CN113167157B - 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，具有柱状的蜂窝结构部11以及至少一对电极部12，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；外筒2，具备载气导入口22、以及喷射氨的喷射口21，且对蜂窝结构体1进行收纳，并在内部形成有使得流体能够在蜂窝结构部11的隔室14内流通的第一流通路径、以及使得流体能够不经由隔室14内而从入口侧端部向出口侧端部流通的第二流通路径16；尿素喷雾器3，配置于外筒2的一端，且用于向流体的流入侧的第一流通路径或第二流通路径以雾状喷射尿素水溶液；以及喷雾方向切换机构，构成为能够根据废气的温度而将尿素水溶液的雾状喷射方向切换为第一流通路径或第二流通路径。

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，在多处位置设置有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，难以引起尿素的分解反应，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的净化所需的还原剂(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，需要提高通电电力，从而耗电量会增大。
另外，通常，NOx的净化所需的还原剂的量取决于含有NOx的废气的温度，如果废气的温度较低，则需求的还原剂的量减少；如果废气的温度较高，则需求的还原剂的量增多。另外，废气的温度较高(例如，200℃以上)的情况下，即便向废气直接以雾状喷射尿素水溶液，尿素也会因废气的热而分解生成氨，因此，能够对NOx进行净化。因而，废气的温度较低的情况下，能够从还原剂喷射装置以雾状喷射氨；废气的温度较高的情况下，能够从还原剂喷射装置喷射尿素水溶液。
然而，专利文献2～4中记载的现有的还原剂喷射装置并不意图保持原样地以雾状喷射尿素水溶液，因此，如果尿素水溶液的雾状喷射量增多，则蜂窝结构部会阻碍尿素水溶液的流通。其结果，存在如下问题，即，无法从还原剂喷射装置有效地喷射尿素水溶液，容易生成尿素沉积物。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种还原剂喷射装置，其耗电量少、且能够根据废气的温度而高效地选择喷射氨或尿素水溶液。
另外，本发明的目的在于，提供废气处理装置及废气处理方法，能够根据废气的温度而从还原剂喷射装置高效地选择喷射氨或尿素水溶液并进行NOx的净化。
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，在对蜂窝结构体进行收纳的外筒形成使得流体能够在蜂窝结构部的隔室内流通的第一流通路径、以及使得流体能够不经由蜂窝结构部的隔室内而流通的第二流通路径，并设置能够根据废气的温度而向第一流通路径或第二流通路径以雾状喷射尿素水溶液的喷雾方向切换机构，由此能够解决上述问题，从而完成了本发明。
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，其中，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，该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；
外筒，该外筒具备用于向入口侧端部导入载气的载气导入口、以及用于向出口侧端部喷射氨的喷射口，且对所述蜂窝结构体进行收纳，并在内部形成有使得流体能够在所述蜂窝结构部的所述隔室内流通的第一流通路径、以及使得所述流体能够不经由所述隔室内而从所述入口侧端部向所述出口侧端部流通的第二流通路径；
尿素喷雾器，该尿素喷雾器配置于所述外筒的一端，且用于向所述流体的流入侧的所述第一流通路径或所述第二流通路径以雾状喷射所述尿素水溶液；以及
喷雾方向切换机构，该喷雾方向切换机构构成为能够根据废气的温度而将所述尿素水溶液的雾状喷射方向切换为所述第一流通路径或所述第二流通路径。
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或尿素水溶液；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或尿素水溶液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，
废气的温度为200℃以上的情况下，从所述还原剂喷射装置向所述废气喷射尿素水溶液，并利用SCR催化剂对混入有所述尿素水溶液的废气进行还原处理，
所述废气的温度小于200℃的情况下，向所述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，其耗电量少、且能够根据废气的温度而高效地选择喷射氨或尿素水溶液。
另外，根据本发明，能够提供废气处理装置及废气处理方法，能够根据废气的温度而从还原剂喷射装置高效地选择喷射氨或尿素水溶液并进行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是图1中的A－A’线的剖视示意图。
图3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4是图3中的B－B’线的剖视示意图。
图5是图3中的C－C’线的剖视示意图。
图6是表示本发明的实施方式3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3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)。另外，图2是图1中的A－A’线的剖视示意图(与蜂窝结构部的隔室延伸的方向垂直的剖视示意图)。
如图1及图2所示，本实施方式的还原剂喷射装置100具备：蜂窝结构体1；外筒2，其对蜂窝结构体1进行收纳；以及尿素喷雾器3，其配置于外筒2的一端。
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具有中空型的结构，其构成为：在与隔室14延伸的方向垂直的截面中，空间区域位于中央。关于具有这种结构的中空型的蜂窝结构部11，隔室14成为第一流通路径，空间区域成为第二流通路径16。
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，关于“一对电极部12”，从将蜂窝结构部11均匀地加热的观点出发，优选地，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。
