JP2021110319A

JP2021110319A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2021110319A
Application number: JP2020004485A
Authority: JP
Inventors: 清彦長江; Kiyohiko Nagae
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2021-08-02

Abstract

【課題】始動時に触媒を昇温させる際に、エミッションの悪化や電力消費量の大幅な増加を回避しつつ排気ガスを昇温できる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガスが上流側Ａから下流側Ｂに向かって流通する排気通路２と、尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部５と、尿素水中の尿素を分解してアンモニアを生成する尿素分解部１１と、アンモニアを分解するアンモニア分解触媒１２を有し、排気通路２に排気ガスを浄化する浄化部３を設け、該浄化部３より上流側Ａに、アンモニア分解触媒１２を配置した。尿素を分解してアンモニアを生成し、この生成したアンモニアをアンモニア分解触媒に吸着させることで吸着熱を発生させ、その吸着熱を利用してアンモニア分解触媒がアンモニアから水素を生成するため、この吸着熱と、水素の燃焼熱により排気通路内の温度を短時間で昇温することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

従来、自動車などの車両には、図３に示すように、内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒等を担持した浄化部材１０１を、排気ガスが流通する排気通路１０２に設けた排気ガス浄化装置１０３が搭載されている。

車両の始動時等においては、排気ガスの温度が低いため、浄化部材１０１に担持された触媒等との反応に適した触媒活性温度以上まで昇温させる必要がある。この排気ガスの温度を、所定温度以上に上げるため、浄化部材１０１の上流側にバーナや、電気加熱式触媒装置（以下、ＥＨＣと呼称する場合がある）等の加熱部１０５により加熱が行われている。

しかし、上記従来の排気ガス浄化装置１０３においては、加熱部１０５としてバーナを用いた場合、排気ガスを昇温するため、エミッションが悪化する可能性がある。また、加熱部１０５としてＥＨＣを用いた場合、その電力消費量が激しく、電力消費量が大幅に増加する可能性がある。

そこで、本発明は、エミッションの悪化や電力消費量の大幅な増加を回避するとともに、排気ガスを昇温できる排気ガス浄化装置を提案することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、本発明は、排気ガスが、上流側から下流側に向かって流通する排気通路と、尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部と、尿素水中の尿素を分解してアンモニアを生成する尿素分解部と、前記アンモニアを分解するアンモニア分解触媒を有し、
前記排気通路に、排気ガスを浄化する浄化部を設け、
該浄化部より上流側に、前記アンモニア分解触媒を配置したことを特徴とするものである。

また、前記アンモニア分解触媒として、ルテニウム触媒を用いてもよい。

また、前記アンモニア分解触媒に、空気を供給する空気供給部を設けてもよい。

また、前記浄化部は、少なくともＳＣＲ触媒を有してもよい。

また、前記アンモニア分解触媒を、前記排気ガスが流通しない通路に設けてもよい。

本発明は、尿素分解部において、尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部内の尿素を分解してアンモニアを生成し、この生成したアンモニアをアンモニア分解触媒に吸着させることで吸着熱を発生させ、その吸着熱を利用してアンモニア分解触媒がアンモニアから水素を生成するため、この吸着熱と、水素の燃焼熱により排気通路内の温度を短時間で昇温できる。また、尿素を水素にまで分解して使用するため、加熱部としてバーナを用いた場合に比べてエミッションの悪化を回避でき、加熱部としてＥＨＣを用いた場合に比べて電力消費量の大幅な増加を回避できる。

本発明の実施例１に係る排気ガス浄化装置の模式図。本発明の実施例２に係る排気ガス浄化装置の模式図。従来技術に係る排気ガス浄化装置の模式図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る排気ガス浄化装置１の模式図を示す。

排気ガス浄化装置１は、自動車などの車両に搭載された内燃機関から排出された排気ガスが、上流側Ａから下流側Ｂに向かって流通する排気通路２を有する。

排気通路２には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を削減するために用いられる触媒である選択式還元触媒（ＳＣＲ触媒）を少なくとも有する浄化部３が設けられている。

浄化部３は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等の成分を低減し、排気ガスを浄化するものであり、少なくともＳＣＲ触媒を有し、ＳＣＲ触媒以外に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）や、排気ガスに含まれる粒子状物質中の可溶有機成分（ＳＯＦ）、ＣＯ及びＨＣを酸化させるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）などの浄化部材を有してもよい。

排気ガス浄化装置１は、水に尿素を溶かした尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部５を有する。尿素水貯蔵部５には、第１流路７が接続され、第１流路７は、第２流路８と第３流路９に分岐するようになっている。その分岐部には、バルブ６が設けられ、バルブ６を切り替えることにより、尿素水貯蔵部５内の尿素水を、第２流路８若しくは第３流路９に供給することができるようになっている。

第２流路８、第３流路９は、浄化部３より上流Ａ側において排気通路２と連通し、第２流路８、第３流路９内は排気ガスが流通しないようになっている。

第３流路９を通った尿素水は、インジェクタ１０により排気通路２内に噴射し供給される。排気通路２に供給された尿素水中の尿素は、高温の排気ガスによりアンモニアと水に分解された後、浄化部３のＳＣＲ触媒において、アンモニアと反応して、窒素酸化物を窒素に還元し、排気ガス中の窒素酸化物を低減するようになっている。

