(57)【要約】  流体流入端面１３ａから流体流出端面１３ｂまで延びる複数のセル１４を区画形成する隔壁１５を有する柱状のハニカム構造部１１、及びハニカム構造部１１の側面に配設され、ハニカム構造部１１を通電加熱するための少なくとも一対の電極部１２を有し、通電加熱されたハニカム構造部１１内で尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニアを生成可能に構成されたハニカム構造体１と、入口側端部にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口２２、及び出口側端部にアンモニアを噴射するための噴射口２１を備え、ハニカム構造体１を収容し、ハニカム構造部１１のセル１４内を流体が流通可能な第１流通経路と、セル１４内を介さずに入口側端部から出口側端部へ流体が流通可能な第２流通経路１６とが内部に形成されている外筒２と、外筒２の一端に配置され、流体の流入側の第１流通経路又は前記第２流通経路に尿素水溶液を噴霧するための尿素噴霧器３と、排ガスの温度に応じて第１流通経路又は第２流通経路に尿素水溶液の噴霧方向を切替可能に構成された噴霧方向切替手段とを備える、還元剤噴射装置１００である。
2020121607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流入端面から流体流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設され、前記ハニカム構造部を通電加熱するための少なくとも一対の電極部を有し、通電加熱された前記ハニカム構造部内で尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニアを生成可能に構成されたハニカム構造体と、
入口側端部にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口、及び出口側端部にアンモニアを噴射するための噴射口を備え、前記ハニカム構造体を収容し、前記ハニカム構造部の前記セル内を流体が流通可能な第１流通経路と、前記セル内を介さずに前記入口側端部から前記出口側端部へ前記流体が流通可能な第２流通経路とが内部に形成されている外筒と、
前記外筒の一端に配置され、前記流体の流入側の前記第１流通経路又は前記第２流通経路に前記尿素水溶液を噴霧するための尿素噴霧器と、
排ガスの温度に応じて前記第１流通経路又は前記第２流通経路に前記尿素水溶液の噴霧方向を切替可能に構成された噴霧方向切替手段と
を備える、還元剤噴射装置。
【請求項２】
前記第１流通経路に噴霧された前記尿素水溶液中の尿素は、前記第１流通経路内で通電加熱された前記ハニカム構造部により分解され、アンモニアを生成して外部に噴射され、
前記第２流通経路に噴霧された前記尿素水溶液は、そのまま外部に噴射される、請求項１に記載の還元剤噴射装置。
【請求項３】
前記第２流通経路は、前記ハニカム構造部の前記セル内以外に前記流体が流通可能に構成されている、請求項１又は２に記載の還元剤噴射装置。
【請求項４】
前記ハニカム構造部は、前記セルが延びる方向に垂直な断面において、中央に前記第２流通経路が位置するように構成された中空型のハニカム構造部である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項５】
前記第２流通経路は、前記ハニカム構造体に隣接する位置に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項６】
前記尿素噴霧器が前記噴霧方向切替手段を有し、前記噴霧方向切替手段が前記尿素水溶液の供給圧力に応じて前記尿素水溶液の噴霧方向を変えることが可能なノズルである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項７】
前記噴霧方向切替手段が、前記ハニカム構造体と前記尿素噴霧器との間に設けられており、前記尿素水溶液の噴霧方向を変えることが可能な制御弁である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項８】
前記キャリアガスは排ガスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項９】
前記ハニカム構造部の電気抵抗率が０．０１〜５００Ωｃｍである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項１０】
前記ハニカム構造部は、珪素−炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項１１】
前記ハニカム構造部の単位体積当たりの表面積が５ｃｍ2／ｃｍ3以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置。
【請求項１２】
排ガスが流通するための排気筒と、
前記排気筒内にアンモニア又は尿素水溶液を噴射するための、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置と、
前記排気筒の、前記アンモニア又は前記尿素水溶液が噴射される位置よりも下流側に配置されたＳＣＲ触媒と
を備える排ガス処理装置。
【請求項１３】
排ガスの温度が２００℃以上の場合に、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の還元剤噴射装置から尿素水溶液を前記排ガスに噴射し、前記尿素水溶液が混入した排ガスをＳＣＲ触媒で還元処理し、
前記排ガスの温度が２００℃未満の場合に、前記還元剤噴射装置で生成したアンモニアを前記排ガスに噴射し、前記アンモニアが混入した前記排ガスをＳＣＲ触媒で還元処理する排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種エンジンなどから排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、選択触媒還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を用いた排ガス処理装置が知られている（特許文献１）。
特許文献１に記載の排ガス処理装置は、エンジンの排気筒に取り付けられた触媒（ＳＣＲ触媒）、及びエンジンと触媒との間の排気筒内に尿素水を噴射する手段を有し、噴霧された尿素水を排ガスと混合し、触媒によって排ガス中の特定成分と反応させると共に尿素水を排ガスと混合する尿素水噴射手段が複数個所に設けられている。
しかしながら、特許文献１に記載の排ガス処理装置は、尿素水中の尿素を排ガスの熱でアンモニアに分解させるため、排ガスの温度が２００℃以上であることが必要とされる。そのため、排ガスの温度が低いときには、尿素の分解反応が起こり難くなり、ＮＯｘの処理に必要なアンモニアの量が不足するという問題があった。【０００３】
そこで、筒状のハニカム構造部、及びハニカム構造部の側面に配設された一対の電極部を有するハニカム構造体（ハニカムヒーター）と、ハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧する尿素噴霧器とを備える還元剤噴射装置を用いた排ガス処理装置が提案されている（特許文献２）。この排ガス装置に用いられる還元剤噴射装置は、電極部に電圧を印加することで通電加熱されたハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧し、尿素水溶液中の尿素をハニカム構造部内で分解してアンモニアを効率良く生成させることができる。
