特許 6019913 触媒反応装置及び車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6019913

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】触媒反応装置及び車両

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20161020BHJP

   B01J 35/02 20060101ALI20161020BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20161020BHJP

   F28D 20/00 20060101ALI20161020BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/24 L

   B01J35/02 GZAB

   B01D53/94 222

   F28D20/00 H

   F01N3/20 D

【請求項の数】13

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-179633(P2012-179633)

(22)【出願日】2012年8月13日

(65)【公開番号】特開2014-37791(P2014-37791A)

(43)【公開日】2014年2月27日

【審査請求日】2015年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】廣田 靖樹

(72)【発明者】

【氏名】志満津 孝

(72)【発明者】

【氏名】山内 崇史

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 潤也

(72)【発明者】

【氏名】山崎 貴文

(72)【発明者】

【氏名】針生 聡

【審査官】 石川 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０４８１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５８６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６５８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６３６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３５７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−１１／００

Ｂ０１Ｄ ５３／７３−５３／９６

Ｂ０１Ｊ ２１／００−３８／７４

Ｆ２８Ｄ １７／００−２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアが固定化されるときに放熱しアンモニアが脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を含む暖機手段と、
ガスを浄化する浄化触媒を含み前記暖機手段との間で熱交換する触媒層Ａ、及び、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記触媒層Ａの前記暖機手段と対向しない側に配置された触媒層Ｂを有する触媒反応部と、
前記触媒層Ａのガス供給側に設けられ該触媒層Ａへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ａと、
を備えた触媒反応装置。

【請求項2】

前記供給量調整手段Ａが、バタフライバルブである請求項１に記載の触媒反応装置。

【請求項3】

更に、前記触媒層Ｂのガス供給側に設けられ該触媒層Ｂへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ｂを備えた請求項１又は請求項２に記載の触媒反応装置。

【請求項4】

前記供給量調整手段Ｂが、バタフライバルブである請求項３に記載の触媒反応装置。

【請求項5】

更に、
前記触媒反応部のガス供給側に設けられガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度が閾値Ｔ１以上であるときに前記触媒層Ａへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Ａによるガスの供給を制御する制御手段と、
を備えた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の触媒反応装置。

【請求項6】

更に、
前記触媒層Ｂのガス供給側に設けられ該触媒層Ｂへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ｂを備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値Ｔ２以下（但し、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たす）であるときに前記触媒層Ｂへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Ｂによるガスの供給を制御する請求項５に記載の触媒反応装置。

【請求項7】

前記触媒層Ａ及び前記触媒層Ｂに供給されるガスの供給方向と直交する平面において、前記暖機手段、前記触媒層Ａ、及び前記触媒層Ｂがこの順に配置されている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の触媒反応装置。

【請求項8】

前記触媒層Ａ及び前記触媒層Ｂに供給されるガスの供給方向と直交する平面において、前記触媒層Ｂの周囲に前記触媒層Ａが配置され、前記触媒層Ａの周囲に前記暖機手段が配置されている請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の触媒反応装置。

【請求項9】

更に、前記触媒層Ａと前記触媒層Ｂとの間に断熱層を備えた請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の触媒反応装置。

【請求項10】

前記暖機手段は、前記化学蓄熱材の少なくとも一種として金属塩化物を含む請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の触媒反応装置。

【請求項11】

前記金属塩化物が、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される請求項１０に記載の触媒反応装置。

【請求項12】

内燃機関と、内燃機関から排出された排ガスが流入する請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の触媒反応装置と、を備えた車両。

【請求項13】

前記内燃機関としてディーゼルエンジンを備え、
更に、排ガス流通方向における前記触媒反応装置の下流に炭素質浄化手段を備えた請求項１２に記載の車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化学蓄熱材を利用した触媒反応装置及び車両に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球の環境保全の一環として二酸化炭素の排出削減が強く求められており、省エネルギー化や排熱利用を促進する技術に対する取り組みが盛んに行なわれている。その例の１つとして、高効率に蓄熱する技術が研究されており、例えば、単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が大きく長期間の蓄熱が可能な化学蓄熱技術が挙げられる。

【0003】

化学蓄熱技術としては、金属塩にアンモニアを固定化する技術が挙げられ、例えば、アルカリ土類金属や遷移金属の塩化物がアンモニアを吸蔵又は放出する際、発熱又は吸熱することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
具体的な一例として、加熱源の供給により内部に装入された金属塩化物のアンミン錯体から放出されるアンモニアガス圧力を保持する固相反応器と、該固相反応器に接続されアンモニアガスを冷却水の供給により凝縮する凝縮器を備えたケミカル蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

また、下記の可逆反応を利用し、低温環境下では酸化カルシウムに水を供給して発熱反応を行なわせることで、排ガスの浄化装置の浄化触媒を暖機する触媒暖機装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）_２＋ Ｑ （可逆反応）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平６−１０９３８８号公報

【特許文献2】特開昭５９−２０８１１８号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．７７（２００４）１２３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記従来の技術のうち、ケミカル蓄熱装置は、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を備えるため、気／液相変化を制御する機構が必要であり、装置が複雑化する傾向がある。

【0008】

また、酸化カルシウムに水を反応させて暖機する触媒暖機装置では、水を必要とするため、氷点下での作動は困難である。また、暖機後の再生反応（ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ←Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｑ）に４００℃以上の熱が必要とされるため、エンジンからの排ガスからその熱を得ようとすると長時間を要し、運転状態によっては再生が完了せず、次の始動時に暖機が行なえない可能性がある。

【0009】

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、低温（例えば氷点下）を含む広い温度範囲で作動し、且つ、従来よりも低い温度（例えば１６０℃程度）で安定的に再生できる暖機機能を備え、使用温度環境に依らず高い触媒活性を発現する触媒反応装置、及び使用温度環境に依らず安定的に排ガスの浄化が行なわれる車両を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
即ち、第１の発明である触媒反応装置は、アンモニアが固定化されるときに放熱しアンモニアが脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を含む暖機手段と、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記暖機手段との間で熱交換する触媒層Ａ、及び、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記触媒層Ａの前記暖機手段と対向しない側に配置された触媒層Ｂを有する触媒反応部と、を備えて構成される。

