JP6676438B2 - 還元剤噴射装置、排ガス処理方法、及び排ガス処理装置 - Google Patents

還元剤噴射装置、排ガス処理方法、及び排ガス処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、排ガスを浄化するための還元剤噴射装置、及び排ガス処理方法に関する。
従来、各種エンジン等から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化するために、選択触媒還元型ＮＯＸ触媒（ＳＣＲ触媒）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、エンジンの排気管に取り付けた触媒（ＳＣＲ触媒）と、エンジンと触媒の間の排気管内に尿素水を噴射する手段を有するものである。そして、尿素水と排気ガスとを混合し、触媒によって排気ガス中の特定成分と反応させると共に尿素水を排気ガスと混合する尿素水噴射手段を複数個所に設けたものである。
特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、尿素水を排ガスの熱で分解するものであるため（２００℃以上が必要）、エンジンの燃費向上等により排ガスの温度が低下したときには、尿素が反応し難くなるという問題があった。
そこで、通電発熱させたハニカム構造体（ハニカムヒーター）へ尿素を添加することにより、尿素からＮＨ３へ分解を促進する排ガス処理装置が提案されている（特許文献２）。ＮＨ３ガスとして配管へ添加することで、排ガスの低温領域においてもＮＯｘ浄化が可能となる。
特開２００７−３２７３７７号公報 国際公開第２０１４／１４８５０６号
しかしながら、尿素を通電発熱させたハニカム構造体（ハニカムヒーター）に添加すると、尿素が添加された部位は温度が低下し、ハニカムヒーター内の温度ムラが発生する。このため、低温部に尿素デポジット（ｄｅｐｏｓｉｔ：尿素に起因する結晶）が生成する懸念があった。尿素デポジットが発生すると、ハニカムヒーターの経路が遮断され、尿素からＮＨ３への分解を阻害することとなり機能損失につながる。
尿素デポジットは、尿素が添加された際のハニカムヒーターの温度に依存する傾向があるため、尿素デポジットを抑制するためには、通電電力アップが有効である。ただし、尿素添加量が多くなると、よりハニカムヒーターの温度が低下するため、高電力が必要となるため、ハニカムヒーター内の温度分布も大きくなり、ハニカムヒーターの破損につながってしまう。
本発明の課題は、通電発熱させたハニカム構造体（ハニカムヒーター）へ尿素を添加することにより、尿素からＮＨ３へ分解を促進する排ガス処理装置において、尿素デポジットを抑制することができる還元剤噴射装置、及びそれを用いた排ガス処理方法を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明によれば、以下の還元剤噴射装置、及び排ガス処理方法が提供される。
［１］ 流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面から流体の流出側の端面である第２端面まで延びる複数のセルを、区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設され、前記第１端面における温度が９００℃以下となるように前記ハニカム構造部を発熱させるための、少なくとも一対の電極部を有するハニカム構造体と、尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置とを備え、前記一対の電極部のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極部における一方の前記電極部が、前記一対の電極部における他方の前記電極部に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、前記尿素噴霧装置と前記ハニカム構造体との間に、前記ハニカム構造体内のガスの流れを促進するための、キャリアガスを導入するキャリアガス導入口を備え、前記尿素噴霧装置から前記ハニカム構造体の前記第１端面に向かって噴霧された前記尿素水溶液が、前記ハニカム構造部の前記第１端面から前記セル内に供給され、前記ハニカム構造部内で加熱されて蒸発し、前記セル内に供給された前記尿素水溶液中の尿素が、前記第１端面の温度が９００℃以下に通電加熱された前記ハニカム構造部内で加熱されて加水分解されて、アンモニアが生成し、前記アンモニアが前記第２端面から前記ハニカム構造部の外側に排出され、前記アンモニアが前記ハニカム構造体を収容する外筒の外部に噴射される還元剤噴射装置。
［２］ 前記キャリアガス導入口の上流に前記キャリアガスを加熱するためのキャリアガス加熱装置を備える前記［１］に記載の還元剤噴射装置。
［３］ 前記ハニカム構造体は、筒状の外筒の中に収容されており、前記ハニカム構造体と前記外筒とを絶縁する絶縁保持部をさらに有し、該絶縁保持部が前記外筒の中で前記ハニカム構造体を固定する前記［１］または［２］に記載の還元剤噴射装置。
［４］ 前記尿素噴霧装置が、噴霧される尿素水溶液の液滴の直径が０．３ｍｍ以下となるように構成されている前記［１］〜［３］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
［５］ 前記ハニカム構造体の前記隔壁の材質が、珪素‐炭化珪素複合体、又は炭化珪素を含むセラミックである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の還元剤噴射装置。
［６］ 前記［１］〜［５］のいずれかに記載の還元剤噴射装置を用いて、前記キャリアガス導入口から前記キャリアガスの温度と流量、およびヒーター出力を調整して、前記第１端面の温度が１５０℃以上となるように前記キャリアガスを導入しつつ、前記尿素噴霧装置から前記尿素水溶液を、前記ハニカム構造部の前記第１端面から前記セル内に供給し、前記アンモニアを生成して前記還元剤噴射装置の外部に噴射し、ＮＯＸを含有する排ガスを処理する排ガス処理方法。
［７］ 前記ハニカム構造部の温度が、２５０℃以上である前記［６］に記載の排ガス処理方法。
［８］ エンジンから排出される排ガスを通す排気管と、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の還元剤噴射装置と、前記還元剤噴射装置がアンモニアを噴射する位置よりも下流側に配置された選択触媒還元型ＮＯ Ｘ 触媒と、を有し、前記排気管は、前記還元剤噴射装置の上流で分岐する分岐流路を有し、前記分岐流路が前記キャリアガス導入口に接続され、前記排ガスを前記キャリアガスとして用いるように構成されている、排ガス処理装置。
［９］ 前記分岐流路には、前記キャリアガスを加熱するためのキャリアガス加熱装置が備えられている前記［８］に記載の排ガス処理装置。
