JP2014095294A - 排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスの温度が低くて化学蓄熱装置の反応器から反応媒体を回収できない場合でも反応媒体を回収可能とする排気ガス浄化システムを提供することを課題とする。
【解決手段】排気ガス浄化システム１であって、加熱対象（例えば、ＤＯＣ４）を加熱するための第１化学蓄熱装置１０と第１化学蓄熱装置１０を加熱するための第２化学蓄熱装置１１を備え、第２化学蓄熱装置１１の第２反応器１１ｃは第１化学蓄熱装置１０の第１反応器１０ｃに接触させた状態で（特に、外周部に）配設され、第２化学蓄熱装置１１の第２反応媒体（例えば、二酸化炭素）は化学反応時に第１化学蓄熱装置１０の第１反応媒体（例えば、アンモニア）よりも発熱量が大きい媒体であり、第１化学蓄熱装置１０による加熱終了後に第１反応器１０ｃから第１反応媒体を回収できない場合（排気ガス温度が回収に必要な温度未満の場合）に第２反応器１１ｃで第１反応器１０ｃを加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。

車両の排気系には、エンジンから排出される排気ガスに含まれる環境汚染物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するために、触媒等が設けられている。触媒には、浄化能力を活性化するための最適温度（活性温度）が存在する。エンジン始動直後は、排気ガスの温度が低く、触媒の活性温度に達するまでに時間を要する。そこで、エンジン始動直後等の排気ガスの温度が低いときに触媒の活性温度まで短時間で温度上昇させるために、触媒を加熱して暖機するための装置が必要となる。この装置としては、エネルギロス（燃費ロス）を低減して暖機を行うために、化学反応の反応熱を利用した化学蓄熱装置がある。触媒を暖機する化学蓄熱装置の場合、触媒の外周部に反応材を収納した反応器を配置させ、反応器において反応材と反応媒体（例えば、アンモニア）との化学反応の反応熱によって触媒を加熱する。また、化学蓄熱装置としては、例えば、特許文献１には、熱源の広範囲の温度で蓄熱を可能とするために、熱媒体が流通する中央管の外周に同一温度で異なる気体圧力を示す化学蓄熱材を２重構造で配置させ、各化学蓄熱材によるアンモニアとの化学反応によって蓄熱／発熱することが開示されている。また、特許文献２には、簡素な構成で触媒の温度を比較的狭い浄化温度範囲内に保つために、排気浄化装置における触媒の外周に融解温度が異なる融解潜熱型蓄熱材を２重構造で配置させることが開示されている。

実開平６−５５０６５号公報 特開平１１−１２５１１３号公報

化学蓄熱装置では、暖機終了後に、排気ガスの排熱によって反応器においてアンモニアと反応材とを分離させ、アンモニアを吸着器に回収しておくことで、連続的に使用可能としている。しかし、車両の運転条件によっては、排気ガスの温度が反応器でアンモニアが分離するほど高くならない場合がある。例えば、短距離走行した後に車両停止し、その所定時間後に再度短距離走行するような短距離走行を繰り返すような場合（ショートトリップ）である。このよう場合、排気ガスの温度があまり上昇しないので、反応器においてアンモニアが分離せず、アンモニアを回収できない。そのため、次に暖機が必要なときに、化学蓄熱装置を用いて暖機できない。特許文献１や特許文献２の化学蓄熱装置では蓄熱材を２重構造としているが、これは異なる温度で蓄熱して、より多くの蓄熱を可能とするための構造であり、アンモニア等の反応媒体を回収するための構造ではない。

そこで、本発明は、排気ガスの温度が低くて化学蓄熱装置の反応器から反応媒体を回収できない場合でも反応媒体を回収可能とする排気ガス浄化システムを提供することを課題とする。

本発明に係る排気ガス浄化システムは、車両の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムであって、排気ガス浄化システムにおける加熱対象を加熱するための第１化学蓄熱装置と、第１化学蓄熱装置を加熱するための第２化学蓄熱装置とを備え、第１化学蓄熱装置は、第１反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する第１吸着器と、第１吸着器に接続され、第１吸着器から供給された第１反応媒体と化学反応して熱を発生させる第１反応材を収納する第１反応器とを有し、化学反応後に第１吸着器は第１反応器から第１反応媒体を回収し、第２化学蓄熱装置は、第２反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する第２吸着器と、第２吸着器に接続され、第２吸着器から供給された第２反応媒体と化学反応して熱を発生させる第２反応材を収納する第２反応器とを有し、化学反応後に第２吸着器は第２反応器から第２反応媒体を回収し、第２反応器は、第１反応器に接触させた状態で配設され、第２反応媒体は、化学反応時に第１反応媒体よりも発熱量が大きい媒体であり、第１化学蓄熱装置による加熱対象に対する加熱終了後に第１反応器から第１反応媒体を回収できない場合、第２化学蓄熱装置の第２反応器で第１反応器を加熱することを特徴とする。