しかしながら、通電加熱されたハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧すると、尿素水溶液が噴霧された領域の温度が低下し、ハニカム構造部内に温度ムラが発生する。その結果、ハニカム構造部の低温領域に尿素デポジット（尿素に起因する結晶）が生成し易くなる。尿素デポジットが生成すると、ハニカム構造部内の流路が遮断されるため、尿素からアンモニアへの分解が阻害されてしまう。【０００４】
そこで、尿素噴霧器とハニカム構造体との間にキャリアガス導入口を設けた還元剤噴射装置を用いた排ガス処理装置が提案されている（特許文献３及び４）。この排ガス処理装置に用いられる還元剤噴射装置によれば、キャリアガス導入口から導入されたキャリアガスが、ハニカム構造部内のガスの流れを促進させることができる。そのため、ハニカム構造部に尿素水溶液を噴霧してもハニカム構造部内の温度差が小さくなり、尿素デポジットの生成を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７-３２７３７７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／１４８５０６号
【特許文献３】特開２０１７−１８０２９８号公報
【特許文献４】特開２０１７−１８０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排ガス中のＮＯｘの量は、車両の走行パターンなどによって変化するが、排ガス中のＮＯｘの量が多い場合、ＮＯｘの浄化に必要な還元剤（アンモニア）の量が増えるため、尿素水溶液の噴霧量を増大させる必要がある。尿素水溶液の噴霧量が多くなると、ハニカム構造体の温度が低下するため、通電電力を高める必要があるため、電力消費量が増大してしまう。【０００７】
また一般的に、ＮＯｘの浄化に必要な還元剤の量は、ＮＯｘを含有する排ガスの温度に依存しており、排ガスの温度が低いと、要求される還元剤の量は少なくなり、排ガスの温度が高いと、要求される還元剤の量は多くなる。また、排ガスの温度が高い（例えば、２００℃以上）場合、排ガスに尿素水溶液を直接噴霧しても、排ガスの熱によって尿素が分解されてアンモニアが生成するため、ＮＯｘを浄化することができる。したがって、排ガスの温度が低い場合には還元剤噴射装置からアンモニアを噴霧し、排ガスの温度が高い場合には還元剤噴射装置から尿素水溶液を噴射することができる。【０００８】
しかしながら、特許文献２〜４に記載された従来の還元剤噴射装置は、尿素水溶液をそのまま噴霧することを意図していないため、尿素水溶液の噴霧量を多くすると、ハニカム構造部が尿素水溶液の流通の妨げとなる。その結果、還元剤噴射装置から尿素水溶液を効率的に噴射することができないと共に、尿素デポジットが生成し易くなるという問題があった。【０００９】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電力消費量が少なく、排ガスの温度に応じてアンモニア又は尿素水溶液を選択して効率良く噴射することが可能な還元剤噴射装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、排ガスの温度に応じて還元剤噴射装置からアンモニア又は尿素水溶液を選択して効率良く噴射し、ＮＯｘの浄化を行うことが可能な排ガス処理装置及び排ガス処理方法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】
【００１０】
本発明者らは、ハニカム構造部の側面に少なくとも一対の電極部が配設されたハニカム構造体を備える還元剤噴射装置の構造について鋭意研究を行った結果、ハニカム構造体が収容される外筒において、ハニカム構造部のセル内を流体が流通可能な第１流通経路と、ハニカム構造部のセル内を介さずに流体が流通可能な第２流通経路とを形成し、排ガスの温度に応じて第１流通経路又は第２流通経路に尿素水溶液を噴霧可能な噴霧方向切替手段を設けることにより、上記の問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１１】
すなわち、本発明は、流体流入端面から流体流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設され、前記ハニカム構造部を通電加熱するための少なくとも一対の電極部を有し、通電加熱された前記ハニカム構造部内で尿素水溶液中の尿素を分解してアンモニアを生成可能に構成されたハニカム構造体と、
入口側端部にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口、及び出口側端部にアンモニアを噴射するための噴射口を備え、前記ハニカム構造体を収容し、前記ハニカム構造部の前記セル内を流体が流通可能な第１流通経路と、前記セル内を介さずに前記入口側端部から前記出口側端部へ前記流体が流通可能な第２流通経路とが内部に形成されている外筒と、
前記外筒の一端に配置され、前記流体の流入側の前記第１流通経路又は前記第２流通経路に前記尿素水溶液を噴霧するための尿素噴霧器と、
排ガスの温度に応じて前記第１流通経路又は前記第２流通経路に前記尿素水溶液の噴霧方向を切替可能に構成された噴霧方向切替手段と
を備える、還元剤噴射装置である。【００１２】
また、本発明は、排ガスが流通するための排気筒と、
前記排気筒内にアンモニア又は尿素水溶液を噴射するための前記還元剤噴射装置と、
前記排気筒の、前記アンモニア又は尿素水溶液が噴射される位置よりも下流側に配置されたＳＣＲ触媒と
を備える排ガス処理装置である。【００１３】
さらに、本発明は、排ガスの温度が２００℃以上の場合に、前記還元剤噴射装置から尿素水溶液を前記排ガスに噴射し、前記尿素水溶液が混入した排ガスをＳＣＲ触媒で還元処理し、
前記排ガスの温度が２００℃未満の場合に、前記還元剤噴射装置で生成したアンモニアを前記排ガスに噴射し、前記アンモニアが混入した前記排ガスをＳＣＲ触媒で還元処理する排ガス処理方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力消費量が少なく、排ガスの温度に応じてアンモニア又は尿素水溶液を選択して効率良く噴射することが可能な還元剤噴射装置を提供することができる。
また、本発明によれば、排ガスの温度に応じて還元剤噴射装置からアンモニア又は尿素水溶液を選択して効率良く噴射し、ＮＯｘの浄化を行うことが可能な排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線の模式断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ’線の模式断面図である。
【図５】図３におけるＣ−Ｃ’線の模式断面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る排ガス処理装置を示す模式断面図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る別の排ガス処理装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法の好適な実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、改良などを行うことができる。各実施形態に開示されている複数の構成要素は、適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００１７】
＜実施形態１＞
（１）還元剤噴射装置
