尿素水改質器及びこれを用いた排ガス浄化装置
【課題】尿素水を十分に微粒化し、これにより尿素水を触媒部でアンモニアガスに効率良く改質する。
【解決手段】キャリアガス源から供給されたキャリアガスがキャリアガス加熱部１６により加熱され、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスがキャリアガス噴射ノズル１７から噴射され、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８が第１尿素水供給ノズル２１によりキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給されるように構成される。また微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガスに改質する触媒部２３がキャリアガス噴射ノズル１７に対向して設けられる。更に触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガスをエンジンの排気管１２に供給するアンモニアガス供給ノズル２４が排気管１２に取付けられる。
【解決手段】キャリアガス源から供給されたキャリアガスがキャリアガス加熱部１６により加熱され、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスがキャリアガス噴射ノズル１７から噴射され、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８が第１尿素水供給ノズル２１によりキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給されるように構成される。また微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガスに改質する触媒部２３がキャリアガス噴射ノズル１７に対向して設けられる。更に触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガスをエンジンの排気管１２に供給するアンモニアガス供給ノズル２４が排気管１２に取付けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素水を分解してアンモニアガスに改質する改質器と、この改質器で改質されたアンモニアガスを還元剤として用いてエンジンの排ガス中のＮＯｘを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒素酸化物の還元剤を供給する供給手段が窒素酸化物含有排ガスの流路に設けられ、この供給手段の後流側に排ガス脱硝部が設けられた排ガス脱硝装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排ガス脱硝装置では、上記還元剤の供給手段が、尿素水を噴出させる尿素水噴出部と、尿素水噴出部から噴出した尿素水を蒸発させる蒸発部と、この蒸発部の後流部に設けられ尿素水をアンモニアガスに分解する加水分解部と、このアンモニアを含むガスを上記排ガス中に噴射供給する還元剤噴射部とを有する。また蒸発部又は蒸発部及び加水分解部にヒータが設けられる。更に上記尿素水噴出部、蒸発部、加水分解部及び還元剤噴射部（分解ガス出口部）を筒状容器内にこの順に設けることにより、尿素気化器が形成される。
【０００３】
このように構成された排ガス脱硝装置では、尿素気化器の筒状容器を均一加熱し、内部に向けて尿素水（尿素濃度３０％〜５０％）を吹き込むと、容器内部で水と尿素が蒸発し、内部に充填した触媒粒子、例えばγアルミナ粒子、炭酸カリウムを担持した粒子等の表面において尿素が分解し、アンモニアガスが生成される。ここで、気化器の内部は、４５０℃以上を保持する構成とし、尿素が加熱分解する過程で発生するシアヌル酸やイソシアン酸などの固体が副生しないように、急速蒸発加熱を促進する構造になっている。換言すれば、尿素噴霧流量が著しく変化しても、容器内部の温度変動を抑制できるように蒸発面の伝熱促進に注力した構造になっている。具体的には、加水分解部に充填したγアルミナ粒子等の上部（又は前流側）に、これよりも熱伝導率の優れるシリコンカーバイドや、鉄、ステンレスの球、メタルハニカム等を充填した構造になっている。
【０００４】
一方、還元剤前駆体を部分的に蒸発させて気体流を生成させるための第１ゾーン及びその気体流を部分的に加熱するための第２ゾーンがダクトに設けられ、このダクトに、還元剤前駆体を供給するための輸送手段と、気体流中の還元剤前駆体を還元剤に変化させるための手段と、第１ゾーンを第１温度に加熱して第２ゾーンを第２温度に加熱するための加熱素子とが設けられた、還元剤を含む気体流を生成するための装置（以下、還元剤含有気体流生成装置という。）が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
このように構成された還元剤含有気体流生成装置では、輸送手段が還元剤前駆体をダクトに供給し、第１ゾーンに位置する加熱素子が還元剤前駆体を蒸発させて気体流を形成した後に、第２ゾーンに位置する加熱素子が上記気体流を部分的に２５０℃の温度まで加熱して気体流中の還元剤前駆体を部分的に還元剤に変化させて、還元剤含有気体流が生成される。上記還元剤含有気体流生成装置で生成された還元剤含有気体流は、内燃機関の排気ラインに導入され、そこで内燃機関の排ガス流と混合される。還元剤含有気体流及び排ガス流の混合ガスがＳＣＲ触媒コンバータを通って流れ、排ガス流に含まれる窒素酸化物が還元剤により変換されることにより、排ガス中のＮＯｘの含有率が低下するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０００８６７号公報（請求項１、２及び６、段落［００１２］、段落［００１３］、図１）
【特許文献２】特開２０１０−５０６０７８号公報（請求項１及び７、段落［００４７］、図１及び図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の特許文献１に示された排ガス脱硝装置では、尿素水の噴射圧が低く、空気を冷却用として使用しているため、尿素水が十分に微粒化しないおそれがあった。また、上記従来の特許文献２に示された還元剤含有気体流生成装置では、尿素水がダクトに流れるため、尿素水がダクトの内壁に付着してしまい、尿素水がダクト内をスムーズに流れないおそれがあった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、尿素水を十分に微粒化することができ、これにより尿素水を触媒部でアンモニアガスに効率良く改質できる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第２の目的は、改質器ハウジングをアンモニアガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第３の目的は、キャリアガス加熱部におけるキャリアガス流路を十分に確保することにより、キャリアガス加熱部でキャリアガスを十分に加熱できるとともに、キャリアガス加熱部のキャリアガス流路に尿素水が流れずにキャリアガスのみが流れることにより、尿素水のキャリアガス流路内壁への付着を阻止でき、キャリアガスがキャリアガス流路内をスムーズに流れる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第４の目的は、微粒化された尿素水が触媒部を通過しても、この尿素水の液滴が分散板に衝突することにより、アンモニアガスの生成量を増大できるとともに、尿素水の排気管への流入を阻止できる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第５の目的は、触媒加熱手段が触媒部を直接加熱することにより、微粒化した尿素水の触媒部におけるアンモニアガスへの改質効率を向上できる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第６の目的は、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる、尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する第１尿素水供給ノズル２１と、キャリアガス噴射ノズル１７に対向して設けられ上記微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する触媒部２３と、触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガス２２をエンジン１１の排気管１２に供給するように排気管１２に取付けられるアンモニアガス供給ノズル２４とを有する尿素水改質器である。
【００１０】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、キャリアガス加熱部１６、キャリアガス噴射ノズル１７、第１尿素水供給ノズル２１及び触媒部２３が改質器ハウジング２６に収容され、改質器ハウジング２６がアンモニアガス供給ノズル２４の基端に接続されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、キャリアガス加熱部１６が、円柱状に形成されたコイル保持部１６ａと、このコイル保持部１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１６ｂと、コイル保持部１６ａの外周面に螺旋状に巻回することによりキャリアガスがコイル保持部１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１６ｄを形成するキャリアガス流路用コイル１６ｃとからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、触媒部２３の出口側に触媒部２３の出口面に対向して設けられ複数の通孔３１ａ，３２ａが形成されかつ触媒部２３から排出された尿素水１８を受ける分散板３１，３２を更に有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、触媒部２３に挿入され触媒部２３を直接加熱可能な触媒加熱手段４１，４２を更に有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気管１２に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒５１と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に臨むアンモニアガス供給ノズル２４を有しこのアンモニアガス供給ノズル２４から選択還元型触媒５１で還元剤として機能するアンモニアガス２２を排気管１２に供給する第１ないし第５の観点に記載の尿素水改質器１３と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側であって第１尿素水供給ノズル２１より排ガス上流側又は排ガス下流側の排気管１２に臨む第２尿素水供給ノズル５２を有しこの第２尿素水供給ノズル５２から選択還元型触媒５１で尿素水１８を排気管１２に供給する尿素水供給手段５３と、選択還元型触媒５１に関係する排ガス温度を検出する温度センサ５４と、温度センサ５４の検出出力に基づいて尿素水改質器１３及び尿素水供給手段５３を制御するコントローラ５６とを備えた尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の観点の尿素水改質器では、キャリアガス源から供給されたキャリアガスをキャリアガス加熱手段が加熱し、この加熱されたキャリアガスをキャリアガス噴射ノズルから噴射し、第１尿素水供給ノズルから供給された尿素水を上記キャリアガス噴射ノズルから噴射されたキャリアガスにより微粒化し、更に微粒化した尿素水が触媒部で分解されてアンモニアガスに改質されるので、尿素水を触媒部でアンモニアガスに効率良く改質できる。また尿素水が比較的低い温度で尿素水噴出部から噴射されるため、尿素水が十分に微粒化しない従来の排ガス脱硝装置と比較して、本発明では、尿素水を十分に微粒化することができる。
【００１６】
本発明の第２の観点の尿素水改質器では、キャリアガス加熱部、キャリアガス噴射ノズル、第１尿素水供給ノズル及び触媒部を改質器ハウジングに収容し、この改質器ハウジングをアンモニアガス供給ノズルの基端に接続するので、改質器ハウジングをアンモニアガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる。
【００１７】
本発明の第３の観点の尿素水改質器では、熱伝導率の高いコイル保持部を円柱状に形成し、このコイル保持部の外周面に沿いかつコイル保持部の外周面に露出しないように電熱コイルを埋設し、熱伝導率の高いキャリアガス流路用コイルをコイル保持部の外周面に螺旋状に巻回することによりキャリアガスがコイル保持部の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路を形成したので、キャリアガス加熱部におけるキャリアガス流路を十分に確保できる。この結果、キャリアガス加熱部でキャリアガスを十分に加熱できる。また尿素水がダクトに流れるため、尿素水がダクトの内壁に付着してしまい、尿素水がダクト内をスムーズに流れない従来の還元剤含有気体流生成装置と比較して、本発明では、キャリアガス流路に尿素水が流れずにキャリアガスのみが流れるので、尿素水がキャリアガス流路の内壁に付着するのを阻止できる。この結果、キャリアガスがキャリアガス流路内をスムーズに流れる。
【００１８】
