(57)【要約】【課題】アンモニアの吸蔵量を増やすことができると共に、アンモニアを均一に吸蔵することができるアンモニア貯蔵器を提供する。【解決手段】アンモニア貯蔵器１０は、ＮＨ３（アンモニア）を吸蔵（物理吸着）する吸蔵材を有している。吸蔵材としては、ＭｇＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＣａＣｌ２等が用いられる。アンモニア貯蔵器１０は、円筒状の貯蔵器本体１２と、この貯蔵器本体１２内に配置された金属製またはセラミック製の網状基材１３とを有している。網状基材１３は、網状（ここでは格子状）に形成された薄膜からなる基材である。網状基材１３は、全体的に同じ構造を有している。吸蔵材は、網状基材１３にスラリー状態または粉末状態で担持されている。【選択図】図２
2013256928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に接続され、アンモニアを吸蔵する吸蔵材を有するアンモニア貯蔵器において、
貯蔵器本体と、
前記貯蔵器本体内に配置された網状基材とを備え、
前記吸蔵材は、前記網状基材に担持されていることを特徴とするアンモニア貯蔵器。
【請求項２】
前記吸蔵材は、前記網状基材にスラリー状態で担持されていることを特徴とする請求項１記載のアンモニア貯蔵器。
【請求項３】
前記網状基材は、金属からなっていることを特徴とする請求項１または２記載のアンモニア貯蔵器。
【請求項４】
前記網状基材は、セラミックからなっていることを特徴とする請求項１または２記載のアンモニア貯蔵器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気系に接続されるアンモニア貯蔵器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアンモニア貯蔵器としては、例えば特許文献１に記載されているように、アンモニアを吸蔵する紛体状のアンモニア吸蔵材を導電ペーストと混合させた状態で容器内に収容したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、紛体状のアンモニア吸蔵材が容器内に多量に詰められていても、アンモニアがアンモニア吸蔵材の表面側に吸着され易く、容器の底部にアンモニアが届きにくいことがある。この場合には、容器内におけるアンモニアの吸蔵量が少なくなるばかりでなく、アンモニアが容器内に均一に吸蔵されなくなる。また、アンモニア吸蔵材と導電ペーストとの混合状態によっても、アンモニアが容器内に均一に吸蔵されなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、アンモニアの吸蔵量を増やすことができると共に、アンモニアを均一に吸蔵することができるアンモニア貯蔵器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンの排気系に接続され、アンモニアを吸蔵する吸蔵材を有するアンモニア貯蔵器において、貯蔵器本体と、貯蔵器本体内に網状に形成されるように配置された網状基材とを備え、吸蔵材は、網状基材に担持されていることを特徴とするものである。
【０００７】
以上のような本発明のアンモニア貯蔵器において、網状基材は、全体的に同じ構造を有している。そのような網状基材に吸蔵材を担持することにより、吸蔵材がアンモニア貯蔵器内に全体的に均一に存在するようになる。これにより、アンモニア貯蔵器内におけるアンモニアの吸蔵量が増えると共に、アンモニアがアンモニア貯蔵器内に均一に吸蔵される。また、吸蔵材からアンモニアを放出させるためにアンモニア貯蔵器を加熱したときに、網状基材の温度分布が均一になるため、アンモニアの生成効率が向上する。
【０００８】
好ましくは、吸蔵材は、網状基材にスラリー状態で担持されている。この場合には、例えば網状基材を吸蔵材含有溶液に含浸させることで、多量の吸蔵材を網状基材に簡単に且つ効率良く担持することができる。
【０００９】
また、好ましくは、網状基材は、金属からなっている。金属の熱伝導率は高いので、吸蔵材からアンモニアを放出させるためにアンモニア貯蔵器を加熱すると、金属製の網状基材は急速に均一に温まるようになる。従って、アンモニアを急速に放出させる際に有利となる。
【００１０】