［１０］ エンジンから排出される排ガスを通す排気管と、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の還元剤噴射装置と、前記還元剤噴射装置がアンモニアを噴射する位置よりも下流側に配置された選択触媒還元型ＮＯ Ｘ 触媒と、を有し、外部装置から供給したエアーを前記キャリアガスとして用いるように構成されている、排ガス処理装置。
本発明の還元剤噴射装置によれば、尿素噴霧装置によって噴霧された尿素水溶液が、ハニカム構造体のセル内に供給される。そして、尿素水溶液中の尿素が、通電加熱されたハニカム構造体内で加熱されて加水分解して、アンモニアが生成し、噴出される。尿素噴霧装置とハニカム構造体との間に、ハニカム構造体内のガスの流れを促進するための、キャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）を導入するキャリアガス導入口を備えている。キャリアガスによって、ハニカム構造体内のガスの流れが促進される。このため、ハニカム構造体の場所による温度差が大きくならず、熱によって破損することがない。また、噴霧された尿素水溶液が尿素デポジット（単に、デポジットともいう）として付着することがない。
本発明の還元剤噴射装置の一実施形態の断面を示す模式図である。 本発明の還元剤噴射装置の一実施形態を構成するハニカム構造体の端面を模式的に示す平面図である。 本発明の排ガス処理装置の一実施形態の断面を示す模式図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
（１）還元剤噴射装置：
図１は、本発明の還元剤噴射装置１００の一実施形態の断面（ハニカム構造部１１のセル１６の延びる方向に平行な断面）を示す模式図である。図１に示すように、本発明の還元剤噴射装置１００の一実施形態は、ハニカム構造体１（又はハニカムヒーターともいう。）と、尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置２とを備えるものである。ハニカム構造体１は、柱状のハニカム構造部１１及びハニカム構造部１１の側面に配設され、第１端面１３における温度が９００℃以下となるようにハニカム構造部１１を発熱させるための、少なくとも一対の電極部１２，１２を有するものである。ハニカム構造部１１は、「「流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面１３から流体の流出側の端面である第２端面１４まで延びる複数のセル１６」を、区画形成する隔壁１５」を有するものである。一対の電極部１２，１２のそれぞれが、ハニカム構造部１１のセル１６の延びる方向に延びる帯状に形成されている。セル１６の延びる方向に直交する断面において、一対の電極部１２，１２における一方の電極部１２が、一対の電極部１２，１２における他方の電極部１２に対して、ハニカム構造部１１の中心を挟んで反対側に配設されている。なお、電極部１２は最低一対で構成されるが、ヒーター発熱効率を良くするために複数対であっても良い。また、尿素噴霧装置２とハニカム構造体１との間に、ハニカム構造体１内のガスの流れを促進するための、キャリアガスｆを導入するキャリアガス導入口８を備えている。
尿素噴霧装置２とハニカム構造体１の間にキャリアガスｆを導入できる構造であるためハニカム構造体１内にガスの流れを作りだすことができる。このため、熱および尿素水はハニカム構造体１内部に停滞することが減少する。この結果、ハニカム構造体１内部の温度の不均一を小さくすることができる。また、尿素水溶液と加熱生成されたＮＨ３がこのキャリアガスｆによって外部（エンジン排気管等）へ放出されることでデポジットが抑制され、ＮＨ３供給の応答性も向上する。キャリアガスｆを導入することで、ハニカム構造体１内の温度ムラを小さくできるため、供給する電力を上げてもヒーター温度（ハニカム構造体１の温度）の上限値が下がる。したがって、キャリアガスなしの場合に比べて供給電力の上限を上げることができる。そのため、ハニカム構造体１の温度を高く維持でき、デポジットを抑制することができる。なお、キャリアガスｆの供給としては、外部装置からのエアーを供給する、または排気ガスを分岐して利用することもできる。排気ガスをキャリアガスｆとして利用する場合は、空気よりも温度が高いためキャリアガスｆへの加温が少なくてすむため効率的である。さらに、キャリアガスｆ自体を予め加熱して供給することにより、効果を高めることができる。図３に示すように、キャリアガスｆを加熱するキャリアガス加熱装置４５を備えることも好ましい。
本実施形態の還元剤噴射装置１００は、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａが、ハニカム構造部１１の第１端面１３からセル１６内に供給される。このとき、キャリアガス導入口８から導入されたキャリアガスｆもセル１６内に供給される。そして、セル１６内に供給された尿素水溶液中の尿素が、通電加熱されたハニカム構造部１１内で加熱されて加水分解されて、アンモニア（還元剤）が生成する。そして、アンモニアｂが、第２端面１４からハニカム構造部１１の外側に排出される。
本実施形態の還元剤噴射装置１００は、アンモニア発生のための原料が、尿素水溶液である。そのため、市場に流通している尿素水溶液（例えば、ＡｄＢｌｕｅ（アドブルー）（３２．５質量％の尿素水溶液、ドイツ自動車工業会（ＶＤＡ）の登録商標）を使用することができる。そのため、アンモニア発生のための原料である尿素水溶液の調達という点での利便性も高い。
本実施形態の還元剤噴射装置１００においては、ハニカム構造体１は、筒状の外筒４内に収納されている。ハニカム構造体１は、絶縁保持部５によって外筒４内に固定されている。
図２に示されるように、ハニカム構造体１において、ハニカム構造部１１の第１端面１３は、正方形であることが好ましい。第１端面１３の形状は、正方形に限定されず、長方形、その他の多角形、円形、楕円形等の形状でもよい。尚、第１端面１３の形状は、第２端面１４の形状と同じであり、更に、ハニカム構造部１１の、セル１６の延びる方向に直交する断面の形状とも同じであることが好ましい。
また、ハニカム構造部１１の第１端面１３と尿素噴霧装置２との間に、尿素噴霧空間３が形成されていることが好ましい。尿素噴霧空間３は、ハニカム構造体１の第１端面１３と、尿素噴霧装置２と、外筒４によって形成された空間である。本実施形態の還元剤噴射装置１００は、尿素噴霧空間３が形成されている場合、尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａが、尿素噴霧空間３を通って、ハニカム構造部１１の第１端面１３からセル１６内に供給される。
外筒４は、一方の端部である入口側端部２１と、他方の端部である出口側端部２２とを有する筒状である。出口側端部２２の先端には、アンモニアガスを噴射するための開口部である噴射口２３が形成されている。外筒４の入口側端部２１内には、尿素噴霧装置２が装着されている。外筒４の材質は、ステンレス鋼等が好ましい。