この排気ガス浄化システムは、内燃機関の始動直後などの排気ガスの温度が低いときに、加熱対象（例えば、触媒、還元剤の分散装置、排気管を流れる排気ガス）を加熱（暖機）するための第１化学蓄熱装置を備えている。第１化学蓄熱装置は、加熱対象の暖機時には、第１吸着器から第１反応器に第１反応媒体を供給し、第１反応器において第１反応材と第１反応媒体との化学反応で発生した熱によって加熱対象を加熱する。また、第１化学蓄熱装置では、暖機終了後には、第１反応器において排気ガスの排熱によって第１反応材と第１反応媒体とを分離させて回収する。この回収された第１反応媒体を次回の暖機時に再利用することによって、第１化学蓄熱装置を連続的に使用できる。第１反応器において第１反応媒体を分離して回収するためには、排気ガスの温度が所定温度以上になっている必要がある。この所定温度は、第１反応材と第１反応媒体との組み合わせによる。しかし、内燃機関の運転条件によっては排気ガスの温度が所定温度よりも低い場合があり、この場合には第１反応器から第１反応媒体を回収できない。そこで、排気ガス浄化システムは、第１化学蓄熱装置の第１反応器を加熱（暖機）するための第２化学蓄熱装置を備えている。第２化学蓄熱装置は、第２反応器が第１反応器に接触させた状態で配設され、第２反応媒体が化学反応時に第１反応媒体の発熱量よりも大きい媒体である。したがって、第１化学蓄熱装置による加熱終了後（暖機終了後）に排気ガスの温度が低くて、第１反応器で第１反応媒体が分離して回収できない場合、第２化学蓄熱装置では、第２吸着器から第２反応器に第２反応媒体を供給し、第２反応器において第２反応材と第２反応媒体との化学反応で大きな熱を発生し、この大きな熱によって第１反応器を加熱する。これによって、第１反応器では第１反応媒体と第１反応材とが分離し、第１反応媒体を第１吸着器に回収することできる。このように、この排気ガス浄化システムは、第１化学蓄熱装置（特に、第１反応器）を加熱するために第２化学蓄熱装置を備え、第２化学蓄熱装置の第２反応器で第１反応器を加熱できる構成とするにより、排気ガスの温度が低くて第１化学蓄熱装置の第１反応器から第１反応媒体を回収できない場合でも第２反応器で第１反応器を加熱することによって第１反応媒体を回収することができる。そのため、内燃機関の運転条件によって排気ガスの温度が低い場合でも、第１反応媒体を第１吸着器に回収するができ、次回の加熱対象の暖機が必要なときに第1化学蓄熱装置を連続的に使用できる。

本発明の上記排気ガス浄化システムでは、第２反応器は、第１反応器の外周部に配設されると好適である。このように、排気ガス浄化システムでは、第２反応器を第１反応器の外周部に配設することにより、第２反応器と第１反応器との接触面積を大きくできるので、第２反応器から第１反応器への熱伝導性を向上させることができ、加熱効率が高い。

本発明の上記排気ガス浄化システムでは、排気ガス中の粒子状物質を捕捉するフィルタを備え、フィルタで捕捉された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生する際の熱を利用して第２化学蓄熱装置の第２反応器の第２反応媒体を回収すると好適である。

この排気ガス浄化システムは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ[Particulate Matter]）を捕捉するフィルタを備えており、フィルタに粒子状物質が溜まると粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生する。この再生時には、触媒内で燃料を燃焼させるなどして、排気ガスを非常に高温にする。高温になった排気ガスで粒子状物質を燃焼させることで、フィルタを再生している。第２反応媒体は化学反応時の発熱量が大きいので、第２反応媒体と第２反応材とが分離するときに必要な熱量も大きい。そこで、この排気ガス浄化システムでは、その再生時の大きな熱量を利用して第２反応器を加熱する。これによって、第２反応器では第２反応媒体と第２反応材とが分離し、第２反応媒体を第２吸着器に回収することできる。このように、この排気ガス浄化システムでは、粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生する際の大きな熱を利用することにより、第２化学蓄熱装置の第２反応器から第２反応媒体を回収することができる。

