CN113167156A - 还原剂喷射装置、废气处理装置及废气处理方法 - Google Patents

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Abstract

还原剂喷射装置100具备：蜂窝结构体1，其具有柱状的蜂窝结构部11以及至少一对电极部12，其中，蜂窝结构部11具有区划形成从流体流入端面13a延伸至流体流出端面13b的多个隔室14的间隔壁15，至少一对电极部12配设于蜂窝结构部11的侧面并用于对蜂窝结构部11通电而将其加热，并且该蜂窝结构体1构成为能够在被通电加热的蜂窝结构部11内将尿素水溶液中的尿素分解而生成氨；内筒2，其对蜂窝结构体1进行收纳，且具有用于向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧导入载气的载气导入口22；尿素喷雾器3，其配置于内筒2的一端，且用于向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧以雾状喷射尿素水溶液；以及外筒4，其与内筒2隔开间隔地配置于内筒2的外周侧，且具有用于使载气从蜂窝结构部11的流体流出端面13b侧流入的载气流入口41。还原剂喷射装置100构成为：在内筒2与外筒4之间形成有供载气流通的流通路径，通过与被通电加热的蜂窝结构部11进行热交换而能够将流通路径中流通的载气加热。

Description

还原剂喷射装置、废气处理装置及废气处理方法
技术领域
本发明涉及还原剂喷射装置、废气处理装置及废气处理方法。
背景技术
为了对从各种发动机等排出的废气中的氮氧化物(NOx)进行净化，已知采用了选择性催化还原型NOx催化剂(SCR催化剂)的废气处理装置(专利文献1)。
专利文献1中记载的废气处理装置具有：安装于发动机的排气筒的催化剂(SCR催化剂)；以及向发动机与催化剂之间的排气筒内喷射尿素水的机构，使以雾状喷射的尿素水与废气混合，利用催化剂使其与废气中的特定成分发生反应，并且，在多处位置设置使尿素水与废气混合的尿素水喷射机构。
然而，专利文献1中记载的废气处理装置利用废气的热使尿素水中的尿素分解为氨，因此，废气的温度需要设为200℃以上。因此，存在如下问题，即，在废气的温度较低时，难以发生尿素的分解反应，从而NOx的处理所需的氨的量不足。
因此，提出了采用如下还原剂喷射装置的废气处理装置，该还原剂喷射装置具备：蜂窝结构体(蜂窝加热器)，其具有筒状的蜂窝结构部及配设于蜂窝结构部的侧面的一对电极部；以及尿素喷雾器，其向蜂窝结构部以雾状喷射尿素水溶液(专利文献2)。用于该废气装置的还原剂喷射装置能够向通过对电极部施加电压而被通电加热的蜂窝结构部以雾状喷射尿素水溶液，使得尿素水溶液中的尿素在蜂窝结构部内分解而高效地生成氨。
然而，当向被通电加热的蜂窝结构部以雾状喷射尿素水溶液时，以雾状喷射了尿素水溶液的区域的温度降低，从而蜂窝结构部内产生温度不均。其结果，容易在蜂窝结构部的低温区域生成尿素沉积物(由尿素引起的结晶)。如果生成尿素沉积物，则蜂窝结构部内的流路被阻断，因此，阻碍尿素分解为氨。
因此，提出了采用如下还原剂喷射装置的废气处理装置，该还原剂喷射装置在尿素喷雾器与蜂窝结构体之间设置有载气导入口(专利文献3及4)。根据用于该废气处理装置的还原剂喷射装置，从载气导入口导入的载气能够促进蜂窝结构部内的气体流动。因此，即便向蜂窝结构部以雾状喷射尿素水溶液，蜂窝结构部内的温差也会减小，从而能够抑制尿素沉积物的生成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007－327377号公报
专利文献2：国际公开第2014/148506号
专利文献3：日本特开2017－180298号公报
专利文献4：日本特开2017－180299号公报
发明内容
废气中的NOx的量根据车辆的行驶模式等而发生变化，在废气中的NOx的量较多的情况下，NOx的净化所需的氨的量增加，因此，需要增大尿素水溶液的雾状喷射量。如果尿素水溶液的雾状喷射量增多，则蜂窝结构体的温度降低，因此，要求提高通电电力。
然而，关于专利文献2～4中记载的现有的还原剂喷射装置，如果提高通电电力，则蜂窝结构部内的温度分布增大，从而蜂窝结构部有可能破损。
另外，关于专利文献3及4中记载的现有的还原剂喷射装置，呈现出载气的温度越高则越难以生成尿素沉积物的趋势，但是，为了提高载气的温度而需要另行设置加热机构。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制尿素沉积物、且即便提高通电电力而蜂窝结构部也难以破损的还原剂喷射装置。
另外，本发明的目的在于，提供即便废气中的NOx的量增多也能够从还原剂喷射装置喷射所需量的氨而进行NOx的净化的废气处理装置及废气处理方法。
本发明的发明人对具备在蜂窝结构部的侧面配设有至少一对电极部的蜂窝结构体的还原剂喷射装置的结构进行了潜心研究，结果发现，着眼于提高通电电力时的蜂窝结构部内的温度在电极部的周边(蜂窝结构部的外周区域)的局部升高这一点，在蜂窝结构体的外周设置载气的流通路径并使蜂窝结构部的外周区域的热与载气进行热交换，由此，能够使得蜂窝结构部的外周区域的温度降低而减小蜂窝结构部内的温度分布，并且能够提高载气的温度，由此完成了本发明。
即，本发明涉及一种还原剂喷射装置，其特征在于，具备：
蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有柱状的蜂窝结构部以及至少一对电极部，所述蜂窝结构部具有区划形成从流体流入端面延伸至流体流出端面的多个隔室的间隔壁，所述至少一对电极部配设于所述蜂窝结构部的侧面并用于对所述蜂窝结构部通电而将其加热，并且所述蜂窝结构体构成为能够在被通电加热的所述蜂窝结构部内将尿素水溶液中的尿素分解而生成氨；