【0011】

第１の発明では、暖機手段における熱輸送の媒体として水ではなくアンモニアを用いることで、特に低温環境下（氷点下を含む）で安定的な暖機機能が確保される。
具体的には、エンジン等の内燃機関から排出されるガス（排ガス）を浄化する浄化触媒を含む触媒層のうち、その一部である触媒層Ａに対して、アンモニアの脱着により吸発熱する化学蓄熱材を用いた暖機手段を、この触媒層Ａとの間で熱交換可能に（好ましくは前記触媒層Ａに接触させて）配置したことにより、低温環境下（氷点下を含む）においても迅速に触媒層Ａ中の浄化触媒を暖機できるので、低温を含む広い温度範囲に渡り、触媒反応装置全体として高い触媒活性を発現させることができる。
更に、第１の発明における暖機手段は、熱輸送の媒体として水ではなくアンモニアを用いるので、熱輸送の媒体として水を用いた暖機手段の再生温度（例えば４００℃以上）と比較して、低い温度（例えば１６０℃程度）で安定的に再生できる。ここで、再生とは、化学蓄熱材に固定化されたアンモニアを脱離させることを指す。暖機手段の再生は、暖機手段との間で熱交換する触媒層Ａに供給されたガスの熱を利用して行なうことができる。

【0012】

従って、第１の発明によれば、低温（例えば氷点下）を含む広い温度範囲で作動し、且つ、従来よりも低い温度（例えば１６０℃程度）で安定的に再生できる暖機機能を備え、使用温度環境に依らず高い触媒活性を発現する触媒反応装置が提供される。

【0013】

第１の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Ａのガス供給側に設けられ該触媒層Ａへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ａを備える。

【0014】

前記触媒反応装置が前記供給量調整手段Ａを備えることにより、ガスが高温（例えば６００℃程度）である場合において、暖機手段との間で熱交換する触媒層Ａへの高温のガスの供給量を減少させることができる。これにより、触媒層Ａに供給されたガスの熱により暖機手段におけるアンモニアが熱分解する現象を抑制できる（即ち、高温のガスの熱から暖機手段を保護できる）。この場合、高温のガスの浄化は、主に、暖機手段との間に触媒層Ａを介して設けられた触媒層Ｂによって行なうことができる。

【0015】

ここで、アンモニアの熱分解について詳述する。
アンモニアは、例えば６００℃といった高温下に曝されると、水素と窒素とに熱分解し易い性質がある。従って、アンモニアを利用した暖機手段との間で熱交換する触媒層Ａに高温（６００℃程度）のガスが供給されると、このガスの熱によって暖機手段におけるアンモニアが熱分解し、該暖機手段による暖機機能が安定的に保たれない可能性がある。
例えばディーゼルエンジンを備えた車両などは、エンジンから排出される排ガス中に、一般に窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）や一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などに加え、煤、燃料やエンジンオイルの燃えかすである可溶有機成分（ＳＯＦ：Soluble Organic Fraction）等の炭素質を主成分とする粒子状物質（Particulate Matter；以下、ＰＭと略記することがある。）が含まれている。そのため、排ガス中の粒子状物質を減少させるためのフィルタ〔ＤＰＦ（＝Diesel particulate filter）；以下、ＤＰＦ〕を設け、排ガスの浄化が行なわれている。このＤＰＦには、基材に貴金属を担持させたＤＰＦ触媒もある。そして、ＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼処理により、ＤＰＦのＰＭを除去すること（以下、この動作を「ＤＰＦ再生」ともいう）が行なわれるが、ＰＭ除去（ＤＰＦ再生）は６００℃以上に及ぶ高温度で行なわれる。したがって、ＤＰＦを備えた排気系においては、特にアンモニアの熱分解が起きやすい。
第１の発明に係る触媒反応装置が前記供給量調整手段Ａを備えることにより、上述したアンモニアの熱分解が抑制され、暖機手段による暖機機能が安定的に保たれる。

【0016】

前記供給量調整手段Ａは、触媒層Ａへのガス供給量を減少させるだけでなく、（例えば、触媒層Ａへのガス供給量を減少させた後に、触媒反応部に供給されるガスの温度が低下した場合等において、）触媒層Ａへのガス供給量を増大させることもできる。
前記供給量調整手段Ａとしては、調整弁（例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ等）であることが好ましく、バタフライバルブであることがより好ましい。これにより、触媒層Ａへのガス供給量の調整をより効果的に行なうことができる。

【0017】

第１の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Ｂのガス供給側に設けられ該触媒層Ｂへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ｂを備えることが好ましい。

【0018】

一般に、ガスを浄化する浄化触媒は、低温（例えば２５℃）条件において触媒活性が不足する場合がある。この点に関し、前記触媒反応装置が前記供給量調整手段Ｂを備えることにより、ガスが低温である場合において、暖機手段との間に触媒層Ａを介して設けられた触媒層Ｂへの低温のガスの供給量を減少させることができるので、触媒層Ｂの触媒活性の不足による浄化効率の低下をより効果的に抑制できる。これにより、ガスが低温である場合において、触媒反応装置（触媒反応部）全体としてガスの浄化を促進させることができる。この場合、低温のガスの浄化は、主に、暖機手段によって暖機される触媒層Ａによって行なうことができる。

【0019】

前記供給量調整手段Ｂは、触媒層Ｂへのガス供給量を減少させるだけでなく、（例えば、触媒層Ｂへのガス供給量を減少させた後、触媒反応部に供給されるガスの温度が上昇した場合等において、）触媒層Ｂへのガス供給量を増大させることもできる。
前記供給量調整手段Ｂは、調整弁（例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ等）であることが好ましく、バタフライバルブであることがより好ましい。これにより、触媒層Ｂへのガス供給量の調整をより効果的に行なうことができる。

【0020】

第１の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Ａのガス供給側に設けられ該触媒層Ａへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ａと、前記触媒反応部のガス供給側に設けられガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値Ｔ１以上であるときに触媒層Ａへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Ａによるガスの供給を制御する制御手段と、を備えることが好ましい。

【0021】

前記触媒反応装置が供給量調整手段Ａを備えることにより、前述のとおり、触媒層Ａとの間で熱交換する暖機手段におけるアンモニアの熱分解をより効果的に抑制することができる。
このとき、更に、前記温度検出手段と前記制御手段とを備えることにより、触媒層Ａへの供給前の排ガスの温度を温度検出手段によって検出し、検出された温度が高温（閾値Ｔ１以上）である場合に触媒層Ａへのガスの供給量を減少させる動作を自動的に行なうことができるので、暖機手段におけるアンモニアの熱分解をより効果的に抑制することができる。

【0022】

前記閾値Ｔ１には特に制限はないが、例えば３００℃〜５００℃（好ましくは３５０℃〜４５０℃）の範囲で設定することができる。

【0023】

第１の発明に係る触媒反応装置では、前記供給量調整手段Ａ、前記温度検出手段、及び前記制御手段を備える場合において、更に、前記触媒層Ｂのガス供給側に設けられ該触媒層Ｂへのガスの供給量を調整する供給量調整手段Ｂを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が閾値Ｔ２以下（但し、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たす）であるときに触媒層Ｂへのガスの供給量が減少するように前記供給量調整手段Ｂによるガスの供給を制御する形態が好ましい。