本発明によれば、第１化学蓄熱装置（特に、第１反応器）を加熱するために第２化学蓄熱装置を備え、第２化学蓄熱装置の第２反応器で第１反応器を加熱できる構成とするにより、排気ガスの温度が低くて第１化学蓄熱装置の第１反応器から第１反応媒体を回収できない場合でも第２反応器で第１反応器を加熱することによって第１反応媒体を回収することができる。

本実施の形態に係る排気ガス浄化装置の概略構成図である。 図１の第１化学蓄熱装置及び第２化学蓄熱装置の詳細構成図である。 図１のＤＯＣにおける温度変化の一例である。

以下、図面を参照して、本発明に係る排気ガス浄化システムの実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明に係る排気ガス浄化システムを、車両のエンジンの排気系に設けられる排気ガス浄化システムに適用する。本実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、エンジン（特に、ディーゼルエンジン）から排出される排気ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化するシステムである。本実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、触媒のＤＯＣ[Diesel Oxidation Catalyst]、ＳＣＲ[SelectiveCatalytic Reduction]、ＡＳＣ[Ammonia Slip Catalyst]及びフィルタのＤＰＦ[Diesel Particulate Filter]を備えている。また、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、ＳＣＲが尿素ＳＣＲシステムである。さらに、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、最も上流に配置されるＤＯＣを暖機するための化学蓄熱装置も備えている。

図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る排気ガス浄化システム１について説明する。図１は、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムの概略構成図である。図２は、図１の第１化学蓄熱装置及び第２化学蓄熱装置の詳細構成図である。図３は、図１のＤＯＣにおける温度変化の一例である。

排気ガス浄化システム１は、エンジン２の排気側に接続された排気管３の上流側から下流側に向けて、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６、アンモニアスリップ防止触媒（ＡＳＣ）７を備えている。また、排気ガス浄化システム１は、ＳＣＲ６が尿素ＳＣＲであるので、還元剤（尿素水）を供給する尿素水供給装置８及びその還元剤を分散する分散装置９も備えている。本実施の形態では、エンジン２が特許請求の範囲に記載する内燃機関に相当し、ＤＯＣ４が特許請求の範囲に記載する加熱対象に相当し、ＤＰＦ５が特許請求の範囲に記載するフィルタに相当する。

ＤＯＣ４は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化する触媒である。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質であり、例えば、すず）を捕捉して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、還元剤である尿素水から加水分解されたアンモニアと排気ガス中に含まれるＮＯｘとを化学反応させることによって、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６をすり抜けて下流側に流れたアンモニアを酸化する触媒である。

なお、ＤＰＦ５は、捕捉したＰＭが溜まると、目詰まりを起こして機能が低下する。そこで、ＤＰＦ５にＰＭが溜まると、排気ガス浄化システム１では、不定期にＰＭ再生を行う。ＰＭが溜まっているかは、例えば、ＤＰＦ５に差圧センサを設け、差圧が大きくなっているか（つまり、ＤＰＦ５内でのＰＭの詰まり状態）で判断する。ＰＭ再生する場合、ＤＯＣ４に燃料（軽油）を吹き付け、ＤＯＣ４内で燃料を燃焼させて発熱させる。この発熱量は非常に大きく（通常走行の５〜７倍程度）、排気ガスの温度が６００〜７００℃程度まで上昇する。この非常に高温の排気ガスがＤＰＦ５を通過すると、ＰＭが燃焼する。このＰＭ再生の制御については、コントローラ１２（例えば、エンジン２を制御するＥＣＵ[Electronic Control Unit]）で行われる。

尿素水供給装置８は、排気管３におけるＳＣＲ６（特に、分散装置９）の上流側に尿素水（還元剤）を供給するための装置である。具体的には、尿素水供給装置８は、ポンプ（図示せず）、尿素水タンク８ａ、供給管８ｂ、インジェクタ８ｃ等を備えている。尿素水タンク８ａは、尿素水を貯蔵するタンクである。ポンプが作動すると、尿素水タンク８ａから尿素水が供給管８ｂに送り出される。供給管８ｂは、尿素水タンク８ａとインジェクタ８ｃとを接続し、尿素水タンク８ａからインジェクタ８ｃまで尿素水を移動させる管路である。インジェクタ８ｃは、排気管３におけるＤＰＦ５と分散装置９との間に配設され、排気管３内（排気ガス中）に尿素水を噴射（噴霧）する。排気管３内に噴射された尿素水は、高温下で加水分解し、アンモニアになる。このインジェクタ８ｃの噴射制御やポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御は、コントローラ１２で行われる。