本発明の第４の観点の尿素水改質器では、複数の通孔が形成されかつ触媒部から排出された尿素水を受ける熱伝導率の高い分散板を触媒部の出口側に触媒部の出口面に対向して設けたので、微粒化した尿素水が触媒部でアンモニアガスに改質されずに触媒部を通過すると、分散板に衝突する。この分散板に衝突した尿素水の液滴は分散板から熱を奪ってアンモニアガスに分解されるので、アンモニアガスの生成量を増大できるとともに、尿素水の排気管への流入を阻止できる。
【００１９】
本発明の第５の観点の尿素水改質器では、触媒加熱手段が触媒部を直接加熱するので、触媒部の温度が微粒化した尿素水をアンモニアガスに改質できる温度に維持される。この結果、微粒化した尿素水の触媒部におけるアンモニアガスへの改質効率を向上できる。
【００２０】
本発明の第６の観点の排ガス浄化装置では、排ガス温度が比較的低いことを温度センサが検出すると、コントローラは尿素水供給手段を停止した状態に保ち、尿素水改質器を駆動する。これにより尿素水改質器が尿素水を分解してアンモニアガスに改質した後に、このアンモニアガスをアンモニアガス供給ノズルから排気管に供給する。そして、アンモニアガスが排ガスとともに選択還元型触媒に流入すると、アンモニアガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる。一方、排ガス温度が比較的高いことを温度センサが検出すると、コントローラは尿素水改質器を停止し、尿素水供給手段を駆動する。これにより尿素水供給手段の第２尿素水供給ノズルから尿素水が排気管に噴射される。このとき排ガス温度が比較的高いので、尿素水が排気管内で速やかにアンモニアガスに分解される。そして、アンモニアガスが排ガスとともに選択還元型触媒に流入すると、アンモニアガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が高くなってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明第１実施形態の尿素水改質器を示す縦断面構成図である。
【図２】その尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置の構成図である。
【図３】本発明第２実施形態の尿素水改質器を示す縦断面構成図である。
【図４】本発明第３実施形態の尿素水改質器を示す縦断面構成図である。
【図５】本発明第４実施形態の第１尿素水供給ノズルの尿素水供給孔が水平方向に貫通して形成された状態を示す要部断面構成図である。
【図６】本発明第５実施形態の第１尿素水供給ノズルの尿素水供給孔が斜め下向きに形成された状態を示す要部断面構成図である。
【図７】実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を用いたときの排ガス温度の変化に伴うＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１２には尿素水改質器１３が設けられる。この尿素水改質器１３は、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する第１尿素水供給ノズル２１と、この微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する触媒部２３と、触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガス２２をエンジン１１の排気管１２に供給するアンモニアガス供給ノズル２４とを有する。上記キャリアガス加熱部１６、キャリアガス噴射ノズル１７、第１尿素水供給ノズル２１及び触媒部２３は、鉛直方向に延びる円筒状の改質器ハウジング２６に収容され、この改質器ハウジング２６の下端はアンモニアガス供給ノズル２４の上端に接続される。これにより改質器ハウジング２６をアンモニアガス供給ノズル２６とともに排気管１２に比較的容易に取付けることが可能となる。またキャリアガス源１４は、この実施の形態では、コンプレッサ（図示せず）により圧縮されたキャリアガス（エア）を貯留するキャリアガスタンク（エアタンク）である（図２）。なお、キャリアガス源は、キャリアガスタンク（エアタンク）を用いずに、大気中のエア、エンジンの排ガス又はこれらの混合ガスをキャリアガス加熱部に供給するコンプレッサにより構成してもよい。
【００２３】
一方、キャリアガス加熱部１６は、上端に段付フランジ１６ｅが一体的に設けられ鉛直方向に延びる円柱状に形成されたコイル保持部１６ａと、このコイル保持部１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１６ｂと、コイル保持部１６ａの外周面に螺旋状に巻回されたキャリアガス流路用コイル１６ｃとからなる（図１）。コイル保持部１６ａは、ＳＵＳ３１６、インコネル（スペシャルメタルズ社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。また電熱コイル１６ｂは、図示しないが、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体を遊挿し、金属シースと発熱体との隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成される。ここで、電熱コイル１６ｂをコイル保持部１６ａに埋設する方法としては、図示しないが、コイル保持部１６ａより僅かに小径の円柱状の第１保持部を用意し、この第１保持部の外周面に電熱コイル１６ｂを収容可能な螺旋状の凹溝を形成し、この螺旋状の凹溝に電熱コイル１６ｂを収容した後に、コイル保持部１６ａと同一外径を有する円筒状の第２保持部を第１保持部に嵌着する方法などが用いられる。またキャリアガス流路用コイル１６ｃは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属線材をコイル保持部１６ａの外周面に螺旋状に巻回することにより形成される。上記キャリアガス流路用コイル１６ｃは、互いに隣接する金属線材間に所定の間隔Ｄ（図１）をあけて螺旋状に巻回され、これによりキャリアガスがコイル保持部１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１６ｄが形成される。即ち、所定の間隔Ｄをあけることにより形成された空間がキャリアガスの流れるキャリアガス流路１６ｄとなるように構成される。
【００２４】
上記キャリアガス加熱部１６は、上部が円筒状に形成され下部が下方に向うに従って先細りの漏斗状に形成された加熱部ケース２７の上部に収容され、この加熱部ケース２７は改質器ハウジング２６の上部に挿入される。また、キャリアガス加熱部１６を加熱部ケース２７に収容したときに、キャリアガス流路用コイル１６ｃの外周面と加熱部ケース２７の内周面との間に０．４〜０．５ｍｍの範囲内の隙間ｔ（図１）が形成される。ここで、上記隙間ｔを０．４〜０．５ｍｍの範囲内に限定したのは、０．４ｍｍ未満では電熱コイル１６ｂで発生しコイル保持部１６ａを通ってキャリアガス流路用コイル１６ｃに伝わった熱が加熱部ケース２７に伝わって放散してしまい、０．５ｍｍを越えるとキャリアガスの大部分が螺旋状のキャリアガス流路１６ｄ内を流れずに隙間ｔを通って流れてしまいキャリアガスをキャリアガス加熱部１６で十分に加熱できないからである。またキャリアガス噴射ノズル１７は加熱部ケース２７の下端に形成され、このキャリアガス噴射ノズル１７の先端（下端）からキャリアガス加熱部１６で加熱されたキャリアガスが下方に向って噴射されるように構成される。なお、図１及び図２の符号２８は改質器ハウジング２６及び加熱部ケース２７の上部に接続されたキャリアガス供給管である。このキャリアガス供給管２８の基端はキャリアガスタンク１４に接続され（図２）、先端はキャリアガス流路１６ｄに接続される（図１）。
【００２５】
一方、第１尿素水供給ノズル２１は、改質器ハウジング２６の鉛直方向の略中央の外周面から水平に延びて挿入される。具体的には、第１尿素水供給ノズル２１は、その先端部が加熱部ケース２７下端のキャリアガス噴射ノズル１７の先端より僅かに下方に位置するように改質器ハウジング２６に水平に挿入される。また第１尿素水供給ノズル２１の先端は閉止され、第１尿素水供給ノズル２１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置には鉛直方向に貫通する尿素水供給孔２１ａが形成される。このように第１尿素水供給ノズル２１を構成することにより、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより第１尿素水供給ノズル２１の尿素水供給孔２１ａに供給された尿素水１８が吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が上昇するようになっている。
【００２６】
触媒部２３は、この実施の形態では、キャリアガス噴射ノズル１７に対向しかつ第１尿素水供給ノズル２１から比較的大きな間隔をあけて下方に設けられた第１触媒部２３ａと、第１触媒部２３ａより比較的小さな間隔をあけて下方に設けられた第２触媒部２３ｂとからなる。第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは同一に構成される。具体的には、第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂはモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、チタニア、ジルコニア又はゼオライトをコーティングして構成される。チタニアからなる第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは、チタニアを含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またジルコニアからなる第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは、ジルコニアを含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。更にゼオライトからなる第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは、ゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、上記コージェライト製のハニカム担体は、ステンレス鋼により形成されたメタル担体であってもよい。
【００２７】
第１尿素水供給ノズル２１と第１触媒部２３ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した尿素水１８が下方に向うに従って次第に広がり第１触媒部２３ａの入口面（上面）全体に略均一に分散するように構成される。また上記第１触媒部２３ａの出口側（下側）であって第２触媒部２３ｂの入口側（上側）には、第１触媒部２３ａの出口面（下面）に対向して第１分散板３１が設けられ、第２触媒部２３ｂの出口側（下側）であってアンモニアガス供給ノズル２４の入口側（上側）には、第２触媒部２３ｂの出口面（下面）に対向して第２分散板３２が設けられる。第１及び第２分散板３１，３２には、複数の通孔３１ａ，３２ａがそれぞれ形成されかつ第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂから排出された尿素水１８をそれぞれ受けるように構成される。また第１及び第２分散板３１，３２は熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高いＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル等により形成される。
【００２８】
一方、第１触媒部２３ａにはこの第１触媒部２３ａを直接加熱可能な第１グロープラグ４１が挿入され、第２触媒部２３ｂにはこの第２触媒部２３ｂを直接加熱可能な第２グロープラグ４２が挿入される。第１グロープラグ４１は第１触媒部２３ａの鉛直方向の中央から水平方向に延びて挿入され、第２グロープラグ４２は第２触媒部２３ｂの鉛直方向の中央から水平方向に延びて挿入される。上記第１及び第２グロープラグ４１，４２は、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに取付けられエンジンの燃焼室内を予熱するグロープラグと略同一に構成され、金属チューブに電熱線が組込まれた構造となっている。またアンモニアガス供給ノズル２４はエンジン１１の排気管１２に取付けられる。アンモニアガス供給ノズル２４は、円筒状に形成されたノズル本体２４ａと、このノズル本体２４ａの上端にノズル本体２４ａと一体的に形成されたフランジ部２４ｂとからなる。ノズル本体２４ａの下面は排ガス上流側から排ガス下流側に向ってノズル本体２４ａの長さが次第に短くなる傾斜面に形成される。フランジ部２４ｂは、排気管１２に設けられたフランジ部１２ａに取付けられる。
【００２９】
上記尿素水改質器１３は、図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置に組込まれる。この排ガス浄化装置は、エンジン１１の排気管１２に設けられた選択還元型触媒５１と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に臨むアンモニアガス供給ノズル２４を有する上記尿素水改質器１３と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側であって第１尿素水供給ノズル２１より排ガス下流側の排気管１２に臨む第２尿素水供給ノズル５２を有する尿素水供給手段５３と、選択還元型触媒５１に関係する排ガス温度を検出する温度センサ５４と、温度センサ５４の検出出力に基づいて尿素水改質器１３及び尿素水供給手段５３を制御するコントローラ５６とを備える。
【００３０】