図１は、本発明の実施形態１に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図（ハニカム構造部のセルの延びる方向に平行な模式断面図）である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ’線の模式断面図（ハニカム構造部のセルの延びる方向に垂直な模式断面図）である。
図１及び２に示すように、本実施形態の還元剤噴射装置１００は、ハニカム構造体１と、ハニカム構造体１を収容する外筒２と、外筒２の一端に配置された尿素噴霧器３とを備える。
【００１８】
ハニカム構造体１は、流体流入端面１３ａから流体流出端面１３ｂまで延びる複数のセル１４を区画形成する隔壁１５を有する柱状のハニカム構造部１１と、ハニカム構造部１１の側面に配設され、ハニカム構造部１１を通電加熱するための少なくとも一対の電極部１２とを有する。ハニカム構造部１１は、セル１４が延びる方向に垂直な断面において、中央に空間領域が位置するように構成された中空型の構造を有する。このような構造を有する中空型のハニカム構造部１１では、セル１４が第１流通経路、空間領域が第２流通経路１６となる。
ここで、本明細書において「流体流入端面１３ａ」とは、流体の流入口を有する端面のことを意味し、「流体流出端面１３ｂ」とは、流体の流出口を有する端面のことを意味する。また、「一対の電極部１２」は、ハニカム構造部１１を均一に加熱する観点から、ハニカム構造部１１のセル１４が延びる方向に直交する断面において、一方の電極部１２に対して、他方の電極部１２がハニカム構造部１１の中心を挟んで反対側に配設されていることが好ましい。
電極部１２は、セル１４が延びる方向に沿って帯状に形成されていることが好ましい。なお、電極部１２は一対であってよいが、ハニカム構造部１１の発熱効率を高める観点から、複数対としてもよい。
【００１９】
外筒２は、入口側端部及び出口側端部を有し、内部にハニカム構造体１を収容している。一端である入口側端部は、キャリアガスを導入するためのキャリアガス導入口２２を備えている。また、入口側端部には尿素噴霧器３が配置されている。他端である出口側端部は、アンモニアを噴射するための噴射口２１を備えている。
外筒２の内部には、ハニカム構造部１１のセル１４内を流体が流通可能な第１流通経路と、セル１４内を介さずに入口側端部から出口側端部へ流体が流通可能な第２流通経路とが形成されている。すなわち、外筒２の内部において、第１流通経路（セル１４）及び第２流通経路１６は、外筒２の長さ方向に対して並列に配置されている。第２流通流路１６は、ハニカム構造部１１のセル１４以外に流体が流通可能に構成されているため、流体は第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６のいずれか一方を流通する。
【００２０】
キャリアガス導入口２２は、ハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａ側、すなわち、ハニカム構造体１と尿素噴霧器３との間に設けられていることが好ましい。キャリアガスとしては、特に限定されず、排ガス、吸気ガス、その他のエアー供給装置（大型車両などに搭載されているコンプレッサーなど）からのエアーなどを用いることができる。
外筒２に収容されるハニカム構造体１は、絶縁保持部２３を介して外筒２内に固定（保持）されている。これにより、ハニカム構造体１と外筒２との間の絶縁が確保される。ハニカム構造体１と外筒２との間には、絶縁保持部２３が配置されていない部分（空間）があってもよいが、ハニカム構造体１の外周全体が絶縁保持部２３で覆われていてもよい。絶縁保持部２３の材質は、絶縁性に優れたものであれば特に限定されず、例えば、アルミナ、ガラスなどを用いることができる。
【００２１】
尿素噴霧器３は、外筒２の一端（入口側端部）に配置され、ハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａ側に尿素水溶液を噴霧する。また、尿素噴霧器３は、排ガスの温度に応じて第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６に尿素水溶液の噴霧方向を切替可能に構成された噴霧方向切替手段を有する。
【００２２】
上記のような構成を有する本実施形態の還元剤噴射装置１００は、排ガスの温度に応じて、尿素噴霧器３から尿素水溶液を第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６に噴霧する。第１流通経路（セル１４）に噴霧された尿素水溶液中の尿素は、第１流通経路（セル１４）内で、通電加熱されたハニカム構造部１１により分解され、アンモニア（還元剤）を生成し、噴射口２１から外部にアンモニアが噴射される。一方、第２流通経路１６に噴霧された尿素水溶液は、噴射口２１からそのまま外部に噴射される。このとき、外筒２内にキャリアガスを導入することにより、第１流通経路（セル１４）及び第２流通経路１６にガスの流れを作ることができる。そのため、第１流通経路（セル１４）及び第２流通経路１６内に尿素水溶液が停滞し難くなり、尿素デポジットが抑制される。
【００２３】
以下、本実施形態の還元剤噴射装置１００について、さらに、構成部材ごとに詳細に説明する。
【００２４】
（１−１）ハニカム構造体１
ハニカム構造体１は、ハニカム構造部１１と電極部１２とを有する。
ハニカム構造部１１を構成する隔壁１５の材質は、特に限定されないが、セラミックスであることが好ましい。特に、隔壁１５の材質は、珪素−炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分としていることが好ましく、珪素−炭化珪素複合材を主成分としていることがより好ましい。このような材質を用いることにより、ハニカム構造部１１の電気抵抗率を、炭化珪素と珪素との比率を変更することで任意の値に調整し易くなる。
ここで、上記の主成分となる「珪素−炭化珪素複合材」とは、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての金属珪素を含有するものを意味する。珪素−炭化珪素複合材は、複数の炭化珪素粒子が、金属珪素によって結合されていることが好ましい。また、上記の主成分となる「炭化珪素」とは、炭化珪素粒子同士が焼結して形成されたものを意味する。また、本明細書において「主成分」とは、９０質量％以上含有される成分のことを意味する。
【００２５】
ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、特に限定されないが、０．０１〜５００Ωｃｍであることが好ましく、０．１〜２００Ωｃｍであることがより好ましい。このような電気抵抗率に制御することにより、少なくとも一対の電極部１２に電圧を印加することにより、ハニカム構造部１１を効果的に発熱させることができる。特に、電圧１２〜２００Ｖの電源を用いて、ハニカム構造部１１を１６０〜６００℃に発熱させるためには、電気抵抗率を上記の範囲とすることが好ましい。
なお、ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、２５℃における値である。また、ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
【００２６】
ハニカム構造部１１の単位体積当たりの表面積は、特に限定されないが、５ｃｍ2／ｃｍ3以上であることが好ましく、８〜４５ｃｍ2／ｃｍ3であることがより好ましく、２０〜４０ｃｍ2／ｃｍ3であることが特に好ましい。この表面積が５ｃｍ2／ｃｍ3以上であると、尿素水溶液との接触面積が十分に確保され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が適切に制御される。