分散装置９は、尿素水供給装置８によって排気管３内に供給された尿素水（特に、加水分解したアンモニア）を分散し、均一にＳＣＲ６に導入させるための装置である。分散装置９は、排気管３におけるＤＰＦ５とＳＣＲ６との間（特に、インジェクタ８ｃの下流側）に配設される。分散装置９は、所定の厚さを有する円盤状であり、排気管３内に嵌合した状態で配設される。分散装置９における尿素水を分散させる構造は、ミキサ、スワラ等の従来の周知の構造である。分散装置９には、尿素水の加水分解を促進するために、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_３、ＴｉＯ_２、ポリシラザン等の加水分解促進材を付加してもよい。

各触媒（ＤＯＣ４等）には、環境汚染物質の浄化能力を発揮できる温度領域、すなわち、活性温度が存在する。しかし、エンジン２の始動直後などは、エンジン２から排出された直後の排気ガスの温度は１００℃程度と比較的低温であり、各触媒の活性温度より低い場合がある。このような場合でも、各触媒で浄化能力を発揮させるために、各触媒での温度を迅速に活性温度にする必要がある。そこで、排気ガス浄化システム１は、最も上流に配置されるＤＯＣ４（加熱対象）を加熱して暖機するための第１化学蓄熱装置１０も備えている。なお、エンジン２内には排気ガスの温度を検出する温度センサ(図示せず)が設けられており、コントローラ１２ではこの温度センサの検出値を用いて制御を行う。

第１化学蓄熱装置１０は、第１反応媒体としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いて、ＤＯＣ４を加熱して暖機する化学蓄熱装置である。つまり、第１化学蓄熱装置１０は、通常は熱（排気ガスの排熱あるいは第２化学蓄熱装置１１による加熱）を蓄えておき、ＤＯＣ４の暖機が必要なときにその熱を使用してＤＯＣ４を暖機する。第１化学蓄熱装置１０は、第１吸着器１０ａ、第１接続管１０ｂ、第１反応器１０ｃ、第１バルブ１０ｄ等を備えている。ちなみに、ＤＯＣ４は最も上流に位置する触媒なので、最も上流で暖機を行うことによって、その下流側には暖機されて温度が上昇した排気ガスが流れることになる。

第１吸着器１０ａは、アンモニアと物理吸着する吸着材が内蔵されている。吸着材としては、例えば、活性炭、ゼオライトがある。第１吸着器１０ａでは、蓄熱状態においては、アンモニアが吸着材と物理吸着した状態で貯蔵される。なお、第１吸着器１０ａ内には圧力を検出する圧力センサ（図示せず）が設けられており、コントローラ１２ではこの圧力センサの検出値を用いて制御を行う。

第１接続管１０ｂは、第１吸着器１０ａと第１反応器１０ｃとを接続し、第１吸着器１０ａと第１反応器１０ｃの間でアンモニアを移動させる管路である。第１接続管１０ｂには、第１バルブ１０ｄが配設され、第１バルブ１０ｄが開かれると第１吸着器１０ａと第１反応器１０ｃとの間でアンモニアの移動が可能となる。この第１バルブ１０ｄの開閉制御は、コントローラ１２で行われる。

第１反応器１０ｃは、アンモニアと化学反応する固体状又は粉末状の第１反応材を有しており、その第１反応材をケースで収納している。第１反応材としては、アンモニアと化学反応して発熱し、ＤＯＣ４を１５０〜２６０℃程度まで昇温できる材料を用いる。具体的には、例えば、２価の塩化物（ＭＣｌ_２）、２価の臭化物（ＭＢｒ_２）、２価のヨウ化物（ＭＩ_２）であり、ＭはＭｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｃｒ等が適している。第１反応器１０ｃは、図２に示すように、排気管３の外周面におけるＤＯＣ４の配設箇所に配設され、排気管３を囲む断面ドーナツ形状である。この断面ドーナツ形状の断面は、第１反応器１０ｃを排気ガスの流れる方向に対して垂直に切った面である。第１反応器１０ｃでは、アンモニアと第１反応材とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、熱を発生する。また、第１反応器１０ｃでは、所定温度Ｔ１以上になると第１反応材とアンモニアとが分離して、アンモニアを放出し始め、それより高い所定温度になるとアンモニアを殆ど放出する。これらの各温度は、第１反応材とアンモニア（第１反応媒体）との組み合わせによって変わる。