优选电极部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。
外筒2具有入口侧端部及出口侧端部，并在内部对蜂窝结构体1进行收纳。作为一端的入口侧端部具备用于导入载气的载气导入口22。另外，在入口侧端部配置有尿素喷雾器3。作为另一端的出口侧端部具备用于喷射氨的喷射口21。
在外筒2的内部形成有能够供流体在蜂窝结构部11的隔室14内流通的第一流通路径、以及能够供流体不经由隔室14内而从入口侧端部向出口侧端部流通的第二流通路径。即，在外筒2的内部，第一流通路径(隔室14)及第二流通路径16相对于外筒2的长度方向而并列配置。第二流通路径16构成为使得流体能够在蜂窝结构部11的隔室14以外流通，因此，流体能够在第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16中的任一者流通。
载气导入口22优选设置于蜂窝结构部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。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。
收纳于外筒2的蜂窝结构体1借助绝缘保持部23而固定(保持)于外筒2内。由此，能确保蜂窝结构体1与外筒2之间的绝缘。在蜂窝结构体1与外筒2之间可以具有未配置绝缘保持部23的部分(空间)，不过，也可以由绝缘保持部23将蜂窝结构体1的整个外周覆盖。绝缘保持部23的材质为绝缘性优异的材质即可，并未特别限定，例如可以采用氧化铝、玻璃等。
尿素喷雾器3配置于外筒2的一端(入口侧端部)，并向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧以雾状喷射尿素水溶液。另外，尿素喷雾器3具有喷雾方向切换机构，该喷雾方向切换机构构成为：能够根据废气的温度而将尿素水溶液的雾状喷射方向切换为第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16。
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，根据废气的温度而从尿素喷雾器3向第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液。在第一流通路径(隔室14)内借助被通电加热的蜂窝结构部11将向第一流通路径(隔室14)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。另一方面，从喷射口21保持原样地向外部喷射以雾状喷射至第二流通路径16的尿素水溶液。此时，通过向外筒2内导入载气而能够在第一流通路径(隔室14)及第二流通路径16形成气流。因此，尿素水溶液难以在第一流通路径(隔室14)及第二流通路径16内停滞，从而尿素沉积物得以抑制。
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。优选地，硅－碳化硅复合材料借助金属硅而使得多个碳化硅粒子结合。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，为了利用电压为12V～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，从而能够适当地控制尿素水溶液的处理速度、即氨的生成量(生成速度)。
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、即氨的生成量(生成速度)。如果间隔壁15的厚度为0.06mm以上，则能抑制蜂窝结构部11因通电加热引起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、即氨的生成量(生成速度)。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、即氨的生成量(生成速度)。
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。
流体流入端面13a的形状(外形)并未特别限定，例如，除了图2所示的圆形以外，也可以为正方形、长方形、其他多边形、椭圆形等各种形状。另外，流体流入端面13a的形状(外形)与流体流出端面13b的形状相同，优选该形状和与隔室14延伸的方向正交的截面的形状(外形)相同。
关于蜂窝结构部11的大小，包括第二流通路径16在内的流体流入端面13a及流体流出端面13b的面积(与隔室14延伸的方向正交的截面的面积)分别优选为50～10000mm2，更优选为100～8000mm2。另外，与隔室14延伸的方向正交的截面中的第二流通路径16的面积优选为20～2000mm2。
与隔室14延伸的方向正交的截面中的隔室14的形状，除了图2所示的圆形以外，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，能够使得废气在蜂窝结构部11流动时的压力损失减小，从而能够有效地将尿素水溶液中的尿素分解。
在蜂窝结构部11的中央形成的第二流通路径16的形状并未特别限定，在与隔室14延伸的方向垂直的截面中，例如，除了图2所示的圆形以外，也可以为正方形、长方形、其他多边形、椭圆形等各种形状。
应予说明，蜂窝结构部11的形状(外形)和第二流通路径16的形状可以相同，也可以不同，不过，从针对来自外部的冲击、热应力等的耐受性的观点出发，优选二者的形状相同。
电极部12沿着隔室14延伸的方向而形成为带状，不过，也可以形成为还在蜂窝结构部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，能够抑制蜂窝结构部11内流通的电流的偏差，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，有时使蜂窝结构部11发热而使得流体流入端面13a处的温度达到900℃以下。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而进行控制。或者，也可以根据载气温度、载气流量及尿素水溶液雾状喷射量而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的电阻率优选低于蜂窝结构部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。