【0024】

前記触媒反応装置が供給量調整手段Ｂを備えることにより、前述のとおり、排ガスが低温である場合において、触媒層Ｂの触媒活性の不足による浄化効率の低下をより効果的に抑制できる。
このとき、更に、前記供給量調整手段Ａ、前記温度検出手段、及び前記制御手段を備え、かつ、前記温度検出手段及び前記制御手段を上記の形態とすることにより、触媒層Ｂへの供給前の排ガスの温度を温度検出手段によって検出し、検出された温度が低温（閾値Ｔ２以下；但し、Ｔ１＞Ｔ２）である場合に触媒層Ｂへのガスの供給量を減少させる動作を自動的に行なうことができるので、触媒層Ｂの触媒活性の不足によるガス浄化効率の低下をより効果的に抑制できる。
詳細には、上記形態では、触媒層Ａ及び触媒層Ｂへの供給前のガスの温度を温度検出手段によって検出し、検出された温度が高温（閾値Ｔ１以上）である場合には触媒層Ａへのガスの供給量を減少させ、かつ、検出された温度が低温（閾値Ｔ２以下；但し、Ｔ１＞Ｔ２）である場合には触媒層Ｂへのガスの供給量を減少させる動作が自動的に行なわれる。
従って、上記形態によれば、ガスが高温（閾値Ｔ１以上）である場合におけるアンモニアの熱分解の抑制と、ガスが低温（閾値Ｔ２以下）である場合における浄化効率の低下の抑制と、が効果的に両立される。

【0025】

前記閾値Ｔ２は、例えば５０℃〜２５０℃（好ましくは１００℃〜２５０℃、より好ましくは１５０℃〜２５０℃）の範囲で設定することができる。

【0026】

第１の発明に係る触媒反応装置では、前記触媒層Ａ及び前記触媒層Ｂに供給されるガスの供給方向と直交する平面において、前記暖機手段、前記触媒層Ａ、及び前記触媒層Ｂがこの順に配置されていることが好ましい。
これにより、触媒層Ａと暖機手段とが熱交換する面積（好ましくは触媒層Ａと暖機手段との接触面積）をより広く確保できるので、暖機手段による触媒層Ａの暖機効果をより向上させることができる。

【0027】

第１の発明に係る触媒反応装置では、前記触媒層Ａ及び前記触媒層Ｂに供給されるガスの供給方向と直交する平面において、前記触媒層Ｂの周囲に前記触媒層Ａが配置され、前記触媒層Ａの周囲に前記暖機手段が配置されていることが好ましい。
これにより、触媒層Ａと暖機手段とが熱交換する面積（好ましくは触媒層Ａと暖機手段との接触面積）をより広く確保できるので、暖機手段による触媒層Ａの暖機効果をより向上させることができる。
一方、前記平面において、触媒層Ｂの断面積は触媒反応部全体の断面積より小さくなるが、触媒層Ｂのみで浄化を行なう際のガスの温度は高温（例えば、閾値Ｔ２以上）であることが多いため、断面積が小さい触媒層Ｂによっても触媒活性（浄化効率）がある程度確保される。

【0028】

第１の発明に係る触媒反応装置では、更に、前記触媒層Ａと前記触媒層Ｂとの間に断熱層を備えることが好ましい。
これにより、触媒層Ａと触媒層Ｂとの断熱性が向上され、触媒層Ｂに供給された高温のガスの熱が触媒層Ａに伝わりにくくなるので、触媒層Ａとの間で熱交換する暖機手段におけるアンモニアの分解を抑制できる。
例えば、触媒反応装置が供給量調整手段Ａを備える場合には、供給量調整手段Ａによって触媒層Ａへのガスの供給量を低下させたことによる効果がより効果的に奏される。

【0029】

第１の発明に係る触媒反応装置では、前記暖機手段は、化学蓄熱材の少なくとも一種として金属塩化物を用いて構成された態様が好ましく、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される金属塩化物を有している態様がより好ましい。

【0030】

金属塩化物は、高い蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）が得られる点で好適であり、浄化触媒の暖機機能を高めることができる。アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物は、暖機機能をより高める点で有用である。
なお、蓄熱密度は、アンモニアの脱離により金属塩化物１ｋｇあたりに蓄熱される熱量（ｋＪ）を示す。
前記金属塩化物としては、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２、ＢａＣｌ_２、ＭｎＣｌ_２、ＣｏＣｌ_２、及びＮｉＣｌ_２の少なくとも一種であることがより好ましい。

【0031】

第１の発明に係る触媒反応装置では、前記供給量調整手段Ａ及び前記供給量調整手段Ｂの少なくとも一方が、バタフライバルブであることが好ましい。
これにより、触媒層Ａ及び触媒層Ｂへのガス供給量の調整をより効果的に行なうことができる。

【0032】

また、第１の発明に係る触媒反応装置では、暖機手段が、少なくとも１つのアンモニア供給口と、化学蓄熱材及びアンモニア供給口の間に配置され、供給されたアンモニアを拡散すると共に化学蓄熱材と接触させる多孔体とを有している態様に構成されるのが好ましい。

【0033】

アンモニアを供給するためのアンモニア供給口を１つ又は複数設け、暖機手段内に配置された化学蓄熱材にアンモニアが供給されると、アンモニアの化学蓄熱材への化学吸着に伴なう発熱反応で触媒の暖機が開始される。このとき、アンモニア供給口と化学蓄熱材との間に気体が流通可能な孔を多数有する多孔体が設けられていると、アンモニアが多孔体内を流通して拡散しながら化学蓄熱材に供給されるので、化学蓄熱材での発熱反応を広範な範囲にわたって均一に生じさせることができる。

【0034】

次に、第２の発明である車両は、内燃機関と、内燃機関から排出された排ガスが流入する第１の発明である触媒反応装置とを設けて構成される。

【0035】

第２の発明である車両では、内燃機関から排出された排ガスが本発明の触媒反応装置に送られ、浄化されるので、使用環境が低温域（氷点下を含む）である場合でも、安定的に浄化機能を発現させることができる。これにより、車両から排出される排ガスの有害成分の除去が高効率に行なわれる。

【0036】

第２の発明は、内燃機関としてディーゼルエンジンを備えており、更に、該ディーゼルエンジンから排出された排ガスの流通方向における触媒反応装置の下流に、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を減少させる炭素質浄化手段（例えばＤＰＦ）を設けて構成されていることが好ましい。

【0037】

炭素質浄化手段では、ＰＭが堆積し、そのフィルタ壁面に堆積したり壁内部に流れ込んで蓄積されたＰＭがフィルタの細孔を詰まらせる一因となるため、例えば６００℃以上の高温の排ガスを流通し、ＰＭを除去処理するＤＰＦ再生モードが実行される場合がある。このような場合に、暖機時に使用されたアンモニアが６００℃以上の高温下に曝されるのを防ぎ、アンモニアが水素と窒素に熱分解するのを防ぐので、暖機機能を長期に亘り安定的に維持することができる。

