(57)【要約】【課題】燃費ロスを発生させること無く、装置構成を簡略化することができる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化装置１は、エンジン２と接続された排気管３の途中に設けられた選択還元触媒（ＳＣＲ）６と、このＳＣＲ６の上流側に配置され、アンモニア（ＮＨ３）とＭｇＣｌ２等の蓄熱材とを化学反応させて熱を発生させることで、ＳＣＲ６を加熱する化学蓄熱部８と、ＳＣＲ６の上流側に配置され、排気管３内に還元剤としてのＮＨ３を添加する還元剤添加部９と、これらの化学蓄熱部８及び還元剤添加部９とそれぞれ供給管１０，１１を介して並列に接続された共用アンモニアタンク１２とを備えている。共用アンモニアタンク１２は、蓄熱用媒体であり且つ還元剤であるＮＨ３をまとめて貯蔵するタンクである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記内燃機関に接続された排気管の途中に設けられた選択還元触媒と、
アンモニアと化学反応する蓄熱材を含み、前記アンモニアと前記蓄熱材との化学反応により熱を発生させて前記選択還元触媒を加熱する化学蓄熱部と、
前記選択還元触媒に対して前記アンモニアを添加する添加部と、
前記化学蓄熱部及び前記添加部とそれぞれ接続され、前記化学蓄熱部及び前記添加部に供給される前記アンモニアを一緒に貯蔵する１つの共用アンモニアタンクとを備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記共用アンモニアタンクに前記アンモニアを補充するアンモニア補充手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記アンモニア補充手段は、前記共用アンモニアタンクと接続され、前記共用アンモニアタンクに補充されるアンモニアを貯蔵する補充用アンモニアタンクを有することを特徴とする請求項２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記補助用アンモニアタンクは、前記アンモニアを吸蔵材に吸蔵させて貯蔵し、
前記アンモニア補充手段は、前記補充用アンモニアタンクを加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項３記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記アンモニア補充手段は、前記共用アンモニアタンクと前記補充用アンモニアタンクとの間に設けられ、前記補充用アンモニアタンクに貯蔵された前記アンモニアを前記共用アンモニアタンクに送るポンプを有することを特徴とする請求項４記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記補充用アンモニアタンクは、前記排気管の近傍に配置されており、
前記加熱手段は、前記排気管内を流れる排ガスの熱であることを特徴とする請求項４または５記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の排ガス浄化装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、エンジンから排出された排ガスが流通する経路の途中に上流側から順に設けられた酸化触媒、ＤＰＦ（ディーゼル排気微粒子除去フィルタ）及びＳＣＲ触媒（選択還元触媒）を備えている。ＤＰＦとＳＣＲ触媒との間には、ＳＣＲ触媒に尿素水を添加する尿素水添加ノズルが配置されている。尿素水添加ノズルから添加された尿素水が排ガスの熱によって加水分解されて、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。そして、ＳＣＲ触媒において、ＮＨ３が排ガス中のＮＯｘと反応することで、ＮＯｘが還元浄化される。
【０００３】
ところで、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度（例えば１５０℃程度）以上にならないと、ＳＣＲ触媒の浄化機能は働かない。このため、排ガスの温度が低いときは、ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる必要がある。ＳＣＲ触媒の温度を上げる方法としては、例えば特許文献２に記載されているように、蓄熱用媒体であるＮＨ３とＭｇＣｌ２やＣａＣｌ２等の蓄熱材とを化学反応させて熱を発生させる、いわゆる化学蓄熱を利用したものがある。