なお、ハニカム構造部１１の表面積は、ハニカム構造部１１の隔壁１５の表面の面積である。
【００２７】
ハニカム構造部１１の隔壁１５の厚さは、０．０６〜１．５ｍｍが好ましく、０．１０〜０．８０ｍｍがより好ましい。隔壁１５の厚さが１．５ｍｍ以下であると、圧力損失が低減され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が適切に制御される。隔壁１５の厚さが０．０６ｍｍ以上であると、通電加熱による熱衝撃でハニカム構造部１１が破壊してしまうことが抑制される。
セル１４の形状（セル１４の延びる方向に直交する断面の形状）が、図２に示すような円形の場合、隔壁１５の厚さは、「セル１４同士の間の距離が最も短くなっている部分（隔壁１５の厚さが小さい部分）」における隔壁１５の厚さを意味する。
セル１４の密度は、７〜１４０セル／ｃｍ2が好ましく、１５〜１２０セル／ｃｍ2が更に好ましい。セル１４の密度が７セル／ｃｍ2以上であると、尿素水溶液との接触面積が十分に確保され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が適切に制御される。セル１４の密度が１４０セル／ｃｍ2以下であると、圧力損失が低減され、尿素水溶液の処理速度、すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が適切に制御される。
【００２８】
ハニカム構造部１１は、一部のセル１４に対し、流体流入端面１３ａ側の端部に目封止部を設けてもよい。目封止部の材質は、隔壁１５の材質と同じであることが好ましいが、他の材質であってもよい。
【００２９】
流体流入端面１３ａの形状（外形）は、特に限定されず、例えば、図２に示すような円形の他、正方形、長方形、その他の多角形、楕円形などの各種形状であってもよい。また、流体流入端面１３ａの形状（外形）は、流体流出端面１３ｂの形状と同じであり、セル１４の延びる方向に直交する断面の形状（外形）と同じであることが好ましい。
【００３０】
ハニカム構造部１１の大きさは、第２流通経路１６を含む流体流入端面１３ａ及び流体流出端面１３ｂの面積（セル１４の延びる方向に直交する断面の面積）がそれぞれ５０〜１００００ｍｍ2であることが好ましく、１００〜８０００ｍｍ2であることがより好ましい。また、セル１４の延びる方向に直交する断面の第２流通経路１６の面積は２０〜２０００ｍｍ2であることが好ましい。
【００３１】
セル１４の延びる方向に直交する断面におけるセル１４の形状は、図２に示すような円形の他、楕円形、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。このような形状にすることにより、ハニカム構造部１１に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、尿素水溶液中の尿素を効率的に分解することが可能となる。
【００３２】
ハニカム構造部１１の中央に形成される第２流通経路１６の形状は、特に限定されず、セル１４が延びる方向に垂直な断面において、例えば、図２に示すような円形の他、正方形、長方形、その他の多角形、楕円形などの各種形状であってもよい。
なお、ハニカム構造部１１の形状（外形）と、第２流通経路１６の形状とは同一であっても異なっていてもよいが、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性の観点から、同一であることが好ましい。
【００３３】
電極部１２は、セル１４が延びる方向に沿って帯状に形成されているが、ハニカム構造部１１の周方向にも広がる幅広に形成されていてもよい。また、セル１４の延びる方向に直交する断面において、一方の電極部１２は、他方の電極部１２に対して、ハニカム構造部１１の中心を挟んで反対側に配設されている。このような構成とすることにより、一対の電極部１２の間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部１１内を流れる電流の偏りを抑制することができるため、ハニカム構造部１１内の発熱の偏りを抑制することが可能になる。
また、電極部１２に対する電圧の印加は、流体流入端面１３ａにおける温度が９００℃以下となるようにハニカム構造部１１を発熱させることが好ましい。ハニカム構造部１１の温度の制御はハニカム構造部１１に温度測定手段を直接設けることにより制御することができる。あるいは、キャリアガス温度、キャリアガス流量及び尿素水溶液噴霧量からハニカム構造部１１の温度を推定して制御することも可能である。また、エンジンの運転条件をマッピングすれば、キャリアガス温度及びキャリアガス流量の測定に代えることもできる。
【００３４】
電極部１２の材質は、特に限定されないが、ハニカム構造部１１の隔壁１５の主成分と同じであることが好ましい。
電極部１２の電気抵抗率は、０．０００１〜１００Ωｃｍであることが好ましく、０．００１〜５０Ωｃｍであることがより好ましい。電極部１２の電気抵抗率をこのような範囲にすることにより、一対の電極部１２が、高温の排ガスが流れる排気筒内において、電極の役割を効果的に果たすことができる。電極部１２の電気抵抗率は、ハニカム構造部１１の電気抵抗率より低いものであることが好ましい。
なお、電極部１２の電気抵抗率は、４００℃における値である。また、電極部１２の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
【００３５】
一対の電極部１２には、外部からの電気配線１９を繋ぐための電極端子突起部１７が配設されていてもよい。電極端子突起部１７の材質は、導電性セラミックスであってもよいし、金属であってもよい。また、電極端子突起部１７の材質は、電極部１２と同じであることが好ましい。また、電極端子突起部１７と外筒２のコネクター１８とが、電気配線１９によって繋がれていることが好ましい。
【００３６】
ハニカム構造部１１には、尿素加水分解触媒が備えられていてもよい。尿素加水分解触媒を用いることにより、尿素からアンモニアを効率的に生成させることができる。尿素加水分解触媒としては、酸化チタンなどを挙げることができる。
【００３７】
（１−２）外筒２
外筒２の材質は、特に限定されないが、ステンレス鋼などが好ましい。
外筒２の形状は、ハニカム構造体１と嵌合させるため、セル１４の延びる方向に直交する断面において、ハニカム構造部１１の形状と同種であることが好ましい。ここで、本明細書において「同種の形状」とは、外筒２の形状が正方形であるときには、ハニカム構造部１１の形状も正方形であり、外筒２の形状が長方形であるときには、ハニカム構造部１１の形状も長方形であることを意味する。なお、例えば、外筒２の形状及びハニカム構造部１１の形状が、同種の形状であり、その形状が長方形である場合、縦と横との長さの比までが同じである必要はない。
【００３８】
（１−３）尿素噴霧器３
尿素噴霧器３は、排ガスの温度に応じて第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６に尿素水溶液の噴霧方向を切替可能に構成された噴霧方向切替手段を有する。