第２流路８には、尿素水中の尿素を、任意の加熱手段により加熱し、気化させるとともにアンモニアと水に分解する尿素分解部１１を有する。

第２流路８において、尿素分解部１１より排気通路２側には、尿素分解部１１で生成したアンモニアを分解するアンモニア分解触媒１２が設けられている。アンモニア分解触媒１２は、アンモニアを吸着して吸着熱を生成するとともに、アンモニアを分解して水素と窒素を生成するものであれば、任意の触媒を用いることができる。

例えば、アンモニア分解触媒１２として、特許第６５６６６６２号に記載の触媒金属であるルテニウムが担持されたルテニウム触媒、特開２００５−２４６１６３号公報に記載の鉄を含有する硫酸根ジルコニアや、特開２００６−３２６５７８号公報に記載の少なくともマンガン成分を含有する硫酸根ジルコニア等を用いることができ、好ましくは、ルテニウム触媒を用いる。また、本実施例では、アンモニア分解触媒１２として、ＲｕＯ_２／γ−Ａｌ_２Ｏ_３触媒（酸化アルミニウム担持酸化ルテニウム触媒）を用いた。アンモニア分解触媒１２により、アンモニアを分解する際に、必要であれば加熱を行い、本実施例では加熱を行わない。

アンモニア分解触媒１２により生成した水素等は、排気通路２内に噴霧等により供給され、水素の燃焼熱と、アンモニア分解触媒１２へのアンモニアの吸着により生成する吸着熱により、排気ガスの温度を上昇させることができる。

本実施例のアンモニア分解触媒１２として、酸化アルミニウム担持酸化ルテニウム触媒を用いた場合では、排気ガスを常温から５５０℃まで２０秒程度で昇温できる。

また、第２流路８において、尿素分解部１１とアンモニア分解触媒１２の間には、バルブ１４を開くことにより、エアーポンプなどの空気供給部１５より空気が供給されるようになっている。

エンジン始動直後の初期暖気時や、アイドリング後の出発時など、排気ガスの温度が低い際に、第２流路８に尿素水貯蔵部５内の尿素水を供給し、尿素分解部１１とアンモニア分解触媒１２により、尿素から水素を生成させ、アンモニア分解触媒１２とアンモニアとの吸着熱や、水素の燃焼熱等により、排気通路２内の排気ガスの温度を、浄化部３で必要とされる所定の温度以上に、短時間で昇温させることができる。排気ガスが所定温度以上となった場合には、バルブ６を切り替えて、第３流路９を用いて、尿素水貯蔵部５内の尿素水を、排気通路２内に供給して、浄化部３において排気ガスを浄化させる。

本発明の排気ガス浄化装置１で発生する物質は、アンモニア、水素、窒素、二酸化炭素、水のみで、上記従来技術の加熱部１０５としてバーナを用いる浄化装置１０３と比較して、エミッションの悪化を回避することができる。また、上記従来技術の加熱部１０５としてＥＨＣを用いる浄化装置１０３と比較して、電力消費量の大幅な増加を回避することができる。

また、従来のＳＣＲ触媒を用いた浄化システムでは、既に、尿素水タンクを車両に搭載しているため、本発明の排気ガス浄化装置１への改修コストを低く抑えることができる。

また、バルブ６を切り替え、第３流路９を用いて、尿素水貯蔵部５内の尿素水を、排気通路２内に供給する際に、バルブ１４を開き、空気供給部１５から空気をアンモニア分解触媒１２に供給し、アンモニア分解触媒１２内のアンモニア等を吹き飛ばし、アンモニア分解触媒１２での分解反応を停止させる。その後、排気ガスを昇温させたい場合には、バルブ６を切り替えて、アンモニア分解触媒１２にアンモニアを供給する。

［実施例２］
上記実施例１では、第２流路８に尿素分解部１１を設けたが、図２に示すように、本実施例２は、尿素分解部１１を第１流路７に設けたものである。

それ以外の構造は、前記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例２においても前記実施例１と同様の効果を奏する。

本実施例２では、第１流路７に尿素分解部１１を設けることにより、第３流路９を用いた場合においても、排気通路２内に、尿素分解部１１において尿素水を分解したアンモニアを供給することができ、上記実施例１よりも排気ガスが低い温度でも、浄化部３において排気ガスを浄化することができる。

１排気ガス浄化装置
２排気通路
３浄化部
５尿素水貯蔵部
１１尿素分解部
１２アンモニア分解触媒
１５空気供給部

Claims

排気ガスが、上流側から下流側に向かって流通する排気通路と、尿素水を貯蔵する尿素水貯蔵部と、尿素水中の尿素を分解してアンモニアを生成する尿素分解部と、前記アンモニアを分解するアンモニア分解触媒を有し、
前記排気通路に、排気ガスを浄化する浄化部を設け、
該浄化部より上流側に、前記アンモニア分解触媒を配置したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
前記アンモニア分解触媒として、ルテニウム触媒を用いたことを特徴とする
請求項１記載の排気ガス浄化装置。
前記アンモニア分解触媒に、空気を供給する空気供給部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置。
前記浄化部は、少なくともＳＣＲ触媒を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排気ガス浄化装置。
前記アンモニア分解触媒を、前記排気ガスが流通しない通路に設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の排気ガス浄化装置。