【発明の効果】

【0038】

本発明によれば、低温（例えば氷点下）を含む広い温度範囲で作動し、且つ、従来よりも低い温度（例えば１６０℃程度）で安定的に再生できる暖機機能を備え、使用温度環境に依らず高い触媒活性を発現する触媒反応装置が提供される。
また、本発明によれば、使用温度環境に依らず安定的に排ガスの浄化が行なわれる車両が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の実施形態の触媒反応装置が搭載された自動車の熱系統の一部を示した概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態の触媒反応装置の一例の構成を示す概略断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）である。

【図3】本発明の実施形態の触媒反応装置の一例の構成を示す概略断面図（図１のＢ−Ｂ線断面図）である。

【図4】本発明の実施形態の触媒反応装置の一例を具体的に示す概略斜視図である。

【図5】排ガス温度Ｔ及び閾値Ｔ２がＴ２≧Ｔの関係を満たす場合の触媒反応装置の動作の一例を示す概略断面図である。

【図6】排ガス温度Ｔ、閾値Ｔ１、及び閾値Ｔ２が、Ｔ１＞Ｔ＞Ｔ２の関係を満たす場合の触媒反応装置の動作の一例を示す概略断面図である。

【図7】排ガス温度Ｔ及び閾値Ｔ１がＴ≧Ｔ１の関係を満たす場合の触媒反応装置の動作の一例を示す概略断面図である。

【図8】排ガス温度Ｔ及び閾値Ｔ２がＴ２≧Ｔの関係を満たす場合の供給量調整手段Ａ及び供給量調整手段Ｂの動作の一例を示す概略斜視図である。

【図9】排ガス温度Ｔ、閾値Ｔ１、及び閾値Ｔ２が、Ｔ１＞Ｔ＞Ｔ２の関係を満たす場合の供給量調整手段Ａ及び供給量調整手段Ｂの動作の一例を示す概略斜視図である。

【図10】排ガス温度Ｔ及び閾値Ｔ１がＴ≧Ｔ１の関係を満たす場合の供給量調整手段Ａ及び供給量調整手段Ｂの動作の一例を示す概略斜視図である。

【図11】本発明の実施形態のガス浄化制御ルーチンを示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、図１〜図１１を参照して、本発明の触媒反応装置及びこれを備えた車両の実施形態について具体的に説明する。但し、本発明においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。

【0041】

本実施形態では、まず初めに暖機機能を有する触媒反応装置１００が適用された車両としての自動車の熱系統について簡単に説明し、続いて自動車に搭載された触媒反応装置１００について詳細に説明する。

【0042】

図１に示されるように、本実施形態の自動車は、内燃機関の一例であるディーゼルエンジン１２０と、ディーゼルエンジンから排出された排ガスを浄化する触媒反応装置１００と、排ガス中に含まれる炭素質の粒子状物質（ＰＭ）を除去する炭素質除去手段であるＰＭ除去用フィルタ（ＤＰＦ：Diesel particulate filter）１３０と、を排ガスの排出方向に順次設けて構成されている。

【0043】

触媒反応装置１００は、アンモニア（ＮＨ_３）が固定化されるときに放熱しアンモニア（ＮＨ_３）が脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を含む暖機手段と、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記暖機手段との間で熱交換する（好ましくは前記暖機手段に接触する）触媒層Ａ、及び、ガスを浄化する浄化触媒を含み前記触媒層Ａの前記暖機手段と対向しない側に配置された触媒層Ｂを有する触媒反応部と、を備えている。
本実施形態では、触媒反応装置１００における暖機手段の熱輸送媒体として、水ではなくアンモニアを用いているため、低温環境下（氷点下を含む）においても触媒層Ａ中の浄化触媒を迅速に暖機して該浄化触媒の触媒活性を発現させることができるので、低温を含む広い温度範囲に渡り、触媒反応装置全体として高い触媒活性（高い排ガス浄化効率）を発現させることができる。更に、この暖機手段は、アンモニアを用いているため、低い温度（例えば１６０℃）で安定的に再生できる。

【0044】

図１に示すように、触媒反応装置１００は、バルブ１１０を備えたアンモニア配管１１２により、アンモニア貯留器としてのアンモニアタンク１４０と接続されている。アンモニア配管１１２は、アンモニア導入口４８（アンモニア供給口）を介して触媒反応装置１００の暖機手段（例えば後述の暖機用蓄熱反応器４０）に連通されている。かかる構成により、本実施形態では、アンモニアタンク１４０から触媒反応装置１００の暖機手段にアンモニア（ＮＨ_３）を供給したり、触媒反応装置１００の暖機手段内のアンモニア（ＮＨ_３）をアンモニアタンク１４０に回収できるようになっている。

【0045】

本実施形態において、アンモニアタンク１４０は、公知のアンモニア蒸発凝縮器の構成となっている。これにより、暖機手段による暖機を行なわないとき（暖機手段の再生時など）には、アンモニアを液体状態で貯留しておき、暖機手段による暖機を行なうときには、アンモニアをガス状態として触媒反応装置１００に供給できるようになっている。
但し、本発明では、アンモニア蒸発凝縮器であるアンモニアタンク１４０に代えて、アンモニアを吸脱着可能な物理吸着材を備えた吸着器や、アンモニアを固定化及び脱離できる化学蓄熱材を備えた蓄熱器を用いてもよい。前記物理吸着材の例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物（セピオライト等）等が挙げられる。前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物（架橋粘土鉱物）であってもよい。前記化学蓄熱材の例としては、後述する暖機用蓄熱反応器４０に備えられる化学蓄熱材の例と同様である。

【0046】

また、本実施形態は、ディーゼルエンジン１２０を備えており、その排ガス中のＰＭが堆積したＤＰＦのＰＭ除去時（ＤＰＦ再生時）には、６００℃以上に及ぶ高温の排ガスが流通することになり、触媒反応装置１００は６００℃以上の高温環境に曝されることになる。この構成において、触媒反応装置１００がアンモニアを使用した暖機機能を備えている場合、アンモニアが高温下に曝されて熱分解する懸念がある。本実施形態の触媒反応装置１００は、後述するように、暖機手段と熱交換する触媒層Ａへのアンモニアの供給量を減少させ、主として触媒層Ｂにアンモニアを供給することにより、高温環境にアンモニアが曝されにくくなるので、アンモニアの熱分解が抑制される。これにより、長期にわたり装置中のアンモニア分圧、すなわち暖機機能を保持することが可能である。

【0047】

なお、ＰＭ除去用フィルタ（ＤＰＦ）１３０には、一般にＤＰＦ用基材又はこれに触媒金属を担持したＤＰＦ触媒が使用される。ＤＰＦの例としては、コージェライトや炭化珪素、金属などのハニカム基材等の多孔質状の壁材の内部もしくは表面に、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を担体に担持した触媒粒子が担持された触媒を使用することができる。