噴霧方向切替手段としては、特に限定されないが、例えば、尿素水溶液の供給圧力に応じて尿素水溶液の噴霧方向を変えることが可能なノズルを用いることができる。具体的には、尿素水溶液の供給圧力が低い場合に第２流通経路１６に尿素水溶液を噴霧するとともに、尿素水溶液の供給圧力が高い場合に第１流通経路（セル１４）に尿素水溶液を噴霧することが可能なノズルを用いることができる。なお、当該噴霧方向切替手段を用いる場合、噴霧方向切替手段により第２流通経路１６に尿素水溶液を噴霧しているときに、尿素噴霧器３から噴射された一部の尿素水溶液が第１流通経路に少量流入してもよい。
【００３９】
尿素噴霧器３の種類は、尿素水溶液を噴霧可能であれば特に限定されないが、ソレノイド式、超音波式、圧電アクチュエータ式、又はアトマイザー式であることが好ましい。これらを用いることにより、尿素水溶液を容易に霧状に噴霧することができる。また、これらの中でも、ソレノイド式、超音波式、又は圧電アクチュエータ式を用いると、空気を使用せずに尿素水溶液を霧状に噴霧することができる。そのため、尿素水溶液の噴霧に用いる空気を加熱する必要がなくなり、加熱するエネルギー量を低減することができる。また、噴霧に用いる空気を使用しないことにより、噴射体積が減少するため、ハニカム構造部１１内を霧状の尿素水溶液が通過する速度を低下させることが可能となり、分解に必要な反応時間を長く取ることができる。尿素噴霧器３から噴霧される尿素水溶液の液滴の大きさ（直径）は、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。液滴の大きさが０．３ｍｍより大きいと、ハニカム構造部１１内で加熱された際に、気化し難くなることがある。
【００４０】
ここで、ソレノイド式の尿素噴霧器３は、ソレノイドの振動又はソレノイドを用いた電界によるピストンの前後動作により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。また、超音波式の尿素噴霧器３は、超音波振動により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。また、圧電アクチュエータ式の尿素噴霧器３は、圧電素子の振動により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。また、アトマイザー式の尿素噴霧器３は、例えば、管で液体を吸い上げながら、当該管の先端の開口部に吸い上げられた液体を空気で霧状に吹き飛ばして、当該液体を噴霧する装置である。なお、アトマイザー式の尿素噴霧器３は、ノズルの先端に小さな開口部を複数個形成し、当該開口部より液体を霧状に噴霧する装置であってもよい。
【００４１】
尿素噴霧器３は、ハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａ側に尿素水溶液を噴霧し易くするために、尿素水溶液の噴霧方向（液滴が飛び出す方向）が、ハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａ側を向いていることが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態の還元剤噴射装置１００の製造方法について詳細に説明する。
（２）還元剤噴射装置１００の製造方法
（２−１）ハニカム構造体１の製造
ハニカム構造体１がセラミックス製の場合、ハニカム構造体１の製造方法は、以下のような製造方法であることが好ましい。
ハニカム構造体１の製造方法は、ハニカム成形体作製工程と、ハニカム乾燥体作製工程と、未焼成電極付きハニカム体作製工程と、ハニカム構造体作製工程とを含む。
【００４３】
（ハニカム成形体作製工程）
ハニカム成形体作製工程では、成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製する。成形原料は、セラミックス原料及び有機バインダを含むことが好ましい。成形原料には、セラミックス原料及び有機バインダ以外に、界面活性剤、焼結助剤、造孔材、水などをさらに配合してもよい。成形原料は、これらの原料を混合することによって得ることができる。
【００４４】
成形原料中のセラミックス原料は、「セラミックス」又は「焼成によりセラミックスとなる原料」である。セラミックス原料は、いずれの場合も、焼成後にセラミックスとなる。成形原料中のセラミックス原料は、金属珪素及び炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）を主成分とするか、又は炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）を主成分とすることが好ましい。これにより、得られるハニカム構造体１が導電性になる。金属珪素も金属珪素粒子（金属珪素粉末）であることが好ましい。なお、「金属珪素及び炭化珪素粒子を主成分とする」とは、金属珪素及び炭化珪素粒子の合計質量が、全体（セラミックス原料）の９０質量％以上であることを意味する。また、セラミックス原料に含まれる、主成分以外の成分としては、ＳｉＯ2、ＳｒＣＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＣＯ3、コージェライトなどを挙げることができる。
【００４５】
セラミックス原料の主成分として炭化珪素を用いた場合には、焼成によって炭化珪素が焼結される。また、セラミックス原料の主成分として金属珪素及び炭化珪素粒子を用いた場合には、焼成により、金属珪素を結合材として、骨材である炭化珪素同士が結合される。
【００４６】
セラミックス原料として、炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）及び金属珪素粒子（金属珪素粉末）を用いた場合、炭化珪素粒子の質量と金属珪素粒子の質量との合計に対して、金属珪素粒子の質量が１０〜４０質量％であることが好ましい。炭化珪素粒子の平均粒子径は、１０〜５０μｍが好ましく、１５〜３５μｍがより好ましい。金属珪素粒子の平均粒子径は、０．１〜２０μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素粒子の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。
【００４７】
有機バインダとしては、メチルセルロース、グリセリン、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどを挙げることができる。有機バインダとしては、１種類の有機バインダを用いてもよいし、複数種類の有機バインダを用いてもよい。有機バインダの配合量は、セラミックス原料の合計質量を１００質量部としたときに、５〜１０質量部であることが好ましい。
【００４８】
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリンなどを用いることができる。界面活性剤としては、１種類の界面活性剤を用いてもよいし、複数種類の界面活性剤を用いてもよい。界面活性剤の配合量は、セラミックス原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜２．０質量部であることが好ましい。
【００４９】
焼結助剤としては、ＳｉＯ2、ＳｒＣＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＣＯ3、コージェライトなどを用いることができる。焼結助剤としては、１種類の焼結助剤を用いてもよいし、複数種類の焼結助剤を用いてもよい。焼結助剤の配合量は、セラミックス原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜３質量部であることが好ましい。
【００５０】