可以针对一对电极部12而配设用于将来自外部的电气配线19连结的电极端子突起部17。电极端子突起部17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17的材质优选与电极部12相同。另外，优选利用电气配线19而将电极端子突起部17和外筒2的连接器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)外筒2
外筒2的材质并未特别限定，优选为不锈钢等。
关于外筒2的形状，为了与蜂窝结构体1嵌合，在与隔室14延伸的方向正交的截面中，优选为与蜂窝结构部11的形状同种的形状。此处，本说明书中的“同种的形状”是指：在外筒2的形状为正方形时，蜂窝结构部11的形状也为正方形，在外筒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，在外筒2的形状及蜂窝结构部11的形状为同种的形状、且该形状为长方形的情况下，无需连纵横长度比也相同。
(1－3)尿素喷雾器3
尿素喷雾器3具有喷雾方向切换机构，该喷雾方向切换机构构成为：能够根据废气的温度而将尿素水溶液的雾状喷射方向切换为第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16。
作为喷雾方向切换机构，并未特别限定，例如可以采用能够根据尿素水溶液的供给压力而改变尿素水溶液的雾状喷射方向的喷嘴。具体而言，可以采用如下喷嘴，即，在尿素水溶液的供给压力较低的情况下，能够向第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液，并且，在尿素水溶液的供给压力较高的情况下，能够向第一流通路径(隔室14)以雾状喷射尿素水溶液。应予说明，采用该喷雾方向切换机构的情况下，在利用喷雾方向切换机构向第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液时，从尿素喷雾器3喷射的一部分尿素水溶液可以少量地向第一流通路径流入。
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。通过采用这些种类的喷雾器，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，能够减小喷射体积，因此，能够降低雾状的尿素水溶液从蜂窝结构部11内通过的速度，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并喷射该液体。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，尿素喷雾器3设为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。
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结合材料而使得作为骨料的碳化硅彼此结合。
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，并在中央形成有第二流通路径16。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，也只要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而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地确定即可。
另外，优选地，在使得带有未烧成电极的蜂窝成型体干燥之后，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插入于外筒2内，借助绝缘保持部23而将蜂窝结构体1固定于外筒2内，并且，在外筒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19将外筒2的连接器18和配设于一对电极部12的电极端子突起部17之间连接，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，将尿素水溶液用作原料，根据废气的温度而从尿素喷雾器3向第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液。废气的温度较低的情况下，选择性地向第一流通路径(隔室14)以雾状喷射尿素水溶液，由此使得尿素水溶液中的尿素在第一流通路径(隔室14)内分解而生成氨(还原剂)，并将氨从喷射口21向外部喷射。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的第一流通路径(隔室14)以雾状喷射尿素水溶液。此时，将载气从载气导入口22向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧导入，由此能够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的第一流通路径(隔室14)内停滞。从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液通过载气的流动而从流体流入端面13a进入蜂窝结构部11的第一流通路径(隔室14)内。供给至第一流通路径(隔室14)内的尿素水溶液中的尿素因加热的蜂窝结构部11的温度而分解生成氨。另一方面，废气的温度较高的情况下，选择性地向第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液，由此从喷射口21保持原样地向外部喷射尿素水溶液。此时，将载气从载气导入口22向蜂窝结构部11的流体流入端面13a侧导入，由此能够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的第二流通路径16内停滞。
此处，废气的温度与需求的还原剂的量有关。即，如果废气的温度升高，则需求的还原剂的量增多；如果废气的温度降低，则需求的还原剂的量减少。因此，例如废气温度为200℃以上的情况下，从尿素喷雾器3向第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液并保持原样地向外部喷射尿素水溶液；废气的温度小于200℃的情况下，从尿素喷雾器3向第一流通路径(隔室14)以雾状喷射尿素水溶液并将生成的氨向外部喷射即可。