このような化学蓄熱を利用する場合には、燃料を燃やした熱や電気加熱式のヒータの熱を利用する場合と異なり、燃費ロスが発生することは無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６５８６２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０８８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術のように化学蓄熱を利用してＳＣＲ触媒を加熱する場合には、還元剤としての尿素水を溜めるタンクの他に、蓄熱用媒体としてのＮＨ３を溜めるタンクが必要となるため、排ガス浄化装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、燃費ロスを発生させること無く、装置構成を簡略化することができる排ガス浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、内燃機関に接続された排気管の途中に設けられた選択還元触媒と、アンモニアと化学反応する蓄熱材を含み、アンモニアと蓄熱材との化学反応により熱を発生させて選択還元触媒を加熱する化学蓄熱部と、選択還元触媒に対してアンモニアを添加する添加部と、化学蓄熱部及び添加部とそれぞれ接続され、化学蓄熱部及び添加部に供給されるアンモニアを一緒に貯蔵する１つの共用アンモニアタンクとを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
このように本発明の排ガス浄化装置においては、化学蓄熱部によってアンモニアと蓄熱材との化学反応により熱を発生させて選択還元触媒を加熱すると共に、添加部によって選択還元触媒に対してアンモニアを添加することで、選択還元触媒によりＮＯｘが還元浄化されるようになる。このとき、蓄熱材と化学反応する蓄熱用媒体、選択還元触媒に添加される還元剤としては、いずれもアンモニアが使用される。このため、アンモニアを貯蔵するタンクとしては、１つだけあれば足りる。そこで、化学蓄熱部及び添加部に供給されるアンモニアを１つの共用アンモニアタンクに一緒に貯蔵することにより、化学蓄熱部及び添加部ごとに別々にアンモニアタンクを設けなくて済むため、排ガス浄化装置の構成を簡略化することができる。また、化学蓄熱を利用して選択還元触媒を加熱するので、燃費ロスの発生を防止することができる。
【０００９】
好ましくは、共用アンモニアタンクにアンモニアを補充するアンモニア補充手段を更に備える。この場合には、共用アンモニアタンクから添加部にアンモニアが供給されることで、共用アンモニアタンク内のアンモニアが減っても、共用アンモニアタンクにアンモニアが補充されるため、共用アンモニアタンク内のアンモニアの総量を確保することができる。
【００１０】
このとき、好ましくは、アンモニア補充手段は、共用アンモニアタンクと接続され、共用アンモニアタンクに補充されるアンモニアを貯蔵する補充用アンモニアタンクを有する。この場合には、補充用アンモニアタンクから共用アンモニアタンクにアンモニアを供給することで、共用アンモニアタンクにアンモニアを簡単に補充することができる。
【００１１】
補助用アンモニアタンクは、アンモニアを吸蔵材に吸蔵させて貯蔵し、アンモニア補充手段は、補充用アンモニアタンクを加熱する加熱手段を有することが好ましい。この場合には、補充用アンモニアタンクを加熱すると、補充用アンモニアタンク内の圧力が上がり、アンモニアが吸蔵材から分離し、補充用アンモニアタンクから共用アンモニアタンクにアンモニアが供給されるようになる。
【００１２】
アンモニア補充手段は、共用アンモニアタンクと補充用アンモニアタンクとの間に設けられ、補充用アンモニアタンクに貯蔵されたアンモニアを共用アンモニアタンクに送るポンプを有することが好ましい。この場合には、補充用アンモニアタンクから共用アンモニアタンクへのアンモニアの供給がポンプによりアシストされるため、補充用アンモニアタンクを必要以上に加熱しなくて済む。これにより、補充用アンモニアタンクを加熱するための電力を小さくすることができる。
【００１３】
また、補充用アンモニアタンクは、排気管の近傍に配置されており、加熱手段は、排気管内を流れる排ガスの熱であることが好ましい。この場合には、排気管内を流れる排ガスの熱によって補充用アンモニアタンクが加熱され、補充用アンモニアタンクから共用アンモニアタンクへアンモニアが供給されるようになる。これにより、補充用アンモニアタンクを加熱するヒータを設けなくて済む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃費ロスを発生させること無く、排ガス浄化装置の構成を簡略化し、低コスト化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係わる排ガス浄化装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した排ガス浄化装置の変形例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係わる排ガス浄化装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係わる排ガス浄化装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係わる排ガス浄化装置の第４実施形態を示す概略構成図である。