ハニカム構造体１は、外筒４内に、絶縁保持部５によって固定（保持）されている。これにより、ハニカム構造体１と外筒４との絶縁が確保されている。絶縁保持部５の材質は、アルミナが好ましい。また、ハニカム構造体１と外筒４との間に、絶縁保持部５が配置されていない部分（空間）があっても良い。また、ハニカム構造体１の外周全体が絶縁保持部５で覆われていてもよい。
本実施形態の還元剤噴射装置１００においては、ハニカム構造体１の第２端面１４から排出されたアンモニアは、外筒４の出口側端部２２内を通って噴射口２３から噴射されるように構成されている。
以下、本実施形態の還元剤噴射装置１００について、更に、構成要素毎に説明する。
（２−１）ハニカム構造体：
本実施形態の還元剤噴射装置１００において、ハニカム構造体１は、上記のように、ハニカム構造部１１及び一対の電極部１２，１２を備えるものである。ハニカム構造体１は、「流体の流路となる第１端面１３から第２端面１４まで延びる複数のセル１６」を区画形成する隔壁１５を有する。
ハニカム構造部１１は、隔壁１５の外側に外周壁１７が配設されている。ハニカム構造部１１においては、隔壁１５及び外周壁１７の材質が、セラミックであることが好ましい。特に、隔壁１５及び外周壁１７の材質は、「珪素−炭化珪素複合材」、「炭化珪素」等を主成分とするものであることが好ましい。これらの中でも、「珪素−炭化珪素複合材」を主成分とするものであることが更に好ましい。このような材質を用いることにより、ハニカム構造部１１の電気抵抗率を、炭化珪素と珪素の比率を変更することで任意の値に調整しやすくなる。ここで、珪素−炭化珪素複合材は、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての金属珪素を含有するものである。そして、珪素−炭化珪素複合材は、複数の炭化珪素粒子が、金属珪素によって結合されていることが好ましい。また、上記「炭化珪素」は、炭化珪素粒子同士が焼結して形成されたものである。また、本明細書において、「主成分」とは、９０質量％以上含有される成分を意味する。
ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、０．０１〜５００Ωｃｍであることが好ましく、０．１〜２００Ωｃｍであることが更に好ましい。これにより、一対の電極部１２，１２に電圧を印加することにより、効果的にハニカム構造体１（ハニカム構造部１１）を発熱させることができる。特に、電圧１２〜２００Ｖの電源を用いて、ハニカム構造体１（ハニカム構造部１１）を１６０〜６００℃に発熱させるためには、上記電気抵抗率が好ましい。尚、ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、２５℃における値である。また、ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
ハニカム構造部１１は、単位体積当たりの表面積が、５ｃｍ２／ｃｍ３以上であることが好ましく、８〜４５ｃｍ２／ｃｍ３が更に好ましく、２０〜４０ｃｍ２／ｃｍ３が特に好ましい。５ｃｍ２／ｃｍ３より小さいと、尿素水との接触面積が小さくなるため、尿素水溶液の処理速度すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が低下することがある。ハニカム構造部１１の表面積は、ハニカム構造部１１の隔壁１５の表面の面積である。
ハニカム構造体１（ハニカム構造部１１）において、隔壁１５の厚さは、０．０６〜１．５ｍｍが好ましく、０．１０〜０．８０ｍｍが更に好ましい。１．５ｍｍより厚いと、圧力損失が大きくなり尿素水溶液の処理速度すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が低下することがある。０．０６ｍｍより薄いと、通電による熱衝撃で破壊される恐れがある。セル１６の形状（セルの延びる方向に直交する形状）が円形の場合、隔壁１５の厚さは、「セル同士の間の距離が最も短くなっている部分（隔壁１５が最も薄くなっている部分）」における隔壁１５の厚さを意味する。セル密度は、７〜１４０セル／ｃｍ２が好ましく、１５〜１２０セル／ｃｍ２が更に好ましい。７セル／ｃｍ２より小さいと、尿素水との接触面積が小さくなるため、尿素水溶液の処理速度すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が低下することがある。１４０セル／ｃｍ２より大きいと、圧力損失が大きくなり尿素水溶液の処理速度すなわちアンモニアの発生量（発生速度）が低下することがある。
本発明の還元剤噴射装置は、「ハニカム構造部１１の一部のセル１６の、第１端面１３側の端部」に、目封止部を有することも好ましい。目封止部の材質は、隔壁１５の材質と同じであることが好ましいが、他の材質であってもよい。
ハニカム構造体１の大きさは、第１端面１３（第２端面１４）の面積が５０〜１００００ｍｍ２であることが好ましく、１００〜８０００ｍｍ２であることが更に好ましい。
ハニカム構造体１は、セル１６の延びる方向に直交する断面におけるセル１６の形状が、円形、楕円形、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせ、であることが好ましい。セル形状をこのようにすることにより、ハニカム構造体１に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、効率的に尿素を加水分解することが可能となる。図２に示されるハニカム構造体１は、セル１６の延びる方向に直交する断面（第１端面）におけるセル１６の形状が、円形である。
一対の電極部１２，１２のそれぞれは、ハニカム構造部１１のセル１６の延びる方向に延びる帯状に形成されている。更に、電極部１２は、ハニカム構造部１１の周方向にも広がる幅広に形成されていることが好ましい。また、セル１６の延びる方向に直交する断面において、一方の電極部１２が、他方の電極部１２に対して、ハニカム構造部１１の中心を挟んで反対側に配設されている。これにより、一対の電極部１２，１２間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部１１内を流れる電流の偏りを抑制することができる。そして、これによりハニカム構造部１１内の発熱の偏りを抑制することができる。また、ハニカム構造部１１への電圧の印加は、第１端面１３における温度が９００℃以下となるようにハニカム構造部１１を発熱させる。ヒーター温度（ハニカム構造部１１の温度）の制御はヒーターに直接測温手段を設けることにより制御することができる。あるいは、キャリアガス温度・キャリアガス流量・尿素水溶液噴射量からヒーター温度を推定して制御することも可能である。また、エンジンの運転条件をマッピングしてキャリアガス温度・キャリアガス流量測定に代えることもできる。
ハニカム構造体１においては、電極部１２は、主成分が、隔壁１５及び外周壁１７の主成分と同じであることが好ましい。
