(57)【要約】【課題】アンモニア発生源として水溶液を用い、しかも水を除去した際に、ＮＨ3が溶解した水を有効に利用できるＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムを提供する。【解決手段】ティーゼルエンジンの排ガス管２０にＳＣＲコンバータ２１を接続し、そのＳＣＲコンバータ２１にアンモニアを供給するに際し、アンモニア源を粉末としてアンモニア源タンク１０に貯蔵し、アンモニア源タンク１０からアンモニア源粉末をアンモニア源水溶液作製タンク１３に供給すると共にそのアンモニア源水溶液作製タンク１３に水を供給してアンモニア源水溶液を作製し、そのアンモニア源水溶液をヒーター１７で加熱してアンモニアガスを生成すると共に、これを冷却管１８を通して水蒸気を凝縮分離し、水蒸気を分離したアンモニアガスをＳＣＲコンバータ２１に供給し、他方前記冷却管１８で冷却した凝縮水を前記アンモニア源水溶液作製タンク１３に戻すようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティーゼルエンジンの排ガス管にＳＣＲコンバータを接続し、そのＳＣＲコンバータにアンモニアを供給するに際し、アンモニア源を粉末としてアンモニア源タンクに貯蔵し、アンモニア源タンクからアンモニア源粉末をアンモニア源水溶液作製タンクに供給すると共にそのアンモニア源水溶液作製タンクに水を供給してアンモニア源水溶液を作製し、そのアンモニア源水溶液をヒーターで加熱してアンモニアガスを生成すると共に、これを冷却管を通して水蒸気を凝縮分離し、水蒸気を分離したアンモニアガスをＳＣＲコンバータに供給し、他方前記冷却管で冷却した凝縮水を前記アンモニア源水溶液作製タンクに戻すことを特徴とするＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システム。
【請求項２】
前記アンモニア源水溶液作製タンクの出口にアンモニア源濃度センサを設け、アンモニア源濃度センサでの検出値が一定濃度以下になると前記アンモニア源タンクからアンモニア源粉末をアンモニア源水溶液作製タンクに供給する請求項１記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システム。
【請求項３】
前記ヒーターの熱源にディーゼルエンジンの排ガスを用いる請求項１又は２記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システム。
【請求項４】
前記ヒーターにて、アンモニア源水溶液が１６０℃以上１８０℃以下となるようにディーゼルエンジンの排ガスを前記ヒーターに供給する請求項３記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システム。
【請求項５】
前記ヒーターに供給するディーゼルエンジンの排ガスは、ＳＣＲコンバータの上流側又は下流側排ガス管から供給する請求項３又は４記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンからの排ガス中に含まれるＮＯｘをアンモニアで還元するためのＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；以下ＳＣＲと略記）システムは、ＳＣＲコンバータ入口で尿素水を噴射し、尿素の加水分解で生じるＮＨ3（アンモニア）を還元剤としてＳＣＲコンバータ内でＮＯｘを還元する機構である。
【０００３】
この尿素ＳＣＲシステムは以下の問題がある。  
ａ）ＳＣＲコンバータ入口に尿素水として供給するため、１６０℃以下の低温では尿素水が完全に加水分解されず、特に低温でのＮＨ3の供給効率が悪い。  
ｂ）尿素加水分解時に、２００℃以上となるとシアヌル酸などの白色結晶が生じてＳＣＲコンバータに堆積し、ＳＣＲ機能低下の原因となる。  
ｃ）尿素水に大量に含まれる水が直接ＳＣＲコンバータに入るため、水熱耐久性に乏しいゼオライト系ＳＣＲ触媒の劣化が進行しやすい。
【０００４】
特許文献１では、上記の従来技術が抱える問題点を解決したもので、これを図２により説明すると、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムあるいは尿素などのＮＨ3発生源となり得るアンモニア源供給タンク３０からのアンモニア源水溶液を配管１１を通して供給し、ヒーター３２を用いて１６０〜１８０℃の範囲で加熱し、熱分解させてＮＨ3を発生させる。ここで生成したＮＨ3は大量の水蒸気を含有するため、これを冷却管３３を用いて５０℃〜８０℃に冷却して、含有水蒸気の大部分を除去して水回収タンク３４に回収し、水蒸気を除去したガスを、コンプレッサ３５によって昇圧して、ノズル３７から排ガス管３６に接続したＳＣＲコンバータ３８に供給し、ＳＣＲコンバータ３８内で、ＮＨ3ガスによって排ガス中のＮＯｘを還元する機構である。