【図６】図１に示した化学蓄熱部の配置箇所の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係わる排ガス浄化装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明に係わる排ガス浄化装置の第１実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の排ガス浄化装置１は、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）２の排気系に設けられ、エンジン２から排出された排ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する装置である。
【００１８】
排ガス浄化装置１は、エンジン２と接続された排気管３の途中に上流側から下流側に向けて順に設けられた酸化触媒４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６及び酸化触媒７を備えている。
【００１９】
酸化触媒４は、排ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、アンモニア（ＮＨ３）と排ガス中に含まれるＮＯｘとを化学反応させることで、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒７は、ＳＣＲ６をすり抜けて下流側に流れたＮＨ３を酸化する触媒である。
【００２０】
また、排ガス浄化装置１は、化学蓄熱部８と、還元剤添加部９と、これらの化学蓄熱部８及び還元剤添加部９とそれぞれ供給管１０，１１を介して並列に接続された共用アンモニアタンク１２とを備えている。
【００２１】
化学蓄熱部８は、ＤＰＦ５とＳＣＲ６との間に配置され、化学蓄熱を利用してＳＣＲ６を加熱する。化学蓄熱部８には、蓄熱用媒体であるＮＨ３と化学反応する蓄熱材が充填されている。蓄熱材としては、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＳｒＣｌ２等が用いられる。
【００２２】
還元剤添加部９は、ＤＰＦ５とＳＣＲ６との間に配置され、排気管３内に還元剤としてのＮＨ３を添加する。これにより、還元剤添加部９より添加されたＮＨ３がＳＣＲ６に送られることになる。
【００２３】
共用アンモニアタンク１２は、蓄熱用媒体であり且つ還元剤であるＮＨ３をまとめて高圧状態で貯蔵するタンクである。共用アンモニアタンク１２は、ＳＣＲ６の加熱に必要なＮＨ３量よりも大きな容量を有している。供給管１０，１１には、バルブ１３，１４がそれぞれ設けられている。
【００２４】
このような排ガス浄化装置１において、エンジン２の低温始動時には、バルブ１３を開くことで、共用アンモニアタンク１２に貯蔵されたＮＨ３が供給管１０を介して化学蓄熱部８に供給される。すると、化学蓄熱部８に充填された蓄熱材（ここではＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着し、化学蓄熱部８から熱が発生する。つまり、下記の反応式における左辺から右辺への反応が起こる。そして、化学蓄熱部８から発生した熱によって、ＳＣＲ６の上流側で排ガスが加熱され、間接的にＳＣＲ６が加熱される。
ＭｇＣｌ２＋６ＮＨ３  ⇔  ＭｇＣｌ２（ＮＨ３）６＋熱
【００２５】
その後、ＳＣＲ６の温度が所望温度まで上昇すると、バルブ１４を開くことで、共用アンモニアタンク１２に貯蔵されたＮＨ３が供給管１１を介して還元剤添加部９に供給され、還元剤添加部９からＳＣＲ６に向けてＮＨ３が添加される。すると、ＳＣＲ６において、ＮＨ３が排ガス中のＮＯｘと反応することで、ＮＯｘが還元される。
【００２６】
排気管３を流れる排ガスの温度が上昇すると、排ガスの熱（排熱）が化学蓄熱部８に与えられることで、ＭｇＣｌ２とＮＨ３とが分離する。つまり、上記の反応式における右辺から左辺への反応が起こる。そして、バルブ１３が開かれた状態で、分離したＮＨ３が化学蓄熱部８から供給管１０を介して共用アンモニアタンク１２へ戻る。
【００２７】
以上のように本実施形態にあっては、蓄熱用媒体及び還元剤としてＮＨ３を用い、そのＮＨ３を共用アンモニアタンク１２に貯蔵し、まず共用アンモニアタンク１２から化学蓄熱部８にＮＨ３を供給し、ＮＨ３と蓄熱材との化学反応により化学蓄熱部８から熱を発生させ、ＳＣＲ６の温度が所望温度まで上がった段階で、共用アンモニアタンク１２から還元剤添加部９にＮＨ３を供給し、還元剤添加部９からＮＨ３を添加する。このように化学蓄熱を利用してＳＣＲ６を加熱するので、燃費ロスの発生を防止することができる。また、化学蓄熱部８及び還元剤添加部９に供給されるＮＨ３を１つの共用アンモニアタンク１２に一緒に貯蔵するようにしたので、蓄熱用媒体を貯蔵するタンクと還元剤を貯蔵するタンクとを別々に設ける場合に比べて、排ガス浄化装置１の構成を簡略化することができる。