また、網状基材は、セラミックからなっていても良い。セラミックは、温まりにくいが、冷めにくいという性質を持っている。このため、吸蔵材からアンモニアを放出させるためにアンモニア貯蔵器を加熱すると、セラミック製の網状基材は長時間にわたって均一に温まった状態に保持されるようになる。従って、アンモニア貯蔵器を加熱し続けなくて済む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアンモニア貯蔵器によれば、アンモニアの吸蔵量を増やすことができると共に、アンモニアを均一に吸蔵することができる。これにより、アンモニア貯蔵器から多くのアンモニアを効果的に放出させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わるアンモニア貯蔵器の一実施形態を備えた排気ガス浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示したアンモニア貯蔵器の斜視図及び平面図である。
【図３】図２に示したアンモニア貯蔵器の変形例を示す斜視図及び平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係わるアンモニア貯蔵器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。
【００１４】
図１は、本発明に係わるアンモニア貯蔵器の一実施形態を備えた排気ガス浄化装置を示す概略構成図である。同図において、排気ガス浄化装置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から排出された排気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。
【００１５】
排気ガス浄化装置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及びアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）７を備えている。
【００１６】
酸化触媒４は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、還元剤であるアンモニア（ＮＨ３）と排気ガス中に含まれる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。ＡＳＣ７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。
【００１７】
また、排気ガス浄化装置１は、排気管３内におけるＤＰＦ５とＳＣＲ６との間にＮＨ３を添加するインジェクタ８と、このインジェクタ８と供給管９を介して接続されたアンモニア貯蔵器１０とを備えている。供給管９には、バルブ１１が設けられている。
【００１８】
アンモニア貯蔵器１０は、ＮＨ３を吸蔵（物理吸着）する吸蔵材を有し、ＮＨ３を貯蔵する容器である。吸蔵材としては、ＭｇＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＣａＣｌ２等が用いられる。吸蔵材は、ボールミルによって１〜１５μｍの粒径に揃えられている。吸蔵材の平均粒径は、通常１〜５μｍである。
【００１９】
アンモニア貯蔵器１０は、図２に示すように、円筒状の貯蔵器本体１２と、この貯蔵器本体１２内に配置された金属製の網状基材１３とを有している。網状基材１３は、網状（ここでは格子状）に形成された薄膜からなる基材である。つまり、網状基材１３の隙間（開口）形状は、方形状となっている。網状基材１３は、全体的に同じ構造を有している。
【００２０】
網状基材１３は、例えばステンレス箔から形成されている。また、網状基材１３の金属材料としては、アルミニウム含有量の多いステンレス箔や、ステンレス箔にＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ、ベーマイト、γ−Ａｌ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ等をコートしたものを用いても良い。
【００２１】
網状基材１３の仕様としては、例えば容積が１〜４Ｌ、直径が１０３〜１６０ｍｍ、長さが１３０〜３００ｍｍ、セル数が５０〜９００ｃｐｓｉ（７．８セル／ｃｍ２〜１４０セル／ｃｍ２）である。
【００２２】
ＮＨ３を吸蔵する吸蔵材は、網状基材１３にスラリー状態（ウォッシュコート）で担持されている。具体的には、吸蔵材は、網状基材１３を構成する薄膜の表面全体に付着されている。
【００２３】
このとき、ウォッシュコートは、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア及びこれらの混合物等の光表面積耐火金属酸化物を含む水溶液、触媒を入れたものでも良い。コート剤としては、合成ゼオライト、フォージャサイト、菱沸石、チノプチロライト、モルデン沸石、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、ＺＳＭゼオライト、オフレタイト、ベータゼオライト、ＵＳＹゼオライト、ＺＳＭ−２０ゼオライト、ＣＨＡ構造を有するゼオライト、菱沸石及びＳＡＰＯ材料の１種以上を有するものであっても良い。なお、網状基材１３へのウォッシュコートの積載量は、例えば１００〜３００ｇ／Ｌである。