造孔材としては、焼成後に気孔を形成するものであれば特に限定されず、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲルなどを挙げることができる。造孔材としては、１種類の造孔材を用いてもよいし、複数種類の造孔材を用いてもよい。造孔材の配合量は、セラミックス原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．５〜１０質量部であることが好ましい。
【００５１】
水の配合量は、セラミックス原料の合計質量を１００質量部としたときに、２０〜６０質量部であることが好ましい。
【００５２】
成形原料を押出成形する際には、まず、成形原料を混練して坏土を形成する。次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を得る。ハニカム成形体は、流体流入端面１３ａから流体流出端面１３ｂまで延びる複数のセル１４を区画形成する多孔質の隔壁１５を有し、中央に第２流通経路１６が形成されている。ハニカム成形体の隔壁１５は、未乾燥、未焼成の隔壁１５である。
【００５３】
（ハニカム乾燥体作製工程）
ハニカム乾燥体作製工程では、得られたハニカム成形体を乾燥させてハニカム乾燥体を作製する。乾燥条件は、特に限定されず、公知の条件を用いることができる。例えば、８０〜１２０℃で、０．５〜５時間乾燥させることが好ましい。
【００５４】
（未焼成電極付きハニカム体作製工程）
未焼成電極付きハニカム体作製工程では、まず、ハニカム乾燥体の側面に、セラミックス原料と水とを含有する電極形成用スラリーを塗布する。次に、電極形成用スラリーを乾燥させて未焼成電極を形成して、未焼成電極付きハニカム体を作製する。
【００５５】
未焼成電極付きハニカム体は、ハニカム乾燥体に、セル１４の延びる方向に帯状に延びるとともに周方向にも広がる、幅広の長方形の未焼成電極が形成されていることが好ましい。周方向とは、セル１４の延びる方向に直交する断面において、ハニカム乾燥体の側面に沿った方向のことである。
【００５６】
未焼成電極付きハニカム体作製工程で用いられる電極形成用スラリーは、セラミックス原料と水とを含有する。電極形成用スラリーには、界面活性剤、造孔材、水などを配合してもよい。
セラミックス原料としては、ハニカム成形体を作製する際に用いられるセラミックス原料を用いることが好ましい。例えば、ハニカム成形体を作製する際に用いられるセラミックス原料の主成分を炭化珪素粒子及び金属珪素とした場合には、電極形成用スラリーのセラミックス原料としても炭化珪素粒子及び金属珪素を用いればよい。
【００５７】
ハニカム乾燥体の側面に、電極形成用スラリーを塗布する方法は特に限定されない。電極形成用スラリーは、例えば、刷毛を用いて塗布したり、印刷の手法を用いて塗布したりすることができる。
【００５８】
電極形成用スラリーの粘度は、２０℃において、５００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、１０〜２００Ｐａ・ｓであることがより好ましい。電極形成用スラリーの粘度が５００Ｐａ・ｓ以下であると、電極形成用スラリーをハニカム乾燥体の側面に塗布し易くなる。
【００５９】
ハニカム乾燥体に電極形成用スラリーを塗布した後に、電極形成用スラリーを乾燥させて、未焼成電極（未焼成電極付きハニカム体）を得ることができる。乾燥温度は、８０〜１２０℃であることが好ましい。また、乾燥時間は、０．１〜５時間であることが好ましい。
【００６０】
（ハニカム構造体作製工程）
ハニカム構造体作製工程では、未焼成電極付きハニカム体を焼成してハニカム構造体１を作製する。
焼成条件は、ハニカム成形体の製造に用いられたセラミックス原料、及び電極形成用スラリーに用いられたセラミックス原料の種類に応じて適宜決定すればよい。
また、未焼成電極付きハニカム成形体を乾燥させた後、焼成前に、バインダなどを除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は、大気雰囲気下、４００〜５００℃で０．５〜２０時間行うことが好ましい。
【００６１】
尿素加水分解触媒４０をハニカム構造体１に担持させる場合、その方法としては、例えば、尿素加水分解触媒４０のスラリーが貯留された容器に、ハニカム構造体１を浸漬させればよい。なお、尿素加水分解触媒４０のスラリーの粘度、含有される尿素加水分解触媒４０の粒径などを調整することによって、隔壁１５の表面だけでなく隔壁１５の細孔の内部にまで触媒を担持させることができると共に、担持する触媒の量を調節することもできる。また、スラリーの吸引を複数回行うことによっても、担持する触媒の量を調節することができる。
【００６２】
（２−２）還元剤噴射装置１００の製造
外筒２内にハニカム構造体１を挿入し、絶縁保持部２３を介してハニカム構造体１を外筒２内に固定すると共に、外筒２の一端（入口側端部）に尿素噴霧器３を配置する。そして、外筒２のコネクター１８と一対の電極部１２に配設した電極端子突起部１７との間を電気配線１９によって接続することにより、還元剤噴射装置１００を製造することができる。
【００６３】
次に、本実施形態の還元剤噴射装置１００の使用方法について詳細に説明する。
（３）還元剤噴射装置１００の使用方法
本実施形態の還元剤噴射装置１００は、尿素水溶液を原料として用い、排ガスの温度に応じて、尿素噴霧器３から尿素水溶液を第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６に噴霧する。排ガスの温度が低い場合、尿素水溶液を第１流通経路（セル１４）に選択的に噴霧することにより、尿素水溶液中の尿素を第１流通経路（セル１４）内で分解してアンモニア（還元剤）を生成させ、噴射口２１から外部にアンモニアを噴射する。具体的には、ハニカム構造部１１を通電して昇温（加熱）し、尿素噴霧器３に尿素水溶液を供給し、尿素噴霧器３からハニカム構造部１１の第１流通経路（セル１４）に尿素水溶液を噴霧する。このとき、キャリアガスをキャリアガス導入口２２からハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａ側に導入することにより、尿素水溶液の流れを促進させてハニカム構造部１１の第１流通経路（セル１４）内に尿素水溶液を停滞し難くすることができる。尿素噴霧器３から噴霧された尿素水溶液は、キャリアガスの流れにより、流体流入端面１３ａからハニカム構造部１１の第１流通経路（セル１４）内に入る。第１流通経路（セル１４）内に供給された尿素水溶液中の尿素は、加熱されたハニカム構造部１１の温度により分解されてアンモニアが生成する。一方、排ガスの温度が高い場合、尿素水溶液を第２流通経路１６に選択的に噴霧することにより、噴射口２１からそのまま外部に噴射される。このときキャリアガスをキャリアガス導入口２２からハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａ側に導入することにより、尿素水溶液の流れを促進させてハニカム構造部１１の第２流通経路１６内に尿素水溶液を停滞し難くすることができる。
【００６４】
ここで、排ガスの温度は、要求される還元剤の量と関係する。すなわち、排ガスの温度が高くなると、要求される還元剤の量が多くなり、排ガスの温度が低くなると、要求される還元剤の量が少なくなる。したがって、例えば、排ガス温度が２００℃以上の場合には、尿素噴霧器３から尿素水溶液を第２流通経路１６に噴霧し、そのまま外部に噴射し、排ガスの温度が２００℃未満の場合には、尿素噴霧器３から尿素水溶液を第１流通経路（セル１４）に噴霧し、生成したアンモニアを外部に噴射するようにすればよい。
【００６５】