【００２８】
図２は、図１に示した排ガス浄化装置１の変形例を示す概略構成図である。同図において、排ガス浄化装置１は、共用アンモニアタンク１２を加熱するヒータ１５を更に備えている。共用アンモニアタンク１２は、ヒータ１５の熱によりＮＨ３を放出することが可能なタンクである。具体的には、共用アンモニアタンク１２は、ＮＨ３を吸蔵する吸蔵材としての活性炭を有し、ＮＨ３を活性炭に吸蔵させることで貯蔵する。
【００２９】
ヒータ１５により共用アンモニアタンク１２が加熱されると、共用アンモニアタンク１２内の圧力が上がり、ＮＨ３が活性炭から分離して放出される。従って、その状態でバルブ１３，１４を開くと、ＮＨ３が化学蓄熱部８及び還元剤添加部９に供給されるようになる。
【００３０】
図３は、本発明に係わる排ガス浄化装置の第２実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の排ガス浄化装置２０は、共用アンモニアタンク１２に供給管２１を介して接続され、共用アンモニアタンク１２に補充されるＮＨ３を貯蔵する補充用アンモニアタンク２２と、この補充用アンモニアタンク２２を加熱するヒータ２３とを備えている。供給管２１には、バルブ２４が設けられている。供給管２１、補充用アンモニアタンク２２、ヒータ２３及びバルブ２４は、共用アンモニアタンク１２にＮＨ３を補充するアンモニア補充手段を構成している。
【００３１】
共用アンモニアタンク１２としては、化学蓄熱部８にＮＨ３を短時間で供給する必要があるため、ＮＨ３を高圧状態で貯蔵するタンクが用いられる。補充用アンモニアタンク２２としては、ヒータ２３の熱によりＮＨ３を放出することが可能なタンクが用いられる。また、補充用アンモニアタンク２２は、ＮＨ３の貯蔵量を重視する必要があるため、共用アンモニアタンク１２よりも大きな容量を有している。
【００３２】
共用アンモニアタンク１２から還元剤添加部９にＮＨ３が供給されることで、共用アンモニアタンク１２内のＮＨ３が還元剤として使用されると、共用アンモニアタンク１２内のＮＨ３が減少する。この場合には、バルブ２４を開くと共に、ヒータ２３により補充用アンモニアタンク２２を加熱する。このとき、補充用アンモニアタンク２２内の圧力が共用アンモニアタンク１２内の圧力よりも高くなるまで補充用アンモニアタンク２２を加熱する。これにより、補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２にＮＨ３が供給されるようになる。なお、還元剤として使用された分のＮＨ３を共用アンモニアタンク１２に補充するのが望ましい。
【００３３】
補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２へのＮＨ３の補充は、具体的には以下のようにして行う。即ち、化学蓄熱部８にＮＨ３が入っていないときの共用アンモニアタンク１２内の圧力を予めセンシングしておく。そして、共用アンモニアタンク１２から化学蓄熱部８にＮＨ３が供給されることで、共用アンモニアタンク１２内の圧力が規定圧力以下に下がったタイミングで、補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２へＮＨ３を供給する。
【００３４】
このように本実施形態では、共用アンモニアタンク１２内のＮＨ３が少なくなると、補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２にＮＨ３が補充されるので、共用アンモニアタンク１２内のＮＨ３の総量が確保される。従って、例えば共用アンモニアタンク１２内のＮＨ３が足りなくなったときに共用アンモニアタンク１２自体を交換するといった作業が不要となり、同じ共用アンモニアタンク１２を長期間にわたって使用することができる。
【００３５】
図４は、本発明に係わる排ガス浄化装置の第３実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の排ガス浄化装置３０は、供給管２１に設けられ、補充用アンモニアタンク２２内のＮＨ３を共用アンモニアタンク１２に送るポンプ３１を備えている。ポンプ３１は、上記のアンモニア補充手段の一部を構成している。
【００３６】
補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２にＮＨ３を補充するときは、バルブ２４を開き、ヒータ２３により補充用アンモニアタンク２２を加熱すると共にポンプ３１を作動させて、補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２にＮＨ３を送り込む。このとき、補充用アンモニアタンク２２を加熱して補充用アンモニアタンク２２内の圧力を上げるが、共用アンモニアタンク１２へのＮＨ３の供給をポンプ３１によりアシストするので、補充用アンモニアタンク２２内の圧力が共用アンモニアタンク１２内の圧力よりも高くなるまで加熱する必要は無い。従って、ヒータ２３を加熱する電力を低く抑えることができる。また、ポンプ３１は必要時に回すだけで良いため、ポンプ３１を作動させる電力も低く抑えることができる。