内筒，该内筒对所述蜂窝结构体进行收纳，且具有用于向所述蜂窝结构部的所述流体流入端面侧导入载气的载气导入口；
尿素喷雾器，该尿素喷雾器配置于所述内筒的一端，且用于向所述蜂窝结构部的所述流体流入端面侧以雾状喷射尿素水溶液；以及
外筒，该外筒与所述内筒隔开间隔地配置于所述内筒的外周侧，且具有用于使所述载气从所述蜂窝结构部的所述流体流出端面侧流入的载气流入口，
所述还原剂喷射装置构成为：在所述内筒与所述外筒之间形成有供所述载气流通的流通路径，通过与被通电加热的所述蜂窝结构部进行热交换而能够将所述流通路径中流通的所述载气加热。
另外，本发明涉及一种废气处理装置，其特征在于，具备：
排气筒，该排气筒用于供废气流通；
所述还原剂喷射装置，该还原剂喷射装置用于向所述排气筒内喷射氨；以及
SCR催化剂，该SCR催化剂配置于所述排气筒的比喷射所述氨的位置更靠下游侧的位置。
此外，本发明涉及一种废气处理方法，其特征在于，对废气喷射所述还原剂喷射装置中生成的氨，并利用SCR催化剂对混入有所述氨的所述废气进行还原处理。
发明效果
根据本发明，能够提供一种还原剂喷射装置，其能够抑制尿素沉积物、且即便提高通电电力而蜂窝结构部也难以破损。
另外，根据本发明，能够提供废气处理装置及废气处理方法，即便废气中的NOx的量增多，也能够从还原剂喷射装置喷射所需量的氨而进行NOx的净化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的还原剂喷射装置的剖视示意图。
图2是表示构成本发明的实施方式1所涉及的还原剂喷射装置的蜂窝结构体的流体流入端面的俯视示意图。
图3是表示构成本发明的实施方式1所涉及的还原剂喷射装置的内筒的尿素喷雾器侧的状态的剖视示意图。
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的还原剂喷射装置的剖视示意图。
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的还原剂喷射装置的剖视示意图。
图6是表示本发明的实施方式4所涉及的废气处理装置的剖视示意图。
图7是表示本发明的实施方式4所涉及的另一废气处理装置的剖视示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的还原剂喷射装置、废气处理装置及废气处理方法的优选实施方式进行具体说明，不过，不应该解释为本发明限定于这些实施方式，只要不脱离本发明的主旨，就可以基于本领域技术人员的知识进行各种变更、改良等。各实施方式中公开的多个构成要素可以通过适当的组合而形成各种方案。例如，可以从实施方式中示出的全部构成要素中删除若干构成要素，也可以适当地对不同实施方式的构成要素进行组合。
＜实施方式1＞
(1)还原剂喷射装置
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的还原剂喷射装置的剖视示意图(与蜂窝结构部的隔室延伸的方向平行的剖视示意图)。
如图1所示，本实施方式的还原剂喷射装置100具备：蜂窝结构体1；内筒2，其对蜂窝结构体1进行收纳；尿素喷雾器3，其配置于内筒2的一端；以及外筒4，其与内筒2隔开间隔地配置于内筒2的外周侧。
蜂窝结构体1具有：柱状的蜂窝结构部11，其具有区划形成从流体流入端面13a延伸至流体流出端面13b的多个隔室14的间隔壁15；以及至少一对电极部12，它们配设于蜂窝结构部11的侧面，用于对蜂窝结构部11通电而将其加热。蜂窝结构部11中的隔室14成为流体的流通路径。
此处，本说明书中的“流体流入端面13a”是指具有流体的流入口的端面，“流体流出端面13b”是指具有流体的流出口的端面。另外，本说明书中的“一对电极部12”是指：在与蜂窝结构部11的隔室14延伸的方向正交的截面中，另一个电极部12相对于一个电极部12隔着蜂窝结构部11的中心而配设于相反侧。
电极部12沿着隔室14延伸的方向而形成为带状。应予说明，电极部12可以为一对，从提高蜂窝结构部11的发热效率的观点出发，也可以设为多对。
内筒2具有入口侧端部及出口侧端部。在作为一端的入口侧端部配置有尿素喷雾器3，在作为另一端的出口侧端部形成有用于喷射氨的喷射口21。另外，内筒2在蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧、即蜂窝结构体1与尿素喷雾器3之间具有用于导入载气的载气导入口22。作为载气，并未特别限定，可以采用废气、进气气体、来自其他空气供给装置(搭载于大型车辆等的压缩机等)的空气等。
收纳于内筒的蜂窝结构体1借助绝缘保持部23而固定(保持)于内筒2内。通过形成为这种结构而确保蜂窝结构体1与内筒2之间的绝缘。在蜂窝结构体1与内筒2之间可以具有未配置绝缘保持部23的部分(空间)，不过，从提高与在内筒2的外周流通的载气之间的热交换效率的观点出发，优选蜂窝结构体1的整个外周由绝缘保持部23覆盖。绝缘保持部23的材质为绝缘性及热传导率优异的材质即可，并未特别限定，优选为氧化铝。
尿素喷雾器3配置于内筒2的一端(入口侧端部)，向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧以雾状喷射尿素水溶液。尿素水溶液为本实施方式的还原剂喷射装置100中生成的氨的原料。
外筒4在蜂窝结构部11的流体流出端面13b侧具有入口侧端部，在蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧具有出口侧端部。在入口侧端部形成有用于使载气从蜂窝结构部11的流体流出端面13b侧流入的载气流入口41，在出口侧端部配置有尿素喷雾器3。另外，外筒4在内部插入有内筒2，且与内筒2隔开间隔地配置于内筒2的外周侧。在内筒2与外筒4之间形成有供载气流通的流通路径。
