状のコンテナと、上記還元性ガスを上記コンテナ外に導出する還元性ガス導出孔と、を備える。
【００１３】
請求項３の発明によれば、固体還元剤の熱分解によって固体還元剤の下面に発生した還元性ガスが、上記コンテナ内部に捕集され、上記還元性ガス導出孔から導出することができるので、上記還元性ガスの導出量の制御が極めて容易である。
【００１４】
請求項４の発明のでは、上記固体還元剤収納部と上記コンテナの内壁との間に設けられ、上記還元性ガスを上記導出孔に導く通気路と、
上記固体還元剤と上記発熱面との接触する面部位にて発生した還元性ガスを上記通気路に通記する通気手段と、を設ける。
【００１５】
請求項４の発明によれば、上記還元性ガスを上記通気手段によって上記通気路に導出し、更に上記通気路を介して上記導出孔に導くことができる。
【００１６】
具体的な通気手段として、請求項５の発明では、上記通気手段を、上記還元性ガスが過可能な多孔質体にて形成された上記固体還元剤収納部壁面で構成する。
【００１７】
請求項５の発明のように、上記固体収納部壁面を上記多孔質体で構成すれば、上記固体還元剤収納部の内部にて発生させた還元性ガスを上記固体還元剤収納部壁面の任意の位置から上記通気路内に導出することができる。
【００１８】
あるいは、請求項６の発明のように、具体的な通気手段として、固体還元剤収納部底壁内側表面に中心から径方向外側に向かって穿設された少なくとも１条以上からなる底壁溝部と、底壁溝部に連通し、固体還元剤収納部側壁内側表面に下端から上端に向かって穿設された、少なくとも１条以上からなる側壁溝部と、記固体還元剤収納部の上部に形成され、上記溝部と接続し、固体還元剤収納部の内外を連通する側面開口部と、で構成しても良い。
【００１９】
請求項７の発明では、固体還元剤の分解に伴う体積減少に応じて、固体還元剤下面を発熱面に押圧する固体還元剤押圧手段を具備する。
【００２０】
請求項７の発明によれば、加熱分解によって固体還元剤の体積が減少しても常に固体還元剤の下面の全領域が発熱面に押し付けられるので、常に一定の条件で加熱されるため還元性ガスの発生量が安定する。
【００２１】
請求項８の発明のように、具体的な固体還元剤押圧手段として、コンテナカバーの内側に設けたバネ装置または油圧装置を用いることができる。
【００２２】
また、請求項９の発明のように、具体的な固体還元剤押圧手段として、上記固体還元剤押圧手段は、上記コンテナ内壁と上記固体還元剤収納部内壁と上記固体還元剤上面とで形成された空間で固体還元剤背圧空間を構成し、上記固体還元剤背圧空間内に導入された上記還元性ガスを含む上記空間内のガス圧力を上記固体還元剤の押圧に利用することも可能である。
このような構成とすることにより、固体還元剤を発熱面に押圧する圧力の均等化を図ることができ、更に、還元性ガスの発生量が安定する。
【００２３】
請求項１０の発明では、還元性ガス発生装置内の還元性ガスの圧力を検出する圧力計と、還元性ガスの特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度計と、を具備し、検出された圧力と特定ガス成分濃度とから固体還元剤の加熱量を算出し、加熱部に設けられた発熱体への通電を制御する制御手段とを具備する。
このような構成とすることにより、還元性ガス発生量を極めて高い精度で制御できる。
【００２４】
請求項１１の発明では、固体還元剤の消費量を監視する固体還元剤消費量監視装置を具備する。
固体還元剤の消費量を監視することで、固体還元剤切れを未然に防ぐことができる。
【００２５】
請求項１２のように、より具体的には、固体還元剤監視装置は、固体還元剤の上面に接する上部電極と固体還元剤収納部の下面に接する下部電極とからなる一対の電極を具備し、固体還元剤の消費に伴い変化する電極間の、抵抗値または静電容量を測定し、その測定値が閾値以下となった時に、警報を出力することができ、更に、発熱部への電力供給を停止することもできる。
【００２６】
また、請求項１３の発明のように、固体還元剤収納部底壁を、下部電極として用いることもできる。
【００２７】
請求項１４の発明のように、具体的な固体還元剤としては、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、ステアリン酸アンモニウム、ギ酸アンモニウムの内、少なくともいずれか１種類を含む固体還元剤を用いることができる。
これらの固体還元剤は比較的低い温度で熱分解し、アンモニアを含む還元性ガスを発生することができる。
【００２８】