上記選択還元型触媒５１は、排気管１２より大径のケース５７に収容され、排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能に構成される。選択還元型触媒５１はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ゼオライト又はジルコニアをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト、銀ゼオライト等が挙げられる。銅ゼオライトからなる選択還元型触媒５１は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト又は銀ゼオライトからなる選択還元型触媒５１は、鉄、亜鉛又は銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にそれぞれコーティングして構成される。更にジルコニアからなる選択還元型触媒５１は、ジルコニアを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
【００３１】
一方、尿素水改質器１３は、第１尿素水供給ノズル２１に先端が接続された第１尿素水供給管６１と、この第１尿素水供給管６１の基端に接続され尿素水１８が貯留された第１尿素水タンク６２と、この第１尿素水タンク６２内の尿素水１８を第１尿素水供給ノズル２１に圧送する第１ポンプ６３と、第１尿素水供給ノズル２１からキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給される尿素水１８の供給量を調整する第１尿素水供給量調整弁６４と、キャリアガスタンク１４とキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｄとを接続するキャリアガス供給管２８に設けられたキャリアガス流量調整弁６６とを更に有する（図２）。上記第１ポンプ６３は第１尿素水供給ノズル２１と第１尿素水タンク６２との間の第１尿素水供給管６１に設けられ、第１尿素水供給量調整弁６４は第１尿素水供給ノズル２１と第１ポンプ６３との間の第１尿素水供給管６１に設けられる。更に第１尿素水供給量調整弁６４は、第１尿素水供給管６１に設けられ第１尿素水供給ノズル２１への尿素水１８の供給圧力を調整する第１尿素水圧力調整弁６４ａと、第１尿素水供給ノズル２１の基端に設けられ第１尿素水供給ノズル２１の基端を開閉する第１尿素水用開閉弁６４ｂとからなる。
【００３２】
第１尿素水圧力調整弁６４ａは第１〜第３ポート６４ｃ〜６４ｅを有する三方弁であり、第１ポート６４ｃは第１ポンプ６３の吐出口に接続され、第２ポート６４ｄは第１尿素水用開閉弁６４ｂに接続され、第３ポート６４ｅは第１戻り管６５により第１尿素水タンク６２に接続される。第１尿素水圧力調整弁６４ａを駆動すると、第１ポンプ６３により圧送された尿素水１８が第１ポート６４ｃから第１尿素水圧力調整弁６４ａに流入し、この第１尿素水圧力調整弁６４ａで所定の圧力に調整された後、第２ポート６４ｄから第１尿素水用開閉弁６４ｂに圧送される。また第１尿素水圧力調整弁６４ａの駆動を停止すると、第１ポンプ６３により圧送された尿素水１８が第１ポート６４ｃから第１尿素水圧力調整弁６４ａに流入した後、第３ポート６４ｅから第１戻り管６５を通って第１尿素水タンク６２に戻される。更にキャリアガス流量調整弁６６はキャリアガスタンク１４からキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｄに供給されるキャリアガスの流量を調整可能に構成される。
【００３３】
尿素水供給手段５３は、選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に臨む上記第２尿素水供給ノズル５２と、第２尿素水供給ノズル５２に先端が接続された第２尿素水供給管７１と、この第２尿素水供給管７１の基端に接続され尿素水１８が貯留された第２尿素水タンク７２と、この第２尿素水タンク７２内の尿素水１８を第２尿素水供給ノズル５２に圧送する第２ポンプ７３と、第２尿素水供給ノズル５２から排気管１２に供給される尿素水１８の供給量を調整する第２尿素水供給量調整弁７４とを有する（図２）。上記尿素水１８は比較的高温の排ガスによりアンモニアガスに分解され、このアンモニアガスは選択還元型触媒５１で還元剤として機能する。また上記第２ポンプ７３は第２尿素水供給ノズル５２と第２尿素水タンク７２との間の第２尿素水供給管７１に設けられ、第２尿素水供給量調整弁７４は第２尿素水供給ノズル５２と第２ポンプ７３との間の第２尿素水供給管７１に設けられる。更に第２尿素水供給量調整弁７４は、第２尿素水供給管７１に設けられ第２尿素水供給ノズル５２への尿素水１８の供給圧力を調整する第２尿素水圧力調整弁７４ａと、第２尿素水供給ノズル５２の基端に設けられ第２尿素水供給ノズル５２の基端を開閉する第２尿素水用開閉弁７４ｂとからなる。
【００３４】
第２尿素水圧力調整弁７４ａは第１〜第３ポート７４ｃ〜７４ｅを有する三方弁であり、第１ポート７４ｃは第２ポンプ７３の吐出口に接続され、第２ポート７４ｄは第２尿素水用開閉弁７４ｂに接続され、第３ポート７４ｅは第２戻り管７５により第２尿素水タンク７２に接続される。第２尿素水圧力調整弁７４ａを駆動すると、第２ポンプ７３により圧送された尿素水１８が第１ポート７４ｃから第２尿素水圧力調整弁７４ａに流入し、この第２尿素水圧力調整弁７４ａで所定の圧力に調整された後、第２ポート７４ｄから第２尿素水用開閉弁７４ｂに圧送される。また第２尿素水圧力調整弁７４ａの駆動を停止すると、第２ポンプ７３により圧送された尿素水１８が第１ポート７４ｃから第２尿素水圧力調整弁７４ａに流入した後、第３ポート７４ｅから第２戻り管７５を通って第２尿素水タンク７２に戻される。
【００３５】
一方、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド８１を介して吸気管８２が接続され、排気ポートには排気マニホルド８３を介して排気管１２が接続される（図２）。吸気管８２には、ターボ過給機８４のコンプレッサハウジング８４ａと、ターボ過給機８４により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ８６とがそれぞれ設けられ、排気管１２にはターボ過給機８４のタービンハウジング８４ｂが設けられる。コンプレッサハウジング８４ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング８４ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管８２内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００３６】
温度センサ５４は、この実施の形態では、選択還元型触媒５１の排ガス入口側のケース５７に挿入され選択還元型触媒５１に流入する直前の排ガスの温度を検出する第１温度センサ５４ａと、選択還元型触媒５１の排ガス出口側のケース５７に挿入され選択還元型触媒５１から流出した直後の排ガスの温度を検出する第２温度センサ５４ｂとからなる。またエンジン１１の回転速度は回転センサ８７により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ８８により検出される。第１温度センサ５４ａ、第２温度センサ５４ｂ、回転センサ８７及び負荷センサ８８の各検出出力はコントローラ５６の制御入力に接続され、コントローラ５６の制御出力は電熱コイル１６ｂ、第１グロープラグ４１、第２グロープラグ４２、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂ、キャリアガス流量調整弁６６、第２ポンプ７３、第２尿素水圧力調整弁７４ａ、第２尿素水用開閉弁７４ｂにそれぞれ接続される。コントローラ５６にはメモリ８９が設けられる。このメモリ８９には、エンジン回転速度、エンジン負荷、選択還元型触媒５１出入口の排ガス温度に応じた、第１尿素水圧力調整弁６４ａ及び第２尿素水圧力調整弁７４ａの圧力、第１尿素水用開閉弁６４ｂ及び第２尿素水用開閉弁７４ｂの単位時間当たりの開閉回数、第１ポンプ６３及び第２ポンプ７３の作動の有無、キャリアガス流量調整弁６６の開度が予め記憶される。またメモリ８９には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。なお、この実施の形態では、第１温度センサを選択還元型触媒の排ガス入口側のケースに挿入し、第２温度センサを選択還元型触媒より排ガス出口側のケースに挿入したが、選択還元型触媒に関係する温度を検出できれば、第１又は第２温度センサのいずれか一方を用いてもよい。
【００３７】
このように構成された尿素水改質器１３を有する排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後やエンジン１１の軽負荷運転時には、排ガス温度が１００〜２００℃と低い。この温度範囲の排ガス温度を第１及び第２温度センサ５４ａ，５４ｂがそれぞれ検出し、回転センサ８７及び負荷センサ８８がエンジン１１の無負荷運転又は軽負荷運転を検出すると、コントローラ５６は第１温度センサ５４ａ、第２温度センサ５４ｂ、回転センサ８７及び負荷センサ８８の各検出出力に基づいて、第２ポンプ７３、第２尿素水圧力調整弁７４ａ及び第２尿素水用開閉弁７４ｂを停止した状態で、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂ及びキャリアガス流量調整弁６６を駆動する。
【００３８】
キャリアガス流量調整弁６６が駆動されかつ電熱コイル１６ｂに通電されると、キャリアガスタンク１４内のキャリアガスがキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｄに供給される。このキャリアガスは、キャリアガス流路１６ｄを流れている間に、電熱コイル１６ｂで発生しコイル保持部１６ａやキャリアガス流路用コイル１６ｃに伝わった熱を奪いながらキャリアガス噴射ノズル１７に達する。上記キャリアガス流路１６ｄは十分に長いため、キャリアガス加熱部１６でキャリアガスを十分に加熱できる。またキャリアガス流路１６ｄに尿素水１８が流れずにキャリアガスのみが流れるので、尿素水１８がキャリアガス流路１６ｄの内壁に付着することがなく、キャリアガスがキャリアガス流路１６ｄ内をスムーズに流れる。
【００３９】
一方、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂがそれぞれ駆動されるとともに、電熱コイル１６ｂ、第１グロープラグ４１及び第２グロープラグ４２に通電されると、第１尿素水タンク６２内の尿素水１８が第１尿素水供給管６１を通って第１尿素水供給ノズル２１に供給される。この第１尿素水供給ノズル２１に供給された尿素水１８は、上記キャリアガス噴射ノズル１７が高温のキャリアガスを尿素水供給孔２１ａに向って噴射することにより吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が上昇する。そして第１尿素水供給ノズル２１と第１触媒部２３ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した尿素水１８が下方に向うに従って次第に広がり第１触媒部２３ａの入口面（上面）全体に略均一に分散するので、この略均一に分散し微粒化した尿素水１８の大部分は第１触媒部２３ａで次の式（１）に示すように分解してアンモニアガス２２に改質される。
【００４０】
(ＮＨ2)2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ２ＮＨ3＋ＣＯ2 ……（１）
上記式（１）は、尿素水１８がアンモニアガス２２に分解する化学反応式を示す。ここで、第１触媒部２３ａに流入する直前の微粒化した尿素水１８の温度は９０〜１５０℃である。また、第１触媒部２３ａが第１グロープラグ４１により直接加熱され、第１触媒部２３ａの温度が微粒化した尿素水１８をアンモニアガス２２に改質できる温度（例えば、２００〜３００℃）に維持されるので、微粒化した尿素水１８の第１触媒部２３ａにおけるアンモニアガス２２への改質効率を向上できる。更に微粒化した尿素水１８が第１触媒部２３ａでアンモニアガス２２に改質されずに第１触媒部２３ａを通過すると、第１分散板３１に衝突する。この第１分散板３１に衝突した尿素水１８は第１分散板３１から熱を奪ってアンモニアガス２２に分解されるので、アンモニアガス２２の生成量を増大できる。
【００４１】
なお、微粒化した尿素水１８がアンモニアガス２２に改質されずにそのまま第１触媒部２３ａ及び第１分散板３１を通過すると、この微粒化した尿素水１８は第２触媒部２３ｂで分解してアンモニアガス２２に改質される。ここで、第２触媒部２３ｂが第２グロープラグ４１により直接加熱され、第２触媒部２３ｂの温度が微粒化した尿素水１８をアンモニアガス２２に改質できる温度に維持されるので、微粒化した尿素水１８の第２触媒部２３ｂにおけるアンモニアガス２２への改質効率を向上できる。また微粒化した尿素水１８が第２触媒部２３ｂでアンモニアガス２２に改質されずに第２触媒部２３ｂを通過すると、第２分散板３２に衝突する。この第２分散板３２に衝突した尿素水１８は第２分散板３２から熱を奪ってアンモニアガス２２に分解されるので、アンモニアガス２２の生成量を増大できるとともに、排気管１２への尿素水１８の液滴の流入を阻止できる。
【００４２】
このように尿素水改質器１３により尿素水１８が分解されてアンモニアガス２２に改質された後に、このアンモニアガス２２はアンモニアガス供給ノズル２４から排気管１２に供給される。そして、このアンモニアガス２２が排ガスとともに選択還元型触媒５１に流入すると、アンモニアガス２２が排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能し、次の式（２）で示すように、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。