关于具有如上所述结构的本实施方式的还原剂喷射装置100，在被通电加热的蜂窝结构部11内将从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液中的尿素分解而生成氨(还原剂)，并将氨从喷射口21向外部喷射。此时，通过向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧导入载气，能够在蜂窝结构部11内形成从流体流入端面13a侧朝向流体流出端面13b侧的气流。因此，热及尿素水溶液难以在蜂窝结构部11内停滞，尿素沉积物得以抑制。
另外，从载气流入口41供给载气，该载气在内筒2与外筒4之间的流通路径内流通的期间，与被通电加热的蜂窝结构部11进行热交换而被加热。因此，能够预先通过热交换将载气加热而向蜂窝结构部11内导入，因此，能够廉价且容易地更进一步提高尿素沉积物的抑制效果。
此外，在提高了通电电力的情况下，蜂窝结构部11的外周区域的温度容易在局部升高，不过，通过与载气之间的热交换而能够使蜂窝结构部11的外周区域的温度降低。因此，能够提高蜂窝结构部11内的温度、且减小温度分布，因此，能够抑制蜂窝结构部11的破损、且增大氨的喷射量。
以下，关于本实施方式的还原剂喷射装置100，进一步对各构成部件进行详细说明。
(1－1)蜂窝结构体1
蜂窝结构体1具有蜂窝结构部11以及电极部12。
构成蜂窝结构部11的间隔壁15的材质并未特别限定，优选为陶瓷。特别地，间隔壁15的材质优选以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分，更优选以硅－碳化硅复合材料为主成分。通过采用这种材质，容易变更碳化硅与硅的比率而将蜂窝结构部11的电阻率调整为任意值。
此处，作为上述主成分的“硅－碳化硅复合材料”是指：含有作为骨料的碳化硅粒子、以及作为使得碳化硅粒子结合的结合材料的金属硅的材料。硅－碳化硅复合材料优选为：多个碳化硅粒子借助金属硅而结合。另外，作为上述主成分的“碳化硅”是指：碳化硅粒子彼此烧结而形成的材料。另外，本说明书中的“主成分”是指：含量为90质量％以上的成分。
蜂窝结构部11的电阻率并未特别限定，优选为0.01～500Ωcm，更优选为0.1～200Ωcm。通过控制为这样的电阻率，能够对至少一对电极部12施加电压而使蜂窝结构部11有效地发热。特别地，为了采用电压12～200V的电源使蜂窝结构部11发热至160～600℃，优选将电阻率设为上述范围。
应予说明，蜂窝结构部11的电阻率为25℃时的值。另外，蜂窝结构部11的电阻率为利用四端子法测定所得的值。
蜂窝结构部11的每单位体积的表面积并未特别限定，优选为5cm2/cm3以上，更优选为8～45cm2/cm3，特别优选为20～40cm2/cm3。如果该表面积为5cm2/cm3以上，则能充分确保与尿素水溶液的接触面积，能适当地控制尿素水溶液的处理速度、即氨的产生量(产生速度)。
应予说明，蜂窝结构部11的表面积为蜂窝结构部11的间隔壁15的表面的面积。
蜂窝结构部11的间隔壁15的厚度优选为0.06～1.5mm，更优选为0.10～0.80mm。如果间隔壁15的厚度为1.5mm以下，则压力损失降低，从而能够适当地控制尿素水溶液的处理速度、即氨的产生量(产生速度)。如果间隔壁15的厚度为0.06mm以上，则能抑制蜂窝结构部11因通电加热导致的热冲击而遭到破坏。
隔室14的形状(与隔室14延伸的方向正交的截面的形状)为图2所示的圆形的情况下，间隔壁15的厚度是指：“隔室14彼此之间的距离最短的部分(间隔壁15的厚度较小的部分)”处的间隔壁15的厚度。
隔室14的密度优选为7～140隔室/cm2，更优选为15～120隔室/cm2。如果隔室14的密度为7隔室/cm2以上，则能充分确保与尿素水溶液的接触面积，从而能够适当地控制尿素水溶液的处理速度、即氨的产生量(产生速度)。如果隔室14的密度为140隔室/cm2以下，则压力损失降低，从而能够适当地控制尿素水溶液的处理速度、即氨的产生量(产生速度)。
蜂窝结构部11可以针对一部分隔室14而在流体流入端面13a侧的端部设置封孔部。封孔部的材质优选与间隔壁15的材质相同，也可以为其他材质。
除了图2所示的正方形以外，流体流入端面13a的形状也可以为长方形、其他多边形、圆形、椭圆形等各种形状。另外，优选地，流体流入端面13a的形状与流体流出端面13b的形状相同，且与隔室14延伸的方向正交的截面的形状相同。
关于蜂窝结构部11的大小，流体流入端面13a及流体流出端面13b的面积分别优选为50～10000mm2，更优选为100～8000mm2。
除了图2所述的圆形以外，与隔室14延伸的方向正交的截面中的隔室14的形状也可以为椭圆形、四边形、六边形、八边形或这些形状的组合。通过设为这样的形状，能够使得废气向蜂窝结构部11流动时的压力损失减小，从而能够将尿素水溶液中的尿素有效地分解。
电极部12沿着隔室14延伸的方向而形成为带状，不过，也可以形成为在蜂窝结构部11的周向上扩展的较大的宽度。另外，在与隔室14延伸的方向正交的截面中，一个电极部12相对于另一个电极部12隔着蜂窝结构部11的中心而配设于相反侧。通过采用这样的结构，在向一对电极部12之间施加电压时，能够抑制在蜂窝结构部11内流动的电流的偏差，因此，能够抑制蜂窝结构部11内的发热的偏差。
另外，关于对电极部12的电压的施加，优选地，以使得流体流入端面13a处的温度达到900℃以下的方式使蜂窝结构部11发热。关于蜂窝结构部11的温度控制，可以通过在蜂窝结构部11直接设置温度测定机构进行控制。或者，也可以根据载气温度、载气流量及尿素水溶液喷射量推定并控制蜂窝结构部11的温度。另外，如果对发动机的运转条件进行映射，则也可以代替载气温度及载气流量的测定。