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，优选为使得氨的当量比达到1.0～2.0的量。当量比小于1.0的情况下，未被净化而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，则废气以废气中混入有氨的状态排出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，从而有时蜂窝结构部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会凝固。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，则能抑制使电压升高的装置变得昂贵。
＜实施方式2＞
图3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)。另外，图4是图3中的B－B’线的剖视示意图(与蜂窝结构部的隔室延伸的方向垂直的剖视示意图)，图5是图3中的C－C’线的剖视示意图(与蜂窝结构部的隔室延伸的方向平行的剖视示意图)。
如图3～图5所示，关于本实施方式的还原剂喷射装置200，具有四棱柱状的蜂窝结构部11的蜂窝结构体1收纳于外筒2内，并且，在外筒2内，第二流通路径(空间区域16)形成于与蜂窝结构体1相邻的位置。另外，作为喷雾方向切换机构的控制阀31设置于蜂窝结构体1与尿素喷雾器3之间。除此以外的结构与实施方式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，在外筒2的内部形成有：使得流体能够在蜂窝结构部11的隔室14内流通的第一流通路径；以及设置为与第一流通路径相邻且使得流体能够流通的第二流通路径。第二流通流路16构成为：使得流体能够在蜂窝结构部11的隔室14以外流通，因此，流体在第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16中的任一者中流通。
作为用作喷雾方向切换机构的控制阀31，能够改变尿素水溶液的雾状喷射方向即可，并未特别限定。图5表示利用控制阀31将尿素水溶液的雾状喷射方向控制为第二流通路径16时的状态。利用控制阀31阻断尿素水溶液向第一流通路径(隔室14)侧流动，因此，能够使尿素水溶液向第二流通路径16流通。另一方面，如果利用控制阀31阻断尿素水溶液向第二流通路径16侧流动，则能够使尿素水溶液向第一流通路径(隔室14)流通。
关于具有如上所述结构的本实施方式的还原剂喷射装置200，能够根据废气的温度而从尿素喷雾器3向第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16以雾状喷射尿素水溶液，因此，能够获得与实施方式1的还原剂喷射装置100同样的作用效果。
＜实施方式3＞
图6及图7是表示本发明的实施方式3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300、400具备：排气筒41，其供废气流通；还原剂喷射装置100，其向排气筒41内喷射氨或尿素水溶液；以及SCR催化剂42，其配置于排气筒41的比喷射氨或尿素水溶液的位置更靠下游侧的位置。
排气筒41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41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300、400的发动机等的排气系统而适当地确定。另外，排气筒41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42之间的距离设为适当距离的长度。
排气筒41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41的材质，例如能够举出不锈钢等。
关于还原剂喷射装置100，喷射口21装配于排气筒41，从而向排气筒41内喷射氨或尿素水溶液。具体而言，关于还原剂喷射装置100，废气的温度为200℃以上的情况下，向排气筒41内以雾状喷射尿素水溶液，废气的温度小于200℃的情况下，向排气筒41内以雾状喷射氨，由此，氨或尿素水溶液在排气筒41内混入至废气中。应予说明，以雾状喷射至排气筒41的尿素水溶液因废气的热而分解为氨。
如图6所示，只要在排气筒41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41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)进行加热而喷雾的现有的还原剂喷射装置500(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)进行加热而喷雾的现有的还原剂喷射装置500。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42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500以雾状喷射的尿素水因废气的温度而分解为氨。另外，虽然未图示，但是，可以根据需要而在排气筒41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41在还原剂喷射装置100的上游分支，分支流路43与载气导入口22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，载气导入口22借助连接筒等而与该载气的供给源连接。
SCR催化剂42以催化器(担载有SCR催化剂42的蜂窝结构体)的状态配置于排气筒41的比喷射氨或尿素水溶液的位置更靠下游侧的位置。因此，如图6所示，在排气筒41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41配置SCR催化剂42。另外，如图7所示，在排气筒41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500的位置更靠下游侧的排气筒41分别配置SCR催化剂42。
作为SCR催化剂42的例子，能够举出钒系催化剂、沸石系催化剂等。
作为担载于蜂窝结构体的催化器而使用SCR催化剂42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41的下游侧。
供SCR催化剂42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。