【００４３】
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3 → ２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ ……（２）
上記式（２）は、排ガス中のＮＯ及びＮＯ2が選択還元型触媒５１でアンモニアガス２２と反応して、ＮＯ及びＮＯ2がＮ2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【００４４】
排ガス温度が２００℃を越えると、コントローラ５６は、第１及び第２温度センサ５４ａ，５４ｂの各検出出力に基づいて、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂ及びキャリアガス流量調整弁６６の駆動を停止するとともに、電熱コイル１６ｂ、第１グロープラグ４１及び第２グロープラグ４２への通電を停止する。そして、コントローラ５６は第２ポンプ７３、第２尿素水圧力調整弁７４ａ及び第２尿素水用開閉弁７４ｂを駆動する。これにより尿素水供給手段５３の第２尿素水タンク７２に貯留された尿素水１８が第２尿素水供給管７１を通って第２尿素水供給ノズル５２から排気管１２に噴射される。このとき排ガスが２００℃を越える比較的高い温度であるので、尿素水１８が排気管１２内で速やかにアンモニアガスに分解される。そして、アンモニアガスが排ガスとともに選択還元型触媒５１に流入すると、アンモニアガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が高くなってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、尿素水改質器１０１の加熱部ケース１０２が下面の閉止された円筒状に形成され、この加熱部ケース１０２の下面中央にキャリアガス噴射ノズル１０３が形成される。そして加熱部ケース１０２の下面に、キャリアガス噴射ノズル１０３から噴射された高温のキャリアガスの流れが末広がりの円錐状になるように案内するガイド部材１０４が設けられる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４６】
このように構成された尿素水改質器１０１を有する排ガス浄化装置では、キャリアガス噴射ノズル１０３から噴射された高温のキャリアガスの流れが、図３の破線矢印で示すように、下方に向うに従って次第に広がる末広がりの円錐状になるので、第１尿素水供給ノズル２１に達した尿素水１８は第１の実施の形態より更に第１触媒部２３ａの入口面（上面）全体に略均一に分散しかつ微粒化するので、この略均一に分散し微粒化した尿素水１８の第１触媒部２３ａにおけるアンモニアガスへの分解効率が第１の実施の形態より更に向上する。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４７】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態を示す。図４において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、排気管１２に取付けられたアンモニアガス供給ノズル１２２が、排気管１２に挿入された大径筒状の大径筒部１２２ａと、この大径筒部１２２ａの下端に大径筒部１２２ａと一体的に形成され下方に向うに従って小径になる絞り部１２２ｂと、この絞り部１２２ｂの下端に絞り部１２２ｂと一体的に形成された小径の筒状の小径筒部１２２ｃと、大径筒部１２２ａの上端に大径筒部１２２ａと一体的に形成されたフランジ部１２２ｄとからなる。小径筒部１２２ｃの下面は排ガス上流側から排ガス下流側に向って小径筒部１２２ｃの長さが次第に短くなる傾斜面に形成される。フランジ部１２２ｄは、排気管１２に設けられたフランジ部１２ａに取付けられる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４８】
このように構成された尿素水改質器１２１を有する排ガス浄化装置では、アンモニアガス供給ノズル１２２の大径筒部１２２ａから絞り部１２２ｂを通って小径筒部１２２ｃから排気管１２に供給されるアンモニアガスの流速が速くなるので、アンモニアガスが排ガスと速やかに混合される。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第３の実施の形態では、尿素水改質器に触媒部を２つ設けたが、触媒部は１つ又は３つ或いは４つ以上であってもよい。更に、上記第１〜第３の実施の形態では、第１尿素水供給ノズル２１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に鉛直方向に貫通する尿素水供給孔２１ａを形成したが、図５又は図６に示すように、第１尿素水供給ノズル１４１，１６１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に鉛直方向と任意の角度をなす方向に１個若しくは２個以上の尿素水供給孔１４１ａ，１６１ａを形成してもよい。例えば、図５に示すように、第１尿素水供給ノズル１４１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に水平方向に貫通する尿素水供給孔１４１ａを形成したり、或いは図６に示すように、第１尿素水供給ノズル１６１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に斜め下向き４５度の略ハの字状の尿素水供給孔１６１ａを形成してもよい。
【実施例】
【００５０】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図２に示すように、排気量が８０００ｃｃである直列６気筒のターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１２に選択還元型触媒５１を設けた。この選択還元型触媒５１は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に、尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する尿素水改質器１３を接続して、尿素水改質器１３のアンモニアガス供給ノズル２４を排気管１２に挿入した。この尿素水改質器１３は、図１及び図２に示すように、キャリアガスタンク（エアタンク）１４から供給されたキャリアガス（エア）を加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する第１尿素水供給ノズル２１と、この微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する触媒部２３と、触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガス２２をエンジン１１の排気管１２に供給する上記アンモニアガス供給ノズル２４とを有する。触媒部２３は、第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂからなり、チタニアを含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作成された触媒であった。またアンモニアガス供給ノズル２４より排ガス上流側の排気管１２に、尿素水１８を供給する尿素水供給手段５３の第２尿素水供給ノズル５２を設けた。ここで、この排ガス浄化装置を実施例１とした。
【００５１】
＜比較例１＞
尿素水改質器を設けなかったこと以外は実施例１と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例１とした。
【００５２】
＜比較試験１及び評価＞
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例１及び比較例１のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を１００℃から５５０℃まで徐々に上昇させたときのＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図７に示す。なお、実施例１の排ガス浄化装置では、排ガス温度が１００〜２００℃であるとき、尿素水改質器を駆動してアンモニアガス供給ノズルからアンモニアガスを排気管に供給し、排ガス温度が２００℃を越えたときに、尿素水供給手段を駆動して第２尿素水供給ノズルから尿素水を排気管に供給した。また、比較例１の排ガス浄化装置では、排ガス温度が１００〜５５０℃であるとき、尿素水供給手段を駆動して第２尿素水供給ノズルから尿素水を排気管に供給した。
【００５３】
図１から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１００〜１５０℃であるとき排ガス中のＮＯｘを殆ど浄化できなかったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１００〜１５０℃であるとき温度の上昇に伴って排ガス中のＮＯｘの浄化率が急激に上昇することが分かった。また比較例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１５０℃を越えたときに排ガス中のＮＯｘの浄化率が上昇してきたのに対し、実施例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１５０℃を越えると排ガス中のＮＯｘの浄化率は８０％以上になったことが分かった。
【符号の説明】
【００５４】
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１２ 排気管
１３，１０１,１２１ 尿素水改質器
１４ キャリアガスタンク（キャリアガス源）
１６ キャリアガス加熱部
１６ａ コイル保持部
１６ｂ 電熱コイル
１６ｃ キャリアガス流路用コイル
１６ｄ キャリアガス流路
１７，１０３ キャリアガス噴射ノズル
１８ 尿素水
２１，１４１，１６１ 第１尿素水供給ノズル
２２ アンモニアガス
２３ 触媒部
２４，１２２ アンモニアガス供給ノズル
２６ 改質器ハウジング
３１，３２ 分散板
４１，４２ グロープラグ（触媒加熱手段）
５１ 選択還元型触媒
５２ 第２尿素水供給ノズル
５３ 尿素水供給手段
５４ 温度センサ
５６ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素水を分解してアンモニアガスに改質する改質器と、この改質器で改質されたアンモニアガスを還元剤として用いてエンジンの排ガス中のＮＯｘを浄化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒素酸化物の還元剤を供給する供給手段が窒素酸化物含有排ガスの流路に設けられ、この供給手段の後流側に排ガス脱硝部が設けられた排ガス脱硝装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排ガス脱硝装置では、上記還元剤の供給手段が、尿素水を噴出させる尿素水噴出部と、尿素水噴出部から噴出した尿素水を蒸発させる蒸発部と、この蒸発部の後流部に設けられ尿素水をアンモニアガスに分解する加水分解部と、このアンモニアを含むガスを上記排ガス中に噴射供給する還元剤噴射部とを有する。また蒸発部又は蒸発部及び加水分解部にヒータが設けられる。更に上記尿素水噴出部、蒸発部、加水分解部及び還元剤噴射部（分解ガス出口部）を筒状容器内にこの順に設けることにより、尿素気化器が形成される。
【０００３】
このように構成された排ガス脱硝装置では、尿素気化器の筒状容器を均一加熱し、内部に向けて尿素水（尿素濃度３０％〜５０％）を吹き込むと、容器内部で水と尿素が蒸発し、内部に充填した触媒粒子、例えばγアルミナ粒子、炭酸カリウムを担持した粒子等の表面において尿素が分解し、アンモニアガスが生成される。ここで、気化器の内部は、４５０℃以上を保持する構成とし、尿素が加熱分解する過程で発生するシアヌル酸やイソシアン酸などの固体が副生しないように、急速蒸発加熱を促進する構造になっている。換言すれば、尿素噴霧流量が著しく変化しても、容器内部の温度変動を抑制できるように蒸発面の伝熱促進に注力した構造になっている。具体的には、加水分解部に充填したγアルミナ粒子等の上部（又は前流側）に、これよりも熱伝導率の優れるシリコンカーバイドや、鉄、ステンレスの球、メタルハニカム等を充填した構造になっている。
【０００４】
一方、還元剤前駆体を部分的に蒸発させて気体流を生成させるための第１ゾーン及びその気体流を部分的に加熱するための第２ゾーンがダクトに設けられ、このダクトに、還元剤前駆体を供給するための輸送手段と、気体流中の還元剤前駆体を還元剤に変化させるための手段と、第１ゾーンを第１温度に加熱して第２ゾーンを第２温度に加熱するための加熱素子とが設けられた、還元剤を含む気体流を生成するための装置（以下、還元剤含有気体流生成装置という。）が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
このように構成された還元剤含有気体流生成装置では、輸送手段が還元剤前駆体をダクトに供給し、第１ゾーンに位置する加熱素子が還元剤前駆体を蒸発させて気体流を形成した後に、第２ゾーンに位置する加熱素子が上記気体流を部分的に２５０℃の温度まで加熱して気体流中の還元剤前駆体を部分的に還元剤に変化させて、還元剤含有気体流が生成される。上記還元剤含有気体流生成装置で生成された還元剤含有気体流は、内燃機関の排気ラインに導入され、そこで内燃機関の排ガス流と混合される。還元剤含有気体流及び排ガス流の混合ガスがＳＣＲ触媒コンバータを通って流れ、排ガス流に含まれる窒素酸化物が還元剤により変換されることにより、排ガス中のＮＯｘの含有率が低下するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０００８６７号公報（請求項１、２及び６、段落［００１２］、段落［００１３］、図１）