电极部12的材质并未特别限定，优选与蜂窝结构部11的间隔壁15的主成分相同。
电极部12的电阻率优选为0.0001～100Ωcm，更优选为0.001～50Ωcm。通过将电极部12的电阻率设为这样的范围，能够使得一对电极部12在供高温的废气流动的排气筒内有效地发挥出电极的作用。电极部12的电阻率可以低于蜂窝结构部11的电阻率。
应予说明，电极部12的电阻率为400℃时的值。另外，电极部12的电阻率为利用四端子法测定所得的值。
在一对电极部12可以配设用于连结来自外部的电气配线18的电极端子突起部16。电极端子突起部16的材质可以为导电性陶瓷，也可以为金属。另外，电极端子突起部16的材质优选与电极部12相同。另外，优选电极端子突起部16和内筒2的连接器17由电气配线18连结。
在蜂窝结构部11可以具备尿素水解催化剂。通过采用尿素水解催化剂，能够由尿素有效地生成氨。作为尿素水解催化剂，能够举出氧化钛等。
(1－2)内筒2
内筒2的材质并未特别限定，优选为不锈钢等。
关于内筒2的形状，在与隔室14延伸的方向正交的截面中，优选与蜂窝结构部11的形状同种的形状，以便与蜂窝结构体1嵌合。此处，本说明书中的“同种的形状”是指：在内筒2的形状为正方形时，蜂窝结构部11的形状也为正方形，在内筒2的形状为长方形时，蜂窝结构部11的形状也为长方形。应予说明，例如，内筒2的形状及蜂窝结构部11的形状为同种的形状，在该形状为长方形的情况下，无需连纵横长度比也相同。
优选地，配置有尿素喷雾器3的内筒2的一端(入口侧端部)具有与蜂窝结构部11的流体流入端面13a对置的封闭面24，载气导入口22形成于封闭面24侧。通过将载气导入口22设置于封闭面24侧，使得载气容易从流体流入端面13a侧向流体流出端面13b侧顺畅地流动，并且，难以阻碍从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液的雾状喷射方向。因此，能够提高尿素沉积物的抑制效果，并且，能够使尿素水溶液的雾状喷射量增大。
另外，如图3所示，在与内筒2的长度方向正交的、蜂窝结构部11与尿素喷雾器3之间的截面中，从尿素喷雾器3侧观察内筒2所得的投影面优选为：以尿素喷雾器3为中心、且多个载气导入口22形成为同心圆状。通过这样形成多个载气导入口22，能够向流体流入端面13a侧均衡地导入载气，因此，能够向蜂窝结构部11内更加顺畅地供给尿素水溶液。
载气导入口22的形状优选如图3所示那样设为圆形，也可以为正方形、长方形、其他多边形、椭圆形等各种形状。
(1－3)尿素喷雾器3
关于尿素喷雾器3的种类，只要能够以雾状喷射尿素水溶液即可，并未特别限定，优选为电磁式、超声波式、压电致动器式或雾化器式。通过采用上述种类的尿素喷雾器，能够容易地以雾状喷射尿素水溶液。另外，其中，如果采用电磁式、超声波式或压电致动器式，则能够不使用空气地以雾状喷射尿素水溶液。因此，无需对用于尿素水溶液的雾状喷射的空气进行加热，能够降低加热能量。另外，通过不使用雾状喷射用的空气，使得喷射体积减小，因此，能够使雾状的尿素水溶液从蜂窝结构部11内通过的速度降低，从而能够获取较长的分解所需的反应时间。从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液的液滴的大小(直径)优选为0.3mm以下。如果液滴的大小大于0.3mm，则在蜂窝结构部11内被加热时，有时难以气化。
此处，电磁式的尿素喷雾器3是：通过活塞借助电磁的振动或采用了电磁方式的电场进行前后动作而以雾状喷射尿素水溶液的装置。另外，超声波式的尿素喷雾器3是：利用超声波振动而以雾状喷射尿素水溶液的装置。另外，压电致动器式的尿素喷雾器3是：利用压电元件的振动而以雾状喷射尿素水溶液的装置。另外，雾化器式的尿素喷雾器3是如下装置：例如利用管吸取液体，同时利用空气将吸取至该管的前端的开口部的液体吹散成雾状，由此以雾状喷射该液体。应予说明，雾化器式的尿素喷雾器3可以是：在喷嘴的前端形成有多个较小的开口部、且从该开口部以雾状喷射液体的装置。
优选地，为了使尿素喷雾器3容易向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧以雾状喷射尿素水溶液，使得尿素水溶液的雾状喷射方向(液滴飞出的方向)朝向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧。
(1－4)外筒4
外筒4的材质并未特别限定，优选为不锈钢等。
外筒4的形状只要是能够在内筒2与外筒4之间形成供载气流通的流通路径的形状即可，并未特别限定，优选地，在与隔室14延伸的方向正交的截面中，相对于内筒2的形状为同种形状。
外筒4的长度并未特别限定，从充分确保与蜂窝结构部11进行热交换的流通流路的观点出发，优选其长度大于蜂窝结构部11的长度。
接下来，对本实施方式的还原剂喷射装置100的制造方法进行详细说明。
(2)还原剂喷射装置100的制造方法
(2－1)蜂窝结构体1的制造
蜂窝结构体1由陶瓷制成的情况下，蜂窝结构体1的制造方法优选为如下制造方法。
蜂窝结构体1的制造方法包括蜂窝成型体制作工序、蜂窝干燥体制作工序、带有未烧成电极的蜂窝体制作工序以及蜂窝结构体制作工序。
(蜂窝成型体制作工序)
蜂窝成型体制作工序中，对成型原料进行挤出成型而制作蜂窝成型体。成型原料优选含有陶瓷原料及有机粘合剂。成型原料中，除了配合陶瓷原料及有机粘合剂以外，还可以配合表面活性剂、烧结助剂、造孔材料、水等。通过对这些原料进行混合而能够获得成型原料。