【００２４】
網状基材１３へ吸蔵材を担持する方法としては、まず網状基材１３を８００〜１０００℃で高温処理することで、網状基材１３の表面に酸化物を形成する。酸化物は、ウォッシュコートの密着性を向上させる。このとき、網状基材１３の表面粗さ（Ｒａ）は、０．３〜４．０μｍであるのが望ましい。また、網状基材１３の凹凸平均間隔（ＲＳｍ）は、０．２〜２６．０μｍであるのが望ましく、網状基材１３の接着層比表面積は、１００〜２００ｍ２／ｇであるのが望ましい。
【００２５】
続いて、網状基材１３を水和Ａｌ２Ｏ３の水溶液の中に入れ、その後で網状基材１３を引き上げて１００℃の温度で乾燥・冷却する。そして、網状基材１３を５００℃の温度で１時間焼成して、Ａｌ２Ｏ３の表面積を広げる。
【００２６】
続いて、網状基材１３をＭｇＣｌ２（ＳｒＣｌ２、ＣａＣｌ２でも良い）水溶液またはアルコール溶液の中に浸すことで、網状基材１３を構成する薄膜の表面に吸蔵材を塗布する。そして、網状基材１３を１５０℃の温度で乾燥することで、水分を除去して無水物とする。
【００２７】
また、網状基材１３への吸蔵材の担持は、以下の方法により行っても良い。即ち、まず活性アルミナを純水に混合させ、これを網状基材１３に対してスラリーコートした後、２５０〜３５０℃の温度で網状基材１３を乾燥させる。このとき、活性アルミナの分散調整には、界面活性剤（カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤）及び消泡剤のいずれかを用いる。また、活性アルミナにシリカを２８〜３８ｗｔ％入れても良いし、活性アルミナに水溶性有機樹脂バインダーを１．３〜３．１ｗｔ％入れても良い。いずれの場合も、ウォッシュコートの密着性を向上させる。水溶性有機樹脂バインダーとしては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、でんぷん（スターチ）、ゼラチン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が用いられる。なお、スラリーコート後に網状基材１３を乾燥させるのは、水分を蒸発させ、急激な加熱により乾燥被膜が壊れないようにするためである。
【００２８】
続いて、網状基材１３を５００〜７００℃の温度で焼成する。焼成温度を５００℃未満とすると、十分な付着力を有する被覆層が得られず、焼成温度を７００℃よりも高くすると、剥離性能が変わらなくなる。
【００２９】
続いて、上述した担持方法と同様に、網状基材１３をＭｇＣｌ２（ＳｒＣｌ２、ＣａＣｌ２でも良い）水溶液またはアルコール溶液の中に浸すことで、網状基材１３を構成する薄膜の表面に吸蔵材を塗布する。そして、網状基材１３を１５０℃の温度で乾燥することで、水分を除去して無水物とする。
【００３０】
以上のような排気ガス浄化装置１において、インジェクタ８より排気管３内におけるＳＣＲ６の上流側にＮＨ３を添加するときは、図示しない加熱手段によりアンモニア貯蔵器１０を加熱する。すると、貯蔵器本体１２内の温度が上昇し、網状基材１３に担持された吸蔵材からＮＨ３が放出される。そして、そのＮＨ３が供給管９を通ってインジェクタ８に供給され、インジェクタ８からＮＨ３が添加される。
【００３１】
このとき、網状基材１３は、熱伝導性が高い金属で形成されている。このため、アンモニア貯蔵器１０が加熱されると、網状基材１３が直ぐに均一に温まるようになる。従って、吸蔵材からＮＨ３を急速に放出させることができる。
【００３２】
以上のように本実施形態にあっては、全体的に同じ構造を有する網状基材１３をＭｇＣｌ２水溶液等に含浸させることで、網状基材１３に吸蔵材をスラリー状態で担持するようにしたので、アンモニア貯蔵器１０内に吸蔵材が全体的に均一に存在するようになる。これにより、アンモニア貯蔵器１０内において、ＮＨ３の吸蔵量を増やすことができると共に、ＮＨ３の吸蔵量を全体的に一律にすることができる。また、吸蔵材からＮＨ３を放出させるためにアンモニア貯蔵器１０を加熱したときに、昇温性や温度応答性が向上し、アンモニア貯蔵器１０内の温度分布が直ぐに均一になるため、ＮＨ３の生成効率が高くなる。また、ＮＨ３の放出の制御が行いやすくなると共に、加熱による消費電力を低減することができる。
【００３３】