【特許文献２】特開２０１０−５０６０７８号公報（請求項１及び７、段落［００４７］、図１及び図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の特許文献１に示された排ガス脱硝装置では、尿素水の噴射圧が低く、空気を冷却用として使用しているため、尿素水が十分に微粒化しないおそれがあった。また、上記従来の特許文献２に示された還元剤含有気体流生成装置では、尿素水がダクトに流れるため、尿素水がダクトの内壁に付着してしまい、尿素水がダクト内をスムーズに流れないおそれがあった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、尿素水を十分に微粒化することができ、これにより尿素水を触媒部でアンモニアガスに効率良く改質できる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第２の目的は、改質器ハウジングをアンモニアガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第３の目的は、キャリアガス加熱部におけるキャリアガス流路を十分に確保することにより、キャリアガス加熱部でキャリアガスを十分に加熱できるとともに、キャリアガス加熱部のキャリアガス流路に尿素水が流れずにキャリアガスのみが流れることにより、尿素水のキャリアガス流路内壁への付着を阻止でき、キャリアガスがキャリアガス流路内をスムーズに流れる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第４の目的は、微粒化された尿素水が触媒部を通過しても、この尿素水の液滴が分散板に衝突することにより、アンモニアガスの生成量を増大できるとともに、尿素水の排気管への流入を阻止できる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第５の目的は、触媒加熱手段が触媒部を直接加熱することにより、微粒化した尿素水の触媒部におけるアンモニアガスへの改質効率を向上できる、尿素水改質器を提供することにある。本発明の第６の目的は、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる、尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する第１尿素水供給ノズル２１と、キャリアガス噴射ノズル１７に対向して設けられ上記微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する触媒部２３と、触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガス２２をエンジン１１の排気管１２に供給するように排気管１２に取付けられるアンモニアガス供給ノズル２４とを有する尿素水改質器である。
【００１０】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、キャリアガス加熱部１６、キャリアガス噴射ノズル１７、第１尿素水供給ノズル２１及び触媒部２３が改質器ハウジング２６に収容され、改質器ハウジング２６がアンモニアガス供給ノズル２４の基端に接続されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、キャリアガス加熱部１６が、円柱状に形成されたコイル保持部１６ａと、このコイル保持部１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１６ｂと、コイル保持部１６ａの外周面に螺旋状に巻回することによりキャリアガスがコイル保持部１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１６ｄを形成するキャリアガス流路用コイル１６ｃとからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、触媒部２３の出口側に触媒部２３の出口面に対向して設けられ複数の通孔３１ａ，３２ａが形成されかつ触媒部２３から排出された尿素水１８を受ける分散板３１，３２を更に有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、触媒部２３に挿入され触媒部２３を直接加熱可能な触媒加熱手段４１，４２を更に有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気管１２に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒５１と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に臨むアンモニアガス供給ノズル２４を有しこのアンモニアガス供給ノズル２４から選択還元型触媒５１で還元剤として機能するアンモニアガス２２を排気管１２に供給する第１ないし第５の観点に記載の尿素水改質器１３と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側であって第１尿素水供給ノズル２１より排ガス上流側又は排ガス下流側の排気管１２に臨む第２尿素水供給ノズル５２を有しこの第２尿素水供給ノズル５２から選択還元型触媒５１で尿素水１８を排気管１２に供給する尿素水供給手段５３と、選択還元型触媒５１に関係する排ガス温度を検出する温度センサ５４と、温度センサ５４の検出出力に基づいて尿素水改質器１３及び尿素水供給手段５３を制御するコントローラ５６とを備えた尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の観点の尿素水改質器では、キャリアガス源から供給されたキャリアガスをキャリアガス加熱手段が加熱し、この加熱されたキャリアガスをキャリアガス噴射ノズルから噴射し、第１尿素水供給ノズルから供給された尿素水を上記キャリアガス噴射ノズルから噴射されたキャリアガスにより微粒化し、更に微粒化した尿素水が触媒部で分解されてアンモニアガスに改質されるので、尿素水を触媒部でアンモニアガスに効率良く改質できる。また尿素水が比較的低い温度で尿素水噴出部から噴射されるため、尿素水が十分に微粒化しない従来の排ガス脱硝装置と比較して、本発明では、尿素水を十分に微粒化することができる。
【００１６】
本発明の第２の観点の尿素水改質器では、キャリアガス加熱部、キャリアガス噴射ノズル、第１尿素水供給ノズル及び触媒部を改質器ハウジングに収容し、この改質器ハウジングをアンモニアガス供給ノズルの基端に接続するので、改質器ハウジングをアンモニアガス供給ノズルとともに排気管に比較的容易に取付けることができる。
【００１７】
本発明の第３の観点の尿素水改質器では、熱伝導率の高いコイル保持部を円柱状に形成し、このコイル保持部の外周面に沿いかつコイル保持部の外周面に露出しないように電熱コイルを埋設し、熱伝導率の高いキャリアガス流路用コイルをコイル保持部の外周面に螺旋状に巻回することによりキャリアガスがコイル保持部の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路を形成したので、キャリアガス加熱部におけるキャリアガス流路を十分に確保できる。この結果、キャリアガス加熱部でキャリアガスを十分に加熱できる。また尿素水がダクトに流れるため、尿素水がダクトの内壁に付着してしまい、尿素水がダクト内をスムーズに流れない従来の還元剤含有気体流生成装置と比較して、本発明では、キャリアガス流路に尿素水が流れずにキャリアガスのみが流れるので、尿素水がキャリアガス流路の内壁に付着するのを阻止できる。この結果、キャリアガスがキャリアガス流路内をスムーズに流れる。
【００１８】
本発明の第４の観点の尿素水改質器では、複数の通孔が形成されかつ触媒部から排出された尿素水を受ける熱伝導率の高い分散板を触媒部の出口側に触媒部の出口面に対向して設けたので、微粒化した尿素水が触媒部でアンモニアガスに改質されずに触媒部を通過すると、分散板に衝突する。この分散板に衝突した尿素水の液滴は分散板から熱を奪ってアンモニアガスに分解されるので、アンモニアガスの生成量を増大できるとともに、尿素水の排気管への流入を阻止できる。
【００１９】
本発明の第５の観点の尿素水改質器では、触媒加熱手段が触媒部を直接加熱するので、触媒部の温度が微粒化した尿素水をアンモニアガスに改質できる温度に維持される。この結果、微粒化した尿素水の触媒部におけるアンモニアガスへの改質効率を向上できる。
【００２０】
本発明の第６の観点の排ガス浄化装置では、排ガス温度が比較的低いことを温度センサが検出すると、コントローラは尿素水供給手段を停止した状態に保ち、尿素水改質器を駆動する。これにより尿素水改質器が尿素水を分解してアンモニアガスに改質した後に、このアンモニアガスをアンモニアガス供給ノズルから排気管に供給する。そして、アンモニアガスが排ガスとともに選択還元型触媒に流入すると、アンモニアガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる。一方、排ガス温度が比較的高いことを温度センサが検出すると、コントローラは尿素水改質器を停止し、尿素水供給手段を駆動する。これにより尿素水供給手段の第２尿素水供給ノズルから尿素水が排気管に噴射される。このとき排ガス温度が比較的高いので、尿素水が排気管内で速やかにアンモニアガスに分解される。そして、アンモニアガスが排ガスとともに選択還元型触媒に流入すると、アンモニアガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が高くなってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明第１実施形態の尿素水改質器を示す縦断面構成図である。
【図２】その尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置の構成図である。
【図３】本発明第２実施形態の尿素水改質器を示す縦断面構成図である。
【図４】本発明第３実施形態の尿素水改質器を示す縦断面構成図である。
【図５】本発明第４実施形態の第１尿素水供給ノズルの尿素水供給孔が水平方向に貫通して形成された状態を示す要部断面構成図である。
【図６】本発明第５実施形態の第１尿素水供給ノズルの尿素水供給孔が斜め下向きに形成された状態を示す要部断面構成図である。
【図７】実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を用いたときの排ガス温度の変化に伴うＮＯｘ低減率の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１２には尿素水改質器１３が設けられる。この尿素水改質器１３は、キャリアガス源１４から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する第１尿素水供給ノズル２１と、この微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する触媒部２３と、触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガス２２をエンジン１１の排気管１２に供給するアンモニアガス供給ノズル２４とを有する。上記キャリアガス加熱部１６、キャリアガス噴射ノズル１７、第１尿素水供給ノズル２１及び触媒部２３は、鉛直方向に延びる円筒状の改質器ハウジング２６に収容され、この改質器ハウジング２６の下端はアンモニアガス供給ノズル２４の上端に接続される。これにより改質器ハウジング２６をアンモニアガス供給ノズル２６とともに排気管１２に比較的容易に取付けることが可能となる。またキャリアガス源１４は、この実施の形態では、コンプレッサ（図示せず）により圧縮されたキャリアガス（エア）を貯留するキャリアガスタンク（エアタンク）である（図２）。なお、キャリアガス源は、キャリアガスタンク（エアタンク）を用いずに、大気中のエア、エンジンの排ガス又はこれらの混合ガスをキャリアガス加熱部に供給するコンプレッサにより構成してもよい。
【００２３】
一方、キャリアガス加熱部１６は、上端に段付フランジ１６ｅが一体的に設けられ鉛直方向に延びる円柱状に形成されたコイル保持部１６ａと、このコイル保持部１６ａの外周面に沿いかつコイル保持部１６ａの外周面に露出しないように埋設された電熱コイル１６ｂと、コイル保持部１６ａの外周面に螺旋状に巻回されたキャリアガス流路用コイル１６ｃとからなる（図１）。コイル保持部１６ａは、ＳＵＳ３１６、インコネル（スペシャルメタルズ社製の登録商標）等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属により形成される。また電熱コイル１６ｂは、図示しないが、金属シース（金属製極細管）の中にニクロム線等の発熱体を遊挿し、金属シースと発熱体との隙間に、高純度の無機絶縁物の粉末を充填して構成される。ここで、電熱コイル１６ｂをコイル保持部１６ａに埋設する方法としては、図示しないが、コイル保持部１６ａより僅かに小径の円柱状の第１保持部を用意し、この第１保持部の外周面に電熱コイル１６ｂを収容可能な螺旋状の凹溝を形成し、この螺旋状の凹溝に電熱コイル１６ｂを収容した後に、コイル保持部１６ａと同一外径を有する円筒状の第２保持部を第１保持部に嵌着する方法などが用いられる。またキャリアガス流路用コイル１６ｃは、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル等の熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高い金属線材をコイル保持部１６ａの外周面に螺旋状に巻回することにより形成される。上記キャリアガス流路用コイル１６ｃは、互いに隣接する金属線材間に所定の間隔Ｄ（図１）をあけて螺旋状に巻回され、これによりキャリアガスがコイル保持部１６ａの外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路１６ｄが形成される。即ち、所定の間隔Ｄをあけることにより形成された空間がキャリアガスの流れるキャリアガス流路１６ｄとなるように構成される。