成型原料中的陶瓷原料为“陶瓷”或“经烧成而变为陶瓷的原料”。陶瓷原料在任何情况下都会在烧成后变成陶瓷。成型原料中的陶瓷原料优选以金属硅及碳化硅粒子(碳化硅粉末)为主成分、或者以碳化硅粒子(碳化硅粉末)为主成分。由此，获得的蜂窝结构体1能体现出导电性。金属硅也优选为金属硅粒子(金属硅粉末)。应予说明，“以金属硅及碳化硅粒子为主成分”是指：金属硅及碳化硅粒子的合计质量为整体(陶瓷原料)的90质量％以上。另外，作为陶瓷原料中含有的主成分以外的成分，能够举出SiO2、SrCO3、Al2O3、MgCO3、堇青石等。
作为陶瓷原料的主成分而采用碳化硅的情况下，通过烧成而使得碳化硅烧结。另外，作为陶瓷原料的主成分而采用金属硅及碳化硅粒子的情况下，通过烧成并以金属硅为粘结材料而使得作为骨料的碳化硅彼此粘结。
作为陶瓷原料而采用碳化硅粒子(碳化硅粉末)及金属硅粒子(金属硅粉末)的情况下，相对于碳化硅粒子的质量与金属硅粒子的质量之和，金属硅粒子的质量优选为10～40质量％。碳化硅粒子的平均粒径优选为10～50μm，更优选为15～35μm。金属硅粒子的平均粒径优选为0.1～20μm，更优选为1～10μm。碳化硅粒子及金属硅粒子的平均粒径为利用激光衍射法测定所得的值。
作为有机粘合剂，能够举出甲基纤维素、甘油、羟丙基甲基纤维素等。作为有机粘合剂，可以采用1种有机粘合剂，也可以采用多种有机粘合剂。在将陶瓷原料的合计质量设为100质量份时，有机粘合剂的配合量优选为5～10质量份。
作为表面活性剂，可以采用乙二醇、糊精等。作为表面活性剂，可以采用1种表面活性剂，也可以采用多种表面活性剂。在将陶瓷原料的合计质量设为100质量份时，表面活性剂的配合量优选为0.1～2.0质量份。
作为烧结助剂，可以采用SiO2、SrCO3、Al2O3、MgCO3、堇青石等。作为烧结助剂，可以采用1种烧结助剂，也可以采用多种烧结助剂。在将陶瓷原料的合计质量设为100质量份时，烧结助剂的配合量优选为0.1～3质量份。
作为造孔材料，只要在烧成后形成气孔即可，并未特别限定，例如能够举出石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂、硅胶等。作为造孔材料，可以采用1种造孔材料，也可以采用多种造孔材料。在将陶瓷原料的合计质量设为100质量份时，造孔材料的配合量优选为0.5～10质量份。
在将陶瓷原料的合计质量设为100质量份时，水的配合量优选为20～60质量份。
在对成型原料进行挤出成型时，首先，对成型原料进行混炼而形成坯料。接下来，对坯料进行挤出成型而获得蜂窝成型体。蜂窝成型体具有区划形成从流体流入端面13a延伸至流体流出端面13b的多个隔室14的多孔质的间隔壁15。蜂窝成型体的间隔壁15为未干燥、未烧成的间隔壁15。
(蜂窝干燥体制作工序)
蜂窝干燥体制作工序中，使获得的蜂窝成型体干燥而制作蜂窝干燥体。干燥条件并未特别限定，可以采用公知的条件。例如，优选以80～120℃的温度实施0.5～5小时的干燥。
(带有未烧成电极的蜂窝体制作工序)
带有未烧成电极的蜂窝体制作工序中，首先，在蜂窝干燥体的侧面涂敷含有陶瓷原料和水的电极形成用浆料。接下来，使电极形成用浆料干燥而形成未烧成电极，由此制作带有未烧成电极的蜂窝体。
带有未烧成电极的蜂窝体优选在蜂窝干燥体形成有沿隔室14延伸的方向呈带状延伸、且在周向上也扩展的、宽幅的长方形的未烧成电极。周向是指：在与隔室14延伸的方向正交的截面中沿着蜂窝干燥体的侧面的方向。
带有未烧成电极的蜂窝体制作工序中使用的电极形成用浆料含有陶瓷原料和水。电极形成用浆料中可以配合表面活性剂、造孔材料、水等。
作为陶瓷原料，优选采用制作蜂窝成型体时使用的陶瓷原料。例如，将制作蜂窝成型体时使用的陶瓷原料的主成分设为碳化硅粒子及金属硅的情况下，作为电极形成用浆料的陶瓷原料，也采用碳化硅粒子及金属硅即可。
在蜂窝干燥体的侧面涂敷电极形成用浆料的方法并未特别限定。例如，可以利用刷毛涂敷电极形成用浆料，或者可以利用印刷的方法涂敷电极形成用浆料。
电极形成用浆料的粘度在20℃的温度下优选为500Pa·s以下，更优选为10～200Pa·s。如果电极形成用浆料的粘度为500Pa·s以下，则容易将电极形成用浆料涂敷于蜂窝干燥体的侧面。
在将电极形成用浆料涂敷于蜂窝干燥体之后，使电极形成用浆料干燥，由此能够获得未烧成电极(带有未烧成电极的蜂窝体)。干燥温度优选为80～120℃。另外，干燥时间优选为0.1～5小时。
(蜂窝结构体制作工序)
蜂窝结构体制作工序中，对带有未烧成电极的蜂窝体进行烧成而制作蜂窝结构体1。
烧成条件根据用于制造蜂窝成型体的陶瓷原料及用于电极形成用浆料的陶瓷原料的种类而适当确定即可。
另外，在使得带有未烧成电极的蜂窝成型体干燥之后，优选在烧成前进行预烧，以便除去粘合剂等。优选在大气气氛下以400～500℃的温度实施0.5～20小时的预烧。
使尿素水解催化剂40担载于蜂窝结构体1的情况下，作为其方法，例如使蜂窝结构体1浸渍于贮存有尿素水解催化剂40的浆料的容器即可。应予说明，通过调整尿素水解催化剂40的浆料的粘度、含有的尿素水解催化剂40的粒径等，不仅能够使催化剂担载于间隔壁15的表面，还能够使催化剂担载于间隔壁15的细孔的内部，并且，还能够调节担载的催化剂的量。另外，通过进行多次浆料的吸引，也能够调节担载的催化剂的量。
(2－2)还原剂喷射装置100的制造
将蜂窝结构体1插入于内筒2内，借助绝缘保持部23而将蜂窝结构体1固定于内筒2内，并且，在内筒2的一端(入口侧端部)配置尿素喷雾器3。然后，利用电气配线18将内筒2的连接器17和配设于一对电极部12的电极端子突起部16之间连接。接下来，以尿素喷雾器3位于外筒4的出口侧端部的方式将内筒2插入并固定于外筒4内，由此能够制造还原剂喷射装置100。
接下来，对本实施方式的还原剂喷射装置100的使用方法进行详细说明。
(3)还原剂喷射装置100的使用方法