【０００５】
この図２のアンモニア供給システムは、尿素水を直接ＳＣＲコンバータに噴射する従来技術と違って、ヒーター３２にて尿素水の加水分解温度を１６０〜１８０℃にコントロールしてシアヌル酸の合成を阻止し、その上で発生する水蒸気を冷却管３３にて凝縮して除去することで、ゼオライト系ＳＣＲ触媒の劣化を防止できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２６４３４号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７３２１号公報
【特許文献３】特表２００１−５１８０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図２のアンモニア供給システムでは、下記の問題点が残されている。    ａ）加熱分解で発生したガスから除去・回収した水が発生するが、この水には一定濃度のＮＨ3が溶解しているため、廃棄が困難である。  
ｂ）ＮＨ3の水への溶解度は高く（０℃；８９．９ｇ／１００ｃｍ3）、このため冷却管での冷却温度を５０〜８０℃に保持しているが、加水分解で発生したＮＨ3の内、一定量のＮＨ3が回収水に溶解するため、ＳＣＲコンバータへのＮＨ3供給効率は充分でなかった。
【０００８】
特許文献２では、アンモニア源として、水溶液を用いずにカルバミン酸炭酸水素アンモニウム（（ＮＨ4）2（ＨＣＯ3）（ＮＨ2ＣＯ2））等の固体還元剤を用い、これを直接熱分解し、
（ＮＨ4）2（ＨＣＯ3）（ＮＨ2ＣＯ2）→３ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＋２ＣＯ2
の熱分解反応でＮＨ3を発生させることが提案されている。
【０００９】
しかし、この特許文献２では、水の回収の問題はないものの、固体還元剤は７０℃で熱分解するため、炎天下など高温にさらされた場合、ＮＨ3ガスの大気への漏洩や爆発などの危険性が溶液の場合より高く、また、補給時などの扱い易さの面においても溶液状態の方が有利である。
【００１０】
また、特許文献３では、発生する水の量を減らすために、固体状尿素をアンモニア源とし、ＮＨ3発生時に固体尿素に水を混合し、これを１００〜３００℃に加熱すると共に０．１４〜３．４ＭＰａに加圧してカルバミン酸アンモニウム（ＮＨ2ＣＯＯＮＨ4）を生成し、さらに圧力を保持したまま、これをさらに加熱してアンモニアを発生させるものである。この特許文献３では、尿素を固体状態で保持し、アンモニア発生時に、加水分解で水加熱・加圧してカルバミン酸アンモニウムを生成し、これを加熱してＮＨ3とＣＯ2にするため、水分量を減らすことが可能であるが、加圧装置が必要となり、ディーゼルエンジンからの排ガスの後処理に適用することは困難である。
【００１１】
よってディーゼルエンジンからの排ガスの後処理に用いるアンモニア発生源としては、水溶液を用いるのがよいが、上述したように水の処理が課題として残る。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、アンモニア発生源として水溶液を用い、しかも水を除去した際に、ＮＨ3が溶解した水を有効に利用できるＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ティーゼルエンジンの排ガス管にＳＣＲコンバータを接続し、そのＳＣＲコンバータにアンモニアを供給するに際し、アンモニア源を粉末としてアンモニア源タンクに貯蔵し、アンモニア源タンクからアンモニア源粉末をアンモニア源水溶液作製タンクに供給すると共にそのアンモニア源水溶液作製タンクに水を供給してアンモニア源水溶液を作製し、そのアンモニア源水溶液をヒーターで加熱してアンモニアガスを生成すると共に、これを冷却管を通して水蒸気を凝縮分離し、水蒸気を分離したアンモニアガスをＳＣＲコンバータに供給し、他方前記冷却管で冷却した凝縮水を前記アンモニア源水溶液作製タンクに戻すことを特徴とするＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムである。