【0048】

図２は、図１中の触媒反応装置１００のＡ−Ａ線断面を示す概略断面図であり、図３は、図１中の触媒反応装置１００のＢ−Ｂ線断面を示す概略断面図である。
図２及び図３に示すように、触媒反応装置１００は断面円形の筒形状となっており、ガスの供給方向と直交する平面（図３）において、中心から外側に向かって、触媒層Ｂとしての触媒層１０Ｂと、断熱層１２と、触媒層Ａとしての触媒層１０Ａと、暖機手段としての暖機用蓄熱反応器４０と、が順次配置されて構成されている。ここで、触媒層１０Ｂ、断熱層１２、触媒層１０Ａ、及び暖機用蓄熱反応器４０は、同心円状に配置されており、触媒層１０Ｂ、断熱層１２、及び触媒層１０Ａによって触媒反応部２０が構成されている。

【0049】

触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂは、それぞれ、ガスを浄化する浄化触媒を含んでいる。
これにより、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂに供給されたガス中のＨＣ、ＣＯ等の成分が浄化触媒により分解、除去され、ガスの浄化が行なわれる。浄化されたガスは、触媒層１０Ａ及び触媒層１０ＢからＰＭ除去用フィルタ（ＤＰＦ）１３０側に排出される。
ここで、触媒層１０Ａは、主として低温域〜中温域の（例えば、後述する閾値Ｔ１未満の温度域の）ガスの浄化を行い、触媒層１０Ｂは、主として中温域〜高温域の（例えば、後述する閾値Ｔ２を超える温度域の）ガスの浄化を行なう。

【0050】

触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂの具体的な構成としては、例えば、ハニカム構造を有するハニカムモノリス基材（支持基材）に、触媒粒子（浄化触媒）が担体に担持されてなる触媒構造体が設けられた構成が挙げられる。
支持基材の具体的な例としては、ＳｉＣ製ハニカム基材、コージェライト製ハニカム基材、メタルハニカム基材などが挙げられる。また、触媒粒子としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属の粒子が挙げられ、該粒子を担持する担体としては、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ、シリカ−アルミナ、セリア（ＣｅＯ_２）、ゼオライトなどの酸化物の粒子が挙げられる。
本発明において、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂの構成は、同一であっても異なっていてもよい。例えば、触媒層１０Ａにおける浄化触媒と、触媒層１０Ｂにおける浄化触媒とは、同一種であっても異種であってもよい。

【0051】

また、触媒層１０Ａと触媒層１０Ｂとの間には断熱層１２が設けられており、これにより、特に触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂの少なくとも一方（特に触媒層１０Ａ）の熱伝導性が高い場合において、触媒層１０Ａと触媒層１０Ｂとの間での熱の授受を抑制できるようになっている。
断熱層１２は、例えば、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバー等によって構成される。
但し、本発明において断熱層１２は必須ではなく省略することもできる。

【0052】

また、図２及び図３に示すように、触媒層１０Ａには、暖機手段としての暖機用蓄熱反応器４０が接触している。この暖機用蓄熱反応器４０は、アンモニアが固定化されるときに放熱（発熱）しアンモニアが脱離するときに蓄熱（吸熱）する化学蓄熱材を含んでいる。
これにより、始動時など排ガスの温度が低い（例えば２５℃以下）ときに、暖機用蓄熱反応器４０の化学蓄熱材にアンモニアを固定化することで放熱（発熱）し、この熱で触媒層１０Ａを暖機できるようになっている。更に、排ガスの温度がある程度高く（例えば１６０℃）なったときには、吸熱反応によって化学蓄熱材からアンモニアを脱離させて暖機用蓄熱反応器４０を再生できるようになっている。
なお、本実施形態では触媒層１０Ａ（触媒層Ａ）と暖機用蓄熱反応器４０（暖機手段）とが接触している例を示しているが、本発明では、触媒層Ａと暖機手段とが熱交換可能な配置であれば両者が接触している形態には限定されない。例えば、両者の間に他の層が存在していてもよい。

【0053】

図４に、暖機用蓄熱反応器４０の具体的な構造を示す。
図４に示すように、暖機用蓄熱反応器４０には、触媒層１０Ａの外周面に沿って配設された複数の板状の蓄熱材４２と、複数の蓄熱材上及び複数の蓄熱材間（すなわち担体の外周面）を被覆する多孔質体４４とが設けられている。つまり、多孔質体４４は、化学蓄熱材とアンモニア供給口との間に配置されている。多孔質体４４の周囲には、多孔質体の全面を覆って外装材４６が配置され、多孔質体４４の孔を通ってＮＨ_３が流通するための流路が形成されている。

【0054】

外装材４６には、アンモニアガス（ＮＨ_３）を導入するためのアンモニア導入口４８（アンモニア供給口）が取り付けられている。アンモニア導入口４８からＮＨ_３が導入されると、導入されたＮＨ_３が多孔質体４４中を流通して複数の蓄熱材４２の位置まで達することで、複数の蓄熱材４２はＮＨ_３と接触する。このとき、ＮＨ_３は各蓄熱材と反応するが、この反応は発熱反応であり、発生した熱が触媒層Ａの暖機に利用される。
暖機用蓄熱反応器４０の再生時には、触媒層１０Ａに供給された排ガスの熱を利用した吸熱反応によって各蓄熱材からＮＨ_３が脱離し、脱離したＮＨ_３がアンモニア導入口４８から排出される。

【0055】

板状の蓄熱材４２は、化学蓄熱材である塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）の粉末をバインダーとしてのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と混合した混合物を熱プレスすることで、板状に成形されたものである。本実施形態では、図４のように、板状の成形体である蓄熱材を複数配置して構成した例を示している。しかしながら、蓄熱材は、必ずしも板状の成形体を並べて構成されている必要はなく、触媒層１０Ａの外周面に沿ってその全面に単一の連続層として蓄熱材が配置されてもよい。

【0056】

本実施形態の暖機用蓄熱反応器４０においては、化学蓄熱材としてＭｇＣｌ_２（塩化マグネシウム）が設けられており、下記の可逆反応により、浄化触媒の暖機を要求に応じて繰り返し行なえるようになっている。すなわち、アンモニアが蓄熱材に固定化されるとき（下記の可逆反応(1)において右方向に進む反応時）に放熱し、アンモニアが蓄熱材から脱離するとき（下記の可逆反応(1)において左方向に進む反応時）に蓄熱する。
ＭｇＣｌ_２・２ＮＨ_３＋ ４ＮＨ_３ ⇔ ＭｇＣｌ_２・６ＮＨ_３ ＋ Ｑ［ｋＪ］ …(1)