第１化学蓄熱装置１０は、ＤＯＣ４に対する暖機終了後に第１反応器１０ｃにおいてアンモニアを分離させ、第１吸着器１０ａで回収することで、連続的に使用可能である。しかし、エンジン２の運転条件（例えば、ショートトリップ）によっては、第１化学蓄熱装置１０の暖機終了後に、排気ガスの温度が第１反応材からアンモニアを回収可能な温度Ｔ１まで上昇していない場合がある。このような場合、第１反応器１０ｃからアンモニアを回収できないので、第１化学蓄熱装置１０を連続的に使用できない。そこで、排気ガス浄化システム１は、第１化学蓄熱装置１０の暖機終了後に排気ガスの温度が低い場合（緊急時）に第１反応器１０ｃを加熱して暖機するための第２化学蓄熱装置１１も備えている。

第２化学蓄熱装置１１は、第２反応媒体として二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いて、第１化学蓄熱装置１０の第１反応器１０ｃを加熱して暖機する化学蓄熱装置である。つまり、第２化学蓄熱装置１１は、通常は熱（ＰＭ再生時の熱）を蓄えておき、第１反応器１０ｃの暖機が必要なときにその熱を使用して第１反応器１０ｃを暖機する。第２反応媒体（二酸化炭素）は、化学反応時に第１反応媒体（アンモニア）よりも発熱量が大きい媒体である。第２化学蓄熱装置１１は、第２吸着器１１ａ、第２接続管１１ｂ、第２反応器１１ｃ、第２バルブ１１ｄ等を備えている。

第２吸着器１１ａは、二酸化炭素と物理吸着する吸着材が内蔵されている。第２吸着器１１ａでは、蓄熱状態においては、二酸化炭素が吸着材と物理吸着した状態で貯蔵される。なお、第２吸着器１１ａ内には圧力を検出する圧力センサ（図示せず）が設けられており、コントローラ１２ではこの圧力センサの検出値を用いて制御を行う。

第２接続管１１ｂは、第２吸着器１１ａと第２反応器１１ｃとを接続し、第２吸着器１１ａと第２反応器１１ｃの間で二酸化炭素を移動させる管路である。第２接続管１１ｂには、第２バルブ１１ｄが配設され、第２バルブ１１ｄが開かれると第２吸着器１１ａと第２反応器１１ｃとの間で二酸化炭素の移動が可能となる。この第２バルブ１１ｄの開閉制御は、コントローラ１２で行われる。

第２反応器１１ｃは、二酸化炭素と化学反応する固体状又は粉末状の第２反応材を有しており、その第２反応材をケースで収納している。第２反応材としては、二酸化炭素と化学反応して発熱し、４００℃以上に昇温できる材料を用いる。具体的には、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯがあり、その他にもＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等も候補材である。第２反応器１１ｃは、図２に示すように、第１反応器１０ｃの外周面に沿って配設され、第１反応器１０ｃを囲む断面ドーナツ形状である。第２反応器１１ｃでは、二酸化炭素と第２反応材とが化学反応して化学吸着し、非常に大きな熱を発生する。この化学反応での発熱量は、第１化学蓄熱装置１０におけるアンモニアと第１反応材とが化学反応して発生するときの発熱量よりも大きい。また、第２反応器１１ｃでは、所定温度Ｔ２（＞所定温度Ｔ１）以上になると第２反応材と二酸化炭素とが分離して、二酸化炭素を放出し始め、それより高い所定温度になると二酸化炭素を殆ど放出する。この際に必要となる熱量も、第１反応材とアンモニアとが分離するときに必要な熱量よりも大きい。これらの各温度は、第２反応材と二酸化炭素（第２反応媒体）との組み合わせによって変わる。

図３には、ＤＯＣ４における温度の変化の一例を示している。この温度が所定温度Ｔ１以上になると、第１化学蓄熱装置１０の第１反応器１０ｃでは、アンモニアが第１反応材から分離し、アンモニアを回収できる。しかし、温度が所定温度Ｔ１未満では、分離（回収）に必要な熱量が不足し、アンモニアが分離せず、アンモニアを回収できない。この場合、第２化学蓄熱装置１１において、第２反応器１１ｃに二酸化炭素を小出しで供給し、二酸化炭素と第２反応材とが化学反応して大きな熱を発生する。この大きな熱量によって、第１反応器１０ｃではアンモニアが第１反応材から分離し、アンモニアを回収できる。上記したＰＭ再生時には、排気ガスの温度が６００〜７００℃まで上昇する。このとき、温度が所定温度Ｔ２以上になるので、第２化学蓄熱装置１１の第２反応器１１ｃでは、二酸化炭素が第２反応材から分離し、二酸化炭素を回収できる。ちなみに、ＰＭ再生は不定期に行われるので、第２反応器１１ｃからの二酸化炭素も回収も不定期である。そのため、第２反応器１１ｃには小出しで二酸化炭素を供給している。