关于本实施方式的还原剂喷射装置100，作为原料而供给尿素水溶液，由此使得尿素水溶液中的尿素分解而生成氨，并向外部喷射生成的氨。具体而言，对蜂窝结构部11通电而使其升温(加热)，并向尿素喷雾器3供给尿素水溶液，从尿素喷雾器3向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧以雾状喷射尿素水溶液。此时，将通过与被通电加热的蜂窝结构部11进行热交换而预先加热的载气向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧导入，由此促进尿素水溶液的流动而使得尿素水溶液难以在蜂窝结构部11内停滞。从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液在蜂窝结构部11被加热而蒸发。通过因尿素水溶液的蒸发而引起的蜂窝结构部11与尿素喷雾器3之间的区域内的压力上升、及载气的流动，使得尿素水溶液从流体流入端面13a进入蜂窝结构部11的隔室14内。供给至隔室14内的尿素水溶液中的尿素因被加热的蜂窝结构部11的温度而分解并生成氨。
尿素水溶液的供给量并未特别限定，相对于废气中含有的氮氧化物(NOx)量，优选使得当量比达到1.0～2.0。当量比小于1.0的情况下，未被净化便排出的氮氧化物量有时会增加。不过，如果对SCR催化剂赋予NOx吸储功能，则可以存在当量比小于1.0的期间。如果当量比超过2.0，则在废气中混入有氨的状态下排出废气的可能性有可能升高。
作为尿素水溶液，并未特别限定，优选为含有10～40质量％的尿素的水溶液。如果尿素含量小于10质量％，则为了NOx的还原而需要以雾状喷射大量的尿素水溶液，有时蜂窝结构部11的通电加热所要求的电能会增多。如果尿素含量超过40质量％，则在寒冷地区尿素有可能发生凝固。作为尿素水溶液的优选例，能够举出市场上广泛流通的AdBlue(32.5质量％的尿素水溶液，德国汽车工业会(VDA)的注册商标)。
蜂窝结构部11的加热温度优选设为160℃以上，更优选设为160～600℃，进一步优选设为250～400℃。如果加热温度为160℃以上，则尿素容易高效地分解。如果加热温度为600℃以下，则能够抑制氨燃烧而导致氨未向排气筒供给。另外，就能够除去还原剂喷射装置100中析出的硫酸氢铵、硫酸铵等硫化合物这一点而言，蜂窝结构部11的加热温度优选设为360℃以上。
对蜂窝结构部11施加的最大电压优选设为12～200V，更优选设为12～100V，进一步优选设为12～48V。如果最大电压为12V以上，则容易使蜂窝结构部11升温。如果最大电压为200V以下，则能够抑制使电压升高的装置变得昂贵。
＜实施方式2＞
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的还原剂喷射装置的剖视示意图(与蜂窝结构部的隔室延伸的方向平行的剖视示意图)。
如图4所示，本实施方式的还原剂喷射装置200的结构与实施方式1的还原剂喷射装置100的结构的不同点在于：在内筒2形成有缩径部25。应予说明，本实施方式的还原剂喷射装置200的其他结构与实施方式1的还原剂喷射装置100相同，因此省略其说明，仅对不同点进行详细说明。
关于本实施方式的还原剂喷射装置200，内筒2的缩径部25位于蜂窝结构部11与尿素喷雾器3之间的位置，载气导入口22形成于缩径部25。通过采用这样的结构而使得载气导入口22的形成位置的自由度增大，因此，与尿素喷雾器3的形状、大小等无关而容易形成载气导入口22。另外，通过在缩径部25设置载气导入口22，载气容易从流体流入端面13a侧顺畅地向流体流出端面13b侧流动，并且，难以阻碍从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液的雾状喷射方向。因此，能够提高尿素沉积物的抑制效果，并且能够增大尿素水溶液的雾状喷射量。
此处，本说明书中的“缩径部25”是指直径缩小的部分，其形状可以为台阶状，也可以为锥状。
在缩径部25形成的载气导入口22优选为：在与内筒2的长度方向正交的截面中以尿素喷雾器3为中心、且多个载气导入口22形成为同心圆状。通过这样形成多个载气导入口22，能够向流体流入端面13a侧均衡地导入载气，因此，能够向蜂窝结构部11内更加顺畅地供给尿素水溶液。
＜实施方式3＞
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的还原剂喷射装置的剖视示意图(与蜂窝结构部的隔室延伸的方向平行的剖视示意图)。
如图5所示，本实施方式的还原剂喷射装置300的结构与实施方式1的还原剂喷射装置100的结构的不同点在于：在蜂窝结构部11的流体流出端面13b侧还具备与流体流出端面13b隔开间隔地配置的尿素水解催化器51。应予说明，本实施方式的还原剂喷射装置300的其他结构与实施方式1的还原剂喷射装置100相同，因此省略其说明，仅对不同点进行详细说明。
关于本实施方式的还原剂喷射装置300，在蜂窝结构部11的流体流出端面13b侧设置有与流体流出端面13b隔开间隔地配置的尿素水解催化器51。通过采用这样的结构，能够利用尿素水解催化器51而使得蜂窝结构部11中未发生反应的尿素分解为氨，因此，氨的生成效率得到提高。
尿素水解催化器51优选为担载有尿素水解催化剂的蜂窝结构体。尿素水解催化器51中使用的载体(蜂窝结构体)可以为与设置于上游的蜂窝结构体1同样的结构及材质。应予说明，尿素水解催化器51中使用的蜂窝结构体可以不具有一对电极部12，也可以与设置于上游的蜂窝结构体1同样地进行通电加热。
关于尿素水解催化器51，在与设置于上游的蜂窝结构体1同样地制造蜂窝结构体(载体)之后，只要使尿素水解催化剂担载于蜂窝结构体即可。使尿素水解催化剂担载于蜂窝结构体的方法如以上说明。