【００１４】
請求項２の発明は、前記アンモニア源水溶液作製タンクの出口にアンモニア源濃度センサを設け、アンモニア源濃度センサでの検出値が一定濃度以下になると前記アンモニア源タンクからアンモニア源粉末をアンモニア源水溶液作製タンクに供給する請求項１記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムである。
【００１５】
請求項３の発明は、前記ヒーターの熱源にディーゼルエンジンの排ガスを用いる請求項１又は２記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムである。
【００１６】
請求項４の発明は、前記ヒーターにて、アンモニア源水溶液が１６０℃以上１８０℃以下となるようにディーゼルエンジンの排ガスを前記ヒーターに供給する請求項３記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムである。
【００１７】
請求項５の発明は、前記ヒーターに供給するディーゼルエンジンの排ガスは、ＳＣＲコンバータの上流側又は下流側排ガス管から供給する請求項３又は４記載のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、アンモニア源を粉末で貯蔵し、この粉末を水で溶解してアンモニア源水溶液を作製し、これを加水分解してアンモニアと水蒸気とし、水蒸気を分離したアンモニアをＳＣＲコンバータに供給すると共に、凝縮したアンモニアを含む水をアンモニア源水溶液の作製に用いることで、分離した水の有効利用が図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】従来のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１は、本発明のＳＣＲコンバータへのアンモニア供給システムを示したもので、図において、１０は、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、尿素などのアンモニア源粉末１１を貯蔵するアンモニア源タンクで、その下方にバルブ１２を介してアンモニア源水溶液作製タンク１３が接続される。アンモニア源水溶液タンク１３は、水供給ライン１４から供給される水とアンモニア源タンク１０からのアンモニア源粉末１１を混合撹拌してアンモニア源水溶液を作製すると共にこれを貯蔵する。アンモニア源水溶液タンク１３で作製されたアンモニア源水溶液は、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じて、配管１５に供給される。
【００２２】
配管１５には、アンモニア源水溶液タンク１３からのアンモニア源水溶液のアンモニア濃度を検出する濃度センサ１６が接続される。濃度センサ１６は、アンモニアの検出濃度が一定値以下となると、バルブ１２を開いてアンモニア源粉末１１をアンモニア源水溶液作製タンク１３に供給し、また図示していないがアンモニア源水溶液作製タンク１３内のアンモニア源水溶液のレベルが一定値以下に下がったときに水供給ライン１４から水が給水されるようになっている。
【００２３】
配管１５には、アンモニア源水溶液を加熱するヒーター１７が接続され、その下流に加水分解したＮＨ3と水蒸気を、１００℃以下、好ましくは５０〜８０℃に冷却する冷却管１８が接続され、さらにその下流にコンプレッサ１９が接続される。配管１５の先端には、排ガス管２０に接続したＳＣＲコンバータ２１の入口側でＮＨ3を噴射するノズル２２が設けられる。
【００２４】
本発明においては、ヒーター１７の熱源として、排ガス管２０内の排ガスを排ガス導入管２３から導入し、ヒーター１７内を通るアンモニア源水溶液を１６０℃以上１８０℃以下の範囲に間接加熱し、その加熱後の排ガスを排出管２４にて排ガス管２０に戻すように構成したものであり、また冷却管１８に、その冷却管１８で冷却され、アンモニアと分離した凝縮水をアンモニア源水溶液作製タンク１３に戻す回収水戻し管２５を接続して構成したものである。
【００２５】
この図１では、排ガス導入管２３からヒーター１７、ヒーター１７から排出管２４に戻す排ガス源としてＳＣＲコンバータ２１の上流側の排ガス管２０の例で説明しているが、ＳＣＲコンバータ２１の下流側の排ガス管２０に排ガス導入管２３と排ガス管２０を接続するようにしてもよい。また、排ガス導入管２３、ヒーター１７、排ガス管２０を流れる排ガスの流量調整は、排ガス導入管２３と排ガス管２０の間の排ガス管２０にダンパやオリフィスを設けて制御するなど適宜の手段で行う。