電極部１２の電気抵抗率は、０．０００１〜１００Ωｃｍであることが好ましく、０．００１〜５０Ωｃｍであることが更に好ましい。電極部１２の電気抵抗率をこのような範囲にすることにより、一対の電極部１２，１２が、高温の排ガスが流れる配管内において、効果的に電極の役割を果たす。ハニカム構造体１においては、電極部１２の電気抵抗率は、ハニカム構造部１１の電気抵抗率より低いものであることが好ましい。尚、電極部の電気抵抗率は、２５℃における値である。また、電極部の電気抵抗率は、四端子法により測定した値である。
各電極部１２，１２のそれぞれに、外部からの電気配線を繋ぐための電極端子突起部１８が配設されていてもよい。電極端子突起部１８の材質は、導電性セラミックであってもよいし、金属であってもよい。電極端子突起部１８の材質は、電極部１２と同じであることが好ましい。また、電極端子突起部１８と外筒４のコネクター６とが、電気配線７によって繋がれていることが好ましい。
ハニカム構造体１（ハニカム構造部１１）には、尿素加水分解触媒４０が備えられていることが好ましい。これにより、効率的に尿素からアンモニアを生成させることができる。尿素加水分解触媒４０としては、酸化アルミニウム等を挙げることができる。
（２−２）尿素噴霧装置：
尿素噴霧装置２は、ソレノイド式、超音波式、圧電アクチュエータ式、又はアトマイザー式であることが好ましい。これらを用いることにより、尿素水溶液を霧状に噴霧することができる。また、これらの中でも、ソレノイド式、超音波式、又は圧電アクチュエータ式を用いると、空気を使用せずに尿素水溶液を霧状に噴霧することができる。そのため、ハニカム構造体１では尿素噴射に用いる空気まで加熱する必要が無くなり加熱するエネルギー量を少なくすることができる。更に、噴射空気が無いことで、噴射体積が減少しハニカム構造体１を「霧状の尿素水溶液」が通過する速度を低下させることが可能であるため、加水分解に必要な反応時間を長く取ることが可能となる。尿素噴霧装置２から噴霧される尿素水溶液の液滴の大きさ（直径）は、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。０．３ｍｍより大きいと、ハニカム構造体１から熱を受けた時に、気化し難くなることがある。
ソレノイド式の尿素噴霧装置２は、「ソレノイドの振動」又は「ソレノイドを用いた電界によるピストンの前後動作」により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。
超音波式の尿素噴霧装置２は、超音波振動により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。
圧電アクチュエータ式の尿素噴霧装置２は、圧電素子の振動により、尿素水溶液を霧状に噴霧する装置である。
アトマイザー式の尿素噴霧装置２は、例えば、管で液体を吸い上げながら「当該管の先端の開口部に吸い上げられた液体」を空気で霧状に吹き飛ばして、当該液体を噴霧する装置である。また、アトマイザー式の尿素噴霧装置２は、ノズルの先端に小さな開口部を複数個形成し、当該開口部より液体を霧状に噴霧する装置であってもよい。
本実施形態の還元剤噴射装置は、尿素水溶液が、尿素噴霧装置２から、ハニカム構造体１の第１端面１３に向かって噴霧されることが好ましい。つまり、尿素噴霧装置２は、尿素水溶液の噴霧方向（液滴が飛び出す方向）が、ハニカム構造体１の第１端面１３を向いていることが好ましい。
（３）還元剤噴射装置の製造方法：
（３−１）ハニカム構造体の製造：
ハニカム構造体１がセラミック製の場合、ハニカム構造体１の製造方法は、以下のような製造方法であることが好ましい。ハニカム構造体１の製造方法は、ハニカム成形体作製工程と、ハニカム乾燥体作製工程と、未焼成電極付きハニカム体作製工程と、ハニカム構造体作製工程とを有するものであることが好ましい。
（３−１−１）ハニカム成形体作製工程：
ハニカム成形体作製工程においては、成形原料を押出成形して、ハニカム成形体を作製することが好ましい。成形原料は、セラミック原料及び有機バインダを含有するものであることが好ましい。成形原料には、セラミック原料及び有機バインダ以外に、界面活性剤、焼結助剤、造孔材、水等が含有されることが好ましい。成形原料は、これらの原料を混合して作製することができる。
成形原料中のセラミック原料は、「セラミック」又は「焼成によりセラミックとなる原料」である。セラミック原料は、いずれの場合も、焼成後には、セラミックとなるものである。成形原料中のセラミック原料は、金属珪素及び炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）を主成分とするものであるか、又は炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）を主成分とするものであることが好ましい。これにより、得られるハニカム構造体１が導電性になる。金属珪素も金属珪素粒子（金属珪素粉末）であることが好ましい。また、「金属珪素及び炭化珪素粒子を主成分とする」とは、金属珪素及び炭化珪素粒子の合計質量が、全体（セラミック原料）の９０質量％以上であることを意味する。また、セラミック原料に含まれる、主成分以外の成分としては、ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＣＯ３、コージェライト等を挙げることができる。
セラミック原料の主成分として炭化珪素を用いた場合には、焼成により炭化珪素が焼結される。また、セラミック原料の主成分として金属珪素及び炭化珪素粒子を用いた場合には、焼成により、金属珪素を結合材として、骨材である炭化珪素同士を結合させることができる。
セラミック原料として、炭化珪素粒子（炭化珪素粉末）及び金属珪素粒子（金属珪素粉末）を用いた場合、炭化珪素粒子の質量と金属珪素粒子の質量との合計に対して、金属珪素粒子の質量が１０〜４０質量％であることが好ましい。炭化珪素粒子の平均粒子径は、１０〜５０μｍが好ましく、１５〜３５μｍが更に好ましい。金属珪素粒子の平均粒子径は、０．１〜２０μｍが好ましく、１〜１０μｍが更に好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素粒子の平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。
有機バインダとしては、メチルセルロース、グリセリン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等を挙げることができる。有機バインダとしては、１種類の有機バインダを用いてもよいし、複数種類の有機バインダを用いてもよい。有機バインダの含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、５〜１０質量部であることが好ましい。
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン等を用いることができる。界面活性剤としては、１種類の界面活性剤を用いてもよいし、複数種類の界面活性剤を用いてもよい。界面活性剤の含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜２．０質量部であることが好ましい。