請求項１５の発明のように、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の還元性ガス発生装置と、内燃機関の燃焼排気流路に設置されたＳＣＲ触媒と、上記還元性ガス発生装置から上記ＳＣＲ触媒の上流側に導入される還元性ガスの流量を制御する還元性ガス導入流量制御手段と、を具備することにより、固体還元剤に由来する還元性ガスを用いて内燃機関の燃焼排気中の窒素酸化物を還元除去する選択的触媒還元装置を実現できる。
【００２９】
請求項１６の発明のように、具体的な還元性ガス導入流量制御手段として、還元性ガス導出孔を開閉する制御弁と、還元性ガス導出孔と上記制御弁との間に設けられ、上記還元性ガスの導出圧力を増幅する圧縮ポンプとによって構成することができる。
このような構成とすることにより、ＳＣＲ触媒に導入される還元性ガスの導出量を更に精度良く調整できる。
【００３０】
請求項１７の発明では、燃焼排気流路に設けられたＳＣＲ触媒の上流側と下流側とに排気中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度センサを設け、得られたガス濃度によって上記還元性ガス導出量を補正できる。
従って、極めて精度の高い固体還元剤ＳＣＲシステムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、内燃機関として、燃焼排気中に窒素酸化物（ＮＯＸ）を含むディーゼルエンジン、ガソリンリーンバーンエンジン等に好適なものである。
図１に示すように、本実施形態における固体還元剤ＳＣＲシステム１は、還元性ガス発生装置１０と固体還元剤２０と電子制御装置３０と図略の内燃機関の燃焼排気流路４００に配設されたＳＣＲ触媒４０とによって構成されている。
【００３２】
還元性ガス発生装置１０は、密閉圧力容器状のコンテナ１００と、固体還元剤２０をその内側に収納する有底筒状の固体還元剤収納部１３０と、固体還元剤収納部１３０の収納部底面１４０に接して配設され固体還元剤２０の下面に対向してその全領域に接する発熱面１４１と、通電によって該発熱面１４１を加熱する発熱体１５１とからなる発熱部１５０と、発熱体１５１への通電を制御する電子制御装置３０と、固体還元剤２０の分解に伴う体積減少に応じて、固体還元剤２０の下面を発熱面１４１に押圧する固体還元剤押圧手段１２０と、によって構成されている。
【００３３】
更に、還元性ガス発生量を精度よく制御するための情報入力源として、コンテナ１００内の圧力を検知する圧力センサ１１３とコンテナ１００内の特定ガス成分（アンモニア）の濃度を検出するガス濃度センサ１１４と、固体還元剤２０の消費量を監視する固体還元剤消費量監視装置１７０と、を具備する。
【００３４】
また、還元性ガス発生量を更に精度良く制御するための出力手段として、還元性ガス導出孔１１２には、還元性ガス導出孔１１２を開閉する制御弁１６１と、還元性ガス導出孔１１２と制御弁１６１との間に設けられ、還元性ガスの導出圧力を増幅する圧縮ポンプ１６０とを具備する。
なお、コンテナ１００内の圧力は発生した還元性ガス２１によって正圧に維持されるので、制御弁１６１の開閉のみで、還元性ガスのＳＣＲ触媒４０への供給を制御することも可能であるため、圧縮ポンプ１６０を具備しない構成としても良い。
【００３５】
内燃機関から排出される燃焼排気は、固体還元剤ＳＣＲシステム１を含む排気後処理装置を通過した後、大気に放出される。
排気後処理装置は、排気中のＮＯＸを浄化するための触媒として、ＳＣＲ触媒４０の前後に図略の酸化触媒を配設した構成としてある。
ＳＣＲ触媒４０の前段に配設される酸化触媒は、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に転換してＮＯＸ中のＮＯ２比率を高め、後段のＮＯＸの化学量論比を均質化し、還元反応を容易にする。
同時に、排気中の炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を無害の水（Ｈ２Ｏ）とＣＯ２に酸化する作用を有する。
【００３６】
ＳＣＲ触媒４０では、還元性ガスの作用でＮＯＸが選択的に還元浄化される。
このため、前段の酸化触媒とＳＣＲ触媒４０との間には、還元剤導入管１６２が接続され、本発明の還元性ガス発生装置１０で発生した還元性ガスが供給される。
ＳＣＲ触媒４０の後段に配設される酸化触媒は、還元性ガスとして導入されたアンモニアの内ＮＯＸの還元に使用されなかった過剰なアンモニアが放出されるのを抑制するためのもので、ＳＣＲ触媒４０を通過したアンモニアを酸化、分解して無害化する。