【0057】

化学蓄熱材は、ＭｇＣｌ_２に限られるものではなく、アンモニアの吸着時に発熱反応を生じる化合物を適用することができる。化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高める観点から、金属塩化物が好ましく、例えば、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、又は遷移金属の塩化物がより好ましく、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２、ＢａＣｌ_２、ＭｎＣｌ_２、ＣｏＣｌ_２、又はＮｉＣｌ_２が特に好ましい。
例えば、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２、ＢａＣｌ_２、ＭｎＣｌ_２、ＣｏＣｌ_２、及びＮｉＣｌ_２は、約８００ｋＪ／ｋｇ〜１４００ｋＪ／ｋｇの高い蓄熱密度を示す。また、蓄熱温度は、金属塩化物の種類によって異なり、約３０℃〜２２０℃の範囲である。

【0058】

本実施形態においては、アンモニア圧や温度に合わせて、金属塩化物の種類を適宜選定することができる。したがって、熱利用の対象に合わせ、アンモニア圧や温度を選定できる幅が広がる。
本実施形態において、化学蓄熱材（例えば金属塩化物）は、一種単独で用いるほか、二種以上を併用してもよい。

【0059】

化学蓄熱材を成形する際には、その成形性を高めるため、バインダーを混合してもよい。バインダーとしては、例えば、変性又は未変性の各種ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系樹脂、水性ウレタン等のウレタン樹脂、デンプンなどの樹脂成分や、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、エタノールなどの溶剤成分、等を好適に用いることができる。

【0060】

成形方法については、特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材及び必要に応じてバインダー等の他の成分を含む蓄熱材（又は蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押出成形等により成形する公知の成形方法を適用することができる。成形時の圧力は、例えば２０〜１００ＭＰａとすることができ、２０〜４０ＭＰａが好ましい。

【0061】

図２に戻り、触媒反応装置１００では、触媒層１０Ａのガス供給側（ディーゼルエンジン１２０側）に、供給量調整手段Ａとしてのバルブ３０Ａが設けられており、これにより、触媒層Ａへのガスの供給量を調整できるようになっている。
同様に、触媒層１０Ｂのガス供給側（ディーゼルエンジン１２０側）には、供給量調整手段Ｂとしてのバルブ３０Ｂが設けられており、これにより、触媒層Ｂへのガスの供給量を調整できるようになっている。
バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂの具体的な形態については後述する（図８〜図１０）。

【0062】

バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂのガス供給側（ディーゼルエンジン１２０側）には温度検出手段としての温度検出センサ３４が設けられており、これにより、ディーゼルエンジン１２０から排出された排ガスの温度を検出できるようになっている。

【0063】

更に、触媒反応装置１００は、温度検出センサ３４、バルブ３０Ａ、及びバルブ３０Ｂに電気的に接続された制御装置５０（制御手段）を備えている。
この制御装置５０は、温度検出センサ３４によって検出された排ガス温度に応じ、バルブ３０Ａによる触媒層Ａへのガス供給、及び、バルブ３０Ｂによる触媒層Ｂへのガス供給の少なくとも一方を制御する。
具体的には、制御装置５０は、検出された排ガス温度が閾値Ｔ１以上である場合には、触媒層１０Ａへのガスの供給量が減少するようにバルブ３０Ａの動作を制御し、検出された排ガス温度が閾値Ｔ２以下（但し、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たす）である場合には、触媒層１０Ｂへのガスの供給量が減少するようにバルブ３０Ｂの動作を制御する。
但し、本実施形態では、上述した制御装置５０による自動制御に代え、バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂの上述した動作を、排ガス温度に応じて手動により行なうこともできる。

【0064】

前記閾値Ｔ１及び前記閾値Ｔ２は、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たす限り任意に設定できるが、それぞれ、以下の範囲で設定される値であることが好ましい。

【0065】

前記閾値Ｔ１は、好ましくは３００℃〜５００℃、より好ましくは３５０℃〜４５０℃である。
閾値Ｔ１が５００℃以下であると、エンジンから高温の排ガスが排出されたとき（例えばＤＰＦ再生時）の、アンモニアの熱分解をより効果的に抑制できる。
閾値Ｔ１が３００℃以上であると、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂの両方にガスが供給される時間（後述の図６参照）が増えるため、触媒反応部２０全体としての排ガス浄化効率の面や、暖機用蓄熱反応器４０の再生（化学蓄熱材からのアンモニアの脱離）の面で有利である。

【0066】

前記閾値Ｔ２は、好ましくは５０℃〜２５０℃、より好ましくは１００℃〜２５０℃、特に好ましくは１５０℃〜２５０℃である。
閾値Ｔ２が５０℃以上であると、エンジンから低温の排ガスが排出されたとき（例えば始動時）に、暖機用蓄熱反応器４０に接触しない触媒層１０Ｂへのガスの供給を抑制でき、かつ、暖機用蓄熱反応器４０に接触し暖機用蓄熱反応器４０によって暖機される触媒層１０Ａを主体として排ガスを浄化できる。これにより、触媒反応部２０全体としての排ガス浄化効率を向上させることができる。具体的には、一般的な浄化触媒は常温（２５℃）で触媒活性が低いため、閾値Ｔ２は５０℃以上が好ましい。
一方、閾値Ｔ２が２５０℃以下であると、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂの両方にガスが供給される時間（後述の図６参照）が増えるため、触媒反応部２０全体としての排ガス浄化効率の面で有利である。

【0067】

本実施形態において、触媒反応装置１００が作動する温度域としては、−３０℃以上２５０℃以下の範囲とすることができる。また、触媒反応装置１００内のアンモニア圧（作動圧）は、例えば、０．１ａｔｍ以上１０ａｔｍ以下の範囲とすることができる。

【0068】

次に、触媒反応装置１００による排ガス浄化の一連の動作の一例を、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、排ガス温度Ｔ及び閾値Ｔ２がＴ２≧Ｔの関係を満たす場合（以下、単に「Ｔ２≧Ｔの場合」ともいう）の動作であり、図６は、排ガス温度Ｔ、閾値Ｔ１、及び閾値Ｔ２が、Ｔ１＞Ｔ＞Ｔ２の関係を満たす場合（以下、単に「Ｔ１＞Ｔ＞Ｔ２の場合」ともいう）の動作であり、図７は、排ガス温度Ｔ及び閾値Ｔ１がＴ≧Ｔ１の関係を満たす場合（以下、単に「Ｔ≧Ｔ１の場合」ともいう）の動作である。
図５〜図７では、バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂについて、開いている状態を白抜きで表し、閉じている状態をハッチング（右肩上がりの斜線）で表している。
また、以下の一例では、閾値Ｔ１を４００℃とし、閾値Ｔ２を２００℃として説明する。