焼結助剤としては、ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＣＯ３、コージェライト等を用いることができる。焼結助剤としては、１種類の焼結助剤を用いてもよいし、複数種類の焼結助剤を用いてもよい。焼結助剤の含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．１〜３質量部であることが好ましい。
造孔材としては、焼成後に気孔を形成するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材としては、１種類の造孔材を用いてもよいし、複数種類の造孔材を用いてもよい。造孔材の含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、０．５〜１０質量部であることが好ましい。
水の含有量は、セラミック原料の合計質量を１００質量部としたときに、２０〜６０質量部であることが好ましい。
成形原料を押出成形する際には、まず、成形原料を混練して坏土を形成することが好ましい。
次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成することが好ましい。ハニカム成形体は、「流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面から流体の流出側の端面である第２端面まで延びる複数のセル」を、区画形成する多孔質の隔壁１５を有するものである。また、ハニカム成形体は、最外周に位置する外周壁を有するように形成することも好ましい態様である。ハニカム成形体の隔壁は、未乾燥、未焼成の隔壁である。
（３−１−２）ハニカム乾燥体作製工程：
ハニカム乾燥体作製工程は、得られたハニカム成形体を乾燥させて、ハニカム乾燥体を作製する工程であることが好ましい。乾燥条件は、特に限定されず、公知の条件を用いることができる。例えば、８０〜１２０℃で、０．５〜５時間乾燥させることが好ましい。
（３−１−３）未焼成電極付きハニカム体作製工程：
未焼成電極付きハニカム体作製工程は、まず、ハニカム乾燥体の側面に、セラミック原料と水とを含有する電極形成用スラリーを塗布することが好ましい。そして、その後、電極形成用スラリーを乾燥させて未焼成電極を形成して、未焼成電極付きハニカム体を作製することが好ましい。
未焼成電極付きハニカム体は、ハニカム乾燥体に、セルの延びる方向に帯状に延びるとともに周方向にも広がる、幅広の長方形の未焼成電極が形成されたものであることが好ましい。周方向とは、セルの延びる方向に直交する断面において、ハニカム乾燥体の側面に沿った方向のことである。
未焼成電極付きハニカム体作製工程において用いられる電極形成用スラリーは、セラミック原料と水とを含有するものあり、それ以外には、界面活性剤、造孔材、水等を含有することが好ましい。
セラミック原料としては、ハニカム成形体を作製する際に用いられるセラミック原料を用いることが好ましい。例えば、ハニカム成形体を作製する際に用いられるセラミック原料の主成分を炭化珪素粒子及び金属珪素とした場合には、電極形成用スラリーのセラミック原料としても炭化珪素粒子及び金属珪素を用いることが好ましい。
ハニカム乾燥体の側面に、電極形成用スラリーを塗布する方法は特に限定されるものではない。例えば、刷毛を用いて塗布したり、印刷の手法を用いて塗布したりすることができる。
電極形成用スラリーの粘度は、２０℃において、５００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、１０〜２００Ｐａ・ｓであることが更に好ましい。５００Ｐａ・ｓを超えると、電極形成用スラリーをハニカム乾燥体の側面に塗布し難くなることがある。
ハニカム乾燥体に電極形成用スラリーを塗布した後に、電極形成用スラリーを乾燥させて、未焼成電極（未焼成電極付きハニカム体）を形成することが好ましい。乾燥温度は、８０〜１２０℃が好ましい。乾燥時間は、０．１〜５時間が好ましい。
（３−１−４）ハニカム構造体作製工程：
ハニカム構造体作製工程は、未焼成電極付きハニカム体を焼成してハニカム構造体１を作製する工程である。
焼成条件は、ハニカム成形体の製造に用いられたセラミック原料、及び電極形成用スラリーに用いられたセラミック原料の種類によって適宜決定することができる。
また、未焼成電極付きハニカム成形体を乾燥させた後、焼成前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、４００〜５００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。
さらに尿素加水分解触媒４０をハニカム構造体１に担持することが好ましい。尿素加水分解触媒４０としては、例えば、酸化アルミニウムを用いることができる。尿素加水分解触媒４０を、ハニカム構造体１の隔壁１５に担持する方法としては、例えば、尿素加水分解触媒４０のスラリーが貯留された容器に、ハニカム構造体１を浸漬させる。なお、尿素加水分解触媒４０のスラリーの粘度や、含有される尿素加水分解触媒４０の粒径等を調整することによって、隔壁１５の表面だけでなく、隔壁１５の細孔の内部にまで触媒を担持することができ、更に、担持する触媒の量を調節することもできる。また、スラリーの吸引を複数回行うことによって、担持する触媒の量を調節することもできる。
（３−２）還元剤噴射装置の製造：
外筒に、外部からの電気配線を繋ぐコネクターを取り付け、ハニカム構造体１及び尿素噴霧装置２を外筒に収納し、固定して還元剤噴射装置を作製することが好ましい。
外筒４は、ステンレス鋼等の材料を筒状に形成して作製することが好ましい。ハニカム構造体１は、外筒４内に、絶縁保持部によって固定することが好ましい。また、ハニカム構造体１と外筒４との間の絶縁保持部が配設されていない部分（空間）がある場合には、絶縁部材を充填することが好ましい。
（４）還元剤噴射装置の使用方法：
本実施形態の還元剤噴射装置１００（図１を参照）の使用方法は、以下の通りである。
還元剤噴射装置１００は、尿素水溶液を供給することにより、供給された尿素水溶液中の尿素を加水分解して、アンモニアを噴射させることができるものである。尿素水溶液は、アンモニア発生のための原料である。更に、具体的には、ハニカム構造体１に通電して、ハニカム構造体１を昇温（加熱）し、尿素噴霧装置２に尿素水溶液を供給し、尿素噴霧装置２から尿素噴霧空間３内に霧状の尿素水溶液を噴霧することが好ましい。尿素噴霧装置２から尿素水溶液を噴霧する際には、ハニカム構造体１の第１端面１３に向けて噴霧することが好ましい。そして、尿素噴霧空間３内に噴霧された霧状の尿素水溶液（尿素噴霧装置２から噴霧された尿素水溶液ａ）は、ハニカム構造体１で加熱されて蒸発する。そして、尿素水溶液の蒸発により、尿素噴霧空間３内の圧力が上昇するため、尿素及び水は、第１端面１３からハニカム構造体１のセル１６内に入る。そして、セル１６内に供給された尿素が、加熱されたハニカム構造体１の温度により加水分解され、アンモニアｂが生成する。