【００２４】
上記キャリアガス加熱部１６は、上部が円筒状に形成され下部が下方に向うに従って先細りの漏斗状に形成された加熱部ケース２７の上部に収容され、この加熱部ケース２７は改質器ハウジング２６の上部に挿入される。また、キャリアガス加熱部１６を加熱部ケース２７に収容したときに、キャリアガス流路用コイル１６ｃの外周面と加熱部ケース２７の内周面との間に０．４〜０．５ｍｍの範囲内の隙間ｔ（図１）が形成される。ここで、上記隙間ｔを０．４〜０．５ｍｍの範囲内に限定したのは、０．４ｍｍ未満では電熱コイル１６ｂで発生しコイル保持部１６ａを通ってキャリアガス流路用コイル１６ｃに伝わった熱が加熱部ケース２７に伝わって放散してしまい、０．５ｍｍを越えるとキャリアガスの大部分が螺旋状のキャリアガス流路１６ｄ内を流れずに隙間ｔを通って流れてしまいキャリアガスをキャリアガス加熱部１６で十分に加熱できないからである。またキャリアガス噴射ノズル１７は加熱部ケース２７の下端に形成され、このキャリアガス噴射ノズル１７の先端（下端）からキャリアガス加熱部１６で加熱されたキャリアガスが下方に向って噴射されるように構成される。なお、図１及び図２の符号２８は改質器ハウジング２６及び加熱部ケース２７の上部に接続されたキャリアガス供給管である。このキャリアガス供給管２８の基端はキャリアガスタンク１４に接続され（図２）、先端はキャリアガス流路１６ｄに接続される（図１）。
【００２５】
一方、第１尿素水供給ノズル２１は、改質器ハウジング２６の鉛直方向の略中央の外周面から水平に延びて挿入される。具体的には、第１尿素水供給ノズル２１は、その先端部が加熱部ケース２７下端のキャリアガス噴射ノズル１７の先端より僅かに下方に位置するように改質器ハウジング２６に水平に挿入される。また第１尿素水供給ノズル２１の先端は閉止され、第１尿素水供給ノズル２１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置には鉛直方向に貫通する尿素水供給孔２１ａが形成される。このように第１尿素水供給ノズル２１を構成することにより、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより第１尿素水供給ノズル２１の尿素水供給孔２１ａに供給された尿素水１８が吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が上昇するようになっている。
【００２６】
触媒部２３は、この実施の形態では、キャリアガス噴射ノズル１７に対向しかつ第１尿素水供給ノズル２１から比較的大きな間隔をあけて下方に設けられた第１触媒部２３ａと、第１触媒部２３ａより比較的小さな間隔をあけて下方に設けられた第２触媒部２３ｂとからなる。第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは同一に構成される。具体的には、第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂはモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、チタニア、ジルコニア又はゼオライトをコーティングして構成される。チタニアからなる第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは、チタニアを含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またジルコニアからなる第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは、ジルコニアを含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。更にゼオライトからなる第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂは、ゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。なお、上記コージェライト製のハニカム担体は、ステンレス鋼により形成されたメタル担体であってもよい。
【００２７】
第１尿素水供給ノズル２１と第１触媒部２３ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した尿素水１８が下方に向うに従って次第に広がり第１触媒部２３ａの入口面（上面）全体に略均一に分散するように構成される。また上記第１触媒部２３ａの出口側（下側）であって第２触媒部２３ｂの入口側（上側）には、第１触媒部２３ａの出口面（下面）に対向して第１分散板３１が設けられ、第２触媒部２３ｂの出口側（下側）であってアンモニアガス供給ノズル２４の入口側（上側）には、第２触媒部２３ｂの出口面（下面）に対向して第２分散板３２が設けられる。第１及び第２分散板３１，３２には、複数の通孔３１ａ，３２ａがそれぞれ形成されかつ第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂから排出された尿素水１８をそれぞれ受けるように構成される。また第１及び第２分散板３１，３２は熱伝導率が１５〜１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)と比較的高いＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、インコネル等により形成される。
【００２８】
一方、第１触媒部２３ａにはこの第１触媒部２３ａを直接加熱可能な第１グロープラグ４１が挿入され、第２触媒部２３ｂにはこの第２触媒部２３ｂを直接加熱可能な第２グロープラグ４２が挿入される。第１グロープラグ４１は第１触媒部２３ａの鉛直方向の中央から水平方向に延びて挿入され、第２グロープラグ４２は第２触媒部２３ｂの鉛直方向の中央から水平方向に延びて挿入される。上記第１及び第２グロープラグ４１，４２は、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに取付けられエンジンの燃焼室内を予熱するグロープラグと略同一に構成され、金属チューブに電熱線が組込まれた構造となっている。またアンモニアガス供給ノズル２４はエンジン１１の排気管１２に取付けられる。アンモニアガス供給ノズル２４は、円筒状に形成されたノズル本体２４ａと、このノズル本体２４ａの上端にノズル本体２４ａと一体的に形成されたフランジ部２４ｂとからなる。ノズル本体２４ａの下面は排ガス上流側から排ガス下流側に向ってノズル本体２４ａの長さが次第に短くなる傾斜面に形成される。フランジ部２４ｂは、排気管１２に設けられたフランジ部１２ａに取付けられる。
【００２９】
上記尿素水改質器１３は、図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置に組込まれる。この排ガス浄化装置は、エンジン１１の排気管１２に設けられた選択還元型触媒５１と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に臨むアンモニアガス供給ノズル２４を有する上記尿素水改質器１３と、選択還元型触媒５１より排ガス上流側であって第１尿素水供給ノズル２１より排ガス下流側の排気管１２に臨む第２尿素水供給ノズル５２を有する尿素水供給手段５３と、選択還元型触媒５１に関係する排ガス温度を検出する温度センサ５４と、温度センサ５４の検出出力に基づいて尿素水改質器１３及び尿素水供給手段５３を制御するコントローラ５６とを備える。
【００３０】
上記選択還元型触媒５１は、排気管１２より大径のケース５７に収容され、排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能に構成される。選択還元型触媒５１はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に、ゼオライト又はジルコニアをコーティングして構成される。ゼオライトとしては、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト、銀ゼオライト等が挙げられる。銅ゼオライトからなる選択還元型触媒５１は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト又は銀ゼオライトからなる選択還元型触媒５１は、鉄、亜鉛又は銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にそれぞれコーティングして構成される。更にジルコニアからなる選択還元型触媒５１は、ジルコニアを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
【００３１】
一方、尿素水改質器１３は、第１尿素水供給ノズル２１に先端が接続された第１尿素水供給管６１と、この第１尿素水供給管６１の基端に接続され尿素水１８が貯留された第１尿素水タンク６２と、この第１尿素水タンク６２内の尿素水１８を第１尿素水供給ノズル２１に圧送する第１ポンプ６３と、第１尿素水供給ノズル２１からキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給される尿素水１８の供給量を調整する第１尿素水供給量調整弁６４と、キャリアガスタンク１４とキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｄとを接続するキャリアガス供給管２８に設けられたキャリアガス流量調整弁６６とを更に有する（図２）。上記第１ポンプ６３は第１尿素水供給ノズル２１と第１尿素水タンク６２との間の第１尿素水供給管６１に設けられ、第１尿素水供給量調整弁６４は第１尿素水供給ノズル２１と第１ポンプ６３との間の第１尿素水供給管６１に設けられる。更に第１尿素水供給量調整弁６４は、第１尿素水供給管６１に設けられ第１尿素水供給ノズル２１への尿素水１８の供給圧力を調整する第１尿素水圧力調整弁６４ａと、第１尿素水供給ノズル２１の基端に設けられ第１尿素水供給ノズル２１の基端を開閉する第１尿素水用開閉弁６４ｂとからなる。
【００３２】
第１尿素水圧力調整弁６４ａは第１〜第３ポート６４ｃ〜６４ｅを有する三方弁であり、第１ポート６４ｃは第１ポンプ６３の吐出口に接続され、第２ポート６４ｄは第１尿素水用開閉弁６４ｂに接続され、第３ポート６４ｅは第１戻り管６５により第１尿素水タンク６２に接続される。第１尿素水圧力調整弁６４ａを駆動すると、第１ポンプ６３により圧送された尿素水１８が第１ポート６４ｃから第１尿素水圧力調整弁６４ａに流入し、この第１尿素水圧力調整弁６４ａで所定の圧力に調整された後、第２ポート６４ｄから第１尿素水用開閉弁６４ｂに圧送される。また第１尿素水圧力調整弁６４ａの駆動を停止すると、第１ポンプ６３により圧送された尿素水１８が第１ポート６４ｃから第１尿素水圧力調整弁６４ａに流入した後、第３ポート６４ｅから第１戻り管６５を通って第１尿素水タンク６２に戻される。更にキャリアガス流量調整弁６６はキャリアガスタンク１４からキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｄに供給されるキャリアガスの流量を調整可能に構成される。
【００３３】
尿素水供給手段５３は、選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に臨む上記第２尿素水供給ノズル５２と、第２尿素水供給ノズル５２に先端が接続された第２尿素水供給管７１と、この第２尿素水供給管７１の基端に接続され尿素水１８が貯留された第２尿素水タンク７２と、この第２尿素水タンク７２内の尿素水１８を第２尿素水供給ノズル５２に圧送する第２ポンプ７３と、第２尿素水供給ノズル５２から排気管１２に供給される尿素水１８の供給量を調整する第２尿素水供給量調整弁７４とを有する（図２）。上記尿素水１８は比較的高温の排ガスによりアンモニアガスに分解され、このアンモニアガスは選択還元型触媒５１で還元剤として機能する。また上記第２ポンプ７３は第２尿素水供給ノズル５２と第２尿素水タンク７２との間の第２尿素水供給管７１に設けられ、第２尿素水供給量調整弁７４は第２尿素水供給ノズル５２と第２ポンプ７３との間の第２尿素水供給管７１に設けられる。更に第２尿素水供給量調整弁７４は、第２尿素水供給管７１に設けられ第２尿素水供給ノズル５２への尿素水１８の供給圧力を調整する第２尿素水圧力調整弁７４ａと、第２尿素水供給ノズル５２の基端に設けられ第２尿素水供給ノズル５２の基端を開閉する第２尿素水用開閉弁７４ｂとからなる。
【００３４】
第２尿素水圧力調整弁７４ａは第１〜第３ポート７４ｃ〜７４ｅを有する三方弁であり、第１ポート７４ｃは第２ポンプ７３の吐出口に接続され、第２ポート７４ｄは第２尿素水用開閉弁７４ｂに接続され、第３ポート７４ｅは第２戻り管７５により第２尿素水タンク７２に接続される。第２尿素水圧力調整弁７４ａを駆動すると、第２ポンプ７３により圧送された尿素水１８が第１ポート７４ｃから第２尿素水圧力調整弁７４ａに流入し、この第２尿素水圧力調整弁７４ａで所定の圧力に調整された後、第２ポート７４ｄから第２尿素水用開閉弁７４ｂに圧送される。また第２尿素水圧力調整弁７４ａの駆動を停止すると、第２ポンプ７３により圧送された尿素水１８が第１ポート７４ｃから第２尿素水圧力調整弁７４ａに流入した後、第３ポート７４ｅから第２戻り管７５を通って第２尿素水タンク７２に戻される。