应予说明，图5中，针对实施方式1的还原剂喷射装置100而追加设置了尿素水解催化器51，不过，也可以针对实施方式2的还原剂喷射装置200而追加设置尿素水解催化器51。
＜实施方式4＞
图6及图7是表示本发明的实施方式4所涉及的废气处理装置的剖视示意图。
如图6及图7所示，本实施方式的废气处理装置400、500具备：排气筒61，其供废气流通；还原剂喷射装置100，其向排气筒61内喷射氨；以及SCR催化剂62，其配置于排气筒61的比喷射氨的位置更靠下游侧的位置。
排气筒61为供从各种发动机等排出的废气(含有NOx的废气)流通的配管，废气和氨在其中混合。排气筒61的大小并未特别限定，可以根据待安装本实施方式的废气处理装置400、500的发动机等的排气系统而适当地确定。另外，排气筒61在气体流动的方向上的长度并未特别限定，优选为能够将还原剂喷射装置100与SCR催化剂62之间的距离设为适当距离的长度。
排气筒61的材质并未特别限定，优选为难以因废气而发生腐蚀的材质。作为排气筒61的材质，例如能够举出不锈钢等。
还原剂喷射装置100装配于排气筒61并向排气筒61内喷射氨。通过从还原剂喷射装置100向排气筒61内喷射氨而在排气筒61内生成氨与废气的混合气体。
如图6所示，在排气筒61装配一个还原剂喷射装置100即可。另外，也可以如图7所示那样在排气筒61装配两个还原剂喷射装置。这种情况下，下游侧的还原剂喷射装置可以为还原剂喷射装置100，也可以为不对还原剂(尿素水)进行加热而以雾状喷射还原剂的现有的还原剂喷射装置600(例如，尿素喷雾器3)。优选的实施方式中，下游侧的还原剂喷射装置为不对还原剂(尿素水)进行加热而以雾状喷射还原剂的现有的还原剂喷射装置600。这是因为：废气中的NOx的量较少的情况下(废气的温度较低的情况下)，几乎所有NOx都被上游侧的还原剂喷射装置100及SCR催化剂62净化；另外，废气中的NOx的量较多的情况下(废气的温度较高的情况下)，从现有的还原剂喷射装置600以雾状喷射的尿素水因废气的温度而分解为氨。另外，虽未图示，但是，可以根据需要而在排气筒61装配三个以上还原剂喷射装置100。
作为向还原剂喷射装置100导入的载气而采用废气的情况下，如图6及图7所示，排气筒61在还原剂喷射装置100的上游分支，分支流路63与载气流入口41连接。另一方面，采用废气以外的载气(例如，进气气体等)的情况下，载气流入口41借助连接筒等而与该载气的供给源连接。
SCR催化剂62以催化器(担载有SCR催化剂62的蜂窝结构体)的状态而配置于排气筒61的比喷射氨的位置更靠下游侧的位置。因此，如图6所示，在排气筒61装配有一个还原剂喷射装置100的情况下，在比装配有该还原剂喷射装置100的位置更靠下游侧的排气筒61配置SCR催化剂62。另外，如图7所示，在排气筒61装配有两个还原剂喷射装置的情况下，在比配置有还原剂喷射装置100及现有的还原剂喷射装置600的位置更靠下游侧的排气筒61分别配置SCR催化剂62。
作为SCR催化剂62的例子，能够举出钒系催化剂、沸石系催化剂等。
将SCR催化剂62用作担载于蜂窝结构体的催化器的情况下，优选将该催化器收纳于容器内并将该容器装配于排气筒61的下游侧。
供SCR催化剂62担载的蜂窝结构体并未特别限定，可以采用本技术领域中公知的蜂窝结构体。
在排气筒61的上游侧优选配置用于捕集废气中的粒子状物质的过滤器。作为用于捕集粒子状物质的过滤器，例如能够举出蜂窝形状的陶瓷制的DPF(柴油颗粒过滤器)64。另外，在排气筒61的上游侧优选配置用于除去废气中的烃、一氧化碳的氧化催化剂65。氧化催化剂65优选为担载于陶瓷制的蜂窝结构体的状态(氧化催化器)。作为氧化催化剂65，优选采用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属。
在排气筒61装配有一个还原剂喷射装置100的情况下，如图6所示，DPF64及氧化催化剂65配置于比利用还原剂喷射装置100喷射氨的喷射位置更靠上游侧的排气筒61。另外，在排气筒61装配有两个还原剂喷射装置的情况下，如图7所示，DPF64及氧化催化剂65优选配置于比利用现有的还原剂喷射装置600喷射氨的喷射位置更靠上游侧、且比装配有还原剂喷射装置100的位置的下游侧的SCR催化剂62更靠下游侧的排气筒61。
在SCR催化剂62的下游侧优选配置用于除去氨的氨除去催化剂(氧化催化剂)。通过采用这样的结构，在废气中的NOx的除去过程中未使用的多余的氨向下游侧流动时，能够防止该氨向外部排出。作为配置于SCR催化剂62的下游侧的氧化催化剂，优选使用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属。
应予说明，上述说明中，对采用实施方式1的还原剂喷射装置100的情形进行了说明，不过，也可以采用实施方式2及实施方式3的还原剂喷射装置200、300。
＜实施方式5＞
关于本发明的实施方式5所涉及的废气处理方法，将实施方式1～实施方式3的还原剂喷射装置100、200、300中生成的氨向废气喷射，并利用SCR催化剂对混入有氨的废气进行还原处理。由此，能够除去废气中的NOx。通过采用实施方式4的废气处理装置400、500，能够容易地实施该废气处理方法。
还原剂喷射装置100、200、300能够将与被通电加热的蜂窝结构部11进行热交换而预先加热的载气与从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液一同向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧供给。特别地，向蜂窝结构部11供给载气，并且，使外周部容易在局部变为高温的蜂窝结构部11与载气进行热交换，由此能够减小蜂窝结构部11内的温度分布。因此，能够使得蜂窝结构部11难以破损、且向蜂窝结构体1供给更高的电力。另外，通过使载气向蜂窝结构部11流动，能够抑制在蜂窝结构部11内残留尿素，因此，能够提高尿素沉积物的生成极限。此外，能够利用载气将加热分解后的氨向外部排出，因此，响应性得到提高。进而，利用与蜂窝结构部11的热交换而能够预先将载气加热，因此，可以将向蜂窝结构体1供给的电力设定得较低。应予说明，尿素喷射量较少时电力也可能为0w。