尿素水溶液の供給量は、排ガスに含まれる窒素酸化物量に対して、当量比で１．０〜２．０であることが好ましい。当量比で１．０以下の場合は浄化されずに排出される窒素酸化物量が増加することがある。ただし、ＳＣＲ触媒５２にＮＯｘ吸蔵機能を設ければ、当量比が１．０を下回る期間があっても良い。当量比で２．０を超えると排ガス中にアンモニアが混入した状態で排ガスが排出される可能性が高くなる恐れがある。
尿素水溶液は、１０〜４０質量％の尿素水溶液が好ましい。１０質量％よりも低いと、ＮＯＸ還元のために多量の尿素水を噴霧する必要があり、ハニカムヒーターで使用する電力量が多くなることがある。４０質量％よりも高いと、寒冷地で尿素が凝固する懸念がある。最も好適な例は、市場で広く流通しているＡｄＢｌｕｅ（３２．５質量％尿素水溶液）を使用することである。
ハニカム構造体１の温度は、１６０℃以上とすることが好ましく、１６０〜６００℃とすることが更に好ましく、２５０〜４００℃とすることが特に好ましい。１６０℃より低いと、尿素を加水分解し難くなることがある。６００℃より高いと、アンモニアが燃焼され、排気管にアンモニアが供給されないことがある。また、ハニカム構造体１の温度は、３６０℃以上とすることが、還元剤噴射装置１００に析出する硫酸水素アンモニウム、硫酸アンモニウム等の硫黄化合物を除去することができる点で好ましい。
ハニカム構造体１に印加する最大電圧は、１２〜２００Ｖとすることが好ましく、１２〜１００Ｖとすることが更に好ましく、１２〜４８Ｖとすることが特に好ましい。１２Ｖより低いと、ハニカム構造体１を昇温し難くなることがある。２００Ｖより高いと、電圧を昇圧させる装置が高価となり好ましく無い。
（５）排ガス処理装置：
本発明の排ガス処理装置の一実施形態（排ガス処理装置２００）は、排気管５１と、還元剤噴射装置１００と、「排気管５１の、アンモニアが噴射される位置より下流側」に配置されたＳＣＲ触媒５２とを備えるものである。還元剤噴射装置１００は、排気管５１内にアンモニアを噴射するものである。排気管５１は、「ＮＯＸを含有する排ガスｃ」を流す配管である。
排気管５１は、各種エンジン等から排出される排ガス（ＮＯＸを含有する排ガスｃ）を通す配管であり、この中で、排ガスとアンモニアとが混合される。排気管５１の大きさは、特に限定されず、本実施形態の排ガス処理装置２００を取り付けるエンジン等の排気系に合わせて、適宜決定することができる。また、排気管５１の、ガスの流れる方向における長さは、特に限定されないが、還元剤噴射装置１００とＳＣＲ触媒５２との間の距離を適切な距離とすることが可能な長さであることが好ましい。
排気管５１の材質は、特に限定されるものではないが、排ガスによる腐食が発生し難いものが好ましい。排気管５１の材質としては、例えば、ステンレス鋼等が好ましい。
排気管５１は、還元剤噴射装置１００の上流で分岐され、分岐流路５１ａは、キャリアガス導入口８に接続されている。この実施形態では、排ガスをキャリアガスｆとして用いることができる。また、分岐流路５１ａには、キャリアガスｆを加熱するためのキャリアガス加熱装置４５が備えられている。
還元剤噴射装置１００は、排気管５１に装着されて、排気管５１内にアンモニアを噴射するものである。還元剤噴射装置１００から排気管５１内にアンモニアを噴射することにより、排気管５１内でアンモニアと排ガスとの混合ガスｄが生成する。
本実施形態の排ガス処理装置２００は、「排気管５１の、アンモニアが噴射される位置より下流側」に配置されたＳＣＲ触媒５２を備えるものである。ＳＣＲ触媒は、触媒体（ＳＣＲ触媒が、セラミックハニカム構造体に担持されたもの）の状態で、排気管５１の下流側に配置されることが好ましい。
ＳＣＲ触媒としては、具体的には、バナジウム系触媒やゼオライト系触媒等を挙げることができる。
ＳＣＲ触媒５２を、ハニカム構造体に担持された触媒体５３として、使用する場合には、当該触媒体５３を収納容器５４内に収納し、当該収納容器５４を排気管５１の下流側に装着することが好ましい。
ＳＣＲ触媒５２を担持するハニカム構造体は、特に限定されず、「ＳＣＲ触媒を担持するセラミックハニカム構造体」として公知のものを用いることができる。
排気管５１の上流側には、排ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタが配置されていることが好ましい。粒子状物質を捕集するためのフィルタとしては、例えば、ハニカム形状のセラミック製のディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）５５を挙げることができる。また、排気管５１の上流側には、排ガス中の炭化水素や一酸化炭素を除去するための酸化触媒５６が配置されていることが好ましい。酸化触媒は、セラミック製のハニカム構造体に担持された状態（酸化触媒体）であることが好ましい。酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属が好適に用いられる。
ＳＣＲ触媒５２の下流側には、アンモニアを除去するためのアンモニア除去触媒（酸化触媒）を配置することが好ましい。これにより、排ガス中のＮＯＸの除去に使用されなかった余分なアンモニアが下流側に流れて行ったときに、そのアンモニアが外部に排出されることを防止することができる。酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属が好適に用いられる。
（６）排ガス処理方法：
排ガス処理方法の一実施形態は、図３に示される本発明の排ガス処理装置の一実施形態（排ガス処理装置２００）を用いて、排気管５１に排ガスｃを流し、排ガスｃにアンモニアｂを噴射し、混合ガスをＳＣＲ触媒５２で還元処理する方法である。これにより、ＮＯＸ除去後の排ガスｅが得られる。上記排ガスｃは、ＮＯＸを含有するものである。上記混合ガスは、「アンモニアが混入した排ガス」であり、アンモニアと排ガスとの混合ガスｄである。アンモニアｂの噴射は、還元剤噴射装置１００によって行う。
本発明の還元剤噴射装置１００は、尿素噴霧装置２とハニカム構造体１との間に、ハニカム構造体１内のガスの流れを促進するための、キャリアガスｆを導入するキャリアガス導入口８を備えている。本発明の排ガス処理方法は、キャリアガス導入口８からキャリアガスｆを導入しつつ、尿素噴霧装置２から尿素水溶液を、ハニカム構造部１１の第１端面１３からセル１６内に供給し、アンモニアを生成して外部に噴射し、ＮＯＸを含有する排ガスを処理する。
ハニカム構造体１にキャリアガスｆを流すことで、ハニカム構造体１内部の発熱分布が小さくなり発熱ムラを抑えることができる。このため、ハニカム構造体１により高い電力を供給することができる。ハニカム構造体１にキャリアガスｆを流すことで、ハニカム構造体１内に尿素が残留することを抑制できるため、デポジットの生成限界を上げることができる。加熱分解されたＮＨ３をキャリアガスｆによって外部に排出させることができるため、応答性が向上する。キャリアガスｆ自体を高温にすることで、ハニカム構造体１に供給する電力を低く設定することができる。この場合、尿素噴射量が少ないときは、電力が０Ｗの場合もあり得る。