なお、排気ガスの温度が６００〜７００℃まで上昇すると、第１反応器１０ｃにアンモニアが残っていると、アンモニアが窒素と水素に分解してしまう。そこで、ＰＭ再生を行う前に第１吸着器１０ａにアンモニアが満状態で貯蔵されているか（すなわち、第１反応器１０ｃにアンモニアが残っていないか）を確認し、第１吸着器１０ａでの満貯蔵状態を確認してからＰＭ再生を行うようにする。

以上のように構成した排気ガス浄化システム１における動作について説明する。ここでは、第１化学蓄熱装置１０及び第２化学蓄熱装置１１に関連する動作のみ説明する。

車両停止中（エンジン２が停止中）は、第１化学蓄熱装置１０の第１接続管１０ｂに配設されている第１バルブ１０ｄは閉じられている。したがって、第１吸着器１０ａにおいて吸着材からアンモニアが分離していても、第１接続管１０ｂを介してアンモニアが第１反応器１０ｃに供給されない。また、第２化学蓄熱装置１１の第２接続管１１ｂに配設されている第２バルブ１１ｄは閉じられている。したがって、第２吸着器１１ａにおいて吸着材から二酸化炭素が分離していても、第２接続管１１ｂを介して二酸化炭素が第２反応器１１ｃに供給されない。

エンジン２が始動後に、エンジン２から排出された排気ガスの温度が所定温度（ＤＯＣ４の活性温度に基づいて設定された温度）より低いときには（エンジン２の始動直後など）、コントローラ１２による制御によって第１バルブ１０ｄが開かれ、第１接続管１０ｂを介してアンモニアが第１反応器１０ｃに供給される。このとき、第１吸着器１０ａの圧力が第１反応器１０ｃの圧力よりも高く、アンモニアが第１反応器１０ｃ側に移動する。第１反応器１０ｃでは、供給されたアンモニアと第１反応材とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、熱を発生する。この熱によってＤＯＣ４が加熱され、温度がＤＯＣ４の活性温度以上になり、ＤＯＣ４で排気ガスを浄化できる。また、最も上流のＤＯＣ４で加熱（暖機）されるので、下流側に温度が上昇した排気ガスが流れる。これによって、他の触媒でも活性温度以上になって浄化でき、尿素水供給装置８で供給された尿素水も加水分解してアンモニアに転化する。また、ＤＰＦ５では、排気ガス中に含まれるＰＭを捕捉する。なお、第２化学蓄熱装置１１の第２バルブ１１ｄは、閉じられている。

通常、エンジン２から排出された排気ガスの温度が所定温度Ｔ１より高くなると、排気ガスの排熱によって、第１反応器１０ｃでは、アンモニアと第１反応材とが分離し、アンモニアが発生する。この分離したアンモニアは、第１バルブ１０ｄが開かれているので、第１反応器１０ｃから第１接続管１０ｂを介して第１吸着器１０ａに戻る。このとき、第１反応器１０ｃの圧力が第１吸着器１０ａの圧力よりも高く、アンモニアが第１吸着器１０ａ側に移動する。第１吸着器１０ａでは、吸着材がアンモニアを物理吸着して貯蔵する。第１吸着器１０ａに設けられている圧力センサの圧力値がアンモニアの満貯蔵状態（あるいは次回のＤＯＣ４の暖機を確実に実施できる圧力値）を示す圧力値になった場合、コントローラ１２では第１バルブ１０ｄを閉じる。これによって、通常時のアンモニアの回収が終了する。

しかし、エンジン２から排出された排気ガスの温度が所定温度Ｔ１より低い場合、第１反応器１０ｃでは、アンモニアが分離しない。そこで、コントローラ１２による制御によって第２バルブ１１ｄが開かれ、第２接続管１１ｂを介して二酸化炭素が第２反応器１１ｃに小出しで供給される。このとき、第２吸着器１１ａの圧力が第２反応器１１ｃの圧力よりも高く、二酸化炭素が第２反応器１１ｃ側に移動する。第２反応器１１ｃでは、供給された二酸化炭素と第２反応材とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、大きな熱を発生する。この大きな熱によって第１反応器１０ｃが加熱され、温度が所定温度Ｔ１以上に上昇する。これによって、第１反応器１０ｃでは、アンモニアと第１反応材とが分離し、アンモニアが発生する。この分離したアンモニアは、第１バルブ１０ｄが開かれているので、第１反応器１０ｃから第１接続管１０ｂを介して第１吸着器１０ａに戻る。第１吸着器１０ａでは、吸着材がアンモニアを物理吸着して貯蔵する。第１吸着器１０ａに設けられている圧力センサの圧力値がアンモニアの満貯蔵状態を示す圧力値になった場合、コントローラ１２では第１バルブ１０ｄを閉じ、第２バルブ１１ｄも閉じる。これによって、緊急時のアンモニアの回収が終了する。