なお、ＳＣＲ触媒４０と後段の酸化触媒とを一体のＮＯＸ処理触媒とし構成しても良いし、別体に設ける構成としても良い。
【００３７】
固体還元剤２０としては、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウム（ＮＨ4）2（ＨＣＯ3）（ＮＨ2ＣＯ2）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、酢酸アンモニウム（ＣＨ3ＣＯＯＮＨ４）、ステアリン酸アンモニウム（ＣＨ3（ＣＨ2）16ＣＯＯＮＨ４）、ギ酸アンモニウム（ＨＣＯＯＮＨ４）、の内、少なくともいずれか１種類を含む。
これらの固体還元剤材料の粉末を用いて、固体還元剤２０を加圧成形により中心軸に対して直交する断面が一定形状の柱状に形成することにより、還元性ガスとして加熱時に発生するアンモニアガスの量の制御を極めて容易にできる。
また、固体還元剤２０として、公知のカルバミン酸アンモニウム（ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４）、カルバミン酸エチル（ＮＨ２ＣＯＯＣ２Ｈ５）、炭酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＣＯ３）、炭酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＣＯ５）等を用いても良い。
【００３８】
例えば、固体還元剤２０として、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウム（ＮＨ4）2（ＨＣＯ3）（ＮＨ2ＣＯ2）を使用した場合、発熱体１５１に通電し、７０℃に加熱するとアンモニア（ＮＨ３）と水（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）とに熱分解される（式１）。
発生したＮＨ３は、ＳＣＲ触媒４０上でＮＯＸの還元剤として作用する（式２）。
一方、ＮＯｘの還元に寄与せずにＳＣＲ触媒４０を通過したアンモニアガスは後段の酸化触媒により酸化分解され無害の水（Ｈ２Ｏ）と二酸化窒素（ＣＯ２）に浄化される（式３）。
（ＮＨ4）2（ＨＣＯ3）（ＮＨ2ＣＯ2）→３ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ＋２ＣＯ２・・・（式１）
ＮＯ＋ＮＯ２＋ＮＨ３→２Ｎ２＋Ｈ２Ｏ・・・（式２）
４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ・・・（式３）
【００３９】
還元性ガス発生装置１０と、内燃機関の燃焼排気流路４００に設置された選ＳＣＲ触媒４０と、還元性ガス発生装置１０からＳＣＲ触媒の上流側に導入される還元性ガスの流量を制御する還元性ガス導入流量制御手段として、制御弁１６１と圧縮ポンプ１６０とを具備することにより、固体還元剤２０に由来するアンモニアを含む還元性ガスを用いて内燃機関の燃焼排気中の窒素酸化物を還元除去する固体還元剤ＳＣＲシステム１を実現できる。
【００４０】
燃焼排気流路４００に設けられたＳＣＲ触媒４０の上流側と下流側とに排気中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度センサ４０１、４０２を設け、得られたガス濃度によって還元性ガス導出量を補正している。
【００４１】
ここで、固体還元剤２０の例として列挙した物質について、化学式、熱分解温度、発生する分解ガスを表１に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
図２を参照して、本発明の第１の実施形態における還元性ガス発生装置１０の具体的構造について更に詳述する。
図２（ａ）は、発熱部１５０が発熱した状態における要部断面図、（ｂ）は本図中Ａ−Ａ断面図であり、発生した還元性ガス２１の流れを図中に矢印で示してある。
コンテナ１００は、固体還元剤収納部１３０と発熱部１５０とを覆いつつ、上端が開口し下端が閉塞する有底筒状に形成され、上端外周縁には外側に向かって張り出すフランジ部１１１を設けた略逆ハット型に形成されている。
コンテナカバー１０１は、平板状に形成されコンテナ１００の開口部１１０を覆い、フランジ部１１１にシール部材１０２を介してボルト１０３により気密に固定されている。
コンテナ１００並びにコンテナカバー１０１は、例えばステンレス等によって形成され、コンテナ１００の内部に発生した還元性ガス２１を貯留できるように圧力容器としての耐圧性を持つ。
【００４４】