ハニカム構造体１の第１端面１３の温度は、１５０℃以上となるようにキャリアガスの温度と流量、およびヒーター出力を調整することが好ましい。また、ハニカム構造体１の温度が、２５０℃以上であることが好ましい。
ハニカム構造体１の第１端面１３の温度を、１５０℃以上、好ましくは、２５０℃以上とするためには、キャリアガスｆの温度と流量とを調整する。また、ハニカム構造体１に電極部１２から供給される電力で調整することもできる。言い換えると、ヒーター出力で調整することもできる。一例としては、キャリアガスｆの温度は、１８０℃以上、流量は、１０Ｌ／分以上であることが好ましい。ハニカム構造体１に電極部１２から供給される電力は、１５０〜５００Ｗであることが好ましい。
還元剤噴射装置１００から噴射するアンモニアの噴射量は、排ガスに含まれる窒素酸化物量に対して、当量比で１．０〜２．０であることが好ましい。当量比で１．０以下の場合は、浄化されずに排出される窒素酸化物量が増加することがある。当量比で２．０を超えると、排ガス中にアンモニアが混入した状態で排ガスが排出される可能性が高くなる恐れがある。
尿素水溶液の噴霧量及びハニカム構造体１の温度（印加する電圧）は、電子制御装置によって、制御することが好ましい。また、ハニカム構造体１の抵抗値から温度を算出し、算出された温度が所望の温度になるように、ハニカム構造体１の温度を制御することが好ましい。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜１９、比較例１〜８）
図１に示されるような、還元剤噴射装置を作製した。具体的には、以下の通りである。まず、ハニカム構造体１を作製した。以下、具体的に説明する。
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを７０：３０の質量割合で混合し、セラミック原料を調製した。そして、セラミック原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。そして、成形原料を真空土練機により混練し、円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量はセラミック原料を１００質量部としたときに７質量部であった。造孔材の含有量はセラミック原料を１００質量部としたときに３質量部であった。水の含有量はセラミック原料を１００質量部としたときに４２質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は２０μｍであり、金属珪素粉末の平均粒子径は６μｍであった。また、造孔材の平均粒子径は、２０μｍであった。炭化珪素、金属珪素及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。
得られた円柱状の坏土を押出成形機を用いて成形し、四角柱状（セルの延びる方向に直交する断面が正方形の柱状）のハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥し、両端面を所定量切断した。
次に、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを６０：４０の質量割合で混合し、電極部用セラミック原料を作製した。そして、電極部用セラミック原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、保湿剤としてグリセリン、分散剤として界面活性剤を添加すると共に、水を添加して、混合した。混合物を混練して電極部形成原料とした。
次に、電極部形成原料を、乾燥させたハニカム成形体の側面における平行な２面に、帯状に塗布した。電極部形成原料は、乾燥させたハニカム成形体の「４つの平面を有する側面（４つの側面）」の中の、１つの側面に帯状に塗布するとともに、当該「塗布された側面」に対して平行な１つの側面に帯状に塗布した。ハニカム成形体の側面に塗布された電極部形成原料の形状（外周形状）は、長方形とした。
次に、ハニカム成形体に塗布した電極部形成原料を乾燥させた。乾燥条件は、７０℃とした。
次に、電極形成材料と同一部材を使用し電極端子突起部形成用部材を得た。
次に、２つの電極端子突起部形成用部材のそれぞれを、ハニカム成形体の２箇所の電極部形成原料を塗布した部分のそれぞれに貼り付けた。その後、ハニカム成形体を、脱脂し、焼成し、更に酸化処理してハニカム構造体１を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。酸化処理の条件は、１３００℃で１時間とした。
得られたハニカム構造体１の隔壁１５の厚さは０．１５２ｍｍであり、セルピッチは１．１１ｍｍであった。また、ハニカム構造部１１の単位体積当たりの表面積は、３１．１ｃｍ２／ｃｍ３であった。また、ハニカム構造体１の形状は、底面が正方形の柱状であった。ハニカム構造体１の底面の一辺は、３０ｍｍであった。また、ハニカム構造体１のセル１６の延びる方向における長さは２５ｍｍであった。また、電極部の電気抵抗率は、０．１Ωｃｍであり、ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、１．４Ωｃｍであった。ハニカム構造体１には、目封止部は形成しなかった。
外筒４をステンレス鋼により作製した。外筒４の外周に、電気配線用のコネクター６を２個装着した。外筒４内に、ハニカム構造体１を挿入し、絶縁保持部材で固定した。そして、ハニカム構造体１の電極端子突起部１８と、外筒４のコネクター６とを電気配線でつないだ。また、外筒４の入口側端部内にソレノイド式の尿素噴霧装置２を装着し、還元剤噴射装置１００を得た。
尿素噴霧装置２とハニカム構造体１との間に、ハニカム構造体１内のガスの流れを促進するための、キャリアガスｆを導入するキャリアガス導入口８を備えた還元剤噴射装置１００を作製した（図１参照）。ただし、試験ではキャリアガスｆとしては、コンプレッサーによるエアーを用いた。尿素添加量、キャリアガスｆの温度、流量、ハニカム構造体１に供給する電力を変化させながら、アンモニアを生成した。ハニカム構造体１内に温度センサを、径方向に５箇所、軸方向に２箇所の計１０箇所取り付け、ハニカム構造体１内の温度を測定した。そのときの第１端面１３の最高温度（ヒーター前面最高温度）と、ハニカム構造体１内の最低温度（ヒーター最低温度）とを測定した。表に結果を示す。尿素水溶液噴射量は噴射した尿素水（ＡｄＢｌｕｅ（３２．５質量％尿素水溶液））の量である。キャリアガスｆの測温は、第１端面１３の上流２ｍｍの中心部で行った。キャリアガスｆの流量は、ハニカム構造体１を加熱する前に、常温で測定したときの値である。表１に記載の量の尿素を添加しつつ３０分間の実験を行った後、破損、デポジットの発生を調べた。ハニカム構造体１（基材）が破損していなかった場合をＡ、破損していた場合をＢとして示す。また、デポジットが発生しなかった場合をＡ、発生した場合をＢで示す。ヒーター（ハニカム構造体１）の破損は目視観察により、クラックの有無で判断した。破損していた場合、外筒４から取り外すと、ハニカム構造体１が破損部で分断した。デポジットの発生については、ハニカム構造体１の第１端面１３を目視観察しデポジットの有無を判断した。また、ハニカム構造体１の内部についてはＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）観察でデポジットの有無を判断した。