図３は、図２に示したアンモニア貯蔵器１０の変形例を示す図である。図３において、本変形例のアンモニア貯蔵器１０は、円筒状の貯蔵器本体１２と、この貯蔵器本体１２内に配置されたセラミック製の網状基材１４とを有している。網状基材１４は、フィルタ基材（ここでは格子状のウォールフロー型）として形成された厚壁からなる基材である。つまり、網状基材１４の隙間（開口）形状は、方形状となっている。網状基材１４の片側は、閉塞されている。また、網状基材１４は、全体的に同じ構造を有している。
【００３４】
網状基材１４は、コーディエライト、アルミナ、シリコンカーバイド、ムライト、ジルコニアまたはナトリウム／ジルコニア／リン酸塩、シリコンニトリド、シリア輝石、アルミナ−シリカ−マグネシウム、ジルコニウムシリケート、コーディエライト−α、シリマナイト、マグネシウムシリケート、ジルコン、葉長石、α−アルミナ、アルミノシリケート及びこれらに類似するものから構成されている。
【００３５】
網状基材１４の仕様としては、例えば容積が１〜４Ｌ、直径が１０３〜１６０ｍｍ、長さが１３０〜３００ｍｍ、セル数が１００〜８００ｃｐｓｉ、平均気孔直径が１〜６０μｍである。
【００３６】
ＮＨ３を吸蔵する吸蔵材は、網状基材１４にスラリー状態（ウォッシュコート）で担持されている。具体的には、吸蔵材は、網状基材１４を構成する厚壁の中に全体的に形成された多くの細孔に埋め込まれている。
【００３７】
網状基材１４へ吸蔵材を担持する方法としては、まずＡｌ２Ｏ３ウォッシュコートと吸蔵材（ＭｇＣｌ２等）を含んでなるコートとを加圧して網状基材１４内まで引き上げ、６０秒後に真空引きして網状基材１４内から余分なコートを除去する。これにより、網状基材１４を構成する厚壁に吸蔵材が内蔵されるようになる。その後、網状基材１４を１５０℃の温度で乾燥することで、水分を除去して無水物とする。
【００３８】
本変形例においても、網状基材１４に吸蔵材を担持するので、上述したようにアンモニア貯蔵器１０内において、ＮＨ３の吸蔵量を増やすことができると共に、ＮＨ３の吸蔵量を全体的に一律にすることができる。また、アンモニア貯蔵器１０内の温度分布を均一にすることができる。
【００３９】
また、セラミック製の網状基材１４は冷めにくいため、アンモニア貯蔵器１０を加熱することで網状基材１４が一旦温まると、網状基材１４が均一に温まった状態が長い時間にわたって維持される。このため、加熱手段（図示せず）を作動させ続ける必要が無いため、消費電力を一層低減することができる。
【００４０】
なお、本変形例では、セラミック製の網状基材１４を使用したが、網状基材１４を金属で形成しても良い。
【００４１】
以上、本発明に係わるアンモニア貯蔵器の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記の一実施形態では、薄膜構造からなる金属製の網状基材１３を使用したが、薄膜構造からなるセラミック製の網状基材１３を使用しても良い。この場合、網状基材１３のセラミック材料は、上記の網状基材１４と同様である。ここで、網状基材１３の仕様としては、例えば容積が１〜４Ｌ、直径が１０３〜１６０ｍｍ、長さが１３０〜３００ｍｍ、セル数が１００〜８００ｃｐｓｉである。
【００４２】
このようなセラミック製の網状基材１３へ吸蔵材を担持するときは、まず網状基材１３を水和Ａｌ２Ｏ３の水溶液の中に入れ、その後網状基材１３を引き上げて１００℃の温度で乾燥・冷却する。そして、網状基材１３を５００℃の温度で１時間焼成して、Ａｌ２Ｏ３の表面積を広げる。続いて、網状基材１３をＭｇＣｌ２（ＳｒＣｌ２、ＣａＣｌ２でも良い）水溶液またはアルコール溶液の中に浸すことで、網状基材１３を構成する薄膜の表面に吸蔵材を塗布する。そして、網状基材１３を１５０℃の温度で乾燥することで、水分を除去して無水物とする。
【００４３】
また、上記実施形態では、吸蔵材が網状基材にスラリー状態で担持されているが、吸蔵材を網状基材に粉末状態で担持しても良い。
【００４４】
さらに、上記実施形態では、網状基材が格子状に形成されている、つまり網状基材の隙間形状が方形状となっているが、網状基材の隙間形状としては、特にそれには限られず、六角形状等であっても良い。また、網状基材を箔等で形成しても良い。
【００４５】
また、上記実施形態のアンモニア貯蔵器１０は、ＳＣＲ６に添加されるＮＨ３を貯蔵するものであるが、本発明のアンモニア貯蔵器は、化学蓄熱を利用して酸化触媒４やＳＣＲ６を加熱するもの等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
２…ディーゼルエンジン、３…排気管、１０…アンモニア貯蔵器、１２…貯蔵器本体、１３，１４…網状基材。
【図１】
2013256928.tif 000003
【図２】
2013256928.tif 000004
【図３】
2013256928.tif 000005