尿素水溶液の供給量は、特に限定されないが、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）量に対して、アンモニアの当量比が１．０〜２．０となるような量であることが好ましい。当量比が１．０未満の場合、浄化されずに排出される窒素酸化物量が増加することがある。ただし、ＳＣＲ触媒にＮＯｘ吸蔵機能を付与すれば、当量比が１．０未満の期間があってもよい。当量比が２．０を超えると、排ガス中にアンモニアが混入した状態で排ガスが排出される可能性が高くなる恐れがある。
【００６６】
尿素水溶液としては、特に限定されないが、１０〜４０質量％の尿素を含む水溶液であることが好ましい。尿素含有量が１０質量％未満であると、ＮＯｘ還元のために多量の尿素水溶液を噴霧する必要があり、ハニカム構造部１１の通電加熱に要求される電力量が多くなることがある。尿素含有量が４０質量％を超えると、寒冷地で尿素が凝固する懸念がある。尿素水溶液の好適な例としては、市場で広く流通しているＡｄＢｌｕｅ（３２．５質量％の尿素水溶液、ドイツ自動車工業会（ＶＤＡ）の登録商標）が挙げられる。
【００６７】
ハニカム構造部１１の加熱温度は、１６０℃以上とすることが好ましく、１６０〜６００℃とすることがより好ましく、２５０〜４００℃とすることが更に好ましい。加熱温度が１６０℃以上であると、尿素が効率良く分解され易くなる。加熱温度が６００℃以下であると、アンモニアが燃焼され、排気筒にアンモニアが供給されないことが抑制される。また、ハニカム構造部１１の加熱温度は、３６０℃以上とすることが、還元剤噴射装置１００に析出する硫酸水素アンモニウム、硫酸アンモニウムなどの硫黄化合物を除去することができる点で好ましい。
【００６８】
ハニカム構造部１１に印加する最大電圧は、１２〜２００Ｖとすることが好ましく、１２〜１００Ｖとすることがより好ましく、１２〜４８Ｖとすることがさらに好ましい。最大電圧が１２Ｖ以上であると、ハニカム構造部１１を昇温し易くなる。最大電圧が２００Ｖ以下であると、電圧を昇圧させる装置が高価になることが抑制される。
＜実施形態２＞
図３は、本発明の実施形態２に係る還元剤噴射装置を示す模式断面図（ハニカム構造部のセルの延びる方向に平行な模式断面図）である。また、図４は、図３におけるＢ−Ｂ’線の模式断面図（ハニカム構造部のセルの延びる方向に垂直な模式断面図）、図５は図３におけるＣ−Ｃ’線の模式断面図（ハニカム構造部のセルの延びる方向に平行な模式断面図）である。
図３〜５に示すように、本実施形態の還元剤噴射装置２００は、四角柱状のハニカム構造部１１を有するハニカム構造体１が外筒２内に収容されていると共に、外筒２内において第２流通経路（空間領域１６）がハニカム構造体１に隣接する位置に形成されている。また、噴霧方向切替手段としての制御弁３１が、ハニカム構造体１と尿素噴霧器３との間に設けられている。それ以外の構成は、実施形態１の還元剤噴射装置１００と同様であるため説明を省略し、相違点のみ詳細に説明する。
【００６９】
本実施形態の還元剤噴射装置２００では、ハニカム構造部１１のセル１４内を流体が流通可能な第１流通経路と、第１流通経路と隣接して位置して流体が流通可能な第２流通経路とが外筒２の内部に形成されている。第２流通流路１６は、ハニカム構造部１１のセル１４以外に流体が流通可能に構成されているため、流体は第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６のいずれか一方を流通する。
【００７０】
噴霧方向切替手段として用いられる制御弁３１としては、尿素水溶液の噴霧方向を変えることが可能なものであれば特に限定されない。図５は、制御弁３１によって尿素水溶液の噴霧方向を第２流通経路１６に制御するときの状態を示している。第１流通経路（セル１４）側への尿素水溶液の流れを制御弁３１で遮断しているため、第２流通経路１６へ尿素水溶液を流通させることができる。一方、第２流通経路１６側への尿素水溶液の流れを制御弁３１で遮断すれば、第１流通経路（セル１４）へ尿素水溶液を流通させることができる。
【００７１】
上記のような構造を有する本実施形態の還元剤噴射装置２００では、排ガスの温度に応じて、尿素噴霧器３から尿素水溶液を第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６に噴霧することができるため、実施形態１の還元剤噴射装置１００と同様の作用効果を得ることができる。
【００７２】
＜実施形態３＞
図６及び７は、本発明の実施形態３に係る排ガス処理装置を示す模式断面図である。
図６及び７に示すように、本実施形態の排ガス処理装置３００，４００は、排ガスが流通する排気筒４１と、排気筒４１内にアンモニア又は尿素水溶液を噴射する還元剤噴射装置１００と、排気筒４１の、アンモニア又は尿素水溶液が噴射される位置よりも下流側に配置されたＳＣＲ触媒４２とを備える。
【００７３】
排気筒４１は、各種エンジンなどから排出される排ガス（ＮＯｘを含有する排ガス）を通す配管であり、この中で、排ガスとアンモニアとが混合される。排気筒４１の大きさは、特に限定されず、本実施形態の排ガス処理装置３００，４００を取り付けるエンジンなどの排気系に合わせて、適宜決定することができる。また、排気筒４１の、ガスの流れる方向における長さは、特に限定されないが、還元剤噴射装置１００とＳＣＲ触媒４２との間の距離を適切な距離とすることが可能な長さであることが好ましい。
【００７４】
排気筒４１の材質は、特に限定されないが、排ガスによる腐食が発生し難いものであることが好ましい。排気筒４１の材質としては、例えば、ステンレス鋼などが挙げられる。
【００７５】
還元剤噴射装置１００は、噴射口２１が排気筒４１に装着されており、排気筒４１内にアンモニア又は尿素水溶液を噴射する。具体的には、還元剤噴射装置１００は、排ガスの温度が２００℃以上の場合に、排気筒４１内に尿素水溶液を噴霧し、排ガスの温度が２００℃未満の場合に、排気筒４１内にアンモニアを噴霧することにより、排気筒４１内でアンモニア又は尿素水溶液が排ガス中に混入される。なお、排気筒４１に噴霧された尿素水溶液は、排ガスの熱によってアンモニアに分解される。
還元剤噴射装置１００は、図６に示すように排気筒４１に１つ装着すればよい。また、図７に示すように排気筒４１に還元剤噴射装置を２つ装着してもよい。この場合、下流側の還元剤噴射装置は、還元剤噴射装置１００であっても、還元剤（尿素水）を加熱せずに噴霧する従来の還元剤噴射装置５００（例えば、尿素噴霧器３）であってもよい。好ましい実施形態では、下流側の還元噴霧装置は、還元剤（尿素水）を加熱せずに噴霧する従来の還元剤噴射装置５００である。これは、排ガス中のＮＯｘの量が少ない場合（排ガスの温度が低い場合）、上流側の還元剤噴射装置１００及びＳＣＲ触媒４２によってＮＯｘのほとんどが浄化され、また、排ガス中のＮＯｘの量が多い場合（排ガスの温度が高い場合）、従来の還元剤噴射装置５００から噴霧された尿素水が排ガスの温度によってアンモニアに分解されるためである。また、図示していないが、還元剤噴射装置１００は、必要に応じて排気筒４１に３つ以上装着してもよい。
還元剤噴射装置１００に導入するキャリアガスとして排ガスを用いる場合、図６及び７に示すように、排気筒４１が還元剤噴射装置１００の上流で分岐され、分岐流路４３がキャリアガス導入口２２に接続される。一方、排ガス以外のキャリアガス（例えば、吸気ガスなど）を用いる場合には、当該キャリアガスの供給源に接続筒などを介してキャリアガス導入口２２が接続される。
【００７６】