【0069】

図５に示すように、ディーゼルエンジンの始動時など、Ｔ２（＝２００℃）≧Ｔの場合（排ガスが低温である場合）には、暖機用蓄熱反応器４０にアンモニアを供給し、バルブ３０Ａを開きバルブ３０Ｂを閉じる。
暖機用蓄熱反応器４０へのアンモニアの供給は、図１に示した熱系統におけるバルブ１１０を開け、アンモニアタンク１４０から生じたアンモニアガスを暖機用蓄熱反応器４０へ輸送することにより行なう。この際、前もって、暖機用蓄熱反応器４０内の化学蓄熱材からアンモニアが脱離した状態とし（即ち、暖機用蓄熱反応器４０が再生された状態とし）、且つ、バルブ１１０が閉じた状態にして準備しておけば、アンモニアの供給をより効果的に行なうことができる。
一方、バルブ３０Ａを開きバルブ３０Ｂを閉じることにより、ディーゼルエンジンから排出された低温の排ガスは、触媒層１０Ｂには供給されず触媒層１０Ａにのみ供給される。
このとき、暖機用蓄熱反応器４０内では、化学蓄熱材にアンモニアが固定化され、発熱反応により化学蓄熱材から熱Ｑ_１が放出される。この熱Ｑ_１によって触媒層１０Ａが暖機され、暖機されて触媒活性が高められた触媒層１０Ａにより、排ガスの浄化が行なわれる。ここで、暖機用蓄熱反応器４０は、触媒反応部２０全体ではなく、その一部である触媒層１０Ａのみを暖機するので、暖機を効率よく迅速に行なうことができる。
一方、暖機用蓄熱反応器４０に接触しない触媒層１０Ｂには排ガスが供給されないので、暖機されない触媒層１０Ｂでは排ガスの浄化は行なわれない。これにより、触媒反応部２０全体として、排ガスが低温であることによる低い触媒活性が補われる。

【0070】

次に、図６に示すように、ディーゼルエンジンの始動からある程度時間が経過した時（いわゆる通常運転時）など、Ｔ１（＝４００℃）＞Ｔ＞Ｔ２（＝２００℃）の場合には、バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂを開く。このとき、ディーゼルエンジンからの排ガスは、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂに供給され、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂによって排ガスの浄化が行なわれる。
このときの排ガスの温度はある程度高い（Ｔ＞Ｔ２（＝２００℃））ため、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂは十分な触媒活性を発現し、排ガスを効果的に浄化する。また、触媒層１０Ａに供給される排ガスの温度はある程度低い（Ｔ１（＝４００℃）＞Ｔ）ため、暖機用蓄熱反応器４０でのアンモニアの熱分解が抑制される。
更に、バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂを開き、バルブ１１０を開いた状態としておくことにより、触媒層Ａに供給される排ガスの熱Ｑ_２を利用して、暖機用蓄熱反応器４０の再生（化学蓄熱材からのアンモニアの脱離）が行なわれる。この再生がある程度進んだら（好ましくは終了したら）、次の暖機に備え、バルブ１１０を閉じる。但し、このバルブ１１０を閉じる動作は、以下のＴ≧Ｔ１（＝４００℃）の場合に行なってもよい。

【0071】

次に、図７に示すように、ＤＰＦ再生時など、Ｔ≧Ｔ１（＝４００℃）の場合には、バルブ３０Ｂを開きバルブ３０Ａを閉じる。これにより、ディーゼルエンジンからの高温の排ガスは、触媒層１０Ａには供給されず触媒層１０Ｂに供給され、触媒層１０Ｂによって排ガスの浄化が行なわれる。
このとき、高温の排ガスが触媒層１０Ａに供給されないことから、触媒層１０Ａに接触する暖機用蓄熱反応器４０が高温の排ガスの熱から保護され、この暖機用蓄熱反応器４０でのアンモニアの熱分解が抑制される。
更に、この実施形態では、触媒層１０Ａと触媒層１０Ｂとの間に断熱層１２が設けられているので、触媒層１０Ｂに供給された高温の排ガスの熱が、触媒層１０Ａを経由して暖機用蓄熱反応器４０に伝わる現象をより抑制できる。これにより、暖機用蓄熱反応器４０でのアンモニアの熱分解がより抑制される。
一方、この実施形態では、触媒層１０Ｂの体積が触媒層１０Ａの体積と比較して小さいが、排ガスの温度が高いために触媒層１０Ｂの触媒活性が高いことから、体積が小さい触媒層Ｂによっても十分に排ガスを浄化できる。
なお、前述のとおり、Ｔ≧Ｔ１（＝４００℃）の場合において、バルブ３０Ｂを開きバルブ３０Ａを閉じるとともに、次の暖機に備え、バルブ１１０を閉じる動作を行なってもよい。

【0072】

以上により、本実施形態に係る触媒反応装置１００によれば、排ガスの温度が高い場合（６００℃程度）におけるアンモニアの熱分解を抑制でき、かつ、排ガスの温度が低い場合（例えば２５℃以下）における触媒活性の低下（即ち、排ガス浄化効率の低下）を抑制できる。更に、触媒反応装置１００における暖機用蓄熱反応器４０は、熱輸送媒体としてアンモニアを用いているため、熱輸送媒体として水を用いた従来の暖機手段と比較して、低い温度（例えば１６０℃）での再生が可能である。

【0073】

次に、本実施形態におけるバルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂの具体的な形態について、上述した一連の動作と合わせ、図８〜図１０を参照しながら説明する。
図８は、Ｔ２≧Ｔの場合におけるバルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂを示す概略斜視図であり、図９は、Ｔ１＞Ｔ＞Ｔ２の場合におけるバルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂを示す概略斜視図を示す概略斜視図であり、図１０は、Ｔ≧Ｔ１の場合におけるバルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂを示す概略斜視図である。

【0074】

図８〜図１０に示すように、バルブ３０Ａはドーナツ盤状のバタフライバルブであり、バルブ３０Ｂは円盤状のバタフライバルブである。
ここで、バルブ３０Ａの外径は、触媒層１０Ａの断面（ガスの供給方向と直交する方向についての断面（図３）；以下同じ）の外径に対応する寸法となっており、バルブ３０Ａの内径は、触媒層１０Ａの断面の内径に対応する寸法となっている。更に、バルブ３０Ｂの直径は、触媒層１０Ｂの断面の直径に対応する寸法となっている。

【0075】

バルブ３０Ａは、その外径方向を軸としてガス供給側に向かって曲げ変形自在に構成されている。図８及び図９に示すように、バルブ３０Ａが曲げ変形した状態は、バルブ３０Ａが開いた状態（触媒層１０Ａにガスが供給される状態）である。図１０に示すように、バルブ３０Ａが曲げ変形していない状態（ドーナツ盤状の状態）は、バルブ３０Ａが閉じた状態（触媒層１０Ａにガスが供給されない状態）である。
但し、バルブ３０Ａが曲げ変形される構成は必須ではなく、バルブ３０Ａは、曲げ変形せずに外径方向を軸として回転する、ドーナツ盤状のバタフライバルブに置き換えてもよい。
バルブ３０Ｂは、公知のバタフライバルブの構成であり、その直径方向を軸に回転自在に構成されている。図９及び図１０に示すように、バルブ３０Ｂの面がガス供給方向に対し平行な状態は、バルブ３０Ｂが開いた状態（触媒層１０Ｂにガスが供給される状態）である。図８に示すように、バルブ３０Ｂの面がガス供給方向に対し垂直な状態は、バルブ３０Ｂが閉じた状態（触媒層１０Ｂにガスが供給されない状態）である。