【００３５】
一方、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド８１を介して吸気管８２が接続され、排気ポートには排気マニホルド８３を介して排気管１２が接続される（図２）。吸気管８２には、ターボ過給機８４のコンプレッサハウジング８４ａと、ターボ過給機８４により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ８６とがそれぞれ設けられ、排気管１２にはターボ過給機８４のタービンハウジング８４ｂが設けられる。コンプレッサハウジング８４ａにはコンプレッサ回転翼（図示せず）が回転可能に収容され、タービンハウジング８４ｂにはタービン回転翼（図示せず）が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト（図示せず）により連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管８２内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００３６】
温度センサ５４は、この実施の形態では、選択還元型触媒５１の排ガス入口側のケース５７に挿入され選択還元型触媒５１に流入する直前の排ガスの温度を検出する第１温度センサ５４ａと、選択還元型触媒５１の排ガス出口側のケース５７に挿入され選択還元型触媒５１から流出した直後の排ガスの温度を検出する第２温度センサ５４ｂとからなる。またエンジン１１の回転速度は回転センサ８７により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ８８により検出される。第１温度センサ５４ａ、第２温度センサ５４ｂ、回転センサ８７及び負荷センサ８８の各検出出力はコントローラ５６の制御入力に接続され、コントローラ５６の制御出力は電熱コイル１６ｂ、第１グロープラグ４１、第２グロープラグ４２、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂ、キャリアガス流量調整弁６６、第２ポンプ７３、第２尿素水圧力調整弁７４ａ、第２尿素水用開閉弁７４ｂにそれぞれ接続される。コントローラ５６にはメモリ８９が設けられる。このメモリ８９には、エンジン回転速度、エンジン負荷、選択還元型触媒５１出入口の排ガス温度に応じた、第１尿素水圧力調整弁６４ａ及び第２尿素水圧力調整弁７４ａの圧力、第１尿素水用開閉弁６４ｂ及び第２尿素水用開閉弁７４ｂの単位時間当たりの開閉回数、第１ポンプ６３及び第２ポンプ７３の作動の有無、キャリアガス流量調整弁６６の開度が予め記憶される。またメモリ８９には、エンジン回転速度及びエンジン負荷の変化に基づく、エンジン１１から排出される排ガス中のＮＯｘの流量の変化がそれぞれマップとして記憶される。なお、この実施の形態では、第１温度センサを選択還元型触媒の排ガス入口側のケースに挿入し、第２温度センサを選択還元型触媒より排ガス出口側のケースに挿入したが、選択還元型触媒に関係する温度を検出できれば、第１又は第２温度センサのいずれか一方を用いてもよい。
【００３７】
このように構成された尿素水改質器１３を有する排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後やエンジン１１の軽負荷運転時には、排ガス温度が１００〜２００℃と低い。この温度範囲の排ガス温度を第１及び第２温度センサ５４ａ，５４ｂがそれぞれ検出し、回転センサ８７及び負荷センサ８８がエンジン１１の無負荷運転又は軽負荷運転を検出すると、コントローラ５６は第１温度センサ５４ａ、第２温度センサ５４ｂ、回転センサ８７及び負荷センサ８８の各検出出力に基づいて、第２ポンプ７３、第２尿素水圧力調整弁７４ａ及び第２尿素水用開閉弁７４ｂを停止した状態で、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂ及びキャリアガス流量調整弁６６を駆動する。
【００３８】
キャリアガス流量調整弁６６が駆動されかつ電熱コイル１６ｂに通電されると、キャリアガスタンク１４内のキャリアガスがキャリアガス加熱部１６のキャリアガス流路１６ｄに供給される。このキャリアガスは、キャリアガス流路１６ｄを流れている間に、電熱コイル１６ｂで発生しコイル保持部１６ａやキャリアガス流路用コイル１６ｃに伝わった熱を奪いながらキャリアガス噴射ノズル１７に達する。上記キャリアガス流路１６ｄは十分に長いため、キャリアガス加熱部１６でキャリアガスを十分に加熱できる。またキャリアガス流路１６ｄに尿素水１８が流れずにキャリアガスのみが流れるので、尿素水１８がキャリアガス流路１６ｄの内壁に付着することがなく、キャリアガスがキャリアガス流路１６ｄ内をスムーズに流れる。
【００３９】
一方、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂがそれぞれ駆動されるとともに、電熱コイル１６ｂ、第１グロープラグ４１及び第２グロープラグ４２に通電されると、第１尿素水タンク６２内の尿素水１８が第１尿素水供給管６１を通って第１尿素水供給ノズル２１に供給される。この第１尿素水供給ノズル２１に供給された尿素水１８は、上記キャリアガス噴射ノズル１７が高温のキャリアガスを尿素水供給孔２１ａに向って噴射することにより吹き飛ばされて微粒化されるとともに、その温度が上昇する。そして第１尿素水供給ノズル２１と第１触媒部２３ａとの間の比較的広い空間で、上記微粒化した尿素水１８が下方に向うに従って次第に広がり第１触媒部２３ａの入口面（上面）全体に略均一に分散するので、この略均一に分散し微粒化した尿素水１８の大部分は第１触媒部２３ａで次の式（１）に示すように分解してアンモニアガス２２に改質される。
【００４０】
(ＮＨ2)2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ２ＮＨ3＋ＣＯ2 ……（１）
上記式（１）は、尿素水１８がアンモニアガス２２に分解する化学反応式を示す。ここで、第１触媒部２３ａに流入する直前の微粒化した尿素水１８の温度は９０〜１５０℃である。また、第１触媒部２３ａが第１グロープラグ４１により直接加熱され、第１触媒部２３ａの温度が微粒化した尿素水１８をアンモニアガス２２に改質できる温度（例えば、２００〜３００℃）に維持されるので、微粒化した尿素水１８の第１触媒部２３ａにおけるアンモニアガス２２への改質効率を向上できる。更に微粒化した尿素水１８が第１触媒部２３ａでアンモニアガス２２に改質されずに第１触媒部２３ａを通過すると、第１分散板３１に衝突する。この第１分散板３１に衝突した尿素水１８は第１分散板３１から熱を奪ってアンモニアガス２２に分解されるので、アンモニアガス２２の生成量を増大できる。
【００４１】
なお、微粒化した尿素水１８がアンモニアガス２２に改質されずにそのまま第１触媒部２３ａ及び第１分散板３１を通過すると、この微粒化した尿素水１８は第２触媒部２３ｂで分解してアンモニアガス２２に改質される。ここで、第２触媒部２３ｂが第２グロープラグ４１により直接加熱され、第２触媒部２３ｂの温度が微粒化した尿素水１８をアンモニアガス２２に改質できる温度に維持されるので、微粒化した尿素水１８の第２触媒部２３ｂにおけるアンモニアガス２２への改質効率を向上できる。また微粒化した尿素水１８が第２触媒部２３ｂでアンモニアガス２２に改質されずに第２触媒部２３ｂを通過すると、第２分散板３２に衝突する。この第２分散板３２に衝突した尿素水１８は第２分散板３２から熱を奪ってアンモニアガス２２に分解されるので、アンモニアガス２２の生成量を増大できるとともに、排気管１２への尿素水１８の液滴の流入を阻止できる。
【００４２】
このように尿素水改質器１３により尿素水１８が分解されてアンモニアガス２２に改質された後に、このアンモニアガス２２はアンモニアガス供給ノズル２４から排気管１２に供給される。そして、このアンモニアガス２２が排ガスとともに選択還元型触媒５１に流入すると、アンモニアガス２２が排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）を還元するための還元剤として機能し、次の式（２）で示すように、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。
【００４３】
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3 → ２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ ……（２）
上記式（２）は、排ガス中のＮＯ及びＮＯ2が選択還元型触媒５１でアンモニアガス２２と反応して、ＮＯ及びＮＯ2がＮ2に還元される化学反応式を示す。この結果、排ガス温度が低いときであってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【００４４】
排ガス温度が２００℃を越えると、コントローラ５６は、第１及び第２温度センサ５４ａ，５４ｂの各検出出力に基づいて、第１ポンプ６３、第１尿素水圧力調整弁６４ａ、第１尿素水用開閉弁６４ｂ及びキャリアガス流量調整弁６６の駆動を停止するとともに、電熱コイル１６ｂ、第１グロープラグ４１及び第２グロープラグ４２への通電を停止する。そして、コントローラ５６は第２ポンプ７３、第２尿素水圧力調整弁７４ａ及び第２尿素水用開閉弁７４ｂを駆動する。これにより尿素水供給手段５３の第２尿素水タンク７２に貯留された尿素水１８が第２尿素水供給管７１を通って第２尿素水供給ノズル５２から排気管１２に噴射される。このとき排ガスが２００℃を越える比較的高い温度であるので、尿素水１８が排気管１２内で速やかにアンモニアガスに分解される。そして、アンモニアガスが排ガスとともに選択還元型触媒５１に流入すると、アンモニアガスが排ガス中のＮＯｘを還元するための還元剤として機能し、排ガス中のＮＯｘが速やかにＮ2に還元される。この結果、排ガス温度が高くなってもＮＯｘを効率良く低減できる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、尿素水改質器１０１の加熱部ケース１０２が下面の閉止された円筒状に形成され、この加熱部ケース１０２の下面中央にキャリアガス噴射ノズル１０３が形成される。そして加熱部ケース１０２の下面に、キャリアガス噴射ノズル１０３から噴射された高温のキャリアガスの流れが末広がりの円錐状になるように案内するガイド部材１０４が設けられる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４６】
このように構成された尿素水改質器１０１を有する排ガス浄化装置では、キャリアガス噴射ノズル１０３から噴射された高温のキャリアガスの流れが、図３の破線矢印で示すように、下方に向うに従って次第に広がる末広がりの円錐状になるので、第１尿素水供給ノズル２１に達した尿素水１８は第１の実施の形態より更に第１触媒部２３ａの入口面（上面）全体に略均一に分散しかつ微粒化するので、この略均一に分散し微粒化した尿素水１８の第１触媒部２３ａにおけるアンモニアガスへの分解効率が第１の実施の形態より更に向上する。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４７】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態を示す。図４において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、排気管１２に取付けられたアンモニアガス供給ノズル１２２が、排気管１２に挿入された大径筒状の大径筒部１２２ａと、この大径筒部１２２ａの下端に大径筒部１２２ａと一体的に形成され下方に向うに従って小径になる絞り部１２２ｂと、この絞り部１２２ｂの下端に絞り部１２２ｂと一体的に形成された小径の筒状の小径筒部１２２ｃと、大径筒部１２２ａの上端に大径筒部１２２ａと一体的に形成されたフランジ部１２２ｄとからなる。小径筒部１２２ｃの下面は排ガス上流側から排ガス下流側に向って小径筒部１２２ｃの長さが次第に短くなる傾斜面に形成される。フランジ部１２２ｄは、排気管１２に設けられたフランジ部１２ａに取付けられる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４８】
このように構成された尿素水改質器１２１を有する排ガス浄化装置では、アンモニアガス供給ノズル１２２の大径筒部１２２ａから絞り部１２２ｂを通って小径筒部１２２ｃから排気管１２に供給されるアンモニアガスの流速が速くなるので、アンモニアガスが排ガスと速やかに混合される。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をターボ過給機付ディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置を自然吸気型ディーゼルエンジン又は自然吸気型ガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記第１〜第３の実施の形態では、尿素水改質器に触媒部を２つ設けたが、触媒部は１つ又は３つ或いは４つ以上であってもよい。更に、上記第１〜第３の実施の形態では、第１尿素水供給ノズル２１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に鉛直方向に貫通する尿素水供給孔２１ａを形成したが、図５又は図６に示すように、第１尿素水供給ノズル１４１，１６１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に鉛直方向と任意の角度をなす方向に１個若しくは２個以上の尿素水供給孔１４１ａ，１６１ａを形成してもよい。例えば、図５に示すように、第１尿素水供給ノズル１４１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に水平方向に貫通する尿素水供給孔１４１ａを形成したり、或いは図６に示すように、第１尿素水供給ノズル１６１の先端部のうちキャリアガス噴射ノズル１７の先端に対向する位置に斜め下向き４５度の略ハの字状の尿素水供給孔１６１ａを形成してもよい。