【００３７】
補充用アンモニアタンク２２から共用アンモニアタンク１２へＮＨ３を補充するタイミングは、上記第２実施形態と同様である。つまり、共用アンモニアタンク１２内の圧力が規定圧力以下に下がった時点でポンプ３１を作動させるようにする。従って、ポンプ３１の動力を低減することができる。
【００３８】
図５は、本発明に係わる排ガス浄化装置の第４実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の排ガス浄化装置４０では、補充用アンモニアタンク２２が供給管３の近傍に配置されており、供給管３を流れる排ガスの熱（排熱）により補充用アンモニアタンク２２が加熱されるようになっている。つまり、排熱が補充用アンモニアタンク２２を加熱する加熱手段となる。このため、上記のヒータ２３は設けられていない。なお、補充用アンモニアタンク２２の配置部位としては、供給管３の近傍であればどこでも良く、スペース効率等を考慮して決定すれば良い。
【００３９】
このように排熱を利用して補充用アンモニアタンク２２を加熱するので、ヒータ２３が不要となり、上記第３実施形態に比べて排ガス浄化装置４０の構成が簡略化されるうえに、ヒータ２３を加熱する電力が無くなる分だけ排ガス浄化装置４０にかかる電力を下げることができる。
【００４０】
以上、本発明に係わる排気浄化装置の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記第２〜第４実施形態では、共用アンモニアタンク１２として、ＮＨ３を高圧状態で貯蔵するタンクを用いたが、ヒータ等の熱によりＮＨ３を放出することが可能なタンクを用いても良い。また、補充用アンモニアタンク２２として、ヒータ２３の熱によりＮＨ３を放出することが可能なタンクを用いたが、ＮＨ３を高圧状態で貯蔵するタンクを用いても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、共用アンモニアタンク１２にＮＨ３を補充するアンモニア補充手段の一部として補充用アンモニアタンク２２を用いたが、それ以外にも、例えば尿素水を貯蔵する尿素水タンクと、尿素水を蒸発させてＮＨ３を生成する蒸発器とをアンモニア補充手段の一部として構成しても良い。
【００４２】
さらに、上記実施形態では、ＤＰＦ５とＳＣＲ６との間に化学蓄熱部８を配置し、化学蓄熱部８によりＳＣＲ６の上流側で排ガスを加熱し、その排ガスによってＳＣＲ６を加熱するようにしたが、ＳＣＲ６を加熱する化学蓄熱部８の配置箇所としては、特に上記のものには限られない。
【００４３】
例えば図６（ａ）に示すように、酸化触媒４の上流側に化学蓄熱部８を配置し、酸化触媒４の上流側で排ガスを加熱することで、間接的にＳＣＲ６を加熱するようにしても良いし、図６（ｂ）に示すように、酸化触媒４自体に化学蓄熱部８を配置し、酸化触媒４内を通る排ガスを加熱することで、間接的にＳＣＲ６を加熱するようにしても良い。また、図６（ｃ）に示すように、ＳＣＲ６自体に化学蓄熱部８を配置することで、ＳＣＲ６を直接加熱しても良い。
【００４４】
また、本発明の排ガス浄化装置は、図６（ｄ）に示すように、ＳＣＲとＤＰＦとが一体となった一体化触媒４０を備えたものにも適用可能である。この場合には、図６（ｄ）に示すように、一体化触媒４０の上流側に化学蓄熱部８を配置しても良いし、或いは図６（ａ）〜（ｃ）と同様に、酸化触媒４の上流側、酸化触媒４自体、一体化触媒４０自体に化学蓄熱部８を配置しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１，２０，３０，４０…排ガス浄化装置、２…エンジン（内燃機関）、３…排気管、６…選択還元触媒（ＳＣＲ）、８…化学蓄熱部、９…還元剤添加部、１２…共用アンモニアタンク、２１…供給管（アンモニア補充手段）、２２…補充用アンモニアタンク（アンモニア補充手段）、２３…ヒータ（加熱手段、アンモニア補充手段）、２４…バルブ（アンモニア補充手段）、３１…ポンプ（アンモニア補充手段）、４０…一体化触媒。
【図１】
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【図２】
2013238118.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013238118.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013238118.tif 000008