ＤＰＦ５に設けられた差圧センサの差圧値がＰＭ再生が必要な差圧値になった場合、コントローラ１２では、第１吸着器１０ａに設けられている圧力センサの圧力値がアンモニアの満貯蔵状態を示す圧力値になっているか否かを判定する。アンモニアの回収が完全に完了し、アンモニアの満貯蔵状態を示す圧力値になっている場合、コントローラ１２では、ＤＯＣ４に燃料を吹き付けるとともに、第２バルブ１１ｄを開く。ＤＯＣ４では、その燃料が燃焼し、非常に大きな熱が発生する。この非常に大きな熱によって、排気ガスの温度が６００〜７００℃程度まで上昇する。この高温の排気ガスがＤＰＦ５内を流れると、ＤＰＦ５では、ＰＭが燃焼し、ＰＭが取り除かれる。また、この非常に大きな熱によって第１反応器１０ｃを介して第２反応器１１ｃが加熱され、温度が所定温度Ｔ２以上に上昇する。これによって、第２反応器１１ｃでは、二酸化炭素と第２反応材とが分離し、二酸化炭素が発生する。この分離した二酸化炭素は、第２バルブ１１ｄが開かれているので、第２反応器１１ｃから第２接続管１１ｂを介して第２吸着器１１ａに戻る。このとき、第２反応器１１ｃの圧力が第２吸着器１１ａの圧力よりも高く、二酸化炭素が第２吸着器１１ａ側に移動する。第２吸着器１１ａでは、吸着材が二酸化炭素を物理吸着して貯蔵する。第２吸着器１１ａに設けられている圧力センサの圧力値が二酸化炭素の満貯蔵状態（あるいは次回に第１反応器１０ｃを確実に所定温度Ｔ１まで加熱できる圧力値）を示す圧力値になった場合、コントローラ１２では第２バルブ１１ｄを閉じる。これによって、二酸化炭素の回収が終了する。

この排気ガス浄化システム１によれば、第１化学蓄熱装置１０（特に、第１反応器１０ｃ）を加熱（暖機）するために第２化学蓄熱装置１１を備え、第２化学蓄熱装置１１の第２反応器１１ｃで第１反応器１０ｃを加熱できる構成とするにより、第１化学蓄熱装置１０による暖機終了後に排気ガスの温度が低くて第１反応器１０ｃから第１反応媒体を回収できない場合でも、第２反応器１１ｃで第１反応器１０ｃを加熱することによって第１反応媒体を回収することができる。そのため、ショートトリップ等の内燃機関の運転条件によって排気ガスの温度が低い場合でも、第１反応媒体を第１吸着器１０ａに回収しておくことができ、次回のＤＯＣ４の暖機が必要なときに第1化学蓄熱装置１０を連続的に使用できる。

排気ガス浄化システム１によれば、第２反応器１１ｃを第１反応器１０ｃの外周面に沿って配設することにより、第２反応器１１ｃと第１反応器１０ｃとの接触面積を大きくできるので、第２反応器１１ｃから第１反応器１０ｃへの熱伝導性を向上させることができ、加熱効率が高くなる。その結果、第１反応器１０ｃにおいて第１反応媒体を回収可能な温度に早期に達し、第２反応器１１ｃへの二酸化炭素の供給を低減できる。

排気ガス浄化システム１によれば、第２反応器１１ｃの第２反応媒体の回収には大きな熱量が必要となるが、ＰＭ再生時の大きな熱量を利用することにより、第２化学蓄熱装置１１の第２反応器１１ｃの第２反応媒体を回収することができる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では触媒としてＤＯＣ、ＳＣＲ及びＡＳＣ、フィルタとしてＤＰＦを備える排気浄化システムに適用したが、他の様々な構成の排気浄化システムに適用できる。また、車両もディーゼルエンジン車としたが、ガソリンエンジン車等にも適用できる。