【実施例】
【００５０】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図２に示すように、排気量が８０００ｃｃである直列６気筒のターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１２に選択還元型触媒５１を設けた。この選択還元型触媒５１は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また選択還元型触媒５１より排ガス上流側の排気管１２に、尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する尿素水改質器１３を接続して、尿素水改質器１３のアンモニアガス供給ノズル２４を排気管１２に挿入した。この尿素水改質器１３は、図１及び図２に示すように、キャリアガスタンク（エアタンク）１４から供給されたキャリアガス（エア）を加熱するキャリアガス加熱部１６と、キャリアガス加熱部１６により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル１７と、キャリアガス噴射ノズル１７から噴射されたキャリアガスにより尿素水１８が微粒化されるように尿素水１８をキャリアガス噴射ノズル１７の先端に供給する第１尿素水供給ノズル２１と、この微粒化した尿素水１８を分解してアンモニアガス２２に改質する触媒部２３と、触媒部２３の出口から排出されたアンモニアガス２２をエンジン１１の排気管１２に供給する上記アンモニアガス供給ノズル２４とを有する。触媒部２３は、第１及び第２触媒部２３ａ，２３ｂからなり、チタニアを含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作成された触媒であった。またアンモニアガス供給ノズル２４より排ガス上流側の排気管１２に、尿素水１８を供給する尿素水供給手段５３の第２尿素水供給ノズル５２を設けた。ここで、この排ガス浄化装置を実施例１とした。
【００５１】
＜比較例１＞
尿素水改質器を設けなかったこと以外は実施例１と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例１とした。
【００５２】
＜比較試験１及び評価＞
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、実施例１及び比較例１のエンジンの排気管から排出される排ガスの温度を１００℃から５５０℃まで徐々に上昇させたときのＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図７に示す。なお、実施例１の排ガス浄化装置では、排ガス温度が１００〜２００℃であるとき、尿素水改質器を駆動してアンモニアガス供給ノズルからアンモニアガスを排気管に供給し、排ガス温度が２００℃を越えたときに、尿素水供給手段を駆動して第２尿素水供給ノズルから尿素水を排気管に供給した。また、比較例１の排ガス浄化装置では、排ガス温度が１００〜５５０℃であるとき、尿素水供給手段を駆動して第２尿素水供給ノズルから尿素水を排気管に供給した。
【００５３】
図１から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１００〜１５０℃であるとき排ガス中のＮＯｘを殆ど浄化できなかったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１００〜１５０℃であるとき温度の上昇に伴って排ガス中のＮＯｘの浄化率が急激に上昇することが分かった。また比較例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１５０℃を越えたときに排ガス中のＮＯｘの浄化率が上昇してきたのに対し、実施例１の排ガス浄化装置では排ガス温度が１５０℃を越えると排ガス中のＮＯｘの浄化率は８０％以上になったことが分かった。
【符号の説明】
【００５４】
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１２ 排気管
１３，１０１,１２１ 尿素水改質器
１４ キャリアガスタンク（キャリアガス源）
１６ キャリアガス加熱部
１６ａ コイル保持部
１６ｂ 電熱コイル
１６ｃ キャリアガス流路用コイル
１６ｄ キャリアガス流路
１７，１０３ キャリアガス噴射ノズル
１８ 尿素水
２１，１４１，１６１ 第１尿素水供給ノズル
２２ アンモニアガス
２３ 触媒部
２４，１２２ アンモニアガス供給ノズル
２６ 改質器ハウジング
３１，３２ 分散板
４１，４２ グロープラグ（触媒加熱手段）
５１ 選択還元型触媒
５２ 第２尿素水供給ノズル
５３ 尿素水供給手段
５４ 温度センサ
５６ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガス源(14)から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部(16)と、
前記キャリアガス加熱部(16)により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル(17,103)と、
前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)から噴射されたキャリアガスにより尿素水(18)が微粒化されるように前記尿素水(18)を前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)の先端に供給する第１尿素水供給ノズル(21,141,161)と、
前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)に対向して設けられ前記微粒化した尿素水(18)を分解してアンモニアガス(22)に改質する触媒部(23)と、
前記触媒部(23)の出口から排出されたアンモニアガス(22)をエンジン(11)の排気管(12)に供給するように前記排気管(12)に取付けられるアンモニアガス供給ノズル(24,122)と
を有する尿素水改質器。
【請求項２】
前記キャリアガス加熱部(16)、前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)、前記第１尿素水供給ノズル(21,141,161)及び前記触媒部(23)が改質器ハウジング(26)に収容され、前記改質器ハウジング(26)が前記アンモニアガス供給ノズル(24,122)の基端に接続された請求項１記載の尿素水改質器。
【請求項３】
前記キャリアガス加熱部(16)が、円柱状に形成されたコイル保持部(16a)と、このコイル保持部(16a)の外周面に沿いかつ前記コイル保持部(16a)の外周面に露出しないように埋設された電熱コイル(16b)と、前記コイル保持部(16a)の外周面に螺旋状に巻回することにより前記キャリアガスが前記コイル保持部(16a)の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路(16d)を形成するキャリアガス流路用コイル(16c)とからなる請求項１又は２記載の尿素水改質器。
【請求項４】
前記触媒部(23)の出口側に前記触媒部(23)の出口面に対向して設けられ複数の通孔(31a,32a)が形成されかつ前記触媒部(23)から排出された前記尿素水(18)を受ける分散板(31,32)を更に有する請求項１又は２記載の尿素水改質器。
【請求項５】
前記触媒部(23)に挿入され前記触媒部(23)を直接加熱可能な触媒加熱手段(41,42)を更に有する請求項１又は２記載の尿素水改質器。
【請求項６】
エンジン(11)の排気管(12)に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒(51)と、
前記選択還元型触媒(51)より排ガス上流側の排気管(12)に臨む前記アンモニアガス供給ノズル(24,122)を有しこのアンモニアガス供給ノズル(24,122)から前記選択還元型触媒(51)で還元剤として機能するアンモニアガス(22)を前記排気管(12)に供給する請求項１ないし５いずれか１項に記載の尿素水改質器(13,101)と、
前記選択還元型触媒(51)より排ガス上流側であって前記アンモニアガス供給ノズル(24,122)より排ガス上流側又は排ガス下流側の排気管(12)に臨む第２尿素水供給ノズル(52)を有しこの第２尿素水供給ノズル(52)から前記選択還元型触媒(51)で尿素水(18)を前記排気管(12)に供給する尿素水供給手段(53)と、
前記選択還元型触媒(51)に関係する前記排ガス温度を検出する温度センサ(54)と、
前記温度センサ(54)の検出出力に基づいて前記尿素水改質器(13,101)及び前記尿素水供給手段(53)を制御するコントローラ(56)と
を備えた尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置。
【請求項１】
キャリアガス源(14)から供給されたキャリアガスを加熱するキャリアガス加熱部(16)と、
前記キャリアガス加熱部(16)により加熱されたキャリアガスを噴射するキャリアガス噴射ノズル(17,103)と、
前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)から噴射されたキャリアガスにより尿素水(18)が微粒化されるように前記尿素水(18)を前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)の先端に供給する第１尿素水供給ノズル(21,141,161)と、
前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)に対向して設けられ前記微粒化した尿素水(18)を分解してアンモニアガス(22)に改質する触媒部(23)と、
前記触媒部(23)の出口から排出されたアンモニアガス(22)をエンジン(11)の排気管(12)に供給するように前記排気管(12)に取付けられるアンモニアガス供給ノズル(24,122)と
を有する尿素水改質器。
【請求項２】
前記キャリアガス加熱部(16)、前記キャリアガス噴射ノズル(17,103)、前記第１尿素水供給ノズル(21,141,161)及び前記触媒部(23)が改質器ハウジング(26)に収容され、前記改質器ハウジング(26)が前記アンモニアガス供給ノズル(24,122)の基端に接続された請求項１記載の尿素水改質器。
【請求項３】
前記キャリアガス加熱部(16)が、円柱状に形成されたコイル保持部(16a)と、このコイル保持部(16a)の外周面に沿いかつ前記コイル保持部(16a)の外周面に露出しないように埋設された電熱コイル(16b)と、前記コイル保持部(16a)の外周面に螺旋状に巻回することにより前記キャリアガスが前記コイル保持部(16a)の外周面に沿って螺旋状に流れるキャリアガス流路(16d)を形成するキャリアガス流路用コイル(16c)とからなる請求項１又は２記載の尿素水改質器。
【請求項４】
前記触媒部(23)の出口側に前記触媒部(23)の出口面に対向して設けられ複数の通孔(31a,32a)が形成されかつ前記触媒部(23)から排出された前記尿素水(18)を受ける分散板(31,32)を更に有する請求項１又は２記載の尿素水改質器。
【請求項５】
前記触媒部(23)に挿入され前記触媒部(23)を直接加熱可能な触媒加熱手段(41,42)を更に有する請求項１又は２記載の尿素水改質器。
【請求項６】
エンジン(11)の排気管(12)に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮ2に還元可能な選択還元型触媒(51)と、
前記選択還元型触媒(51)より排ガス上流側の排気管(12)に臨む前記アンモニアガス供給ノズル(24,122)を有しこのアンモニアガス供給ノズル(24,122)から前記選択還元型触媒(51)で還元剤として機能するアンモニアガス(22)を前記排気管(12)に供給する請求項１ないし５いずれか１項に記載の尿素水改質器(13,101)と、
前記選択還元型触媒(51)より排ガス上流側であって前記アンモニアガス供給ノズル(24,122)より排ガス上流側又は排ガス下流側の排気管(12)に臨む第２尿素水供給ノズル(52)を有しこの第２尿素水供給ノズル(52)から前記選択還元型触媒(51)で尿素水(18)を前記排気管(12)に供給する尿素水供給手段(53)と、
前記選択還元型触媒(51)に関係する前記排ガス温度を検出する温度センサ(54)と、
前記温度センサ(54)の検出出力に基づいて前記尿素水改質器(13,101)及び前記尿素水供給手段(53)を制御するコントローラ(56)と
を備えた尿素水改質器を用いた排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９７６９５（Ｐ２０１２−１９７６９５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１１５４（Ｐ２０１１−６１１５４）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【出願人】（５９１２７２２９５）ＨＫＴ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【出願人】（５９１２７２２９５）ＨＫＴ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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