优选在排气筒41的上游侧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)44。另外，优选在排气筒41的上游侧配置用于除去废气中的烃、一氧化碳的氧化催化剂45。氧化催化剂45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45，优选采用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属。
在排气筒41装配有一个还原剂喷射装置100的情况下，如图6所示，DPF44及氧化催化剂45配置于比利用还原剂喷射装置100喷射氨或尿素水溶液的喷射位置更靠上游侧的排气筒41。另外，在排气筒41装配有两个还原剂喷射装置100的情况下，如图7所示，DPF44及氧化催化剂45优选配置于比利用现有的还原剂喷射装置500喷射氨或尿素水溶液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42更靠下游侧的排气筒41。
优选在SCR催化剂42的下游侧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42的下游侧的氧化催化剂，优选采用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属。
应予说明，上述说明中，对采用了实施方式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的还原剂喷射装置200。
＜实施方式4＞
关于本发明的实施方式4所涉及的废气处理方法，废气的温度为200℃以上的情况下，从实施方式1或实施方式2的还原剂喷射装置100、200向废气喷射尿素水溶液，并利用SCR催化剂对混入有尿素水溶液的废气进行还原处理；废气的温度小于200℃的情况下，向废气喷射实施方式1或实施方式2的还原剂喷射装置100、200中生成的氨，并利用SCR催化剂对混入有氨的废气进行还原处理。通过采用实施方式3的废气处理装置300、400，能够容易地实施该废气处理方法。
还原剂喷射装置100、200在废气的温度较高的情况下(废气温度为200℃以上的情况下)选择性地以雾状喷射尿素水溶液，并借助废气的热将尿素水溶液分解而生成氨，由此能够利用SCR催化剂42对NOx进行净化。因此，废气的温度较高的情况下，无需利用还原剂喷射装置100、200而增大氨的生成量，所以，耗电量减少，并且，还能够抑制尿素沉积物的生成。另一方面，废气的温度较低的情况下(废气温度小于200℃的情况下)，选择性地以雾状喷射氨，由此能够利用SCR催化剂42对NOx进行净化。
另外，能够与从尿素喷雾器3以雾状喷射的尿素水溶液一同供给载气，因此，能够促进蜂窝结构部11的第一流通路径(隔室14)或第二流通路径16内的气体流动。其结果，能够抑制尿素残留于第一流通流路或第二流通流路内，因此，能够提高尿素沉积物的生成极限。此外，废气的温度小于200℃的情况下，能够利用载气而将通过加热分解获得的氨向外部排出，因此，响应性得到提高。
从还原剂喷射装置100、200以雾状喷射氨的情况下(废气的温度小于200℃的情况下)，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。
相对于废气中含有的氮氧化物的量，从还原剂喷射装置100、200喷射的氨或尿素水溶液的喷射量优选为使得氨的当量比达到1.0～2.0的量。当量比小于1.0的情况下，未被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排出的可能性有可能会升高。
优选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 外筒
3 尿素喷雾器
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 第二流通路径
17 电极端子突起部
18 连接器
19 电气配线
21 喷射口
22 载气导入口
23 绝缘保持部
31 控制阀
41 排气筒
42 SCR催化剂
43 分支流路
44 DPF
45 氧化催化剂
100、200 还原剂喷射装置
300、400 废气处理装置
500 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，该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；
外筒，该外筒具备用于向入口侧端部导入载气的载气导入口、以及用于向出口侧端部喷射氨的喷射口，且对所述蜂窝结构体进行收纳，并在内部形成有使得流体能够在所述蜂窝结构部的所述隔室内流通的第一流通路径、以及使得所述流体能够不经由所述隔室内而从所述入口侧端部向所述出口侧端部流通的第二流通路径；
尿素喷雾器，该尿素喷雾器配置于所述外筒的一端，且用于向所述流体的流入侧的所述第一流通路径或所述第二流通路径以雾状喷射所述尿素水溶液；以及
喷雾方向切换机构，该喷雾方向切换机构构成为能够根据废气的温度而将所述尿素水溶液的雾状喷射方向切换为所述第一流通路径或所述第二流通路径，
所述蜂窝结构部为中空型的蜂窝结构部，且构成为：在与所述隔室延伸的方向垂直的截面中，所述第二流通路径位于中央。
2.根据权利要求1所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
利用在所述第一流通路径内被通电加热的所述蜂窝结构部而将以雾状喷射至所述第一流通路径的所述尿素水溶液中的尿素分解，由此生成氨并向外部喷射该氨，
将以雾状喷射至所述第二流通路径的所述尿素水溶液保持原样地向外部喷射。
3.根据权利要求1或2所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述第二流通路径构成为：使得所述流体能够在所述蜂窝结构部的所述隔室内以外流通。
4.根据权利要求1或2所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述第二流通路径形成于与所述蜂窝结构体相邻的位置。
5.根据权利要求1或2所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述尿素喷雾器具有所述喷雾方向切换机构，所述喷雾方向切换机构是能够根据所述尿素水溶液的供给压力而改变所述尿素水溶液的雾状喷射方向的喷嘴。
6.根据权利要求1或2所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述喷雾方向切换机构为控制阀，该控制阀设置于所述蜂窝结构体与所述尿素喷雾器之间、且能够改变所述尿素水溶液的雾状喷射方向。
7.根据权利要求1或2所述的还原剂喷射装置，其特征在于，
所述载气为废气。