また、本実施の形態では第１化学蓄熱装置と第２化学蓄熱装置の吸着器として第１吸着器と第２吸着器とを構成したが、吸着器を２層構造とし、第１化学蓄熱装置と第２化学蓄熱装置の吸着器を一体で構成してもよい。このように構成することによって、省スペース化が可能となる。

また、本実施の形態では第１化学蓄熱装置と第２化学蓄熱装置の反応器として第１反応器と第２反応器とを構成したが、２つの反応材を混ぜて１つのケース内に収納し、第１化学蓄熱装置と第２化学蓄熱装置の反応器を一体で構成してもよい。このように構成することによって、省スペース化が可能となる。また、第１反応器から第２反応器へ熱伝導するのでなく、反応材そのものが接触しているので、熱伝導性が向上する。

また、本実施の形態では加熱対象としてＤＯＣ（酸化触媒）としたが、加熱対象としては他のものでもよく、例えば、ＳＣＲ等の他の触媒、分散装置、排気管を流れる排気ガスがある。

また、本実施の形態では第１反応媒体と第２反応媒体の組み合わせとしては第１反応媒体をアンモニアとし、第２反応媒体を二酸化炭素としたが、化学反応時の発熱量（ひいては、回収に必要な温度）が異なる反応媒体であれば他の組み合わせでもよく、例えば、反応媒体としてアンモニア、水、エタノール、メタノール、二酸化炭素の順で発熱量が多く（回収に必要な温度が高く）なるが、この中で任意の反応媒体（二酸化炭素以外）を第１反応媒体とし、それよりも発熱量が多い反応媒体を第２反応媒体とする。

また、本実施の形態では第１反応器の外周面に沿って第２反応器を配置する構成としたが、第２反応器で第１反応器を加熱できるならば他の配置でもよく、例えば、第１反応器に接触させた状態で第２反応器を下流側又は上流側に並べて配置させる。

また、本実施の形態ではＰＭ再生時に第２化学蓄熱装置の第２反応器から二酸化炭素を回収する構成としたが、二酸化炭素の回収が不足したり、排気ガス浄化システムにおいて排気ガスの温度が非常に高温になったりするときが他にあれば、ＰＭ再生時以外で第２反応器から二酸化炭素を回収してもよい。

１…排気ガス浄化システム、２…エンジン、３…排気管、４…ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、５…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）、６…選択還元触媒（ＳＣＲ）、７…アンモニアスリップ防止触媒（ＡＳＣ）、８…尿素水供給装置、８ａ…尿素水タンク、８ｂ…供給管、８ｃ…インジェクタ、９…分散装置、１０…第１化学蓄熱装置、１０ａ…第１吸着器、１０ｂ…第１接続管、１０ｃ…第１反応器、１０ｄ…第１バルブ、１１…第２化学蓄熱装置、１１ａ…第２吸着器、１１ｂ…第２接続管、１１ｃ…第２反応器、１１ｄ…第２バルブ、１２…コントローラ。

Claims (3)

1. 車両の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムであって、
   前記排気ガス浄化システムにおける加熱対象を加熱するための第１化学蓄熱装置と、
   前記第１化学蓄熱装置を加熱するための第２化学蓄熱装置と、
   を備え、
   前記第１化学蓄熱装置は、第１反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する第１吸着器と、前記第１吸着器に接続され、前記第１吸着器から供給された第１反応媒体と化学反応して熱を発生させる第１反応材を収納する第１反応器とを有し、化学反応後に前記第１吸着器は前記第１反応器から前記第１反応媒体を回収し、
   前記第２化学蓄熱装置は、第２反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する第２吸着器と、前記第２吸着器に接続され、前記第２吸着器から供給された第２反応媒体と化学反応して熱を発生させる第２反応材を収納する第２反応器とを有し、化学反応後に前記第２吸着器は前記第２反応器から前記第２反応媒体を回収し、
   前記第２反応器は、前記第１反応器に接触させた状態で配設され、
   前記第２反応媒体は、化学反応時に前記第１反応媒体よりも発熱量が大きい媒体であり、
   前記第１化学蓄熱装置による加熱対象に対する加熱終了後に前記第１反応器から前記第１反応媒体を回収できない場合、前記第２化学蓄熱装置の前記第２反応器で前記第１反応器を加熱することを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. 前記第２反応器は、前記第１反応器の外周部に配設されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
3. 排気ガス中の粒子状物質を捕捉するフィルタを備え、
   前記フィルタで捕捉された粒子状物質を燃焼させて前記フィルタを再生する際の熱を利用して前記第２化学蓄熱装置の前記第２反応器の前記第２反応媒体を回収することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気ガス浄化システム。

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