【0076】

以上、本実施形態におけるバルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂの具体的な形態について説明したが、本発明における供給量調整手段Ａ及び供給量調整手段Ｂは上記の具体的な形態には限定されず、触媒層Ａへのガス供給量と触媒層Ｂへのガス供給量とを独立して調整できる手段を任意に選択できる。
例えば、上記形態以外の前記供給量調整手段Ａ及び前記供給量調整手段Ｂとしては、ゲートバルブや上記形態以外のバタフライバルブ等、一般的な調整弁を挙げることができる。

【0077】

次に、本実施形態の制御装置５０による制御ルーチンの一例を図１１を参照して説明する。

【0078】

まず、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）のオンにより、制御装置５０の電源がオンされると、システムが起動される。なお、システムの起動は、自動で行なう以外に手動で行なうようにしてもよい。
システム起動時は、バルブ３０Ａ及びバルブ３０Ｂが開いた状態となっている。

【0079】

本ルーチンが実行されると、まず、ステップ２００において、温度検出センサ３４により排ガス温度Ｔを検出し、検出された排ガス温度Ｔと予め定めた閾値Ｔ２とがＴ≦Ｔ２を満たすか否かが判定される。

【0080】

ステップ２００においてＴ≦Ｔ２を満たすと判定された場合（ディーゼルエンジンの始動時など）には、触媒温度が低く暖機が必要であるため、ステップ２２０に移行しバルブ３０Ｂを閉じ、再びステップ２００に戻る。
これにより、図５に示すように、触媒層１０Ａによって排ガスの浄化が行なわれる。このとき、触媒層Ａにのみ排ガスが供給されるため、暖機を迅速に行なうことができる。
この際、前述のとおり、図１に示した熱系統におけるバルブ１１０を開け、アンモニアタンク１４０から暖機用蓄熱反応器４０へアンモニアガスが供給され、暖機用蓄熱反応器４０によって触媒層１０Ａの暖機が行なわれる。本実施形態では、バルブ１１０が制御装置５０と電気的に接続され、ステップ２２０において、バルブ３０Ｂを閉じる操作とともにバルブ１１０を開く操作が行なわれてもよい。

【0081】

ステップ２００においてＴ≦Ｔ２を満たさないと判定された場合（ディーゼルエンジンの始動からある程度時間が経過した後など）には、暖機の必要がないため、ステップ２３０に移行しバルブ３０Ｂを開き、次のステップ２４０に移行する。

【0082】

ステップ２４０では、温度センサ３４により検出された排ガス温度Ｔと、予め定めた閾値Ｔ１と、がＴ≧Ｔ１を満たすか否かが判定される。
ステップ２４０において、Ｔ≧Ｔ１を満たさないと判定された場合（いわゆる通常運転時など）には、暖機手段のアンモニアが熱分解される可能性が低いため、再びステップ２３０に戻って通常運転が継続される。
このとき、図６に示されるように、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂによって排ガスの浄化が行なわれるとともに、暖機用蓄熱反応器４０の再生が行なわれる。

【0083】

ステップ２４０において、Ｔ≧Ｔ１を満たすと判定された場合（ＤＰＦ再生時など）には、排ガス温度が高温であるため、ステップ２５０に移行し、バルブ３０Ａを閉じる。
すると、図７に示されるように、触媒層１０Ａへの排ガスの供給が遮断され、触媒層１０Ｂのみによって排ガスの処理が行なわれる。これにより、触媒層１０Ａに接触する暖機用蓄熱反応器４０でのアンモニアの熱分解が抑制される。本実施形態では、バルブ１１０が制御装置５０と電気的に接続され、ステップ２５０において、バルブ３０Ａを閉じる操作とともにバルブ１１０を閉じる操作が行なわれてもよい。
この状態で、次のステップ２６０に移行する。

【0084】

ステップ２６０では、ステップ２４０と同様に、Ｔ≧Ｔ１を満たすか否かが判定される。
ステップ２６０において、Ｔ≧Ｔ１を満たすと判定された場合（ＤＰＦ再生時など）には、上記ステップ２５０における状態を維持したままステップ２８０に移行し、運転を継続するか否かが判定される。

【0085】

ステップ２６０において、Ｔ≧Ｔ１を満たさないと判定された場合（ＤＰＦ再生の終了から一定時間経過後など）には、暖機手段のアンモニアが熱分解する可能性が低いため、ステップ２７０に移行してバルブ３０Ａを開き、再び、触媒層１０Ａ及び触媒層１０Ｂによって排ガスの浄化を行なう。
この状態で、次のステップ２８０に移行し、運転を継続するか否かが判定される。

【0086】

ステップ２８０において、運転を継続すると判定された場合には、再びステップ２００に戻り、上述したルーチンが繰り返される。
一方、ステップ２８０において、運転を継続しないと判定された場合には、本ルーチンを終了する。

【0087】

以上、本実施形態における一連の動作、及び、制御装置５０における制御ルーチンについて説明したが、上述した一連の動作及び制御ルーチンにおいて、バルブ３０Ａ（又はバルブ３０Ｂ）を開く動作は、触媒層１０Ａ（又は触媒層１０Ｂ）への排ガス供給量が増大するようにバルブ３０Ａ（又はバルブ３０Ｂ）を調整する動作に置き換えてもよい。また、バルブ３０Ａ（又はバルブ３０Ｂ）を閉じる動作は、触媒層１０Ａ（又は触媒層１０Ｂ）への排ガス供給量が減少するようにバルブ３０Ａ（又はバルブ３０Ｂ）を調整する動作に置き換えてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１０Ａ 触媒層（触媒層Ａ）
１０Ｂ 触媒層（触媒層Ｂ）
１２ 断熱層
２０ 触媒反応部
３０Ａ バルブ（供給量調整手段Ａ）
３０Ｂ バルブ（供給量調整手段Ｂ）
３４ 温度検出センサ（温度検出手段）
４０ 暖機用蓄熱反応器（暖機手段）
４２ 蓄熱材
４４ 多孔質体
４６ 外装材
４８ アンモニア導入口（アンモニア供給口）
５０ 制御装置
１００ 触媒反応装置
１１０ バルブ
１１２ アンモニア配管
１２０ ディーゼルエンジン
１４０ アンモニアタンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】