【００２６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２７】
アンモニア源タンク１０からの重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムあるいは尿素等のアンモニア源粉末１１が、バルブ１２を介してアンモニア源水溶液作製タンク１３に供給され、また水供給ライン１４から水がアンモニア源水溶液作製タンク１３に供給され、これらが混合されてアンモニア源水溶液作製タンク１３内でアンモニア源水溶液（例えば尿素水）が作製される。またこの際濃度センサ１２はアンモニア源水溶液のアンモニア濃度を検出し、アンモニア濃度が一定値以下に下がったときにバルブ１２を開いてアンモニア源粉末１１をアンモニア源水溶液作製タンク１３に供給する。さらにアンモニア源水溶液作製タンク１３内のアンモニア源水溶液のレベルが一定値以下に下がったならば水供給ライン１４から水を補給する。
【００２８】
アンモニア源水溶液作製タンク１３のアンモニア源水溶液を配管１５からヒーター１７に供給し、また排ガス管２０からの排ガスの一部を排ガス導入管２３よりヒーター１７に導入すると共に排出管２４にて排ガス管２０に戻し、その排ガスによってアンモニア源水溶液を１６０℃以上１８０℃以下に間接加熱して加水熱分解させ、ＮＨ3と水蒸気を生成させる。
【００２９】
熱分解によって発生するガスは、多量の水蒸気を含有するため、冷却管１８を用いて発生ガス中の水を凝縮させてトラップする。冷却管１８は排ガス管２０あるいはＳＣＲコンバータ１６に近い位置に取り付け、比較的高い温度（５０〜８０℃）で保持する。水の除去は、加圧下ではなく、常圧かつ比較的高温に保たれた冷却管１８を用いるため、ＮＨ3ガスの凝縮した水への溶解を抑制することができる。
【００３０】
以上の要領で水を除去したＮＨ3ガスをノズル２２からＳＣＲコンバータ２１に供給する。ＮＨ3ガス供給の際はコンプレッサ１９を用いて昇圧し、排ガス圧よりも高圧でＮＨ3ガスを送り出すことで効率よくＮＨ3を供給する。
【００３１】
この際、冷却管１８でトラップしたＮＨ3を含有する凝縮水（回収水）は、回収水戻し管２５を介してアンモニア源水溶液作製タンク１３に戻してアンモニア源を溶解する水として再利用する。
【００３２】
このように本発明のアンモニア供給システムは、発生したＮＨ3のほぼ全量をＮＨ3の形でＳＣＲコンバータに供給できるため、従来の尿素ＳＣＲシステムに比べてＮＨ3を効率的に供給できると共に、トラップされた凝縮水（回収水）にＮＨ3が含まれていても、これをアンモニア源水溶液作製タンク１３に戻して再使用するため、消費する水の量を少なくすることができる。
【００３３】
また、ヒーター１７にて、アンモニア源水溶液を１６０℃以上１８０℃以下に加熱して加水分解する際の熱源として排ガス管２０を流れる排ガスを利用するため、燃費低減に有効である。
【００３４】
さらに、アンモニア源をアンモニア源粉末として貯蔵し、使用時にこれをアンモニア源水溶液作製タンク１３に供給してアンモニア源水溶液とするため、従来の尿素貯蔵タンクのような大型のタンクを用いる必要がなく、アンモニア源タンク１０とアンモニア源水溶液作製タンク１３を小型化することが可能となる。
【００３５】
なお、図１の実施の形態では、ＳＣＲコンバータ２１の上流側の排ガス管２０の排ガスをヒーター１７に供給する例を示しているが、ＳＣＲコンバータ２１の下流側の排ガス管２０の排ガスをヒーター１７に供給するようにしてもよい。ＳＣＲコンバータ２１の下流側の排ガスをヒーター１７の熱源として用いた方がＳＣＲコンバータ２１の温度を高く保てるため望ましい。
【００３６】
さらに、ＳＣＲコンバータ２１への供給ガスに含まれる水分が少ないため。ＳＣＲ触媒の劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  アンモニア源タンク
１３  アンモニア源水溶液作製タンク
１７  ヒーター
１８  冷却管
２０  排ガス管
２１  ＳＣＲコンバータ
２３  排ガス導入管
２４  排出管
２５  回収水戻し管
【図１】
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【図２】
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