8.根据权利要求1或2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0.01～500Ωcm。
9.根据权利要求1或2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或2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或尿素水溶液；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或所述尿素水溶液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，
废气的温度为200℃以上的情况下，从权利要求1～10中任一项所述的还原剂喷射装置向所述废气喷射尿素水溶液，并利用SCR催化剂对混入有所述尿素水溶液的废气进行还原处理，
所述废气的温度小于200℃的情况下，向所述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。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004042028A (ja) * 2002-05-15 2004-02-12 Tani Masashi 脱臭用触媒およびその製造方法ならびに脱臭装置
JP2015183633A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 日本碍子株式会社 ガス浄化システム

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4262522B2 (ja) * 2003-05-28 2009-05-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ エンジン用排気ガス処理装置および排気ガス処理方法
US7229597B2 (en) * 2003-08-05 2007-06-12 Basfd Catalysts Llc Catalyzed SCR filter and emission treatment system
JP2007327377A (ja) 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Ltd 排気ガス浄化装置
JP4453686B2 (ja) * 2006-07-24 2010-04-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP4867675B2 (ja) * 2007-01-23 2012-02-01 株式会社デンソー 還元剤供給装置
EP2716424A1 (en) * 2007-10-09 2014-04-09 3M Innovative Properties Company Method of making mounting mats for mounting a pollution control element
WO2009141893A1 (ja) * 2008-05-20 2009-11-26 イビデン株式会社 ハニカム構造体
EP2687695B1 (en) * 2011-03-18 2018-01-03 Hino Motors Ltd. Urea solution reformer and exhaust gas purifier
DE102012103695A1 (de) * 2012-04-26 2013-10-31 Cummins Ltd. Abgasnachbehandlungseinrichtung und Verfahren
WO2014148506A1 (ja) 2013-03-22 2014-09-25 日本碍子株式会社 還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法
US20160032803A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust After-treatment System Having Low Temperature SCR Catalyst
US10300435B2 (en) 2015-02-26 2019-05-28 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ammonia generation apparatus and ammonia generation control apparatus
JP6553405B2 (ja) * 2015-05-25 2019-07-31 日本特殊陶業株式会社 アンモニア発生制御装置
JP6288001B2 (ja) * 2015-08-10 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
DE112017000463T5 (de) * 2016-01-22 2018-09-27 Cummins Emission Solutions Inc. Systeme und Verfahren zur Wiederherstellung selektiver katalytischer Reduktionssysteme
JP6676438B2 (ja) * 2016-03-30 2020-04-08 日本碍子株式会社 還元剤噴射装置、排ガス処理方法、及び排ガス処理装置
JP2017180299A (ja) 2016-03-30 2017-10-05 日本碍子株式会社 還元剤噴射装置、及び排ガス処理装置
JP6742779B2 (ja) * 2016-03-30 2020-08-19 日本碍子株式会社 還元剤噴射装置、及び排ガス処理装置
JP7345405B2 (ja) * 2019-05-30 2023-09-15 日本碍子株式会社 排ガス浄化装置用混合器、排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004042028A (ja) * 2002-05-15 2004-02-12 Tani Masashi 脱臭用触媒およびその製造方法ならびに脱臭装置
JP2015183633A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 日本碍子株式会社 ガス浄化システム

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