コンテナ１００の上部には、還元性ガス２１を導出する還元性ガス導出孔１１２を設け、固体還元剤収納部１３０には、固体還元剤２０の下面と発熱面１４１との間に発生した還元性ガスを、固体還元剤収納部１３０とコンテナ１００内壁との間に設けられ還元性ガス導出孔１１２に導く通気路１３２に連通する通気手段が設けられている。
固体還元剤収納部１３０は、固体還元剤２０の軸方向と発熱面１４１とを略直交せしめると共に、固体還元剤２０と発熱面１４１との接触する位置を保持して、固体還元剤２０をその内部に収納することができる。
【００４５】
固体還元剤押圧手段１２０として、コンテナ１００の内側にはバネ装置１２２が取り付けられており、バネ装置１２１の先端側は、固体還元剤２０を発熱面１４１に押圧するとともに、固体還元剤消耗監視装置１７０の電極を構成する上部電極１２３と電気的に接続され、基端側は、ターミナル１０４に接続されている。
上部電極１２３は、固体還元剤収納部側面１３１の内側に摺動可能な状態で保持されている。
【００４６】
固体還元剤収納部１３０の底壁の固体還元剤２０と対向する面は発熱面１４１を構成すると共に、還元性ガスの通気する通気手段が形成され、更に固体還元剤消耗監視装置１７０の下部電極１４０を構成している。
【００４７】
具体的な通気手段として、固体還元剤収納部側壁面１３１と、固体還元剤収納部底壁面を構成する下部電極１４０と、を還元性ガスが透過可能な多孔質体で構成することにより固体還元剤２０の下面で発生した還元性ガスを通気路１３２に通気できる。
固体還元剤収納部側壁面１３１には、多孔質焼結金属や多孔質セラミックなどを用いることが可能で、下部電極１４０には、多孔質焼結金属材料や導電性の多孔質セラミック等を用いることができる。
なお、固体還元剤収納部側壁面１３１に導電性材料を使用した場合には、上部電極１２３並びに下部電極１４０との絶縁性を適宜確保する。
【００４８】
コネクタ１０５は、コンテナ１００内の気密性を維持しつつ、ターミナル１０４をコンテナカバー１０１に絶縁固定すると共に固体還元剤消耗量監視装置１７０へ接続される導通線の接続を容易にしている。
バネ装置１２２に換えて油圧駆動により上下動するシリンダー状の油圧装置を取り付けても良い。
更に、コンテナカバー１０１の内壁と固体還元剤収納部１３０の内壁と固体還元剤２０の上面とで形成された空間は固体還元剤背圧空間１２１を構成し、固体還元剤背圧空間１２１内に導入された還元性ガス２１の圧力を固体還元剤２０下面の発熱面１４１への押圧に利用することも可能である。
【００４９】
コンテナカバー１０１には、圧力センサ１１３とガス濃度（アンモニア）センサ１１４とが取り付けられ、固体還元剤背圧空間１２１内の圧力とアンモニア濃度を検出している。
【００５０】
発熱部１５０は、通電により発熱する発熱体１５１と発熱体１５１を覆う絶縁体１５２とで構成されている。
下部電極１４０は、発熱部１５０と密接して設けられ、発熱体１５１の発する熱を発熱面１４１から固体還元剤２０の下面に均一に伝える放熱板としても機能している。
【００５１】
発熱体１５１が固体還元剤２０の昇華温度以上に発熱すると、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、発熱面１４１と対向する固体還元剤２０の下面が全面に渡って加熱分解され、発生したアンモニアを含む還元性ガス２１は、下部電極１４０ならびに固体還元剤収納部側壁１３１を透過し、通気路１３２を通って、固体還元剤背圧空間１２２に導入され、固体還元剤２０を、上部電極１２３を介して、発熱面１４１への押し付け方向へ押圧しつつ、還元性ガス導出孔１２１から導出される。
【００５２】
図３を参照して、固体還元剤消耗量検出装置１７０の具体例について説明する。
図３（ａ）に固体還元剤消耗量監視装置１７０の等価回路を示す。
固体還元剤消耗量監視装置１７０は、固体還元剤２０の上面に接する上部電極１２３と固体還元剤収納部２０の下面に接する下部電極１４０とによって一対の電極を構成し、その電極間抵抗Ｒ１に、既知の検出抵抗Ｒ２を直列に接続し、上部電極１２３と接続点１７４との間に電圧Ｖ０を印加して、検出抵抗Ｒ２にかかる下部電極１４０と接続点１７４との間の出力電圧Ｖを検出している。
図３（ｂ）に示すように、検出電圧Ｖから固体還元剤２０の消費に伴い変化する電極間抵抗Ｒ１を知ることができる。
図３（ｃ）に示すフローチャートのように、その検出電圧Ｖが閾値Ｖ１以下となった時に、警報を出力したり、発熱部１５０への電力供給を停止したりすることもできる。