优选调整载气的温度及流量、以及向蜂窝结构体1供给的供给电力，以使蜂窝结构部11的流体流入端面13a的温度达到150℃以上、优选为250℃以上。为了进行这种温度控制，例如载气的温度优选设为100℃以上，流量优选设为10L/分钟以上。另外，向蜂窝结构体1供给的供给电力优选设为150～500W。
从还原剂喷射装置100、200、300喷射的氨的喷射量相对于废气中含有的氮氧化物量，以当量比计优选为1.0～2.0。当量比小于1.0的情况下，未净化而排出的氮氧化物量有时会增加。当量比超过2.0的情况下，废气以废气中混入有氨的状态而排出的可能性有可能升高。
可以利用电子控制装置对尿素水溶液的雾状喷射量及蜂窝结构部11的温度(供给电力)进行控制。另外，可以根据蜂窝结构部11的电阻值而计算出温度并对蜂窝结构部11的温度进行控制，以使计算出的温度达到期望的温度。
产业上的可利用性
本发明的还原剂喷射装置、废气处理装置及废气处理方法可以优选用于对从各种发动机等排出的废气中的NOx进行净化。
附图标记说明
1 蜂窝结构体
2 内筒
3 尿素喷雾器
4 外筒
11 蜂窝结构部
12 电极部
13a 流体流入端面
13b 流体流出端面
14 隔室
15 间隔壁
16 电极端子突起部
17 连接器
18 电气配线
21 喷射口
22 载气导入口
23 绝缘保持部
24 封闭面
25 缩径部
41 载气流入口
51 尿素水解催化器
61 排气筒
62 SCR催化剂
63 分支流路
64 DPF
65 氧化催化剂
100、200、300 还原剂喷射装置
400、500 废气处理装置
600 现有的还原剂喷射装置

Claims (12)

1.一种还原剂喷射装置，其特征在于，具备：
蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有柱状的蜂窝结构部以及至少一对电极部，所述蜂窝结构部具有区划形成从流体流入端面延伸至流体流出端面的多个隔室的间隔壁，所述至少一对电极部配设于所述蜂窝结构部的侧面并用于对所述蜂窝结构部通电而将其加热，并且，所述蜂窝结构体构成为能够在被通电加热的所述蜂窝结构部内将尿素水溶液中的尿素分解而生成氨；
内筒，该内筒对所述蜂窝结构体进行收纳，且具有用于向所述蜂窝结构部的所述流体流入端面侧导入载气的载气导入口；
尿素喷雾器，该尿素喷雾器配置于所述内筒的一端，且用于向所述蜂窝结构部的所述流体流入端面侧以雾状喷射尿素水溶液；以及
外筒，该外筒与所述内筒隔开间隔地配置于所述内筒的外周侧，且具有用于使所述载气从所述蜂窝结构部的所述流体流出端面侧流入的载气流入口，
所述还原剂喷射装置构成为：在所述内筒与所述外筒之间形成有供所述载气流通的流通路径，通过与被通电加热的所述蜂窝结构部进行热交换而能够将所述流通路径中流通的所述载气加热。
2.根据权利要求1所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
配置有所述尿素喷雾器的所述内筒的一端具有与所述蜂窝结构部的所述流体流入端面对置的封闭面，所述载气导入口形成于所述封闭面侧。
3.根据权利要求1所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述内筒在所述蜂窝结构部与所述尿素喷雾器之间的位置具有缩径部，所述载气导入口形成于所述缩径部。
4.根据权利要求2或3所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
在所述内筒的与长度方向正交的截面中，多个所述载气导入口以所述尿素喷雾器为中心而形成为同心圆状。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述载气导入口为圆形。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述载气为废气。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
在所述蜂窝结构部的所述流体流出端面侧还具备与所述流体流出端面隔开间隔地配置的尿素水解催化器。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述蜂窝结构部的电阻率为0.01Ωcm～500Ωcm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述蜂窝结构部以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述蜂窝结构部的每单位体积的表面积为5cm2/cm3以上。
11.一种废气处理装置，其特征在于，具备：
排气筒，该排气筒用于供废气流通；
权利要求1～10中任一项所述的还原剂喷射装置，该还原剂喷射装置用于向所述排气筒内喷射氨；以及
SCR催化剂，该SCR催化剂配置于所述排气筒的比喷射所述氨的位置更靠下游侧的位置。
12.一种废气处理方法，其特征在于，
向废气喷射权利要求1～10中任一项所述的还原剂喷射装置中生成的氨，并利用SCR催化剂对混入有所述氨的所述废气进行还原处理。
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