ＳＣＲ触媒４２は、触媒体（ＳＣＲ触媒４２が担持されたハニカム構造体）の状態で、排気筒４１の、アンモニア又は尿素水溶液が噴射される位置よりも下流側に配置される。したがって、図６に示すように、還元剤噴射装置１００が排気筒４１に１つ装着される場合、この還元剤噴射装置１００が装着された位置よりも下流側の排気筒４１にＳＣＲ触媒４２が配置される。また、図７に示すように、還元剤噴射装置が排気筒４１に２つ装着される場合、還元剤噴射装置１００及び従来の還元剤噴射装置５００が装着された位置よりも下流側の排気筒４１にＳＣＲ触媒４２がそれぞれ配置される。
ＳＣＲ触媒４２の例としては、バナジウム系触媒やゼオライト系触媒などを挙げることができる。
ＳＣＲ触媒４２を、ハニカム構造体に担持された触媒体として使用する場合には、当該触媒体を容器内に収納し、当該容器を排気筒４１の下流側に装着することが好ましい。
ＳＣＲ触媒４２を担持するハニカム構造体は、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
【００７７】
排気筒４１の上流側には、排ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタが配置されていることが好ましい。粒子状物質を捕集するためのフィルタとしては、例えば、ハニカム形状のセラミックス製のＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）４４を挙げることができる。また、排気筒４１の上流側には、排ガス中の炭化水素や一酸化炭素を除去するための酸化触媒４５が配置されていることが好ましい。酸化触媒４５は、セラミックス製のハニカム構造体に担持された状態（酸化触媒体）であることが好ましい。酸化触媒４５としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属が好適に用いられる。
還元剤噴射装置１００が排気筒４１に１つ装着される場合、ＤＰＦ４４及び酸化触媒４５は、図６に示すように、還元剤噴射装置１００によるアンモニア又は尿素水溶液の噴射位置よりも上流側の排気筒４１に配置される。また、還元剤噴射装置１００が排気筒４１に２つ装着される場合、ＤＰＦ４４及び酸化触媒４５は、図７に示すように、従来の還元剤噴射装置５００によるアンモニア又は尿素水溶液の噴射位置よりも上流側であり、且つ還元剤噴射装置１００が装着された位置よりも下流側にあるＳＣＲ触媒４２よりも下流側の排気筒４１に配置されることが好ましい。
【００７８】
ＳＣＲ触媒４２の下流側には、アンモニアを除去するためのアンモニア除去触媒（酸化触媒）を配置することが好ましい。このような構成とすることにより、排ガス中のＮＯｘの除去に使用されなかった余分なアンモニアが下流側に流れた際に、そのアンモニアが外部に排出されることを防止することができる。ＳＣＲ触媒４２の下流側に配置される酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属が好適に用いられる。
【００７９】
なお、上記の説明では、実施形態１の還元剤噴射装置１００を用いた場合を説明したが、実施形態２の還元剤噴射装置２００を用いてもよい。
【００８０】
＜実施形態４＞
本発明の実施形態４に係る排ガス処理方法は、排ガスの温度が２００℃以上の場合に、実施形態１又は２の還元剤噴射装置１００，２００から尿素水溶液を排ガスに噴射し、尿素水溶液が混入した排ガスをＳＣＲ触媒で還元処理し、排ガスの温度が２００℃未満の場合に、実施形態１又は２の還元剤噴射装置１００，２００で生成したアンモニアを排ガスに噴射し、アンモニアが混入した排ガスをＳＣＲ触媒で還元処理する。この排ガス処理方法は、実施形態３の排ガス処理装置３００，４００を用いることによって容易に実施することができる。
【００８１】
還元剤噴射装置１００，２００は、排ガスの温度が高い場合（排ガス温度が２００℃以上の場合）に、尿素水溶液を選択して噴霧し、排ガスの熱によって尿素水溶液を分解してアンモニアを生成させることにより、ＳＣＲ触媒４２でＮＯｘを浄化することができる。そのため、排ガスの温度が高い場合に、還元剤噴射装置１００，２００でアンモニアの生成量を増大させる必要がなくなることから、電力消費量が少なくなると共に、尿素デポジットの生成も抑制することができる。一方、排ガスの温度が低い場合（排ガス温度が２００℃未満の場合）に、アンモニアを選択して噴霧することにより、ＳＣＲ触媒４２でＮＯｘを浄化することができる。
また、キャリアガスを、尿素噴霧器３から噴霧された尿素水溶液と共に供給することができるため、ハニカム構造部１１の第１流通経路（セル１４）又は第２流通経路１６内のガスの流れを促進することができる。その結果、第１流通流路又は第２流通流路内に尿素が残留することを抑制できるため、尿素デポジットの生成限界を上げることができる。さらに、排ガスの温度が２００℃未満の場合には、加熱分解されたアンモニアをキャリアガスによって外部に排出することができるため、応答性が向上する。
【００８２】
還元剤噴射装置１００，２００からアンモニアを噴霧する場合（排ガスの温度が２００℃未満の場合）、ハニカム構造部１１の流体流入端面１３ａの温度は、１５０℃以上、好ましくは２５０℃以上となるように、キャリアガスの温度及び流量、並びにハニカム構造体１への供給電力を調整することが好ましい。このような温度制御を行うために、例えば、キャリアガスの温度は１００℃以上、流量は１０Ｌ／分以上とすることが好ましい。また、ハニカム構造体１への供給電力は、１５０〜５００Ｗとすることが好ましい。
【００８３】
還元剤噴射装置１００，２００から噴射されるアンモニア又は尿素水溶液の噴射量は、排ガスに含まれる窒素酸化物量に対して、アンモニアの当量比が１．０〜２．０となるような量であることが好ましい。当量比が１．０未満の場合は、浄化されずに排出される窒素酸化物量が増加することがある。当量比が２．０を超えると、排ガス中にアンモニアが混入した状態で排ガスが排出される可能性が高くなる恐れがある。
【００８４】
尿素水溶液の噴霧量及びハニカム構造部１１の温度（供給電力）は、電子制御装置によって、制御することが好ましい。また、ハニカム構造部１１の抵抗値から温度を算出し、算出された温度が所望の温度になるように、ハニカム構造部１１の温度を制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法は、各種エンジンなどから排出される排ガス中のＮＯｘを浄化するのに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  ハニカム構造体
２  外筒
３  尿素噴霧器
１１  ハニカム構造部
１２  電極部
１３ａ  流体流入端面
１３ｂ  流体流出端面
１４  セル
１５  隔壁
１６  第２流通経路
１７  電極端子突起部
１８  コネクター
１９  電気配線
２１  噴射口
２２  キャリアガス導入口
２３  絶縁保持部
３１  制御弁
４１  排気筒
４２  ＳＣＲ触媒
４３  分岐流路
４４  ＤＰＦ
４５  酸化触媒
１００、２００  還元剤噴射装置
３００、４００  排ガス処理装置
５００  従来の還元剤噴射装置
【図１】
2020121607.tif 000003
【図２】
2020121607.tif 000004
【図３】
2020121607.tif 000005
【図４】
2020121607.tif 000006
【図５】
2020121607.tif 000007
【図６】
2020121607.tif 000008
【図７】
2020121607.tif 000009
【国際調査報告】
2020121607.tif 000010
2020121607.tif 000011