また、図４に示すように、固体還元剤消耗監視装置１７０ａとして、検出抵抗Ｒ２に換えて検出静電容量Ｃ２を直列に接続し、上部電極１２３と下部電極１４０との間の電極間抵抗Ｒ１に換えて、静電容量Ｃ１を測定する構成としても良い。
なお、上部電極１２３は固体還元剤押圧手段１２０の圧力を固体還元剤１２０の上面に伝達する圧力伝達部材を兼ねている。
【００５３】
図５には、本発明の第２の実施形態として、具体的な通気手段として、固体還元剤収納部底壁１４０ａの内側表面１４１ａに中心から径方向外側に向かって穿設された少なくとも１条以上からなる底壁溝部１４２と、底壁溝部に連通し、固体還元剤収納部側壁１３１の内側表面に下端から上端に向かって穿設された、少なくとも１条以上からなる側壁溝部１３３と、固体還元剤収納部１３０の上部に形成され、側壁溝部１３３と接続し、固体還元剤収納部側壁１３１の内外を連通する側面開口部１３４と、で構成しても良い。
【００５４】
図６（ａ）、（ｂ）には、本発明の実施形態に用いられる発熱体１５１、１５１ａの具体例を示す。
発熱体１５１は、ＰＴＣセラミックによって円盤状に形成された発熱体であり、上下面にオーミック銀等からなる電極１５３が形成され、一対のリード線１５４が接続されている。
この様な、ＰＴＣセラミックは、電極間に通電されると電極の形成された表面が全面に渡って均一に発熱し、発熱温度が固有のキュリー点に到達すると急激に発熱体の内部抵抗が上昇し、電流が流れなくなるＰＴＣ特性によって、温度上昇が停止する自己温度制御機能を有する。
この為、固体還元剤の昇華温度に合ったキュリー点をもつＰＴＣセラミック発熱体を使用すれば、発熱温度の測定が不要となり、更に簡単な構造で還元性ガスの発生量を制御できる。
【００５５】
また、シーズヒータやニクロム線ヒータ等を用いて、図６（ｂ）に示すように渦巻き状に形成することによって、発熱面の温度分布を均一化することもできる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定する物ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の説明においては、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウムを固体還元剤に用いた場合について説明したが、発熱体の発熱温度を固体還元剤の昇華温度に適合させれば、表１に列挙したその他の材料を適用できる。
また、発熱体は図６（a）、（ｂ）に示した例に限定するものではなく、通電によって発熱し、固体還元剤２０の下面を均一に加熱する構造であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態における還元性ガス発生装置並びに固体還元剤ＳＣＲシステムの全体構成を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態における還元性ガス発生装置の要部断面図。
【図３】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に用いられる固体還元剤消耗監視装置を示す等価回路図、（ｂ）は、固体還元剤残量と出力電圧との関係を示す特性図、（ｃ）は、固体還元剤消耗監視装置のフローチャート。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられる別の固体還元剤消耗監視装置を示す等価回路図。
【図５】（ａ）は、本発明の第２の実施形態における還元性ガス発生装置の要部断面図、（ｂ）は、本図中Ａ−Ａ矢視平面図。
【図６】（ａ）は、本発明の実施形態に用いられる平板状に形成した発熱体の例、（ｂ）は渦巻き状に形成した発熱体の例。
【図７】従来の固体尿素ＳＣＲシステムの構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５８】
１  固体還元剤ＳＣＲシステム
１０  還元性ガス発生装置
２０  固体還元剤
３０  電子制御装置
４０  ＳＣＲ触媒４０
１００  コンテナ
１１２  還元性ガス導出孔
１２０  固体還元剤押圧手段
１３０  固体還元剤収納部
１３２  通気路
１４０  収納部底面（下部電極）
１４１  発熱面
１５０  発熱部
１５１  発熱体
４００  燃焼排気流路
４０１、４０２  ガス濃度センサ
【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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