Figure 0006676438
比較例１は、キャリアガスｆを導入しなかったため、最高温度が９００℃を超えた。これは、ハニカム構造体１が破損した。一方、キャリアガスｆを導入した実施例１〜７では、最高温度が９００℃以下であった。このため、ハニカム構造体１が熱により破損することはなかった。また、ハニカム構造体１の第１端面１３の最低温度が１５０℃以上であると、デポジットが発生しなかった。
さらに、キャリアガスやヒーター出力を調整して、デポジットの発生を調べた。なお、表２には、表１と同じデータも含まれている。
Figure 0006676438
Figure 0006676438
表に示すように、ヒーター（ハニカム構造体１）の第１端面１３の温度が１５０℃未満の場合、デポジットが発生した。
本発明の還元剤噴射装置、及び排ガス処理方法は、各種エンジン等から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化するのに好適に利用することができる。
１：ハニカム構造体、２：尿素噴霧装置、３：尿素噴霧空間、４：外筒、５：絶縁保持部、６：コネクター、７：電気配線、８：キャリアガス導入口、１１：ハニカム構造部、１２：電極部、１３：第１端面、１４：第２端面、１５：隔壁、１６：セル、１７：外周壁、１８：電極端子突起部、２１：（外筒の）入口側端部、２２：（外筒の）出口側端部、２３：噴射口、４０：尿素加水分解触媒、４５：キャリアガス加熱装置、５１：排気管、５１ａ：分岐流路、５２：ＳＣＲ触媒、５３：触媒体、５４：収納容器、５５：ＤＰＦ、５６：酸化触媒、１００：還元剤噴射装置、２００：排ガス処理装置、ａ：尿素噴霧装置から噴霧された尿素水溶液、ｂ：アンモニア、ｃ：排ガス、ｄ：アンモニアと排ガスとの混合ガス、ｅ：ＮＯＸ除去後の排ガス、ｆ：キャリアガス。

Claims (10)

  1. 流体の流路となり流体の流入側の端面である第１端面から流体の流出側の端面である第２端面まで延びる複数のセルを、区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム構造部、及び前記ハニカム構造部の側面に配設され、前記第１端面における温度が９００℃以下となるように前記ハニカム構造部を発熱させるための、少なくとも一対の電極部を有するハニカム構造体と、
    尿素水溶液を霧状に噴霧する尿素噴霧装置とを備え、
    前記一対の電極部のそれぞれが、前記ハニカム構造部のセルの延びる方向に延びる帯状に形成され、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記一対の電極部における一方の前記電極部が、前記一対の電極部における他方の前記電極部に対して、前記ハニカム構造部の中心を挟んで反対側に配設され、
    前記尿素噴霧装置と前記ハニカム構造体との間に、前記ハニカム構造体内のガスの流れを促進するための、キャリアガスを導入するキャリアガス導入口を備え、
    前記尿素噴霧装置から前記ハニカム構造体の前記第１端面に向かって噴霧された前記尿素水溶液が、前記ハニカム構造部の前記第１端面から前記セル内に供給され、前記ハニカム構造部内で加熱されて蒸発し、前記セル内に供給された前記尿素水溶液中の尿素が、前記第１端面の温度が９００℃以下に通電加熱された前記ハニカム構造部内で加熱されて加水分解されて、アンモニアが生成し、前記アンモニアが前記第２端面から前記ハニカム構造部の外側に排出され、前記アンモニアが前記ハニカム構造体を収容する外筒の外部に噴射される還元剤噴射装置。
  2. 前記キャリアガス導入口の上流に前記キャリアガスを加熱するためのキャリアガス加熱装置を備える請求項１に記載の還元剤噴射装置。
  3. 前記ハニカム構造体は、筒状の外筒の中に収容されており、
    前記ハニカム構造体と前記外筒とを絶縁する絶縁保持部をさらに有し、該絶縁保持部が前記外筒の中で前記ハニカム構造体を固定する請求項１または２に記載の還元剤噴射装置。
  4. 前記尿素噴霧装置が、噴霧される尿素水溶液の液滴の直径が０．３ｍｍ以下となるように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の還元剤噴射装置。
  5. 前記ハニカム構造体の前記隔壁の材質が、珪素−炭化珪素複合体、又は炭化珪素を含むセラミックである請求項１〜４のいずれか１項に記載の還元剤噴射装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の還元剤噴射装置を用いて、
    前記キャリアガス導入口から前記キャリアガスの温度と流量、およびヒーター出力を調整して、前記第１端面の温度が１５０℃以上となるように前記キャリアガスを導入しつつ、
    前記尿素噴霧装置から前記尿素水溶液を、前記ハニカム構造部の前記第１端面から前記セル内に供給し、前記アンモニアを生成して前記還元剤噴射装置の外部に噴射し、ＮＯＸを含有する排ガスを処理する排ガス処理方法。
  7. 前記ハニカム構造部の温度が、２５０℃以上である請求項６に記載の排ガス処理方法。
  8. エンジンから排出される排ガスを通す排気管と、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の還元剤噴射装置と、
    前記還元剤噴射装置がアンモニアを噴射する位置よりも下流側に配置された選択触媒還元型ＮＯＸ触媒と、
    を有し、
    前記排気管は、前記還元剤噴射装置の上流で分岐する分岐流路を有し、前記分岐流路が前記キャリアガス導入口に接続され、前記排ガスを前記キャリアガスとして用いるように構成されている、排ガス処理装置。
  9. 前記分岐流路には、前記キャリアガスを加熱するためのキャリアガス加熱装置が備えられている請求項８に記載の排ガス処理装置。
  10. エンジンから排出される排ガスを通す排気管と、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の還元剤噴射装置と、
    前記還元剤噴射装置がアンモニアを噴射する位置よりも下流側に配置された選択触媒還元型ＮＯＸ触媒と、
    を有し、
    外部装置から供給したエアーを前記キャリアガスとして用いるように構成されている、
    排ガス処理装置。
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